JP2001513262A - 波長可変形光電子デバイス - Google Patents

波長可変形光電子デバイス

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Abstract

(57)【要約】 2.1本発明は、異なる波長チャネル上で動作する光電子デバイスに関する。個々の波長チャネルの波長は別々に変化させることができる。2.2本発明の光電子デバイスは、上記デバイスの少なくとも一つの湾曲導波管を複数のセクションに分割することに基づくものである。複数のセクションへの分割は、上記湾曲導波管上の少なくとも一つの絶縁トレンチ(6)により行われる。本発明の上記トレンチの寸法は、個々のセクションの間に、何時でも、少なくとも10オームの抵抗を持つようになっていて、その結果、各セクションに、個々に制御電流を供給することができる。上記絶縁トレンチ(6)の配置および深さは、上記導波管の湾曲に対応し、湾曲関数yi(x)は、モデル計算補助最適化により決定される。2.3波長可変形光電子デバイスは、光ファイバ・データ送信における、波長多重化技術において最も重要な役割を果たす。その主な用途は、レーザ・アレイ、レーザ・アンプ・アレイ、コンバータ・アレイおよびフィルタ・アレイである。3.0

Description

【発明の詳細な説明】 波長可変形光電子デバイス 発明の説明 本発明の光電子デバイスは、特に、波長可変レーザおよびレーザ・アレイの分 野に関する。 固定周波数および/または固定波長レーザ・アレイの分野には、多数の出版物 および特許がある。以下にいくつかの例を示す。 (1991年)のIEEEフォト技術レター、3巻、501ページのK.佐藤 他の文献。 (1991年)のエレクトロン・レター、27巻、1041ページのC.E. ザー他の文献。 さらに、波長可変形多重セクション・デバイスも周知である。下記の文献は、 この分野におけるいくつかの例である。 (1990年)の光学および量子エレクトロニクス、22巻、1ページのS. 村田他の文献。 (1986年)の応用物理レター、48巻、1501ページのK.ズッタ(D utta)他の文献。 (1994年)の光テクノロジー・ジャーナル、12巻、2100ページのク ズネトソフ(Kuznetsov)の文献。 (1993年)のIEEE量子エレクトロン・ジャーナル、29巻、1817 ページのY.トーモリ(Tohmori)他の文献。 側面隣接多重セクションDFBレーザを含む半導体デバイスに基づく解決方法 は周知である。上記解決方法の場合には、レーザ・アレイの各レーザの個々のセ クションに電流を注入することにより波長への同調を行っている。上記デバイス の欠点の一つは、波長可変の範囲が非常に狭いということである。以下にいくつ かの例を挙げる。 1993年のIEEE量子エレクトロニクス・ジャーナル、29巻、1805 ページの、K.佐藤の文献。 (1989年)のIEEEフォト技術レター、1巻、75ページのH.八坂他 の文献。 さらに、側面隣接多重セクションDBRレーザを含む半導体デバイスに基づく 、いくつかの解決方法がある。この場合、波長への同調は、レーザ・アレイの各 レーザの個々のセクションに電流を注入することにより行われる。以下にいくつ かの例を挙げる。 1995年のInPおよび関連化合物に関する国際会議の技術的要約WA1. 4のY.加藤他の文献。 もう一つの周知の解決方法は、その内部において、個々の各レーザが、薄い金 属フィルム抵抗ヒータにより、熱的に同調することができるレーザ・アレイに基 づいている。上記解決方法は、例えば、下記の文献に記載されている。 (1996年)のIEEE光子技術レター、8巻、22ページのリ(Li)他 の文献。 (1993年)の光子技術ジャーナル、11巻、619ページのロ(Lo)他 の文献。 導波管内で有効な格子周期を形成する均質DFB格子セクション上で、傾斜導 波管を使用する方法も周知である。上記の有効な格子周期は、均質格子の格子周 期および格子jの傾斜角度と相互に関連がある。下記文献参照。 (1978年)のFR−A−2 417 866のM.A.ジフォーテ(Di forte))の文献。 (1993年)のIEEE光子技術レター、%巻、978ページのW.T.ツ サング(Tsang)他の文献。 EP 0 641 053 A1のW.T.ツサングの文献。 モード構造およびしきい値電流密度計算、すなわち、導波管の湾曲関数の定義 は、例えば、連成モード理論に基づくモデル計算により行われる。下記文献参照 。 (1972年)の応用物理ジャーナル、43巻、2327ページのK.コゲル ニク(Kogelnik)およびC.V.シャンク(Shank)の文献。 均質DFB格子セクション上の曲げ導波管は、軸方向に変化する格子周期を持 つ格子を定義するのに使用することができる。下記文献参照。 (1987年)のDE 3643361 A1の庄司他の文献。 (1991年)の米国5,052,015のD.A.アッカーマン(Acke rman)の文献。 軸方向に変化する格子周期を持つ、DFB格子を含む三セクション・レーザが 、下記文献に記載されている。 (1993年)のEP 0 559 192 A2のH.石井文献。 (1994年)の応用物理レター、65巻、2130ページのH.ヒルマー( Hillmer)他の文献。 本発明の目的とするものは、異なる波長チャネル上で動作する、光電子デバイ スである。上記の異なる波長チャネルは、波長で個々に変化することができる。 上記デバイスは、光ファイバ・データ送信における、波長多重化技術において最 も重要な役割を果たす。上記光電子デバイスは、例えば、レーザ・アレイ、レー ザ・アンプ・アレイ、およびフィルタ・アレイの形をとることができる。 技術的に問題になるのは、上記特性を持つ、光電子デバイス用の構造体を開発 することである。 本発明の光電子デバイス・アレイは、制御電流により、その特性波長に個々に 同調することができる最大n本のチャネルを取り扱うことができる。上記デバイ ス・アレイの例としては、波長可変レーザ・アレイ、波長可変アンプ・アレイ、 波長可変フィルタ・アレイ、波長可変形検出装置アレイ、および波長可変形コン バータ・アレイがある。個々の各チャネルは、個々の湾曲した光学的導波管に対 応する。これら各導波管の場合には、個々の関数yi(x)が、xy面、すなわ ち、iが整数であり、1≦i≦nの範囲内にある個々の導波管の湾曲部の光の領 域の最大の行動を定義する。軸方向iは、序数iの導波管の湾曲部を通る。すな わち、xy面には湾曲座標が存在する。レーザ・アレイの場合には、各導波管は 、レーザ能動ゾーン3およびxz面において、光の領域の中心からの光の波長の 長さの周囲を囲む材料からなる。xy面の上下には、フィードバック格子4が存 在し、その格子アレイは、好適な方向に対して傾斜角φだけ傾斜している。格子 領域は、x方向で、二つの境界面と、x=0およびx=Lのところで境界を接し ている。上記二つの境界面は、X軸と直交している。上記フィードバック格子4 は、その内部において、導波管内の光の領域の輝度の数値が、Io(x)/10 0より大きい領域内に存在する。Io(x)は、yz面の位置xにおける光の領 域の最も明るいところの輝度である。x方向の格子エリアLの長さに対しては、 それにより達成されたフィードバック0.2≦K・L≦7が適用される。この場 合、Kはフィードバック格子4の結合係数である。フィードバック格子4は、D FB状のもの(DFB=分散形フィードバック)、DBR状のもの(DBR=分 散形ブラッグ反射器)であり、またはフィードバック格子は標本化した格子を持 つ。最後のケースの場合には、さらに、光の伝播方向に、指定の数の格子を含ま ない領域が存在する。フィードバック格子4は、例えば、排他的な実数の指数結 合、 排他的な虚数結合、または複合結合(実数および虚数結合)を発生する。(xy 面に直交する面の)フィードバック格子4の横断面の形は、三角形、長方形また は正弦波の形をしている。さらに、例えば、角が丸くなっている長方形のような 、対応するこれらの混合した形をとることもできる。均質のフィードバック格子 4、または格子の均質の部分Λoが、格子周期である。波長への同調は、個々の 各導波管を複数に分割することにより行われる。個々の各セクションには、それ 自身の制御電流が注入される。通常、一つの導波管毎に、二つまたは三つのセク ションがある。すなわち、チャネルの放射波長は、二つから三つの異なる制御電 流により設定される。チャネルiの波長は、波長範囲Δλi内でほぼ同調するこ とができる。この一例は、nの異なる波長λi上のn個の導波管から放射される DFB半導体レーザ・アレイである。この場合、iは1からnの範囲に含まれる 。すなわち、光電子デバイスは、nの異なる周波数チャネル上で、同時に動作す ることができる。序数iの導波管の波長間隔Δλiは、フィードバック格子の傾 斜(傾斜角度j)、フィードバック格子の格子周期Λoおよび導波管yi(x)の 対応する湾曲関数により、その絶対波長位置に前もって設定される。最後に、放 射波長λiは、序数iの導波管に対応する制御電流により微調整される。デバイ ス・アレイの他の導波管に対しても、同じことが同様に適用される。n本のチャ ネルの絶対波長および個々のチャネルiの波長間隔の両方を、相互に正確に設定 することができる。そうすることにより、例えば、WDM用途に対して、デバイ ス・アレイを等距離間隔の周波数または波長間隔で実行することができる。 角度αli、iは、序数iの導波管と、(格子範囲の左の端部である)位置x=0 のところの、デバイスのファセットに対する垂線との間の角度を示す。角度αre 、i は、序数iの導波管と、(格子範囲の右の端部である)位置x=Lのところの 、デバイスのファセットに対する垂線との間の角度を示す。導波管の幅は変 えることができる。導波管の幅を変えると、有効屈折率Neff、iに影響がある。 図に示す左および右の格子境界(境界面)は、結晶学上の方向、またはデバイス の幾何学的方向である。上記境界面は、分割格子境界であってもよいし、エッチ ングした格子境界であってもよいし、石版印刷格子境界であってもよいし、分割 またはエッチングしたデバイス境界であってもよいし、分割した半導体ウェーハ 境界であってもよいし、または半導体ウェーハ上のエッチングした境界であって もよい。デバイスが境界面のところで終わらない場合には、導波管を格子エリア の外側へ継続することができる。格子を含まないエリア内には、分岐部分、結合 部分、交換部分、テーパ状の部分等があってもよい。この場合、図に示すエリア は、集積光電子回路の一つのセクションを表わす。 図面を分かりやすくするために、図に示すデバイスの寸法、角度、導波管の幅 、導波管の湾曲部およびコルゲーション周期は正確には縮尺されていない。通常 、横から見た波長の幅は、フィードバック格子の格子周期よりかなり大きくなっ ている。 いくつかの例示としての実施形態を参照しながら、以下に本発明の光電子デバ イスについて、さらに詳細に説明する。 図1の上部に、n=3の湾曲の異なる導波管(i=1、2、3)を含むデバイ ス・アレイを示す。個々の各導波管の接触層は二回中断されているので、三つの 3セクション・デバイスが形成される。DFBタイプのフィードバック格子4を 通る断面は、(斜視図で見た場合)前表面で見ることができる。上記フィードバ ック格子4は、デバイス・アレイの全表面上のxy面を延びる。 破線9は、(xy面に平行な)デバイス面上への導波管の中心の投影を示す。 序数iの導波管の中心の動きは、導波管yi(x)の湾曲を示す。この意味におい て、曲線9はデバイス面上への軸方向iの投影を示す。さらに、上記曲線9は、 形成された光の領域の最大輝度の動きをかなり正確に示す。 この図の下部は、デバイス・アレイを通る線9に沿った三つの湾曲した断面図 を示す。それぞれの場合、軸方向に異なる変化をする格子周期を持つDFBタイ プのフィードバック格子を見ることができる。z方向は、xy面に直交している 。軸方向iは、xy面を延び、序数iの導波管の湾曲に沿って曲がる。湾曲面の 横断面は、導電率タイプIの半導体バルク層1、導電率タイプIIの半導体バルク 層、能動層3、フィードバック格子4、ファセット・コーティング5、絶縁トレ ンチ/接触分離6、導電率タイプIの側面上の個々のセクションの接触パッド7 、導電率タイプIIの側面上の金属化部分10を示す。異なる湾曲関数により、三 つのデバイスは、軸方向に沿って異なる格子をベースとする導波管の長さを持つ 。この実施形態の場合には、好適な方向に対するフィードバック格子の傾斜角度 jは、非常に小さい(φ=0.5°)。この適用例の場合には、フィードバック 格子4は、三角形の断面を持つ。 図2は、xy面のもう一つのデバイス・アレイの三つの導波管の湾曲関数を示 す。本発明の解決方法の枠組みにおいては、図2の角度αの符号はプラスである 。 図3は、図2のデバイス・アレイのもう一つのxy面(格子面)を同時に示す 。フィードバック格子4は、好適な方向に対して傾斜角度φだけ傾斜している。 各導波管に対して、この図は曲線9により、xy面への導波管の中心の投影を示 す。この実施形態の場合には、各導波管は絶縁トレンチ6により二つのセクショ ンに分割される。この平面図の場合には、これらの境界は黒いバーで示してあり 、図1の底部のところに、絶縁トレンチ6の三つの断面図で示してある。図のよ うに分割されているので、この実施形態のデバイス・アレイは、三つの2セクシ ョン・デバイスからなる。 導波管が湾曲しているので、フィードバック格子4に対して、導波管Jの局部 的傾斜角度に軸方向の変化が見られる。それにより、1/cosθの係数だけ、 フィードバック格子における格子周期Λoに対して、導波管内で形成された光の 領域が使用することができる有効格子周期が変化する。従って、導波管の局部傾 斜角度θは、軸方向に沿って変化する。図2および図3のデバイス・アレイの場 合には、個々の導波管によりカバーされる角度範囲は、θ軸上に存在する。座標 は、格子周期の変化が、導波管Jの局部傾斜角度の大きいほど効率がよいことを 示す。すなわち、格子周期により大きな変化が得られることを示す。 図5は、図2の湾曲関数に基づく、異なるデバイス・アレイを示す。しかし、 この図においては、各導波管は二つの絶縁トレンチ6に関連している。従って、 この場合のデバイス・アレイは、三つの3セクションからなるデバイスを持つ。 個々の各セクションは、それ自身の接触パッドまたはボンド・パッド7を持つ。 従って、各セクションは、個々の注入電流で制御することができる。 図6は、四つの導波管を含むデバイス・アレイを示す。各導波管は一回分割; されている。このデバイス・アレイの場合には、上記分割により四つの2セクシ ョン・デバイスができる。 図7は、三つの導波管を含むデバイス・アレイを示す。各導波管は二回分割さ れている。このデバイス・アレイの場合には、上記分割により三つの3セクショ ン・デバイスができる。 導波管の湾曲関数を適当に選択することにより、事実上同じしきい値増幅αth 、ji、iを持つ、複数のスペルトルが隣接するモードを生成することができる 。この場合、jiは1≦ji≦miの範囲内の整数である。序数iの導波管のmiス ペクトルが隣接するモードは、導波管範囲Δλi上を延びる。長さがLで、湾曲 がもっと大きい、より短い格子エリアを選択した場合には、その内部に類似のし きい値増幅を持つスペクトルが隣接するモードが存在する、スペクトルがもっと 長 い半導体範囲Δλiとなる。図8の場合には、デバイス・アレイに対して上記状 況が、四つのスペクトルが湾曲した導波管により実現された。半導体範囲Δλ1 、Δλ2、Δλ3およびΔλ4は、湾曲関数の幾何学的パラメータにより、その範 囲の境界が若干重なり合うように、その絶対スペクトルの位置に存在している。 さらに、湾曲関数は、δ2y/δx2<0で表わされる。xが増大する場合には、 デバイス・アレイのすべての湾曲関数yi(x)の動きは減少し(図6参照)また 下記式のようになる。 αli、1<αre、1;αre、1〜αli、2;αli、2<αre、2 αre、2〜αli、3;αli、3<αre、3およびαre、3〜αli、4 図9を参照しながら、アレイの複数のセクションを持つデバイスの一つにより 、導波管同調の原理を簡単に説明する。図9は、波長の関数としてのしきい値増 幅を示す。図9aおよび図9cの場合には、中空の円は、レーザ・デバイスが全 共振装置の範囲を通して均質に注入された場合の、しきい値増幅および個々のモ ードのスペクトルの位置を示す。この実施形態の場合には、格子周期の軸方向の 変化は、六つのスペクトルが隣接するモードのしきい値増幅が、同じ数値を持つ ようにすでに選択されている。これらのモードは、下記のように(j=1,2, 3,4,5,m=6)、左から右に番号がつけてある。破線は、視線を案内する ためのものである。等化のモードの中の特定のモードを、優先順序に従って処理 するために、その目的に適した不均質の電流注入を行う。すなわち、個々の各セ クションの制御電流として、特定の電流密度を選択する。図9aの場合には、中 を黒く塗りつぶした円は、それにより特に処理される、モードj=5に対する最 低しきい値増幅を可能にする不均質の電流注入の上記の特定の状況を略図で示す 。モードj=5の均質な電流注入の場合には、同じであった他のモードの場合、 この特殊な不均質電流注入により、そのしきい値増幅が増大する。中を黒く塗り つ ぶした円は、デバイスの全共振装置範囲が特に不均質に注入される場合の、個々 のモードのしきい値増幅とスペクトル位置を示す。実線はここでも視線を案内す るためだけのものである。選択したモードj=5を同調させるために、一つまた は二つの注入電流を適当に変化させると、その結果、波長が1−2ナノメートル 変化(同調)する。この変化は、図9bにおいては、水平方向の太い両方に矢尻 がついた矢印で示す。波長が同調すると、図9bに破線で示す二つのプロファイ ルで示すように、一時的な変化として、全プロファイルが移動する。プロファイ ルが少し変形するのは二次的な変化に過ぎない。他のモードを選択し、同調する ために、注入電流の異なる組合せすなわち、異なる不均質な電流注入プロファイ ルを使用する必要がある。図9cにおいては、モードj=2を選択した場合の、 中を黒く塗りつぶした円がこの状況を示す。モードj=2に同調するために、こ こでもまた、上記の水平方向の二つの矢尻を持つ矢印で示したように、一つまた は二つの注入電流を適当に変化させる。六つの各等化モードは、上記モードの波 長可変を示す、二つの矢尻を持つ水平方向の矢印と関連する。従って、特別に湾 曲した導波管を含む、複数のセクションを持つDFBレーザの全波長可変範囲は 、垂直方向の破線で示すように、まっすぐな導波管を含む、複数のセクションを 持つ、DFBレーザのそれと比較するとかなり広い。この波長可変のコンセプト は、いわば、複数のセクションを含むDFBレーザの同調範囲を、ブラッグ・モ ードのスペクトル的に近接して隣接する波長とを結びつける。 アレイの一つのデバイスの実施形態を参照しながら説明したこの波長可変原理 は、また上記アレイの残りのデバイスにも同様に適用される。しかし、格子周期 の特殊な軸方向の変化を発生するために湾曲導波管を使用すれば、上記の波長可 変デバイス・アレイを技術的に製造する際に、何等の追加費用を必要としない。 図10は、三つの異なる湾曲を持つ導波管(i=1、2、3)を含む、異なる デバイス・アレイに対する波長の関数としてのしきい値増幅を示す。この場合に は、軸方向に均質な電流を注入した場合に、導波管i毎に六つのスペクトルが隣 接するモードが存在するように選択される。上記モードは、類似の小さなしきい 値増幅を持つ。波長範囲Δλ1、Δλ2、およびΔλ3は、湾曲関数の幾何学的パ ラメータにより、i=1およびi=2の場合のように、スペクトルが重なり合う ように、その絶対値のスペクトル位置に存在するか、またはi=2およびi=3 の場合のように、重なり合わない。図10の上の部分は、各導波管内に軸方向に 電流を均質に注入する場合を示す。(導波管を複数のセクションに分割すること により可能になった)非均質な電流注入により、上記六つのモードから個々のモ ードを選択することができ、その波長を同調させることができる。導波管i=1 の場合には、(b)の場合にモードj1=2が選択され、(c)の場合に、モー ドj1=2が選択される。導波管i=3の場合には、(d)の場合にモードj3= 6が選択され、(e)の場合にモードj3=3が選択される。 図11は、各導波管が二回分割され、その結果三つの3セクションを含むデバ イスとなっている三つの導波管を含む実施形態である。この実施形態は、図1の 実施形態に基づいているが、導電率タイプIの半導体バルク層1の側面上の、能 動層3および接触層に関していくつかの設計が可能なものである。この実施形態 の場合には、上記三つの導電率に対する、いわゆるキノコ構造により、光学的お よび電子的閉じこめが行われている。この図の上部の右手の境界面は、上記三つ のキノコ構造の断面図を示す。材料11は半絶縁体である。この実施形態の場合 には、湾曲能動層への電流の注入は、対応する湾曲接触ストリップ8により行わ れる。この実施形態の場合、導電率タイプIの電荷キャリヤは、接点パッド7か ら、接点ストリップ8を通して、半導体バルク層1内に流れ、ここから、上記電 荷キャリヤが上記能動層3に注入される。 その内部において、波長範囲Δλ1、Δλ2、Δλ3およびΔλ4が、その絶対値 のスペクトル位置で隣接している、第一の数字による実施形態を以下に示す。こ の場合には、ほぼ等しい記号が、以下のほぼ等しい記号に存在している。 αli、1<αre、1;αre、1〜αli、2;αli、2<αre、2;αre、2〜αli、3;αli、3< αre、3;αre、3〜αli、4およびαli、4<αre、4 さらに、デバイス・アレイのすべての導波管は、内部においてδ2y/δx2< 0である湾曲部を持つ(例えば、図6参照)。この場合、有効な屈折率は、Nef f =3.22785であり、この実施形態の場合には、簡単にするために、上記 有効屈折率は波長に依存するものと仮定する。さらに、フィードバック格子の傾 斜角度φ=10度と仮定し、均質フィードバック格子の格子周期を、Λo=23 7ナノメートルであると仮定する 波長λmin、i=2NeffΛo/cosθmin、i、 およびλmax、i=2NeffΛo/cosθmax、iは、波長範囲Δλi=λmax、i−λmi n、i をカバーする。この実施形態の場合には、θmin、iは、位置x=0のところの フィードバック格子4を基準とする導波管の局部傾斜角度である。この実施形態 の場合には、θmax、iは、位置x=Lのところのフィードバック格子を基準とす る導波管の局部傾斜角度である。 表1は、これに基づく、四つのチャネルを含むレーザ・アレイの例示としての 実施形態である。 表1 それ故、四つの多重セクションを持つレーザは、四つすべてのレーザの波長可変 により、1.53−1.56マイクロメートルの範囲を、完全にカバーすること ができることになる。この実施形態は、また下記のように一般化することもでき る。 1.)個々のチャネルの波長範囲の波長が重畳する場合(例えば、図8)。 2.)個々のチャネルの波長範囲の波長が重畳しない場合。 3.)すべての波長範囲Δλiは異なり、この実施形態の場合のように、7. 5ナノメートルに等しくない場合。 次に、四つの異なる湾曲導波管を含むもう一つのデバイス・アレイに対応する 、第二の数値による実施形態について説明する。この実施形態の場合、波長範囲 Δλ1、Δλ2、Δλ3およびΔλ4は、その絶対値のスペクトル位置で完全に隣接 していない。どの導波管も、導波管湾曲関数に屈曲点を持たない。上記導波管は 、すべて図7に定性的に示す方法で湾曲している。(湾曲δ2y/δx2<0) αli、1=-4°;αre、1=-3.2°;αli、2=-2.5°;αre、2=-1.1°;αli、3=-0 .2°;αre、3=+0.8°;αli、4=1.3°およびαre、4=2.9° 次に、五つの異なる湾曲導波管を含む、もう一つのデバイス・アレイに対応す る第三の数値による実施形態について説明する。この実施形態の場合、波長範囲 Δλ1、Δλ2、Δλ3およびΔλ4は、ある場合には、その絶対値のスペクトル位 置で重畳しているが、一方、他の場合には、上記波長範囲は重畳していない。ど の導波管も、導波管湾曲関数に屈曲点を持たない。上記導波管は、すべて図7に 定性的に示す方法で湾曲している。(湾曲δ2y/δx2<0)。 αli、1=-5°;αre、1=-4°;αli、2=-3.3°;αre、2=-1.4°;αli、3=-2.2 °;αre、3=-0.8°;αli、4=0.1°;αre、4=4.9°;αli、5=1.3°およびαr e、5 =4.4° 本発明は、異なる導波管チャネル上で動作し、またDFB(=分散フィードバ ック)格子、DBR(=分散ブラッグ反射器)格子、または軸方向多重中断格子 構造(「標本化格子」)に基づく、光子デバイスで使用することができる。後者 の場合、格子エリアは、交互に配列された格子部分、および格子を含まない部分 からなり、対応する長さを、軸方向に変化させることができる。上記原理は、設 計が特殊なものであろうと、そのデバイスが光学的フィードバック格子に基づく ものである場合には、種々の光子デバイスに適用することができる。 <使用した参照記号のリスト> 1.導電率タイプIの半導体バルク層 2.導電率タイプIIの半導体バルク層 3.能動層 4.フィードバック格子 5.ファセット・コーティング 6.絶縁トレンチ(接触分離) 7.導電率タイプのIの側面上の個々のセクションの接触パッド 8.導電率タイプIの半導体バルク層の側面上の導波管の湾曲に沿った接触スト リップ 9.(xy面に平行な)デバイス面上への(軸方向への)導波管の中心の投影 10.導電率タイプIIの側面上の金属化部分 11.半絶縁材 φ.フィードバック格子の傾斜角度 i.導波管の序数 θ・導波管の局部傾斜角度 Λo.フィードバック格子の均質部の格子周期 yi(x).序数iの導波管の湾曲関数 αth.しきい値増幅 Δλi.波長範囲(波長インタバル) L.x方向の格子セクションの長さ ji.序数iの導波管のモードの指数 δ2y/δx2.導波管の湾曲関数の大きさと方向 Neff.導波管の有効屈折率 αli、i.序数iの導波管と、位置x=0(左の境界面)におけるx方向との間の 角度 αre、i.序数iの導波管と、位置x=L(右の境界面)におけるX方向との間の 角度 Io(x).位置Xにおける導波管内の導通光領域の輝度の最大数 K.結合係数 λi.序数iの導波管の放射波長 Index re.右の境界面への基準 Index li.左の境界面への基準 λmin、i.序数iの導波管の最も低いしきい値増幅を持つモードの中の最も短い 波長を持つモードの波長 λmax、i.序数iの導波管の最も低いしきい値増幅を持つモードの中の最も長い 波長を持つモードの波長 Δλi.その上をmiモードが延びる波長範囲
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成11年4月24日(1999.4.24) 【補正内容】 均質DFB格子セクション上の曲げ導波管は、軸方向に変化する格子周期を持 つ格子を定義するのに使用することができる。下記文献参照。 (1987年)のDE 3643361 A1の庄司他の文献。 (1991年)の米国5,052,015のD.A.アッカーマン(Acke rman)の文献。 軸方向に変化する格子周期を持つ、DFB格子を含む三セクション・レーザが 、下記文献に記載されている。 (1993年)のEP 0 559 192 A2のH.石井文献。 (1994年)の応用物理レター、65巻、2130ページのH.ヒルマー( Hillmer)他の文献。 DE−A−44 32 410から、湾曲導波管が1つだけ付いている光電子 デバイスが周知である。導波管の曲がりは位相シフトを作り出すのに有用である 。 Hillmer H.他の「湾曲導波管での個別チャープ格子の調整DFBレ ーザー特性」IEEE量子エレクトロニクス・ジャーナル、1巻、21号、19 95年6月、356〜362ページには、湾曲導波管を1つだけ有する光電子デ バイスについて記述されている。区分化、さまざまな制御電流および導波管の曲 がりは波長中間可変に有用である。 本発明の目的は、さまざまな波長チャネルで動作する光電子デバイスであり、 それらのチャネルは個別に波長を変えることができる。そうした装置にはグラス ファイバでのデータ送信の際の波長多重化方法にとって重要な機能が与えられる 。そのように製造される光電子デバイスは、たとえばレーザ・アレイ、レーザ・ アンプ・アレイ、およびフィルタ・アレイとして作成されることがある。 技術的課題は上記特性を持つ光電子デバイスのための構造体を開発することで ある。 本発明に沿って作成される光電子デバイスアレイは、制御電流によって、最大 でn本のチャネルを取り扱うことができ、それらのチャネルの特徴的な波長は個 々に可変できるようになっている。 請求の範囲 1.導電率タイプIIの半導体バルク層(2)、少なくとも1つの能動層(3) 、n個の個別にx−y面で湾曲した導波管、少なくとも1つのフィードバック格 子(4)、導電率タイプIの半導体バルク層(1)、および1つの接触装置によ って構成される光電子デバイスであって、フィードバック格子(4)の全格子エ リアのx方向の長さがLであり、2つの境界面はx軸に垂直であり、左の境界面 はx=0では格子エリアの左端に、右境界面はx=Lでは格子エリアの右端にあ り、それぞれの導波管に関連する接触装置は、導電率タイプIの半導体バルク層 (1)の側面では軸方向に連続していない状態で伸びており、導電率タイプIIの 半導体バルク層(2)の側面では軸方向に連続している状態で伸びており、導波 管の能動層(3)に導電率タイプIおよびIIのキャリヤが注入され、少なくとも 1つの絶縁トレンチ(6)が少なくとも1つの導波管の上に配置されており、絶 縁トレンチ(6)によって境界を接している、湾曲導波管の上の、個別に接触可 能なセクションの間の絶縁トレンチ(6)の深さ、幅、側部位置および材料の寸 法は、絶縁トレンチ(6)に境界を接する2つのセクションの間では、いつでも 10オーム以上の抵抗が存在するようになっているので、序数iの導波管上の各 セクションに、接触パッド(7)を通して、個々に調整可能な電流を供給できる ようになり、序数iの導波管の湾曲係数yi(x)は、接触パッド(7)の同一の 電位を仮定する下記の条件、 −序数iの導波管すべてのモード中で、もっとも低いしきい値増幅を持つ指数 jiの3つ以上のスペクトルが隣接するモードがあること、 −スペクトルが隣接するモードのしきい値増幅αth、ji、iは、最高で絶対 値の4%の違いがあり(但し、ji=1,2、…mi)、その際、スペクトルが隣 接 する各モードは、しきい値増幅では序数iの導波管のその他のモードとは少なく とも8%の違いがあること、 −湾曲関数yi(x)を持つ序数iの導波管のスペクトルは、波長エリアΔλi =λmax,i−λmin,iに伸びる、まさに、jiスペクトルが隣接するモード(但し 、iは、1≦i≦nの範囲にある整数である)であることによって決まっている 波長可変形光電子デバイスであって、 そのデバイスが動作する全体波長エリアが個別の導波管の波長エリアΔλi(但 し、iは、1≦i≦nの整数)で構成され、n個のさまざまな導波管の波長エリ アはスペクトルでは式|λmax,k−λmin,k+1|<(Δλk+Δλk+1)/10(但 し、kは、1≦k≦(n−1)の整数)で表わされることを特徴とする、波長可 変形光電子デバイス。 2.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスであって、x軸に垂直の境界 面が、x方向のデバイス境界に重なる(但し、Lはx方向でのデバイスの長さを 示す)ことを特徴とするデバイス。 3.請求項1に記載の光電子デバイスであって、少なくとも1つの光学的導波 管が1つ以上の格子境界で境界面を貫通し、左の境界面の格子エリアx<0の外 側であって、右の境界面の格子エリアx>Lの外側のエリアに伸びていることを 特徴とするデバイス。 4.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスであって、格子エリアが統合 された光電子回路の1つのセクションであることを特徴とするデバイス。 5.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスであって、波長エリアΔλl ...、Δλnのスペクトルが重なることを特徴とするデバイス。 6.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスであって、波長エリアΔλl ...、Δλnのスペクトルが重ならないことを特徴とするデバイス。 7.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスであって、選択した導波管の 波長エリアのスペクトルが重なることを特徴とするデバイス。 8.請求項1および請求項8に記載の波長可変形光電子デバイスであって、序 数iの導波管と位置x=0でのx方向との間の角度、つまり左の境界面でのx方 向との間の角度αli,i、および序数iの導波管と位置x=Lでのx方向との間, つまり右の境界面でのx方向との間の角度αre、iが、その他の導波管の対応する 角度と特徴的な関係にあり、 αli、1<αre、1;|αre、1−αli、2|<0.2°; αli、2<αre、2;|αre、2−αli.3|<0.2°;..; αli、n-1<αre、n-1;|αre、n-1−αli、n|<0.2°; αli、n<αre、n が有効であることを特徴とするデバイス。 9.請求項1および請求項9に記載の波長可変形光電子デバイスであって、序 数iの導波管と位置x=0でのx方向との間、つまり左の境界面でのx方向との 間の角度αli,i、および序数iの導波管と位置x=Lでのx方向との間,つまり 右の境界面でのx方向との間の角度αre、iがその他の導波管の対応する角度と特 徴的な関係にあり、 αli、1>αre、1;|αre、1−αli、2|<0.2°; αli、2>αre、2;|αre、2−αli、3|<0.2°;・・ ;・ αli、n-1>αre、n-1;|αre、n-1−αli、n|<0.2°; αli、n>αre、n が有効であることを特徴とするデバイス。 10.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスであって、導電率タイプI の半導体バルク層(1)がn形導体を持ち、導電率タイプIIの半導体バルク層 (2)がp形導体を持つことを特徴とするデバイス。 11.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスであって、導電率タイプI の半導体バルク層(1)がp形導体を持ち、導電率タイプIIの半導体バルク層( 2)がn形導体を持つことを特徴とするデバイス。 12.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスであって、フィードバック 格子(4)の結合が複素数であり、指標結合および利得結合を含むことを特徴と するデバイス。 13.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスであって、フィードバック 格子(4)の結合が複素数であり、指標結合および損失結合を含むことを特徴と するデバイス。 14.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスであって、フィードバック 格子(4)の結合が排他的虚数であり、損失結合を含むことを特徴とするデバイ ス。 15.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスであって、フィードバック 格子(4)の結合が排他的虚数であり、利得結合を含むことを特徴とするデバイ ス。 16.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスであって、フィードバック 格子(4)の結合が実数であり、排他的な指数結合を含むことを特徴とするデバ イス。 17.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスであって、任意に湾曲して いるが交差はしない導波管が導入されていることを特徴とするデバイス。 18.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスであって、少なくとも1つ の導波管がまっすぐであることを特徴とするデバイス。 19.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスであって、角度φ、θ、 αre,iおよびαli,iが20°以下であることを特徴とするデバイス。 20.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスであって、フィードバック 格子(4)が、特に、導波管で導通された光の領域の輝度がI0/100より大 きい数値である領域内にあり、その際、I0はその光の領域での最大輝度であり 、それによって得られたフィードバック結合については、結合係数(K)および x方向での格子領域の長さ(L)に関して、0.2≦K・L≦7の関係が適用さ れることを特徴とするデバイス。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.導電率タイプIIの半導体バルク層(2)と、少なくとも一つの能動層(3 )と、n個の個々の湾曲導波管と、少なくとも一つのフィードバック格子(4) と、導電率タイプIの半導体バルク層(1)と、接触装置とからなる波長可変形 光電子デバイスであって、前記フィードバック格子(4)の全格子エリアのx方 向の長さがLであり、二つの境界面が前記x方向に垂直であり、左の境界面がx =0の位置において、前記格子面の左の端部であり、右の境界面がx=Lの位置 において、前記格子エリアの右の端部であり、各導波管に関連する前記接触装置 が、導電率タイプIの前記半導体バルク層(1)の側面上を前記軸方向に連続し ていない状態で延び、導電率タイプIIの前記半導体バルク層(2)の側面上を、 前記軸方向に連続して延びていて、導電率タイプIおよびIIのキャリヤが、前記 導波管の前記能動層(3)に注入され、少なくとも一つの絶縁トレンチ(6)が 、前記導波管の少なくとも一つの上に位置している波長可変形光電子デバイスで あって、 湾曲導波管上の個々の接触可能であり、絶縁トレンチ(6)と境界を接してい るセクションの間の、絶縁トレンチ(6)の深さ、幅、側部位置および材料の寸 法が、前記絶縁トレンチ(6)と境界を接している各二つのセクションの間に、 何時でも少なくとも10オームのオーム単位の抵抗を持ち、その結果、序数iの 導波管上の各セクションに、その接触パッド(7)を通して、個々に調整可能な 電流を供給することができ、その場合、序数iの前記導波管の湾曲関数yi(x )が、前記接触パッド(7)の同一の電位を仮定する下記の条件、すなわち、前 記序数iの前記導波管のすべてのモードの中の、最も低いしきい値増幅を持つ、 指数jiの少なくとも三つのスペクトルが隣接している、モードが存在すること と、 ji=1、2、...miであり、序数iの前記導波管のスペクトルが隣接して いる、各モードのしきい値増幅が、少なくとも8%異なっている場合に、前記ス ペクトルが隣接しているモードの前記しきい値増幅αth、ji、iが、その絶対 値の4%だけ相互に異なっていることと、 iが1≦i≦nの範囲内の整数である場合に、湾曲関数yi(x)を持つ序数 iの前記導波管のスペクトルが、前記波長範囲Δλi=λmax、i−λmin、i上を延 びる、正確にjiのスペクトルが隣接しているモードを含むことと、 前記n個の異なる導波管の前記波長範囲が、kが1≦k≦(n−1)の範囲の 整数である場合に、|λmax、k−λmin、k+1|<(Δλk+Δk+1 )/10という関係でスペクトルにより表示することができることととにより、 定義されることとを特徴とする、波長可変形光電子デバイス。 2.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記x軸に垂直な 前記境界面が、前記x方向のデバイスの長さを表わすLだけ、前記x方向で前記 デバイス境界と一致していることを特徴とする、波長可変形光電子デバイス。 3.少なくとも一つの光学的導波管が、少なくとも一つの格子境界のところで 、前記境界面を貫通し、前記左の境界面のところの、前記格子エリアx<0の外 側であって、前記右の境界面のところの、格子エリアx>Lの外側の領域内で連 続していることを特徴とする、波長可変形光電子デバイス。 4.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記格子エリアが 、内蔵光電子回路の一つのセクションであることを特徴とする、波長可変形光電 子デバイス。 5.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記波長範囲Δλ1 、...、Δλnのスペクトルが重畳していることを特徴とする、波長可変形光 電子デバイス。 6.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記波長範囲 Δλ1、...、Δλnのスペクトルが重畳していないことを特徴とする、波長可 変形光電子デバイス。 7.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、選択した導波管の 前記波長範囲のスペクトルが重畳していることを特徴とする、波長可変形光電子 デバイス。 8.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、xy座標システム の前記デバイス・アレイのすべての導波管が、δ2y/δx2<0を特徴とする湾 曲関数を持つことを特徴とする、波長可変形光電子デバイス。 9.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記xy座標シス テムの前記デバイス・アレイのすべての導波管が、δ2y/δx2>0を特徴とす る湾曲関数を持つことを特徴とする、波長可変形光電子デバイス。 10.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記xy座標シ ステムの前記デバイス・アレイのすべての導波管が、δ2y/δx2<0およびδ2 y/δx2>0の両方を特徴とする湾曲関数を持つことを特徴とする、波長可変 形光電子デバイス。 11.請求項1および請求項8に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、 序数iの前記導波管と、前記位置x=0、すなわち、前記左の境界面のところの 、前記x方向との間の角度α1i、i、および序数iの前記導波管と、位置x=L、 すなわち、前記右の境界面のところの前記x方向との間の角度αre、iが、下記を 適用する、前記他の導波管の対応する角度と特徴的な関係を持つことを特徴とす る、波長可変形光電子デバイス。 α1i、1<αre、1;|αre、1−αli、2|<0.2°; αli、2<αre、2;|αre、2−αli、3|<0.2°;..; αli、n-1<αre、n-1;|αre、n-1−αli、n|<0.2°; αli、n<αre、n 12.請求項1および請求項9に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、 序数iの前記導波管と、前記位置x=0、すなわち、前記左の境界面のところの 、前記x方向との間の角度αli、i、および序数iの前記導波管と、位置x=L、 すなわち、前記右の境界面のところの前記x方向との間の角度αre、iが、下記を 適用する、前記他の導波管の対応する角度と特徴的な関係を持つことを特徴とす る、波長可変形光電子デバイス。 αli、1>αre、1;|αre、1−αli、2|<0.2°; αli、2>αre、2;|αre、2−αli、3|<0.2°;..;. αli、n-1>αre、n-1;|αre、n-1−αli、n|<0.2°; αli、n>αre、n 13.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、導電率タイプI の前記半導体バルク層(1)が、nタイプの導電率を持ち、導電率タイプIIの前 記半導体バルク層(2)がpタイプの導電率を持つことを特徴とする、波長可変 形光電子デバイス。 14.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、導電率タイプI の前記半導体バルク層(1)が、pタイプの導電率を持ち、導電率タイプIIの前 記半導体バルク層(2)がnタイプの導電率を持つことを特徴とする、波長可変 形光電子デバイス。 15.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記フィードバ ック格子(4)の結合が複素数であり、指数および利得結合を含むことを特徴と する、波長可変形光電子デバイス。 16.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記フィードバ ック格子(4)の結合が複素数であり、指数および損失結合を含むことを特徴と する、波長可変形光電子デバイス。 17.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記フィードバ ック格子(4)の結合が排他的虚数であり、損失結合を含むことを特徴とする、 波長可変形光電子デバイス。 18.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記フィードバ ック格子(4)の結合が排他的虚数であり、利得結合を含むことを特徴とする、 波長可変形光電子デバイス。 19.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記フィードバ ック格子(4)の結合が実数であり、排他的指数結合を含むことを特徴とする、 波長可変形光電子デバイス。 20.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、任意に湾曲して いるが、交差していない導波管を使用することを特徴とする、波長可変形光電子 デバイス。 21.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記導波管の少 なくとも一つが、まっすぐであることを特徴とする、波長可変形光電子デバイス 。 22.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記角度j、J 、αre、iおよびαli、iが、20度より小さいことを特徴とする、波長可変形光電 子デバイス。 23.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、情報ビット・シ ーケンスフィードバック格子(4)が、とりわけ、前記導波管内で導通された光 の領域の輝度がIo/100より大きい数値である領域内に存在し、その場合、 Ioが前記光の領域内の最大輝度であり、それにより行われたフィードバックに 対して、、結合係数(K)およびx方向の格子セクションの長さLとともに、0 .2≦K・L≦7の関係が適用されることを特徴とする、波長可変形光電子デバ イス。 24.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記個々のセク ションの間の前記各絶縁トレンチ(6)が、前記x方向において、最大L/10 の幅を持つことを特徴とする、波長可変形光電子デバイス。 25.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記フィードバ ック格子(4)が、少なくとも一つの位相シフトを持つことを特徴とする、波長 可変形光電子デバイス。 26.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記フィードバ ック格子の格子周期が、前記xy面で変化することを特徴とする、波長可変形光 電子デバイス。 27.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記導波管の中 の少なくとも二つの側面が、少なくとも一部だけ前記軸方向にテーパ状になって いることを特徴とする、波長可変形光電子デバイス。 28.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記導波管の中 の少なくとも二つの少なくとも一方の側面が、前記軸方向に広くなっていること を特徴とする、波長可変形光電子デバイス。 29.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記デバイス・ アレイの少なくとも一つの導波管が、少なくとも一つの隣接する導波管の絶縁ト レンチ(6)の数とは異なる絶縁トレンチ(6)を持つことを特徴とする、波長 可変形光電子デバイス。 30.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記デバイス・ アレイのすべての導波管が、同じ数の絶縁トレンチ(6)を持つことを特徴とす る、波長可変形光電子デバイス。 31.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、少なくとも一つ の導波管の選択され、隣接していないセクションが、導電状態で相互に接続して いることを特徴とする、波長可変形光電子デバイス。 32.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、導電率タイプII の側面上の金属化部分(10)が、連続していないことを特徴とする、波長可変 形光電子デバイス。 33.請求項1に記載の波長可変形光電子デバイスにおいて、前記絶縁トレン チ(6)の材料が、ガス状であることを特徴とする、波長可変形光電子デバイス 。
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