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公開番号2024133145
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-01
出願番号2024110817,2023072364
出願日2024-07-10,2018-09-03
発明の名称面発光レーザ素子及び面発光レーザ素子の製造方法
出願人国立大学法人京都大学,スタンレー電気株式会社
代理人弁理士法人レクスト国際特許事務所
主分類H01S 5/11 20210101AFI20240920BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】フォトニック結晶層を伝搬する光波に対する結合係数が大きく、低閾値電流密度で発振動作が可能な、フォトニック結晶を備えた面発光レーザ素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
III族窒化物半導体からなる面発光レーザ素子であって、第1導電型の第1のクラッド層と、第1のクラッド層上に形成され、層に平行な面内において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と、当該フォトニック結晶層上に形成されて当該空孔を閉塞する第1の埋込層と、を有する第1導電型の第1のガイド層と、第1の埋込層上に結晶成長された第2埋込層と、第2の埋込層上に形成された活性層と、活性層上に形成された第2のガイド層と、第2のガイド層上に形成された第1導電型と反対導電型の第2導電型の第2のクラッド層と、を有し、第1の埋込層の表面は、当該空孔に対応した表面位置に配されたピットを備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
基板と、前記基板上に設けられた六方晶系の半導体構造層とを備え、前記半導体構造層の上面側もしくは下面側から出光する面発光レーザ素子であって、
前記半導体構造層は、
第１導電型の第１のクラッド層と、
層に平行な面内において２次元的な周期性を有して配された複数の空孔を有するフォトニック結晶層、前記フォトニック結晶層より下側に位置し前記フォトニック結晶層と接するベース層、及び前記フォトニック結晶層より上側に位置し前記空孔の開口部を閉塞する第１の埋込層からなり、かつ前記第１のクラッド層上に形成された前記第１導電型の第１のガイド層と、
前記第１のガイド層上に形成された第２の埋込層と、
前記第２の埋込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のガイド層と、
前記第２のガイド層上に形成された第２導電型の第２のクラッド層と、を備えており、
前記ベース層、前記フォトニック結晶層及び前記第１の埋込層は、同じ元素によって構成されており、
前記第１の埋込層と前記第２の埋込層の合計層厚が１００ｎｍ以下であり、
前記第２の埋込層の含有酸素濃度は、前記フォトニック結晶層の含有酸素濃度に比べて小さい、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、面発光レーザ素子及び面発光レーザ素子の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、フォトニック結晶を用いた面発光レーザの開発が進められており、例えば、特許文献１には、融着貼り付けを行なわずに製造することを目的とした半導体レーザ素子について開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、フォトニック結晶の微細構造をＧａＮ系半導体に作製する製造法が開示されている。非特許文献１には、減圧成長により横方向成長の速度を高め、フォトニック結晶を作製することが開示されている。
【０００４】
また、非特許文献２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３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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第５０８２４４７号公報
特許第４８１８４６４号公報
【非特許文献】
【０００６】
H. Miyake et al. : Jpn. J. Appl. Phys.Vol.38(1999) pp.L1000-L1002
田中他、２０１６年秋季応用物理学会予稿集15p-B4-20
Y. Lian et al.:Phys. Rev.B Vol.84(2011)195119
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フォトニック結晶を備えた面発光レーザにおいて、低閾値電流密度で発振動作させるためには共振器損失を低減する必要がある。フォトニック結晶面発光レーザにおいて共振器損失を低減するためには、フォトニック結晶層に平行な方向に伝搬する光波の結合係数（（１次元結合係数：κ
3
）を大きくすることが有効である。
【０００８】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、フォトニック結晶層を伝搬する光波に対する結合係数が大きく、低閾値電流密度で発振動作が可能な、フォトニック結晶を備えた面発光レーザ及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１実施態様による面発光レーザ素子は、III族窒化物半導体からなる面発光レーザ素子であって、
第１導電型の第１のクラッド層と、
第１のクラッド層上に形成され、層に平行な面内において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と、当該フォトニック結晶層上に形成されて当該空孔を閉塞する第１の埋込層と、を有する第１導電型の第１のガイド層と、
第１の埋込層上に結晶成長された第２埋込層と、
第２の埋込層上に形成された活性層と、
活性層上に形成された第２のガイド層と、
第２のガイド層上に形成された第１導電型と反対導電型の第２導電型の第２のクラッド
層と、を有し、
第１の埋込層の表面は、当該空孔に対応した表面位置に配されたピットを備えている。
【００１０】
本発明の他の１実施態様による面発光レーザ素子を製造する製造方法は、
（ａ）基板上に第１導電型の第１のクラッド層を成長する工程と、
（ｂ）第１のクラッド層上に第１導電型の第１のガイド層を成長する工程と、
（ｃ）第１のガイド層に、エッチングにより第１のガイド層に平行な面内において２次元的な周期性を有して配された穴部を形成する工程と、
（ｄ）窒素源を含むガスを供給して、マストランスポートにより、当該穴部の開口部を塞ぐ第１の埋込層を形成する工程と、
（ｅ）第１の埋込層の形成後、III族原料を供給し、第１の埋込層を埋め込んで平坦化する第２の埋込層を形成する工程と、を有し、
上記（ｄ）工程において、第１の埋込層の表面は、当該空孔に由来するピットを有している。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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