JPH09129955A - オプトエレクトロニクスデバイス - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 導かれたモードの望ましくない内部の後方反
射ができるだけ阻止されるような、同方向のモード結合
を持つオプトエレクトロニクデバイスを提供する。 【解決手段】 オプトエレクトロニクスデバイスにおい
て、２つの導波路膜ＷＧ１、ＷＧ２と周期的にパターン
化された膜Δｎとが設けられ、これらは互いに平行に配
置されかつその導波路膜内を導かれたモード間に同方向
の結合が生ずるように設計され、このモードの導波にと
って重要な有効屈折率の実部での前記結合のために必要
ではない従って望ましくない跳びは、この周期的にパタ
ーン化された膜又は別の膜内に、膜平面に対する横方向
又は縦方向の寸法又は材料組成の連続的又は多段状変化
がモードの伝播方向に生ずるようにすることによって回
避される。
射ができるだけ阻止されるような、同方向のモード結合
を持つオプトエレクトロニクデバイスを提供する。 【解決手段】 オプトエレクトロニクスデバイスにおい
て、２つの導波路膜ＷＧ１、ＷＧ２と周期的にパターン
化された膜Δｎとが設けられ、これらは互いに平行に配
置されかつその導波路膜内を導かれたモード間に同方向
の結合が生ずるように設計され、このモードの導波にと
って重要な有効屈折率の実部での前記結合のために必要
ではない従って望ましくない跳びは、この周期的にパタ
ーン化された膜又は別の膜内に、膜平面に対する横方向
又は縦方向の寸法又は材料組成の連続的又は多段状変化
がモードの伝播方向に生ずるようにすることによって回
避される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、同方向のモード結
合を持つオプトエレクトロニクスデバイスに関する。
合を持つオプトエレクトロニクスデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】大きな同調範囲、すなわち波長の約１％
より大きい同調範囲を持つ電子的に同調可能な集積レー
ザダイオードは、光通信技術における多くの用途にとっ
て重要な構成要素である。この種のレーザダイオードの
従来公知のものでは同方向のモード結合を持つレーザダ
イオードが有利である。というのはこのレーザダイオー
ドは単一の同調電流しか必要としないからである。この
種のレーザダイオードは例えば刊行物「アプライド・フ
ィジクス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．）」に掲載されたキム（Ｉ．Ｋｉｍ）等著の論文
「Ｂｒｏａｄｌｙ ｔｕｎａｂｌｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ
−ｃｏｕｐｌｅｒ ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｔｅｎｓｉｌｅ
ｓｔｒａｉｎｅｄ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ ｍ
ｕｌｔｉｐｌｅｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ ｌａｓｅ
ｒ」（１９９４年発行、第６４巻、第２７６４頁〜第２
７６６頁参照）、及び、刊行物「エレクトリット・レタ
ーズ（Ｅｌｅｃｔｒ．Ｌｅｔｔ．）」に掲載されたアマ
ン（Ｍ．Ｃ．Ａｍａｎｎ）等著の論文「Ｗｉｄｌｅｙ
Ｔｕｎａｂｌｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｏｒｗａ
ｒｄＣｏｕｐｌｅｄ（ＤＦＣ） Ｌａｓｅｒ」（１９９
３年発行、第２９巻、第７９３頁〜第７９４頁参照）に
記載されている。
より大きい同調範囲を持つ電子的に同調可能な集積レー
ザダイオードは、光通信技術における多くの用途にとっ
て重要な構成要素である。この種のレーザダイオードの
従来公知のものでは同方向のモード結合を持つレーザダ
イオードが有利である。というのはこのレーザダイオー
ドは単一の同調電流しか必要としないからである。この
種のレーザダイオードは例えば刊行物「アプライド・フ
ィジクス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．）」に掲載されたキム（Ｉ．Ｋｉｍ）等著の論文
「Ｂｒｏａｄｌｙ ｔｕｎａｂｌｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ
−ｃｏｕｐｌｅｒ ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｔｅｎｓｉｌｅ
ｓｔｒａｉｎｅｄ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ ｍ
ｕｌｔｉｐｌｅｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ ｌａｓｅ
ｒ」（１９９４年発行、第６４巻、第２７６４頁〜第２
７６６頁参照）、及び、刊行物「エレクトリット・レタ
ーズ（Ｅｌｅｃｔｒ．Ｌｅｔｔ．）」に掲載されたアマ
ン（Ｍ．Ｃ．Ａｍａｎｎ）等著の論文「Ｗｉｄｌｅｙ
Ｔｕｎａｂｌｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｏｒｗａ
ｒｄＣｏｕｐｌｅｄ（ＤＦＣ） Ｌａｓｅｒ」（１９９
３年発行、第２９巻、第７９３頁〜第７９４頁参照）に
記載されている。
【０００３】同方向のモード結合の場合、同じ方向に走
行する２つの波もしくは横モードが格子を介して相互に
結合される。この結合は波長選択的でありかつ電流又は
電圧同調可能であり、それゆえ同調電流もしくは同調電
圧に依存して、等距離波長区間内に配置された縦レーザ
モードを個々に発振上げすることができる。しかしなが
ら、格子構造によってレーザ共振器内にもたらされる周
期的な不均質性に起因して、さらに、擾乱的な後方反射
（逆方向の結合）が生ずる。波長及び位相位置に応じて
各縦モードではこれによって構築的又は破壊的な干渉が
様々に生ずる。これから得られる結果として、及び同方
向のモード結合の比較的弱い波長選択性のために、大抵
は、可能な全ての縦レーザモードを個々に選択すること
ができず、それゆえ実際上同調範囲内の僅かな個数の離
散的波長しか利用できない。フィルタ特性及びスペクト
ル分布はこの種のレーザに対しては従来では内部の後方
反射を考慮することなく検査されていた。それによっ
て、理論的に算出可能なモード選択、及び多数の縦モー
ドに対する側波帯抑制は従来では達成可能ではなかった
（上記引用刊行物参照）。
行する２つの波もしくは横モードが格子を介して相互に
結合される。この結合は波長選択的でありかつ電流又は
電圧同調可能であり、それゆえ同調電流もしくは同調電
圧に依存して、等距離波長区間内に配置された縦レーザ
モードを個々に発振上げすることができる。しかしなが
ら、格子構造によってレーザ共振器内にもたらされる周
期的な不均質性に起因して、さらに、擾乱的な後方反射
（逆方向の結合）が生ずる。波長及び位相位置に応じて
各縦モードではこれによって構築的又は破壊的な干渉が
様々に生ずる。これから得られる結果として、及び同方
向のモード結合の比較的弱い波長選択性のために、大抵
は、可能な全ての縦レーザモードを個々に選択すること
ができず、それゆえ実際上同調範囲内の僅かな個数の離
散的波長しか利用できない。フィルタ特性及びスペクト
ル分布はこの種のレーザに対しては従来では内部の後方
反射を考慮することなく検査されていた。それによっ
て、理論的に算出可能なモード選択、及び多数の縦モー
ドに対する側波帯抑制は従来では達成可能ではなかった
（上記引用刊行物参照）。
【０００４】ヨーロッパ特許出願公開第０５５２３９０
号公報には、同方向のモード結合が周期的に中断され２
つの導波路膜に対して平行に配置された吸収体膜によっ
て生ぜしめられる同調可能なレーザダイオードが記載さ
れている。この吸収体膜の個々のセクションの縦方向境
界では導波路膜内の有効屈折率の実部に跳びがそれぞれ
発生する。従って、内部の後方反射はこのレーザダイオ
ードの場合周期的な間隔で発生する。
号公報には、同方向のモード結合が周期的に中断され２
つの導波路膜に対して平行に配置された吸収体膜によっ
て生ぜしめられる同調可能なレーザダイオードが記載さ
れている。この吸収体膜の個々のセクションの縦方向境
界では導波路膜内の有効屈折率の実部に跳びがそれぞれ
発生する。従って、内部の後方反射はこのレーザダイオ
ードの場合周期的な間隔で発生する。
【０００５】ヨーロッパ特許出願公開第０４１１８１６
号公報には縦方向に縮小された導波路テーパーの製造方
法が記載されている。導波路は中間にＩｎＰエッチング
ストップ膜を有する多数のＩｎＧａＡｓＰ膜によって形
成される。テーパーはこの膜構造体の段状エッチングに
よって作られる。
号公報には縦方向に縮小された導波路テーパーの製造方
法が記載されている。導波路は中間にＩｎＰエッチング
ストップ膜を有する多数のＩｎＧａＡｓＰ膜によって形
成される。テーパーはこの膜構造体の段状エッチングに
よって作られる。
【０００６】利得結合形格子構造を有するレーザダイオ
ードは例えば米国特許第５２０８８２４号明細書、ドイ
ツ連邦共和国特許出願公開第４４２９５８６号公報、米
国特許第５４５２３１８号、第５１４３８６号及び第５
０９３８３５号明細書、刊行物「アイ・イー・イー・イ
ー・フオトニクス・テクノロジー・レターズ（ＩＥＥＥ
Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ）」に掲載されたラスト（Ａ．Ｒａｓｔ）等著
「Ｇａｉｎ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｓｔｒａｉｎｅｄ Ｌａ
ｙｅｒ ＭＱＷ−ＤＦＢ Ｌａｓｅｒｓ ｗｉｔｈ ａ
ｎ Ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ
Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ λ
＝１．５５μｍ」（１９９５年発行、第７巻、第８３０
頁〜第８３２頁参照）に記載されている。
ードは例えば米国特許第５２０８８２４号明細書、ドイ
ツ連邦共和国特許出願公開第４４２９５８６号公報、米
国特許第５４５２３１８号、第５１４３８６号及び第５
０９３８３５号明細書、刊行物「アイ・イー・イー・イ
ー・フオトニクス・テクノロジー・レターズ（ＩＥＥＥ
Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ）」に掲載されたラスト（Ａ．Ｒａｓｔ）等著
「Ｇａｉｎ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｓｔｒａｉｎｅｄ Ｌａ
ｙｅｒ ＭＱＷ−ＤＦＢ Ｌａｓｅｒｓ ｗｉｔｈ ａ
ｎ Ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ
Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ λ
＝１．５５μｍ」（１９９５年発行、第７巻、第８３０
頁〜第８３２頁参照）に記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、導か
れたモードの望ましくない内部の後方反射ができるだけ
阻止されるような、同方向のモード結合を有するオプト
エレクトロニクスデバイスを提供することにある。
れたモードの望ましくない内部の後方反射ができるだけ
阻止されるような、同方向のモード結合を有するオプト
エレクトロニクスデバイスを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によれ
ば、２つの導波路膜と周期的にパターン化された膜とが
設けられ、これらは互いに平行に配置されかつその導波
路膜内を導かれたモード間に同方向の結合が生ずるよう
に設計され、このモードの導波にとって重要な有効屈折
率の実部での前記結合のために必要ではない従って望ま
しくない跳びは、この周期的にパターン化された膜又は
別の膜内に、膜平面に対する横方向又は縦方向の寸法又
は材料組成の連続的又は多段状変化がモードの伝播方向
に生ずるようにすることによって回避されることにより
解決される。
ば、２つの導波路膜と周期的にパターン化された膜とが
設けられ、これらは互いに平行に配置されかつその導波
路膜内を導かれたモード間に同方向の結合が生ずるよう
に設計され、このモードの導波にとって重要な有効屈折
率の実部での前記結合のために必要ではない従って望ま
しくない跳びは、この周期的にパターン化された膜又は
別の膜内に、膜平面に対する横方向又は縦方向の寸法又
は材料組成の連続的又は多段状変化がモードの伝播方向
に生ずるようにすることによって回避されることにより
解決される。
【０００９】本発明の有利な実施態様は請求項２以降に
記載されている。
記載されている。
【００１０】本発明は、同方向のモード結合を持つ従来
のデバイスにおいて屈折率の跳びが発生する個所ではこ
の跳びの原因である膜又は膜構造体にテーパー状縮小
部、すなわち側方又は縦方向寸法の徐々の変化、又は半
導体混晶の組成遷移が生ずるようにすることによって問
題を解決している。このような本発明による措置を講ず
ることによって、屈折率での跳びは連続的又は少なくと
も多段状遷移に替えられる。この連続的遷移部の全長に
亘って部分的に反射された波は破壊的に干渉し、それゆ
え反射が発生しないか又は僅かしか発生しない。それに
対して、順方向での同方向結合は僅かしか影響しない。
結合を生ぜしめる格子内でのモードの伝播方向に連続す
る種々の材料の間の境界において、この領域の横方向寸
法の徐々の増大は、例えば、格子内のこの境界がモード
の伝播方向に対して直角に配置されるのではなくむしろ
モードの伝播方向に対して斜めに配置されることによっ
て達成することができる。このようにして導波路方向に
テーパー状に縮小された格子膜のパターン化が得られ
る。周期的な吸収体膜の場合、例えば、モードの伝播方
向に交差するように延びるこの吸収体膜のセクションの
各境界又は境界面はこのセクションのテーパーを形成す
る。波形溝付け又は周期的な厚み変動によって連続膜に
形成された格子の場合、本発明によれば、伝播方向にお
ける有効屈折率の実部の跳びが望ましくない場合、この
波形溝付け又は別種の周期的なパターン化はモードの伝
播方向に対して斜めに向けられる。結合が有効屈折率の
実部の周期的な変化によって行われる場合、テーパー状
拡大又は縮小は例えばモードの伝播方向において格子膜
の前側縁部及び後側縁部のみに施される。これらの縁部
は例えばモードの伝播方向に対して斜めに延び、一方格
子自体は従来の方法でパターン化される。別の例では、
屈折率の連続的変化を当該膜のために使用された四元又
は三元半導体材料の半導体混晶の組成の徐々の変化によ
って生ぜしめることができる。
のデバイスにおいて屈折率の跳びが発生する個所ではこ
の跳びの原因である膜又は膜構造体にテーパー状縮小
部、すなわち側方又は縦方向寸法の徐々の変化、又は半
導体混晶の組成遷移が生ずるようにすることによって問
題を解決している。このような本発明による措置を講ず
ることによって、屈折率での跳びは連続的又は少なくと
も多段状遷移に替えられる。この連続的遷移部の全長に
亘って部分的に反射された波は破壊的に干渉し、それゆ
え反射が発生しないか又は僅かしか発生しない。それに
対して、順方向での同方向結合は僅かしか影響しない。
結合を生ぜしめる格子内でのモードの伝播方向に連続す
る種々の材料の間の境界において、この領域の横方向寸
法の徐々の増大は、例えば、格子内のこの境界がモード
の伝播方向に対して直角に配置されるのではなくむしろ
モードの伝播方向に対して斜めに配置されることによっ
て達成することができる。このようにして導波路方向に
テーパー状に縮小された格子膜のパターン化が得られ
る。周期的な吸収体膜の場合、例えば、モードの伝播方
向に交差するように延びるこの吸収体膜のセクションの
各境界又は境界面はこのセクションのテーパーを形成す
る。波形溝付け又は周期的な厚み変動によって連続膜に
形成された格子の場合、本発明によれば、伝播方向にお
ける有効屈折率の実部の跳びが望ましくない場合、この
波形溝付け又は別種の周期的なパターン化はモードの伝
播方向に対して斜めに向けられる。結合が有効屈折率の
実部の周期的な変化によって行われる場合、テーパー状
拡大又は縮小は例えばモードの伝播方向において格子膜
の前側縁部及び後側縁部のみに施される。これらの縁部
は例えばモードの伝播方向に対して斜めに延び、一方格
子自体は従来の方法でパターン化される。別の例では、
屈折率の連続的変化を当該膜のために使用された四元又
は三元半導体材料の半導体混晶の組成の徐々の変化によ
って生ぜしめることができる。
【００１１】
【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。
説明する。
【００１２】図１は２つの導波路膜ＷＧ１、ＷＧ２と、
同方向の結合を生ぜしめる周期的にパターン化された膜
Δｎとを持つ一般的な装置を示す。図１ａには側面図、
図１ｂには図１ａに記載された座標方向においてｘ方向
から見た図が示されている。周期的にパターン化された
膜（フィルタ膜又は吸収体膜）の作用として屈折率を周
期的に変えることによって、導波路膜ＷＧ１、ＷＧ２内
を導かれた２つのモードは、周期Λと両モードの有効屈
折率の実部の差との積に等しい波長の場合に結合する。
周期的にパターン化された膜の個々のセクションΔｎ
（図１ａ参照）の境界では、図１ｂに示された本発明に
よる措置が施されていないと、モードの伝播（ｐｒｏｐ
ａｇａｔｉｏｎ）が図のｚ軸の方向に行われる場合、有
効屈折率に望ましくない跳びが発生する。少なくとも
０．１μｍの製造公差のために、この跳び個所での種々
の反射は統計的に分散した位相差を示し、それゆえたま
たま分散した構築的又は破壊的な干渉のために縦モード
の一部分を利用できない。そこで、本発明によれば、図
１ｂに示されているように、膜Δｎの部分の境界は斜め
に切られるか又は尖らせられ（テーパー付け）、それに
より導波路の長手方向において膜Δｎのこの部分は横方
向に徐々に広がるか又は狭くなり、このようにして導波
路膜内には有効屈折率の実部の連続的変化が生ぜしめら
れる。
同方向の結合を生ぜしめる周期的にパターン化された膜
Δｎとを持つ一般的な装置を示す。図１ａには側面図、
図１ｂには図１ａに記載された座標方向においてｘ方向
から見た図が示されている。周期的にパターン化された
膜（フィルタ膜又は吸収体膜）の作用として屈折率を周
期的に変えることによって、導波路膜ＷＧ１、ＷＧ２内
を導かれた２つのモードは、周期Λと両モードの有効屈
折率の実部の差との積に等しい波長の場合に結合する。
周期的にパターン化された膜の個々のセクションΔｎ
（図１ａ参照）の境界では、図１ｂに示された本発明に
よる措置が施されていないと、モードの伝播（ｐｒｏｐ
ａｇａｔｉｏｎ）が図のｚ軸の方向に行われる場合、有
効屈折率に望ましくない跳びが発生する。少なくとも
０．１μｍの製造公差のために、この跳び個所での種々
の反射は統計的に分散した位相差を示し、それゆえたま
たま分散した構築的又は破壊的な干渉のために縦モード
の一部分を利用できない。そこで、本発明によれば、図
１ｂに示されているように、膜Δｎの部分の境界は斜め
に切られるか又は尖らせられ（テーパー付け）、それに
より導波路の長手方向において膜Δｎのこの部分は横方
向に徐々に広がるか又は狭くなり、このようにして導波
路膜内には有効屈折率の実部の連続的変化が生ぜしめら
れる。
【００１３】図１ｂの一部分が図２に示されている。モ
ードは図のｚ軸の方向へ伝播する。右側には周期的にパ
ターン化された膜Δｎの一部が記載されており、その縁
部は膜平面において導波路の長手方向に対する垂直線と
角度φを形成している。このようにして、有効屈折率の
実部が連続的に変化させられるような波長Δｚが生ず
る。膜Δｎの幅はこの実施形態の場合導波路膜ＷＧ１、
ＷＧ２の幅Ｗに一致している。図２の左側には同方向に
結合されたモードＲ、Ｓの場の強さの振幅が記載されて
いる。全反射はこの装置の場合区間Δｚに沿った積分と
して生ずる。有効屈折率ｎz 及び波数ｋ0 ＝２π／λ0
を持つ１つのモードの発生した位相差２ｋ0 ｎz Δｚが
２πより大きい場合、積分計算の際に強い破壊的な干渉
によって反射成分が消去される。しかしながら他方で
は、屈折率が連続的に遷移すると同方向の結合も減少す
る。何れにしてもこの影響は約２桁小さい。というのは
この場合、個々の横モードＲ又はＳの走行時間もしくは
位相位置が重要ではなく、むしろ路程区間Δｚを通過す
る際のモードの走行時間差もしくは位相差が問題である
からである。従って、一方では反射の破壊的な干渉及び
全反射の減少が発生するが、他方ではしかしながら同方
向のモード結合がまだ感じられる程阻害されないような
Δｚの大きな値範囲が存在する。Δｚの可能な値は、横
モードＲ、Ｓの平均有効屈折率によって割られる真空中
のレーザの１／２波長と、モードの有効屈折率の差によ
って割られる真空中のレーザの１／４波長との間の範囲
にある。一般的な値は例えば真空波長が１．５５μｍ、
平均有効屈折率が３．３、ＩｎＧａＡｓＰレーザダイオ
ードの場合のモードの有効屈折率の差が０．１である。
それによって、一般的な値として０．２５μｍ〜４μｍ
のΔｚの許容し得るインターバルが得られる。例えば、
導波路条片の幅Ｗが２μｍ、パターン化された膜Δｎの
部分の境界面のテーパー状傾斜の角度φが３０°である
場合、側方導波の強さに応じて１００〜１００００倍の
パワー反射の減少が算出される。このようにはっきり現
れる反射減少によってレーザダイオード特性の重要な改
善が図られる。
ードは図のｚ軸の方向へ伝播する。右側には周期的にパ
ターン化された膜Δｎの一部が記載されており、その縁
部は膜平面において導波路の長手方向に対する垂直線と
角度φを形成している。このようにして、有効屈折率の
実部が連続的に変化させられるような波長Δｚが生ず
る。膜Δｎの幅はこの実施形態の場合導波路膜ＷＧ１、
ＷＧ２の幅Ｗに一致している。図２の左側には同方向に
結合されたモードＲ、Ｓの場の強さの振幅が記載されて
いる。全反射はこの装置の場合区間Δｚに沿った積分と
して生ずる。有効屈折率ｎz 及び波数ｋ0 ＝２π／λ0
を持つ１つのモードの発生した位相差２ｋ0 ｎz Δｚが
２πより大きい場合、積分計算の際に強い破壊的な干渉
によって反射成分が消去される。しかしながら他方で
は、屈折率が連続的に遷移すると同方向の結合も減少す
る。何れにしてもこの影響は約２桁小さい。というのは
この場合、個々の横モードＲ又はＳの走行時間もしくは
位相位置が重要ではなく、むしろ路程区間Δｚを通過す
る際のモードの走行時間差もしくは位相差が問題である
からである。従って、一方では反射の破壊的な干渉及び
全反射の減少が発生するが、他方ではしかしながら同方
向のモード結合がまだ感じられる程阻害されないような
Δｚの大きな値範囲が存在する。Δｚの可能な値は、横
モードＲ、Ｓの平均有効屈折率によって割られる真空中
のレーザの１／２波長と、モードの有効屈折率の差によ
って割られる真空中のレーザの１／４波長との間の範囲
にある。一般的な値は例えば真空波長が１．５５μｍ、
平均有効屈折率が３．３、ＩｎＧａＡｓＰレーザダイオ
ードの場合のモードの有効屈折率の差が０．１である。
それによって、一般的な値として０．２５μｍ〜４μｍ
のΔｚの許容し得るインターバルが得られる。例えば、
導波路条片の幅Ｗが２μｍ、パターン化された膜Δｎの
部分の境界面のテーパー状傾斜の角度φが３０°である
場合、側方導波の強さに応じて１００〜１００００倍の
パワー反射の減少が算出される。このようにはっきり現
れる反射減少によってレーザダイオード特性の重要な改
善が図られる。
【００１４】レーザダイオードとしてのデバイスの可能
な実施形態の例が図３及び図４に示されている。図３の
縦断面図及び図４の横断面図において、導波路膜５、７
は互いに垂直にかつ周期的に中断された吸収体膜４に対
して垂直に配置されている。厚みがここでは実寸通りに
示されていない基板８ａ上には、例えばその基板と同じ
にｐ形にドープされた被覆膜８と、下側導波路膜７と、
中間膜６と、上側導波路膜５と、同様にｐ形にドープさ
れた被覆膜３の上側部分３ａと下側部分３ｂとの間に配
置された吸収体膜４と、必要に応じて接触膜２とが上下
に設けられている。１５ａは横方向の被覆膜１５（図４
参照）の上側部分として示されている接続領域であり、
高いｐ形にドープされている。中間膜６は逆に、すなわ
ちｎ形にドープされている。長さＳの吸収体膜４の部分
はそれに続く長さＴの中断部と共に周期Ｐの周期的なパ
ターンを形成している。接触部１、９、１１は電気的接
続部として使われる。横方向の被覆膜１５はｎ形にドー
プされており、中間膜６と横方向接触部１１との間の導
電結合を、他の中間膜１２と、エッチングストップ膜１
３と、高いｎ形にドープされた接触膜１４とを介して形
成する。レーザ光発生電流Ｉa 及び同調電流Ｉt が同様
に記載されている。図４から、導波路膜５、７及び吸収
体膜４は幅Ｗの埋設された条帯状の構造体を形成してい
ることが分かる。このレーザダイオードは上述したヨー
ロッパ特許出願公開第０５５２３９０号公報に記載され
ているようなＴＴＧ（Ｔｕｎａｂｌｅ Ｔｗｉｎ Ｇｕ
ｉｄｅ）レーザダイオードの構造を有している。吸収体
膜４の各セクションはここでは本発明により図１ｂもし
くは図２と同様に斜めに切られており、それゆえ吸収体
膜４の部分の境界面又は境界は平面図では導波路の長手
方向に対して斜めに延びている。
な実施形態の例が図３及び図４に示されている。図３の
縦断面図及び図４の横断面図において、導波路膜５、７
は互いに垂直にかつ周期的に中断された吸収体膜４に対
して垂直に配置されている。厚みがここでは実寸通りに
示されていない基板８ａ上には、例えばその基板と同じ
にｐ形にドープされた被覆膜８と、下側導波路膜７と、
中間膜６と、上側導波路膜５と、同様にｐ形にドープさ
れた被覆膜３の上側部分３ａと下側部分３ｂとの間に配
置された吸収体膜４と、必要に応じて接触膜２とが上下
に設けられている。１５ａは横方向の被覆膜１５（図４
参照）の上側部分として示されている接続領域であり、
高いｐ形にドープされている。中間膜６は逆に、すなわ
ちｎ形にドープされている。長さＳの吸収体膜４の部分
はそれに続く長さＴの中断部と共に周期Ｐの周期的なパ
ターンを形成している。接触部１、９、１１は電気的接
続部として使われる。横方向の被覆膜１５はｎ形にドー
プされており、中間膜６と横方向接触部１１との間の導
電結合を、他の中間膜１２と、エッチングストップ膜１
３と、高いｎ形にドープされた接触膜１４とを介して形
成する。レーザ光発生電流Ｉa 及び同調電流Ｉt が同様
に記載されている。図４から、導波路膜５、７及び吸収
体膜４は幅Ｗの埋設された条帯状の構造体を形成してい
ることが分かる。このレーザダイオードは上述したヨー
ロッパ特許出願公開第０５５２３９０号公報に記載され
ているようなＴＴＧ（Ｔｕｎａｂｌｅ Ｔｗｉｎ Ｇｕ
ｉｄｅ）レーザダイオードの構造を有している。吸収体
膜４の各セクションはここでは本発明により図１ｂもし
くは図２と同様に斜めに切られており、それゆえ吸収体
膜４の部分の境界面又は境界は平面図では導波路の長手
方向に対して斜めに延びている。
【００１５】結合を生ぜしめる周期的なパターンの縮小
端部の他の例は、図５に示されているように、図５ａの
垂直方向へ膜Δｎのセクションをテーパー状に尖らせた
り又は縮小したりする例である。このような垂直テーパ
ーは例えばドライエッチングによってシャドーマスクを
（エッチングするべき膜に対して間隔を持って）使用し
て角度を時間的に変化させながら作ることができる。別
の例は上述したヨーロッパ特許出願公開第０４１１８１
６号公報に記載されている。図５ｂには、図５ａに示し
たｘ方向に見て、このテーパー（破線）の上限輪郭線が
隠れている膜Δｎの膜部分が示されている。この構成の
場合、すなわち膜Δｎの境界面は、モードの伝播方向に
対して、膜平面に垂直に直角とは異なった角度で向いて
いる。さらにｚ軸（図５ｂ参照）とこの境界面上の法線
とは、膜平面上に垂直に直立する平面への垂直投影が０
°〜１８０°とは異なった角度を形成している。図１の
実施例の場合、膜Δｎの境界面は、モードの伝播方向に
対して、膜平面において直角とは異なった角度で向けら
れている、すなわちｚ軸（図１ｂ参照）とこの境界面上
の法線とは膜平面への垂直投射が９０°ではない角度を
形成している。この場合、テーパー状縮小が横方向にも
また縦方向にも存在するケースが含まれる。すなわち図
１及び図５の実施例は互いに組合わせることができる。
上述の境界面は平坦面である必要はなく、例えば湾曲又
は縁部を丸くされていてもよい。図１ｂの平面図に示さ
れた膜Δｎの部分の境界は図示のように直線である必要
はなく、適当な方法で丸くされるか又は例えばｓ状に波
打っていてもよい。
端部の他の例は、図５に示されているように、図５ａの
垂直方向へ膜Δｎのセクションをテーパー状に尖らせた
り又は縮小したりする例である。このような垂直テーパ
ーは例えばドライエッチングによってシャドーマスクを
（エッチングするべき膜に対して間隔を持って）使用し
て角度を時間的に変化させながら作ることができる。別
の例は上述したヨーロッパ特許出願公開第０４１１８１
６号公報に記載されている。図５ｂには、図５ａに示し
たｘ方向に見て、このテーパー（破線）の上限輪郭線が
隠れている膜Δｎの膜部分が示されている。この構成の
場合、すなわち膜Δｎの境界面は、モードの伝播方向に
対して、膜平面に垂直に直角とは異なった角度で向いて
いる。さらにｚ軸（図５ｂ参照）とこの境界面上の法線
とは、膜平面上に垂直に直立する平面への垂直投影が０
°〜１８０°とは異なった角度を形成している。図１の
実施例の場合、膜Δｎの境界面は、モードの伝播方向に
対して、膜平面において直角とは異なった角度で向けら
れている、すなわちｚ軸（図１ｂ参照）とこの境界面上
の法線とは膜平面への垂直投射が９０°ではない角度を
形成している。この場合、テーパー状縮小が横方向にも
また縦方向にも存在するケースが含まれる。すなわち図
１及び図５の実施例は互いに組合わせることができる。
上述の境界面は平坦面である必要はなく、例えば湾曲又
は縁部を丸くされていてもよい。図１ｂの平面図に示さ
れた膜Δｎの部分の境界は図示のように直線である必要
はなく、適当な方法で丸くされるか又は例えばｓ状に波
打っていてもよい。
【００１６】本発明によるデバイスの他の例は、例えば
図３及び図４の実施例において吸収体膜４もしくはこの
膜を包囲する被覆膜３の材料を構成する半導体材料が、
屈折率の跳びが発生するべきではない個所で、徐々に遷
移するように組成される例である。図３における吸収体
膜４がＩｎＧａＡｓである場合、被覆膜３はＩｎＰであ
るか又は少なくともこの吸収体膜４の部分の間に配置さ
れた成分がＩｎＧａＡｓＰであってよい。半導体混晶の
組成は被覆膜３の材料と吸収体膜４の部分との間に徐々
の遷移が生ずるようにすることができる。半導体材料の
遷移組成の結果、有効屈折率がそれに応じて徐々に変化
する。
図３及び図４の実施例において吸収体膜４もしくはこの
膜を包囲する被覆膜３の材料を構成する半導体材料が、
屈折率の跳びが発生するべきではない個所で、徐々に遷
移するように組成される例である。図３における吸収体
膜４がＩｎＧａＡｓである場合、被覆膜３はＩｎＰであ
るか又は少なくともこの吸収体膜４の部分の間に配置さ
れた成分がＩｎＧａＡｓＰであってよい。半導体混晶の
組成は被覆膜３の材料と吸収体膜４の部分との間に徐々
の遷移が生ずるようにすることができる。半導体材料の
遷移組成の結果、有効屈折率がそれに応じて徐々に変化
する。
【００１７】実現可能な製造方法は混晶を組成する半導
体材料のマスク開口部の幅に依存する異なった成長率を
利用する。マスクの縁部へ向かって広がるスリット状開
口部を有するマスクを使用すると、エピタキシャル成長
時にスリット状開口部の領域に高い成長率が得られる。
この成長率はマスクされていない面の成長率に至るまで
外側に向かって連続的に減少する。縦方向の縮小、及び
マスク開口部の形状に相応する横方向の拡大（テーパ
ー）とは別に、マスク開口部の拡大領域に成長した膜は
半導体混晶の組成遷移を有する。
体材料のマスク開口部の幅に依存する異なった成長率を
利用する。マスクの縁部へ向かって広がるスリット状開
口部を有するマスクを使用すると、エピタキシャル成長
時にスリット状開口部の領域に高い成長率が得られる。
この成長率はマスクされていない面の成長率に至るまで
外側に向かって連続的に減少する。縦方向の縮小、及び
マスク開口部の形状に相応する横方向の拡大（テーパ
ー）とは別に、マスク開口部の拡大領域に成長した膜は
半導体混晶の組成遷移を有する。
【００１８】図５の実施例は、既に述べたように、周期
的にパターン化された膜Δｎが、垂直に上下に配置され
全体で膜Δｎを形成する多数の膜を含むように特殊に形
成することができる。これらの膜は互いに異なった材料
組成を持つことができ、さらに薄いエッチングストップ
膜によって互いに分離されるようにすることができる。
このような多層の膜構造体は、膜Δｎの縮小されたセク
ションの段状エッチングによって導波路の長手方向に生
ずる縦方向寸法の変化が得られることを可能にすると共
に、異なった材料組成を持つ複数の膜を段状に配置する
ことによって屈折率の多段変化が付加的に得られること
を可能にする。図１の実施例のように膜Δｎの横方向寸
法を変えることと、導波路の長手方向の材料組成を変え
ることとを組み合わせることも同様に可能である。
的にパターン化された膜Δｎが、垂直に上下に配置され
全体で膜Δｎを形成する多数の膜を含むように特殊に形
成することができる。これらの膜は互いに異なった材料
組成を持つことができ、さらに薄いエッチングストップ
膜によって互いに分離されるようにすることができる。
このような多層の膜構造体は、膜Δｎの縮小されたセク
ションの段状エッチングによって導波路の長手方向に生
ずる縦方向寸法の変化が得られることを可能にすると共
に、異なった材料組成を持つ複数の膜を段状に配置する
ことによって屈折率の多段変化が付加的に得られること
を可能にする。図１の実施例のように膜Δｎの横方向寸
法を変えることと、導波路の長手方向の材料組成を変え
ることとを組み合わせることも同様に可能である。
【００１９】いくつかの実施例に基づいてここで述べた
原理は、同方向の結合を持つデバイスにおいて、有効屈
折率の不連続変化が回避されるべき全ての個所に適用す
ることができる。このことは例えばデバイスの能動領域
と受動領域との間の移行部に当てはまる。周期的にパタ
ーン化された膜（Δｎ、４）の各部分について上述した
ような構成は、例えば、結合のために設けられた格子の
境界にのみ存在することができる。モードの伝播方向に
存在する格子縁部はその場合例えばこの伝播方向に対し
て斜めに配置される。格子に沿って設けられた所望の屈
折率不連続性はその影響を受けない。この場合も同様
に、格子の横方向限界を従来と同じように行うことが可
能であるが、しかしながら格子とモードの伝播方向に隣
接する半導体材料との間に半導体材料の遷移組成を設け
ることが可能である。
原理は、同方向の結合を持つデバイスにおいて、有効屈
折率の不連続変化が回避されるべき全ての個所に適用す
ることができる。このことは例えばデバイスの能動領域
と受動領域との間の移行部に当てはまる。周期的にパタ
ーン化された膜（Δｎ、４）の各部分について上述した
ような構成は、例えば、結合のために設けられた格子の
境界にのみ存在することができる。モードの伝播方向に
存在する格子縁部はその場合例えばこの伝播方向に対し
て斜めに配置される。格子に沿って設けられた所望の屈
折率不連続性はその影響を受けない。この場合も同様
に、格子の横方向限界を従来と同じように行うことが可
能であるが、しかしながら格子とモードの伝播方向に隣
接する半導体材料との間に半導体材料の遷移組成を設け
ることが可能である。
【００２０】図３の例における吸収体膜４の部分、つま
り導波路膜に沿って有効屈折率の変化を生ぜしめる周期
的にパターン化された膜Δｎ間に、有効屈折率の実部を
なるべく一定に保持する補償膜部分を設けることができ
る。この場合屈折率の連続的整合を図る本発明による手
段は、この補償膜内に、又は場合によっては例えば周期
的にパターン化された膜Δｎに対して垂直に配置された
別の膜内に設けることができる。
り導波路膜に沿って有効屈折率の変化を生ぜしめる周期
的にパターン化された膜Δｎ間に、有効屈折率の実部を
なるべく一定に保持する補償膜部分を設けることができ
る。この場合屈折率の連続的整合を図る本発明による手
段は、この補償膜内に、又は場合によっては例えば周期
的にパターン化された膜Δｎに対して垂直に配置された
別の膜内に設けることができる。
【図１】デバイスの構造にとって重要な構成要素を示す
概略図。
概略図。
【図２】図１の一部分を示す概略図。
【図３】本発明を適用可能な従来のデバイスの縦断面
図。
図。
【図４】図４に示された本発明を適用可能な従来のデバ
イスの横断面図。
イスの横断面図。
【図５】図１に示されたデバイスの他の例を示す概略
図。
図。
ＷＧ１、ＷＧ２ 導波路膜 Δｎ 周期的にパターン化された膜 １ 接触部 ２ 接触膜 ３ 被覆膜 ３ａ 被覆膜３の上側部分 ３ｂ 被覆膜３の下側部分 ４ 吸収体膜 ５、７ 導波路膜 ６ 中間膜 ８ 被覆膜 ８ａ 基板 ９ 接触部 １１ 接触部 １２ 中間膜 １３ エッチングストップ膜 １４ 接触膜 １５ 被覆膜 １５ａ 接続領域
Claims (8)
- 【請求項１】 ２つの導波路膜（ＷＧ１、ＷＧ２）と周
期的にパターン化された膜（Δｎ）とが設けられ、これ
らは互いに平行に配置されかつその導波路膜内を導かれ
たモード間に同方向の結合が生ずるように設計され、こ
のモードの導波にとって重要な有効屈折率の実部での前
記結合のために必要ではない従って望ましくない跳び
は、この周期的にパターン化された膜又は別の膜内に、
膜平面に対する横方向又は縦方向の寸法又は材料組成の
連続的又は多段状変化がモードの伝播方向に生ずるよう
にすることによって回避されることを特徴とするオプト
エレクトロニクスデバイス。 - 【請求項２】 周期的にパターン化された膜又は別の膜
の横方向寸法の連続的変化は、モードの伝播方向に交差
するように延びるこの当該膜の境界面が、この伝播方向
に対して、膜平面において直角とは異なった角度で向け
られることによって生ぜしめられることを特徴とする請
求項１記載のデバイス。 - 【請求項３】 周期的にパターン化された膜又は別の膜
の縦方向寸法の連続的変化は、モードの伝播方向に交差
するように延びるこの当該膜の境界面が、この伝播方向
に対して、膜平面に垂直に直角とは異なった角度で向け
られることによって生ぜしめられることを特徴とする請
求項１記載のデバイス。 - 【請求項４】 周期的にパターン化された膜又は別の膜
は、当該膜の横断面に亘って平均化された材料組成をモ
ードの伝播方向において屈折率の実部の連続的又は多段
状変化に応じて変えることによって屈折率の実部の連続
的又は多段状変化を生ぜしめる少なくとも１つの領域を
有することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の
デバイス。 - 【請求項５】 導波路膜（ＷＧ１、ＷＧ２）は膜平面に
対して垂直にかつ互いに平行に配置され、これらの導波
路膜の間に存在する中間膜によって両導波路膜の各々へ
の別々の電流注入が可能であり、膜平面に対して垂直で
導波路膜に対して平行に、導波路膜の長手方向に周期的
に中断された吸収体膜が配置されていることを特徴とす
る請求項１乃至４の１つに記載のデバイス。 - 【請求項６】 吸収体膜のセクション間の中断部には、
有効屈折率の実部を導波路膜に沿って出来るだけ一定に
保持するために、補償膜のセクションがそれぞれ設けら
れていることを特徴とする請求項５記載のデバイス。 - 【請求項７】 吸収体膜のセクションはモードの伝播方
向において横方向の縮小部又は拡大部（テーパー）を有
することを特徴とする請求項５又は６記載のデバイス。 - 【請求項８】 吸収体膜のセクションは三元半導体材料
であり、補償膜のセクションは四元半導体材料であり、
吸収体膜のセクションと補償膜の隣接するセクションと
の間では、半導体混晶の遷移組成によって、これらのセ
クションの材料間の徐々の遷移が生ぜしめられているこ
とを特徴とする請求項６記載のデバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19538232.3 | 1995-10-13 | ||
| DE19538232A DE19538232A1 (de) | 1995-10-13 | 1995-10-13 | Optoelektronisches Bauelement mit kodirektionaler Modenkopplung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09129955A true JPH09129955A (ja) | 1997-05-16 |
Family
ID=7774822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8285850A Pending JPH09129955A (ja) | 1995-10-13 | 1996-10-09 | オプトエレクトロニクスデバイス |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5784398A (ja) |
| EP (1) | EP0768740B1 (ja) |
| JP (1) | JPH09129955A (ja) |
| DE (2) | DE19538232A1 (ja) |
| TW (1) | TW373359B (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6577658B1 (en) | 1999-09-20 | 2003-06-10 | E20 Corporation, Inc. | Method and apparatus for planar index guided vertical cavity surface emitting lasers |
| NL1015714C2 (nl) * | 2000-07-14 | 2002-01-15 | Dsm Nv | Werkwijze voor het kristalliseren van enantiomeer verrijkt 2-acetylthio-3-fenylpropaanzuur. |
| US6947463B2 (en) * | 2000-10-23 | 2005-09-20 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device for use in a laser module |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH088394B2 (ja) * | 1989-06-30 | 1996-01-29 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| US4932032A (en) * | 1989-08-03 | 1990-06-05 | At&T Bell Laboratories | Tapered semiconductor waveguides |
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