(57)【要約】  熱的に制御可能な部分を有する導波路を含む導波路構造体、及びその構造体の製造方法である。導波路構造体は、複数の層を備える。これらの層は、順に、基板（３０６）、犠牲層（３０５）、下部クラッド層（３０３）、導波路コア層（３０２）及び上部クラッド層（３０１）を含む。下部クラッド層、導波路コア層及び上部クラッド層は、導波路を形成し、導波路は、導波路コアを有する。導波路構造体は、上部クラッド層、導波路コア層及び下部クラッド層を貫通し、熱的に制御可能な部分のほぼ全長に沿って導波路リッジと平行に延びる連続的なビア（３０７）を有する。導波路構造体はまた、熱的に制御可能な部分の全長に沿って導波路リッジ（３０４）まで少なくともビアから延びる犠牲層に断熱領域を有する。犠牲層は、断熱領域（３０８）の外側の犠牲材料と、断熱領域の内側で下部クラッド層と基板とを分離する断熱ギャップ又は断熱材料とを含む。この構造体は、少なくとも断熱領域から材料を除去するために、ビアを通して犠牲層に湿式エッチングを施すことによって製造される。
2019530978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱的に制御可能な部分を有する導波路を含む導波路構造体であって、前記導波路構造体が、複数の層を含み、
前記層が、順に、
基板、
犠牲層、
下部クラッド層、
導波路コア層、及び、
上部クラッド層、
を含み、
前記下部クラッド層、導波路コア層及び上部クラッド層が、前記導波路を形成し、前記導波路が、導波路コアを有し、
前記導波路構造体が、前記上部クラッド層、導波路コア層及び下部クラッド層を貫通し、前記熱的に制御可能な部分のほぼ全長に沿って前記導波路コアと平行に延びる連続的なビアを有し、
前記犠牲層が、前記熱的に制御可能な部分の全長に沿って前記導波路コアを超えて少なくとも前記ビアから延びる断熱領域を含み、前記犠牲層が、前記断熱領域の外側の犠牲材料と、前記断熱領域の内側の前記下部クラッド層及び基板を分離する断熱ギャップ又は断熱材料を含む、導波路構造体。
【請求項２】
前記断熱領域が、前記ビアから前記導波路コアを越えて少なくとも５ミクロンまで延びる、請求項１に記載の導波路構造体。
【請求項３】
前記導波路コア層の露出面に付けられたパッシベーション誘電体を備える、請求項１又は２に記載の導波路構造体。
【請求項４】
前記導波路コアの前記ビアとは反対側で前記上部クラッド層と電気的に接触している接地接点を備える、請求項１から３の何れか一項に記載の導波路構造体。
【請求項５】
前記導波路コアに隣接する前記上部クラッド層と電気的に接触する接地接点を備える、請求項１から４の何れか一項に記載の導波路構造体。
【請求項６】
前記導波路コアに隣接する前記上部クラッド層と熱的に接触しているヒータを備える、請求項１から５の何れか一項に記載の導波路構造体。
【請求項７】
前記導波路コアの両側に配置された２つのヒータを備える、請求項１から６の何れか一項に記載の導波路構造体。
【請求項８】
前記上部クラッド層と前記ヒータとの間に設けられたパッシベーション誘電体を含み、
前記パッシベーション誘電体が、前記導波路リッジを前記ヒータから電気的に絶縁するように構成される、請求項６又は７に記載の導波路構造体。
【請求項９】
前記ヒータが、ヒータ抵抗器である、請求項６から８の何れか一項に記載の導波路構造体。
【請求項１０】
前記犠牲層の厚さが、０．５ミクロンから２ミクロンの間である、請求項１から９の何れか一項に記載の導波路構造体。
【請求項１１】
前記断熱領域の幅が、２０ミクロンから４０ミクロンであり、前記幅が、前記導波路コアに垂直な方向及び前記犠牲層の平面において測定される、請求項１から１０の何れか一項に記載の導波路構造体。
【請求項１２】
前記犠牲材料が、以下のうちの何れか１つ又は複数を含む、請求項１から１１の何れか一項に記載の導波路構造体：
ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）、
ヒ化アルミニウムインジウム（ＡｌＩｎＡｓ）、及び、
ヒ化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＡｓ）。
【請求項１３】
前記犠牲材料が、下層のＡｌＩｎＡｓ及び上層のＩｎＧａＡｓを含む、請求項１から１２の何れか一項に記載の導波路構造体。
【請求項１４】
前記上部クラッド層が、前記導波路コアに隣接して配置された導波路リッジを含む、請求項１から１３の何れか一項に記載の導波路構造体。
【請求項１５】
前記導波路リッジと前記ビアとの間に配置され、前記熱的に制御可能な部分のほぼ全長に沿って前記導波路リッジと平行に延びる支持リッジを含む、請求項１４に記載の導波路構造体。
【請求項１６】
前記上部クラッド及び導波路コア層が、導波路を含み、
前記導波路構造体が、前記導波路を前記上部クラッド及び導波路コア層の他の部分から絶縁する絶縁領域を前記導波路の両側にさらに備える、請求項１から１３の何れか一項に記載の導波路構造体。
【請求項１７】
請求項１から１６の何れか一項に記載の導波路構造体を備える波長可変レーザー。
【請求項１８】
前記導波路の前記熱的に制御可能な部分が、分布ブラッグ反射器の一部を形成する、請求項１７に記載のレーザー。
【請求項１９】
前記導波路の前記熱的に制御可能な部分が、レーザーキャビティ内の位相制御器の一部を形成する、請求項１７に記載のレーザー。
【請求項２０】
熱制御導波路の製造方法であって、
前記方法が、
導波路構造体を提供する段階であって、前記導波路構造体が、順に、
基板、
犠牲層、
下部クラッド層、
導波路コア層、及び、
上部クラッド層、
を含み、
前記下部クラッド層、導波路コア層及び上部クラッド層が、前記導波路を形成し、前記導波路が、導波路コアを有し、
前記導波路構造体が、前記上部クラッド層、導波路コア層及び下部クラッド層を貫通し、前記熱的に制御可能な部分の全長に沿って前記導波路リッジと平行に延びる連続的なビアを有する段階と、
前記熱的に制御可能な部分の全長に沿って前記導波路リッジを超えて少なくとも前記ビアから延びる前記犠牲層の少なくとも断熱領域から材料を除去するために、前記ビアを通して前記犠牲層に湿式エッチングを施し、前記断熱領域の前記下部クラッド層及び基板を分離するギャップを生成する段階であって、前記湿式エッチングが、前記犠牲層の材料をエッチングし、前記基板及び下部クラッド層の材料をエッチングしない段階と、
を含む、熱制御導波路の製造方法。
【請求項２１】
前記導波路構造体が、前記導波路コア層の露出面に付けられたパッシベーション誘電体をさらに備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記エッチング液が、以下の何れか１つである、請求項２０又は２１に記載の方法：
Ｈ３ＰＯ４−Ｈ２Ｏ２、
Ｈ２ＳＯ４−Ｈ２Ｏ２、
クエン酸−Ｈ２Ｏ２、
ＨＮＯ３、
酒石酸−ＨＮＯ３、
酒石酸−Ｈ２Ｏ２、及び、
ＨＦ−Ｈ２Ｏ２。
【請求項２３】
前記犠牲層が、以下のうちの何れか１つ又は複数を含む、請求項２０から２２の何れか一項に記載の方法：
ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）、
ヒ化アルミニウムインジウム（ＡｌＩｎＡｓ）、及び、
ヒ化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＡｓ）。
【請求項２４】
前記犠牲層が、ＡｌＩｎＡｓの層及びＩｎＧａＡｓの層を含む、請求項２０から２３の何れか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記導波路構造体を提供する段階が、
導波路リッジを形成するために前記上部クラッド層をエッチングする段階と、
前記ビアを形成するために、前記上部クラッド層、導波路コア層及び下部クラッド層をエッチングする段階と、
を含む、請求項２０から２４の何れか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記上部クラッド層をエッチングする段階と、前記上部クラッド層、導波路コア層及び下部クラッド層をエッチングする段階とが、乾式エッチング又は乾式エッチングと湿式エッチングとの組合せを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記上部クラッド層をエッチングする段階、及び、前記上部クラッド層、導波路コア層及び下部クラッド層をエッチングする段階の前に、
前記基板、
前記犠牲層、
前記下部クラッド層、
前記導波路コア層、及び、
前記上部クラッド層、
を順に含む層状構造体を製造する段階を含む、請求項２５又は２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波路構造体に関する。特に、本発明は、熱的に制御可能な部分を有する導波路を含む改良された導波路構造体、及びそれを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
用語「光」が使用される場合、これは、一般に電磁放射線を指し、特に可視光を指すのではない。用語「レーザー」が使用される場合、これは、他に特定されない限り、半導体レーザーをいう。
【０００３】
既知の電子的に同調されたレーザーと比較して、線幅性能を改善するために熱的に同調された半導体レーザー（例えば分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザー）が開発されている。各種の同調は、反射器などのレーザーの１つ又は複数の構成要素の屈折率を変更し、その構成要素に異なる波長を選択させることによって作用する。
【０００４】
電子的に同調されたレーザーは、高レベルの光損失をもたらし、それは、レーザー閾値電流を増加させ、線幅を低下させる。さらに、電子的な同調は、非常に速い応答（ナノ秒のオーダー）を有するので、電子的な雑音は、レーザー出力に容易に結び付けられる。
【０００５】
対照的に、熱的な同調は、光損失をそれほど増加させないので、線幅の低下は、ごく僅かである。さらに、熱的な同調の応答は、遥かに遅い（数十マイクロ秒のオーダー）ので、レーザー出力は、高周波ノイズ源から切り離される。熱は、導波路リッジの上を通るか又は導波路リッジとほぼ平行に延びる抵抗ヒータストライプを介して導波路光学コアに加えられる。ストライプは、パッシベーション誘電体によってリッジから電気的に絶縁される。
【０００６】
典型的な電気的に同調されたレーザーは、図１Ａに示されるような断面を有する。レーザーは、ｐクラッド１０１、導波路コア層１０２、ｎクラッド層１０３及び基板１０４を含む。ｐクラッド１０１は、屈折率を変化させるための電気的手段が取り付けられた導波路リッジ１０５を形成するためにエッチングされる（図示せず）。導波路リッジの下の導波路コア層の領域は、導波路コアを形成する。
【０００７】
図１Ｂは、「埋め込みヘテロ構造」レーザーを示す。このレーザーは、ｐクラッド１１１、導波路コア層１１２、ｎクラッド層１１３及び基板１１４を含む。導波路リッジ１１５の代わりに、この導波路は、上部クラッド層及び導波路コア層内の構造体１１５によって形成され、それは、絶縁領域１１６によって分離される。埋め込みヘテロ構造レーザーの導波路コアは、構造体１１５内の導波路コア層の部分によって形成される。
【０００８】
各レーザーは、ダイオードによって発生した熱を抽出するように設計された、十分に吸熱された材料の平面構造体である。しかしながら、これは、そのようなレーザー設計を熱的な同調に適応させるとき、必要な温度シフトを引き起こすのに必要とされる電力が非常に大きいことを意味する（例えば、５０から７０℃の温度変化に対して１Ｗ）。熱的な同調の効率を改善するために、導波路を支持構造体から熱的に分離することが望ましい。しかしながら、熱的に同調されていないレーザーの部分は、支持構造体と熱的に接触し、それらの温度を一定に保つことができるようにすべきである。
【０００９】
これを達成するための既知の構造の例が図２Ａ及び図２Ｂのリッジ導波路レーザーについて示されており、ここで、図２Ａは、図２Ｂの線ＩＩＡ−ＩＩＡに沿った構造体の断面図であり、図２Ｂは、平面図である。このレーザーは、上部ｐクラッド層２０１、導波路コア２０２及び下部ｎクラッド層２０３を有する。上部ｐクラッド層は、導波路リッジ２０４を形成するようにエッチングされる。犠牲材料の層２０５は、下部クラッド層と基板２０６との間に配置され、導波路リッジを含む部分の下に空隙２０８を残すために、この犠牲材料は、湿式エッチングプロセスによってエッチング除去される。湿式エッチングが犠牲材料に達することを可能にするために、ビア２０７は、上部クラッド層、導波路コア及び下部クラッド層に設けられる。明らかに、ビアが導波路を完全に取り囲むならば、それはもはや支持されないだろうから、導波路を基板の残りの部分に接続するためにビアに支持構造２０９が設けられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、これらの支持構造体は、導波路に不均一な熱特性を持たせ、すなわち、支持構造体の近くの導波路の部分は、支持構造体から離れた部分よりも容易に冷却するであろう。この不均一な加熱は、構成要素に沿った屈折率の均一な制御に影響を及ぼし、レーザーの性能を低下させる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の態様によれば、熱的に制御可能な部分を有する導波路を含む導波路構造体が提供される。導波路構造体は、複数の層を含む。これらの層は、順に、基板、犠牲層、下部クラッド層、導波路コア層及び上部クラッド層を含む。下部クラッド層、導波路コア層及び上部クラッド層は、導波路を形成し、導波路は、導波路コアを有する。導波路構造体は、上部クラッド層、導波路コア層及び下部クラッド層を貫通し、熱的に制御可能な部分のほぼ全長に沿って導波路リッジと平行に延びる連続的なビアを有する。導波路構造体はまた、熱的に制御可能な部分の全長に沿って導波路リッジを超えて少なくともビアから延びる犠牲層に断熱領域を有する。犠牲層は、断熱領域の外側の犠牲材料と、断熱領域の内側で下部クラッド層と基板とを分離する断熱ギャップ又は断熱材料とを含む。
【００１２】
さらなる態様によれば、第１の態様の導波路構造体を備える波長可変レーザーが提供される。
【００１３】
また更なる態様によれば、熱的に制御可能な導波路を製造する方法が提供される。導波路構造体が提供される。この導波路構造は、基板、犠牲層、下部クラッド層、導波路コア層及び上部クラッド層をこの順に備える。下部クラッド層、導波路コア層及び上部クラッド層は、導波路を形成し、導波路は、導波路コアを有する。導波路構造体は、上部クラッド層、導波路コア層及び下部クラッド層を貫通し、熱的に制御可能な部分の全長に沿って導波路リッジと平行に延びる連続的なビアを有する。熱的に制御可能な部分の全長に沿って導波路リッジを超えて少なくともビアから延びる犠牲層の少なくとも断熱領域から材料を除去するために、ビアを通して犠牲層に湿式エッチングが施され、断熱領域の下部クラッド層及び基板を分離するギャップを生成する。湿式エッチングは、犠牲層の材料をエッチングし、基板及び下部クラッド層の材料をエッチングしない。
【００１４】
本発明のさらなる実施形態は、請求項２以下に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】典型的な電気的に同調されたレーザーの導波路構造体の断面図を示す。
【図１Ｂ】典型的な電気的に同調されたレーザーの導波路構造体の断面図を示す。
【図２Ａ】熱的に同調されたレーザー用の既知の導波路構造体の断面図である。
【図２Ｂ】熱的に同調されたレーザー用の既知の導波路構造体の平面図である。
【図３Ａ】熱的に同調されたレーザー用の例示的な導波路構造体の断面図である。
【図３Ｂ】熱的に同調されたレーザー用の例示的な導波路構造体の平面図である。
【図４】図３の構造体の製造の段階を示す図である。
【図５】加熱中の例示的な導波路構造体の典型的な温度プロファイルを示す図である。
【図６】例示的な熱的に同調されたレーザーの断面図を示す。
【図７】代替的で例示的な熱的に同調されたレーザーの断面図を示す。
【図８】例示的な埋め込みヘテロ構造レーザーの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
別のアンダーカット構造体を以下に示す。この構造体は、より均一な加熱プロファイルを提供するので、従来技術の制限を克服する。さらに、この構造体は、製造プロセスの変動に対して非常に寛容であり、特定の実施形態では、従来のアンダーカットで可能であったよりも効果的な導波路構造体の接地を可能にする。
【００１７】
例示的な構造体が図３Ａ及び図３Ｂに示されており、図３Ａは、図３Ｂの線ＩＩＩＡ−ＩＩＩＡに沿った構造体の断面図であり、図３Ｂは、平面図である。図２の従来技術の構造体と同様に、この構造体は、導波路コア３０２を挟む上部ｐクラッド３０１と下部ｎクラッド３０３を有する。上部ｐクラッドは、導波路リッジ３０４を提供するためにエッチングされる。犠牲層３０５は、下部ｎクラッド３０３と基板３０６との間に設けられる。既知の構造体のように導波路の両側に一連のビアを設けるのではなく、単一のビア３０７が導波路の一方の側に設けられる。このビアは、それを横切る支持構造体を有さず、犠牲層３０５まで上部クラッド層３０１、導波路コア層３０２及び下部クラッド層３０３を貫通して延びる。ビアは、熱的に制御可能な部分の全長に沿って導波路リッジと平行に延在する。犠牲層をエッチングするためにエッチング液がビア内に供給され、その結果、導波路リッジを含む部分が片持ち式の配置で空隙３０８から張り出している。犠牲材料が少なくとも導波路を超えてエッチングされている限り、導波路が基板から断熱されることになるので、適切な熱特性を得ることができる。小さなオーバーエッチングは、ビアの長さに沿って均一になり、構造体の熱特性には殆ど影響しない。
【００１８】
図４は、図３の構造体を製造するための製造プロセスを示す。層状構造体４００は、基板層４０６、犠牲層４０５、下部クラッド層４０３、導波路コア層４０２及び導波路コア層４０１を順に備える。上部クラッド層は、例えばｐクラッド材料である上部クラッド材料を含む。導波路コア層は、導波路コア材料を含む。下部クラッド層は、例えばｎクラッド材料である下部クラッド材料を含む。犠牲層は、犠牲材料を含む。基板は、基板材料を含む。
【００１９】
次に、層状構造体４００をエッチング（４０００、４００１）して（例えば、乾式エッチング又は乾式エッチングと湿式エッチングとの組合せを用いて）中間構造体４１０を形成する。第１のエッチング４０００は、上部クラッド層４０１をエッチングし、導波路リッジ４０４及びエッチングされた上部クラッド層４１１を形成する。中間構造体はまた、導波路コア層４０２を貫通してエッチングされたビア４０７と、エッチングされた導波路コア層４１２を残すための下部クラッド層４０３と、エッチングされた下部クラッド層４１３とを有する。ビアは、犠牲層まで、上部クラッド層、導波路コア層層及び下部クラッド層を貫通する。上部クラッド層４０１は、エッチング段階４０００の間にビアの位置からエッチングされてもよく（図示されるように）、又は、エッチング段階４００１の間に導波路コア層４０２及び下部クラッド層４０３と共にエッチングされてもよい。上部クラッド層が段階４０００の間にエッチングされるだけである場合、エッチングされた上部クラッド層４１１の側部は、ビアの端部にはないかもしれない（図に示されるように）。
【００２０】
次に、ビア４０７に導入された化学的選択湿式エッチングを用いて中間構造体をエッチングし（４００２）、導波路構造体４２０を形成する。導波路リッジ４０４を越えて少なくともビア４０７から延びる領域から犠牲材料が除去され、その領域において下部クラッド層４１３と基板４０６との間に空隙４０８を残すように、湿式エッチングによって優先的に犠牲材料がエッチングされ、エッチングされた犠牲層４１５が形成される。空隙は、その領域を断熱性にする。導波路構造体４２０が、図３に示される導波路構造体と等価であることに留意されたい。
【００２１】
エッチングプロセス４００１及び４００２は、別々に実行されてもよく、又は、中間構造体４１０は、他の手段によって作成され、湿式エッチングプロセス４００２に提供されてもよい。
【００２２】
図５は、図３に示す構造体の熱モデルを示す。熱が導波路リッジ３０４に加えられ、基板３０６は、一定の温度に保たれる。図３では、高密度のドットは、高温を表し、低密度のドットは、低温を表す。残りの犠牲層を介した熱の流れがはっきりと見て取れる。熱特性は、オーバーハングの幅及び厚さ、犠牲材料の選択、並びに犠牲材料の厚さによって異なる。
【００２３】
典型的なオーバーハング幅は、２０から５０ミクロンである。典型的な犠牲材料の厚さは、０．２５から２ミクロンである。上部クラッド層、下部クラッド層及び導波路コア層のそれぞれの典型的な厚さは、１から３ミクロンである。犠牲材料は、典型的には光学コアの下で１から２ミクロンである。断熱領域は、典型的には導波路リッジを超えて１０から４０ミクロン、例えば、導波路リッジを超えて３０ミクロン延びる。オーバーハングの端部での熱的影響を回避するために、オーバーハングは、格子のようなレーザーの重要な特徴部から少なくとも２０ミクロン、そのような特徴部から少なくとも５０ミクロン、又は、そのような特徴から少なくとも１００ミクロンほど導波路の軸の方向に延びることができる。
【００２４】
犠牲層、エッチング液及びクラッド層に使用される材料の組合せは、エッチング液がクラッド層よりも犠牲材料をエッチングすることに対して強い選択性を有するように選択されるべきである。導波路コアがエッチング液に対して脆弱である場合、パッシベーション誘電体をビア内の導波路コアの露出面に付けて、導波路コアのエッチングを防ぐことができる。
【００２５】
一例として、犠牲層に使用される犠牲材料は、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ及びＡｌＧａＩｎＡｓのうちの１つ又は複数を含むことができ、クラッド層は、ＩｎＰを含むことができる。犠牲層をエッチングするが、クラッド層をそれほどエッチングしないであろう可能性のあるエッチング液には次のものが含まれる：
・Ｈ３ＰＯ４−Ｈ２Ｏ２、
・Ｈ２ＳＯ４−Ｈ２Ｏ２、
・クエン酸−Ｈ２Ｏ２、
・ＨＮＯ３、
・酒石酸−ＨＮＯ３、
・酒石酸−Ｈ２Ｏ２、及び、
・ＨＦ−Ｈ２Ｏ２。
【００２６】
犠牲層中の犠牲材料は、導波路構造体の側部に適所に残り、熱的に制御可能なもの以外のデバイスの領域に適所に残ってもよい。これは、それらの領域が基板と熱的に接触することを確実にし、それは、それらの領域の温度制御を助ける。エッチングされた領域に空隙を残す代わりに、それは、熱絶縁材料、すなわち犠牲材料よりも熱絶縁性の材料で充填又は部分的に充填されてもよい。
【００２７】
犠牲層に使用される犠牲材料は、２つ以上の個別層として形成されてもよいが、この場合、これら個別の層の全てが依然として集合的に犠牲材料を形成する。一構成では、犠牲材料は、ＩｎＧａＡｓの最上層と共にＡｌＩｎＡｓの下層を含むことができる。この特定の構成は、いくつかの利点を有する。後続の層のためのより良い成長形態は、ＡｌＩｎＡｓと比較してＩｎＧａＡｓ上で達成可能であるように思われ、湿式エッチング及び乾式エッチングの手順の組合せを含む処理スキームが有利に使用され得る。材料の組合せは、利得部分の下に残っている層における熱伝導率の最適化を可能にする。ＩｎＧａＡｓによる光吸収は、迷光（導波されていない光）を制御するのを助ける。代替として、ＩｎＧａＡｓのみを犠牲層として使用することができる。
【００２８】
図６は、さらなる構成要素を有する例示的な構造体を示す。上部及び下部クラッド６０１、６０３、導波路コア層６０２、導波路リッジ６０４、犠牲層６０５、ビア６０７並びに基板６０６は、図３の構造体のものと等価である。構造体は、パッシベーション誘電体６０９、ヒータ抵抗器６１０、及び、接地接点６１１、６１２をさらに含む。パッシベーション誘電体６０９は、導波路コアを湿式エッチングから遮蔽し、リッジ導波路をヒータ抵抗器６１０から電気的に絶縁する。パッシベーション誘電体は、これらの機能の一方又は両方を実行するように構成することができる。図４に戻って参照すると、パッシベーション誘電体は、湿式エッチング４００２の導入前に中間構造体４１０に適用されてもよい。ヒータ抵抗器６１０は、レーザーの熱的な同調に必要とされるようにリッジ導波路に加熱を提供する。接地接点６１１、６１２は、導波路コアにおけるキャリア密度振動の減少及びフェルミ準位のクランピングを引き起こし、それは、ショットノイズの抑制、及び特に１０ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲における性能の改善をもたらす。ｐ接地接点６１１が、先行技術のアンダーカット設計で可能であるよりも導波路リッジによりよく接続されているので、示された構造体のショットノイズは、図２に示された構造体に基づく等価構造体と比較して著しく低減される。接地接点及びヒータの他の構成が可能である。例えば、導波路リッジの上部に接地接点があり、リッジの両側にヒータがあるか、又は、リッジに隣接する上部クラッド層の一方又は両方のギャップ内に接地接点があってもよい。ヒータは、リッジの頂部、リッジの側部又はその両方と接触していてもよい。
【００２９】
図７は、代替の例示的な構造体を示す。上部及び下部クラッド７０１、７０３、導波路コア層７０２、導波路リッジ７０４、犠牲層７０５、ビア７０７及び基板７０６は、図３の構造体のものと等価である。この構造体は、ヒータ抵抗器７０９、７１０、接地接点７１１、７１２及び支持リッジ７１３をさらに含む。接地接点７１１は、導波管リッジ７０４の頂部に配置され、ヒータ７０９、７１０は、リッジの両側に等距離に配置されている。パッシベーション誘電体７１４は、ヒータと半導体との間の電気的接触を防ぐために設けられている。パッシベーション誘電体７１４は、接地接点７１１と導波路リッジ７０４との間の接触を可能にするためのギャップを有する。この構成は、図６の構成と比べて改善された位相雑音を提供する。支持リッジ７１３は、機械分野で使用される「Ｃ−ビーム」又は「平行フランジチャネル」に似ている様式で、オーバーハングの機械的強度を向上させる。支持リッジ７１３の上部クラッド７０１は、機械的完全性を高めるために厚くすることができる。
【００３０】
図６及び図７の追加の特徴は、任意の適切な配置で、又は本明細書で言及されているが、図面には提示されていない他の特徴と組み合わせることができる。例えば、支持リッジ７１３を設けずに、接地接点６１１、６１２と支持リッジ７１３の配置、又は、ヒータ抵抗器７０９、７１０と接地接点７１２の配置を有する構造体を設けてもよい。
【００３１】
図８に示すように、同様の断熱構造体を埋め込みヘテロ構造レーザーに適用することができる。図８は、上部及び下部クラッド８０１、８０３、導波路コア層８０２、導波路８０４、絶縁領域８０８、犠牲層８０５、ビア８０７及び基板８０６を含む導波路構造体を示す。基板８０６、ビア８０７及び犠牲層８０５は、図６及び図７のものと等価である。導波路８０４及び分離領域８０８は、図１Ｂの構造体１１５及び分離領域１１６と等価である。接地接点８１１、８１２は、図６のものと対応する配置で示されているが、図７の配置と同等の配置であってもよい。ヒータは、導波路構造体８０４の周囲の任意の適切な位置に適用され得、例えば、ヒータ８０９、８１０について示されているように、導波路構造体の両側に適用される。ヒータ８１４とその下にある構成要素との間の電気的接触を防ぐために、パッシベーション誘電体が付けられている。十分な熱絶縁を提供するために、アンダーカットは、少なくとも導波路コアを超えて、すなわち導波路構造体８０４を超えて延びるべきである。
【００３２】
上記に開示された導波路構造体は、熱的に制御可能な部分を有する任意の導波路に使用することができる。例えば、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザーでは、導波路構造体を後部ＤＢＲ部及び／又は位相制御部に使用してこれらの部分の熱制御を改善することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０１  ｐクラッド
１０２  導波路コア層
１０３  ｎクラッド層
１０４  基板
１０５  導波路リッジ
１１１  ｐクラッド
１１２  導波路コア層
１１３  ｎクラッド層
１１４  基板
１１５  導波路リッジ
１１６  絶縁領域
２０１  上部ｐクラッド層
２０２  導波路コア
２０３  下部ｎクラッド層
２０４  導波路リッジ
２０５  犠牲材料層
２０６  基板
２０７  ビア
２０８  空隙
２０９  支持構造
３０１  上部ｐクラッド
３０２  導波路コア
３０３  下部ｎクラッド
３０４  導波路リッジ
３０５  犠牲層
３０６  基板
３０７  ビア
３０８  空隙
４００  層状構造体
４０１  導波路コア層
４０２  導波路コア層
４０３  下部クラッド層
４０４  導波路リッジ
４０５  犠牲層
４０６  基板層
４０７  ビア
４０８  空隙
４１０  中間構造体
４１１  上部クラッド層
４１２  導波路コア層
４１３  下部クラッド層
４１５  犠牲層
６０１  上部クラッド
６０２  導波路コア層
６０３  下部クラッド
６０４  導波路リッジ
６０５  犠牲層
６０６  基板
６０７  ビア
６０９  パッシベーション誘電体
６１０  ヒータ抵抗器
６１１  接地接点
６１２  接地接点
７０１  上部クラッド
７０２  導波路コア層
７０３  下部クラッド
７０４  導波路リッジ
７０５  犠牲層
７０６  基板
７０７  ビア
７０９  ヒータ
７１０  ヒータ
７１１  接地接点
７１２  接地接点
７１３  支持リッジ
７１４  パッシベーション誘電体
８０１  上部クラッド
８０２  導波路コア層
８０３  下部クラッド
８０４  導波路
８０５  犠牲層
８０６  基板
８０７  ビア
８０８  絶縁領域
８０９  ヒータ
８１０  ヒータ
８１１  接地接点
８１２  接地接点
４０００  エッチング
４００１  エッチング
４００２  エッチング
【図１Ａ】
2019530978.tif 000003
【図１Ｂ】
2019530978.tif 000004
【図２Ａ】
2019530978.tif 000005
【図２Ｂ】
2019530978.tif 000006
【図３Ａ】
2019530978.tif 000007
【図３Ｂ】
2019530978.tif 000008
【図４】
2019530978.tif 000009
【図５】
2019530978.tif 000010
【図６】
2019530978.tif 000011
【図７】
2019530978.tif 000012
【図８】
2019530978.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月28日(2019.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱的に制御可能な部分を有する導波路を含む導波路構造体であって、前記導波路構造体が、複数の層及び接地接点を含み、
前記層が、順に、
基板、
犠牲層、
下部クラッド層、
導波路コア層、及び、
上部クラッド層、
を含み、
前記下部クラッド層、導波路コア層及び上部クラッド層が、前記導波路を形成し、前記導波路が、導波路コアを有し、
前記導波路構造体が、前記上部クラッド層、導波路コア層及び下部クラッド層を貫通し、前記熱的に制御可能な部分のほぼ全長に沿って前記導波路コアと平行に延びる連続的なビアを前記導波路リッジの一側のみに有し、
前記犠牲層が、前記熱的に制御可能な部分の全長に沿って前記導波路コアを超えて少なくとも前記ビアから延びる断熱領域を含み、前記犠牲層が、前記断熱領域の外側の犠牲材料と、前記断熱領域の内側の前記下部クラッド層及び基板を分離する断熱ギャップ又は断熱材料を含み、
前記接地接点が、前記導波路コアの前記ビアとは反対側で前記上部クラッド層と電気的に接触しており、又は、
前記接地接点が、前記導波路コアに隣接する前記上部クラッド層と電気的に接触している、導波路構造体。
【請求項２】
前記断熱領域が、前記ビアから前記導波路コアを越えて少なくとも５ミクロンまで延びる、請求項１に記載の導波路構造体。
【請求項３】
前記導波路コア層の露出面に付けられたパッシベーション誘電体を備える、請求項１又は２に記載の導波路構造体。
【請求項４】
前記導波路コアに隣接する前記上部クラッド層と熱的に接触しているヒータを備える、請求項１から３の何れか一項に記載の導波路構造体。
【請求項５】
前記導波路コアの両側に配置された２つのヒータを備える、請求項１から４の何れか一項に記載の導波路構造体。
【請求項６】
前記上部クラッド層と前記ヒータとの間に設けられたパッシベーション誘電体を含み、
前記パッシベーション誘電体が、前記導波路リッジを前記ヒータから電気的に絶縁するように構成される、請求項４又は５に記載の導波路構造体。
【請求項７】
前記ヒータが、ヒータ抵抗器である、請求項４から６の何れか一項に記載の導波路構造体。
【請求項８】
前記犠牲層の厚さが、０．５ミクロンから２ミクロンの間である、請求項１から７の何れか一項に記載の導波路構造体。
【請求項９】
前記断熱領域の幅が、２０ミクロンから４０ミクロンであり、前記幅が、前記導波路コアに垂直な方向及び前記犠牲層の平面において測定される、請求項１から８の何れか一項に記載の導波路構造体。
【請求項１０】
前記犠牲材料が、以下のうちの何れか１つ又は複数を含む、請求項１から９の何れか一項に記載の導波路構造体：
ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）、
ヒ化アルミニウムインジウム（ＡｌＩｎＡｓ）、及び、
ヒ化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＡｓ）。
【請求項１１】
前記犠牲材料が、下層のＡｌＩｎＡｓ及び上層のＩｎＧａＡｓを含む、請求項１から１０の何れか一項に記載の導波路構造体。
【請求項１２】
前記上部クラッド層が、前記導波路コアに隣接して配置された導波路リッジを含む、請求項１から１１の何れか一項に記載の導波路構造体。
【請求項１３】
前記導波路リッジと前記ビアとの間に配置され、前記熱的に制御可能な部分のほぼ全長に沿って前記導波路リッジと平行に延びる支持リッジを含む、請求項１２に記載の導波路構造体。
【請求項１４】
前記上部クラッド及び導波路コア層が、導波路を含み、
前記導波路構造体が、前記導波路を前記上部クラッド及び導波路コア層の他の部分から絶縁する絶縁領域を前記導波路の両側にさらに備える、請求項１から１１の何れか一項に記載の導波路構造体。
【請求項１５】
請求項１から１４の何れか一項に記載の導波路構造体を備える波長可変レーザー。
【請求項１６】
前記導波路の前記熱的に制御可能な部分が、分布ブラッグ反射器の一部を形成する、請求項１５に記載のレーザー。
【請求項１７】
前記導波路の前記熱的に制御可能な部分が、レーザーキャビティ内の位相制御器の一部を形成する、請求項１５に記載のレーザー。
【請求項１８】
熱制御導波路の製造方法であって、
前記方法が、
導波路構造体を提供する段階であって、前記導波路構造体が、複数の層及び接地接点を含み、前記層が、順に、
基板、
犠牲層、
下部クラッド層、
導波路コア層、及び、
上部クラッド層、
を含み、
前記下部クラッド層、導波路コア層及び上部クラッド層が、前記導波路を形成し、前記導波路が、導波路コアを有し、
前記導波路構造体が、前記上部クラッド層、導波路コア層及び下部クラッド層を貫通し、前記熱的に制御可能な部分の全長に沿って前記導波路リッジと平行に延びる連続的なビアを前記導波路リッジの一側のみに有し、
前記接地接点が、前記導波路コアの前記ビアとは反対側で前記上部クラッド層と電気的に接触し、又は、前記接地接点が、前記導波路コアに隣接する前記上部クラッド層と電気的に接触するように、前記導波路構造体が配置されている、段階と、
前記熱的に制御可能な部分の全長に沿って前記導波路リッジを超えて少なくとも前記ビアから延びる前記犠牲層の少なくとも断熱領域から材料を除去するために、前記ビアを通して前記犠牲層に湿式エッチングを施し、前記断熱領域の前記下部クラッド層及び基板を分離するギャップを生成する段階であって、前記湿式エッチングが、前記犠牲層の材料をエッチングし、前記基板及び下部クラッド層の材料をエッチングしない段階と、
を含む、熱制御導波路の製造方法。
【請求項１９】
前記導波路構造体が、前記導波路コア層の露出面に付けられたパッシベーション誘電体をさらに備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記エッチング液が、以下の何れか１つである、請求項１８又は１９に記載の方法：
Ｈ３ＰＯ４−Ｈ２Ｏ２、
Ｈ２ＳＯ４−Ｈ２Ｏ２、
クエン酸−Ｈ２Ｏ２、
ＨＮＯ３、
酒石酸−ＨＮＯ３、
酒石酸−Ｈ２Ｏ２、及び、
ＨＦ−Ｈ２Ｏ２。
【請求項２１】
前記犠牲層が、以下のうちの何れか１つ又は複数を含む、請求項１８から２０の何れか一項に記載の方法：
ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）、
ヒ化アルミニウムインジウム（ＡｌＩｎＡｓ）、及び、
ヒ化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＡｓ）。
【請求項２２】
前記犠牲層が、ＡｌＩｎＡｓの層及びＩｎＧａＡｓの層を含む、請求項１８から２１の何れか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記導波路構造体を提供する段階が、
導波路リッジを形成するために前記上部クラッド層をエッチングする段階と、
前記ビアを形成するために、前記上部クラッド層、導波路コア層及び下部クラッド層をエッチングする段階と、
を含む、請求項１８から２２の何れか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記上部クラッド層をエッチングする段階と、前記上部クラッド層、導波路コア層及び下部クラッド層をエッチングする段階とが、乾式エッチング又は乾式エッチングと湿式エッチングとの組合せを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記上部クラッド層をエッチングする段階、及び、前記上部クラッド層、導波路コア層及び下部クラッド層をエッチングする段階の前に、
前記基板、
前記犠牲層、
前記下部クラッド層、
前記導波路コア層、及び、
前記上部クラッド層、
を順に含む層状構造体を製造する段階を含む、請求項２３又は２４に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
第１の態様によれば、熱的に制御可能な部分を有する導波路を含む導波路構造体が提供される。導波路構造体は、複数の層及び接地接点を含む。これらの層は、順に、基板、犠牲層、下部クラッド層、導波路コア層及び上部クラッド層を含む。下部クラッド層、導波路コア層及び上部クラッド層は、導波路を形成し、導波路は、導波路コアを有する。導波路構造体は、上部クラッド層、導波路コア層及び下部クラッド層を貫通し、熱的に制御可能な部分のほぼ全長に沿って導波路リッジと平行に延びる連続的なビアを導波路リッジの一側のみに有する。導波路構造体はまた、熱的に制御可能な部分の全長に沿って導波路リッジを超えて少なくともビアから延びる犠牲層に断熱領域を有する。犠牲層は、断熱領域の外側の犠牲材料と、断熱領域の内側で下部クラッド層と基板とを分離する断熱ギャップ又は断熱材料とを含む。接地接点は、導波路コアのビアとは反対側で上部クラッド層と電気的に接触し、又は、導波路コアに隣接する上部クラッド層と電気的に接触している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また更なる態様によれば、熱的に制御可能な導波路を製造する方法が提供される。複数の層及び接地接点を含む導波路構造体が提供される。これらの層は、基板、犠牲層、下部クラッド層、導波路コア層及び上部クラッド層をこの順に備える。下部クラッド層、導波路コア層及び上部クラッド層は、導波路を形成し、導波路は、導波路コアを有する。導波路構造体は、上部クラッド層、導波路コア層及び下部クラッド層を貫通し、熱的に制御可能な部分の全長に沿って導波路リッジと平行に延びる連続的なビアを導波路コアの一側のみに有する。接地接点が、導波路コアのビアとは反対側で上部クラッド層と電気的に接触し、又は、導波路コアに隣接する上部クラッド層と電気的に接触するように、導波路構造体が配置されている。熱的に制御可能な部分の全長に沿って導波路リッジを超えて少なくともビアから延びる犠牲層の少なくとも断熱領域から材料を除去するために、ビアを通して犠牲層に湿式エッチングが施され、断熱領域の下部クラッド層及び基板を分離するギャップを生成する。湿式エッチングは、犠牲層の材料をエッチングし、基板及び下部クラッド層の材料をエッチングしない。
【国際調査報告】
2019530978.tif 000014
2019530978.tif 000015