JP3146505B2 - 集積型半導体レーザ素子 - Google Patents
集積型半導体レーザ素子Info
- Publication number
- JP3146505B2 JP3146505B2 JP07701691A JP7701691A JP3146505B2 JP 3146505 B2 JP3146505 B2 JP 3146505B2 JP 07701691 A JP07701691 A JP 07701691A JP 7701691 A JP7701691 A JP 7701691A JP 3146505 B2 JP3146505 B2 JP 3146505B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wavelength
- light emitting
- light
- semiconductor laser
- wavelength conversion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 24
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 48
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 28
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 25
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 16
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 15
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 15
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 claims description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 25
- 229910052950 sphalerite Inorganic materials 0.000 description 22
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光情報処理、光計測等に
有用な緑青色レーザ光源に関し、特に緑青色帯の光を発
生する集積型半導体レーザ素子に関する。
有用な緑青色レーザ光源に関し、特に緑青色帯の光を発
生する集積型半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】緑青色レーザ光源は、光計測に広く用い
られているが、光計測以外の分野でも光ディスク用の光
源として高密度化が可能となるので、近年その需要が高
まっている。光ディスクに応用する場合には小型化が必
須であるが、小型であってしかも高い効率で発振する半
導体レーザでは、現在のところ緑青色発振が得られてい
ない。そこでＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ半導体レーザから
の０．８μｍ帯の発振光を非線形光学素子に入力し、緑
青色の第２高調波（ＳＨＧ）を得る研究が活発となって
いる。図５は、従来の第２高調波を利用した緑青色レー
ザの構成例である（電子通信技術研究報告 ＯＱＥ９０
−２３）。半導体レーザ１４からの０．８１μｍの発振
光は、結合光学系１５を経て、共振器内に設置したＮ
ｄ：ＹＡＧロッド１６に入力される。励起光により反転
分布状態となったＮｄ：ＹＡＧは、１．０６４μｍの発
振光を出射するが非線形光学素子のＫＴＰ１７が同じ共
振器内に設置してあるため、第２高調波である０．５３
２μｍの緑色レーザ光が出力反射鏡１８から出射され
る。ＳＨＧの変換効率は入射光密度に比例するが、図５
の構成例ではＫＴＰ１７が共振器内に設置されているか
ら、共振器内の高い光密度を利用でき、高い効率で緑色
ＳＨＧ発光が得られる。
られているが、光計測以外の分野でも光ディスク用の光
源として高密度化が可能となるので、近年その需要が高
まっている。光ディスクに応用する場合には小型化が必
須であるが、小型であってしかも高い効率で発振する半
導体レーザでは、現在のところ緑青色発振が得られてい
ない。そこでＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ半導体レーザから
の０．８μｍ帯の発振光を非線形光学素子に入力し、緑
青色の第２高調波（ＳＨＧ）を得る研究が活発となって
いる。図５は、従来の第２高調波を利用した緑青色レー
ザの構成例である（電子通信技術研究報告 ＯＱＥ９０
−２３）。半導体レーザ１４からの０．８１μｍの発振
光は、結合光学系１５を経て、共振器内に設置したＮ
ｄ：ＹＡＧロッド１６に入力される。励起光により反転
分布状態となったＮｄ：ＹＡＧは、１．０６４μｍの発
振光を出射するが非線形光学素子のＫＴＰ１７が同じ共
振器内に設置してあるため、第２高調波である０．５３
２μｍの緑色レーザ光が出力反射鏡１８から出射され
る。ＳＨＧの変換効率は入射光密度に比例するが、図５
の構成例ではＫＴＰ１７が共振器内に設置されているか
ら、共振器内の高い光密度を利用でき、高い効率で緑色
ＳＨＧ発光が得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の技
術では、共振器を構成するミラーだけでなく励起用半導
体レーザ１４の発振光をＮｄ：ＹＡＧロッド１６に導く
結合光学系１５が必要となるから、装置の小型化には限
界がある。さらに図５の構成では、半導体レーザ１４を
励起源としてＮｄ：ＹＡＧレーザを発振させ、その発振
光からＳＨＧ光を取り出すという、二段階のプロセスを
経ている。従って入力電力に対して得られるＳＨＧ出力
が小さく、低消費電力化が困難である。加えてこの方法
では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの緩和時間が長いので光ディ
スクの書き込みで必要な〜ＭＨｚ以上の高速変調が不可
能である。こうした小型化、低消費電力化及び高速変調
が従来の技術の課題であった。
術では、共振器を構成するミラーだけでなく励起用半導
体レーザ１４の発振光をＮｄ：ＹＡＧロッド１６に導く
結合光学系１５が必要となるから、装置の小型化には限
界がある。さらに図５の構成では、半導体レーザ１４を
励起源としてＮｄ：ＹＡＧレーザを発振させ、その発振
光からＳＨＧ光を取り出すという、二段階のプロセスを
経ている。従って入力電力に対して得られるＳＨＧ出力
が小さく、低消費電力化が困難である。加えてこの方法
では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの緩和時間が長いので光ディ
スクの書き込みで必要な〜ＭＨｚ以上の高速変調が不可
能である。こうした小型化、低消費電力化及び高速変調
が従来の技術の課題であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明が提供する手段には二つあり、その第１は、
互いに光学的に結合した発光部と波長変換部との二領域
をＧａＡｓ基板上に構成してなる集積素子において、前
記発光部には、発振波長λのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓま
たはＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓダブルヘテロ型半導体
レーザが形成されており、前記波長変換部には、ＺｎＳ
ｅ／ＺｎＳ歪超格子から構成されるスラブ型光導波層が
形成されており、前記発光部の端面には波長λに対して
高反射率の誘電体多層膜が形成されており、前記波長変
換部の端面には波長λに対するよりも波長λ／２に対し
て低い反射率を示す誘電体多層膜が形成されており、か
つ前記発光部と波長変換部との結合部の近傍における前
記波長変換部に周期（２ｍ＋１）λ／４ｎeff（ｎeff：
波長変換部の等価屈折率、ｍ：正の整数）のグレーティ
ングが形成されていることを特徴とする。
めに本発明が提供する手段には二つあり、その第１は、
互いに光学的に結合した発光部と波長変換部との二領域
をＧａＡｓ基板上に構成してなる集積素子において、前
記発光部には、発振波長λのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓま
たはＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓダブルヘテロ型半導体
レーザが形成されており、前記波長変換部には、ＺｎＳ
ｅ／ＺｎＳ歪超格子から構成されるスラブ型光導波層が
形成されており、前記発光部の端面には波長λに対して
高反射率の誘電体多層膜が形成されており、前記波長変
換部の端面には波長λに対するよりも波長λ／２に対し
て低い反射率を示す誘電体多層膜が形成されており、か
つ前記発光部と波長変換部との結合部の近傍における前
記波長変換部に周期（２ｍ＋１）λ／４ｎeff（ｎeff：
波長変換部の等価屈折率、ｍ：正の整数）のグレーティ
ングが形成されていることを特徴とする。
【０００５】本発明が提供する第２の手段は、互いに光
学的に結合した発光部と波長変換部との二領域をＧａＡ
ｓ基板上に構成してなる集積素子において、前記発光部
には、発振波長λのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓまたはＩｎ
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓダブルヘテロ分布反射型半導体
レーザが形成されており、前記波長変換部には、ＺｎＳ
ｅ／ＺｎＳ歪超格子から構成されるスラブ型光導波層が
形成されており、前記発光部の端面には波長λに対して
高反射率の誘電体多層膜が形成されており、前記波長変
換部の端面には波長λに対するよりも波長λ／２に対し
て低い反射率を示す誘電体多層膜が形成されており、か
つ前記発光部と波長変換部との結合部の近傍における前
記波長変換部に周期（２ｍ＋１）λ／４ｎeff（ｎeff：
波長変換部の等価屈折率、ｍ：正の整数）のグレーティ
ングが形成されていることを特徴とする。
学的に結合した発光部と波長変換部との二領域をＧａＡ
ｓ基板上に構成してなる集積素子において、前記発光部
には、発振波長λのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓまたはＩｎ
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓダブルヘテロ分布反射型半導体
レーザが形成されており、前記波長変換部には、ＺｎＳ
ｅ／ＺｎＳ歪超格子から構成されるスラブ型光導波層が
形成されており、前記発光部の端面には波長λに対して
高反射率の誘電体多層膜が形成されており、前記波長変
換部の端面には波長λに対するよりも波長λ／２に対し
て低い反射率を示す誘電体多層膜が形成されており、か
つ前記発光部と波長変換部との結合部の近傍における前
記波長変換部に周期（２ｍ＋１）λ／４ｎeff（ｎeff：
波長変換部の等価屈折率、ｍ：正の整数）のグレーティ
ングが形成されていることを特徴とする。
【０００６】
【０００７】
【作用】本発明の第１の構造では、ＧａＡｓ／ＡｌＧａ
Ａｓ−ＳＣＨ量子井戸活性層３で発生した発振光は直接
結合したＺｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子光導波層６を経由し
て、両端面に反射鏡として形成されている誘電体膜１
１，１２の間で共振する。ＺｎＳｅ，ＺｎＳは尖亜鉛鉱
型の結晶構造であるから〜２００＊１０-9ｅｓｕの高い
非線形光学定数を持ち、かつワイドギャップの半導体で
あるから０．４μｍ以上の光に対して透明である。従っ
て光導波層６において、〜０．８μｍの発振光の第二高
調波を効率よく発生することができる。この構造では、
両端面に誘電体膜１１，１２で形成された高反射ミラー
でなる共振器の内部に非線形光学媒体が設置されてお
り、加えてこの非線形光学媒体には二次元的な光閉じ込
めを可能とする光導波路が形成されているので高い光密
度を容易に実現することができる。第二高調波の変換効
率は光密度に比例するので、高光密度は高効率変換をも
たらす。この際両領域結合部近傍に、発振波長λに対し
て周期（２ｍ＋１）λ／４ｎeff （ｎeff ：波長変換部
の等価屈折率、ｍ：正の整数）の結合グレーティング７
を形成することにより、発振光はこの部分を透過できる
が、第二高調波は透過できないようにすることができ
る。従って波長変換部で発生した高調波は、発光部に入
射して吸収されることなく、透過特性をもつ出力側誘電
体膜１１から効率よく取り出すことができる。
Ａｓ−ＳＣＨ量子井戸活性層３で発生した発振光は直接
結合したＺｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子光導波層６を経由し
て、両端面に反射鏡として形成されている誘電体膜１
１，１２の間で共振する。ＺｎＳｅ，ＺｎＳは尖亜鉛鉱
型の結晶構造であるから〜２００＊１０-9ｅｓｕの高い
非線形光学定数を持ち、かつワイドギャップの半導体で
あるから０．４μｍ以上の光に対して透明である。従っ
て光導波層６において、〜０．８μｍの発振光の第二高
調波を効率よく発生することができる。この構造では、
両端面に誘電体膜１１，１２で形成された高反射ミラー
でなる共振器の内部に非線形光学媒体が設置されてお
り、加えてこの非線形光学媒体には二次元的な光閉じ込
めを可能とする光導波路が形成されているので高い光密
度を容易に実現することができる。第二高調波の変換効
率は光密度に比例するので、高光密度は高効率変換をも
たらす。この際両領域結合部近傍に、発振波長λに対し
て周期（２ｍ＋１）λ／４ｎeff （ｎeff ：波長変換部
の等価屈折率、ｍ：正の整数）の結合グレーティング７
を形成することにより、発振光はこの部分を透過できる
が、第二高調波は透過できないようにすることができ
る。従って波長変換部で発生した高調波は、発光部に入
射して吸収されることなく、透過特性をもつ出力側誘電
体膜１１から効率よく取り出すことができる。
【０００８】本発明の第２の構造ではＤＢＲグレーティ
ング１３を設けることができる。この構造では、ＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓ−ＳＣＨ量子井戸活性層３で発生した
光は、誘電体膜１２とＤＢＲグレーティング１３の間で
共振する。発振光は直接結合で非線形光学媒体であるＺ
ｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子光導波層６に導かれる。しかし
出力側誘電体膜１１も発振光に対して高反射となってい
るから、発振光はＤＢＲグレーティング１３と誘電体膜
１１の間で再び共振する。この際に発振光は、ＤＢＲグ
レーティング１３のブラッグ波長によって決定されるか
ら、ＤＢＲグレーティング１３で選択された発振光は波
長変換部でも必ず共振する。加えてこの構造でも、二次
元的な光閉じ込めを可能とする光導波路が形成されてい
るので、高効率変換に有利な高い光密度を容易に実現す
ることができる。
ング１３を設けることができる。この構造では、ＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓ−ＳＣＨ量子井戸活性層３で発生した
光は、誘電体膜１２とＤＢＲグレーティング１３の間で
共振する。発振光は直接結合で非線形光学媒体であるＺ
ｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子光導波層６に導かれる。しかし
出力側誘電体膜１１も発振光に対して高反射となってい
るから、発振光はＤＢＲグレーティング１３と誘電体膜
１１の間で再び共振する。この際に発振光は、ＤＢＲグ
レーティング１３のブラッグ波長によって決定されるか
ら、ＤＢＲグレーティング１３で選択された発振光は波
長変換部でも必ず共振する。加えてこの構造でも、二次
元的な光閉じ込めを可能とする光導波路が形成されてい
るので、高効率変換に有利な高い光密度を容易に実現す
ることができる。
【０００９】さらに第１、第２いずれの構造でも、半導
体レーザからの発振光を直接結合で非線形光学媒体に導
いているので、むだな損失がなく入力電力に対する変換
効率も高い。また半導体レーザは、緩和時間が極めて短
いため〜ＧＨｚ領域まで直接変調が可能であり、光ディ
スクの書き込み用光源にも適用できる。本発明の集積型
半導体レーザ素子はＧａＡｓ基板上にモノリシックに形
成されており、個別の半導体レーザと同程度の極めて小
型の光源である。以上より本発明の構造では、高効率で
直接変調可能な超小型の緑青色レーザ光源を実現するこ
とができる。
体レーザからの発振光を直接結合で非線形光学媒体に導
いているので、むだな損失がなく入力電力に対する変換
効率も高い。また半導体レーザは、緩和時間が極めて短
いため〜ＧＨｚ領域まで直接変調が可能であり、光ディ
スクの書き込み用光源にも適用できる。本発明の集積型
半導体レーザ素子はＧａＡｓ基板上にモノリシックに形
成されており、個別の半導体レーザと同程度の極めて小
型の光源である。以上より本発明の構造では、高効率で
直接変調可能な超小型の緑青色レーザ光源を実現するこ
とができる。
【００１０】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を詳し
く説明する。図１及び図２はそれぞれ本発明の第１の構
造に係る一実施例を示す構造斜視図および断面図であ
る。まずｎ−ＧａＡｓ基板１上にＭＯＶＰＥまたはＭＢ
Ｅ等の気相成長法を用いて、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド
層２、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ−ＳＣＨ量子井戸活性層
３、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４を順次積層する。量
子井戸活性層３は層厚７０〜１００ÅのＧａＡｓ井戸層
とＡｌＧａＡｓ光ガイド層から成るＳＣＨ構造である。
次にウエットエッチングまたはドライエッチングを用い
て部分的に成長層２，３，４を除去した後、再びＭＯＶ
ＰＥ気相成長法を用いて除去した部分にノンドーブのＺ
ｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子クラッド槽５、ＺｎＳｅ／Ｚｎ
Ｓ歪超格子光導波層６、ＺｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子クラ
ッド層５を順次に選択的に成長する。この時、量子井戸
層活性層３と光導波層６の位置を一致させておくことが
重要である。ＺｎＳｅ，ＺｎＳはＧａＡｓに対してそれ
ぞれ＋０．３％、−４．６％の格子不整をもっている
が、数１０Å程度の薄膜で超格子を形成すればミスフィ
ット転位も発生せず、良好なエピタキシャル成長層を得
ることができる。この際例えば、光導波層６ではＺｎＳ
ｅ：１０Å／ＺｎＳ：１０Åの超格子、クラッド層５で
はＺｎＳｅ：１０Å／ＺｎＳ：２０Åの超格子というよ
うにＺｎＳの層厚に対するＺｎＳｅの層厚を光導波層６
ではクラッド層５よりも高めて設定する。ＺｎＳｅはＺ
ｎＳより屈折率が大きいので、光導波層６の平均的な屈
折率はクラッド層５のそれより高くなり、発振光を効果
的に導波することが可能となる。また超格子層のバンド
ギャップは、ほぼ平均組成で与えられると考えられるた
め、ＺｎＳｅ：１０Å／ＺｎＳ：１０Åの超格子からな
る光導波層６の等価バンドギャップは〜３．１５ｅＶと
なる。従って光導波層６は〜０．４μｍ以上の光に対し
ては透明となり、〜０．８μｍの発振光およびその第二
高調波を吸収することなく導波することができる。また
光導波層６の層厚を制御することにより、発振光の等価
屈折率と第二高調波の等価屈折率とを一致させることが
できる。従って光導波層６の層厚を適切に制御すること
により、高効率変換には不可欠な位相整合条件を満足さ
せることができる。次に波長変換部の両領域結合部近傍
に、二光束干渉露光法により周期（２ｍ＋１）λ／４ｎ
eff1（Ｎeff1：波長変換部の等価屈折率、ｍ：正の整
数、λ：発振光波長）の結合グレーティング７を形成す
る。さらに水平横モードを制御するためのリッジ構造を
ウェットエッチングまたはドライエッチングにより形成
し、ｎ電極８、ｐ電極９および誘電体保護膜１０を形成
>する。この場合Ｐ電極９は発光部のみに形成する。最
後に発光部端面に〜０．８μｍの発振光に対して高反射
となる誘電体膜１２を、波長変換部端面には〜０．８μ
ｍの発振光に対して高反射かつ〜０．４μｍの第二高調
波に対して低反射となる誘電体膜１１を形成して本発明
に係わる一実施例の構造が完成する。
く説明する。図１及び図２はそれぞれ本発明の第１の構
造に係る一実施例を示す構造斜視図および断面図であ
る。まずｎ−ＧａＡｓ基板１上にＭＯＶＰＥまたはＭＢ
Ｅ等の気相成長法を用いて、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド
層２、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ−ＳＣＨ量子井戸活性層
３、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４を順次積層する。量
子井戸活性層３は層厚７０〜１００ÅのＧａＡｓ井戸層
とＡｌＧａＡｓ光ガイド層から成るＳＣＨ構造である。
次にウエットエッチングまたはドライエッチングを用い
て部分的に成長層２，３，４を除去した後、再びＭＯＶ
ＰＥ気相成長法を用いて除去した部分にノンドーブのＺ
ｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子クラッド槽５、ＺｎＳｅ／Ｚｎ
Ｓ歪超格子光導波層６、ＺｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子クラ
ッド層５を順次に選択的に成長する。この時、量子井戸
層活性層３と光導波層６の位置を一致させておくことが
重要である。ＺｎＳｅ，ＺｎＳはＧａＡｓに対してそれ
ぞれ＋０．３％、−４．６％の格子不整をもっている
が、数１０Å程度の薄膜で超格子を形成すればミスフィ
ット転位も発生せず、良好なエピタキシャル成長層を得
ることができる。この際例えば、光導波層６ではＺｎＳ
ｅ：１０Å／ＺｎＳ：１０Åの超格子、クラッド層５で
はＺｎＳｅ：１０Å／ＺｎＳ：２０Åの超格子というよ
うにＺｎＳの層厚に対するＺｎＳｅの層厚を光導波層６
ではクラッド層５よりも高めて設定する。ＺｎＳｅはＺ
ｎＳより屈折率が大きいので、光導波層６の平均的な屈
折率はクラッド層５のそれより高くなり、発振光を効果
的に導波することが可能となる。また超格子層のバンド
ギャップは、ほぼ平均組成で与えられると考えられるた
め、ＺｎＳｅ：１０Å／ＺｎＳ：１０Åの超格子からな
る光導波層６の等価バンドギャップは〜３．１５ｅＶと
なる。従って光導波層６は〜０．４μｍ以上の光に対し
ては透明となり、〜０．８μｍの発振光およびその第二
高調波を吸収することなく導波することができる。また
光導波層６の層厚を制御することにより、発振光の等価
屈折率と第二高調波の等価屈折率とを一致させることが
できる。従って光導波層６の層厚を適切に制御すること
により、高効率変換には不可欠な位相整合条件を満足さ
せることができる。次に波長変換部の両領域結合部近傍
に、二光束干渉露光法により周期（２ｍ＋１）λ／４ｎ
eff1（Ｎeff1：波長変換部の等価屈折率、ｍ：正の整
数、λ：発振光波長）の結合グレーティング７を形成す
る。さらに水平横モードを制御するためのリッジ構造を
ウェットエッチングまたはドライエッチングにより形成
し、ｎ電極８、ｐ電極９および誘電体保護膜１０を形成
>する。この場合Ｐ電極９は発光部のみに形成する。最
後に発光部端面に〜０．８μｍの発振光に対して高反射
となる誘電体膜１２を、波長変換部端面には〜０．８μ
ｍの発振光に対して高反射かつ〜０．４μｍの第二高調
波に対して低反射となる誘電体膜１１を形成して本発明
に係わる一実施例の構造が完成する。
【００１１】図３及び図４はそれぞれ本発明の第２の構
造に係わる実施例を示す構造斜視図および断面図であ
る。前述の図１及び図２の構造と同様に発光部と波長変
換部にそれぞれエピタキシャル成長した後、発光部の両
領域結合部近傍に二光束干渉露光法によりＤＢＲグレー
ティング１３を形成する。ＤＢＲグレーティング１３の
周期は、発振光λに対して反射として作用するようにｍ
λ／２ｎeff2（ｎeff2：発光部の等価屈折率、ｍ：正の
整数）とする。非注入とした量子井戸層は、その発振光
に対して低損失な導波路となるため、この構造で高効率
なＤＢＲ発振が得られる。その後は前述の構造と同様
に、結合グレーティング７、ｎ電極８、ｐ電極９、誘電
体保護膜１０、出射側誘電体膜１１、裏面側誘電体膜１
２を形成する。この際ｐ電極９は、ＤＢＲグレーティン
グ１３を除いた発光部のみに形成する。この結果、本発
明に係わる第二の実施例の構造が完成する。
造に係わる実施例を示す構造斜視図および断面図であ
る。前述の図１及び図２の構造と同様に発光部と波長変
換部にそれぞれエピタキシャル成長した後、発光部の両
領域結合部近傍に二光束干渉露光法によりＤＢＲグレー
ティング１３を形成する。ＤＢＲグレーティング１３の
周期は、発振光λに対して反射として作用するようにｍ
λ／２ｎeff2（ｎeff2：発光部の等価屈折率、ｍ：正の
整数）とする。非注入とした量子井戸層は、その発振光
に対して低損失な導波路となるため、この構造で高効率
なＤＢＲ発振が得られる。その後は前述の構造と同様
に、結合グレーティング７、ｎ電極８、ｐ電極９、誘電
体保護膜１０、出射側誘電体膜１１、裏面側誘電体膜１
２を形成する。この際ｐ電極９は、ＤＢＲグレーティン
グ１３を除いた発光部のみに形成する。この結果、本発
明に係わる第二の実施例の構造が完成する。
【００１２】本発明の第１の構造では、ＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓ−ＳＣＨ量子井戸層３で発生した発振光は直接
結合したＺｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子光導波層６を経由し
て、両端面に反射鏡として設けられた誘電体膜１１，１
２の間で共振する。ＺｎＳｅ，ＺｎＳは尖亜鉛鉱型の結
晶構造であるから〜２００＊１０-9ｅｓｕの高い非線形
光学定数を持ち、かつワイドギャップの半導体であるか
ら０．４μｍ以上の光に対して透明である。従って光導
波層６において、〜０．８μｍの発振光の第二高調波を
効率よく発生することができる。この構造では、両端面
の誘電体膜１１，１２でなる高反射ミラーで構成された
共振器の内部に非線形光学媒体が設置されており、加え
てこの非線形光学媒体には二次元的な光閉じ込めを可能
とする光導波路が形成されているので、高い光密度を容
易に実現することができる。第二高調波の変換効率は入
射光密度に比例するので、高光密度は高効率変換をもた
らす。この際両領域結合部近傍には、発振波長λに対し
て周期（２ｍ＋１）λ／４ｎeff （ｎeff ：波長変換部
の等価屈折率、ｍ：正の整数）の結合グレーティング７
を形成することにより発振光はこの部分を透過できる
が、第二高調波は透過できない。従って波長変換部で発
生した高調波は、発光部に入射して吸収されることな
く、透過特性をもつ出力側誘電体膜１１から効率よく取
り出すことができる。
ＧａＡｓ−ＳＣＨ量子井戸層３で発生した発振光は直接
結合したＺｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子光導波層６を経由し
て、両端面に反射鏡として設けられた誘電体膜１１，１
２の間で共振する。ＺｎＳｅ，ＺｎＳは尖亜鉛鉱型の結
晶構造であるから〜２００＊１０-9ｅｓｕの高い非線形
光学定数を持ち、かつワイドギャップの半導体であるか
ら０．４μｍ以上の光に対して透明である。従って光導
波層６において、〜０．８μｍの発振光の第二高調波を
効率よく発生することができる。この構造では、両端面
の誘電体膜１１，１２でなる高反射ミラーで構成された
共振器の内部に非線形光学媒体が設置されており、加え
てこの非線形光学媒体には二次元的な光閉じ込めを可能
とする光導波路が形成されているので、高い光密度を容
易に実現することができる。第二高調波の変換効率は入
射光密度に比例するので、高光密度は高効率変換をもた
らす。この際両領域結合部近傍には、発振波長λに対し
て周期（２ｍ＋１）λ／４ｎeff （ｎeff ：波長変換部
の等価屈折率、ｍ：正の整数）の結合グレーティング７
を形成することにより発振光はこの部分を透過できる
が、第二高調波は透過できない。従って波長変換部で発
生した高調波は、発光部に入射して吸収されることな
く、透過特性をもつ出力側誘電体膜１１から効率よく取
り出すことができる。
【００１３】本発明の第２の構造では、ＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓ−ＳＣＨ量子井戸層３で発生した光は、裏面側
誘電体膜１２とＤＢＲグレーティング１３の間で共振す
る。発振光は直接結合で非線形光学媒体であるＺｎＳｅ
／ＺｎＳ歪超格子光導波層６に導かれる。しかし出力側
誘電体膜１１も発振光に対して高反射となっているか
ら、発振光はＤＢＲグレーティング１３と誘電体膜１１
の間で再び共振する。この際発振光は、ＤＢＲグレーテ
ィング１３のブラッグ波長によって決定されるので、Ｄ
ＢＲグレーティング１３で選択された発振光は波長変換
部ても必ず共振する。加えてこの構造でも、二次元的な
光閉じ込めを可能とする光導波路が形成されているか
ら、高効率変換に有利な高い光密度を容易に実現するこ
とができる。
ＧａＡｓ−ＳＣＨ量子井戸層３で発生した光は、裏面側
誘電体膜１２とＤＢＲグレーティング１３の間で共振す
る。発振光は直接結合で非線形光学媒体であるＺｎＳｅ
／ＺｎＳ歪超格子光導波層６に導かれる。しかし出力側
誘電体膜１１も発振光に対して高反射となっているか
ら、発振光はＤＢＲグレーティング１３と誘電体膜１１
の間で再び共振する。この際発振光は、ＤＢＲグレーテ
ィング１３のブラッグ波長によって決定されるので、Ｄ
ＢＲグレーティング１３で選択された発振光は波長変換
部ても必ず共振する。加えてこの構造でも、二次元的な
光閉じ込めを可能とする光導波路が形成されているか
ら、高効率変換に有利な高い光密度を容易に実現するこ
とができる。
【００１４】さらに第１、第２いずれの構造でも、半導
体レーザからの発振光を直接結合で非線形光学媒体に導
いているので、むだな損失がなく入力電力に対する変換
効率も高い。また半導体レーザは、緩和時間が極めて短
いため〜ＧＨｚ領域まで直接変調が可能であり、光ディ
スクの書き込み用光源にも適用できる。本発明の緑青色
光源はＧａＡｓ基板上にモノリシックに形成されてお
り、半導体レーザと同程度の極めて小型の光源である。
以上より本発明の構造では、高効率で直接変調可能な超
小型の緑青色レーザ光源を実現することができる。
体レーザからの発振光を直接結合で非線形光学媒体に導
いているので、むだな損失がなく入力電力に対する変換
効率も高い。また半導体レーザは、緩和時間が極めて短
いため〜ＧＨｚ領域まで直接変調が可能であり、光ディ
スクの書き込み用光源にも適用できる。本発明の緑青色
光源はＧａＡｓ基板上にモノリシックに形成されてお
り、半導体レーザと同程度の極めて小型の光源である。
以上より本発明の構造では、高効率で直接変調可能な超
小型の緑青色レーザ光源を実現することができる。
【００１５】以上に示した本発明の実施例では、ＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸を用いたリッジ導波型横モー
ド制御構造を示したが、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ歪
量子井戸を用いてもよく、また他の横モード制御構造を
用いても全く同様の構造を形成することができる。
ｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸を用いたリッジ導波型横モー
ド制御構造を示したが、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ歪
量子井戸を用いてもよく、また他の横モード制御構造を
用いても全く同様の構造を形成することができる。
【００１６】
【発明の効果】以上に実施例を挙げて詳しく説明したよ
うに、本発明によれば、小型で、消費電力が低く、しか
も高速に変調でき、緑青色光を出力する集積型半導体レ
ーザ素子を提供することができる。
うに、本発明によれば、小型で、消費電力が低く、しか
も高速に変調でき、緑青色光を出力する集積型半導体レ
ーザ素子を提供することができる。
【図１】本発明の実施例に係わる構造斜視図である。
【図２】図１の実施例に係わる断面および共振状態を示
す図である。
す図である。
【図３】本発明の別の実施例に係わる構造斜視図であ
る。
る。
【図４】図３の実施例に係わる断面および共振状態を示
す図である。
す図である。
【図５】従来の技術により緑青色光を得る構成を示す図
である。
である。
１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２ ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ３ ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ−ＳＣＨ量子井戸活性層 ４ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ５ ＺｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子クラッド層 ６ ＺｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子光導波層 ７ 結合グレーティング ８ ｎ電極 ９ ｐ電極 １０ 誘電体保護膜 １１ 出射側誘電体膜 １２ 裏面側誘電体膜 １３ ＤＢＲグレーティング １４ 半導体レーザ １５ 結合光学系 １６ Ｎｄ：ＹＡＧ １７ ＫＴＰ １８ 出力反射鏡
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 G02F 1/37
Claims (2)
- 【請求項１】 互いに光学的に結合した発光部と波長変
換部との二領域をＧａＡｓ基板上に構成してなる集積素
子において、前記発光部には、発振波長λのＧａＡｓ／
ＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓダブル
ヘテロ型半導体レーザが形成されており、前記波長変換
部には、ＺｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子から構成されるスラ
ブ型光導波層が形成されており、前記発光部の端面には
波長λに対して高反射率の誘電体多層膜が形成されてお
り、前記波長変換部の端面には波長λに対するよりも波
長λ／２に対して低い反射率を示す誘電体多層膜が形成
されており、かつ前記発光部と波長変換部との結合部の
近傍における前記波長変換部に周期（２ｍ＋１）λ／４
ｎeff（ｎeff：波長変換部の等価屈折率、ｍ：正の整
数）のグレーティングが形成されていることを特徴とす
る集積型半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 互いに光学的に結合した発光部と波長変
換部との二領域をＧａＡｓ基板上に構成してなる集積素
子において、前記発光部には、発振波長λのＧａＡｓ／
ＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓダブル
ヘテロ分布反射型半導体レーザが形成されており、前記
波長変換部には、ＺｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子から構成さ
れるスラブ型光導波層が形成されており、前記発光部の
端面には波長λに対して高反射率の誘電体多層膜が形成
されており、前記波長変換部の端面には波長λに対する
よりも波長λ／２に対して低い反射率を示す誘電体多層
膜が形成されており、かつ前記発光部と波長変換部との
結合部の近傍における前記波長変換部に周期（２ｍ＋
１）λ／４ｎeff（ｎeff：波長変換部の等価屈折率、
ｍ：正の整数）のグレーティングが形成されていること
を特徴とする集積型半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07701691A JP3146505B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 集積型半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07701691A JP3146505B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 集積型半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04287389A JPH04287389A (ja) | 1992-10-12 |
| JP3146505B2 true JP3146505B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=13621962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07701691A Expired - Fee Related JP3146505B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 集積型半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3146505B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100407523C (zh) * | 2004-04-09 | 2008-07-30 | 松下电器产业株式会社 | 相干光源以及光学装置 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5390210A (en) * | 1993-11-22 | 1995-02-14 | Hewlett-Packard Company | Semiconductor laser that generates second harmonic light with attached nonlinear crystal |
| US6064783A (en) * | 1994-05-25 | 2000-05-16 | Congdon; Philip A. | Integrated laser and coupled waveguide |
| KR100472382B1 (ko) * | 1997-12-05 | 2005-05-16 | 삼성전자주식회사 | 평면도파로형광회로모듈및그제조방법 |
| US6236773B1 (en) | 1998-12-15 | 2001-05-22 | Texas Instruments Incorporated | Single wavelength semiconductor laser with grating-assisted dielectric waveguide coupler |
| GB9815573D0 (en) * | 1998-07-18 | 1998-09-16 | Secr Defence | Electro-optic semiconductor devices and methods for making the same |
| US7382523B2 (en) * | 2002-02-21 | 2008-06-03 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Beam-guiding and/or frequency-converting optical system and method for producing the same |
| EP1669799B1 (en) | 2003-10-01 | 2013-06-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Wavelength conversion laser and image display |
| US7433374B2 (en) * | 2006-12-21 | 2008-10-07 | Coherent, Inc. | Frequency-doubled edge-emitting semiconductor lasers |
| JP4862960B2 (ja) * | 2010-12-10 | 2012-01-25 | 三菱電機株式会社 | 波長変換レーザ装置および画像表示装置 |
-
1991
- 1991-03-15 JP JP07701691A patent/JP3146505B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100407523C (zh) * | 2004-04-09 | 2008-07-30 | 松下电器产业株式会社 | 相干光源以及光学装置 |
| US7463664B2 (en) | 2004-04-09 | 2008-12-09 | Panasonic Corporation | Coherent light source and optical device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04287389A (ja) | 1992-10-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5390210A (en) | Semiconductor laser that generates second harmonic light with attached nonlinear crystal | |
| US5384797A (en) | Monolithic multi-wavelength laser diode array | |
| KR100209829B1 (ko) | 면발광형 제 2고조파 생성장치 | |
| JP2003295243A (ja) | 高調波光源装置、その駆動方法、およびそれを用いた画像表示装置、画像形成装置、光記録装置 | |
| JP3146505B2 (ja) | 集積型半導体レーザ素子 | |
| JP2006518548A (ja) | 周波数変換のための装置および方法 | |
| JPS63280484A (ja) | 半導体装置 | |
| JP2002141611A (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| KR970004500B1 (ko) | 반도체 레이저 장치 | |
| JP2005345949A (ja) | 波長変換光源、およびその駆動方法 | |
| JP2004063972A (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
| JP4488559B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| WO2022130622A1 (ja) | 光デバイス | |
| JPH0730181A (ja) | 面発光型第２高調波生成素子 | |
| JP3215477B2 (ja) | 半導体分布帰還型レーザ装置 | |
| JP2546127B2 (ja) | 半導体レーザ | |
| JP2757615B2 (ja) | 半導体光第２高調波発光素子 | |
| CN111525392B (zh) | 一种基于微纳结构半导体薄膜的增益装置及激光器 | |
| JP2902367B2 (ja) | 光変調器 | |
| US5337399A (en) | Wavelength conversion element | |
| JPH09297331A (ja) | 短波長レーザ装置 | |
| JPH05160519A (ja) | 超短光パルス発生装置 | |
| Gerini et al. | Electrically injected OPO: design and expected performances | |
| JP3029771B2 (ja) | 光周波数変換素子 | |
| JP2024053255A (ja) | 光半導体デバイス |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20001205 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |