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公開番号2025096459
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-26
出願番号2025064030,2024567408
出願日2025-04-09,2023-12-11
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
主分類H01S 5/343 20060101AFI20250619BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】発振波長の縦モードを単一化または単一に近づけることができる半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】第1端面と、第2端面と、光導波路と、を有する窒化物半導体積層体を備え、窒化物半導体積層体は、第1n側窒化物半導体層と、第2n側窒化物半導体層と、活性層と、p側窒化物半導体層と、を有し、第1n側窒化物半導体層は、光導波路の共振方向に沿って屈折率が周期的に変化している周期構造が設けられた回折格子部と、回折格子部と第1端面との間に位置しており周期構造が設けられていない非回折格子部と、を有し、活性層は、n側井戸層と、n側障壁層と、を有し、第2n側窒化物半導体層は、InとGaを有する窒化物半導体層であり、第2n側窒化物半導体層の厚さは、n側障壁層の厚さよりも大きい、半導体レーザ素子。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１端面と、第２端面と、前記第１端面と前記第２端面を繋ぐ光導波路と、を有する窒化物半導体積層体を備え、
前記窒化物半導体積層体は、
第１ｎ側窒化物半導体層と、
前記第１ｎ側窒化物半導体層の上方に配置された第２ｎ側窒化物半導体層と、
前記第２ｎ側窒化物半導体層の上方に配置された１以上の井戸層及び１以上の障壁層を有する活性層と、
前記活性層の上方に配置されたｐ側窒化物半導体層と、
を有し、
前記第１ｎ側窒化物半導体層は、前記光導波路の共振方向に沿って屈折率が周期的に変化している周期構造が設けられた回折格子部と、前記回折格子部と前記第１端面との間に位置しており前記周期構造が設けられていない非回折格子部と、を有し、
前記活性層は、前記１以上の井戸層のうち最も前記第２ｎ側窒化物半導体層の近くに位置するｎ側井戸層と、前記１以上の障壁層のうち前記ｎ側井戸層と前記第２ｎ側窒化物半導体層との間に位置するｎ側障壁層と、を有し、
前記第２ｎ側窒化物半導体層は、ＩｎとＧａを有する窒化物半導体層であり、
前記第２ｎ側窒化物半導体層の厚さは、前記ｎ側障壁層の厚さよりも大きい、半導体レーザ素子。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記回折格子部の共振方向に沿った長さは、前記非回折格子部の共振方向に沿った長さよりも小さい、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記ｐ側窒化物半導体層の上面であって前記回折格子部の上方に設けられた第１ｐ電極と、
前記ｐ側窒化物半導体層の上面であって前記非回折格子部の上方に前記第１ｐ電極から離れて設けられた第２ｐ電極と、を備える、請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第１ｐ電極は、前記ｐ側窒化物半導体層の上面に設けられた第１導電性酸化物膜と、前記第１導電性酸化物膜の上方に配置された第１金属膜と、を有し、
前記第２ｐ電極は、前記ｐ側窒化物半導体層の上面に設けられた第２導電性酸化物膜と、前記第２導電性酸化物膜の上方に配置された第２金属膜と、を有し、
上面視において、前記第１導電性酸化物膜の第１端面側の端および前記第２導電性酸化物膜の第２端面側の端の一方または両方は、前記第１金属膜の第１端面側の端と前記第２金属膜の第２端面側の端の間に位置している、請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第２ｎ側窒化物半導体層の屈折率は、前記第１ｎ側窒化物半導体層の前記回折格子部の前記周期構造の平均的な屈折率よりも高く、
前記第２ｎ側窒化物半導体層の厚さは、前記第１ｎ側窒化物半導体層の前記回折格子部の前記周期構造の厚さよりも大きい、請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第１ｎ側窒化物半導体層から前記井戸層までの距離は、３００ｎｍより大きい、請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記第１ｎ側窒化物半導体層は、Ｇａを含む窒化物半導体からなる複数の第１部分と、ＩｎとＧａを含む窒化物半導体からなる複数の第２部分とを有し、
前記回折格子部の前記周期構造は、前記複数の第１部分と前記複数の第２部分とが前記共振方向に沿って交互に配置されることにより構成されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記窒化物半導体積層体は、
前記第１ｎ側窒化物半導体層の前記活性層とは反対の側に配置された、ｎ側クラッド層と、
前記ｎ側クラッド層と前記第１ｎ側窒化物半導体層との間に配置され、前記ｎ側クラッド層の屈折率と前記第１ｎ側窒化物半導体層の前記回折格子部の前記周期構造の平均的な屈折率との間の屈折率を有する第３ｎ側窒化物半導体層と、を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記窒化物半導体積層体は、前記第２ｎ側窒化物半導体層と前記第１ｎ側窒化物半導体層の間に配置された第４ｎ側窒化物半導体層を有し、
前記第４ｎ側窒化物半導体層の屈折率は、前記第２ｎ側窒化物半導体層の屈折率よりも低く、且つ、前記第１ｎ側窒化物半導体層の前記回折格子部の前記周期構造の平均的な屈折率よりも高い、請求項８に記載の半導体レーザ素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
回折格子が部分的に設けられた半導体レーザ素子が知られている。例えば、特許文献１には、回折格子層が設けられた発振器部と、回折格子層が設けられていない変調器部とを有するＥＡ（Electro-Absorption）変調器集積型ＤＦＢレーザ素子が記載されている。特許文献１に記載の半導体レーザ素子は、ＩｎＧａＡｓＰ活性層を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１１－１５１０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、窒化物半導体層を有する半導体レーザ素子であって、発振波長の縦モードを単一化または単一に近づけることが可能な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】
【０００５】
本開示は、以下の形態を含む。
第１端面と、第２端面と、前記第１端面と前記第２端面を繋ぐ光導波路と、を有する窒化物半導体積層体を備え、前記窒化物半導体積層体は、第１ｎ側窒化物半導体層と、前記第１ｎ側窒化物半導体層の上方に配置された第２ｎ側窒化物半導体層と、前記第２ｎ側窒化物半導体層の上方に配置された１以上の井戸層及び１以上の障壁層を有する活性層と、前記活性層の上方に配置されたｐ側窒化物半導体層と、を有し、前記第１ｎ側窒化物半導体層は、前記光導波路の共振方向に沿って屈折率が周期的に変化している周期構造が設けられた回折格子部と、前記回折格子部と前記第１端面との間に位置しており前記周期構造が設けられていない非回折格子部と、を有し、前記活性層は、前記１以上の井戸層のうち最も前記第２ｎ側窒化物半導体層の近くに位置するｎ側井戸層と、前記１以上の障壁層のうち前記ｎ側井戸層と前記第２ｎ側窒化物半導体層との間に位置するｎ側障壁層と、を有し、前記第２ｎ側窒化物半導体層は、ＩｎとＧａを有する窒化物半導体層であり、前記第２ｎ側窒化物半導体層の厚さは、前記ｎ側障壁層の厚さよりも大きい、半導体レーザ素子。
【発明の効果】
【０００６】
上述の半導体レーザ素子によれば、発振波長の縦モードを単一化または単一に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の一実施形態の半導体レーザ素子を示す模式的な上面図である。
図１のII－II線における断面図である。
図１のIII－III線における断面図である。
第１ｎ側窒化物半導体層を説明するための模式図である。
第１コンタクト層および第２コンタクト層を説明するための模式図である。
実施例１の半導体レーザ素子のスペクトルを示すグラフである。
実施例１の半導体レーザ素子の一部のＺコントラスト像である。
実施例２の半導体レーザ素子のスペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。
【０００９】
図１は、本実施形態の半導体レーザ素子を示す模式的な上面図である。図２は、図１のII－II線における断面図である。図３は、図１のIII－III線における断面図である。図４は、第１ｎ側窒化物半導体層を説明するための模式図である。図１～図４に示すとおり、本実施形態の半導体レーザ素子１００は、窒化物半導体積層体２０を備える。窒化物半導体積層体２０は、第１端面２０ａと、第２端面２０ｂと、第１端面２０ａと第２端面２０ｂを繋ぐ光導波路１０と、を有する。窒化物半導体積層体２０は、第１ｎ側窒化物半導体層３１と、第１ｎ側窒化物半導体層３１の上方に配置された第２ｎ側窒化物半導体層３２と、第２ｎ側窒化物半導体層３２の上方に配置された１以上の井戸層４１及び１以上の障壁層４２を有する活性層４０と、活性層４０の上方に配置されたｐ側窒化物半導体層５０と、を有する。本実施形態では、ｎ側窒化物半導体層３０からｐ側窒化物半導体層５０に向かう方向を上方向として説明する。この上方向は、半導体レーザ素子１００が固定される発光装置等の上方向と必ずしも一致しなくてもよい。
【００１０】
（基板６０）
基板６０は、例えば半導体基板である。基板６０は、例えばＧａＮ基板等の窒化物半導体基板である。例えば、基板６０として窒化物半導体基板を用いて、その上面を＋ｃ面（すなわち、（０００１）面）とすることができる。本実施形態において、ｃ面は、厳密に（０００１）面と一致する面に限らず、±０．０３～１度の範囲内のオフ角を有する面も含む。半導体レーザ素子１００は基板６０を有していなくてもよい。基板の上面としては、非極性面（Ｍ面やＡ面）や、非極性面から±０．０３～２５度の範囲内のオフ角を有する半極性面を用いてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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