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公開番号2025141482
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024041437
出願日2024-03-15
発明の名称分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法
出願人ウシオ電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H01S 5/12 20210101AFI20250919BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】窒化物系半導体レーザ素子の歩留まりの改善にある。
【解決手段】分布帰還型半導体レーザは、基板上に順に積層された第1導電型半導体層、活性層および第2導電型半導体層を含む窒化物系多層構造を備える。電流狭窄部は、第2導電型半導体層に形成される。回折格子は、電流狭窄部により形成される光共振器の導波方向に沿って形成された周期的な屈折率変化を有する。室温駆動時のレーザ発振を開始するしきい値電流I_THの0.9倍の電流で駆動した場合の放射光のスペクトルを発振直前の利得スペクトルとするとき、発振直前の利得スペクトルのピーク位置から12dB低い光強度における帯域幅が70meV以上である。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
基板と、
前記基板上に順に積層された第１導電型半導体層、活性層および第２導電型半導体層を含む窒化物系多層構造と、
前記第２導電型半導体層に形成された電流狭窄部と、
前記電流狭窄部により形成される光共振器の導波方向に沿って形成された周期的な屈折率変化を有する回折格子と、
を備え、
室温駆動時のレーザ発振を開始するしきい値電流Ｉ
ＴＨ
の０．９倍の電流で駆動した場合の放射光のスペクトルを発振直前の利得スペクトルとするとき、前記発振直前の利得スペクトルのピーク位置から１２ｄＢ低い光強度における帯域幅が７０ｍｅＶ以上であることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記活性層は、２層以上の量子井戸構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項３】
前記活性層は、多重量子井戸構造を有し、少なくとも２つの井戸層間で構成する材料の組成が異なっていることを特徴とする請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項４】
前記活性層は、多重量子井戸構造を有し、少なくとも２つの井戸層間で層の厚さが異なっていることを特徴とする請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項５】
前記活性層は、量子井戸構造を有し、井戸層のＩｎ組成が導波方向に沿って異なっていることを特徴とする請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項６】
前記活性層は、量子井戸構造を有し、井戸層の厚さが導波方向に沿って異なっていることを特徴とする請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項７】
前記回折格子は、前記発振直前の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から６のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ素子。
【請求項８】
少なくとも一つの端面に形成され、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をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記回折格子は、前記第２導電型半導体層表面に設けられたリッジ部に沿って前記第２導電型半導体層表面に形成した複数の凹凸からなることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項１０】
半導体ウェハを準備する準備工程と、
前記半導体ウェハ上に第１導電型半導体層を形成する工程Ａと、
前記半導体ウェハ全体に亘ってＩｎ組成と量子井戸層の厚さの少なくとも一方が不均一となるように、前記第１導電型半導体層上に活性層を形成する工程Ｂと、
前記活性層上に第２導電型半導体層を形成する工程Ｃと、
発振波長を決定する回折格子を形成する工程Ｄと、
を備えることを特徴とする分布帰還型半導体レーザの製造方法。
（【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、分布帰還型半導体レーザに関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
波長３７５ｎｍや４０５ｎｍ等で発振する窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料からなる半導体ファブリペローレーザダイオード（ＦＰ－ＬＤ）は、露光機などの光源として使われている。また、４５５ｎｍや５２０ｎｍ等で発振するＧａＮ系ＦＰ－ＬＤはレーザＴＶの光源などに使われている。
【０００３】
従来のＦＰ－ＬＤは、狙いのレーザ特性を実現する結晶の多層構造をエピタキシャル成長させたウェハから作製される。
【０００４】
そのウェハから所望の波長で発振するレーザが得られるか確認するために、たとえば、ウェハ上にレーザ素子の作製を開始する前に、ウェハ面内の各位置におけるフォトルミネッセンス（ＰＬ）波長λ
ＰＬ
とそれらの分散度合い等を評価する等実施している。このＰＬ波長λ
ＰＬ
は、４０５±１ｎｍ等、用途ごとに狙いの波長（センター値）とその許容範囲が定められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開平１１－０４０８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、エピタキシャル結晶成長に用いる基板のＯＦＦ角のウェハ内分布や、結晶成長温度の安定性、結晶成長温度の空間的分布等、様々な要因により、ウェハ面内には、ＰＬ波長λ
ＰＬ
が許容範囲から外れる領域が生じてしまう場合がある。
【０００７】
経験的に利得ピーク波長λ
Ｇａｉｎ
とＰＬ波長λ
ＰＬ
は密接な関係がある。この関係はＰＬ測定装置の励起波長や励起キャリア密度等によって変化するが、基本的には、以下の式で表される。
λ
Ｇａｉｎ
＝λ
ＰＬ
＋ｋ
ｋは定数である。
【０００８】
ファブリペローレーザダイオード（ＦＰ－ＬＤ）は利得ピーク波長λ
Ｇａｉｎ
で発振するため、ＰＬ波長λ
ＰＬ
が許容範囲から外れたウェハ面内の位置から取得したＦＰ－ＬＤは所望の発振波長で発振することはなく、波長歩留の低下につながっていた。
【０００９】
特にＰＬ波長λ
ＰＬ
の面内分布の重心が許容範囲から外れたエピウェハや、ＰＬ波長λ
ＰＬ
の面内分布の分散度合いが大きいエピウェハでは、波長歩留が悪くなることが予測される。そのため、従来では、このようなエピウェハは製品用のＦＰ－ＬＤ作製に用いることはせず、破棄せざるを得ない場合があった。
【００１０】
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、窒化物系半導体レーザ素子の歩留まりの改善にある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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