WO1990003055A1

WO1990003055A1 - Light emitting device and method of producing the same

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Publication number: WO1990003055A1
Application number: PCT/JP1989/000852
Authority: WO
Inventors: Hideaki Iwano; Yasuji Yamazaki; Katsuhiro Teraishi
Original assignee: Seiko Epson Corporation
Priority date: 1988-09-01
Filing date: 1989-08-22
Publication date: 1990-03-22
Also published as: US5179566A; EP0383943A1; DE68914980D1; EP0383943B1; DE68914980T2; EP0383943A4

Description

明細書

¾ ^装置及びその製造方法技術分野

本発明は集積化されていることを特徴とする、半導体レ一ザ光の第 2次高薪波を発生 (S e c ond Ha rmon i c Gen e r a t i on、以下 S HGと略す）せしめる装置の構造及び^ 方法及びその応用装置に関するものである。背景技術

従来の半導体レーザ光の SHGを発生せしめる装置は、特開昭 51 - 142284に見られるようなものであった。第 10図に示すように A 1 G a As系の半導体レーザ（1001) と i Nb0₃等の薄膜光導波路型の SHG装置 (1002) を、ハイブリツドに集積するものであった。半導体レーザから発した波長 870n mのレーザ光は L i Nb0₃薄膜光導波路型の SHG装置に入射し、 L i Nb0₃薄膜の非線形効果によって、 1ノ2の波長の 435 nmに変換されて出射光 (1003) として放射される。または、特開昭 60—112023に見られるようなものであった。第 1 1図に示すように A 1 GaAs系の半導体レーザ（1101) と L i NbO 3等の薄膜光導波路型の SHG装置 (1102) をハイプリッドに集積し、半導体レーザの出射光を効率よく薄膜光導波路に導入するために、（110

3) の集光レンズを間に設置したものである。入射スポッ卜力ちょうど薄膜光導波路に合えば、導波路中の光密度を上げることができ、 1Z2波長への変換効率を上げること力;'できる。しかし、前述の従来技術は次のような課題を有していた。即ち、第 1 0図に於いてはレーザ発振する活 ftSと薄膜光導波路の高さを合わせることがきわめて困難である。更に、環境等の変化に対して位置の変動が起こり易く、少しでも、ずれれば薄膜波路中に光が導入されないという問題点を有していた。更には、半導体レ一ザ光は、広がって漏されるため、薄膜光導波路への結合効率は悪く、これによつても変換効率の低下を招くという問題点を有していた。第 1 1図に於いては集光レンズによって、薄膜光導波路中の光密度を上げること力、'できる力、この場合にも 1 iu mgjgの厚さの導波路に焦点を合わせなくてはならない。従って位置合わせが極めて難しく、更には、環境等によつて容易に位置ずれを起こすと L、う題点を有して、、た。

そこで本発明の目的とするところは、半導体レーザと S H G素子をモノリシックに集積し、レーザ光と S H G素子との結合効率が高く、且つ薄膜光導波路中の光ノ、'ヮ一密度が高 L、、従って第 2高調波の変換効率が高、¾¾装置であり、尚且つ環境の変化に対しても結合効率の変動のない装置とその製造方法を提供するところにある。発明の開示

本発明の誠装置は、同一半導体基社に、少なくとも雇状のレーザ生部と薄胰雇状の第 2次高調波発生光導波路を有し、前記レーザ生部と前記光導波路が実質的に同一平面上に配置されていることを^ ^としている。更に、同一半導体基社に、少なくとも層状のレーザ生部と薄膜層状の第 2次高調波発生光導波路を有し、前記レーザ生部と前記光導波路が実質的に同一平面上に配置され、且つ各々の一端面が互いに接していることを特徵としている。更に、同一半導体基に、少なくとも雇状のレーザ発振部と薄膜層状の第 2次高薪波 ¾ ^光導波路を有し、前記レ一ザ発生部と前記光導波路が実質的に同一苹面上に配置され、且つ各々の向かい合った端面のうち少なくとも一方の端面を、レー TOの発振波長の半分の m¾となる厚さの H¾体腠でコーティングしたことを特徴としている。

更に、同一半難基に、少なくとも雇状のレ一ザ発振部と薄膜雇状の第 2次高波路を有し、前記レーザ発生部と前記波路が実質的に同一平面上に配置され、且つ各々の向か L、合つた端面がレーザ部の発振波長の半分の] ¾¾|だけ離して形成したことを特徴としている。

更に、前記レーザ生部が m—v族化合物半導体結晶体薄膜により構成され、前記第 2次高翳波発生薄膜光導波路が Π—VI族化合物半導体結晶体薄膜により構成されていることを特徴としている。

更に、前記第 2次高調波発生光導波路が、前記半導体基にリッジ職のストライプを形成して成ることを特徴としている。

更に、前記第 2次高調波発生光導波路が、 Π— VI族化合物半導体から成るクラッド層と、該クラッド層を構成する半導体より小さなバンドギヤップを有する Π—VI族化合物半導体から成る非線形光体の光導波路から構成されることを特徴としている。

更に、前記第 2次高調波発生光導波路が、前記リッジのストライプを有し、更に前記クラッド雇と前記非線形光導波路からなり、前記リッジストライプか ϋΐ己非線形光導波路を構成する半導体より小さな屈析率を有する Π— 化^半導体により囲われていることを特徴とする。

更に、前記非線形光導波路の膜厚が、基本波と第 2次高 I波の位相整合条件を满たす厚さであることを特徵としている。

更に、前記第 2次高調波発生光導波路が、前記半導体基板に形成されたストライプ状の溝内に配置され、且つ前記基板面とほぼ同一の高さで形成されていることを特徴としている。

更に、レーザ発振用 ¾ft振器がレーザ生部及び第 2次高調波発生光導波路を内部に含む対向 2端面の t鏡により構成されることを特徵としている《»

更に、前記第 2次高調波発生光導波路が、 Π一 VI 匕^ ί半導体より成る多雇超格子構造であることを特徴としている。

更に、己半導体レーザが、 m—v族化半導体より成る活體、クラッド雇及びコンタクト層から構成されるダブルへテロ構造を有し、前記活性層 [1±のクラッド層の中間の深さまでェッチング除去されたストライプ状のリブを有し、該リブの両側端は Π— VI族化合物半導体層で埋め込まれていることを特徴としている。

更に、前記 ffl— V族化合物半導体層が、 A 1 G a A s混晶から成ることを特徴としている。

更に、前記 HI— V族化合物半導体層が、 I n G a A s P混晶から成ることを特徵としている。

更に、本発明の舰装置の! ¾ 方法は、前記第 2次高調波発生波路が、 Π—VI族化合物半導体の選択的ェピタキシャル成長法により製造されることを特徴としている。

更に、前言択的ェピタキシャル成長法が Π綠 ^素の有機化合物を原料として用いた有^ M気相 β¾ 法であることをとしている。

更に、前記有機金属気相成長法が、前記 Π—赚化^ 5半導体薄膜のェビタキシャノレ成長時の基板温度は 3 0 0て以上 7 0 0 °C以下であり、反応ガス圧力は 3 0 0 T o r r以下であり、 Π族原料に対する Vli^ 料の供铪モル比力《 6以下であることを特徵としている。更に、半導体基に前記ダブルへテロ構造を結晶成長する工程と、該ダブルへテロ構造の一部を基板表面に対して垂直に前記活體を含めてエッチング除去する工程と、該エツチング除去した基板表面上に誘電体膜を形成する工程と、レーザ発振の共振方向に沿って前記体膜をストライプ状にェツチング除去する工程と、前記有厲気相 fi^法により、選択的に前記ス卜ライプ部分にのみ Π—VI族化合物半導体を結晶成長させる工程を含むことを特徴としている。

更に、本発明の光メモリー装置は、同一半導体基に、少なくとも層状の Π - V族化合物半導体よりなるレーザ^生部と、薄膜層状の Π -VI族化合物半導体よりなる第 2次高調波発生光導波路を有し、前記レーザ生部と前記光導波路が実質的に同一平面上に配置された装置を光源に用 L、たことを特徴としている。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の装置の一実施例を示す斜視構造図。

第 2図は、本発明の発光装置の一実施例を示す第 1図の A— A' に於ける半導体レ―ザ部の断面構造図。

第 3図は、本発明の装置の一実施例を示す第 1図の B— B' に於ける第 2次高調波発生光導波路部の断面構造図。

第 4図は、本発明の発光装置の他の一実施例を示す斜視構造図。

第 5図は、本発明の装置の一 H½例を示す第 4図の A— A' に於ける半導体レ—ザ部の断面構造図。

第 6図は、本発明の装置の一実施例を示す第 4図の B— B' 於ける第 2次高調波発生光導波路部の断面構造図。

第 7図は、本発明の発光装置の他の一実施例を示す第 2次高調波発生光導波路部の断面構造図。

第 8図一 a〜 gは、本発明の発光装置の一実施例を示す製造工程図。第 9図は、本発明の光メモリ—装置の一雄例を示す概略構成図。第 10図は、技術における青装置の概略構造図。

第 11図は、従来技術における他の青 ^装置の構造図。

(101) (201) (301) (401) (501) (601) (801) π型 GaAs単結晶基板

(102) (402) · · ·半導体レーザ部

(103) (403) · · '第 2次高調波発生光導波路部

(104) ♦ · ·誘導体多層膜

(105) 誘電体膜

(202) (602) (802)

n型 GaAsノくッファ層

(203) (603) (803)

n型 A 1 X G a X A sクラッド層

(204) (604) (804)

GaAs活性層

(205) (605) (805)

p型 A l_x Ga — _x Asクラッド層

(206) (502) (807)

Z n S_x S e i-x埋め込み層

- (207) (606) (806)

p型 GaAsコン夕クト層

(208) p型ォ一ミック電極 (209) n型ォーミック電極

(302) (304) (608) (610)

♦、 Z n S_x S e i-x クラッド層

(303) (609) · · · Z n S e非線形: 波路雇

(305) ZnSx Se!-χ層

(701) (703) クラッド雇

(702) ♦ · 多雇超格子非線形光導波路雇

(901) 青色装置

(902) コリメ一夕レンズ

(903) ·回析格子

(904) ハーフプリズム

(905) 集光レンズ

(906) 光メモリーディスク

(1001) (1101) ♦半導体レーザ

(1002) (1102) · SHG装置

(1003) 出射光

(1103) 集光レンズ発明を実施するためのの形態

第 1図は本発明の 1実施例を示す構造斜視図である。 n型 GaAs基板 (101)上に、 Α ΐχ Gaj-χ Asから成るダブルへテロ接合の半導体レ一ザ（102) と、 ZnS_x S _{e i}_xから成るリッジ型光導波路 (103) が、モノリシックに集積されている。（102) と（103) は端面において互いに接している。半導体レ一ザ後面にはレ一ザ発振波長スに対して高反射率となる誘電体多層膜 (104) 力《形成され、リッジ型光導波路側端面には I Z2の波長に対して^ itとなる誘電体膜 (105) 力《形成されている。レーザ発振の共振器は、これらの誘電体膜反射ミラ一の間において形成され、 (103) の導中の光エネルギー力大きくなる密度分布となる。

半導体レー"^の A— A' に於ける断面構造図を第 2図に、光導波路部の B-B' に於ける断面構造図を第 3図に示す。まず第 2図の半導体レー i S15 の構造について説明する。（201) の n型 G a As単結晶基に、（2 02) の n型 G a Asバッファ層、（203) の n型 A l_x Ga!— _x As (x = 0. 35) クラッド雇、（204) の G a As活性層、（205) の逆メサ織リブ型に形成された P型 A l_x Ga^ _x As (X = 0. 35) クラッド層及び（207) の p型 Ga Asコンタクト層力、らなり、前記リブの両端は（206) の ZnS_x S e — X (X = 0. 06) の Π—VI族化合物半導体三元混晶で埋め込まれた構造である。

コンタクト層上面の ZnS_x S β!-_χ は、エッチング工程によって除去され、（208) の ρ型ォーミック電極が形成されている。（209) の η型ォ一ミック電極が形成され、 (208) と（209) の電極の間に順方向電流を流すことにより、（204) の活體に電荷注入力《起こり、キャリア再結合の時、生ずるが共振器端面間で増幅されてレーザ光が発振する。

(206) の ZnS_x 層は、 10ΜΩ · cm以上の比抵抗を有しており、注入電流は、リブの場所以外を流れるものがほとんどない。従って、レ一ザ発振はリブ直下の活 ft®のみで起こり、発振閾値電流（以下これを I t hと記す）は滅少する。更に、 ZnS_x S ei- X (X = 0. 06) の屈折率は 2. 53であり、 Ga Asの屈折率 3. 4に比べて ffl折率である。従つて、本発明の第 2図の半導体レーザ部の構成に於いて、発振領域部と（20 6) の埋め込み ZnS_x S β!-_χ (Χ-0. 06) 層のある領域では有劾屈折率段差が発生し、レ一ザ光は有効に発振領域内に閉じ込められる。これによっても I t hは減少し、且つ微分量子効率の向上が可能である。これらの効果により、駆動電流の値を小さくすることができ半導体レーザ部の高出力発振力可能となり、第 2次高調波の出力を高くとることができる。

更に、 Z n S_x S ej-χ は格子定数が A 1 _x G aト _x A sと完全に一致し、界面に於て格子不整合による転移等が発生せず、極めて高品質の結晶体が得られた。これにより注入キャリア及び導波光の ί跌がなくなり、半導体レーザ部の高出力発振に効果が有った。以上説明したような多くの利点により、半導体レーザ部は I t h力《15〜20mAと低く、 870nmの波長の発振出力は 1◦ Omwを越える高出力発振が可能であった。

次に第 3図により、第 2次高調波発生光導波路部の断面構造を説明する。

(301) の n型 GaAs基に（302) の ZnS_x S e卜 _x (x = 0. 5〜1. 0) クラッド層と（303) の ZnS e非線形光導波路層と（30 4) の ZnS_x S e^x (x = 0. 5〜1. 0) クラッド層から成るリッジ型光導波路力《形成され、更に全体を ZnS_x S e!— X (x = 0. 1) 力《覆つている構造となっている。（3Q4) の光導波路層は、その位置力《第 2図 (205) の G a As活性層とほぼ一致または一致している。従ってレーザ光は、ほとんど ί鉄なく（304) の第 2次高調波発生光導波層に入射される。リッジストライプ中を入射光が伝搬する間に、 ZnS e媒質と非線形な相互作用を起こし、波長が 1/2の第 2次高薪波が発生するものである。本実施例に於 ^、ては入射光の波長が 870n mであるので、 435n mの波長の青色コヒーレント光が得られた。変換効率は 5 %~ 7%であり、.半導体レ一ザで 1 OOmW発振させた場合、 5〜7mWの青色光が得られた。光の非線形相互作用を十分に得るには、光導波路中で十分大きな光エネルギー密度を持つこと力《必要である。本実施例の場台、薄膜光導波路であることと、同時にリッジ型ストライプである為、基板平面方向にも光が閉じ込められ、大きな光エネルギー密度を得ること力《できた。

更に、 ZnSe、 ZnSx S e 層は単結晶薄膜であるので、青色光の出射端面及び導波路中での光は少な t、o これによつても変換効率を向上させること力できた。

更に、体レーと鄉觸部を離して形成し、互いに対向する端面に A 1 a 0₃胰をコ一ティングする。 A 1₂ 0₃膜の厚さを半導体レーザの発振波長 870n mを A 1₂ 03の屈折率 1. 76で除した値の半分の 49 4nmであると、この面による f損がなくなり、結合効率が更に上がる。同様の効果は、半導体レ一ザ部と光導波路部を、発振波長の半分の 3離だけ離しても得ることが出来る。

また、光の非線形相互作用を十分に得るために、上記の光エネルギー高密度化の他に、媒質中で基本光と第 2次光の位相速度が等しくなければならない（以後、これを位相整合と記す）。これは非線形光導波層の膜厚によって位相整合条件を満たすこと力河能である。本実施例の場合、クラッド層の Z n Sの屈折率は波長 870 nmに於て 2. 32、非線形媒質の Z n S eの屈折率は波長 870 nmに於て 2. 53であり、 10%近い屈折率の段差があるので、 Z n S e層の膜厚を 80 OAに設定すれば基本光の T E ₀モードと 2次光の T E ,モードの位相整合条件を满たすことができる。

また、リッジストライプは（305) の ZnS_x S e^ X (x = 0. 1) 覆われている。これによつて基板平面方向に屈折率段差が 0. 01生じており、青 m&ir光は単一スポヅトで¾^される。

次に第 4図により本発明の第 2の錢例について説明する。（401) の 0型0& 3基¾ に、 Al_x Gai-χ Asから成るダブルへテロ接台の半導体レーザ部 (402) と Z n S_x S e卜 _xから成る埋め込み型光導波路部 (403) がモノリシックに集積されている。半導体レーザ部の A— A' に於ける断面構造図を第 5図に、光導波路部の B— B' における断面構造図を第 6図に示す。半導体レーザ部の断面構造は、前記例の第 2図と同一構造である。第 6図の光導波路部の断面構造に於て、（601) の n型 GaA s基に（602) の n型 GaAsバッファ層、 (603) の n型 Α ί_χ Ga!-χ As (x = 0. 35) クラッド雇、（604) の G a A s活、 (605) の p型 A l_x Gai— χ As (x = 0. 35) クラッド雇、 (60 6) の p型 GaAsコンタクト雇から成るダブルへテロ接合を順次積雇し、ストライプ状に（607) の様な溝が形成されている。その後、（608) の ZnSx S e!— X (x = 0. 5 1. 0) のクラッド層、（609) の Z n S e非線形光導波路層、（610) の ZnS_x S _{e i}— X (x = 0. 35) クラッド層から成る薄膜光導波路層力《形成されている。（609) の Z n S e非線形光導波路層は、（ 604 ) の G a A s ¾¾ と同じ高さであるので、 (402) の半導体レーザ部からの発振光は、ほとんどなく光導波路層に導入される。本実施例の場合も前記実施例と同様に、光導波路中で十分大きな光エネルギー密度を得ることが出来る。

基板平面方向には、光導波路の曲がりによる屈折率段差ができ、この方向にも光が閉じ込められる。本,例の場合、入射光の波長が 870n mであるので、 435n mの波長の青色コヒーレント光が得られ、その変換効率は 6% 8%であった。従って、半導体レーザで 1 OOmW発振させた場合、 6 8mWの青色光で得られた。

次に、第 7図に非線形光導波路部の、他の実施例に於ける断面構造図を示す。半導体レーザ部の構造は第 2図とまったく同一である。第 3図の構成と同様に Z n Sクラッド層（7◦ 1) と（703) に挾まれて非線形光導波路層（702) がある力;' この（702) 層が、本 H¾S例では Zn S eと Ζπ S S e,-_x (x = 0. 5) から成る多層超格子構造によって構成されている。即ち、 100入の膜厚の21156層と100入の腠厚の2115 S e,. x層力に 4層ずつ積雇された構造である。この超格子構造により、 2次の非線形鮮定数は向上し、第 2次高調波発生の効率は更に高くなる。 i 施例に於いては、 475n mの青色コヒーレント光が、変換効率 9〜 10 % で得られた。多格子の全鎮厚は 800 Aであり、前記錢例と同様に、位相整合の条件を满たし ^ 目互作用力可能である。

前記雄例では、発振波長 870nmの A l GaAs系を半導体レーに用いていた力《、これに Ga I n As P/ I n Pのダブルへテロ接合を用いれば発振波長は 1〜： L. となり、前記 HS例と同様の構成に於いて、波長 500〜 750n mの縁から赤色のコヒーレント光が得られる。

次に第 8図を用いて前記青色装置の製造方法につ L、て説明する。 n型 Ga As単結晶基板（801)上に、（802) の n型 G a A sバッファ雇、 (803) の n型 A l_x As (x = 0. 35) クラッド層、 (80

4) の GaAs活體、（805) の p型 A 1 X Ga!-χ AS (x = 0. 3 5)クラッド層、 (806) の P型 G a A sコンタクト層を連続的に結晶成長する（第 8図— a)。結晶成長法は液相成長法、有機金属気相成長法（以下、これを MOCVD法と記す）、分子線エピタキシー法（以下、これを M BE法と記す）いずれであっても構わない。本餓例に於いては、膜厚の均 ~tt、超薄膜が成長可能、及び量産性に富む MOCVD法によって結晶成長を行った。料としてトリメチルガリウム（以下 TMGaと記す）、トリメチルァミニゥム（以下 TMA 1と記す）を用い、 V^M料として A s H 3 ガスを用いる。これらの原料はパラジウム膜を通した高^ 水素をキヤリァガスとして反応管に導入する。 Ga As基板はグラフアイト製サセプ夕一上に置力、れ、高周波誘導加熱方式により加熱される。成長中の基板は 7 00〜800 でぁり、反応管中の圧カは70〜200丁0 1" 1"でぁる。 n 型ドーパントは S e、 p型のドーパントは Z nである。次に、半導体レーザ部をストライプ状のリブを残して、該リブの両側端を p型クラッド層 (80 5) の中間の深さまでエッチング除去する（第 8図一b) o 次に、前記リブの両側端を（807) の ZnS_x S β!-_χ によって埋め込みを行う（第 8図 —c)。この埋め込み成長は、 MOCVD法による選択的ェピタキシャル法を用いて行った。前記ストライプ状リブの上面には、 S i 0₂薄膜が残されており、この状態でジメチルジンク（以下 DMZnと記す）、ジメチルセレン（以下 DM S eと記す）、ジメチルサルファー（以下 DM Sと記す）を原料とする MOCVD成長を行う。基板 600°C、反応ガス圧力 70To r r、 DMZnに対する（DMS e+DMS) の供耠モノレ比が 2の条件で結晶成長を行うと、 S i 0₂膜の上には何も堆積するものがなく、リブ側端にのみ結晶成長力 <起こる。従って、リブは平坦に埋め込まれ、 S i 0₂をエツチング除去すればコンタクトをとること力《可能である。次に、前記半導体レ —ザ部を残して、今度は活性層 (804) に達する J¾±にエッチングを行う。 (第 8図— d) 。活性層のエッチング面は、光の ί跌を低減するために、垂直断面であり且つ平滑である必要がある。そのために、反応性ィ才ンビームエッチング法（以下これを R I BE法と記す）によってエッチングを行った。イオンビームとして塩素ィオンを用い、異方性ェッチングにより端面形成を行う。イオンビームの方向に沿つてエツチングが進むので垂直断面が切れ平滑な表面が得られる。次に、 S i 0₂、 S i₃ N 等の誘電体によって全面薄膜形成をし、前記半導体レーザのストライプの方向に沿って、ほぼ^ Hの幅のストライプの幵狱に誘電体膜をエッチング除去する（第 8図一 e)。次に、この状態で前述と同様の M 0 CVD法を用 t、た選択的ェピタキシ一法により、前記ストライプ部分にのみ Π— VI族化合物半導体を結晶成長させる (第 8図— ί ) 。誘電体膜上には何も堆積しないので、第 8図— fのようにリッジ状のストライプに薄膜形成がなされる。選択的エピタキシー法は、前述と同様に DMZnと DMS eを原料とし、基板' S¾300〜700で、反応ガス圧力 300To r r以下、 (DMS e+DMS) ZDMZnの供耠モノレ比を 6以下の条件であれば、前述の選択的エピタキシー力可能である。 Z nSx S_ei-x (x = 0. 5〜： L. 0) クラッド層、 Z n S e非線形波路層、 ZnSx Sex-χ (x = 0. 5〜： L 0) クラッド雇の 3雇を ¾ ^的にェピタキシャル成長する。 ZnS_x S βχ-χの組成は、原料の供給モル比を!^することで任意に^することが出来る。成長した後のリッジストライブの ffi画は {111} 結晶面が形成され、平滑な側壁が出来る。

これにより彻画に於ける導波光の散乱が減少して、 SHGの効率が上がる。次に、波路部分に ZnSx S βχ-χ (χ = 0. 1) 、前述と同様に MO CVD法により形成し横方向の屈折率差をつける（第 8図一 g) 。その後、 P電極と n電極を形成して青色^:素子となる。

非線形光導灘雇を超格子構造にする場合には、 100人の21136層と 100 Aの ZnSx S 層を交互に結晶成長すればよい。 MOCVD法は急崚な界面を形成できるので、非線形光学定数の大きな非線形光導波路が、実現可能であつナ:。

埋め込み型の非線形光導波路の実施例の場合は、レーザ部を形成した後、ストライプ状の溝を作り、選択的ェピタキシャル成長により少ラッド層、非線形鵷雇を埋め込み成長すればよ t、。

第 9図に本発明の青 ^装置を用いたコンパクトディスクの光ピックァッブ装置の一例における m¾構成図を示す。青装置（ 901 ) 力、ら放出する出力 5mW、波長 435 nmの光は、コリメータレンズ（902) に入射し、（903) の回折格子で 3ビームに変換される。ハ一フブリズム (904) を透過して、ディスク面上 (906) に（905) 集光レンズを通して集束される。ディスク面上では、それぞれのスポットは約 0, 5μτη の大きさである。主ビームは、ディスク面上に刻まれているピッ卜により回折され、反射光量の変化として情報を読み出す。 2つの副ビームはトラツキング制御信号として使われる。スポット径が、従来の 780n mの波長の半導体レーザを用いた場合より半分になるので、ディスクのメモリー容量は 4 倍に増やすこと力可能となつた。発明の効果

以上述べたように、本発明によれば次のような効果を有する。

(1) 同一の結晶構造を有する化合物半導体により半導体レーザと SHG素子を形成するため、半導体レーザと S HG素子をモノリシック集積することが出来る。従って、 1mm角程度の極めて小型の青色発光素子を実現できる。

( 2 )半導体レーザの活性層と非線形光導波路がほぼの高さで平行に構成されているので、レーザ光はほとんど非線形光導波路中に導入される。従つて、光の損失が少なく強い青色光を得ることが出来る。

(3) 半導体レーザと SHGがモノリシックに集積されているため、レーザ光を非線形光導波路に導くための極めて難し、光軸合わせの工程が不用となる。従って、製造工程が容易となり低コストで再現性のある青色素子を提供することが出来る。

(4) 半導体レーザと SHGがモノリシックに集積されているため、顯竞温度の変化や、機械的振動によって光拳由力ずれるということが無い。従って、極めて信頼性の高い青色! ^素子が得られる。

(5) 非線形光導波路中で、導波光は腠厚方向にも、基板表面方向にも閉じ込められているため、光パワー密度が高く、光の非線形相互作用を十分に得ることが出来る。従って、第 2次高調波発生の変換効率が向上し出力の高い _ 青色光を得ることが出来る。

(6)非線形光導波路が、 m— V族化台物半導体単結晶基板の上に結晶成長可能な π— 化合物物半導体の単結晶薄膜から成るので、モノリシックな集¾ ^可能であり、且つ導波光の吸収や散乱が少ない。これによつても第 2 次高!^^の^ »が向上し出力の高い青色光を得ることが出来る。

(7)非線形光導波路が、薄膜の腠厚制御性の良い MO C VD法による結晶成長であるため、位相整合条件を满たす腠厚を正確に制御できる。従って、非線形光相互作用が効率よく起こり、第 2次高調波発生の変換効率の高、青色^素子を再現く itすることが可能である。

(8) 半導体レーザ部は高出力発振可能であり、且つ量子効率の高い構造である。従って、出力の高い青色光を得ること力河能である。

(9)非線形波路が、超格子構造である場合、非線形光学定数が大きくなり第 2次高！^ ¾生の変換効率を更に向上させること力《出来る。

( 1 0)光導波路の形成が選択的ェピタキシャル成長法であるため、導波路の側壁は結晶面となり平滑となる。更に、導波路形成のために Π— VI族化合物半導体のェッチングを行う必要がない。これらのために光の散乱が側壁で起こりにくい <5 ^光導波路を、簡単な I ^工程によって! ¾tすること力河能である。

( 1 1)波長の短いコヒーレント光源を用いているため、光メモリーの容量を従来の 4倍 g¾に上げること力《でき大容量メモリ一が実現できる。

Claims

請求の範囲

( 1 ) 同一半導体基に、少なくとも層状のレーザ生部と薄膜層状の第 2次高調波発生光導波路を有し、前記レ一ザ生部と前記光導波路力《実質的に同一平面上に配置されていることを特徴とする装置。

(2) 半導体基に、少なくとも展状のレーザ ^部と薄膜層状の第 2次高調波発生光導波路を有し、前記レーザ ^部と前記光導波路が実質的に同一平面上に配置され、且つ各々の一端面が互いに接していることを特徴とする請求項 1記載の装置。

( 3) 同一半導体基に、少なくとも層状のレーザ発振部と薄膜層状の第 2次高調波発生光導波路を有し、前記レーザ発生部と前記光導波路が実質的に同一平面上に配置され、且つ各々の向かい合った端面のうち少なくとも一方の端面を、レ一ザ部の発振波長の半分の m¾となる厚さの誘電体膜でコ一ティングしたことを特徵とする請求項 1記載の装置。

(4) 同一半導体基^ hに、少なくとも雇状のレーザ発振部と薄膜層状の第 2次高調波発生光導波路を有し、前記レーザ発生部と前記光導波路が実質的に同一平面上に配置され、且つ各々の向かい合った端面がレーザ部の発振波長の半分の距離だけ離して形成したことを特徴とする請求項 1記載の！^装

( 5 ) 前記レーザ光発生部が m— V族化合物半導体結晶薄膜により構成され、前記第 2次高調波発生薄膜光導波路が Π一 VI族化合物半導体結晶薄膜により構成されていることを特徴とする請求項 1記載の装置。

(6)前記第 2次高調波発生光導波路が、前記半導体基^ ±にリッジ形状のストライプを形成して成ることを特徴とする請求項 1記載の装置。

(7) 前記第 2次高調波発生光導波路が、 Π— VI族化合物半導体から成るクラッド層と、該クラッド層を構成する半導体より小さなバンドギヤップを有 — 1 2 —

03055 PCT/JP89/00852 する Π— VI族化合物半導体から成る非線形光^体の光導波路から構成されることを特徴とする請求項 1記載の装置

(8)前記第 2次高調波発生光導波路が、前記リッジのストライプを有し、更に前記クラッド層と前記非線形光導波路からなり、前記リッジ織ストライプカ記非線形光導波路を構成する半^より小さな屈折率を有する π一 t^化^半導体により囲われていることを^ i [とする請求項 1言 e¾の

(9)前記非線形波路の膜厚が、基本波と第 2次高翳波の位相整合条件を满たす厚さであることを特徴とする請求項 1言 e ^の^:装置。

( 1 0)前記第 2次高調波発生光導波路が、前記半導体基板に形成されたストライプ状の溝内に配置され、且つ前記基板面とほぼ同一の高さで形成されていることを特徴とする請求項 1記載の!^装置。

( 1 1 ) レーザ発振用光共振器がレーザ光発生部及び第 2次高調波発生麟波路を内部に含む対向 2端面の ί鏡により構成されることを特徴とする請求項 1記載の誠装置。

(1 2)前言 2次高調波発生光導波路が、 Π— VI族化^!半導体より成る多層超格子構造であることを特徵とする請求項 1記載の装置。

( 1 3)前記半導体レーザが、 III-V族化合物半導体より成る活體、クラッド層及びコンタクト層から構成されるダブルへテロ構造を有し、前記活性層 ϋ±のクラッド層の中間の深さまでエッチング除去されたストライプ状のリブを有し、該リブの両側端は Π—赚化合物半導体雇で埋め込まれていることを特徴とする請求項 1記載の ¾ ^装置。

( 1 4)前記 m— V族化合物半導体層が、 A 1 G a A s混晶から成ることを特徵とする請求項 1記載の装置。

( 1 5) 前記 ΠΙ— V族化合物半導体層が、 I n G a A s P混晶から成ることを特徵とする請求項 1記載の装置。

(16)前記第 2次高調発生光導波路が、 Π— VI族化合物半導体の選択的ェピタキシャル成長法により！ ^されることを特徴とする装置の製造方

(17)前S 択的ェビタキシャル成長法が、 Π び VII ^素の有機化合物を原料として用いた有厲気相成長法であることを特徴とする請求項 1 6記載の装置の方法。

(18)前記有機金属気相成長法が、前記 Π— VI族化合物半導体薄膜のェピ夕キシャル成長時の基板は 300C以上 700 以下であり、反応ガス圧力は 30 OTo r r以下であり、 Π族原料に対する VI属原料の供給モル比が 6以下であることを特徵とする請求項 16及び 17記載の装置の製造方法。

(19)半導体基板上に前記ダブルへテロ構造を結晶成長する工程と、該ダブルへテロ構造の一部を基板表面に対して垂直に前記活性層を含めてェッチング除去する工程と、該エツチング除去した基板表面上に誘電体膜を形成する工程と、レーザ発振の共振方向に沿って前記誘電体膜をストライプ状にェッチング除去する工程と、前記有機金属気相成長法により、選択的に前記ストラィプ部分にのみ Π—VI族化合物半導体を結晶成長させる工程を含むことを特徴とする請求項 16および 17記載の発光装置の製造方法。

(20)同一半導体基に、少なくとも雇状の ΙΠ— V族化合物半導体よりなるレーザ: 生部と、薄膜層状の Π - VI族化合物半導体よりなる第 2次高調波発生光導波路を有し、前記レーザ生部と前記波路が実質的に同一平面上に配置された装置を光源に用いたことを特徴とする光メモリー