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公開番号2025102085
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-08
出願番号2023219305
出願日2023-12-26
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 5/20 20060101AFI20250701BHJP(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】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)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、前記コア領域と、前記クラッド領域とが配置される方向において、前記第1領域の幅は、前記コア領域の幅よりも広く、上面視で、前記第1領域に重なる位置に、電流遮蔽構造が設けられ、前記電流遮蔽構造は、前記第1領域において前記半導体積層部に電流を注入する1又は複数の開口領域を有し、上面視で、前記1又は複数の開口領域の合計の面積は、前記第1領域の面積よりも小さい。
【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)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、
前記コア領域と、前記クラッド領域とが配置される方向において、前記第１領域の幅は、前記コア領域の幅よりも広く、
上面視で、前記第１領域に重なる位置に、電流遮蔽構造が設けられ、
前記電流遮蔽構造は、前記第１領域において前記半導体積層部に電流を注入する１又は複数の開口領域を有し、
上面視で、前記１又は複数の開口領域の合計の面積は、前記第１領域の面積よりも小さい、半導体レーザ素子。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
前記前記第１領域の屈折率はｎ
１
であり、
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領域を伝搬する、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記１又は複数の開口領域は円形である、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記１又は複数の開口領域は矩形である、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記電流遮蔽構造は、前記半導体積層部上に設けられる絶縁膜である、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
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た酸化膜である、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記電流遮蔽構造は、前記半導体積層部に設けられた電流ブロック層である、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
さらに、前記半導体積層部上に接して設けられ、前記半導体積層部と接触する電極を含み、
上面視で、前記電流遮蔽構造と重なる位置に前記電極が設けられる請求項１から５の何れか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
さらに、前記半導体積層部上に接して設けられ、前記半導体積層部と接触する電極を含み、
上面視で、前記電流遮蔽構造と重なる位置に前記電極が設けられない請求項１から５の何れか１項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】
本開示は、半導体レーザ素子に関する。
続きを表示（約 3,100 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)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、
前記コア領域と、前記クラッド領域とが配置される方向において、前記第１領域の幅は、前記コア領域の幅よりも広く、
上面視で、前記第１領域に重なる位置に、電流遮蔽構造が設けられ、
前記電流遮蔽構造は、前記第１領域において前記半導体積層部に電流を注入する１又は複数の開口領域を有し、
上面視で、前記１又は複数の開口領域の合計の面積は、前記第１領域の面積よりも小さい。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の一実施形態によれば、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。
本開示の変形例に係る半導体レーザ素子の上面図である。
本開示の他の変形例に係る半導体レーザ素子の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本開示の半導体レーザ素子、本開示の半導体レーザ素子を実施するための実施形態、変形例、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】
本開示の半導体レーザ素子
本開示の半導体レーザ素子は、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である。
具体的には、本開示の半導体レーザ素子における半導体積層部１０１は、図３～図４等に示すように、
(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。
また、コア領域２１と、クラッド領域２２とが配置される方向において、第１領域１の幅は、コア領域２１の幅よりも広い。更に、上面視で、第１領域１に重なる位置に、電流遮蔽構造１０が設けられ、電流遮蔽構造１０は、第１領域１において半導体積層部に電流を注入する１又は複数の開口領域１４０ａを有する。更に、第１領域１の屈折率はｎ
１
であり、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、図５に示すように、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。第２領域２から出射されるレーザ光が、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を伝搬することで、第１領域１に設けた回折格子１０５によってレーザ光を効率よく反射することができる。
そして、本開示の半導体レーザ素子において、上面視で、１又は複数の開口領域１４０ａの合計の面積は、第１領域１の面積よりも小さい。
１又は複数の開口領域１４０ａの合計の面積を第１領域１の面積よりも小さくすることで、本開示の半導体レーザ素子は、１又は複数の開口領域１４０ａの合計の面積を第１領域１の面積よりも小さくしない場合と比べて、第１領域１に注入される電流密度を小さくでき、第１領域１における発熱量を抑制できる。
ここで、本明細書において、屈折率ｎ
２１
、屈折率ｎ
２２
、というときの屈折率とは、半導体積層部の積層方向の光閉じ込めを考慮した実効的な屈折率をいう。屈折率ｎ
１
は半導体積層部の積層方向の光閉じ込めを考慮し、さらに回折格子の屈折率の変調のぶんを平均化した実効的な屈折率をいう。また、最大拡散角Θ
max1
は、第２領域２の光導波路の最大受光角に等しい。
また、例えば、半導体レーザ素子は、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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