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公開番号2025119515
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-14
出願番号2024014450
出願日2024-02-01
発明の名称面発光レーザ装置
出願人スタンレー電気株式会社,国立大学法人京都大学
代理人個人,個人
主分類H01S 5/0233 20210101AFI20250806BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】フォトニック結晶面発光レーザ素子の発振閾値電流及び駆動電流の上昇が抑制され、かつ安定した発振モードを有し、ビーム品質に優れたフォトニック結晶面発光レーザ装置を提供する。
【解決手段】面発光レーザ素子と、面発光レーザ素子が素子接合部材によって接合された実装基板と、素子接合部材と実装基板との間に設けられた応力調整部材と、を備えている。面発光レーザ素子は、透光性の素子基板と、素子基板上に設けられた第1の半導体層と、第1の半導体層上に設けられた活性層と、活性層上に設けられた第2の半導体層と、第1の半導体層又は第2の半導体層に含まれ、活性層に平行な面内において2次元的な周期性を有して配された空孔を備える空孔層と、第1の半導体層に電気的に接続された第1の電極と、第2の半導体層にオーミック接触して設けられ、光反射面を有する第2の電極と、を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
面発光レーザ素子と、
前記面発光レーザ素子が素子接合部材によって接合され、前記面発光レーザ素子に電気的に接続された実装基板と、
前記素子接合部材と前記実装基板との間に設けられた導電層である応力調整部材と、を備え、
前記面発光レーザ素子は、
透光性の素子基板と、
前記素子基板上に設けられた第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられ、前記第１の半導体層とは反対導電型の第２の半導体層と、
前記第１の半導体層又は前記第２の半導体層に含まれ、前記活性層に平行な面内において２次元的な周期性を有して配された空孔を備えるフォトニック結晶層である空孔層と、
前記第１の半導体層に電気的に接続された第１の電極と、
前記第２の半導体層上に前記第２の半導体層にオーミック接触して設けられ、光反射面を有する第２の電極と、
を有する面発光レーザ装置。
続きを表示（約 640 文字）【請求項２】
前記素子接合部材及び前記応力調整部材の合計膜厚は４μｍ以上である請求項１に記載の面発光レーザ装置。
【請求項３】
前記素子接合部材の厚さが１～２μｍの範囲内であり、前記応力調整部材の厚さが３μｍ以上である請求項２に記載の面発光レーザ装置。
【請求項４】
前記応力調整部材の膜厚は２５μｍ以下である請求項２に記載の面発光レーザ装置。
【請求項５】
前記素子基板はＧａＮ系半導体からなり、前記応力調整部材のヤング率は前記素子基板のヤング率よりも小なる請求項１に記載の面発光レーザ装置。
【請求項６】
前記応力調整部材のヤング率は前記実装基板のヤング率よりも小なる請求項５に記載の面発光レーザ装置。
【請求項７】
前記応力調整部材のヤング率は１００ＧＰａ以下である請求項１に記載の面発光レーザ装置。
【請求項８】
前記素子接合部材は金属ナノ粒子からなり、前記応力調整部材はＡｕからなる請求項１に記載の面発光レーザ装置。
【請求項９】
前記第２の半導体層のオーミック接触領域である電流注入領域に対応する前記空孔層の中央部における歪みε
center
が端部における歪みε
edge
よりも大きい（ε
center
＞ε
edge
）、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の面発光レーザ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザ装置、特にフォトニック結晶面発光レーザ素子を有する面発光レーザ装置に関する。
続きを表示（約 2,000 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-Crystal
Surface-Emitting Laser）の開発が進められている。
【０００３】
フォトニック結晶面発光レーザにおいて、高い共振効果を得るためには、フォトニック結晶層における回折効果を高めることが求められ、回折効果を高めるために、フォトニック結晶における２次元的な屈折率周期が均一であることが求められる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、均一な屈折率周期を有し、高い回折効果を有するフォトニック結晶を備えた面発光レーザについて開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許７１０１３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、フォトニック結晶面発光レーザ素子を回路基板やヒートシンク上に実装した場合に、フォトニック結晶面発光レーザ素子に応力及び歪みが生じ、発振閾値電流が上昇して発光効率が低下する、また発振モードが不安定になるという問題があった。
【０００７】
特に、連続通電駆動（ＣＷ駆動）する場合には、フォトニック結晶面発光レーザ素子に内在する歪みによって駆動電流が増加し、電力変換効率が低下するとともに、発熱量も増加するため十分な出力を得ることができない、また発振モードが不安定になるという問題があった。
【０００８】
本願発明は、フォトニック結晶面発光レーザ素子の発振閾値電流及び駆動電流の上昇が抑制され、かつ安定した発振モードを有し、ビーム品質に優れたフォトニック結晶面発光レーザ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１実施態様による面発光レーザ装置は、
面発光レーザ素子と、
前記面発光レーザ素子が素子接合部材によって接合され、前記面発光レーザ素子に電気的に接続された実装基板と、
前記素子接合部材と前記実装基板との間に設けられた導電層である応力調整部材と、を備え、
前記面発光レーザ素子は、
透光性の素子基板と、
前記素子基板上に設けられた第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられ、前記第１の半導体層とは反対導電型の第２の半導体層と、
前記第１の半導体層又は前記第２の半導体層に含まれ、前記活性層に平行な面内において２次元的な周期性を有して配された空孔を備えるフォトニック結晶層である空孔層と、
前記第１の半導体層に電気的に接続された第１の電極と、
前記第２の半導体層上に前記第２の半導体層にオーミック接触して設けられ、光反射面を有する第２の電極と、を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
第１の実施形態の面発光レーザ装置の断面を示す断面図である。
本実施形態面発光レーザ装置のフォトニック結晶面発光レーザ素子（ＰＣＳＥＬ素子）の構造の一例を模式的に示す断面図である。
図２に示すＰＣＳＥＬ素子の上面を模式的に示す平面図である。
フォトニック結晶層のｎ側ガイド層に平行な面における断面を模式的に示す断面図である。
ＰＣＳＥＬ素子の下面を模式的に示す平面図である。
ＰＣＳＥＬ素子のε
center
＜ε
edge
におけるフォトニックバンドを示す図である。
ＰＣＳＥＬ素子のε
center
＞ε
edge
におけるフォトニックバンドを示す図である。
歪み分布の接合材厚依存性について計算結果を示す図である。
電流注入領域の中央の歪みをε
center
、端部（外周部）の歪みをε
edge
としたときの、接合材厚に対する歪み量の差ε
center
－ε
edge
（％）を示す図である。
本実施形態の面発光レーザ装置において、ＰＣＳＥＬ素子の実装前後（接合前後）のＩ－Ｌ特性を対比して示す図である。
比較例（ＣＭＰ）の面発光レーザ装置において、ＰＣＳＥＬ素子の実装前後のＩ－Ｌ特性を対比した一例を示す図である。
応力調整部材の膜厚ＦＴが７μｍの場合の実装前後でのＩ－Ｌ特性を対比して示す図である。
応力調整部材の膜厚ＦＴが９μｍの場合の実装前後でのＩ－Ｌ特性を対比して示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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