JPH036079A - semiconductor light source - Google Patents

semiconductor light source

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JPH036079A
JPH036079A JP14027389A JP14027389A JPH036079A JP H036079 A JPH036079 A JP H036079A JP 14027389 A JP14027389 A JP 14027389A JP 14027389 A JP14027389 A JP 14027389A JP H036079 A JPH036079 A JP H036079A
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JP
Japan
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optical waveguide
shg
resonator
light
optical
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Pending
Application number
JP14027389A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiro Teraishi
寺石 克弘
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Publication of JPH036079A publication Critical patent/JPH036079A/en
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は、集積されることを特徴とする半導体レーザ光
の二次高調波を発生せしめるデバイスの構造及び製造方
法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to the structure and manufacturing method of a device for generating second harmonics of semiconductor laser light, which is characterized by being integrated.

[従来の技術1 従来より、半導体レーザ光の二次高調波発生(以下SH
Gと略称)の試みが為され、例えば、アプライド・フィ
ジックス・レクーズ(AppliedPhysics 
Letters ) Vo 1 、 35. No、 
 6 (1979)p、461−p、463や日経ニュ
ーマテリアル1987年4月20日号p、96〜p10
5に見られる如く、半導体レーザと導波路型SHG素子
をモジュール化するものが考案されている1例えば、A
lGaAs系0.84nm波長の半導体レーザ光を光ピ
ツクアップ用コリメータレンズ(開口数0,3)とフォ
ーカシングレンズ(開口数06)で、LxNbOs単結
晶よりなる導波路型SHG素子の導波路端面に集光、導
入し、該LINbO8単結晶導波路内で、SHGを発生
させるものである。該モジュール全体の寸法の一例は、
10X10X10X30”である。
[Conventional technology 1] Conventionally, second harmonic generation (hereinafter SH) of semiconductor laser light has been
For example, Applied Physics
Letters) Vo 1, 35. No,
6 (1979) p, 461-p, 463 and Nikkei New Material April 20, 1987 issue p, 96-p10
As shown in 5, a module has been devised that combines a semiconductor laser and a waveguide type SHG element.1 For example, A.
An lGaAs-based semiconductor laser beam with a wavelength of 0.84 nm is focused onto the waveguide end face of a waveguide type SHG element made of LxNbOs single crystal using a collimator lens for optical pickup (numerical aperture 0.3) and a focusing lens (numerical aperture 06). , and generate SHG within the LINbO8 single crystal waveguide. An example of the overall dimensions of the module is:
10X10X10X30''.

[発明が解決しようとする課題] 然しなから、前述のモジュールには、以下の課題がある
[Problems to be Solved by the Invention] However, the above-mentioned module has the following problems.

1、モジュール化された方式のため、光電子集積回路の
一構成素子として、ブレーナ集積が本質的に不可能。
1. Due to the modular system, it is essentially impossible to integrate the brainer as a component of an optoelectronic integrated circuit.

2. S HG素子として、極めて高品質な大型結晶を
必要とするため、単結晶製造コストが高くなる。
2. Since the SHG element requires a large crystal of extremely high quality, the manufacturing cost of the single crystal becomes high.

3、光導波路は、通常luオーダーの薄層であるため、
半導体レーザ光共振器導波路と5t(G素子導波路の中
心位置合せ、平行度調整等に厳密性を要求され、複雑微
妙な作業であり5作業性が悪い。
3. Since the optical waveguide is usually a thin layer on the order of lu,
Strictness is required for center alignment of the semiconductor laser optical resonator waveguide and the 5T (G element waveguide, parallelism adjustment, etc.), and the work is complex and delicate, and workability is poor.

4、半導体レーザとSHG素子の光結合効率が低く、オ
ーバオールのSHG変換効率が低いため、光出力として
、1mWレベル以下である。
4. The optical coupling efficiency between the semiconductor laser and the SHG element is low, and the overall SHG conversion efficiency is low, so the optical output is below the 1 mW level.

5、LiNb0a単結晶は、可視波長域で光ダメージを
起こし易い。
5. LiNb0a single crystal is susceptible to optical damage in the visible wavelength range.

本発明は、かかる課題を解決するもので、その目的とす
るところは、半導体エピタキシアル技術を全面的に活用
して、ブレーナ集積型のデバイスを得ることにある。
The present invention is intended to solve this problem, and its purpose is to fully utilize semiconductor epitaxial technology to obtain a Brenna integrated device.

〔課題を解決するための手段1 本発明の集積型二次高調波発生デバイスは、前記課題の
解決のため、その手段として以下の構成要件を具備する
ことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems 1] The integrated second harmonic generation device of the present invention is characterized by having the following structural requirements as means for solving the above problems.

1、SHG用結晶材料として、化合物半導体を選択する
1. Select a compound semiconductor as the SHG crystal material.

2、前記化合物半導体は、半導体レーザ基板面上にMO
CVDエピタキシアル成長可能である。
2. The compound semiconductor has MO on the semiconductor laser substrate surface.
CVD epitaxial growth is possible.

3、前記エピタキシアル成長は、選択的に形成すること
を含む。
3. The epitaxial growth includes selective formation.

4、前記SHG機能部は、光導波路構造を有する。4. The SHG function section has an optical waveguide structure.

5、前記光導波路は、半導体レーザの光共振器即ち活性
層を含む平面上に構成される。
5. The optical waveguide is constructed on a plane that includes the optical resonator, that is, the active layer of the semiconductor laser.

6、半導体レーザ光共振器はリング型共振器を形成する
。且つ、独立する2つの共振器を有する。
6. The semiconductor laser optical resonator forms a ring-shaped resonator. Moreover, it has two independent resonators.

7前記SHG機能部は、リング型共振器を形成する。7. The SHG functional section forms a ring-shaped resonator.

8、前記3共振器は、同一平面上に形成し、且つ、光学
的に結合させる如くに近接して配置する。
8. The three resonators are formed on the same plane and placed close to each other so as to be optically coupled.

9、前記SHG機能部光共振器導波路内において。9. In the SHG functional section optical resonator waveguide.

励起レーザ光とS HG光の位相整合は、光導波路のモ
ード分散を利用し、励起レーザ光の低次モードとSHG
光の高次モードの有効屈折率を一致させる如くに設定す
る。
The phase matching between the excitation laser beam and the SHG light utilizes the mode dispersion of the optical waveguide, and the low-order mode of the excitation laser beam and the SHG beam are matched.
The effective refractive indexes of higher-order modes of light are set to match.

10  前記リング共振器よりSHG光の取り出しは、
DBRグレーティングにより波長分離の上。
10 Extraction of SHG light from the ring resonator is as follows:
Wavelength separation is achieved by DBR grating.

光導波路に導入する。Introduced into the optical waveguide.

以上の如く構成することにより、リング共振器内にレー
ザ光を閉じ込めることが出来、SHG変換効率を高める
と共に、平面的に集積することにより極めて小型・短波
長の半導体光源が実現でき机 〔実 施 例1 本発明の一実施例として、以下のケースについて説明す
る。
With the above configuration, laser light can be confined within the ring resonator, increasing the SHG conversion efficiency, and by planar integration, an extremely compact and short wavelength semiconductor light source can be realized. Example 1 The following case will be described as an example of the present invention.

l励起レーザ光は、In、 Ga+−y As (3”
   )活性層組成による発振波長11000nの光。
The excitation laser beam is In, Ga+-y As (3”
) Light with an oscillation wavelength of 11000n depending on the composition of the active layer.

2、SHG用結晶材料として、化合物半導体の超格子構
造膜とする。
2. A compound semiconductor superlattice structure film is used as the SHG crystal material.

3、前記化合物半導体膜は、半導体レーザ基板上にMO
CVD又はMOMBEエビクキシアル成長を行ない、超
格子構造を形成する。
3. The compound semiconductor film is formed by MO on the semiconductor laser substrate.
CVD or MOMBE evixial growth is performed to form a superlattice structure.

4、基本励起レーザ光とSHG光の位相整合は、前記S
HG光導波路の厚みを制御して有効屈折率のマツチング
をとる。
4. Phase matching between the basic excitation laser beam and the SHG light is performed using the S
The effective refractive index is matched by controlling the thickness of the HG optical waveguide.

5レーザ光共振器とSHG機能導波路は共に、リング型
共振器とし、レーザ発振部とSHG部は横方向に光結合
する。
5. Both the laser beam resonator and the SHG function waveguide are ring-shaped resonators, and the laser oscillation part and the SHG part are optically coupled in the lateral direction.

6、SHG光導波路は、その上面に金属膜を堆積して、
ショットキーバリアーを形成し、その空乏層中に光導波
路が含まれるものとする。
6. The SHG optical waveguide is made by depositing a metal film on its top surface.
It is assumed that a Schottky barrier is formed and an optical waveguide is included in the depletion layer.

次に、機能及び構造について説明する。第1図は、本実
施例について、上から見た概略の平面構造を示す図であ
る。基板1の上に、光導波路23−1及び3−2が共平
面に、且つ、光の伝播と反射が多数回可能になる如く正
方形状に形成する。即ち、正方形状のリング型共振器を
形成する。但し、レーザ共振器3−2は、1つの角が欠
けており、端面の反射により共振器機能をもつ。
Next, the function and structure will be explained. FIG. 1 is a diagram showing a schematic planar structure of this embodiment as viewed from above. On the substrate 1, optical waveguides 23-1 and 3-2 are formed coplanarly and in a square shape so that light can be propagated and reflected many times. That is, a square ring-shaped resonator is formed. However, the laser resonator 3-2 has one corner missing, and has a resonator function due to reflection from the end face.

光波は、近似的に第1図中の波線及び矢印線の如くに反
射・伝播をくり返し、多数回リング型光振器内を伝播す
る。該リング型光共振器3−1及び共振器3−2の光導
波路内で、レーザ発振を起し、該2共振器と光学的に結
合しているリング共振器2の光導波路内にレーザ光エネ
ルギーを伝播する。光学的結合を実現するために、前記
3共振器の各々の光導波路は、共振器3−1の光導波路
の両側を他の共振器2及び3−2がはさむ形で、平行に
且つ近接して配置されている。
The light wave repeats reflection and propagation approximately as indicated by the dotted lines and arrow lines in FIG. 1, and propagates within the ring-type optical oscillator many times. Laser oscillation occurs within the optical waveguides of the ring-shaped optical resonator 3-1 and the resonator 3-2, and laser light is transmitted within the optical waveguide of the ring resonator 2 optically coupled to the two resonators. Propagate energy. In order to realize optical coupling, the optical waveguides of each of the three resonators are arranged in parallel and close to each other, with the optical waveguide of the resonator 3-1 being sandwiched between the other resonators 2 and 3-2. It is arranged as follows.

従って、共振器2に伝播されたレーザ光により、該共振
器2内で、SMC即ち、第二次高調波発生が起る。この
時、光結合により誘起されたレーザ光が該共振器2内に
、はぼ完全に閉じ込められることが重要な点である。
Therefore, the laser beam propagated to the resonator 2 causes SMC, that is, second harmonic generation, within the resonator 2. At this time, it is important that the laser light induced by optical coupling is almost completely confined within the resonator 2.

光導波路2は、例えば、II −Vl族化合物半導体の
2材質Z、nS/2nSeの極薄膜のくり返し積層によ
り形成される。光導波路3−1.3−2は、+11− 
V族化合物半導体混晶In、 Gap−y Asより成
りレーザ活性層を構成する。
The optical waveguide 2 is formed, for example, by repeatedly laminating ultrathin films of two materials Z and nS/2nSe, which are II-Vl group compound semiconductors. The optical waveguide 3-1.3-2 is +11-
The laser active layer is composed of V group compound semiconductor mixed crystal In and Gap-y As.

光導波路2において、レーザ光とSMC光の位相整合を
とる必要があるので、該光導波路2の膜厚及び膜組成を
調整することになる。
Since it is necessary to phase match the laser beam and the SMC light in the optical waveguide 2, the film thickness and film composition of the optical waveguide 2 are adjusted.

例えば、レーザ光0次モードとSHG光2次モトの有効
屈折率を等しくする如く、膜厚及び膜組成を制御する。
For example, the film thickness and film composition are controlled so that the effective refractive indexes of the zero-order mode of the laser beam and the second-order mode of the SHG beam are made equal.

光導波路の横方向即ち基板1に平行なる方向の光閉じ込
めのため、光導波路の横部分4.5,6は、光導波路2
.3−1.3−2より低屈折率を有する材質で埋め込み
形成すればよい。本実施例では、簡便のため、リングレ
ーザ共振器3−1.3−2を形成するためのプロセス時
にエツチング除去されたままの空間を残してお(。従っ
て、屈折率〜lの空気層、又は最終的にデバイスとして
窒素封止された場合は窒素の層となる。
For optical confinement in the lateral direction of the optical waveguide, that is, in the direction parallel to the substrate 1, the lateral parts 4.5, 6 of the optical waveguide are connected to the optical waveguide 2.
.. 3-1.3-2, it may be filled with a material having a lower refractive index than 3-2. In this example, for the sake of simplicity, a space is left as it is etched during the process of forming the ring laser resonator 3-1, 3-2 (therefore, an air layer with a refractive index of Or, if the device is finally sealed with nitrogen, it becomes a nitrogen layer.

前記SMC光を該光共振器2の外部にとり出し第1図7
の如(に光源として利用するための手段が必要である。
The SMC light is extracted to the outside of the optical resonator 2, as shown in FIG.
A means to use it as a light source is required.

このため、SMC光が発生する光導波路2の角の部分の
表面1例えば8の部分にDBR回折格子を形成する。光
導波路層の最上面に浅く、エツチング、イオン打込み、
エピタキシアル、蒸着の方法で回折格子を形成する。こ
の際、波長11000nのレーザ光を100%反射し。
For this reason, a DBR diffraction grating is formed on the surface 1, for example, at a portion 8 of the corner portion of the optical waveguide 2 where the SMC light is generated. Shallow etching, ion implantation, and
The diffraction grating is formed by epitaxial or vapor deposition methods. At this time, 100% of the laser beam with a wavelength of 11000n is reflected.

波長500nmのSMC光に対しては、極低反射率とな
る如くに、回折格子周期を設定する。この結果、共振器
2内に誘起されたレーザ光は4つの角で反射されて該共
振器内に閉じ込められるのに対して、発生したSMC光
は回折格子8を透過して、光導波路10の部分に誘導さ
れ、固有モードに調整され、外部に光7としてとり出さ
れる。
For SMC light with a wavelength of 500 nm, the period of the diffraction grating is set so that the reflectance is extremely low. As a result, the laser light induced in the resonator 2 is reflected at the four corners and confined within the resonator, whereas the generated SMC light is transmitted through the diffraction grating 8 and the optical waveguide 10. It is guided to the part, adjusted to the eigenmode, and taken out as light 7 to the outside.

前記励起レーザ光及びSMC光は、共に、時計まわり方
向と反時計まわり方向の2種の方向の光波として存在し
ているが、回折格子を45°入・反射の条件に設計する
ことにより、双方向の光波共に、前記の反射・透過の条
件を同時に満足できる。
Both the excitation laser light and the SMC light exist as light waves in two directions, clockwise and counterclockwise, but by designing the diffraction grating to be incident and reflected at 45 degrees, both directions can be transmitted. The above-mentioned conditions for reflection and transmission can be simultaneously satisfied for both light waves in the direction.

該リングレーザ3は、金属薄膜オーミック′r4rrA
11より電流注入して駆動される。
The ring laser 3 is a metal thin film ohmic 'r4rrA
It is driven by current injection from 11.

光導波路2の上面に配置・形成される金属薄膜電極12
は、例えば、白金(pt) 、金(Au)又はアルミニ
ウム(A1)が選択され、n−−ZnS/Zn5e超格
子溜光導波路2に対して、ショットキーバリアを形成せ
しめる。該電極12に、逆バイアスを印加することによ
り、空乏層が形成され、該光導波路2が空乏層内に包含
され1発生した強電界により、該光導波路の屈折率が電
気光学効果の影響を受けて、変化する。これにより、前
述のレーザ光とSMC光の位相整合条件及び共振器2と
共振器3−1.3−2の光結合条件を精密に制御できる
。然も、前記構成を全て形成・完了の後に、外部電源に
より調整できることが特徴である。
Metal thin film electrode 12 arranged and formed on the upper surface of the optical waveguide 2
For example, platinum (PT), gold (Au), or aluminum (A1) is selected to form a Schottky barrier for the n--ZnS/Zn5e superlattice pool optical waveguide 2. By applying a reverse bias to the electrode 12, a depletion layer is formed, the optical waveguide 2 is included in the depletion layer, and the generated strong electric field causes the refractive index of the optical waveguide to be influenced by the electro-optic effect. Accept it and change. Thereby, the phase matching conditions of the laser beam and the SMC light and the optical coupling conditions of the resonator 2 and the resonator 3-1, 3-2 can be precisely controlled. However, a feature of the present invention is that it can be adjusted by an external power source after all the above configurations are formed and completed.

以上の如くに、SHG励起専用のリング型光共振器を、
独立して形成することにより、該リング共振器内に励起
レーザな閉じ込めることにより、有効にSHG変換を行
なうことができ、オーバーオールの5t−IG変換効率
を高めることが出来、loOmWレーザ光出力時に、3
0mWのSHG光出力が実現できた。
As mentioned above, a ring-shaped optical resonator dedicated to SHG excitation is
By forming the ring resonator independently and confining the excitation laser within the ring resonator, SHG conversion can be performed effectively, and the overall 5t-IG conversion efficiency can be increased, and when the loOmW laser light is output, 3
A SHG optical output of 0mW was achieved.

次に1本発明構造の製法について述べる。Next, a manufacturing method for the structure of the present invention will be described.

第2図は、本発明一実施例を示す第1図半導体レーザ部
即ちA−A′断面の構造を示す図である。20はn −
GaAs基板、21はn−GaAsバッファー層、22
はn −Alx Gap−x As (X=O1l)、
23はn −In、 Gap−y As (y=0.0
5) 、 24はn−Al、lGa+−x As (X
:0.l ) −25はp −Al、 Gap−++A
s (XJ、l ) 、 26はn−GaAsキャップ
層、27は5102膜。28は2n拡散領域を示し、n
−AlxGa+−x As層22とn−GaAsバッフ
ァー層21の境界までの深さに拡散する。その結果とし
て、n−In、 Ga+−y As (y・0.05)
層23の一部分にZnが拡散されp型になった部分が活
性層を形成する。前述の各層はMOCVD法により基板
20の上にエビクキシアル成長する。MOCVD条件は
概略以下の如くである。
FIG. 2 is a diagram showing the structure of the semiconductor laser section of FIG. 1, ie, a cross section taken along line A-A', showing an embodiment of the present invention. 20 is n −
GaAs substrate, 21 is n-GaAs buffer layer, 22
is n-Alx Gap-x As (X=O1l),
23 is n-In, Gap-y As (y=0.0
5), 24 is n-Al, lGa+-x As (X
:0. l) -25 is p-Al, Gap-++A
s (XJ,l), 26 is an n-GaAs cap layer, and 27 is a 5102 film. 28 indicates a 2n diffusion region, n
-AlxGa+-x Diffused to a depth up to the boundary between the As layer 22 and the n-GaAs buffer layer 21. As a result, n-In, Ga+-y As (y・0.05)
A portion of the layer 23 in which Zn is diffused and becomes p-type forms an active layer. Each of the aforementioned layers is evixaxially grown on the substrate 20 by MOCVD. The MOCVD conditions are roughly as follows.

基板温度   ・ 760℃〜820℃圧力     
−:  760  TorrV族/ Ill族比 : 
50〜100成長速度     0.07um/min
MOCVD原料ガスは、トリメチルガリウム、トリメチ
ルアルミニウム、トリメチルインジウム及びアルシンで
ある。 Zn拡散領域の形成は、周知の拡散方法による
。S10□膜27に2μX l 50uの窓を開け、温
度600℃〜650℃で拡散する。Zn濃度は、l X
 I O”/crn’である。
Substrate temperature ・760℃~820℃ Pressure
-: 760 TorrV group/Ill group ratio:
50-100 Growth rate 0.07um/min
MOCVD source gases are trimethylgallium, trimethylaluminum, trimethylindium, and arsine. The Zn diffusion region is formed by a well-known diffusion method. A 2μXl 50u window is opened in the S10□ membrane 27, and diffusion is performed at a temperature of 600°C to 650°C. The Zn concentration is l
IO"/crn'.

次に、第1図のSHG機能部分を形成するために、第1
図レーザ発振部以外をエツチングにより、第2図n−G
aAsバッファー屡21まで除去する。該露出n −G
aAs21表面上に、SHG機能光導波路を構成するZ
n5x 5et−ヶクラッド層及び導波路層をエビクキ
シアル成長する。該エツチングは、ECR方式プラズマ
装置によりRTBE法による。エツチングガスはCCL
を採用した。RIBEプロセスの方が、化学エツチング
プロセスに比較して、エツチング表面が極めて平滑にな
り、且つ、コーナ一部分が直角に形成され、好ましい形
状になる。従って、良好なエピタキシアル成長表面が得
られる。該表面を基板にして、SHG機能部を形成する
。第1図B−B’断面SH5機能部のエピタキシアル成
長方法を第3図により説明する。初めに、 GaAs基
板34に熱CVD法等によりマスク34のSiO□を堆
積する。この状態が第3図(a)である0次に、フォト
リソグラフィ技術によりSiO,のバターニングを行な
う。このとき、導波路層を形成する部分の810.をエ
ツチングにより除去する。この状態が第3図(b)であ
る。パタニングされた5xO2をマスクとして選択エピ
タキシアル成長により、クラッド層の2nSx Se+
−x 32、さらにその上に導波路層33を、同一の成
長炉内で連続して形成する。このときマスクの5iOa
上には堆積物がなく、第3図(C)の如き状態になる。
Next, in order to form the SHG functional part shown in FIG.
Figure 2 n-G by etching other than the laser oscillation part.
Remove up to 21 layers of aAs buffer. The exposure n −G
On the aAs21 surface, there is a Z
Ecxitically grow the n5x 5et-m cladding layer and waveguide layer. The etching is performed by the RTBE method using an ECR type plasma apparatus. Etching gas is CCL
It was adopted. Compared to the chemical etching process, the RIBE process produces a much smoother etched surface, and some corners are formed at right angles, resulting in a more desirable shape. Therefore, a good epitaxial growth surface is obtained. Using this surface as a substrate, an SHG functional section is formed. A method of epitaxial growth of the SH5 functional section in cross section B-B' in FIG. 1 will be explained with reference to FIG. First, SiO□ of the mask 34 is deposited on the GaAs substrate 34 by thermal CVD or the like. This state is shown in FIG. 3(a). Next, patterning of SiO is performed by photolithography. At this time, 810. of the portion forming the waveguide layer. is removed by etching. This state is shown in FIG. 3(b). By selective epitaxial growth using the patterned 5xO2 as a mask, 2nSx Se+ of the cladding layer was formed.
-x 32 and a waveguide layer 33 thereon are successively formed in the same growth furnace. At this time, 5iOa of the mask
There is no deposit on the top, and the state is as shown in FIG. 3(C).

該選択エピタキシアル成長は以下の方法で実現できる。The selective epitaxial growth can be achieved by the following method.

原料として、Zn、 S及びSeの有機化合物を用いて
、成長圧力が1oOTorr以下、成長i=度hs 4
00°C以上700°C以下、 Vl族原料とIII族
原料のモル比が6以下の条件で減圧MOCVD法又はM
OMBE法により実施する。 ZnS/Zn5e超格子
エピタキシアル膜は、原料のS及びSeの有機化合物蒸
気の供給を予め設定された時間シーフェンスに従って交
互に行なうことにより、−層あたり10〜100オング
ストロームの厚みの膜を次々に積層する。前記膜層を形
成した後、弗酸系のエッチャントによりSiO□を除去
し、第3図(d)の如くに光導波路が完成する。前記の
例では、マスク材として5iOz膜を用いたが、 Si
3N4等の他の誘電体薄膜またはW等の金属薄膜も同様
に用いることができる。さらに、超格子エピタキシアル
膜として、Zn3/Zn5e超格子エピタキシアル膜の
外に、 CdS/CdSe超格子、ZnTe/Zn5p
超格子、 CdSe/Zn5e超格子、CdSe/Zn
S超格子、 CdS/ZnS Ml格子もまた適用でき
る。
Using organic compounds of Zn, S and Se as raw materials, the growth pressure is 1 oOTor or less, growth i = degree hs 4
Low pressure MOCVD method or M
This will be carried out using the OMBE method. The ZnS/Zn5e superlattice epitaxial film can be produced one after another with a thickness of 10 to 100 angstroms per layer by alternately supplying raw material organic compound vapors of S and Se according to a sea fence for a preset time. Stack. After forming the film layer, the SiO□ is removed using a hydrofluoric acid etchant to complete the optical waveguide as shown in FIG. 3(d). In the above example, a 5iOz film was used as the mask material, but Si
Other dielectric thin films such as 3N4 or metal thin films such as W can be used as well. Furthermore, as superlattice epitaxial films, in addition to Zn3/Zn5e superlattice epitaxial films, CdS/CdSe superlattice, ZnTe/Zn5p
Superlattice, CdSe/Zn5e superlattice, CdSe/Zn
S superlattices, CdS/ZnS Ml lattices are also applicable.

前記実施例に於いては、半導体レーザ活性層の組成とし
て、Iny Ga+−y As系の場合を例示したが、
AIX Ga+−x As系やIn++ Ga1−x 
Py ASI−X系が他の波長領域用として実現でき、
基板にTnPも適用できる。
In the above embodiment, the composition of the semiconductor laser active layer is Iny Ga+-yAs, but
AIX Ga+-x As type and In++ Ga1-x
Py ASI-X system can be realized for other wavelength ranges,
TnP can also be applied to the substrate.

また、前記実施例に於いては、P−N接合を拡散プロセ
スにより、形成しているが、他の方法として、イン打込
法でも実現でき、さらに、エピタキシャル膜成長時に、
N型ドーパントを同時に気相よりトーイングすることが
でき、この方法によるP−N接合が前記拡散プロセル接
合よりもレーザ発振効率は良い。液相エピタキシャル膜
によるP−N接合も可能である。
Further, in the above embodiment, the P-N junction is formed by a diffusion process, but it can also be realized by an in-implantation method as another method.
The N-type dopant can be towed from the gas phase at the same time, and the PN junction made by this method has better laser oscillation efficiency than the diffused process junction. P-N junction using a liquid phase epitaxial film is also possible.

また5前記実施例に於いては、第1図4.5.6の領域
をエツチング除去空間としているが、該領域全面を光導
波路2と同一材質により、同時にエピタキシアル成長し
て後に、レーザ光共振器3−1.3−2、光導波2及び
光導波路10の部分をマスク保護して残余の部分にプロ
トンイオン打込みを行なうことができる。即ち、この結
果、全ての光導波の横側面は、プロトン(H゛)がドー
ピングされたZnS/Zn5e超格子層にカバーされ、
プロトンドーピング有無による屈折率の差により光閉じ
込めが実現される。これにより、該チップ表面に段差が
無(なり、平面が形成され、他の素子又は電極・配線が
集積しやすくなるメリットがある。
In addition, in the above-mentioned embodiment, the region shown in FIG. 1, 4.5.6 is used as the etching removal space, but the entire surface of this region is made of the same material as the optical waveguide 2 and is grown epitaxially at the same time, after which the laser beam is removed. The resonator 3-1, 3-2, the optical waveguide 2, and the optical waveguide 10 are protected by a mask, and the remaining portions can be implanted with proton ions. That is, as a result, all the lateral sides of the optical waveguide are covered by the proton (H)-doped ZnS/Zn5e superlattice layer,
Optical confinement is achieved by the difference in refractive index depending on the presence or absence of proton doping. This has the advantage that there are no steps on the surface of the chip, a flat surface is formed, and other elements or electrodes/wirings can be easily integrated.

次に、第1図8のDBR回折格子は以下の方法で形成す
る。レーザ光を照射しつつ光電気化学的エツチングを行
なう、第4図に概略原理図を示す。40は加工用レーザ
ビーム、41はビームスプリッタ−で、被加工グレーデ
ィング43より反射されるモニター光を分離し、光検出
器42に導入し、その場観察で、グレーティング43の
加工状況を知る。44は反射鏡で、レーザ光を直角に偏
向して、被加工表面即ち43の表面上で、他のレーザ光
と干渉させることにより、グレーティングのパターンを
ホログラフィックに形成する。レーザ光の照射部分はエ
ツチングされ、暗部はエツチングされない。45は被加
工体が浸漬されているエツチング液である。被加工体に
電気バイアスを印加して、その表面に空乏層を形成して
おく。
Next, the DBR diffraction grating shown in FIG. 18 is formed by the following method. FIG. 4 shows a schematic diagram of the principle in which photoelectrochemical etching is performed while irradiating with laser light. Reference numeral 40 denotes a processing laser beam, and 41 a beam splitter, which separates the monitor light reflected from the grading 43 to be processed and introduces it to a photodetector 42, so that the processing status of the grating 43 can be determined by on-site observation. A reflecting mirror 44 deflects the laser beam at right angles and causes it to interfere with other laser beams on the surface to be processed, that is, the surface of 43, thereby forming a holographic grating pattern. The area irradiated with the laser beam is etched, but the dark area is not etched. 45 is an etching liquid in which the workpiece is immersed. An electric bias is applied to the workpiece to form a depletion layer on its surface.

レーザ光は、エキシマ−レーザの波長257nm光であ
る。エツチング液は、H,5O4= H,O。
The laser light is excimer laser light with a wavelength of 257 nm. The etching solution is H,5O4=H,O.

H20=l : l 、 100 (体積比)又は、H
N0xH20=1+20(体積比)の液である。試薬濃
度は、HISO,= 98%(重量) 、 HNO,:
 70%(重量)及び8.0□:30%(重量)である
。反射鏡43と被加工体43をセットしている台を回転
することにより、格子周期を連続的に変更できる。
H20=l:l, 100 (volume ratio) or H
It is a liquid of N0xH20=1+20 (volume ratio). Reagent concentrations are: HISO, = 98% (weight), HNO,:
70% (weight) and 8.0□: 30% (weight). By rotating the table on which the reflecting mirror 43 and the workpiece 43 are set, the grating period can be changed continuously.

また、該光電気化学的エツチング方法は、前述の光導波
路側面のエツチング加工にも極めて良好な適合性があり
、平滑で、基板に直角なる平面が形成される。
Furthermore, the photoelectrochemical etching method is extremely suitable for etching the side surface of the optical waveguide described above, and a smooth plane that is perpendicular to the substrate is formed.

以上の如く、最適条件を設定して形成された本発明の光
源は、波長500nmのSHG光出力を30mW取り出
すことができた。
As described above, the light source of the present invention formed under optimal conditions was able to extract 30 mW of SHG light output at a wavelength of 500 nm.

[発明の効果] 以上説明した如く1本発明は以下の効果を有する。[Effect of the invention] As explained above, the present invention has the following effects.

l極めてコンパクトであり、従来のLDチップと同等に
扱える。
lIt is extremely compact and can be handled in the same way as a conventional LD chip.

24光電子集積回路の一構成素子として、ブレーナ集積
できるポテンシャルを有する。
It has the potential to be integrated as a component of a 24 optoelectronic integrated circuit.

3高品質大型単結晶が不要である。3. High-quality large single crystals are not required.

4.30mWクラスの半導体レーザが実現でき、100
mWクラスも期待できる。
4.30mW class semiconductor laser can be realized, and 100mW class semiconductor laser can be realized.
We can also expect mW class.

5従来のIC技術が活用できる。5 Conventional IC technology can be used.

6従って、大量生産可能で、製造コストの低減が可能で
ある。
6. Therefore, mass production is possible and manufacturing costs can be reduced.

7、SHG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るので、高変換効率が得
られる。
7. Since the SHG crystal is grown by MOCVD epitaxial growth, high quality of integrity can be ensured, resulting in high conversion efficiency.

8工ピタキシアル超格子膜層により、極めて高い非線形
光学定数が得られ、高変換効率が実現できる。
The 8-layer pitaxial superlattice film layer provides extremely high nonlinear optical constants and high conversion efficiency.

9、リング型共振器の複数組合せ構造により、レーザ光
を有効にSHG共振器内に閉じ込めることができ、減衰
するまでSHG用光エネルギーとして寄与できる。
9. Due to the structure in which multiple ring-shaped resonators are combined, laser light can be effectively confined within the SHG resonator, and can contribute as light energy for SHG until it is attenuated.

以上の如くに、きわめて広汎に有用な効果をもたらし、
特に、光磁気記録システム及びレーザブノンタ用光源と
して有用である。
As mentioned above, it has a very wide range of useful effects,
It is particularly useful as a light source for magneto-optical recording systems and laser beams.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の半導体光源の一実施例を示す概略の
平面構造図。 第2図は、本発明の半導体光源の一実施例における半導
体レーザ部の概略断面構造図。 第3図(a)〜(d)は、本発明の半導体光源の一実施
例におけるSHG機能機能導光導波路造プロセスの概略
を説明する図。 第4図は、本発明半導体光源の一実施例におけるDBR
回折格子の製法を説明する図。 l ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・GaAs基板
2・・・・・・・・・S HG 18能部リング共振器
光導波路 3−1.3−2・・・リングレーザ発振部光導波路 4・・・・・・・・・横方向光閉じ込め層5 ・・・・
・・・・同上 6・・・・・・・・・同上 7・・・・・・・・・出射SHG光 8・・・・・・・・・DBR回折格子機能部】0・・・
・・・・・・光導波路 11・・・・・・・・・オーミック電極12 ・・・・
・・・・ショットキーバリア電極 20・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・n −GaA
s基板21・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・n−G
aAsバッファー層22− − − − − − − 
 ・ ・ n−AlxGa、−xAs23−−−−−−
−− ・InyGa+−yAs(活性石を含む) 24−−−−−=−n−AlxGa+−xAs25 ・
 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ p−A1ウ Ga
、−1l AS26 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・
 ・ n −GaAs27・ ・ ・ ・ ・・ ・ 
・ ・S10.膜28・・・・・・・・・Zn拡散領域 31・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・GaAs基板
32・・・・・・・・・Zn Sx 5el−xクラッ
ド層 33・・・・・・・・・超格子構造光導波路34・・・
・・・・・・5i02マスク40・ ・ ・ ・・ ・
 ・ ・ ・レーザビーム41・・・・・・・・・ビー
ムスプリッタ−42・・・・・・・・ ・デテクター 43・・・・・・・・・液加ニゲレーティング44・・
・・・・・・・反射鏡 45・・・・・ ・・・ ・エツチング液以上
FIG. 1 is a schematic plan view showing an embodiment of the semiconductor light source of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional structural diagram of a semiconductor laser section in an embodiment of the semiconductor light source of the present invention. FIGS. 3(a) to 3(d) are diagrams illustrating the outline of a process for manufacturing an SHG functional light guide waveguide in an embodiment of the semiconductor light source of the present invention. FIG. 4 shows a DBR in an embodiment of the semiconductor light source of the present invention.
A diagram explaining a method for manufacturing a diffraction grating. l ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・GaAs substrate 2...SHG 18 Nobe ring resonator optical waveguide 3-1.3-2...Ring laser oscillation part optical waveguide 4. ...... Lateral light confinement layer 5 ...
・・・・・・Same as above 6・・・・・・・・・Same as above 7・・・・・・Output SHG light 8・・・・・・DBR diffraction grating function section】0...
...... Optical waveguide 11 ...... Ohmic electrode 12 ...
・・・Schottky barrier electrode 20・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・n-GaA
s board 21・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・n-G
aAs buffer layer 22 - - - - - -
・ ・ n-AlxGa, -xAs23---
-- ・InyGa+-yAs (including active stone) 24-----=-n-AlxGa+-xAs25 ・
・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ p-A1 Ga
, -1l AS26 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・
・ n -GaAs27・ ・ ・ ・ ・ ・
・・S10. Film 28...Zn diffusion region 31...GaAs substrate 32...Zn Sx 5el-x cladding layer 33... ...Superlattice structure optical waveguide 34...
・・・・・・5i02 Mask 40・ ・ ・ ・・ ・
・ ・ ・Laser beam 41...Beam splitter 42... ・Detector 43...Liquid addition nigerating 44...
・・・・・・Reflector 45・・・・・More than etching liquid

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 平面上に構成される半導体光源において、レーザ発振機
能を有するリング型光共振器2つ及び第二次高調波発生
機能を有するリング型光共振器1つを含むこと及び前者
の光導波路が後者の光導波の両側に、近接して配置され
ることを特徴とする半導体光源。
A semiconductor light source configured on a plane includes two ring-shaped optical resonators having a laser oscillation function and one ring-shaped optical resonator having a second harmonic generation function, and the former optical waveguide is the latter optical waveguide. A semiconductor light source characterized by being placed closely on both sides of an optical waveguide.
JP14027389A 1989-06-02 1989-06-02 semiconductor light source Pending JPH036079A (en)

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