(57)【要約】      （修正有）【課題】導波路の構造的支えを提供し、スペクトル特性劣化がない状態で迅速かつ効率的にチューニングするチューナブル導波路グレーティングを提供する。【解決手段】空間変調された導波路ブラッグ・グレーティングは、導波路センターから横方向に延びる複数のフィンガー１１９Ａ、１１９Ｂで基板上方に浮いている。フィンガー１１９Ａ、１１９Ｂの位置は、加熱チューニング時、ブラッグ・グレーティングを乱さないようにブラッグ・グレーティングの振幅変調または位相変調の山１１６−１および谷１１６−２の位置と対応している。加熱時に支持フィンガーからの熱流よる準周期的温度変化で、ブラッグ・グレーティングに沿う準周期的な屈折率の変化が生じる。支持フィンガー位置と、変調の山１１６−1および谷１１６−２の位置との対応により、光位相コヒーレンスが維持され、ブラッグ・グレーティングのスペクトルの線形およびフィルタリング特性が保護される。【選択図】図１Ａ
2014017481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板部と、
前記第１の基板部から上方に延びており、間隔を置いて配置された第１および第２の支持バーと、
光を導くための第１の導波路であって、前記第１の導波路が、光軸を有するとともに、前記第１の基板部の上方で前記第１および第２の支持バーによって支えられ、それによって前記第１の基板部と前記第１の導波路との間に第１のギャップができており、前記第１の導波路の実効屈折率が、前記光軸に沿って空間的に変調され、前記第１の導波路によって導かれた前記光の光周波数成分を反射して前記第１の導波路における元の方へ伝播させるためのグレーティングを形成しており、前記実効屈折率の前記空間変調における位相または振幅の少なくとも一方が、前記光軸に沿って変化し、変調の山と谷を形成しており、前記山が、前記光軸に沿って第１の空間周波数で間隔を置いて配置されている、第１の導波路と、
反射する前記光周波数成分の光周波数をチューニングするために前記第１の導波路を加熱するための、前記第１の導波路の上に配置された第１の抵抗ヒータと
を備え、
前記第１の導波路が、前記第１の導波路を貫通して前記第１のギャップの中に延びている開口部からなる第１および第２のアレイを有し、前記第１および前記第２のアレイの開口部が、前記光軸におけるそれぞれの対向する第１および第２の側で前記第１の導波路の前記光軸に沿って延びており、開口部からなる前記第１のアレイが、前記光軸と前記第１の支持バーとの間で延びている導熱フィンガーからなる第１のアレイを画定し、開口部からなる前記第２のアレイが、前記光軸と前記第２の支持バーとの間で延びている導熱フィンガーからなる第２のアレイを画定しており、
前記光軸に沿う前記導熱フィンガーの位置が、前記光軸に沿う前記変調の山および前記変調の谷の位置と対応しており、
それによって、前記第１の抵抗ヒータによって熱が前記第１の導波路に加えられると、前記導熱フィンガーを通る前記第１および前記第２の支持バーへの熱流による、前記光軸に沿う空間的な温度変化によって引き起こされる空間的な屈折率の変化が、前記変調の山および前記変調の谷と空間的に対応する、チューナブル・ブラッグ・グレーティング。
【請求項２】
前記導熱フィンガーの第１および第２のアレイが、前記光軸に沿って第２の空間周波数で配置されており、前記第２の空間周波数が前記第１の空間周波数の整数倍である、請求項１に記載のチューナブル・ブラッグ・グレーティング。
【請求項３】
前記変調の山が、サンプルド・ブラッグ・グレーティングのバーストを含む、請求項１に記載のチューナブル・ブラッグ・グレーティング。
【請求項４】
開口部からなる前記第１および前記第２のアレイにおける前記開口部が、前記光軸に沿う長さをそれぞれ有しており、開口部からなる前記第１および前記第２のアレイのそれぞれの最初および最後の開口部の長さが、開口部からなる前記第１および前記第２のアレイにおける他の開口部の長さより大きい、請求項１に記載のチューナブル・ブラッグ・グレーティング。
【請求項５】
前記第１のギャップが、前記第１の基板部を完全に貫通して延びている、請求項１に記載のチューナブル・ブラッグ・グレーティング。
【請求項６】
前記第１の導波路が、
前記第１および前記第２の支持バーによって支えられている第１の下部クラッド層と、
前記第１の下部クラッド層の上に配置された第１のコア層と、
前記第１のコア層の上に配置された第１の上部クラッド層であって、前記第１の上部クラッド層が、前記光軸に平行に延びている、前記第１の上部クラッド層の上のリッジを有し、前記リッジに沿って前記光を導くためのものである、第１の上部クラッド層と
からなるスタックを含むリッジ導波路を備え、
前記リッジによって導かれる前記光を実質的に前記第１のコア層に閉じ込めるために、前記第１のコア層の屈折率が前記第１の上部クラッド層および前記第１の下部クラッド層の屈折率より高く、
前記第１の抵抗ヒータが、前記第１の上部クラッド層の上に配置されており、
開口部からなる前記第１および前記第２のアレイにおける開口部が、前記リッジにおけるそれぞれの対向する第１および第２の側で前記リッジに沿って延びている、請求項１に記載のチューナブル・ブラッグ・グレーティング。
【請求項７】
前記第１の抵抗ヒータが、前記リッジの頂上で延びている連続的な薄膜のヒータを備え、前記開口部の位置、長さ、および幅が、前記変調の山と谷を含む前記リッジの一部に沿う実質的に均一な温度分布を作り出すように選択されている、請求項６に記載のチューナブル・ブラッグ・グレーティング。
【請求項８】
前記第１の抵抗ヒータが、前記第１および前記第２の複数の導熱フィンガーのうちの少なくとも一部の導熱フィンガーの上部の上に延びている電気的に接続された個別の薄膜ヒータを複数備えている、請求項６に記載のチューナブル・ブラッグ・グレーティング。
【請求項９】
請求項１に記載のチューナブル・ブラッグ・グレーティングと、
前記第１の基板部を備える基板と、
前記第１および第２の支持バーを備え、前記基板によって支えられているスペーサ層と、
前記チューナブル・ブラッグ・グレーティングに光学的に結合しており、前記スペーサ層と機械的、熱的、および電気的に接触して配置されている、前記光を増幅するためのアクティブ導波路と、
前記アクティブ導波路の上に配置され、前記アクティブ導波路に電流を供給するための電極と
を備えるチューナブル・レーザ・ダイオード。
【請求項１０】
前記スペーサ層が、
第１のエッチング停止層と、
前記第１のエッチング停止層の上に配置された第１、第２、および第３の犠牲層を備える犠牲スタックと、
前記犠牲スタックの上に配置された第２のエッチング停止層と
からなるスタックを備え、
前記第１のギャップが、前記第１のエッチング停止層と前記第２のエッチング停止層との間に配置されている、請求項９に記載のチューナブル・レーザ・ダイオード。
【請求項１１】
前記第１および前記第３の犠牲層がＩｎＰを含み、前記第２の犠牲層がＩｎＧａＡｓを含む、請求項１０に記載のチューナブル・レーザ・ダイオード。
【請求項１２】
前記第１および前記第３の犠牲層の少なくとも一方が前記第２の犠牲層より厚い、請求項１１に記載のチューナブル・レーザ・ダイオード。
【請求項１３】
前記第１の導波路が、
前記第１および前記第２の支持バーによって支えられている第１の下部クラッド層、
前記第１の下部クラッド層の上に配置された第１のコア層、および
前記第１のコア層の上に配置された第１の上部クラッド層であって、前記第１の上部クラッド層が、前記光軸に平行に延びている、前記第１の上部クラッド層の上のリッジを有しており、前記リッジに沿って前記光を導くためのものである、第１の上部クラッド層
からなるスタックを含むリッジ導波路を備え、
前記リッジによって導かれる前記光を実質的に前記第１のコア層に閉じ込めるために、前記第１のコア層の屈折率が前記第１の上部クラッド層および前記第１の下部クラッド層の屈折率より高く、
前記第１の抵抗ヒータが、前記第１の上部クラッド層の上に配置されており、開口部からなる前記第１および第２のアレイにおける前記開口部が、前記リッジにおけるそれぞれの対向する第１および第２の側にわたっており、
前記アクティブ導波路が、
前記スペーサ層によって支えられた、前記第１の下部クラッド層を含む第１の導電型層、
前記第１の導電型層によって支えられた、前記第１のコア層を含む接合層、ならびに
前記接合層によって支えられた第２の導電型層であって、前記第２の導電型層が前記第１の上部クラッド層を含み、前記リッジが、前記第１のリッジ導波路と前記アクティブ導波路との間の光学的結合を提供するために前記第１のリッジ導波路および前記アクティブ導波路を通って延びている第２の導電型層からなり、前記アクティブ導波路に電流を供給するために前記第２の導電型層の頂上に前記電極が配置されているスタックを備える、請求項９に記載のチューナブル・レーザ・ダイオード。
【請求項１４】
第２の基板部と、
前記第２の基板部から上方に延びており、間隔を置いて配置された第３および第４の支持バーと、
前記光を導くための第２のリッジ導波路であって、前記第２のリッジ導波路が、前記第２の基板部の上方で前記第３および第４の支持バーによって支えられ、それによって前記第２の基板部と前記第２のリッジ導波路との間に第２のギャップができており、
前記第３および前記第４の支持バーによって支えられた第２の下部クラッド層、
前記第２の下部クラッド層の上に配置された第２のコア層、ならびに
前記第２のコア層の上に配置された第２の上部クラッド層であって、前記リッジが、前記第２のリッジ導波路と前記アクティブ導波路との間の光学的結合を提供するために前記第２のリッジ導波路および前記アクティブ導波路を通って延びている第２の上部クラッド層からなり、
前記リッジによって導かれる前記光を実質的に前記第２のコア層に閉じ込めるために、前記第２のコア層の屈折率が前記第２の上部クラッド層および前記第２の下部クラッド層の屈折率より高いスタックを備えた、第２のリッジ導波路と、
前記第２のリッジ導波路の中を伝播する前記光の光位相をチューニングするために前記第２のリッジ導波路の加熱を行なうための、前記第２の上部クラッド層の上に配置された第２の抵抗ヒータと
を含むチューナブル位相部をさらに備え、
前記第２のリッジ導波路が、前記第２のリッジ導波路を貫通して前記第２のギャップの中に延びている開口部からなる第３および第４のアレイを有し、開口部からなる前記第３および前記第４のアレイにおける前記開口部が、前記リッジにおけるそれぞれの第１および第２の側にわたっており、開口部からなる前記第３のアレイが、前記リッジから前記第３の支持バーに延びている導熱フィンガーの第３のアレイを画定し、開口部からなる前記第４のアレイが、前記リッジから前記第４の支持バーに延びている導熱フィンガーの第４のアレイを画定しており、
前記チューナブル・レーザ・ダイオードの前記基板が、前記第２の基板部を備え、
前記チューナブル・レーザ・ダイオードの前記スペーサ層が、前記第３および前記第４の支持バーを備え、
前記チューナブル・レーザ・ダイオードの前記第１の導電型層が、前記第２の下部クラッド層を備え、
前記チューナブル・レーザ・ダイオードの前記接合層が、前記第２のコア層を備え、
前記チューナブル・レーザ・ダイオードの前記第２の導電型層が、第２の上部クラッド層を備える、請求項１３に記載のチューナブル・レーザ・ダイオード。
【請求項１５】
前記第１および前記第２のリッジ導波路ならびに前記アクティブ導波路が、単一のモノリシック導波路構造体を備える、請求項１４に記載のチューナブル・レーザ・ダイオード。
【請求項１６】
前記第１のギャップが、前記第１の基板部を完全に貫通して延びており、前記第２のギャップが、前記第２の基板部を完全に貫通して延びている、請求項１５に記載のチューナブル・レーザ・ダイオード。
【請求項１７】
請求項１６に記載のチューナブル・レーザ・ダイオードにおける前記第１および前記第２のギャップを作るためのバルクマイクロマシニングの使用。
【請求項１８】
請求項５に記載のチューナブル・ブラッグ・グレーティングにおける前記第１のギャップを作るためのバルクマイクロマシニングの使用。
【請求項１９】
請求項１に記載のチューナブル・ブラッグ・グレーティングにおける前記第１のギャップを作るためのマイクロマシニングの使用。
【請求項２０】
アクティブ導波路を有するレーザ・ダイオードをチューニングするための方法であって、
（ａ）基板、前記基板から上方に延びており、間隔を置いて配置された第１および第２の支持バー、ならびにアクティブ導波路に光学的に結合した第１の導波路を有するチューナブル・ブラッグ・グレーティングを提供するステップであって、前記第１の導波路が、光軸を有し、前記基板の上方で前記第１および前記第２の支持バーによって支えられ、前記基板と前記第１の導波路との間にギャップを形成しており、前記第１の導波路の実効屈折率が前記光軸に沿って空間的に変調され、前記第１の導波路によって導かれた光の光周波数成分を反射して前記第１の導波路における元の方へ伝播させるためのグレーティングを形成しており、前記実効屈折率の前記空間変調における位相または振幅の少なくとも一方が、前記光軸に沿って変化して変調の山と谷を形成しており、前記山が、前記光軸に沿って第１の空間周波数で間隔を置いて配置されている、ステップと、
（ｂ）前記第１の導波路を貫通して前記ギャップの中に延びている開口部からなる第１および第２のアレイを提供するステップであって、開口部からなる前記第１および前記第２のアレイにおける前記開口部が、前記光軸におけるそれぞれの対向する第１および第２の側にわたっており、開口部からなる前記第１のアレイが、前記光軸から前記第１の支持バーに向かって延びている導熱フィンガーからなる第１のアレイを画定し、開口部からなる前記第２のアレイが、前記光軸から前記第２の支持バーに向かって延びている導熱フィンガーからなる第２のアレイを画定しており、ステップ（ｂ）が、前記光軸に沿う前記導熱フィンガーの位置が、前記光軸に沿う前記変調の山および谷の位置と対応するように前記開口部を配置するステップを含む、ステップと、
（ｃ）前記光周波数成分の前記光周波数をチューニングするために前記第１の導波路を加熱するステップであって、これによってレーザ・ダイオードをチューニングする、ステップと
を含む、方法。
【請求項２１】
ステップ（ｂ）が、導熱フィンガーの前記第１および前記第２のアレイが前記光軸に沿って第２の空間周波数で配置されるように前記開口部を配置するステップを含み、前記第２の空間周波数が前記第１の空間周波数の整数倍である、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路およびレーザに関し、より詳細には、レーザにおける光導波路のグレーティングをチューニングするための構造体および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ・ダイオードは、光のオプティカル・フィードバックをもたらすための１対のミラーの間にｐｎ接合部を含んでおり、そのｐｎ接合部に順方向電流が印加されると、そのｐｎ接合部において光が生成されて増幅される。波長のチューナビィリティを提供するために、波長選択性のあるミラーが作られており、少なくとも一方のミラーの反射波の波長はチューニングされる。
【０００３】
導波路レーザ・ダイオードでは、波長選択ミラーとして導波路グレーティングがしばしば用いられる。導波路グレーティングでは、導波路における実効屈折率の周期的変化（periodic perturbation）が作り出され、その周期的な屈折率の変化における空間周波数に対応する波長の光が選択的に反射される。導波路グレーティングは、加熱することによってチューニングすることができ、またｐｎ接合部に形成された導波路グレーティングの場合には、キャリア注入を通じて導波路グレーティングの屈折率全体を変化させる直流電流をｐｎ接合部に供給することによってチューニングすることができる。
【０００４】
電流チューナブルのｐｎ接合導波路グレーティングには欠点がある。直流電流を導波路グレーティングに供給することによって光学的損失が引き起こされる場合があり、このことは、レーザ光の生成効率に悪い影響を及ぼし、またレーザの放射スペクトル線幅を広げる。一般に、熱によってチューニングされるグレーティングにはこれらの欠点がない。しかし、熱チューニングでは、導波路グレーティングの温度を変化させるためにその導波路グレーティングに加えられる相当量の熱が必要になり、このことは、レージングするｐｎ接合部の温度にも影響を及ぼす場合がある。これは、導波路グレーティングが一般に、正常動作中のレーザ・ダイオードの過熱を防ぐために極めて良好に放熱される必要があるレージングするｐｎ接合部と一体に作られているためである。例として、Ｉｓｈｉｉらは、「Ｎａｒｒｏｗ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ  ｕｎｄｅｒ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｔｕｎｉｎｇ  ｉｎ  ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｓｕｐｅｒ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｇｒａｔｉｎｇ（ＳＳＧ）  ＤＢＲ  ｌａｓｅｒｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌ．１、Ｎｏ．２、１９９５年、４０１〜４０７貢の記事において超周期構造グレーティングの分布型ブラッグ反射器レーザを開示しており、このレーザは、ＳＳＧ反射器を熱によってチューニングすることにより、４０ｎｍにわたって熱的にチューニングすることができる。Ｉｓｈｉｉのデバイスでは、十分なチューナビィティを実現するための、ミラーの単位長あたりの熱チューニングの最大電力損失は、１マイクロメートルの長さにつき１．３ｍＷであり、これは、４００マイクロメートルのフロントミラー部分の長さと、６００マイクロメートルのバックミラー部分の長さで使用される場合、１３００ｍＷの極めて高い全電力損失に相当する。チューニング１／ｅ時定数は約１．６ミリ秒であり、これは比較的遅い。
【０００５】
従来技術においては、レージングするｐｎ接合部を有する共通の基板から導波路グレーティングを熱的に切り離すことによって熱チューニングをより効率的に利用するための試みがなされてきた。例として、Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍらは、米国特許第７，８４８，５９９号において、導波路と周囲との間の熱抵抗を増やすために基板の上方で自立している熱的にチューナブルな導波路を開示している。Ｍａｔｓｕｉらは、米国特許第７，７７８，２９５号において、分布型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザを開示しており、このレーザのＤＢＲ部は、ＤＢＲ部と基板との間の熱抵抗を増やすために基板の上方で浮いている。
【０００６】
不利なことには、構造的な追加の支えなしに基板の上方で浮いている導波路は、機械的な損傷を被りやすい。Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍのデバイスでは、浮いている導波路をその導波路の長さ部分に沿って支えるために複数の脚が用いられているが、これらの脚は、非常に複雑な導波路の構造をもたらし、かつ／または、導波路の光学機能を妨げる恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，８４８，５９９号
【特許文献２】米国特許第７，７７８，２９５号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「Ｎａｒｒｏｗ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ  ｕｎｄｅｒ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｔｕｎｉｎｇ  ｉｎ  ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｓｕｐｅｒ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｇｒａｔｉｎｇ（ＳＳＧ）  ＤＢＲ  ｌａｓｅｒｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌ．１、Ｎｏ．２、１９９５年、４０１〜４０７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、導波路に対して十分な構造的支えを提供しつつ、スペクトル特性の劣化が実質的にない状態で迅速かつ効率的にチューニングすることができるチューナブル導波路グレーティングを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、導波路ブラッグ・グレーティングは、導波路のセンターラインから横方向に離れて延びている複数のフィンガー（fingers）によって基板の上方に浮いており、シンプルで容易に製造できる構造をもたらしている。このブラッグ・グレーティングは、グレーティングのないブランク領域によって離されている、周期的に間隔を置いて配置された均一なグレーティングのバーストからなるサンプルド・グレーティング（sampled grating）の形態でもよく、高い空間周波数のグレーティング周期と、低い空間周波数のバースト周期とによって特徴づけられる。より一般には、ブラッグ・グレーティングは、導波路のセンターラインまたは光軸に沿うグレーティングの強度またはグレーティングの位相からなる低い空間変調からなり、変調の山（crests）と谷（valleys）を形成してもよい。この山と谷は、サンプルド・グレーティングのように四角形でもよく、または、形状を変化させた滑らかな波状のものでもよい。
【００１１】
本発明によれば、フィンガーの位置は、グレーティングの熱チューニングの際にブラッグ・グレーティングを乱すことのないように変調の山と谷の位置と対応（coordinate）している。ブラッグ・グレーティングが加熱されると、フィンガーを通って熱が流れ、支持フィンガーを通るグレーティングからの熱流によって生み出される準周期的（quasi-periodic）な温度変化によって、ブラッグ・グレーティングの光軸に沿う準周期的な屈折率の変化が作り出される。支持フィンガーの位置は、グレーティングの変調の山および谷の位置と対応しているため、グレーティングの変調の山どうしの間で光位相コヒーレンスが維持され、それによってブラッグ・グレーティングは加熱によって乱されることがない。そのため、反射バンド形状（reflection bandshape）を実質的に乱すことなく、ブラッグ・グレーティングの滑らかで連続的なチューニングが可能となる。
【００１２】
本発明によれば、
第１の基板部と、
第１の基板部から上方に延びており、間隔を置いて配置された第１および第２の支持バーと、
光をその中に導くための第１の導波路であって、その第１の導波路が、光軸を有するとともに、第１の基板部の上方で第１および第２の支持バーによって支えられ、それによって第１の基板部と第１の導波路との間に第１のギャップができており、
第１の導波路の実効屈折率が、光軸に沿って空間的に変調され、第１の導波路によって導かれた光の光周波数成分を反射して第１の導波路における元の方へ伝播させるためのグレーティングを形成しており、実効屈折率の空間変調における位相または振幅の少なくとも一方が、光軸に沿って変化して、変調の山と谷を形成しており、この山が、光軸に沿って第１の空間周波数で間隔を置いて配置されている、第１の導波路と、
反射する光周波数成分の光周波数をチューニングするために第１の導波路を加熱するための、第１の導波路の上に配置された第１の抵抗ヒータと
を備え、
第１の導波路が、第１の導波路を貫通して第１のギャップの中に延びている開口部からなる第１および第２のアレイを有し、第１および第２のアレイの開口部が、光軸におけるそれぞれの対向する第１および第２の側で第１の導波路の光軸に沿って延びており、開口部からなる第１のアレイが、光軸と第１の支持バーとの間で延びている導熱フィンガーからなる第１のアレイを画定し、開口部からなる第２のアレイが、光軸と第２の支持バーとの間で延びている導熱フィンガーからなる第２のアレイを画定しており、
光軸に沿う導熱フィンガーの位置が、光軸に沿う変調の山および変調の谷の位置と対応しており、
それによって、第１の抵抗ヒータによって熱が第１の導波路に加えられると、導熱フィンガーを通る第１および第２の支持バーへの熱流による、光軸に沿う空間的な温度変化によって引き起こされる空間的な屈折率の変化が、変調の山および変調の谷と空間的に対応する、
チューナブル・ブラッグ・グレーティング（tunable Bragg grating）が提供される。
【００１３】
一実施形態では、光軸に沿う導熱フィンガーの空間周波数は、前記第１の空間周波数の整数倍である。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、
上記のチューナブル・ブラッグ・グレーティングと、
第１の基板部を備える基板と、
第１および第２の支持バーを備え、上記基板によって支えられているスペーサ層と、
チューナブル・ブラッグ・グレーティングに光学的に結合しており、スペーサ層と機械的、熱的、および電気的に接触して配置されている、光を増幅するためのアクティブ導波路と、
アクティブ導波路の上に配置され、アクティブ導波路に電流を供給するための電極と
を備えるチューナブル・レーザ・ダイオードがさらに提供される。
【００１５】
好ましくは、アクティブ導波路と第１の導波路とは、特にシンプルで効率的な構造をもたらす、モノリシックに作られた単一の浅いリッジ導波路を備えている。第１の基板部を完全に貫通して第１のギャップを延ばすために、基板の背面からのバルクマイクロマシニングが用いられてもよい。
【００１６】
本発明のさらに別の態様によれば、アクティブ導波路を有するレーザ・ダイオードをチューニングするための方法であって、
（ａ）基板、その基板から上方に延びており、間隔を置いて配置された第１および第２の支持バー、ならびにアクティブ導波路に光学的に結合した第１の導波路を有するチューナブル・ブラッグ・グレーティングを提供するステップであって、第１の導波路が、光軸を有し、基板の上方で第１および第２の支持バーによって支えられ、基板と第１の導波路との間にギャップを形成しており、第１の導波路の実効屈折率が光軸に沿って空間的に変調され、第１の導波路によって導かれた光の光周波数成分を反射して第１の導波路における元の方へ伝播させるためのグレーティングを形成しており、実効屈折率の空間変調における位相または振幅の少なくとも一方が、光軸に沿って変化して、光軸に沿って第１の空間周波数で間隔を置いて配置された変調の山と谷を形成している、ステップと、
（ｂ）第１の導波路を貫通してギャップの中に延びている開口部からなる第１および第２のアレイを提供するステップであって、開口部からなる第１および第２のアレイにおける開口部が、光軸におけるそれぞれの対向する第１および第２の側にわたっており、開口部からなる第１のアレイが、光軸から第１の支持バーに向かって延びている導熱フィンガーからなる第１のアレイを画定し、開口部からなる第２のアレイが、光軸から第２の支持バーに向かって延びている導熱フィンガーからなる第２のアレイを画定しており、ステップ（ｂ）が、光軸に沿う導熱フィンガーの位置が、光軸に沿う変調の山および谷の位置と対応するように開口部を配置するステップを含む、ステップと、
（ｃ）光周波数成分の光周波数をチューニングするために第１の導波路を加熱するステップであって、これによってレーザ・ダイオードをチューニングする、ステップと
を含む、方法がさらに提供される。
【００１７】
次に、図面と共に例示的実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明のチューナブル・ブラッグ・グレーティングを含む、本発明のサンプルド・グレーティング分布型ブラッグ反射器（ＳＧ−ＤＢＲ）レーザにおける概略上面図である。
【図１Ｂ】グレーティングのバースト変調を示す、対応するブラッグ・グレーティングの実効屈折率のプロットと重ね合わされた図１ＡのＤＢＲの拡大図である。
【図１Ｃ】対応する屈折率のプロットと重ね合わされた、変調度の連続的変化を有するブラッグ・グレーティングの変形の平面図である。
【図２】図２Ａは図１ＡのラインＡ−Ａにおける断面図である。図２Ｂは図１ＡのラインＢ−Ｂにおける断面図である。図２Ｃは図１ＡのラインＣ−Ｃにおける断面図である。
【図３】図３Ａは光増幅器部を備える、図１ＡのＳＧ−ＤＢＲレーザの実施形態における平面断面図である。図３Ｂは光増幅器部を備える、図１ＡのＳＧ−ＤＢＲレーザの実施形態における側面断面図である。
【図４】ブラッグ・グレーティングの表面における温度分布のシミュレーションを示す、均一な上部ヒータを有するチューナブル・ブラッグ・グレーティングの実施形態の３次元図である。
【図５】図５Ａは図４のラインＡ−Ａにおけるチューナブル・ブラッグ・グレーティングの温度分布の断面図である。図５Ｂは図４のラインＢ−Ｂにおけるチューナブル・ブラッグ・グレーティングの温度分布の断面図である。
【図６】図４のチューナブル・ブラッグ・グレーティングにおける導波路温度の長手方向の分布である。
【図７】図４のブラッグ・グレーティングへの熱パルスの印加時における、温度変化の時間プロットのシミュレーションである。
【図８】電気的に接続され、一緒にドライブされる個別のヒータを複数有するチューナブル・ブラッグ・グレーティングの実施形態の３次元図である。
【図９】図９Ａは図８のチューナブル・ブラッグ・グレーティングを含むＳＧ−ＤＢＲレーザである。図９Ｂは図８のチューナブル・ブラッグ・グレーティングにおける抵抗ヒータの接続の一部の概略上面図である。
【図１０】図１０Ａは図１ＡのＳＧ−ＤＢＲレーザの断面図である。図１０Ｂは図１０Ａの拡大断面図である。
【図１１】図１１Ａはバルクマイクロマシニングを用いることによってチューナブル・ブラッグ・グレーティングが基板の上方で浮いている、ＳＧ−ＤＢＲレーザの側面図である。図１１Ｂはバルクマイクロマシニングを用いることによってチューナブル・ブラッグ・グレーティングが基板の上方で浮いている、ＳＧ−ＤＢＲレーザの底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
様々な実施形態および例に関連して本教示が説明されるが、本教示は、そのような実施形態に限定されるようには考えられていない。逆に、本教示は、当業者によって理解される様々な代替形態、変更形態、および均等物を包含する。
【００２０】
図１Ａおよび図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、本発明のＳＧ−ＤＢＲレーザ１２０は、フロントおよびバックのチューナブル・ブラッグ・グレーティング（ＤＢＲ）１００と、ゲイン部１２６と、光位相部１６０とを含んでいる。図示されている実施形態では、ブラッグ・グレーティング１００、ゲイン部１２６、および位相部１６０は、光モード１０８を導くための共通の上部リッジ１１５を有するリッジ導波路構造体からなる部分である。
【００２１】
ブラッグ・グレーティング１００は、第１の基板部１０２と、第１の基板部１０２から上方に延びており、間隔を置いて配置された第１および第２の支持バー１０４と、第１のリッジ導波路１０６と、第１の抵抗ヒータ１１７とを含む。第１のリッジ導波路１０６は、第１の基板部１０２の上の第１および第２の支持バー１０４によって支えられ、第１の基板部１０２と第１のリッジ導波路１０６との間に第１のギャップ１０５を形成している。第１のリッジ導波路１０６は、第１および第２の支持バー１０４によって支えられた下部（bottom）クラッド層１１０と、下部クラッド層１１０の上に配置されたコア層１１２と、コア層１１２の上に配置された上部（top）クラッド層１１４とからなるスタックを含む。上部クラッド層１１４は、上部の上にリッジ１１５を有しており、このリッジ１１５は、リッジ１１５に沿って光モード１０８を導くためのものである。
【００２２】
コア層１１２の屈折率は、リッジ１１５によって導かれる光１０８を実質的にコア層１１２に閉じ込めるために、上部クラッド層１１４および下部クラッド層１１０の屈折率より高い。第１のリッジ導波路１０６の実効屈折率は、空間的に変調されており、第１のリッジ導波路１０６によって導かれた光１０８の光周波数成分１０９を反射して第１のリッジ導波路１０６における元の方へ伝播させるためのグレーティングを形成している。例えば、コア層１１２の屈折率が空間的に変調されていてもよく、または、実効屈折率の空間変調を作り出すためにリッジ１１５が横方向に波形になっていてもよい。実効屈折率の空間変調における位相または振幅の少なくとも一方は、光軸に沿って変化して変調の山１１６−１と変調の谷１１６−２を形成している。例として、グレーティング周期は０．２４マイクロメートルでもよく、サンプルド・グレーティング・バースト（sampled grating burst）（変調の山１１６−１）の長さは３マイクロメートルでもよく、バースト周期、すなわち、隣り合う山１１６−１どうしの間の距離は５０マイクロメートルでもよい。例として、ＤＢＲ１００につき７〜１１個の山１１６−１があってもよい。第１の抵抗ヒータ１１７は、上部クラッド層１１４の上に配置された絶縁用誘電体層（図示せず）の上に配置されている。
【００２３】
第１のリッジ導波路１０６は、第１のリッジ導波路１０６を貫通して第１のギャップ１０５の中に延びている開口部１１８Ａからなる第１のアレイと、第１のリッジ導波路１０６を貫通して第１のギャップ１０５の中に延びている開口部１１８Ｂからなる第２のアレイとを有する。図１Ａに見られるように、開口部１１８Ａおよび開口部１１８Ｂは、リッジ１１５の両側にわたっており、リッジ１１５から第１の支持バー１０４に向かって延びている導熱フィンガー１１９Ａからなる第１のアレイと、リッジ１１５から第２の支持バー１０４に向かって延びている導熱フィンガー１１９Ｂからなる第２のアレイとを画定している。開口部１１８Ａからなる第１のアレイにおける最初と最後の開口部１１８Ｃは、残りの開口部１１８Ａより長いことが好ましい。同様に、開口部１１８Ｂからなる第１のアレイにおける最初と最後の開口部１１８Ｄは、残りの開口部１１８Ｂより長いことが好ましい。長い開口部１１８Ｃおよび１１８Ｄは、第１の抵抗ヒータ１１７によってＤＢＲ１００を加熱する際に、より均一な温度分布を作り出すことに役立つ。最初と最後の開口部１１８Ｃおよび１１８Ｄの長さと幅の両方は、温度の均一性を改善するように調整されてもよい。
【００２４】
次に図１Ｂおよび図１Ｃを参照すると、第１のリッジ導波路１０６は、バースト変調されていてもよく（図１Ｂ）、または滑らかに変調されていてもよく（図１Ｃ）、またはより複雑な方法で変調されていてもよい。この変調は、振幅変調、または位相変調、またはその両方を含むことができる。この変調は周期的であってもよく、または準周期的であってもよい。図１Ｂでは、変調の山１１６−１は、サンプルド・ブラッグ・グレーティング（sampled Bragg grating）のバーストを含んでおり、バースト１１６−１どうしの間の谷１１６−２では変調を実質的に有していない。図１Ｃでは、変調がより滑らかであり、そのため変調の谷１１６−２は、いくらかの屈折率の変調を有している。変調の山１１６−１は、第１のリッジ導波路１０６の光軸１０７に沿って第１の空間周波数ｆ１で間隔を置いて配置されている。図１Ｂおよび図１Ｃに点線１５０で示されているように、光軸１０７に沿う導熱フィンガー１１９Ａの位置は、光軸１０７に沿う変調の山１１６−１および変調の谷１１６−２の位置と対応している。したがって、第１の抵抗ヒータ１１７によって第１のリッジ導波路１０６に熱が加えられる場合、導熱フィンガー１１９Ａおよび１１９Ｂを通る第１および第２の支持バー１０４への熱流による、光軸１０７に沿う空間的な温度変化によって引き起こされる空間的な屈折率の変化は、変調の山１１６−１および変調の谷１１６−２と空間的に対応する。理解しやすいように図１Ｂおよび図１Ｃではフィンガー１１９Ｂは省略されているが、フィンガー１１９Ｂも、変調の山１１６−１および変調の谷１１６−２と対応する。
【００２５】
好ましい実施形態では、リッジ１１５に沿う導熱フィンガー１１９Ａおよび１１９Ｂにおける第２の空間周波数ｆ２は、第１の空間周波数ｆ１の整数倍である。例えば、図１Ｂではｆ２＝２ｆ１であり、図１Ｃでは周波数ｆ１とｆ２は等しい。
【００２６】
再び図１Ａおよび図２Ｃを参照すると、ゲイン部１２６は、第１の基板部１０２と共通の基板であることが好ましい基板１２２と、基板１２２によって支えられているスペーサ層１２４と、光モード１０８を増幅するためのアクティブ導波路１２６と、アクティブ導波路１２６に電流を供給するための第１の電極１３７とを含んでいる。図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃを比較することによって最も良く理解されるように、スペーサ層１２４は、チューナブルＤＢＲ部、すなわちブラッグ・グレーティング１００における第１および第２の支持バー１０４を含んでいる。アクティブ導波路１２６は、チューナブルＤＢＲ部１００に光学的に結合しており、スペーサ層１２４と機械的、熱的、および電気的に接触して配置されている。アクティブ導波路層１２６は、スペーサ層１２４によって支えられ、下部クラッド層１１０と一体に形成された第１の導電型層（conductivity type layer）１３０と、第１の導電型層１３０によって支えられ、コア層１１２と一体に形成された接合層１３２と、接合層１３２によって支えられ、上部クラッド層と一体に形成された第２の導電型層１３４のスタックとを含む。リッジ１１５は、第１のリッジ導波路１０６とアクティブ導波路１２６との間の光学的結合を行なうために、第１のリッジ導波路１０６とアクティブ導波路１２６とを通って延びている。一実施形態では、第１および第２の導電型層１３０および１３４はそれぞれ、ｎ−およびｐ−ドープのＩｎＰ層をそれぞれ含み、接合層１３２はＩｎＧａＡｓＰの量子井戸を含み、スペーサ層１２４はＩｎＧａＡｓの層を含む。
【００２７】
引き続き図１Ａを参照すると、位相部１６０は、ＤＢＲ部１００の構造の変形となっており、屈折率の空間変調を欠いている。この位相部１６０は、第２の基板部１４２と、第１の基板部１４２から上方に延びている第３および第４の支持バー１４４と、第１の基板部１０２の上方の第１および第２の支持バー１０４によって支えられた、光モード１０８を導くための第２のリッジ導波路１４６とを含み、第２の基板部１４２と第２のリッジ導波路１４６との間に第２のギャップ１４５を形成している。第２のリッジ導波路１４６は第１のリッジ導波路１０６と同じスタックを含んでおり、相違点は、第２のリッジ導波路１４６の実効屈折率が空間的に変調されていないことである。第２のリッジ導波路１４６の中を伝播する光モード１０８の光位相をチューニングするために第２のリッジ導波路１４６の加熱を行なうため、上部クラッド層１１４の上部には第２の抵抗ヒータ１５７が配置されている。
【００２８】
動作時には、ゲイン部１２６の中で生成されて導かれる光モード１０８がリッジ１１５に沿って伝播する。導かれる光モード１０８の光周波数成分１０９は、反射して、ゲイン部１２６に向けてリッジ１１５に沿って元の方へ伝播し、それによってレーザ１２０にオプティカル・フィードバックを提供する。反射した光周波数成分１０９は、第１のリッジ導波路１０６における実効屈折率の変調の空間周波数に対応する波長を有する。第１の抵抗ヒータ１１７は、反射する光周波数成分１０９の光周波数をチューニングするために、第１のリッジ導波路１０６に対する加熱を行なう。第１の抵抗ヒータ１１７によって第１のリッジ導波路１０６に熱が加えられると、導熱フィンガー１１９Ａおよび１１９Ｂを通る第１および第２の支持バー１０４への熱流による、リッジ１１５に沿う空間的な温度変化によって引き起こされる空間的な屈折率の変化は、変調の山１１６−１と空間的に対応する。したがって、第１の抵抗ヒータ１１７による加熱は、反射周波数スペクトルの中心周波数を単にチューニングすることを除いて、反射周波数スペクトルを実質的に乱さず、または反射周波数スペクトルを変えない。このことにより、レーザ１２０が光周波数または光波長においてチューニングされる際に帯域幅の変化が低減され得る。
【００２９】
第１のギャップ１０５および第２のギャップ１４５は、キセノン、アルゴン、または窒素などの化学的に不活性なガスで充填されていてもよい。また、第１のギャップ１０５および第２のギャップ１４５は、単一のギャップを形成してもよいが、この構造では、チューナブルＤＢＲ１００と位相部１６０との間の熱クロストークがいくらか増えることになる。このことは、２つの分離したギャップ１０５および１４５が好ましい理由である。ギャップ１０５は、犠牲スペーサ層１２４における横方向の選択的アンダーカットエッチングによって形成されてもよい。ギャップ１４５は、開口部１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃ、および１１８Ｄを貫通するスペーサ層の選択的エッチングによって形成されてもよい。一般に、これらのエッチング技術は、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）の製造から取り入れられた用語である「マイクロマシニング」と呼ばれている。
【００３０】
第１のリッジ導波路１０６および第２のリッジ導波路１４６、ならびにアクティブ導波路１２６は、アクティブ部１２６、チューナブル・ブラッグ・グレーティングすなわちＤＢＲ部１００、および位相部１６０を有する、単一であるモノリシックの浅いリッジ導波路構造体を形成していることが好ましい。開口部１１８Ａ〜１１８Ｄおよびギャップ１０５は、浅いリッジ導波路に形成することが特に容易であり、製造全体の容易さが確かなものとなる。しかし、リッジ型導波路は、本発明の導波路の例示的実施形態にすぎないことを理解されたい。当業者に知られている他の種類の導波路が、チューナブル・ブラッグ・グレーティング１００、ゲイン部１２６、および／または、位相部１６０に用いられてもよい。リッジ型導波路１０６と同様に、他の種類の導波路は、支持バー１０４によって基板１０２の上方に浮いている必要があり、ブラッグ・グレーティング１００の実効屈折率の空間変調における位相または振幅の少なくとも一方は、複数の山１１６−１と谷１１６−２を有する必要がある。光軸１０７に沿う導熱フィンガー１１９Ａおよび１１９Ｂの位置は、反射する光周波数成分１０９のバンド形状の変化を減らすために、光軸１０７に沿う山１１６−１および谷１１６−２の位置と対応している必要がある。
【００３１】
次に、図１Ａおよび図２Ａ〜図２Ｃをさらに参照して図３Ａおよび図３Ｂに目を向けると、図１ＡのＳＧ−ＤＢＲレーザ１２０における実施形態３２０は、チューナブルＤＢＲ部１００および位相部１６０における共通の基板１２２の上方に浮いている共通の浅いリッジ導波路３０６の中に形成された２つのチューナブルＤＢＲ部１００、位相部１６０、ゲイン部１２６、および増幅器部３００を含んでいる。背面吸収体部３０１は、浅いリッジ導波路３０６における左側の面３１０から反射した光が、左側のチューナブル・ブラッグ・グレーティング１００によって選択的に反射された光に干渉しないように、図３Ａの導波路３０６の左側におけるレーザ光を吸収するために設けられている。共通の背面電極３０２は、基板１２２の背面に電気的に接続されている。ゲイン部１２６は、第１の電極１３７を用いて電力供給され、増幅器部３００は、第２の電極３３７によって、すなわち増幅器部３００に電流を供給することによって電力供給される。図３Ａでは、第１の電極１３７および第２の電極３３７、ならびにヒータ１１７およびヒータ１５７は、下にある構造体を隠さないように省略されている。増幅器部３００の機能は、同期してチューニングされるブラッグ・グレーティング１００によってレーザ３２０の放射波長がチューニングされる際に一定の出力パワーを提供するために、ゲイン部１２６で生成された光１０８を増幅することである。この出力パワーは、内蔵の光検出器３１４によって測定されてもよい。
【００３２】
好ましい実施形態では、チューナブル・ブラッグ・グレーティング１００の抵抗ヒータ１１７は、リッジ導波路１０６のリッジ１１５に施された均一な薄膜の抵抗ヒータであり、２つの接触パッド１１７Ａの間にヒータ１１７の長さ部分に沿って電流が流れる。薄膜ヒータ１１７と、下にあるリッジ導波路１０６との間には、誘電体の保護層が配置されている。図１Ａ、図２Ａ〜図２Ｃ、図３Ａ、および図３Ｂをさらに参照して、図４、図５Ａ、および図５Ｂを参照すると、リッジ１１５に沿って延びている均一なヒータ１１７（図４では図示せず）を有するチューナブル・ブラッグ・グレーティング１００の実施形態４００に対して数値シミュレーションが行なわれている。開口部１１８Ａ〜１１８Ｄの位置、長さ、および幅は、リッジ１１５に沿う実質的に均一な温度分布を作り出すように選択されている。開口部１１８Ａ〜１１８Ｄの位置、長さ、および幅により、導熱フィンガー１１９Ａおよび１１９Ｂの長さと幅が定められる。図４に見られるように、開口部１１８Ａおよび１１８Ｂは、開口部１１８Ａと１１８Ｂとの間にメサ（ｍｅｓａ）４１０を画定しており、このメサ４１０は、リッジ導波路１０６の光学モード１０８と、開口部１１８Ａ、１１８Ｂに起因する屈折率の不連続性との間の光学的相互作用を制限している。メサ端部４１１を含むメサ４１０の長さと幅は、結果として生じる温度分布に対する影響を有する。図４、図５Ａ、および図５Ｂのシミュレーションでは、リッジ１１５は、２マイクロメートルの高さと、２マイクロメートルの幅である。メサの幅（第１のアレイにおける開口部１１８Ａと、第２のアレイにおける開口部１１８Ｂとの間の距離）は２０マイクロメートルであり、メサ部４１０、４１１の厚さは２マイクロメートルであり、ギャップ１０５の高さ（図２Ａおよび図２Ｂにおけるギャップ１０５の垂直方向の寸法）は２マイクロメートルである。メサ４１０の全長は４００マイクロメートルである。材料はＩｎＰである。２５ｍＷの均一な熱フラックスがメサ４１０に加えられると、温度分布が形成される。図５Ａでは、導熱フィンガー１１９Ａと１１９Ｂとの間におけるメサ４１０の温度分布のシミュレーションが示されている。図５Ｂでは、温度分布は、導熱フィンガー１１９Ａおよび１１９Ｂに沿っている。
【００３３】
図１Ａ、図４、図５Ａ、および図５Ｂをさらに参照して図６に目を向けると、導波路部４１０、４１１の温度における長手方向の分布６００が示されている。温度は、約３０３°Ｋから約３３４°Ｋまで変化している。図６からは、メサ部４１０、４１１に沿う温度がほぼ３°Ｋのピーク・ツー・ピークの振幅で振動しており、この温度分布のピークが６０２で示されていることがわかる。これらのピーク温度は、端の開口部１１８Ｃおよび１１８Ｄ、ならびにメサ端部４１１の形状を最適にすることによって実質的に均一にされており、そのため、メサ端部４１１に沿う熱の生成は、メサ端部４１１を通る、スペーサ層１２４と基板１２２への熱伝導によってバランスがとられている。リッジ１１５に沿う導熱フィンガー１１９Ａおよび１１９Ｂの位置が、リッジ１１５に沿う変調の山１１６−１の位置と対応しているため、温度の振動のピーク６０２も変調の山１１６−１の位置（図４、図５Ａ、図５Ｂでは図示せず）と対応しており、それによって、変調の山１１６−１どうしの間で光信号１０８の光位相コヒーレンスが維持される。位相コヒーレンスが維持され、温度ピーク６０２が実質的に均一であると、ブラッグ・グレーティング１００のスペクトル・フィルタリング特性は、理想的に平坦な温度プロフィールを有する特性に極めて近くなる。概算で、両端における基板１０２の温度から、第１のフィンガー１１９Ａおよび１１９Ｂにおけるピーク温度まで温度が変化するメサ端部４１１は、極めて不均一な温度プロフィールであるためにグレーティングを最小限に含み得ることを理解されたい。
【００３４】
次に図７を参照すると、２５ｍＷのヒータ電力のほぼ瞬時の印加時における温度上昇に関する時間トレースのシミュレーション７００が、２７．５°Ｋの温度増加が１００マイクロ秒未満で実現されることを示している。クールダウン時間も１００マイクロ秒未満であり、これは、前述の非特許文献１の論文でＩｓｈｉｉらによって報告されたチューニング時間より１６倍以上早い。２７．５°Ｋの温度増加をもたらすのにわずか２５ｍＷのヒータ電力が必要であり、この温度増加は、反射成分１０９の波長の約２．７ｎｍのチューニングに相当する。サンプルド・グレーティングＤＢＲまたは被変調グレーティングＤＢＲにおいて間隔を置いて配置されている典型的なピークに必要な、約５ｎｍを超える十分なチューナビリティでは、わずか５０ｍＷのヒータ電力が必要であり、これはＩｓｈｉｉによって報告されたヒータ電力に比べておよそ１０倍の低減である。このことは、ＳＧ−ＤＢＲレーザ１２０の波長を迅速かつ効率的にチューニングするチューナブル・ブラッグ・グレーティング１００の能力を例示している。
【００３５】
図１Ａをさらに参照して図８を参照すると、チューナブル・ブラッグ・グレーティング８００は、図１Ａのチューナブル・ブラッグ・グレーティング１００の変形となっている。図８のチューナブル・ブラッグ・グレーティング８００では、第１の抵抗ヒータ１１７は、導熱フィンガー１１９Ａおよび１１９Ｂの上部の上で延びている、電気的に接続された個別の薄膜ヒータ８１７を複数含んでいる。メサ４１０の端部４１１の上には、温度分布の均一性をさらに向上させるために追加のヒータ素子８１７Ａが配置されている。図９Ａに目を向けると、ＳＧ−ＤＢＲレーザ８２０は、図３ＡのＳＧ−ＤＢＲレーザ３２０の変形となっている。図９のＳＧ−ＤＢＲレーザ９２０では、図１Ａ、図２Ａ、および図２Ｂのチューナブル・ブラッグ・グレーティング１００は、図８のチューナブル・ブラッグ・グレーティング８００に置き換えられている。次に図９Ｂを参照すると、４つの並列のヒータ８１７からなる４つの直列のグループにおいて、電気抵抗ｒを有する個々の薄膜ヒータ８１７が接続されており、Ｒ＝４ｒ／４＝ｒである、Ｖ−電極とＶ＋電極との間の合計抵抗をもたらしている。同じ厚さである窒化タンタル（ＴａＮ）の薄膜などの、類似の長手方向のヒータは、何倍も高い抵抗を有することになる。この個々のヒータ８１７の接続は、駆動電子回路（図示せず）のインピーダンスを比較的良好に整合させることができる。当然ながら、駆動電子回路の要件に合計抵抗Ｒを合わせる他の接続も可能である。十分な加熱を行なうためには、個々の薄膜ヒータ１１７は、導熱フィンガー１１９Ａおよび１１９Ｂの少なくとも一部の上部の上に延びている必要がある。導熱フィンガー１１９Ａおよび１１９Ｂ、ならびにメサ４１０の端部４１１だけの上にヒータ素子１１７を配置することによって、メサ４１０に沿う長手方向のピーク・ツー・ピークの温度変化における実質的な低減が実現され得る。
【００３６】
図１Ａおよび図２Ａ〜図２Ｃをさらに参照して図１０Ａに目を向けると、スペーサ層１２４は、犠牲ＩｎＧａＡｓ層を含み得る。１〜２マイクロメートルの厚さの犠牲ＩｎＧａＡｓ層１２４は、基板１２２に対するアクティブ導波路１２６の良好な電気的接触を提供する。不利なことには、このような厚い犠牲ＩｎＧａＡｓ層１２４は、成長させて、次に微細加工をして支持バー１０４を作ることが難しい場合があり、また、この層の熱インピーダンスは、アクティブ部の性能に好ましくない影響を有することになる。犠牲ＩｎＧａＡｓ層１２４の厚さを減らすと、支持バー１０４の高さが減ってギャップ１０５を横切る熱伝導につながり、これは、熱チューニングの効率に対して好ましくない。このトレードオフを克服するために、スペーサ層１２４は、いくつかの異なる層を含むスタックの形態で作られてもよい。図１０Ｂを参照すると、スペーサ層１２４は、下部から上部の順に、１．２μｍのバンドギャップ波長を有する２０ｎｍの厚さのＩｎＧａＡｓＰの下部エッチング停止層（etch stop layer）１００２と、２００ｎｍの厚さのＩｎＰの下部第２段犠牲層（sacrificial layer）１００４と、２００ｎｍの厚さの第１段ＩｎＧａＡｓ犠牲層１００６と、２０００ｎｍの厚さのＩｎＰの上部第２段犠牲層１００８と、２０ｎｍの厚さのＩｎＧａＡｓＰの上部エッチング停止層１０１０とを含んでいる。ＩｎＰは、ＩｎＧａＡｓを上まわる厚さまではるかに容易に成長させることができる。したがって、多層スタックのスペーサ層１２４の厚さを増やすことができ、ＩｎＰの犠牲層１００４および１００８の少なくとも一方の厚さはＩｎＧａＡｓの犠牲層１００６の厚さより大きくなり、ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰの材料の合計の厚さを減らすことができる。次に図１０Ｂのスペーサ層１２４が、横方向のアンダーカットを実現するＩｎＧａＡｓ層１００６に対するステップと、縦方向にエッチングしてより厚いギャップ１０５を実現するＩｎＰ層１００４および１００８に対するステップとの２つのエッチングステップで、エッチングまたは微細加工され得る。
【００３７】
次に、図３Ａおよび図３Ｂに対する補助的な参照と共に図１１Ａおよび図１１Ｂを参照すると、ＳＧ−ＤＢＲレーザ１１２０は、図３におけるＳＧ−ＤＢＲレーザ３２０の一実施形態となっている。図１１Ａおよび図１１ＢのＳＧ−ＤＢＲレーザ１１２０では、チューナブル・ブラッグ・グレーティング部１００における第１のギャップ１０５と、位相部１６０における第２のギャップ１４５とは、基板１２２を完全に貫通して延びている。これは、ＭＥＭＳ技術において知られているバルクマイクロマシニングの技術を用いることにより、基板１２２の下部を貫通するエッチングによって実現され得る。
【００３８】
上記で説明された本発明は、特定の種類の導波路構造体、および／または、特定の材料系に限定されないことを理解されたい。概して、例えば図１Ａのアクティブ導波路１２６である、レーザ光の生成のためのアクティブ導波路を有する任意のレーザ・ダイオードは、３つのステップＡ、Ｂ、およびＣを追従することにより、本発明に従ってチューニングすることができる。
【００３９】
ステップＡは、第１の基板部１０２と、その基板部１０２から上方に延びており、間隔を置いて配置された第１および第２の支持バー１０４と、例えばアクティブ導波路１２６に光学的に結合したリッジ導波路１０６である第１の導波路とを有する、チューナブルＤＢＲ１００などのチューナブル・ブラッグ・グレーティングを提供するステップを含む。第１の導波路１０６は、第１の基板部１０２の上方の支持バー１０４によって支えられ、第１の基板部１０２と第１の導波路１０６との間にギャップ１０５を形成している。第１の導波路の実効屈折率は、光軸１０７に沿って空間的に変調されており、リッジ導波路１０６によって導かれた光１０８の光周波数成分１０９を反射して元の方へ伝播させるためのグレーティングを形成している。実効屈折率の空間変調における位相または振幅の少なくとも一方は、光軸に沿って変化しており、光軸１０７に沿って第１の空間周波数ｆ１で間隔を置いて配置された（図１Ｂおよび図１Ｃに最も良く見られる）変調の山１１６−１と谷１１６−２を形成している。
【００４０】
ステップＢは、第１の導波路１０６を貫通してギャップ１０５の中に延びている、図示されているように光軸１０７におけるそれぞれの対向する第１および第２の側にわたっている開口部１１８Ａ〜１１８Ｄの第１および第２のアレイを提供するステップを含む。開口部（１１８Ａ、１１８Ｃ）は、光軸１０７から支持バー１０４に向かって延びている導熱フィンガー１１９Ａからなる第１のアレイを画定しており、開口部（１１８Ｂ、１１８Ｄ）は、光軸１０７から支持バー１０４に向かって延びている導熱フィンガー１１９Ｂからなる第２のアレイを画定している。ステップＢは、光軸１０７に沿う導熱フィンガー１１９Ａおよび１１９Ｂの位置が、光軸１０７に沿う変調の山１１６−１の位置と対応するように開口部１１８Ａ〜１１８Ｄを配置するステップを含む。また、ステップＢは、グレーティングを含む第１の導波路１０６の長さ部分に沿う実質的に均一な長手方向の温度プロフィールを実現するために、最初と最後の、すなわち端の開口部１１８Ｃおよび１１８Ｄを配置するステップを含むこともできる。
【００４１】
ステップＣは、光周波数成分の光周波数をチューニングするために第１の導波路１０６を加熱することによってレーザ・ダイオードをチューニングするステップを含む。導熱フィンガー１１９Ａおよび１１９Ｂの位置と変調の山１１６−１との対応（coordination）によって、変調の山１１６−１どうしの間で光モード１０８の光位相コヒーレンスが維持され、その結果、チューナブル・ブラッグ・グレーティング１００によって反射した光１０９のスペクトルのバンド形状は、チューニングのプロセスにおいて乱されることがなく、または、乱されることが少なくとも比較的少ない。
【００４２】
一実施形態では、ステップＢは、導熱フィンガー１１９Ａの第１のアレイと、導熱フィンガー１１９Ｂの第２のアレイとが、光軸１０７に沿って第２の空間周波数で配置されるように開口部１１８Ａ〜１１８Ｄを配置するステップを含み、このうち第２の空間周波数は第１の空間周波数の整数倍である。
【００４３】
本発明における１つまたは複数の実施形態の上記の説明は、例示および説明のために与えられている。上記の説明は、網羅的であるようには考えられておらず、または、開示された明確な形態に本発明を限定するようには考えられていない。上記の教示に照らして多くの変更および変形が可能である。本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、本明細書に添付されている特許請求の範囲によって限定されることが意図されている。
【符号の説明】
【００４４】
１００  チューナブル・ブラッグ・グレーティング
１０２  第１の基板部
１０４  間隔を置いて配置された第１および第２の支持バー
１０５  第１のギャップ
１０６  第１のリッジ導波路
１０７  光軸
１０８  光モード
１０９  光周波数成分
１１０  下部クラッド層
１１２  コア層
１１４  上部クラッド層
１１５  共通の上部リッジ
１１６−１  変調の山
１１６−２  変調の谷
１１７  第１の抵抗ヒータ
１１８Ａ  開口部
１１８Ｂ  開口部
１１８Ｃ  端の開口部
１１８Ｄ  端の開口部
１１９Ａ  導熱フィンガー
１１９Ｂ  導熱フィンガー
１２０  ＳＧ−ＤＢＲレーザ
１２２  基板
１２４  スペーサ層
１２６  アクティブ導波路
１２６  ゲイン部
１３０  第１の導電型層
１３２  接合層
１３４  第２の導電型層
１３７  第１の電極
１４２  第２の基板部
１４４  第３および第４の支持バー
１４５  第２のギャップ
１４６  第２のリッジ導波路
１５７  第２の抵抗ヒータ
１６０  光位相部
３００  増幅器部
３０６  共通の浅いリッジ導波路
３２０  ＳＧ−ＤＢＲレーザの一実施形態
４００  チューナブル・ブラッグ・グレーティング１００の一実施形態
４１０  メサ
４１１  メサ端部
６００  温度の長手方向の分布
６０２  温度分布のピーク
７００  温度上昇の時間トレースのシミュレーション
８００  チューナブル・ブラッグ・グレーティング１００の変形
８１７  薄膜ヒータ
８１７Ａ  追加のヒータ素子
９２０  ＳＧ−ＤＢＲレーザ
１００２  下部エッチング停止層
１００４  ＩｎＧａＡｓＰの下部第２段犠牲層
１００６  第１段ＩｎＧａＡｓ犠牲層
１００８  ＩｎＰの上部第２段犠牲層
１０１０  ＩｎＧａＡｓＰの上部エッチング停止層
１１２０  ＳＧ−ＤＢＲレーザ
ｆ１  第１の空間周波数
ｆ２  第２の空間周波数
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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