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公開番号2025127431
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-01
出願番号2024185840
出願日2024-10-22
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
代理人弁理士法人ITOH
主分類H01S 5/20 20060101AFI20250825BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】光閉じ込めが良好な半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】半導体レーザ素子は、n側クラッド層と、p側クラッド層と、前記n側クラッド層と前記p側クラッド層の間に設けられた活性層と、を有し、前記n側クラッド層は、窒化物半導体からなる半導体部と、前記半導体部よりも屈折率の低い窒化物半導体以外の媒質からなる低屈折率部とを有する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
ｎ側クラッド層と、
ｐ側クラッド層と、
前記ｎ側クラッド層と前記ｐ側クラッド層の間に設けられた活性層と、
を有し、
前記ｎ側クラッド層は、窒化物半導体からなる半導体部と、前記半導体部よりも屈折率の低い窒化物半導体以外の媒質からなる低屈折率部とを有する、
半導体レーザ素子。
続きを表示（約 920 文字）【請求項２】
前記ｎ側クラッド層の前記半導体部はＡｌ
ｘ
Ｇａ
１－ｘ
Ｎで形成されており、Ａｌの組成比ｘは０．０４未満である、
請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記半導体レーザ素子の積層方向の積分光強度を１００％としたときの前記ｎ側クラッド層の光強度は５％以下である、
請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記低屈折率部と前記活性層の間にＡｌ組成比ｙが０．０４以上のＡｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｙ
Ｎ層を有する、
請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記低屈折率部は空隙である、
請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記半導体レーザ素子の積層方向に垂直な面内で前記低屈折率部の導波方向の分布は周期的である、
請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記半導体レーザ素子の発振波長をλ、前記発振波長における前記半導体レーザ素子の実効屈折率をｎ
eff
とすると、前記低屈折率部の周期はλ／２ｎ
eff
の整数倍ではない、
請求項６に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記半導体レーザ素子の積層方向に垂直な面内で前記低屈折率部の導波方向の分布はランダムである、
請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記ｐ側クラッド層は、窒化物半導体からなる第２の半導体部と、窒化物半導体ではない材料からなり前記第２の半導体部よりも屈折率の低い第２の低屈折率部を有する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記ｎ側クラッド層の前記低屈折率部は第１の周期で周期的に設けられ、
前記ｐ側クラッド層の前記第２の低屈折率部は第２の周期で周期的に設けられ、
前記第１の周期と前記第２の周期は異なる、
請求項９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 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子は、活性層のバンドギャップエネルギーで決まる波長で発振し、位相と方向がそろったコヒーレントな光を出力する。窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子は、材料の設計により紫外域から赤色まで幅広い波長域での発振が可能であり、光通信、光記録及び再生、センシング、プロジェクタ等の光源として広く用いられ得る。半導体レーザ素子で積層方向と垂直な方向に光を導波させる場合、活性層よりも屈折率が低いクラッド層で活性層を挟み込んで、活性層の近傍に光を閉じ込める。
【０００３】
面発光レーザの例としては、活性層に隣接する光ガイド層にフォトニック結晶を用いる構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。積層体の基体側と反対側のｐ側電極での光吸収を低減するために、ｐ側クラッド層に低屈折率部を設けた発光装置が知られている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第２０１８／１５５７１０号
特開２０１９－８３２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子で、クラッド層により光を活性層の近傍に閉じ込める場合、クラッド層の材料の選択が限定されている。クラッド層の半導体材料の組成比を変えてコアとの屈折率差を大きくすることが考えられるが、クラッド層の組成比を百分率で数％から１０％程度変えたときの屈折率の変化は、たとえば５％程度である。屈折率の波長依存性により、特に、可視光域において発振波長が長くなるにしたがって、混晶による屈折率変化は小さくなり、材料の選択が益々限定される。一方で、基板と１０％以上組成比の異なる半導体層を、結晶品質を保ったまま数百ナノメートルの厚さに成長すると、クラックが生じることがある。
【０００６】
本開示の一つの側面で、光閉じ込めが良好な半導体レーザ素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一つの実施形態において、半導体レーザ素子は、
ｎ側クラッド層と、
ｐ側クラッド層と、
前記ｎ側クラッド層と前記ｐ側クラッド層の間に設けられた活性層と、
を有し、前記ｎ側クラッド層は、窒化物半導体からなる半導体部と、前記半導体部よりも屈折率の低い窒化物半導体以外の媒質からなる低屈折率部とを有する。
【発明の効果】
【０００８】
光閉じ込めが良好な半導体レーザ素子が実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施形態の半導体レーザ素子の導波方向と直交する断面図である。
図１の半導体レーザ素子の積層体の導波方向に沿った断面図である。
第１実施形態の半導体レーザ素子に用いられる積層体の断面図である。
図３の半導体レーザ素子の光強度分布を示す図である。
第１実施形態の半導体レーザ素子をシングルモード発振させたときのスペクトルである。
第１実施形態の半導体レーザ素子をマルチモード発振させたときのスペクトルである。
第２実施形態の半導体レーザ素子に用いられる積層体の断面図である。
図７の半導体レーザ素子の光強度分布を示す図である。
第３実施形態の半導体レーザ素子に用いられる積層体の断面図である。
図９の半導体レーザ素子の光強度分布を示す図である。
第４実施形態の半導体レーザ素子に用いられる積層体の断面図である。
図１１の半導体レーザ素子の光強度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための形態を説明する。以下の説明は、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、本開示を以下の記載に限定するものではない。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、便宜上実施形態に分けて示す場合があるが、異なる実施形態や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。後に示す実施形態では、先に示した実施形態と異なる事項について主に説明し、先に示した実施形態と共通の事柄については、重複する説明を省略することがある。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がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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