JPH04294588A - 発光素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学効果を利用
してレーザ光などの単波長光の波長を変換し、短波長光
を発生させる発光素子に関するものである。

【０００２】

【従来技術】非線形光学効果の１種である第２次高調波
発生現象（ＳＨＧ）は、レーザ光などの単波長光の波長
を比較的簡単な方法で１／２　に変換し短波長化するも
のである。

【０００３】この第２次高調波を発生させる発光装置と
して図４に示す構造のものが提案されている。即ち、図
４はレーザ共振器内部で第２次高調波を発生させる発光
装置４０１　で、図中４０２　はＹＡＧレーザ、４０３
　は非線形光学材料、４０４　，４０５はミラーである
。

【０００４】この発光装置４０１　は、ＹＡＧレーザ４
０２　の共振器となるミラー４０４，４０５　の内側に
Ｂａ２　ＮａＮｂ５　Ｏ１５等の非線形光学材料４０３
　を配置して成り、ＹＡＧレーザ４０２　、およびミラ
ー４０４，４０５　を用いてレーザ発振させたレーザ光
４０６　を非線形光学材料４０３　中を透過させること
により、レーザ光４０６　の波長を１／２　に変換する
装置である。

【０００５】ＹＡＧレーザ４０２　の共振器となるミラ
ー４０４　はレーザ発振させたレーザ光４０６、および
非線形光学材料４０３　を透過させて１／２　に変換さ
せた短波長光４０７　に対して全反射に近い反射率を有
するものであり、一方、ミラー４０５　はレーザ発振さ
せたレーザ光４０６　に対しては全反射に近い反射率を
有するが、短波長光４０７　に対しては無反射に近い反
射率（低反射率）を有するものである。従って、短波長
光４０７　はミラー４０５　を通して放出される。また
、ＹＡＧレーザ４０２　に代わり固体レーザ、又はガス
レーザ等を用いた構成の発光装置も提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前述した
発光装置４０１　においては以下に示すような問題点が
あった。即ち、従来の発光装置４０１　は、ＹＡＧレー
ザ４０２　、又は前記固体レーザ、および前記ガスレー
ザのような大型のレーザを使用していたので、発光装置
４０１　自体が大型になってしまうという問題が生じた
。

【０００７】また、この発光装置４０１　を構成して短
波長光４０７　を放出するには、ＹＡＧレーザ４０２　
、非線形光学材料４０３　、およびミラー４０４，４０
５　のそれぞれの正確な位置合わせが必要であり、光軸
設定を行わなければならないが、一度その光軸にずれを
生じてこれを設定し直すのは非常に困難であり煩雑にな
ってしまうという問題も生じていた。さらに、ＹＡＧレ
ーザ４０２　、前記固体レーザ、および前記ガスレーザ
は、そのレーザ発振できるレーザ光の波長の帯域が狭い
ので、結果として変換され放出される短波長光の波長の
帯域も狭く限られてしまう。

【０００８】

【発明の目的】本発明は前記問題点に鑑みなされたもの
でその目的とするところは、第２次高調波を発生させる
発光装置を半導体レーザ素子レベルの大きさで実現する
と共に、光軸合わせが必要なく、広範囲の波長の短波長
光を放出することのできる発光素子を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の構成は、半導体基板上に形成される各半導体
層がエピタキシャル成長法により積層された発光素子に
おいて、前記発光素子の共振器内部に非線形光学材料が
配置されていることを特徴とする。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を図を参照して詳細に説明す
る。

【００１１】図１に図示した発光素子１０１　をもとに
本発明の一実施例を説明する。図中、１０２　は半導体
レーザ、１０３　は非線形光学材料、１０４，１０５　
は反射膜、１０６は半導体レーザ１０２　の活性層であ
る。

【００１２】半導体レーザ１０２　の各半導体層は分子
線気相成長法（ＭＢＥ法）、あるいは有機金属気相成長
法（ＭＯＣＶＤ法）等のエピタキシャル成長法により形
成されており、その中央部に非線形光学材料１０３　が
埋めこまれている。また、非線形光学材料１０３　とし
ては第２次高調波変換材料を使用し、具体的には有機材
料で、例えば２−メチル−４ニトロアニリン（ＭＮＡ）
等を使用する。

【００１３】反射膜１０４　は半導体レーザ１０２　の
発振波長λ、およびλ／２に対して全反射に近い反射率
を有し、一方、反射膜１０５　は半導体レーザ１０２　
の発振波長λに対しては全反射に近い反射率を有するが
、λ／２に対しては無反射に近い反射率（低反射率）を
有するものである。この反射膜１０４，１０５　は共に
、半導体レーザ１０２　の共振器を構成し、高屈折率と
低屈折率の誘電体膜をそれぞれ交互にｎ×λ／４（ｎは
誘導体の屈折率）の厚さで重ね合わせることにより形成
されている。具合的には、高屈折率物質である、例えば
アモルファスシリコンと低屈折率物質である、例えばＳ
ｉＯ２　とを交互に少なくとも４層以上重ね合わせるこ
とにより形成されている。

【００１４】次に、半導体レーザ１０２　の内部に非線
形光学材料１０３を設ける方法を具体的に説明する。図
２（イ）〜（ハ）は非線形光学材料１０３　を埋め込む
際の工程図で、先ず、図（イ）に示すように、活性層１
０６　の下側の層１０７　に達するまで塩素系のエッン
グ溶液を用いてエッチングを施し、溝１０８　を形成す
る。次に、図２（ロ）に示すように、この溝１０８　に
液体、あるいはゾルゲル状態の非線形光学材料１０３を
塗布し、これを熱処理して固化する。更に、図２（ハ）
に示すように、溝１０８　上に図示しないエッチングマ
スクを施し、余分な非線形光学材料１０３　をドライエ
ッチング（酸素プラズマ法等）を用いて除去する。

【００１５】このように非線形光学材料１０３　を、半
導体レーザ１０２を形成するウエハプロセス中で埋め込
むことができるので、発光素子１０１を歩留り良く作製
することが可能となる。

【００１６】また、半導体レーザ１０２　の両端面に反
射膜１０４，１０５　を設ける具体的な方法は、上記方
法で非線形光学材料１０３　を設けた半導体レーザ１０
２　の端面上に予め作成しておいた反射膜１０４，１０
５　をそれぞれ配置し、これをスパッタ装置、またはＣ
ＶＤ装置等の成膜装置内に載置する。しかる後、半導体
レーザ１０２　の端面と反射膜１０４，１０５　とが配
置された界面において化学反応をおこし、その化学反応
エネルギーによって反射膜１０４，１０５　を半導体レ
ーザ１０２　の両端面に固着する。

【００１７】この発光素子１０１　の簡単な原理を説明
すると、活性層１０６　からレーザ発振した波長λの光
は、共振器を構成する反射膜１０４，１０５　間を往復
する間に非線形光学材料１０３　の性能で決まる波長λ
／２の光に変換される。反射膜１０４　側に進んだ波長
λ／２の光は反射膜１０４　で全反射して反対側の反射
膜１０５　側に進み、反射膜１０５に進んだ波長λ／２
の光は反射膜１０５　から外部に放出される。

【００１８】次に、本発明の他の実施例を図３を用いて
説明する。尚、第１の実施例と共通する箇所は同符号を
用いている。

【００１９】図３（イ）は発光素子３０１　の正面図、
同図（ロ）は発光素子３０１　の平面図である。本実施
例の発光素子３０１　は図３（イ）に示すように、非線
形光学材料１０３　を半導体レーザ３０２　の端部に埋
め込み、さらに非線形光学材料１０３　中で屈折率変化
を持たせることで非線形光学材料１０３　中の活性層１
０６　に対応する箇所に光導波路３０３　を形成したも
のである。

【００２０】図３（イ），（ロ）からも分かるように、
この光導波路３０３　は非線形光学材料１０３　中の縦
横両方向に屈折率変化を持たせることにより形成され、
具体的には光導波路３０３　を形成する箇所にＺｎ等を
ドープして屈折率を増大させるか、あるいは非線形光学
材料１０３　中の光導波路３０３　に相当する箇所を、
例えばＳｉＯ２　等の誘電体膜で挟み込み、同じく屈折
率を変化させる。このような構造にすることで、非線形
光学材料１０３　中でレーザ光が広がることを防止し、
損失を低減させることが可能になると共に、光導波路３
０３　の構造を変えることにより放出させる短波長光の
形状を制御することも可能となる。尚、本実施例で使用
する非線形光学材料１０３　、および反射膜１０４，１
０５　の構成等は第１の実施例と同じである。

【００２１】本実施例の発光素子１０１，３０１　によ
れば、大型レーザに代わり小型の半導体レーザ１０２，
３０２　を使用し、その半導体レーザ１０２，３０２　
の共振器の内部に非線形光学材料１０３　を設けている
ので、短波長の可視光光源を半導体レーザ素子の大きさ
で実現することができ、しかも光軸合わせ等の手段を必
要とせず、効率よくレーザ光の波長変換を行うことが可
能となる。

【００２２】

【発明の効果】本発明の発光素子によれば、第２次高調
波を発生させる発光装置を半導体レーザ素子レベルの大
きさで実現でき、光軸合わせが必要なく、しかも広範囲
の波長を短波長化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す正面図

【図２】本発明
の発光素子の製造工程図

【図３】（イ）は本発明の他の
実施例を示す正面図、（ロ）は同じく平面図

【図４】従来の発光装置の構成図。

【符号の説明】

１０１，３０１　　　発光素子 １０２，３０２　　　半導体レーザ １０３　　　　　　　非線形光学材料 １０４，１０５　　　反射膜 １０６　　　　　　　活性層 １０７　　　　　　　下側の層 １０８　　　　　　　溝 ３０３　　　　　　　光導波路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体基板上に形成される各半導体層
   がエピタキシャル成長法により積層された発光素子にお
   いて、前記発光素子の共振器内部に非線形光学材料が配
   置されていることを特徴とする発光素子。
2. 【請求項２】　　前記発光素子の前記共振器の反射膜が
   誘電体多層膜で形成されていることを特徴とする請求項
   １記載の発光素子。
3. 【請求項３】　　前記非線形光学材料中の前記発光素子
   の活性層に対応する箇所に光導波路が形成されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の発光素子。