(57)【要約】【課題】レーザ源における半導体レーザの波長の同調及び安定化並びに半導体レーザの波長のレーザ源内の他のコンポーネントへの整合を可能にする。【解決手段】半導体基板、活性領域、リッジ導波路、駆動電極構造及びマイクロ加熱素子構造を有する半導体レーザが提供される。マイクロ加熱素子構造は半導体レーザの長さ方向次元に沿って延びる一対の加熱素子ストリップを有する。加熱素子ストリップは、加熱素子ストリップの一方がリッジ半導体の一方の側面に沿って延び、加熱素子ストリップの他方がリッジ半導体の他方の側面に沿って延びるように、リッジ導波路の両側にある。【選択図】なし
2009545161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板、活性領域、リッジ導波路、駆動電極構造及びマイクロ加熱素子構造を有する半導体レーザにおいて、
前記活性領域が、前記半導体基板内に定められ、前記駆動電極構造で発生される電気バイアスの下での光子の誘導放出のために構成され、
前記リッジ導波路が前記半導体レーザの長さ方向次元に沿って前記誘導放出光子を光誘導するために配置され、
前記マイクロ加熱素子構造が前記半導体レーザの前記長さ方向次元に沿って延びる一対の加熱素子ストリップを有し、
前記加熱素子ストリップが、前記加熱素子ストリップの一方が前記リッジ導波路の一方の側面に沿って延び、前記加熱素子ストリップの他方が前記リッジ導波路の他方の側面に沿って延びるように、前記リッジ導波路の両側にある、
ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
前記半導体レーザの出力波長が前記活性領域の温度に依存し、
前記マイクロ加熱素子構造が、前記出力波長の同調を可能にするに十分な程度に前記活性領域の温度を変えるように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記マイクロ加熱素子構造が、前記加熱素子ストリップによって発生される熱が前記活性領域に約４マイクロ秒以内に到達するように、構成されることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記マイクロ加熱素子構造の前記加熱素子ストリップが前記駆動電極構造の導電素子から少なくとも約２μｍは離されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記マイクロ加熱素子構造と前記活性領域の間に直接導熱路が設けられるように前記マイクロ加熱素子構造が配置され、
前記直接導熱路への前記駆動電極構造による実質的な妨害がない、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記マイクロ加熱素子構造と前記活性領域の間に直接導熱路が定められるように前記マイクロ加熱素子構造が配置され、
前記直接導熱路が前記半導体基板内に実質的に閉じ込められる、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記半導体レーザが、前記リッジ導波路の方向に概ね沿って延びる、波長選択領域、位相整合領域及び利得領域を有するＤＢＲレーザを有し、
前記マイクロ加熱素子構造の前記加熱素子ストリップが、前記波長選択領域、前記位相整合領域及び前記利得領域の内の少なくとも１つの少なくとも一部に沿って延びる、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項８】
前記加熱素子ストリップを有していない前記領域の内の１つから前記加熱素子ストリップを有している前記領域の内の１つへの遷移領域にわたる正の実質的に垂直な勾配に沿って前記レーザの接合温度が上昇するように、前記加熱素子ストリップが配置されることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ。
【請求項９】
前記半導体レーザが、波長選択領域、位相整合領域及び利得領域を定めるように構成され、
前記リッジ導波路が、前記波長選択領域、前記位相整合領域及び前記利得領域内に配置され、
前記マイクロ加熱素子構造の前記加熱素子ストリップが前記波長選択領域、前記位相整合領域及び前記利得領域の内の少なくとも２つにおいて前記リッジ導波路に沿って延び、
前記加熱素子ストリップが延びる領域における加熱の独立制御を可能にするように、前記加熱素子ストリップが構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項１０】
前記半導体レーザが、前記リッジ導波路の方向に概ね沿って延びる分布帰還回折格子を有するＤＦＢレーザとして構成され、
前記マイクロ加熱素子構造の前記加熱素子ストリップが前記分布帰還回折格子の少なくとも一部に沿って延びる、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項１１】
半導体基板、活性領域、リッジ導波路、駆動電極構造及びマイクロ加熱素子構造を有する半導体レーザにおいて、
前記活性領域が、前記半導体基板内に定められ、前記駆動電極構造で発生される電気バイアスの下での光子の誘導放出のために構成され、
前記リッジ導波路が前記半導体レーザの長さ方向次元に沿って前記誘導放出光子を光誘導するために配置され、
前記半導体レーザが、前記リッジ導波路の方向に概ね沿って延びる、波長選択領域、位相整合領域及び利得領域を有するＤＢＲレーザを有し、
前記マイクロ加熱素子構造が、前記波長選択領域、前記位相整合領域及び前記利得領域の内１つないしさらに多くにおいて前記リッジ導波路の上を前記半導体レーザの前記長さ方向次元に沿って延びる少なくとも１つの加熱素子ストリップを有し、
前記加熱素子ストリップと前記リッジ導波路の間で前記半導体レーザの前記長さ方向次元に沿って延びる間在領域に前記駆動電極構造の導電素子が実質的に含まれないように、前記マイクロ加熱素子構造及び前記駆動電極構造が構成され、
前記マイクロ加熱素子構造が前記半導体レーザの前記長さ方向次元に沿って延びる一対の加熱素子ストリップをさらに有し、
前記一対の加熱素子ストリップは、前記加熱素子ストリップの一方が前記リッジ導波路の一方の側面に沿って延び、前記加熱素子ストリップの他方が前記リッジ導波路の他方の側面に沿って延びるように、前記リッジ導波路の両側にある、
ことを特徴とする半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２００６年７月２６日に出願された米国仮特許出願第６０/８３３５３１号及び２００６年１０月３日に出願された米国特許出願第１１/５４２４０８号の、米国特許法第１１９条ｅ項の下の、優先権の恩典を主張する。本明細書はこれらの特許出願の明細書の内容に依存し、それぞれの内容の全体は本明細書に参照として含まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は全般的には半導体レーザに関し、さらに詳しくは、半導体レーザの特定の領域における温度の制御に関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は全般的には、様々な態様で構成できる、半導体レーザに関する。例えば、説明としてであって、限定ではなしに、分布帰還（ＤＦＢ）レーザまたは分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザのような、短波長半導体レーザを、二次高調波発生（ＳＨＧ）結晶のような、光波長変換素子と組み合せることによる高速変調のために、短波長源を構成することができる。ＳＨＧ結晶は、例えば、１０６０ｎｍＤＢＲまたはＤＦＢレーザを、その波長を５３０ｎｍに変換する、ＳＨＧ結晶のスペクトル中心に、同調することによって基本レーザ信号の高調波を発生するように構成することができる。しかし、ＭｇＯドープニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）のような、ＳＨＧ結晶の波長変換効率はレーザダイオードとＳＨＧ素子の間の波長整合に強く依存する。
【０００４】
ＰＰＬＮ ＳＨＧ素子の許容波長幅は非常に狭い−代表的なＰＰＬＮ ＳＨＧ素子について、半波高全値幅（ＦＷＨＭ）波長変換帯域幅は０.１６ｎｍに過ぎず、これを温度変化に換算すると約２.７℃である。入力波長がＳＨＧの特性位相整合波長から外れると、目標波長における出力パワーは激烈に低下する。本発明の発明者等は、これらのタイプのレーザ素子では多くの動作パラメータが波長整合に悪影響を与えることを認識した。例えば、ＤＢＲレーザの波長は利得領域の駆動電流を変えると変わる。さらに、ＳＨＧの位相整合波長とレーザ波長は動作温度の変化によって異なる影響を受ける。したがって、レーザダイオードとＳＨＧ結晶が完全に位相整合されているパッケージを作成することは困難である。
【０００５】
二次高調波発生を用いるレーザ源の開発において波長整合及び安定化に関連する課題を与えられて、発明者等は、ＳＨＧ結晶及びその他の波長変換素子との適切な波長整合による最適出力パワーを達成するために能動的に同調させることができる半導体レーザの潜在的利益を認識した。例えば、発明者等は、半導体レーザの波長を動作中に安定な値に維持すれば、無揺動二次高調波出力パワーを維持しながら、短波長デバイスを過剰な雑音なしに高速で変調できることを認識した。発明者等は、二次高調波発生をレーザ源に利用するか否かに関わらず、波長整合及び安定化がレーザ源の開発全般における重要な課題であることも認識した。したがって、本発明の開示は、半導体レーザの波長の同調及び安定化のため並びに半導体レーザの波長のレーザ源内の他のコンポーネントへの整合のための、半導体レーザに集積されたマイクロヒータ構造に関する。
【０００６】
本発明の一実施形態にしたがえば、半導体基板、活性領域、リッジ導波路、駆動電極構造及びマイクロ加熱素子構造を有する半導体レーザが提供される。マイクロ加熱素子構造は半導体レーザの長さ方向次元に沿って延びる一対の加熱素子ストリップを有する。加熱素子ストリップは、加熱素子ストリップの内の一方がリッジ導波路の一方の側面に沿って延び、加熱素子ストリップの他方がリッジ導波路の他方の側面に沿って延びるように、リッジ導波路の両側にある。
【０００７】
本発明の別の実施形態にしたがえば、マイクロ加熱素子構造はリッジ導波路の上を半導体レーザの長さ方向次元に沿って延びる少なくとも１つの加熱素子ストリップを有する。
【０００８】
本発明のまた別の実施形態にしたがえば、本発明にしたがう半導体レーザは、二次高調波発生（ＳＨＧ）結晶のような光波長変換素子に光結合される。半導体レーザの出力波長が光波長変換素子の特性位相整合波長に実質的に整合するようにマイクロ加熱素子構造を駆動するためのコントローラを備えることができる。
【０００９】
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を含み、また添付図面も含む、本明細書に説明されるように本発明を実施することによって認められるであろう。
【００１０】
上述の一般的説明及び以下の詳細な説明はいずれも本発明の実施形態を提示し、その目的が特許請求される本発明の性質及び特徴の理解のための概要または枠組の提供にあることは当然である。添付図面は本発明のさらなる理解を提供するために含められ、本明細書に組み込まれて本明細書の一部をなす。図面は本発明の様々な実施形態を示し、記述とともに本発明の原理及び動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態にしたがうマイクロ加熱素子構造を組み込んでいる半導体レーザの簡略な断面図である。
【図２Ａ】光波長変換素子と光結合され、本発明にしたがうマイクロ加熱素子構造を有する、ＤＦＢまたは同様のタイプの半導体レーザの略図である。
【図２Ｂ】光波長変換素子と光結合され、本発明にしたがうマイクロ加熱素子構造を有する、ＤＢＲまたは同様のタイプの半導体レーザの略図である。
【図３】本発明にしたがう駆動電極構造及びマイクロ加熱素子構造を有する電極層を簡略に示す平面図である。
【図４】本発明の別の実施形態にしたがうマイクロ加熱素子構造を組み込んでいる半導体レーザの略図である。
【図５】本発明にしたがう半導体レーザチップの長さに沿って接合温度が変化する態様を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の本発明の特定の実施形態の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照数字で示される、添付図面とともに読むと最善に理解することができる。
【００１３】
図１を参照すれば、本発明にしたがう半導体レーザ１０は、好ましくは、活性領域３０，リッジ導波路４０，駆動電極構造及びマイクロ加熱素子構造を有する半導体基板２０を備え得ることに注意されたい。図示される実施形態において、駆動電極構造は駆動電極素子５０を有し、マイクロ加熱素子構造は一対の加熱素子ストリップ６２，６４を有する。活性領域３０は半導体基板２０内のＰ型及びＮ型の半導体材料で定められ、駆動電極素子５０及び、基板２０に定められる、対応するＮ型領域２５によって発生される電気バイアスＶバイアスの下での光子の誘導放出のために構成される。半導体レーザ１０の出力波長はリッジ導波路４０及び活性領域３０の温度に依存し、マイクロ加熱素子構造はリッジ導波路４０及び活性領域３０の温度を変えて出力波長を同調するように構成される。
【００１４】
隆起リッジ構造または埋込リッジ構造を有することができるリッジ導波路４０は誘導放出光子を半導体レーザ１０の長さ方向次元Ｚに沿って光誘導するように配置される。本発明を定義し、説明する目的には、本発明の概念を組み込むことができる様々なタイプの半導体レーザの特定の構造が容易に入手できる半導体レーザの構造及び作成に関する技術文献に教示されることに注意されたい。例えば、限定としてではなく、半導体レーザ１０には分布帰還（ＤＦＢ）構成または分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）構成を定めるレーザダイオードを含めることができる。
【００１５】
マイクロ加熱素子構造の加熱素子ストリップ６２，６４は半導体レーザ１０の長さ方向次元Ｚに沿って延び、リッジ導波路の長さ方向次元に概ね平行に延びる経路に沿って、すなわちストリップ６２，６４の長さに沿って、流れる電流により熱を発生するように構成された材料で作成される。例えば、限定としてではなく、個別にまたは様々な組合せでとられる、Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｗ，Ａｇ及びＡｌがストリップ６２，６４の形成に適するであろうと考えられる。例えば、加熱素子ストリップ６２，６４の形成には、好ましくは、Ｔｉ及びＰｔを含む合金を利用できる。
【００１６】
図１に示されているように、加熱素子ストリップ６２，６４は、一方の加熱素子ストリップ６２がリッジ導波路４０の一方の側面に沿って延び、他方の加熱ストリップ６４がリッジ導波路４０の他方の側面に沿って延びるように、リッジ導波路の両側に横方向に配置される。さらに駆動電極素子５０もリッジ導波路４０の両側で横方向に延びることができる。加熱素子ストリップ６２，６４への駆動電流は、加熱素子ストリップ６２，６４により発生される熱を変化させ、よって半導体レーザの波長を同調または固定させるために、制御することができる。
【００１７】
図１にさらに示されるように、駆動電極素子５０の横縁領域５２，５４がリッジ導波路４０の両側で横方向に拡がる場合、駆動電極構造及びマイクロ加熱素子構造は、好ましくは、駆動電極素子５０の横縁領域５２及び対応する加熱素子ストリップ６２がリッジ導波路４０の同じ側面に沿って延び、リッジ導波路４０の同じ側で共通作成層のそれぞれの領域を占めるように、配置することができる。同様に、駆動電極素子５０の横縁領域５４及び対応する加熱素子ストリップ６４がリッジ導波路４０の他方の側面に沿って延び、リッジ導波路４０の他方の側で共通作成層のそれぞれの領域を占める。本明細書で用いられる「共通作成層」は、１つまたはさらに多くのコンポーネントを共通作成工程で作成することができるように配置されたそれらのコンポーネントを有する、半導体素子の層である。共通作成層にあるとする本明細書におけるコンポーネントの識別は、それらのコンポーネントが共通面に作成されることが必要であると解されるべきではない。例えば、図１を参照すれば、駆動電極素子５０と加熱素子ストリップ６２，６４は全体的に共面上にはないが、共通作成工程で形成することができる。したがって、駆動電極素子５０と加熱素子ストリップ６２，６４は共通作成層にあるということができる。対照的に、駆動電極構造５０と活性領域３０は、これらのコンポーネントを形成する材料の性質及びコンポーネントの位置が共通工程での作成に適していないから、共通作成層にあるということはできない。
【００１８】
本発明の発明者等は、加熱素子ストリップ６２，６４がリッジ導波路４０の両側に設けられ、駆動電極構造と集積化されている、図１に示されるタイプの薄膜マイクロヒータ構造を利用することによって、半導体レーザの同調及び安定化が達成され得ることを認識した。特に、本発明の構成にしたがえば、リッジ導波路４０の共通の側での、共通作成層における加熱素子ストリップ６２，６４の駆動電極構造との集積化を可能にすることによって、加熱素子ストリップ６２，６４の位置を最適化できる。本発明は駆動電極構造５０及び対応する加熱素子ストリップ６２，６４がリッジ導波路４０の両側面に沿って延びている態様で図１及び２に示されているが、駆動電極５０は、横縁領域５２，５４を有するか、またはリッジ導波路４０の両側に設けられる必要はないと考えられる。
【００１９】
図１には、マイクロ加熱素子構造の加熱素子ストリップ６２，６４から半導体基板２０を通って活性領域３０まで延びる、それぞれの直接導熱路２２，２４も示されている。本発明の図示される実施形態にしたがえば、加熱素子ストリップ６２，６４は、駆動電極構造が直接導熱路２２，２４を実質的に妨害することのないように配置される。直接導熱路の「実質的」妨害は直接導熱路２２，２４を妨害している駆動電極構造の部分領域によって「吸い取られる」熱の量とすることで定量化することができる。例えば、活性領域３０に到達する熱の量を約１０％から約２５％より大きく減少させるであろういかなる妨害も直接導熱路の「実質的」妨害となるであろうと考えられる。いくつかの考えられる好ましい実施形態における妨害の大きさは、約５％より少ない導熱の減少に相当する。別の考えられる実施形態において、加熱素子ストリップ６２，６４は、駆動電極構造が直接導熱路２２，２４の妨害を完全に回避するように配置される。これらの実施形態の全てにおいては、駆動電極構造に起因するいかなる熱吸取り効果も最小限に抑えるか、または少なくともかなりの程度減少させることができる。
【００２０】
マイクロ加熱素子構造は、加熱素子ストリップ６２，６４によって発生される熱が迅速に、例えば約４マイクロ秒以内に、活性領域３０に到達することを保証するに十分に、活性領域３０の近くに配置されるべきである。例えば、限定としてではなく、マイクロ加熱素子構造の加熱素子ストリップ６２，６４は、活性領域３０のＰＮ接合からの離隔が約５μｍ未満になるように配置することができるであろう。加熱素子ストリップ６２，６４と活性領域３０の間隔は、ストリップ６２，６４及び駆動電極構造を形成するための作成プロセスが十分に精密であれば、５μｍよりかなり短く、例えば約２μｍとすることができるであろうと考えられる。
【００２１】
駆動電極構造の動作がマイクロ加熱素子構造の導電素子によって阻害されないことを保証するために注意が払われるべきである。例えば、この目的のため、好ましくは、マイクロ加熱素子構造の加熱素子ストリップ６２，６４を少なくとも約２μｍは駆動電極素子５０から確実に離すことができる。図１に示されているように、加熱素子ストリップ６２，６４を形成する抵抗薄膜並びに駆動電極構造及びマイクロ加熱素子構造を形成する様々な導電層は、半導体基板２０上に直接被着された電気絶縁薄膜７０上に形成することができる。さらに、加熱素子ストリップ６２，６４を覆う薄い保護被膜を形成できることに注意されたい。
【００２２】
図３を参照すれば、駆動電極構造は、好ましくは、陽電極領域５６及び、電流注入及び熱分散のためにリッジ導波路４０の上部及び周囲に形成された、駆動電極素子５０のＰ型金属を有することができる。陽極金属は、加熱素子ストリップ６２，６４及び加熱素子コンタクトパッド６６の周囲に形成された導電配線５５を介して駆動電極５０のＰ型金属に接続される。加熱素子ストリップ６２，６４はリッジ４０の両側に、活性領域３０のＰＮ接合から数μｍ〜数１０μｍ離して、配置される。加熱素子ストリップ６２，６４とＰ型電極の間には電気絶縁のための数μｍの間隙がある。加熱素子ストリップ６２，６４と陽電極領域５６及び加熱素子コンタクトパッド６６の間にも間隙がある。この間隙の幅は、加熱素子ストリップ６２，６４で発生された熱が陽電極領域５６を介して実質的に散逸しないであろうように調整される。上述したように、上記の間隙幅は、好ましくは、少なくとも１０μｍとし得る。加熱素子によって発生される熱の「実質的」散逸は陽電極領域５６の部分領域及び加熱素子コンタクトパッド６６によって「吸い取られる」熱の量とすることで定量化することができる。例えば、活性領域３０に到達する熱の量を約１０％から約２５％より大きく減少させるであろう、これらの素子によるいかなる散逸も「実質的」であろうと考えられる。いくつかの考えられる好ましい実施形態における散逸の大きさは、約５％より少ない導熱の減少に相当する。
【００２３】
図２Ａを参照すれば、図１に示されるマイクロ加熱素子構造が二次高調波発生（ＳＨＧ）結晶のような光波長変換素子８０に結合されたＤＦＢ半導体レーザ１０に組み込まれている、本発明の別の実施形態が示される。明解な図示のため、加熱素子ストリップ６２及び６４の相対寸法が誇張されて、リッジ導波路４０がレーザ１０内の実際の位置に関係なく簡略に示されている。導波路４０の構成については図１及び図１に関係する説明により良く与えられている。さらに、ＤＦＢ半導体レーザ１０及び光波長変換素子８０は象徴的に示されているに過ぎない。ＤＦＢレーザ構造に詳しい技術者には当然であろうように、ＤＦＢ半導体レーザは、レーザ１０内に組み込まれたリッジ導波路の方向に概ね沿って延びる分布帰還回折格子を有する。図２Ａには示されていないが図１を参照して上で論じた、駆動電極がレーザの動作に必要な順バイアスを発生するために素子に組み込まれる。加熱素子６２，６４が、レーザ１０の導波路リッジとは逆の側で、分布帰還回折格子の少なくとも一部に沿って延びる。上述したように、ＳＨＧ結晶８０またはその他の波長変換素子との適切な波長整合によって最適出力パワーを達成するため、回折格子の近傍の活性領域の温度を制御してＤＦＢレーザ１０を能動的に同調させるために加熱素子ストリップ６２，６４を用いることができる。
【００２４】
図２Ｂは、波長選択領域１２，位相制御領域１４及び利得領域１６を有する、ＤＢＲレーザ１０に関して本発明の概念を示す。図２ＡのＤＦＢレーザ１０に関して上述したように、図２ＢにおいてＤＢＲレーザ１０及び付帯する光波長変換素子８０は象徴的にしか示されていない。波長選択領域１２は一般に、キャビティの活性領域の外側に配置された、一次または二次のブラッグ回折格子を有する。この領域は、回折格子がミラーとして作用し、単一波長だけを反射してレーザキャビティに戻すから、波長選択を提供する。ＤＢＲレーザ１０の利得領域１６はレーザの光利得の大部分を提供し、位相整合領域１４は調節可能な光位相シフトを生じさせる。ＤＢＲレーザに詳しい技術者には当然であろうように、波長選択領域１２は、ブラッグ回折格子を用いても用いなくても差し支えない、多数の適する交互形状で設けることができる。図１に示されるリッジ導波路４０は、波長選択領域１２，位相整合領域１４及び利得領域１６を通って延びる。
【００２５】
図２Ｂの実施形態において、マイクロ加熱素子構造は、波長選択領域１２に組み込まれた加熱素子ストリップ６２Ａ，６４Ａ，位相整合領域１４に組み込まれた加熱素子ストリップ６２Ｂ，６４Ｂ，利得領域１６に組み込まれた加熱素子ストリップ６２Ｃ，６４Ｃ，またはこれらの組合せを有することができる。例えば、本発明の一実施形態にしたがえば、加熱素子ストリップ６２Ａ，６４Ａ，６２Ｂ，６４Ｂは波長選択領域１２及び位相整合領域１４のリッジ導波路４０の長さ方向次元に沿って延びるが、利得領域１６においては実質的な距離にわたって延びることはないように構成される。このタイプの構成には、波長選択領域１２及び位相整合領域１４の温度制御が望ましい場合において動作上の利点がある。例えば、ＤＢＲレーザの波長は、波長選択領域１２の回折格子位置における温度を変えることによるモードホッピングを介して同調させることができる。同様に、ＤＢＲレーザの位相整合領域１４の温度を調節して、位相整合領域１４の光路長を変えることによりＤＢＲレーザの波長を同調させることができる。
【００２６】
本発明では、波長選択領域１２または位相整合領域１４の温度を変えることによる、熱的同調が考えられる。本発明では、波長選択領域１２及び位相整合領域１４の温度を変えることによる熱的同調−モードホッピングを用いない連続波長同調を可能にする本発明の特徴−も考えられる。さらに、本発明では、本明細書に説明される集積化マイクロヒータを、位相温度補償及び／または利得温度補償によりモードホッピングを排除し、利得電流変調中の波長安定性を達成するような、追加機能のために領域１２，１４，１６のいずれかに作成することができると考えられる。したがって、本発明では、いくつかの状況においては、単独の、あるいは波長選択領域１２及び位相制御領域１４における温度制御と組み合せた、利得領域１６の温度制御がおそらく好ましいと考えられる。複数の領域における温度制御が好ましい場合、加熱素子ストリップ及び付帯マイクロ加熱素子構造はそれぞれの領域における加熱の独立制御が可能になるように構成される。
【００２７】
波長選択領域１２または位相整合領域１４の温度が調整される場合、利得領域１６の温度の上昇は、レーザ１０の出力パワー及び安定性に悪影響を与え得るから、最小限に抑えられることが一般に望ましい。図５は、本発明がＤＢＲレーザのＤＢＲ領域における温度上昇をレーザの利得領域から隔離する態様を示す。特に、図５は集成ＤＢＲレーザの長さに沿う２つの接合温度上昇プロファイルの比較を提示している。破線で表される第１のプロファイルは、外部ヒータを用いるＤＢＲ領域の温度調整による代表的なプロファイルである。図５に実線で表される第２のプロファイルは、ＤＢＲ領域における本発明の集積化マイクロヒータを用いるＤＢＲ領域の温度調整による代表的なプロファイルである。本例においては、ＤＢＲ領域の温度だけを熱調整した。集積化マイクロヒータの総電力は１Ｗであった。同様のＤＢＲ温度調整範囲を達成するための、外部ヒータの電力は５Ｗであった。利得領域及び位相整合領域の温度の上昇は、本発明の集積化マイクロヒータを利用した場合には、外部ヒータを利用した場合に比較して、かなり小さい。例えば、集積化マイクロヒータが利用される本発明の一実施形態にしたがえば、利得領域の温度上昇はＤＢＲ領域の温度上昇の５〜７％に過ぎず、位相整合領域の温度上昇はＤＢＲ領域の温度上昇の１０〜１６％に過ぎない。対照的に、外部ヒータが利用される場合、利得領域及び位相制御領域の温度上昇はそれぞれ、ＤＢＲ領域の温度上昇の４２％及び６８％である。
【００２８】
図５は、特定の外部ヒータ構造は本発明の範囲内になく、実施形態毎にかなり変わるから、外部ヒータに関する温度プロファイルの精確な表示としてとられるべきではない。さらに、図５は本発明の１つないしさらに多くの考えられる実施形態にしたがう一般的な温度プロファイルの近似としてのみとられるべきであって、本発明の全実施形態の範囲に関する限定として解されるべきではない。加熱素子ストリップは、図５に示されているようにプロファイルが位相整合領域から波長選択領域に遷移する際に正の実質的に垂直な勾配を有するように、配置される。本発明の概念の実行において、目標レーザ領域、例えば波長選択領域における加熱素子ストリップによって発生される熱に起因する平均温度上昇は、隣接レーザ領域、すなわち位相整合領域または利得領域における加熱素子ストリップによって発生される熱に起因する平均温度上昇の少なくとも３倍である。
【００２９】
本発明の別の実施形態にしたがう、図４を参照すれば、マイクロ加熱素子構造は、リッジ導波路４０の上を半導体レーザ１０の長さ方向次元Ｚに沿って延びる加熱素子ストリップ６５を有する。ＤＢＲ型レーザに関し、図４に示されるタイプの加熱素子ストリップ６５は、駆動電極構造の導電素子を排するようにＤＢＲ型レーザ（図２Ｂを参照されたい）の波長選択領域１２または位相整合領域１４を作成することができるから、これらの領域のいずれも有効に加熱するために用いることができる。図４に示されているように、リッジ導波路４０の側面に沿って加熱素子ストリップ６２，６４の対及び付帯する加熱素子コンタクトパッド６６を別途に設けて、導波路４０の温度制御を別途に与えることができる。
【００３０】
図４に示されているように、加熱素子ストリップ６５とリッジ導波路４０の間を半導体レーザ１０の長さ方向次元Ｚに沿って延びている間在領域には駆動電極構造からの導電素子が全く含まれていない。この結果、系から熱を吸い取ることができるであろう導電素子による妨害のない直接導熱路を活性領域３０と加熱素子ストリップ６５の間に確立することができる。加熱素子ストリップ６５の幅は、好ましくは、活性領域３０の幅と少なくとも同じ広さに、ただし活性領域３０の幅の約４倍よりは狭く、することができると考えられる。
【００３１】
本発明の精神及び範囲を逸脱することなく様々な改変及び変形が本発明になされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本発明の改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価物の範囲内に入れば、本発明はそのような改変及び変形を包含するとされる。例えば、本明細書の記述は隆起リッジ導波路に関して本発明の概念を説明しているが、本発明は「埋込」リッジ導波路に関しても有用性を有するであろうと考えられる。したがって、添付される特許請求の範囲における「リッジ導波路」の記載は隆起リッジ導波路及び埋込リッジ導波路を含み、隆起リッジ導波路に限定されるととられるべきではない。
【００３２】
「好ましくは」、「普通は」及び「一般に」のような用語には、本明細書に用いられている場合、特許請求される本発明の限定は目的とされておらず、あるいはいくつかの特徴が特許請求される本発明の構造または機能にとって肝要であるか、本質的であるかまたは重要でさえあることの含意も目的とされていないことに注意されたい。むしろ、これらの用語には、本発明の特定の実施形態に用いられても用いられなくても差し支えない別のまたはさらなる特徴の強調が目的とされているに過ぎない。
【００３３】
本発明を説明し、定義する目的のため、用語「実質的に」は本明細書において、いずれかの量的比較、値、測定値またはその他の表示／表象がもっていると考えられ得る不確定さの固有の大きさを表すために用いられる。用語「実質的に」は本明細書において、量的表示が当該主題の基本的機能の変化を生じることなく、言明された基準から変わり得る度合いを表すためにも用いられる。
【符号の説明】
【００３４】
１０    半導体レーザ
２０    半導体基板
３０    活性領域
４０    リッジ導波路
５０    駆動電極素子
６２，６４    加熱素子ストリップ
７０    電気絶縁薄膜
８０    光波長変換素子
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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