JPH02285691A - Integrated semiconductor light source - Google Patents
Integrated semiconductor light sourceInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
し産業上の利用分野]
本発明は、光集積回路又は光電子集積回路分野に適用可
能である化合物半導体より成る集積型波長可変光源に関
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an integrated wavelength tunable light source made of a compound semiconductor that is applicable to the field of optical integrated circuits or optoelectronic integrated circuits.
従来より、レーザ光を非線型光学結晶に導入、非線型光
学効果により、光パラメトリツク励振により、レーザ光
波長を他の波長に変換する試みが為され、例えば、テキ
スト「オプチカル・エレクトロニクス(Optical
electronics ) J [著者ニヤリフ
(Amnon Yariv ) ] [出版社・ホル
トサンダースジャパン(Halt 5anders J
apan) ] (第3版)中、P、252〜263
の記載等に見られる考案があり、また、YAGレーザと
ニオブ酸リチウム単結晶を組合せた構成による分析装置
用光源が実用化されている。Conventionally, attempts have been made to convert the laser light wavelength to another wavelength by introducing laser light into a nonlinear optical crystal and using the nonlinear optical effect to generate optical parametric excitation.
electronics) J [Author: Amnon Yariv] [Publisher: Halt 5anders J
apan)] (3rd edition), P, 252-263
In addition, a light source for an analyzer using a combination of a YAG laser and a lithium niobate single crystal has been put into practical use.
第2図に、概略の構成図を示す。A部分はレーザ発振部
、B部分は光パラメトリツク励振部を示す。FIG. 2 shows a schematic configuration diagram. Part A shows a laser oscillation part, and part B shows an optical parametric excitation part.
〔発明が解決しようとする課題]
然しなから、前記の複数の個別素子を組合せて構成され
るシステムは、以下の課題がある。[Problems to be Solved by the Invention] However, the system configured by combining the plurality of individual elements described above has the following problems.
1、各素子がモジュール化されているので、光電子実積
回路の構成素子とはならない。1. Since each element is modularized, it does not become a constituent element of an optoelectronic integrated circuit.
2.極めて高品質な単結晶を必要とするため、結晶育成
、結晶研磨加工、組立て等のコストが高い。2. Since extremely high-quality single crystals are required, costs for crystal growth, crystal polishing, assembly, etc. are high.
3 光学系としての光軸合せも難かしい。3. It is also difficult to align the optical axis of the optical system.
4、従って、エネルギ変換効率が低い。4. Therefore, energy conversion efficiency is low.
本発明の目的は、かかる課題を解決して、ブレーナ集積
可能なるデバイスを提供することにある。An object of the present invention is to solve this problem and provide a device that can be integrated with a brainer.
[課題を解決するための手段]
本発明は、前記課題解決のため、以下の手段を具備する
ことを特徴とする。[Means for Solving the Problems] In order to solve the problems described above, the present invention is characterized by comprising the following means.
1 光パラメトリツク励振用結晶は化合物半導体結晶で
ある。1. The crystal for optical parametric excitation is a compound semiconductor crystal.
2、半導体レーザを光源とする。2. Use a semiconductor laser as a light source.
3 前記化合物半導体は、半導体レーザと共通の基板上
に、エビクキシアル成長により形成する。3. The compound semiconductor is formed on the same substrate as the semiconductor laser by evixaxial growth.
4 光パラメトリツク励振部は、光導波路を形成し、且
つ、レーザ発振部光導波路と光学的に結合される。4. The optical parametric excitation section forms an optical waveguide and is optically coupled to the laser oscillation section optical waveguide.
5、前記光学的結合は、光方向性結合器と同等の原理に
よる。5. The optical coupling is based on the same principle as an optical directional coupler.
[実 施 例]
以下に、本発明の一実施例を説明する。本発明の基本的
な考え方は、周知の半導体レーザのレーザ光を光源とし
て、レーザ共振器の両側に隣接して配置される非線型光
学結晶よりなる光導波路に各々光結合させることにより
、レーザ光導波路と前記2光導波路の3光導波路を利用
して、光パラメトリツク発振を発生させて後、前記両側
の光導波路の端面の一方又は双方より波長が変換された
光をとり出すものである。この時、レーザ光の角周波数
W3、両側の2光導波路に誘起される光の角周波数W1
及びW2の間には、パラメトリック励振によるW s
” W + + W 2の関係が成立する如くに設定さ
れる。Wl及びW2の制御には、当該光導波路に適切な
電圧を印加して、電気光学効果により該結晶の屈折率を
変動せしめる方式を採る。これにより、例えばW、は前
記関係式を保持しつつ、連続的に変動させることが可能
になる。[Example] An example of the present invention will be described below. The basic idea of the present invention is to use the laser light of a well-known semiconductor laser as a light source and optically couple it to optical waveguides made of nonlinear optical crystals arranged adjacently on both sides of a laser resonator. After generating optical parametric oscillation by using the three optical waveguides of the waveguide and the two optical waveguides, the wavelength-converted light is extracted from one or both of the end faces of the optical waveguides on both sides. At this time, the angular frequency W3 of the laser beam and the angular frequency W1 of the light induced in the two optical waveguides on both sides
and between W2, W s due to parametric excitation
" W + + W 2 is set so that the relationship holds. Wl and W2 are controlled by applying an appropriate voltage to the optical waveguide to vary the refractive index of the crystal by electro-optic effect. This makes it possible, for example, to vary W continuously while maintaining the above relational expression.
第1図は、本発明の一実施例を示すデバイスの構造の概
略図である。(a)は断面概略図、(b)は平面概略図
である。FIG. 1 is a schematic diagram of the structure of a device showing one embodiment of the present invention. (a) is a schematic cross-sectional view, and (b) is a schematic plan view.
ここで、該構造の製造方法について述べる。まず、中央
レーザ発振部分を形成する。n型Ga As基板上に、
n型Ga Asバッファー層150を積む。順次n A
lx Ga+−x As (x=0.1) 102、
n−Ga As 103、P Alx Ga+−x A
s (x = 01)104、P−Ga As 151
とMOCVDによりエビクキシアル成長して積層する。Here, a method for manufacturing this structure will be described. First, a central laser oscillation part is formed. On an n-type GaAs substrate,
An n-type GaAs buffer layer 150 is deposited. Sequential n A
lx Ga+-x As (x=0.1) 102,
n-Ga As 103, P Alx Ga+-x A
s (x = 01) 104, P-GaAs 151
Then, by MOCVD, the layers are erectically grown and laminated.
102の層がレーザ発振活性層である。次に、レーザ共
振器部分を残して両側をエツチング除去して、バッファ
ー層150表面まで除去する。次に、レーザ共振器両側
の光導波路部分119.120以外の表面をSi O□
膜でコートする。次に該119.120部分に、クラッ
ド層としてのZn Sx Se層−x 107.111
をMOCVD法による選択的エピタキシアル成長により
形成する。引きつづいて、光導波路層108,112と
してのZn Se層を同様に選択的エピタキシアル成長
により形成する。かくの如くに、3つの光導波路層10
2.108.112が同一平面上に隣接して、形成され
る。Layer 102 is a laser oscillation active layer. Next, both sides are etched away leaving the laser resonator portion, and the surface of the buffer layer 150 is removed. Next, the surfaces other than the optical waveguide portions 119 and 120 on both sides of the laser resonator are coated with SiO□
Coat with a membrane. Next, a Zn Sx Se layer-x 107.111 as a cladding layer is placed on the 119.120 part.
is formed by selective epitaxial growth using the MOCVD method. Subsequently, ZnSe layers as optical waveguide layers 108 and 112 are similarly formed by selective epitaxial growth. In this way, the three optical waveguide layers 10
2.108.112 are formed adjacently on the same plane.
該MOCVDエビクキシアル成長の条件は次のとおりで
ある。The conditions for the MOCVD evixial growth are as follows.
(1)レーザ共振器部分
原料ガスニトリメチルガリウム・トリメチルアルミニウ
ム、アルシン
基板温度ニア606〜820℃
圧 カニ 700〜790Torr成長速度=0
07〜0.08um/m1n(2)ZnSe光導波路部
分
原料ガス:トリメチル亜鉛、硫化水素、セレン化水素
基板温度:250’〜350°C
圧 力+ 100Torr以下
成長速度:0.05〜007μm/min次に、電極1
05.109.113を蒸着法により設置する。各々配
線106.1.10.114により電圧を印加する。1
06は、レーザ駆動用電源であり、110,114は各
々の光導波路の屈折率調整のための電源である。光共振
器を形成するための反射面115と116は、結晶のへ
き開により完全平面とする。さらに、反射面115は(
l l O)結晶面とする。またn Ga As基板1
01表面は(110)結晶面とする。レーザ共振器の片
側端面117表面に例えば金を蒸着して、レーザ光をほ
ぼ100%反射させて、端面117から直接レーザ光を
放射させない。これにより、波長変換された光118の
分離ができる。即ち、波長変換された光源として単独に
利用できる。(1) Laser resonator partial raw material gas Nitrimethylgallium/trimethylaluminum, arsine Substrate temperature near 606-820℃ Pressure crab 700-790Torr Growth rate = 0
07-0.08 um/m1n (2) ZnSe optical waveguide part raw material gas: trimethyl zinc, hydrogen sulfide, hydrogen selenide Substrate temperature: 250'-350°C Pressure + 100 Torr or less Growth rate: 0.05-007 μm/min Next, electrode 1
05.109.113 is installed by vapor deposition method. A voltage is applied through each wiring 106.1.10.114. 1
06 is a power supply for driving the laser, and 110 and 114 are power supplies for adjusting the refractive index of each optical waveguide. Reflection surfaces 115 and 116 for forming an optical resonator are made completely flat by cleaving the crystal. Furthermore, the reflective surface 115 is (
l l O) Crystal plane. Also, n Ga As substrate 1
The 01 surface is a (110) crystal plane. For example, gold is deposited on the surface of the end face 117 on one side of the laser resonator to reflect almost 100% of the laser beam, so that the laser light is not directly emitted from the end face 117. Thereby, the wavelength-converted light 118 can be separated. That is, it can be used independently as a wavelength-converted light source.
変換される波長の選択は、両側の光導波路層107.1
12に対して、電極113,110を介して電界を印加
することにより実現される。即わち該2電界強度と両者
の電界強度差により設定される。さらに、光量の変換効
率は、併行している光共振蓋部分119.120.12
1の長さ即わち、共振器長さに大きく依存する。本実施
例では、数mmの前後を試行錯誤している。また、レザ
ー発振波長は、Ax Ga+−x Asにおいて、Xの
値を変動させることにより可能であり、さらに、Ga
In As P系、A]、 Ga In P系等の組成
系にも充分適用可能である。光出力の一例としては半導
体レーザ波長830nmレーザ出力50mWで、波長可
変域1130〜530nm、光出力Ol〜1mWである
。The selection of the wavelength to be converted is determined by the optical waveguide layers 107.1 on both sides.
This is achieved by applying an electric field to 12 through electrodes 113 and 110. That is, it is set based on the two electric field strengths and the difference between the two electric field strengths. Furthermore, the conversion efficiency of the light amount is 119.120.12
1, that is, the resonator length. In this embodiment, trial and error is carried out to determine the length of several millimeters. Furthermore, the laser oscillation wavelength can be changed by varying the value of X in Ax Ga+-x As, and
It is also fully applicable to composition systems such as In As P system, Ga In P system, etc. As an example of the optical output, the semiconductor laser has a wavelength of 830 nm, a laser output of 50 mW, a wavelength variable range of 1130 to 530 nm, and an optical output of Ol to 1 mW.
本実施例では、光導波路として119,120の2本を
配置しているが、いづれ一方のみでも可能である。しか
し、2木の場合が波長制御精度及び波長変換効率が高い
。In this embodiment, two optical waveguides 119 and 120 are arranged, but it is also possible to use only one of them. However, in the case of two trees, wavelength control accuracy and wavelength conversion efficiency are high.
[発明の効果] 以」二述べた如くに、本発明は以下の効果を有する。[Effect of the invention] As mentioned above, the present invention has the following effects.
■ 極めてコンパクトであり、従来のICチップと同等
に扱える。■ It is extremely compact and can be handled in the same way as conventional IC chips.
2、光電子集積回路の一構成素子としてプレーナ集積が
可能である。2. Planar integration is possible as a component of an optoelectronic integrated circuit.
3、良質大型の非線光学結晶を必要としない。3. Does not require a high-quality, large-sized non-linear optical crystal.
4、光波長変換用薄膜結晶がMOCVDエピタキシアル
成長により完全性の高い品質が確保でき、高変換効率が
得られる。4. The thin film crystal for optical wavelength conversion can be ensured with high quality through MOCVD epitaxial growth, and high conversion efficiency can be obtained.
5 光導波路により、他種の光導波路デバイスと共面的
に結合できる有用な波長可変光源である。5. It is a useful wavelength tunable light source that can be coplanarly coupled to other types of optical waveguide devices using an optical waveguide.
第1図は、本発明の実施例による光源の断面図及び平面
の構造の概略を示す図。
第2図は、従来の典型的な光パラメトリツク励振を示す
概略の構成図。
101 ・
102 ・
103 ・
104 ・
105 ・
106 ・
107.
108.
112 ・ ・
n型Ga As基板
n Alx Ga+−x As(x=0.11n Ga
As
P Alx Ga+−x As(x=0.llオーミッ
ク電極
リード線
Zn Sx Se+□エビクキシア
ル層
Zn Seエビクキシアル光導
波路層
109 ・
110 ・ ・ ・ ・ ・ ・
113 ・ ・ ・ ・ ・ ・
l 4 ・
15、
l 7 ・
18 ・
l 9.
150 ・
151 ・
201.
202 ・
204 ・
205.
206 ・
116 ・
120.
203 ・
207 ・
電極膜(ショットキーバリ
ア)
リード線
電極膜(ショットキーバリ
ア)
リード線
反射面(へき開面)
金蒸着薄膜
波長変換された光
光共振蓋部分
n型Ga Asバッファー層
P Ga As
反射鏡
レーザ結晶
レンズ
反射鏡
非線型光学単結晶
以上FIG. 1 is a cross-sectional view and a diagram schematically showing a planar structure of a light source according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a typical conventional optical parametric excitation. 101 ・ 102 ・ 103 ・ 104 ・ 105 ・ 106 ・ 107. 108. 112 ・ ・ N-type Ga As substrate n Alx Ga+-x As (x=0.11n Ga
As P Alx Ga+-x As (x=0.ll Ohmic electrode lead wire Zn Sx Se+□ Ebiquixial layer Zn Se Ebiquixial optical waveguide layer 109 ・ 110 ・ ・ ・ ・ ・ ・ 113 ・ ・ ・ ・ ・ ・ l 4 ・ 15, l 7 ・ 18 ・ l 9. 150 ・ 151 ・ 201. 202 ・ 204 ・ 205. 206 ・ 116 ・ 120. 203 ・ 207 ・ Electrode film (Schottky barrier) Lead wire electrode film (Schottky barrier) Lead wire reflective surface (Cleavage plane) Gold evaporated thin film Wavelength converted light Optical resonator lid part n-type Ga As buffer layer P Ga As reflector Laser crystal lens Reflector Nonlinear optical single crystal or higher
Claims (2)
に配置され、前記両者が光学的に結合される距離に配置
され、且つ、前記他の光導波路部の表面に該光導波路へ
電界を付与する為の電極薄膜を配置して成る構造を有す
ることを特徴とする集積型半導体光源。(1) A semiconductor laser resonator and another optical waveguide are arranged on the same plane, and are arranged at a distance such that the two are optically coupled, and an electric field is applied to the surface of the other optical waveguide portion to the optical waveguide. 1. An integrated semiconductor light source characterized by having a structure in which a thin electrode film is arranged to impart
キシアル層よりなることを特徴とする請求項1記載の集
積型半導体光源。(2) The integrated semiconductor light source according to claim 1, wherein the other optical waveguide is made of a II-VI group compound semiconductor epitaxial layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10856189A JPH02285691A (en) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | Integrated semiconductor light source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10856189A JPH02285691A (en) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | Integrated semiconductor light source |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02285691A true JPH02285691A (en) | 1990-11-22 |
Family
ID=14487950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10856189A Pending JPH02285691A (en) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | Integrated semiconductor light source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02285691A (en) |
-
1989
- 1989-04-27 JP JP10856189A patent/JPH02285691A/en active Pending
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