JPH01163705A - 平坦状薄膜導波路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は平坦状薄膜導波路装置に関する。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の課題は、薄膜導波路内を導かれた波の結合と、
この波を平坦状薄膜導波路から出射させることまたはこ
の導波路に入射させることができるような冒頭で述べた
種類の平坦状薄膜導波路装置を提供することにある。

（Ｗ題を解決するための手段〕 この課題は本発明によれば、請求項１の特徴部分に記載
された構成とすることにより解決される。

〔作用および発明の効果〕

本発明による装置において重要なことは、ストラ９ブ導
波路に沿うておよび薄膜導波路内を導かれる波が回折格
子と相互作用をすることである・さらに回折格子は上述
の導かれた波を、ストライプ導波路の延在方向に対して
ほぼ垂直スかつ格子線に対して垂直となりしかも一点に
集束することの出来るビームへ結合する。

本発明の特に優れたを利な構成は請求項２ないし３１に
記載さている。

請求項５に記載の装置は、ストライプ導波路に沿って導
かれる波の強度がストライプ導波路の末端面に向かって
減少し、それにより末端面における導かれた波のエネル
ギーのわずかな出射が導かれた波と上記のビームとの間
のより強い結合を生じるという利点を有する。

請求項６に記載の装置は、請求項４に記載の装置のよう
に、隣接する格子線が異なった間隔を有するような格子
領域を省略することが出来るという利点を存する。隣接
する格子線間が一方の間隔を有する回折格子の機能を特
に良好にするためには、請求項６に記載のミラーにより
がｆｉ膜導波路に形成された静止波場の適切な位相平面
に配設されなければならない。

本発明による装置の品質係数をさらに高めることは、請
求項７に記載の措置を施すことによって達成される。そ
の場合、請求項７に記載のミラーは、ストライプ導波路
内を導かれる波の結合が宥和に制御されるように配置さ
れなければならない。

本発明により複数の共振器からのビームを重畳するため
に、または共振器として作用する本発明による装置の薄
膜導波路から出射する上記ビームへの出射効率を高める
ために、請求項８に記載の措置が施される。請求項８に
記載のミラーによって、このミラーの方向へ薄膜導波路
から出て行くビームは反対方向へ出て行くビームに重な
ることが出来る。

出射効率は請求項９に記載された装置により高められる
。ｉｌ膜導波路内に適当に配置された光学的に高い反射
能力の表面を持つ層により単方向ビームの出射出力をま
とめることができる。

薄膜導波路からこの薄膜導波路面に対して垂直に出て行
くビームを集束させることに関しては、請求項１１ない
し１３に記載された措置を施すことが重要である。特に
このビームを一点に集束させることに関しては、請求項
１３に記載された措置を施すとを利である。

本発明装置のその他の宥和な実施態様は請求項１４ない
し３１に記載されている。

特に宥和なのは請求項２２に記載の装置を好適には請求
項２６に記載のように形成し、特に請求項１４の特徴と
相俟って注入形半導体レーザとして使用し得ることであ
る。

〔実施例〕

次に、本発明を図面に示された実施例に基づいて詳細に
説明する。

図示された全ての装置において、平坦状薄膜導波路は若
干例えば球形状に湾曲しているが、この湾曲は第２図に
示されているだけであり、第１図、第３図および第４図
には示されていない。

方向付けを図るために図においてはカーテシアン座標χ
、ｙ２　ｚが用いられている。

薄膜導波路ＤＦＷは例えば１つの中心導波膜２Ｓと、間
にこの中心導波膜ｚＳが配置されている２つの被覆導波
膜ＭＳ１、ＭＳ２とから構成されている。

中心導波膜ＺＳの屈折率ｎ、は被覆導波膜ＭＳ１、ＭＳ
２の屈折率ｎ１、ｎｆｆ１よりも大きい、従って、中心
導波膜ｚＳおよび被覆導波膜ＭＳ１、ＭＳ２は導波路と
して２方向へ電磁放射または音響放射を行う。

一つの被膜の境界面、例えば被覆導波膜ＭＳＩの外側境
界面はｙ軸に対して平行に延在する多数の条片と溝とを
有している０条片の領域においては、ｙ軸に平行に移動
する１を磁波または音響波の速度は条片の側部よりも低
くなっている。従って、１つの条片とそれに隣接する溝
とはストライプ導波路ＳｔＷとしてｙ方向へｔＴ１１放
射または音響放射を行う、隣接するストライプ導波路Ｓ
ｔＷ間の狭い空間間隔ｄにより制約されて、導かれた波
は部分的に結合することが出来る。

他方の境界面、例えば、中心導波１１１ｚ、ｓと一つの
被膜・例えば被覆導波膜ＭＳ２との間の境界面には、多
数の条片と溝とが設けられており、これらはほぼＸ軸に
対して平行に、従ってストライプ導波路ＳｔＷの延在方
向に対して垂直に延在し、それゆえストライプ導波路Ｓ
ｔＷに沿うて導かれる波に対する一次元の回折格子ＢＧ
１を形成している０回折格子ＢＧＩは隣接する格子線Ｇ
ＬＩ間が一方の間隔ｂｌである内側格子領域Ｂ１を有し
ており、この内側格子多頁域Ｂ１は回折格子ＢＧＩの、
隣接する格子線ＧＬ２間が他方の間隔ｂ８である２つの
格子領域Ｂ２．８３間に配置されている。薄膜導波路内
の格子領域Ｂ２およびＢ３内を導かれる波の波長に関す
る他方の間隔ｂ！は、格子領域Ｓｌ内を導かれる波の波
長に関する一方の間隔ｂ１の約半分の大きさである。内
側格子領域Ｂ１における回折格子ＢＧ１の条片の幅はＳ
ｌで示され、この内側格子領域Ｂ１における溝の幅はｇ
＋で示されている０両外側格子ＳＪＩ域Ｂ２、Ｂ３にお
いては、回折格子ＢＧＩの条片の幅はＳｔで示され、溝
の幅はｇ８で示されている：各格子領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ
３においては、条片の幅Ｓ８、Ｓｔはそれぞれ溝の幅ｇ
＋　−ｇｚに等しい。

次に第１図に示した装置の機能について共振器を例とし
て説明する。その際、ストライプ導波路ＳｔＷに沿って
、従ってｙ軸に沿って導かれた波の波長λは回折格子Ｂ
ＧＩの内側格子領域Ｂ１において隣接する格子線０５１
間の間隔す、と等しいということが前提となる。その場
合、回折格子ＢＧＩの外側格子領域Ｂ２、Ｂ３内を移動
する放射はこの回折格子ＢＧ１の内側格子領域Ｂ１へ帰
還反射される（−火格子）、領域Ｓｌ内を移動する放射
は帰還反射されるとともに、そこから２軸方向へ、従っ
てストライプ導波路ＳｔＷに対して垂直に出射する（二
次格子）、このような特性は多重反射による構造的干渉
の原理に基づいている。

出射したビームの大部分は′ｇｉ膜導波路ＤＦＷを２軸
方向へ、従ってこの薄膜導波路の平面に対して垂直にビ
ームＳｔｒとして出て行く、薄膜導波路ＤＦＷが球形状
に湾曲されているために、ｚ軸方向へ、例えば２軸正方
向へ向かうビームＳｔｒは２軸上の一点Ｐに集束される
。

回折格子を通ってストライプ導波路ＳｔＷから垂直に出
射する放射の一部は導かれた波としてＸ軸に対して平行
に、従ってこのストライプ導波路ＳｔＷの延在方向に対
して垂直にｙ軸方向へ移動する。隣接するストライプ導
波路ＳｔＷを伝導される際に、回折格子ＢＧ１はその内
側格子領域Ｂ１にてパワーをこのストライプ導波路Ｓｔ
Ｗへ結合することができる。ストライプ導波路ＳｔＷの
この結合は、隣接するストライプ導波路ＳｔＷの間隔ｄ
がＸ方向へ移動する波の半波長λの整数倍の大きさであ
る場合には、最大になる。

第１図にはダイヤグラムＤ１〜Ｄ３が示されている。ダ
イヤグラムＤ１における曲線１は中心導波膜ｚＳの内部
におけるＸ軸に沿う強度分布■８（ｘ）を示している。

ダイヤグラムＤ２における曲線２は中心導波膜ｚＳの内
部におけるｙ軸に沿う強度分布■ア　（ｙ）を示してい
る。

ダイヤグラムＤ１における曲線１は結合されたストライ
プ導波路ＳｔＷの基本モードの強度分布１、を示してい
る０曲線１においてはストライプ導波路ＳｔＷの内部で
は最大値が得られ、ストライプ導波路ＳＬＷ間では最少
値が得られる。内側に位置するストライプ導波路ＳｔＷ
から外側に位置するストライプ導波路ＳｔＷへ進むと、
最大値の値は外側に進むにつれて小さくなる。Ｘ軸方向
におけるこのような強度分布は、例えば適切な設計によ
って、結合されたストライプ導波路ＳｔＷ系へ多モード
が伝播されないようにした場合に得られ名。

ダイヤグラムＤ２における曲線２は強度の一つの可能な
縦方向分布！、を示している０回折格子ＢＧＩの中心か
らこの格子の外側格子領域Ｂ２またはＢ３の方向へ進む
と、曲線２において分布■ｙは小さくなる。上述したよ
うに、回折格子ＢＧ１の中心格子領域Ｂ１は薄膜導波路
ＤＦＷからの放射を結合する。このことは曲線２によっ
て与えられた強度分布！ｙの包絡線２１の指数関数的減
少をもたらす０回折格子ＢＣＩの外側格子領域Ｂ２、Ｂ
３においては、放射はこの格子の中心へ帰還反射される
・このことは一般に曲線２の包絡線２１の一層強い指数
関数的減少をもたらす。

ダイヤグラムＤ３における曲線３は薄膜導波路ＤＦＷの
内部における強度の横方向分布Ｉ２を示している。この
曲線３は特に横方向基本モードの強度分布を示している
。

従って、第１図に図示された装置は薄膜導波路の平面ま
たは湾曲面に対してほぼ垂直に向くビームＳｔｒを介し
て効率的なパワー入射および出射を可能にする。

内側格子領域Ｂ１および外側格子領域Ｂ２、Ｂ３を有す
る第１図に示された回折格子ＢＧＩは、隣接する格子線
ＧＬＩ間の間隔す、が薄膜導波路ＤＷＦおよびストライ
プ導波路ＳｔＷ内へ伝播し得る１ｉ磁波または音響波の
波長λと等しいかまたはこの波長λの半分の整数倍（少
くとも２倍）に等しくかつ例えば移相部ＰＳｐの中心で
は隣接する格子線ＧＬＩ間の上記間隔す、の約四分の１
またはこの四分の１の約奇数倍を有するような二次回折
格子内にまとめられる。第２図にはこのような格子ＢＧ
２が示されている。このような格子ＢＧ２によれば、放
出面の拡大、従うて放出されたビームＳｔｒの鮮明なビ
ーム束が得られる。

二次回折格子ＢＧ２を備えた第２図の装置では導波路Ｄ
ＦＷ内を移動するビームの反射と２方向への垂直な出射
を得るためには、この回折格子ＢＧ２は有利には条片の
幅Ｓ、と、二次格子ＢＧ２の格子線ＧＬの間隔す、の約
４分の１に等しい溝の幅ｇ、とを有する。

移相部ＰＳ、によって共振器は二次回折格子ＢＧ２のブ
ラッグ波長に最も近い帰還結合分布で共振することがで
きる。共振器の共振波長が格子ＢＧ２のブラッグ波長に
近いと、強度分布１．（ｘ）（第１図参照）の最大値は
指数関数的に内側から外側に向かって減衰する。この強
度の減衰は垂直な２方向への有効な放射にとって有利で
ある。

共振器の品質係数を高めるために、少くとも一つのスト
ライプ導波路ＳｔＷの少くとも一つの層ＭＳ１、ＺＳ、
ＭＳ２の末端面ＥＦには例えばミラー膜の形態のミラー
Ｓｐｌを設けることが出来る。第３図にはこのようなミ
ラーＳｐｌが設けられており、同様に第１図においては
一部破断されたミラーＳｐｌが示されている。この場合
には、第１図における外側格子領域Ｂ２、Ｂ３を省略す
ることができ、第３図に示されているような回折格子Ｂ
Ｇ３を備えることが出来る。この回折格子ＢＧ３の隣接
する格子線ＧＬＩ間の間隔す、は、同様に、薄膜導波路
ＤＦＷおよびストライプ導波路ＳｔＷ内へ伝播し得る電
磁波または音響波の波長λと少くとも等しい。

回折格子ＢＧ３の機能を特に良好にするために、その格
子線はミラーＳｐｌにより形成された静止波場の適切な
位相平面内に配設されなければならない。

品質係数をより一層高めることは、ストライプ導波路Ｓ
ｔＷのほぼ延在方向すなわちｙ方向に延在する薄膜導波
路ＤＦＷの少くとも一つの店ＭＳ１、ｚＳ、ＭＳ２の側
端面ＳＥ１、ＳＥ２におけるミラーＳｐ２によって得ら
れる。第１図においては側端面ＳＥ２上にミラー膜の形
態のミラーＳｐ２が設けられている。側端面ＳＥ１、Ｓ
Ｅ２は特に一方のストライプ導波路ＳＬＷの！ｉＩ縁又
はその内部に設けることができる。他の側端面ＳＥＩ上
にも同様にこのようなミラーが設けられなければならな
いが、このミラーはしかしながら第１図においては省略
されている。ミラーＳｐ２は、ストライプ導波路ＳｔＷ
の万−生じ得る結合が回折格子ＢＧＩの内側格子領域Ｂ
１または回折格子ＢＧ２、ＢＧ２によって有利な影響を
受けるように配置されなければならない。

集束ビームＳｔｒへの共振器の出射効率を高めるために
、ストライプ導波路ＳｔＷの延在方向に対して垂直でか
つ格子線ＧＬ１、ＧＬ２に対して垂直な一方向、例えば
ｚ軸方向とは反対方向へ薄膜導波路ＤＦＷから出射する
波のビーム路に、この波を反対方向、例えばＺ軸方向へ
反射させてこの方向へ出射した集束ビームＳｔｒに重畳
させるミラーＳｐ３が配設されている。第３図には、同
様にミラー膜によって形成し得るこのようなミラーＳｐ
３が示されている。このようなミラーＳｐ３により、一
つの行に沿ってまたは一平面内に配置された複数の共振
器のビームＳｕｒも本発明により互いに重畳され得る。

これにより特に光波はこれらの共振器内に位相固定的に
結合できる。ミラーＳｐ３は薄膜導波路を支持する基板
の上に設けずに、この基板に若干の間隔をおいて配置す
ると有利である。これにより共振器とミラーＳｐ３との
間にはビームを誘導するためのレンズを配置することも
できる。

ミラー層は例えば金、銀または銅から成る一つまたは複
数の高反射性金属層により、または一つまたは複数の誘
を層から形成できる。このミラー層は薄膜導波路の一部
であっても良い、すなわち薄膜導波路内を導かれる波は
ミラー層と相互作用をする。回折格子はまた直接ミラー
層の境界面へ配置することもできる。この場合にはミラ
ー１ｓｐ３は被覆導波膜ＭＳ２により形成され、格子は
中央ＮｚＳと被膜ＭＳ２の間の境界面に形成される。

第４図に示した装置では薄膜導波路ＤＦＷの外側領域Ｂ
４と８５にストライプ導波路ＳｔＷ４と回折格子ＢＧ４
とが設けられている。薄膜導波路ＤＦＷの内側領域Ｂ６
、Ｂ７にはストライプ導波路ＳｔＷ４と回折格子ＢＧ４
は設けられていない。

ｆＩ膜導波路ＤＦＷにはハツチングを施したＪｉＬＳが
設けられ、これは自然放射または光学的に増幅し得る材
料から成り、接ＭＪＩＩＫ１、Ｋ２およびＫを介して電
流ｉ１、ｉｇを注入する際または適当な波長の光を光学
的に注入する際薄膜導波路へビームを放射する。このビ
ームは回折格子ＢＧ４の格子線ＧＬ４で反射するので、
共振器にレーザ波が発生せしめられる。レーザ光の出射
は格子線Ｃ’　　Ｌ４により薄膜導波路ＤＦＷの平面に
対し垂直な２方向に行われる。領域Ｂ７にはＪｉＬＳは
施されていない−ｔ＠ｌｓの注入、接触ＪｉＫ３、Ｋを
介して電圧の印加、または適当な波長の光の光学的注入
により層の屈折率ｎ２は変化し得るので、薄膜導波路の
領域Ｂ７内を導かれる波の位相の変化は制御できる。屈
折率ｎ、の適当な調整により例えば第２図の移相部ＰＳ
、と同様に４分１波長の位相を持つ共振器が実現可能で
ある。屈折率ｎｊの調整によりビームの特性も調整可能
である。第４図のダイヤグラムＤ４における曲線４は、
中断したストライプ導波路ＤＦＷ４が延在しているｙ軸
に沿っての強度分布１．（いを示している０曲線４１は
曲線４によって与えられる強度分布の包絡線を示す、ス
トライプ導波路ＳｔＷ４の末端面ＥＦは光学基により比
較的わずかに負荷されるので、レーザとして使用される
この装置の出力は比較的大きくなる。ストライプ導波路
ＳｔＷ４または格子ＢＧ４は例えば第１図、第２図、第
３図に示すように内側領域Ｂ６および（または）ＢＹ内
を伝播するかそこにあることができる０層ＬＳは内側領
域Ｂ６に限定することもできる。結合されたストライプ
導波路ＳｔＷ４の系内に第１図の曲線１に関連して述べ
たように高次モードの伝播を抑制する措置が講じられて
も、この措置はＪｉＬＳとストライプ導波路ＳｔＷ４お
よびｆｗ膜導波路ＤＦＷ内を導かれる波との間の相互作
用により乱されることはない。

ＪｉＬＳはストライプ導波路ＳｔＷ４またはこの導波路
間の領域に限定することができる。薄膜導波路ＤＦＷ内
を導かれるビームの反射はストライプ導波路５ＬＷ４の
末端面ＥＦでも行われる。この場合格子は２方向に導か
れる波のビーム出力の垂直方向の出射のために最適化せ
しめられる。

領域Ｂ７は省略することもできる。この場合にはｆ’４
　ＤＩ導波路ＤＦＷの領域Ｂ６内を導かれる波の強度お
よび位相は電流１．．１．により調整できる。

ＭＬＳまたは屈折率ｎ、を持つ暦の電荷キャリアの分布
は接触ＪｉＫ、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３を分布する電荷キャリ
アの注入によるばかりでなく、光学的入射および光学的
ボンピングによっても調整できる。それ故薄膜導波路Ｄ
ＦＷおよびストライプ導波路ＳｔＷＪ内を導かれる波の
強度および位相は光学的入射により調整することができ
る。

第４図の装置では機能の説明のためｙ方向のストライプ
導波路の長さはｙ方向の接触ｊｌＫ１、Ｋ２、Ｋ３の幅
より誇張して示されている。

第４図の装置は結合されたストライプ導波路ＳｔＷ４ま
たはＳｔＷを持つ注入形半導体レーザを実現できるが、
これはストライプ導波路の平面または面に対して垂直方
向の放射によりすぐれている。このため回折格子は、薄
膜導波路内を導か′れる波とビームとの間の出射効率が
できるだけ高くなるように、第１図ないし第４図に説明
したように寸法づけられる。この措置により共振器損失
はモード選択の特別な措置を講じなくても所望の共振器
モードではなく共振器損失の少ない共振器モードで励振
する程度の大きさになる。

最大の出射効率を持つモードでの振動を維持するための
装置の機能を第５図について説明する。

第５図において曲Ｌ’ＡＣは波長の関数としてＪＩＬＳ
の光学的ゲインを示す、線Ｖ、は最大出射効率を持つモ
ードの共振器損失を示す、線ｖｔは最大出射効率を持つ
モードの共振器損失よりも小さい共振器損失を持つスペ
クトル的に次の位置にある共振器モードの共振器損失を
示す、最大出射効率を持つモードでは、第５図に示すよ
うにその共振器損失Ｖ、は光学的ゲインＧにより補償さ
れるので、レーザ振動が励起される。これより小さい共
振器損失を持つモードは光学的ゲインＧが共振器損失ｖ
ｔを補償しない波長領域にある。この共振器モードの励
振は従って助成されない。

第５図に示すモード選択を達成するためには、光学的ゲ
インＧと共振器損失Ｖ＋　、Ｖｔとの間の差がモード毎
に十分に変化できるように、共振器は隣接するモードの
スペクトル間隔ＤＬに対するある程度の最低値を持たな
ければならない、このようなモード間隔は例えば、静止
波場の少くとも一つのストライプ導波路の延在方向への
伝播がストライプ導波路内を導かれる波の３００波長よ
り短い共振器により達成される。このような短い共振器
は例えば、格子を含む境界面を形成する少くとも２つの
材料が著しく異なる光学的定数を持つ有効な格子共振器
により達成される。このような材料の組合せの例として
は半導体・絶縁体、半導体・金属および絶縁体・金属で
ある。この場合絶縁体は空気又は真空によって置き換え
ることもできる。

注入形半導体レーザとして適用するためには、薄膜導波
路ＤＦＷは好適にはダブルヘテロ構造体、薄いポテンシ
ャルウェル層を備えた導波路（ＭＱＷ導波路、刊行物「
アプライド・フィツクス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ　
　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ）」、１９８７年
発行、第５０巻、第２２７頁〜第２２９頁参照、または
、刊行物「ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライ
ド・フイジクス（Ｊａｐａｎｅｓｅ　　Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ　　Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ）」、１９
８７年発行、第２６Ｓ、第Ｌ−１７６頁〜第Ｌ−１７８
頁参照〕、大きな光モード容積を備えた導波路（ＬＯＣ
導波路、刊行物「アプライド・フィツクス・レターズ（
Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ
）」、１９８１年発行、第３８巻、第６５８頁参照〕゛
、または微段階屈折率を備えた導波路（ＧＲＩＮ−３Ｃ
Ｈ導波路、刊行物「アプライド・フィツクス・レターズ
（Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ）」、１９８７年発行、第５０巻、第１７７３頁〜第
１７７５頁参照〕によって構成される０例えば、中心導
波膜ＺＳはＡ　ｊ！　＊　Ｇ　ａ　ｌ−Ｘ　Ａ　Ｓ　％
被覆導波膜ＭＳ１、ＭＳ２はｐまたはｎドープされたＡ
２ｗＧａＩ−１１ＡＳによって構成され、それによって
ダブルヘテロ構造体が得られる。薄膜導波路ＤＦＷは同
様にＧａｓ　　ｌ　ｎＩ−ｕ　Ａｓｖ　ＰＩ−Ｖから成
る暦を有することが出来る。

第４図の領域Ｂ７を持つ装置は、ストライプ導波路を結
合した表面放射注入形半導体レーザにおける位相変調器
として実現される。この用途に対しては薄膜導波路ＤＦ
Ｗは好適にはｐｉｎ構而を面み、中央層は有利には薄い
ポテンシャルウェル層を有している（ｒＭＱＷ導波路、
刊行物「アプライド・フィツクス・レターズ（ＡＰＰｌ
ｌｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ）」１０００
年発行、第４８巻、第９８９頁〜第９９１頁参照）、例
えば中央層ｚＳは低ドープされるかドープされず、被膜
ＭＳ１、ＭＳ２はｐないしｎドープ半導体材料から成る
。

ストライプ導波路ＳＬＷおよびＳｔＷ４は第１図および
第４図に示されているように例えば条片の形態に成形す
ることが出来る。これらの導波路は同様に埋込形感波路
〔埋込式へテロ構造形導波路（Ｂｕｒｒｌｅｄ−Ｈｅｔ
ｅｒｏ−Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）
）または配列を変えたポテンシャルウェル屡を備えた導
波路〔無秩序置換形ポテンシャルウェルを備えた導波路
（Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　　ｗｉｔｈ　　Ｄｌｓｏｒｄｅ
ｒｅｄ　　Ｑｕａｎｔｕｍ　　Ｗｅｌｔｓ）、刊行物「
ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド曇フィジ
クス（Ｊａｐａｎｅｓｅ　　Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｒ　
　ＡｐｐＨｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ）」、１９８６年発
行、第２５巻、第Ｌ−６９０頁〜第Ｌ−６９２頁参照〕
でもよい。

ストライプ導波路は導波路分岐ＣＹジャンクシッン（米
国特許第４２５５７１７号明細書参照）を介して結合す
ることもできる。

格子線は例えば第１図に示すように条片および溝の形態
をとることができる。格子線はまた、例えば適当な材料
例えばケイ素イオンの拡散又は注入により作られる他の
形態をとることもできる。

技術水準について更に指摘すべきことは、上記の刊行物
「アプライド・フイジクス・レターズ」１９８７年、第
５０巻、第２２７頁〜第２２９頁に多重ＡｌＧａＡｓ／
ＧａＡｓポテンシャルウェル層（多重量子ウェル）から
成るレーザ活性層を持つストライプレーザが記載されて
いることである。この装置は回折格子を持つ領域外にス
トライプ導波路を一つだけ持つにすぎないので、有効な
表面放射は得られない。

また刊行物「アプライド・フィジクス・レターズ、１９
８７年、第５０巻、第６５９頁〜第６６１頁には共線結
合されたストライプレーザの表面奈射について報告され
ている。しかしここには側方による結合されたストライ
プ導波路の表面放射は記載されていない。

刊行物「サーフェス・サイエンス（Ｓｕｆａｃｅ　５ｃ
ｉｅｎｃｅ）」１９Ｂ６年、第１６巻、第８４７頁〜第
８５１頁には多重ポテンシャルウェル屓（ｑｕａｎｔｕ
ｍ　ｗａｌｌｓ）と段階付インデックスプｏフィー２．
および分離キャリヤガイドを備えたベテロ構造（ｇｒａ
ｔｅｄ　１ｎｄｅｘ　５ｅｐａｒａｔｅｄ　ｃａｒｒｉ
ｅｒ　ｃｏｎｆｔｎｅｓ＋ｅｎｔ　ｈｅｔｅｒｏｓｔｒ
ｕｃｔｕｒｅ　ＧＲＩＮ−５ＣＨ）が記載されている。

その他の技術水準として挙げられるものは米国特許第４
００６４３２号、同第３９７０９５９号同４７４３０Ｂ
３号明細書、欧州特許出願公開第０２２８０８８号明細
書および日本特許出願公開第６０−１８６０８３号明細
書である。

【図面の簡単な説明】

第１図は格子が隣接する格子線間に異なった間隔を存す
る本発明の一実施例を示す概略斜視図、第２図は回折格
子が隣接する格子線間の固定間隔と移相部とを有しかつ
薄膜導波路が若干湾曲している第１図における切断線■
−■に沿った断面図、第３図は回折格子が隣接する格子
線間の固定間隔を有しかつストライプ導波路の末端面に
ミラーが設けられている第１図における切断線■−Ｈに
沿った断面図、第４図は薄膜導波路の内側領域にストラ
イプ導波路と回折格子が施されておらずかつ導波路がレ
ーザ活性層を有している本発明の別の実施例を示す概略
斜視図、第５図は光学的ゲインと光学的波長との関係を
示すダイアダラムである。 ＤＦＷ・・・薄膜導波路 ＳｔＷ、ＳｔＷ４・・・ストライプ導波路ＢＧ１、ＢＧ
２、ＢＧ２、ＢＧ４・・・回折格子ＺＳ・・・中心導波
膜 ＧＬ１、ＧＬ２、ＧＬ４・・・回折格子Ｂ１、Ｂ２、Ｂ
３、Ｂ４、Ｂ５・・・格子領域Ｓ１％ｇ！・・・条片の
幅 ｇ＋、ｇｔ・・・溝の幅 ｄ・・・隣接するストライプ導波路間の間隔ＳＥ１、Ｓ
Ｅ２・・・薄膜導波路の側端面ＳＰ１、Ｓｐ２、ＳＦ３
・・・ミラー ＳＬｒ・・・ビーム ＦＩＧ　２ ＦＩＧ　３ 囚ロＧ、÷乙　、Ｇ：こ変更なし） 八Ｐ　　　　ＦＩＧ、４ １＼ １　＼ 口面Ｆノ、−一い一答に変更なし） ＦＩＧ、　５ 波　長 手　続　主甫　正　書（方式） １、事件の表示　　特願昭６３−２４５８３２２、発明
の名称　　平坦状薄膜導波路装置（番地なし） 名　称　シーメンス、アクチェンゲゼルシャフト５、補
正命令の日付　　昭和６３年１２月２０日発送６、補正
の対象　図面（第４．５図） ７、補正の内容　　願書に最初に添付した図面の浄書・
別紙のとおり（内容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）薄膜導波路（ＤＦＷ）に間隔（ｄ）をおいて並んで
   延在する複数のストライプ導波路（ＳｔＷ、ＳｔＷ４）
   から成る構造体と、このストライプ導波路（ＳｔＷ、Ｓ
   ｔＷ４）の延在方向（ｙ方向）に対して交差する方向（
   ｘ方向）に延在する格子線（ＧＬ１、ＧＬ４）を備えた
   回折格子（ＢＧ１、ＢＧ２、ＢＧ３、ＢＧ４）とを形成
   し、隣接する格子線（ＧＬ１、ＧＬ４）間の間隔（ｂ＿
   １、ｂ＿４）は前記薄膜導波路（ＤＦＷ）および前記ス
   トライプ導波路（ＳｔＷ、ＳｔＷ４）内を伝播し得る電
   磁波または音響波の波長（λ）の少くとも半分に等しい
   ことを特徴とする平坦状薄膜導波路装置。 ２）隣接する格子線（ＧＬ１、ＧＬ４）間の間隔（ｂ＿
   １、ｂ＿４）は少くとも波長（λ）に等しいことを特徴
   とする請求項１記載の装置。 ３）ストライプ導波路（ＳｔＷ、ＳｔＷ４）から成る構
   造体と回折格子（ＢＧ１、ＢＧ２、ＢＧ３、ＢＧ４）と
   は互いに重なり合っていることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の装置。 ４）回折格子（ＢＧ１）は隣接する格子線（ＧＬ１）間
   が一方の間隔（ｂ＿１）である内側格子領域（Ｂ１）を
   有し、この内側格子領域（Ｂ１）は前記回折格子（ＢＧ
   １）の、隣接する格子線（ＧＬ２）間が他方の間隔（ｂ
   ＿２）である２つの外側格子領域（Ｂ２、Ｂ３）の間に
   配置され、外側格子領域（Ｂ２、Ｂ３）の薄膜導波路及
   びストライプ導波路内を導かれる波の波長に関する前記
   他方の間隔（ｂ＿２）は前記内側格子領域（Ｂ１）の薄
   膜導波路（ＤＦＷ）およびストライプ導波路（ＳｔＷ）
   内を導かれる波の波長に関する一方の間隔（ｂ＿１）の
   約半分の大きさであることを特徴とする請求項１ないし
   ３の１つに記載の装置。 ５）隣接する格子線（ＧＬ１）間が一方の間隔（ｂ＿１
   ）である回折格子（ＢＧ２）は、前記隣接する格子線（
   ＧＬ１）間の一方の間隔（ｂ＿１）の約四分の一または
   この四分の一の約奇数倍の移相部（ＰＳｐ）を有するこ
   とを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載の装置。 ６）少くとも一つのストライプ導波路（ＳｔＷ、ＳｔＷ
   ４）の少くとも一つの層（ＭＳ１、ｚＳ、ＭＳ２）の末
   端面（ＥＦ）にはミラー（Ｓｐ１）が設けられることを
   特徴とする請求項１ないし５の１つに記載の装置。 ７）ストライプ導波路（ＳｔＷ、ＳｔＷ４）の延在方向
   （ｙ方向）にほぼ延在する薄膜導波路（ＤＦＷ）の少く
   とも一つの層（ＭＳ１、ｚＳ、ＭＳ２）の側端面（ＳＥ
   １、ＳＥ２）にはミラー（Ｓｐ２）が設けられることを
   特徴とする請求項１ないし６の１つに記載の装置。 ８）ストライプ導波路（ＳｔＷ、ＳｔＷ４）の延在方向
   （ｙ方向）に対して垂直でかつ格子線（ＧＬ１、ＧＬ２
   、ＧＬ４）の方向（ｘ方向）に対して垂直な一方向（ｚ
   方向とは反対方向またはｚ方向）へ薄膜導波路（ＤＦＷ
   ）から出射する波のビーム路にミラー（Ｓｐ３）が設け
   られることを特徴とする請求項１ないし７の１つに記載
   の装置。 ９）薄膜導波路（ＤＦＷ）は金属、絶縁体の群から選ば
   れる一つの層（ｚＳ、ＭＳ１、ＭＳ２）を有することを
   特徴とする請求項１ないし８の１つに記載の装置。 １０）格子は金属、絶縁体から選ばれる層（ＭＳ１、Ｍ
   Ｓ２）の境界面の少くとも一部にあることを特徴とする
   請求項１ないし９の１つに記載の装置。 １１）平坦状薄膜導波路（ＤＦＷ）は湾曲していること
   を特徴とする請求項１ないし１０の１つに記載の装置。 １２）薄膜導波路（ＤＦＷ）は二重に湾曲していること
   を特徴とする請求項１１記載の装置。 １３）薄膜導波路（ＤＦＷ）は球形に湾曲していること
   を特徴とする請求項１１記載の装置。 １４）ストライプ導波路（ＳｔＷ、ＳｔＷ４）は、この
   ストライプ導波路（ＳｔＷ、ＳｔＷ４）内をその延在方
   向（ｙ方向）へ導かれた電磁波または音響波が互いに結
   合するような狭い間隔（ｄ）にて並んで延在することを
   特徴とする請求項１ないし１３の１つに記載の装置。 １５）薄膜導波路（ＤＦＷ）はダブルヘテロ構造を有す
   ることを特徴とする請求項１ないし１４の１つに記載の
   装置。 １６）薄膜導波路（ＤＦＷ）はＡｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿
   ｘＡｓまたはＧａ＿ｘＩｎ＿１＿−＿ｘＡｓ＿ｙＰ＿１
   ＿−＿ｙから成る層（ｚＳ）を有することを特徴とする
   請求項１ないし１５の１つに記載の装置。 １７）薄膜導波路（ＤＦＷ）はポテンシャルウェル層を
   有することを特徴とする請求項１ないし１６の１つに記
   載の装置。 １８）ストライプ導波路（ＳｔＷ、ＳｔＷ４）は条片の
   形態に形成されることを特徴とする請求項１ないし１７
   の１つに記載の装置。 １９）ストライプ導波路（ＳｔＷ、ＳｔＷ４）は埋込形
   導波路の形態に形成されることを特徴とする請求項１な
   いし１８の１つに記載の装置。 ２０）ストライプ導波路（ＳｔＷ、ＳｔＷ４）は少なく
   とも部分的に配列を変えられたポテンシャルウェル層を
   有する導波路の形態に形成されることを特徴とする請求
   項１ないし１９の１つに記載の装置。 ２１）回折格子（（ＢＧ１、ＢＧ２、ＢＧ３、ＢＧ４）
   の格子線（ＧＬ１、ＧＬ２、ＧＬ４）は条片および（ま
   たは）この条片により互いに分離された溝によって規定
   され、隣接する格子線（ＧＬ１、ＧＬ２、ＧＬ４）間の
   固定間隔（ｂ＿１、ｂ＿２）を有する領域（Ｂ１、Ｂ２
   、Ｂ３、Ｂ４、ＢＧ５）における条片の幅（ｓ１、ｓ２
   ）および溝の幅（ｇ１、ｇ２）は等しい大きさであり、
   または、隣接する格子線（ＧＬ１、ＧＬ４）間の固定間
   隔（ｂ＿１、ｂ＿２）を有する領域（ＢＧ１、ＢＧ２、
   ＢＧ３）における条片の幅（ｓ＿０）は溝の幅（ｇ＿０
   ）の３倍の大きさであることを特徴とする請求項１ない
   し２０の１つに記載の装置。 ２２）薄膜導波路（ＤＦＷ）は光学的に増幅し得る材料
   （ＬＳ１）を有し、薄膜導波路（ＤＦＷ）に光学的に増
   幅し得る材料内に電荷キャリアを発生するための手段を
   設けることを特徴とする請求項１ないし２１の１つに記
   載の装置。 ２３）薄膜導波路（ＤＦＷ）にｐｉｎ構造とこのｐｉｎ
   構造内の電荷キャリアの分布を制御するための手段を有
   し、導かれる電磁波の伝播は電荷キャリアの分布により
   制御することを特徴とする請求項２２記載の装置。 ２４）少くとも一つのストライプ導波路の延在方向への
   静止波場の伝播がこのストライプ導波路内を導かれる波
   の３００波長より短いことを特徴とする請求項２２また
   は２３記載の装置。 ２５）少くとも一つのストライプ導波路の延在方向の格
   子線がこのストライプ導波路内を導かれる波の３００波
   長以下に拡がっていることを特徴とする請求項１ないし
   ２４の１つに記載の装置。 ２６）ストライプ導波路（ＳｔＷ４）は薄膜導波路（Ｄ
   ＦＷ）の内側領域（Ｂ６）内で中断しているかおよび（
   または）薄膜導波路（ＤＦＷ）の内側領域（Ｂ６、Ｂ７
   ）の外側にある領域（Ｂ４、Ｂ５）内にあることを特徴
   とする請求項２２ないし２５の１つに記載の装置。 ２７）ストライプ導波路（ＳｔＷ４）の延在方向（ｙ方
   向）および格子線（ＧＬ１ないしＧＬ４）の延在方向（
   ｘ方向）に対して垂直な延在方向（ｚ方向またはこの反
   対方向）に放射する注入形半導体レーザとして使用され
   、薄膜導波路（ＤＦＷ）に電磁波が電荷キャリアの注入
   により作られることを特徴とする請求項２２ないし２６
   の１つに記載の装置。 ２８）薄膜導波路（ＤＦＷ）に間隔（ｄ）をおいて並ん
   で延在する複数のストライプ導波路（ＳｔＷ、ＳｔＷ４
   ）から成る構造体を形成し、薄膜導波路（ＤＦＷ）はｐ
   ｉｎ構造と、このｐｉｎ構造内に電荷キャリアの分布を
   制御するための手段とを有し、薄膜導波路（ＤＦＷ）内
   を導かれる電磁波の伝播は電荷キャリアの分布により制
   御されることを特徴とする平坦状薄膜導波路装置。 ２９）ストライプ導波路（ＳｔＷ、ＳｔＷ４）は、その
   延在方向（ｙ方向）に導かれる電磁波が互いに結合され
   るような狭い間隔（ｄ）で並んで延在することを特徴と
   する請求項２８記載の装置。 ３０）薄膜導波路（ＤＦＷ）は光学的に増幅し得る材料
   （ＬＳ１）を有し、薄膜導波路に光学的に増幅し得る材
   料内に電荷キャリアを発生するための手段が設けられる
   ことを特徴とする請求項２８記載の装置。 ３１）薄膜導波路（ＤＦＷ）に、ストライプ導波路（Ｓ
   ｔＷ、ＳｔＷ４）の延在方向（ｙ方向）に対して交差す
   る方向（ｘ方向）に延在する格子線（ＧＬ１、ＧＬ４）
   を形成し、隣接する格子線（ＧＬ１）間の間隔（ｂ＿１
   、ｂ＿４）は前記薄膜導波路（ＤＦＷ）およびストライ
   プ導波路（ＳｔＷ、ＳｔＷ４）内を伝播し得る電磁波の
   波長（λ）の少くとも半分に等しいことを特徴とする請
   求項２８記載の装置。