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公開番号2025121782
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-20
出願番号2024017482
出願日2024-02-07
発明の名称半導体レーザ素子およびその製造方法、発光装置
出願人ウシオ電機株式会社,国立大学法人大阪大学
代理人個人,個人
主分類H01S 5/12 20210101AFI20250813BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】素子ごとの特性ばらつきを低減した半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】半導体レーザ素子100は、GaN基板110、n型半導体層120、活性層130、p型半導体層140を含む積層構造102を備える。積層構造102には、積層方向に対して直交する第1方向に延びる電流狭窄構造141と、電流狭窄構造141に対して、第1方向と垂直な第2方向に隣接する回折格子150と、が設けられる。回折格子150は、それぞれが第2方向に延びる複数の溝152を含む。複数の溝152の深さは、電流狭窄構造141からみて第2方向について相対的に遠い外側領域Bにおいて、実質的に一定であり、電流狭窄構造141からみて第2方向について相対的に近い内側領域Aにおいて、外側領域Bより浅い。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
分布帰還型の半導体レーザ素子であって、
基板、第１導電型半導体層、活性層、第２導電型半導体層を含む積層構造を備え、
前記積層構造には、
積層方向に対して直交する第１方向に延びる電流狭窄構造と、
前記電流狭窄構造に対して、前記第１方向と垂直な第２方向に隣接する回折格子と、
が設けられており、
前記回折格子は、それぞれが前記第２方向に延びる複数の溝を含み、
前記複数の溝の深さは、前記電流狭窄構造からみて前記第２方向について相対的に遠い外側領域において、実質的に一定であり、前記電流狭窄構造からみて前記第２方向について相対的に近い内側領域において、前記外側領域より浅いことを特徴とする半導体レーザ素子。
続きを表示（約 930 文字）【請求項２】
前記回折格子の溝は、前記内側領域において、前記導波路から遠ざかるに従って連続的に深くなることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記回折格子の溝は、前記内側領域において、一定の傾きで深くなることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記回折格子の溝は、前記内側領域において、非直線的に深くなることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記回折格子の溝は、前記内側領域において、前記導波路から遠ざかるに従ってステップ状に深くなることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記活性層は、Ｉｎ
ｘ
Ａｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｘ－ｙ
Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記回折格子は、前記第１方向において、位相シフト領域を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
出射端面におけるビーム強度を、前記内側領域の最も導波路に近い位置ｘ
１
を１として正規化したときに、前記内側領域と前記外側領域の境界ｘ
２
は、ビーム強度が１／ｅ
２
となる位置ｘ
３
よりも、前記導波路に近いことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記内側領域の前記第２方向の長さは、９０～２２０ｎｍであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
請求項１から５のいずれかに記載の分布帰還型の半導体レーザ素子と、
前記分布帰還型の半導体レーザ素子の出射光の２次高調波を発生する非線形光学素子と、
前記２次高調波を透過するフィルタと、
を備えることを特徴とする発光装置。
（【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 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
これまで殺菌用途として、２５４ｎｍ紫外線殺菌灯などが広く用いられてきた。しかし、人に照射すると皮膚がんや角膜炎を発症させるリスクがあった。それに対し、近年ＫｒＣｌエキシマランプを用いた２２２ｎｍの紫外線は、はるかに安全性が高いことが国内外の多くの医療機関や大学などから報告されている。加えて、新型コロナウィルスに対し効果があることも検証されつつある。このＫｒＣｌエキシマランプを応用したウィルス不活化システムが、医療機関や学校、公共・商業施設、飲食施設などで人の活動を制限することなく、ウィルスの不活化ができ、パンデミックの抑制と、社会活動の両立に貢献できるものとして注目を集めている。
【０００３】
このウィルス不活化システムの、更なる静音性向上や小型化には、ＫｒＣｌエキシマランプを、半導体発光素子を実装した半導体発光装置に置き換える方法が考えられる。しかし、２２２ｎｍ辺りで高出力で発光する半導体発光素子は未だ存在しない。そこで、波長変換素子による高調波発生を利用して、４４４ｎｍの光を２２２ｎｍの２次高調波に変換する方法が考えられる。
【０００４】
２次高調波の変換効率を高めるためには、４４４ｎｍの光源として、縦シングルモードかつ高出力の半導体レーザが必要である。一般的に、縦シングルモードレーザとしては、分布帰還型レーザ（ＤＦＢ－ＬＤ：Distributed FeedBack Laser Diode)が利用される（特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
特開２０２３－０３９５１９号公報
特開２０１８－０３７４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＤＦＢ－ＬＤには様々な形態が提案されており、その中に横結合ＤＦＢ－ＬＤがある。その横結合ＤＦＢ－ＬＤの１つの形態は、Ｎ型クラッド層、活性層、Ｐ型クラッド層の積層構造をもち、Ｐ型クラッド層には、電流狭窄構造としてリッジ部（メサ構造）が形成される。そして、Ｐ型クラッド層には、リッジ部と隣接して回折格子が形成される。さらにリーク電流の抑制等を目的として、同表面にＳｉＯ
２
等からなる絶縁層が形成される。
【０００７】
本発明者らは、上記構造を有する横結合ＤＦＢ－ＬＤについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。上記構造の横結合ＤＦＢ－ＬＤは、回折格子の溝を埋めるようにして、絶縁層が形成される。回折格子の溝の中に絶縁層を埋め込む際に、メサ部の近傍には、絶縁材料が入り込みにくいため、ボイドが生じやすい。回折格子の溝内のボイドは、屈折率分布の再現性を低下させ、素子ごとの特性ばらつきの原因となっていた。
【０００８】
本開示はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、素子ごとの特性ばらつきを低減した半導体レーザ素子の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示のある態様は、分布帰還型の半導体レーザ素子に関する。半導体レーザ素子は、基板、第１導電型半導体層、活性層、第２導電型半導体層を含む積層構造を備える。積層構造には、積層方向に対して直交する第１方向に延びる電流狭窄構造と、電流狭窄構造に対して、第１方向と垂直な第２方向に隣接する回折格子と、が設けられる。回折格子は、それぞれが第２方向に延びる複数の溝を含む。複数の溝の深さは、電流狭窄構造からみて第２方向について相対的に遠い外側領域において、実質的に一定であり、電流狭窄構造からみて第２方向について相対的に近い内側領域において、外側領域より浅い。
【００１０】
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明あるいは本開示の態様として有効である。さらに、この項目（課題を解決するための手段）の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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