JP2003509851A - 一体型光学変調器を有する波長可変レーザソース - Google Patents
一体型光学変調器を有する波長可変レーザソースInfo
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- H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
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Abstract
(57)【要約】
一体型光学変調器(20)を有する波長可変レーザソース(10)。レーザソース(10)は、広範囲に波長可変な半導体レーザであり、厚くて低バンドギャップの導波路層(22)の上に活性領域を含み、ここで、導波路層(220)と活性領域との両方は、pドープ領域とnドープ領域との間に製造される。電気吸収変調器(20)は、半導体レーザ(10)内に一体化され、ここで、電気吸収変調器(20)は、導波路層(22)を半導体レーザと共用する。
Description
【0001】
(関連出願への相互参照)
本出願は、35U.S.C.§119(e)に基づいて、「TUNABLE
LASER SOURCE WITH INTEGRATED OPTICAL
MODULATOR」の題で1999年9月3日に出願されたThomas
G. B. Mason、Larry A. ColdrenおよびGrego
ry Fishの米国仮特許出願シリアル番号第60/152,432号の優先
権を主張する。本明細書中、同出願を参考として援用する。
LASER SOURCE WITH INTEGRATED OPTICAL
MODULATOR」の題で1999年9月3日に出願されたThomas
G. B. Mason、Larry A. ColdrenおよびGrego
ry Fishの米国仮特許出願シリアル番号第60/152,432号の優先
権を主張する。本明細書中、同出願を参考として援用する。
【0002】
(連邦政府がスポンサーである研究および開発に関する表明)
本発明は、海軍研究局によって与えられた助成金第N00014−96−1−
6014号に基づく政府援助を用いてなされた。政府は、本発明の特定の権利を
有する。
6014号に基づく政府援助を用いてなされた。政府は、本発明の特定の権利を
有する。
【0003】
(発明の背景)
(1.発明の分野)
本発明は概して、半導体レーザに関し、詳細には、一体型光学変調器を有する
波長可変レーザソースに関する。
波長可変レーザソースに関する。
【0004】
(2.関連分野の説明)
現代における光学的な構成要素およびレーザの使用は、通信およびデータ転送
をより効率的およびより経済的なものにした。半導体レーザの使用は、光学ソー
スの製造およびパッケージングをより経済的なものにし、同様に、デバイス全体
の大きさを縮小した。
をより効率的およびより経済的なものにした。半導体レーザの使用は、光学ソー
スの製造およびパッケージングをより経済的なものにし、同様に、デバイス全体
の大きさを縮小した。
【0005】
しかし、通信およびデータ転送システムの要件もまた増大した。広範囲に波長
可変なレーザは、多種多様の波長分割多重方式(WDM)およびパケット交換ネ
ットワークアーキテクチャの必須構成要素である。広範囲に波長可変なレーザは
、長距離高密度WDM通信システム、またはアクセスネットワークにおける波長
ルーティングの代替ソースとして使用され得る。広範囲に波長可変なレーザはま
た、実時間遅延ビームステアリングを使用する次世代のフェーズドアレイレーダ
システムのための重要なデバイスである。
可変なレーザは、多種多様の波長分割多重方式(WDM)およびパケット交換ネ
ットワークアーキテクチャの必須構成要素である。広範囲に波長可変なレーザは
、長距離高密度WDM通信システム、またはアクセスネットワークにおける波長
ルーティングの代替ソースとして使用され得る。広範囲に波長可変なレーザはま
た、実時間遅延ビームステアリングを使用する次世代のフェーズドアレイレーダ
システムのための重要なデバイスである。
【0006】
広いチューニング範囲を達成するために、これらのデバイスは、かなり大きな
受動チューニング素子を必要とする。これにより、これらのデバイスは、従来の
固定波長レーザより4〜5倍大きくなる。しかし、レーザキャビティにこの大き
な受動材料を有することは、これらのデバイスを直流変調によってオンおよびオ
フにし得る速度を減少させる。さらに、これらのデバイスがデータを転送可能な
速度は制限され、これらのデバイスは高バンド幅アプリケーションに不適切とな
る。
受動チューニング素子を必要とする。これにより、これらのデバイスは、従来の
固定波長レーザより4〜5倍大きくなる。しかし、レーザキャビティにこの大き
な受動材料を有することは、これらのデバイスを直流変調によってオンおよびオ
フにし得る速度を減少させる。さらに、これらのデバイスがデータを転送可能な
速度は制限され、これらのデバイスは高バンド幅アプリケーションに不適切とな
る。
【0007】
データ転送にこれらのデバイスを使用することを困難にする要因は、他に2つ
ある。サンプルドグレーティング分布ブラッグ反射器(SGDBR)レーザにお
ける波長は、2つのミラーにおける一対の反射ピークを光学キャビティモードに
揃えることによって制御される。利得電流が広範囲の電流にわたって変調される
場合、利得電流は、このアライメントを乱し得、その結果デバイス内は、モード
不安定になり、このことは、データ転送にとって極めて好ましくない。このモー
ド不安定性を防ぐために、このようなデバイスは、データ転送性能に重大な消光
比ペナルティを導入する小幅な出力パワーにおいてのみ変調され得る。
ある。サンプルドグレーティング分布ブラッグ反射器(SGDBR)レーザにお
ける波長は、2つのミラーにおける一対の反射ピークを光学キャビティモードに
揃えることによって制御される。利得電流が広範囲の電流にわたって変調される
場合、利得電流は、このアライメントを乱し得、その結果デバイス内は、モード
不安定になり、このことは、データ転送にとって極めて好ましくない。このモー
ド不安定性を防ぐために、このようなデバイスは、データ転送性能に重大な消光
比ペナルティを導入する小幅な出力パワーにおいてのみ変調され得る。
【0008】
レーザを直接変調することに伴う他の問題は、周波数チャープであり、周波数
チャープは、出力パワーのレベルが変更される場合に生じるレーザ振動周波数に
おけるシフトである。周波数チャープは、転送システムにおいて好ましくない。
なぜならば、周波数チャープは、パルス拡がりを引き起こし、パルス拡がりは、
光ファイバーまたは他の分散性媒質を介してデータが送信され得る最大距離を制
限するからである。
チャープは、出力パワーのレベルが変更される場合に生じるレーザ振動周波数に
おけるシフトである。周波数チャープは、転送システムにおいて好ましくない。
なぜならば、周波数チャープは、パルス拡がりを引き起こし、パルス拡がりは、
光ファイバーまたは他の分散性媒質を介してデータが送信され得る最大距離を制
限するからである。
【0009】
3つの最も成功した種類の広範囲に波長可変なレーザは、超構造(super
structure)グレーティング分布ブラッグ反射器レーザ(SSGDB
R)、サンプルドグレーティング反射器レーザを有するグレーティング付コディ
レクショナル結合器(grating assisted codirecti
onal coupler)(GCSR)およびサンプルドグレーティングDB
Rレーザ(SGDBR)である。これらのデバイスはすべて、40nmより大き
な範囲において連続チューニングが可能である。しかし、SGDBRレーザおよ
び他の広範囲に波長可変なデザインは、活性部分が長く、かなり大きな光学キャ
ビティを有するので、直接変調帯域幅を3GHz〜4GHzに制限する。このこ
とは、これらのデバイスが、いくらかの波長チャーピングが容認され得る場合、
直接変調に基づいてOC−48データ転送システムに使用されることを可能にす
る。しかし、この帯域幅は、ほとんどのフェーズドアレイレーダシステムまたは
10Gb/sで動作するOC−192データ転送ネットワークにおける使用に不
適当である。
structure)グレーティング分布ブラッグ反射器レーザ(SSGDB
R)、サンプルドグレーティング反射器レーザを有するグレーティング付コディ
レクショナル結合器(grating assisted codirecti
onal coupler)(GCSR)およびサンプルドグレーティングDB
Rレーザ(SGDBR)である。これらのデバイスはすべて、40nmより大き
な範囲において連続チューニングが可能である。しかし、SGDBRレーザおよ
び他の広範囲に波長可変なデザインは、活性部分が長く、かなり大きな光学キャ
ビティを有するので、直接変調帯域幅を3GHz〜4GHzに制限する。このこ
とは、これらのデバイスが、いくらかの波長チャーピングが容認され得る場合、
直接変調に基づいてOC−48データ転送システムに使用されることを可能にす
る。しかし、この帯域幅は、ほとんどのフェーズドアレイレーダシステムまたは
10Gb/sで動作するOC−192データ転送ネットワークにおける使用に不
適当である。
【0010】
これらのアプリケーションは、無線周波数(RF)信号またはデータを光学キ
ャリアに適用するために、外部変調器を頻繁に使用する。長距離OC−48シス
テムさえも、周波数チャープを最小化するために、外部変調器を頻繁に使用する
。しかし、外部変調器は、光学アセンブリに、膨大な費用および複雑さを追加す
るので、多数の波長可変レーザおよび変調器を必要とするシステムには使用がた
めらわれ得る。この理由から、高速変調器と波長可変レーザとをモノシリックに
一体化して、単一の半導体デバイスにすることが望ましい。
ャリアに適用するために、外部変調器を頻繁に使用する。長距離OC−48シス
テムさえも、周波数チャープを最小化するために、外部変調器を頻繁に使用する
。しかし、外部変調器は、光学アセンブリに、膨大な費用および複雑さを追加す
るので、多数の波長可変レーザおよび変調器を必要とするシステムには使用がた
めらわれ得る。この理由から、高速変調器と波長可変レーザとをモノシリックに
一体化して、単一の半導体デバイスにすることが望ましい。
【0011】
(発明の要旨)
上記の従来技術の制限を最小化するため、そして本明細書を読んで理解すると
明らかになる他の制限を最小化するために、本発明は、一体型光学変調器を有す
る波長可変レーザソースに関連するデバイス、方法および製品を開示する。波長
可変レーザソースは、広範囲に波長可変な半導体レーザであって、厚くて低バン
ドギャップの導波路層の上に活性領域を含み、ここで、導波路層と活性領域との
両方は、pドープ領域とnドープ領域との間に製造される。電気吸収変調器は、
半導体レーザに一体化され、ここで、電気吸収変調器は、導波路層を半導体レー
ザと共用する。
明らかになる他の制限を最小化するために、本発明は、一体型光学変調器を有す
る波長可変レーザソースに関連するデバイス、方法および製品を開示する。波長
可変レーザソースは、広範囲に波長可変な半導体レーザであって、厚くて低バン
ドギャップの導波路層の上に活性領域を含み、ここで、導波路層と活性領域との
両方は、pドープ領域とnドープ領域との間に製造される。電気吸収変調器は、
半導体レーザに一体化され、ここで、電気吸収変調器は、導波路層を半導体レー
ザと共用する。
【0012】
ここで図面中、同様の参照番号は、対応する部分を表す図面を参照する。
【0013】
(発明の詳細な説明)
下記の好適な実施形態の記載において、本明細書の一部分を形成する添付の図
面が参照され、本明細書において、本発明が実行され得る特定の実施形態が例示
によって示される。他の実施形態も利用され得、本発明の範囲から逸脱すること
なく構造上の変更がなされ得ると理解されるべきである。
面が参照され、本明細書において、本発明が実行され得る特定の実施形態が例示
によって示される。他の実施形態も利用され得、本発明の範囲から逸脱すること
なく構造上の変更がなされ得ると理解されるべきである。
【0014】
(概要)
本発明は、単一の半導体チップ上に製造され得る一体型光学変調器を有する波
長可変レーザを生成する簡単で効果的な方法を提供する。レーザは、広い波長範
囲にわたって高速にチューニングされ得、その結果レーザは、波長分割多重方式
による光ファイバー通信からフェーズドアレイレーダまで、様々なアプリケーシ
ョンにおいて使用されることが可能になる。変調器とレーザとを一体化すること
は、モード安定性を混乱すること、または高レベルの周波数チャープを導入する
ことなく、レーザからの出力の強度を変調するとても望ましい方法を提供する。
これにより、レーザのみの場合よりも、とても高い変調周波数が達成されること
がさらに可能になる。
長可変レーザを生成する簡単で効果的な方法を提供する。レーザは、広い波長範
囲にわたって高速にチューニングされ得、その結果レーザは、波長分割多重方式
による光ファイバー通信からフェーズドアレイレーダまで、様々なアプリケーシ
ョンにおいて使用されることが可能になる。変調器とレーザとを一体化すること
は、モード安定性を混乱すること、または高レベルの周波数チャープを導入する
ことなく、レーザからの出力の強度を変調するとても望ましい方法を提供する。
これにより、レーザのみの場合よりも、とても高い変調周波数が達成されること
がさらに可能になる。
【0015】
(デバイス構造)
図1は、本発明の好適な実施形態による、一体型電気吸収変調器を有する広範
囲に波長可変な半導体レーザの構造を示す透視図である。レーザ10は、4セク
ションある埋め込みリッジのサンプルドグレーティング分布ブラッグ反射器(S
GDBR)レーザである。レーザ10の4つの隔離されたセクションは、チュー
ニングセクションを含み、サンプルドグレーティングバックミラーセクション1
2、位相制御セクション14、利得セクション16およびサンプルドグレーティ
ングフロントミラーセクション18を含む。電気吸収(EA)変調器20は、レ
ーザ10のバックミラーセクション12、位相制御セクション14、利得セクシ
ョン16およびフロントミラーセクション18と共通導波路22を共用し、ここ
で、導波路22は、レーザ10における高屈折率チューニング効率(high
index tuning efficiency)および変調器20における
良好な逆バイアス消光(good reverse bias extinct
ion)を提供するように設計される。一般的に、バイアス電圧がデバイスの上
部に接続され、接地が下部に接続される。利得セクション16上のバイアス電圧
が発振閾値より高い場合、レーザ10の出力が生成される。
囲に波長可変な半導体レーザの構造を示す透視図である。レーザ10は、4セク
ションある埋め込みリッジのサンプルドグレーティング分布ブラッグ反射器(S
GDBR)レーザである。レーザ10の4つの隔離されたセクションは、チュー
ニングセクションを含み、サンプルドグレーティングバックミラーセクション1
2、位相制御セクション14、利得セクション16およびサンプルドグレーティ
ングフロントミラーセクション18を含む。電気吸収(EA)変調器20は、レ
ーザ10のバックミラーセクション12、位相制御セクション14、利得セクシ
ョン16およびフロントミラーセクション18と共通導波路22を共用し、ここ
で、導波路22は、レーザ10における高屈折率チューニング効率(high
index tuning efficiency)および変調器20における
良好な逆バイアス消光(good reverse bias extinct
ion)を提供するように設計される。一般的に、バイアス電圧がデバイスの上
部に接続され、接地が下部に接続される。利得セクション16上のバイアス電圧
が発振閾値より高い場合、レーザ10の出力が生成される。
【0016】
図2は、本発明の好適な実施形態による、一体型レーザ10および変調器20
のデバイスの断面図を示す。このデバイスは、nドープ領域24、(図1に示さ
れる導波路22を形成するための)厚くて低バンドギャップの導波路層26、反
射防止コーティング28、エッチング止め層30、活性領域32、pドープ領域
34、p+コンタクト層36および金属コンタクト38を含む。
のデバイスの断面図を示す。このデバイスは、nドープ領域24、(図1に示さ
れる導波路22を形成するための)厚くて低バンドギャップの導波路層26、反
射防止コーティング28、エッチング止め層30、活性領域32、pドープ領域
34、p+コンタクト層36および金属コンタクト38を含む。
【0017】
nドープ領域24およびpドープ領域34は典型的には、異なる種類のドーパ
ントを有している。好適な実施形態においてリン化インジウム(InP)が使用
されるが、ドープ領域24および34、ならびに活性領域32は、任意のレーザ
製造材料から製造され得る。さらに、nドープ領域24およびpドープ領域34
の相対的位置は、本発明の範囲から逸脱することなく逆にされ得る。
ントを有している。好適な実施形態においてリン化インジウム(InP)が使用
されるが、ドープ領域24および34、ならびに活性領域32は、任意のレーザ
製造材料から製造され得る。さらに、nドープ領域24およびpドープ領域34
の相対的位置は、本発明の範囲から逸脱することなく逆にされ得る。
【0018】
横方向の導波路22は、導波路層26またはその上の層34がストライプジオ
メトリになるように横方向にパターニングすることにより形成される。本発明の
重要な設計要素は、単一の共通導波路22が、レーザ10内のチューニングセク
ション12、14、16および18、ならびに変調器20に使用されることであ
る。横方向の導波路22の構造は、埋め込みリッジまたは他の種類の横方向の導
波路22の構造(例えば、単純なリッジ型)として形成され得る。
メトリになるように横方向にパターニングすることにより形成される。本発明の
重要な設計要素は、単一の共通導波路22が、レーザ10内のチューニングセク
ション12、14、16および18、ならびに変調器20に使用されることであ
る。横方向の導波路22の構造は、埋め込みリッジまたは他の種類の横方向の導
波路22の構造(例えば、単純なリッジ型)として形成され得る。
【0019】
pドープ領域34はまた、導波路22の上部および側面にブロッキング接合で
ある陽子注入(proton implant)40を含み、陽子注入40は、
レーザ10における横方向の電流漏れをブロッキングするため、レーザ10内の
各セクション間に絶縁を提供するため、変調器20の寄生接合キャパシタンスを
減少するため、および変調器20からの絶縁を提供するためのアイソレータとし
て機能する。
ある陽子注入(proton implant)40を含み、陽子注入40は、
レーザ10における横方向の電流漏れをブロッキングするため、レーザ10内の
各セクション間に絶縁を提供するため、変調器20の寄生接合キャパシタンスを
減少するため、および変調器20からの絶縁を提供するためのアイソレータとし
て機能する。
【0020】
活性領域32は、レーザ10の出力を提供するオフセット多重量子井戸(MQ
W)を含む。電流がpドープ領域34から活性領域32を通ってnドープ領域2
4に流れる場合、レーザ10の光出力がMQWから生成される。活性領域32お
よび導波路層26は、エッチング止め層30によって隔離されて、活性領域32
が製造中に選択的ウェットエッチング剤によって除去されることを可能にする。
W)を含む。電流がpドープ領域34から活性領域32を通ってnドープ領域2
4に流れる場合、レーザ10の光出力がMQWから生成される。活性領域32お
よび導波路層26は、エッチング止め層30によって隔離されて、活性領域32
が製造中に選択的ウェットエッチング剤によって除去されることを可能にする。
【0021】
バックミラーセクション12とフロントミラーセクション18との両方は、周
期42で導波路層26内にエッチングされる1セットの周期的サンプルドグレー
ティングを含む。この種類のグレーティングは、波長選択性反射器として機能し
、ここで、1つ以上の特定されたサンプル周期42は、導波路22が搬送する光
学信号の周期的な波長周期での部分反射を提供する。レーザ10は、例えば、米
国特許第4,896,325号に記載されるように、ミラーセクション12およ
び18の制御電流を適切に調節することによって、広い波長範囲にわたって高速
にチューニングされ得る。同文献は、本明細書中に参考として援用される。
期42で導波路層26内にエッチングされる1セットの周期的サンプルドグレー
ティングを含む。この種類のグレーティングは、波長選択性反射器として機能し
、ここで、1つ以上の特定されたサンプル周期42は、導波路22が搬送する光
学信号の周期的な波長周期での部分反射を提供する。レーザ10は、例えば、米
国特許第4,896,325号に記載されるように、ミラーセクション12およ
び18の制御電流を適切に調節することによって、広い波長範囲にわたって高速
にチューニングされ得る。同文献は、本明細書中に参考として援用される。
【0022】
反射防止コーティング28は、デバイスがウェーハから切り出された後に、デ
バイスの各端部に塗布される。
バイスの各端部に塗布される。
【0023】
(チューニングカーブ)
図3Aおよび図3Bは、本発明の好適な実施形態による、広範囲な波長チュー
ニングのチューニングカーブを示すチャートである。図3Aにおいて、X軸はバ
ックミラー12の電流(mA)であり、Y軸は最大波長(nm)である。図3B
において、X軸はフロントミラー18の電流(mA)であり、Y軸は最大波長(
nm)である。
ニングのチューニングカーブを示すチャートである。図3Aにおいて、X軸はバ
ックミラー12の電流(mA)であり、Y軸は最大波長(nm)である。図3B
において、X軸はフロントミラー18の電流(mA)であり、Y軸は最大波長(
nm)である。
【0024】
図3Aおよび図3Bに示されるように、このレーザ10の主な利点は、ミラー
12および18の制御電流を適切に調節することによって、広い波長範囲にわた
って高速にチューニングされ得ることである。この利点は、とても望ましい特徴
であり、本発明のデバイスを現在および次世代のファイバーネットワークに有用
なものにする。
12および18の制御電流を適切に調節することによって、広い波長範囲にわた
って高速にチューニングされ得ることである。この利点は、とても望ましい特徴
であり、本発明のデバイスを現在および次世代のファイバーネットワークに有用
なものにする。
【0025】
(フランツケルディッシュ効果)
図4A、4Bおよび4Cは、本発明の好適な実施形態による、変調器20にお
けるフランツケルディッシュ効果を示す。これらの図において、E1は価電子帯
(EV)のエネルギーレベルであり、E2は伝導帯(EC)のエネルギーレベルで
あり、ΔEはE1とE2との間のバンドギャップであり、Δxは導波路層26の厚
さである。
けるフランツケルディッシュ効果を示す。これらの図において、E1は価電子帯
(EV)のエネルギーレベルであり、E2は伝導帯(EC)のエネルギーレベルで
あり、ΔEはE1とE2との間のバンドギャップであり、Δxは導波路層26の厚
さである。
【0026】
本発明において、性能は、厚くて低バンドギャップの導波路層26を使用する
ことにより最適化される。このことにより、ミラーセクション12および18に
おける良好な屈折率チューニング効率、ならびに変調器20における適度な消光
比およびチャープパラメータが提供される。
ことにより最適化される。このことにより、ミラーセクション12および18に
おける良好な屈折率チューニング効率、ならびに変調器20における適度な消光
比およびチャープパラメータが提供される。
【0027】
変調器20の動作は、バルク半導体導波路22におけるフランツケルディッシ
ュ効果、またはMQWにおける量子閉じ込めシュタルク効果のいずれかに基づく
。図4A、4Bおよび4Cに示されるように、導波路22に強い電界が適用され
る場合、材料のバンドエッジは、より低いエネルギーにシフトして、材料がレー
ザ10の出力光を吸収することを可能にする。この技術は、最小の波長チャーピ
ングを伴いつつレーザ10をとても高速に変調することを可能にする。適切な条
件下でこの技術を用いることにより、広い波長の範囲においても、出力光の強度
を20dB以上消滅するのに十分な光の損失を得ることが可能である。
ュ効果、またはMQWにおける量子閉じ込めシュタルク効果のいずれかに基づく
。図4A、4Bおよび4Cに示されるように、導波路22に強い電界が適用され
る場合、材料のバンドエッジは、より低いエネルギーにシフトして、材料がレー
ザ10の出力光を吸収することを可能にする。この技術は、最小の波長チャーピ
ングを伴いつつレーザ10をとても高速に変調することを可能にする。適切な条
件下でこの技術を用いることにより、広い波長の範囲においても、出力光の強度
を20dB以上消滅するのに十分な光の損失を得ることが可能である。
【0028】
より小幅な範囲の動作の場合、変調器20は、より高いバンドギャップの導波
路層26の中心に成長したMQW変調器を含み得る。これにより、レーザ10に
おけるチューニングの効率は下がるが、変調器20におけるより低い電圧による
動作が可能になる。なぜならば、バンドギャップ離調は、MQW構造のより鋭い
吸収エッジによって低減され得るからである。
路層26の中心に成長したMQW変調器を含み得る。これにより、レーザ10に
おけるチューニングの効率は下がるが、変調器20におけるより低い電圧による
動作が可能になる。なぜならば、バンドギャップ離調は、MQW構造のより鋭い
吸収エッジによって低減され得るからである。
【0029】
(応答カーブ)
図5は、本発明の好適な実施形態による、50nmのチューニング範囲にわた
る一体型レーザ10および変調器20のデバイスの初期テストの応答カーブを示
すチャートである。サンプルドグレーティング分布ブラッグ反射器レーザ10と
一体化された埋め込みヘテロ構造電気吸収変調器20のこれらの初期テストは、
本発明の動作および利点を実証するために実施された。これらのテストにおいて
、1.4ミクロンのバンドギャップ波長を有する400ナノメーターの厚さの導
波路22が使用された。レーザ10のチューニング範囲は、47ナノメーター以
上であった。変調器20は、このチューニング範囲全体にわたって、たったの4
ボルトバイアスによって、26dB以上を生成することが可能であった。
る一体型レーザ10および変調器20のデバイスの初期テストの応答カーブを示
すチャートである。サンプルドグレーティング分布ブラッグ反射器レーザ10と
一体化された埋め込みヘテロ構造電気吸収変調器20のこれらの初期テストは、
本発明の動作および利点を実証するために実施された。これらのテストにおいて
、1.4ミクロンのバンドギャップ波長を有する400ナノメーターの厚さの導
波路22が使用された。レーザ10のチューニング範囲は、47ナノメーター以
上であった。変調器20は、このチューニング範囲全体にわたって、たったの4
ボルトバイアスによって、26dB以上を生成することが可能であった。
【0030】
(製造プロセス)
図6Aおよび図6Bは、本発明の好適な実施形態による、製造プロセスにおい
て使用される工程を示すフローチャートである。図6Aは、横方向の導波路が単
純なリッジとして形成される場合の工程を示し、図6Bは、他の種類の横方向の
導波路構造(例えば、埋め込みリッジストライプ)に使用される工程を示す。
て使用される工程を示すフローチャートである。図6Aは、横方向の導波路が単
純なリッジとして形成される場合の工程を示し、図6Bは、他の種類の横方向の
導波路構造(例えば、埋め込みリッジストライプ)に使用される工程を示す。
【0031】
図6Aを参照すると、ブロック44は、第1の成長工程を示し、この工程では
、n−InPバッファ層24、Q導波路層26、エッチング止め層30、活性M
QW領域32、およびp−InPクラッディング層34の小部分を成長させる。
、n−InPバッファ層24、Q導波路層26、エッチング止め層30、活性M
QW領域32、およびp−InPクラッディング層34の小部分を成長させる。
【0032】
ブロック46は、薄い上部p−InPクラッディング層34および活性領域3
2からエッチング止め層30まで、レーザ10の利得セクション16を除くいた
る所でパターニングおよび選択的エッチング除去を行う工程を示す。
2からエッチング止め層30まで、レーザ10の利得セクション16を除くいた
る所でパターニングおよび選択的エッチング除去を行う工程を示す。
【0033】
ブロック48は、ミラーセクション12および18において、周期42で、1
セット以上の周期的サンプルドグレーティングのパターニングおよびエッチング
を行う工程を示す。
セット以上の周期的サンプルドグレーティングのパターニングおよびエッチング
を行う工程を示す。
【0034】
単純なリッジの場合、ブロック50は、第2の成長工程を示し、p−InPク
ラッディング層34、およびコンタクト38の下にあるp+コンタクト層36の
垂直構造成長を完成させる。
ラッディング層34、およびコンタクト38の下にあるp+コンタクト層36の
垂直構造成長を完成させる。
【0035】
ブロック52は、レーザ10の各セクションを絶縁するため、および変調器2
0とレーザ10との間を絶縁するために、陽子注入40が実施される工程を示す
。
0とレーザ10との間を絶縁するために、陽子注入40が実施される工程を示す
。
【0036】
ブロック54は、コンタクト38をパターニングし、コンタクト間のp+コン
タクト層36をエッチング除去し、そしてコンタクト38を金属化する工程を示
す。
タクト層36をエッチング除去し、そしてコンタクト38を金属化する工程を示
す。
【0037】
ブロック56は、活性領域32または導波路層26まで、リッジ導波路22ス
トライプをエッチングする工程を示す。
トライプをエッチングする工程を示す。
【0038】
ブロック58は、レーザ10および変調器20のデバイスをウェーハから切り
出し、次いでデバイスの各端部に反射防止(AR)コーティング28を塗布する
工程を示す。
出し、次いでデバイスの各端部に反射防止(AR)コーティング28を塗布する
工程を示す。
【0039】
図6Bを参照すると、ブロック60は、第1の成長工程を示し、n−InPバ
ッファ層24、Q−導波路層26、エッチング止め層30、活性MQW領域32
および薄いp−InPクラッディング層34を成長させる。
ッファ層24、Q−導波路層26、エッチング止め層30、活性MQW領域32
および薄いp−InPクラッディング層34を成長させる。
【0040】
ブロック62は、薄い上部p−InPクラッディング層34および活性領域3
2からエッチング止め層30まで、レーザ10の利得セクション16を除くいた
る所でパターニングおよび選択的エッチング除去を行う工程を示す。
2からエッチング止め層30まで、レーザ10の利得セクション16を除くいた
る所でパターニングおよび選択的エッチング除去を行う工程を示す。
【0041】
ブロック64は、活性領域32に結合されたミラーセクション12および18
において、周期42で、1セット以上の周期的サンプルドグレーティングのパタ
ーニングおよびエッチングを行う工程を示す。
において、周期42で、1セット以上の周期的サンプルドグレーティングのパタ
ーニングおよびエッチングを行う工程を示す。
【0042】
埋め込みリッジについて、ブロック66は、第2の成長工程を示し、ミラーセ
クション12および18の周期的サンプル42のグレーティングを覆うために、
p−InPクラッディング層34を薄くさらに成長させる工程のみを含む。
クション12および18の周期的サンプル42のグレーティングを覆うために、
p−InPクラッディング層34を薄くさらに成長させる工程のみを含む。
【0043】
ブロック68は、埋め込みリッジ導波路22ストライプのパターニングおよび
エッチングを行う工程を示し、埋め込みリッジ導波路22ストライプは、導波路
層26の下まで横方向にエッチングされる。
エッチングを行う工程を示し、埋め込みリッジ導波路22ストライプは、導波路
層26の下まで横方向にエッチングされる。
【0044】
ブロック70は、p−InPクラッディング層34およびp+コンタクト層3
6の第3の成長工程を示す。
6の第3の成長工程を示す。
【0045】
ブロック72は、レーザ10の各セクション、および変調器20とレーザとの
間を絶縁するため、ならびに横方向の電流漏れを制限するために陽子注入40が
実施される工程を示す。
間を絶縁するため、ならびに横方向の電流漏れを制限するために陽子注入40が
実施される工程を示す。
【0046】
ブロック74は、コンタクト38をパターニングし、コンタクト間のp+コン
タクト層36をエッチング除去し、そしてコンタクト38を金属化する工程を示
す。
タクト層36をエッチング除去し、そしてコンタクト38を金属化する工程を示
す。
【0047】
ブロック76は、レーザ10および変調器20のデバイスをウェーハから切り
出し、次いでデバイスの各端部に反射防止(AR)コーティング28を塗布する
工程を示す。
出し、次いでデバイスの各端部に反射防止(AR)コーティング28を塗布する
工程を示す。
【0048】
(結論)
これによって、本発明の好適な実施形態の記載を完結する。
【0049】
要約すれば、本発明は、一体型光学変調器を有する波長可変レーザソースに関
連するデバイス、方法および製品を開示する。波長可変レーザソースは、厚くて
低バンドギャップの導波路層の上に活性領域を含む広範囲に波長可変な半導体レ
ーザであり、ここで、導波路層と活性領域との両方は、pドープ領域とnドープ
領域との間に製造される。電気吸収変調器は、半導体レーザに一体化され、ここ
で、電気吸収変調器は、導波路層を半導体レーザと共有する。
連するデバイス、方法および製品を開示する。波長可変レーザソースは、厚くて
低バンドギャップの導波路層の上に活性領域を含む広範囲に波長可変な半導体レ
ーザであり、ここで、導波路層と活性領域との両方は、pドープ領域とnドープ
領域との間に製造される。電気吸収変調器は、半導体レーザに一体化され、ここ
で、電気吸収変調器は、導波路層を半導体レーザと共有する。
【0050】
上記の本発明の好適な実施形態の記載は、例示目的および説明目的のために示
したものであって、本発明の開示内容そのものを網羅または限定するものとして
は意図しない。上記の教示を鑑みれば、多くの改変および変更が可能である。本
発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、本明細書に添付される請求項
によって制限されることが意図される。
したものであって、本発明の開示内容そのものを網羅または限定するものとして
は意図しない。上記の教示を鑑みれば、多くの改変および変更が可能である。本
発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、本明細書に添付される請求項
によって制限されることが意図される。
【図1】
図1は、本発明の好適な実施形態による、一体型電気吸収変調器を有する広範
囲に波長可変な半導体レーザの構造を示す透視図である。
囲に波長可変な半導体レーザの構造を示す透視図である。
【図2】
図2は、本発明の好適な実施形態による、レーザおよび変調器の断面図である
。
。
【図3A】
図3Aは、本発明の好適な実施形態による、広範囲な波長チューニングのチュ
ーニングカーブを示すチャートである。
ーニングカーブを示すチャートである。
【図3B】
図3Bは、本発明の好適な実施形態による、広範囲な波長チューニングのチュ
ーニングカーブを示すチャートである。
ーニングカーブを示すチャートである。
【図4A】
図4Aは、本発明の好適な実施形態による、変調器におけるフランツケルディ
ッシュ効果を示す図である。
ッシュ効果を示す図である。
【図4B】
図4Bは、本発明の好適な実施形態による、変調器におけるフランツケルディ
ッシュ効果を示す図である。
ッシュ効果を示す図である。
【図4C】
図4Cは、本発明の好適な実施形態による、変調器におけるフランツケルディ
ッシュ効果を示す図である。
ッシュ効果を示す図である。
【図5】
図5は、本発明の好適な実施形態による、50nmのチューニング範囲にわた
る一体型レーザおよび変調器のデバイスの初期テストの応答曲線を示すチャート
である。
る一体型レーザおよび変調器のデバイスの初期テストの応答曲線を示すチャート
である。
【図6A】
図6Aは、本発明の好適な実施形態による、製造プロセスにおいて使用される
工程を示すフローチャートである。
工程を示すフローチャートである。
【図6B】
図6Bは、本発明の好適な実施形態による、製造プロセスにおいて使用される
工程を示すフローチャートである。
工程を示すフローチャートである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY,
DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I
T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ
,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML,
MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K
E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG
,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,
RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT,
AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,BZ,C
A,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM
,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,
GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,K
E,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS
,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN,
MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,R
U,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM
,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VN,
YU,ZA,ZW
(72)発明者 コールドレン, ラリー エイ.
アメリカ合衆国 カリフォルニア 93110,
サンタ バーバラ, ヴィア ヴィスト
サ 4665
(72)発明者 フィッシュ, グレゴリー
アメリカ合衆国 カリフォルニア 93110,
サンタ バーバラ, フレイジャー レ
ーン 4716
Fターム(参考) 2H079 AA02 AA13 BA01 CA05 DA16
EA03 EA07
5F073 AA61 AA65 AA74 AB12 AB21
EA03 EA12
Claims (26)
- 【請求項1】 波長可変レーザソースであって、 厚くて低バンドギャップの導波路層の上に活性領域を含む広範囲に波長可変な
半導体レーザであって、導波路層と活性領域との両方は、pドープ領域とnドー
プ領域との間に製造される、広範囲に波長可変な半導体レーザと、 半導体レーザ内に一体化された電気吸収変調器であって、該電気吸収変調器は
、導波路層を半導体レーザと共有する、半導体レーザ内に一体化された電気吸収
変調器と を含む、波長可変レーザソース。 - 【請求項2】 前記半導体レーザは、サンプルドグレーティングバックミラ
ー、位相制御セクション、利得セクションおよびサンプルドグレーティングフロ
ントミラーを含む、請求項1に記載の波長可変レーザソース。 - 【請求項3】 前記導波路層は、前記サンプルドグレーティングバックミラ
ー、前記位相制御セクション、前記利得セクション、前記サンプルドグレーティ
ングフロントミラーおよび前記変調器に使用される単一の共通導波路層である、
請求項2に記載の波長可変レーザソース。 - 【請求項4】 前記導波路層は、前記レーザにおける高屈折率チューニング
効率および前記変調器における良好な逆バイアス消光を提供するように設計され
る、請求項1に記載の波長可変レーザソース。 - 【請求項5】 前記導波路は、前記レーザの出力を提供するオフセット多重
量子井戸(MQW)を含む埋め込みヘテロ構造導波路である、請求項1に記載の
波長可変レーザソース。 - 【請求項6】 前記導波路は、前記レーザの出力を提供するオフセット多重
量子井戸(MQW)を含むリッジ導波路である、請求項1に記載の波長可変レー
ザソース。 - 【請求項7】 前記導波路層は、前記レーザにおける横方向の電流漏れをブ
ロッキングし、前記変調器の寄生接合キャパシタンスを減少するブロッキング接
合を含む、請求項1に記載の波長可変レーザソース。 - 【請求項8】 前記半導体レーザは、前記ミラーの制御電流を適切に調整す
ることによって、広い波長範囲にわたって高速にチューニングされる、請求項1
に記載の波長可変レーザソース。 - 【請求項9】 一体型変調器を有する波長可変レーザを製造する方法であっ
て、 (a)第1の成長工程を実施する工程であって、バッファ層、導波路層、エッ
チング止め層、活性領域および終端層が半導体ウェーハ上に成長する工程と、 (b)該レーザの利得セクションを除くいたる所で該エッチング止め層まで、
該終端層および該活性領域のパターニングおよびエッチングを行う工程と、 (c)該レーザの1つ以上のミラーセクションにおいて、1セット以上の周期
的サンプルドグレーティングのパターニングおよびエッチングを行う工程と、 (d)第2の成長工程を実施する工程であって、該終端層、および該レーザの
1つ以上のコンタクトの下にあるコンタクト層の垂直構造成長を完成する工程と
、 (e)該レーザのセクションを互いに絶縁し、該変調器と該レーザとの間を絶
縁する工程と、 (f)該レーザの該コンタクトをパターニングし、該コンタクト間の該コンタ
クト層をエッチング除去し、そして該コンタクトを金属化する工程と、 (g)該活性領域または該導波路層のいずれかまで、リッジ導波路ストライプ
のパターニングおよびエッチングを行う工程と、 (h)該ウェーハから該デバイスを切り出し、次いで該デバイスの少なくとも
一端に反射防止コーティングを塗布する工程と を含む、方法。 - 【請求項10】 前記レーザは、サンプルドグレーティングバックミラー、
位相制御セクション、利得セクションおよびサンプルドグレーティングフロント
ミラーを含む、請求項9に記載の方法。 - 【請求項11】 前記導波路層は、前記サンプルドグレーティングバックミ
ラー、前記位相制御セクション、前記利得セクション、前記サンプルドグレーテ
ィングフロントミラーおよび前記変調器に使用される単一の共通導波路層である
、請求項9に記載の方法。 - 【請求項12】 前記導波路層は、前記レーザにおける高屈折率チューニン
グ効率および前記変調器における良好な逆バイアス消光を提供するように設計さ
れる、請求項9に記載の方法。 - 【請求項13】 前記導波路は、前記レーザの出力を提供するオフセット多
重量子井戸(MQW)を含む埋め込みヘテロ構造導波路である、請求項9に記載
の方法。 - 【請求項14】 前記導波路は、前記レーザの出力を提供するオフセット多
重量子井戸(MQW)を含むリッジ導波路である、請求項9に記載の方法。 - 【請求項15】 前記導波路層は、前記レーザにおける横方向の電流漏れを
ブロッキングし、前記変調器の寄生接合キャパシタンスを減少する1つ以上のブ
ロッキング接合を含む、請求項9に記載の方法。 - 【請求項16】 前記レーザは、ミラーの制御電流を適切に調整することに
よって、広い波長範囲にわたって高速にチューニング可能である、請求項9に記
載の方法。 - 【請求項17】 請求項9に記載の方法によって製造された一体型光学変調
器を有する波長可変レーザを含む製品。 - 【請求項18】 一体型変調器を有する波長可変レーザを製造する方法であ
って、 (a)第1の成長工程を実施する工程であって、バッファ層、導波路層、エッ
チング止め層、活性領域およびクラッディング層が半導体ウェーハ上に成長する
工程と、 (b)利得セクションを除くいたる所で該エッチング止め層まで、該クラッデ
ィング層および該活性領域のパターニングおよび選択的エッジング除去を行う工
程と、 (c)該レーザの1つ以上のミラーセクションにおいて、1セット以上の周期
的サンプルドグレーティングのパターニングおよびエッチングを行う工程と、 (d)第2の成長工程を実施する工程であって、該ミラーセクション内の1つ
以上の周期的サンプルドグレーティングを覆うために、該クラッディング層をさ
らに成長させる工程と、 (e)埋め込みリッジ導波路ストライプのパターニングおよびエッチングを行
う工程であって、該導波路ストライプは、該導波路層の下まで横方向にエッチン
グされる工程と、 (f)終端層、および該レーザの1つ以上のコンタクトの下にあるコンタクト
層の垂直構造成長を完成する第3の成長工程を実施する工程と、 (g)該レーザのセクションを互いに絶縁し、該変調器と該レーザとの間を絶
縁する工程と、 (h)該レーザの該コンタクトをパターニングし、該コンタクト間の該コンタ
クト層をエッチング除去し、そして該コンタクトを金属化する工程と、 (i)該ウェーハから該デバイスを切り出し、次いで該デバイスの少なくとも
一端に反射防止コーティングを塗布する工程と を含む、方法。 - 【請求項19】 前記レーザは、サンプルドグレーティングバックミラー、
位相制御セクション、利得セクションおよびサンプルドグレーティングフロント
ミラーを含む、請求項18に記載の方法。 - 【請求項20】 前記導波路層は、前記サンプルドグレーティングバックミ
ラー、前記位相制御セクション、前記利得セクション、前記サンプルドグレーテ
ィングフロントミラーおよび前記変調器に使用される単一の共通導波路層である
、請求項18に記載の方法。 - 【請求項21】 前記導波路層は、前記レーザにおける高屈折率チューニン
グ効率および前記変調器における良好な逆バイアス消光を提供するように設計さ
れる、請求項18に記載の方法。 - 【請求項22】 前記導波路は、前記レーザの出力を提供するオフセット多
重量子井戸(MQW)を含む埋め込みヘテロ構造導波路である、請求項18に記
載の方法。 - 【請求項23】 前記導波路は、前記レーザの出力を提供するオフセット多
重量子井戸(MQW)を含むリッジ導波路である、請求項18に記載の方法。 - 【請求項24】 前記導波路層は、前記レーザにおける横方向の電流漏れを
ブロッキングし、前記変調器の寄生接合キャパシタンスを減少する1つ以上のブ
ロッキング接合を含む、請求項18に記載の方法。 - 【請求項25】 前記レーザは、ミラーの制御電流を適切に調整することに
よって、広い波長範囲にわたって高速にチューニング可能である、請求項18に
記載の方法。 - 【請求項26】 請求項18に記載の方法によって製造された一体型光学変
調器を有する波長可変レーザを含む製品。
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