JP2019509642A - 可変レーザー及び可変レーザーの製造方法 - Google Patents

可変レーザー及び可変レーザーの製造方法 Download PDF

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Abstract

熱的調整を用いる波長可変レーザー（４００）が開示される。このレーザーは、加熱層（４１０）と、誘電層と、リフレクタ（４３０）と、輸送層（４２０）と、支持層（４４０）と、基板層（４５０）とを含む。加熱層は輸送層の上に位置し；輸送層は支持層の上に位置し、輸送層は、上から下に上部クラッド層（４２１）、導波層（４２２）、及び下部クラッド層（４２３）を含み；リフレクタは輸送層に位置し、支持層は輸送層と基板層との間に位置し、保護構造（４４１）を有し、保護構造は、輸送層及び基板層と共に中空構造を形成し、中空構造は支持構造（４４２）を有し、基板層は支持層の下に位置する。加熱層、リフレクタ、及び輸送層の一部が宙吊り構造を形成し、熱散逸を防ぐことができる。このレーザーは、底部で支持された宙吊り構造を用いることで断熱し、製造方法は単純であり、熱的調整効率を改善することができ、電力消費を小さくすることができる。

Description

本発明は光ファイバー通信の分野に関連し、特に、波長可変レーザー及び製造方法に関連する。
光通信の分野では、可変レーザー（Ｔｕｎａｂｌｅ Ｌａｓｅｒ、略してＴＬ）は、その出力波長を特定の範囲内で調節することができるレーザーである。可変レーザーは、整合変調を用いた光伝送に主に適用されており、１００Ｇ以上の速度での長距離光伝送の産業において整合変調は主流な解決策となった。回線容量への要求が高まることに駆動され、市場規模は急速に成長を続けており、寸法、費用、性能、信頼性等の観点で、より高い要求が可変光レーザーに課されている。モノリシックに集積された可変レーザーは、小型及び高集積レベル等の利点を有し、従って、光通信の分野における現在の主流な技術となっている。
可変レーザーは、リン化インジウム（Ｉｎｄｉｕｍ Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ、略してＩｎＰ）基板上のパッシブ領域にゲイン領域を接続することによって実質的に製造されてよい。ゲイン領域は通常、多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ、略してＭＱＷ）であり、パッシブ領域は、反射（例えば、分布ブラッグ反射（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、略してＤＢＲ））部及び位相部を主に含む。ＤＢＲ部の屈折率を調節することによって波長調整が実施される。主に二種類の調整メカニズムが存在する。電流注入を用いた調整と、局所加熱を用いた熱的調整である。熱的調整は、電流注入を用いた調整よりも調整損失が少ないので、レーザーのより狭い線幅を実施し、レーザーの狭線幅用の高速光伝送ネットワークの要求を満たすことができる。しかし、同様な波長範囲内で、熱的調整技術における電力消費は、電流注入を用いた調整における電力消費よりもずっと大きい。
即ち、熱的調整技術を用いて、レーザーのより狭い線幅を得ることができ、高速光伝送ネットワークの要求を満たすことができる。しかし、調整部品が過剰に大きな電力消費を有するという問題がある。
本発明の目的は、可変レーザーがより高い熱的調整効率とより小さな電力消費とを有する、熱的調整を用いた波長可変レーザーと、熱的調整を用いた波長可変レーザーの製造方法とを提供することである。
第一に態様によると、熱的調整を用いた波長可変レーザーが提供され、これは加熱層、リフレクタ、輸送層、支持層、及び基板層を含み、加熱層は輸送層の上に位置しており、輸送層は支持層の上に位置し、上から下に、上部クラッド層と、導波層と、下部クラッド層とを含み；リフレクタは輸送層中に位置し；支持層は輸送層と基板層との間に位置し、保護構造を有し、保護構造は輸送層及び基板層と共に中空構造を形成し、中空構造は支持構造を有し；基板層は支持層の下に位置する。
加熱層によって提供された熱がリフレクタを通って通過した後、熱の一部が輸送層、支持層、及び基板層を通って通過し、徐々に散逸する。支持層は中空構造を有し、中空構造中に支持構造のみが存在し、大半は間隙である。従って、多くの熱が間隙によって断熱され、リフレクタに作用する熱が増加し、従って熱的調整効率が向上する。
第一の態様を参照し、第一の態様の第一の可能な実装において、第一方向に、支持構造と保護構造との間に間隙が存在し、第一方向は導波層における光の伝送方向である。間隙は断熱効果を達成することができる。
第一の態様又は第一の態様の第一の可能な実装を参照し、第一の態様の第二の可能な実装において、第二方向に、支持構造と保護構造との間に間隙が存在し、第二方向は導波層における光の伝送方向と垂直である。間隙は断熱効果を達成することができる。
第一の態様の第二の可能な実装を参照し、第一の態様の第三の可能な実装において、一以上の支持構造が存在する。
第一の態様を参照し、第一の態様の第四の可能な実装において、リフレクタが、輸送層の上部クラッド層の下部に位置する、又は、下部クラッド層の上部に位置する、又は、上部クラッド層及び導波層の両方に存在する、又は、下部クラッド層及び導波層の両方に存在し；レーザーによって発振された光の波長を調節するように構成されている。
第一の態様を参照し、第一の態様の第五の可能な実装において、輸送層がエッチャントによってエッチングされるのを防ぐことができるように、輸送層は、下部クラッド層の下に位置した第一バリア層を更に含む。
第一の態様を参照し、第一の態様の第六の可能な実装において、基板材料層の上に位置し、基板層がエッチャントによってエッチングされるのを防ぐように構成された第二バリア層と；第二バリア層の下に位置し、レーザーのチップに機械的支持を提供するように構成された基板材料層と、を基板層が更に含む。
第一の態様を参照し、第一の態様の第七の可能な実装において、上部クラッド層の上に位置し、加熱層中の電流が輸送層へとリークするのを防ぐように構成された誘電層を輸送層が更に含む。
第一の態様を参照し、第一の態様の第八の可能な実装において、輸送層の、リフレクタを含む一部と輸送層の二側上の材料との間に間隙が存在して宙吊り構造を形成し、支持構造が宙吊り構造の下に配置され；宙吊り構造が輸送層の二側上の材料と接続されないように、第一方向のリフレクタの長さの範囲内で、間隙は、輸送層の二側上の材料から宙吊り構造を完全に分離し；第一方向は導波層における光の伝送方向である。
加熱層によって提供された熱の散逸がリフレクタの水平方向に減少するように、第一方向におけるリフレクタの長さの範囲内で、間隙は、宙吊り構造を輸送層の二側上の材料から完全に分離し、それによって熱的調整効率が更に向上する。
第一の態様を参照し、第一の態様の第九の可能な実装において、第一方向に、輸送層の、リフレクタを含む一部と輸送層の二側上の材料との間に間隙が存在して宙吊り構造を形成し、支持構造が宙吊り構造の下に配置され；宙吊り構造と輸送層の二側上の材料とが一以上の接続構造を有するように、第一方向のリフレクタの長さの範囲内で、間隙は、輸送層の二側上の材料から宙吊り構造を部分的に分離し、それによって熱的調整効率を向上させ、チップが比較的高い機械的強度を有することを保証する。第一方向は導波層における光の伝送方向であり、第二方向は導波層における光の伝送方向と垂直である。
第一の態様又は第一の態様の第八若しくは第九の可能な実装を参照し、第一の態様の第十の可能な実装において、宙吊り構造は第一方向に様々な幅を有する。
第一の態様の第十の可能な実装を参照し、第一の態様の第十一の可能な実装において、支持構造は宙吊り構造のより幅広い部分の下に配置され、支持構造は宙吊り構造のより狭い部分の下には配置されていない。支持構造は下から上へと宙吊り構造に支持を提供する。
第一の態様の第十の可能な実装を参照し、第一の態様の第十二の可能な実装において、大きな寸法の支持構造が宙吊り構造のより幅広い部分の下に配置され、小さな寸法の支持構造が宙吊り構造のより狭い部分の下に配置される。第十の可能な実装と比べて、本実装では、より多くの支持構造が存在し、機械的強度がより高い。
第一の態様の第十の可能な実装を参照し、第一の態様の第十三の可能な実装において、第一方向の宙吊り構造の幅は、第一方向のリフレクタの幅以上である。より多くの熱がリフレクタに作用するように、宙吊り構造はリフレクタを含む必要があり、これによって熱的調整効率が向上する。
第二の態様によると、熱的調整を用いた波長可変レーザーの製造方法であって、材料の複数の層を有する基板を成長させるステップであって、この複数層基板が輸送層と、支持層と、基板層とを備え、輸送層は支持層の上に位置し、上から下に、上部クラッド層と、導波層と、下部クラッド層とを備え；輸送層中にリフレクタが更に存在し；支持層は輸送層と基板層との間に位置し；基板層は支持層の下に位置する、ステップと；輸送層の上に加熱層を堆積するステップと；第一エッチャントを用いて支持層をエッチングして支持層の保護構造を形成するステップであって、保護構造は輸送層及び基板層と共に中空構造を形成し、中空構造は支持構造を有する、ステップと、を備える、製造方法が提供される。
加熱層によって提供された熱がリフレクタを通過した後、熱の一部が輸送層、支持層、及び基板層を通過し、徐々に散逸する。支持層は第一エッチャントを用いることによってエッチングされて中空構造を形成し、中空構造中に支持構造のみが存在し、大半は間隙である。従って、多くの熱が間隙によって断熱され、リフレクタに作用する熱が増加し、従って熱的調整効率が向上する
第二の態様を参照し、第二の態様の第一の可能な実装において、リフレクタが輸送層中に存在し、リフレクタが上部クラッド層の下部に存在する、又は、リフレクタが下部クラッド層の上部に存在する、又は、リフレクタが上部クラッド層及び導波層の両方に存在する、又は、リフレクタが下部クラッド層及び導波層の両方に存在することを特に含み；レーザーの出力波長を調節するように構成されている。
第二の態様を参照し、第二の態様の第二の可能な実装において、輸送層は第一バリア層を更に含み、第一バリア層が輸送層の下部クラッド層の下に存在し、第一バリア層と第一エッチャントとの間でエッチング反応が起こらない、又は、第一バリア層と第一エッチャントとの間でエッチング反応が起こるが、支持層と第一エッチャントとの間のエッチング反応の速度よりも反応速度が遅いことを特に備え、これにより、第一エッチャントによってエッチングされることから輸送層を保護する。
第二の態様を参照し、第二の態様の第三の可能な実装において、基板層は第二バリア層及び基板材料層を更に含み、第二バリア層が基板材料層の上に位置し、第二バリア層と第一エッチャントとの間でエッチング反応が起こらない、又は、第二バリア層と第一エッチャントとの間でエッチング反応が起こるが、支持層と第一エッチャントとの間のエッチング反応の速度よりも反応速度が遅いことを特に備え、これにより、第一エッチャントによってエッチングされることから基板層を保護する。
第二の態様を参照し、第二の態様の第四の可能な実装において、輸送層の上に加熱層を堆積する前に、本製造方法は、加熱層中の電流が輸送層へとリークするのを防げるように、上部クラッド層の上に誘電層を成長させるステップであって、誘電層が絶縁材料を用いるステップを更に含む。
第二の態様の第二の可能な実装を参照し、第二の態様の第五の可能な実装において、第一エッチャントを用いて支持層をエッチングする前に、本製造方法は、第二エッチャントを用いて輸送層の二側上の材料とリフレクタの第一方向の材料とを完全にエッチングして第一バリア層を露出するステップであって、第二エッチャントと第一バリア層との間でエッチング反応が起こらない、又は、第二エッチャントと第一バリア層との間でエッチング反応が起こるが、第二エッチャントと輸送層との間のエッチング反応の速度よりも反応速度が遅く；第一方向が導波層における光の伝送方向であるステップと、
輸送層の、リフレクタを含む一部が、底部支持構造によって支持された宙吊り構造を形成するように、フォトリソグラフィーを用いて第一バリア層上に図形領域を形成し、第三エッチャントを用いて第一バリア層上の図形領域をエッチングして支持層を露出するステップであって、第三エッチャントと輸送層若しくは支持層との間でエッチング反応が起こらない、又は、第三エッチャントと輸送層若しくは支持層との間でエッチング反応が起こるが、第三エッチャントと第一バリア層との間のエッチング反応の速度よりも反応速度が遅いステップと、を更に備える。
第二の態様の第二の可能な実装を参照し、第二の態様の第六の可能な実装において、第一エッチャントを用いて支持層をエッチングする前に、製造方法が、第二エッチャントを用いて輸送層の二側上の材料とリフレクタの第一方向の材料とを部分的にエッチングして第一バリア層を露出するステップであって、第二エッチャントと第一バリア層との間でエッチング反応が起こらない、又は、第二エッチャントと第一バリア層との間でエッチング反応が起こるが、第二エッチャントと輸送層との間のエッチング反応の速度よりも反応速度が遅く；第一方向が導波層における光の伝送方向であるステップと、
輸送層の、リフレクタを備える一部が、底部支持構造及び水平支持構造の両方によって支持された宙吊り構造を形成するように、フォトリソグラフィーを用いて第一バリア層上に図形領域を形成し、第三エッチャントを用いて第一バリア層上の図形領域をエッチングして支持層を露出するステップであって、第三エッチャントと輸送層若しくは支持層との間でエッチング反応が起こらない、又は、第三エッチャントと輸送層若しくは支持層との間でエッチング反応が起こるが、第三エッチャントと第一バリア層との間のエッチング反応の速度よりも反応速度が遅いステップと、を更に含む。
第二の態様の第五又は第六の可能な実装を参照し、第二の態様の第七の可能な実装において、図計領域は第一方向に様々な幅を有する。
本発明で提供される熱的調整を用いた波長可変レーザーは、加熱層と、リフレクタと、輸送層と、支持層と、基板層とを含む。加熱層は輸送層の上に位置し；輸送層は支持層の上に位置し、上部クラッド層、導波層、及び下部クラッド層を上から下に含み；リフレクタは輸送層中に位置し；支持層は輸送層と基板層との間に位置し、保護構造を有し、保護構造は輸送層及び基板層と共に中空構造を形成し、中空構造は支持構造を有し；基板層は支持層の下に位置する。加熱層によって提供された熱がリフレクタを通って通過した後、熱の一部は輸送層、支持層、及び基板層を通過し、徐々に散逸する。支持層は中空構造を有し、中空構造中に支持構造のみが存在し、大半は間隙である。従って、多くの熱が間隙によって断熱され、リフレクタに作用する熱が増加し、これによって熱的調整効率が向上する。
本発明の実施形態における、又は従来技術における技術的解決策を更に明確に記述するために、以下は、実施形態又は従来技術を記述するために要求された添付図面を簡単に記述する。見て分かる通り、以下の記述における添付図面は本発明のほんの幾つかの実施形態を示し、当業者は創造的な努力なく、これらの添付図面から他の図面を依然として導出し得る。
熱的調整を用いた典型的なレーザーの概略平面図である。 図１の位置１−１又は２−２に沿った熱的調整を用いたレーザーの断面図である。 水平支持構造を使用する熱的調整を用いたレーザーの宙吊り構造の上面図である。 本発明の実施形態に係る熱的調整を用いたレーザーの断面図である。 本発明の別の実施形態に係る熱的調整を用いたレーザーの断面図である。 本発明の別の実施形態に係る熱的調整を用いたレーザーの断面図である。 本発明の別の実施形態に係る宙吊り構造の上面図である。 本発明に係る宙吊り構造の可能な製造プロセスステップを示す図である。 図７の位置２−２に沿った断面図である。 本発明の別の実施形態に係る宙吊り構造の上面図である。 図１０の位置３−３に沿った断面図である。 本発明の別の実施形態に係る宙吊り構造の上面図である。 本発明の別の実施形態に係る宙吊り構造の比較的小さな幅の部分の断面図である。 本発明の別の実施形態に係る宙吊り構造の比較的大きな幅の部分の断面図である。
初めに、以下で一以上の実施形態における例示的な実装上の解決策が配置されているものの、開示されたシステム及び／又は方法は、現在公知の、又は既存の技術であるかどうかにかかわらず、任意の数の技術を用いて実装されることができることが理解されるべきである。本発明が、例示的な実装上の解決策、添付図面、及び以下に記述された技術に限定されることは決してないべきであり、本明細書に例示的に説明され記述された設計及び実装上の解決策の例を含み、添付の特許請求の範囲の範囲内及びその均等物の全範囲で変更されることができる。
レーザービームを生み出すための三条件は以下の通りである：反転分布が実施され；閾値条件が満たされ、共振条件が満たされることである。レーザービームを生み出すための最初の条件は反転分布である。半導体において、価電子帯の電子が伝導帯に汲み上げられる必要がある。反転分布を実施するためには、通常、高ドープされたＰ型材料及びＮ型材料を用いてｐｎ接合が形成される。このようにして、外部電圧の作用下で、接合領域付近で反転分布が生じ、高フェルミレベルに電子が蓄積され、電子ホールが低フェルミレベルに蓄積される。確実に、反転分布を実施するための他の多くの方法が存在する。反転分布の実施は必要条件ではあるが、レーザービームを生み出すための十分条件ではなく、レーザービームを生み出すためには非常に低損失の共振キャビティが更に必要である。共振キャビティの主要部分は、互いに平行な二つのリフレクタであり、誘導放出光は二つのリフレクタ間で前後に反射され、連続的に新たな誘導放出を引き起こし、誘導放出光が連続的に増幅される。出力端において強化された干渉を生じることができ、レーザー中の様々な損失よりも誘導放出の増幅によって得られたゲインが大きい場合のみ、即ち、特定の閾値条件が満たされた場合のみ、安定したレーザービームを出力することができる。共振条件は、共振キャビティの長さ及び屈折率が決められた後、特定の周波数の光のみが光学振動を形成することができ、安定したレーザービームが出力されることを意味する。これは、共振キャビティが出力レーザービームのための特定の周波数の選択機能を達成することを示す。
可変レーザーはＩｎＰ基板上でゲイン領域及びパッシブ領域を接続することによって通常製造され、可変レーザーの概略平面図が図１に示されており、前方リフレクタ１１０、ゲイン領域１２０、位相調節領域１３０、及び後方リフレクタ１４０を含む。ゲイン領域１２０のバンドギャップは比較的小さく、電流が注入されると、電気エネルギーは光エネルギーに変換され、ゲインを提供する。パッシブ領域の構造はリフレクタを主に含む。パッシブ領域のバンドギャップはレーザービームの波長の光子エネルギーよりも大きく、レーザービームは殆ど吸収されず、低吸収損失を提供することができる。Ｃバンド（約３５ｎｍの範囲）全体をカバーするために、通常、二つのリフレクタ間の「バーニア効果」を用いて反射キャビティが形成される。二つのリフレクタはゲイン領域の前と後ろとに通常配置されているので、通常、それぞれ前方リフレクタ１１０及び後方リフレクタ１４０と呼ばれる。二つのリフレクタは等価であり、それらの名称は交換可能であると考えてもよい。更に、パッシブ領域は、レーザーの出力波長を変えるために共振キャビティ内の有効光路の微調整を行うのに使用される位相調節領域１３０を更に含んでよい。
可変レーザーの二つのリフレクタは両方とも複数の反射ピークを有するくし形反射スペクトルを有する。反射ピークは調製されることができ、レーザーの出力波長は反射ピークを調節することによって調節されることができる。主に二種類の既存の調節機構が存在する：電流注入を用いた調整と、局所加熱を用いた熱的調整である。熱的調整はレーザーの狭線幅用の高速光伝送ネットワークの要求を満たすことができ、広く適用されている。しかし、電力消費が大きいという問題が存在し、緊急に解決される必要がある。
図２は、熱的調整を用いたレーザーの、図１の位置１−１又は２−２に沿った断面図である。加熱層２２１、誘電層２１０、ＩｎＰ上部クラッド層２２２、リフレクタ２２３、導波層２２４、ＩｎＰ下部クラッド層２２５、ＩｎＰバッファ層２３０、及びＩｎＰ基板層２４０が、上から下に連続して含まれている。加熱層２２１はリフレクタ２２３に熱を提供するように構成され、発熱抵抗を用いてもよく、電流が発熱抵抗を通る際に、発熱抵抗の温度を変えることができる。誘電層２１０は加熱層２２１とＩｎＰ上部クラッド層２２２との間に位置し、加熱層２２１中の電流がＩｎＰ上部クラッド層２２２へとリークするのを防ぐように構成されている。ＩｎＰ上部クラッド層２２２、導波層２２４、及びＩｎＰ下部クラッド層２２５は、誘電層２１０とＩｎＰバッファ層との間に位置し、光信号のために低い損失を有する伝送チャネルを提供するように構成されている。リフレクタ２２３はＩｎＰ上部クラッド層２２２内に位置しており、光信号の波長を調整するように構成されている。ＩｎＰバッファ層２３０はＩｎＰ下部クラッド層２２５とＩｎＰ基板層２４０との間に位置し、より高品質なＩｎＰ材料を提供するように構成され、別の層の材料のために、より良好な素地（ｍａｔｅｒｉａｌ ｂａｓｉｓ）を提供する。ＩｎＰ基板層２４０はＩｎＰバッファ層２３０の下に位置し、機械的支持を提供するように構成されている。
同様の波長調節範囲内で、加熱層２２１の二端に投入された比較的低い電力（即ち、消費電力）が、レーザー２００の比較的高い熱的調整効率及び比較的低い全電力消費を示す。図２の矢印によって示されるように、熱層２２１が加熱され、その温度が上昇した後、熱２０１は、誘電層２１０及びＩｎＰ上部クラッド層２２２を連続して通過し、リフレクタ２２３に伝えられる。しかし、熱２０１は、導波層２２４、下部クラッド層２２５、及びバッファ層２３０、更には基板層２４０へと下方に移動し続ける。加えて、熱２０１の一部はリフレクタ２２３の二側へと水平方向に移動する。熱２０１は全て散逸し、リフレクタ２２３の温度を変えるという機能は達成されない。熱２０１の散逸は、熱的調整機構の電力消費が比較的高いことの重要な原因である。
熱損失を防ぎ、リフレクタ領域に熱を集中させるための有効な方法は、宙吊り構造を用いることによって断熱を形成することである。実際の製造中、宙吊り領域はチップの別の領域に接続される必要があり、支持を形成し、チップから完全に分離することはできない；さもなければ、チップは崩落するか損傷する。宙吊り構造を製造するための既存の技術的解決策は、水平支持構造解決策として纏められ得る。この解決策を用いたレーザーのリフレクタ領域の上面図が図３に示されている。ポイントは、非連続な窓領域３２０がリフレクタ３１０の二側に分布していることである。チップの製造プロセスにおいて、フォトリソグラフィーを用い、エッチャントを用いたエッチングを実施することによって、別の領域の材料がエッチングされないことを保証するために窓領域３２０の材料層をエッチングすることができる。
図４は本発明の実施形態に係る熱的調整を用いたレーザーの断面図である。レーザー４００は、加熱層４１０、輸送層４２０、リフレクタ４３０、支持層４４０、及び基板層４５０を含む。加熱層４１０は輸送層４２０の上に位置し、発熱抵抗等のデバイスでよく、リフレクタ４３０に熱を提供するように構成されている。
輸送層は、上部クラッド層４２１、導波層４２２、及び下部クラッド層４２３を上から下に含む。上部クラッド層４２１及び下部クラッド層４２３は導波層４２２内の光信号のエネルギーを制限するように構成されている。導波層４２２は光信号のために低い損失を有する伝送チャネルを提供するように構成されている。
特に、上部クラッド層４２１及び下部クラッド層４２３はＩｎＰ材料を使用してよい。導波層４２２はインジウムガリウムヒ素リン化合物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ａｒｓｅｎｉｄｅ Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ、略してＩｎＧａＡｓＰ）を用いてよい。ＩｎＰ材料の屈折率はＩｎＧａＡｓＰの屈折率よりも低い。従って、導波層４２２中の光の伝送中、全反射が形成され、光のエネルギー散逸を減らすことができる。
上部クラッド層４２１の下部又は下部クラッド層４２３の上部にリフレクタ４３０が位置し、光信号の波長を調整するように構成されている。
特に、リフレクタ４３０はＤＢＲでもよい。ＤＢＲは熱を吸収してＤＢＲの屈折率を変えることができ、これによって反射される光信号の波長を変える。リフレクタ４３０は前方リフレクタ及び／又は後方リフレクタでよい。本発明のこの実施形態において、これは限定されない。
支持層４４０は輸送層４２０と基板層４５０との間に位置し、保護構造４４１を有する。輸送層４２０及び基板層４５０と共に、保護構造は中空構造を形成し、中空構造は支持構造４４２を有する。
基板層４５０は支持層４４０の下に位置し、チップ全体に機械的支持を提供するという機能を達成する。
加熱層４１０によって提供された熱がリフレクタ４３０を通過した後、熱の一部は輸送層４２０、支持層４４０、及び基板層４５０を通過し、徐々に散逸する。支持層は中空構造を有し、中空構造内に支持構造４４２のみが存在し、大半は間隙４４３である。従って、多くの熱が間隙４４３によって断熱され、リフレクタ４３０に作用する熱が増加し、これによって熱的調整効率が向上する。
レーザーの様々な部分を形成するための材料及びデバイスが、前述の例で言及されたものに限定されないことが理解されるべきであり、同様の機能を達成することができる任意の材料を使用することができる。これは本発明のこの実施形態に限定されない。
任意的に、別の実施形態において、輸送層は誘電層を更に含む。誘電層は上部クラッド層４２１の上に位置し、加熱層４１０内の電流が上部クラッド層４２１へとリークするのを防ぐように構成されている。誘電層は絶縁材料を用いてよい。特に、誘電層は、二酸化ケイ素（（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ、略してＳｉＯ２）又は酸化アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅ、略してＡｌ２Ｏ３）等の絶縁材料を用いてよい。
図５は、本発明の別の実施形態に係る熱的調整を用いたレーザーの断面図である。レーザー５００も、加熱層４１０、誘電層５１０、輸送層４２０、リフレクタ４３０、支持層４４０、及び基板層４５０を含む。レーザー５００の基本構造は図４に示されたレーザー４００の構造と基本的に同一であり、異なる点は、第一方向に、輸送層の、リフレクタを含む一部と輸送層の二側上の材料との間に間隙４２４が存在して宙吊り構造４２５を形成することである。底部支持構造４４２が宙吊り構造４２５に支持を提供するように、第一方向のリフレクタの長さの範囲内で、間隙４２４は、輸送層の二側上の材料から宙吊り構造４２５を完全に分離し、支持層の間隙４４３と連通している。第一方向は導波層における光の伝送方向である。
一つの宙吊り構造４２５が存在し、宙吊り構造４２５に含まれたリフレクタは前方リフレクタ及び後方リフレクタのいずれかでもよく；二つの宙吊り構造４２５が存在し、二つの宙吊り構造４２５の一方が前方リフレクタを含み、他方が後方リフレクタを含んでもよいことに注意されたい。これは、本発明のこの実施形態に限定されない。
特に、宙吊り構造４２５を用いて、水平方向に、リフレクタ４３０は、輸送層の二側上の材料から第一方向に分離され、また基板層４５０の材料から垂直方向に十分分離され、熱散逸を減らすことができ、熱的調整効率を向上することができる。実験結果によると、宙吊り構造なしの熱的調整を用いたレーザーの熱的調整効率よりも本実施形態の解決策の熱的調整効率は２．５倍高く、水平方向に支持された宙吊り構造の解決策の熱的調整効率よりも約１倍高い。
図６は、本発明の別の実施形態に係る熱的調整を用いたレーザーの断面図である。レーザー６００の図５に示されたレーザーと同じ部分は同じ参照番号を使用し、レーザー６００と図５に示されたレーザーとの差異は以下である。
輸送層４２０が下部クラッド層４２３の下に位置した第一バリア層４２６を更に含み、エッチャントによってエッチングされることから輸送層４２０を保護するように構成されている。
基板層が第二バリア層４５１及び基板材料層４５２を更に含む。第二バリア層４５１は基板材料層４５２の上に位置し、エッチャントによってエッチングされることから基板層４５０を保護するように構成されている。基板材料層４５２は第二バリア層４５１の下に位置し、チップ全体に機械的支持を提供する。
図７は、本発明の別の実施形態に係る宙吊り構造の上面図である。図から分かるように、宙吊り構造４２５は第一方向に様々な幅を有し、位置１−１における幅はリフレクタ４３０の幅と同じであり、位置２−２における幅よりも明らかに小さい。第一方向は導波層における光の伝送方向である。
窓領域７１０は、宙吊り構造４２５の二側に、第一方向に配置されている。窓領域７１０は第一窓領域７１１と第二窓領域７１２とに分割されてもよい。窓領域７１０は、上面図上で輸送層の間隙４２４の形状を有し、それを通ってエッチャントが注入されるチャネルを提供するために用いられる。第一方向は導波層における光の伝送方向である。
窓領域７１０の形状は図７の形に限定されないことが理解されるべきである。例えば、窓領域７１０のエッジは、直角、鋭角、又は鈍角の形状でよく、或いは、円弧形状、正弦若しくは余弦曲線の形状、又は別の異なる形状でもよい。これは、本発明のこの実施形態に限定されない。
本発明の別の実施形態は宙吊り構造の製造方法を提供する。図８に示されるように、本方法は以下のステップを含んでよい。
８１０：複数の材料の層を有する基板を成長させるステップであって、この複数層基板が輸送層と、支持層と、基板層とを備えるステップ。
輸送層は支持層の上に位置し、上から下に、上部クラッド層と、導波層と、下部クラッド層とを含む。輸送層中にリフレクタが更に存在する。支持層は輸送層と基板層との間に位置する。基板層は支持層の下に位置する。
８２０：輸送層の上に加熱層４１０を堆積するステップ。
８３０：第一エッチャントを用いて支持層４４０をエッチングするステップ。
第一エッチャントを用いて支持層がエッチングされ、支持層の保護構造を形成する。保護構造は、輸送層及び基板層と共に中空構造を形成し、中空構造は支持構造４４２を有する。
特に、第一エッチャントは任意の可能な方法で支持層４４０へと注入されてよい。これは、本発明のこの実施形態に限定されない。
任意的に、別の実施形態において、輸送層４２０は第一バリア層４２６を更に含み、特に、下部クラッド層の下に存在する第一バリア層４２６を含み、第一バリア層４２６と第一エッチャントとの間でエッチング反応が起こらない、又は、第一バリア層４２６と第一エッチャントとの間でエッチング反応が起こるが、支持層と第一エッチャントとの間のエッチング反応の速度よりも反応速度が遅く、これによって、第一エッチャントによってエッチングされることから輸送層を保護する。
任意的に、別の実施形態において、基板層４５０は第二バリア層４５１及び基板材料層４５２を含み、特に、基板材料層４５２の上に第二バリア層４５１が位置し、第二バリア層４５１と第一エッチャントとの間でエッチング反応が起こらない、又は、第二バリア層４５１と第一エッチャントとの間でエッチング反応が起こるが、支持層４４０と第一エッチャントとの間のエッチング反応の速度よりも反応速度が遅く、これによって、第一エッチャントによってエッチングされることから基板層を保護することを含む。
特に、第一バリア層４２６及び第二バリア層４５１の材料はＩｎＰを使用してよく、支持層４４０の材料はインジウムアルミニウムヒ化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｒｓｅｎｉｄｅ、略してＩｎＡｌＡｓ）を用いてよく、第一エッチャントは塩酸（Ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ Ａｃｉｄ、略してＨＣＬ）及び水の混合溶液でよい。塩酸及び水の混合溶液と支持層４４０の材料ＩｎＡｌＡｓとの間でエッチング反応が起こるが、塩酸及び水の混合溶液とＩｎＰ材料との間でエッチング反応は起こらない。
更に、輸送層の上に加熱層４１０を堆積する前に、この製造方法は、上部クラッド層の上に誘電層を成長させるステップであって、誘電層は絶縁材料を使用し、加熱層４１０と別の層との間の電流クロストークを分離するように構成されるステップを更に含む。
任意的に、別の実施形態において、ステップ８３０の前に、この製造方法は、第二エッチャントを用いて輸送層４２０の二側上の材料とリフレクタ４３０の第一方向の材料とを完全にエッチングして第一バリア層４２６を露出するステップであって、第二エッチャントと第一バリア層４２６との間でエッチング反応が起こらない、又は、第二エッチャントと第一バリア層４２６との間でエッチング反応が起こるが、第二エッチャントと輸送層４２０との間のエッチング反応の速度よりも反応速度が遅く；第一方向が導波層における光の伝送方向であるステップと、
輸送層４２０の、リフレクタ４３０を含む一部が、底部支持構造４４２によって支持された宙吊り構造４２５を形成するように、フォトリソグラフィーを用いて第一バリア層４２６上に図形領域を形成し、第三エッチャントを用いて第一バリア層４２６上の図形領域をエッチングして支持層を露出するステップであって、第三エッチャントと輸送層４２０若しくは支持層４４０との間でエッチング反応が起こらない、又は、第三エッチャントと輸送層４２０若しくは支持層４４０との間でエッチング反応が起こるが、第三エッチャントと第一バリア層４２６との間のエッチング反応の速度よりも反応速度が遅いステップと、を更に備える。
任意的に、別の実施形態において、ステップ８３０の前に、この製造方法は、第二エッチャントを用いて輸送層４２０の二側上の材料とリフレクタ４１０の第一方向の材料とを部分的にエッチングして第一バリア層４２６を露出するステップであって、第二エッチャントと第一バリア層４２６との間でエッチング反応が起こらない、又は、第二エッチャントと第一バリア層４２６との間でエッチング反応が起こるが、第二エッチャントと輸送層４２０との間のエッチング反応の速度よりも反応速度が遅く；第一方向が導波層における光の伝送方向であるステップと、
輸送層４２０の、リフレクタ４３０を備える一部が、底部支持構造４４２及び水平支持構造の両方によって支持された宙吊り構造４２５を形成するように、フォトリソグラフィーを用いて第一バリア層４２６上に図形領域を形成し、第三エッチャントを用いて第一バリア層４２６上の図形領域をエッチングして支持層を露出するステップであって、第三エッチャントと輸送層若しくは支持層４２０との間でエッチング反応が起こらない、又は、第三エッチャントと輸送層若しくは支持層４２０との間でエッチング反応が起こるが、第三エッチャントと第一バリア層４２６との間のエッチング反応の速度よりも反応速度が遅いステップと、を更に備える。
特に、図形領域は、それを通って第一エッチャントが支持層４４０に注入されるチャネルでよく、図形領域の形状は窓領域７１０の形状と同じでよい。
同じ時間内に、エッチャントによって材料がエッチングされる長さ及び深さが決定される。従って、宙吊り構造４２５の比較的狭い部分の下の支持層４４０の材料が完全にエッチングされて宙吊り構造を形成する場合、宙吊り構造４２５の比較的広い部分の下の支持層４４０の材料は完全にはエッチングされず、材料の一部は宙吊り構造４２５の下に残り、支持構造４４２を形成し、底部から宙吊り構造４２５に支持を提供する。
図９は、図７の位置２−２に沿った断面図である。図から分かるように、水平方向の宙吊り構造４２５の材料は完全にエッチングされているが、材料の一部は宙吊り構造４２５の下に残り、支持構造４４２を形成し、宙吊り構造４２５に支持を提供する。宙吊り構造４２５は底部支持構造４４２にのみ接続されているので、熱散逸が少なく、レーザーの熱的調整効率が比較的高い。
一つの支持構造４４２又は複数の支持構造４４２が存在してもよく；支持構造４４２の形状は、長方形、円柱、台形、又は別の形状でもよいことが理解されるべきである。本発明において、数も形状も限定されない。
任意的に、別の実施形態において、図１０に示されるように、第一方向に、宙吊り構造４２５は輸送層４２０の二側上の材料と部分的に接続されている。図１０はこの実施形態における宙吊り構造４２５の上面図である。図から分かるように、位置１−１において、第一方向の宙吊り構造４２５の幅は比較的狭く；位置２−２において、第一方向の宙吊り構造４２５の幅は比較的広く；位置３−３において、窓構造７１０の間隙が存在し、間隙はエッチャントによってエッチングされない。エッチングプロセスは上述の実施形態において記述されており、ここでは再度詳細は記述されない。
位置３−３の窓間隙等の窓間隙が存在するので、水平方向の材料は完全にはエッチングされない。図１１は、図１０の位置３−３に沿った断面図である。宙吊り構造４２５は、支持部が底部支持構造４４２だけでなく、横方向支持構造１１１０も含むことを特徴とし、支持構造が多いほど、更に高い機械的強度を提供することができる。
この実施形態において、窓領域７１０の形状は図１０の形状に限定されず、別の形状を更に有してよいことが理解されるべきである。例えば、窓領域７１０は第一方向においてリフレクタ４３０の長さよりも短く、水平方向の短い部分に対応する材料がエッチングされておらず、水平方向に支持を形成する。
任意的に、別の実施形態において、宙吊り構造４２５の第一方向に最も狭い部分の幅は、リフレクタ４３０の幅より大きい。図１２はこの実施形態における宙吊り構造の上面図である。図から分かるように、位置１−１は宙吊り構造４２５の第一方向に最も狭い部分であり、その幅はリフレクタ４３０の幅よりも大きい。幅の差は、リフレクタ４３０とチップのエッジとの水平方向の距離よりも小さい。
この実施形態において、エッチャントによってエッチングされる必要のある材料の幅は比較的大きく、同じ時間内に、エッチャントによって材料がエッチングされる長さ及び深さが決定される。従って、比較的長いエッチング時間が要求される。従って、エッチング時間を調節するために幅の差が調節されてよく、過剰に速いエッチング速度によって支持構造４４２が過剰にエッチングされるか更には完全にエッチングされるのでチップが崩壊することを避け、製造プロセスにおける困難性を軽減する。
任意的に、別の実施形態において、宙吊り構造４２５は基本的に上述の実施形態と同じであり、違いは以下に存在する。宙吊り構造４２５の第一方向に比較的狭い部分の下の支持層４４０の材料が完全にはエッチングされておらず、特定の方法を用いて空洞化されており、小さな幅の材料が残っている。支持構造４４２が垂直方向にも形成されている。それに応じて、宙吊り構造４２５の第一方向に比較的幅広い部分の下の支持層４４０のより多くの材料が残る。宙吊り構造４２５の第一方向に比較的狭い部分の断面の構造が図１３に示されており、比較的幅広い部分の断面の構造が図１４に示されている。本発明のこの実施形態において、支持領域は比較的広く、より多くの支持構造が存在し、より高い機械的強度が提供され得る。
特に、エッチャントと支持層４４０の材料との間のエッチング反応の時間が短縮されてよく、又は、支持層４４０の材料をエッチングするために使用されるエッチャントの量が減らされてよく、又は別の方法が使用されてよい。これは、本発明のこの実施形態に限定されない。
上述の記載は単に本発明の特定の実装であり、本発明の保護範囲を限定することは意図されない。本発明に記述された技術的範囲内において当業者によってすぐに把握される任意の変形又は置換は本発明の保護範囲内に含まれるものとする。従って、本発明の保護範囲は特許請求の範囲の保護範囲に従うものとする。
１１０ 前方リフレクタ
１２０ ゲイン領域
１３０ 位相調節領域
１４０ 後方リフレクタ

Claims (22)

  1. 加熱層、輸送層、リフレクタ、支持層、及び基板層を備える、熱的調整を用いた波長可変レーザーであって、
    前記加熱層は前記輸送層の上に位置しており、
    前記輸送層は前記支持層の上に位置し、上から下に、上部クラッド層と、導波層と、下部クラッド層とを備え、
    前記リフレクタは前記輸送層中に位置し、
    前記支持層は前記輸送層と前記基板層との間に位置し、保護構造を有し、前記保護構造は前記輸送層及び前記基板層と共に中空構造を形成し、前記中空構造は支持構造を有し、
    前記基板層は前記支持層の下に位置する、レーザー。
  2. 第一方向に、前記支持構造と前記保護構造との間に間隙が存在し、前記第一方向は前記導波層における光の伝送方向である、請求項１に記載のレーザー。
  3. 第二方向に、前記支持構造と前記保護構造との間に間隙が存在し、前記第二方向は前記導波層における光の伝送方向と垂直である、請求項１又は２に記載のレーザー。
  4. 一以上の支持構造が存在する、請求項３に記載のレーザー。
  5. 前記リフレクタが、前記輸送層の前記上部クラッド層の下部に位置する、又は、前記下部クラッド層の上部に位置する、又は、前記上部クラッド層及び前記導波層の両方に存在する、又は、前記下部クラッド層及び前記導波層の両方に存在する、請求項１に記載のレーザー。
  6. 前記輸送層が、
    前記下部クラッド層の下に位置する第一バリア層を更に備える、請求項１に記載のレーザー。
  7. 前記基板層が、
    基板材料層の上に位置する第二バリア層と、
    前記第二バリア層の下に位置する前記基板材料層と、を更に備える、請求項１に記載のレーザー。
  8. 前記輸送層が、
    前記上部クラッド層の上に位置する誘電層を更に備える、請求項１に記載のレーザー。
  9. 第一方向に、前記輸送層の、前記リフレクタを備える一部と前記輸送層の二側上の材料との間に間隙が存在して宙吊り構造を形成し；前記宙吊り構造が前記輸送層の二側上の材料と接続されないように、第一方向の前記リフレクタの長さの範囲内で、前記間隙は、前記輸送層の二側上の材料から前記宙吊り構造を完全に分離し；前記第一方向は前記導波層における光の伝送方向である、請求項１に記載のレーザー。
  10. 前記輸送層の、前記リフレクタを備える一部と前記輸送層の二側上の材料との間に間隙が存在して宙吊り構造を形成し；前記宙吊り構造と、前記輸送層の二側上の材料とが一以上の接続構造を有するように、第一方向の前記リフレクタの長さの範囲内で、前記間隙は、前記輸送層の二側上の材料から前記宙吊り構造を部分的に分離し；前記第一方向は前記導波層における光の伝送方向である、請求項１に記載のレーザー。
  11. 前記宙吊り構造が、前記第一方向に様々な幅を有する、請求項９又は１０に記載のレーザー。
  12. 前記支持構造が前記宙吊り構造のより幅広い部分の下に配置され、前記支持構造は前記宙吊り構造のより狭い部分の下には配置されていない、請求項１１に記載のレーザー。
  13. 大きな寸法の支持構造が前記宙吊り構造のより幅広い部分の下に配置され、小さな寸法の支持構造が前記宙吊り構造のより狭い部分の下に配置される、請求項１１に記載のレーザー。
  14. 前記第一方向の前記宙吊り構造の幅が、前記第一方向の前記リフレクタの幅以上である、請求項１１に記載のレーザー。
  15. 熱的調整を用いた波長可変レーザーの製造方法であって、
    材料の複数の層を有する基板を成長させるステップであって、この複数層基板が輸送層と、支持層と、基板層とを備え、前記輸送層は前記支持層の上に位置し、上から下に、上部クラッド層と、導波層と、下部クラッド層とを備え；前記輸送層中にリフレクタが存在し；前記支持層は前記輸送層と前記基板層との間に位置し；前記基板層は前記支持層の下に位置する、ステップと、
    前記輸送層の上に加熱層を堆積するステップと、
    第一エッチャントを用いて前記支持層をエッチングして前記支持層の保護構造を形成するステップであって、前記保護構造は前記輸送層及び前記基板層と共に中空構造を形成し、前記中空構造は支持構造を有する、ステップと、を備える、製造方法。
  16. 前記リフレクタが前記輸送層中に存在し、
    前記リフレクタが前記上部クラッド層の下部に存在する、又は、前記リフレクタが前記下部クラッド層の上部に存在する、又は、前記リフレクタが前記上部クラッド層及び前記導波層の両方に存在する、又は、前記リフレクタが前記下部クラッド層及び前記導波層の両方に存在することを特に備える、請求項１５に記載の製造方法。
  17. 前記輸送層が第一バリア層を更に備え、
    前記第一バリア層が前記輸送層の前記下部クラッド層の下に存在し、前記第一バリア層と前記第一エッチャントとの間でエッチング反応が起こらない、又は、前記第一バリア層と前記第一エッチャントとの間でエッチング反応が起こるが、前記支持層と前記第一エッチャントとの間のエッチング反応の速度よりも反応速度が遅いことを特に備える、請求項１５に記載の製造方法。
  18. 前記基板層が第二バリア層と基板材料層とを更に備え、
    前記第二バリア層が前記基板材料層の上に位置し、前記第二バリア層と前記第一エッチャントとの間でエッチング反応が起こらない、又は、前記第二バリア層と前記第一エッチャントとの間でエッチング反応が起こるが、前記支持層と前記第一エッチャントとの間のエッチング反応の速度よりも反応速度が遅いことを特に備える、請求項１５に記載の製造方法。
  19. 前記輸送層の上に加熱層を堆積する前に、前記製造方法が、前記上部クラッド層の上に誘電層を成長させるステップであって、前記誘電層が絶縁材料を用いるステップを更に備える、請求項１５に記載の製造方法。
  20. 第一エッチャントを用いて前記支持層をエッチングする前に、前記製造方法が、第二エッチャントを用いて前記輸送層の二側上の材料と前記リフレクタの第一方向の材料とを完全にエッチングして前記第一バリア層を露出するステップであって、前記第二エッチャントと前記第一バリア層との間でエッチング反応が起こらない、又は、前記第二エッチャントと前記第一バリア層との間でエッチング反応が起こるが、前記第二エッチャントと前記輸送層との間のエッチング反応の速度よりも速度が遅く；前記第一方向が前記導波層における光の伝送方向であるステップと、
    前記輸送層の、前記リフレクタを備える一部が、底部支持構造によって支持された宙吊り構造を形成するように、フォトリソグラフィーを用いて前記第一バリア層上に図形領域を形成し、第三エッチャントを用いて前記第一バリア層上の図形領域をエッチングして前記支持層を露出するステップであって、前記第三エッチャントと前記輸送層若しくは前記支持層との間でエッチング反応が起こらない、又は、前記第三エッチャントと前記輸送層若しくは前記支持層との間でエッチング反応が起こるが、前記第三エッチャントと前記第一バリア層との間のエッチング反応の速度よりも速度が遅いステップと、を更に備える、請求項１７に記載の製造方法。
  21. 第一エッチャントを用いて前記支持層をエッチングする前に、前記製造方法が、第二エッチャントを用いて前記輸送層の二側上の材料と前記リフレクタの第一方向の材料とを部分的にエッチングして前記第一バリア層を露出するステップであって、前記第二エッチャントと前記第一バリア層との間でエッチング反応が起こらない、又は、前記第二エッチャントと前記第一バリア層との間でエッチング反応が起こるが、前記第二エッチャントと前記輸送層との間のエッチング反応の速度よりも速度が遅く；前記第一方向が前記導波層における光の伝送方向であるステップと、
    前記輸送層の、前記リフレクタを備える一部が、底部支持構造及び水平支持構造の両方によって支持された宙吊り構造を形成するように、フォトリソグラフィーを用いて前記第一バリア層上に図形領域を形成し、第三エッチャントを用いて前記第一バリア層上の図形領域をエッチングして前記支持層を露出するステップであって、前記第三エッチャントと前記輸送層若しくは前記支持層との間でエッチング反応が起こらない、又は、前記第三エッチャントと前記輸送層若しくは前記支持層との間でエッチング反応が起こるが、前記第三エッチャントと前記第一バリア層との間のエッチング反応の速度よりも速度が遅いステップと、を更に備える、請求項１７に記載の製造方法。
  22. 前記図形領域が前記第一方向に様々な幅を有する、請求項２０又は２１に記載の製造方法。
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