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公開番号2024159555
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-08
出願番号2024064083
出願日2024-04-11
発明の名称横マルチモード型半導体レーザ素子
出願人日亜化学工業株式会社
代理人個人,個人
主分類H01S 5/22 20060101AFI20241031BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】横モードの毎の発振波長のばらつきが小さい横マルチモード型半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】活性層を含み、導波構造を有する半導体積層部を有する半導体レーザ素子であって、半導体積層部は、(i)第1回折格子を含み屈折率n₁の第1領域と、(ii)屈折率n₂₁の第1コア領域と該第1コア領域の両側に設けられた屈折率n₂₂の第1クラッド領域とを有し、複数の横モードでレーザ光を伝播させる第2領域と、を含み、(iii)第2領域から出射されるレーザ光は、屈折率n₁と屈折率n₂₁と屈折率n₂₂で決まる最大拡散角Θ_max1で第1領域を伝搬し、半導体積層部の積層方向に直交しかつレーザ光の光軸を含む断面において、第1回折格子の周期方向と直交する方向の第1領域の両端部はそれぞれ、第1領域側の第1コア領域の出射端面の両端から最大拡散角Θ_max1で広がる仮想線の外側に位置する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
活性層を含み、導波構造を有する半導体積層部を有する半導体レーザ素子であって、
前記半導体積層部は、
(i)第１回折格子を含み屈折率ｎ
１
の第１領域と、
(ii)屈折率ｎ
２１
の第１コア領域と該第１コア領域の両側に設けられた屈折率ｎ
２２
の第１クラッド領域とを有し、複数の横モードでレーザ光を伝播させる第２領域と、
を含み、
(iii)前記第２領域から出射されるレーザ光は、前記屈折率ｎ
１
と前記屈折率ｎ
２１
と前記屈折率ｎ
２２
で決まる最大拡散角Θ
max１
で前記第１領域を伝搬し、
前記レーザ光の光軸に垂直な断面において、前記半導体積層部の積層方向に直交する方向の前記第１領域の両端部はそれぞれ、前記第１領域側の前記第１コア領域の出射端面の両端から前記最大拡散角Θ
max１
で広がる仮想線の外側に位置する、横マルチモード型半導体レーザ素子。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記第１回折格子における前記両端部間の間隔は、前記第１コア領域の幅の大きさの２倍以上１００倍以下である、請求項１に記載の横マルチモード型半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第１コア領域の幅は、１５μｍ以上１００μｍ以下であり、
前記第１回折格子における前記両端部間の間隔は、３０μｍ以上９０００μｍ以下である、請求項２に記載の横マルチモード型半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第１回折格子における前記両端部間の間隔は一定である、請求項１から３のいずれか１項に記載の横マルチモード型半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第１領域からレーザ光が出力される前記第１領域の第１端面は、前記第１コア領域を伝播するレーザ光の光軸および前記第１回折格子の周期方向に対して傾斜している、請求項１から３のいずれか１項に記載の横マルチモード型半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記半導体積層部は、ｎ側半導体層と、ｐ側半導体層と、前記ｎ側半導体層および前記ｐ側半導体層の間に位置する活性層と、を備え、
前記第１回折格子は、前記ｎ側半導体層と前記ｐ側半導体層のいずれか一方に設けられる、請求項１から３のいずれか１項に記載の横マルチモード型半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記第２領域から出射されるレーザ光が入射する前記第１領域の第１端面または該第１端面と反対側の第２端面から出射するレーザ光の半値全幅は０．０１ｎｍ以上０．６ｎｍ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の横マルチモード型半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記レーザ光のＭ
２
因子が２以上１００以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の横マルチモード型半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記半導体積層部は、
(iv)前記第２領域を挟んで前記第１領域の反対側に、第２回折格子を含み屈折率ｎ
３
の第３領域をさらに含み、
(v)前記第２領域から出射されるレーザ光は、前記屈折率ｎ
3
と前記屈折率ｎ
２１
と前記屈折率ｎ
２２
で決まる最大拡散角Θ
max３
で前記第３領域を伝搬し、
前記レーザ光の光軸に垂直な断面において、前記半導体積層部の積層方向に直交する方向の前記第３領域の両端部はそれぞれ、前記第３領域側の前記第１コア領域の出射端面の両端から前記最大拡散角Θ
max３
で広がる仮想線の外側に位置する、請求項１から３のいずれか１項に記載の横マルチモード型半導体レーザ素子。
【請求項１０】
活性層を含み、半導体積層部を有する半導体レーザ素子であって、
半導体積層部は、
（ｉ）第１回折格子を含む第１領域と、
（ｉｉ）第１コア領域と該第１コア領域の両側に設けられた第１クラッド領域とを有し、複数の横モードでレーザ光を伝播させる第２領域と、
を含み、
前記第１領域はレーザ光を出射する第１端面を有し、
前記前記第１端面の前記半導体積層部の積層方向と直交する方向において、
（ｉｉｉ）前記第１端面の幅は前記レーザ光のビーム径よりも大きく、
上面視において、
（iｖ）前記第１回折格子の周期方向と直交する方向において、前記ビームの端と、前記第１領域および前記第２領域の第１コア領域の境界である第１頂点と、を結ぶ線のうち短い方の線を基準として、前記レーザ光の中心から遠ざかる方向にも前記第１領域が広がる、横マルチモード型半導体レーザ素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、横マルチモード型半導体レーザ素子に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、半導体レーザ素子のレーザ光の高出力化が求められている。高出力な半導体レーザ素子は、例えば、加工用の光源に用いられるようになってきている。そこで、横シングルモード型半導体レーザ素子よりも高出力が得られやすい横マルチモード型半導体レーザ素子を利用することが考えられる。例えば、特許文献１は、横マルチモード型半導体レーザ素子を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１１－１５１２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１が開示する横マルチモード型半導体レーザ素子は、横モード毎の発振波長が異なることから、出射されるレーザ光の半値全幅が大きくなり、効率よく高出力を得ることが難しい。
【０００５】
そこで、本開示は、横モード毎の発振波長のばらつきが小さい横マルチモード型半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一実施形態に係る横マルチモード型半導体レーザ素子は、
活性層を含み、導波構造を有する半導体積層部を有する半導体レーザ素子であって、
前記半導体積層部は、
(i)第１回折格子を含み屈折率ｎ
１
の第１領域と、
(ii)屈折率ｎ
２１
の第１コア領域と該第１コア領域の両側に設けられた屈折率ｎ
２２
の第１クラッド領域とを有し、複数の横モードでレーザ光を伝播させる第２領域と、
を含み、
(iii)前記第２領域から出射されるレーザ光は、前記屈折率ｎ
１
と前記屈折率ｎ
２１
と前記屈折率ｎ
２２
で決まる最大拡散角Θ
max１
で前記第１領域を伝搬し、
前記レーザ光の光軸に垂直な断面において、前記半導体積層部の積層方向に直交する方向の前記第１領域の両端部はそれぞれ、前記第１領域側の前記第１コア領域の出射端面の両端から前記最大拡散角Θ
max１
で広がる仮想線の外側に位置する。
【０００７】
また、本開示の一実施形態に係る横マルチモード型半導体レーザ素子は、
活性層を含み、半導体積層部を有する半導体レーザ素子であって、
半導体積層部は、
（ｉ）第１回折格子を含む第１領域と、
（ｉｉ）横多モード導波路を有する第２領域と、
を含み、
前記第１領域はレーザ光を出射する第１端面を有し、
前記回折格子の周期方向と直交する断面視において、
（ｉｉｉ）前記半導体積層部の積層方向と直交する方向の前記第１端面の幅は前記レーザ光のビーム径よりも大きく、
上面視において、
（iｖ）前記回折格子の周期方向と直交する方向において、前記ビーム径をとるビームの端と、前記第１領域および前記横多モード導波路の第１コア領域の境界である第１頂点と、を結ぶ線のうち短い方の線を基準として、前記レーザ光の中心から遠ざかる方向にも前記第１領域が広がる。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の一実施形態及び他の実施形態に係る半導体レーザ素子は、横モード毎の発振波長のばらつきが小さい横マルチモード型半導体レーザ素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示の実施形態１に係る半導体レーザ素子の導波構造を示す模式図である。
実施形態１に係る半導体レーザ素子の上面図である。
図２に示す半導体レーザ素子のＩＩＩ－ＩＩＩ線における概略断面図である。
図２に示す半導体レーザ素子のＩＩＩ－ＩＩＩ線における他の形態の概略断面図である。
図２に示す半導体レーザ素子のＩＶ－ＩＶ線における概略断面図である。
図２に示す半導体レーザ素子のＶ－Ｖ線における概略断面図である。
図６Ａは横モード次数と等価屈折率の関係を表すグラフである。
図６Ｂは横モード次数とブラッグ波長の関係を表すグラフである。
ビームウエスト半径Ｗ
０
、ビーム発散角φの測定方法の概要を示す図である。
実施形態１の半導体レーザ素子に係る他の形態を示す模式図である。
実施形態１の半導体レーザ素子に係る他の形態を示す模式図である。
実施形態１の半導体レーザ素子に係る他の形態を示す模式図である。
実施形態１の半導体レーザ素子に係る他の形態を示す模式図である。
実施形態１の半導体レーザ素子に係る他の形態を示す模式図である。
実施形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における一工程を示す概略断面図である。
実施形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における一工程を示す概略断面図である。
実施形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における一工程を示す概略断面図である。
実施形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における一工程を示す概略断面図である。
実施形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における一工程を示す概略上面図である。
実施形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における一工程を示す概略断面図である。
実施形態１の変形例１に係る半導体レーザ素子の概略上面図である。
実施形態１の変形例２に係る半導体レーザ素子の概略上面図である。
本開示の実施形態３に係る波長ビーム結合装置の構成を示す概略図である。
１２Ａの電流を注入したときの実施例１の半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の強度を示すグラフである。
１２Ａの電流を注入したとき比較例１の半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の強度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本開示に係る発明を実施するための実施形態、変形例、及び実施例を説明する。なお、以下に説明する、本開示に係る半導体レーザ素子は、本開示に係る発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本開示に係る発明を以下のものに限定しない。
各図面中、同一の機能を有する部材には、同一符号を付している場合がある。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態、変形例、若しくは実施例に分けて示す場合があるが、異なる実施形態、変形例、及び実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。後述の実施形態、変形例、及び実施例では、前述と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態、変形例、及び実施例ごとには逐次言及しないものとする。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張して示している場合もある。
以下の説明において、記載を簡略化するために、横マルチモード型半導体レーザ素子を単に半導体レーザ素子とも呼ぶ。
（【００１１】以降は省略されています）

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