JPH09275242A - 半導体ｓｈｇレーザー装置 - Google Patents
半導体ｓｈｇレーザー装置Info
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- JPH09275242A JPH09275242A JP8275696A JP8275696A JPH09275242A JP H09275242 A JPH09275242 A JP H09275242A JP 8275696 A JP8275696 A JP 8275696A JP 8275696 A JP8275696 A JP 8275696A JP H09275242 A JPH09275242 A JP H09275242A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 効率良く短波長の光を出力することができ、
しかも小型化を達成することができる半導体ＳＨＧレー
ザー装置を提供する。 【解決手段】 ＧａＡｓ基板１の上に、多層反射鏡層２
を積層し、この多層反射鏡層２の上に光を発生する活性
層３を積層し、この活性層３の上に多層反射鏡層４を積
層して第１および多層反射鏡層４と光を発生する活性層
３とでレーザー共振器を構成している。また、レーザー
共振器から出射するレーザー光の波長の２分の１の波長
の光に対して吸収がなくレーザー光をレーザー光の波長
の２分の１の波長の光に変換する疑似位相整合層７を多
層反射鏡層４の上に積層している。さらに、レーザー共
振器から出射するレーザー光の波長の２分の１の波長の
光に対して吸収がなくレーザー光を反射する多層反射鏡
層８を疑似位相整合層７の上に積層している。
しかも小型化を達成することができる半導体ＳＨＧレー
ザー装置を提供する。 【解決手段】 ＧａＡｓ基板１の上に、多層反射鏡層２
を積層し、この多層反射鏡層２の上に光を発生する活性
層３を積層し、この活性層３の上に多層反射鏡層４を積
層して第１および多層反射鏡層４と光を発生する活性層
３とでレーザー共振器を構成している。また、レーザー
共振器から出射するレーザー光の波長の２分の１の波長
の光に対して吸収がなくレーザー光をレーザー光の波長
の２分の１の波長の光に変換する疑似位相整合層７を多
層反射鏡層４の上に積層している。さらに、レーザー共
振器から出射するレーザー光の波長の２分の１の波長の
光に対して吸収がなくレーザー光を反射する多層反射鏡
層８を疑似位相整合層７の上に積層している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高密度光ディスク
等の光情報処理装置や分析装置用の紫外レーザー光源に
用いられる半導体ＳＨＧレーザー装置に関するものであ
る。
等の光情報処理装置や分析装置用の紫外レーザー光源に
用いられる半導体ＳＨＧレーザー装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体レーザー装置は、コンパク
トディスク（ＣＤ）等の光ディスクの光源に広く用いら
れている。光ディスクからデータを読み取るのみのＣＤ
やコンピュータ用のＣＤ−ＲＯＭに用いられる半導体レ
ーザー装置は、現在７８０ｎｍの波長のレーザー光が得
られるＧａＡｌＡｓを材料としている。光ディスクの記
録密度を高めるには、レーザー光の波長を短くして集光
できる光スポット径を小さくする必要がある。そのた
め、半導体レーザー装置の発振波長を短くする努力が続
けられてきた。
トディスク（ＣＤ）等の光ディスクの光源に広く用いら
れている。光ディスクからデータを読み取るのみのＣＤ
やコンピュータ用のＣＤ−ＲＯＭに用いられる半導体レ
ーザー装置は、現在７８０ｎｍの波長のレーザー光が得
られるＧａＡｌＡｓを材料としている。光ディスクの記
録密度を高めるには、レーザー光の波長を短くして集光
できる光スポット径を小さくする必要がある。そのた
め、半導体レーザー装置の発振波長を短くする努力が続
けられてきた。
【０００３】現在、ＩｎＧａＰ（組成は例えばＩｎ0.5
Ｇａ0.5 Ｐ）を材料に用いて６３５ｎｍから６８０ｎｍ
の波長の赤色半導体レーザー装置が実用域に達し、また
ＺｎＭｇＳＳｅにより５００ｎｍの波長の青緑半導体レ
ーザー装置の発振に成功している。青色から紫色の領域
ではＩｎＧａＡｌＮが有望な材料として研究がなされて
いる。しかしながら、紫外域で発振可能な半導体レーザ
ー材料は現在のところ見い出されていない。
Ｇａ0.5 Ｐ）を材料に用いて６３５ｎｍから６８０ｎｍ
の波長の赤色半導体レーザー装置が実用域に達し、また
ＺｎＭｇＳＳｅにより５００ｎｍの波長の青緑半導体レ
ーザー装置の発振に成功している。青色から紫色の領域
ではＩｎＧａＡｌＮが有望な材料として研究がなされて
いる。しかしながら、紫外域で発振可能な半導体レーザ
ー材料は現在のところ見い出されていない。
【０００４】一方、短波長レーザー光を得る方法に、第
２高調波発生（ＳＨＧ）を用いてレーザー光の波長を２
分の１にする方法がある。この方法では、波長７８０ｎ
ｍのＧａＡｌＡｓレーザー装置から３９０ｎｍの紫外レ
ーザー光が得られ、波長６５０ｎｍのＩｎＧａＰレーザ
ー装置からは３２５ｎｍのレーザー光が得られることに
なる。
２高調波発生（ＳＨＧ）を用いてレーザー光の波長を２
分の１にする方法がある。この方法では、波長７８０ｎ
ｍのＧａＡｌＡｓレーザー装置から３９０ｎｍの紫外レ
ーザー光が得られ、波長６５０ｎｍのＩｎＧａＰレーザ
ー装置からは３２５ｎｍのレーザー光が得られることに
なる。
【０００５】ＳＨＧによって効率良く波長を２分の１に
するには、非線形光学定数の大きい材料を用いること
と、基本波と第２高調波の位相が材料中で一致している
ことが重要である。後者は位相整合と呼ばれており、基
本波のエネルギーが効率良く高調波に変換されるが、一
般には材料中で基本波と第２高調波の屈折率が異なるた
めに位相整合が満たされない。そのために様々な試みが
採られているが、図３（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏ
ｌ．３３，Ｌ１４５６，１９９４）に示す多層構造によ
る疑似位相整合が、様々な材料に対して適用できる有用
な方法である。この方法は、高調波のパワーは結晶中で
一定距離進むたびに増加と減少を交互に繰り返すため
に、この距離毎に非線形分極の向きを高調波の電場が増
大する方向にすることによって、基本波から高調波へ連
続してエネルギーを変換できるようにする方法である。
するには、非線形光学定数の大きい材料を用いること
と、基本波と第２高調波の位相が材料中で一致している
ことが重要である。後者は位相整合と呼ばれており、基
本波のエネルギーが効率良く高調波に変換されるが、一
般には材料中で基本波と第２高調波の屈折率が異なるた
めに位相整合が満たされない。そのために様々な試みが
採られているが、図３（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏ
ｌ．３３，Ｌ１４５６，１９９４）に示す多層構造によ
る疑似位相整合が、様々な材料に対して適用できる有用
な方法である。この方法は、高調波のパワーは結晶中で
一定距離進むたびに増加と減少を交互に繰り返すため
に、この距離毎に非線形分極の向きを高調波の電場が増
大する方向にすることによって、基本波から高調波へ連
続してエネルギーを変換できるようにする方法である。
【０００６】図３に示すＳＨＧ装置は、基板１１の上に
疑似位相整合層１２を積層し、疑似位相整合層１２の上
に多層反射鏡層１３を積層し、基板１１の裏面に疑似位
相整合層１２に臨む開口を設け、この開口内に多層反射
鏡層１４を形成したものである。このＳＨＧ装置では、
外部のレーザー光源（図示せず）から多層反射鏡層１４
へ向けて基本波レーザー光（波長λ）を入射させ、多層
反射鏡１３と多層反射鏡１４から構成される共振器内に
基本波レーザー光を閉じ込め、多層反射鏡１３，１４間
に存在する疑似位相整合層１２における多層構造による
疑似位相整合を利用して第２高調波光（波長λ／２）を
多層反射鏡１３の側から外部に取り出すようになってい
る。
疑似位相整合層１２を積層し、疑似位相整合層１２の上
に多層反射鏡層１３を積層し、基板１１の裏面に疑似位
相整合層１２に臨む開口を設け、この開口内に多層反射
鏡層１４を形成したものである。このＳＨＧ装置では、
外部のレーザー光源（図示せず）から多層反射鏡層１４
へ向けて基本波レーザー光（波長λ）を入射させ、多層
反射鏡１３と多層反射鏡１４から構成される共振器内に
基本波レーザー光を閉じ込め、多層反射鏡１３，１４間
に存在する疑似位相整合層１２における多層構造による
疑似位相整合を利用して第２高調波光（波長λ／２）を
多層反射鏡１３の側から外部に取り出すようになってい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３の
ＳＨＧ装置と基本波光源として実用上優れている半導体
レーザー装置とは別に作成されていたので、光ピックア
ップや分析用光源として用いる場合に、基本波光を発す
る半導体レーザー装置とＳＨＧ装置を一つに組み立てる
ことが必要となるが、半導体レーザー装置とＳＨＧ装置
を組み合わせたものを一つの短波長光源として見たとき
に、半導体レーザー装置と比べてどうしても大型化する
という問題があった。また、効率良く第２高調波光を発
生させるためには、半導体レーザー装置とＳＨＧ装置を
精度よく位置決めすることが必要であるが、この位置決
めは容易でなかった。
ＳＨＧ装置と基本波光源として実用上優れている半導体
レーザー装置とは別に作成されていたので、光ピックア
ップや分析用光源として用いる場合に、基本波光を発す
る半導体レーザー装置とＳＨＧ装置を一つに組み立てる
ことが必要となるが、半導体レーザー装置とＳＨＧ装置
を組み合わせたものを一つの短波長光源として見たとき
に、半導体レーザー装置と比べてどうしても大型化する
という問題があった。また、効率良く第２高調波光を発
生させるためには、半導体レーザー装置とＳＨＧ装置を
精度よく位置決めすることが必要であるが、この位置決
めは容易でなかった。
【０００８】半導体レーザー装置とＳＨＧ装置を組み合
わせたものを一つの短波長光源として見たときに、全体
として小型化し、または両者の高精度の位置決めを行う
には、両者を一つの基板上に一体的に集積するのが好ま
しいと考えられる。したがって、この発明の目的は、効
率良く短波長の光を出力することができ、しかも小型化
を達成することができる半導体ＳＨＧレーザー装置を提
供することである。
わせたものを一つの短波長光源として見たときに、全体
として小型化し、または両者の高精度の位置決めを行う
には、両者を一つの基板上に一体的に集積するのが好ま
しいと考えられる。したがって、この発明の目的は、効
率良く短波長の光を出力することができ、しかも小型化
を達成することができる半導体ＳＨＧレーザー装置を提
供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明のＳＨＧ装置では半導体レーザー装置と多層
構造による疑似位相整合層を同一基板上に集積して半導
体ＳＨＧレーザー装置を構成している。すなわち、請求
項１記載の半導体ＳＨＧレーザー装置は、半導体基板の
上に、屈折率の異なる２種類の半導体薄層の多層積層構
造からなる第１の反射鏡層を積層し、この第１の反射鏡
層の上に光を発生する半導体層を積層し、この半導体層
の上に屈折率の異なる２種類の半導体薄層の多層積層構
造からなる第２の反射鏡層を積層して第１および第２の
反射鏡層と光を発生する半導体層とでレーザー共振器を
構成している。また、レーザー共振器から出射するレー
ザー光の波長の２分の１の波長の光に対して吸収のない
屈折率の異なる２種類の半導体薄層の多層積層構造から
なりレーザー光をレーザー光の波長の２分の１の波長の
光に変換する波長変換層を第２の反射鏡層の上に積層し
ている。さらに、レーザー共振器から出射するレーザー
光の波長の２分の１の波長の光に対して吸収のない屈折
率の異なる２種類の半導体薄層の多層積層構造からなり
レーザー光を反射する第３の反射鏡層を波長変換層の上
に積層している。
に、本発明のＳＨＧ装置では半導体レーザー装置と多層
構造による疑似位相整合層を同一基板上に集積して半導
体ＳＨＧレーザー装置を構成している。すなわち、請求
項１記載の半導体ＳＨＧレーザー装置は、半導体基板の
上に、屈折率の異なる２種類の半導体薄層の多層積層構
造からなる第１の反射鏡層を積層し、この第１の反射鏡
層の上に光を発生する半導体層を積層し、この半導体層
の上に屈折率の異なる２種類の半導体薄層の多層積層構
造からなる第２の反射鏡層を積層して第１および第２の
反射鏡層と光を発生する半導体層とでレーザー共振器を
構成している。また、レーザー共振器から出射するレー
ザー光の波長の２分の１の波長の光に対して吸収のない
屈折率の異なる２種類の半導体薄層の多層積層構造から
なりレーザー光をレーザー光の波長の２分の１の波長の
光に変換する波長変換層を第２の反射鏡層の上に積層し
ている。さらに、レーザー共振器から出射するレーザー
光の波長の２分の１の波長の光に対して吸収のない屈折
率の異なる２種類の半導体薄層の多層積層構造からなり
レーザー光を反射する第３の反射鏡層を波長変換層の上
に積層している。
【００１０】この構成によると、レーザー共振器と波長
変換層とを一体的に積層形成しているので、小型化でき
るとともに、両者を精度よく位置決めすることができ、
効率良く第２高調波光を出力させることができ、したが
って短波長の光を効率よく出力させることができる。請
求項２記載の半導体ＳＨＧレーザー装置は、請求項１記
載の半導体ＳＨＧレーザー装置において、第２の反射鏡
層を省き、第１および第３の反射鏡層と光を発生する半
導体層とでレーザー共振器を構成している。
変換層とを一体的に積層形成しているので、小型化でき
るとともに、両者を精度よく位置決めすることができ、
効率良く第２高調波光を出力させることができ、したが
って短波長の光を効率よく出力させることができる。請
求項２記載の半導体ＳＨＧレーザー装置は、請求項１記
載の半導体ＳＨＧレーザー装置において、第２の反射鏡
層を省き、第１および第３の反射鏡層と光を発生する半
導体層とでレーザー共振器を構成している。
【００１１】この構成によると、レーザー共振器と波長
変換層とを一体的に積層形成しているので、小型化でき
るとともに、両者を精度よく位置決めすることができ、
効率良く第２高調波光を出力させることができる。しか
も、レーザー共振器内に波長変換層があるので、レーザ
ー共振器内に存在する多量のレーザー光を波長変換層に
与えることができ、いっそう効率よく第２高調波光を出
力させることが可能となり、短波長の光を効率よく出力
させることができる。
変換層とを一体的に積層形成しているので、小型化でき
るとともに、両者を精度よく位置決めすることができ、
効率良く第２高調波光を出力させることができる。しか
も、レーザー共振器内に波長変換層があるので、レーザ
ー共振器内に存在する多量のレーザー光を波長変換層に
与えることができ、いっそう効率よく第２高調波光を出
力させることが可能となり、短波長の光を効率よく出力
させることができる。
【００１２】上記の半導体ＳＨＧレーザー装置において
は、半導体基板ＧａＡｓからなり、第１および第２の反
射鏡層がＡｌＡｓ層とＧａＡｌＡｓ層の多層膜より構成
され、光を発する半導体層がＧａＡｌＡｓの単層または
ＩｎＧａＡｌＰの単層あるいは複数のＧａＡｌＡｓ層ま
たは複数のＩｎＧａＡｌＰ層からなる半導体薄層より構
成され、波長変換層と第３の反射鏡層がＺｎＳ層とＺｎ
ＭｇＳＳｅ層の多層膜より構成される。
は、半導体基板ＧａＡｓからなり、第１および第２の反
射鏡層がＡｌＡｓ層とＧａＡｌＡｓ層の多層膜より構成
され、光を発する半導体層がＧａＡｌＡｓの単層または
ＩｎＧａＡｌＰの単層あるいは複数のＧａＡｌＡｓ層ま
たは複数のＩｎＧａＡｌＰ層からなる半導体薄層より構
成され、波長変換層と第３の反射鏡層がＺｎＳ層とＺｎ
ＭｇＳＳｅ層の多層膜より構成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１を用いて説明する。図１（ａ）に本発明の半導
体ＳＨＧレーザー装置の斜視図を示し、同図（ｂ）は同
じく断面図を示す。この半導体ＳＨＧレーザー装置は、
ＧａＡｓ基板１上にＡｌＡｓ層とＡｌＡｓ混晶比８０％
のＧａＡｌＡｓ層とを各々４分の１波長膜厚（λ／（４
ｎ），λ：真空中での波長、ｎ：屈折率）ずつ交互に積
層した構造の円板形の多層反射鏡層２を積層している。
多層反射鏡層２のＡｌＡｓ層とＧａＡｌＡｓ層はペアで
２０対積層されており、基本波に対する反射率は９０％
以上となる。この多層反射鏡層２の上には、ＡｌＡｓ混
晶比１５％のＧａＡｌＡｓからなる単層の円板形の活性
層（膜厚１μｍ）３を積層し、さらのその上に多層反射
鏡層２と同じ構造の円板形の多層反射鏡層４を積層して
いる。そして、多層反射鏡層２と活性層３と多層反射鏡
層４とでレーザー共振器、つまり面発光型の半導体レー
ザー発振器が構成される。なお、活性層３の直径は多層
反射鏡層２，４の直径に比べて小さくして電流を集中さ
せるようにしている。
て、図１を用いて説明する。図１（ａ）に本発明の半導
体ＳＨＧレーザー装置の斜視図を示し、同図（ｂ）は同
じく断面図を示す。この半導体ＳＨＧレーザー装置は、
ＧａＡｓ基板１上にＡｌＡｓ層とＡｌＡｓ混晶比８０％
のＧａＡｌＡｓ層とを各々４分の１波長膜厚（λ／（４
ｎ），λ：真空中での波長、ｎ：屈折率）ずつ交互に積
層した構造の円板形の多層反射鏡層２を積層している。
多層反射鏡層２のＡｌＡｓ層とＧａＡｌＡｓ層はペアで
２０対積層されており、基本波に対する反射率は９０％
以上となる。この多層反射鏡層２の上には、ＡｌＡｓ混
晶比１５％のＧａＡｌＡｓからなる単層の円板形の活性
層（膜厚１μｍ）３を積層し、さらのその上に多層反射
鏡層２と同じ構造の円板形の多層反射鏡層４を積層して
いる。そして、多層反射鏡層２と活性層３と多層反射鏡
層４とでレーザー共振器、つまり面発光型の半導体レー
ザー発振器が構成される。なお、活性層３の直径は多層
反射鏡層２，４の直径に比べて小さくして電流を集中さ
せるようにしている。
【００１４】活性層３に、上記のようにＡｌＡｓ混晶比
１５％のＧａＡｌＡｓを用いると、発振波長は７８０ｎ
ｍとなる。これに代えてＧａＰ混晶比５０％のＧａＩｎ
Ｐを用いると、発振波長は６５０ｎｍとなる。また、活
性層３として、ＧａＡｌＡｓ層の多層構造（膜厚が５〜
１０ｎｍ程度の薄層を多数重ねた多重量子井戸層）を用
いると、発振波長は７５０ｎｍとなり、ＩｎＧａＡｌＰ
層の多層構造（膜厚が５〜１０ｎｍ程度の薄層を多数重
ねた多重量子井戸層）を用いると、発振波長は６１０ｎ
ｍとなる。
１５％のＧａＡｌＡｓを用いると、発振波長は７８０ｎ
ｍとなる。これに代えてＧａＰ混晶比５０％のＧａＩｎ
Ｐを用いると、発振波長は６５０ｎｍとなる。また、活
性層３として、ＧａＡｌＡｓ層の多層構造（膜厚が５〜
１０ｎｍ程度の薄層を多数重ねた多重量子井戸層）を用
いると、発振波長は７５０ｎｍとなり、ＩｎＧａＡｌＰ
層の多層構造（膜厚が５〜１０ｎｍ程度の薄層を多数重
ねた多重量子井戸層）を用いると、発振波長は６１０ｎ
ｍとなる。
【００１５】上記の活性層３として使用可能な材料とし
ては、Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ系では、ｘ＝０〜０．４５
（直接遷移型バンド構造の範囲）で、Ｉｎx Ｇａ1-x-y
ＡｌyＰ系では、ＧａＡｓと格子整合をとるため、ｘ＝
０．５で、ｙ＝０〜０．３の範囲となる。また、ＧａＡ
ｌＡｓ層の多層構造としては、例えば、Ｇａ0.7 Ａｌ0.
3 ＡｓとＧａ0.9 Ａｌ0.1 Ａｓの多層構造が、また、Ｉ
ｎＧａＡｌＰ層の多層構造としては、例えば、Ｉｎ0.5
Ｇａ0.2 Ａｌ0.3 ＰとＩｎ0.5 Ｇａ0.4 Ａｌ0.1Ｐと多
層構造が使用される。
ては、Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓ系では、ｘ＝０〜０．４５
（直接遷移型バンド構造の範囲）で、Ｉｎx Ｇａ1-x-y
ＡｌyＰ系では、ＧａＡｓと格子整合をとるため、ｘ＝
０．５で、ｙ＝０〜０．３の範囲となる。また、ＧａＡ
ｌＡｓ層の多層構造としては、例えば、Ｇａ0.7 Ａｌ0.
3 ＡｓとＧａ0.9 Ａｌ0.1 Ａｓの多層構造が、また、Ｉ
ｎＧａＡｌＰ層の多層構造としては、例えば、Ｉｎ0.5
Ｇａ0.2 Ａｌ0.3 ＰとＩｎ0.5 Ｇａ0.4 Ａｌ0.1Ｐと多
層構造が使用される。
【００１６】多層反射鏡層４の上にはコンタクト層５が
積層されているが、このコンタクト層５は活性層３に電
流を流すための電極１０を形成するための層で、基本波
である半導体レーザー光を吸収しないようにエネルギー
ギャップの大きいＺｎＳｅを用いる。なお、ＧａＡｓ基
板１の裏面にも電極９が設けられており、電極９，１０
間に電圧が印加されて、活性層３に通電されることにな
る。
積層されているが、このコンタクト層５は活性層３に電
流を流すための電極１０を形成するための層で、基本波
である半導体レーザー光を吸収しないようにエネルギー
ギャップの大きいＺｎＳｅを用いる。なお、ＧａＡｓ基
板１の裏面にも電極９が設けられており、電極９，１０
間に電圧が印加されて、活性層３に通電されることにな
る。
【００１７】コンタクト層５の上の中央部分には、波長
変換を行うための円板形の疑似位相整合層７が積層さ
れ、さらにその上に円板形の多層反射鏡層８が積層され
ており、これらの直径は活性層３と同程度に設定されて
いて、電極１０は疑似位相整合層７を囲むようにリング
状にコンタクト層５の上に形成されている。上記の多層
反射鏡層２と活性層３と多層反射鏡層４からなるレーザ
ー共振器から出た半導体レーザー光は、コンタクト層５
を通して疑似位相整合層７の方に入射し、多層反射鏡層
８により基本波レーザー光は疑似位相整合層７に閉じ込
められ、ここで高い変換効率で第２高調波光（基本波の
２分の１の波長）に変換される。そして、変換された第
２高調波光は多層反射鏡層８を通じて外部へ出射され
る。
変換を行うための円板形の疑似位相整合層７が積層さ
れ、さらにその上に円板形の多層反射鏡層８が積層され
ており、これらの直径は活性層３と同程度に設定されて
いて、電極１０は疑似位相整合層７を囲むようにリング
状にコンタクト層５の上に形成されている。上記の多層
反射鏡層２と活性層３と多層反射鏡層４からなるレーザ
ー共振器から出た半導体レーザー光は、コンタクト層５
を通して疑似位相整合層７の方に入射し、多層反射鏡層
８により基本波レーザー光は疑似位相整合層７に閉じ込
められ、ここで高い変換効率で第２高調波光（基本波の
２分の１の波長）に変換される。そして、変換された第
２高調波光は多層反射鏡層８を通じて外部へ出射され
る。
【００１８】多層反射鏡層８は、ＺｎＳ層とＭｇとＺｎ
とＳとＳｅの比率がそれぞれ１：１：１：１のＺｎＭｇ
ＳＳｅ層とを各々４分の１波長膜厚ずつ交互に２０対積
層したものから構成されていて、基本波に対する反射率
は９５％となる。また、疑似位相整合層７は、多層反射
鏡層８と同様のＺｎＳ層とＺｎＭｇＳＳｅ層とを交互に
５０対積層したものから構成されており、各々の膜厚は
２分の１波長膜厚（λ／（２ｎ），λ：真空中での波
長、ｎ：屈折率）となっており、疑似位相整合により効
率良く基本波レーザー光を第２高調波光に変換する。
とＳとＳｅの比率がそれぞれ１：１：１：１のＺｎＭｇ
ＳＳｅ層とを各々４分の１波長膜厚ずつ交互に２０対積
層したものから構成されていて、基本波に対する反射率
は９５％となる。また、疑似位相整合層７は、多層反射
鏡層８と同様のＺｎＳ層とＺｎＭｇＳＳｅ層とを交互に
５０対積層したものから構成されており、各々の膜厚は
２分の１波長膜厚（λ／（２ｎ），λ：真空中での波
長、ｎ：屈折率）となっており、疑似位相整合により効
率良く基本波レーザー光を第２高調波光に変換する。
【００１９】上記疑似位相整合層７と多層反射鏡層８と
に用いるＺｎＳとＺｎＭｇＳＳｅとは、７８０ｎｍの半
分の波長である３９０ｎｍの光および６５０ｎｍの半分
の波長である３２５ｎｍの光に対して吸収がないエネル
ギーギャップになっており、高い第２高調波光への変換
効率が得られる。図２に本発明の実施の形態における半
導体ＳＨＧレーザー装置の作製工程図を示し、同図に参
照しながら作製工程を説明する。まず、ＧａＡｓ基板１
上に分子線エピタキシー（ＭＢＥ）成長法により多層反
射鏡層２から多層反射鏡層８までの多層エピタキシャル
薄膜を成長させる（図２（ａ））。
に用いるＺｎＳとＺｎＭｇＳＳｅとは、７８０ｎｍの半
分の波長である３９０ｎｍの光および６５０ｎｍの半分
の波長である３２５ｎｍの光に対して吸収がないエネル
ギーギャップになっており、高い第２高調波光への変換
効率が得られる。図２に本発明の実施の形態における半
導体ＳＨＧレーザー装置の作製工程図を示し、同図に参
照しながら作製工程を説明する。まず、ＧａＡｓ基板１
上に分子線エピタキシー（ＭＢＥ）成長法により多層反
射鏡層２から多層反射鏡層８までの多層エピタキシャル
薄膜を成長させる（図２（ａ））。
【００２０】つぎに、ホトリソグラフィにより円形のレ
ジスト膜６を形成し、多層反射鏡層８および疑似位相整
合層７をエッチングすることにより、多層反射鏡層８お
よび疑似位相整合層７を円形に残し、その周囲の多層反
射鏡層８および疑似位相整合層７を除去してコンタクト
層５の表面を露出させる（図２（ｂ））。つぎに、ホト
リソグラフィと蒸着により、円形に残った疑似位相整合
層７を囲むように、コンタクト層５の上にリング状の電
極１０を形成する（図２（ｃ））。
ジスト膜６を形成し、多層反射鏡層８および疑似位相整
合層７をエッチングすることにより、多層反射鏡層８お
よび疑似位相整合層７を円形に残し、その周囲の多層反
射鏡層８および疑似位相整合層７を除去してコンタクト
層５の表面を露出させる（図２（ｂ））。つぎに、ホト
リソグラフィと蒸着により、円形に残った疑似位相整合
層７を囲むように、コンタクト層５の上にリング状の電
極１０を形成する（図２（ｃ））。
【００２１】つぎに、再びコンタクト層５から多層反射
鏡層２までの各層をエッチングすることにより、コンタ
クト層５から多層反射鏡層２までの各層を円形に残し、
その周囲のコンタクト層５から多層反射鏡層２までの各
層を除去する（図２（ｄ））。つぎに、選択性のあるエ
ッチング液で活性層３のみを部分的に除去して、活性層
３の直径を多層反射鏡２，４の直径より小さくする（図
２（ｅ））。このようにする理由は、活性層３の直径を
１０μｍと小さくすることによって、電流密度を高くし
てレーザー発振のしきい電流密度を下げるためと、光の
モードを基本モードにするためである。
鏡層２までの各層をエッチングすることにより、コンタ
クト層５から多層反射鏡層２までの各層を円形に残し、
その周囲のコンタクト層５から多層反射鏡層２までの各
層を除去する（図２（ｄ））。つぎに、選択性のあるエ
ッチング液で活性層３のみを部分的に除去して、活性層
３の直径を多層反射鏡２，４の直径より小さくする（図
２（ｅ））。このようにする理由は、活性層３の直径を
１０μｍと小さくすることによって、電流密度を高くし
てレーザー発振のしきい電流密度を下げるためと、光の
モードを基本モードにするためである。
【００２２】最後に、ＧａＡｓ基板１の裏面に電極９を
形成する（図２（ｆ））。図４に本発明の実施の形態に
おける半導体ＳＨＧレーザー装置の電流−光出力特性図
を示す。この半導体ＳＨＧレーザー装置では、５０ｍＡ
の電流に対して波長３９０ｎｍで光出力３ｍＷの紫外レ
ーザー光が得られていることがわかる。この実施の形態
によれば、多層反射鏡層２，活性層３および多層反射鏡
層３からなるレーザー共振器と疑似位相整合層７とを一
体的に積層形成しているので、半導体ＳＨＧレーザー装
置を小型化できるとともに、レーザー共振器と疑似位相
整合層７とを精度よく位置決めすることができ、効率良
く第２高調波光を出力させることができ、したがって短
波長の光を効率よく出力させることができる。
形成する（図２（ｆ））。図４に本発明の実施の形態に
おける半導体ＳＨＧレーザー装置の電流−光出力特性図
を示す。この半導体ＳＨＧレーザー装置では、５０ｍＡ
の電流に対して波長３９０ｎｍで光出力３ｍＷの紫外レ
ーザー光が得られていることがわかる。この実施の形態
によれば、多層反射鏡層２，活性層３および多層反射鏡
層３からなるレーザー共振器と疑似位相整合層７とを一
体的に積層形成しているので、半導体ＳＨＧレーザー装
置を小型化できるとともに、レーザー共振器と疑似位相
整合層７とを精度よく位置決めすることができ、効率良
く第２高調波光を出力させることができ、したがって短
波長の光を効率よく出力させることができる。
【００２３】なお、上記実施の形態では、レーザー光の
共振器を多層反射鏡層２と活性層３多層反射鏡層４とで
構成したが、多層反射鏡層４を省き、多層反射鏡層８の
レーザー光の波長に対する反射率を高くし、多層反射鏡
層２と活性層３と多層反射鏡層８とでレーザー共振器を
構成しても、上記の実施の形態と同様の機能を実現でき
る。なお、多層反射鏡層８のレーザー光の波長に対する
反射率は８０％以上とし、高ければ高いほどよい。
共振器を多層反射鏡層２と活性層３多層反射鏡層４とで
構成したが、多層反射鏡層４を省き、多層反射鏡層８の
レーザー光の波長に対する反射率を高くし、多層反射鏡
層２と活性層３と多層反射鏡層８とでレーザー共振器を
構成しても、上記の実施の形態と同様の機能を実現でき
る。なお、多層反射鏡層８のレーザー光の波長に対する
反射率は８０％以上とし、高ければ高いほどよい。
【００２４】このように構成すると、上記実施の形態と
同様の効果を奏する上、レーザー共振の中に疑似位相整
合層があるので、レーザー共振器内に存在する多量のレ
ーザー光を疑似位相整合層に与えることができ、いっそ
う効率よく第２高調波光を出力させることが可能とな
り、短波長の光を効率よく出力させることができる。
同様の効果を奏する上、レーザー共振の中に疑似位相整
合層があるので、レーザー共振器内に存在する多量のレ
ーザー光を疑似位相整合層に与えることができ、いっそ
う効率よく第２高調波光を出力させることが可能とな
り、短波長の光を効率よく出力させることができる。
【００２５】
【発明の効果】以上のように、本発明の半導体ＳＨＧレ
ーザー装置によれば、レーザー共振器と波長変換層とが
一体的に積層形成されているので、効率良く紫外レーザ
ー光等の短波長の光を出力させることができ、しかも小
型化が可能で、光ピックアップの小型化や分析用小型光
源として応用上大きな効果を奏する。
ーザー装置によれば、レーザー共振器と波長変換層とが
一体的に積層形成されているので、効率良く紫外レーザ
ー光等の短波長の光を出力させることができ、しかも小
型化が可能で、光ピックアップの小型化や分析用小型光
源として応用上大きな効果を奏する。
【図１】（ａ）本発明の実施の形態における半導体ＳＨ
Ｇレーザー装置の構造を示す斜視図、（ｂ）は同じく断
面図である。
Ｇレーザー装置の構造を示す斜視図、（ｂ）は同じく断
面図である。
【図２】本発明の半導体ＳＨＧレーザー装置の作製工程
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図３】従来のＳＨＧ素子の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の半導体ＳＨＧレーザー装置の電流−光
出力特性を示す特性図である。
出力特性を示す特性図である。
１ ＧａＡｓ基板 ２ 多層反射鏡層 ３ 活性層 ４ 多層反射鏡層 ５ コンタクト層 ６ レジスト膜 ７ 疑似位相整合層 ８ 多層反射鏡層 ９ 電極 １０ 電極 １１ 基板 １２ 疑似位相整合層（波長変換層） １３ 多層反射鏡層 １４ 多層反射鏡層
Claims (8)
- 【請求項１】 半導体基板の上に、屈折率の異なる２種
類の半導体薄層の多層積層構造からなる第１の反射鏡層
を積層し、この第１の反射鏡層の上に光を発生する半導
体層を積層し、この半導体層の上に屈折率の異なる２種
類の半導体薄層の多層積層構造からなる第２の反射鏡層
を積層して前記第１および第２の反射鏡層と前記光を発
生する半導体層とでレーザー共振器を構成し、 前記レーザー共振器から出射するレーザー光の波長の２
分の１の波長の光に対して吸収のない屈折率の異なる２
種類の半導体薄層の多層積層構造からなり前記レーザー
光を前記レーザー光の波長の２分の１の波長の光に変換
する波長変換層を前記第２の反射鏡層の上に積層し、 前記レーザー共振器から出射するレーザー光の波長の２
分の１の波長の光に対して吸収のない屈折率の異なる２
種類の半導体薄層の多層積層構造からなり前記レーザー
光を反射する第３の反射鏡層を前記波長変換層の上に積
層したことを特徴とする半導体ＳＨＧレーザー装置。 - 【請求項２】 第２の反射鏡層を省き、第１および第３
の反射鏡層と光を発生する半導体層とでレーザー共振器
を構成したことを特徴とする請求項１記載の半導体ＳＨ
Ｇレーザー装置。 - 【請求項３】 半導体基板がＧａＡｓからなり、第１お
よび第２の反射鏡層がＡｌＡｓ層とＧａＡｌＡｓ層の多
層膜より構成され、光を発する半導体層がＧａＡｌＡｓ
より構成され、波長変換層と第３の反射鏡層がＺｎＳ層
とＺｎＭｇＳＳｅ層の多層膜より構成されていることを
特徴とする請求項１記載の半導体ＳＨＧレーザー装置。 - 【請求項４】 半導体基板がＧａＡｓからなり、第１お
よび第２の反射鏡層がＡｌＡｓ層とＧａＡｌＡｓ層の多
層膜より構成され、光を発する半導体層がＩｎＧａＡｌ
Ｐより構成され、波長変換層と第３の反射鏡層がＺｎＳ
層とＺｎＭｇＳＳｅ層の多層膜より構成されていること
を特徴とする請求項１記載の半導体ＳＨＧレーザー装
置。 - 【請求項５】 半導体基板がＧａＡｓからなり、第１お
よび第２の反射鏡層がＡｌＡｓ層とＧａＡｌＡｓ層の多
層膜より構成され、光を発する半導体層が複数のＧａＡ
ｌＡｓ層または複数のＩｎＧａＡｌＰ層からなる半導体
層より構成され、波長変換層と第３の反射鏡層がＺｎＳ
層とＺｎＭｇＳＳｅ層の多層膜より構成されていること
を特徴とする請求項１記載の半導体ＳＨＧレーザー装
置。 - 【請求項６】 半導体基板がＧａＡｓからなり、第１の
反射鏡層がＡｌＡｓ層とＧａＡｌＡｓ層の多層膜より構
成され、光を発する半導体層がＧａＡｌＡｓより構成さ
れ、波長変換層と第３の反射鏡層がＺｎＳ層とＺｎＭｇ
ＳＳｅ層の多層膜より構成されていることを特徴とする
請求項２記載の半導体ＳＨＧレーザー装置。 - 【請求項７】 半導体基板がＧａＡｓからなり、第１の
反射鏡層がＡｌＡｓ層とＧａＡｌＡｓ層の多層膜より構
成され、光を発する半導体層がＩｎＧａＡｌＰより構成
され、波長変換層と第３の反射鏡層がＺｎＳ層とＺｎＭ
ｇＳＳｅ層の多層膜より構成されていることを特徴とす
る請求項２記載の半導体ＳＨＧレーザー装置。 - 【請求項８】 半導体基板がＧａＡｓからなり、第１の
反射鏡層がＡｌＡｓ層とＧａＡｌＡｓ層の多層膜より構
成され、光を発する半導体層が複数のＧａＡｌＡｓ層ま
たは複数のＩｎＧａＡｌＰ層からなる半導体層より構成
され、波長変換層と第３の反射鏡層がＺｎＳ層とＺｎＭ
ｇＳＳｅ層の多層膜より構成されていることを特徴とす
る請求項２記載の半導体ＳＨＧレーザー装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8275696A JPH09275242A (ja) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | 半導体ｓｈｇレーザー装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8275696A JPH09275242A (ja) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | 半導体ｓｈｇレーザー装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09275242A true JPH09275242A (ja) | 1997-10-21 |
Family
ID=13783294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8275696A Pending JPH09275242A (ja) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | 半導体ｓｈｇレーザー装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09275242A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6183922B1 (en) | 1998-07-31 | 2001-02-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Electrophotographic photosensitive member, process cartridge, and electrophotographic apparatus |
| US6683175B2 (en) | 2001-04-12 | 2004-01-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Porphyrin compound, and electrophotographic photosensitive member, process-cartridge and apparatus using the compound |
| US6803932B2 (en) | 2002-08-22 | 2004-10-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Image forming apparatus |
| US7785762B2 (en) | 2005-12-15 | 2010-08-31 | Ricoh Company, Ltd. | Image forming apparatus and image forming method |
-
1996
- 1996-04-04 JP JP8275696A patent/JPH09275242A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6183922B1 (en) | 1998-07-31 | 2001-02-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Electrophotographic photosensitive member, process cartridge, and electrophotographic apparatus |
| US6683175B2 (en) | 2001-04-12 | 2004-01-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Porphyrin compound, and electrophotographic photosensitive member, process-cartridge and apparatus using the compound |
| US6833227B2 (en) | 2001-04-12 | 2004-12-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Electrophotographic photosensitive member, process-cartridge and apparatus |
| US6803932B2 (en) | 2002-08-22 | 2004-10-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Image forming apparatus |
| US7785762B2 (en) | 2005-12-15 | 2010-08-31 | Ricoh Company, Ltd. | Image forming apparatus and image forming method |
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