JP6637490B2 - モノリシック集積された波長可変半導体レーザー - Google Patents

Description

本発明は、調整可能な分布ブラッグ反射器を有する、モノリシック集積された波長可変半導体レーザーに係り、特に、電気通信のアプリケーションに利用されるレーザーに関するものである。

モノリシック集積された波長可変半導体レーザーは、光学変調された光を光ファイバーで送信するために、電気通信の分野において広く使用されている。一般に、このような使用時においては、多くのレーザーの光信号は、標準化された送信チャンネル上の、波長分割多重（ＷＤＭ）や高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）の信号である。
２つの主要な通信バンド、すなわちＣバンド（１９１.６−１９６.２ＴＨｚ）、及び、Ｌバンド（１８６.４−１９１.６ＴＨｚ）は、国際電気通信連合（ＩＴＵ）により定義された、１００ＧＨｚ（０.８ｎｍ）、５０ＧＨｚ（０.４ｎｍ）、あるいは２５ＧＨｚ（０.２ｎｍ）間隔の、標準波長チャンネルである。
このような波長多重システムは、送信波長の安定性が要求され、かつ送信レーザーの線幅が小さいことが要求されている。レーザーの線幅は、各伝送路の送信器及び受信器の双方にレーザーが設けられているコヒーレント伝送システムにおいて、特に重要である。

歴史上、短いレーザー光線を発するキャビティを備える単純な単一の縦モードのレーザーが広く設置されていた。そこでは、１つのチャンネル、あるいは少数のチャンネルのみが動作可能であり、各レーザーの動作温度のコントロールを通じて、動作波長は熱的に安定していた。しかしながら、最近は、広範囲に波長を調整しうるレーザーが、ネットワークプロバイダにより支持されている。米国特許ＵＳ７１４５９２３は、そのような広範囲に波長を調整しうるレーザーを開示している。

米国特許第７１４５９２３号明細書

広く調整可能なレーザー光線を発するレーザーキャビティは、単一の縦のキャビティモードで作動するために、１対の長く調整可能な分布ブラッグ反射器領域（ＤＢＲ）、共通の導波管上の利得領域、及び、位相制御領域を必要とする。ＤＢＲは、レーザーの光導波路内の回折格子によって提供され、レーザーキャビティの発振波長をコントロールするために調整される。しかしながら、これらのＤＢＲ領域は、レーザーキャビティの長さを増加させ、それはレーザーキャビティの縦モードの間隔をより密なものにすることに帰着する。光信号の効果的な送信には、望ましくないサイドモードに対して強度の区別のレベルが高く支配的であり、単一かつ波長の安定した縦モードで、中断されない信号の送信を必要とする。
ハイ・レベルのサイドモードの抑制（つまり高いサイドモード抑圧比、ＳＭＳＲ）を提供するには、レーザーの光キャビティの長さを最小限にすることが必要とされてきた。電気的干渉を減少させるために、狭い電気的絶縁領域が、レーザーの隣接した領域上にある制御電極間に設けられている。そのような絶縁領域の（導波路に沿った）長さは、最小限に抑えられ、数μｍ（特に２０μｍ未満）を超えないようになっている。

本願の発明者は、短いレーザーキャビティを要求することは、大きな線幅のレーザーから光出力を生成するのに不利であり、一般に、線幅は、レーザーキャビティ内の光子の数、及びレーザーキャビティの往復時間によって支配されていることを認識した。

本発明の第１の様相によれば、モノリシック集積された波長可変半導体レーザーは、光導波路を有するモノリシック集積された波長可変半導体レーザーであって、基板上にエピタキシャル層を有するレーザー・チップを含み、光利得領域と、受動領域と、前記光利得領域と前記受動領域を間に挟む第１、第２の反射器とを有し、前記反射器の少なくとも１つは、回折格子を含み、波長可変反射スペクトルを持つように構成された分布ブラッグ反射器領域であり、前記レーザーには、使用時に電気的にグランドされるように構成された共通の接地電極が形成されており、制御電極が、前記光導波路の上の少なくとも前記光利得領域及び少なくとも１つの前記分布ブラッグ反射器領域中に形成されており、前記受動領域は、前記光導波路の前記基板とは反対の側と電気的に接触する受動領域電極を備え、前記受動領域は、少なくとも１００μｍの長さを有しており、前記受動領域は、電気的な制御信号によっては駆動されないように構成されており、前記受動領域内に回折格子は存在せず、前記受動領域は、前記受動領域電極が使用時に電気的にグランドされ前記受動領域と電気的に接続されるグランドされた受動領域であり、前記受動領域電極及び前記共通の接地電極は、電気的に前記光導波路の反対側に接触するように構成されている。

本発明のレーザーによると、公知の装置と比較して、線幅／位相雑音が縮小されるので、有利である。

本発明の第２の様相によれば、第１の様相によって共通の光学の出力に光学的につながれている複数のレーザーを含む、モノリシック集積された波長可変半導体レーザーアレイが提供される。

本発明の第３の様相によれば、第１もしくは第２の様相のモノリシック集積された波長可変半導体レーザーもしくはこのレーザーのアレイと、前記レーザーもしくは前記レーザーアレイの動作を制御する制御電子回路とを含む、光発信器モジュールが提供される。

前記グランドされた受動領域は、ショット雑音から前記線幅／位相雑音への影響を低減するという利点を備えている。

前記共通の接地電極は基板上に設けられ、この共通の接地電極は、実装エレメント上で提供される、実装エレメント電極に接合される。また、共通の接地電極は、実装エレメント電極に電気的に接続される。

前記グランドされた受動領域は、ｐ−ｉ−ｎドープされたエピタキシャル構造を含んでいる。

前記レーザーは、基板上に設けられた下位層と、過成長層と、前記下位層と前記過成長層の間の光ガイド層を含み、前記光導波路は前記第１、第２の反射器によって挟まれた光位相制御領域を有しており、前記光位相制御領域及び前記受動領域は、共通の前記過成長層及び又は前記下位層とを含んでいる。

前記レーザーは、前記基板上の下位層と、過成長層と、前記下位層と前記過成長層の間の光ガイド層とを含み、前記受動領域の前記光ガイド層は、電気的に駆動可能なレーザー領域の前記光ガイド層よりも高い屈折率を有する。
また、前記レーザーは、複数の受動領域を含んでいる。

反射器は、前記レーザーからの光出力のために形成された出力反射器であり、また、前記受動領域あるいは１つの受動領域は、前記光利得領域と前記出力反射器の間に位置している。

前記光導波路は、第１、第２の反射器によって挟まれた光位相制御領域を有しており、前記受動領域あるいは１つの受動領域は、前記光利得領域と前記光位相制御領域の間に位置している。

前記受動領域あるいは１つの受動領域は、少なくとも１５０μｍの長さを有している。

前記受動領域あるいは１つの受動領域は、少なくとも２００μｍの長さを有している。
前記受動領域あるいは１つの受動領域は、少なくとも４００μｍの長さを有している。

前記レーザーは、光位相制御領域を含んでおり、前記第１の反射器は、反射ピークの光コムを生成するのに適した分布ブラッグ反射器であり、前記第２の反射器は、複数の波長の反射に適した調整可能な第２の分布ブラッグ反射器であり、前記第１の分布ブラッグ反射器の１つもしくは複数の反射ピークの波長が、前記第１、第２の各分布ブラッグ反射器が調整される前の前記第２の分布ブラッグ反射器の１つもしくは複数の波長と実質的に一致し、それにより、前記第２の分布ブラッグ反射器は、該第２の分布ブラッグ反射器の１つもしくは複数のセグメントを個別に調整し、第２の分布ブラッグ反射器のさらに他のセグメントをより低波長で反射させるように調整することができ、低波長での反射率を増強することができ、この低波長は、第１の分布ブラッグ反射器のピークと本質的に一致し、それにより、前記レーザーがより低波長でレーザー光線を発することができるように構成されている。

前記制御電極は、前記レーザーもしくは前記レーザーアレイからの光出力の波長をサンプリングし、かつ前記レーザー、もしくは前記レーザーアレイの前記制御電極に、電気的なフィードバックを行う制御ループを含んでいる。
この電気的なフィードバックは、波長を安定させ、及び／または、線幅／位相雑音を活発に抑制する効果がある。

共通の光導波路上で半導体光増幅器と光学的に統合された波長可変半導体レーザーを含み、この波長可変半導体レーザーが受動領域と位相制御領域とを有する、オプトエレクトロニクス半導体チップの模式断面図である。 図１Ａの一部の拡大図である。 図１Ｂの一部の拡大図である。 調整可能な半導体レーザーを含み、この半導体レーザーが、長い電気的絶縁ギャップと位相制御領域とを有する、半導体チップの一部の模式断面図である。 複数の受動領域及び位相制御領域を有する調整可能な半導体レーザーを含む、半導体チップの模式断面図である。 共通の光導波路上で半導体光増幅器と光学的に統合された波長可変半導体レーザーを含み、この波長可変半導体レーザーが受動領域を有する、半導体チップの模式断面図である。 共通の光導波路上で半導体光増幅器と光学的に統合された波長可変半導体レーザーを含み、この波長可変半導体レーザーが位相制御領域を有する、半導体チップの模式断面図である。 波長可変半導体レーザーを含み、この波長可変半導体レーザーが受動領域及び位相制御領域を有し、この受動領域上に絶縁層を有する、半導体チップの模式断面図である。 共通の光導波路上で半導体光増幅器と光学的に統合されたさらに調整可能な波長可変半導体レーザーを含み、この波長可変半導体レーザーが、受動領域及び位相制御領域を有する、半導体チップの模式断面図である。 共通の光導波路上で半導体光増幅器と光学的に統合された波長可変半導体レーザーを含み、この波長可変半導体レーザーがグランドされた受動領域を有する、半導体チップの模式断面図である。 図７Ａの一部の拡大図である。 図７Ｂの一部の拡大図である。 複数のグランドされた受動領域、及び１つの位相制御領域を有する波長可変半導体レーザーを含む、半導体チップの模式断面図である。 複数のグランドされた受動領域、及び１つの位相制御領域を有する波長可変半導体レーザーを含む、半導体チップの模式断面図である。 共通の光導波路に半導体光増幅器に光学的に統合されたさらに調整可能な波長可変半導体レーザーを含み、この波長可変半導体レーザーは、受動領域及び位相制御領域を有する、半導体チップの模式断面図である。

各図面の中で、類似する要素に関しては、１００毎に増加する似た数字の符号を使用している。例えば、各図の中で、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、８００'、ならびに９００は、１つのオプトエレクトロニクス半導体チップを示すために使用されている。

図１Ａは、共通の光導波路上で半導体光増幅器（ＳＯＡ）１０４と光学的に統合された波長可変半導体レーザー１０２を備え、半導体光増幅器（ＳＯＡ）１０４はレーザーキャビティの外にある、オプトエレクトロニクス半導体チップ１００の模式断面図である。レーザー１０２は、区分された、第１と第２の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）領域１０６、１０８、位相制御領域１１０、光利得領域１１２及び受動領域１１４を有している。これらレーザー１０２の各領域１０６、１０８、１１０、１１２及び１１４は、共通の半導体チップ１００上にモノリシックに集積されている。

チップ１００には、基板１１８に対する共通の接地電極（「後部電極」ともいう）１１６が設けられている。第１のＤＢＲ領域１０６、位相制御領域１１０、光利得領域１１２、及びＳＯＡ１０４には、それぞれの電気的な制御電極、１０６Ａ、１１０Ａ、１１２Ａ及び１０４Ａが設けられている。
第１のＤＢＲ領域１０６は、反射ピークの光コムを有する反射スペクトルを生成す反射ブラッグ回折格子１０６Ｂを含んでいる。第２のＤＢＲ領域１０８は、単調な周波数チャープの回折格子ピッチを備えた反射ブラッグ回折格子１０８Ｂを含んでおり、光導波路に沿って配列された第２のＤＢＲ領域のセグメント上にそれぞれのサブ電極１０８Ａ１、１０８Ａ２、等を有している。
受動領域１１４上に対して、電極は形成されない（つまり、受動領域は、この受動領域を通過する光導波路の部分への注入電流により電気的に制御されないように構成されている。）

従来のオプトエレクトロニクス構造と同様に、チップ１００は共通の基板１１８、及び、エピタキシャル成長により基板に形成された一連の連続的な層、すなわち、下位層１２０、光ガイド層１２２、及び過成長層１２４を含んでいる。さらなる層を形成してもよい（例えば、高度にドープされた材料のパターン層が電極の下に配置され、また、電極は、電気的絶縁層でパターン化された窓を通して堆積してもよい。明瞭にするために、両者共に、図１Ａ及び図１Ｂでは省略されている）。また、各層はそれぞれ複数の層を含んでいてもよい。

少なくとも基板１１８に対向するチップ１００の表面に、リッジをエッチングしてリッジ型光導波路（図示せず）が形成され、このリッジ光導波路は、レーザー１０２及びＳＯＡ１０４内に光の横方向のガイドを提供する。浅いリッジ導波路の場合は、過成長層１２４のみをエッチングすればよい。より深いリッジ導波路の場合には、過成長層１２４、光ガイド層１２２及び下位層１２０までエッチングされる。リッジ導波路は、その全長に沿った発振波長の単一の横光学モードだけをサポートする長さであり、あるいは、その中に少なくともＤＢＲ領域１０６及び１０８、位相制御領域１１０及び受動領域１１４のうちの幾つかが存在する長さである。

光ガイド層１２２はドープされていない真性半導体（つまり意図的にドープされていない、ｉタイプ）であり、また、光ガイド層は、下位層１２０あるいは過成長層１２４よりも高い屈折率を有している。少なくとも、レーザーの電気的に駆動できる領域１０６、１０８、１１０、及び１１２（すなわち、電流の注入によって電気的に駆動されるように構成された領域であり、電気的に駆動できるように構成されない受動領域１１４とは対照的である）において、下位層１２０は第１のタイプのドーパント（例えばｎ-タイプ）でドープされる。同様に、少なくともレーザーの電気的に駆動できる領域１０６、１０８、１１０及び１１２の中で、過成長層１２４は、反対の、第２のタイプ（例えば、ｐタイプ）のドーパントでドープされる。従って、少なくともレーザーの電気的に駆動できる領域１０６、１０８、１１０及び１１２は、ｐ−ｉ−ｎドープされたエピタキシャル構造を含んでいる。

レーザー及びＳＯＡ１０４の光利得領域１１２は、第１の材料１３０から形成された、光ガイド層１２２を含んでいる。第１、第２のＤＢＲ領域１０６、１０８、及び、位相制御領域１１０は、それぞれの光学的・電気的なパフォーマンスを最適化するために、第２の材料１３２から形成された、光ガイド層を含んでいる。
第１の材料１３０は、キャリアー注入による光子の放射、特に誘導放出、により電気的に駆動されるように構成されており、それにより、対応する領域１１２や１０４を通過する光を増幅する。
第２の材料１３２は、キャリアー注入により対応する領域１０６、１０８、１１０内の屈折率を変更するために、電気的に駆動されるように構成されている。
受動領域１１４の例外として、レーザー１０２及びＳＯＡ１０４には、第２のドーパント・タイプ（例えばｐタイプ）の共通の第３の材料１３４を含む、過成長層１２４が設けられている。
ＤＢＲ領域１０６及び１０８において、回折格子１０６Ｂ及び１０８Ｂは、１つの材料が異なる材料へ過剰成長する前に、エッチングで波状のパターンを形成してできる、異なる屈折率の材料間に形成された波状の境界によって構成されている。（例えば、図１Ａにおいて、第３の材料１３４がその上の同じ第２のドーパント・タイプの材料１３５に過剰成長する前に、この第３の材料１３４に波状のパターンをエッチングする）。

受動領域１１４は、第２のドーパント・タイプの材料１３６の過成長層１２４を含んでいる（例えばｐタイプ）。受動領域１１４は、第１のドーパント・タイプ（例えば、ｎ−タイプ）の材料１３７の下位層１２０を含んでいる。

受動領域１１４内の過成長層１２４の材料１３６、及び／または、受動領域１１４内の下位層１２０の材料１３７は、択一的に、あるいは追加的に、ドープしなくても良い（すなわち、意図的にはドープされない）。受動領域１１４内にドープしていない材料１３６あるいは１３７を提供することにより、受動領域内の光吸収を縮小させ、レーザーパフォーマンスを増強させる。
過成長層１２４の材料１３６は、特に、電気的に駆動できる領域１０６、１０８、１１０及び１１２における過成長層の材料と異なる場合、選択的なエリア成長（ＳＡＧ）エピタキシャル成長プロセスによって成長させてもよい。

使用中、異なる領域の各制御電極１１２Ａ、１１０Ａ、１０６Ａ及び１０８ｎ（例えば、利得領域１１２、位相制御領域１１０、及び、第１のＤＢＲ領域１０６上の各電極、及び第２のＤＢＲ領域１０８のＤＢＲセグメント上のセグメント電極）と、共通の接地電極（後部電極）１１６との間を、電流が通過する。通常は、光導波路の長さ方向に沿って、数μｍ（すなわち、２０μｍ未満）伝搬する。電流の広がりの程度は、該当領域のエピタキシャル構造に依存する。従って、利得領域電極１１２Ａ及び位相制御領域電極１１０Ａは、図１Ｂにより明確に示されているように、対応する電気的絶縁ギャップ１１３を考慮に入れて、利得領域１１２及び位相制御領域１１０の端の手前で止めるのがよい。
図１Ｂは、第１、第２のＤＢＲ領域１０６、１０８の間の境にあるレーザー１０２の上記部分を示している。
図は模式図であり、正確な縮尺ではない。分かりやすくするために、エピタキシャル成長層の厚さ及び電気的絶縁ギャップ１１３の幅の両方ともに、誇張して表示されている。基板１１８に構築されたエピタキシャル層１２０、１２２及び１２４の厚さは、通常は数十ナノメートルであり、一方、レーザーキャビティは、通常は、数ミリメートルの長さがある。

受動領域１１４は、電気的にコントロールされるようには構成されない、レーザーキャビティ内の光導波路の非駆動部位１１５であり、つまり、その上部の表面に、電気的なコンタクトは設けられていない。受動領域１１４は、少なくとも１つのエピタキシャル層に関して、利得領域１１２とは異なるエピタキシャル構造を有している。さらに、受動領域１１４は、本質的に、駆動電流が光導波管の受動領域内の光ガイド層１２２を流れないように構成されている、すなわち、受動領域１１４は、利得領域電極１１２Ａでカバーされた利得領域１１２の部分に対して、狭い電気的絶縁ギャップ１１３によって分離されている。

図示した電気的絶縁ギャップ１１３は、利得領域１１２及び位相制御領域１１０の部分で、かつ、チップ１００のエピタキシャル成長した側をカバーする電気的接触が設けられない部分である（例えば、基板と反対側のチップの側で、チップの基板側の面上に設けられる共通の接地電極に対向するものであり、電気的絶縁ギャップを含んでいる）。
従って、利得領域１１２及び位相制御領域１１０は、各々、レーザーキャビティ内の光導波路において、駆動領域及び非駆動部位１１３を含んでおり、同じ領域の駆動領域及び非駆動部位は、同じエピタキシャル構造を有しており、チップ１００のエピタキシャル成長した側に、それぞれをカバーする電気的なコンタクト１１２Ａ及び１１０Ａ（駆動制御電極）が設けられたり、設けられていなかったりする。
電気的絶縁ギャップ１１３ （チップのエピタキシャル成長した側）上に電気的なコンタクトは設けられていないが、使用に際しては、利得領域電極１１０Ａ及び位相制御領域電極１１２Ａから光ガイド層１２２を経て共通の接地電極１１６へ向かう若干の電流が、光導波路に沿って広がる。電気的絶縁ギャップ１１３は、少なくとも駆動電極に隣接する１つの端部へ広がった電流が、（電極からの導波路に沿った） 他の側面で本質的に０になるような、十分な幅を有している。

従って、レーザー１０２には、レーザーキャビティの反射器間（例えば第１、第２のＤＢＲ領域１０６、１０８の間）において、導波路内に複合の非駆動部位１１５がある。複合の非駆動部位１１５は、受動領域１１４及び電気的絶縁ギャップ１１３を含むチップのエピタキシャル成長側に、直接カバーする電気的なコンタクト（制御電極）無しで、設けられている。

分かりやすくするために、図１Ａ及び図１Ｂでは、電極１０６Ａ、１０８Ａｎ、１１０Ａ及び１１２Ａが過成長層１２４の上に直接接触した状態で示してある。しかしながら、通常は、これらの電極は、図１Ｃに拡大して示すように、高度にドープされた半導体接触層の接触領域１１７上に設けられ、これらの電極は、電気誘電絶縁層１１９にエッチングされた窓を介して電気的に接続される。この場合、それぞれの領域への電気的なコンタクトの範囲は、それぞれの接触地域１１７の（光導波路に沿った）長さで決まる。

従って、第１のＤＢＲ領域１０６及び第２のＤＢＲ領域１０８により制限されて、レーザー１０２の光キャビティには、非駆動部位１１５（それは、すべて隣接していないサブ領域１１３及び１１４の集合体である）が設けられている。非駆動部位１１５には、電気的なコンタクト（金属電極あるいは高度にドープされた接触地域のいずれか）や回折格子は設けられておらず、電気的絶縁ギャップ１１３及び受動的導波路領域１１４で構成されている。図示した具体例において、複合した非駆動部位１１５は、少なくとも１００μｍの長さを有している。受動領域１１４は、単独で少なくとも１００μｍの長さを有している。

図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃにおいて、受動領域１１４は、１００μｍの長さを有しており、また、各々の電気的絶縁ギャップ１１３はそれぞれ、１０μｍの長さを有しており（よって、利得領域電極１１２Ａと位相制御領域電極１１０Ａの間の区切りが２０μｍであり）、非駆動部位１１５が１４０μｍの長さを有している。

図１Ｄは、他の配置例を示したものであり、ここでは、第１、第２のＤＢＲ領域'１０６、１０８'の間に分離された受動領域は設けられていない。対照的に、電気的絶縁ギャップ１１３'は、図１Ｂの電気的絶縁ギャップ１１３より大きく、それぞれの電極１１２Ａ'、１１０Ａから広がった電流が、０まで減少するのに必要な幅を越えて伸びている。
従って、非駆動部位１１５'は、多くの電気的絶縁ギャップ１１３’を含んでおり、また、エピタキシャル的に別個の受動領域はない。そして、制御電極の下の隣接領域を電気的絶縁するのに必要な距離よりも長い少なくとも１つの電気的隔離ギャップを使用することにより、分離された受動領域の無しに、レーザー１０２’から狭い線幅の光出力を得るという利益がもたらされる。

非駆動部位は、少なくとも１００μｍの長さを有しているが、少なくとも１５０μｍ、少なくとも２００μｍ、あるいは少なくとも４００μｍの長さとしてもよい。

受動領域は、少なくとも１００μｍの長さであるが、少なくとも１５０μｍ、少なくとも２００μｍ、あるいは少なくとも４００μｍの長さでもよい。特に、４５０μｍ及び９００μｍの長さの受動領域とされたレーザーは、レーザーの光キャビティ内に受動領域のない比較例のレーザーよりも、本質的に狭いローレンツ線幅をもたらすことが分かった。

（図１Ａに関して）使用中に、第１のＤＢＲ １０６、位相制御領域１１０、利得領域１１２及び第２のＤＢＲ １０８のいくつかのセグメントは、それぞれの電流Ｉr、Ｉφ、Ｉα、Ｉ_ｆ ^ｎ及びＩ_ｆ ^ｎ＋１で駆動される。ＳＯＡ１０４も、電流Ｉ_SOＡで駆動され、光がチップ１００の出力面１３８から放出される前に、部分的に反射する第２のＤＢＲ １０８によってレーザー１０２の光キャビティから出力される光の強度を増幅する。

レーザー１０２の光キャビティは、ＤＢＲ領域１０６、１０８の間に伸びており、各ＤＢＲ領域の各領域（あるいは、レーザーキャビティの終端反射器のうちの１つがチップの反射面でも良いことが注目される）の中の回折格子１０６Ｂ及び１０８Ｂの強さに依存する侵入距離に従ってＤＢＲ領域に侵入する。
レーザー１０２のレーザー光線を発するキャビティの内の非駆動部位１１５（受動領域１１４を含む）の長さの存在が、レーザーキャビティの光学距離を増大させ、それに伴って、キャビティ内の部分のラウンド・トリップ時間を増加させ、レーザー光線を発するモードに寄与する光子の自然放出割合を減少させ、レーザーキャビティ内の光子の数を増加させる。結果として、受動領域１１４を含むレーザーキャビティは、非駆動部位１１５が無く単に電気的な隔離を提供するのに必要以上に長い（例えば受動領域１１４無しの）比較例のレーザーキャビティと比較して、レーザーキャビティからの縮小されたローレンツ線幅の光の放射に帰着する。

第１、第２のＤＢＲ領域１０６、１０８は、そのような長い非駆動部位の無い（例えば受動領域無しの）比較例のレーザーのレーザー光線を発するキャビティよりも、長く、単位長さあたりで弱い反射光を有している。これは、単一の縦のキャビティモード・動作を維持するために、より狭い反射ピークでモード選択制を高める、また、受け入れ可能なサイドモード抑圧比を提供する。

図１Ａに示された実施例において：
第１のＤＢＲ領域（後部ＤＢＲ領域）１０６は、米国特許ＵＳ６３４５１３５に記載された回折格子のような、狭い反射ピークの光コムを含む反射スペクトルを生成する、相変化回折格子１０６Ｂを有している。第２のＤＢＲ領域（正面のＤＢＲ領域）１０８は、連続的に単調変化するピッチを備えたチャープされた回折格子１０８Ｂを含んでおり、それが調整されていない状態では、広く、比較的水平な反射スペクトルの反射ピークを生成する。
その比較的水平な反射スペクトルは、第２のＤＢＲ領域の異なるセグメントの全ての反射波から形成された複合反射波であり、それらの各々は、第１のＤＢＲ領域の反射ピークの各々より著しく広い、反射ピークである。
使用中、第２のＤＢＲ領域の１つのセグメントの反射ピークは、強化された反射ピークを生成するように、オーバーラップする別のセグメントの波長との関係で、チューニングされる。
第１のＤＢＲ領域の反射ピークが第２のＤＢＲ領域の強化された反射ピークの波長と一致するところで、往復光損失の少ない縦方向のキャビティが生成され、また、十分な光学利得が提供された場合、レーザーは、光学ロスの少ない波長範囲内の対応する基本モード上で、主たるレーザー光線を発する。

第２のＤＢＲ領域１０８の回折格子１０８Ｂは、一連の一定ピッチのステップを含んでいても良い。第２のＤＢＲの各セグメントの数ステップに関して、連続的に変化するピッチに近似するものとして、小さなピッチ・ステップによって分離された、複数の一定ピッチの短い領域を、使用しても良い。あるいは、第２のＤＢＲ １０８の各セグメント内の回折格子は、一定のピッチでも良い。

レーザー光線を発する波長は、次のように調整された波長になる。
極微調整は、熱電冷却機／加熱要素（図示せず）によりチップ１００の動作温度をコントロールし、レーザーキャビティの光学距離を調整するサーマルチューニングによってもたらされる。 極微調整は、代わりに、あるいはさらに、位相制御領域１１０の光学距離を合わせることによって行ってもよい。微調整は、第１のＤＢＲ１０６の反射する光コムの波長を調整して行ってもよい。また、粗調整は、（利得領域１１２に最も近い）第１のセグメントの波長をさらに調整するか、あるいは、第２のＤＢＲ １０８のセグメントの異なるコンビネーションを有する強化された反射ピークを形成することによって、もたらされる。各ケースにおいて、レーザー１０２の各該当箇所、屈折率変更を引き起こすキャリアー注入によってチューニングされる。このチューニングのさらに詳細な構成に関しては、米国特許ＵＳ７１４５９２３に記載されている。

ＤＢＲレーザーの動作中に、駆動信号中の荷電粒子の流れや電気的雑音の統計的変化、例えば電磁妨害、及び／または、ショートノイズにより、レーザー領域を通過する電気的な駆動電流の変化が発生する。そのような駆動電流、特に、ＤＢＲ領域への駆動電流（例えば、Ｉr、Ｉ_ｆ ^ｎ及びＩ_ｆ ^ｎ＋１）の変化により、出力光の線幅／位相雑音を増加させる、レーザー出力波長の変化をもたらす。

レーザーの支配的な出力波長は、レーザー上の制御電極（例えば、１１０Ａ、１０６Ａ及び／または１０８Ａｉ）に電気的なフィードバックをもたらす、高速コントロールループを含む電気的なコントロールシステムによってモニターされる。通常は、レーザーからの出力光がサンプリングされ、サンプリングされたビームを分離し、分離した１つあるいは両方のビームは、それぞれの光検出器で受光される前に、周波数判別コンポーネント（例えばエタロン）を通過する。光検出器で検知された入射ビームの電気的信号の相対強度が比較され、駆動電流（例えば、Ｉr、Ｉφ、Ｉα、Ｉ_ｆ ^ｎ及びＩ_ｆ ^ｎ＋１）の制御アルゴリズムに使用される。米国特許ＵＳ７１６１７２５及びＵＳ７３９４８３８は、レーザーチップ及びレーザー制御装置からの出力光を光学的にサンプリングすることに関して、光学的部品の既知の構成を示している。

レーザー１０２の位相制御領域１１０は、コントロールシステムから位相制御領域電極１１０Ａへの、直流電流や可変補正信号を含む駆動電流（Ｉφ）の（電流の注入）によって電気的に駆動される。図示したレーザー１０２において、位相制御領域１１０は、既知のモノリシック波長可変半導体レーザーものよりも短い。図１Ａに示す例では、位相制御領域の長さは２０μｍである。従って、コントロールシステムは、位相制御電極に対して、既知の装置におけるよりも大きな可変補正信号を提供し、それにより、位相制御領域において大きな屈折率変化をもたらし、位相制御領域１１０に必要な光学距離を短くする。

電流が位相制御領域１１０を通過する際に、レーザーキャビティの光学的損失を引き起こす。短い位相制御領域１１０は、既知の装置におけるよりも高いＤＣ電流密度で駆動することができる。より高いＤＣ電流密度で駆動することは、位相制御領域１１０内におけるキャリアーの寿命（つまり、少数の荷電粒子が再結合するためにかかる平均時間）の縮小に好都合であり、それにより、位相制御領域の周波数レスポンス帯域幅は増大する。
高い周波数レスポンス帯域幅は、コントロールシステムからの急速に変化する補正信号に応答する、短い位相制御領域１１０を可能にする（例えば、コントロールシステムは、少なくとも５０ＭＨｚ、望ましくは１００ＭＨｚの、補正信号を提供する）。
従って、可変補正信号の高速フィードバック制御は、電気的な駆動の信号の雑音の結果発生するレーザーの出力波長における変化を補償するために、特に、ＤＢＲ領域１０６及び１０８への電気的な駆動信号（例えばＩr、Ｉ_ｆ ^ｎ及びＩ_ｆ ^ｎ＋１）の雑音を補償するために使用してもよい。このような高速補正は、レーザー１０２からの出力光の、スペクトル線幅／位相のノイズを積極的に抑制する。

位相制御電極１１０Ａは、およそ２０μｍの長さに沿って（レーザーキャビティの光導波路の長さに沿って）、位相制御領域１１０と接触し、また、コントロールシステムはおよそ３ｍＡのＤＣ電流の位相制御領域１１０を駆動するように構成されており、レーザーが少なくとも４０ＤＢのサイドモード抑圧比（最大の側モードに対するレーザーの支配的な縦のキャビティモードの相対強度）で動作する場合、およそ１５０ＭＨｚの周波数レスポンス帯域幅がもたらされる。

他の構成として、受動領域１１４中の過成長層１２４は、受動領域１１４中の下位層１２０の材料１３７と同じタイプのドーピングを備える材料１３６、例えば、高度にドープされたｎ−タイプの材料を含んでいてもよい。さらに、両方の材料１３６及び１３７がドープされないものでもよい。

受動領域１１４中の光ガイド層１２２は、電気的に駆動可能なレーザー領域１０６,１０８、１１０及び１１２中の光ガイド層１２２よりも高い屈折率を有していてもよい。それにより、レーザーキャビティの光学距離がさらに増加する。

図１Ａでは、光利得領域１１２と（第２）ＤＢＲ領域１０８の間に位置する単一の受動領域１１４であって、そこを光が部分的に伝達し、レーザーキャビティを経て切子面１３８へ光が通過する例を示している。光電界強度が最大の位置は、レーザーキャビティの中にあるので、使用中、受動領域の位置は、特に有利である。
しかし、受動領域は、レーザーキャビティ内の他の場所でもよい（つまり、第１のＤＢＲ領域１０６と第２のＤＢＲ領域１０８の間以外の位置）。さらに、複数の受動領域を設けてもよい。例えば、受動領域は、第１のＤＢＲ領域と位相制御領域の間や、位相制御領域と利得領域の間に、置き換えて、あるいは追加して設けてもよい。

図２は、利得領域２１２の両サイドに２つの受動領域２１４ｉ及び２１４ｉｉを有する、モノリシック集積された波長可変半導体レーザー２０２を備えるチップ２００を示している。このチップでは、使用中、２つのレーザーキャビティの位置で、光電界強度が最大になる。さらに、図１の中のレーザー１０２の受動領域１１４とは対照的に、２つの受動領域２１４ｉ及び２１４ｉｉの過成長層２２４の材料２３６は、ドープされていない。通常は、ｐタイプにドープされた材料は、ｎ−タイプの材料やドープされていない材料よりも大きな光学ロスを生ずる。従って、電気的に駆動できる領域２０６、２０８、２１０及び２１２中の過成長層がｐタイプである場合は、受動領域２１４ｉ及び２１４ｉｉの過成長層２２４におけるｎ−タイプあるいはドープされていいない材料２３６の採用は、レーザーキャビティの光学的損失を縮小することができる。

図１Ａで説明したレーザー１０２では、ＤＢＲ領域１０８のセグメントの各々にセグメント電極を設けたが、ＤＢＲ領域の１端あるいは両端セグメントから、１つあるいは複数の電極を省略しても良い。特に、１つの電極（例えば１０８Ａ１）や複数の電極（例えば１０８Ａ１と１０８Ａ２）は、ＤＢＲセグメントや（非駆動時に）回折格子１０８Ｂが最短のピッチのセグメントから省略しても良い。しかし、そのようなＤＢＲセグメントは、セグメント制御がないが、対照的に反射ブラッグ回折格子のセグメントを含むので、非駆動電極領域の一部を構成しない。

具体例として、図２では、（非駆動時に）回折格子２０８Ｂが最短のピッチのＤＢＲセグメントから、１つの電極（アウトライン及び符号２０８Ａ１で示した）が省略されている。電極は設けられていないが、それにもかかわらず、どれかが電気的にコントロールされるかによって、対応するＤＢＲセグメントはアクティブなＤＢＲ領域２０８の一部と見なされる。それは、１つあるいはそれ以上の他のＤＢＲセグメント（例えば、運転されないかスペクトル的に近接するセグメント、例えば、制御電極２０８Ａ２の下のセグメント）の反射スペクトルが、それと協調して、調整されるからである。

図１Ａは、少なくとも１００μｍの長さの非駆動部位１１５（例えば少なくとも１００μｍの長さの受動領域を有している）と、単一の縦モードのレーザー光線を当てる条件の下で、高い周波数レスポンス帯域幅で操作可能な８０μｍ未満の長さの位相制御領域１１０の、両方を持っているレーザー１０２を示している。
しかし、レーザーは、図３及び図４に、モノリシック集積された波長可変半導体レーザー３０２、４０２として示しているように、少なくとも１００μｍの長さの非駆動部位（例えば、少なくとも１００μｍの長さの受動領域３１４）だけを備えていてもよく、あるいは、高周波レスポンス帯域幅を有する長さ８０μｍ未満の位相制御領域４１０だけを備えていてもよい。

図５は、モノリシック集積された波長可変半導体レーザー５０２の他の配置例を示すものであり、受動領域５１４の過成長層５２４が、ＤＢＲ領域５０６、５０８、ならびに位相制御領域５１０の過成長層５２４と同じである。チップ５００は、さらに、受動領域５１４を横切る１つの電気的絶縁層（例えば誘電体）５４０を有している。このような電気的絶縁層５４０は、電極や受動領域と電気的に相互作用することなしに、受動領域５１４を横切る電気的なトラッキング５４２を提供することを可能にしている。
このようなデザインは、チップ５００の製造の複雑さを減少させる。例えば、位相制御領域に隣接して受動領域が設けられ、電気的絶縁層が受動領域上に形成され、その後、受動領域及び位相制御領域の両方を覆う、より長い位相制御領域の電極が設けられるが、この長い位相制御領域の電極は、位相制御領域のみでレーザーと電気的にコンタクトする。

図６は、モノリシック集積された半導体レーザー６０２の他の案として、受動領域６１４を有するオプトエレクトロニクスのチップ６００を示している。
レーザー６０２は、図１Ａのレーザーに対して、第２のＤＢＲ領域６０８が、１個の制御電極６０８Ａによってチューニング可能に構成されている点で、相違している。
この構成は、ヴェルニエ調整されたレーザー６０２に適しており、第１、第２のＤＢＲ領域６０６、６０８は、各々狭い反射ピークの光コムを提供している。しかし、それは異なった間隔であってもよく、相対的なチューニングによって、各ＤＢＲ領域からの反射するピークが同じ波長に調整されるように、各ＤＢＲ領域を調整することができる。そにより、レーザー発振キャビティをコントロールするために、利得領域６１２によって十分な光学利得が提供された場合、その波長のキャビティ内における少ない往復光学ロスをもたらす。また、非駆動部位は、電気的絶縁ギャップ６１３及び受動領域６１４によって提供される。

図７Ａは、共通の光導波路上で、レーザーキャビティの外にある半導体光増幅器（ＳＯＡ）７０４と光学的に統合された、波長可変半導体レーザー７０２を有する、オプトエレクトロニクス半導体チップ７００の模式断面図である。レーザー７０２は、位相制御領域７１０、光利得領域７１２及びアースされた受動領域７１４を間に挟む、第１、第２の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）領域７０６、７０８を有している。これら、レーザー７０２の領域７０６、７０８、７１０、７１２及び７１４は、共通の半導体チップ７００にモノリシック集積されている。

チップ７００には、基板７１８にグランドされた共通の接地電極７１６（「後部電極」とも呼ぶ）が設けられている。第１のＤＢＲ領域７０６、位相制御領域７１０、光利得領域７１２及びＳＯＡ７０４には、それぞれの電気的制御電極、７０６Ａ、７１０Ａ、７１２Ａ及び７０４Ａが設けられている。グランドされた受動領域７１４には、共通の接地電極７１６からの光導波路の対向辺と電気的に接触する、電気的にグランドされた受動領域電極７１４Ａが設けられている。図示した具体例では、受動領域電極が、チップ７００の共通の接地電極７１６の反対側にある（例えば、リッジ導波路レーザーの場合、電気的にグランドされた電極７１４Ａは、リッジ上に設けられる）。グランドされた受動領域７１４内には、反射ブラッグの回折格子は設けられない。第１のＤＢＲ領域７０６は、反射ピークの光コムを備えた反射スペクトルを生成する反射ブラッグ回折格子７０６Ｂを含んでいる。第２のＤＢＲ領域７０８は、第２のＤＢＲ領域のセグメント上で光導波路に沿って配列された、単調な周波数チャープの回折格子ピッチを有する反射ブラッグ７０８Ｂと、サブ電極７０８Ａ１、７０８Ａ２などを含んでいる。

従来のオプトエレクトロニクスの構造と同様に、チップ７００は、共通の基板７１８と、この基板に連続的に構築された一連のエピタキシャル成長層の下位層７２０、光ガイド層７２２、及び過成長層７２４を含んでいる。さらなる層を形成してもよい（例えば、高度にドープされた材料のパターン層を電極の下に設けてもよく、また、電気的絶縁層の中にパターン化された窓を通して電極を設けてもよい。図７Ａでは、簡明にするために省略してある）。また、各層は、それぞれ多層であってもよい。

リッジ導波路（図示せず）が、少なくとも基板７１８の反対のチップ７００の表面にリッジをエッチングして形成され、そしてこのリッジ導波路が、レーザー７０２及びＳＯＡ ７０４内で光を横方向にガイドする光導波路を提供する。浅いリッジ導波路の場合には、それは単に過成長層７２４のみがエッチングされる。より深いリッジ導波路の場合には、過成長層７２４を経て、光ガイド層７２２、さらに下位層７２０までエッチングされる。リッジ導波路は、その全長さに沿った発振波長の単一の横光学モードだけをサポートする長さであり、あるいは、その中に少なくともＤＢＲ領域７０６及び７０８、位相制御領域７１０、グランドされた受動領域７１４のうちの幾つかが存在する長さである。

光ガイド層７２２は真性で、アンドープの半導体材料（つまり、故意にドープされていなかった、ｉタイプ）であり、また、光ガイド層は、下位層７２０や過成長層７２４よりも高い屈折率を有する。少なくとも電気的に駆動可能なレーザーの領域７０６、７０８、７１０及び７１２と、グランドされた受動領域７１４において、下位層７２０は、第１タイプ（例えばｎ-タイプ）のドーパントでドープされる。同様に、少なくとも電気的に駆動可能なレーザーの領域７０６、７０８、７１０及び７１２と、グランドされた受動領域７１４では、過成長層７２４は反対のドーパント、第２のタイプ（例えば、ｐタイプ）でドープされる。従って、少なくとも電気的に駆動可能なレーザーの領域７０６、７０８、７１０及び７１２は、ｐ−ｉ−ｎドープされたエピタキシャル構造を含んでおり、光ガイド層７２０のそれぞれの部分への電流の注入を可能にしている。さらに、図示のグランドされた受動領域７１４は、ｐ−ｉ−ｎドープされたエピタキシャル構造を含んでおり、光ガイド層７２０のそれぞれの部分からの光吸収によって光発生した電荷キャリアー（例えば、電子や正孔）の流れを増強させる。

レーザーの光利得領域７１２及びＳＯＡ ７０４は、第１の材料７３０から形成された、光ガイド層７２２を含んでいる。第１、第２のＤＢＲ領域７０６、７０８、位相制御領域７１０及びグランドされた受動領域７１４は、それぞれの光学・電気的なパフォーマンスの最適化のために、第２の材料７３２から形成された、光ガイド層を含んでいる。第１の材料７３０は、光子を放射する、特に誘導放出によって放射するために、キャリアー注入によって電気的に駆動されるように構成されており、それにより、対応する領域７１２及び７０４を通過する光を増幅する。第２の材料７３２は、キャリアー注入によって領域７０６、７０８及び７１０内の屈折率変更をもたらすために、電気的に駆動されるように構成されている。第２の材料７３２もまた、第１の材料７３０よりも光吸収が低く、グランドされた受動領域７１４の光ガイド層の中で使用するのに適している。レーザー７０２及びＳＯＡ７０４には、第２のドーパント・タイプ（例えばｐタイプ）の共通の第３の材料７３４を含む、過成長層７２４が設けられている。従って、図示したレーザー７０２では、グランドされた受動領域７１４及び位相制御領域７１０には同じエピタキシャル構造がある。ＤＢＲ領域７０６及び７０８では、回折格子７０６Ｂ及び７０８Ｂは、第３の材料７３４と異なる屈折率の他の材料７３５（例えば、同じ第２のドーパント・タイプの）間に、他の材料７３５が過成長する前に第３の材料７３４に波状のパターンをエッチングすることにより、波状の境界を形成している。

図示したグランドされた受動領域７１４中の導波路は、レーザーキャビティの単一の横モードだけをサポートする長さになっている。

グランドされた受動領域７１４は、駆動電流で電気的にコントロールされるようには構成されない、レーザーキャビティ内の光導波管の非駆動部位である。しかしながら、グランドされた受動領域７１４の上側の表面には、グランドされた受動領域電極７１４Ａが形成されており（すなわち、共通の接地電極７１６に対して光導波管及びチップ７００に反対の側にあり）、それは、低い抵抗値のパスを通して電気的に電気的なグランドに（共通の接地電極７１６として）接続されている。（例えば、このパスは、グランドされた受動領域７１４中のｐ−ｉ−ｎダイオード構造のスイッチオン電圧に達することにより、電気的にグランドされた受動領域電極７１４Ａと共通の接地電極７１６の間に発生する最大の光生成バイアスを防ぐために、十分に低い抵抗を持っており、例えば、バイアスを０.５Ｖ未満、好ましくは、０.２５Ｖ未満、さらに好ましくは、０.１Ｖ未満に維持している）。
例えば、オプトエレクトロニクス半導体チップ７００の共通の接地電極７１６は、基礎のタイル７７０の上にある電気的にアースされたタイル電極７７０Ａに（例えば、ハンダ７７２で接合あるいは電気的伝導性のセメントで）接合される。
また、アースされた受動領域７１４の電極７１４Ａは、ワイヤーボンド７７４、あるいは電気的導通孔（例えば「ビアホール」、図示略）によって、チップ７００を経てタイル電極に電気的に接続してもよい。

従って、レーザー７０２には、レーザー光線を発するキャビティの終端反射器間（例えば第１、第２のＤＢＲ領域７０６、７０８の間）に、アースされた受動領域７１４、及び駆動領域７０６,７０８、７１０及び７１２内の電気的絶縁ギャップ７１３を含む、光導波路内の複合非駆動部位７１５を有している。

分かりやすくするために、図７Ａ及び図７Ｂにおいては、駆動制御電極７０６Ａ、７０８Ａｎ、７１０Ａ及び７１２Ａ、及び、電気的にアースされた受動領域電極７１４Ａは、過成長層７２４の上に直接接触しているように表示されている。しかしながら、図７Ｃに示したように、電極は、一般に、高度にドープされた半導体接触層の接触領域７１７上に設けられ、電気的絶縁の誘電層７１９にエッチングされた窓を介して、電気的にコンタクトしている。
この場合、それぞれの領域への電気的なコンタクトの程度は、それぞれの（光導波路に沿った）接触領域７１７の長さによって決められる。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、受動領域電極７１４Ａは、アースされた受動領域７１４の端まで延長してもよい。それにより、隣接した駆動制御電極、例えば、７１２Ａ、７０８Ａ_１から光導波路への迷走電流を減少させる利点が得られる。

従って、レーザー７０２の光キャビティには、第１のＤＢＲ領域７０６及び第２のＤＢＲ領域７０８によって制限された、（隣接しないサブ領域の集合である）非駆動部位が形成されており、それは（使用中）電気的に駆動されず、回折格子は設けられておらず、電気的絶縁ギャップ及びアースされた受動的導波路領域７１４からなっている。複合された非駆動部位は、少なくとも１００μｍの長さを有している。アースされた受動領域７１４は、単独で少なくとも１００μｍの長さを有している。

図７Ａに例示したレーザー７０２では、アースされた受動領域７１４は、４５０μｍの長さを有しており、また、各電気的絶縁ギャップは、それぞれ１０μｍの長さを有している（それにより、非駆動部位は少なくとも５００μｍの長さを有する）。アースされた受動的な領域７１４は、少なくとも１００μｍの長さであり、少なくとも１５０μｍ、少なくとも２００μｍ、あるいは少なくとも４００μｍの長さをであってもよい。特に、製造されたレーザーであって、少なくとも４５０μｍ長さのアースされた受動領域７１４を有するものは、レーザーの光キャビティ内に、アースされた受動領域のない比較例のレーザーに比べて、本質的に総線幅が狭くなることが分かった。

上記の議論（例えば受動領域電極の電気的なアースに関する）とは離れて、図７Ａのレーザー７０２の構造と電気的な動作は、全般的に、図１Ａのレーザー１０２の構造及び電気的な動作に似ている。

（図７Ａに関して）使用中、第１のＤＢＲ ７０６、位相制御領域 ７１０、光利得領域７１２、及び、第２のＤＢＲ ７０８の少なくともいくつかセグメントは、それぞれの電流Ｉr、Ｉφ、Ｉα、Ｉ_ｆ ^ｎ及びＩ_ｆ ^ｎ＋１で駆動され、また、受動領域電極７１４Ａは電気的にアースされ、共通の接地電極 ７１６と協働して、本質的に、光導波管をアースされた受動領域内に留めてグランドし、光生成された電荷キャリアーの除去を増強する。ＳＯＡ７０４も、電流のＩ_SOＡで駆動され、光がチップ７００の出力面７３８から放出される前に、部分的に反射する第２のＤＢＲ７０８を経てレーザー７０２の光キャビティから出力される光の強度を増幅する。

レーザー７０２の光キャビティはＤＢＲ領域７０６、７０８の間に伸び、各ＤＢＲ領域の浸透距離に応じて、ＤＢＲ領域に入り込み、それは、各領域中の回折格子７０６Ｂ、７０８Ｂの強さに依存する（あるいは、レーザーキャビティの終端反射器のうちの１つがチップの反射面となることもあり、重要な意味の浸透距離はない。）
レーザー７０２のレーザー光線を発するキャビティ内に、駆動されていない領域７１５（グランドされた受動領域７１４を含む）の長さの存在は、レーザーキャビティの光学距離を増加させる効果があり、従って、キャビティ内の光子の往復時間が増加し、それが、レーザー光線を発するモードに寄与する光子の自然放出の割合を減少させる。そして、（例えば、グランドされた受動領域７１４なしに）単に電気的な分離を提供するのに必要以上に長い、比較例である駆動領域７１５のないレーザーキャビティに対して、レーザーキャビティ内の光子の数を増加させ、縮小されたローレンツ線幅のあるレーザーキャビティの光の放射に有利であるということに帰着する。

グランドされた受動領域の存在は、上下ともにグランドされていない受動領域に比べて、レーザーの光学パフォーマンスをさらに増強させる。グランドされた受動領域内の光吸収は、電気的なキャリアーを生成する。しかしながら、光発生されたキャリアーの存在は、光吸収の割合を縮小させ、受動領域の屈折率を変更し、それにより、放射光λの放射周波数のばらつきのあるサイクルが生ずる。さらに、光発生した荷電粒子が光ガイド層内で、さらに自然に再結合し、放射された光λの位相雑音特性に寄与する。それゆえ、上下にグランドされたｐ−ｉ−ｎ構造を持っていることにより、グランドされた受動領域は、光発生された電荷キャリアーがグランドされた受動領域から急速に流出し、それにより、放射光λの線幅の全長を縮小し、特に、ショット雑音の低減に寄与するという利点がある。

第１、第２のＤＢＲ領域７０６、７０８は、そのような長い非駆動部位のない（例えば、グランドされた受動領域のない）比較例のレーザーのレーザーキャビティに比べて、長く、単位長さに当たりでは弱い反射光になっている。これにより、単一の縦のキャビティモード・動作を維持して、受け入れ可能なサイドモード抑圧比を得るために、より狭い反射ピークで、モード選択制を高める。

グランドされた受動領域７１４内の、下位層７２０、光ガイド層７２２、あるいは過成長層７２４は、ＤＢＲ領域７０６、７０８、あるいは位相制御領域７１０のうちの１つの対応する層よりも、高い屈折率を有しており、それにより、レーザーキャビティの光学距離の増加は促進させられる。

図７Ａに示した実施例の構成で、
第１のＤＢＲ領域（後部ＤＢＲ領域）７０６は、米国特許ＵＳ６３４５１３５に記載されている回折格子のように、狭い反射ピークの光コムを含む反射スペクトルを生成する、相変化回折格子７０６Ｂを含んでいる。
第２のＤＢＲ領域（正面のＤＢＲ領域）７０８は、連続的に単調変化するピッチを有するチャープされた回折格子７０８Ｂを含んでおり、そしてその調整されていない状態で、広く、比較的水平な反射スペクトルを備えた反射ピークを生成する。その比較的水平な反射スペクトルは、第２のＤＢＲ領域の異なるセグメントの全ての反射波から形成された複合反射波であり、それらの各々は、第１のＤＢＲ領域の各反射ピークよりも著しく広い、反射ピークを提供する。
使用中、第２のＤＢＲ領域の１つのセグメントの反射ピークは、強化された反射ピークを生成するために、別のセグメントのそれぞれの波長とオーバーラップする波長に関して、調整される。第１のＤＢＲ領域の反射ピークが第２のＤＢＲ領域の増強された反射ピークを備えた波長と一致するところで、より少ない光学ロスを有する縦のキャビティが形成され、光学利得が十分な場合、レーザーは、主として光学ロスの少ない波長範囲内の対応する基本モード上で、レーザー光線を発する。

第２のＤＢＲ領域７０８の回折格子７０８Ｂは、一連の一定のピッチのステップを含んでいても良い。一定のピッチの短い領域は、第２のＤＢＲの各セグメントの数ステップにおいて、小さなピッチ・ステップによって分離された、連続変化するピッチに近づけるために使用しても良い。あるいは、第２のＤＢＲ ７０８の各セグメント内の回折格子は、一定のピッチであっても良い。

発振波長は、以下のように、調整された波長になる。
非常に細かい調整が、チップ７００の動作温度をコントロールしてレーザーキャビティの光学距離を調節する、熱電冷却機／加熱要素（図示せず）による熱的チューニングによって提供される。あるいは、
非常に細かい調整が、位相制御領域７１０の光学距離をコントロールすることにより提供される。
微調整は、第１のＤＢＲ ７０６の反射する光コムの波長をコントロールすることにより提供される。
また、粗調整は、（利得領域７１２に最も接近している）最初のセグメントを調整するか、あるいは、第２のＤＢＲ ７０８のセグメントの異なる組み合わせによる強化された反射ピークの形成によって、第２のＤＢＲ ７０８の強化されたピークの波長を、さらにチューニングすることにより提供される。
各ケース共に、レーザー７０２の該当箇所は、キャリアー注入により引き起こされる屈折率変更によって調整される。

ＤＢＲレーザーの動作中に、荷電粒子の流れにおける統計的変化及び駆動信号中の電気的雑音、例えば電磁妨害及び／またはショートノイズにより、レーザー領域を通過する電気的な駆動電流の変化が発生する。そのような駆動電流の変化、特に、ＤＢＲ領域（例えば、Ｉr、Ｉ_ｆ ^ｎ及びＩ_ｆ ^ｎ＋１）への駆動電流の変化により、レーザー出力の波長が変化し、それらは、出力光の線幅／位相雑音を増加させる結果になる。

レーザーの支配的な出力波長は、レーザー上の制御電極（例えば、７１０Ａ、７０６Ａ及び／または７０８Ａｉ）に、電気的なフィードバックを供給する高速コントロールループを含む、電気的なコントロールシステムによってモニターされる。通常は、レーザーからの出力光がサンプリングされ、サンプリングされたビームは分離され、分離された１つあるいは両方のビームが、それぞれの光検出器で受光される前に、周波数判別コンポーネント（例えばエタロン）を通過する。
光検出器上に検知されたビームの強度によって生成された電気的信号の相対強度が比較され、レーザーの電気的に駆動できる領域に駆動電流（例えばＩr、Ｉφ、Ｉα、Ｉ_ｆ ^ｎ及びＩ_ｆ ^ｎ＋１）をコントロールする制御アルゴリズムで使用される。
米国特許ＵＳ７１６１７２５及び同ＵＳ７３９４８３８は、レーザーチップ及びレーザー・コントロールシステムからの出力光を光学上サンプリングするための、光学部品の既知の構成の詳細を開示している。

レーザー７０２の位相制御領域７１０は、コントロールシステムから位相制御領域電極７１０Ａへの、直流電流や可変補正信号を含む駆動電流（Ｉφ）により（電流の注入によって）電気的に駆動される。図示したレーザー７０２の位相制御領域７１０は、既知の単一体の波長可変半導体レーザーの位相制御領域よりも短い。図７Ａに示した配置では、位相制御領域の長さは２０μｍである。従って、コントロールシステムは、既知の装置におけるよりも、位相制御電極への大きな可変補正信号を提供でき、短い位相制御領域７１０の光学距離で必要な変化をもたらし、位相制御領域のより大きな屈折率変化をもたらす。

電流が位相制御領域７１０を通過する場合、それは、レーザーキャビティの光学的損失を引き起こす。より短い位相制御領域７１０は、レーザーキャビティで同等の光学的損失を引き起こす間に、既知の装置の中でよりも高いＤＣ電流密度で駆動することができる。より高いＤＣ電流密度で駆動することは、位相制御領域７１０内におけるキャリアーの寿命（少数の荷電粒子が再結合するための平均時間）を縮小させ、位相制御領域の周波数レスポンス帯域幅を増加させる利点がある。
高い周波数レスポンスの帯域幅は、短い位相制御領域７１０を、コントロールシステムからのより急速に変わる補正信号、 （例えば、コントロールシステムが提供する、帯域幅が少なくとも５０ＭＨｚ、好ましくは帯域幅が少なくとも１００ＭＨｚある補正信号）に対して応答可能にする。従って、可変補正信号の高速フィードバック制御は、電気的な駆動信号の雑音、特に、ＤＢＲ領域７０６、７０８への電気的な駆動信号（例えばＩr、Ｉφ、Ｉα、Ｉ_ｆ ^ｎ及びＩ_ｆ ^ｎ＋１）における雑音の結果発生するレーザーの出力波長の変化を補正するために、使用してもよい。そのような高速補正は、レーザー７０２からの出力光の線幅／位相雑音を積極的に抑える。

位相制御電極７１０Ａは、ほぼ２０μｍの長さに沿って（レーザーキャビティの光導波路の長さに沿って）、位相制御領域７１０と接触する。また、コントロールシステムは、およそ３ｍＡのＤＣ電流で位相制御領域７１０を駆動するように構成され、レーザーが、少なくとも４０ｄＢのサイドモード抑圧比（最大のサイドモードに対するレーザーの支配的な縦のキャビティモードの相対強度）で操作される場合、およそ１５０ＭＨｚの周波数レスポンス帯域幅を提供する。

図７Ａでは、光利得領域７１２と（第２の）ＤＢＲ領域７０８の間に位置し、光がレーザーキャビティの一部を通過し、出力面７３８へ向かう、単一のグランドされた受動領域７１４を示している。グランドされた受動領域の位置は、使用中に、レーザーキャビティ内で最大の光電界強度が存在する位置であるという利点がある。しかしながら、グランドされた受動領域は、レーザーキャビティ内の他の位置（すなわち、第１のＤＢＲ領域７０６と第２のＤＢＲ領域７０８との間以外の位置）に設けてもよい。さらに、複数のグランドされた受動領域を設けてもよい。例えば、グランドされた受動領域を、第１のＤＢＲ領域と位相制御領域の間、あるいは、位相制御領域と利得領域の間に設けてもよく、これらの間に追加してもよい。

図８Ａは、２つのグランドされた受動領域８１４ｉ及び８１４ｉｉを備えたモノリシック集積された半導体レーザー８０２を有するチップ８００の例を示している。光利得領域８１２の各終端に、それぞれ１つのグランドされた受動領域が光導波路の長さ方向に沿って設けられ、光利得領域８１２の各終端に隣接する２つの位置で、使用時の光電界強度が特に大きくなる。光利得領域８１２の両側に、グランドされた受動領域８１４ｉ、８１４ｉｉを設けることは、レーザー８０２の光キャビティの至る所での光子の分配を可能にし、放射光λの総線幅をより一層短縮できる利点がある。

図８Ａに示したレーザー８０２では、ＤＢＲ領域８０８の各セグメントに、セグメント電極８０８Ａｎを設けているが、ＤＢＲ領域の１端あるいは両端のセグメントから１つあるいは複数の電極を省略しても良い。特に、１つの電極（例えば、８０８Ａ１）、あるいは複数の電極（例えば８０８Ａ１と８０８Ａ２）を、（非駆動時）に回折格子８０８Ｂが最短のピッチのＤＢＲセグメントから省略しても良い。
しかしながら、セグメント制御電極のないそのようなＤＢＲセグメントは、対照的に、反射ブラッグ回折格子のセグメントを含むので、非駆動部位の一部を構成しない。

図８Ｂの実例例において、１つの電極（輪郭及びラベルが付けられた８０８Ａ１）は、回折格子８０８Ｂが（非駆動時に）最短のピッチを有しているＤＢＲセグメントから省略される。対応するＤＢＲセグメントは、電気的にコントロールされる電極がないにもかかわらず、アクティブなＤＢＲ領域２０８の一部と見なされる。それは、１つ以上の他のＤＢＲセグメント（例えば、非駆動時スペクトルが隣接するセグメント、例えば、制御電極８０８Ａ２の下のセグメント）の反射スペクトルとスペクトル協働するように調整されるからである。

図７Ａは、少なくとも１００μｍの長さの非駆動部位７１５（例えば、少なくとも１００μｍの長さの受動領域７１４を有している）と、８０μｍ未満の長さを有し、単一の縦モードのレーザーの条件で、高い周波数レスポンス帯域幅で動作可能な、位相制御領域７１０の、両方を持っているレーザー７０２を示している。しかしながら、レーザーの位相制御領域７１０を省略しても良い（図示なし）。

図９は、グランドされた受動領域９１４を備える別の案の、モノリシック集積された半導体レーザー９０２を有するオプトエレクトロニクスのチップ９００を示している。レーザー９０２は、図７Ａのレーザーに対して、第２のＤＢＲ領域９０８が単一の制御電極９０８Ａによって調整可能である点で異なっている。この構成は、第１、第２のＤＢＲ領域９０６、９０８が、異なった間隔で配置され、各々狭い反射ピークの光コムを提供するは提供する、ヴェルニエ調整されたレーザー９０２に適している。これにより、ＤＢＲ領域の相対的なチューニングによって、各ＤＢＲ領域からの反射ピークが同じ波長に調整され、利得領域９１２によって十分な光学利得が得られるときの、その波長のキャビティの内の往復路損失を低くすることができる。
ここでも、電気的絶縁ギャップ９１３及び受動領域９１４によって、非駆動部位が提供される。

各図では、レーザーキャビティの各端にＤＢＲ領域を有するＤＢＲレーザー内に、受動領域を含む（例えば、グランドされた受動領域を含む）例を示している。しかし、レーザーキャビティの１つの端がＤＢＲ領域、他端が面光反射の設けられたレーザー内に、（グランドされた、あるいはそうではない）受動領域、あるいは、単一のモードにレーザー光線を当てる条件の下で５０ＭＨｚ以上の周波数レスポンス帯域幅を持っている位相制御領域が含まれていてもよい。

各図では、ブランチのない光導波路があるＤＢＲレーザーを含む例を示してあるが、ＤＢＲレーザーがブランチのある光導波路にも適用可能である。例えば、ＤＢＲレーザーには、各導波管のアームの端に、光学上共通の反射器（例えば面反射器）に、導波管スプリッター（例えば１x２多モード干渉カプラー）により接続されているＤＢＲ反射器を有するＹ形の光導波路があってもよい。

各図では、レーザー内にブランチのない受動領域を含む例を示してある。しかし、（平面内で）横に枝分かれした受動領域を、レーザー内に含めてもよい。

図示した各図は模式図であり、実際の大きさを表してはいない。

この明細書の記載及びクレームの全体にわたって、「含んでいる（"comprise"）」、「含む」（"contain"）」や、それらの変化は、「〜を含み、かつ、これらに限定されない」意味する。また、それらは、他の部分、添加、コンポーネント、完成体、あるいは、ステップを除外するようには意図していない（除外しない）。この明細書の記載及びクレームの全体にわたって、文脈上特に要求されない限り、単数は複数を包含する。不定冠詞が使用される場合、文脈上特に要求されない限り、この明細書では、複数が単数も含むものとする。

実施例あるいは具体例と共に記述された発明の特徴、全体、特性、複合物、化学的部分あるいはグループは、矛盾がなければ、発明の他の様相、実施例あるいは具体例に適用可能である。この明細書（任意の関連するクレーム、アブストラクト及び図面を含む）に示された特徴のすべてや、任意の方法やプロセスのステップの全ては、それらが相互に排他的なものでなければ、任意のコンビネーションで組み合わせてもよい。
本発明は、先に述べたどの実施例の詳細により制限されない。本発明は、この明細書（任意の関連するクレーム、アブストラクト及び図面を含む）に示された特徴の任意の新しいもの、任意の新しいコンビネーション、あるいは任意の方法やプロセスのステップまで及ぶ。

読者の注意は、この明細書と同時に、あるいはこの明細書に先行して出願され、この出願と共に公開されたすべての書類及びドキュメントに向けられるべきである。全てのこのような書類及びドキュメントの内容は、参照用として、ここに組込まれるものとする。

１００ オプトエレクトロニクス半導体チップ
１０２ 波長可変半導体レーザー
１０４ 半導体光増幅器（ＳＯＡ）
１０４Ａ 制御電極
１０６ 第１の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）
１０６Ａ 制御電極
１０６Ｂ 反射ブラッグ格子
１０８ 第２の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）
１０８ 基板電極
１０８Ｂ 反射ブラッグ格子
１１０ 位相制御部
１１０Ａ 制御電極
１１２ 光利得部
１１２Ａ 制御電極
１１３ 狭い電気絶縁ギャップ
１１４ 受動領域
１１５ 非駆動部位
１１６ 共通接地電極
１１７ コンタクト領域
１１８ 共通の基板
１１９ 電気誘電絶縁層
１２０ 下層
１２２ 光ガイド層
１２４ 過成長層
１３０ 第１の材料
１３２ 第２の材料
１３４ 共通の第２の材料
１３５ ドーパントのタイプ
１３８ 出力ファセット
２００ オプトエレクトロニクス半導体チップ
３００ オプトエレクトロニクス半導体チップ
４００ オプトエレクトロニクス半導体チップ
５００ オプトエレクトロニクス半導体チップ
６００ オプトエレクトロニクス半導体チップ
７００ オプトエレクトロニクス半導体チップ
８００ オプトエレクトロニクス半導体チップ
８００’ オプトエレクトロニクス半導体チップ
９００ オプトエレクトロニクス半導体チップ

Claims (15)

1. 光導波路を有するモノリシック集積された波長可変半導体レーザーであって、
   基板上にエピタキシャル層を有するレーザー・チップを含み、
   光利得領域と、
   受動領域と、
   前記光利得領域と前記受動領域を間に挟む第１、第２の反射器とを有し、
   前記反射器の少なくとも１つは、回折格子を含み、波長可変反射スペクトルを持つように構成された分布ブラッグ反射器領域であり、
   前記レーザーには、使用時に電気的にグランドされるように構成された共通の接地電極が形成されており、
   制御電極が、前記光導波路の上の少なくとも前記光利得領域及び少なくとも１つの前記分布ブラッグ反射器領域中に形成されており、
   前記受動領域は、前記光導波路の前記基板とは反対の側と電気的に接触する受動領域電極を備え、
   前記受動領域は、少なくとも１００μｍの長さを有しており、
   前記受動領域は、電気的な制御信号によっては駆動されないように構成されており、前記受動領域内に回折格子は存在せず、
   前記受動領域は、前記受動領域電極が使用時に電気的にグランドされ前記受動領域と電気的に接続されるグランドされた受動領域であり、
   前記受動領域電極及び前記共通の接地電極は、電気的に前記光導波路の反対側に接触するように構成されているレーザー。
2. 請求項１に記載のレーザーであって、
   前記共通の接地電極は前記基板上に形成されており、前記共通の接地電極は、実装エレメント上に設けられた実装エレメント電極に接合され、前記受動領域電極は、前記実装エレメント電極に電気的に接続されるレーザー。
3. 請求項１または２のいずれか１項に記載のレーザーであって、
   前記グランドされた受動領域は、ｐ−ｉ−ｎドープされたエピタキシャル構造を含むレーザー。
4. 請求項１に記載のレーザーであって、
   前記レーザーは、前記基板上の下位層と、過成長層と、前記下位層と前記過成長層の間の光ガイド層とを含み、
   前記光導波路は、前記第１、第２の反射器で挟まれた光位相制御領域を有し、
   前記光位相制御領域と前記受動領域は、共通の前記過成長層及び又は前記下位層とを含むレーザー。
5. 請求項１〜３のいずれか１つの請求項に記載のレーザーであって、
   前記レーザーは、前記基板上の下位層と、過成長層と、前記下位層と前記過成長層の間の光ガイド層とを含み、
   前記受動領域の前記光ガイド層は、電気的に駆動可能なレーザー領域の前記光ガイド層よりも高い屈折率を有するレーザー。
6. 請求項１〜５のいずれか１つの請求項に記載のレーザーであって、
   前記レーザーは複数の前記受動領域を含んでいるレーザー。
7. 請求項１〜６のいずれか１つの請求項に記載のレーザーであって、
   前記反射器は、前記レーザーからの光出力のために設けられた出力反射器であり、
   前記受動領域あるいは１つの受動領域が、前記光利得領域と前記出力反射器の間に位置しているレーザー。
8. 請求項１〜３のいずれか１つの請求項に記載のレーザーであって、
   前記光導波路は、前記第１、第２の反射器に挟まれた光位相制御領域を有しており、
   前記受動領域あるいは１つの受動領域が、前記光利得領域と前記光位相制御領域の間に位置しているレーザー。
9. 請求項１〜８のいずれか１つの請求項に記載のレーザーであって、
   前記受動領域あるいは１つの受動領域が、少なくとも１５０μｍの長さを有しているレーザー。
10. 請求項１〜９のいずれか１つの請求項に記載のレーザーであって、
    前記受動領域あるいは１つの受動領域が、少なくとも２００μｍの長さを有しているレーザー。
11. 請求項１〜１０のいずれか１つの請求項に記載のレーザーであって、
    前記受動領域あるいは１つの受動領域が、少なくとも４００μｍの長さを有しているレーザー。
12. 請求項１〜３のいずれか１つの請求項に記載のレーザーであって、
    光位相制御領域を含んでおり、
    前記第１の反射器は、反射ピークの光コムを生成するのに適した分布ブラッグ反射器であり、
    前記第２の反射器は、複数の波長の反射に適した調整可能な第２の分布ブラッグ反射器であり、
    前記第１の分布ブラッグ反射器の１つもしくは複数の反射ピークの波長が、前記第１、第２の各分布ブラッグ反射器が調整される前の前記第２の分布ブラッグ反射器の１つもしくは複数の波長と実質的に一致し、
    それにより、前記第２の分布ブラッグ反射器は、該第２の分布ブラッグ反射器の１つもしくは複数のセグメントを個別に調整し、第２の分布ブラッグ反射器のさらに他のセグメントをより低波長で反射させるように調整することができ、低波長での反射率を増強することができ、この低波長は、第１の分布ブラッグ反射器のピークと本質的に一致し、それにより、前記レーザーがより低波長でレーザー光線を発することができるようにしたレーザー。
13. 共通の光出力に光学的に接続された請求項１〜１２のいずれか１つの請求項に記載の複数のレーザーを含む、モノリシック集積された波長可変半導体レーザーアレイ。
14. 請求項１〜１３のいずれか１つの請求項に記載のモノリシック集積された波長可変半導体レーザーもしくは該レーザーのアレイと、前記レーザーもしくは前記レーザーアレイの動作を制御する制御電子回路を含む光発信器モジュール。
15. 請求項１４に記載のモジュールであって、
    前記レーザーもしくは前記レーザーアレイからの光出力の波長をサンプリングし、かつ前記レーザーもしくは前記レーザーアレイの前記制御電極に電気的なフィードバックを行う制御ループを含むモジュール。

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