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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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
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。
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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