JP2003510664A - 集積された波長同調可能な１段階及び２段階の純光学式波長変換器 - Google Patents

集積された波長同調可能な１段階及び２段階の純光学式波長変換器

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ダニエル、 ジェイ． ブルメンサール、
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Abstract

(57)【要約】 半導体同調可能レーザ（１０）と、この同調可能レーザ（１０）に結合された干渉計（１２）は、半導体ヘテロ構造においてモノリシックに製造されている。レーザは埋め込みリッジストライプ導波路レーザも含む。干渉計（１２）は、各アームに結合された半導体光増幅器（３８）を有する。クロスゲイン半導体光増幅器変換器が干渉計（１２）に結合されている。各アームに結合された半導体光増幅器（３８）は、２つのアーム間の光路長の差が逆位相にあり、相殺的干渉を生じるようにバイアスされている。同調可能レーザ（１０）の出力部は結合器に結合されている。半導体光増幅器（３８）は、より広範囲のパワーの入力信号の波長を変換できるように、干渉計内の半導体光増幅器の利得コントローラとして使用される。ヘテロ構造の基板は、低バンドギャップ導波路層と、低バンドギャップ導波路層の上に配置された、より薄い多重量子井戸能動領域とを含む。ヘテロ構造の基板は、突合せ接合再成長を行うことなく能動部及び受動部を導波路層に形成できるように、導波路層の上の量子井戸領域を選択的に除去することによって形成された非吸収性受動素子を有する。本発明は、先に開示された集積化光デバイスをヘテロ構造の基板に製造する方法としても特徴づけられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、海軍研究室交付の認可番号Ｎ０００１４−９６−６０１４、国立科
学財団交付の認可番号９８９６２８３、及び空軍局交付の認可番号Ｆ４９６２０
−９８−１−０３９９のもとで、政府の支援を受けてなされたものである。政府
は、本発明においてある程度の権利を有する。
【０００２】 本願は、１９９９年９月２８日に出願された、出願番号６０／１５６，４５９
の米国仮出願に関連している。
【０００３】 本発明は、集積された波長同調可能な１段階及び２段階の純光学式波長変換器
のための方法及び装置に関する。
【０００４】 現在の光学素子及びレーザの使用は、通信及びデータ転送をより効率的で費用
効果のより高いものにしている。半導体レーザの使用は、デバイス全体のサイズ
を小さくしているだけでなく、光源の製造及び実装を費用効果のより高いものに
している。
【０００５】 しかしながら、通信及びデータ転送システムへの要求も増加している。広域同
調可能レーザは、様々な種類の波長分割多重（ＷＤＭ）及びパケット交換網アー
キテクチャにとって不可欠な素子である。遠距離用の高密度ＷＤＭ通信システム
や、アクセス網内の波長ルーティングの代替ソースとしてこれらのレーザを使用
することができる。また、このレーザは、実時間遅延ビーム調整を用いる次世代
フェーズドアレイレーダーシステムのための重要な素子でもある。安定したモノ
リシックの集積化光周波数変換器がこのようなシステムにおいて必要であるが、
利用できるものはこれまでにはなかった。
【０００６】 本発明は、半導体ヘテロ構造、半導体ヘテロ構造内に製造される同調可能レー
ザ、及び同調可能レーザの出力部に結合された入力部を有する干渉計、を含む装
置である。干渉計は、半導体ヘテロ構造内に同調可能レーザとモノリシックに製
造される。
【０００７】 例示される実施の形態において、同調可能レーザは分布ブラッグ反射型レーザ
であるが、本発明は、現在公知であるか後に考案されるあらゆる種類の半導体レ
ーザを考慮している。また、レーザは、埋め込みリッジストライプ導波路レーザ
を含む。埋め込みリッジストライプ導波路レーザは、２つのサンプル回折格子Ｄ
ＢＲミラー、利得部、及び位相部を含む。
【０００８】 干渉計は、そのアームに結合された半導体光増幅器を有する。装置は、干渉計
に結合されたクロスゲイン（交差利得）半導体光増幅器変換器を更に含む。各ア
ームに結合された半導体光増幅器は、２つのアーム間の光路長の差が逆位相にあ
り、相殺的干渉を生じるようにバイアスされている。半導体光増幅器は、偏波の
影響を受けない。
【０００９】 １つの実施の形態では、装置は、入力信号λIが結合された入力部と結合器を
有する。偏波無感応型(insensitive)半導体光増幅器は、結合器に結合された出
力部を有する。同調可能レーザの出力部は結合器に結合されている。偏波無感応
型半導体光増幅器は、より広範囲のパワー（出力）の入力信号の波長を変換でき
るように、干渉計内の半導体光増幅器の利得（ゲイン）コントローラとして使用
される。
【００１０】 複数のチャネルを有する高密度波長分割多重通信システムは、同調可能レーザ
を使用して複数チャネルのうちいずれか２つの間で変換することができるように
、干渉計の出力部に結合されている。
【００１１】 干渉計は、干渉計の入力部に結合され、波長無感応分割比によって特徴づけら
れるマルチモード干渉結合器を更に含む。
【００１２】 ヘテロ構造の基板は、低バンドギャップ導波路層と、低バンドギャップ導波路
層の上に配置された、より薄い多重量子井戸能動領域とを含む。ヘテロ構造の基
板は、突合せ接合再成長を行うことなく能動部及び受動部を導波路層に形成でき
るように、導波路層の上の量子井戸を選択的に除去することによって形成された
非吸収性受動素子を有する。
【００１３】 １つの実施の形態では、入力信号λIが結合されており、装置は、入力信号λI を変調するために、出力部を有する分布帰還型レーザを更に含む。半導体光増幅
器は、出力部と、入力信号λI及び分布帰還型レーザの出力部に結合された入力
部を有する。ノッチフィルタは、出力部と、半導体光増幅器の出力部に結合され
た入力部を有する。干渉計の入力部はノッチフィルタの出力部に結合されており
、これによって入力信号λIはクロス位相変調を介して所望の波長に変換される
。コームフィルタは、干渉計の出力部に結合された入力部を有する。半導体光増
幅器は入力信号λIに結合された入力部を有し、偏波の影響を受けない。干渉計
は、中間波長の固定偏波で作動される。装置は、入力信号λIを変調するために
、出力部を有する分布帰還型レーザを更に含む。半導体光増幅器は、入力信号λ I と分布帰還型レーザの出力部に結合された入力部を有する。ノッチフィルタは
、半導体光増幅器の出力部に結合された入力部を有する。干渉計の入力部はノッ
チフィルタの出力部に結合されており、これによって入力信号λIは逆伝播クロ
スゲイン変調を介して所望の波長に変換される。コームフィルタは、干渉計の出
力部に結合された入力部を有する。
【００１４】 また、本発明は集積化された光学デバイスの製造方法としても特徴づけられて
おり、この方法は、キャップ層、キャップ層の下に配置された多重量子井戸層、
多重量子井戸層の下に配置された第１の導波路層、及び第１の導波路層の下に配
置されたヘテロ構造導波路層からなる基底構造を提供することを含む。キャップ
層及び多重量子井戸層を選択的に除去して受動部を画定する。受動部及び基底構
造の残りの部分の上にＭＯＣＶＤ層を再成長させる。そして、ＭＯＣＶＤ層、受
動部、及び基底構造の残りの部分に光学構造を選択的に形成する。
【００１５】 ＭＯＣＶＤ層、受動部、及び基底構造の残りの部分に光学構造を選択的に形成
するステップは、能動光学デバイス、より具体的にはレーザ又は光学回折格子を
基底構造の残りの部分に形成することを含む。
【００１６】 また、ＭＯＣＶＤ層、受動部、及び基底構造の残りの部分に光学構造を選択的
に形成するステップは、スポットサイズ変換器などの受動光学デバイスを受動部
に形成することを含む。
【００１７】 例示される実施の形態において、ＭＯＣＶＤ層、受動部、及び基底構造の残り
の部分に光学構造を選択的に形成するステップは、同調可能レーザ及び少なくと
も２つの半導体光増幅器を基底構造の残りの部分に形成し、干渉計を受動部に形
成し、レーザ、少なくとも２つの半導体光増幅器、及び干渉計を光回路に結合す
る導波路回路を形成して、少なくとも部分的に集積化された同調可能波長変換器
を形成することを含む。
【００１８】 文法上容易にするために、本発明を複数のステップからなる方法として説明し
たが、本発明は、米国特許法第１１２条の構成に基づき、例示される実施の形態
によって限定されず、例示される実施の形態を限定することなく請求項の最大限
の範囲によって定められることを明白に理解されたい。ここで、同様の要素が同
様の番号で照会される下記の図面を参照することにより、本発明をより良く理解
することができる。
【００１９】 ここで、請求項に定められる本発明の例として示される、下記の好適な実施の
形態の詳細な説明を参照することにより、本発明及びその種々の実施の形態をよ
り良く理解することができる。請求項によって定められる本発明は、下記の例示
的な実施の形態よりも広義になりうることを明白に理解されたい。
【００２０】 本発明は、それぞれ図１及び図３に最も良く示されている１段階及び２段階マ
ッハ−チェンダー(Mach-Zehnder)干渉計変換器構造１２及び１４と一体化された
同調可能レーザ１０を用いて、純光学式波長変換を行う装置及び方法である。こ
の実施の一態様では、広域で同調可能なサンプル回折格子分布ブラッグ反射型（
ＤＢＲ）レーザ１０を組み込んでおり、このレーザ１０は４０ｎｍを上回るバー
ニヤ同調が可能で、レーザ１０のＤＢＲミラー部により波長変換器部１２及び１
４から光学的に分離されている。この分離は、これらのデバイスを集積化しよう
とした従来の試みの基本的な制限を克服している。１９９９年９月２日に出願さ
れた、出願番号６０／１５２，４３２の仮出願への優先権を主張する"Tunable L
aser Source with Integrated Optical Modulator"というタイトルの同時係属中
の米国特許出願（出願番号未付与）も参照のこと。これらは共に本明細書中に援
用されて本発明の一部とする。
【００２１】 図１の１段階波長変換器１２は、その各アーム２０及び２２で半導体光増幅器
（ＳＯＡ）１６及び１８と組み合わされたマッハ−チェンダー干渉計１２を含む
。図３の２段階変換器１４は、クロスゲイン半導体光増幅器と、マッハ−チェン
ダー干渉計ベースの変換器１６、１８、２０、及び２２を含む。干渉計変換器部
１６、１８、２０、及び２２では、同調可能レーザ１０から放出された光が、干
渉計１２及び１４の２つのアーム２０及び２２間で均等に分割される。入力信号
λiは、結合器４０において同調可能レーザ１０の出力と組み合わされて半導体
光増幅器３８によって増幅され、干渉計１２のアーム２２の半導体光増幅器１８
に送られる。半導体光増幅器１８に送り込まれた光パワーは増幅器１８を介して
伝達関数を変え、λi及びλmの増幅出力信号を生じる。その後、λiは従来の外
部光学フィルタ（図示せず）により排除することができる。
【００２２】 半導体光増幅器１６は干渉計１２の対向するアーム２０に設けられており、ア
ーム２０及び２２間の光路長を調節する。２つのアーム２０及び２２間の光路長
の差が逆位相になり、出力導波路２４において相殺的干渉を生じるように、増幅
器１６及び１８をバイアスすることができる。入力信号λiは、干渉計１２及び
１４の単一のアーム２２に結合されている。入力光λiが高パワー状態にある場
合、これは２つのアーム２０及び２２間の位相差を変え、放出されたビームから
の光λmの伝達を可能にする。
【００２３】 この方法は、入力データ信号λiに対する変調を同調可能レーザ１０からの放
出光λmに伝える。この伝達は、半導体光増幅器１８の伝達曲線の適切な勾配で
選択的に動作することにより、論理ビット反転を伴ってもよいし、伴わなくても
よい。入力ビームλiを出力部２４でフィルタにかけ、変換された光を伝達する
ことができる。
【００２４】 モノリシック同調可能波長変換器１１は、個別部品に基づいた実施に比べ、挿
入損及び実装経費の増加によりノイズ値を増加させる２つの接続用ファイバが不
要である、という利点を有する。また、この実施の同調可能性により、各チャネ
ル毎に個別の同調不可能なデバイスを設けるのとは対照的に、１つのデバイスを
用いて、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）通信システム内の任意の２つのチャネ
ル間で光学変換をすることができる。
【００２５】 図２及び図３の実施の特徴は、高速同調可能フィルタが必要になるのを回避す
るために各段階間で内部波長を使用することと、偏波無感応型変換器の必要性を
緩和することにある。何故なら、図１の１段階同調可能変換器が作動する入力内
部波長を一定の偏波状態にすることができ、第２段階の変換器１６、１８、２０
、及び２２を、偏波感応導波路技術を用いて製造することができるからである。
【００２６】 一般に、図１の波長変換を実施するのに用いられる方法は、例えば４光波混合
、クロスゲイン変調（ＸＧＭ）、及びクロス位相変調（ＸＰＭ）など多数ある。
半導体光増幅器１６及び１８を用いた干渉計１２及び１４でのクロス位相変調は
、変換効率、減衰率の増加、及び小さなチャープのため、現時点では主要な方法
と考えられている。連続波光を提供するレーザ１０を干渉計１２及び１４と同一
のチップ２６上に組み込むことは、２つの光ファイバ接続が省略でき、双方のデ
バイスの製造に必要な製造工程が類似しているため、非常に魅力的である。
【００２７】 集積化された連続波源が、干渉計１２及び１４内の半導体光増幅器１６及び１
８によって増幅される後方反射の影響を受けないことは重要である。この要件を
満たすため、ＤＢＲレーザ１０を、そのレーザミラーの固有の分離特性のために
、連続波源として選択すべきである。ＤＢＲ又はサンプル回折格子分布ブラッグ
反射型（ＳＧＤＢＲ）レーザ１０の更なる利点は、いくつかの波長チャネルをカ
バーするように電気的に同調され得ることにある。
【００２８】 好適な実施の形態では、装置はマッハ−チェンダー干渉計１２及び１４に結合
されたＳＧＤＢＲレーザ１０を含み、偏波無感応型半導体光増幅器１６及び１８
はそれぞれ各アーム２０及び２２に位置している。この装置の概略図を図１に示
す。レーザ１０は、４つの個別の素子を含む、幅２μｍの埋め込みリッジストラ
イプ（ＢＲＳ）導波路デバイスである。これらの個別の素子は、２つのサンプル
回折格子ＤＢＲミラーと、利得及び位相制御部を含む。利得及び位相制御部に流
れこむ電流を制御することにより、この種のレーザ１０は、連続波長範囲を有す
る４０ｎｍを上回る同調が可能になる。
【００２９】 前部ミラー部３０の出力部２８において、レーザ導波路３２は、マッハ−チェ
ンダー干渉計１２及び１４の入力部を形成する（その波長無感応分割比のために
選択された）３ｄＢのマルチモード干渉結合器３４に結合されている。入力信号
λiは光ファイバ（図示せず）から集積化された光チップ上の導波路３６に結合
されている。スポットサイズ変換器１２６を用いて、この結合の効率を高めるこ
とができる。この幾何学形状の重要な特徴は、入力信号λiを偏波無感応型半導
体光増幅器３８に通し、それから別の３ｄＢ結合器４０において同調レーザ１０
からの連続波光と組み合わせることができることにある。この前部の半導体光増
幅器３８により、第２段階の波長変換をより広範囲のパワーの入力信号に行うこ
とができる。何故なら、この光増幅器を利得制御素子として用いることができる
からである。
【００３０】 "Tunable Laser Source with Integrated Optical Modulator"というタイトル
の同時係属中の米国特許出願（出願番号未付与）に示されるように、光チップ２
６の断面デバイス構造は、厚い低バンドギャップ導波路層と、その上に配置され
た多重量子井戸能動領域からなる。厚い低バンドギャップ導波路層は、同調部で
のキャリア誘導指数の良好な変化に必要である。非吸収性受動素子は、導波路層
の上から量子井戸を選択的に除去することによって形成される。オフセット量子
井戸の使用により、突合せ接合再成長を行うことなく、単一の導波路層に能動部
及び受動部を形成することができる。これにより、たった２つの有機金属化学気
相成長（ＭＯＣＶＤ）ステップでこのデバイスを製造することができる。
【００３１】 モノリシック波長変換器の重要な利点は、同調レーザ１０に対して既に必要と
なっているステップの多くを用いて変換器を製造することができ、チップ２６上
への集積が比較的容易になることにある。図４ａ乃至図４ｆに示すように、集積
されたＳＧＤＢＲレーザ１０を有する波長変換器の製造手順には８つの主要なス
テップがある。図４ａに示される第１のステップでは、第Ｖ族ソースの第３ブチ
ルホスフィン及び第３ブチルアルシンによる大気に近い有機金属化学気相成長法
（ＭＯＣＶＤ）を用いて、参照番号１００で概括して示される基底構造を成長さ
せる。例示される実施の形態では、０．１６μｍの、ＺｎをドープしたＩｎＰキ
ャップ層１０２が、歪みのある多重量子井戸能動領域１０４の上に配置されてい
る。薄い１００Åの、ＳｉをドープしたＩｎＰ層１０６が、多重量子井戸能動領
域１０４と、バンドギャップＥｇ＝０．８８５ｅＶで特徴づけられる０．３５μ
ｍのＩｎＧａＡｓＰ主導波路又は層１０８との間に配置されている。ＩｎＧａＡ
ｓＰ導波路１０８の下には、０．５μｍの、ＳｉをドープしたＩｎＰ層１１０が
ある。バンドギャップＥｇ＝１．１２７ｅＶで特徴づけられる２つの０．１０μ
ｍのＩｎＧａＡｓＰ導波路即ち層１１２及び１１４が、０．５μｍの、Ｓｉをド
ープしたＩｎＰ層１１６を挟んでいる。最後に、基底であるＩｎＰ基板又は層１
１８がある。
【００３２】 チップ２６の導波路層１０８の受動部は、図４ｂに示されるように、キャップ
層、そして量子井戸層１０４を選択的にエッチングで除去することによって形成
される。図４ｂの断面図は、光の伝播方向でのものである。レーザ１０の回折格
子は、図４ｂに示される領域１２０において、乾式エッチング法を用いてレーザ
ミラーのために形成される。領域１２０は能動素子が製造される箇所であり、領
域１２２は受動素子が製造される箇所である。領域１２０及び１２２は、図４ｃ
に示されるＩｎＰの厚いＭＯＶＣＤ再成長層１２４によって覆われる。
【００３３】 レーザのファセットが形成される領域の形成前に、拡散制限エッチングを行っ
て図４ｄに示すように導波路層１０８の厚さをテーパー付けすることにより、光
スポットサイズ変換器１２６をこの時点で導波路層１０８に組み込むこともでき
る。
【００３４】 次いで、キャップ層１０８及び量子井戸層１０４を介する窓を形成することに
よってＤＢＲミラーを形成する。そして、図４ｅに示すように、メタン−水素−
アルゴン（ＭＨＡ）中で反応性イオンエッチングを選択的に用いて、回折格子構
造１２８をチップ２６の導波路層１０８内に形成する。
【００３５】 図４ｅの断面線１−１乃至４−４で見た、図４ｆ（１）乃至図４ｆ（４）に示
す光伝播方向を垂直に横切るように切り取られた断面側面図に示すように、メタ
ン−水素−アルゴン（ＭＨＡ）中で反応性イオンエッチングを用いて構造体１０
０にリッジのパターンを形成し、能動部１２０、回折格子部１２８、受動部１２
２、又はスポットサイズ変換器１２６を形成する。反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）で損傷した層を湿式エッチング（Ｂｒ：メタノール）を用いて除去する。
図４ｇに示すような別のＭＯＣＶＤステップでは、３〜４μｍのｐ−ＩｎＰ上部
クラッド層１３０と、１００ｎｍのＩｎＧａＡｓ接触層１３２を再成長させ、図
４ｇに示すような、光伝播方向の長手方向図又は面に示される構造を生じる。
【００３６】 隣接するレーザ部１０と半導体光増幅器１６、１８、３８との間の分離は、図
４ｈに示すように、接触層１３３を加え、ＩｎＧａＡｓ層１３２をエッチングで
除去し、深いプロトン（Ｈ+）注入１３４を行うことによって達成される。この
プロトン注入は、図４ｉ（１）に示される、埋め込みリッジストライプ１３８を
囲む寄生ｐ−ｎ ＩｎＰ接合１３６の領域を制限し、これらの領域１４０内のＺ
ｎアクセプタ原子を打ち消すことによって受動導波路領域１２２内の損失を小さ
くするのにも用いられる。能動部１２０、回折格子部１２８、受動部１２２、及
びスポットサイズ変換器１２６は、図４ｈの断面線１−１乃至４−４で見た図４
ｉ（１）乃至図４ｉ（４）に示されるような、光伝播方向を垂直に横切って切り
取られた横断面図に示されている。最後のステップでは、サンプルを研磨して１
００ｐｍの厚さにし、へき開及び実装の前に裏面接触（図示せず）を付着する。
【００３７】 固定波長変換器に比べ、同調可能波長変換器１１、１２、及び１４には、更に
考慮すべき事項がいくつかある。デバイスの出力部に存在する変換された波長か
ら、オリジナル信号及び増幅された任意の放射をフィルタにかけて除去すること
が重要である。固定波長変換器では、新しい波長信号のみを通すようにフィルタ
を容易に定めることができる。同調可能デバイスでは、出力波長は様々であるた
め、出力部２４でコームフィルタを使用して所望の波長のみを通すことができる
。あいにく、オリジナルの波長もコームフィルタを通過するため、オリジナルの
波長を遮るために追加のフィルタが必要である。同調可能波長変換器１１はもは
や入力部と同一の波長に変換することができず、所与の入力波長に対してフィル
タを特定する必要があるため、これにより同調可能波長変換器１１の柔軟性が制
限される。
【００３８】 波長変換を２段階で行う、より柔軟性のある実施を図２に示す。図２及び図３
は、集積装置及び外部素子の組み合わせとして装置を示しているが、本発明の範
囲では、前述の方法を用いて図２の全ての素子をチップ２６上に集積するように
製造できることが明確に考慮されている。図３は、完全に集積化された装置の好
適な実施の形態を示している。第１段階では、クロスゲイン変調波長変換技術を
用いて、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ４８を用いて信号を帯域外波長に変換し、
そして、これを同調可能波長変換器１１内でクロス位相変調を介して所望の波長
に変換する。この実施にはいくつかの利点がある。中間波長の出力を第１の波長
変換工程で制御することができるため、使用可能な入力信号出力の範囲は、１段
階のクロス位相変調変換に比べて大幅に広くなる。図２に示すように、ノッチフ
ィルタ４４及びコームフィルタ４２のみを用いて、あらゆる波長のチャネルを、
フィルタ４２及び４４を調節することなくあらゆる他の波長のチャネルに変換す
ることができる。一定の内部波長への変換でも、任意の波長λiに対する波長の
アップ又はダウンコンバージョンのみの選択が可能になり、あらゆる波長を受け
入れなくてはならないのではなく、同調可能波長変換器を最適化して特定の波長
から変換することができる。別の利点は、第１段階で偏波無感応型半導体光増幅
器３８を用い、第２段階への結合の際に中間波長の偏波を保つことにより、第２
段階の同調可能波長変換器１１における偏波無感応性の必要性が緩和されること
にある。偏波無感応性でなくてよいことで、能動領域の成長が大幅に簡素化され
、同調可能レーザの性能が向上する。
【００３９】 チップ２６上に集積された半導体光増幅器３８内で逆伝播クロスゲイン変調を
用いて第１段階の変換を行うことにより、図２に示す一般的なアプローチをモノ
リシックデバイスにおいて実施することもできる。このような集積化デバイスの
レイアウトを示す図が図３である。この場合、入力波長は中間波長及び出力波長
とは反対の方向に移動する。この実施によって中間波長フィルタは不要になるが
、チップ２６上の全ての半導体光増幅器１６、１８、及び３８において完全な偏
波無感応性が必要になる。図２は、非集積化素子、即ちモノリシックで容易に集
積化できないフィルタを用いたブロック図である。図３は、図２に示すものに類
似した光回路をモノリシックにしたものである。図３の動作をブロック図として
記したい場合は、入力信号λiがＳＯＡ３８の後に送られ、ＳＯＡ３８に向けて
（即ち、図２の矢印とは反対の方向に）送られる点を除いて、図２のようになる
。図３の集積化したケースでは、入力信号が同調波長変換器段階１１に達するの
を妨げる必要がないため、１５１０ｎｍ通過フィルタ４４はもはや不要である。
【００４０】 当業者により、多くの変更物及び変形物を本発明の趣意及び範囲から逸脱せず
に形成することができる。従って、例示した実施の形態は例示のためだけに説明
されており、請求項によって定められる本発明を制限するものと解釈すべきでは
ないことを理解せねばならない。例えば、請求項の要素はある組み合わせで説明
される、といった事実にもかかわらず、本発明は、より少ない要素、より多い要
素、又は異なる要素からなる他の組み合わせを含み、これらの要素は初めにこの
ような組み合わせで主張されていない場合でも先に開示されていることを明確に
理解しなくてはならない。
【００４１】 本発明及びその種々の実施の形態を説明するために本明細書中に用いられる用
語は、一般的に定義された意味のみを理解するものではなく、一般的に定義され
た意味の範囲を越えた構造、材料又は動作を特別な定義によって本明細書に含む
ものである。従って、本明細書の文脈中で一つよりも多くの意味を含むものとし
て一つの要素を理解することができる場合は、請求項でのその要素の使用は、本
明細書及びその用語自体によって支持される全ての可能な意味を包括するものと
して理解しなくてはならない。
【００４２】 従って、本明細書では、請求項の用語又は要素の定義は、文字通りに説明され
る要素の組み合わせのみでなく、ほぼ同一の結果を得るためにほぼ同一の方法で
ほぼ同一の機能を果たす全ての同等の構造、材料、又は動作を含むように定義さ
れている。従って、この意味では、請求項中の要素のうちのいずれか一つの代わ
りに２つ以上の同等な要素を代用してもよいし、請求項中の２つ以上の要素の代
わりに単一の要素を用いてもよいことが考えられる。要素を一定の組み合わせで
動作するものとして前述し、初めにそのように主張しているかもしれないが、主
張された組み合わせからの１つ以上の要素を場合によってはその組み合わせから
取り除くことができ、主張された組み合わせをサブコンビネーション又はサブコ
ンビネーションの変形に方向づけてもよいことを明確に理解すべきである。
【００４３】 当業者によって理解されるような、主張された主題からの変更は、現在公知で
あっても後に考案されても、同等に請求項の範囲内であると明らかにみなされる
。従って、当業者に現在公知であるか後に公知になるであろう明瞭な代替物は、
定められた要素の範囲内にあると定義される。
【００４４】 従って、請求項は、先に具体的に例示し説明したもの、概念的に同等であるも
の、明らかに代替できるもの、また本発明の本質的な考えを本質的に組み込んだ
ものを含むものと理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 １段階波長変換器を製造した光チップの斜視線図である。
【図２】 非集積化素子を用いた光２段階波長変換器の素子のブロック図である。
【図３】 ２段階波長変換器を集積化して製造した光チップの斜視線図である。
【図４ａ】 本発明の光学デバイスを集積化して製造する方法を示す略断面図である。
【図４ｂ】 本発明の光学デバイスを集積化して製造する方法を示す略断面図である。
【図４ｃ】 本発明の光学デバイスを集積化して製造する方法を示す略断面図である。
【図４ｄ】 本発明の光学デバイスを集積化して製造する方法を示す略断面図である。
【図４ｅ】 本発明の光学デバイスを集積化して製造する方法を示す略断面図である。
【図４ｆ（１）】 本発明の光学デバイスを集積化して製造する方法を示す略断面図である。
【図４ｆ（２）】 本発明の光学デバイスを集積化して製造する方法を示す略断面図である。
【図４ｆ（３）】 本発明の光学デバイスを集積化して製造する方法を示す略断面図である。
【図４ｆ（４）】 本発明の光学デバイスを集積化して製造する方法を示す略断面図である。
【図４ｇ】 本発明の光学デバイスを集積化して製造する方法を示す略断面図である。
【図４ｈ】 本発明の光学デバイスを集積化して製造する方法を示す略断面図である。
【図４ｉ（１）】 本発明の光学デバイスを集積化して製造する方法を示す略断面図である。
【図４ｉ（２）】 本発明の光学デバイスを集積化して製造する方法を示す略断面図である。
【図４ｉ（３）】 本発明の光学デバイスを集積化して製造する方法を示す略断面図である。
【図４ｉ（４）】 本発明の光学デバイスを集積化して製造する方法を示す略断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｓ 5/34 Ｈ０１Ｓ 5/34 (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 フィッシュ、 グレゴリー、 エー． アメリカ合衆国 93110 カリフォルニア 州 サンタ バーバラ フレイザー レー ン 4716 (72)発明者 ブルメンサール、 ダニエル、 ジェイ． アメリカ合衆国 93110 カリフォルニア 州 サンタ バーバラ ネイサン ロード 3892 Ｆターム(参考） 2K002 AA02 AB12 BA01 CA13 DA08 DA11 DA12 EA09 EA16 5F073 AA22 AA43 AA61 AA65 AA74 AB21 AB25 BA01 CA12 DA05 【要約の続き】 吸収性受動素子を有する。本発明は、先に開示された集 積化光デバイスをヘテロ構造の基板に製造する方法とし ても特徴づけられている。

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体ヘテロ構造と、 半導体ヘテロ構造内に製造され、出力部を有する、光学的に分離された同調可
    能レーザと、 前記同調可能レーザの前記出力部に結合された入力部を有する干渉計であって
    、前記半導体ヘテロ構造内で前記同調可能レーザとモノリシックに製造された干
    渉計と、 を含む装置。
  2. 【請求項２】 前記同調可能レーザが分布ブラッグ反射型レーザを含む、請
    求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記分布ブラッグ反射型レーザはサンプル回折格子分布ブラ
    ッグ反射型レーザを含み、これにより、いくつかの波長のチャネルをカバーする
    ように電気的な同調が可能になる、請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記干渉計が２つのアームを有し、各アームに結合された半
    導体光増幅器を更に含む、請求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記干渉計に結合されたクロスゲイン半導体光増幅器を更に
    含む、請求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】 各アームに結合された前記半導体光増幅器は、前記２つのア
    ーム間の光路長の差が逆位相にあり、相殺的干渉を生じるようにバイアスされて
    いる、請求項４記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記干渉計は出力部を有し、前記干渉計の前記出力部に結合
    された複数のチャネルを有する高密度波長分割多重通信システムを更に含み、こ
    れにより、前記同調可能レーザを用いて前記複数のチャネルのうちいずれか２つ
    の間で変換を行うことができる、請求項１記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記半導体光増幅器が偏波の影響を受けない、請求項７記載
    の装置。
  9. 【請求項９】 前記レーザが埋め込みリッジストライプ導波路レーザを含む
    、請求項１記載の装置。これは、半導体レーザを製造するための特定の方法であ
    るが、他の方法もある。
  10. 【請求項１０】 前記埋め込みリッジストライプ導波路レーザは、２つのサ
    ンプル回折格子ＤＢＲミラー、利得部、及び位相部を含む、請求項９記載の装置
    。
  11. 【請求項１１】 前記干渉計は入力部を有し、前記干渉計の前記入力部に結
    合され、波長無感応分割比によって特徴づけられるマルチモード干渉結合器を更
    に含む、請求項９記載の装置。
  12. 【請求項１２】 入力信号λiが結合された入力部を有する偏波無感応型半
    導体光増幅器と、結合器とを更に含み、前記偏波無感応型半導体光増幅器は前記
    結合器に結合された出力部を有し、前記同調可能レーザの前記出力部は前記結合
    器に結合されている、請求項１記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記偏波無感応型半導体光増幅器は、より広範囲のパワー
    の入力信号の波長を変換できるように、前記干渉計内の前記半導体光増幅器の利
    得コントローラとして使用される、請求項１２記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記へテロ構造の基板が、低バンドギャップ導波路層と、
    低バンドギャップ導波路層の上に配置された、より薄い多重量子井戸能動領域と
    を含む、請求項１記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記ヘテロ構造の基板は、突合せ接合再成長を行うことな
    く能動部及び受動部を導波路層に形成できるように、導波路層の上の量子井戸を
    選択的に除去することによって形成された非吸収性受動素子を有する、請求項１
    ４記載の装置。突合せを行い、同一の結果（即ち、導波路層の能動部及び受動部
    ）を得ることができる。
  16. 【請求項１６】 入力信号λiが結合されており、 前記入力信号λIを変調するために出力部を有する分布型帰還レーザと、 出力部及び、前記入力信号λIと前記分布型帰還レーザの前記出力部に結合さ
    れた入力部を有する半導体光増幅器と、 出力部と、前記半導体光増幅器の前記出力部に結合された入力部を有するノッ
    チフィルタと、 前記干渉計の出力部と、 前記ノッチフィルタの前記出力部に結合された前記干渉計の入力部であって、
    これにより前記入力信号λIがクロス位相変調を介して所望の波長に変換される
    、前記干渉計の入力部と、 前記干渉計の前記出力部に結合された入力部を有するコームフィルタと、 を更に含む、請求項１記載の装置。
  17. 【請求項１７】 出力部及び前記入力信号λIに結合された入力部を有する
    前記半導体光増幅器が偏波の影響を受けず、前記干渉計を中間波長の固定偏波で
    作動させる、請求項１６記載の装置。
  18. 【請求項１８】 入力信号λiが結合されており、 前記入力信号λIを変調するために出力部を有する分布型帰還レーザと、 出力部及び、前記入力信号λIと前記分布型帰還レーザの前記出力部に結合さ
    れた入力部を有する半導体光増幅器と、 出力部と、前記半導体光増幅器の前記出力部に結合された入力部を有するノッ
    チフィルタと、 前記干渉計の出力部と、 前記ノッチフィルタの前記出力部に結合された前記干渉計の入力部であって、
    これにより前記入力信号λIが逆伝播クロスゲイン変調を介して所望の波長に変
    換される、前記干渉計の入力部と、 前記干渉計の前記出力部に結合された入力部を有するコームフィルタと、 を更に含む、請求項１記載の装置。
  19. 【請求項１９】 キャップ層、前記キャップ層の下に配置された多重量子井
    戸層、前記多重量子井戸層の下に配置された第１の導波路層、及び前記第１の導
    波路層の下に配置されたヘテロ構造導波路層からなる基底構造を提供するステッ
    プと、 前記キャップ層及び多重量子井戸層を選択的に除去して受動部を画定するステ
    ップと、 前記受動部及び前記基底構造の残りの部分の上にＭＯＣＶＤ層を再成長させる
    ステップと、 前記ＭＯＣＶＤ層、前記受動部、及び前記基底構造の残りの部分に光学構造を
    選択的に形成するステップと、 を含む、集積化光学デバイスの製造方法。
  20. 【請求項２０】 前記ＭＯＣＶＤ層、前記受動部、及び前記基底構造の残り
    の部分に光学構造を選択的に形成するステップが、前記基底構造の前記残りの部
    分に能動光学デバイスを形成することを含む、請求項１９記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記基底構造の前記残りの部分への能動光学デバイスの形
    成によってレーザが形成される、請求項２０記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記ＭＯＣＶＤ層、前記受動部、及び前記基底構造の残り
    の部分に光学構造を選択的に形成するステップが、前記基底構造の前記残りの部
    分に回折格子を形成することを含む、請求項１９記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記ＭＯＣＶＤ層、前記受動部、及び前記基底構造の残り
    の部分に光学構造を選択的に形成するステップが、前記受動部に能動光学デバイ
    スを形成することを含む、請求項１９記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記ＭＯＣＶＤ層、前記受動部、及び前記基底構造の残り
    の部分に光学構造を選択的に形成するステップが、前記受動部にスポットサイズ
    変換器を形成することを含む、請求項２３記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記ＭＯＣＶＤ層、前記受動部、及び前記基底構造の残り
    の部分に光学構造を選択的に形成するステップが、同調可能レーザ及び少なくと
    も２つの半導体光増幅器を前記基底構造の前記残りの部分に形成し、干渉計を前
    記受動部に形成し、前記レーザ、少なくとも２つの半導体光増幅器、及び干渉計
    を光回路内に結合する導波路回路を形成して、少なくとも部分的に集積化された
    同調波長変換器を形成することを含む、請求項１９記載の方法。
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