(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長可変形光電子装置であって、
導電タイプＩのバルク半導体層と、
導電タイプＩＩのバルク半導体層とを含み、前記導電タイプＩのバルク半導体層は、前記導電タイプＩＩのバルク半導体層の上に位置しており、さらに、
少なくとも１つの光導波路とを含み、前記光導波路の各々はｘ−ｙ面で個別に湾曲し、前記ｘ−ｙ面はｘ方向のｘ軸とｙ方向のｙ軸とで規定され、そして前記光導波路は前記軸のそれぞれの方向を規定するものであり、前記装置はさらに、
少なくとも１つの能動層部分を含む少なくとも１つの能動層を含み、前記能動層部分の各々は前記光導波路のうちの１つと関連し、そして前記導電タイプＩ及びＩＩのうちの少なくとも１つの荷電キャリアが前記能動層部分へ注入されており、前記装置はさらに、
格子領域を有する少なくとも１つのフィードバック格子を含み、前記格子領域は、前記ｘ方向に長さＬを有し、そして前記ｘ軸に垂直な左境界面と右境界面とを含んでおり、前記ｘ軸との関係では、前記左境界面がｘ＝０の位置で前記格子領域の左端部に位置し、そして前記右境界面がｘ＝Ｌの位置で前記格子領域の右端部に位置しており、前記装置はさらに、
少なくとも１つの接触部分を有する接触構造を含み、前記接触部分の各々は、前記光導波路のうちの関連する１つの光導波路上に位置し、そして前記導電タイプＩのバルク半導体層の一側で前記軸のそれぞれの方向で、複数の分離したセクションのそれぞれに分割されており、前記複数の分離したセクションの各々は、それぞれ関連する接触パッドを含み、前記接触パッドに、個々に調整可能な電流が供給され、そして、前記接触構造は前記導電タイプＩＩのバルク半導体層の一側で前記軸のそれぞれの方向に連続して延びているものであり、前記装置はさらに、
少なくとも１つの絶縁トレンチを含み、前記絶縁トレンチの各々は前記光導波路のそれぞれの上の前記導電タイプＩのバルク半導体層に位置し、前記絶縁トレンチの各々は、前記接触部分の前記複数のセクションの一対の間に位置して境界をなし、そして、前記絶縁トレンチの各々の、前記導電タイプＩのバルク半導体層の厚さ方向での深さ、幅、前記軸の方向に対する側部位置および材料の大きさが、前記関連する接触パッドの各々を介して前記接触部分の前記複数のセクションの各々に、個々に調整可能な電流を供給するよう、前記セクションの一対の間で少なくとも１０オームの抵抗を提供するよう決定されており、
前記関連する接触パッドの各々の電位が前記関連する接触パッド以外の接触パッドの電位と等しいときには、前記ｘ−ｙ面における前記光導波路の各々の湾曲関数が、
前記光導波路の各々が、指数ｊi（ｉは前記光導波路のそれぞれの序数）の少なくとも３つのスペクトル隣接モードを有し、前記少なくとも３つのスペクトル隣接モードの各々のしきい値利得は前記光導波路の各々の前記少なくとも３つのスペクトル隣接モード以外のモードよりも低いこと、
前記少なくとも３つのスペクトル隣接モードの各々のしきい値利得αth、ji、i（ｊiは１、２、・・・、ｍiであり、ｍiは序数ｉの光導波路の各々のスペクトル隣接モードの番号であり、ｊiは範囲１〜ｍより選択された整数）が互いに絶対値の４％を超えない違いがあり、前記しきい値利得の各々は前記光導波路の各々の前記少なくとも３つのスペクトル以外のモードとは少なくとも８％の違いがあること、そして、
前記光導波路の各々のスペクトルが、それぞれの波長範囲Δλi＝λmax、i−λmin、i（λmin、iは波長範囲Δλiの各々の最大及び最小波長であり、ｉは第１の範囲１≦ｉ≦ｎの整数であり、ｎは少なくとも１つの光導波路の数）に渡って広がる、正確にｊi個のスペクトルが隣接するモードを有すること、
という条件によって決定されており、そして、
前記波長可変形光電子装置の全動作波長範囲は、前記光導波路の各々の波長範囲λiを含み、前記光導波路の波長範囲は、スペクトルの関係として｜λmax,k−λmin,k+1｜＜（Δλk＋Δλk+1）／１０（ｋは第２の範囲１≦ｋ≦（ｎ−１）の整数）で表わされることを特徴とする波長可変形光電子装置。
【請求項２】
請求項１に記載の波長可変形光電子装置であって、前記格子領域の左境界面及び右境界面は、ｘ軸方向で、それぞれ前記波長可変形光電子装置の左境界及び右境界と一致することを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に記載の波長可変形光電子装置であって、前記光導波路の少なくとも１つは、前記格子領域の左境界面及び右境界面のうちの少なくとも１つを貫通し、そして前記左境界面における位置ｘ＜０及び前記右境界面における位置ｘ＞Ｌのうちのいずれかの位置において前記格子領域の外側に伸びていることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１に記載の波長可変形光電子装置であって、前記格子領域が統合された光電子回路の１つのセクションであることを特徴とするデバイス。
【請求項５】
請求項１に記載の波長可変形光電子装置であって、波長範囲Δλ1からΔλnのスペクトルが重なることを特徴とするデバイス。
【請求項６】
請求項１に記載の波長可変形光電子装置であって、波長範囲Δλ1からΔλnのスペクトルが重ならないことを特徴とするデバイス。
【請求項７】
請求項１に記載の波長可変形光電子装置であって、序数ｉを有する前記光導波路のうちの１つと前記左境界面でのｘ方向との間の角度αli,i、および序数ｉを有する前記光導波路のうちの１つと前記右境界面でのｘ方向との間の角度αre、iが、互いに、
αli、1＜αre、1；｜αre、1−αli、2｜＜０．２°；
αli、2＜αre、2；｜αre、2−αli、3｜＜０．２°からαli、n-1＜αre、n-1；｜αre、n-1−αli、n｜＜０．２°；まで、そして
αli、n＜αre、n
の特性関係を有することを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１に記載の波長可変形光電子装置であって、序数ｉを有する前記光導波路のうちの１つと前記左境界面でのｘ方向との間の角度α1i,i、および序数ｉを有する前記光導波路のうちの１つと前記右境界面でのｘ方向との間の角度αre、iが、互いに、
αli、1＞αre、1；｜αre、1−αli、2｜＜０．２°；
αli、2＞αre、2；｜αre、2−αli、3｜＜０。２°からαli、n-1＞αre、n-1；｜αre、n-1−αli、n｜＜０．２°；まで、そして
αli、n＞αre、n
の特性関係を有することを特徴とするデバイス。
【請求項９】
請求項１に記載の波長可変形光電子装置であって、前記導電タイプＩのバルク半導体層がＮ形導体を有し、そして前記導電タイプＩＩのバルク半導体層がＰ形導体を有することを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の波長可変形光電子装置であって、前記導電タイプＩのバルク半導体層がＰ形導体を有し、そして前記導電タイプＩＩのバルク半導体層がＮ形導体を有することを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の波長可変形光電子装置であって、前記少なくとも１つのフィードバック格子の結合が複素数であり、そして屈折率結合および利得結合を含むことを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の波長可変形光電子装置であって、前記少なくとも１つのフィードバック格子の結合が複素数であり、そして屈折率結合および損失結合を含むことを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の波長可変形光電子装置であって、前記少なくとも１つのフィードバック格子の結合が純虚数であり、そして損失結合を含むことを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の波長可変形光電子装置であって、前記少なくとも１つのフィードバック格子の結合が純虚数であり、そして利得結合を含むことを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の波長可変形光電子装置であって、前記少なくとも１つのフィードバック格子の結合が実数であり、そして屈折率結合のみを含むことを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の波長可変形光電子装置であって、前記光導波路の少なくとも１つが、前記光導波路の他の光導波路とは交差しないように任意に湾曲していることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１に記載の波長可変形光電子装置であって、前記光導波路の少なくとも１つが湾曲していないことを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の波長可変形光電子装置であって、前記少なくとも１つのフィードバック格子の傾斜角度φ、前記光導波路の少なくとも１つの局所傾斜角度θ、序数ｉを有する前記光導波路のうちの１つと前記右境界面におけるｘ方向との間の角度αre,iおよび序数ｉを有する前記光導波路のうちの１つと前記左境界面におけるｘ方向との間の角度αli,iのうちの少なくとも１つが２０°以下であることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１に記載の波長可変形光電子装置であって、前記フィードバック格子の１つが、前記光導波路のうちの少なくとも１つで導通された光の領域の輝度がＩ0／１００（Ｉ0は前記光の領域の最大強度）より大きい数値である領域内にあり、関係０．２≦Ｋ・Ｌ≦７（Ｋは結合係数）の関係がフィードバックに適用されることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
発明の説明
本発明の光電子デバイスは、特に、波長可変レーザおよびレーザ・アレイの分野に関する。
固定周波数および／または固定波長レーザ・アレイの分野には、多数の出版物および特許がある。以下にいくつかの例を示す。
（１９９１年）のＩＥＥＥフォト技術レター、３巻、５０１ページのＫ．佐藤他の文献。
（１９９１年）のエレクトロン・レター、２７巻、１０４１ページのＣ．Ｅ．ザー他の文献。
さらに、波長可変形多重セクション・デバイスも周知である。下記の文献は、この分野におけるいくつかの例である。
（１９９０年）の光学および量子エレクトロニクス、２２巻、１ページのＳ．村田他の文献。
（１９８６年）の応用物理レター、４８巻、１５０１ページのＫ．ズッタ（Ｄｕｔｔａ）他の文献。
（１９９４年）の光テクノロジー・ジャーナル、１２巻、２１００ページのクズネトソフ（Ｋｕｚｎｅｔｓｏｖ）の文献。
（１９９３年）のＩＥＥＥ量子エレクトロン・ジャーナル、２９巻、１８１７ページのＹ．トーモリ（Ｔｏｈｍｏｒｉ）他の文献。
側面隣接多重セクションＤＦＢレーザを含む半導体デバイスに基づく解決方法は周知である。上記解決方法の場合には、レーザ・アレイの各レーザの個々のセクションに電流を注入することにより波長への同調を行っている。上記デバイスの欠点の一つは、波長可変の範囲が非常に狭いということである。以下にいくつかの例を挙げる。
１９９３年のＩＥＥＥ量子エレクトロニクス・ジャーナル、２９巻、１８０５ページの、Ｋ．佐藤の文献。
（１９８９年）のＩＥＥＥフォト技術レター、１巻、７５ページのＨ．八坂他の文献。
さらに、側面隣接多重セクションＤＢＲレーザを含む半導体デバイスに基づく、いくつかの解決方法がある。この場合、波長への同調は、レーザ・アレイの各レーザの個々のセクションに電流を注入することにより行われる。以下にいくつかの例を挙げる。
１９９５年のＩｎＰおよび関連化合物に関する国際会議の技術的要約ＷＡ１．４のＹ．加藤他の文献。
もう一つの周知の解決方法は、その内部において、個々の各レーザが、薄い金属フィルム抵抗ヒータにより、熱的に同調することができるレーザ・アレイに基づいている。上記解決方法は、例えば、下記の文献に記載されている。
（１９９６年）のＩＥＥＥ光子技術レター、８巻、２２ページのリ（Ｌｉ）他の文献。
（１９９３年）の光子技術ジャーナル、１１巻、６１９ページのロ（Ｌｏ）他の文献。
導波管内で有効な格子周期を形成する均質ＤＦＢ格子セクション上で、傾斜導波管を使用する方法も周知である。上記の有効な格子周期は、均質格子の格子周期および格子jの傾斜角度と相互に関連がある。下記文献参照。
（１９７８年）のＦＲ−Ａ−２  ４１７  ８６６のＭ．Ａ．ジフォーテ（Ｄｉｆｏｒｔｅ））の文献。
（１９９３年）のＩＥＥＥ光子技術レター、％巻、９７８ページのＷ．Ｔ．ツサング（Ｔｓａｎｇ）他の文献。
ＥＰ  ０  ６４１  ０５３  Ａ１のＷ．Ｔ．ツサングの文献。
モード構造およびしきい値電流密度計算、すなわち、導波管の湾曲関数の定義は、例えば、連成モード理論に基づくモデル計算により行われる。下記文献参照。
（１９７２年）の応用物理ジャーナル、４３巻、２３２７ページのＫ．コゲルニク（Ｋｏｇｅｌｎｉｋ）およびＣ．Ｖ．シャンク（Ｓｈａｎｋ）の文献。
均質ＤＦＢ格子セクション上の曲げ導波管は、軸方向に変化する格子周期を持つ格子を定義するのに使用することができる。下記文献参照。
（１９８７年）のＤＥ  ３６４３３６１  Ａ１の庄司他の文献。
（１９９１年）の米国５，０５２，０１５のＤ．Ａ．アッカーマン（Ａｃｋｅｒｍａｎ）の文献。
軸方向に変化する格子周期を持つ、ＤＦＢ格子を含む三セクション・レーザが、下記文献に記載されている。
（１９９３年）のＥＰ  ０  ５５９  １９２  Ａ２のＨ．石井文献。
（１９９４年）の応用物理レター、６５巻、２１３０ページのＨ．ヒルマー（Ｈｉｌｌｍｅｒ）他の文献。
ＤＥ−Ａ−４４  ３２  ４１０から、湾曲導波管が１つだけ付いている光電子デバイスが周知である。導波管の曲がりは位相シフトを作り出すのに有用である。
Ｈｉｌｌｍｅｒ  Ｈ．他の「湾曲導波管での個別チャープ格子の調整ＤＦＢレーザー特性」ＩＥＥＥ量子エレクトロニクス・ジャーナル、１巻、２１号、１９９５年６月、３５６〜３６２ページには、湾曲導波管を１つだけ有する光電子デバイスについて記述されている。区分化、さまざまな制御電流および導波管の曲がりは波長中間可変に有用である。
本発明の目的は、さまざまな波長チャネルで動作する光電子デバイスであり、それらのチャネルは個別に波長を変えることができる。そうした装置にはグラスファイバでのデータ送信の際の波長多重化方法にとって重要な機能が与えられる。そのように製造される光電子デバイスは、たとえばレーザ・アレイ、レーザ・アンプ・アレイ、およびフィルタ・アレイとして作成されることがある。
技術的課題は上記特性を持つ光電子デバイスのための構造体を開発することである。
本発明に沿って作成される光電子デバイスアレイは、制御電流によって、最大でｎ本のチャネルを取り扱うことができ、それらのチャネルの特徴的な波長は個々に可変できるようになっている。上記デバイス・アレイの例としては、波長可変レーザ・アレイ、波長可変アンプ・アレイ、波長可変フィルタ・アレイ、波長可変形検出装置アレイ、および波長可変形コンバータ・アレイがある。個々の各チャネルは、個々の湾曲した光学的導波管に対応する。これら各導波管の場合には、個々の関数ｙi（ｘ）が、ｘｙ面、すなわち、ｉが整数であり、１≦ｉ≦ｎの範囲内にある個々の導波管の湾曲部の光の領域の最大の行動を定義する。軸方向ｉは、序数ｉの導波管の湾曲部を通る。すなわち、ｘｙ面には湾曲座標が存在する。レーザ・アレイの場合には、各導波管は、レーザ能動ゾーン３およびｘｚ面において、光の領域の中心からの光の波長の長さの周囲を囲む材料からなる。ｘｙ面の上下には、フィードバック格子４が存在し、その格子アレイは、好適な方向に対して傾斜角φだけ傾斜している。格子領域は、ｘ方向で、二つの境界面と、ｘ＝０およびｘ＝Ｌのところで境界を接している。上記二つの境界面は、Ｘ軸と直交している。上記フィードバック格子４は、その内部において、導波管内の光の領域の輝度の数値が、Ｉo（ｘ）／１００より大きい領域内に存在する。Ｉo（ｘ）は、ｙｚ面の位置ｘにおける光の領域の最も明るいところの輝度である。ｘ方向の格子エリアＬの長さに対しては、それにより達成されたフィードバック０．２≦Ｋ・Ｌ≦７が適用される。この場合、Ｋはフィードバック格子４の結合係数である。フィードバック格子４は、ＤＦＢ状のもの（ＤＦＢ＝分散形フィードバック）、ＤＢＲ状のもの（ＤＢＲ＝分散形ブラッグ反射器）であり、またはフィードバック格子は標本化した格子を持つ。最後のケースの場合には、さらに、光の伝播方向に、指定の数の格子を含まない領域が存在する。フィードバック格子４は、例えば、排他的な実数の指数結合、排他的な虚数結合、または複合結合（実数および虚数結合）を発生する。（ｘｙ面に直交する面の）フィードバック格子４の横断面の形は、三角形、長方形または正弦波の形をしている。さらに、例えば、角が丸くなっている長方形のような、対応するこれらの混合した形をとることもできる。均質のフィードバック格子４、または格子の均質の部分Λoが、格子周期である。波長への同調は、個々の各導波管を複数に分割することにより行われる。個々の各セクションには、それ自身の制御電流が注入される。通常、一つの導波管毎に、二つまたは三つのセクションがある。すなわち、チャネルの放射波長は、二つから三つの異なる制御電流により設定される。チャネルｉの波長は、波長範囲Δλi内でほぼ同調することができる。この一例は、ｎの異なる波長λi上のｎ個の導波管から放射されるＤＦＢ半導体レーザ・アレイである。この場合、ｉは１からｎの範囲に含まれる。すなわち、光電子デバイスは、ｎの異なる周波数チャネル上で、同時に動作することができる。序数ｉの導波管の波長間隔Δλiは、フィードバック格子の傾斜（傾斜角度j）、フィードバック格子の格子周期Λoおよび導波管ｙi（ｘ）の対応する湾曲関数により、その絶対波長位���に前もって設定される。最後に、放射波長λiは、序数ｉの導波管に対応する制御電流により微調整される。デバイス・アレイの他の導波管に対しても、同じことが同様に適用される。ｎ本のチャネルの絶対波長および個々のチャネルｉの波長間隔の両方を、相互に正確に設定することができる。そうすることにより、例えば、ＷＤＭ用途に対して、デバイス・アレイを等距離間隔の周波数または波長間隔で実行することができる。
角度αli、iは、序数ｉの導波管と、（格子範囲の左の端部である）位置ｘ＝０のところの、デバイスのファセットに対する垂線との間の角度を示す。角度αre、iは、序数ｉの導波管と、（格子範囲の右の端部である）位置ｘ＝Ｌのところの、デバイスのファセットに対する垂線との間の角度を示す。導波管の幅は変えることができる。導波管の幅を変えると、有効屈折率Ｎeff、iに影響がある。図に示す左および右の格子境界（境界面）は、結晶学上の方向、またはデバイスの幾何学的方向である。上記境界面は、分割格子境界であってもよいし、エッチングした格子境界であってもよいし、石版印刷格子境界であってもよいし、分割またはエッチングしたデバイス境界であってもよいし、分割した半導体ウェーハ境界であってもよいし、または半導体ウェーハ上のエッチングした境界であってもよい。デバイスが境界面のところで終わらない場合には、導波管を格子エリアの外側へ継続することができる。格子を含まないエリア内には、分岐部分、結合部分、交換部分、テーパ状の部分等があってもよい。この場合、図に示すエリアは、集積光電子回路の一つのセクションを表わす。
図面を分かりやすくするために、図に示すデバイスの寸法、角度、導波管の幅、導波管の湾曲部およびコルゲーション周期は正確には縮尺されていない。通常、横から見た波長の幅は、フィードバック格子の格子周期よりかなり大きくなっている。
いくつかの例示としての実施形態を参照しながら、以下に本発明の光電子デバイスについて、さらに詳細に説明する。
図１の上部に、ｎ＝３の湾曲の異なる導波管（ｉ＝１、２、３）を含むデバイス・アレイを示す。個々の各導波管の接触層は二回中断されているので、三つの３セクション・デバイスが形成される。ＤＦＢタイプのフィードバック格子４を通る断面は、（斜視図で見た場合）前表面で見ることができる。上記フィードバック格子４は、デバイス・アレイの全表面上のｘｙ面を延びる。
破線９は、（ｘｙ面に平行な）デバイス面上への導波管の中心の投影を示す。序数ｉの導波管の中心の動きは、導波管ｙi（ｘ）の湾曲を示す。この意味において、曲線９はデバイス面上への軸方向ｉの投影を示す。さらに、上記曲線９は、形成された光の領域の最大輝度の動きをかなり正確に示す。
この図の下部は、デバイス・アレイを通る線９に沿った三つの湾曲した断面図を示す。それぞれの場合、軸方向に異なる変化をする格子周期を持つＤＦＢタイプのフィードバック格子を見ることができる。ｚ方向は、ｘｙ面に直交している。軸方向ｉは、ｘｙ面を延び、序数ｉの導波管の湾曲に沿って曲がる。湾曲面の横断面は、導電率タイプIの半導体バルク層１、導電率タイプIIの半導体バルク層、能動層３、フィードバック格子４、ファセット・コーティング５、絶縁トレンチ／接触分離６、導電率タイプＩの側面上の個々のセクションの接触パッド７、導電率タイプIIの側面上の金属化部分１０を示す。異なる湾曲関数により、三つのデバイスは、軸方向に沿って異なる格子をベースとする導波管の長さを持つ。この実施形態の場合には、好適な方向に対するフィードバック格子の傾斜角度jは、非常に小さい（φ＝０．５°）。この適用例の場合には、フィードバック格子４は、三角形の断面を持つ。
図２は、ｘｙ面のもう一つのデバイス・アレイの三つの導波管の湾曲関数を示す。本発明の解決方法の枠組みにおいては、図２の角度αの符号はプラスである。
図３は、図２のデバイス・アレイのもう一つのｘｙ面（格子面）を同時に示す。フィードバック格子４は、好適な方向に対して傾斜角度φだけ傾斜している。各導波管に対して、この図は曲線９により、ｘｙ面への導波管の中心の投影を示す。この実施形態の場合には、各導波管は絶縁トレンチ６により二つのセクションに分割される。この平面図の場合には、これらの境界は黒いバーで示してあり、図１の底部のところに、絶縁トレンチ６の三つの断面図で示してある。図のように分割されているので、この実施形態のデバイス・アレイは、三つの２セクション・デバイスからなる。
導波管が湾曲しているので、フィードバック格子４に対して、導波管Jの局部的傾斜角度に軸方向の変化が見られる。それにより、１／ｃｏｓθの係数だけ、フィードバック格子における格子周期Λoに対して、導波管内で形成された光の領域が使用することができる有効格子周期が変化する。従って、導波管の局部傾斜角度θは、軸方向に沿って変化する。図２および図３のデバイス・アレイの場合には、個々の導波管によりカバーされる角度範囲は、θ軸上に存在する。座標は、格子周期の変化が、導波管Jの局部傾斜角度の大きいほど効率がよいことを示す。すなわち、格子周期により大きな変化が得られることを示す。
図５は、図２の湾曲関数に基づく、異なるデバイス・アレイを示す。しかし、この図においては、各導波管は二つの絶縁トレンチ６に関連している。従って、この場合のデバイス・アレイは、三つの３セクションからなるデバイスを持つ。個々の各セクションは、それ自身の接触パッドまたはボンド・パッド７を持つ。従って、各セクションは、個々の注入電流で制御することができる。
図６は、四つの導波管を含むデバイス・アレイを示す。各導波管は一回分割されている。このデバイス・アレイの場合には、上記分割により四つの２セクション・デバイスができる。
図７は、三つの導波管を含むデバイス・アレイを示す。各導波管は二回分割されている。このデバイス・アレイの場合には、上記分割により三つの３セクション・デバイスができる。
導波管の湾曲関数を適当に選択することにより、事実上同じしきい値増幅αth、ｊi、ｉを持つ、複数のスペルトルが隣接するモードを生成することができる。この場合、ｊiは１≦ｊi≦ｍiの範囲内の整数である。序数ｉの導波管のｍiスペクトルが隣接するモードは、導波管範囲Δλi上を延びる。長さがＬで、湾曲がもっと大きい、より短い格子エリアを選択した場合には、その内部に類似のしきい値増幅を持つスペクトルが隣接するモードが存在する、スペクトルがもっと長い半導体範囲Δλiとなる。図８の場合には、デバイス・アレイに対して上記状況が、四つのスペクトルが湾曲した導波管により実現された。半導体範囲Δλ1、Δλ2、Δλ3およびΔλ4は、湾曲関数の幾何学的パラメータにより、その範囲の境界が若干重なり合うように、その絶対スペクトルの位置に存在している。さらに、湾曲関数は、δ2ｙ／δｘ2＜０で表わされる。ｘが増大する場合には、デバイス・アレイのすべての湾曲関数ｙi（ｘ）の動きは減少し（図６参照）また下記式のようになる。
αli、1＜αre、1；αre、1〜αli、2；αli、2＜αre、2
αre、2〜αli、3；αli、3＜αre、3およびαre、3〜αli、4
図９を参照しながら、アレイの複数のセクションを持つデバイスの一つにより、導波管同調の原理を簡単に説明する。図９は、波長の関数としてのしきい値増幅を示す。図９ａおよび図９ｃの場合には、中空の円は、レーザ・デバイスが全共振装置の範囲を通して均質に注入された場合の、しきい値増幅および個々のモードのスペクトルの位置を示す。この実施形態の場合には、格子周期の軸方向の変化は、六つのスペクトルが隣接するモードのしきい値増幅が、同じ数値を持つようにすでに選択されている。これらのモードは、下記のように（ｊ＝１，２，３，４，５，ｍ＝６）、左から右に番号がつけてある。破線は、視線を案内するためのものである。等化のモードの中の特定のモードを、優先順序に従って処理するために、その目的に適した不均質の電流注入を行う。すなわち、個々の各セクションの制御電流として、特定の電流密度を選択する。図９ａの場合には、中を黒く塗りつぶした円は、それにより特に処理される、モードｊ＝５に対する最低しきい値増幅を可能にする不均質の電流注入の上記の特定の状況を略図で示す。モードｊ＝５の均質な電流注入の場合には、同じであった他のモードの場合、この特殊な不均質電流注入により、そのしきい値増幅が増大する。中を黒く塗りつぶした円は、デバイスの全共振装置範囲が特に不均質に注入される場合の、個々のモードのしきい値増幅とスペクトル位置を示す。実線はここでも視線を案内するためだけのものである。選択したモードｊ＝５を同調させるために、一つまたは二つの注入電流を適当に変化させると、その結果、波長が１−２ナノメートル変化（同調）する。この変化は、図９ｂにおいては、水平方向の太い両方に矢尻がついた矢印で示す。波長が同調すると、図９ｂに破線で示す二つのプロファイルで示すように、一時的な変化として、全プロファイルが移動する。プロファイルが少し変形するのは二次的な変化に過ぎない。他のモードを選択し、同調するために、注入電流の異なる組合せすなわち、異なる不均質な電流注入プロファイルを使用する必要がある。図９ｃにおいては、モードｊ＝２を選択した場合の、中を黒く塗りつぶした円がこの状況を示す。モードｊ＝２に同調するために、ここでもまた、上記の水平方向の二つの矢尻を持つ矢印で示したように、一つまたは二つの注入電流を適当に変化させる。六つの各等化モードは、上記モードの波長可変を示す、二つの矢尻を持つ水平方向の矢印と関連する。従って、特別に湾曲した導波管を含む、複数のセクションを持つＤＦＢレーザの全波長可変範囲は、垂直方向の破線で示すように、まっすぐな導波管を含む、複数のセクションを持つ、ＤＦＢレーザのそれと比較するとかなり広い。この波長可変のコンセプトは、いわば、複数のセクションを含むＤＦＢレーザの同調範囲を、ブラッグ・モードのスペクトル的に近接して隣接する波長とを結びつける。
アレイの一つのデバイスの実施形態を参照しながら説明したこの波長可変原理は、また上記アレイの残りのデバイスにも同様に適用される。しかし、格子周期の特殊な軸方向の変化を発生するために湾曲導波管を使用すれば、上記の波長可変デバイス・アレイを技術的に製造する際に、何等の追加費用を必要としない。
図１０は、三つの異なる湾曲を持つ導波管（ｉ＝１、２、３）を含む、異なるデバイス・アレイに対する波長の関数としてのしきい値増幅を示す。この場合には、軸方向に均質な電流を注入した場合に、導波管ｉ毎に六つのスペクトルが隣接するモードが存在するように選択される。上記モードは、類似の小さなしきい値増幅を持つ。波長範囲Δλ1、Δλ2、およびΔλ3は、湾曲関数の幾何学的パラメータにより、ｉ＝１およびｉ＝２の場合のように、スペクトルが重なり合うように、その絶対値のスペクトル位置に存在するか、またはｉ＝２およびｉ＝３の場合のように、重なり合わない。図１０の上の部分は、各導波管内に軸方向に電流を均質に注入する場合を示す。（導波管を複数のセクションに分割することにより可能になった）非均質な電流注入により、上記六つのモードから個々のモードを選択することができ、その波長を同調させることができる。導波管ｉ＝１の場合には、（ｂ）の場合にモードｊ1＝２が選択され、（ｃ）の場合に、モードｊ1＝２が選択される。導波管ｉ＝３の場合には、（ｄ）の場合にモードｊ3＝６が選択され、（ｅ）の場合にモードｊ3＝３が選択される。
図１１は、各導波管が二回分割され、その結果三つの３セクションを含むデバイスとなっている三つの導波管を含む実施形態である。この実施形態は、図１の実施形態に基づいているが、導電率タイプＩの半導体バルク層１の側面上の、能動層３および接触層に関していくつかの設計が可能なものである。この実施形態の場合には、上記三つの導電率に対する、いわゆるキノコ構造により、光学的および電子的閉じこめが行われている。この図の上部の右手の境界面は、上記三つのキノコ構造の断面図を示す。材料１１は半絶縁体である。この実施形態の場合には、湾曲能動層への電流の注入は、対応する湾曲接触ストリップ８により行われる。この実施形態の場合、導電率タイプＩの電荷キャリヤは、接点パッド７から、接点ストリップ８を通して、半導体バルク層１内に流れ、ここから、上記電荷キャリヤが上記能動層３に注入される。
その内部において、波長範囲Δλ1、Δλ2、Δλ3およびΔλ4が、その絶対値のスペクトル位置で隣接している、第一の数字による実施形態を以下に示す。この場合には、ほぼ等しい記号が、以下のほぼ等しい記号に存在している。
αli、1＜αre、1；αre、1〜αli、2；αli、2＜αre、2；αre、2〜αli、3；
αli、3＜αre、3；αre、3〜αli、4およびαli、4＜αre、4
さらに、デバイス・アレイのすべての導波管は、内部においてδ2ｙ／δｘ2＜０である湾曲部を持つ（例えば、図６参照）。この場合、有効な屈折率は、Ｎeff＝３．２２７８５であり、この実施形態の場合には、簡単にするために、上記有効屈折率は波長に依存するものと仮定する。さらに、フィードバック格子の傾斜角度φ＝１０度と仮定し、均質フィードバック格子の格子周期を、Λo＝２３７ナノメートルであると仮定する  波長λmin、i＝２ＮeffΛo／ｃｏｓθmin、i、およびλmax、i＝２ＮeffΛo／ｃｏｓθmax、iは、波長範囲Δλi＝λmax、i−λmin、iをカバーする。この実施形態の場合には、θmin、iは、位置ｘ＝０のところのフィードバック格子４を基準とする導波管の局部傾斜角度である。この実施形態の場合には、θmax、iは、位置ｘ＝Ｌのところのフィードバック格子を基準とする導波管の局部傾斜角度である。
表１は、これに基づく、四つのチャネルを含むレーザ・アレイの例示としての実施形態である。
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それ故、四つの多重セクションを持つレーザは、四つすべてのレーザの波長可変により、１．５３−１．５６マイクロメートルの範囲を、完全にカバーすることができることになる。この実施形態は、また下記のように一般化することもできる。
１．）個々のチャネルの波長範囲の波長が重畳する場合（例えば、図８）。
２．）個々のチャネルの波長範囲の波長が重畳しない場合。
３．）すべての波長範囲Δλiは異なり、この実施形態の場合のように、７．５ナノメートルに等しくない場合。
次に、四つの異なる湾曲導波管を含むもう一つのデバイス・アレイに対応する、第二の数値による実施形態について説明する。この実施形態の場合、波長範囲Δλ1、Δλ2、Δλ3およびΔλ4は、その絶対値のスペクトル位置で完全に隣接していない。どの導波管も、導波管湾曲関数に屈曲点を持たない。上記導波管は、すべて図７に定性的に示す方法で湾曲している。（湾曲δ2ｙ／δｘ2＜０）
αli、1＝-4°；αre、1＝-3.2°；αli、2＝-2.5°；αre、2＝-1.1°；αli、3＝-0.2°；αre、3＝+0.8°；αli、4＝1.3°およびαre、4＝2.9°
次に、五つの異なる湾曲導波管を含む、もう一つのデバイス・アレイに対応する第三の数値による実施形態について説明する。この実施形態の場合、波長範囲Δλ1、Δλ2、Δλ3およびΔλ4は、ある場合には、その絶対値のスペクトル位置で重畳しているが、一方、他の場合には、上記波長範囲は重畳していない。どの導波管も、導波管湾曲関数に屈曲点を持たない。上記導波管は、すべて図７に定性的に示す方法で湾曲している。（湾曲δ2ｙ／δｘ2＜０）。
αli、1＝-5°；αre、1＝-4°；αli、2＝-3.3°；αre、2＝-1.4°；αli、3＝-2.2°；αre、3＝-0.8°；αli、4＝0.1°；αre、4＝4.9°；αli、5＝1.3°およびαre、5＝4.4°
本発明は、異なる導波管チャネル上で動作し、またＤＦＢ（＝分散フィードバック）格子、ＤＢＲ（＝分散ブラッグ反射器）格子、または軸方向多重中断格子構造（「標本化格子」）に基づく、光子デバイスで使用することができる。後者の場合、格子エリアは、交互に配列された格子部分、および格子を含まない部分からなり、対応する長さを、軸方向に変化させることができる。上記原理は、設計が特殊なものであろうと、そのデバイスが光学的フィードバック格子に基づくものである場合には、種々の光子デバイスに適用することができる。
＜使用した参照記号のリスト＞
１．導電率タイプIの半導体バルク層
２．導電率タイプIIの半導体バルク層
３．能動層
４．フィードバック格子
５．ファセット・コーティング
６．絶縁トレンチ（接触分離）
７．導電率タイプのＩの側面上の個々のセクションの接触パッド
８．導電率タイプＩの半導体バルク層の側面上の導波管の湾曲に沿った接触ストリップ
９．（ｘｙ面に平行な）デバイス面上への（軸方向への）導波管の中心の投影
１０．導電率タイプIIの側面上の金属化部分
１１．半絶縁材
φ．フィードバック格子の傾斜角度
ｉ．導波管の序数
θ・導波管の局部傾斜角度
Λo．フィードバック格子の均質部の格子周期
ｙi（ｘ）．序数ｉの導波管の湾曲関数
αth．しきい値増幅
Δλi．波長範囲（波長インタバル）
Ｌ．ｘ方向の格子セクションの長さ
ｊi．序数ｉの導波管のモードの指数
δ2ｙ／δｘ2．導波管の湾曲関数の大きさと方向
Ｎeff．導波管の有効屈折率
αli、i．序数ｉの導波管と、位置ｘ＝０（左の境界面）におけるｘ方向との間の角度
αre、i．序数ｉの導波管と、位置ｘ＝Ｌ（右の境界面）におけるｘ方向との間の角度
Ｉo（ｘ）．位置Ｘにおける導波管内の導通光領域の輝度の最大数
Ｋ．結合係数
λi．序数ｉの導波管の放射波長
Ｉｎｄｅｘ  ｒｅ．右の境界面への基準
Ｉｎｄｅｘ  ｌｉ．左の境界面への基準
λmin、i．序数ｉの導波管の最も低いしきい値増幅を持つモードの中の最も短い波長を持つモードの波長
λmax、i．序数ｉの導波管の最も低いしきい値増幅を持つモードの中の最も長い波長を持つモードの波長
Δλi．その上をｍiモードが延びる波長範囲
【図１】
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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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