JPH0484481A - 半導体レーザ装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、高効率、高安定性を示す、半導体レーザがカ
ップリングした薄膜導波路型第２高調波発生素子（以下
、第２高調波発生素子をＳＨＧ素子という）をパッケー
ジした半導体レーザ装置に関する。

（従来の技術） ＳＨＧ素子は、非線形光学効果をもつ光学結晶材料の非
線形光学効果を利用して入射された波長λのレーザーを
λ／２の波長に変換して出力する素子であって、出力光
の波長が１／２に変換されることから、光デイスクメモ
リやＣＤプレーヤ等に応用することにより、記録密度を
４倍にすることができ、また、レーザープリンタ、フォ
トリソグラフィー等に応用することにより、高い解像度
を得ることができる。

従来、ＳＨＧ素子止しては、高出力のガスレーザーを光
源とする、非線形光学結晶のバルク単結晶が用いられて
きた。しかし、近年光デイスク装置、レーザープリンタ
等の装置全体を小型化する要求が強いこと、ガスレーザ
ーは、光変調のため外部に変調器が必要であり、小型化
に適していないことから、直接変調が可能で、ガスレー
ザーに比べて安価で取扱が容易な半導体レーザーを使用
することができるＳＨＧ素子が要求されている。

ところで、半導体レーザーを光源とする場合、−ｇに半
導体レーザーの出力が数ｍＷから数十ｍＷと低いことか
ら、特に高い変換効率を得ることのできる薄膜導波路構
造のＳＨＧ素子が要求されている。

すなわち、薄膜導波路を用いた第２高調波光の発生は、
１．薄膜に集中した光のエネルギーを利用できること、
２．光波が薄膜内に閉し込められ、広がらないために、
長い距離にわたって相互作用を行わせ得ること、３、バ
ルクでは、位相整合できない物質でも薄膜のモード分散
を利用するコトにより位相整合ができること、などの利
点を有するからである。（深山、宮崎；電子通信学会技
術研究報告、０ＱＥ７５−　（１９７５）　、宮崎、足
許、赤尾；電磁界理論研究会資料、ＥＭＴ−７８５（１
９７Ｂ））。

このようなＳＨＧ素子に半導体レーザ光を入射するため
には、非常に精密な制御を行い、レーザ光を導波しなけ
ればならず、ＳＨＯ素子を実用的に使用するためには、
その導波路面にレーザ光が入射されるよう予め半導体レ
ーザ素子とカプリングしてワンチップ化する必要があっ
た。

（従来技術の問題点） しかしながら、半導体レーザがカップリングしたＳＨＯ
素子は、そのままでは機械的衝撃に弱く、また半導体レ
ーザ素子が剥き出しになっているため、半導体レーザ素
子の寿命が短くなるなどの問題が見られた。

本発明者らは、半導体レーザがカップリングしたＳＨＯ
素子をパッケージに封入することにより、機械衝撃に対
する耐性を向上させることができ、また半導体レーザ素
子の寿命を長くすることができること知見し、本発明を
完成させた。

（問題を解決するための手段） 本発明は、同一パッケージ内に、半導体レーザ素子と、
導波路構造を有する第２高調波発生素子が封入されてな
り、 前記半導体レーザ素子から発せられるレーザ光が、前記
第２高調波発生素子の導波路に入射されるよう前記半導
体レーザ素子と前記第２高調波発生素子がカップリング
され、 かつ、前記パッケージには、第２高調波光をパッケージ
の外へ出射するための窓が設けられてなることを特徴と
する半導体レーザ装置からなる。

（作用） 本発明の半導体レーザ装置は、同一パッケージ内に、半
導体レーザ素子（半導体レーザベアチップ）と、導波路
構造を有する第２高調波発生素子が封入されてなり、 前記半導体レーザ素子から発せられるレーザ光が、前記
第２高調波発生素子の導波路に入射されるよう前記半導
体レーザ素子と前記第２高調波発生素子がカンブリング
されていることが必要である。

前記導波路は、チャンネル型であることが望ましい。

このような形態としては、チャンネル型ＳＨＯ素子およ
び、ブロック上に固着された半導体レーザ素子からなり
、前記半導体レーザ素子の発光領域の端面と前記チャン
ふル型ＳＨＧ素子のチャンネル部位の端面が互いに近接
するよう、前記ブロックと前記チャンネル型ＳＨＧ素子
の基板が結合された構造を有し、 前記チャンネル型ＳＨＧ素子におけるチャンネル部位の
幅Ｗ、厚みＴ、前記半導体レーザ素子の中心線と前記チ
ャンネル型ＳＨＧ素子における導波路部位の中心線の幅
方向における偏位ΔＸ、厚み方向の偏位ΔＺ、前記ペア
チップの発光領域の端面と前記チャンネル型ＳＨＧ素子
の導波路部位の端面の間の距離ΔＹが、以下の範囲を満
たすことが望ましい。

（Ｗ−２）μｍ／２≦ΔＸ≦　（Ｗ−２）　　μｍ／２
０．０１　μｍ≦ΔＹ≦４μｍ Ｔμｍ／２≦ΔＺ≦Ｔ　ｐ　ｍ　／　２半導体レーザ素
子の中心線とチャンネル部位の中心線の幅方向における
偏位ΔＸ、厚み方向の偏位ΔＺ１前記ベアチップの発光
領域の端面と前記チャンネル部位の端面の間の距離ΔＹ
が、上記範囲を満たすことが、望ましい理由は、上記範
囲内では、５０％以上のレーザ光入射効率が得られ、実
用的だからである。

ところで前記半導体レーザ素子の中心線とは、半導体レ
ーザの発光領域の端面（即ちこの端面からレーザ光が発
せられる）に垂直で、前記半導体レーザの発光領域の幅
と厚みを同時に部分する直線を指す。

また、前記チャンネル部位の中心線とは、端面に垂直で
、前記チャンネル部位の輻と厚みを同時に部分する直線
である。

前記ΔＸ、ΔＺは、正、負の値を取るが、前記半導体レ
ーザのペアチップの中心線とチャンネル型導波路におけ
るチャンネル部位の中心線が、完全に一致した杖態をΔ
ｘ＝０、ΔＺ＝０として、特定の方向にずれた場合を正
とした場合に、該特定の方向とは反対方向にずれた場合
を負と定義している。

前記ΔＹは、０であってもよいが、加工が困難であるこ
と、熱膨張を考慮すると、０．０１μｍを下限とするこ
とが好ましい。

前記導波路型ＳＨＧ素子における導波路部位の幅Ｗ、厚
みＴ、前記半導体レーザ素子の中心線と前記導波路型Ｓ
ＨＧ素子における導波路部位の中心線の幅方向における
偏位ΔＸ、厚み方向の偏位ΔＺ、前記半導体レーザ素子
の発光領域の端面と前記チャンネル型ＳＨＧ素子のチャ
ンネル部位の端面の間の距離ΔＹが、以下の範囲を満た
すことが望ましく、 （Ｗ−２）μｍ／３≦ΔＸ≦（Ｗ−２）μｍ／３０．０
５μｍ≦ΔＹ≦２μｍ −Ｔｕｍ／３≦ΔＺ≦Ｔ　ｐ　ｍ　／　３また （Ｗ−２）　μｍ／４≦ΔＸ≦（Ｗ−２）μｍ／４０．
１（ｔｍ≦ΔＹ≦０．　５μｍ Ｔμｍ／４≦Δ２≦Ｔ　ｐ　ｍ　／　４が好適である。

前記導波路型ＳＨＧ素子におけるチャンネル部位の幅Ｗ
、厚みＴは、それぞれ、 １μｍ≦Ｗ≦１５μｍ ０．２μｍ≦Ｔ≦６ｐｍ であることが望ましい。

この理由は、半導体レーザの発光部分の寸法は幅１〜２
μｍ、厚さ０．１〜０．４μｍが普通であるため、上記
範囲の導波路を用いることにより、さらに高い入射効率
が得られるからである。

また、前記導波路部位の幅Ｗ、厚みＴは、それぞれ、 ２μｍ≦Ｗ≦１０μｍ ０．４μｍ≦Ｔ≦４μｍ を満たすことが好ましく、 ４μｍ≦Ｗ≦７μｍ １１ｍ’−Ｔ≦２．　５μｍ を満たすことが好適である。

前記導波路は、 本発明に使用されるブロックは、シリコン製であること
が望ましい。

これは、シリコンブロックは熱膨張率が半導体レーザの
ペアチップと近いため、熱サイクルに強く、また、化学
エツチングなどの加工処理しやすいからである。

前記ブロックと前記チャンネル型ＳＨＧ素子は、接着側
にて結合されてなることが望ましい。　また、前記ブロ
ックと前記チャンネル型ＳＨＧ素子の基板は固定板を介
して結合されていてもよい。

また、本発明で使用される半導体レーザ素子は、ヒート
シンクに直接あるいは間接的に結合されていることが望
ましい。前記ヒートシンクは、半導体レーザ素子から発
せられる熱を外部へ放散させることができ、安定したレ
ーザ発振が可能となる。

本発明のＳＨＧ素子は、基板上に薄膜導波層が形成され
てなるものであって、基本波レーザー光波長（λμｍ）
、薄膜導波層の膜厚（Ｔμｍ）、基本波レーザー光波長
（λμｍ）における基板の常光屈折率（ｎｏｓ＋）、基
本波レーザー光波長（λμｍ）における薄膜導波層の常
光屈折率（ｎＯＦ＋）、第２高調波波長（λμｍ／２）
における基板の異常光屈折率（ｎｔ＋ｓ！　）および第
２高調波波長（λμｍ／２）における薄膜導波層の異常
光屈折率（ｎ＊ＦＺ　）が、 （ｎｓＦ！　　　ｎ＠ｇ！　） あるいは、 （ｎ、。−ｎａ＄！　） のいずれかの関係式で表されることが望ましい。

ただし、上記関係式（Ａ）中のＮ１は、また、上記関係
式（Ｂ）中のＮ２　は、る常光屈折率、および第２高調
波に対する異常光屈折率、薄膜導波層の厚さを、前記関
係式（Ａ）あるいは（Ｂ）を満たす構造とすることによ
り、特定の基本波レーザ光に対する第２高調波光を発生
させることができる。

本発明に係るＳＨＧ素子の構造は、基板上に薄膜導波層
が形成されてなるものであることが必要である。

その理由は、基板上に薄膜導波層が形成されたＳＨＧ素
子における第２高調波光の発生は、′ＦＲＷ。

に集中した光のエネルギーを利用できることや光波が薄
膜内に閉じ込められ、広がらないためには、長い距離に
わたって相互作用を行わせ得ることなどの利点を有して
いるばかりでなく、従来用いられているバルクを使用し
たＳＨＧ素子では、位相整合できない物質でも薄膜のモ
ード分散を利用することにより位相整合ができることな
どの利点を有するからである。

前記ＳＨＧ素子において、基本波レーザー光波長（λμ
ｍ）、薄膜導波層の膜厚（１μｍ）、基基板およびＩＷ
Ｉ導波層の基本波レーザ光に対す本渡レーザー光波長（
）μｍ）における基板の常光屈折率（ｎｅｓｔ）、基本
波レーザー光波長（λμｍ）における薄膜導波層の常光
屈折率（ｎｏｖ＋）、第２高調波波長（λμｍ／２）に
おける基板の異常光屈折率（ｎｅｓｔ　）および第２高
調波波長（λμｍ／２）における薄膜導波層の異常光屈
折率（ｎ、、□）が、（Ａ）あるいは（Ｂ）のいずれか
の関係式を満足することが望ましい理由は、基板上に薄
膜導波層が形成されたＳＨＯ素子においては、前記関係
式（Ａ）あるいは（Ｂ）のいずれかを満たす構造とする
ことにより、第２高調波光への変換効率が高くすること
ができ、実用的だからである。

特に第２高調波光への高い変換効率を得るには、基本波
レーザー光波長（λμｍ）、薄膜導波層のＩＩＩｗ−（
Ｔμｍ）、基本波レーサー光波長（λμｍ）における基
板の常光屈折率（１６ｓｌ）、基本波レーザー光波長（
λμｍ）におけるＴｉｔ膜導膜層波層光屈折率（ｎｏｖ
＋）、第２高調波波長（λμｍ／２）における基板の異
常光屈折率（ｎｅＳ２）および第２高調波波長（λμｍ
／２）における薄膜導波層の異常光屈折率（ｎ＠Ｆｌ　
）が、（ｎ＊Ｆｚ　　　ｎｅｓｔ　　） 下記の関係式（Ａ“）を満足することが好ましく、なか
でも下記の関係式（Ａ“）を満足することが有利である
。

λ３　Ｔ λ″　Ｔ ただし、上記関係式（八”）および（Ａ”）中のＮは、 下記の関係式（Ｂ′）を満足することが好ましく、なか
でも下記の関係式（Ｂ′）を満足することがを利である
。

（λ＋０．１）Ｎ！ λ３　Ｔ ただし、上記関係式（Ｂ゛）および（Ｂ”）中のＮ２は
、 前記ＳＨＧ素子は、ｆｉｌ膜導膜層波層学軸（Ｚ軸）に
対する基本波レーザー光の入射角（θ）が、０±１５”
あるいは９ｏ±１５”の範囲内であることが好ましい。

その理由は、前記基本波レーザー光の入射角（θ）が、
前記範囲内の場合、第２高調波への変換効率が、極めて
高いからである。前記基本波レーザー光の入射角は、な
かでも、０±５°あるいは９０±５°の範囲内であるこ
とが有利である。

前記ＳＨＧ素子に入射される基本波レーザー光の波長（
λ）は、０．４〜１．６μｍであることが好ましい。

その理由は、前記基本波レーザー光（λ）としては、な
るべく波長の短いものであることが有利であるが、半導
体レーザによって０．４μｍより短い波長のレーザー光
を発生させることは、実質的に困難であるからであり、
一方１．６μｍより長い波長の基本波レーザー光を使用
した場合には、得られる第２高調波の波長が基本波レー
ザー光の１／２であることから、直接半導体レーザによ
って比較的簡単に発生させることのできる波長領域であ
ってＳＨＧ素子を使用する優位性が見出せないからであ
る。前記基本波レーザー光の波長（λ）は、半導体レー
ザー光源を比較的入手し易い０．６〜１，３μｍが有利
であり、なかでも、０．６８〜０．９４μｍが実用上好
適である。

前記ＳＨＧ素子のＷｉＭ導波層の膜厚（Ｔ）は、０．１
〜２０ＩＪｍであることが好ましい。

その理由は、前記薄膜導波層の膜厚（Ｔ）が、０．１μ
ｍより薄い場合、基本波レーザ光を入射させることが困
難で、入射効率が低いため、実質的に高いＳ　ＨＧ変換
効率が得られ難いからであり、一方２０μｍより厚い場
合、光パワー密度が低く、ＳＨＯ変換効率が低くなって
しまい、いずれの場合もＳ　ＩＩ　Ｃ素子として、使用
することが困難であるからである。前記薄膜導波層の膜
厚は、なかでも０．５〜１０μｍが有利であり、特に、
１〜８μｍが実用上好適である。

前記ＳＨＧ素子の基板、薄膜導波層は各種光学材料を使
用することができ、薄膜導波層としては、例えばＬｉＮ
ｂ０．、α−石英、Ｋ　Ｔ　ｉ　ＯＰ　Ｏａ（ＫＴＰ）
、β−ＢａＢｚ　０４　（ＢＢＯ）、ＫＢ、０．・４　
ｔｌ、Ｏ（ＫＢ、）　、ＫＨ，ＰＯ，（ＫＤＰ）　、Ｋ
Ｄｈ　ＰＯ４（ＫＤ”Ｐ）　、Ｎ１１．Ｈ。

Ｐ　Ｏ＝　　（ＡＤ　Ｐ　）　、Ｃｓ　ＩＩｚ　Ａ　Ｓ
　Ｏａ　　（ＣＤＡ）、ｃｓ　Ｄｔ　Ａｓ１ａ　　（Ｃ
Ｄ”　Ａ）、ＲｂＨｚ　ｐｏ４（ＲＤＰ　）　、Ｒｂｌ
（ｚ　Ａｓ　Ｏａ　　（ＲＤＡ）　、Ｂ　ｅＳＯ４・４
　Ｈ□０、ＬｉＣｌ０．　　・３　Ｈ□０、Ｌｉ１０．
、ｔｘ−ＬｉＣｄＢＯ，、ＬｉＢ＊　０ｓ（ＬＢＯ）、
尿素、ポリバラニトロアニリン（ｐＰＮＡ）、ポリジア
セチレン（ＤＣＨ）、４（Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノ）−
３−アセトアミドニトロベンゼン（ＤＡＮ）　、４−ニ
トロベンズアルデヒド　ヒドラジン（ＮＢＡＨ）　　　
３−メトキシ−４−二トロベンズアルデヒド　ヒドラジ
ン、２−メチル−４−ニトロアニリン（ＭＮＡ）などが
、また基板としては、例えばＬｉＴａ０＊、ＳｉＯｔ、
アルミナ、ＫＴＰ、ＢＢＯｌＬＢＯ，ＫＤＰ、および類
似化合物、ソーダガラス、バイレクンスガラス、ポリメ
タクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などを使用することがで
きる。

前記基板および薄膜導波層用の材料は、Ｎａ。

Ｃｒ、Ｍｇ、Ｎｄ、Ｔｉ、Ｖなどの異種元素を含有させ
ることにより、その屈折率を調整することができる。

前記Ｎａ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｎｄ、Ｔｉ、Ｖなどの異種元素
を含有させる方法としては、予め、材料の原料と異種元
素あるいは異種元素化合物を混合しておき、液相エピタ
キシャル成長法にて基板上に薄膜導波層を形成する方法
あるいは、前記基板あるいは薄膜導波層に、Ｎａ、Ｍｇ
、Ｎｄ、Ｔｉ■などの異種元素を拡散させる拡散法を用
いることが望ましい。

また本発明のＳＨＧ素子に適した組合せとしては、薄膜
導波層／基板が、２−メチル−４−ニトロアニリン（Ｍ
ＮＡ）／Ｓ　ｉ　Ｏｔ　　ｉ　２−メチル−４−ニトロ
アニリン（ＭＮＡ）／アルミナ；ＫＴｉ　ＯＰ　０４（
Ｋ　Ｔ　Ｐ　）　／アルミナ；β−ＢａＢ。

０、（ＢＢＯ）／アルミナ；４−（Ｎ、Ｎ−ジメチルア
ミノ）−３−アセトアミドニトロベンゼン（ＤＡＮ）／
Ｓ　ｉ　Ｏｔ　　；　４　　（Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノ
）−３−アセトアミドニトロベンゼン（ＤＡＮ）／ポリ
メタクル酸メチル（ＰＭＭＡ）ｉＬｉ　Ｂａ　０Ｓ　　
（ＬＢＯ）／ＢＢＯ；　ＬＢＯ／アルミナ；ＲｂＨｚ　
ＰＯａ　（ＲＤＰ）／ＫＨ！　ＰＯ。

（ＫＤＰ）；ポリパラニトロアニリン（ｐ−ＰＮＡ）／
ＰＭＭＡなどがある。

前記ＳＨＧ素子に適した組合せとしては、なかでも基板
としてＬｉＴａ０．単結晶、薄膜導波層としてＬｉＮｂ
０．を用いる組み合わせか、あるいはＬ　ｉＮ　ｂ　Ｏ
ｓ単結晶基板に形成されたＬｉＴａ０．単結晶薄膜を基
板とし、薄膜導波層としてＬｉＮｂ０．単結晶を用いる
組合せが好適である。

その理由は、前記ＬｉＮｂ０．は非線型光学定数が大き
いこと、光の損失が小さいこと、均一な膜を作成できる
ことが挙げられ、また、ＬｉＴａ０１は、前記ＬｉＮｂ
０．と結晶構造が類僚しており、前記ＬｉＮｂ０．の薄
膜を形成しやす（、また、高品質で安価な結晶を入手し
易いからである。

また、前記ＳＨＧ素子は、チャンネル型であることが有
利であり、特に幅が１〜１０μｍであることが好ましい
。

チャンネル型のＳＨＧ素子が有利である理由は、スラブ
型に比べて、光パワー密度を高くできるからであり、ま
た、幅が１〜１０μｍであることが有利である理由は、
幅が１μｍより小さいと、入射光を導波路に導入するこ
とが難しく、入射効率が低いため、ＳＨＯ変換効率も低
くなってしまうからであり、一方入射効率は幅が大きい
ほど高いが、１０μｍより大きいと、光パワー密度が低
下するため、ＳＨＧ変換効率が低下するからである。

さらに、前記ＳＨＧ素子は、基本波レーザ光の透過率が
１００％もしくは１００％近くであり、（具体的に）か
つ、波長０．　６μｍ〜基本波長未満までの光を全く透
過させないか、もしくは殆ど透過させない波長選択性の
薄膜が入射端面に形成されていることが望ましい。

この理由は、半導体レーザは一般に中心波長以外にも周
辺の波長の弱いレーザ光もしくは自然光を放出しており
、この周波の波長の光はＳＨＧ素子として用いる場合に
は一般に不要だからである。

また、前記ＳＨＧ素子は、薄膜導波層上にクラッド層が
形成されてなることが望ましい。

この理由は、前記クラッド層を薄膜導波層上に設けるこ
とにより、基板、薄膜導波層、クラッド層が屈折率に関
して対称形に近くなるため、基本波レーザ光および、第
２高調波光の電界分布を対称形とすることができ、薄膜
導波層の膜厚が、理論位相整合膜厚に完全に一致してい
ない場合でも、第２高調波光の出力低下を緩和できるこ
とから、位相整合膜厚の許容範囲が広（、高変換効率の
ＳＨＧ素子が得られるからである。

また、前記クラッド層は、保護層として働き、導波層の
破損や塵、埃の付着による光散乱を防止でき、端面研磨
で問題となる導波層のカケ（ピッチング）を完全に防止
でき、素子作成の歩留りを著しく向上させることができ
る。

さらに、前記クラッド層は、関係式１）および２）を満
たすことが望ましい。

ｎ１ｌｉ　ｏ、５０≦ｎｏ（≦ｎｏｓ　０．０５・・・
式１）ｎｅｓ−０，７０≦ｎ、ｃ≦ｎｅｓ−ｏ、ｉｓ−
、・式２）ｎｌｌｓ’基本波レーザ光波長（λμｍ）に
おける基板の常光屈折率 ｎｏｃ”！本渡レーザ光波長（λμｍ）におけるクラン
ド層の常光屈折率 ｎｅｓ：第２高調波波長（λμｍ／２）における基板の
異常光屈折率 ｎ１ｌｃ：第２高調波波長（λμｍ／２）におけるクラ
フト層の異常光屈折率 この理由は、前記クランド層が、前記１）および２）式
を満足することにより、第２高調波光と基本波レーザ光
の電界分布型なりを最大限にでき、位相整合膜厚の許容
範囲が広く、高変換効率のＳＨＣ素子が得られるからで
ある。

特噂こ、膜厚の位相整合誤差の許容範囲を拡張するため
には、式３）および４）を満たすことが好ましい。

ｎｏｓ−０，２５≦ｎｏｃ≦ｎｏｓ　　０．１０”　’
弐３）ｎ、＄−０，５５≦ｎ１ｌｃ≦ｎｌｌ＄　ヘ０．
２０−−−式４）ｎｏｓ：基本波レーザ光波長（λμｍ
）における基板の常光屈折率 ｎ０ド基本波レーザ光波長（λμｍ）におけるクランド
層の常光屈折率 ｎ２ド第２高調波波長（λμｍ／２）における基板の異
常光屈折率 ｎ、。：第２高調波波長（λμｍ／２）におけるクラッ
ド層の異常光屈折率 また、前記ＳＨＧ素子のクラッド層の厚みは、０．２〜
３０μｍが望ましい。この理由は、０゜２μｍより薄い
場合は、導波光を閉し込めることができず、また３０μ
ｍより厚い場合は、クラッド層の結晶性が低下して、光
学的特性が低下し、またクラッド層の形成に時間がかか
り生産性が低下するからである。

前記クラッド層は、０．５〜１０μｍが好ましく、１〜
８μｍが好適である。

本発明におけるクラ・ンド層は各種光学材料を使用する
ことができ、ＺｎＯ，ＭｇＯ１Ａ！２０３、Ｐ　ＭＭＡ
、　Ｓ　ｉ　Ｏｚ　、パイレックスガラス、ソーダガラ
スなどが使用でき、なかでもＺｎＯが好適である。

また、前記ＳＨＧ素子は基本波レーザー光の透過率が１
００％もしくは１００％近くになるように入射端面に発
射防止コーティング処理をほどこしたものが望ましい。

前記反射防止コーティングの材料としてはＳｉＯ，、Ｍ
ｇＯ１ＺｎＯ１Ａ１．Ｏ，等の酸化物、Ｌ　ｉ　Ｎｂ０
１、Ｌ　１ＴａＯ：＋　、’ｌ’＋　Ｇａｓ　Ｏ＋ｚ、
Ｇｄ５Ｇａｓ　Ｏｌｚ等の複合酸化物、あるいはＰＭＭ
Ａ、、ＭＮＡ等の有機物等を用いることができ、これら
を重ねた多層薄膜も用いることができる、作成方法とし
てはスパックリング法、液相エピタキシャル法、蒸着法
、ＭＢＥ　（分子ビームエピタキシャル：Ｍｏ１ｅｃｕ
ｌａｒ　　Ｂｅａｍ　　Ｅｐｉｔａｘｉａｌ）法、ＭＯ
ＣＶＤ　（Ｍｅ　ｔ　ａ　］○ｒｇａｎｉｃ　　Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ　　ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、
イオンブレーティング法、ＬＢ法、スピンコード法、デ
イツプ法などが有利である。

次に、本発明に係るＳＨＧ素子の製造方法としては、基
板上にスパッタリングや液相エピタキシャル成長法など
の方法により、薄膜導波層を形成することにより製造す
ることができ、さらに、前記薄膜導波層上にフォトリソ
グラフィーとＲＦスパッタリングによりＴｉ導波路パタ
ーンを形成し、これをエンチングマスクとして、ドライ
エツチングすることにより、チャンネル型のＳＨＧ素子
を作成するなどの方法をとることができる。

前記ドライエツチングは、イオンビームエツチングが最
適である。

本発明においては、パッケージには、第２高調波光をパ
ッケージの外へ出射するための窓が設けられていること
が必要である。

前記第２高調波光をパ・７ケージの外へ出射するための
窓には、波長選択性のフィルターが設けられていること
が望ましい。

前記波長選択性のフィルターとは、出射光から、基本波
長光のみを完全に、もしくは殆ど除去してしまうフィル
ターを意味する。

この理由は、気密封止したままで、不要な基本波レーザ
光を出射光から取り除き、必要な第２高調波光のみを効
率良く取り出すことができるからである。

このため、通常の封止用窓ガラスの内部もしくは外部に
波長選択性フィルターを追加する場合に比べて、半導体
レーザ素子を保護したままで、プロセスの簡略化、コス
トの低下、および第２高調波光の透過率の向上を図るこ
とができる。

前記波長選択性のフィルターとしては、色ガラスフィル
ター、ガラス基板上に波長選択性の干渉膜をコーティン
グしたもの、等を使用できる。

前記波長選択性のフィルターの材料としては、Ｓ　ｉｏ
、　、ＭｇＯ，ＺｎＯ３／１２０ｈ等の酸化物、ＬｉＮ
ｂＯ３、ＬｉＴａ０＝　、Ｙ３　Ｇａｓ○２、　Ｃｄｓ
　Ｇａｓ　Ｏ□等の複合酸化物、あるいはＰＭＭＡ、Ｍ
ＮＡ等の有機物等を用いることができ、これらを重ねた
多Ｎ薄膜も用いることができる。

前記波長選択性の薄膜の作成方法としては、スパッタリ
ング法、液相エピタキシャル法、蕪着法、ＭＢＥ　（分
子ビームエピタキシャル：Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ　　Ｂｅ
ａｍ　　Ｅｐｉｔａｘｉａり法、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａ
ｌ　　　Ｏｒｇａｎｉｃ　　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　　Ｖ
ａｐｏｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔｉ。

ｎ）法、イオンブレーティング法、ＬＢ法、スピンコー
ド法、デイツプ法などを用いることができる。

また、前記波長選択性のフィルターは、第２高調波発生
素子の出射端面に直接形成されていてもよい。

本発明の半導体レーザ装置のパッケージ内には、不活性
ガスを封入することが望ましい。

この理由は、不活性ガスを封入することにより、半導体
レーザ素子を保護し、長寿命化できるからである。

前記不活性ガスは窒素ガスであることが望ましい。

次に本発明の製造方法について説明する。

本発明の半導体レーザ装置は、以下のａ）〜ｄ）の工程
からなる方法にて製造させることが望ましい。即ち、 ａ）ＳＨＧデバイスを固定ベースに接着する工程、ｂ）
リードビン、ステム、ヒートシンクの一体部品に半導体
レーザ素子を接着し、前記半導体レーザ素子にワイアポ
ンディングする工程、Ｃ）半導体レーザ素子と前記ａ）
のＳＨＧデバイスの光軸を合わせ、ヒートシンクと固定
ベースを接着する工程、 ｄ）雰囲気を不活性ガスで置換した後、前記Ｃ）で得ら
れた半導体レーザがカップリングしたＳＨＧデバイスを
パッケージに封止し、スポット溶接する工程、である。

前記固定ベースは、低熱膨張ガラス、銅、Ｓｉなどが望
ましい。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

実施例１ （１）ＲＦスパッタリング法により、厚さ０．　５ｍｍ
のＺカッ）ＬｉＴａＯ，単結晶基板上に厚さ５００人の
ＭｇＯ！膜を形成し、熱拡散法によりＬｉＴａｇ、単結
晶表層にＭｇを拡散させた。基本波レーザ光波長λを０
．８３μｍとしたとき、Ｍｇ拡散ＬｉＴａ０．基板の常
光屈折率（ｎ　０５１）は２１５３、第２高調波λ／２
におけるＭｇ拡散し】Ｔａｇ、基板の異常光屈折率（ｎ
　ａｓりは２，２７２となった。

この基板上に液相エピタキシャル成長法により基本波レ
ーザ光波長λを０．８３μｍとしたとき常光屈折率（ｎ
、、）が２．２５２、第２高調波における異常光屈折率
（ｎ、、ｆ）が２．２５３であるＭｇ、Ｎａ　（それぞ
れ６ｍｏ　１％、１ｍｏ１％）固溶ＬｉＮｂ０．単結晶
薄膜を成長させた後、表面を鏡面研磨し、このＬｉＮｂ
Ｏ３１膜を導波層としするスラブ型導波路を作成した。

（２）　　（１）で得たスラブ型導波路の膜厚をイオン
ビムエノチングにより、膜厚２．２３±０．０５μｍに
調整した。

（３）前記（１）及び（２）で得られたスラブ型導波路
上にフォソトリングラフイーとＲＦスパッタリングによ
りＴ１導波路パターンを形成し、これをエツチングマス
クとして、イオンビームエツチングした後、Ｔｉエツチ
ングマスクを除去しさらにイオンビームエツチングする
ことにより、幅１０μｍ、膜厚２，２３±０．０５μｍ
１段差１μｍのリッヂ型のチャンネル型導波路を作成し
た。

（４）　　（３）で得られたチャンネル型導波路の両端
面をパフ研磨により鏡面研磨して端面からの光入出射を
可能とし第２高調波発生素子（ＳＨＧ素子）とした。

（５）　　このようにして得られたチャンネル型導波路
からなるＳＨＧ素子を、半導体レーザの発光領域とチャ
ンネル型導波路の一方の端面とを向合わせて精密に位置
合わせした後、シリコンブロック上に、半導体レーザチ
ップとＳＨＧ素子を紫外線硬化樹脂を用いて固定した。

さらに半導体レーザの上下面の電極にワイアをボンディ
ングして、駆動電力を供給できようにした。

（６）　　このようにして半導体レーザとＳＨＧ素子を
一体化した後、図１のように金属製の気密封止パフケー
ジの中に入れ、外部ビンとワイヤを電気的に接続して外
部ビンより動作電力を供給できるようにすると共に、波
長選択性のガラス窓を設けたキャップを被せて、内部を
高純度窒素ガス雰囲気で気密封止した。

このようにして本発明の第２高調波発生素子を用いて作
成した気密封止パッケージ型素子に半導体レーザからの
出力が６８．０ｍＷとなる動作電圧を加えた時、ガラス
窓から出射する第２高調波の出力は、２．０ｍＷ、また
半導体レーザの出力は、０．０１ｍＷとなり、第２高調
波を効率良く取り出すことができた。

実施例２ （１）基本波レーザ光波長（λ）を０．８３μｍとした
とき基本波レーザ光波長における常光屈折率（Ｄｏｓ）
が２．１５１、第２高調波における異常屈折率（ｎ□）
が２．２６１である厚さ０．　５鵬のＺカプトＬｉＴａ
０１単結晶基板の上に液相エビタキソヤル成長法により
基本波レーザ光波長における常光屈折率（ｎ　ｏ、）が
２，２６４、第２高調波における異常屈折率（ｎ、ｆ）
が２．２６３であるＬ　ＩＮ　ｂ　Ｏｓ薄膜を成長させ
た後、表面を鏡面研磨し、このＬｉＮｂＯ３薄膜を導波
層とするスラブ型導波路を作成した。

（２）前記スラブ型導波路の膜厚をスパッタエツチング
により、２．５０μｍ±０．０５μｍに調整した。

（３）　　（２）で得られたスラブ型導波路の両端面を
ハフ研磨により鏡面研磨して端面からの光入出射を可能
とし第２高調波発生素子とした。

（４）　　このようにして得られたスラブ型導波路から
なるＳＨＧ素子を、半導体レーザの発光領域とチャンネ
ル型導波路の一方の端面とを向合わせて精密に位置合わ
せした後、シリコンブロック上に、半導体レーザチップ
とＳＨＧ素子を紫外線硬化樹脂を用いて固定した。

さらに半導体レーザの上下面の電極にワイヤをボンディ
ングして、駆動電力を供給できるようにした。

（２）　　このようにして半導体レーザとＳＨＧ素子を
一体化した後、図１のように金属製の気密封止パッケー
ジの中に入れ、外部ピンとワイヤを電気的ムこ接続して
外部ピンにより動作電力を供給できる体レーザからの出
力が７５．０ｍＷとなる動作電圧を加えた時、ガラス窓
から出射する第２高調波の出力は、２．５ｍＷ、また半
導体レーザの出力は、０．０２ｍＷとなり、第２高調波
を効率良く取り出すことができた。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、これまで半導体レーザで
は発振していなかった短波長領域のレーザ光を容易に得
ることができ、産業上極めて有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明により得られる半導体レーザ装置の模
式図である。 １　波長選択性フィルター ２−封止キャンプ ３−３　ＨＧデバイス ４＝固定ヘース ５−半導体レーザチ・７ブ ６−ヒートシンク ７　ベース リードピン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、同一パッケージ内に、半導体レーザ素子と、導波路
   構造を有する第２高調波発生素子が封入されてなり、 前記半導体レーザ素子から発せられるレーザ光が、前記
   第２高調波発生素子の導波路に入射されるよう前記半導
   体レーザ素子と前記第２高調波発生素子がカップリング
   され、 かつ、前記パッケージには、第２高調波光をパッケージ
   の外へ出射するための窓が設けられてなることを特徴と
   する半導体レーザ装置。 ２、前記第２高調波発生素子は、基板上に薄膜導波層が
   形成されてなる第２高調波発生素子であって、基本波レ
   ーザー光波長（λμｍ）、薄膜導波層の膜厚（Ｔμｍ）
   、基本波レーザー光波長（λμｍ）における基板の常光
   屈折率（ｎ＿Ｏ＿Ｓ＿１）、基本波レーザー光波長（λ
   μｍ）における薄膜導波層の常光屈折率（ｎ＿Ｏ＿Ｆ＿
   １）、第２高調波波長（λμｍ／２）における基板の異
   常光屈折率（ｎ＿■＿Ｓ＿２）および第２高調波波長（
   λμｍ／２）における薄膜導波層の異常光屈折率（ｎ＿
   ■＿Ｆ＿２）が、（ｎ＿Ｏ＿Ｆ＿１−ｎ＿Ｏ＿Ｓ＿１）
   ／（ｎ＿■＿Ｆ＿２−ｎ＿■＿Ｓ＿２）＞２の場合、０
   ．０２≦（λ＋０．１）Ｎ＿１／λ＾３Ｔ≦６．０…（
   Ａ）あるいは、 （ｎ＿Ｏ＿Ｆ＿１−ｎ＿Ｏ＿Ｓ＿１）／（ｎ＿■＿Ｆ＿
   ２−ｎ＿■＿Ｓ＿２）≦２の場合、０．０５≦（λ＋０
   ．１）Ｎ＿２／λ＾３Ｔ≦５．０…（Ｂ）のいずれかの
   関係式で表される請求項１に記載の第２高調波発生素子
   。 ただし、上記式（Ａ）中のＮ＿１は、 Ｎ＿１＝（ｎ＿■＿Ｆ＿２−ｎ＿■＿Ｓ＿２）／（ｎ＿
   Ｏ＿Ｆ＿１−ｎ＿■＿Ｓ＿２）であり、また、上記式（
   Ｂ）中のＮ＿２は、 Ｎ＿２＝（ｎ＿■＿Ｆ＿２−ｎ＿■＿Ｓ＿２）／（ｎ＿
   Ｏ＿Ｆ＿１−ｎ＿Ｏ＿Ｓ＿１）である。 ３、前記第２高調波光をパッケージの外へ出射するため
   の窓には、波長選択性のフィルターが設けられてなる請
   求項１に記載の半導体レーザ装置。 ４、前記パッケージ内には窒素ガスが封入されてなる請
   求項１に記載の半導体レーザ装置。