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公開番号2025146811
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-03
出願番号2025047010
出願日2025-03-21
発明の名称半導体レーザ素子および発光装置
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 20210101AFI20250926BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】温度変化に対して安定した光出力が可能なDFBレーザを提供する。
【解決手段】分布帰還型の半導体レーザ素子は、GaN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有する。回折格子150は、電流狭窄構造に対して隣接する。回折格子は、半導体レーザ素子の発振波長λ_DFBが、室温における利得スペクトルのピーク波長λ_GAINPEAKよりも長くなるように構成される。
【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沿って形成される回折格子と、
が設けられており、
前記回折格子は、前記半導体レーザ素子の発振波長が、室温における利得スペクトルのピーク波長よりも長くなるように構成されることを特徴とする半導体レーザ素子。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記半導体レーザ素子の発振波長と前記室温における前記利得スペクトルのピーク波長の差ΔＧを波長λ［ｎｍ］の関数で表したとき、ΔＧ≧１．８×１０
－５
・λ
２
［ｎｍ］
であ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】
前記回折格子は、しきい値電流をI
ＴＨ
としたとき、駆動電流Ｉ
ＯＰ
＝０．９×Ｉ
ＴＨ
における前記利得スペクトルに現れるストップバンド幅Δλ
ＳＢ
が、
１．８ ×１０
－６
・λ
２
≦Δλ
ＳＢ
≦４．０×１０
－６
・λ
２
となるように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
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または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記電流狭窄構造の幅Ｗは１μｍ≦Ｗ≦３μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記回折格子は、温度範囲１０℃～８０℃におけるしきい値電流の変化が、前記室温におけるしきい値電流に対して±１０％以内となるように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記回折格子は、温度範囲１０℃～８０℃におけるスロープ効率の変化が、前記室温におけるスロープ効率に対して±１０％以内となるように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
少なくとも一つの端面には、発振波長に対する反射率が２％以下である端面コーティング膜が施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
請求項１または２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第二高調波を発生する非線形光学素子と、
前記出射光をカットするフィルタと、
を備えることを特徴とする発光装置。

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】
窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料から成る半導体レーザが広く活用されている。また、窒化物系半導体レーザの発振モードを制御する等の目的でメサ構造（リッジ部ともいう）の脇に回折格子を形成した分布帰還型半導体レーザダイオード（ＤＦＢ－ＬＤ）が知られている（特許文献１、特許文献２等）。
【０００３】
従来のＤＦＢ－ＬＤでは、室温（たとえば２５℃）における利得スペクトルのピーク波長（利得ピーク波長という）に対して、目的に応じて回折格子の周期が設計されていた（特許文献３、特許文献４）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
特開２０２３－０３９５１９号公報
特開２０１８－０３７４９５号公報
特許第５０４３８８０号
特開平９－１２９９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、ＤＦＢ－ＬＤの温度上昇にともない、利得ピーク波長に対するＤＦＢ発振波長のずれが変化し、一般的に、しきい値電流が増加し、かつスロープ効率が低下するなどの特性悪化が見られた。結果として、ＤＦＢ－ＬＤの温度を一定に保つための温度調整機構が必要となり、それにともなうモジュールサイズの増加や消費電力増加が問題となっていた。もしくは、ＤＦＢ－ＬＤの光出力特性（Ｉ－Ｌ特性）の温度変化を勘案したモジュールやシステム設計が必要となっていた。
【０００６】
本開示は係る課題に鑑み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、温度変化に対して安定した光出力が可能なＤＦＢレーザの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、ＧａＮ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、電流狭窄構造に沿って形成された回折格子と、が設けられており、回折格子は、半導体レーザ素子の発振波長が、室温における利得スペクトルのピーク波長よりも長くなるように構成される。
【０００８】
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】
【０００９】
本開示のある態様に係る半導体レーザ素子によれば、温度変化に対して光出力を安定化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施形態に係る分布帰還型の半導体レーザ素子の斜視図である。
実施形態に係る半導体レーザ素子の室温における利得スペクトルと発振波長λ
ＤＦＢ
の関係を示す図である。
比較技術に係る半導体レーザ素子の室温における利得スペクトルと発振波長λ
ＤＦＢ
の関係を示す図である。
比較技術１に係る半導体レーザ素子の利得スペクトルと発振波長の温度依存性を説明する図である。
比較技術３に係る半導体レーザ素子の利得スペクトルと発振波長の温度依存性を説明する図である。
実施形態に係る半導体レーザ素子の温度依存性を説明する図である。
位相シフトのない均一な回折格子を持つＤＦＢ－ＬＤのストップバンドを説明する図である。
位相シフトのある回折格子を持つＤＦＢ－ＬＤのストップバンドを説明する図である。
４１０ｎｍ帯ＤＦＢ－ＬＤにおける離調量ΔＧと、Ｉ－Ｌ特性の関係を示す図である。
離調量ΔＧが異なる４１０ｎｍ帯ＤＦＢ－ＬＤにおけるしきい値電流Ｉ
ＴＨ
の温度依存性を示す図である。
離調量ΔＧが異なる４１０ｎｍ帯ＤＦＢ－ＬＤにおけるスロープ効率の温度依存性を示す図である。
図９Ａは、４１０ｎｍ帯ＤＦＢ－ＬＤにおける規格化しきい値電流Ｉ
ＴＨ
の離調量ΔＧ依存性を示す図である。
図９Ｂは、４１０ｎｍ帯ＤＦＢ－ＬＤにおける規格化スロープ効率ＳＥの離調量ΔＧ依存性を示す図である。
実施形態に係る発光装置を示す図である。
【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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