JPH04303984A - 面発光型光第二高調波素子 - Google Patents

面発光型光第二高調波素子

Info

Publication number
JPH04303984A
JPH04303984A JP9334291A JP9334291A JPH04303984A JP H04303984 A JPH04303984 A JP H04303984A JP 9334291 A JP9334291 A JP 9334291A JP 9334291 A JP9334291 A JP 9334291A JP H04303984 A JPH04303984 A JP H04303984A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical
active layer
generation region
harmonic generation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP9334291A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2751656B2 (ja
Inventor
Hiroshi Iwata
岩田 普
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP3093342A priority Critical patent/JP2751656B2/ja
Publication of JPH04303984A publication Critical patent/JPH04303984A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2751656B2 publication Critical patent/JP2751656B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0604Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium comprising a non-linear region, e.g. generating harmonics of the laser frequency
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]

Landscapes

  • Lasers (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子、特に光
第二高調波発生素子に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体により青色の発光を得る事はむず
かしく、光第二高調波発生による青色発光が試みられて
いる。非線形材料として半導体を用いる事は、励起光源
として半導体レーザを用いる上で適合性が高い(ジャー
ナル  オブ  クリスタル  グロウス〔Journ
al  of  Crystal  Growth〕第
101巻550ページ,1990年)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体レーザ
と光第二高調波素子を同一基板上に形成する事は非常に
むずかしく、実用化に至っていない。
【0004】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明が提供する手段は、半導体基板上に結晶成長
したIII−V 族化合物半導体材料の多層膜からなる
第一ω反射膜と、III−V 族化合物半導体からなる
角周波数ω、波長λ(ω)である光を発光する活性膜と
、前記活性層上に結晶成長した2次の非線形光学特性を
有し、角周波数2ωの光を透過するII−III族半導
体材料からなる光第二高調波発生領域と、半導体または
誘電体材料多層膜からなる第二ω反射膜とを有し、前記
光第二高調波発生領域の層構造が、ω光と2ω光とのコ
ヒーレント長の整数分の一の層厚である少なくとも1つ
以上の層からなる周期構造であり、また前記第二ω反射
膜がω光を反射し2ω光と透過する事を特徴とする面発
光型素子である。
【0005】さらに、前記活性層と前記光第二高調波発
生領域との間に結晶成長したII−VI族半導体材料多
層膜からなる2ω反射膜を有し、前記2ω反射膜がω光
を透過し2ω光を反射するようにした上記面発光型素子
によれば、前記課題を一層よく解決できる。
【0006】
【作用】活性層で発光した角周波数ω波長λωの光は第
一ω反射膜および第二ω反射膜により反射され、活性層
の領域で定在波を作りレーザ発振する。レーザ発振した
光は光第二高調波発生領域で角周波数2ωの光に変換さ
れる。2ωへの変換効率は、ω光の強度と移相整合条件
によって決まる。光第二高調波発生領域が、第一ω反射
膜と第二ω反射膜で形成される共振器内にあるため、ω
光の強度は、共振器外部での強度の100倍以上であり
、変換効率が非常に高くなる。また、光第二高調波発生
領域でのω光、2ω光の波数をk(ω)k(2ω)とす
ると、コヒーレント長Lc は Lc =2π/{k(2ω)−2k(ω)}となり、高
調波発生領域の多層膜構造に、nを整数として d=Lc /n の周期構造を導入する事により位相整合させる事ができ
る。また光第二高調波発生領域の層厚が単層でコヒーレ
ント長Lc 以下であれば、位相不整合の問題はない。 このような層構造の導入により、ωから2ω光への変換
は位相不整合の問題なく、高効率で行なえる。また、光
第二高調波発生領域は結晶成長による高品質の膜であり
、2ω光に対する損失が少ない。
【0007】第二ω反射膜はωのみを反射し、2ωと透
過するため、ωから2ωへの変換効率を100%近くま
で上げる事ができる。
【0008】2ω反射膜は、第二高調波発生領域で発生
し、基板方向へ進む2ω光を反射するため、活性層領域
での2ω光の吸収を減らし、外部への2ω光の取り出し
を2倍にする。
【0009】
【実施例1】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は請求項1に記載の発明の一実施例を示す断面
図である。(0,1,−1)面P形GaAsからなる半
導体基板1上にP形のGaAs(厚さ67.2nm)、
AlAs(厚さ80nm)24周期からなる第一ω反射
膜2、P形Al0.5 Ga0.5 As(厚さ117
nm)からなる第一スペーサー層3、P形Al0.2 
Ga0.8 As(厚さ20nm)からなる第一光閉じ
込め層4、In0.2 Ga0.8 As(厚さ10n
m)からなる活性層5、n形Al0.2 Ga0.8A
s(厚さ20nm)からなる第二光閉じ込め層6、n形
Al0.5 Ga0.5 As(厚さ117nm)から
なる第二スペーサー層7、n形のZnSe(厚さ1μm
)/ZnS0.2 Se0.8 (厚さ1μm)2周期
からなる光第二高調波発生領域8、n形のZnSe(厚
さ100nm)/ZnS0.2 Se0.8 (厚さ1
02nm)5周期からなる第二ω反射膜9を分子線エピ
タキシー法により結晶成長したのち、ドライエッチング
により直径2μmの円柱状にエッチングしたのち、真空
蒸着によりP電極10、n電極11を形成した。
【0010】GaAsとZnSeの格子定数はほぼ等し
く、良好な結晶が得られる。ZnSe,ZnSSeの2
次の非線形感受率が大きいため、ωから2ω光への変換
効率は高い。半導体基板1が(0,1,−1)面であり
、ω光の電界が基板面に平行な[1,1,1]方向であ
るとき、2ωの電界も[1,1,1]方向となり、[0
,1,−1]方向へ伝搬していく。
【0011】活性層5からの発光(角周波数ω)は真空
中での波長でλ(ω0)=1μmである。第一ω反射膜
2および第二ω反射膜9はω光に対しλ(ω)/4とな
る層厚からなる多層膜であり、ω光の反射率は99.9
%以上であった。この構造では2ωの光に対しては透過
的になるため、第二ω反射膜9は2ωの光を透過する。
【0012】電流注入により活性層5で発光したω光は
第一ω反射膜2と第二ω反射膜9に反射されレーザ発振
する。レーザ発振したω光は光第二高調波発生領域8で
2ωの光に変換される。ZnSeでのコヒーレント長L
c は Lc =2π/{k(2ω)−2k(ω)}=λ(ω)
/[2{n(2ω)−n(ω)}]で表わされる。ここ
でk(ω),k(2ω)およびn(ω),n(2ω)は
ω光、2ω光に対する波数と屈折率である。n(ω)=
2.48n(2ω)=2.73であるからLc =2μ
mとなる。光第二高調波発生領域8は周期2μmであり
、位相整合している。
【0013】光第二高調波発生領域8でのω光の強度が
強く位相整合しているため、変換効率30%で波長50
0nmの青色光が3mW得られた。
【0014】
【実施例2】図2は請求項2に記載の発明の実施例を示
す断面図である。(0,1,−1)面n形GaAsから
なる半導体基板12上に、n形のGaAs(厚さ67.
2nm)、AlAs(厚さ80nm)24周期からなる
第一ω反射膜13、n形Al0.5 Ga0.5 As
(厚さ117nm)からなる第一スペーサー層14、n
形Al0.2 Ga0.8 As(厚さ20nm)から
なる第一光閉じ込め層15、In0.2 Ga0.8 
As(厚さ10nm)からなる活性層16、P形Al0
.2 Ga0.8As(厚さ20nm)からなる第二光
閉じ込め層17、P形Al0.5 Ga0.5 As(
厚さ117nm)からなる第二スペーサー層18、Zn
Se(厚さ46nm)/ZnS0.2 Se0.8 (
厚さ46nm)2周期からなる2ω反射膜19、ZnS
e(厚さ1μm)からなる光第二高調波発生領域20を
分子線エピタキシー法により結晶成長したのち、ドライ
エッチングにより直径2μmの円柱状にエッチングした
のち、真空蒸着によりn電極21、P電極22を形成し
、スパッタ蒸着により、アモルファスSi/SiO2 
のλ(2ω)/4層よりなる第二ω反射膜23を形成し
た。コヒーレント長Lc =2μmであり、厚さがコヒ
ーレント長Lc の半分である光第二高調波発生領域2
0では位相の不整合は問題にならない。
【0015】光第二高調波発生領域20で2ωに変換さ
れた光のうち、基板下方へ進む光は、2ω光に対しλ(
2ω)/4板となる2ω反射膜19によって反射され、
上面より外部に取り出される。これにより2倍の出力が
得られる。活性層16から発光したωの光は2ω反射膜
19を透過し、第一ω反射膜13と第二ω反射膜23に
より反射され、外部には出力されず、効率よく2ω光に
変換される。得られた2ω光は、波長500nm変換効
率50%出力5mWであった。
【0016】上述の第一,第二の実施例ではIII−V
I族化合物半導体材料として、ZnSe/ZnSSeを
用いたがこれに限らず、ZnSSe超格子やZnTeな
ど他の材料系を用いても良い。
【0017】前述の実施例ではIII−V 族化合物半
導体材料としてAlGaInAs系材料を用いたが、こ
れに限らずInGaAsP系など他の材料系を用いても
良い。
【0018】
【発明の効果】以上に説明したように本発明により、半
導体レーザと一体化した超小型の光第二高調波発生素子
が容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の発明の実施例を示す断面図である。
【図2】第1の発明に第2の発明を適用した実施例の断
面図である。
【符号の説明】
1,12    半導体基板 2,13    第一ω反射膜 3,14    第一スペーサー層 4,15    第一光閉じ込め層 5,16    活性層 6,17    第二光閉じ込め層 7,18    第二スペーサー層 8,20    光第二高調波発生領域9,23   
 第二ω反射膜 10,22    P電極 11,21    n電極 19    2ω反射膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  半導体基板上に結晶成長したIII−
    V 族化合物半導体材料の多層膜からなる第一ω反射膜
    と、III−V 族化合物半導体からなる角周波数ω、
    波長λ(ω)である光を発光する活性層と、前記活性層
    上に結晶成長した2次の非線形光学特性を有し、角周波
    数2ωの光を透過するII−VI 族半導体材料からな
    る光第二高調波発生領域と、半導体または誘電体材料多
    層膜からなる第二ω反射膜とを有し、前記光第二高調波
    発生領域の層構造が、ω光と2ω光とのコヒーレント長
    の整数分の一の層厚である少なくとも1つ以上の層から
    なる周期構造であり、また前記第二ω反射膜がω光を反
    射し2ω光と透過する事を特徴とする面発光型素子。
  2. 【請求項2】  前記活性層と前記光第二高調波発生領
    域との間に結晶成長したII−VI 族半導体材料多層
    膜からなる2ω反射膜を存し、前記2ω反射膜がω光を
    透過し2ω光を反射する事を特徴とする請求項1に記載
    の面発光型素子。
JP3093342A 1991-03-29 1991-03-29 面発光型光第二高調波素子 Expired - Fee Related JP2751656B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3093342A JP2751656B2 (ja) 1991-03-29 1991-03-29 面発光型光第二高調波素子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3093342A JP2751656B2 (ja) 1991-03-29 1991-03-29 面発光型光第二高調波素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04303984A true JPH04303984A (ja) 1992-10-27
JP2751656B2 JP2751656B2 (ja) 1998-05-18

Family

ID=14079597

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3093342A Expired - Fee Related JP2751656B2 (ja) 1991-03-29 1991-03-29 面発光型光第二高調波素子

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2751656B2 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0632553A2 (en) * 1993-06-30 1995-01-04 Hewlett-Packard Company Surface emitting second harmonic generating device
US5422903A (en) * 1993-04-15 1995-06-06 Yamada; Norihide Surface emitting second harmonic generating device
JP2005322857A (ja) * 2004-05-11 2005-11-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光共振器および光共振器の製造方法
JP2008124287A (ja) * 2006-11-14 2008-05-29 Ricoh Co Ltd 波長変換素子

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5422903A (en) * 1993-04-15 1995-06-06 Yamada; Norihide Surface emitting second harmonic generating device
EP0632553A2 (en) * 1993-06-30 1995-01-04 Hewlett-Packard Company Surface emitting second harmonic generating device
EP0632553A3 (ja) * 1993-06-30 1995-01-25 Hewlett Packard Co
JP2005322857A (ja) * 2004-05-11 2005-11-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光共振器および光共振器の製造方法
JP2008124287A (ja) * 2006-11-14 2008-05-29 Ricoh Co Ltd 波長変換素子

Also Published As

Publication number Publication date
JP2751656B2 (ja) 1998-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100209829B1 (ko) 면발광형 제 2고조파 생성장치
JP5374772B2 (ja) 光電子デバイスおよびその製造方法
JP4709259B2 (ja) 面発光レーザ
JPH0653592A (ja) 光ビームの変調および増幅に関する方法および装置
US20040076213A1 (en) Apparatus for and method of frequency conversion
US5052008A (en) Current injection laser
JP4874768B2 (ja) 波長変換素子
Raja et al. Surface‐emitting, multiple quantum well GaAs/AlGaAs laser with wavelength‐resonant periodic gain medium
CN113823995B (zh) 一种垂直分布反馈面发射激光器及其制备方法
US6885686B2 (en) High coherent power, two-dimensional surface-emitting semiconductor diode array laser
JP3146505B2 (ja) 集積型半導体レーザ素子
JPH04303984A (ja) 面発光型光第二高調波素子
JPH0851248A (ja) 内部共振型面発光shgレーザ
KR20050107439A (ko) 주파수 변환장치 및 변환방법
US4772082A (en) Semiconductor laser array device
KR970004500B1 (ko) 반도체 레이저 장치
JP2757615B2 (ja) 半導体光第2高調波発光素子
CN113451884A (zh) 一种垂直腔面发射激光器及其制备方法
JP2004063972A (ja) 半導体レーザおよびその製造方法
JPH0730181A (ja) 面発光型第2高調波生成素子
US5448584A (en) Semiconductor laser for use as light source in data processing device with cladding layers having a bandgap twice as large as the active layer
JPH03195076A (ja) 外部共振器型波長可変半導体レーザ
JPH09275242A (ja) 半導体shgレーザー装置
JPH05308173A (ja) 半導体レーザ
JP2973612B2 (ja) 半導体多層膜反射鏡

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19980127

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees