(57)【要約】      （修正有）【課題】光電子素子の性能を改善すること、またはＢＲＳ構造に優先的に統合されるだけでなく、他の任意のタイプのストライプ構造にも適した新規のタイプの格子によって、新規の機能性を得る。【解決手段】光電子デバイスは、少なくとも１つの埋め込み導波路と、機構を含む細長いストライプ形状の、格子層と呼ばれる層とを含むストライプ構造であって、各機構がほぼ矩形形状を有し、機構の長さが格子層のストライプの長さ方向にほぼ直角であり、前記層が導波路を伝搬する光波との光結合を提供するように配置され、特定の機構の長さが導波路の幅より実質的に小さいストライプ構造である。【選択図】図４
2008160130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長いストライプ形状の少なくとも１つの埋め込み導波路と、機構を含む同様に細長いストライプ形状の、格子層と呼ばれる層とを含む光電子デバイスであって、各機構がほぼ矩形形状を有し、前記機構の長さが前記格子層のストライプの長さ方向にほぼ直角であり、前記層が、前記導波路を伝搬する光波との光結合を提供するように配置された光電子デバイスであって、特定の機構の長さが前記導波路の幅より実質的に小さく、前記格子層が機構の少なくとも２つの列を含み、前記列の軸が前記格子層の中心軸と平行であることを特徴とする光電子デバイス。
【請求項２】
前記機構が、前記格子層内に作製された凹部であることを特徴とする、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項３】
前記機構が、前記格子層の周囲に作製された凹部であり、したがって、前記層が欠刻を有することを特徴とする、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項４】
前記機構が可変サイズであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項５】
前記機構が、前記格子層の前記中心軸に対して対称的に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項６】
前記機構が、前記格子層の前記中心軸に対して非対称的に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項７】
前記格子層が機構の少なくとも３つの列を含み、前記列の軸が前記格子層の前記中心軸と平行であることを特徴とする、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項８】
全ての前記列の機構が同一の形状であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項９】
２つの連続する機構を分離するピッチが、各列において一定であることを特徴とする、請求項８に記載の光電子デバイス。
【請求項１０】
第１の列の２つの連続する機構を分離する前記ピッチが、第２の列の２つの連続する機構を分離する前記ピッチとは異なることを特徴とする、請求項８に記載の光電子デバイス。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の、基板を含むデバイスをＢＲＳ技術で作製するための方法あって、少なくとも次の３ステップ、すなわち、
・前記基板への前記導波路層の堆積、前記格子層の堆積、および次の、前記格子のエッチングと、
・前記格子領域だけの保護、および前記基板まで至る、前記導波路の前記エッチングの継続と、
・前記導波路および前記格子を埋め込むためのエピタキシャル再成長と、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は光電子素子の分野である。本発明は、多くの構造に適用可能であり、かつ適している。本発明は、特に、いわゆるＢＲＳ構造に適用される。
【背景技術】
【０００２】
多くの光電子素子が、ＢＲＳ（埋め込みリッジストライプ（Ｂｕｒｉｅｄ  Ｒｉｄｇｅ  Ｓｔｒｉｐｅ）の頭字語）と呼ばれる技術を始めとする様々な技術で作製されているが、このＢＲＳは、光電子素子が、埋め込みストライプとして知られている構造を有し、単一モード導波路に沿って、利得結合またはインデックス結合回折格子を組み込んでいることを意味する。特に、ＤＦＢ（分布帰還型）レーザと呼ばれるレーザ、ＤＢＲ（分布ブラッグ反射器）呼ばれる分布ブラッグ格子素子、ＳＯＡ（半導体光増幅器）と呼ばれる光増幅器、および光学フィルタの名前を挙げてもよい。
【０００３】
このタイプの素子は、１、２および３で示した３つの主なる大まかなステップを含む方法によって一般に作製されるが、これらのステップを図１に示す。一般に、これらの素子のサイズゆえに、これらの多数が、同時に作製される。したがって、図１は、３つの素子の作製を示す。図は、上面図および断面図で素子を示すが、断面は、垂直の点線および２つの水平な直線の矢印によって従来通りに示された切断面である。
【０００４】
第１のステップにおいて、将来の単一モード光導波路を構成する層２が、基板１に作製される。次に、この第１の層は第２の層３で覆われるが、この層３は、ひとたびエッチングされるとブラッグ格子４を構成する。
【０００５】
第２のステップにおいて、２つの層２および３の組み合わせが、導波路およびそれを覆うブラッグ格子の幅を画定するように刻み込まれるかまたはエッチングされる。このステップはまた図２に示すが、図２は、この作製段階における素子の一部を斜視図で示す。この図において、格子４は、「トップハット」の輪郭を有する。
【０００６】
第３すなわち最終ステップにおいて、導波路を埋め込むために、適切な材料５のエピタキシャル再成長が実行される。したがって、光ガイドおよび電気注入が提供可能である。
【０００７】
この方法には、大きな欠点がある。なぜなら、図１から分かるであろうように、格子を有するゾーンは、フォトリソグラフィによる導波路の再調整を可能にするほど十分に広くなければならないからである。この許容誤差は、約１ミクロン程度であると推定される。したがって、この技術は、導波路の横軸に沿った、回折格子の変化を少しも可能にしない。構造のエピタクシ中に画定される層の厚さにおける変化、または格子を刻み込むかまたはエッチングするときに画定される、格子の開口比における変化のいずれかをいじることによって、長手方向に格子のピッチを調整することが可能なだけである。
【０００８】
さて、光学モードと格子との間の相互作用が、スペクトル選択性など、素子の本質的な光学特性を決定する。より正確に言えば、スペクトル特性は、導波路に対するこの格子の位置および形状に依存する。さらに、先行技術のこの方法を用いると、得られた素子の特性および光学的特徴は、必ず制限される。
【０００９】
上記の欠点を改善するための１つの可能な解決法は、図３に示すような「リッジ」構造を作製することにある。この場合に、格子４は、導波路の上ではなく、導波路の平均平面と直角に横にエッチングされる。このようにして、格子の横形状におけるある程度の制御を達成することが可能になる。しかしながら、これらの特定の構造は、ダイオードレーザを作製するために用いられてきたが、また多くの欠点を有する。その理由は、図３から分かるであろうように、層を深くエッチングすることが必要であり、エッチングする厚さが、従来のＢＲＳ構造のそれの約１０倍だからである。もちろん、導波路を伝搬する光学モードとの結合は、横だけであり、結果として結合係数の低変調となる。さらに、レーザセクションにおいてストライプの幅全体にわたって格子をエッチングすることは、技術的に不可能である。最後に、高直列抵抗および低放射電力を伴い、電気注入は不利になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、性能を改善すること、またはＢＲＳ構造に優先的に統合されるだけでなく、他の任意のタイプのストライプ構造にも適した新規のタイプの格子によって、新規の機能性を得ることである。一般に、これらの新規の格子は、導波路の方向と直角な少なくとも１つの軸に沿って変化できるピッチを有する。これらの新規の構造を作製するための作製方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
より正確には、本発明の主題は、細長いストライプ形状の少なくとも１つの埋め込み導波路と、機構を含む同様に細長いストライプ形状の、格子層と呼ばれる層とを含む光電子デバイスであって、各機構がほぼ矩形形状を有し、機構の長さが格子層のストライプの長さ方向にほぼ直角であり、前記層が導波路を伝搬する光波との光結合を提供するように配置された光電子デバイスであって、特定の機構の長さが導波路の幅より実質的に小さいことを特徴とする光電子デバイスである。
【００１２】
有利なことに、機構は、格子層内かまたは格子層の周囲に作製された凹部であり、したがって、層は欠刻を有する。
【００１３】
有利なことに、機構は可変サイズであり、格子層の中心軸に対して対称的または非対称的に配置される。
【００１４】
有利なことに、格子層が機構の少なくとも１つの列を含んで、前記列の軸が格子層の中心軸と平行であるか、または格子層が機構の少なくとも２つまたは３つの列を含んで、前記列の軸が格子層の中心軸と平行であってもよい。
【００１５】
有利なことに、全ての列の機構は同一の形状である。
【００１６】
有利なことに、２つの連続する機構を分離するピッチは、各列において一定であるか、または第１の列の２つの連続する機構を分離するピッチは、第２の列の２つの連続する機構を分離するピッチとは異なる。
【００１７】
本発明はまた、前述の主張のうちの１つに従う、基板を含むデバイスを作製するための方法に関するが、この方法には、少なくとも次の３つのステップが含まれる。すなわち、
・基板への導波路層の堆積、格子層の堆積、および次の、格子のエッチングと、
・格子領域の保護、および基板にまで至る、導波路のエッチングの継続と、
・導波路および格子を埋め込むためのエピタキシャル再成長と、
である。
【００１８】
非限定的な例として提示される以下の説明を読むことにより、および添付の図面のおかげで、本発明はより明白に理解され、また他の利点が明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図４は、明瞭にするために、上層を除去して回折格子４を明らかにした本発明によるＢＲＳ構造の斜視図を示す。
【００２０】
格子層は、機構４１を含む細長いストライプ形状をしており、各機構４１は、ほぼ矩形形状を有する。機構の長さは、格子層のストライプの長さ方向にほぼ直角である。特定の機構の長さＬＭは、導波路層のストライプの幅ＬＲより実質的に小さい。
【００２１】
この基本的な配置から始まって、多くの可能な構成が存在する。非限定的な例として、多くの構成を図５〜１３に示す。単純にするため、および構造における変化を明らかにするために、これらの図は、上面図において格子４だけを示す。明瞭にするために、機構４１は、常に矩形形状として示される。もちろん、これらの機構を作製するために用いられる方法は、長円形状（oblong）または丸みのある形状などの実質的に異なる形状を結果としてもたらすことができる。
【００２２】
図５は、機構４１が格子層の周囲に作製された凹部であり、したがって、この層が欠刻を有する格子４を示す。図５に示すように、これらの欠刻は、長さが異なってもよい。図５の場合には、欠刻の長さは、直線的に変化しているが、しかし、他の変化も可能である。したがって、導波路に沿った、格子と導波路との間の結合のために、結合係数の細かい調整が可能である。
【００２３】
図６において、機構４１は、格子層の内部に作製された凹部である。ここで繰り返すと、機構の長さをいじることによって、導波路に沿った、格子と導波路との間の結合のために、結合係数を調整することが可能になる。
【００２４】
図５および６における格子は、結合係数の細かい調整を可能するが、ＤＦＢレーザに特に適している。その理由は、レーザ内における光強度の長手方向の分配が、積Ｋ×Ｌに強く依存しているからであり、ここで、Ｋは結合係数であり、Ｌはレーザの長さである。高いＫ×Ｌは、キャビティの中央における光子の大きな集中につながる。対照的に、低いＫ×Ｌは、光子がキャビティの端部に集中することに帰着する。さて、単一モード放射は、均一な光子密度分布がキャビティに確立される場合にのみ、保持することができる。可変結合係数を備えた格子を作製することによって、このタイプの構造を製造することが可能である。
【００２５】
図７は、矩形の機構４１が、ストライプの長手方向および横方向の両方に沿って形状が異なる凹部であり、かつ様々な機構を分離するピッチがまた可変である格子を示す。このようにして、結合係数の非常に複雑な調整が達成可能になる。
【００２６】
図８は、凹部４１が可変ピッチＰを有し、かつ図の右側における機構のピッチＰ１が、図８の左側におけるピッチＰ２より小さい格子４を示す。この配置によって、２つの異なる波長で反射するＤＢＲ格子素子を作製することが可能になる。
【００２７】
図９は、機構４１が素子の端部に集中した格子を示す。このようにして、素子の端部に位置する短いセクションにわたって非常に高い反射係数を得ることが可能である。このタイプの格子は、特に、ＳＯＡ増幅器で用いてもよい。したがって、ＳＯＡを通過する波は、格子に結合された導波路において何度も往復し、その増幅を著しく増加させる。
【００２８】
図１０は、全て同一で、かつ格子の中心軸に集中する機構４１の列を有する格子４を示す。機構の長さは、格子の幅より小さい。このタイプの格子の利点は、この格子により、導波路を伝搬するモードの次数に依存して異なる結合を生成する可能性が提供されることである。導波路の中央における欠刻は、基本モードにおける結合を優先し、単一モード動作に対しては、結果として幅の制限がより強くなる。その理由は、導波路の幅ＬＲの関数として、ボールド体でプロットした基本モードＭ０の光度Ｉにおける変化を示す図１０に示すように、基本モードのエネルギが、導波路の中央で最大であるからである。反対に、図１０にまた示すように、一次モードＭ１のエネルギは、格子の中央で最小であり、エッジで最大である。したがって、このモードは、格子によって優先されない。素子がＤＦＢレーザである場合には、単一モード導波路のカットオフ幅は、かなり広げられる。したがって、レーザの最大放射電力は、増加される。もちろん、基本モード以外のモードを優先することは可能であろう。必要なのは、モードのエネルギ極大点に機構を配置することである。したがって、導波路のエッジに沿った欠刻は、二次モードにおける結合を優先する。
【００２９】
図１１は、同じ格子層に作製された２つの格子４および８のセットを示す。第１の格子４は、全て同一で、かつ格子層の中心軸に集中する機構４１の列からなる。この第１の格子の機構は、第１のピッチを有する。第２の格子８は、全て同一で、かつ格子層の周囲に対称的に位置する機構８１の２つの列からなる。この第２の格子の機構は、第１のピッチとは異なる第２のピッチを有する。したがって、２つのモードの導波路を作製してもよい。第１の格子は、第１の波の基本モードにおける結合を促進し、他方で第２の格子は、第２の波の一次モードにおける結合を促進する。
【００３０】
図１２は、同じ格子層に作製され、かつ中央溝６によって分離された２つの格子４および８のセットを示す。このように作製された格子が異なるピッチを有する場合には、各格子において２つの異なる光学モードを並行して案内することが可能であり、各モードは、格子のうちの１つによって案内される。
【００３１】
図１３は、同じ格子層に作製された２つの格子４および８のセットを示す。各格子は、全て同一の機構の列からなるが、しかし２つの格子のピッチは異なる。このタイプの格子を用いれば、２つの異なる波長で放射するレーザを作製することが可能である。機構の単一の列を用いて同じ機能を生成することが可能であろう。この場合に、列は、２つのセクション、すなわち、第１のピッチを備えた第１のセクションおよび第１のピッチと異なる第２のピッチを備えた第２セクションを有するであろう。
【００３２】
もちろん、上記の実施形態に似た、格子の多くの可能な代替実施形態がある。当業者は、少しの格別な困難もなしに、最終的な素子の所望の特性に従ってこれらの構成をどのように適合させるかが分かるであろう。
【００３３】
本発明による装置をＢＲＳ構造で作製する方法を、図１４で説明する。この方法には、３つの本質的なステップが含まれる。
【００３４】
第１のステップにおいて、導波路層２が基板１に堆積され、格子層３が後に続き、次に、導波路／格子アセンブリが、格子の凹部を生成するためにエッチングされる。電子ビームエッチングとも呼ばれる電子線リソグラフィ技術を用いてもよい。これらの技術によって、数ナノメートルの精度を備えた非常に微細なエッチングを達成すること、および機構の幾何学的設計において大きな自由を許すことが可能になる。
【００３５】
第２のステップにおいて、格子ゾーンだけを保護するために、フォトレジストが用いられる。次に、導波路のエッチングが、基板に至るまで継続される。
【００３６】
第３のステップにおいて、適切な材料５の従来のエピタキシャル再成長が、導波路を埋め込むために実行される。したがって、光ガイドおよび電気注入が提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】先行技術によるＢＲＳ構造の作製における３つの大まかなステップを示す。
【図２】図１に示す第２のステップの終わりにおける、先行技術によるＢＲＳ構造の斜視図を示す。
【図３】先行技術の代替実施形態によるリッジ構造の斜視図を示す。
【図４】本発明によるＢＲＳ構造の、その作製方法中の斜視図を示す。
【図５−１３】様々な可能な構成における、本発明による格子の上面図を示す。
【図１４】本発明によるＢＲＳ構造の作製における３つの大まかなステップを示す。
【符号の説明】
【００３８】
１  基板
２  第１の層（導波路層）
３  第２の層（格子層）
４  回折格子（第１の格子）
５  材料
８  回折格子（第２の格子）
４１  機構
８１  機構
ＬＭ  機構の長さ
ＬＲ  導波層のストライプ幅
【図１】
2008160130.tif 000003
【図２】
2008160130.tif 000004
【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】
2008160130.tif 000009
【図８】
2008160130.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2008160130.tif 000012
【図１１】
2008160130.tif 000013
【図１２】
2008160130.tif 000014
【図１３】
2008160130.tif 000015
【図１４】
2008160130.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月7日(2008.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
【図１】先行技術によるＢＲＳ構造の作製における３つの大まかなステップを示す。
【図２】図１に示す第２のステップの終わりにおける、先行技術によるＢＲＳ構造の斜視図を示す。
【図３】先行技術の代替実施形態によるリッジ構造の斜視図を示す。
【図４】本発明によるＢＲＳ構造の、その作製方法中の斜視図を示す。
【図５】様々な可能な構成における、本発明による格子の上面図を示す。
【図６】様々な可能な構成における、本発明による格子の上面図を示す。
【図７】様々な可能な構成における、本発明による格子の上面図を示す。
【図８】様々な可能な構成における、本発明による格子の上面図を示す。
【図９】様々な可能な構成における、本発明による格子の上面図を示す。
【図１０】様々な可能な構成における、本発明による格子の上面図を示す。
【図１１】様々な可能な構成における、本発明による格子の上面図を示す。
【図１２】様々な可能な構成における、本発明による格子の上面図を示す。
【図１３】様々な可能な構成における、本発明による格子の上面図を示す。
【図１４】本発明によるＢＲＳ構造の作製における３つの大まかなステップを示す。
【外国語明細書】
2008160130000001.pdf