(57)【要約】分散帰還半導体レーザ或いは半導体変調器のような電気光学デバイス（１）は光導波管を有している。接触層（１１）が光導波管に印加され、電流をそのデバイスに通電し駆動或いは変調する。接触層は電気的伝導経路（３）の終端部に接続され、そのデバイスの表面に垂直と見られるような形をもっており、その経路の終端部と光導波管の異なる領域との間に電気抵抗を生じさせる。その電気抵抗はそのデバイスの終端部近く位置する領域ではそのデバイスの中央の領域に位置する領域よりも大きくなる。その形は凹状の傾斜した側辺をもった台形に類似したもので良いし、その結果得られる可変電気抵抗は、導波管の長さ方向にとられた方向で、実質的に均一な電力、或いは利得を光導波管内に与えるように選択される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さ方向と２つの相対する終端部と中央部とをもつ光導波管と、電流を通電して駆動するために前記光導波管の長さに対して印加される接触層を形成する導電層領域とを有する、特に、分布帰還型半導体レーザ或いは半導体変調器のような電気光学装置であって、
前記接触層は、前記長さ方向に変化し前記中央部よりも前記終端部における領域において高い電気抵抗値となる電気抵抗をもち、
前記変化する電気抵抗は電力を大きくさせたり、或いは前記光導波管内部の利得を前記長さ方向に一定或いは均一にさせるように適合されていることを特徴とする電気光学装置。
【請求項２】
前記接触層は最大で前記２つの相対する終端部にまで前記光導波管にわたり伸長しており、かつ実質的に一定或いは均一な層厚をもっており、
前記接触層は接続領域において電気的な導通経路と接続されており、
前記接触層は前記電気的導通層の平面において構成／パターンをもち、前記接続領域と前記光導波管の領域との間に電気抵抗を与え、
前記電気抵抗は前記相対する終端部に近接した閾値にある領域が前記中央部に位置する領域よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
【請求項３】
前記接触層の前記構成／パターンは前記相対する終端部から伸長する２つの相対する側辺を有し、
前記相対する側辺は前記長さ方向に対して鋭角を形成することを特徴とする請求項２に記載の電気光学装置。
【請求項４】
前記相対する側辺は凹形をしており、前記中央部へと向かう方向に湾曲していることを特徴とする請求項３に記載の電気光学装置。
【請求項５】
前記接続領域は、前記装置の前記長さ方向に平行な長さ方向をもっていることを特徴とする請求項２に記載の電気光学装置。
【請求項６】
前記接触層の前記構成／パターンは、実質的には、２つの平行した辺と２つの傾斜した側辺とをもつ台形のそれに対応しており、
前記平行した辺の長い方は実質的に前記装置の前記光導波管に対応して位置しており、前記平行した辺の短い方は前記接続領域に位置していることを特徴とする請求項２に記載の電気光学装置。
【請求項７】
前記２つの傾斜した側辺は、前記平行した辺の前記長い方に対して鋭角をもって位置することを特徴とする請求項６に記載の電気光学装置。
【請求項８】
前記接続領域は、前記中央領域から離れた位置で細長い形をしていることを特徴とする請求項２に記載の電気光学装置。
【請求項９】
前記接触層の前記細長い形の長さ方向の軸は実質的に前記装置の長さ方向の軸に平行であることを特徴とする請求項８に記載の電気光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技  術  分  野
本発明は分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザに関するものである。
【０００２】
背  景
分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザは、光通信ネットワークにおけるシングルモード光ファイバでの信号の、高性能、高速、及び長距離伝送の光源として現在一般的に用いられている。
【０００３】
ＤＦＢレーザは単一の活性層／複数の活性層を含む光導波管を形成している多様な半導体層を有しており、それらもまた格子を有している。格子の設計は良好な性能を得るために非常に重要である。そのようなレーザの重要なパラメータは、格子強度をκ、導波管の長さをＬとしたときの積κＬである。この積が高い値をもつと閾値電流を小さくし、レーザ速度を改善する。もしＤＦＢレーザの集積アレイが製造されるなら、光学アレイチップの製造は高い歩留まりであるべきである。このことは反射防止（ＡＲ）コーティングをレーザ導波管の相対する終端の２つのファセットに適用することで達成される。しかしながら、レーザによって放射される光強度が増加すると、レーザのモードホッピングを伴う問題が発生する。κＬの積が大きい値をもつか、或いは両方の終端のファセットをＡＲコーティングさせるかの内、少なくともいずれかとなるレーザについては、このことは特に問題である。その主要な理由はレーザ内の不均一な強度分布にある。レーザ内の光の定常波パターンが原因となってパワー分布が小規模に変動する。そのパワーは、レーザ導波管の中央部における起点からとると、その導波管の反対側の終端部に近づくとき通常はかなり減少するということを含めてその導波管の長さにわたりパワーの大規模な変動もある。不均一な小規模なパワー分布と大規模なパワー分布の両方ともレーザで生成された光の望まれない光モードについての利得を増加させてしまう。
【０００４】
不均一な大規模なパワー分布は、さらに詳細には次のように説明できる。レーザ導波管或いはレーザキャビティの相対する終端部における光強度がより低くなると誘導再結合（ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）率がより低くなり、そして接触層における電気抵抗とキャリア伝送に関連した効果のために、キャリア密度がより大きくなり、それ故に導波管の中央の領域と比較してより高い利得になる。このことは次に、終端部領域において利得が大きくなると望まれない光モードについても利得が大きくなるという結果になる。別の悪い効果には、利得の変化が屈折率の変動をもたらすことが含まれ、従って、レーザ導波管に沿ってブラッグ波長（Ｂｒａｇｇ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）の変動をもたらすという結果になる。このことは次に、望まれない光モードの抑制を小さくし、レーザのライン幅を増加させる。これらの問題を削減する方法には、レーザ導波管に沿って利得或いは損失の周期的な変動を与えるために設計された“複雑な結合（ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｕｐｌｅｄ）”格子の使用が含まれる。しかしながら、そのような複雑な結合格子を製造することは困難である。また、それらは通常、ＤＦＢレーザ内の閾値電流と損失の両方を増加させる。
【０００５】
東芝（Ｔｏｓｈｉｂａ）に譲渡された木下ら（Ｋｉｎｏｓｈｉｔａ ｅｔ ａｌ．）による米国特許第５，３２１，７１６号には、制御位相シフトをもつ分布帰還型半導体レーザについて開示されている。ドーピングされた半導体の抵抗接触層は電気抵抗をもっており、中央の位相シフト領域における抵抗値は終端部領域によけるそれよりも高くても良いし、低くても良い。
【０００６】
要  約
本発明は、導波管に沿って利得とパワーが実質的に均一な大規模な分布をもったＤＦＢを提供することを目的としている。
【０００７】
従って、一般的には、ＤＦＢ半導体レーザ或いは他の類似の機器の導波管に沿った利得とパワーの不均一な大規模な分布を避けるために、そのレーザには可変抵抗が用いられ、その抵抗はレーザ導波管或いはキャビティの長さ方向に変化する。特に、その抵抗はその電気抵抗がレーザ導波管の相対する終端部でより高くなるように変化する。その電気抵抗は光導波管内における電力或いは利得をその長さ方向に均一にするように選択される。
【０００８】
可変抵抗は、電流を機器から或いは機器に対して通電する接触層により得られる。その接触層は上記から分かるようにパターン化されているか、或いは選択された形を与えられている。その接触層は最大で導波管の２つの相対する終端部にまでその光導波管全てにわたって伸長しており、実質的に均一な層厚をもっている。電気的導電層の平面における構成或いはパターンは、その層の中央の接続領域とその光導波管の領域との間に電気抵抗を与えるように選択され、その抵抗値は導波管の相対する終端部近くに位置する領域におけるそれが、その中央の領域に位置する領域におけるそれよりも高くなる。その接触層の構成或いはパターンは、実質的には三角形であるか、或いは台形でも良く、導波管の相対する終端部から伸びた２つの相対する側辺を有しており、その相対する側辺は凹状或いは長手方向に対して鋭角を形成するかの少なくともいずれかである。
【０００９】
本発明の付加的な目的や利点については次の記述で説明されるであろうし、その一部はその記述から明らかであろうし、或いは、本発明を実施することから学習することができるかもしれない。本発明の目的と利点とは、添付の請求の範囲で特に指摘した方法、処理、手段、及びそれらの組み合わせによって実現され、得られるものである。
【００１０】
本発明の新奇な特徴は特に添付した請求の範囲において説明されるが、そこにある組織、内容、また上述した特徴などに関する本発明の完全な理解は、添付図面に関して以下に呈示する限定的ではない実施形態についての次の詳細な説明を考慮することから得られ、また本発明がより良く認識されるであろう。
【００１１】
詳  細  な  説  明
図１の図形的な絵において、ＤＦＢ半導体レーザ１が示されており、それは図示はしていないが周辺層と共に光導波管を形成している活性層を有しており、さらに図示はしていないが格子を有している。そのレーザは基本的にはこの用紙の平面上に長さ方向をもつ細長い板であり、また矢２で示すように、その方向に光が放射される。レーザ１は、電流Ｉｌａｓｅｒをそのレーザにフィードして光を放射するようにレーザを駆動するための入力導電経路３に接続される。導電経路３はレーザの別々の領域にフィードする多数の枝をもっており、従って、図示されてはいないが、そのレーザの接触層が互いに対しては横方向には電気的に接触していない、即ち、接触層の平面における別々のフィールドへと分割される。ここで示されている実施形態には３つの枝があり、その内の２つはレーザの相対する終端部領域に接続され、その内の１つはレーザの中央部に接続される。夫々の枝において、選択された抵抗値をもつ抵抗が接続されている。従って、終端部へと伸びる枝には、抵抗値Ｒ１とＲ３を夫々もつ、抵抗５、７が接続される。中央の枝には、抵抗値Ｒ２をもつ抵抗９が接続される。レーザにおける大規模なパワー分布或いはレーザ利得の不均一性を小さくするために、これらの抵抗は、レーザの相対する終端部における領域に接続された経路に対してより大きな電気抵抗を与え、より中央に位置した領域に接続された経路に対してより小さな抵抗を与えるように選択され、従って、これらの抵抗値は中央の領域からいずれの方向にも増加する。従って、図１における、抵抗５、７、９はこれらの経路において終端領域に対してより大きな抵抗値を与えるように選択される。即ち、条件Ｒ１＞Ｒ２、Ｒ３＞Ｒ２が満足される。
【００１２】
図２における上面図によって図示される別の実施形態において、レーザ本体１の接触層は、実質的に均一な層厚と、制御され実質的に均一な電気抵抗をもっている。その接触層はパターン化され電気的接続領域１１を与え、その領域で入力導電経路３からレーザ１の異なる部分への電気的伝導経路における異なる抵抗が存在し、図１に示したのとはいくらか類似の電気的接続を達成している。入力導電経路３はレーザの長さ方向に対して実質的に垂直に伸びており、レーザ内部のある場所でレーザの長さ方向の軸と交差し、また、その導電経路の端部はレーザとその本体部内で交差する。従って、入力導電経路の幅はレーザの長さよりも小さい。従って、その接続領域はその入力伝導経路から分かるように、実質的に三角形或いは扇を広げた形をしている。図２に示されているように、それは、特に、実質的には台形状をしている。その台形の斜辺は曲線でも良く、所望の可変抵抗を生じさせるために凹状の形をしていても良い。その形はまた、接続領域１１の幅として説明されても良く、レーザの長さ方向の軸に垂直な方向にとられる。その領域はレーザの中央に近い位置から始まり、そのレーザの終端に近づくとき徐々に小さくなる。
【００１３】
接触層１１の下側に位置し、レーザ１の内側のパワー分布は公知の方法から計算できる。接触層１１の最適な形状（ジオメトリ）は、計算されたパワー分布、レーザの利得特性、及び接触層物質の抵抗から決定される。従って、次の工程が実行される。
１．レーザの動作パワーについて均一な利得があると仮定し、そのレーザ内部のパワー分布Ｐ（ｚ）を計算する。ここで、ｚはレーザの長さ方向に伸びた座標軸に沿ってとられた座標値である。
２．パワー分布から誘導再結合ｎｓｔを計算する。
３．測定或いは計算利得曲線から、誘導再結合のこのレベルで必要とされる電流密度Ｊ（ｚ）とその利得を計算する。
４．電流密度と接触抵抗から接触層１１に沿った最適な電圧分布Ｖ（ｚ）を計算する。その接触抵抗においては、キャリア移送効果についての現象学的な補償が含まれている。
５．電圧分布、接触層物質のシート或いは領域抵抗或いは電気抵抗、及びその層厚さから、レイアウトに用いられる接触層の形状（ジオメトリ）を計算する。
【００１４】
変化する幅をもった接触層をもつレーザは、ＤＦＢ半導体レーザを製造するのに用いられるわずかにだけ変更された標準的なプロセスによって生産される。そのプロセスは、パッドの金属被覆と適切なパッド形状（ジオメトリ）をもつマスクとの適切な選択を含むように変形される。
【００１５】
接触層、或いは、可変の適合された層厚をもつ接触層を用いた変形された電気的な接続が、半導体変調器のように、その長さ方向に沿って大きくなる不均一なパワーをもつ他の半導体デバイスにおける飽和効果を補償するために用いられても良い。この種の変調器は典型的には、ＤＦＢレーザと統合された変調器として用いられる。
【００１６】
本発明の具体的な実施形態について例示し、ここで説明したが、多くの付加的な利点、変形、変更が当業者には容易になされることを理解されたい。それ故に、より広い観点からすれば本発明はこの具体的な詳細、代表的なデバイス、或いはここで示され説明された例示によって限定されるものではない。従って、種々の変形が、添付の請求の範囲及びその同等物によって定義されたような一般的な発明の概念の精神や範囲を逸脱することなくなされるものである。それ故に、添付された請求の範囲は、本発明の真の精神と範囲の中に入るそのような変形や変更を全て包含することが意図されていることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
単純な、均一な層厚の接続された抵抗体接触層をもつレーザと比べ、抵抗体としての接触層によりＤＦＢレーザを電気的に接続して、そのレーザに沿ってより均一な大規模な利得分布を与える原理について例示した図である。
【図２】
レーザに沿ってより均一な大規模な利得分布を与えるために抵抗体としての接触層をパターン化させたＤＦＢ半導体レーザの上面図である。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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