JPH02221941A - チェレンコフ放射型2次高調波発生デバイス - Google Patents
チェレンコフ放射型2次高調波発生デバイスInfo
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- JPH02221941A JPH02221941A JP4183789A JP4183789A JPH02221941A JP H02221941 A JPH02221941 A JP H02221941A JP 4183789 A JP4183789 A JP 4183789A JP 4183789 A JP4183789 A JP 4183789A JP H02221941 A JPH02221941 A JP H02221941A
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は半導体光導波路を用いたチェレンコフ放射型の
2次高調波発生デバイスに関する。 〔従来の技術) 従来、チェレンコフ放射型の2次高調波発生デバイスは
、位相整合が不要であるため、高効率の2次高調波発生
が可能であり、下記の■および■のもの等が知られてい
る。 ■ZnO基板にZnS薄膜を形成したスラブ導波路型デ
バイス(p、に、Tien et aL、 ”0pti
cal secondharmonic genera
tion in form of coherent
Cer−enkov radiation from
a thin−film waveguide。 Appl、 Phys、 Lett、 17.
10. pp、447〜450 (Nov。 1970) ) 。 ■ 第8図に示すように、LiNbO5結晶基板101
にプロトン交換によりプロトン交換導波路102を形成
し、基本波103から放射するチェレンコフ放射波10
4の出力面となるLtNbOs結晶基板101の端面を
斜め研磨加工したデバイス(T、Tan1uchi e
tal、 ”5econd hermonic gen
eration with GaAs1aser di
ode in proton−exchanged L
iNb03wave−guides、” EC0C’8
6 Tech、 Digest (1986) ) 。 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記従来例では2次高調波として発生し
た光波はチェレンコフ放射波として基板方向へ斜めに出
射するため、基板として2次高調波の波長に対して透明
である必要があり、Si。 GaAsなとの吸収性基板を用いることができなかった
。また、チェレンコフ放射の角度によっては出力の垂直
端面で全反射を生じ出力が得られない場合も起こる。ま
た、チェレンコフ放射波の出力面となる基板端面の斜め
加工を研磨によって行なう場合、傾きの精度が悪く、さ
らに、再現性に欠けるという欠点がある。 本発明は、上記従来の技術が有する欠点に鑑みてなされ
たもので、チェレンコフ放射波を効率良く取り出せ、再
現性の高いチェレンコフ放射型2次高調波発生デバイス
を提供することを目的とする。
2次高調波発生デバイスに関する。 〔従来の技術) 従来、チェレンコフ放射型の2次高調波発生デバイスは
、位相整合が不要であるため、高効率の2次高調波発生
が可能であり、下記の■および■のもの等が知られてい
る。 ■ZnO基板にZnS薄膜を形成したスラブ導波路型デ
バイス(p、に、Tien et aL、 ”0pti
cal secondharmonic genera
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Cer−enkov radiation from
a thin−film waveguide。 Appl、 Phys、 Lett、 17.
10. pp、447〜450 (Nov。 1970) ) 。 ■ 第8図に示すように、LiNbO5結晶基板101
にプロトン交換によりプロトン交換導波路102を形成
し、基本波103から放射するチェレンコフ放射波10
4の出力面となるLtNbOs結晶基板101の端面を
斜め研磨加工したデバイス(T、Tan1uchi e
tal、 ”5econd hermonic gen
eration with GaAs1aser di
ode in proton−exchanged L
iNb03wave−guides、” EC0C’8
6 Tech、 Digest (1986) ) 。 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記従来例では2次高調波として発生し
た光波はチェレンコフ放射波として基板方向へ斜めに出
射するため、基板として2次高調波の波長に対して透明
である必要があり、Si。 GaAsなとの吸収性基板を用いることができなかった
。また、チェレンコフ放射の角度によっては出力の垂直
端面で全反射を生じ出力が得られない場合も起こる。ま
た、チェレンコフ放射波の出力面となる基板端面の斜め
加工を研磨によって行なう場合、傾きの精度が悪く、さ
らに、再現性に欠けるという欠点がある。 本発明は、上記従来の技術が有する欠点に鑑みてなされ
たもので、チェレンコフ放射波を効率良く取り出せ、再
現性の高いチェレンコフ放射型2次高調波発生デバイス
を提供することを目的とする。
本発明のチェレンコフ放射型2次高調波発生デバイスは
、 半導体基板上に形成された導波路構造の、上層または下
層に厚膜の、バンドギャップエネルギの大きなウィンド
ウ出力層を具備し、該ウィンドウ出力層の出力端が、異
方性エツチングされた逆メサ面あるいは順メサ面で構成
されているもので、さらに、前記導波路構造に対して、
ウィンドウ出力層と対向する層の、チェレンコフ放射波
における屈折率が、基本波の等低圧折率より小さいもの
、前記導波路構造が多重量子井戸構造であるもの、前記
導波路構造がi半導体で構成され、デバイス全体がPi
n構造であるもの、前記ウィンドウ出力層の出力端面が
、チェレンコフ放射波の全反射面であるものである。 〔作用〕 本発明は、厚膜のバンドギャップの大きなウィンドウ出
力層をチェレンコフ放射出力層として設け、かつ、その
光波出力端面な異方性エツチングにより斜めに形成する
ことによって、半導体基板へのチェレンコフ放射波の吸
収をなくし、光波出力端面での全反射条件をくずすこと
が可能となり、吸収性の半導体基板を用いて高効率のチ
ェレンコフ放射型デバイスを実現することができるもの
である。 また、逆に光波出力端面での全反射を積極的に用いて、
基板の上下方向へのチェレンコフ放射波の発生も可能と
する。 【実施例〕 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。 第1図は本発明による第1実施例であるチェレンコフ放
射型2次高調波発生デバイスの斜視図を表わしている。 1はGaAs基板、2は厚膜のAlヨGa+ −11A
8 (X = 0.25)エビ層のウィンドウ出力層、
3はGaAs基板 lGaAsからなる多重量子井戸構
造の光導波路構造、4はリッジ状のチャンネル導波路、
5は異方性エツチングによって形成した逆メサ出力端面
、6はへき開面である。 本実施例では、外部から入射された入射光7(波長1.
54μm)はチャンネル導波路4内で非線形効果を生じ
、2次高調波(波長0.77μm)を発生し、ウィンド
ウ出力層2にチェレンコフ放射波8として放射される。 また、出力端は逆メサ面が形成されているため、垂直の
へき開面の場合全反射されるチェレンコフ放射波8を、
有効に外部に取り出すことが可能となる。 第2図は本デバイスの断面図を示している。 第2図において、導波路構造3は、多重量子井戸構造(
MQW)導波路13がAlxGa+−Js (混晶比X
=0.56)クラッド層12.14ではさまれている。 MQW導波路13は混晶比x=0.16および0.5
6のウェルおよびバリヤかうなり、それぞれの膜厚は1
20人。 80人であり、導波路全体の層厚は1.5μmとしてい
る。また、両クラッド層12.14の厚さは1.4μm
とし、それぞれp型およびn型でドーピングを施しであ
る。 MQW導波路13に電界を印加することによって2次お
よび3次の非線形感受率χ(2)、χ(3)を制御する
ことを可能にするため、デバイス全体は、MQW導波層
をi層としたpin構造を形成し、逆バイアス印加を行
える構造となっている。11は上部電極lOのためのp
−GaAsキャップ屡である。厚膜のAlyGa+−y
Asエビ層のウィンドウ出力N2はn型ドープであり、
基板1はn−GaAsである。 電界が印加された多重量子井戸構造(MQW)における
非線形効果[主として巨大双極子モーメント(GDM)
3については以下の論文に記載がある。 (]) A、Shimizu ”’Excitonic
0ptical Non1ineari−ty o
f Quantum−Well 5tructur
es in a 5taticElectric
Field、’ Phys、 Rev、 B 37.
14. [1゜8527−8529 (15May 1
988)。 (2) A、Shimizu ”0ptical No
n1inearity Inducedby Gia
nt Dipole Moment of W
annier Exci−tons、” Phys、
Rev、 Lett、 61. 5. pp
、 613−616(I Aug、 1988)。 GDM効果の特徴として、他の非線形効果では見られな
い励起子のエネルギの半分のところの光子エネルギを基
本波とする2次非線形感受率χ(2)が増大することで
ある。 本実施例では、垂直へき開面6から入射した入射光7は
チャンネル導波路4に導波され、チェレンコフ放射光8
を生ずる。このとき、ウィンドウ出力層2におけるチェ
レンコフ放射角αは次式で与えられる。 a= cog−’ (Nω/ nzc+r )
”(1)ここで、Noは基本波であるチャンネル導波光
の等偏屈折率(β/に: β=伝搬定数、に=真空中の
波数)、nlω はAlxGa+−Jsエビ膜層の2次
高調波における屈折率である。上記MQW導波路13に
おいてはNω=3.148. nzω=3.5である
ことから、α= 25.9’″となる。 出力端面5において全反射面を形成する場合の全反射角
ψSCは、スネルの式から、 ψsc= 5in−’ (1/nzc、r ) =16
.6゜となり、さらに、へき開面な用いた垂直端面では
入射角が全反射角を越えるため、チェレンコフ放射光8
は端面で全反射され、外部に取り出すことができない1
本実施例での出力端は、導波路の伝搬方向を [011
]方向にとり、出力端面を硫酸系エッチャントで異方性
エツチングすることにより、第2図に示すような逆メサ
面を形成し、逆メサの傾き角θaを54.7’ とした
、この逆メサ出力端面5からチェレンコフ放射波8は外
部に取り出され、ウェーハ面に対する角度ψは0.43
5@ となり、はぼ入射光7と同じ方向に2次高調波の
出力光9が出力される。一方、2次高調波に変換されず
透過した透過基本波16はチャンネル導波路端で全反射
され、外部に表われず、吸収、消失されてしまう。 尚、チェレンコフ放射光8を効率良く外部に取り出すた
め端面には、誘電体反射防止(AR)膜!7を施して反
射損失を低減している。以下の他の実施例においては説
明の簡略化のため、AR膜の設定を省略した。 次に、本デバイスの作製の概略について記述する。 まず、n型(100)GaAs基板1に、液相法で約3
00μmのAlxGa+−1IAsエビ膜(n型Teド
ープ)を成長させ、つづいて、導波路構造3層を分子線
エピタキシー法(MBE法)によって堆積する。そして
、通常のフォトリソ工程により、リッジ導波路部(リッ
ジ幅:3μm)を形成しSiNxを堆積する。 また、^1.Ga+−xAsエビ層において、光波出力
面となる端面は硫酸系エッチャント()list4:
H2O2:LO= l : 1 :10)を用いてGa
As基板l基板層ツチングにより逆メサ出力端面を形成
する。さらに、上部電極lOの形成のため、リッジ上部
の窓あけを行い、Au/Cr電極を形成する。また、へ
き開を容易にするためGaAs基板l基板層し、裏面に
も電極を形成し、電極のアロイな行う、最後に、人出1
面を所望の位置でへき関し実装電極ボンディングを行っ
て完成する。 次に、本発明の第2実施例について説明する。 前記第1実施例ではチェレンコフ放射波を取り出す層と
してGaAsを基板とする^1.Ga+−Js LPE
層を用いたが、本実施例ではInPを結晶基板とし、導
波路層にInGaAsP/InPからなる多重量子井戸
構造を用いる。 InPを基板として用いた場合、他の
贋に比べてバンドギャップが大きく透明であるため、基
板をそのままチェレンコフ放射光の取り出しに用いるこ
とが可能となる。 第3図は第2実施例を示すデバイス断面図である。第3
図において、1はInP基板、31.32はInPnシ
バ9フフ 路、11はInPキャップ層である.InP結晶におい
てもGaAs結晶と同様化学エツチングによって異方性
エツチングが可能で、光波の伝搬方向と結晶軸を合わせ
ることにより逆メサ端面の形成を行うことができる。 次に、本発明の第3実施例について説明する。 上述までの各実施例においては光波出力端面を逆メサ面
にして使用したが、順メサ面を出力端面として用いるこ
とも可能である。 第4図は順メサ面を出力端面とした第3実施例を示す。 本デバイスではチャンネル導波路として埋め込み型の導
波路構造を用いることができる.n型GaAs基板1に
、AIGaASクラッド層12. 14にはさまれたA
lGaAs MQW導波路層13をMBE法で形成し,
厚膜のA1.Ga+−xAs ( x = 0. 25
)のLPE膜を堆積してウィンドウ出力N2とする.そ
して、チャンネル導波路の伝搬方向を前述した第1実施
例と直交する[011]方向に設定することによって、
第4図に示すような順メサ端面な異方性エツチングで形
成することができる.この場合、チェレンコフ放射波の
うちLPE膜方向に出射されるチェレンコフ放射波8は
順メサ端面から外部に取り出すことができ、基板1方向
へ出射するチェレンコフ放射波41、および端面で反射
する透過基本波16はいずれも基板1内で吸収され消失
する。 次に、本発明の第4実施例について説明する。 本実施例では逆メサ面、あるいは順メサ面を全反射端面
として積極的に用い、チェレンコフ放射波を反射させ上
下方向に光波を取り出すものである。 第5図は前述した第3実施例と構造を同一として光波出
力端面を全反射面としての逆メサ面とし、上面のキャッ
プ層11および電極を部分的に取り除いて上部出力窓部
52を形成したものである。 ウィンドウ出力層2のチェレンコフ放射波8は逆メサ出
力端面で全反射し、上部窓部52から取り出される.前
述した第1実施例におけるデバイスパラメータを用いる
と上部出力角度ψUは23.3°となる。 第6図は前述した第2実施例と構造な同二として、In
P基板lの下面の電極を部分的に取り外して下部出力窓
部61を形成し、チェレンコフ放射波8を取り出して全
図射面としての順メサ出力端面で全反射させて下部出力
窓部67へ出力光9を出力するデバイス構成を示してい
る. InP基板に代えてGaAs基板を用いる場合に
はGaAs基板をエツチング除去して出力窓を設ける必
要がある。 上述した本実施例における出力窓部52および61には
、やはりARココ−ィング51. 62を施している.
このAR膜は2次高調波に対し低い反射率を示し、基本
波に対し高い反射率となるように設計しである。 次に、本発明の第5実施例について第7図を参照して説
明する。 本実施例においてはチェレンコフ放射取り出し層として
LPE層のウィンドウ出力層70. 71を導波路の両
側に設け、両側のチェレンコフ放射を無駄なく出力させ
る構造を与えている。 次に、本発明の第6実施例について説明する。 これまでの各実施例では導波路クラッド構造を対称にし
ていたため、常に上下両方向のチェレンコフ放射を発生
し、第5実施例以外では片方のチェレンコフ放射光を失
う構造であったが、導波路クラッド構造を非対称として
、損失となる側のクラッドの屈折率を下げてチェレンコ
フ放射を生じないようにすると効率の低下を防ぐことが
できる。すなわち、チェレンコフ放射が生じない条件は
式(1)においてクラッドの屈折率をnc2ωとして、 Nω >nc*ω とすれば良いことがわかる。すなわち、nc*ω< 3
.148 を満足するクラッド層を片側に設けることによってチェ
レンコフ放射を阻止することができる。 従って、クラッド層AlxGa+−xAsの混晶比とし
てx=0.8〜1.0なる条件を選べば良いことがわか
る。 以上説明した実施例においてはウィンドウ出力層2とし
て^1GaAs LPE暦、InP基板等を利用したが
、ヘテロエピタキシーによって得られるII−Vl族(
ZnS、 ZnTe、 CdTe−)などをウィンドウ
出力層として用いても良いことは言うまでもない。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明は、厚膜のウィンドウ出力層
を設けてチェレンコフ放射波を導入し、異方性エツチン
グによって形成した逆メサ出力端面または順メサ出力端
面から出力させることによって、吸収性の半導体基板を
用いた場合でもチェレンコフ放射波発生を高効率で行う
ことができる効果がある。また、前記出力端面な全反射
ミラーとして用いることによって、上下方向へのチェレ
ンコフ放射波発生を行うことも可能である。さらに、通
常の誘電体基板で必要とした出力端面の斜め研磨が不要
であり、結晶の異方性エツチングを用いることから、そ
の傾きは極めて精度が良く、デバイス作製の再現性は高
くなるという効果がある。
、 半導体基板上に形成された導波路構造の、上層または下
層に厚膜の、バンドギャップエネルギの大きなウィンド
ウ出力層を具備し、該ウィンドウ出力層の出力端が、異
方性エツチングされた逆メサ面あるいは順メサ面で構成
されているもので、さらに、前記導波路構造に対して、
ウィンドウ出力層と対向する層の、チェレンコフ放射波
における屈折率が、基本波の等低圧折率より小さいもの
、前記導波路構造が多重量子井戸構造であるもの、前記
導波路構造がi半導体で構成され、デバイス全体がPi
n構造であるもの、前記ウィンドウ出力層の出力端面が
、チェレンコフ放射波の全反射面であるものである。 〔作用〕 本発明は、厚膜のバンドギャップの大きなウィンドウ出
力層をチェレンコフ放射出力層として設け、かつ、その
光波出力端面な異方性エツチングにより斜めに形成する
ことによって、半導体基板へのチェレンコフ放射波の吸
収をなくし、光波出力端面での全反射条件をくずすこと
が可能となり、吸収性の半導体基板を用いて高効率のチ
ェレンコフ放射型デバイスを実現することができるもの
である。 また、逆に光波出力端面での全反射を積極的に用いて、
基板の上下方向へのチェレンコフ放射波の発生も可能と
する。 【実施例〕 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。 第1図は本発明による第1実施例であるチェレンコフ放
射型2次高調波発生デバイスの斜視図を表わしている。 1はGaAs基板、2は厚膜のAlヨGa+ −11A
8 (X = 0.25)エビ層のウィンドウ出力層、
3はGaAs基板 lGaAsからなる多重量子井戸構
造の光導波路構造、4はリッジ状のチャンネル導波路、
5は異方性エツチングによって形成した逆メサ出力端面
、6はへき開面である。 本実施例では、外部から入射された入射光7(波長1.
54μm)はチャンネル導波路4内で非線形効果を生じ
、2次高調波(波長0.77μm)を発生し、ウィンド
ウ出力層2にチェレンコフ放射波8として放射される。 また、出力端は逆メサ面が形成されているため、垂直の
へき開面の場合全反射されるチェレンコフ放射波8を、
有効に外部に取り出すことが可能となる。 第2図は本デバイスの断面図を示している。 第2図において、導波路構造3は、多重量子井戸構造(
MQW)導波路13がAlxGa+−Js (混晶比X
=0.56)クラッド層12.14ではさまれている。 MQW導波路13は混晶比x=0.16および0.5
6のウェルおよびバリヤかうなり、それぞれの膜厚は1
20人。 80人であり、導波路全体の層厚は1.5μmとしてい
る。また、両クラッド層12.14の厚さは1.4μm
とし、それぞれp型およびn型でドーピングを施しであ
る。 MQW導波路13に電界を印加することによって2次お
よび3次の非線形感受率χ(2)、χ(3)を制御する
ことを可能にするため、デバイス全体は、MQW導波層
をi層としたpin構造を形成し、逆バイアス印加を行
える構造となっている。11は上部電極lOのためのp
−GaAsキャップ屡である。厚膜のAlyGa+−y
Asエビ層のウィンドウ出力N2はn型ドープであり、
基板1はn−GaAsである。 電界が印加された多重量子井戸構造(MQW)における
非線形効果[主として巨大双極子モーメント(GDM)
3については以下の論文に記載がある。 (]) A、Shimizu ”’Excitonic
0ptical Non1ineari−ty o
f Quantum−Well 5tructur
es in a 5taticElectric
Field、’ Phys、 Rev、 B 37.
14. [1゜8527−8529 (15May 1
988)。 (2) A、Shimizu ”0ptical No
n1inearity Inducedby Gia
nt Dipole Moment of W
annier Exci−tons、” Phys、
Rev、 Lett、 61. 5. pp
、 613−616(I Aug、 1988)。 GDM効果の特徴として、他の非線形効果では見られな
い励起子のエネルギの半分のところの光子エネルギを基
本波とする2次非線形感受率χ(2)が増大することで
ある。 本実施例では、垂直へき開面6から入射した入射光7は
チャンネル導波路4に導波され、チェレンコフ放射光8
を生ずる。このとき、ウィンドウ出力層2におけるチェ
レンコフ放射角αは次式で与えられる。 a= cog−’ (Nω/ nzc+r )
”(1)ここで、Noは基本波であるチャンネル導波光
の等偏屈折率(β/に: β=伝搬定数、に=真空中の
波数)、nlω はAlxGa+−Jsエビ膜層の2次
高調波における屈折率である。上記MQW導波路13に
おいてはNω=3.148. nzω=3.5である
ことから、α= 25.9’″となる。 出力端面5において全反射面を形成する場合の全反射角
ψSCは、スネルの式から、 ψsc= 5in−’ (1/nzc、r ) =16
.6゜となり、さらに、へき開面な用いた垂直端面では
入射角が全反射角を越えるため、チェレンコフ放射光8
は端面で全反射され、外部に取り出すことができない1
本実施例での出力端は、導波路の伝搬方向を [011
]方向にとり、出力端面を硫酸系エッチャントで異方性
エツチングすることにより、第2図に示すような逆メサ
面を形成し、逆メサの傾き角θaを54.7’ とした
、この逆メサ出力端面5からチェレンコフ放射波8は外
部に取り出され、ウェーハ面に対する角度ψは0.43
5@ となり、はぼ入射光7と同じ方向に2次高調波の
出力光9が出力される。一方、2次高調波に変換されず
透過した透過基本波16はチャンネル導波路端で全反射
され、外部に表われず、吸収、消失されてしまう。 尚、チェレンコフ放射光8を効率良く外部に取り出すた
め端面には、誘電体反射防止(AR)膜!7を施して反
射損失を低減している。以下の他の実施例においては説
明の簡略化のため、AR膜の設定を省略した。 次に、本デバイスの作製の概略について記述する。 まず、n型(100)GaAs基板1に、液相法で約3
00μmのAlxGa+−1IAsエビ膜(n型Teド
ープ)を成長させ、つづいて、導波路構造3層を分子線
エピタキシー法(MBE法)によって堆積する。そして
、通常のフォトリソ工程により、リッジ導波路部(リッ
ジ幅:3μm)を形成しSiNxを堆積する。 また、^1.Ga+−xAsエビ層において、光波出力
面となる端面は硫酸系エッチャント()list4:
H2O2:LO= l : 1 :10)を用いてGa
As基板l基板層ツチングにより逆メサ出力端面を形成
する。さらに、上部電極lOの形成のため、リッジ上部
の窓あけを行い、Au/Cr電極を形成する。また、へ
き開を容易にするためGaAs基板l基板層し、裏面に
も電極を形成し、電極のアロイな行う、最後に、人出1
面を所望の位置でへき関し実装電極ボンディングを行っ
て完成する。 次に、本発明の第2実施例について説明する。 前記第1実施例ではチェレンコフ放射波を取り出す層と
してGaAsを基板とする^1.Ga+−Js LPE
層を用いたが、本実施例ではInPを結晶基板とし、導
波路層にInGaAsP/InPからなる多重量子井戸
構造を用いる。 InPを基板として用いた場合、他の
贋に比べてバンドギャップが大きく透明であるため、基
板をそのままチェレンコフ放射光の取り出しに用いるこ
とが可能となる。 第3図は第2実施例を示すデバイス断面図である。第3
図において、1はInP基板、31.32はInPnシ
バ9フフ 路、11はInPキャップ層である.InP結晶におい
てもGaAs結晶と同様化学エツチングによって異方性
エツチングが可能で、光波の伝搬方向と結晶軸を合わせ
ることにより逆メサ端面の形成を行うことができる。 次に、本発明の第3実施例について説明する。 上述までの各実施例においては光波出力端面を逆メサ面
にして使用したが、順メサ面を出力端面として用いるこ
とも可能である。 第4図は順メサ面を出力端面とした第3実施例を示す。 本デバイスではチャンネル導波路として埋め込み型の導
波路構造を用いることができる.n型GaAs基板1に
、AIGaASクラッド層12. 14にはさまれたA
lGaAs MQW導波路層13をMBE法で形成し,
厚膜のA1.Ga+−xAs ( x = 0. 25
)のLPE膜を堆積してウィンドウ出力N2とする.そ
して、チャンネル導波路の伝搬方向を前述した第1実施
例と直交する[011]方向に設定することによって、
第4図に示すような順メサ端面な異方性エツチングで形
成することができる.この場合、チェレンコフ放射波の
うちLPE膜方向に出射されるチェレンコフ放射波8は
順メサ端面から外部に取り出すことができ、基板1方向
へ出射するチェレンコフ放射波41、および端面で反射
する透過基本波16はいずれも基板1内で吸収され消失
する。 次に、本発明の第4実施例について説明する。 本実施例では逆メサ面、あるいは順メサ面を全反射端面
として積極的に用い、チェレンコフ放射波を反射させ上
下方向に光波を取り出すものである。 第5図は前述した第3実施例と構造を同一として光波出
力端面を全反射面としての逆メサ面とし、上面のキャッ
プ層11および電極を部分的に取り除いて上部出力窓部
52を形成したものである。 ウィンドウ出力層2のチェレンコフ放射波8は逆メサ出
力端面で全反射し、上部窓部52から取り出される.前
述した第1実施例におけるデバイスパラメータを用いる
と上部出力角度ψUは23.3°となる。 第6図は前述した第2実施例と構造な同二として、In
P基板lの下面の電極を部分的に取り外して下部出力窓
部61を形成し、チェレンコフ放射波8を取り出して全
図射面としての順メサ出力端面で全反射させて下部出力
窓部67へ出力光9を出力するデバイス構成を示してい
る. InP基板に代えてGaAs基板を用いる場合に
はGaAs基板をエツチング除去して出力窓を設ける必
要がある。 上述した本実施例における出力窓部52および61には
、やはりARココ−ィング51. 62を施している.
このAR膜は2次高調波に対し低い反射率を示し、基本
波に対し高い反射率となるように設計しである。 次に、本発明の第5実施例について第7図を参照して説
明する。 本実施例においてはチェレンコフ放射取り出し層として
LPE層のウィンドウ出力層70. 71を導波路の両
側に設け、両側のチェレンコフ放射を無駄なく出力させ
る構造を与えている。 次に、本発明の第6実施例について説明する。 これまでの各実施例では導波路クラッド構造を対称にし
ていたため、常に上下両方向のチェレンコフ放射を発生
し、第5実施例以外では片方のチェレンコフ放射光を失
う構造であったが、導波路クラッド構造を非対称として
、損失となる側のクラッドの屈折率を下げてチェレンコ
フ放射を生じないようにすると効率の低下を防ぐことが
できる。すなわち、チェレンコフ放射が生じない条件は
式(1)においてクラッドの屈折率をnc2ωとして、 Nω >nc*ω とすれば良いことがわかる。すなわち、nc*ω< 3
.148 を満足するクラッド層を片側に設けることによってチェ
レンコフ放射を阻止することができる。 従って、クラッド層AlxGa+−xAsの混晶比とし
てx=0.8〜1.0なる条件を選べば良いことがわか
る。 以上説明した実施例においてはウィンドウ出力層2とし
て^1GaAs LPE暦、InP基板等を利用したが
、ヘテロエピタキシーによって得られるII−Vl族(
ZnS、 ZnTe、 CdTe−)などをウィンドウ
出力層として用いても良いことは言うまでもない。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明は、厚膜のウィンドウ出力層
を設けてチェレンコフ放射波を導入し、異方性エツチン
グによって形成した逆メサ出力端面または順メサ出力端
面から出力させることによって、吸収性の半導体基板を
用いた場合でもチェレンコフ放射波発生を高効率で行う
ことができる効果がある。また、前記出力端面な全反射
ミラーとして用いることによって、上下方向へのチェレ
ンコフ放射波発生を行うことも可能である。さらに、通
常の誘電体基板で必要とした出力端面の斜め研磨が不要
であり、結晶の異方性エツチングを用いることから、そ
の傾きは極めて精度が良く、デバイス作製の再現性は高
くなるという効果がある。
第1図は本発明の第1の実施例を示すデバイスの斜視図
、第2図は第1実施例の断面図、第3図〜第7図は、そ
れぞれ本発明の第2実施例〜第5実施例を示す断面図、
第8図は従来例を示す断面図である。 1・・・基板、 2.70.71・・・ウィンドウ出力層、3・・・導波
路構造、 4・・・チャンネル光導波路、 5・・・出力端面、 6・・・垂直へき開面、 7・・・入射光、 8 、4+、 72.74・・・チェレンコフ放射波、
9 、73.75・・・出力光、 0.15・・・電極、 1・・・キャップ暦、 2.14・・・クラッド層、 3・・・MQW導波路、 6・・・透過基本波、 ?、 51.68・・・誘電体反射防止膜、31.32
・・・バッファ層、 52・・・上部窓部、 61・・・下部窓部。 第1図
、第2図は第1実施例の断面図、第3図〜第7図は、そ
れぞれ本発明の第2実施例〜第5実施例を示す断面図、
第8図は従来例を示す断面図である。 1・・・基板、 2.70.71・・・ウィンドウ出力層、3・・・導波
路構造、 4・・・チャンネル光導波路、 5・・・出力端面、 6・・・垂直へき開面、 7・・・入射光、 8 、4+、 72.74・・・チェレンコフ放射波、
9 、73.75・・・出力光、 0.15・・・電極、 1・・・キャップ暦、 2.14・・・クラッド層、 3・・・MQW導波路、 6・・・透過基本波、 ?、 51.68・・・誘電体反射防止膜、31.32
・・・バッファ層、 52・・・上部窓部、 61・・・下部窓部。 第1図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、半導体基板上に形成された導波路構造の、上層また
は下層に厚膜の、バンドギャップエネルギの大きなウィ
ンドウ出力層を具備し、該ウィンドウ出力層の出力端が
、異方性エッチングされた逆メサ面あるいは順メサ面で
構成されていることを特徴とするチェレンコフ放射型2
次高調波発生デバイス。 2、導波路構造に対して、ウィンドウ出力層と対向する
層の、チェレンコフ放射波における屈折率が、基本波の
等価屈折率より小さいことを特徴とする請求項1記載の
チェレンコフ放射型2次高調波発生デバイス。 3、導波路構造が多重量子井戸構造であることを特徴と
する請求項1または2記載のチェレンコフ放射型2次高
調波発生デバイス。 4、導波路構造がi型半導体で構成され、デバイス全体
がPin構造である請求項1、2または3記載のチェレ
ンコフ放射型2次高調波発生デバイス。 5、ウィンドウ出力層の出力端面が、チェレンコフ放射
波の全反射面であることを特徴とする請求項1、2、3
または4記載のチェレンコフ放射型2次高調波発生デバ
イス。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4183789A JPH02221941A (ja) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | チェレンコフ放射型2次高調波発生デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4183789A JPH02221941A (ja) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | チェレンコフ放射型2次高調波発生デバイス |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02221941A true JPH02221941A (ja) | 1990-09-04 |
Family
ID=12619373
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4183789A Pending JPH02221941A (ja) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | チェレンコフ放射型2次高調波発生デバイス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02221941A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0659163A (ja) * | 1992-01-31 | 1994-03-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学装置 |
JP2017010062A (ja) * | 2010-03-04 | 2017-01-12 | キヤノン株式会社 | テラヘルツ波発生素子、およびテラヘルツ時間領域分光装置 |
US10331010B2 (en) | 2010-03-04 | 2019-06-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Terahertz-wave generating element terahertz-wave detecting element and terahertz time-domain spectroscopy device |
-
1989
- 1989-02-23 JP JP4183789A patent/JPH02221941A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0659163A (ja) * | 1992-01-31 | 1994-03-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学装置 |
JP2017010062A (ja) * | 2010-03-04 | 2017-01-12 | キヤノン株式会社 | テラヘルツ波発生素子、およびテラヘルツ時間領域分光装置 |
US10331010B2 (en) | 2010-03-04 | 2019-06-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Terahertz-wave generating element terahertz-wave detecting element and terahertz time-domain spectroscopy device |
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