JPH032844A - 集積型半導体光源 - Google Patents
集積型半導体光源Info
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- JPH032844A JPH032844A JP13871589A JP13871589A JPH032844A JP H032844 A JPH032844 A JP H032844A JP 13871589 A JP13871589 A JP 13871589A JP 13871589 A JP13871589 A JP 13871589A JP H032844 A JPH032844 A JP H032844A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[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。
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。
[従来の技術]
従来より、し〜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1例えば、テキ
ストrオプチカル・エレクトロニクスI 0ptica
l Electronics ) J [著者ヤリフ
(Amnon Yariv l ] [出版社:ホル
トサングースジャバン (Ho1t 5anders
Japan ) ] (第3版)中、P252〜26
3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
置用光源が実用されている。
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1例えば、テキ
ストrオプチカル・エレクトロニクスI 0ptica
l Electronics ) J [著者ヤリフ
(Amnon Yariv l ] [出版社:ホル
トサングースジャバン (Ho1t 5anders
Japan ) ] (第3版)中、P252〜26
3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
置用光源が実用されている。
第2図に、概略の構成図を示す、A1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。
、B部分は光パラメトリツク励振部を示す。
[発明が解決しようとする課題1
然しながら、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。
るシステムは、以下の課題がある。
1、各素子がモジュール化されているので、光電子集積
回路の構成素子とはならない。
回路の構成素子とはならない。
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し)。
、結晶研磨加工、組立て等のコストが高し)。
3.光学系としての光軸合せも難しい。
4、従って、エネルギー変化効率が低い。
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。
可能なるデバイスを提供することにある。
[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。
ことを特徴とする。
l、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。
ある。
2、半導体レーザな光源とする。
3、前記化合物半導体は、半導体レーザと共通の基板上
に、エピタキシアル成長により形成する。
に、エピタキシアル成長により形成する。
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する。
、レーザ発振部光導波路と光学的に結する。
5、複数のレーザ発振光を導波路により、前記パラメト
リック励振用光導波路に誘導、導入し、該パラメトリッ
ク励振用光導波路内のレーザ光強度を極限まで高める。
リック励振用光導波路に誘導、導入し、該パラメトリッ
ク励振用光導波路内のレーザ光強度を極限まで高める。
〔実 施 例1
以下に、本発明の一実施例を説明する。第1図の如く、
本発明の基本的な考λ方は、複数の半導体レーザ光源1
を導波路2により、化合物半導体非線型光学結晶より成
る光導波路3に誘導し、該光導波路内のレーザ光強度を
著しく高めることにより、極めて高効率にパラメトリッ
ク発振を起させ、該光導波路の端面4より、波長変換さ
れたパラメトリック[iiJ]振光をとり出すもので、
且つ、前記各素子部分を、化合物半導体基板5上に、M
OCVD法により形成せんとするものである。
本発明の基本的な考λ方は、複数の半導体レーザ光源1
を導波路2により、化合物半導体非線型光学結晶より成
る光導波路3に誘導し、該光導波路内のレーザ光強度を
著しく高めることにより、極めて高効率にパラメトリッ
ク発振を起させ、該光導波路の端面4より、波長変換さ
れたパラメトリック[iiJ]振光をとり出すもので、
且つ、前記各素子部分を、化合物半導体基板5上に、M
OCVD法により形成せんとするものである。
レーザ光の角周波UW、、パラメトリック発振光の角周
波数W、、W、の関係は、位相整合条件W3 =Wl
+W2 の関係が成立する如くに発振する。WI及びW2の制御
のため、該パラメトリック発振光導波路3の両側に近接
して、光結合される如くに、他の導波路6を配置する。
波数W、、W、の関係は、位相整合条件W3 =Wl
+W2 の関係が成立する如くに発振する。WI及びW2の制御
のため、該パラメトリック発振光導波路3の両側に近接
して、光結合される如くに、他の導波路6を配置する。
該光導波路6は、角周波数W2光を導波する如くに形成
される。かつ又、光導波路3内に発振された角周波数W
2光波のエネルギーが、方向性結合器の効果により、は
ぼ全部該光導波路6に伝播される長さに形成する。従っ
て、光導波路3の端面近傍では、励起レーザ光と角周波
数W1のパラメトリック発振光のみとなる。従って、D
BR回折格子7により、励起レーザ光1のみを反射させ
ることにより、端面4から角周波数W、のパラメトリッ
ク発振光がとり出される。眩光は角周波数W2で導波さ
れた位相のそろった光波である。
される。かつ又、光導波路3内に発振された角周波数W
2光波のエネルギーが、方向性結合器の効果により、は
ぼ全部該光導波路6に伝播される長さに形成する。従っ
て、光導波路3の端面近傍では、励起レーザ光と角周波
数W1のパラメトリック発振光のみとなる。従って、D
BR回折格子7により、励起レーザ光1のみを反射させ
ることにより、端面4から角周波数W、のパラメトリッ
ク発振光がとり出される。眩光は角周波数W2で導波さ
れた位相のそろった光波である。
本発明は、角周波数WIが外部よりコントロルできて、
連続可変であることが重要な効果である。2の目的のた
めに、導波路6の構成は以下の如(である、導波波長は
、之に、有効屈折率と導波路厚みで制御できる。このた
めに、化合物半導体空乏層を、前記光導波路として利用
する。即ち、空乏層の電気光学効果と厚みを制御するこ
とである。n型半導体表面層のショットキー空乏層を形
成する。先導波6は、化合半導体例えば、n型Z。S/
ZnS、超格子膜で形成する。該光導波6の表面に、シ
ョットキバリアー金属膜8を電極として形成する。光導
波路3も同様の構成とする。導波路3と6は、各々独立
に駆動する。導波路3の導波波長を適合させるためであ
る。即ち、各々の電極に印加する電圧の大きさにより、
空乏層の深さが増減でき、空乏層の厚みが即ち導波路の
厚みとなる。同時に、空乏層内電界の効果として非線光
学効果により、該空乏層の有効屈折率が変化する6両者
の相加的効果により、導波路波長を匍目卸する。
連続可変であることが重要な効果である。2の目的のた
めに、導波路6の構成は以下の如(である、導波波長は
、之に、有効屈折率と導波路厚みで制御できる。このた
めに、化合物半導体空乏層を、前記光導波路として利用
する。即ち、空乏層の電気光学効果と厚みを制御するこ
とである。n型半導体表面層のショットキー空乏層を形
成する。先導波6は、化合半導体例えば、n型Z。S/
ZnS、超格子膜で形成する。該光導波6の表面に、シ
ョットキバリアー金属膜8を電極として形成する。光導
波路3も同様の構成とする。導波路3と6は、各々独立
に駆動する。導波路3の導波波長を適合させるためであ
る。即ち、各々の電極に印加する電圧の大きさにより、
空乏層の深さが増減でき、空乏層の厚みが即ち導波路の
厚みとなる。同時に、空乏層内電界の効果として非線光
学効果により、該空乏層の有効屈折率が変化する6両者
の相加的効果により、導波路波長を匍目卸する。
パラメトリック発振光W、、W、の中、利用するのはW
I光であり、従って、W2光は、光導波路3の一端面反
射面を第1図の如く、全反射条件を満たす範囲で光進行
方向に対して斜めに形成し、光進行方向を偏向させ、W
1光と光進行方向を分離する。
I光であり、従って、W2光は、光導波路3の一端面反
射面を第1図の如く、全反射条件を満たす範囲で光進行
方向に対して斜めに形成し、光進行方向を偏向させ、W
1光と光進行方向を分離する。
ここで、該構造の製造方法について述べる。まず、レー
ザ発振部分1.2を形成する。n型GaAs基板上5に
、n型GaAsバッファー層を積む、順次、n−GaA
s、nAffxGa+−x As(x=0. 1)、
PAllxGa+−x As (x=0.1)、
P−GaAs、とMOCVD法によりエピタキシアル成
長して積層する。n−GaAs層がレーザ発振活性層で
ある0次に、レーザ共振器部分1.2を残して両端をエ
ツチング除去して、バッファー層5表面まで除去する0
次に、光導波路部分3.6以外の表面をS i O*膜
でコートする0次に、該光導波路部分に、クラッド層と
してのZ n S x S e l−XをMOCVD法
による選択的エピタキシャル成長により形成する。引き
つづいて、光導波路層3.6としてのZ n S e
/ ZnS超格子膜であるn型積層膜の層を同様に選択
的エピタキシャル成長により形成する。か(の如くに、
3つの光導波路層が同一平面上に隣接して、形成される
。
ザ発振部分1.2を形成する。n型GaAs基板上5に
、n型GaAsバッファー層を積む、順次、n−GaA
s、nAffxGa+−x As(x=0. 1)、
PAllxGa+−x As (x=0.1)、
P−GaAs、とMOCVD法によりエピタキシアル成
長して積層する。n−GaAs層がレーザ発振活性層で
ある0次に、レーザ共振器部分1.2を残して両端をエ
ツチング除去して、バッファー層5表面まで除去する0
次に、光導波路部分3.6以外の表面をS i O*膜
でコートする0次に、該光導波路部分に、クラッド層と
してのZ n S x S e l−XをMOCVD法
による選択的エピタキシャル成長により形成する。引き
つづいて、光導波路層3.6としてのZ n S e
/ ZnS超格子膜であるn型積層膜の層を同様に選択
的エピタキシャル成長により形成する。か(の如くに、
3つの光導波路層が同一平面上に隣接して、形成される
。
該MOCVDエピタキシアル成長条件の概略は次のとお
りである。
りである。
fil レーザ共振器部分
原料ガス: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=760°〜820℃ 圧 カニ 700〜790Torr成長速度:
0.07〜0.08Bm/mi n(2)光導波路部分
(Zn5xSe + −X及び2 n S / 2 n
S e fR引 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℃ 圧 カニ1OOTorr以下 成長速度: 0.05〜0.07um/mi n次に、
電極8.11を蒸着法により設置する。
ム、アルシン 基板温度=760°〜820℃ 圧 カニ 700〜790Torr成長速度:
0.07〜0.08Bm/mi n(2)光導波路部分
(Zn5xSe + −X及び2 n S / 2 n
S e fR引 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℃ 圧 カニ1OOTorr以下 成長速度: 0.05〜0.07um/mi n次に、
電極8.11を蒸着法により設置する。
各々配線9、lOにより電圧を印する。12はレーザ駆
動用電源であり、9、lOは、各々の光導波路の有効屈
折率調整のための電源である。光共振器を形成するため
の反射用回折格子7は、できる限りの高反射率とする。
動用電源であり、9、lOは、各々の光導波路の有効屈
折率調整のための電源である。光共振器を形成するため
の反射用回折格子7は、できる限りの高反射率とする。
レーザ共振器の片側端面13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、レーザ光を閉じ
込める。
、レーザ光をほぼ100%反射させて、レーザ光を閉じ
込める。
前述の如く、変換される波長の選択は、3つの光導波路
層に対して、電極を介して電界を印加することにより実
現される。即わち空乏層厚みの差及び、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3.6の長さ即わち、共振器長さに大き
く依存する0本実施例では、数mmの前後を試行#l1
1Mしている。
層に対して、電極を介して電界を印加することにより実
現される。即わち空乏層厚みの差及び、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3.6の長さ即わち、共振器長さに大き
く依存する0本実施例では、数mmの前後を試行#l1
1Mしている。
また、レーザー発振波長は、組成AxGa+−mAS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 I nAsP系AffGa I nP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11130〜530nm、光出力0.1〜1m
Wである。
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 I nAsP系AffGa I nP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11130〜530nm、光出力0.1〜1m
Wである。
本実施例では、光導波路6として両側に、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
本の場合が、波長制御精度及び波長変換効率が高い。
ているが、いづれ一方のみでも可能である。しかし、2
本の場合が、波長制御精度及び波長変換効率が高い。
[発明の効果〕
以上述べた如くに、本発明は以下の効果を有する。
1、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。
に扱える。
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。
可能である。
3、良質大型の非線光学結晶を必要としない。
4、光波長変換用薄膜結晶が、MOCVDエビクキシャ
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。
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。
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。
に結合できる有用な波長可変光源である。
6、複数の半導体レーザ光を、導波路により、単一の光
パラメトリツク発振光導波路に導入することにより、レ
ーザ光強度が確保され、極めて高効率のパラメトリック
′発振ができる。
パラメトリツク発振光導波路に導入することにより、レ
ーザ光強度が確保され、極めて高効率のパラメトリック
′発振ができる。
7、半導体空乏層を光導波路に採用するため、外部電源
による可変厚み導波路が形成できる。
による可変厚み導波路が形成できる。
即ち、導波波長が可変である。
8、可視短波長光で、かつ、波長可変である。
以上の如くに、短波長の半導体レーザ光源が実現できな
い現状において、本発明は超小型光源として、きわめて
広汎に有用なる効果をもたらし、高出力化の故に、レー
ザプリンティング用及び光6n気記録システム用光源と
して、特に有効である。
い現状において、本発明は超小型光源として、きわめて
広汎に有用なる効果をもたらし、高出力化の故に、レー
ザプリンティング用及び光6n気記録システム用光源と
して、特に有効である。
第1図は、本発明光源の概略を示す平面構造図。第2図
は、従来の典型的な光パラメトリツク励振方法を示す概
略の構成図。 ・レーザ光(励起光源) ・レーザ光導波路 ・非線型光学材料光導波路 ・へき閉された端面 ・GaAsバッファー層表面 ・光導波路 ・DBR回折格子 ・ショットキバリア電極 ・ ・バイアス電)原 ・・バイアス電源 11 ・ ・ ・ ・ ・ 12 ・ ・ ・ ・ ・ 13 ・ ・ ・ ・ ・ 201、203 202 ・ ・ ・ ・ ・ 204 ・ ・ ・ ・ ・ 205、 207 ・ 206 ・ ・ ・ ・ ・ ・オーミック電源 ・レーザ駆動電源 ・光反射端面 ・反射鏡 レーザ結晶 ・レンズ ・反射鏡 ・非線型光学結晶 以 出願人 セイコーエプソン株式会社
は、従来の典型的な光パラメトリツク励振方法を示す概
略の構成図。 ・レーザ光(励起光源) ・レーザ光導波路 ・非線型光学材料光導波路 ・へき閉された端面 ・GaAsバッファー層表面 ・光導波路 ・DBR回折格子 ・ショットキバリア電極 ・ ・バイアス電)原 ・・バイアス電源 11 ・ ・ ・ ・ ・ 12 ・ ・ ・ ・ ・ 13 ・ ・ ・ ・ ・ 201、203 202 ・ ・ ・ ・ ・ 204 ・ ・ ・ ・ ・ 205、 207 ・ 206 ・ ・ ・ ・ ・ ・オーミック電源 ・レーザ駆動電源 ・光反射端面 ・反射鏡 レーザ結晶 ・レンズ ・反射鏡 ・非線型光学結晶 以 出願人 セイコーエプソン株式会社
Claims (1)
- 半導体レーザ光導波路、光パラメトリック発振用光導波
路及び他の導波路を同一平面上に配置すること、前記光
導波路を近接して配置すること及び前記光導波路中後二
者の表面に、該導波路内へ電界を付与する金属薄膜を配
置することを含んで成る集積型半導体光源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13871589A JPH032844A (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 集積型半導体光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13871589A JPH032844A (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 集積型半導体光源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH032844A true JPH032844A (ja) | 1991-01-09 |
Family
ID=15228439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13871589A Pending JPH032844A (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 集積型半導体光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH032844A (ja) |
-
1989
- 1989-05-31 JP JP13871589A patent/JPH032844A/ja active Pending
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