JP3146505B2 - Integrated semiconductor laser device - Google Patents
Integrated semiconductor laser deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は光情報処理、光計測等に
有用な緑青色レーザ光源に関し、特に緑青色帯の光を発
生する集積型半導体レーザ素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a green-blue laser light source useful for optical information processing and optical measurement, and more particularly to an integrated semiconductor laser device for generating green-blue light.
【０００２】[0002]
【従来の技術】緑青色レーザ光源は、光計測に広く用い
られているが、光計測以外の分野でも光ディスク用の光
源として高密度化が可能となるので、近年その需要が高
まっている。光ディスクに応用する場合には小型化が必
須であるが、小型であってしかも高い効率で発振する半
導体レーザでは、現在のところ緑青色発振が得られてい
ない。そこでＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ半導体レーザから
の０．８μｍ帯の発振光を非線形光学素子に入力し、緑
青色の第２高調波（ＳＨＧ）を得る研究が活発となって
いる。図５は、従来の第２高調波を利用した緑青色レー
ザの構成例である（電子通信技術研究報告 ＯＱＥ９０
−２３）。半導体レーザ１４からの０．８１μｍの発振
光は、結合光学系１５を経て、共振器内に設置したＮ
ｄ：ＹＡＧロッド１６に入力される。励起光により反転
分布状態となったＮｄ：ＹＡＧは、１．０６４μｍの発
振光を出射するが非線形光学素子のＫＴＰ１７が同じ共
振器内に設置してあるため、第２高調波である０．５３
２μｍの緑色レーザ光が出力反射鏡１８から出射され
る。ＳＨＧの変換効率は入射光密度に比例するが、図５
の構成例ではＫＴＰ１７が共振器内に設置されているか
ら、共振器内の高い光密度を利用でき、高い効率で緑色
ＳＨＧ発光が得られる。2. Description of the Related Art A green-blue laser light source is widely used for optical measurement, but its demand has been increasing in recent years because it can be used as a light source for optical disks in fields other than optical measurement. For application to optical discs, miniaturization is essential. However, green-blue oscillation has not been obtained at present with semiconductor lasers that are small and oscillate with high efficiency. Therefore, research is actively conducted to obtain a green-blue second harmonic (SHG) by inputting 0.8 μm band oscillation light from a GaAs / AlGaAs semiconductor laser to a nonlinear optical element. FIG. 5 shows a configuration example of a conventional green-blue laser using the second harmonic (electronic communication technology research report OQE90).
-23). Oscillation light of 0.81 μm from the semiconductor laser 14 passes through the coupling optical system 15 and passes through the N
d: Input to the YAG rod 16. Nd: YAG, which is in a population inversion state due to the excitation light, emits oscillation light of 1.064 μm. However, since the nonlinear optical element KTP17 is installed in the same resonator, the second harmonic, 0.53, is emitted.
Green laser light of 2 μm is emitted from the output reflecting mirror 18. Although the conversion efficiency of SHG is proportional to the incident light density, FIG.
In the configuration example, since the KTP 17 is provided in the resonator, a high light density in the resonator can be used, and green SHG light emission can be obtained with high efficiency.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の技
術では、共振器を構成するミラーだけでなく励起用半導
体レーザ１４の発振光をＮｄ：ＹＡＧロッド１６に導く
結合光学系１５が必要となるから、装置の小型化には限
界がある。さらに図５の構成では、半導体レーザ１４を
励起源としてＮｄ：ＹＡＧレーザを発振させ、その発振
光からＳＨＧ光を取り出すという、二段階のプロセスを
経ている。従って入力電力に対して得られるＳＨＧ出力
が小さく、低消費電力化が困難である。加えてこの方法
では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの緩和時間が長いので光ディ
スクの書き込みで必要な〜ＭＨｚ以上の高速変調が不可
能である。こうした小型化、低消費電力化及び高速変調
が従来の技術の課題であった。However, in the prior art, a coupling optical system 15 for guiding the oscillation light of the semiconductor laser 14 for excitation to the Nd: YAG rod 16 is required in addition to the mirror constituting the resonator. There is a limit to miniaturization of the device. Further, in the configuration of FIG. 5, a two-stage process of oscillating an Nd: YAG laser using the semiconductor laser 14 as an excitation source and extracting SHG light from the oscillated light is performed. Therefore, the SHG output obtained with respect to the input power is small, and it is difficult to reduce the power consumption. In addition, according to this method, since the relaxation time of the Nd: YAG laser is long, it is impossible to perform high-speed modulation of ＭＨｚ MHz or more required for writing on an optical disk. Such miniaturization, low power consumption, and high-speed modulation have been problems of the related art.
【０００４】[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には二つあり、その第１は、
互いに光学的に結合した発光部と波長変換部との二領域
をＧａＡｓ基板上に構成してなる集積素子において、前
記発光部には、発振波長λのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓま
たはＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓダブルヘテロ型半導体
レーザが形成されており、前記波長変換部には、ＺｎＳ
ｅ／ＺｎＳ歪超格子から構成されるスラブ型光導波層が
形成されており、前記発光部の端面には波長λに対して
高反射率の誘電体多層膜が形成されており、前記波長変
換部の端面には波長λに対するよりも波長λ／２に対し
て低い反射率を示す誘電体多層膜が形成されており、か
つ前記発光部と波長変換部との結合部の近傍における前
記波長変換部に周期（２ｍ＋１）λ／４ｎeff（ｎeff：
波長変換部の等価屈折率、ｍ：正の整数）のグレーティ
ングが形成されていることを特徴とする。The present invention has two means for solving the above-mentioned problems.
In an integrated device in which a light-emitting portion and a wavelength conversion portion optically coupled to each other are formed on a GaAs substrate, the light-emitting portion includes a GaAs / AlGaAs or InGaAs / AlGaAs double hetero semiconductor having an oscillation wavelength of λ. A laser is formed, and ZnS
a slab-type optical waveguide layer composed of an e / ZnS strained superlattice is formed, and a dielectric multilayer film having a high reflectance with respect to a wavelength λ is formed on an end face of the light emitting unit; A dielectric multilayer film having a lower reflectance for the wavelength λ / 2 than for the wavelength λ is formed on the end face of the portion .
In the vicinity of the coupling part between the light emitting part and the wavelength conversion part.
In the wavelength converter, the period (2m + 1) λ / 4neff (neff:
Equivalent refractive index of wavelength converter, m: positive integer)
Is formed .
【０００５】本発明が提供する第２の手段は、互いに光
学的に結合した発光部と波長変換部との二領域をＧａＡ
ｓ基板上に構成してなる集積素子において、前記発光部
には、発振波長λのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓまたはＩｎ
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓダブルヘテロ分布反射型半導体
レーザが形成されており、前記波長変換部には、ＺｎＳ
ｅ／ＺｎＳ歪超格子から構成されるスラブ型光導波層が
形成されており、前記発光部の端面には波長λに対して
高反射率の誘電体多層膜が形成されており、前記波長変
換部の端面には波長λに対するよりも波長λ／２に対し
て低い反射率を示す誘電体多層膜が形成されており、か
つ前記発光部と波長変換部との結合部の近傍における前
記波長変換部に周期（２ｍ＋１）λ／４ｎeff（ｎeff：
波長変換部の等価屈折率、ｍ：正の整数）のグレーティ
ングが形成されていることを特徴とする。A second means provided by the present invention is that the two regions of the light emitting portion and the wavelength conversion portion optically coupled to each other are formed of GaAs.
In the integrated device formed on the s substrate, the light emitting unit includes GaAs / AlGaAs or InGaAs having an oscillation wavelength λ.
A GaAs / AlGaAs double hetero distributed reflection semiconductor laser is formed, and ZnS
a slab-type optical waveguide layer composed of an e / ZnS strained superlattice is formed, and a dielectric multilayer film having a high reflectance with respect to a wavelength λ is formed on an end face of the light emitting unit; A dielectric multilayer film having a lower reflectance for the wavelength λ / 2 than for the wavelength λ is formed on the end face of the portion .
In the vicinity of the coupling part between the light emitting part and the wavelength conversion part.
In the wavelength converter, the period (2m + 1) λ / 4neff (neff:
Equivalent refractive index of wavelength converter, m: positive integer)
Is formed .
【０００６】[0006]
【０００７】[0007]
【作用】本発明の第１の構造では、ＧａＡｓ／ＡｌＧａ
Ａｓ−ＳＣＨ量子井戸活性層３で発生した発振光は直接
結合したＺｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子光導波層６を経由し
て、両端面に反射鏡として形成されている誘電体膜１
１，１２の間で共振する。ＺｎＳｅ，ＺｎＳは尖亜鉛鉱
型の結晶構造であるから〜２００＊１０-9ｅｓｕの高い
非線形光学定数を持ち、かつワイドギャップの半導体で
あるから０．４μｍ以上の光に対して透明である。従っ
て光導波層６において、〜０．８μｍの発振光の第二高
調波を効率よく発生することができる。この構造では、
両端面に誘電体膜１１，１２で形成された高反射ミラー
でなる共振器の内部に非線形光学媒体が設置されてお
り、加えてこの非線形光学媒体には二次元的な光閉じ込
めを可能とする光導波路が形成されているので高い光密
度を容易に実現することができる。第二高調波の変換効
率は光密度に比例するので、高光密度は高効率変換をも
たらす。この際両領域結合部近傍に、発振波長λに対し
て周期（２ｍ＋１）λ／４ｎeff （ｎeff ：波長変換部
の等価屈折率、ｍ：正の整数）の結合グレーティング７
を形成することにより、発振光はこの部分を透過できる
が、第二高調波は透過できないようにすることができ
る。従って波長変換部で発生した高調波は、発光部に入
射して吸収されることなく、透過特性をもつ出力側誘電
体膜１１から効率よく取り出すことができる。According to the first structure of the present invention, GaAs / AlGa
Oscillation light generated in the As-SCH quantum well active layer 3 passes through the ZnSe / ZnS strained superlattice optical waveguide layer 6 which is directly coupled to the dielectric film 1 formed as a reflecting mirror on both end surfaces.
Resonates between 1 and 12. Since ZnSe and ZnS have a sphalerite type crystal structure, they have a high nonlinear optical constant of about 200 * 10 -9 esu, and are transparent to light of 0.4 μm or more because they are wide gap semiconductors. Therefore, in the optical waveguide layer 6, the second harmonic of the oscillation light of about 0.8 μm can be efficiently generated. In this structure,
A non-linear optical medium is provided inside a resonator composed of high-reflection mirrors formed of dielectric films 11 and 12 on both end surfaces. In addition, the non-linear optical medium enables two-dimensional light confinement. Since the optical waveguide is formed, a high light density can be easily realized. Since the conversion efficiency of the second harmonic is proportional to the light density, high light density results in high efficiency conversion. At this time, a coupling grating 7 having a period (2m + 1) λ / 4n eff (n eff : an equivalent refractive index of the wavelength conversion unit, m: a positive integer) with respect to the oscillation wavelength λ in the vicinity of the coupling region between both regions.
Is formed, the oscillation light can be transmitted through this portion, but the second harmonic cannot be transmitted. Therefore, the harmonics generated in the wavelength converter can be efficiently extracted from the output-side dielectric film 11 having transmission characteristics without being incident on the light emitting unit and being absorbed.
【０００８】本発明の第２の構造ではＤＢＲグレーティ
ング１３を設けることができる。この構造では、ＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓ−ＳＣＨ量子井戸活性層３で発生した
光は、誘電体膜１２とＤＢＲグレーティング１３の間で
共振する。発振光は直接結合で非線形光学媒体であるＺ
ｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子光導波層６に導かれる。しかし
出力側誘電体膜１１も発振光に対して高反射となってい
るから、発振光はＤＢＲグレーティング１３と誘電体膜
１１の間で再び共振する。この際に発振光は、ＤＢＲグ
レーティング１３のブラッグ波長によって決定されるか
ら、ＤＢＲグレーティング１３で選択された発振光は波
長変換部でも必ず共振する。加えてこの構造でも、二次
元的な光閉じ込めを可能とする光導波路が形成されてい
るので、高効率変換に有利な高い光密度を容易に実現す
ることができる。In the second structure of the present invention, a DBR grating 13 can be provided. In this structure, GaA
Light generated in the s / AlGaAs-SCH quantum well active layer 3 resonates between the dielectric film 12 and the DBR grating 13. The oscillating light is directly coupled and is a nonlinear optical medium Z
It is guided to the nSe / ZnS strained superlattice optical waveguide layer 6. However, the output-side dielectric film 11 is also highly reflected with respect to the oscillation light, and the oscillation light resonates again between the DBR grating 13 and the dielectric film 11. At this time, the oscillating light is determined by the Bragg wavelength of the DBR grating 13, so that the oscillating light selected by the DBR grating 13 always resonates in the wavelength converter. In addition, also in this structure, since an optical waveguide that enables two-dimensional light confinement is formed, a high light density advantageous for high-efficiency conversion can be easily realized.
【０００９】さらに第１、第２いずれの構造でも、半導
体レーザからの発振光を直接結合で非線形光学媒体に導
いているので、むだな損失がなく入力電力に対する変換
効率も高い。また半導体レーザは、緩和時間が極めて短
いため〜ＧＨｚ領域まで直接変調が可能であり、光ディ
スクの書き込み用光源にも適用できる。本発明の集積型
半導体レーザ素子はＧａＡｓ基板上にモノリシックに形
成されており、個別の半導体レーザと同程度の極めて小
型の光源である。以上より本発明の構造では、高効率で
直接変調可能な超小型の緑青色レーザ光源を実現するこ
とができる。Further, in any of the first and second structures, the oscillation light from the semiconductor laser is directly coupled to the nonlinear optical medium, so that there is no useless loss and the conversion efficiency with respect to the input power is high. In addition, since the relaxation time of a semiconductor laser is extremely short, it can be directly modulated up to the GHz range, and can be applied to a light source for writing on an optical disk. The integrated semiconductor laser device of the present invention is monolithically formed on a GaAs substrate and is an extremely small light source comparable to an individual semiconductor laser. As described above, according to the structure of the present invention, it is possible to realize an ultra-small green-blue laser light source capable of directly modulating with high efficiency.
【００１０】[0010]
【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を詳し
く説明する。図１及び図２はそれぞれ本発明の第１の構
造に係る一実施例を示す構造斜視図および断面図であ
る。まずｎ−ＧａＡｓ基板１上にＭＯＶＰＥまたはＭＢ
Ｅ等の気相成長法を用いて、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド
層２、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ−ＳＣＨ量子井戸活性層
３、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４を順次積層する。量
子井戸活性層３は層厚７０〜１００ÅのＧａＡｓ井戸層
とＡｌＧａＡｓ光ガイド層から成るＳＣＨ構造である。
次にウエットエッチングまたはドライエッチングを用い
て部分的に成長層２，３，４を除去した後、再びＭＯＶ
ＰＥ気相成長法を用いて除去した部分にノンドーブのＺ
ｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子クラッド槽５、ＺｎＳｅ／Ｚｎ
Ｓ歪超格子光導波層６、ＺｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子クラ
ッド層５を順次に選択的に成長する。この時、量子井戸
層活性層３と光導波層６の位置を一致させておくことが
重要である。ＺｎＳｅ，ＺｎＳはＧａＡｓに対してそれ
ぞれ＋０．３％、−４．６％の格子不整をもっている
が、数１０Å程度の薄膜で超格子を形成すればミスフィ
ット転位も発生せず、良好なエピタキシャル成長層を得
ることができる。この際例えば、光導波層６ではＺｎＳ
ｅ：１０Å／ＺｎＳ：１０Åの超格子、クラッド層５で
はＺｎＳｅ：１０Å／ＺｎＳ：２０Åの超格子というよ
うにＺｎＳの層厚に対するＺｎＳｅの層厚を光導波層６
ではクラッド層５よりも高めて設定する。ＺｎＳｅはＺ
ｎＳより屈折率が大きいので、光導波層６の平均的な屈
折率はクラッド層５のそれより高くなり、発振光を効果
的に導波することが可能となる。また超格子層のバンド
ギャップは、ほぼ平均組成で与えられると考えられるた
め、ＺｎＳｅ：１０Å／ＺｎＳ：１０Åの超格子からな
る光導波層６の等価バンドギャップは〜３．１５ｅＶと
なる。従って光導波層６は〜０．４μｍ以上の光に対し
ては透明となり、〜０．８μｍの発振光およびその第二
高調波を吸収することなく導波することができる。また
光導波層６の層厚を制御することにより、発振光の等価
屈折率と第二高調波の等価屈折率とを一致させることが
できる。従って光導波層６の層厚を適切に制御すること
により、高効率変換には不可欠な位相整合条件を満足さ
せることができる。次に波長変換部の両領域結合部近傍
に、二光束干渉露光法により周期（２ｍ＋１）λ／４ｎ
eff1（Ｎeff1：波長変換部の等価屈折率、ｍ：正の整
数、λ：発振光波長）の結合グレーティング７を形成す
る。さらに水平横モードを制御するためのリッジ構造を
ウェットエッチングまたはドライエッチングにより形成
し、ｎ電極８、ｐ電極９および誘電体保護膜１０を形成
>する。この場合Ｐ電極９は発光部のみに形成する。最
後に発光部端面に〜０．８μｍの発振光に対して高反射
となる誘電体膜１２を、波長変換部端面には〜０．８μ
ｍの発振光に対して高反射かつ〜０．４μｍの第二高調
波に対して低反射となる誘電体膜１１を形成して本発明
に係わる一実施例の構造が完成する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. 1 and 2 are a perspective view and a sectional view, respectively, showing an embodiment according to the first structure of the present invention. First, MOVPE or MB is placed on the n-GaAs substrate 1.
An n-AlGaAs cladding layer 2, a GaAs / AlGaAs-SCH quantum well active layer 3, and a p-AlGaAs cladding layer 4 are sequentially stacked using a vapor phase growth method such as E. The quantum well active layer 3 has an SCH structure including a GaAs well layer having a thickness of 70 to 100 ° and an AlGaAs light guide layer.
Next, after partially removing the growth layers 2, 3, and 4 using wet etching or dry etching, the MOV
Non-dove Z in the part removed by PE vapor deposition
nSe / ZnS strained superlattice clad tank 5, ZnSe / Zn
The S strain superlattice optical waveguide layer 6 and the ZnSe / ZnS strain superlattice cladding layer 5 are sequentially and selectively grown. At this time, it is important that the positions of the quantum well layer active layer 3 and the optical waveguide layer 6 match. ZnSe and ZnS have lattice irregularities of + 0.3% and -4.6%, respectively, with respect to GaAs. However, if a superlattice is formed with a thin film of about several tens of degrees, misfit dislocations do not occur, and a good epitaxial growth layer Can be obtained. At this time, for example, in the optical waveguide layer 6, ZnS
The superlattice of e: 10 ° / ZnS: 10 ° and the cladding layer 5 have a thickness of ZnSe with respect to the thickness of ZnS such as a superlattice of ZnSe: 10 ° / ZnS: 20 °.
Is set higher than the cladding layer 5. ZnSe is Z
Since the refractive index is higher than nS, the average refractive index of the optical waveguide layer 6 is higher than that of the cladding layer 5, and it is possible to effectively guide the oscillation light. Since the bandgap of the superlattice layer is considered to be given by an almost average composition, the equivalent bandgap of the optical waveguide layer 6 composed of a superlattice of ZnSe: 10 ° / ZnS: 10 ° is up to 3.15 eV. Therefore, the optical waveguide layer 6 is transparent to light having a wavelength of 0.4 μm or more, and can guide the oscillation light having a wavelength of 0.8 μm and its second harmonic without being absorbed. Further, by controlling the thickness of the optical waveguide layer 6, the equivalent refractive index of the oscillating light and the equivalent refractive index of the second harmonic can be matched. Therefore, by properly controlling the thickness of the optical waveguide layer 6, a phase matching condition essential for high-efficiency conversion can be satisfied. Next, a period (2m + 1) λ / 4n is formed by a two-beam interference exposure method in the vicinity of the two-region coupling portion of the wavelength conversion portion.
A coupling grating 7 of eff1 (N eff1 : equivalent refractive index of the wavelength converter, m: positive integer, λ: oscillation light wavelength) is formed. Further, a ridge structure for controlling the horizontal / lateral mode is formed by wet etching or dry etching, and an n-electrode 8, a p-electrode 9 and a dielectric protection film 10 are formed.
> Yes. In this case, the P electrode 9 is formed only in the light emitting section. Finally, on the end face of the light emitting section, a dielectric film 12 that reflects the oscillation light of about 0.8 μm with high reflectivity is provided, and on the end face of the wavelength conversion section, about 0.8 μm.
By forming the dielectric film 11 having high reflection for the oscillation light of m and low reflection for the second harmonic of .about.0.4 .mu.m, the structure of one embodiment according to the present invention is completed.
【００１１】図３及び図４はそれぞれ本発明の第２の構
造に係わる実施例を示す構造斜視図および断面図であ
る。前述の図１及び図２の構造と同様に発光部と波長変
換部にそれぞれエピタキシャル成長した後、発光部の両
領域結合部近傍に二光束干渉露光法によりＤＢＲグレー
ティング１３を形成する。ＤＢＲグレーティング１３の
周期は、発振光λに対して反射として作用するようにｍ
λ／２ｎeff2（ｎeff2：発光部の等価屈折率、ｍ：正の
整数）とする。非注入とした量子井戸層は、その発振光
に対して低損失な導波路となるため、この構造で高効率
なＤＢＲ発振が得られる。その後は前述の構造と同様
に、結合グレーティング７、ｎ電極８、ｐ電極９、誘電
体保護膜１０、出射側誘電体膜１１、裏面側誘電体膜１
２を形成する。この際ｐ電極９は、ＤＢＲグレーティン
グ１３を除いた発光部のみに形成する。この結果、本発
明に係わる第二の実施例の構造が完成する。FIGS. 3 and 4 are a structural perspective view and a sectional view, respectively, showing an embodiment according to the second structure of the present invention. After epitaxially growing the light emitting portion and the wavelength converting portion, respectively, in the same manner as in the structure of FIGS. 1 and 2 described above, a DBR grating 13 is formed by a two-beam interference exposure method in the vicinity of a joint between both regions of the light emitting portion. The period of the DBR grating 13 is set to m
λ / 2n eff2 (n eff2 : equivalent refractive index of the light emitting unit, m: positive integer). Since the non-injected quantum well layer becomes a waveguide with low loss for the oscillated light, a highly efficient DBR oscillation can be obtained with this structure. Thereafter, similarly to the above-described structure, the coupling grating 7, the n-electrode 8, the p-electrode 9, the dielectric protection film 10, the emission-side dielectric film 11, and the back-side dielectric film 1
Form 2 At this time, the p-electrode 9 is formed only in the light-emitting portion excluding the DBR grating 13. As a result, the structure of the second embodiment according to the present invention is completed.
【００１２】本発明の第１の構造では、ＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓ−ＳＣＨ量子井戸層３で発生した発振光は直接
結合したＺｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子光導波層６を経由し
て、両端面に反射鏡として設けられた誘電体膜１１，１
２の間で共振する。ＺｎＳｅ，ＺｎＳは尖亜鉛鉱型の結
晶構造であるから〜２００＊１０-9ｅｓｕの高い非線形
光学定数を持ち、かつワイドギャップの半導体であるか
ら０．４μｍ以上の光に対して透明である。従って光導
波層６において、〜０．８μｍの発振光の第二高調波を
効率よく発生することができる。この構造では、両端面
の誘電体膜１１，１２でなる高反射ミラーで構成された
共振器の内部に非線形光学媒体が設置されており、加え
てこの非線形光学媒体には二次元的な光閉じ込めを可能
とする光導波路が形成されているので、高い光密度を容
易に実現することができる。第二高調波の変換効率は入
射光密度に比例するので、高光密度は高効率変換をもた
らす。この際両領域結合部近傍には、発振波長λに対し
て周期（２ｍ＋１）λ／４ｎeff （ｎeff ：波長変換部
の等価屈折率、ｍ：正の整数）の結合グレーティング７
を形成することにより発振光はこの部分を透過できる
が、第二高調波は透過できない。従って波長変換部で発
生した高調波は、発光部に入射して吸収されることな
く、透過特性をもつ出力側誘電体膜１１から効率よく取
り出すことができる。In the first structure of the present invention, GaAs / Al
Oscillation light generated in the GaAs-SCH quantum well layer 3 passes through the ZnSe / ZnS strained superlattice optical waveguide layer 6 directly coupled to the dielectric films 11, 1 provided as reflecting mirrors on both end surfaces.
Resonates between the two. Since ZnSe and ZnS have a sphalerite type crystal structure, they have a high nonlinear optical constant of about 200 * 10 -9 esu, and are transparent to light of 0.4 μm or more because they are wide gap semiconductors. Therefore, in the optical waveguide layer 6, the second harmonic of the oscillation light of about 0.8 μm can be efficiently generated. In this structure, a nonlinear optical medium is provided inside a resonator constituted by high reflection mirrors composed of dielectric films 11 and 12 on both end surfaces. In addition, the nonlinear optical medium has two-dimensional optical confinement. Since the optical waveguide that enables the above is formed, a high light density can be easily realized. Since the conversion efficiency of the second harmonic is proportional to the incident light density, high light density results in high efficiency conversion. At this time, a coupling grating 7 having a period of (2m + 1) λ / 4n eff (n eff : equivalent refractive index of the wavelength converter, m: positive integer) is provided near the coupling portion between both regions.
By forming, the oscillating light can pass through this portion, but the second harmonic cannot. Therefore, the harmonics generated in the wavelength converter can be efficiently extracted from the output-side dielectric film 11 having transmission characteristics without being incident on the light emitting unit and being absorbed.
【００１３】本発明の第２の構造では、ＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓ−ＳＣＨ量子井戸層３で発生した光は、裏面側
誘電体膜１２とＤＢＲグレーティング１３の間で共振す
る。発振光は直接結合で非線形光学媒体であるＺｎＳｅ
／ＺｎＳ歪超格子光導波層６に導かれる。しかし出力側
誘電体膜１１も発振光に対して高反射となっているか
ら、発振光はＤＢＲグレーティング１３と誘電体膜１１
の間で再び共振する。この際発振光は、ＤＢＲグレーテ
ィング１３のブラッグ波長によって決定されるので、Ｄ
ＢＲグレーティング１３で選択された発振光は波長変換
部ても必ず共振する。加えてこの構造でも、二次元的な
光閉じ込めを可能とする光導波路が形成されているか
ら、高効率変換に有利な高い光密度を容易に実現するこ
とができる。In the second structure of the present invention, GaAs / Al
Light generated in the GaAs-SCH quantum well layer 3 resonates between the backside dielectric film 12 and the DBR grating 13. The oscillating light is ZnSe which is a direct coupling and nonlinear optical medium.
/ ZnS strain guided to the superlattice optical waveguide layer 6. However, since the output-side dielectric film 11 is also highly reflective to the oscillation light, the oscillation light is transmitted to the DBR grating 13 and the dielectric film 11.
Resonates again between. At this time, since the oscillation light is determined by the Bragg wavelength of the DBR grating 13, D
The oscillation light selected by the BR grating 13 always resonates even in the wavelength converter. In addition, also in this structure, since an optical waveguide that enables two-dimensional light confinement is formed, a high light density advantageous for high-efficiency conversion can be easily realized.
【００１４】さらに第１、第２いずれの構造でも、半導
体レーザからの発振光を直接結合で非線形光学媒体に導
いているので、むだな損失がなく入力電力に対する変換
効率も高い。また半導体レーザは、緩和時間が極めて短
いため〜ＧＨｚ領域まで直接変調が可能であり、光ディ
スクの書き込み用光源にも適用できる。本発明の緑青色
光源はＧａＡｓ基板上にモノリシックに形成されてお
り、半導体レーザと同程度の極めて小型の光源である。
以上より本発明の構造では、高効率で直接変調可能な超
小型の緑青色レーザ光源を実現することができる。Further, in any of the first and second structures, since the oscillation light from the semiconductor laser is directly coupled to the nonlinear optical medium, there is no useless loss and the conversion efficiency with respect to the input power is high. In addition, since the relaxation time of a semiconductor laser is extremely short, it can be directly modulated up to the GHz range, and can be applied to a light source for writing on an optical disk. The green-blue light source of the present invention is monolithically formed on a GaAs substrate and is an extremely small light source comparable to a semiconductor laser.
As described above, according to the structure of the present invention, it is possible to realize an ultra-small green-blue laser light source capable of directly modulating with high efficiency.
【００１５】以上に示した本発明の実施例では、ＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸を用いたリッジ導波型横モー
ド制御構造を示したが、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ歪
量子井戸を用いてもよく、また他の横モード制御構造を
用いても全く同様の構造を形成することができる。In the embodiment of the present invention described above, GaAs
Although the ridge waveguide type transverse mode control structure using the s / AlGaAs quantum well has been described, an InGaAs / AlGaAs strained quantum well may be used, or the same structure may be formed by using another transverse mode control structure. can do.
【００１６】[0016]
【発明の効果】以上に実施例を挙げて詳しく説明したよ
うに、本発明によれば、小型で、消費電力が低く、しか
も高速に変調でき、緑青色光を出力する集積型半導体レ
ーザ素子を提供することができる。As described above in detail with reference to the embodiments, according to the present invention, there is provided an integrated semiconductor laser device which is small in size, consumes low power, can modulate at high speed, and outputs green-blue light. Can be provided.
【図１】本発明の実施例に係わる構造斜視図である。FIG. 1 is a structural perspective view according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１の実施例に係わる断面および共振状態を示
す図である。FIG. 2 is a diagram showing a cross section and a resonance state according to the embodiment of FIG. 1;
【図３】本発明の別の実施例に係わる構造斜視図であ
る。FIG. 3 is a structural perspective view according to another embodiment of the present invention.
【図４】図３の実施例に係わる断面および共振状態を示
す図である。FIG. 4 is a diagram showing a cross section and a resonance state according to the embodiment of FIG. 3;
【図５】従来の技術により緑青色光を得る構成を示す図
である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration for obtaining green-blue light by a conventional technique.
１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２ ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ３ ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ−ＳＣＨ量子井戸活性層 ４ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ５ ＺｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子クラッド層 ６ ＺｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子光導波層 ７ 結合グレーティング ８ ｎ電極 ９ ｐ電極 １０ 誘電体保護膜 １１ 出射側誘電体膜 １２ 裏面側誘電体膜 １３ ＤＢＲグレーティング １４ 半導体レーザ １５ 結合光学系 １６ Ｎｄ：ＹＡＧ １７ ＫＴＰ １８ 出力反射鏡 Reference Signs List 1 n-GaAs substrate 2 n-AlGaAs cladding layer 3 GaAs / AlGaAs-SCH quantum well active layer 4 p-AlGaAs cladding layer 5 ZnSe / ZnS strained superlattice cladding layer 6 ZnSe / ZnS strained superlattice optical waveguide layer 7 coupling grating 8 n-electrode 9 p-electrode 10 dielectric protective film 11 emission-side dielectric film 12 back-side dielectric film 13 DBR grating 14 semiconductor laser 15 coupling optical system 16 Nd: YAG 17 KTP 18 output reflecting mirror
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 G02F 1/37 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50 G02F 1/37
Claims (2)
換部との二領域をＧａＡｓ基板上に構成してなる集積素
子において、前記発光部には、発振波長λのＧａＡｓ／
ＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓダブル
ヘテロ型半導体レーザが形成されており、前記波長変換
部には、ＺｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子から構成されるスラ
ブ型光導波層が形成されており、前記発光部の端面には
波長λに対して高反射率の誘電体多層膜が形成されてお
り、前記波長変換部の端面には波長λに対するよりも波
長λ／２に対して低い反射率を示す誘電体多層膜が形成
されており、かつ前記発光部と波長変換部との結合部の
近傍における前記波長変換部に周期（２ｍ＋１）λ／４
ｎeff（ｎeff：波長変換部の等価屈折率、ｍ：正の整
数）のグレーティングが形成されていることを特徴とす
る集積型半導体レーザ素子。1. An integrated device comprising two regions, a light emitting portion and a wavelength converter, optically coupled to each other on a GaAs substrate, wherein the light emitting portion has a GaAs / oscillation wavelength λ.
An AlGaAs or InGaAs / AlGaAs double hetero semiconductor laser is formed, a slab type optical waveguide layer composed of a ZnSe / ZnS strained superlattice is formed in the wavelength conversion section, and an end face of the light emitting section is formed. Is formed with a dielectric multilayer film having a high reflectance with respect to the wavelength λ, and a dielectric multilayer film having a lower reflectance with respect to the wavelength λ / 2 than with respect to the wavelength λ is formed on the end face of the wavelength conversion unit. Formed , and the coupling portion between the light emitting portion and the wavelength conversion portion.
A period (2m + 1) λ / 4 is applied to the wavelength conversion unit in the vicinity.
neff (neff: equivalent refractive index of the wavelength converter, m: positive integer
An integrated semiconductor laser device, wherein the grating is formed .
換部との二領域をＧａＡｓ基板上に構成してなる集積素
子において、前記発光部には、発振波長λのＧａＡｓ／
ＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓダブル
ヘテロ分布反射型半導体レーザが形成されており、前記
波長変換部には、ＺｎＳｅ／ＺｎＳ歪超格子から構成さ
れるスラブ型光導波層が形成されており、前記発光部の
端面には波長λに対して高反射率の誘電体多層膜が形成
されており、前記波長変換部の端面には波長λに対する
よりも波長λ／２に対して低い反射率を示す誘電体多層
膜が形成されており、かつ前記発光部と波長変換部との
結合部の近傍における前記波長変換部に周期（２ｍ＋
１）λ／４ｎeff（ｎeff：波長変換部の等価屈折率、
ｍ：正の整数）のグレーティングが形成されていること
を特徴とする集積型半導体レーザ素子。2. An integrated device in which two regions, a light emitting unit and a wavelength converter, optically coupled to each other, are formed on a GaAs substrate.
An AlGaAs or InGaAs / AlGaAs double hetero distributed reflection type semiconductor laser is formed, a slab type optical waveguide layer composed of a ZnSe / ZnS strained superlattice is formed in the wavelength conversion section, and a light emitting section of the light emitting section is formed. A dielectric multilayer film having a high reflectance with respect to the wavelength λ is formed on the end surface, and a dielectric multilayer film having a lower reflectance with respect to the wavelength λ / 2 than with respect to the wavelength λ is formed on the end surface of the wavelength conversion unit. A film is formed , and the light emitting unit and the wavelength conversion unit
The period (2m +
1) λ / 4 neff (neff: equivalent refractive index of the wavelength conversion unit,
m: a positive integer) is formed on the integrated semiconductor laser device.
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1991
- 1991-03-15 JP JP07701691A patent/JP3146505B2/en not_active Expired - Fee Related
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