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JP-2026077123-A - 発光装置

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Abstract

【課題】電力変換効率が向上した発光装置を提供する。 【解決手段】発光装置は、活性層を含み、導波構造を有する半導体積層部を有し、前端面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) 前記前端面を含み、上面視で、コア部分と該コア部分の両側に設けられたクラッド部分とを有し、前記前端面の法線方向である第１方向に延伸する第１部分と、(ii) 回折格子を含み、上面視で、前記回折格子の前記第１方向に垂直な第２方向における幅が前記コア部分よりも大きい、第２部分と、を含む、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子が配置されるサブマウントと、を備え、上面視で、前記半導体レーザ素子の前記前端面は、前記サブマウントと重ならず、前記半導体レーザ素子の前記第２部分は、前記サブマウントと重なる。 【選択図】図７

Inventors

  • 廣瀬 量平
  • 山田 勉
  • 小川 尚史

Assignees

  • 日亜化学工業株式会社

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20241025

Claims (10)

  1. 活性層を含み、導波構造を有する半導体積層部を有し、前端面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) 前記前端面を含み、上面視で、コア部分と該コア部分の両側に設けられたクラッド部分とを有し、前記前端面の法線方向である第１方向に延伸する第１部分と、 (ii) 回折格子を含み、上面視で、前記回折格子の前記第１方向に垂直な第２方向における幅が前記コア部分よりも大きい、第２部分と、 を含む、半導体レーザ素子と、 前記半導体レーザ素子が配置されるサブマウントと、を備え、 上面視で、前記半導体レーザ素子の前記前端面は、前記サブマウントと重ならず、前記半導体レーザ素子の前記第２部分は、前記サブマウントと重なる、発光装置。
  2. 前記半導体レーザ素子は、複数の横モードでレーザ光を伝播させる、請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記第２部分は、後端面を有し、前記後端面には反射膜が設けられている、請求項１に記載の発光装置。
  4. 更に第１電極を有し、前記第１電極は、前記コア部分及び前記回折格子の下部に設けられている、請求項１に記載の発光装置。
  5. 前記コア部分の下部に設けられている前記第１電極と、前記回折格子の下部に設けられている前記第１電極と、は一体的に形成されている、請求項４に記載の発光装置。
  6. 前記半導体積層部は、第１導電側半導体層と、前記活性層に対して前記第１導電側半導体層とは反対側に設けられた第２導電側半導体層を更に含み、前記回折格子は、前記第１導電側半導体層側に設けられている、請求項１に記載の発光装置。
  7. 前記半導体レーザ素子は、前記第２導電側半導体層側で前記サブマウントに配置されている、請求項６に記載の発光装置。
  8. 更に第２電極を有し、前記第２電極は、前記第１電極の下部に設けられている、請求項４に記載の発光装置。
  9. 前記回折格子は周期的な凸部と凹部から形成されており、上面視で前記凸部と前記凹部との境界の形状は曲がっている、請求項１に記載の発光装置。
  10. 前記回折格子の前記第２方向における幅は前記第１方向にわたり一定であり、かつ、前記後端面におけるレーザ光のビーム径より大きい幅に設定されている、請求項３に記載の発光装置。

Description

本開示は、発光装置に関する。 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。 特開２０１１－１５１２３８号公報 本開示の実施形態１に係る半導体レーザ素子の模式的な上面図である。本開示の実施形態１に係る半導体レーザ素子の導波構造を示す模式図である。図１の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の半導体レーザ素子のＩＶ－ＩＶ線における概略断面図である。本開示の実施形態１に係る発光装置の模式的な上面図である。本開示の実施形態１に係る発光装置から蓋部を取り除いた模式的な上面図である。図６の発光装置のＶＩＩ－ＶＩＩ線における概略断面図のうち、サブマウントと半導体レーザ素子のみを示した図である。本開示の変形例１に係る半導体レーザ素子の導波構造を示す模式図である。図７における回折格子の一部の拡大図である。本開示の変形例２に係る半導体レーザ素子の導波構造を示す模式図である。図９における回折格子の一部の拡大図である。 以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための実施形態を説明する。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。本開示では、説明の分かりやすさのために、「上方」や「下方」といった名称を用いることがあるが、このことは、発光装置の使用時における向きを制限するわけではなく、発光装置の向きは任意である。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。要点の説明又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１で示した構成の部分的な置換又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の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。 ＜実施形態１＞ 図１は、本開示の実施形態１に係る半導体レーザ素子１００の模式的な上面図である。図２は、本開示の実施形態１に係る半導体レーザ素子１００の導波構造を示す模式図である。図３は、図１の半導体レーザ素子１００のＩＩＩ－ＩＩＩ線における概略断面図である。図４は、図１の半導体レーザ素子１００のＩＶ－ＩＶ線における概略断面図である。以下、実施形態１の発光装置１０における各構成について具体例を挙げて詳細に説明する。なお、実施形態１の発光装置１０は上記効果が得られる基本的な構成を有している限り、以下の具体例に限定されるものではない。 （発光装置１０） 発光装置１０は、活性層２０３を含み、導波構造を有する半導体積層部を有し、前端面を有する半導体レーザ素子１００を含む。半導体積層部は、(i) 前端面１１１を含み、上面視で、コア部分１１５とコア部分１１５の両側に設けられたクラッド部分１１６とを有し、前端面１１１の法線方向である第１方向に延伸する第１部分１１０と、(ii) 回折格子１２５を含み、上面視で、回折格子１２５の、第１方向に垂直な第２方向における幅がコア部分１１５よりも大きい、第２部分１２０と、を含む。また、発光装置１０は、半導体レーザ素子１００が配置されるサブマウント３１０と、を備える。上面視で、半導体レーザ素子１００の前端面１１１は、サブマウント３１０と重ならず、半導体レーザ素子１００の第２部分１２０は、サブマウント３１０と重なる。 図１に示すように、半導体レーザ素子１００は、第１部分１１０と、第２部分１２０と、有する。図に示す例では、半導体レーザ素子１００は、第１リッジ２１０ａと第２リッジ２１０ｂとを含む、リッジ２１０を有する。また、第１部分１１０は、前端面１１１を含む。前端面１１１には、反射防止膜１１２が設けられてもよい。第２部分１２０は、後端面１２１を含む。更に、後端面１２１には、反射膜１２６が設けられている。図に示す例では、図２に示すように、半導体レーザ素子１００は、コア部分１１５と、コア部分１１５の両側に設けられたクラッド部分１１６を有し、レーザ光を伝播させる第１部分１１０と、回折格子１２５を含む第２部分１２０と、を備える。但し、図７においては、反射防止膜１１２及び反射膜１２６を省略して図示している。また、図３及び図４に示すように、半導体レーザ素子１００は、基板２０１と、第１導電側半導体層と、活性層２０３と、第２導電側半導体層と、を有する。半導体積層部は、第１導電側半導体層と、活性層２０３に対して第１導電側半導体層とは反対側に設けられた第２導電側半導体層を含む。第１導電側半導体層は、第１導電型の不純物を含む層を有する、１又は複数の層からなる構造体である。但し、第１導電側半導体層は、不純物を意図的にドープしていないアンドープの層を有していてもよい。アンドープの層におけるｎ型不純物及びｐ型不純物の濃度は、例えば、二次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ＳＩＭＳ）等の分析結果において検出限界以下の濃度である。第２導電側半導体層は、第２導電型の不純物を含む層を有する、１又は複数の層からなる構造体である。但し、第２導電側半導体層は、不純物を意図的にドープしていないアンドープの層を有していてもよい。第１導電側半導体層は、例えば、ｎ型不純物を含む層を有する、ｎ側半導体層である。第２導電側半導体層は、例えば、ｐ型不純物を含む層を有する、ｐ側半導体層である。以下、第１導電側半導体層をｎ側半導体層２０２、第２導電側半導体層をｐ側半導体層２０４として、説明を行う。図に示す例では、半導体レーザ素子１００は、基板２０１と、ｎ側半導体層２０２、活性層２０３と、ｐ側半導体層２０４と、を有する。半導体レーザ素子１００は、ｎ側電極と、第１電極２０５と、第２電極２０６と、絶縁膜２０７と、端面に形成されたミラーと、を有していてもよい。但し、図３においては、ｎ側電極を省略して図示している。図４においては、ｎ側電極、第１電極２０５、第２電極２０６、及び絶縁膜２０７を省略して図示している。半導体レーザ素子１００は、例えば、端面発光レーザ素子である。半導体レーザ素子１００の積層方向を下方と呼んでもよく、下方の反対方向を上方と呼んでもよい。半導体レーザ素子１００の積層方向とは、ｎ側半導体層２０２に対する、ｐ側半導体層２０４の方向である。半導体レーザ素子１００は、例えば、窒化物半導体、リン化物半導体、ヒ化物半導体からなる。以下、半導体レーザ素子１００が、窒化物半導体である例を取り上げて説明する。 （基板２０１） 実施形態１の半導体レーザ素子１００の基板２０１は、例えば半導体基板である。基板２０１は、例えばＧａＮ基板等の窒化物半導体基板である。窒化物半導体基板は、ｎ型不純物を含んでよい。ｎ型不純物となる元素は、例えば、Ｏ、Ｓｉ、又はＧｅであってよい。基板２０１は、窒化物半導体基板を用いて、その上面又は下面を＋ｃ面（すなわち、（０００１）面）とすることができる。実施形態１において、ｃ面は、厳密に（０００１）面と一致する面に限らず、±１度以下、好ましくは±０．０３度以下のオフ角を有する面も含む。半導体レーザ素子１００は基板２０１を有していなくてもよい。基板の上面又は下面としては、ｍ面、ａ面、又はｒ面などを用いてもよい。 （ｎ側半導体層２０２） ｎ側半導体層２０２は、ｎ型不純物を含有する半導体層を１以上有する。ｎ側半導体層２０２は、例えば、ｎ側クラッド層２０２１とｎ側ガイド層２０２２を含んでよい。ｎ側半導体層２０２はさらに、不純物を意図的にドープしていないアンドープの層を有していてもよい。アンドープの層は、例えば、Ｓｉがｎ型不純物として含まれる場合は、１×１０１６ｃｍ－３以下であり、Ｇｅがｎ型不純物として含まれる場合は、１×１０１７ｃｍ－３以下である。ｎ側クラッド層２０２１の屈折率は、ｎ側ガイド層２０２２の屈折率よりも小さいことが好ましい。これにより、ｎ側ガイド層２０２２側へ光が閉じ込められやすくなる。ｎ側クラッド層２０２１は、活性層２０３と基板２０１との間に配置されている。 ｎ側クラッド層２０２１は、例えば、窒化物半導体層であってよい。窒化物半導体は、例えば、ＡｌＧａＮ又はＧａＮが挙げられる。ｎ側クラッド層２０２１の膜厚は、０．４５μｍ以上３．０μｍ以下であってよい。ｎ型不純物の含有率は、１×１０１７ｃｍ－３以上５×１０１８ｃｍ－３以下であってよい。ｎ側ガイド層２０２２は、活性層２０３とｎ側クラッド層２０２１との間に配置されている。ｎ側ガイド層２０２２は、例えば、窒化物半導体層であってよい。窒化物半導体は、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、又はＩｎＧａＮが挙げられる。ｎ側ガイド層２０２２の膜厚は、例えば０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であってよい。ｎ型不純物の含有率は、１×１０１７ｃｍ－３以上５×１０１８ｃｍ－３以下であってよい。 （活性層２０３） ｎ側ガイド層２０２２の下には活性層２０３が形成されている。活性層２０３は、例えば、波長が３６０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下の光を発する。活性層２０３は、１以上の井戸層と複数の障壁層とにより構成される量子井戸構造をとってよい。井戸層及び障壁層は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮである。井戸層は、例えばＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮであり、障壁層よりバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体である。活性層２０３は、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造であってよい。なお、井戸層及び障壁層のいずれか一方又は両方に不純物を含有させてもよい。 （ｐ側半導体層２０４） ｐ側半導体層２０４は、ｐ型不純物を含有する半導体層を１以上有する。ｐ側半導体層２０４は、活性層２０３の下に形成されている。ｐ側半導体層２０４は、例えば、基板２０１側から（すなわち活性層２０３側から）順に、ｐ側ガイド層２０４１とｐ側クラッド層２０４２を含んでよい。なお、ｐ側半導体層２０４は、ｐ側クラッド層２０４２を含んでいなくてもよい。ｐ側半導体層２０４は、これら以外の層を含んでいてもよい。ｐ側半導体層２０４は、不純物を意図的にドープしないアンドープの層を有していてもよい。ｐ側クラッド層２０４２の屈折率は、ｐ側ガイド層２０４１の屈折率よりも小さいことが好ましい。これにより、ｐ側ガイド層２０４１側へ光が閉じ込められやすくなる。 ｐ側ガイド層２０４１は、例えば、窒化物半導体層であってよい。窒化物半導体は、例えば、ＡｌＧａＮ又はＧａＮが挙げられる。ｐ側ガイド層２０４１の膜厚は、０．０５μｍ以上０．２５μｍ以下であってよい。また、ｐ側ガイド層２０４１はアンドープの層であってよく、１×１０１６ｃｍ－３以上１×１０１８ｃｍ－３以下の範囲でｐ型不純物が含有されていてもよい。ｐ側クラッド層２０４２は、例えば、窒化物半導体層であってよい。窒化物半導体は、例えば、ＡｌＧａＮ又はＧａＮが挙げられる。単層構造であってもよく、互いに組成が異なる窒化物半導体層を積層した多層構造であってもよい。ｐ型不純物の含有率は、１×１０１７ｃｍ－３以上１×１０２０ｃｍ－３以下であってよい。ｐ側クラッド層２０４２は、ｐ側コンタクト層を含んでいてもよい。ｐ側コンタクト層は、例えば、窒化物半導体であってよい。 （リッジ２１０） 半導体レーザ素子１００は、下面に形成されたリッジ２１０を有する。リッジ２１０は、例えば、ｐ側半導体層２０４の下面の一部に設けられる。図に示す例では、リッジ２１０は、第１リッジ２１０ａと、第２リッジ２１０ｂとを含む。第１リッジ２１０ａは、上面視で第１部