DE69301268T2 - Oberflächenemittierende Vorrichtung zur Erzeugung der zweiten Harmonischen - Google Patents

Oberflächenemittierende Vorrichtung zur Erzeugung der zweiten Harmonischen

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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer und insbesondere auf eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer, die zu einer hocheffizienten Gewinnung einer zweiten Harmonischen (speziell monochromatischen Lichts, beispielsweise violett, blau und grün) in einer Richtung senkrecht zu einem Substrat fähig ist.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Laser und Licht-emittierende Dioden (LEDs) werden in verschiedenen Gebieten der Optoelektronik, beispielsweise der optischen Messung, der optischen Übertragung und der optischen Anzeigen, als Quellen blauen Lichts verwendet. Lichtemittierende Vorrichtungen, die LEDs verwenden (speziell solche die blaues Licht emittieren), welche GaN-Halbleiter verwenden, sind bekannt (siehe beispielsweise 5. Nakamura, T. Mukai und M. Senoh: Jpn. J. Appl. Phys. Band 30 (1991) L1998). Da jedoch die Linienbreite von LED-Licht breit ist (eine einzelne Wellenlänge kann nicht erzeugt werden), wurden Laser in jüngeren Jahren auf dem Gebiet der Optoelektronik verbreiteter verwendet als LEDs.
  • Mit einigen ZnCdSSe-Halbleiterlasern ist beispielsweise eine annehmbare Ausgabe blauen Lichts erhältlich (siehe beispielsweise M.A. Hasse, J. Qiu, J.M. DePuydt und H. Cheng: Appl. Phys. Lett., Band 59 (1991) 1272). Trotzdem können derartige Vorrichtungen unter den gegenwärtigen Umständen nur bei einer Kühlung auf extrem niedrige Temperaturen verwendet werden, weshalb bei Zimmertemperatur keine zweckmäßige Lichtausgabe erhalten werden kann.
  • Außerdem sind Licht-emittierende Vorrichtungen bekannt, die Licht von Hochleistungs-Festkörperlasern oder Licht von Hochleistungs-Halbleiterlasern in nicht-lineare optische Kristalle (beispielsweise dielektrische Substanzen wie LiNbO&sub3; und KNbO&sub3;, Halbleiter wie GaAs, organische Substanzen usw.) einführen, um eine zweite Harmonische zu erzeugen (siehe beispielsweise A. Yariv: Introduction to Optical Electronics, 4. Ausgabe; Saunders College Publishing, (Holt, Rinehart und Winston, 1991)). Wie in Fig. 6 gezeigt ist, sind bei diesem Vorrichtungstyp eine Laserquelle 23 und nicht-lineare optische Kristalle 24 zwischen einem Paar von optischen Reflektoren 21, 22 angeordnet, wobei Laserlicht durch die nicht-linearen optischen Kristalle 24 gekoppelt wird, um eine zweite Harmonische zu erzeugen, wobei blaues Licht aus dem Reflektor 22 extrahiert wird, der die höhere Durchlassung der zweiten Harmonischen aufweist. Je größer die Größe der Vorrichtung ist, desto größer sind jedoch die Kosten der Herstellung derselben, und da dieselbe aus einer Kombination mehrerer Komponenten zusammengesetzt ist, schließen ihre Probleme eine extrem schwierige Steuerung und eine instabile Ausgabe ein.
  • Ferner sind Vorrichtungen bekannt, die eine zweite Harmonische aus der Endoberfläche normal gestreifter GaAs- oder AlGaAs-Halbleiterlaser gewinnen (siehe beispielsweise N. Ogasawara, R. Ito, H. Rokukawa und W. Katsurashima: Jpn. J. Appl. Phys. Band 26 (1987) 1386), wobei jedoch die Leistung der Grundwelle in diesen Vorrichtungen aufgrund des geringen Endkristallflächen-Reflexionsvermögens gering ist. Ferner ist der Absorptionsverlust aufgrund des langen Hohlraums groß. Diese Vorrichtungen weisen ferner eine noch größere Schwierigkeit beim Erreichen einer Struktur zur Phasenanpassung auf. Diese Nachteile machen es unmöglich, die zweite Harmonische mit einem hohen Wirkungsgrad zu erzeugen.
  • Weitere Gedanken richteten sich auf die Gewinnung einer zweiten Harmonischen in der Richtung senkrecht zu dem Hohlraum. Siehe beispielsweise D. Vakhshoori, R.J. Fisher, M. Hong, D.L. Sivco, G.J. Zydzik, G.N.S. Chu und A.Y. Cho: Appl. Phys. Lett., Band 59 (1991) 896. Jedoch ist bei einer Vorrichtung des Typs, der in dieser Veröffentlichung. offenbart ist, die Ausgabeleistung der zweiten Harmonischen gering, wobei das emittierte Licht über einen breiten Bereich verteilt ist, wodurch eine Verdichtung des Lichts schwierig ist; folglich wurde bisher eine zweckmäßige Anwendung für diese Vorrichtung noch nicht erreicht.
  • Die JP-A-63-280484 offenbart eine Oberf lächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer mit einem inneren Hohlraum.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile, die oben beschrieben sind, zu überwinden, und Oberflächen-emittierende Vorrichtungen zur Erzeugung zweiter Harmonischer zu schaffen, die fähig sind, zweite Harmonische mit einem hohen Wirkungsgrad und bei einer hohen Leistung in Zimmertemperaturnähe (beispielsweise von -30º C bis näherungsweise +100º C) zu erzeugen, und die ferner eine geringe Größe, einen geringen Energieverbrauch und geringe Herstellungskosten aufweisen.
  • Eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß der vorliegenden Erfindung weist als einen Hohlraum folgende Merkmale auf: eine aktive Schicht, die aus einem Halbleiterkristall einer Verbindung der III-V-Gruppe zusammengesetzt ist; eine erste Abstandsschicht, die auf einer ersten Seite der aktiven Schicht angeordnet ist, und eine zweite Abstandsschicht, die auf einer zweiten Seite der aktiven Schicht angeordnet ist; und einen ersten Reflektor, der auf der ersten Abstandsschicht gegenüber der aktiven Schicht angeordnet ist, und einen zweiten Reflektor, der auf der zweiten Abstandsschicht gegenüber der aktiven Schicht angeordnet ist, wobei der zweite Reflektor die zweite Harmonische mit einer vorgeschriebenen Rate durchläßt. Gemäß der Erfindung bildet die < 100> -Richtung des Halbleiterkristalls bezüglich der Richtung der Lichtstrahlen, die sich in dem Hohlraum ausbilden, einen Winkel von mindestens 5º.
  • Vorzugsweise stimmt eine der < 111> -, < 211> - und < 110> -Richtungen des Halbleiterkristalls in dem Hohlraum näherungsweise mit der Richtung der Lichtstrahlen überein.
  • Außerdem ist bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine Phasen-anpassende Schicht einer Supergitter-Struktur, die aus einem Halbleiter entweder einer III-V- oder einer II-VI-Verbindung besteht und eine Ausrichtung aufweist, die im wesentlichen identisch zu der des Halbleiterkristalls in dem Hohlraum ist, zwischen dem zweiten Reflektor, der die zweite Harmonische mit der vorgeschriebenen Rate durchläßt, und der zweiten Abstandsschicht angeordnet.
  • Zusätzlich kann die zweite Abstandsschicht aus einem Supergitter bestehen, das ebenfalls als eine Phasen-anpassende Schicht wirkt. Alternativ können die aktive Schicht und zumindest eine der Abstandsschichten aus Supergittern bestehen, die ebenfalls als Phasen-anpassende Schichten wirken.
  • Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine Zeichnung, die ein Beispiel einer Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß der vorliegenden Erfindung eine Querschnittansicht der gesamten Vorrichtung zeigt.
  • Fig. 2 ist ein Querschnittsdiagramm, das jede Schicht des Abschnitts II in Fig. 1 zeigt.
  • Fig. 3 ist ein Querschnittsdiagramm, das jede Schicht eines anderen Beispiels einer Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 4 ist eine Zeichnung, die Matrizen nicht-linearer Koeffizienten und Substrat-Ausrichtungen zum Zwecke der Erläuterung der Funktion der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 5 ist eine Zeichnung, die Matrizen nicht-linearer Koeffizienten und Substratausrichtungen zum Zweck der Erläuterung der Funktion der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 6 ist eine Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen zweier Harmonischer gemäß dem Stand der Technik zeigt.
  • Fig. 7 ist ein Querschnittsdiagramm, das eine Übersicht ei nes Oberflächen-emittierenden Lasers zeigt.
    • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • In jüngerer Zeit wurde Oberflächen-emittierenden Lasern mit vertikalem Hohlraum viel Aufmerksamkeit gewidmet (siehe beispielsweise "Surface Emitting Lasers" von Kenichi Iga und Fumio Koyama: Ohmusha, Ltd., 1990). Diese Oberflächen-emittierenden Laser werden beispielsweise als (1) eine Lichtquelle zum Schreiben und Lesen von Daten in Magnetscheiben- Lichtgeräten, (2) eine Lichtquelle für ein medizinisches Gerät, das die Foto-Lumineszenz verwendet, und (3) eine Lichtquelle in Anzeigen, die einen Laser verwenden, verwendet.
  • Wie beispielsweise in Fig. 7 gezeigt ist, sind solche Typen von Oberflächen-emittierenden Lasers aufgebaut, um einen vertikalen Hohlraum 33, der eine aktive Region 32 enthält, welche aus einem (100)-Substrat aufgebaut ist (d.h. einer Kristallbasisplatte, deren Oberflächenausrichtung mit der kristallographischen (100)-Achsenrichtung übereinstimmt, und Reflektoren 34, 35 aufzuweisen, die an beiden Enden des vertikalen Hohlraums gebildet sind und ein hohes Reflexionsvermögen aufweisen. Die Reflektoren 34, 35 sind im allgemeinen Halbleiter-Mehrschichtfilme oder dielektrische Mehrschichtfilme. Bei Zimmertemperatur zeigen derartige Oberflächenemittierende Laser eine Einzelmoden-Lasertätigkeit mit einer einzelnen Wellenlänge bis zu einer Ausgangsleistung von einigen Milliwatt. Die Lichtintensität in dem Hohlraum wird auf über das hundertfache der Ausgangsleistung geschätzt, oder einige hundert Milliwatt.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannten die folgenden Eigenschaften eines Oberflächen-emittierenden Lasers mit vertikalem Hohlraum eines Halbleiters einer III-V-Verbindung, wie z.B. dem, der in Fig. 7 gezeigt ist:
  • (1) Der Wirkungsgrad, wenn eine Grundwelle in eine zweite Harmonische umgewandelt wird, ist proportional zu der Leistung der Grundwelle, wodurch, wenn die zweite Harmonische innerhalb des Lasers mit vertikalem Hohlraum erzeugt werden kann, die Lichtintensität der Grundwelle extrem vorteilhaft zur Erzeugung der zweiten Harmonischen ist;
  • (2) Der Laser mit vertikalem Hohlraum weist ein Paar von Reflektoren, von denen einer charakterisiert sein kann, um die zweite Harmonische durchzulassen; und
  • (3) die Kristalle, die derselbe aufweist, besitzen einen großen nicht-linearen Koeffizienten.
  • Außerdem ergab eine weitere Forschung, daß eine Phasen-anpassende Schicht, die innerhalb des Oberflächen-emittierenden Lasers mit vertikalem Hohlraum gebildet ist, zur Herstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer beitragen kann, welche kleiner ist, einen geringeren Energieverbrauch und geringere Herstellungskosten aufweist.
  • Eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß der vorliegenden Erfindung basiert auf den oben genannten Tatsachen, und weist als einen Hohlraum folgende Merkmale auf: eine aktive Schicht, die aus Halbleiterkristallen einer III-V-Verbindung besteht; Abstandsschichten, die auf jeder Seite der aktiven Schicht gebildet sind; und ein Paar von Reflektoren, wobei einer auf jeder Abstandsschicht gebildet und auf der Seite gegenüber der aktiven Schicht positioniert ist, wobei einer der Reflektoren die zweite Harmonische mit einer bestimmten Rate durchläßt. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die (100)-Richtung der Halbleiterkristalle in dem Hohlraum in der Richtung der Lichtstrahlen einen Winkel von 5 Grad oder mehr bildet. Vorzugsweise stimmt eine der < 111> -, < 211> - und < 110> -Richtungen der Halbleiterkristalle in dem Hohlraum grob mit der Richtung der Lichtstrahlen überein.
  • Hierin sind [a b c] (wobei a, b, c ganze Zahlen sind) Symbole, die Richtungen äquivalent zu < a b c> anzeigen; beispielsweise kennzeichnet < 100> die Richtungen, die in Tabelle I gezeigt sind. Tabelle I
  • Der Grundsatz hinter der Erzeugung zweiter Harmonischer im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend zusammengefaßt. Überstrichene Zahlen sind traditionell verwendet, um kristallographische Achsen/Richtungen und Ausrichtungen anzuzeigen, wobei jedoch hierin nachfolgend stattdessen ein Minuszeichen an die angezeigten Zahlen angefügt ist.
  • Im allgemeinen wird ein nicht-linearer, optischer Kristall verwendet, wenn eine zweite Harmonische aus einer Grundwelle erzeugt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine kristalline Struktur eines Zinkblendentyps, beispielsweise GaAs, usw., als ein derartiger Kristall verwendet werden. Wenn Licht durch einen Zinkblenden-Typ-Kristall ausgebreitet wird, wird in dem Kristall eine sekundäre (d.h. zweimal die Grundfrequenz) nicht-lineare Polarisation PNL induziert, wobei eine zweite Harmonische erzeugt wird, die ein elektrisches Feld proportional zu der Größe der Polarisation PNL aufweist.
  • Ferner hängt der Betrag der erzeugten zweiten Harmonischen von der Ausrichtung des Halbleiterkristalls des Hohlraums (einschließlich der phasenanpassenden Schicht) ab. Da diese Ausrichtung üblicherweise die gleiche wie die des Kristalls ist, der das Substrat bildet, ist die Beziehung zwischen der Substratausrichtung und der Grundwelle tatsächlich die Beziehung zwischen der Kristallausrichutng, die den Hohlraum bildet, und der Grundwelle, weshalb hierin nachfolgend die Substratausrichtung als die Kristallausrichtung des Hohlraums behandelt wird.
  • Nun wird ein Fall betrachtet, bei dem die x-Achse eines orthogonalen x-y-z-Koordinatensystems entlang der Richtung senkrecht zu der Substratoberfläche eingestellt ist, und eine Grundwelle sich in der Richtung der x-Achse ausbreitet. Die x-, y- und z-Komponenten der Polarisation PNL, d.h. PNLx, PNLy und PNLz können wie in Gleichung 1 gezeigt dargestellt werden:
  • Hierbei stellen PNLx, PNLy und PNLZ die x-, y- und z-Komponenten der Polarisation PNL dar, wobei die Matrixelemente dmn ( m = 1, 2, 3; n = 1, 2, ..., 6) die Koeffizienten darstellen, die die nicht-lineare Polarisation auf das elektrische Feld der Grundwelle beziehen. Die Komponenten Ex, Ey, Ez des elektrischen Feldes sind die x-, y-, z-Komponenten der Licht-Grundwelle. Da sich die Grundwelle ferner entlang der Richtung der x-Achse ausbreitet, kann Ex zu Null gesetzt werden.
  • Die Matrizen, die das Zeichen dmn einschließen, werden häufig nur für den Fall definiert, in dem die x-Achse [100] ist, die y-Achse [010] ist und die z-Achse [010] ist. Hierin ist die Definition verallgemeinert, um das gleiche Zeichen für jeden willkürlichen Satz orthogonaler Achsen x, y und z zu verwenden.
  • Es sei ein Substrat angenommen, beispielsweise das, das in Fig. 4(A) gezeigt ist, bei dem [100] in der x-Achse, [010] in der y-Achse und [001] in der z-Achse ausgerichtet ist. Bei diesem Substrat wie in Fig. 4(A) gezeigt ist, hält das Matrixelement dmn für d&sub1;&sub4; = d&sub2;&sub5; = d&sub3;&sub6; von Null verschiedene Werte (in Fig. 4(A) sind diese zur Bequemlichkeit der Erläuterung auf 1,000 eingestellt), während die anderen Elemente der Matrix Null sind. Wenn sich Grundlicht entlang der x- Achse in dem Substrat ausbreitet, werden sowohl PNLy als auch PNLz Null, weshalb sich die erzeugte zweite Harmonische nicht entlang der x-Achse ausbreitet (der Richtung senkrecht zu der Substratoberfläche).
  • Wie in Fig. 4(B) gezeigt ist, breitet sich die zweite Harmo nische nicht entlang der x-Achse aus, wie aus den Matrixelementen deutlich wird, wenn der Substratkristall in Fig. 4(A) um -45º um die x-Achse gedreht wird, d.h. wenn [100] in der x-Achse, [011] in der y-Achse und [0-11] in der z-Achse ausgerichtet ist.
  • Für den Fall, daß die x-Achse nicht in [100] ausgerichtet ist, wird die Änderung des Wirkungsgrades beim Erzeugen der zweiten Harmonischen durch die Verwendung einiger repräsentativer Ausführungsbeispiele untersucht, wobei das Substrat, das in Fig. 4(B) gezeigt ist, um die z-Achse (oder [0-11]- Achse) von der x-Richtung in die y-Richtung gedreht wird. Diese Ausführungsbeispiele sind in den Fig. 5(A) bis 5(C) gezeigt. Die Drehwinkel sind -5º, etwa -35,3º bzw. etwa -54,7º In Fig. 5(B) ist die x-Achse parallel zu [211], die y-Achse zu [-111] und die z-Achse zu [0-11], während in Fig. 5(C) die x-Achse parallel zu [111], die y-Achse zu [-211] und die z-Achse zu [0-11] ist.
  • Die Matrixelemente mit nicht-linearen Koeffizienten, die den Koordinatenachsen entsprechen, sind jeweils in den Fig. 4(A) und 4(B) und in den Fig. 5(A) bis 5(C) gezeigt. Wie aus diesen Matrixelementen deutlich ist, kann, wenn Ex = 0 für den Rotationsbetrieb von Fig. 4(B) bis Fig. 5(C), die nicht-lineare Polarisation PNLy und PNLz, die zu der zweiten Harmonischen beiträgt, die sich entlang der x-Achse ausbreitet, wie folgt ausgedrückt werden:
  • PNLy = d&sub2;&sub2;EyEy + d&sub2;&sub3;EzEz
  • PNLz = 2d&sub2;&sub3;EyEz
  • (Es sei bemerkt, daß d&sub3;&sub4; = d&sub2;&sub3;)
  • Da -d&sub2;&sub2; &ge; d&sub2;&sub3; &ge; 0, besitzt einfach ausgedrückt bei dieser Drehung die Polarisation parallel zu der y-z-Ebene
  • PNL = (PNLy² + PNLz²)½
  • unter der konstanten Grundwelle
  • E = (Ey² + Ez²)½
  • ihren maximalen Wert, wenn die Grundwelle entlang der y-Achse polarisiert ist (d.h.: Ez = 0, E = Ey).
  • Andererseits nimmt, wenn die Grundwelle entlang der y-Achse polarisiert ist, da der Drehwinkel größer ist, PNL zu und besitzt in dem Fall von Fig. 5(B) einen maximalen Wert. Wenn der Drehwinkel weiter erhöht wird, nimmt es wieder ab, wobei jedoch, -d&sub2;&sub2; = d&sub2;&sub3; im Fall von Fig. 5(C),
  • PNL = -d&sub2;&sub2;E²
  • eine sehr vorteilhafte Eigenschaft liefert, dahingehend, daß der Wirkungsgrad der Erzeugung der zweiten Harmonischen unabhängig von der Polarisierung der Grundwelle ist.
  • Die tatsächliche Berechnung ist hierin nicht eingeschlossen, wenn jedoch das Verhältnis des Quadrats von PNL im Fall von Fig. 5(A) und das Quadrat von PNL in dem Fall von Fig. 5(C) verwendet wird, folgt
  • (0.260/0.816)² = 0.1
  • Die obigen Gleichungen unterstützen, daß, wenn die < 100> - Richtung des Substrats (d.h. die < 100> -Richtung der Halbleiterkristalle in dem Hohlraum) bezüglich der Richtung der Lichtstrahlen einen 5º-Winkel bildet, es möglich ist, grob gesagt 10% der Erzeugung der zweiten Harmonischen zu erhalten, die erhalten wird, wenn die < 111> -Richtung des Substrats (d.h. die < 111> -Richtung der Halbleiterkristalle in dem Hohlraum) mit der Richtung der Lichtstrahlen übereinstimmt. Wenn ein derartiger Wirkungsgrad von 10% erhalten werden kann, ist eine adäquate zweckmäßige Verwendung desselben offensichtlich, wodurch erklärt wird, warum die < 100> -Richtung der Halbleiterkristalle in dem Hohlraum be züglich der Richtung der Lichtstrahlen einen Winkel von 5º oder mehr bildet.
  • Die Einzelheiten eines Falles, bei dem die Drehung in einer Richtung stattfindet, die sich von der oben beschriebenen unterscheidet, oder bei dem die Drehung um die y-Achse stattfindet, sind hierin nicht beschrieben, wobei in diesen Fällen jedoch ebenfalls grundsätzlich die folgenden Feststellungen gelten:
  • (1) Wenn der Winkel zwischen der x-Achse und der < 100> - Richtung zunimmt, nimmt auch PNL zu;
  • (2) wenn die x-Achse in der Richtung < 211> (siehe Fig. 5(B)) oder in der Richtung < 110> ist, ist der Wirkungsgrad maximiert, wenn die Polarisation der Grundwelle geeignet ist;
  • (3) wenn die x-Achse in der Richtung < 111> ist, ist ein Wirkungsgrad erreichbar, der etwas geringer ist als der bei (2) oben ist, jedoch nicht von der Polarisation der Grundwelle abhängt.
  • Einige frühere Studien offenbaren, daß die < 100> -Richtung des Substrats in einem Winkel von etwa 40 bezüglich der Richtung der Lichtstrahlen ausgerichtet ist. Jedoch basiert dies auf der Tatsache, daß ein derartiger Winkel für das Aufwachsen der Kristalle vorteilhaft ist, und basiert nicht auf der Erzeugung einer zweiten Harmonischen. Daher sind die Vorrichtungen in diesen Studien nicht derart aufgebaut, daß die Reflektoren die zweite Harmonische durchlassen.
  • Außerdem wurde kein Versuch unternommen, eine Phasen-Anpassung für die Erzeugung zweiter Harmonischer durchzuführen, da für die Erzeugung der zweiten Harmonischen unter Verwendung eines Oberflächen-emittierenden Lasers keine Technologie existiert.
  • Wenn eine Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer derart aufgebaut ist, daß die < 100> -Richtung der Halbleiterkristalle in dem Hohlraum bezüglich der Richtung der Lichtstrahlen (d.h. der Orientierung der Substratoberfläche, einen Winkel von 50 oder mehr bildet, oder derart, daß jede der < 100> -, < 211> - oder < 100> -Orientierungen der Kristalle in dem Hohlraum grob mit der Richtung der Lichtstrahlen übereinstimmt, ist es wie oben beschrieben möglich, eine hocheffiziente Extraktion der zweiten Harmonischen durchzuführen.
  • Ferner ist ein noch höherer Erzeugungswirkungsgrad der zweiten Harmonischen erreichbar, wenn ein Material mit einem großen nicht-linearen Koeffizienten, wie z.B. GaAs, usw., als ein Zinkblende-Struktur-Kristall verwendet wird.
  • Was die zweite Harmonische betrifft, ist, wenn in dem Hohlraum keine Phasenanpassung durchgeführt wird, die Erzeugung der zweiten Harmonischen aufgrund einer negativen Phaseninterferenz, usw., nicht sehr effizient. Um dies zu verhindern, schafft ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Phasen-anpassende Schicht eines Halbleiter-Supergitters einer III-V oder II-VI-Verbindung, die zwischen dem Reflektor, der die zweite Harmonische durchläßt, und der Abstandsschicht, die auf der Reflektorseite positioniert ist, gebildet ist. Eine Vielzahl von Verfahren kann verwendet werden, um die Phasen-anpassende Schicht zu erzeugen, einschließlich eines Verfahrens, das den Wert des nicht-linearen Koeffizienten moduliert, und eines Verfahrens, das das Vorzeichen umkehrt, usw..
  • Wenn eine Phasenanpassung mittels einer Modulation des nicht-linearen Koeffizienten durchgeführt wird, ist die Supergitter-Struktur abwechselnd aus unterschiedlichen Zusammensetzungen laminiert, d.h. ein Halbleiter einer III-V-Verbindung (beispielsweise AlGaAs, InGaAs, AlGaInP, GaInAsP, usw.) und ein Halbleiter einer Verbindung der II-VI Gruppe (beispielsweise ZnCdSSe, ZnSSe, ZnCdS, usw). Auf diese Weise ist es möglich, die negative Phasendifferenz der zweiten Harmonischen zu reduzieren.
  • Wenn eine Phasen-anpassende Schicht unter Verwendung eines Halbleiters einer II-VI-Verbindung hergestellt wird, ist es aufgrund der hohen Durchlassung der zweiten Harmonischen desselben möglich, die Dicke der Phasen-anpassenden Schicht bis zu einem Maß (beispielsweise etwa 30 p.m) aufzuweiten, das durch das Herstellungsverfahren zulässig ist, und das die Lasertätigkeit der Grundwelle in dem Oberflächen-emittierenden Laser unterstützt.
  • Es ist ferner möglich, die Abstandsschicht an der Ausgabeseite der zweiten Harmonischen, ebenso wie die aktive Schicht und beide Abstandsschichten unter Verwendung eines Supergitters eines Halbleiters einer III-V-Verbindung zu bilden, der als eine Phasen-anpassende Schicht wirkt. In einem solchen Fall ist, wenn die Anzahl der Laminierungen des Supergitters erhöht wird, der Wirkungsgrad der Erzeugung der zweiten Harmonischen verbessert, wobei jedoch, wenn die Anzahl übermäßig erhöht wird, ein größerer elektrischer Widerstand die Folge ist, und die Erzeugung der Grundwelle selbst reduziert wird.
  • Im folgenden erfolgt eine konkretere Beschreibung des obigen Prinzips.
  • Zusammen mit der Grundwelle (Wellenlänge beispielsweise \&sub1; = 870 nm) in dem Hohlraum wird gleichzeitig die zweite Harmonische derselben (in diesem Fall blaues Licht der Wellenlänge \2 = \&sub1;/2) erzeugt. Da die Grundwelle innerhalb des Hohlraums durch einen Reflektor mit einem hohen Reflexionsvermögen für die Grundwelle (beispielsweise einem Reflexionsvermögen von 99% oder darüber) reflektiert wird, wird die Leistung der Welle höher. Andererseits wird die zweite Harmonische durch den Ausgabe-Endreflektor, der die zweite Harmonische durchläßt (beispielsweise mit einer spezifischen Durchlässigkeit von 50% und darüber) aus der Vorrichtung emittiert.
  • Die Leistung der Grundwelle ist bei einem Oberflächen-emittierenden Laser mit vertikalem Hohlraum ziemlich hoöh. Der Wirkungsgrad der Erzeugung der zweiten Harmonischen ist proportional zu der Leistung der Grundwelle, weshalb eine zweite Harmonische mit hoher Leistung erzeugt wird.
  • Wenn die zweite Harmonische in dem Hohlraum nicht Phasen-angepaßt ist, wird das erzeugte Licht ferner nicht effizient verstärkt. Es ist daher vorteilhaft, eine Phasen-anpassende Schicht innerhalb des Hohlraums einzuschließen, oder die Abstandsschicht und die aktive Schicht, die aus einem Supergitter bestehen, das als eine Phasen-anpassende Schicht wirkt, vorzusehen. Somit erzeugt eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffen ist, eine zweite Harmonische mit einem hohen Wirkungsgrad.
  • Ferner kann eine Vorrichtung zum Erzeugen zweiter Harmonischer gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung verschiedener Typen von Oberflächen-emittierenden Lasern aufgebaut sein, wie z.B:
  • (1) einem Oberflächen-emittierender Laser mit vergrabener Struktur;
  • (2) einem Oberflächen-emittierender Laser mit einer Mesa- Abdeckungsstruktur;
  • (3) einem Oberflächen-emittierender DBR-Läser;
  • (4) einem Oberflächen-emittierender Multi-Quantum-Well-Laser;
  • (5) einem Oberflächen-emittierender Einzel-Quantum-Well- Laser;
  • (6) einem Oberflächen-emittierender Multi-Barrier-Laser; (8) Kombinationen von (1) bis (7);
  • und durch das Einstellen der Substratausrichtung, sowie das Bilden einer Phasen-anpassenden Supergitter-Schicht und einer Supergitter-Abstandsschicht oder aktiven Schicht, usw..
  • Außerdem können bei einer Oberflächen-emittierenden Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß der vorliegenden Erfindung Halbleiter einer III-V-Verbindung, beispielsweise GaAs, AlGaAs, GaInAsP, AlGaInP, GaInAs, usw., abhängig von der Wellenlänge der Grundwelle verwendet werden, während GaAs, GaAsP, usw., als das Substrat verwendet werden können.
  • Fig. 1 ist ein Querschnittdiagramm eines Beispiels einer Oberflächen-emittierenden Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung in diesem Beispiel besitzt einen Hohlraum, Reflektoren, usw., die nachfolgend hierin beschrieben werden, die auf einem < 111> -GaAs-Substrat 1 aufgebaut sind (einem Substrat mit einer Substratausrichtung von < 111> ). Eine geformte Elektrode 2 ist auf der Unterseite des Substrats gebildet, während ein Reflektor 3, der aus einem Mehrschichtfilm besteht, auf der oberen Oberfläche der geformten Elektrode 2 vorgesehen ist. Ferner ist, wie oben beschrieben wurde, die Ausrichtung der Halbleiterkristalle in dem Hohlraum identisch zu der Substratausrichtung, weshalb die Ausrichtung des letztgenannten die der vorher genannten bestimmt.
  • Auf der oberen Oberfläche des Reflektors 3 sind eine Abstandsschicht 4, eine aktive Schicht 5 und eine Abstandsschicht 6 gebildet. Ferner ist zwischen der Elektrode 2 und der Abstandsschicht 4 (mit Ausnahme des mittleren Abschnitts) eine Isolationsschicht 11 gebildet.
  • Eine Elektrode 7 ist auf der oberen Oberfläche des Substrats 1 gebildet, wobei das Substrat geätzt ist, um ein Ausgabetor 8 für eine zweite Harmonische auf der Seite der Elektrode 7 zu bilden.
  • In dem Ausgabetor 8 ist auf der oberen Seite der Abstandsschicht 6 eine Phasen-anpassende Schicht 9 gebildet, während ein Reflektor 10 zum Ausgeben der zweiten Harmonischen auf der oberen Oberfläche der Phasen-anpassenden Schicht 9 mit dem Reflektor 3 gepaart ist.
  • Der Hohlraum besteht aus den oben genannten Reflektoren 3, 10 und den Schichten, die zwischen denselben gebildet sind (wobei die Schichten aus der Abstandsschicht 4, der aktiven Schicht 5, der Abstandsschicht 6 und der Phasen-anpassenden Schicht 9 bestehen).
  • Bei diesem Beispiel liegt die Phasen-anpassende Schicht 9 nicht zwischen den Elektroden 2, 7 (in dem Abschnitt, durch den kein Strom fließt), wie in Fig. 1 gezeigt ist. Daher entstehen Nachteile, beispielsweise ein Abnehmen der Leistung der Grundwelle aufgrund eines Anwachsens des elektrischen Widerstandes, nicht.
  • Fig. 2 ist ein vergrößertes Diagramm des vertikalen Hohlraums in Fig. 1. In Fig. 2 ist ein dielektrischer Mehrschichtfilm (zusammengesetzt aus abwechselnden Schichten von SiO&sub2; und TiO&sub2;) verwendet, um den Reflektor 10 an der Ausgabeseite zu bilden, in dem etwa 10 Paare (oder mehr, abhängig von dem verwendeten Verfahren) der abwechselnden Schichten aufgeschichtet sind, deren Dicken t wie folgt ausgedrückt werden können:
  • td1 = &lambda;&sub1;/[4nd1(&lambda;&sub1;)]; bzw.
  • td2 = &lambda;&sub1;/[4nd2(&lambda;&sub1;)].
  • Hierbei ist n(&lambda;) der Brechungsindex bei der Wellenlänge, während &lambda;&sub1; die Wellenlänge der Grundwelle ist. Der untere Index d1 bezeichnet die Fumdicke und den Brechungsindex für SiO&sub2;, während der untere Index d2 die Filmdicke und dem Brechungsindex für TiO&sub2; bezeichnet. Die Phasen-anpassende Schicht 9 besitzt eine Supergitterstruktur und ist aus zwei AlGaAs-Schichten mit unterschiedlichen Al-Gehalten zusammengesetzt, welche durch s1 und s2 dargestellt sind (Al-Gehalt für sl: 50-90%; Al-Gehalt für s2: 10-50%).
  • Hierbei wird die Dicke ts1, ts2 jeder Schicht s1, s2 unter Verwendung ihrer jeweiligen Brechungsindizes ns1(&lambda;) und ns2(&lambda;) in der folgenden Gleichung berechnet.
    • Gleichung 2
  • ts1 = [ns1(&lambda;&sub2;)/&lambda;&sub2;-2ns1(&lambda;&sub1;)/&lambda;&sub1;]-½
  • ts2 = [ns2(&lambda;&sub2;)/&lambda;2-2ns2(&lambda;&sub1;)&lambda;&sub1;]-
  • Die Gesamtdicke der Phasen-anpassenden Schicht 9 ist wenige Male größer als die Umkehrung der mittleren Absorptionskonstante, d.h. etwa 2-20 um.
  • Bei dem obigen Beispiel war die Substratausrichtung < 111> (d.h. ein < 111> -Substrat wurde verwendet); jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dies begrenzt, da eine zweite Harmonische unter Verwendung eines Substrats eines Halbleiters einer III-V-Verbindung, dessen Ausrichtung sich stark von < 100> unterscheidet, erzeugt werden kann, wenn auch mit einem Unterschied des Wirkungsgrads. Dies bedeutet, daß die Substratausrichtung einen Winkel von 5º oder mehr bezüglich der < 100> -Richtung des Substratkristalls bildet.
  • Die aktive Schicht 5 kann aus AlGaAs, usw., bestehen, wobei ihre Zusammensetzung gemäß der Wellenlänge der Grundwelle bestimmt wird.
  • Die Zusammensetzung der Reflektoren 3, 10 ist nicht notwendigerweise auf dielektrische Mehrschichtfilme begrenzt, wobei dieselben beispielsweise aus mehrschichtigen Halbleiterfilmen, metallischen Filmen oder einer Kombination metallischer und dielektrischer Filme bestehen können.
  • Der Reflektor 10 an dem Ausgabeende muß ausschließlich ein Reflexionsvermögen aufweisen, das hoch genug ist, um eine Lasertätigkeit der Grundwelle zu bewirken, und eine spezifische Durchlässigkeit, die hoch genug ist, um die erzeugte zweite Harmonische zu extrahieren. Der Reflektor auf dem Nicht-Ausgabeende muß ausschließlich ein Reflexionsvermögen aufweisen, das hoch genug ist, um eine Lasertätigkeit der Grundwelle zu bewirken. Ein mehrschichtiger Halbleiterfilm- Reflektor kann verwendet sein, da dessen elektrischer Widerstand geringer als der des dielektrischen Mehrschichtfilms ist.
  • Bei dem obigen Beispiel bestand das Supergitter der Phasenanpassenden Schicht 9 aus einem Halbleiter einer AlGaAs-Verbindung, wobei dasselbe jedoch aus einem beliebigen Halbleiter einer III-V-Verbindung bestehen kann, beispielsweise InGaAs, AlGaInP, GaInAsP, usw. Dasselbe kann ferner aus einem Halbleiter einer Verbindung der II-VI-Gruppe bestehen, beispielsweise ZnCdSSe, ZnSSe, ZnCdS, usw..
  • Wie oben beschrieben wurde, kann die Breite der Phasen-anpassenden Schicht 9 auf ein Maß erhöht werden, das durch das Herstellungsverfahren zulässig ist, und das die Lasertätigkeit der Grundwelle des Oberflächen-emittierenden Lasers unterstützt, wenn die Phasen-anpassende Schicht 9 unter Verwendung eines Halbleiters einer Verbindung der II-VI-Gruppe gebildet ist.
  • Neben den obigen Ausführungsbeispielen kann ein beliebiges gut bekanntes Verfahren zum Realisieren der Phasenanpassung verwendet werden (siehe beispielsweise diejenigen, die in der Schrift von Yariv und der Schrift von D. Vahkshoori, auf die oben verwiesen wurde, gezeigt sind). Die zweite Harmonische kann beispielsweise auch effektiv erzeugt werden, selbst wenn die Dicke der Schichten, die Gleichung 2 entsprechen, folgende Werte annehmen:
  • ts1 = [ns1(&lambda;&sub2;)/&lambda;&sub2;]-½
  • ts2 = [ns2(&lambda;&sub2;)/&lambda;&sub2;]-½
  • Dieses Verfahren ist gut bekannt, um bei stehenden Wellen eine Phasenanpassung zu realisieren.
  • Ferner verwenden die Verfahren, die vorher beschrieben wurden, eine Modulation des Wertes der nicht-linearen Koeffizienten, wohingegen eine Phasenanpassung auch durch das Ändern der Vorzeichen der nicht-linearen Koeffizienten möglich ist.
  • Zusätzlich zu dem Verfahren der Modulation eines nicht-linearen Koeffizienten, das in dem obigen Beispiel beschrieben wurde, bei dem sich der nicht-lineare Koeffizient in einer rechtwinkligen Form ändert und jede Schicht einen halben Teil der Phasenverschiebung verwendet (der Phasenverschiebung zwischen der zweiten Harmonischen, die sich ausbreitet, und der zweiten Harmonischen, die erzeugt wird), können beliebige andere Modulationsarten verwendet werden, z.B. eine Modulation mit einem sich kontinuierlich ändernden nichtlinearen Koeffizienten oder einer Modulation, bei der nicht jede Schicht den halben Teil der Phasenverschiebung verwendet, usw., solange die negative Phaseninterferenz effektiv verhindert werden kann.
  • Aufgrund der endlichen Dicke der gesamten Phasen-anpassenden Schichten weist die Modulationsperiode des nicht-linearen Koeffizienten außerdem ein breites Spektrum auf und ist mit einer entsprechenden Toleranz verbunden.
  • Es ist ferner möglich, eine Supergitterstruktur in die Abstandsschicht oder die aktive Schicht einzuführen, um die Phasenanpassungsbedingung zu erfüllen, indem die Funktion dieser Schichten mit der der Phasen-anpassenden Schicht kornbiniert wird (dieselben können ferner als die Phasen-anpassende Schicht verwendet werden). Mit anderen Worten heißt das, daß durch die Verwendung (i) der Abstandsschicht, (ii) der Abstandsschicht oder der aktiven Schicht auf der Ausgabeseite der zweiten Harmonischen, und (iii) sowohl der Abstandsschicht als auch der aktiven Schicht als die Phasenanpassende Schicht, möglich ist, die Dicke der Phasen-anpassenden Schicht zu reduzieren oder dieselbe zu beseitigen.
  • Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das sowohl die Ab standsschicht als auch die aktive Schicht als die Phasen-anpassende Schicht verwendet. In diesem Fall ist die Dicke der Schicht, die als die Phasen-anpassende Schicht wirkt, eingestellt, um wenige Male so groß zu sein wie die Umkehrung des Absorptionskoeffizienten. Wie oben erklärt wurde, bewirkt die Einführung des Supergitters, das als die Phasen-anpassende Schicht verwendet wird, in die Abstandsschicht oder die aktive Schicht eine Zunahme des elektrischen Widerstands des Halbleiterlasers, was einen Kompromiß mit dem Wirkungsgrad der Erzeugung der zweiten Harmonischen zur Folge hat.
  • Trotzdem gelten die folgenden Feststellungen:
  • (1) eine Phasen-anpassende Schicht, beispielsweise die, die in Fig. 1 gezeigt ist, wird entweder unnötig oder kann dünner aufgebaut werden;
  • (2) der Absorptionsverlust der Grundwelle ist aufgrund von (1) reduziert;
  • (3) die Moden sind gut vereinheitlicht, ebenfalls aufgrund von (1); und
  • (4) das Herstellungsverfahren ist vereinfacht, ebenfalls aufgrund von (1).
  • In diesem Fall ist ein Supergitter, das aus zwei Typen von AlGaAs mit unterschiedlichen Al-Gehalten besteht (d.h. ein AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs-Supergitter, x = y, usw.) für die Abstandsschichten 4', 6', verwendet, während ein Supergitter, das aus GaAs und AlGaAs (d.h. ein GaAs/AlzGa1-zAs-Supergitter) für die aktive Schicht 5' verwendet. Ferner ist, wenn die aktive Schicht AlGaAs ist, dieselbe durch ein Supergitter gebildet, das aus zwei Typen von AlGaAs mit unterschiedlichen Al-Gehalten gebildet.
  • Die vorliegende Erfindung liefert die folgenden Wirkungen:
  • (1) eine zweite Harmonische kann von einer Oberflächen -emittierenden Vorrichtung mit einem hohen Wirkungsgrad emittiert werden. Außerdem kann eine Wellenlänge von violett bis grün erzeugt werden. Ferner kann eine Wellenlänge von rot bis ultraviolett mittels des Modifizierens der Materialien, der Substratausrichtung und der Zusammensetzung der Reflektoren erzeugt werden.
  • (2) Eine Vorrichtung zum Erzeugen zweiter Harmonischer, die eine kleine Größe, einen geringen Energieverbrauch und geringe Herstellungskosten aufweist, kann unter Verwendung der inhärenten Vorteile des Oberflächen-emittierenden Lasers geschaffen werden.
  • Folglich kann dieselbe, da eine kreisförmige zweite Harmonische eines einzelnen Modes erzeugt werden kann, dieselbe effizient in Fasern, usw. gekoppelt werden. Außerdem können ohne weiteres mehrere Vorrichtungen angeordnet werden, wobei es möglich ist, verschiedene Monochrom-Wellenlängen von jeder der angeordneten Vorrichtungen zu emittieren.

Claims (16)

1. Eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer, die folgende Merkmale als einen Hohlraum aufweist:
eine aktive Schicht (5), die aus einem Halbleiterkristall einer Verbindung der III-V-Gruppe besteht;
eine erste Abstandsschicht (4), die auf einer ersten Seite der aktiven Schicht angeordnet ist, und eine zweite Abstandsschicht (6), die auf einer zweiten Seite der aktiven Schicht angeordnet ist; und
einen ersten Reflektor (3), der auf der ersten Abstandsschicht gegenüber der aktiven Schicht angeordnet ist, und einen zweiten Reflektor (10), der auf der zweiten Abstandsschicht gegenüber der aktiven Schicht angeordnet ist, wobei der zweite Reflektor die zweite Harmonische mit einer vorgeschriebenen Rate durchläßt;
wobei die < 100> -Richtung des Halbleiterkristalls bezüglich der Richtung der Lichtstrahlen, die sich in dem Hohlraum ausbreiten, einen Winkel von mindestens 50 bildet.
2. Eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß Anspruch 1, bei der eine der < 111> -, < 211> - und < 110> -Richtungen des Halbleiterkristalls in dem Hohlraum nrherungsweise mit der Richtung der Lichtstrahlen übereinstimmen.
3. Eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß Anspruch 1, bei der eine Phasen-anpassende Schicht (9) einer Supergitterstruktur, die aus einem Halbleiter entweder einer III-V- oder einer II-IV-Verbindung besteht und eine Ausrichtung aufweist, die im wesentlichen identisch mit der des Halbleiterkristalls in dem Hohlraum ist, zwischen dem zweiten Reflektor, der die zweite Harmonische mit der vorbestimmten Rate durchläßt, und der zweiten Abstandsschicht angeordnet ist.
4. Eine Oberflachen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß Anspruch 2, bei der eine Phasen-anpassende Schicht (9) einer Supergitterstruktur, die aus einem Halbleiter entweder einer II-V oder einer II-VI-Verbindung besteht und eine Ausrichtung aufweist, die im wesentlichen identisch mit der des Halbleiterkristalls in dem Hohlraum ist, zwischen dem zweiten Reflektor, der die zweite Harmonische mit der vorgeschriebenen Rate durchläßt, und der zweiten Abstandsschicht angeordnet ist.
5. Eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß Anspruch 1, bei der die zweite Abstandsschicht (6') aus einem Supergitter besteht, das ebenfalls als eine Phasen-anpassende Schicht wirkt.
6. Eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß Anspruch 4, bei der die zweite Abstandsschicht (6') aus einem Supergitter besteht, das ebenfalls als eine Phasen-anpassende Schicht wirkt.
7. Eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß Anspruch 1, bei der die aktive Schicht (5') und zumindest eine der Abstandsschichten (4', 6') aus Supergittern bestehen, die ebenfalls als Phasen-anpassende Schichten wirken.
8. Eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß Anspruch 2, bei der die aktive Schicht (5') und zumindest eine der Abstandsschichten (4', 6') aus Supergittern bestehen, die ebenfalls als Phasen-anpassende Schichten wirken.
9. Eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß Anspruch 3, bei der zumindest eine der Abstandsschichten (4', 6') aus Supergittern besteht, die ebenfalls als eine Phasen-anpassende Schicht wirken.
10. Eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gem.ß Anspruch 3, bei der die aktive Schicht (5') und zumindest eine der Abstandsschichten (4', 6') aus Supergittern bestehen, die ebenfalls als Phasen-anpassende Schichten wirken.
11. Eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß Anspruch 4, bei der zumindest eine der Abstandsschichten (4', 6') aus Supergittern bestehen, die ebenfalls als eine Phasen-anpassende Schicht wirken.
12. Eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß Anspruch 4, bei dem die aktive Schicht (5') und zumindest eine der Abstandsschichten (4', 6') aus Supergittern bestehen, die ebenfalls als Phasen-anpassende Schichten wirken.
13. Eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer mit folgenden Merkmalen:
einer aktiven Schicht (5), die aus Halbleiterkristallen einer Verbindung der III-V-Gruppe besteht;
einer ersten Abstandsschicht (4), die unter der aktiven Schicht auf einer ersten Seite der aktiven Schicht angeordnet ist, und einer zweiten Abstandsschicht (6), die über der aktiven Schicht auf einer zweiten Seite der aktiven Schicht angeordnet ist; und
einem ersten Reflektor (3), der unter der ersten Abstandsschicht gegenüber der aktiven Schicht angeordnet ist, und einem zweiten Reflektor (10), der über der zweiten Abstandsschicht gegenüber der aktiven Schicht angeordnet ist, wobei der zweite Reflektor die zweite Harmonische mit einer Rate von mindestens 50% durchläßt;
wobei die < 100> -Richtung des Halbleiterkristalls bezüglich der Richtung der Lichtstrahlen, die sich in dem Hohlraum ausbreiten, einen Winkel von mindestens 5½º bildet, und wobei eine der < 111> -, < 211> - und < 110> - Richtungen des Halbleiterkristalls in dem Hohlraum näherungsweise mit der Richtung der Lichtstrahlen übereinstimmt.
14. Eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß Anspruch 13, bei der eine Phasen-anpassende Schicht (9) einer Supergitterstruktur, die aus einem Halbleiter entweder einer III-V- oder einer II-VI-Verbindung besteht und eine Ausrichtung aufweist, die im wesentlichen identisch zu der des Halbleiterkristalls in dem Hohlraum ist, zwischen dem zweiten Reflektor und der zweiten Abstandsschicht angeordnet ist.
15. Eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß Anspruch 14, bei der die zweite Abstandsschicht (6') aus einem Supergitter besteht, das ebenfalls als eine Phasen-anpassende Schicht wirkt.
16. Eine Oberflächen-emittierende Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Harmonischer gemäß Anspruch 14, bei der die aktive Schicht (5') und die Abstandsschichten (4', 6') aus Supergittern bestehen, die ebenfalls als Phasen-anpassende Schichten wirken.
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