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公開番号2024096994
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-17
出願番号2024068299,2020120961
出願日2024-04-19,2020-07-14
発明の名称フォトニック結晶面発光レーザ素子
出願人国立大学法人京都大学,スタンレー電気株式会社
代理人デロイトトーマツ弁理士法人
主分類H01S 5/11 20210101AFI20240709BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】
高次モード発振を抑制し、高電流注入時に至るまで基本モードを維持しつつ、安定した、ビーム品質の高いレーザ素子を提供する。
【解決手段】
層に平行な面内における形成領域内に2次元的な周期性を有して配された空孔を有するフォトニック結晶層が埋め込まれて形成された第1の半導体層と、第1の半導体層上に形成された活性層と、活性層上に形成された第2の半導体層と、第2の半導体層の表面に形成されたメサ形状のメサ部と、を有している。メサ部はフォトニック結晶層に対して垂直方向から見たとき空孔の形成領域の内側に形成されている。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
フォトニック結晶層を有するフォトニック結晶面発光レーザ素子であって、
層に平行な面内における形成領域内に２次元的な周期性を有して配された空孔を有するフォトニック結晶層が埋め込まれて形成された第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成された第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の表面に形成されたメサ形状のメサ部と、を有し、
前記メサ部は前記フォトニック結晶層に対して垂直方向から見たとき前記空孔の前記形成領域の内側に形成されている、フォトニック結晶面発光レーザ素子。
続きを表示（約 840 文字）【請求項２】
前記メサ部は、前記第２の半導体層の表面から内部に達する溝によって画定されている、請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ素子。
【請求項３】
前記溝は、前記フォトニック結晶層に対して垂直方向から見たとき、前記溝の外周が前記空孔の前記形成領域の外側にあるように形成されている、請求項１又は２に記載のフォトニック結晶面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記空孔の前記形成領域は円形状を有し、前記メサ部は前記空孔の前記形成領域と同軸の円柱形状を有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記第２の半導体層は、ガイド層と、前記ガイド層上に形成され、前記ガイド層よりもエネルギーバンドギャップが小さい及び／又は不純物濃度が高い表面層とを有し、前記溝は前記表面層を貫通して前記ガイド層の内部に達する、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ素子。
【請求項６】
前記第２の半導体層は、前記メサ部と、前記メサ部以外の部分である平坦部とを有する、請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ素子。
【請求項７】
前記メサ部は、前記フォトニック結晶層に対して垂直方向から見たとき、前記メサ部の外周が前記空孔の前記形成領域の内側にあるように形成されている、請求項６に記載のフォトニック結晶面発光レーザ素子。
【請求項８】
前記空孔の前記形成領域は円形状を有し、前記メサ部は前記空孔の前記形成領域と同軸の円柱形状を有する、請求項６又は７に記載のフォトニック結晶面発光レーザ素子。
【請求項９】
前記第２の半導体層の表面は平坦であり、
前記メサ部は、前記第２の半導体層の前記表面上に設けられ、透光性の酸化物導電体で形成されている、請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶面発光レーザ素子に関する。
続きを表示（約 1,100 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、フォトニック結晶（ＰＣ：Ｐｈｏｔｏｎｉｃ－Ｃｒｙｓｔａｌ）を用いた、フォトニック結晶面発光レーザ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ－ＣｒｙｓｔａｌＳｕｒｆａｃｅ－ＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒ）の開発が進められている。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、フォトニック結晶レーザの面内回折効果と閾値利得差について開示され、非特許文献２は、正方格子フォトニック結晶レーザの三次元結合波モデルについて開示されている。
【０００４】
また、異なるサイズの複数の空孔を格子点に配置して構成された多重格子フォトニック結晶を有するフォトニック結晶面発光レーザが知られている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、板状の母材内に、該母材とは屈折率が異なる複数の領域から成り該領域のうち少なくとも２個の厚さが互いに異なる異屈折率領域集合体を多数、周期的に配置した２次元フォトニック結晶を有する２次元フォトニック結晶面発光レーザ光源が記載されている。
【０００６】
また、非特許文献３には、フォトニック結晶の空孔サイズや格子定数を変化させることで、ビーム品質劣化を招く多モード発振を抑制することについて開示されている。
【０００７】
しかし、フォトニック結晶は非常に小さな空孔を有するため、空孔のサイズや格子定数を精度よく製造することは困難である。
【０００８】
このような２次元フォトニック結晶面発光レーザ素子においては、高次モード発振を抑制し、基本モードを維持しつつ高電流注入時においても安定した、ビーム品質の高いレーザ素子を実現することが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特許第４２９４０２３号公報
【非特許文献】
【００１０】
田中他、２０１６年秋季応用物理学会予稿集１５ｐ－Ｂ４－２０
Ｙ．Ｌｉａｎｇｅｔａｌ．：Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．ＢＶｏｌ．８４（２０１１）１９５１１９
Ｍ．Ｙｏｓｈｉｄａｅｔａｌ．，ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＩＥＥＥ（２０１９）． “ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆＬａｓｉｎｇＭｏｄｅｓｉｎＤｏｕｂｌｅ－ＬａｔｔｉｃｅＰｈｏｔｏｎｉｃ－ＣｒｙｓｔａｌＲｅｓｏｎａｔｏｒｓａｎｄＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＩｎ－ＰｌａｎｅＨｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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