JPS5943838B2 - 青色発光装置 - Google Patents
青色発光装置Info
- Publication number
- JPS5943838B2 JPS5943838B2 JP51042125A JP4212576A JPS5943838B2 JP S5943838 B2 JPS5943838 B2 JP S5943838B2 JP 51042125 A JP51042125 A JP 51042125A JP 4212576 A JP4212576 A JP 4212576A JP S5943838 B2 JPS5943838 B2 JP S5943838B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light emitting
- blue light
- emitting device
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
- H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は小型青色発光装置を提供するもので、特に、Ｇ
ａｌ−ｘＡｌｘＡｓに代表される半導体レーザと薄膜光
導波路とを組み合わせ光導波路内で光学的に非線形相互
作用を発生させ、青色発光を得る装置に関するものであ
る。
ａｌ−ｘＡｌｘＡｓに代表される半導体レーザと薄膜光
導波路とを組み合わせ光導波路内で光学的に非線形相互
作用を発生させ、青色発光を得る装置に関するものであ
る。
オプトエレクトロニクスの進展は目覚しく、特にレーザ
は、その出現以来、多くの研究、開発が行なわれ、多方
面への応用がなされてきている。
は、その出現以来、多くの研究、開発が行なわれ、多方
面への応用がなされてきている。
また近年は、光通信、光情報処理への応用が期待されて
いる。これらの将来の応用を考える場合には、オプトエ
レクトロニクスの分野においても素子や装置の固体化、
小型化、集積化が進められなければならない。
いる。これらの将来の応用を考える場合には、オプトエ
レクトロニクスの分野においても素子や装置の固体化、
小型化、集積化が進められなければならない。
これらの努力は、現在充分とは言えないが、着実に進め
られている。
られている。
伝送路としての光ファイバーは実用段階にあり、受光素
子や光回路素子の固体化、小型化、集積化の研究も盛ん
に行なわれている。
子や光回路素子の固体化、小型化、集積化の研究も盛ん
に行なわれている。
特に発光源としての半導体レーザが実用の段階にあるこ
とは光応用の前途を明るいものにしている。
とは光応用の前途を明るいものにしている。
しかし、現在のところ実用に供し得る室温動作のｐｎ接
合式の半導体レーザとして得られる波長域は、約７００
０λ〜９０００λであり、短波長の青色の発光について
は、発光ダイオードとしても容易でなくまして青色発振
半導体レーザダイオードの実現は非常に困難であり現在
、まだ成功例は全く報告されていない。
合式の半導体レーザとして得られる波長域は、約７００
０λ〜９０００λであり、短波長の青色の発光について
は、発光ダイオードとしても容易でなくまして青色発振
半導体レーザダイオードの実現は非常に困難であり現在
、まだ成功例は全く報告されていない。
従来の実用化されている青色発振レーザはアルゴンガス
レーザに見るごとく、大型で高価であり、水冷を要し電
力消費も大きいものである。
レーザに見るごとく、大型で高価であり、水冷を要し電
力消費も大きいものである。
本発明は、全く新規な方法で従来の欠点、困難さを克服
し、低廉化された小型で低電力の青色発光素子を提供す
ることを目的とする。
し、低廉化された小型で低電力の青色発光素子を提供す
ることを目的とする。
第１図は本発明で実施された全固体で小型な青色発光装
置の概略図であり、半導体レーザ１と基板３の上に形成
された光薄膜導波路２からなつている。
置の概略図であり、半導体レーザ１と基板３の上に形成
された光薄膜導波路２からなつている。
その接合は後述する通りのものであり、図中の概略寸法
かられかる通り小型な構造の素子ができる。本発明の原
理は本質的に高密度光エネルギーの電磁波が光学的に非
線型な媒質と相互作用を起し、基本波（一次光）の周波
数の２倍（波長でＨ）の第２高調波（二次光）を発生す
ることを利用している。
かられかる通り小型な構造の素子ができる。本発明の原
理は本質的に高密度光エネルギーの電磁波が光学的に非
線型な媒質と相互作用を起し、基本波（一次光）の周波
数の２倍（波長でＨ）の第２高調波（二次光）を発生す
ることを利用している。
現在、実用段階にある半導体レーザは７０００Ａ〜９０
００λの範囲であり、逓倍により波長が３５００λ〜４
５００λ程度の青色光を得ることができる。
００λの範囲であり、逓倍により波長が３５００λ〜４
５００λ程度の青色光を得ることができる。
また、効率のよい第２高調波の発生のためには、非線型
効果を有する媒質中を高光エネルギー密度で伝播させる
必要があるが、非線型材料を光導波路構造とすることに
よつて、出力０．１〜１ワツトの半導体レーザを一次光
として使用した場合においても１０ハＶｄ以上のエネル
ギー密度を実現することが可能である。
効果を有する媒質中を高光エネルギー密度で伝播させる
必要があるが、非線型材料を光導波路構造とすることに
よつて、出力０．１〜１ワツトの半導体レーザを一次光
として使用した場合においても１０ハＶｄ以上のエネル
ギー密度を実現することが可能である。
勿論このためには、効率よく、半導体レーザ光を膜中に
導入しなければならないが、これは第２図に示すような
方法によつて可能であり、小型化にも支障はない。第２
図は薄膜２の終端部の膜上にテーパ４を蒸着やスパツタ
等でつけテーパ部に光５を入射し、テーパ４での光の膜
厚によるカツトオフを利用して膜内へー次光を導入する
。またテーパ４と薄膜２との界面は格子６をつけておい
てもよい。よく知られているように、光導波路型の光高
調波発生素子においても、一次光と二次光との伝播モー
ド間の位相整合がとれなければ第２高調波は発生しない
。
導入しなければならないが、これは第２図に示すような
方法によつて可能であり、小型化にも支障はない。第２
図は薄膜２の終端部の膜上にテーパ４を蒸着やスパツタ
等でつけテーパ部に光５を入射し、テーパ４での光の膜
厚によるカツトオフを利用して膜内へー次光を導入する
。またテーパ４と薄膜２との界面は格子６をつけておい
てもよい。よく知られているように、光導波路型の光高
調波発生素子においても、一次光と二次光との伝播モー
ド間の位相整合がとれなければ第２高調波は発生しない
。
優れた非線型光学材料として、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａ
Ｏ３およびこれらの固溶体がある。ＬｉＮｂＯ３の光導
波路はＬｌイオンの外部拡散や金属イオンの内部拡散に
よつて製作される。また、ＬｉＴａＯ３を基板として、
スパツタ法、液相成長法、あるいは熔融固化法等により
ＬｌＮｂＯ３薄膜が形成されているが、これらのもので
は基板部と薄膜部での屈折率差が小さく、７０００人〜
９０００λの半導体レーザ光を一次光とした場合、位相
整合が不可能であり、高調波発生は実現されない。Ｌｌ
ＮｂＯ３等と充分大きな屈折率差をもち、しかも格子定
数のよく合つた基板による薄膜成長は従来行なわれてい
ない。本発明はＬｉＮｂＯ６，ＬｉＴａＯ３等にくらべ
てはるかに小さな屈折率をもつサフアイアα−Ａｌ２Ｏ
３単結晶を基板として利用し、スパツタ法等によりＬｉ
Ｎｂｌ−ＸＴａ）ＣＯ３（但しＯ≦Ｘ≦１）の｛１０１
０｝面（通称Ｙ面）の単結晶薄膜を形成し低損失の光導
波路としこれを第２高調波発生素子として利用する。
Ｏ３およびこれらの固溶体がある。ＬｉＮｂＯ３の光導
波路はＬｌイオンの外部拡散や金属イオンの内部拡散に
よつて製作される。また、ＬｉＴａＯ３を基板として、
スパツタ法、液相成長法、あるいは熔融固化法等により
ＬｌＮｂＯ３薄膜が形成されているが、これらのもので
は基板部と薄膜部での屈折率差が小さく、７０００人〜
９０００λの半導体レーザ光を一次光とした場合、位相
整合が不可能であり、高調波発生は実現されない。Ｌｌ
ＮｂＯ３等と充分大きな屈折率差をもち、しかも格子定
数のよく合つた基板による薄膜成長は従来行なわれてい
ない。本発明はＬｉＮｂＯ６，ＬｉＴａＯ３等にくらべ
てはるかに小さな屈折率をもつサフアイアα−Ａｌ２Ｏ
３単結晶を基板として利用し、スパツタ法等によりＬｉ
Ｎｂｌ−ＸＴａ）ＣＯ３（但しＯ≦Ｘ≦１）の｛１０１
０｝面（通称Ｙ面）の単結晶薄膜を形成し低損失の光導
波路としこれを第２高調波発生素子として利用する。
この場合基板と導波路の屈折率差が充分大きいために目
的とする波長範囲でも容易に位相整合条件を満すことが
できる。第３図にはサフアイアα−ＡＩ？２０３単結晶
の｛１０１２｝面（通称Ｒ面）を基板としているＬｉＮ
ｂＯ３薄膜（Ｙ面）の導波路での一次光（０．８２μ）
、二次光（０．４１μ）の伝播定数の変化を膜厚を横軸
として示す。
的とする波長範囲でも容易に位相整合条件を満すことが
できる。第３図にはサフアイアα−ＡＩ？２０３単結晶
の｛１０１２｝面（通称Ｒ面）を基板としているＬｉＮ
ｂＯ３薄膜（Ｙ面）の導波路での一次光（０．８２μ）
、二次光（０．４１μ）の伝播定数の変化を膜厚を横軸
として示す。
第３図では一例として一次光、二次光ともＴＥモードと
した場合である。これよりわかるように、低次のモード
間での位相整合も可能であり、効率のよい第２高調波の
発生が期待される。次に本発明の装置の実施例を示す。
実施例基板にサフアイアα−Ａｌ２Ｏ３単結晶のＲ面を
光学的研磨をして用い、この土にＬｉＮｂＯ３単結晶膜
を高周波二極スパツタ法によりエピタキシ一成長させた
。
した場合である。これよりわかるように、低次のモード
間での位相整合も可能であり、効率のよい第２高調波の
発生が期待される。次に本発明の装置の実施例を示す。
実施例基板にサフアイアα−Ａｌ２Ｏ３単結晶のＲ面を
光学的研磨をして用い、この土にＬｉＮｂＯ３単結晶膜
を高周波二極スパツタ法によりエピタキシ一成長させた
。
スパツタ時にＬｉＮｂＯ３は組成ずれを起すので化学量
論的組成より若干Ｌｉ２Ｏ成分の多い焼結体をスパツタ
のターゲツトとして使用した。スパツタ条件としては、
４０％０２入りのＡγガスを用い、ガス圧は２×１０−
２ｔ０ｒｒとした。基板温度７００℃、陽極電流１１０
ｍＡとして、スパツタ速度を約５００λ／Ｈｒにて、膜
厚７３５０λのＬｉＮｂＯ３膜を成長させた。次いで容
易軸方向に膜に電気分極を施した後第２図で示したよう
にテーパ膜としてＡＳ２Ｓ３をテーパ比１００：１とし
て蒸着し、この部分より半導体レーザ光が導入されるよ
うに、第１図に示すように設置した。
論的組成より若干Ｌｉ２Ｏ成分の多い焼結体をスパツタ
のターゲツトとして使用した。スパツタ条件としては、
４０％０２入りのＡγガスを用い、ガス圧は２×１０−
２ｔ０ｒｒとした。基板温度７００℃、陽極電流１１０
ｍＡとして、スパツタ速度を約５００λ／Ｈｒにて、膜
厚７３５０λのＬｉＮｂＯ３膜を成長させた。次いで容
易軸方向に膜に電気分極を施した後第２図で示したよう
にテーパ膜としてＡＳ２Ｓ３をテーパ比１００：１とし
て蒸着し、この部分より半導体レーザ光が導入されるよ
うに、第１図に示すように設置した。
半導体レーザはパルス１駆動とし、約１００ｍＷのレー
ザ出力とした。
ザ出力とした。
膜中でのレーザ光のエネルギー密度は約５×１０６Ｗ×
ｄと考えられる。第３図に示すごとく、ＬｉＮｂＯ３膜
厚を７３５０λとした場合に、一次光のＴＥＩ）モード
と二次光のＴＥτモードが位相整合することが計算され
るが、本実施例においても、集光性のよい青色光が検出
され効率は約１％程度であつた。本実施例のＬｉＮｂＯ
３の代りにＬｌＴａＯ３やＬｉＮｂｌ？ＸＴａｘＯ３（
０≦Ｘ≦１）の単結晶膜をサフアイアのＲ面基板に成長
させることが可能であるので、これらの薄膜によつて同
様な第２高調波を発生させることができるのは勿論であ
る。
ｄと考えられる。第３図に示すごとく、ＬｉＮｂＯ３膜
厚を７３５０λとした場合に、一次光のＴＥＩ）モード
と二次光のＴＥτモードが位相整合することが計算され
るが、本実施例においても、集光性のよい青色光が検出
され効率は約１％程度であつた。本実施例のＬｉＮｂＯ
３の代りにＬｌＴａＯ３やＬｉＮｂｌ？ＸＴａｘＯ３（
０≦Ｘ≦１）の単結晶膜をサフアイアのＲ面基板に成長
させることが可能であるので、これらの薄膜によつて同
様な第２高調波を発生させることができるのは勿論であ
る。
以上説明したように本発明によれば、半導体レーザとの
組み合せによつて全固体で小型の波長３５００λ〜４５
００Ａのコヒーレントな青色発光装置を得ることができ
る。このような装置は従来得られなかつた全固体の青色
レーザ光源となるばかりか、この波長の光は光化学反応
を起し易く、また集光性がよいので、光プリンター（Ｎ
Ｏｎ−１ｍｐａｃｔＰｒｉｎｔｅｒ）、ホログラフイ、
等への応用が考えられる。
組み合せによつて全固体で小型の波長３５００λ〜４５
００Ａのコヒーレントな青色発光装置を得ることができ
る。このような装置は従来得られなかつた全固体の青色
レーザ光源となるばかりか、この波長の光は光化学反応
を起し易く、また集光性がよいので、光プリンター（Ｎ
Ｏｎ−１ｍｐａｃｔＰｒｉｎｔｅｒ）、ホログラフイ、
等への応用が考えられる。
また、螢光体（ＺｎＳ等）を用いれば、容易に高効率で
可視のあらゆる波長の光を得ることができる。
可視のあらゆる波長の光を得ることができる。
このように広範な応用が本発明の小型青色発光装置によ
つて期待できるので、その工業的価値は極めて大である
。
つて期待できるので、その工業的価値は極めて大である
。
第１図は本発明による素子構造の例を示す概略図、第２
図は本発明での半導体レーザと薄膜光導波路との結合を
示す図、第３図は膜厚と伝播定数の関係を示し、一次光
と二次光とのグラフ上の交点が位相整合膜厚を与えるこ
とをＴＥ波を例に示してある。 １・・・・・・半導体レーザ、２・・・・・・ＬｉＮｂ
ｌ−ＸＴａｘＯ３薄膜光導波路、３・・・・・・サフア
イア単結晶基板、４・・・・・・テーパ、５・・・・・
・一次光、６・・・・・・格子、７・・・・・・ヒート
シンク。
図は本発明での半導体レーザと薄膜光導波路との結合を
示す図、第３図は膜厚と伝播定数の関係を示し、一次光
と二次光とのグラフ上の交点が位相整合膜厚を与えるこ
とをＴＥ波を例に示してある。 １・・・・・・半導体レーザ、２・・・・・・ＬｉＮｂ
ｌ−ＸＴａｘＯ３薄膜光導波路、３・・・・・・サフア
イア単結晶基板、４・・・・・・テーパ、５・・・・・
・一次光、６・・・・・・格子、７・・・・・・ヒート
シンク。
Claims (1)
- １ 半導体レーザと、サファイアα−Ａｌ＿２Ｏ＿３単
結晶の｛１０１２｝面上に形成されたＬｉＮｂ＿１−ｘ
ＴａｘＯ＿３（但し、０＜Ｘ＜１）薄膜光導波路とを組
み合わせ、半導体レーザ光を前記薄膜光導波路に導入し
、第２高調波を発生させることにより、青色光を発生さ
せるようにしたことを特徴とする青色発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51042125A JPS5943838B2 (ja) | 1976-04-14 | 1976-04-14 | 青色発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51042125A JPS5943838B2 (ja) | 1976-04-14 | 1976-04-14 | 青色発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS52125286A JPS52125286A (en) | 1977-10-20 |
| JPS5943838B2 true JPS5943838B2 (ja) | 1984-10-24 |
Family
ID=12627211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51042125A Expired JPS5943838B2 (ja) | 1976-04-14 | 1976-04-14 | 青色発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5943838B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01313980A (ja) * | 1988-06-14 | 1989-12-19 | Canon Inc | 第２高調波発生装置 |
| JPH01289183A (ja) * | 1988-05-16 | 1989-11-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JPH01289182A (ja) * | 1988-05-16 | 1989-11-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JP3148896B2 (ja) * | 1990-11-30 | 2001-03-26 | イビデン株式会社 | ニオブ酸リチウム単結晶薄膜 |
| JP3025982B2 (ja) * | 1992-01-21 | 2000-03-27 | イビデン株式会社 | 導波路型光方向性結合器 |
-
1976
- 1976-04-14 JP JP51042125A patent/JPS5943838B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS52125286A (en) | 1977-10-20 |
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