JP5858997B2 - 損失変調シリコンエバネセントレーザー - Google Patents
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Description
本発明は、DARPAによって提供された助成金番号482530−25615の下で米国連邦政府の支援で行われた。米国連邦政府は、本発明について特定の権利を有する。
本出願は、以下の同時係属出願及び譲受人に譲渡された出願の合衆国法典35編119条(e)における優先権を主張する:2010年6月30日に、John E.Bowers及びDaoxin Daiによって出願された、「損失変調シリコンエバネセントレーザー」と題する、代理人整理番号30794.382−US−01、米国実用特許出願第12/827776。この出願は、参照によって本明細書に組み込まれている。
本発明は、ハイブリッドシリコンエバネセントレーザーの直接変調を記載する。レーザーに対する電流の変化よりもむしろ、本発明は、相対的に固定された量に電流を保ち、キャビティの損失が変調される。このようなアプローチにより、出力のより高速な変調が可能となるとともに、レーザー出力照度均一性(「パターン効果」としても知られる)及びレーザー出力におけるレーザー出力周波数の変化(「チャープ」)を制御することが可能となる。
本発明は、光子の寿命τpを変調する。寿命変調を通したレーザー出力制御のこの方法を通して、本発明は、高速変調を低いチャープと共に実現する。
本発明の範囲内で、レーザー内の光子の寿命τpを変更するいくつかの方法が存在する。本発明は、群速度vg、キャビティ長l、フィードバック係数R及び分布損失αの1つまたは複数を変更することにより、光子の寿命を変更する。これらのアプローチのうち、2つの簡単で効果的な方法が、分布損失α及びフィードバック係数Rの変更である。本発明は、α及びRの変更に対応する、2つの方法を示す。
図5は、本発明に従うτp変調レーザーの周波数応答の計算結果を示す。
その他の構造が、本発明で議論される変調損失を提供することができる。例えば、しかしながら限定するものではなく、分布ブラッグ反射体(DBR)及びその他のレーザー構造において共通の、増幅領域(MQW122)及びミラー構造を含み、ここで、ミラーの実効反射率が、上述のようにSOIリッジ206/光学キャビティ210内の損失を変調するために領域204及び202を用いるのと同様に、レーザーキャビティ/SOIリッジ206の損失を変調するために変調することができるレーザー構造である。そのような変調は、いくつかの方法、例えば、光学キャビティ内で導波路/SOIリッジ206と接続する第2の導波路を用いて制御することができ、このとき、第2の導波路の光が重ね合わせ及び/または干渉を通じて光学キャビティ210内の光を変調し、またはSOIリッジの光学モードの一部が、第2の導波路/SOIリッジ206内に延設して損失が本明細書で説明されたように変調されることができる。そのような構造は、例えば特許文献1に示され、この出願は本明細書に参照によって組み込まれている。本明細書の教示で与えられるその他の方法もまた可能である。
図7は、本発明に従うプロセスチャートを示す。
以下の参照文献は、参照によって本明細書に組み込まれている。
要約すれば、本発明の実施形態は、損失変調レーザーを製造する方法及び損失変調レーザーデバイスを提供する。
102 SOI領域
104 (III−V)領域
106 接合界面
108 基板
110 埋め込み酸化膜層
112 シリコン導波路層
114 ギャップ
116 導波路
120 層
124 SCH層
126 クラッディング層
130 pコンタクト
132 メサ
134 nコンタクト
200 デバイス
202 n型ドープされた領域
204 p型ドープされた領域
206 SOIリッジ
208 陽子注入領域
210 電流の流れ
212 光学モード
400 デバイス
402 増幅区域
404 フィードバック線
406 変調区域
500、600、602 グラフ
604、606 アイダイアグラム
700、702、704 プロセスフローチャート
Claims (11)
- 損失変調半導体レーザーデバイスであって、
第1の基板上に設けられたセミコンダクター・オン・インシュレーター(SOI)構造であって、前記SOI構造の半導体層に導波路及び前記導波路を前記半導体層の面内方向に挟んで配置された一対のギャップを含む、SOI構造;
前記SOI構造の前記半導体層の上に接合された半導体構造であって、前記半導体構造が、量子井戸層及び前記量子井戸層上に形成されたIII−V族半導体層またはII−VI族半導体層を含み、前記半導体構造が前記導波路及び前記一対のギャップの上に接合され、前記半導体構造と前記導波路とが併せてレーザーキャビティの少なくとも一部を画定する、半導体構造;並びに
前記レーザーキャビティ内の損失を制御するように動作可能である変調器であって、前記変調器の全体が前記レーザーキャビティ内に配置され、前記変調器が前記損失変調半導体レーザーデバイスの群速度、キャビティの長さ及び分布損失の少なくとも1つを制御することにより、前記損失変調半導体レーザーデバイス内の光子の寿命を制御するようにさらに動作可能であり、前記変調器が前記導波路に近接するn型ドープされた領域及びp型ドープされた領域を含み、前記n型ドープされた領域が前記一対のギャップのうち一方のギャップの下部にあり、前記p型ドープされた領域が前記一対のギャップのうち他方のギャップの下部にある、変調器、を含む、
損失変調半導体レーザーデバイス。 - 前記n型ドープされた領域及び前記p型ドープされた領域の少なくとも1つが前記半導体層内に配置された、請求項1に記載の損失変調半導体レーザーデバイス。
- 前記半導体層がシリコンを含む、請求項1に記載の損失変調半導体レーザーデバイス。
- 前記損失変調半導体レーザーデバイスの光学モードが、前記半導体層及び前記半導体構造の少なくとも一部の内部に存在する、請求項1に記載の損失変調半導体レーザーデバイス。
- 前記変調器が前記導波路の第1の部分をさらに含み、前記n型ドープされた領域及び前記p型ドープされた領域が、前記第1の部分内のキャリア密度を制御するように動作可能である、請求項1に記載の損失変調半導体レーザーデバイス。
- 前記変調器が前記レーザーキャビティ内の分布損失を制御するように動作可能である、請求項1に記載の損失変調半導体レーザーデバイス。
- 前記半導体層がシリコンを含み、前記半導体層内の導波路が前記半導体構造とエバネセント的に結合された、請求項1に記載の損失変調半導体レーザーデバイス。
- 前記半導体層がシリコンを含み、前記半導体層内の前記導波路が前記半導体構造とエバネセント的に結合された、請求項1に記載の損失変調半導体レーザーデバイス。
- 半導体構造とSOI構造の半導体層とを接合する段階であって、前記半導体構造が増幅領域及び前記増幅領域上に形成されたIII−V族半導体層またはII−VI族半導体層を含み、前記半導体層が第1の導波路及び前記第1の導波路を前記半導体層の面内方向に挟んで配置された一対のギャップを含み、前記接合された半導体構造及び前記半導体層が共にレーザーキャビティを有するハイブリッドレーザー構造の少なくとも一部を画定する段階;並びに
前記第1の導波路に近接したn型ドープされた領域及びp型ドープされた領域を形成し、前記n型ドープされた領域が前記一対のギャップのうち一方のギャップの下部にあり、前記p型ドープされた領域が前記一対のギャップのうち他方のギャップの下部にあり、前記n型ドープされた領域、前記p型ドープされた領域と前記第1の導波路とが併せて前記レーザーキャビティ内に全体的に配置された変調器を画定し、前記レーザーキャビティ内の損失を制御するように動作可能である、n型ドープされた領域及びp型ドープされた領域を形成する段階を含む、損失変調半導体レーザーデバイスを製造する方法。 - 前記変調器が、前記損失変調半導体レーザーデバイス内の群速度、キャビティの長さ及び分布損失のうち少なくとも1つを制御することによって、前記損失変調半導体レーザーデバイス内の光子の寿命を制御するように動作可能であるように形成される、請求項9に記載の方法。
- 前記SOI構造の前記半導体層を、シリコンを含むように提供する段階をさらに含む、請求項9に記載の方法。
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