JPS63103202A - 光デバイス - Google Patents
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- JPS63103202A JPS63103202A JP62254512A JP25451287A JPS63103202A JP S63103202 A JPS63103202 A JP S63103202A JP 62254512 A JP62254512 A JP 62254512A JP 25451287 A JP25451287 A JP 25451287A JP S63103202 A JPS63103202 A JP S63103202A
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- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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- G02B6/12002—Three-dimensional structures
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/1028—Coupling to elements in the cavity, e.g. coupling to waveguides adjacent the active region, e.g. forward coupled [DFC] structures
- H01S5/1032—Coupling to elements comprising an optical axis that is not aligned with the optical axis of the active region
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
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- H10F30/221—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a PN homojunction
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/041—Optical pumping
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
- H01S5/1228—DFB lasers with a complex coupled grating, e.g. gain or loss coupling
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光導波路、より詳細には、導波路層内の拘束を
達成するために反共振反射を使用する光導波路に関する
。
達成するために反共振反射を使用する光導波路に関する
。
過去において、半導体レージ′−をモノリシックに集積
されたパシブ導波路領域に結合するための多くの研究が
なされてきた。こ抗むＬ細い線幅を達成するために使用
されるタイプの分布ブラッグ反射器レーザー及び長空胴
レーザーの製造に望ましい。これに加え、アクティブ
コンポーネント、例えば、レーザーが変調器、増幅器及
び検出器とともに集積されるインテグレーテッド オプ
ティクスのアイデアは過多のｆｉＪ失なしにあるデバイ
スからの光を次のデバイスにガイドするためのあるメカ
ニズムの達成に依存する。
されたパシブ導波路領域に結合するための多くの研究が
なされてきた。こ抗むＬ細い線幅を達成するために使用
されるタイプの分布ブラッグ反射器レーザー及び長空胴
レーザーの製造に望ましい。これに加え、アクティブ
コンポーネント、例えば、レーザーが変調器、増幅器及
び検出器とともに集積されるインテグレーテッド オプ
ティクスのアイデアは過多のｆｉＪ失なしにあるデバイ
スからの光を次のデバイスにガイドするためのあるメカ
ニズムの達成に依存する。
集積半導体デバイス上に簡屯に製造が可能な先行技術に
よる１つの導波路は反共振反射光導波路（ａｎｔｉｒｅ
ｓｏｎａｎｔ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ
ｗａｖｅｇｕｉｄｅ 。
よる１つの導波路は反共振反射光導波路（ａｎｔｉｒｅ
ｓｏｎａｎｔ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ
ｗａｖｅｇｕｉｄｅ 。
ＡＲＲＯＷ）として知られる。これに関しては、例えば
、アプライド フィジクス レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、Ｖｏｌ、 ４９
、隘１、ページ１３−１５．１９８６年にＭ、Ａ、
ドーゲイ （Ｍ、八、 Ｄｕｇｕａｙ）らによって発表
の論文（ＳｉＯ−３ｉ多重層構造内の反共振反射光導波
路（Ａｎｔｉ −Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｒｅｆｌｅｃｔｉ
ｎｇ ０ｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ １ｎＳ
ｉｎ−５ｉ Ｍｕｌｔｉ−Ｌａｙｅｒ ５ｔｒｕｃｔｕ
ｒｅｓ））を参照すること。このタイプの導波路はこの
ガイド層の下側の層が全て反共振の一連のファプリーベ
ロ共振器を形成するという事実によってガイド層内の拘
束を達成する。このタイプの導波路はシリコン基板上に
堆積された誘電体内及びＩ［［−Ｖ族半導体材料内の両
方で製造されている。
、アプライド フィジクス レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、Ｖｏｌ、 ４９
、隘１、ページ１３−１５．１９８６年にＭ、Ａ、
ドーゲイ （Ｍ、八、 Ｄｕｇｕａｙ）らによって発表
の論文（ＳｉＯ−３ｉ多重層構造内の反共振反射光導波
路（Ａｎｔｉ −Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｒｅｆｌｅｃｔｉ
ｎｇ ０ｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ １ｎＳ
ｉｎ−５ｉ Ｍｕｌｔｉ−Ｌａｙｅｒ ５ｔｒｕｃｔｕ
ｒｅｓ））を参照すること。このタイプの導波路はこの
ガイド層の下側の層が全て反共振の一連のファプリーベ
ロ共振器を形成するという事実によってガイド層内の拘
束を達成する。このタイプの導波路はシリコン基板上に
堆積された誘電体内及びＩ［［−Ｖ族半導体材料内の両
方で製造されている。
パシブ導波路、例えば、ＡＲＲＯＷ構造をレーザー及び
他のタイプのアクティブ光デバイスに結合するための１
つの方法として、光デバイスの層をエツチングし、導波
路を提供するために必要とされるこれら層を再成長する
、あるいはこの逆を行なう方法がある。アクティブ デ
バイスは通常利得あるいは吸収を持つ層を必要とし、こ
の同じアクティブ層はポンプされない場合対象となる波
長の所で高い損失を示すため同じ層をアクティブデバイ
ス及び導波路の両方に使用することはできない。集積デ
バイスのバシブ及びアクティブセクションは異なる層構
造を持つため、これらは全回路あるいはシステムを形成
するためにバット結合（ｂｕｔｔｃｏｕｌｅｄ）するこ
とが必要である。この形式の結合はこれが再成長された
層の厳しい垂直整合を必要とするため困難である。これ
は効率的な結合がパシブ導波路がアクティブ デバイス
内のモードと同一のモード ザイズを持つことを要求し
、アクティブ デバイスが通常薄い層及び小さなモード
において最適性能を示すことから特に必要とされる。こ
れは、パシプ導波路を外部素子に接続することを、むし
ろ困難にしている。
他のタイプのアクティブ光デバイスに結合するための１
つの方法として、光デバイスの層をエツチングし、導波
路を提供するために必要とされるこれら層を再成長する
、あるいはこの逆を行なう方法がある。アクティブ デ
バイスは通常利得あるいは吸収を持つ層を必要とし、こ
の同じアクティブ層はポンプされない場合対象となる波
長の所で高い損失を示すため同じ層をアクティブデバイ
ス及び導波路の両方に使用することはできない。集積デ
バイスのバシブ及びアクティブセクションは異なる層構
造を持つため、これらは全回路あるいはシステムを形成
するためにバット結合（ｂｕｔｔｃｏｕｌｅｄ）するこ
とが必要である。この形式の結合はこれが再成長された
層の厳しい垂直整合を必要とするため困難である。これ
は効率的な結合がパシブ導波路がアクティブ デバイス
内のモードと同一のモード ザイズを持つことを要求し
、アクティブ デバイスが通常薄い層及び小さなモード
において最適性能を示すことから特に必要とされる。こ
れは、パシプ導波路を外部素子に接続することを、むし
ろ困難にしている。
本発明においては、ＡＲＲＯＷ構造の反射器層がアクテ
ィブ光デバイスのガイド層として機能するように設計す
ることによってアクティブ光デバイスが反共振反射光導
波路を支持する基板上に完全に集積化される。本発明に
おいてはエネルギーはＡＲＲＯＷ構造のガイド層から集
積構造の導波路に沿うアクティブ デバイスが位置され
るべき所定のセクション内のじかに隣接する反射器層に
方向性を持って結合される。ＡＲＲＯＷ構造のガイド層
とアクティブ ガイド層間の結合は選択された波長の所
でＡＲＲＯＷモードとアクティブデバイスの反射器層モ
ードとの間の結合を提供するような適当なピッチにて製
造された格子の使用によって達成される。
ィブ光デバイスのガイド層として機能するように設計す
ることによってアクティブ光デバイスが反共振反射光導
波路を支持する基板上に完全に集積化される。本発明に
おいてはエネルギーはＡＲＲＯＷ構造のガイド層から集
積構造の導波路に沿うアクティブ デバイスが位置され
るべき所定のセクション内のじかに隣接する反射器層に
方向性を持って結合される。ＡＲＲＯＷ構造のガイド層
とアクティブ ガイド層間の結合は選択された波長の所
でＡＲＲＯＷモードとアクティブデバイスの反射器層モ
ードとの間の結合を提供するような適当なピッチにて製
造された格子の使用によって達成される。
本発明の第１の実施態様においては、この格子はＡＲＲ
ＯＷ構造の反射器層内にレーシング動作を達成するため
のポンプとしても機能する２つの交差するコヒーレント
光のビームによって形成される。波長選択性はレージン
グ動作に必要とされる光学空胴がポンプされているアク
ティブ層に直ちに隣接するかなり長いガイド層に光を結
合するために格子を使用するという事実によって提供さ
れる。
ＯＷ構造の反射器層内にレーシング動作を達成するため
のポンプとしても機能する２つの交差するコヒーレント
光のビームによって形成される。波長選択性はレージン
グ動作に必要とされる光学空胴がポンプされているアク
ティブ層に直ちに隣接するかなり長いガイド層に光を結
合するために格子を使用するという事実によって提供さ
れる。
本発明の第２の実施態様においては、波長デマルチプレ
キシング光検出器がＡＲＲＯＷ構造内にこの構造の上側
反射器層内の反共振反射光導波路の長さに沿う所定の位
置に異なるピッチを持つ格子を製造することによって提
供される。格子の異なるピッチはガイド層からガイド層
直下の吸収性反射器層に結合されるべき異なる波長を選
択する格子構造の真ぐ上に電気端子を正しく置くことに
よって個々の波長の吸収による光電流に起因する電気信
号が生成される。
キシング光検出器がＡＲＲＯＷ構造内にこの構造の上側
反射器層内の反共振反射光導波路の長さに沿う所定の位
置に異なるピッチを持つ格子を製造することによって提
供される。格子の異なるピッチはガイド層からガイド層
直下の吸収性反射器層に結合されるべき異なる波長を選
択する格子構造の真ぐ上に電気端子を正しく置くことに
よって個々の波長の吸収による光電流に起因する電気信
号が生成される。
第１図には、先行技術による反共振反射光導波路 （八
ｎｔｉ−ＲｅｓｓｏｎａｎＬ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ
ＯｐｔｉｃａｌＷａｖｅｇｕｉｄｅｓ、 Ａ ＲＲ
ＯＷ）の動作の説明に有効な図が示される。これら導波
路は最初ｓ＋ｏ２／ｓ＋多層構造内に実現されたが、最
近でばｒｎ−ｖ族化合物半導体内でも製造され、横拘束
及び１ｃｍ−’以下の損失を持ち、またさらにＩＪ！失
を４１（＜できる可能性を持つことが知られている。へ
ＲＲＯＷ構造内において、ＡＲＲＯＷモー１′（以下で
は通常“パシブモード２）は層３０２の上側面の所では
従来の全内部反射によって拘束されるが、基板の反対面
の所では２つのより高い屈折率の反射器層３０３及び３
０５の界面からのフェーズド反射（ｐｈａｓｅｄｒｅｆ
ｅｃｔｉｏｎ）によって拘束される。これら層３０３及
び３０５並びにこれらの間の層３０４が一体となって全
て反共振の一連のファプリーペロ共振器を形成する。従
って、提供される反射は広スペクトルであり、また製造
によって導入される変動に強い。
ｎｔｉ−ＲｅｓｓｏｎａｎＬ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ
ＯｐｔｉｃａｌＷａｖｅｇｕｉｄｅｓ、 Ａ ＲＲ
ＯＷ）の動作の説明に有効な図が示される。これら導波
路は最初ｓ＋ｏ２／ｓ＋多層構造内に実現されたが、最
近でばｒｎ−ｖ族化合物半導体内でも製造され、横拘束
及び１ｃｍ−’以下の損失を持ち、またさらにＩＪ！失
を４１（＜できる可能性を持つことが知られている。へ
ＲＲＯＷ構造内において、ＡＲＲＯＷモー１′（以下で
は通常“パシブモード２）は層３０２の上側面の所では
従来の全内部反射によって拘束されるが、基板の反対面
の所では２つのより高い屈折率の反射器層３０３及び３
０５の界面からのフェーズド反射（ｐｈａｓｅｄｒｅｆ
ｅｃｔｉｏｎ）によって拘束される。これら層３０３及
び３０５並びにこれらの間の層３０４が一体となって全
て反共振の一連のファプリーペロ共振器を形成する。従
って、提供される反射は広スペクトルであり、また製造
によって導入される変動に強い。
層３０２の任意のコア厚ｄ１に対する反射器層３０３．
３０４及び３０５の概むねの最適厚さは以下によって与
えられる。
３０４及び３０５の概むねの最適厚さは以下によって与
えられる。
及び
ｄｚｏｐｔ ＝−（２Ｍ＋１） Ｍ＝０．１，２．、、
、、、 ＋２１ここで、ｔ ａｐ
ｔはＮ３０３及び３０５の最適厚であり、ｄ２゜ｐｔは
層３０４の最適厚であり、ｎｌは層３０２及び３０４並
びに基板３０６の屈折率であり、ｎ２は層３０３及び３
０５の屈折率であり、そしてλはガイドされる光の波長
である。
、、、 ＋２１ここで、ｔ ａｐ
ｔはＮ３０３及び３０５の最適厚であり、ｄ２゜ｐｔは
層３０４の最適厚であり、ｎｌは層３０２及び３０４並
びに基板３０６の屈折率であり、ｎ２は層３０３及び３
０５の屈折率であり、そしてλはガイドされる光の波長
である。
ＡＲＲＯＷモードは、この振幅が第３図に曲線３０７に
よって示されるが、実際にはリーキーモードであり、こ
のエネルギーは（上側空気界面を除いて）屈折率の最も
低い領域の層３０２内に拘束される。この結果、非常に
低い有効屈折率（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ １ｎｄｅｘ）が
達成される。上述のように正しく設計された構造内の基
本へＲＲＯＷモードの有効屈折率は以下によって良く近
似できる。
よって示されるが、実際にはリーキーモードであり、こ
のエネルギーは（上側空気界面を除いて）屈折率の最も
低い領域の層３０２内に拘束される。この結果、非常に
低い有効屈折率（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ １ｎｄｅｘ）が
達成される。上述のように正しく設計された構造内の基
本へＲＲＯＷモードの有効屈折率は以下によって良く近
似できる。
本発明はＡＲＲＯＷ構造においては、第４図の高屈折率
層４０３が第４図の曲線４０Ｂによって示されるように
高い有効屈折率を持つ従来通りにガイドされたモードを
サポートできるという事実に基づく。殆んど全てが最低
屈折率層４０２内に拘束されるバシブＡＲＲＯＷモード
と殆んど最高屈折層４０３内に拘束される従来通りにガ
イドされたモードとの間には非常に大きな有効屈折率の
差が存在する。この事実にもかかわらず、この２つのモ
ードは直ぐ隣の層内に拘束され、従って、本発明によっ
て提供されるタイプの格子結合（ｇｒａｔｉｎｇ ｃｏ
ｕｐｌｉｎｇ）に従かう。もう１つの重要な特徴はこの
パシブＡＲＲＯＷモードが通常アクティブ反射器層４０
３内に極端に小さな拘束（＜ １０−’）を持ち、格子
が不在の場合はガイド層４０２内をアクティブ反射器層
４０３内に大きな損失が存在する場合でも無視できる程
度の損失にて伝搬できることである。従って、層４０２
内のパシブＡＲＲＯＷモードは外部要素に結合するため
の低損失及び大モード サイズに専用化でき、一方、層
４０３内のアクティブ モードはアクティブ反射器層と
重複するように最適化できる。本発明においては、結合
は全プレーナー技術による均一構造内に格子を持つガイ
ド層の全長に沿う所定の位置で達成される。第４図及び
第５図はそれぞれ同方向結合（ｃｏ−ｄｉｒｅｃｔｉｏ
ｎａｌ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）及び逆方向結合（ｃｏｎｔ
ｒａ−ｄｉｒｅｃＬｉｏｎ８１ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）の
２つのケースを示す。格子の利用は位相速度あるいは伝
搬定数に非常に大きな差が存在する２つの横モードの系
間の結合を提供できる能力に依存する。
層４０３が第４図の曲線４０Ｂによって示されるように
高い有効屈折率を持つ従来通りにガイドされたモードを
サポートできるという事実に基づく。殆んど全てが最低
屈折率層４０２内に拘束されるバシブＡＲＲＯＷモード
と殆んど最高屈折層４０３内に拘束される従来通りにガ
イドされたモードとの間には非常に大きな有効屈折率の
差が存在する。この事実にもかかわらず、この２つのモ
ードは直ぐ隣の層内に拘束され、従って、本発明によっ
て提供されるタイプの格子結合（ｇｒａｔｉｎｇ ｃｏ
ｕｐｌｉｎｇ）に従かう。もう１つの重要な特徴はこの
パシブＡＲＲＯＷモードが通常アクティブ反射器層４０
３内に極端に小さな拘束（＜ １０−’）を持ち、格子
が不在の場合はガイド層４０２内をアクティブ反射器層
４０３内に大きな損失が存在する場合でも無視できる程
度の損失にて伝搬できることである。従って、層４０２
内のパシブＡＲＲＯＷモードは外部要素に結合するため
の低損失及び大モード サイズに専用化でき、一方、層
４０３内のアクティブ モードはアクティブ反射器層と
重複するように最適化できる。本発明においては、結合
は全プレーナー技術による均一構造内に格子を持つガイ
ド層の全長に沿う所定の位置で達成される。第４図及び
第５図はそれぞれ同方向結合（ｃｏ−ｄｉｒｅｃｔｉｏ
ｎａｌ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）及び逆方向結合（ｃｏｎｔ
ｒａ−ｄｉｒｅｃＬｉｏｎ８１ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）の
２つのケースを示す。格子の利用は位相速度あるいは伝
搬定数に非常に大きな差が存在する２つの横モードの系
間の結合を提供できる能力に依存する。
本発明において開拓されるもう１つの望ましい特性はこ
の２つのモードが非常に異なる空間特性（ｓｐａｔｉａ
ｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）を持つことである。
の２つのモードが非常に異なる空間特性（ｓｐａｔｉａ
ｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）を持つことである。
定量的な目的から、伝搬定数β１を持つ横モード１及び
伝搬定数β２を持つ横モード２を考慮する。モード１及
びモード２が周期Δｇにて実あるいは虚屈折率の周期摂
動（ｐ（！ｒｉｏｄｉｃ ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）
を含む空間領域内に互いに重複するものと仮定する。結
合モード理論（ｃｏｕｐｌＬ！ｄ ｍｏｄｅ Ｌｌ＋ｃ
ｏｒｙ）によると、以下の“位相マツチング”条（’ｌ
が満たされた場合にこの２つのモード間の結合がｌ）ら
れる。
伝搬定数β２を持つ横モード２を考慮する。モード１及
びモード２が周期Δｇにて実あるいは虚屈折率の周期摂
動（ｐ（！ｒｉｏｄｉｃ ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）
を含む空間領域内に互いに重複するものと仮定する。結
合モード理論（ｃｏｕｐｌＬ！ｄ ｍｏｄｅ Ｌｌ＋ｃ
ｏｒｙ）によると、以下の“位相マツチング”条（’ｌ
が満たされた場合にこの２つのモード間の結合がｌ）ら
れる。
βヨーβ２ ＋に＊ （４１ここで、簡素
化の目的で、１β、１〉１β２１であると想定される。
化の目的で、１β、１〉１β２１であると想定される。
ここで、Ｋｇ＝２π／Ａｇは格子の基本波ベクトル（ｆ
ｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｗａｖｅｖｅｃｔｏｒ）である
が、結合が周期摂動のより高い複数のフーリエ成分から
くることが考えられるため、Ｋｇは特に対象とされるフ
ーリエ成分に対応するものと考慮する。標準の命名法に
従がうと、ρ、／１β１１−β２／１β２１のケースは
“同方向”結合と呼ばれ、β１／１β１１＝＝−β２／
１β２１のケースは“逆方向”結合と呼ばれる。以降の
説明において、モード１は上側反射器層内の“アクティ
ブモードであり、モード２はガイド層内の“パシブモー
ドである。
ｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｗａｖｅｖｅｃｔｏｒ）である
が、結合が周期摂動のより高い複数のフーリエ成分から
くることが考えられるため、Ｋｇは特に対象とされるフ
ーリエ成分に対応するものと考慮する。標準の命名法に
従がうと、ρ、／１β１１−β２／１β２１のケースは
“同方向”結合と呼ばれ、β１／１β１１＝＝−β２／
１β２１のケースは“逆方向”結合と呼ばれる。以降の
説明において、モード１は上側反射器層内の“アクティ
ブモードであり、モード２はガイド層内の“パシブモー
ドである。
格子のためにモード変換（ｍｏｄｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉ
ｏｎ）も波長選択性（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ５ｅｌｅ
ｓｔｉｖｅ）を持つ。より具体的には、結合が式（４）
が満足された場合に起るが、これは以下を要求する。
ｏｎ）も波長選択性（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ５ｅｌｅ
ｓｔｉｖｅ）を持つ。より具体的には、結合が式（４）
が満足された場合に起るが、これは以下を要求する。
Ａ９−λ／ （ｎ＠ｆｆｌ±ｎｏｖｆｚ） （５１
ここで、−符合は同方向結合を表わし、十符合は逆方向
結合を表わす。Ａ［の値は結合が格子のより高い複数の
フーリエ成分からくるという事実から修正できる。例え
ば、二次成分が対象とされる場合は、ＡｇはΔｇ／２に
よって置換される。スペクトル幅及び結合の程度は、詳
細には、１）格子相互作用長、２）格子の結合長、３）
結合が同方向であるか逆方向であるか、及び４）いずれ
かのモードが認め得る利得あるいは損失を持つかに依存
する。式（５）から、ｎｌ、１及びｎ、、ｔｒ２が大き
く異なるような状況を達成する必要があることが明らか
である。同方向結合の場合は、これは通常妥当な相互作
用長において高いスペクトル選択性（及び従って多数の
格子ライン）が必要とされることから要望される。逆方
向結合の場合は、通常、モード１あるいはモード２の、
ｉｍ常それぞれλ＝Δｇ／（２・ｎａｒｒ＋）及びλ−
八へ（２・ｎ ｅｆｆ２）の所で起るそれら自体への反
射結合が対象とされるスペクトル バンド内に入いるこ
とを要求しない。より一般的には、本発明においては、
格子の不在下で結合が全くないことが要求される。
ここで、−符合は同方向結合を表わし、十符合は逆方向
結合を表わす。Ａ［の値は結合が格子のより高い複数の
フーリエ成分からくるという事実から修正できる。例え
ば、二次成分が対象とされる場合は、ＡｇはΔｇ／２に
よって置換される。スペクトル幅及び結合の程度は、詳
細には、１）格子相互作用長、２）格子の結合長、３）
結合が同方向であるか逆方向であるか、及び４）いずれ
かのモードが認め得る利得あるいは損失を持つかに依存
する。式（５）から、ｎｌ、１及びｎ、、ｔｒ２が大き
く異なるような状況を達成する必要があることが明らか
である。同方向結合の場合は、これは通常妥当な相互作
用長において高いスペクトル選択性（及び従って多数の
格子ライン）が必要とされることから要望される。逆方
向結合の場合は、通常、モード１あるいはモード２の、
ｉｍ常それぞれλ＝Δｇ／（２・ｎａｒｒ＋）及びλ−
八へ（２・ｎ ｅｆｆ２）の所で起るそれら自体への反
射結合が対象とされるスペクトル バンド内に入いるこ
とを要求しない。より一般的には、本発明においては、
格子の不在下で結合が全くないことが要求される。
このためには通常この２つのモード間の不一致ができる
だけ大きいことが要求される。
だけ大きいことが要求される。
以降に説明の実施態様においては、上側反射器層内に存
在するモード エネルギーのみが考慮され；下側反射器
層は基本的にクロス結合（ｃｒｏｓｓ−ｃｏｕｐｌｉｎ
ｇ）の観点から無視される。殆んどのＡＲＲＯＷ構造に
おいて、これは、２つの反射器層が遠く離れているため
に可能である。反射層間のクロス結合が問題となるよう
な任意の実施態様においては、これは下側反射器層を少
し異なる材料組成にて製造し、従って、これに少し異な
る屈折率を与えることによって克服が可能である。
在するモード エネルギーのみが考慮され；下側反射器
層は基本的にクロス結合（ｃｒｏｓｓ−ｃｏｕｐｌｉｎ
ｇ）の観点から無視される。殆んどのＡＲＲＯＷ構造に
おいて、これは、２つの反射器層が遠く離れているため
に可能である。反射層間のクロス結合が問題となるよう
な任意の実施態様においては、これは下側反射器層を少
し異なる材料組成にて製造し、従って、これに少し異な
る屈折率を与えることによって克服が可能である。
格子の垂直位置に関する基本要件はアクティブモード及
びパシブ モードの両方を格子内に互いに重複させるこ
とである。第４図及び第５図には単に格子が概念的に示
される。第４図及び第５図に、それぞれ伝搬の方向に対
して垂直の方向の光の強度の相対規模を表わす曲線４０
７及び５０７によって示されるように、ＡＲＲＯＷモー
ドは高屈折率反射器層４０３あるいは５０３の上側面上
に１つのノードを持ち、下側面に１つのアンチノードを
持つ。曲線４０８及び５０８によって示される反射器層
の従来モードは両方のガイド層（４０２あるいは５０２
）及びこれら反射器層間の空間に向って次第に減衰して
いくウィングを持つ。格子は従ってＡＲＲＯＷガイド層
の下側部分内の任意の形態の容積格子（ｖｏｌｕｍｅ
ｇｒａｔｉｎｇ）、あるいは適当なセットの波形層であ
り得る。簡単に実現できるもう１つの選択としては、上
側反射器層の下側面に沿っての波形が使用できる。アク
ティブ モードはここでは高い振幅を持ち、そしてＡＲ
ＲＯＷモードは、ここでは小いが、ある程度の振幅に対
するアンチ ノードを持つ。もう１つの可能性は反射脂
層自体の中の容積格子である。
びパシブ モードの両方を格子内に互いに重複させるこ
とである。第４図及び第５図には単に格子が概念的に示
される。第４図及び第５図に、それぞれ伝搬の方向に対
して垂直の方向の光の強度の相対規模を表わす曲線４０
７及び５０７によって示されるように、ＡＲＲＯＷモー
ドは高屈折率反射器層４０３あるいは５０３の上側面上
に１つのノードを持ち、下側面に１つのアンチノードを
持つ。曲線４０８及び５０８によって示される反射器層
の従来モードは両方のガイド層（４０２あるいは５０２
）及びこれら反射器層間の空間に向って次第に減衰して
いくウィングを持つ。格子は従ってＡＲＲＯＷガイド層
の下側部分内の任意の形態の容積格子（ｖｏｌｕｍｅ
ｇｒａｔｉｎｇ）、あるいは適当なセットの波形層であ
り得る。簡単に実現できるもう１つの選択としては、上
側反射器層の下側面に沿っての波形が使用できる。アク
ティブ モードはここでは高い振幅を持ち、そしてＡＲ
ＲＯＷモードは、ここでは小いが、ある程度の振幅に対
するアンチ ノードを持つ。もう１つの可能性は反射脂
層自体の中の容積格子である。
最適な選択は対象とするデバイスの詳細な要件に依存す
る。一般的には、第４図及び第５図内に格子として示さ
れる要素は単にへＲＲＯＷモードと反射器層モードがそ
れぞれゼロ光強度以外の強度を持つデバイスのレベルで
の伝）般の方向に沿っての屈折率の周期変動にすぎない
。
る。一般的には、第４図及び第５図内に格子として示さ
れる要素は単にへＲＲＯＷモードと反射器層モードがそ
れぞれゼロ光強度以外の強度を持つデバイスのレベルで
の伝）般の方向に沿っての屈折率の周期変動にすぎない
。
ＡＲＲＯＷ構造のガイド層と反射層との間に同方向結合
を提供するために光学的に誘発された格子が使用される
本発明の１つの実施態様が第１図に示される。ＡＲＲＯ
Ｗ構造がＩｎＰ基板１０６上に成長され、この上に水素
化物気相エピタキシーを使用して、ＩｎＧａＡｓＰの下
側反射器層１０５、ＩｎＰの分離層１０４、ＩｎＧａＡ
ｓＰの上側反射器層１０３、及びＩｎＰのＡＲＲＯＷガ
イド層１０２が成長される。反射器層１０３及び１０５
は両方とも１．３５μＭの所に発光ピークを持つＩｎＧ
ａＡｓＰクオータナリー材料から製造される。
を提供するために光学的に誘発された格子が使用される
本発明の１つの実施態様が第１図に示される。ＡＲＲＯ
Ｗ構造がＩｎＰ基板１０６上に成長され、この上に水素
化物気相エピタキシーを使用して、ＩｎＧａＡｓＰの下
側反射器層１０５、ＩｎＰの分離層１０４、ＩｎＧａＡ
ｓＰの上側反射器層１０３、及びＩｎＰのＡＲＲＯＷガ
イド層１０２が成長される。反射器層１０３及び１０５
は両方とも１．３５μＭの所に発光ピークを持つＩｎＧ
ａＡｓＰクオータナリー材料から製造される。
水素化物気層エピタキシー システム内で使用されるリ
アクタは良質な界面を持つ複合多層構造を達成するため
に高速切り換えできるように設計された３バレル シス
テムである。水素担体内の成長成分のフローが最初に平
衡状態にされ、次にサンプルを適当なバレル内に機械的
に挿入あるいは取り出すことによって成長が開始あるい
は停止される。塩化水素が８５０℃に保持されたインジ
ウム及びガリウム金属上に通される。サンプルがエピタ
キシャル成長のために約７２５℃に加熱され、Ｖ族元素
としてヒ素あるいはリンが使用される。
アクタは良質な界面を持つ複合多層構造を達成するため
に高速切り換えできるように設計された３バレル シス
テムである。水素担体内の成長成分のフローが最初に平
衡状態にされ、次にサンプルを適当なバレル内に機械的
に挿入あるいは取り出すことによって成長が開始あるい
は停止される。塩化水素が８５０℃に保持されたインジ
ウム及びガリウム金属上に通される。サンプルがエピタ
キシャル成長のために約７２５℃に加熱され、Ｖ族元素
としてヒ素あるいはリンが使用される。
成長された構造が約１０ｐｓｅｃ期間及び１．０６μｍ
の波長を持つパルスにて６６７１１ｚの反復速度にて光
学的にポンプされた。これらパルスはＱスイッチモート
ＯｙりＮｄ：ＶＡＧ レーザー１１４の出力パルス ト
レインから電子−光学的に選択された。ＩｎＰｎイガ層
１０２は１．０６μｍの光に対して透明であるが、この
パルスは１．３５１ｒｍ反射器層１０３及び１０５内で
は吸収される。
の波長を持つパルスにて６６７１１ｚの反復速度にて光
学的にポンプされた。これらパルスはＱスイッチモート
ＯｙりＮｄ：ＶＡＧ レーザー１１４の出力パルス ト
レインから電子−光学的に選択された。ＩｎＰｎイガ層
１０２は１．０６μｍの光に対して透明であるが、この
パルスは１．３５１ｒｍ反射器層１０３及び１０５内で
は吸収される。
レージングのために利得媒質を光学的にポンピングする
のに加えて、１．０６μｍポンプ パルスが垂直方向結
合のための格子１２０を形成するために使用される。こ
れは面法線に対して１−θ及び−θの角度でウェーハ表
面に入射する２つの干渉する１、０６μｍビームにてポ
ンピングすることによって達成される。これは以下の式
によって与えられる干渉パターンを生成する。
のに加えて、１．０６μｍポンプ パルスが垂直方向結
合のための格子１２０を形成するために使用される。こ
れは面法線に対して１−θ及び−θの角度でウェーハ表
面に入射する２つの干渉する１、０６μｍビームにてポ
ンピングすることによって達成される。これは以下の式
によって与えられる干渉パターンを生成する。
Ａｇ＝λｐｕｌｌ、ｐ／ （２・Ｓｊｎ θ）（６）ス
ネルの法則はこの周期がアクティブ反射器層内に沈殿し
たエネルギー内にも保存されることを保証する。これは
角度θが弐（５）によって要求される周期を生成すると
き同方向結合を達成するのに必要とされる粗い格子を生
成する能力を持つ。
ネルの法則はこの周期がアクティブ反射器層内に沈殿し
たエネルギー内にも保存されることを保証する。これは
角度θが弐（５）によって要求される周期を生成すると
き同方向結合を達成するのに必要とされる粗い格子を生
成する能力を持つ。
フォ１−生成キャリャによってこうして生成された格子
は実及び虚成分の両方の組合せを持つ。キャリヤ密度に
関して実及び虚屈折率の差分変化の間に比例性を提供す
る長波長半導体レーザーの線幅向上係数αは約−６の値
を持つ。これは単に半導体レーザーに典型的なバイアス
状態の下でのキャリヤ密度の小さな変化についての測定
値にすぎないが、実及び成分の相対値に対する非常に有
効な推測値となる。こうして生成された格子は実成分主
体である。個々のビームに対する法線面からの角度θは
２から３°の範囲とされたが、この場合、１．０６μｍ
入射ポンプの約７０％がウェーハ内に伝搬する。
は実及び虚成分の両方の組合せを持つ。キャリヤ密度に
関して実及び虚屈折率の差分変化の間に比例性を提供す
る長波長半導体レーザーの線幅向上係数αは約−６の値
を持つ。これは単に半導体レーザーに典型的なバイアス
状態の下でのキャリヤ密度の小さな変化についての測定
値にすぎないが、実及び成分の相対値に対する非常に有
効な推測値となる。こうして生成された格子は実成分主
体である。個々のビームに対する法線面からの角度θは
２から３°の範囲とされたが、この場合、１．０６μｍ
入射ポンプの約７０％がウェーハ内に伝搬する。
層構造の走査電子顕微鏡からクオータナリ反射器層１０
３及び１０５ば約０．３３メ！ｍの厚さを持ち、ｒｎＰ
ｎイガ層１０２ば６．９／１ｍの厚さを持ち、またこれ
らの反射器層間のＴｎＰ層１０４は３．３μｍの厚さを
持つことがわかった。ＩｎＧａＡｓ吸収データからの外
挿法による推定からこれら厚さに対しては反射層に達す
る光の約３５％が吸収されると推定れる。こ、！′１川
：用リ・ンブル表面に入射された１、０６μＭポンプの
うりの正味２５％が上側反射層１０３内に沈殿し、１６
％が下側反射器層１０５に沈殿することを意味する。
３及び１０５ば約０．３３メ！ｍの厚さを持ち、ｒｎＰ
ｎイガ層１０２ば６．９／１ｍの厚さを持ち、またこれ
らの反射器層間のＴｎＰ層１０４は３．３μｍの厚さを
持つことがわかった。ＩｎＧａＡｓ吸収データからの外
挿法による推定からこれら厚さに対しては反射層に達す
る光の約３５％が吸収されると推定れる。こ、！′１川
：用リ・ンブル表面に入射された１、０６μＭポンプの
うりの正味２５％が上側反射層１０３内に沈殿し、１６
％が下側反射器層１０５に沈殿することを意味する。
実験においては、これらポンプ パルスは格子及び利得
領域を第１図に示されるように一端の切子面１１１に隣
接する６ｍｓ、ｔす′ンプルの小さな部分（約５００μ
ｍ）のみに制限するために可調アパーチャ１１０を通じ
て結合された。ウェーハの大部分がポンプされず、レー
ジングに対して大きな利得を示す任意の波長の所でアク
ティブあるいは利得モードが強い吸収を示すため、レー
ジングは光がウェーハを通って他◇：：；の切子面１１
２に向って低損失にて伝搬することを許すパシブＡＲＲ
ＯＷモードに結合されたときにのみ起こる。この結合は
前述のごとく２つのポンプ ビーム間の干渉角が以下の
ときにのみ起こる。
領域を第１図に示されるように一端の切子面１１１に隣
接する６ｍｓ、ｔす′ンプルの小さな部分（約５００μ
ｍ）のみに制限するために可調アパーチャ１１０を通じ
て結合された。ウェーハの大部分がポンプされず、レー
ジングに対して大きな利得を示す任意の波長の所でアク
ティブあるいは利得モードが強い吸収を示すため、レー
ジングは光がウェーハを通って他◇：：；の切子面１１
２に向って低損失にて伝搬することを許すパシブＡＲＲ
ＯＷモードに結合されたときにのみ起こる。この結合は
前述のごとく２つのポンプ ビーム間の干渉角が以下の
ときにのみ起こる。
これに加え、同方向結合では、格子強度及び格子相互作
用長がデバイスの性能に大きな役割を持つ。
用長がデバイスの性能に大きな役割を持つ。
ポンプ ビームはＡＲＲＯＷ構造上に約１００μｍ幅の
任意の長さの細い照射光束を提供するために球形及び円
筒形のオプティクス１１３の組合せを使用して照射され
た。このポンピング幅はこの実験における唯一の横拘束
であり、数ミリメートル長のポンプされてない領域を通
って端のミラーに達して戻どるＡＲＲＯＷモードの伝搬
における任意のラウンド トリップ横方向回折損失が重
大な問題とならないように十分に広く選択される。
任意の長さの細い照射光束を提供するために球形及び円
筒形のオプティクス１１３の組合せを使用して照射され
た。このポンピング幅はこの実験における唯一の横拘束
であり、数ミリメートル長のポンプされてない領域を通
って端のミラーに達して戻どるＡＲＲＯＷモードの伝搬
における任意のラウンド トリップ横方向回折損失が重
大な問題とならないように十分に広く選択される。
実験においては、ポンプ ビームの入射角±θ、ポンプ
強度（これは利ｉ：￥レヘル及び格子強度の両方に影響
を与える）、及び相互作用長Ｉ、が変動された。サンプ
ルからの出力がポンプされない切子面１１２を通して、
後方の切子面をレンズ１１５を通じて検出器１１６に写
すことによって測定された。検出器１１（ｉ内でＩｃｍ
１’７−のシリコンが残留する１、０６μｍポンプ光を
フィルタするために使用された。出力パワー、出力近距
離場、及び大まかな出カスベクトルの測定が行なわれた
。この結果、本発明に従かうレージングが確認された。
強度（これは利ｉ：￥レヘル及び格子強度の両方に影響
を与える）、及び相互作用長Ｉ、が変動された。サンプ
ルからの出力がポンプされない切子面１１２を通して、
後方の切子面をレンズ１１５を通じて検出器１１６に写
すことによって測定された。検出器１１（ｉ内でＩｃｍ
１’７−のシリコンが残留する１、０６μｍポンプ光を
フィルタするために使用された。出力パワー、出力近距
離場、及び大まかな出カスベクトルの測定が行なわれた
。この結果、本発明に従かうレージングが確認された。
ＡＲＲＯＷ構造内での格子結合モードの用途のもう１つ
の例が第２図に示される。第２図においては、ＡＲＲＯ
Ｗｊ１波路が波長デマルチプレキシング光検出器デバイ
スを作成するために上側反年１器層の長さ方向に沿って
２つの異なるピッチの格子を持つＩ ｎ ／ Ｉ ｎ
Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ ４４料系内に製造される。図示さ
れる構造は大きなウェーハの一部として製造することも
それ自体１ｎ、−の離散デバイスとして製造することも
できる。この構造内では、選択された波長の光が格子と
＋’＋ｉｉ述のように同方向は反射器層に吸収される。
の例が第２図に示される。第２図においては、ＡＲＲＯ
Ｗｊ１波路が波長デマルチプレキシング光検出器デバイ
スを作成するために上側反年１器層の長さ方向に沿って
２つの異なるピッチの格子を持つＩ ｎ ／ Ｉ ｎ
Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ ４４料系内に製造される。図示さ
れる構造は大きなウェーハの一部として製造することも
それ自体１ｎ、−の離散デバイスとして製造することも
できる。この構造内では、選択された波長の光が格子と
＋’＋ｉｉ述のように同方向は反射器層に吸収される。
示されるようなドーピングによって、反射器層はｐ−ｎ
接合の逆バイアシングによってディプリートされる。結
果として、デバイスの個々のセクションが波長選択光検
出器として動作し、吸収によって生成される自由キャリ
ヤがディプリーション領域を横断して流れ、光電流が発
生する。
接合の逆バイアシングによってディプリートされる。結
果として、デバイスの個々のセクションが波長選択光検
出器として動作し、吸収によって生成される自由キャリ
ヤがディプリーション領域を横断して流れ、光電流が発
生する。
第２図に示されるデバイスの基本的な利点はこのデマル
チプレクサが集積可能であることである。
チプレクサが集積可能であることである。
前述のごとく、これは真のプレーナ技術アプローチであ
り、波長選択性光検出領域はモードの結合を行なう格子
とは別に純粋のパシブ導波路領域と同一の層構造を持つ
ことができる。これはこのタイプの複数の検出器を吸収
上側反射器層に結合するための異なるピッチを持つ導波
路に沿ってシリアル形式に配列することを可能とする。
り、波長選択性光検出領域はモードの結合を行なう格子
とは別に純粋のパシブ導波路領域と同一の層構造を持つ
ことができる。これはこのタイプの複数の検出器を吸収
上側反射器層に結合するための異なるピッチを持つ導波
路に沿ってシリアル形式に配列することを可能とする。
異なるピッチの格子が位相マツチング要件を満す異なる
波長を与えるため、個々の波長は検出器上をそれを反射
器層に結合するのに適当なピッチを持つ検出器に達する
まで１ｆｆｌ遇し、ここで検出される。本発明はこのた
めにコンパクトなモノリシンク波長分割デマルチプレキ
シング光検出器を製造するのに適する。
波長を与えるため、個々の波長は検出器上をそれを反射
器層に結合するのに適当なピッチを持つ検出器に達する
まで１ｆｆｌ遇し、ここで検出される。本発明はこのた
めにコンパクトなモノリシンク波長分割デマルチプレキ
シング光検出器を製造するのに適する。
第２図には、第１の波長選択性検出器を領域２５１内に
含み、第２の波長選択性検出器を領域２５２内に含むデ
マルチプレー１２シング光検出器デバイスを示す。領域
２５１内の波長検出器は１．５４０μｍ付近で動作する
ように設ａ１され、一方、領域２５２内の検出器は１．
５４５１ｔｔｎにて動作するように設計される。ガイド
層２０２の全長はこれら波長の所で３．１６５４の屈折
率を持つＩｎＰから製造され、反射器層２０３及び２０
５はＩｎＰと格子整合され１．５１μｍの所に発光ピー
クを与えるような組成を持つｒｎＧａＡｓＰから製造さ
れる。従って、反射器層２０３及び２０５は約１００（
２）月の範囲の動作波長において吸収を持つ。反射器層
２０３の屈折率は動作波長において３．５４５０である
。第２図に示されるように、クオータナリ」二側反射器
層２０５の成長の前にＩｎＰ分離層２０４の上側面上の
２つの領域の個々の中に格子がエツチングされる。ガイ
ド層２０２の寸法は５μｍとされるが、これは、これが
外部要素への良好な結合に適当な大きなモードを可能と
し、またＡＲＲＯＷ放射損失を無視できるレベルに低減
するためである。下側反射器層２０５は０．２５μｍの
厚さを持つように選択され、この２つの反射器層間のＩ
ｎＰ分離層２０４は２．５μｍ厚とされる。個々の格子
は１００ＯＡのピークツウ−ピーク深さを持ち、クオー
タナリ上側反射器層２０５の残りの撹乱されない厚さは
０．３μｍとされる。これら寸法は、ＡＲＲＯＷモード
の極端な低損失伝搬とエツチングされた格子を通じての
従来通りにガイドされた反射器層への良好な結合定数と
の間の最適妥協点として選択される。第２図に示される
デバイス内では逆方向結合が選択されるが、これは、こ
れが、光ピッチ格子に起因して短距離にて高度のスペク
トル選択性を与えるためである。これに加えて、これは
、同方向結合構造ではしばしば発生する他の放射モード
への結合に起因する追加の１．ｆ３失を持たない。
含み、第２の波長選択性検出器を領域２５２内に含むデ
マルチプレー１２シング光検出器デバイスを示す。領域
２５１内の波長検出器は１．５４０μｍ付近で動作する
ように設ａ１され、一方、領域２５２内の検出器は１．
５４５１ｔｔｎにて動作するように設計される。ガイド
層２０２の全長はこれら波長の所で３．１６５４の屈折
率を持つＩｎＰから製造され、反射器層２０３及び２０
５はＩｎＰと格子整合され１．５１μｍの所に発光ピー
クを与えるような組成を持つｒｎＧａＡｓＰから製造さ
れる。従って、反射器層２０３及び２０５は約１００（
２）月の範囲の動作波長において吸収を持つ。反射器層
２０３の屈折率は動作波長において３．５４５０である
。第２図に示されるように、クオータナリ」二側反射器
層２０５の成長の前にＩｎＰ分離層２０４の上側面上の
２つの領域の個々の中に格子がエツチングされる。ガイ
ド層２０２の寸法は５μｍとされるが、これは、これが
外部要素への良好な結合に適当な大きなモードを可能と
し、またＡＲＲＯＷ放射損失を無視できるレベルに低減
するためである。下側反射器層２０５は０．２５μｍの
厚さを持つように選択され、この２つの反射器層間のＩ
ｎＰ分離層２０４は２．５μｍ厚とされる。個々の格子
は１００ＯＡのピークツウ−ピーク深さを持ち、クオー
タナリ上側反射器層２０５の残りの撹乱されない厚さは
０．３μｍとされる。これら寸法は、ＡＲＲＯＷモード
の極端な低損失伝搬とエツチングされた格子を通じての
従来通りにガイドされた反射器層への良好な結合定数と
の間の最適妥協点として選択される。第２図に示される
デバイス内では逆方向結合が選択されるが、これは、こ
れが、光ピッチ格子に起因して短距離にて高度のスペク
トル選択性を与えるためである。これに加えて、これは
、同方向結合構造ではしばしば発生する他の放射モード
への結合に起因する追加の１．ｆ３失を持たない。
この構造に対するモード特性及び格子結合を数値的に評
価すると、検出された波長の所で以下の値が得られる。
価すると、検出された波長の所で以下の値が得られる。
へＲＲＯＷモードの有効屈折率は３、１６１９５４であ
り、一方、格子の存在を含む上側反射器層内の従来モー
ドの有効屈折率は３、３５９４３である。これら２つの
モード間の逆方向結合に対する結合定数は３’１ｃｍ−
’である。領域２５１内の格子２１１に対する格子ピッ
チは以下によって与えられる。
り、一方、格子の存在を含む上側反射器層内の従来モー
ドの有効屈折率は３、３５９４３である。これら２つの
モード間の逆方向結合に対する結合定数は３’１ｃｍ−
’である。領域２５１内の格子２１１に対する格子ピッ
チは以下によって与えられる。
領域２５２内の格子に対する格子ピッチば以下によって
与えられる。
与えられる。
個々の格子はホログラフィック的に露光されたレジスタ
及び湿式化学エツチング、あるいは電子ビ一ムにてレジ
スタに直接描画することによって製造される。従来通り
にガイドされる反射器層モードの損失はこの層内のバル
ク損失を５０ｃｍ−’と想定すると３７ｃｍ−’となる
。
及び湿式化学エツチング、あるいは電子ビ一ムにてレジ
スタに直接描画することによって製造される。従来通り
にガイドされる反射器層モードの損失はこの層内のバル
ク損失を５０ｃｍ−’と想定すると３７ｃｍ−’となる
。
デバイスを正しくバイアスされたデマルチプレクサとし
て完成するためには、この材料が最初にｐ＋ＩｎＰ基板
２０６上に成長される。下側反射器層２０５、分離層２
０４、及び上側反射器層２０３はｐ−として成長され、
ＩｎＰガイド層２０４はｎ−として成長される。領域２
５１及び２５２の個々の中の光検出器は光検出器を位置
すべき所を除いて上側反射器層から下に向ってＺｎを拡
散することによって定義される。これによってｎタイプ
ＩｎＰガイド層の分離されたポケットが得られるが、こ
れは結合に使用される格子の上にくるようにする。この
ｎ−材料の領域は第２図に示されるように格子の長さよ
りいくぶん長くなるようにすべきであるが、これは、エ
ネルギーが上に示したように１／３７ｃｍの吸収長を持
つ反射器層内の逆伝搬モードに結合するためである。約
５０μｍの格子に対して、個々の光検出領域内に約３０
０μｍの撹乱されない反ｌｌ−１器層２０３が存在すべ
きである。
て完成するためには、この材料が最初にｐ＋ＩｎＰ基板
２０６上に成長される。下側反射器層２０５、分離層２
０４、及び上側反射器層２０３はｐ−として成長され、
ＩｎＰガイド層２０４はｎ−として成長される。領域２
５１及び２５２の個々の中の光検出器は光検出器を位置
すべき所を除いて上側反射器層から下に向ってＺｎを拡
散することによって定義される。これによってｎタイプ
ＩｎＰガイド層の分離されたポケットが得られるが、こ
れは結合に使用される格子の上にくるようにする。この
ｎ−材料の領域は第２図に示されるように格子の長さよ
りいくぶん長くなるようにすべきであるが、これは、エ
ネルギーが上に示したように１／３７ｃｍの吸収長を持
つ反射器層内の逆伝搬モードに結合するためである。約
５０μｍの格子に対して、個々の光検出領域内に約３０
０μｍの撹乱されない反ｌｌ−１器層２０３が存在すべ
きである。
横方向ガイドを提供するためには、約０．５μｍの深さ
を持つ上側ＴｎＰガイド層の表面」二にリッジがエツチ
ングされる。ＳｉＯ□の層２０７が従来のフォトリソグ
ラフインク露光及びエツチング技術を使用してリッジの
上に開口された窓を持つ表面上に堆積され、堆積金属コ
ンタクｌ−２０８及び２０９を通じてこの構造にｎコン
タクトが提供される。
を持つ上側ＴｎＰガイド層の表面」二にリッジがエツチ
ングされる。ＳｉＯ□の層２０７が従来のフォトリソグ
ラフインク露光及びエツチング技術を使用してリッジの
上に開口された窓を持つ表面上に堆積され、堆積金属コ
ンタクｌ−２０８及び２０９を通じてこの構造にｎコン
タクトが提供される。
コンタンクトはｐ ４− Ｉ ｎ Ｐ基板２０６の底に
堆積された金属コンタクト２１０を通じて提供される。
堆積された金属コンタクト２１０を通じて提供される。
次に端子２１０に対して正の電圧が端子２０８及び２０
９に印加されると、この逆バイアスされたｐ−ｎ接合が
上側反射器層２０３内部に向ってディプリーション層を
確立し、こうして、光検出が説明のように提供される。
９に印加されると、この逆バイアスされたｐ−ｎ接合が
上側反射器層２０３内部に向ってディプリーション層を
確立し、こうして、光検出が説明のように提供される。
第１図は本発明に従って製造されたレーザーを示し；
第２図は本発明に従って製造された波長デマルチプレキ
シング光検出器を示し； 第３図は先行技術による反共振反射光導波路の動作の説
明に有効な図を示し；そして 第４図及び第５図は本発明の詳細な説明に有効な図を示
す。 〔主要部分の符合の説明〕
シング光検出器を示し； 第３図は先行技術による反共振反射光導波路の動作の説
明に有効な図を示し；そして 第４図及び第５図は本発明の詳細な説明に有効な図を示
す。 〔主要部分の符合の説明〕
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、選択された波長の光を所定の方向にガイドするため
の境界を持つ第１の光学材料から成る第１の光導波路層
及び該第１の光導波路層の境界の少なくとも１つをアバ
ッティングし該所定の方向に垂直の方向に伝搬する光の
成分のための反共振反射を確立するための手段を含む光
デバイスにおいて、該反共振反射を確立するための手段
が第１の光学材料より大きな屈折率を持つ第２の光学材
料を含む少なくとも第１の反射器層を含み、該第１の反
射器層がその全長を通じての従来の全内部反射による第
２の光導波路層として働き、該光デバイスが該第１及び
第２の光導波路層の部分の上の該所定の方向に沿って有
効な該第１の光導波路層からの該選択された波長の所の
エネルギーを該第２の光導波路層内に結合するための手
段を含み、該第２の光導波路層が実質的に該第１の光導
波路層に並列であることを特徴とする光デバイス。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の光デバイスにおいて
、該光デバイスが該光デバイス内の該所定の方向に垂直
の方向内の位置の関数としての屈折率の大きさから成る
屈折率の輪郭を持ち、該エネルギーを結合するための手
段が該輪郭内に所定の方向に沿って周期変動を持ち、こ
れによって格子が形成されることを特徴とする光デバイ
ス。 ３、特許請求の範囲第２項に記載の光デバイスにおいて
、該反共振反射を確立するための手段がさらに第２の反
射層及び中間層を持ち、該第２の反射層が該第１の反射
層から該中間層によって分離された第３の光学材料から
成り、該中間層が該第１の光学材料と実質的に等しい屈
折率を持つ第４の光学材料から成り、該第３の光学材料
が該第１の光学材料より大きな屈折率を持つことを特徴
とする光デバイス。 ４、特許請求の範囲第２項に記載の光デバイスにおいて
、該光デバイスが該第１の反射器層内の該格子にて占拠
される領域をポンピングするための手段及び光共振器を
形成するために該第１の反射器層内で生成される光を反
射するための手段を含むことを特徴とする光デバイス。 ５、特許請求の範囲第４項に記載の光デバイスにおいて
、該反共振反射を確立するための手段が第２の反射器層
及び１つの中間層を含み、該第２の反射器層が該第１の
反射器層から該中間層によって分離された第３の光学材
料から成り、該中間層が該第１の光学材料と実質的に等
しい屈折率を持つ第４の光学材料から成り、そして該第
３の光学材料が該第１の光学材料より大きな屈折率を持
つことを特徴とする光デバイス。 ６、特許請求の範囲第４項に記載の光デバイスにおいて
、該ポンピングのための手段が該第１の反射器層の第１
の光学材料に吸収される波長を持つコヒーレント光のソ
ースを含むことを特徴とする光デバイス。 ７、特許請求の範囲第２項に記載の光デバイスにおいて
、該第１の反射器層が該格子の付近において該選択され
た波長において光導電性であることを特徴とする光デバ
イス。 ８、特許請求の範囲第２項に記載の光デバイスにおいて
、該デバイスがさらに該格子の付近にｐ−ｎ接合を含む
ことを特徴とする光デバイス。 ９、特許請求の範囲第７項ないし第８項に記載の光デバ
イスにおいて、該デバイスがさらに該所定の方向に沿っ
て該第１の格子から分離された少なくとも第２の格子を
含み、該第１及び第２の格子が個々が異なる選択波長に
応答するように異なるピッチを持つことを特徴とする光
デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US916,498 | 1978-06-19 | ||
| US06/916,498 US4745607A (en) | 1986-10-08 | 1986-10-08 | Interlayer directional coupling in antiresonant reflecting optical waveguides |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63103202A true JPS63103202A (ja) | 1988-05-07 |
| JP2594577B2 JP2594577B2 (ja) | 1997-03-26 |
Family
ID=25437373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62254512A Expired - Lifetime JP2594577B2 (ja) | 1986-10-08 | 1987-10-08 | 光デバイス |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4745607A (ja) |
| EP (1) | EP0263640B1 (ja) |
| JP (1) | JP2594577B2 (ja) |
| CA (1) | CA1299410C (ja) |
| DE (1) | DE3783420T2 (ja) |
| ES (1) | ES2036582T3 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0367203A (ja) * | 1989-08-07 | 1991-03-22 | Canon Inc | 光検出器 |
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| US5276748A (en) * | 1991-11-22 | 1994-01-04 | Texas Instruments Incorporated | Vertically-coupled arrow modulators or switches on silicon |
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| US6167073A (en) * | 1998-07-23 | 2000-12-26 | Wisconsin Alumni Research Foundation | High power laterally antiguided semiconductor light source with reduced transverse optical confinement |
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| US7189497B2 (en) * | 2002-07-24 | 2007-03-13 | Intel Corporation | Method for writing a planar waveguide having gratings of different center wavelengths |
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| US7333689B2 (en) | 2005-09-30 | 2008-02-19 | The Trustees Of Princeton University | Photonic integrated devices having reduced absorption loss |
| US7343061B2 (en) | 2005-11-15 | 2008-03-11 | The Trustees Of Princeton University | Integrated photonic amplifier and detector |
| US7403552B2 (en) * | 2006-03-10 | 2008-07-22 | Wisconsin Alumni Research Foundation | High efficiency intersubband semiconductor lasers |
| US7457338B2 (en) * | 2006-04-19 | 2008-11-25 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Quantum well lasers with strained quantum wells and dilute nitride barriers |
| US7826693B2 (en) | 2006-10-26 | 2010-11-02 | The Trustees Of Princeton University | Monolithically integrated reconfigurable optical add-drop multiplexer |
| CN116859521B (zh) * | 2023-08-30 | 2024-01-09 | 之江实验室 | 光栅耦合器及其制备方法 |
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| US4715672A (en) * | 1986-01-06 | 1987-12-29 | American Telephone And Telegraph Company | Optical waveguide utilizing an antiresonant layered structure |
-
1986
- 1986-10-08 US US06/916,498 patent/US4745607A/en not_active Expired - Lifetime
-
1987
- 1987-09-30 DE DE8787308660T patent/DE3783420T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1987-09-30 ES ES198787308660T patent/ES2036582T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1987-09-30 EP EP87308660A patent/EP0263640B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-10-08 CA CA000548875A patent/CA1299410C/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-10-08 JP JP62254512A patent/JP2594577B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JPH02239209A (ja) * | 1989-03-14 | 1990-09-21 | Canon Inc | 光波長フィルタおよび光検出器 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2036582T3 (es) | 1993-06-01 |
| EP0263640A2 (en) | 1988-04-13 |
| DE3783420D1 (de) | 1993-02-18 |
| CA1299410C (en) | 1992-04-28 |
| EP0263640B1 (en) | 1993-01-07 |
| EP0263640A3 (en) | 1989-02-15 |
| JP2594577B2 (ja) | 1997-03-26 |
| DE3783420T2 (de) | 1993-05-06 |
| US4745607A (en) | 1988-05-17 |
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