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公開番号2025092707
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-19
出願番号2025061265,2024068299
出願日2025-04-02,2020-07-14
発明の名称III族窒化物半導体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 20210101AFI20250612BHJP(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】本発明は、基板上に形成された、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n型III族窒化物半導体層と、n型III族窒化物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p型III族窒化物半導体層と、p型III族窒化物半導体層の表面上に透光性の酸化物導電体で形成されたメサ形状のメサ部と、p型III族窒化物半導体層上のメサ部以外の表面に形成されている絶縁膜と、を有し、絶縁膜の屈折率は、メサ部の屈折率よりも小さく、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、III族窒化物半導体フォトニック結晶面発光レーザ素子を提供する。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項１】
透光性の基板と、
前記基板上に形成された、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ｎ型III族窒化物半導体層と、
前記ｎ型III族窒化物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ｐ型III族窒化物半導体層と、
前記ｐ型III族窒化物半導体層の表面上に透光性の酸化物導電体で形成されたメサ形状のメサ部と、
前記ｐ型III族窒化物半導体層上の前記メサ部以外の表面に形成されている絶縁膜と、を有し、
前記絶縁膜の屈折率は、前記メサ部の屈折率よりも小さく、
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、III族窒化物半導体フォトニック結晶面発光レーザ素子。
続きを表示（約 520 文字）【請求項２】
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に記載のIII族窒化物半導体フォトニック結晶面発光レーザ素子。
【請求項３】
さらに、前記メサ部上に光反射性のｐ電極を有する、請求項１または２に記載のIII族窒化物半導体フォトニック結晶面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記透光性の酸化物導電体は、酸化インジウム系、ＺｎＯ系、ＺｒＯ系、ＧａＯ系、ＳｎＯ系、またはこれらの合金系の材料からなる請求項３に記載のIII族窒化物半導体フォトニック結晶面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記光反射性のｐ電極は、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、またはこれらの合金からなる請求項３または請求項４に記載のIII族窒化物半導体フォトニック結晶面発光レーザ素子。
【請求項６】
前記基板の前記ｎ型III族窒化物半導体層とは反対側の面にはｎ電極が形成されており、前記ｎ電極はレーザ光を通過させる開口を有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体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、III族窒化物半導体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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