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公開番号2025066058
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-22
出願番号2024159383
出願日2024-09-13
発明の名称半導体レーザ素子
出願人日亜化学工業株式会社
代理人個人,個人
主分類H01S 5/12 20210101AFI20250415BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】電力変換効率の高い半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】活性層を含む半導体積層部と該半導体積層部上に設けられた電極とを有し、導波構造を有する半導体レーザ素子であって、半導体積層部は、(i)回折格子を含む第1領域と、(ii)屈折率n₂₁のコア領域と該コア領域の両側に設けられた屈折率n₂₂の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、上面視において、第1領域は、第2領域から入射される光を伝播させ、屈折率がn₁である中央領域と該中央領域の外側に位置する周辺領域とを含み、周辺領域の少なくとも一部と重なる位置に、電流遮蔽構造が設けられる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
活性層を含む半導体積層部と該半導体積層部上に設けられた電極とを有し、導波構造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)回折格子を含む第１領域と、
(ii)コア領域と該コア領域の両側に設けられた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、
上面視において、
前記第１領域は、前記第２領域から入射される光を伝播させ、中央領域と、該中央領域の外側に位置する周辺領域とを含み、
前記周辺領域の少なくとも一部と重なる位置に、電流遮蔽構造が設けられる、半導体レーザ素子。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記コア領域の屈折率はｎ
２１
であり、前記クラッド領域の屈折率はｎ
２２
であり、前記中央領域の屈折率はｎ
１
であり、
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、
前記中央領域は、前記コア領域の出射端面の両端から前記最大拡散角Θ
max１
で広がる仮想線の内側の領域を含む、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記電流遮蔽構造は、前記半導体積層部上に設けられ、前記中央領域上に開口部を有する絶縁膜を含み、前記電極の少なくとも一部が前記開口部に設けられてなる請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記電極は、前記開口部に設けられた第１電極を含み、該第１電極は前記開口部の内側において前記半導体積層部と接触する、請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記電極は、前記半導体積層部上に接して設けられた第１電極と、該第１電極上に設けられた第２電極とを含み、該第２電極は前記開口部を介して前記第１電極に接続される請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記開口部の幅は、前記第１領域の出射端面に向かって広がっている請求項３～５のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記第２領域は、前記半導体積層部に設けられ、前記第２領域上に前記開口部より幅の狭い第２開口部を有する第２絶縁膜を含み、前記第２開口部を介して前記第２領域に電流が注入される請求項３～５のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記電流遮蔽構造は、前記半導体積層部の表面に設けられ、前記中央領域上に開口部を有する酸化膜を含み、前記電極は前記開口部を介して前記中央領域に電流を注入する請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記開口部は、前記第１領域の出射端面に向かって広がっている請求項８に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記開口部の幅は、一定である請求項８に記載の半導体レーザ素子。
（【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、半導体レーザ素子に関する。
続きを表示（約 2,500 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。例えば、特許文献１は、ストライプサイドにおける光学損傷を防ぐことができる多重横モードレーザを開示している。
【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が開示する半導体レーザ素子は、電力変換効率が十分でなく、改善の余地がある。
【０００５】
そこで、本開示は、電力変換効率の高い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半導体レーザ素子は、
活性層を含む半導体積層部と該半導体積層部上に設けられた電極とを有し、導波構造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)回折格子を含む第１領域と、
(ii)コア領域と該コア領域の両側に設けられた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、
上面視において、
前記第１領域は、前記第２領域から入射される光を伝播させ、中央領域と該中央領域の外側に位置する周辺領域とを含み、
前記周辺領域の少なくとも一部と重なる位置に、電流遮蔽構造が設けられる。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の一実施形態に係る半導体レーザ素子は、電力変換効率の高い半導体レーザ素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の実施形態１に係る半導体レーザ素子の上面図である。
実施形態１に係る半導体レーザ素子の領域構造を模式的に示す上面図である。
図１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１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。
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。
本開示の実施形態２に係る半導体レーザ素子の第１領域における概略断面図である。
本開示の実施形態３に係る半導体レーザ素子の第１領域における概略断面図である。
本開示の実施形態４に係る半導体レーザ素子の第１領域における概略断面図である。
実施形態１の半導体レーザ素子に係る他の形態を模式的に示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
実施形態１
実施形態１の半導体レーザ素子L1は、活性層１２０を含み、図２に示す導波構造を有する半導体積層部１０１を含む半導体レーザ素子Ｌ１である。ここで、図１は、実施形態１の半導体レーザ素子Ｌ１を上面視したときの模式的上面図である。
具体的には、実施形態１の半導体レーザ素子Ｌ１における半導体積層部１０１は、図１～図４に示すように、
(i)回折格子１０５を含む第１領域１と、
(ii)コア領域２１とコア領域２１の両側に設けられたクラッド領域２２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２と、
を含む。
そして、実施形態１の半導体レーザ素子Ｌ１においては、第１領域１は、上面視で、第２領域２から入射される光を伝播させ、中央領域１１と中央領域１１の外側に位置する周辺領域１２とを含み、周辺領域１２の少なくとも一部と重なる位置に、電流遮蔽構造１０が設けられている。
また、コア領域２１の屈折率はｎ
２１
であり、クラッド領域２２の屈折率はｎ
２２
であり、中央領域１１の屈折率はｎ
１
である。
以上のように構成された、第１領域１と第２領域２とを含む半導体レーザ素子Ｌ１において、第２領域２から出射されるレーザ光は、屈折率ｎ
１
と屈折率ｎ
２１
と屈折率ｎ
２２
で決まる最大拡散角Θ
max１
で第１領域１を伝搬する。
ここで、実施形態１の半導体レーザ素子Ｌ１では、電流遮蔽構造１０は、後述するように、第１領域１の半導体積層部１０１上に設けられた絶縁膜１４０により構成される。例えば、半導体レーザ素子Ｌ１は、横マルチモード型の半導体レーザ素子である。横マルチモード型の半導体レーザ素子であることで、横シングルモード型の半導体レーザ素子と比較して、発振（光の伝播）に寄与しない部分における無効電流による発熱を減らすことによる、発光効率の向上という効果をより一層得ることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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