JPH0722705A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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- JPH0722705A JPH0722705A JP5143222A JP14322293A JPH0722705A JP H0722705 A JPH0722705 A JP H0722705A JP 5143222 A JP5143222 A JP 5143222A JP 14322293 A JP14322293 A JP 14322293A JP H0722705 A JPH0722705 A JP H0722705A
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- laser
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体レーザと光導波路との結合の位置合わ
せをしないで済む。 【構成】 非線形作用を与える光導波路７と、半導体レ
ーザ１５とからなり、光導波路７と半導体レーザ１５と
はエバネッセント結合されていることからなる。
せをしないで済む。 【構成】 非線形作用を与える光導波路７と、半導体レ
ーザ１５とからなり、光導波路７と半導体レーザ１５と
はエバネッセント結合されていることからなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、２次高調波を発生する
半導体発光装置に関するものである。
半導体発光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体レーザは、光ディスク装置
等による情報記録関連分野や、干渉測長器等による光計
測分野へ広く用いられている。現在、半導体レーザの出
射する光の波長は７８０ｎｍまたは８３０ｎｍが主流で
ある。しかし、レーザ光の波長が短くなれば、レーザ光
を集光して得られるスポットの直径は小さくなる。スポ
ットの直径が小さくなると、光ディスク装置では記録密
度が向上し、干渉測長器等による光計測では計測精度が
向上する。従って、記録密度や計測精度を向上させるた
めには、それに用いられる光の波長を短くすることが必
要になる。
等による情報記録関連分野や、干渉測長器等による光計
測分野へ広く用いられている。現在、半導体レーザの出
射する光の波長は７８０ｎｍまたは８３０ｎｍが主流で
ある。しかし、レーザ光の波長が短くなれば、レーザ光
を集光して得られるスポットの直径は小さくなる。スポ
ットの直径が小さくなると、光ディスク装置では記録密
度が向上し、干渉測長器等による光計測では計測精度が
向上する。従って、記録密度や計測精度を向上させるた
めには、それに用いられる光の波長を短くすることが必
要になる。
【０００３】光の波長を短くするために、禁制帯の幅が
広い半導体材料を半導体レーザの活性層に用いる方法
と、非線形光学材料系からなる波長変換素子を用いて半
導体レーザから出射される光（基本波）を半波長化（波
長変換）して２次高調波を発生する方法とが提案されて
きた。前者では、ＩｎＧａＡｌＰ系レーザが提案されて
いる。このレーザでは、波長は最も短いもので６５０ｎ
ｍ程度である。その後、禁制帯幅が広いII−VI系材料、
例えばＺｎＳ、ＺｎＳｅ等を用いたレーザが提案され、
波長が４５０ｎｍ程度まで短くなってきた。
広い半導体材料を半導体レーザの活性層に用いる方法
と、非線形光学材料系からなる波長変換素子を用いて半
導体レーザから出射される光（基本波）を半波長化（波
長変換）して２次高調波を発生する方法とが提案されて
きた。前者では、ＩｎＧａＡｌＰ系レーザが提案されて
いる。このレーザでは、波長は最も短いもので６５０ｎ
ｍ程度である。その後、禁制帯幅が広いII−VI系材料、
例えばＺｎＳ、ＺｎＳｅ等を用いたレーザが提案され、
波長が４５０ｎｍ程度まで短くなってきた。
【０００４】後者では、例えば特開昭６０−１１２０２
３号公報で開示された半導体発光装置がある。この装置
は、図３に示すように、ＧａＡｓ系半導体レーザ３０１
からの出射光を集光レンズ３０３により「非線形光学材
料であるＬｉＮｂＯ3 （ニオブ酸リチウム）からなる薄
膜光導波路３０２」へ入射させる構成をとっている。こ
の光導波路３０２に入射した基本波とその２次高調波
（基本波の半波長の光）との位相整合をとることによ
り、２次高調波が光導波路３０２の他方の端面から出射
する。基本波の光源として、１０６０ｎｍのＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザを用いれば、この２次高調波の波長は、５３０
ｎｍとなる。
３号公報で開示された半導体発光装置がある。この装置
は、図３に示すように、ＧａＡｓ系半導体レーザ３０１
からの出射光を集光レンズ３０３により「非線形光学材
料であるＬｉＮｂＯ3 （ニオブ酸リチウム）からなる薄
膜光導波路３０２」へ入射させる構成をとっている。こ
の光導波路３０２に入射した基本波とその２次高調波
（基本波の半波長の光）との位相整合をとることによ
り、２次高調波が光導波路３０２の他方の端面から出射
する。基本波の光源として、１０６０ｎｍのＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザを用いれば、この２次高調波の波長は、５３０
ｎｍとなる。
【０００５】このような２次高調波を発生する半導体発
光装置では、半導体レーザ３０１からの出射光がどれだ
け光導波路３０２に入射されたかという入射効率によ
り、光導波路中を伝搬する基本波の光密度が決定され
る。この光密度により２次高調波の光密度が決定される
ので、入射効率が高くないと２次高調波への変換効率も
高くない。
光装置では、半導体レーザ３０１からの出射光がどれだ
け光導波路３０２に入射されたかという入射効率によ
り、光導波路中を伝搬する基本波の光密度が決定され
る。この光密度により２次高調波の光密度が決定される
ので、入射効率が高くないと２次高調波への変換効率も
高くない。
【０００６】従って、入射効率を高くするために、半導
体レーザからの出射光を直径１μｍ程度以下の光導波路
端面へ高い効率で入射させるように、両者を結合しなけ
ればならないので、製造が難しいという問題点があっ
た。このことは、装置の製造コストを押し上げ、さら
に、このような構成のため装置が大きくなり、集積化
（小型化）が難しいという問題点があった。
体レーザからの出射光を直径１μｍ程度以下の光導波路
端面へ高い効率で入射させるように、両者を結合しなけ
ればならないので、製造が難しいという問題点があっ
た。このことは、装置の製造コストを押し上げ、さら
に、このような構成のため装置が大きくなり、集積化
（小型化）が難しいという問題点があった。
【０００７】このような問題点を解決するために、半導
体レーザの端面と光導波路の端面とを直接結合した半導
体発光装置が、特開平３−３４５９２号公報や特開平３
−３２８６号公報で提案された。特開平３−３４５９２
号の装置では、ＧａＡｓ系半導体レーザ４１２の端面と
ＬｉＮｂＯ3 光導波路層４０９の端面とを直接結合して
いる。図４に示す様に、ＧａＡｓ系半導体レーザ４１２
の一部にエッチングを施す。このエッチングで除去した
部分にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法を用いて、非
線形作用を与える導波路であるＬｉＮｂＯ3 ４１１を堆
積する。これにより、レーザ活性層４０４の端面とＬｉ
ＮｂＯ3 光導波路層４０９の端面とを直接結合する。半
導体レーザ４１２から出射された基本波は、光導波路層
４０９に入射し、導波路内で、基本波がその半波長であ
る２次高調波に変換されて、他端から出射する。
体レーザの端面と光導波路の端面とを直接結合した半導
体発光装置が、特開平３−３４５９２号公報や特開平３
−３２８６号公報で提案された。特開平３−３４５９２
号の装置では、ＧａＡｓ系半導体レーザ４１２の端面と
ＬｉＮｂＯ3 光導波路層４０９の端面とを直接結合して
いる。図４に示す様に、ＧａＡｓ系半導体レーザ４１２
の一部にエッチングを施す。このエッチングで除去した
部分にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法を用いて、非
線形作用を与える導波路であるＬｉＮｂＯ3 ４１１を堆
積する。これにより、レーザ活性層４０４の端面とＬｉ
ＮｂＯ3 光導波路層４０９の端面とを直接結合する。半
導体レーザ４１２から出射された基本波は、光導波路層
４０９に入射し、導波路内で、基本波がその半波長であ
る２次高調波に変換されて、他端から出射する。
【０００８】同様に、特開平３−３２８６号公報は、図
５に示すように、半導体レーザ５０６の端面とＺｎＳ、
ＺｎＳｅからなる超格子光導波路５０２の端面とを直接
結合して２次高調波を発生させる半導体発光装置を開示
している。
５に示すように、半導体レーザ５０６の端面とＺｎＳ、
ＺｎＳｅからなる超格子光導波路５０２の端面とを直接
結合して２次高調波を発生させる半導体発光装置を開示
している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような半
導体発光装置では、半導体レーザーと光導波路とを別々
に結晶成長させていたため、半導体レーザ（特にその活
性層）と光導波路との結合の位置合わせが困難であると
いう問題点があった。結合位置がずれると半導体レーザ
から光導波路への光の入射効率が低くなる。
導体発光装置では、半導体レーザーと光導波路とを別々
に結晶成長させていたため、半導体レーザ（特にその活
性層）と光導波路との結合の位置合わせが困難であると
いう問題点があった。結合位置がずれると半導体レーザ
から光導波路への光の入射効率が低くなる。
【００１０】そこで、本発明は、半導体レーザ（特にそ
の活性層）と光導波路との結合の位置合わせをしないで
済む、高い効率で２次高調波を発生する半導体発光装置
を提供することを目的とする。
の活性層）と光導波路との結合の位置合わせをしないで
済む、高い効率で２次高調波を発生する半導体発光装置
を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決する為の手段】本発明者は、研究の結果、
半導体レーザと光導波路とをエバネッセント結合させれ
ば、半導体レーザ（特にその活性層）と光導波路との結
合の位置合わせをしないでも半導体レーザと光導波路と
を良好に結合することができることを見い出し、本発明
を成すに至った。
半導体レーザと光導波路とをエバネッセント結合させれ
ば、半導体レーザ（特にその活性層）と光導波路との結
合の位置合わせをしないでも半導体レーザと光導波路と
を良好に結合することができることを見い出し、本発明
を成すに至った。
【００１２】即ち、本発明は、非線形作用を与える光導
波路と、半導体レーザとからなり、前記光導波路と前記
半導体レーザとはエバネッセント結合されている２次高
調波を発生する半導体発光装置を提供する。
波路と、半導体レーザとからなり、前記光導波路と前記
半導体レーザとはエバネッセント結合されている２次高
調波を発生する半導体発光装置を提供する。
【００１３】
【作用】エバネッセント結合について説明する。エバネ
ッセント結合とは、半導体レーザ内で作られた基本波ｗ
が光導波路ににじみ出るような結合を言う。にじみ出た
基本波ｗは光導波路中を伝搬し、逆に、光導波路中を伝
搬している基本波ｗも半導体レーザに戻ることが可能で
ある。エバネッセント結合させるには、光導波路の上に
半導体レーザを、光導波路中の光の伝搬方向とレーザの
出射方向とが略平行になるように重ねる。この場合、光
導波路とレーザの活性層との平行距離は好ましくは１μ
ｍ以下にする。
ッセント結合とは、半導体レーザ内で作られた基本波ｗ
が光導波路ににじみ出るような結合を言う。にじみ出た
基本波ｗは光導波路中を伝搬し、逆に、光導波路中を伝
搬している基本波ｗも半導体レーザに戻ることが可能で
ある。エバネッセント結合させるには、光導波路の上に
半導体レーザを、光導波路中の光の伝搬方向とレーザの
出射方向とが略平行になるように重ねる。この場合、光
導波路とレーザの活性層との平行距離は好ましくは１μ
ｍ以下にする。
【００１４】このような構成にすることにより、半導体
レーザと光導波路とが共振器構造になるので、基本波ｗ
は効率よく２次高調波へと変換される。基本波ｗが２次
高調波へ変換される波長変換作用について説明する。波
長変換は、非線形作用を有する材料で行われる。ここで
は材料としてバルク結晶を例にとり、バルク結晶の２次
高調波の発生について説明する。
レーザと光導波路とが共振器構造になるので、基本波ｗ
は効率よく２次高調波へと変換される。基本波ｗが２次
高調波へ変換される波長変換作用について説明する。波
長変換は、非線形作用を有する材料で行われる。ここで
は材料としてバルク結晶を例にとり、バルク結晶の２次
高調波の発生について説明する。
【００１５】基本波ｗがバルク結晶に入射すると、分極
波が発生し、この分極波により２次高調波は発生する。
長さＬのバルク結晶に基本波（平面波）ｗが入射した場
合、２次高調波の光密度は（１）式で示される。
波が発生し、この分極波により２次高調波は発生する。
長さＬのバルク結晶に基本波（平面波）ｗが入射した場
合、２次高調波の光密度は（１）式で示される。
【００１６】
【数１】
【００１７】ここで、ε0 は真空の誘電率，ｄeff は非
線形相互作用に寄与する実効非線形光学定数，Ｐw 、Ｐ
2wは、それぞれ基本波ｗ、２次高調波の光密度，ｋw 、
ｋ2wは、それぞれ分極波、２次高調波の波数ベクトル，
△ｋはｋ2w−２ｋw に相当する２次高調波と（非線形）
分極波との波数不整合値，ｎw 、ｎ2wはそれぞれ基本波
と２次高調波の屈折率，Ａは基本波のビーム断面積であ
る。
線形相互作用に寄与する実効非線形光学定数，Ｐw 、Ｐ
2wは、それぞれ基本波ｗ、２次高調波の光密度，ｋw 、
ｋ2wは、それぞれ分極波、２次高調波の波数ベクトル，
△ｋはｋ2w−２ｋw に相当する２次高調波と（非線形）
分極波との波数不整合値，ｎw 、ｎ2wはそれぞれ基本波
と２次高調波の屈折率，Ａは基本波のビーム断面積であ
る。
【００１８】従って、変換効率を高めるには 〔１〕非線形性能指数（ｄ2 ／ｎ3 ）の高い物質を用い
ること； 〔２〕位相整合を達成すること（位相整合条件（Δｋ＝
０）を満たすこと）； 〔３〕基本波ビームを絞り、光密度を上げること； 〔４〕相互作用長を高くとること（Ｌを長くする）； が好ましい条件となる。
ること； 〔２〕位相整合を達成すること（位相整合条件（Δｋ＝
０）を満たすこと）； 〔３〕基本波ビームを絞り、光密度を上げること； 〔４〕相互作用長を高くとること（Ｌを長くする）； が好ましい条件となる。
【００１９】２次高調波はバルク結晶中に誘起した（非
線形）分極波から生じる。そして、この２次高調波が位
相を揃えて重なり合うためには、（非線形）分極波と２
次高調波の位相速度が等しい必要がある。上記〔２〕項
の位相整合条件（△ｋ＝０）とはこのことを示す。光導
波路における２次高調波発生における位相整合は、（非
線形）分極波の伝搬定数２βw と２次高調波の伝搬定数
β2wとを一致させればよく、（２）式で示される。
線形）分極波から生じる。そして、この２次高調波が位
相を揃えて重なり合うためには、（非線形）分極波と２
次高調波の位相速度が等しい必要がある。上記〔２〕項
の位相整合条件（△ｋ＝０）とはこのことを示す。光導
波路における２次高調波発生における位相整合は、（非
線形）分極波の伝搬定数２βw と２次高調波の伝搬定数
β2wとを一致させればよく、（２）式で示される。
【００２０】
【数２】
【００２１】これが位相整合条件となる。これを光導波
路の場合を用いて説明する。このことは光導波路の等価
屈折率で示せば、（３）式となる。
路の場合を用いて説明する。このことは光導波路の等価
屈折率で示せば、（３）式となる。
【００２２】
【数３】
【００２３】この条件を等価的に満たす為に疑似位相整
合（ＱＰＭ：Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎ
ｇ）がある。疑似位相整合とは、光導波路の非線形光学
定数に対し（４）式
合（ＱＰＭ：Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎ
ｇ）がある。疑似位相整合とは、光導波路の非線形光学
定数に対し（４）式
【００２４】
【数４】
【００２５】で示される周期Λで非線形定数の符号を反
転させ、非線形性に変調を与え非線形分極波の伝搬定数
を２次高調波の伝搬定数と一致させることで位相整合を
とることを可能にする作用をいう。次に、本発明におけ
る２次高調波の発生について説明する。互いに反対方向
に伝搬する２つの基本モード（基本波）と２次高調波発
生モード（２次高調波）との位相整合を考える場合、非
線形分極波の伝搬定数はβw −βw ＝０となり、２次高
調波は光導波路に垂直な方向にのみ発生することにな
る。しかし、この場合２次高調波は発生するが、横方向
の位相の不整合が高くなる。この位相の不整合を少なく
するために何らかの手段を施すことが好ましい。その手
段には、Ｒ．Ｎｏｒｍａｎｄｉｎらが提案したＧａＡｓ
／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸を用いた横方向疑似位相整
合（ＴＱＰＭ：Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｑｕａｓｉ−Ｐ
ｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）がある。〔ＩＥＥＥ
Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ２７
（６），１５２０（１９９１）〕 その代表的なモデルを図６に簡易的に示す。通常、モー
ド分布関数ｆ6 2w （ここでは６次モードを仮定）は、実
線の様に非線形光導波路内で激しく振動している。従っ
て、基本波（ｆ0 w ）2 との重なり積分値は低く２次高
調波への変換効率は低い。しかし、ここで示すように分
極反転作用〔周期的に非線形光学定数（ｄ値）を反転す
る〕を用いると、マイナス作用を除去し、基本波（ｆ0
w ）2 との重なり積分が著しく向上するので、変換効率
は高くなる。
転させ、非線形性に変調を与え非線形分極波の伝搬定数
を２次高調波の伝搬定数と一致させることで位相整合を
とることを可能にする作用をいう。次に、本発明におけ
る２次高調波の発生について説明する。互いに反対方向
に伝搬する２つの基本モード（基本波）と２次高調波発
生モード（２次高調波）との位相整合を考える場合、非
線形分極波の伝搬定数はβw −βw ＝０となり、２次高
調波は光導波路に垂直な方向にのみ発生することにな
る。しかし、この場合２次高調波は発生するが、横方向
の位相の不整合が高くなる。この位相の不整合を少なく
するために何らかの手段を施すことが好ましい。その手
段には、Ｒ．Ｎｏｒｍａｎｄｉｎらが提案したＧａＡｓ
／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸を用いた横方向疑似位相整
合（ＴＱＰＭ：Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｑｕａｓｉ−Ｐ
ｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）がある。〔ＩＥＥＥ
Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ２７
（６），１５２０（１９９１）〕 その代表的なモデルを図６に簡易的に示す。通常、モー
ド分布関数ｆ6 2w （ここでは６次モードを仮定）は、実
線の様に非線形光導波路内で激しく振動している。従っ
て、基本波（ｆ0 w ）2 との重なり積分値は低く２次高
調波への変換効率は低い。しかし、ここで示すように分
極反転作用〔周期的に非線形光学定数（ｄ値）を反転す
る〕を用いると、マイナス作用を除去し、基本波（ｆ0
w ）2 との重なり積分が著しく向上するので、変換効率
は高くなる。
【００２６】多重量子井戸は、非線形光学定数を＋ｄ値
と０値との間で周期的に変える構造を持つ。従って、非
線形の光導波路を多重量子井戸で構成することが好まし
い。また、半導体レーザは、縦方向電流注入型の半導体
レーザを用いると半導体レーザの活性層と光導波路との
間に不純物の層が入り、そこで光が吸収され易いので、
横方向電流注入型の半導体レーザを用いるのが好まし
い。さらに、横方向電流注入型にすると、電流が注入さ
れると同時に電流狭窄がなされ、連続レーザ発振が可能
になる。
と０値との間で周期的に変える構造を持つ。従って、非
線形の光導波路を多重量子井戸で構成することが好まし
い。また、半導体レーザは、縦方向電流注入型の半導体
レーザを用いると半導体レーザの活性層と光導波路との
間に不純物の層が入り、そこで光が吸収され易いので、
横方向電流注入型の半導体レーザを用いるのが好まし
い。さらに、横方向電流注入型にすると、電流が注入さ
れると同時に電流狭窄がなされ、連続レーザ発振が可能
になる。
【００２７】本発明では、半導体レーザと光導波路とを
モノリシックに集積化することにより小型化が達成さ
れ、またエバネッセント結合により半導体レーザと光導
波路とが共振器構造をとるので両者は高い効率で結合が
なされる。以下、実施例により本発明をより具体的に説
明するが、本発明はこれに限るものではない。
モノリシックに集積化することにより小型化が達成さ
れ、またエバネッセント結合により半導体レーザと光導
波路とが共振器構造をとるので両者は高い効率で結合が
なされる。以下、実施例により本発明をより具体的に説
明するが、本発明はこれに限るものではない。
【００２８】
【実施例】図１は、本発明の第１の実施例による半導体
発光装置である。多重量子井戸で構成される非線形光導
波路上にＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂ
ａｃｋ：分布帰還型）レーザ１５が設置されている。こ
のＤＦＢレーザ１５は横方向に電流が注入されるので、
電流注入されると同時に電流狭窄がなされ、連続レーザ
発振が可能となる。発振したレーザ光（基本波ｗ）はエ
バネッセント結合によりクラッド層６を介し、多重量子
井戸光導波路層７ににじみ出てその中を進行する。基本
波ｗは一方の端面のＨＲコート（基本波ｗに対して高反
射の薄膜）１２により戻され、ＤＦＢレーザと共振器構
造をとる。
発光装置である。多重量子井戸で構成される非線形光導
波路上にＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂ
ａｃｋ：分布帰還型）レーザ１５が設置されている。こ
のＤＦＢレーザ１５は横方向に電流が注入されるので、
電流注入されると同時に電流狭窄がなされ、連続レーザ
発振が可能となる。発振したレーザ光（基本波ｗ）はエ
バネッセント結合によりクラッド層６を介し、多重量子
井戸光導波路層７ににじみ出てその中を進行する。基本
波ｗは一方の端面のＨＲコート（基本波ｗに対して高反
射の薄膜）１２により戻され、ＤＦＢレーザと共振器構
造をとる。
【００２９】このようにＤＦＢレーザ１５で発振した基
本波ｗは、ＨＲミラー１２によって戻されたもう一方の
基本波ｗと上述の疑似位相整合がなされ、２次高調波２
ｗが光導波路と垂直な方向に発生する。多重量子井戸を
用いた光導波路であるため、横方向疑似位相整合が得ら
れるとともに、ＤＦＢレーザ１５と光導波路７は結合し
た共振器構造をとっていることから基本波ｗの光密度が
向上する。そのため、変換効率が大きく向上する。
本波ｗは、ＨＲミラー１２によって戻されたもう一方の
基本波ｗと上述の疑似位相整合がなされ、２次高調波２
ｗが光導波路と垂直な方向に発生する。多重量子井戸を
用いた光導波路であるため、横方向疑似位相整合が得ら
れるとともに、ＤＦＢレーザ１５と光導波路７は結合し
た共振器構造をとっていることから基本波ｗの光密度が
向上する。そのため、変換効率が大きく向上する。
【００３０】次に、製造プロセスを図１を用いて説明す
る。図１において、（ａ）は横方向断面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ’領域における断面図である。まず、Ｇ
ａＡｓ基板１０上に、アンドープＧａＡｓバッファ層
９、アンドープＡｌＧａＡｓ下部クラッド層８、アンド
ープＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸の光導波路層
７、アンドープＡｌＧａＡｓ上部クラッド層６、さらに
ＤＦＢレーザを構成するアンドープＧａＡｓ活性層５、
アンドープＡｌＧａＡｓバリア層４、アンドープＡｌＧ
ａＡｓガイド層３を順次積層する。「アンドープ」と
は、不純物をドープしていない意味である。本発明で
は、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長）法で一連の結
晶成長を行ったが、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法
等で結晶成長を行っても良い。
る。図１において、（ａ）は横方向断面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ’領域における断面図である。まず、Ｇ
ａＡｓ基板１０上に、アンドープＧａＡｓバッファ層
９、アンドープＡｌＧａＡｓ下部クラッド層８、アンド
ープＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸の光導波路層
７、アンドープＡｌＧａＡｓ上部クラッド層６、さらに
ＤＦＢレーザを構成するアンドープＧａＡｓ活性層５、
アンドープＡｌＧａＡｓバリア層４、アンドープＡｌＧ
ａＡｓガイド層３を順次積層する。「アンドープ」と
は、不純物をドープしていない意味である。本発明で
は、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長）法で一連の結
晶成長を行ったが、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法
等で結晶成長を行っても良い。
【００３１】その後、所望の周期を有する回折格子を２
光束干渉露光法または電子線描画法を用いて形成する。
基本波が８００ｎｍ帯の波長では２次の回折格子でその
周期は０．２５５μｍである。レジストパターンは、Ｂ
Ｃｌ3 ／Ｃｌ2 系ガスによるドライエッチング法で形成
され、ＡｌＧａＡｓガイド層３に回折格子が形成され
る。この回折格子がレーザの共振器となり、基本波ｗが
発振するようになる。
光束干渉露光法または電子線描画法を用いて形成する。
基本波が８００ｎｍ帯の波長では２次の回折格子でその
周期は０．２５５μｍである。レジストパターンは、Ｂ
Ｃｌ3 ／Ｃｌ2 系ガスによるドライエッチング法で形成
され、ＡｌＧａＡｓガイド層３に回折格子が形成され
る。この回折格子がレーザの共振器となり、基本波ｗが
発振するようになる。
【００３２】さらに、２回目成長としてアンドープＡｌ
ＧａＡｓ上部クラッド層２、アンドープＧａＡｓキャッ
プ層１を順次ＬＰＥ（液相エピタキシャル成長）法等で
積層する。次に、Ｐ型１３、Ｎ型１４の不純物拡散を行
う。本実施例では、まずＮ型不純物としてＳｎ（錫）ド
ープのシラノール溶剤を用い、スピンコート法により簡
便に形成した。拡散はＡｒガス中で行い、温度８５０
℃、時間２０分で表面濃度３×１０18ｃｍ-3、拡散深さ
約２．０μｍを達成した。一方のＰ型についてもＺｎ
（亜鉛）ドープのシラノール溶剤をスピンコート法によ
り形成し、その後、温度８００℃、時間４０分の熱処理
で表面濃度１×１０20ｃｍ-3、拡散深さ約２．０μｍを
達成できた。その後の工程については図１には示してい
ないが、絶縁膜ＳｉＯ2 をプラズマＣＶＤ法等で形成し
コンタクトホールを開けたのち、Ｐ型にはＡｕ−Ｚｎ、
Ｎ型にはＡｕ−Ｇｅを用いて電極を形成した。
ＧａＡｓ上部クラッド層２、アンドープＧａＡｓキャッ
プ層１を順次ＬＰＥ（液相エピタキシャル成長）法等で
積層する。次に、Ｐ型１３、Ｎ型１４の不純物拡散を行
う。本実施例では、まずＮ型不純物としてＳｎ（錫）ド
ープのシラノール溶剤を用い、スピンコート法により簡
便に形成した。拡散はＡｒガス中で行い、温度８５０
℃、時間２０分で表面濃度３×１０18ｃｍ-3、拡散深さ
約２．０μｍを達成した。一方のＰ型についてもＺｎ
（亜鉛）ドープのシラノール溶剤をスピンコート法によ
り形成し、その後、温度８００℃、時間４０分の熱処理
で表面濃度１×１０20ｃｍ-3、拡散深さ約２．０μｍを
達成できた。その後の工程については図１には示してい
ないが、絶縁膜ＳｉＯ2 をプラズマＣＶＤ法等で形成し
コンタクトホールを開けたのち、Ｐ型にはＡｕ−Ｚｎ、
Ｎ型にはＡｕ−Ｇｅを用いて電極を形成した。
【００３３】以上の工程を経た後、レーザ１５にのみ所
望のエッチングを施し、エッチングミラーを形成する。
これはＡＲ（無反射：Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏ
ｎ）コートを施しても可能だが、本実施例では、一方の
端面を７度傾斜させたミラーを形成する。これにより、
ＡＲコートを施すことなく端面からの反射を抑制し、フ
ァブリーペロモードのレーザ発振を回避することが可能
となる。
望のエッチングを施し、エッチングミラーを形成する。
これはＡＲ（無反射：Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏ
ｎ）コートを施しても可能だが、本実施例では、一方の
端面を７度傾斜させたミラーを形成する。これにより、
ＡＲコートを施すことなく端面からの反射を抑制し、フ
ァブリーペロモードのレーザ発振を回避することが可能
となる。
【００３４】その後、レーザ端面には、同じくファブリ
ーペロモードのレーザ発振を回避するために基本波ｗに
対しＡＲコート１１を施し、もう一方の端面には基本波
ｗの光密度を拡大するためにＨＲ（高反射）コート（基
本波ｗに対して高反射の薄膜）１２を施して本実施例の
半導体発光装置は完成する。本実施例において、基本波
ｗを反射する手段として、端面にＨＲ（高反射）コート
１２を施したが、これは光導波路に回折格子を設けた
り、端面をへきかい面にして基本波ｗを反射してもよ
い。
ーペロモードのレーザ発振を回避するために基本波ｗに
対しＡＲコート１１を施し、もう一方の端面には基本波
ｗの光密度を拡大するためにＨＲ（高反射）コート（基
本波ｗに対して高反射の薄膜）１２を施して本実施例の
半導体発光装置は完成する。本実施例において、基本波
ｗを反射する手段として、端面にＨＲ（高反射）コート
１２を施したが、これは光導波路に回折格子を設けた
り、端面をへきかい面にして基本波ｗを反射してもよ
い。
【００３５】また、このような基本波ｗを反射する手段
を格別に設けなくとも、光導波路の端面で多少の反射が
生じるので基本波には差し支えない。本実施例では、半
導体材料として、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓを用いて構成
したが、これらは格子定数が近い材料なので、結晶成長
させる時に、結晶欠陥ができにくい。このことは、２次
高調波の発生効率を高めることとなる。
を格別に設けなくとも、光導波路の端面で多少の反射が
生じるので基本波には差し支えない。本実施例では、半
導体材料として、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓを用いて構成
したが、これらは格子定数が近い材料なので、結晶成長
させる時に、結晶欠陥ができにくい。このことは、２次
高調波の発生効率を高めることとなる。
【００３６】また、半導体材料としては、ＧａＡｓとＡ
ｌＡｓやその他の III−V 族の化合物を用いることがで
きる。本実施例においては、半導体レーザに関してＤＦ
Ｂレーザをもちいて説明したが、これに限らず、他の半
導体レーザでも原理的には差し支えない。図２は、本発
明の第２の実施例による半導体発光装置である。
ｌＡｓやその他の III−V 族の化合物を用いることがで
きる。本実施例においては、半導体レーザに関してＤＦ
Ｂレーザをもちいて説明したが、これに限らず、他の半
導体レーザでも原理的には差し支えない。図２は、本発
明の第２の実施例による半導体発光装置である。
【００３７】ここでは同一のＤＦＢレーザ１５を対向さ
せて２個形成したものである。この場合も半導体レーザ
の一方の端面を７度傾斜させ、他の端面は両者ともＡＲ
（無反射）コート１１を施した。他の構成は実施例１と
同様である。
せて２個形成したものである。この場合も半導体レーザ
の一方の端面を７度傾斜させ、他の端面は両者ともＡＲ
（無反射）コート１１を施した。他の構成は実施例１と
同様である。
【００３８】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、半導体
レーザと光導波路とをエバネッセント結合したので、半
導体レーザの活性層と光導波路との結合の位置合わせが
不用になる。また、半導体レーザと光導波路とが基本波
に対して共振器構造をとっているので、２次高調波は高
い効率で発生する。
レーザと光導波路とをエバネッセント結合したので、半
導体レーザの活性層と光導波路との結合の位置合わせが
不用になる。また、半導体レーザと光導波路とが基本波
に対して共振器構造をとっているので、２次高調波は高
い効率で発生する。
【００３９】さらに、装置の小型化、高集積化がもたら
される。また、実施例では、半導体材料として結晶欠陥
の少ない材料を用いたことにより、光導波路と半導体レ
ーザとを良好に結晶成長させることが可能であり、２次
高調波の発生効率を高くすることができる。また、実施
例においては、横方向電流注入型半導体レーザの活性層
をＧａＡｓとしたが、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系とし、
２次高調波の発振しきい値を低減することも可能であ
る。
される。また、実施例では、半導体材料として結晶欠陥
の少ない材料を用いたことにより、光導波路と半導体レ
ーザとを良好に結晶成長させることが可能であり、２次
高調波の発生効率を高くすることができる。また、実施
例においては、横方向電流注入型半導体レーザの活性層
をＧａＡｓとしたが、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系とし、
２次高調波の発振しきい値を低減することも可能であ
る。
【００４０】また、ＡｌＧａＡｓの代わりにＩｎＧａＡ
ｓ系材料を用いることにより、基本波の波長が１μｍ程
度となり、２次高調波として緑色光を得ることができ
る。
ｓ系材料を用いることにより、基本波の波長が１μｍ程
度となり、２次高調波として緑色光を得ることができ
る。
【図１】本発明の第１の実施例における半導体発光装置
の概略断面図。
の概略断面図。
【図２】本発明の第２の実施例における半導体発光装置
の概略断面図。
の概略断面図。
【図３】従来の半導体発光装置の概略断面図。
【図４】従来の半導体発光装置の概略断面図。
【図５】従来の半導体発光装置の概略斜視図。
【図６】横方向疑似位相整合を説明する簡易説明図。
１・・・アンドープＧａＡｓキャップ層 ２・・・アンドープＡｌＧａＡｓクラッド層 ３・・・アンドープＡｌＧａＡｓガイド層 ４・・・アンドープＡｌＧａＡｓバリア層 ５・・・アンドープＧａＡｓ活性層 ６・・・アンドープＡｌＧａＡｓ上部クラッド層 ７・・・アンドープＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井
戸の光導波路層 ８・・・アンドープＡｌＧａＡｓ下部クラッド層 ９・・・アンドープＧａＡｓバッファ層 １０・・・ＧａＡｓ基板 １１・・・ＡＲコート端面 １２・・・ＨＲコート端面 １３・・・Ｐ型不純物拡散領域 １４・・・Ｎ型不純物拡散領域 １５・・・ＤＦＢレーザ ４０４・・・ＧａＡｓレーザ活性層 ４０９・・・ＬｉＮｂＯ／Ｔｉイオン注入光導波路層 ５０２・・・ＺｎＳ／ＺｎＳｅ系超格子光導波路 ５０６・・・半導体レーザ
戸の光導波路層 ８・・・アンドープＡｌＧａＡｓ下部クラッド層 ９・・・アンドープＧａＡｓバッファ層 １０・・・ＧａＡｓ基板 １１・・・ＡＲコート端面 １２・・・ＨＲコート端面 １３・・・Ｐ型不純物拡散領域 １４・・・Ｎ型不純物拡散領域 １５・・・ＤＦＢレーザ ４０４・・・ＧａＡｓレーザ活性層 ４０９・・・ＬｉＮｂＯ／Ｔｉイオン注入光導波路層 ５０２・・・ＺｎＳ／ＺｎＳｅ系超格子光導波路 ５０６・・・半導体レーザ
Claims (5)
- 【請求項１】非線形作用を与える光導波路と、 半導体レーザとからなり、 前記光導波路と半導体レーザとはエバネッセント結合さ
れていることを特徴とする２次高調波を発生する半導体
発光装置。 - 【請求項２】前記半導体レーザから出射され前記光導波
路ににじみでた基本波を前記光導波路内で反射する反射
手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の２次高調
波を発生する半導体発光装置。 - 【請求項３】非線形作用を与える光導波路と、 ２つの半導体レーザとからなり、 前記光導波路と前記２つの半導体レーザとはエバネッセ
ント結合されていることを特徴とする２次高調波を発生
する半導体発光装置。 - 【請求項４】前記光導波路は多重量子井戸からなること
を特徴とする請求項１または２または３記載の２次高調
波を発生する半導体発光装置。 - 【請求項５】前記半導体レーザは横方向電流注入型の半
導体レーザであることを特徴とする請求項１または２ま
たは３または４記載の２次高調波を発生する半導体発光
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5143222A JPH0722705A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5143222A JPH0722705A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0722705A true JPH0722705A (ja) | 1995-01-24 |
Family
ID=15333737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5143222A Pending JPH0722705A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0722705A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007535808A (ja) * | 2004-04-30 | 2007-12-06 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 光ポンピング式半導体装置 |
| US7711221B2 (en) * | 2006-12-27 | 2010-05-04 | Csem Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique Sa | Optical device and system and method for fabricating the device |
| CN111129941A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-05-08 | 东南大学 | 一种硅基集成激光器芯片倒装耦合结构 |
| JPWO2023105759A1 (ja) * | 2021-12-10 | 2023-06-15 |
-
1993
- 1993-06-15 JP JP5143222A patent/JPH0722705A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007535808A (ja) * | 2004-04-30 | 2007-12-06 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 光ポンピング式半導体装置 |
| US7711221B2 (en) * | 2006-12-27 | 2010-05-04 | Csem Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique Sa | Optical device and system and method for fabricating the device |
| CN111129941A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-05-08 | 东南大学 | 一种硅基集成激光器芯片倒装耦合结构 |
| CN111129941B (zh) * | 2019-11-21 | 2021-06-01 | 东南大学 | 一种硅基集成激光器芯片倒装耦合结构 |
| JPWO2023105759A1 (ja) * | 2021-12-10 | 2023-06-15 | ||
| WO2023105759A1 (ja) * | 2021-12-10 | 2023-06-15 | 日本電信電話株式会社 | 波長多重光源 |
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