特許 7513637 簡略化された構造のシングルモードのハイブリッドＩＩＩ－Ｖ・オン・シリコンレーザー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-01

(45)【発行日】2024-07-09

(54)【発明の名称】簡略化された構造のシングルモードのハイブリッドＩＩＩ－Ｖ・オン・シリコンレーザー

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/20 20060101AFI20240702BHJP

【ＦＩ】

H01S5/20

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021566281

(86)(22)【出願日】2020-04-24

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-13

(86)【国際出願番号】 EP2020061501

(87)【国際公開番号】W WO2020224994

(87)【国際公開日】2020-11-12

【審査請求日】2023-04-14

(31)【優先権主張番号】1904842

(32)【優先日】2019-05-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】502124444

【氏名又は名称】コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】シルヴィ・メネゾ

(72)【発明者】

【氏名】ジョイス・プーン

(72)【発明者】

【氏名】トーリー・シーセン

【審査官】皆藤 彰吾

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２１２３９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０１７１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１１７０７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－０４６５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１４１５４１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０６９４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０８０７５３５６（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

－ＩＩＩ－Ｖヘテロ構造増幅媒体（１、ＱＷ、２）と、
－前記増幅媒体の中央部分に面する結合セクション（５１、６１、７１）、伝搬セクション（５４、６４、７４）、及び前記結合セクション（５１、６１、７１）と前記伝搬セクション（５４、６４、７４）との間に配置された第１の遷移セクション（５２、６２、７２）を含むシリコン光導波路（３、４）と、
－第１及び第２の反射構造（Ｍｆ、Ｍｒ）であって、ファブリペロー型共振キャビティが前記増幅媒体のためにそれらの間に形成されることを可能にする、第１及び第２の反射構造（Ｍｆ、Ｍｒ）と、
を含むレーザーデバイスであって、
前記結合セクション（５１、６１、７１）は、前記結合セクションの厚さ及び／又は幅を減少させることによって設計されたマイクロ反射器を備えた屈折率外乱領域（５１０、６１０、７１）を含み、前記マイクロ反射器は、ｍ＊λ_ｍ０／（４＊ｎ_ｅｆｆ）の長さを有し、ｎ＊λ_ｍ０／（４＊ｎ_ｅｆｆ）より大きい距離で互いに分離され、ここで、ｍは奇数の整数、ｎは整数、λ_ｍ０は真空中の波長、ｎ_ｅｆｆは屈折率外乱領域の実効屈折率であり、
前記第１の反射構造（Ｍｆ）は、第１の厚さを有する導波路のセクションに形成され、
前記第２の反射構造（Ｍｒ）は、前記第１の厚さを有し、前記導波路の第２の遷移セクション（５３、６３、７３）によって前記結合セクション（５１、６１、７１）から分離された前記導波路のセクション（５５、６５、７５）に形成され、前記第２の遷移セクション（５３、６３、７３）は、前記第１の厚さよりも大きい第２の厚さを有することを特徴とする、レーザーデバイス。

【請求項2】

前記第２の反射構造（Ｍｆ）の反射率は、前記第１の反射構造（Ｍｒ）の反射率よりも大きい、請求項１に記載のレーザーデバイス。

【請求項3】

前記第２の反射構造（Ｍｒ）の反射率は９０％を超える、請求項２に記載のレーザーデバイス。

【請求項4】

前記第１の反射構造（Ｍｆ）の反射率は５％から６０％の間である、請求項２又は３に記載のレーザーデバイス。

【請求項5】

前記第２の反射構造（Ｍｒ）はブラッググレーティングである、請求項１から４の何れか一項に記載のレーザーデバイス。

【請求項6】

前記第１の厚さは５０から３００ｎｍの間であり、前記第２の厚さは前記第１の厚さよりも少なくとも１００ｎｍ、好ましくは少なくとも１５０ｎｍ大きい、請求項１から５の何れか一項に記載のレーザーデバイス。

【請求項7】

前記第１の反射構造（Ｍｆ）は前記第１の遷移セクション（５２）に形成される、請求項１から６の何れか一項に記載のレーザーデバイス。

【請求項8】

前記第１の遷移セクション（６２、７２）は前記第２の厚さを有する、請求項１から６の何れか一項に記載のレーザーデバイス。

【請求項9】

前記第１の反射構造は、前記結合セクション（６１）に形成されたブラッググレーティングである、請求項８に記載のレーザーデバイス。

【請求項10】

前記第１の反射構造は、前記伝搬セクション（７４）と前記第１の遷移セクション（７２）との間に挿入された前記導波路のセクション（７６）に形成されたブラッググレーティングである、請求項８に記載のレーザーデバイス。

【請求項11】

前記導波路は、前記増幅媒体から離れる方向に向けられたリブ（４）を備えた導波路である、請求項１から１０の何れか一項に記載のレーザーデバイス。

【請求項12】

前記リブは、前記第２の遷移セクション（５３）に位置する、請求項７と組み合わせられた請求項１１に記載のレーザーデバイス。

【請求項13】

前記リブは、前記第１の遷移セクション（６２、７２）に、及び前記第２の遷移セクション（６３、７３）に位置する、請求項８から１０の何れか一項と組み合わせられた請求項１１に記載のレーザーデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明のこの分野は、光を放出することができる半導体材料の特性と、集積回路で従来使用されている半導体材料の特性との両方を使用する集積フォトニックコンポーネントの分野である。

【0002】

本発明は、より具体的には、ＩＩＩ－Ｖヘテロ構造増幅媒体を含むハイブリッド・オン・シリコンレーザー（ａ ｈｙｂｒｉｄ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｌａｓｅｒ）に関する。

【背景技術】

【0003】

ハイブリッドＩＩＩ－Ｖ・オン・シリコンレーザー（ｈｙｂｒｉｄ ＩＩＩ－Ｖ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｌａｓｅｒ）は一般的に、以下を含む：
－少なくとも１つのＩＩＩ－Ｖ型ヘテロ構造光増幅媒体を含むゲイン構造であって、ヘテロ構造は、光を放出することができ、シリコン導波路のセクションを覆ってそれとともにハイブリッド導波路セクションを形成するように配置される、ゲイン構造、
－増幅媒体用の共振キャビティを形成するための光帰還構造（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、及び
－ハイブリッド導波路セクションとさらなるシリコン導波路セクション、特にレーザー放出光伝搬セクションとの間の光学的遷移。

【0004】

ＩＩＩ－Ｖ型ヘテロ構造との用語は、以下の非網羅的なリスト：ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｓＰ、から選択できる材料の使用を意味する。ゲイン媒体としても知られるそのような増幅媒体のヘテロ構造は、例えば、第１のドープされた層、好ましくはＮドープされた層と、第２のドープされた層、好ましくはＰドープされた層との間に挟まれた量子井戸を形成する層のスタックなど、様々な層のスタックを含むことができる。

【0005】

分布帰還型レーザー（ＤＦＢレーザーとして知られている）の場合、光帰還構造は、波長選択ミラーを形成する、ゲイン構造の下又は内部にあるブラッググレーティングなどの分布反射器で構成される。分布ブラッグ反射型レーザー（ＤＢＲレーザーとして知られている）の場合、光帰還構造は、ハイブリッド導波路セクションの両側の導波路に配置された反射器で構成される。

【0006】

図１は、ＤＦＢレーザーの簡略化された上面図を表しており、この上面図には、レーザーの様々な領域を示す、光の伝播方向に対して横方向に取られた３つの断面が付属している。

【0007】

ＤＦＢレーザーは、例えば、ＮドープＩｎＰ層１とＰドープＩｎＰ層２との間に挟まれた量子井戸のスタックＱＷから形成されたＩＩＩ－Ｖヘテロ構造増幅媒体を含む。層１及び２並びに量子井戸スタックＱＷによって形成されたサンドイッチの厚さは通常、２～３μｍである。レーザーはシリコン光導波路を含む。それは例えば、リブ４で上部を覆われたスラブ導波路３を含むリブ導波路からなる。導波路は、増幅媒体の中央部分に面する結合セクション４１と、結合セクション４１の両側に配置された２つの遷移セクション４２、４３と、遷移セクション４２、４３の一方にそれぞれ光学的に結合された２つの伝播セクション４４、４５とを含む。遷移セクション４２、４３は、結合セクション４１と対応する伝搬セクション４４、４５との間に実質的に伝送損失及び反射性を有さないように寸法決めされている。従来技術から知られているように、リブ導波路３、４は、この目的のために厚く（スラブ３及びリブ４の累積厚さは故に、通常、４００ｎｍ以上、又は５００ｎｍ以上である）、遷移セクション４２、４３は、伝搬セクション４４、４５よりも幅広い（通常、厚さ５００ｎｍに対して幅４００ｎｍ）。光帰還を供給するため、結合セクション４１にはブラッググレーティングが形成される。従って、レーザーキャビティからの光は、シリコンガイドと結合され、伝搬セクション４４、４５のそれぞれからの矢印Ｆ１及びＦ２に沿って出力で伝搬される。

【0008】

ブラッググレーティングは通常、リブ４に形成された１次の１／４波長構造λ_ｍ０／（４．ｎ_ｅｆｆ）をλ_ｍ０／（２．ｎ_ｅｆｆ））の周期でエッチングすることによって形成され、ここで、λ_ｍ０は真空中の波長であり、ｎ_ｅｆｆは実効ハイブリッドガイド指数である（断面ＡＡ）。ブラッググレーティングは、結合セクションの中央に１／４波長タイプの位相ジャンプとして機能するセグメントＳを導入することにより、レーザーデバイスのシングルモード動作を実行するように設計できる。真空中の波長λ_ｍ０が１３１０ｎｍで、標準指数ｎ_ｅｆｆが約３．２５の場合、ブラッググレーティングの周期は通常、約２００ｎｍである。このようなグレーティングの製造には高解像度のリソグラフィーが必要であるため、制御が比較的複雑なままである。

【0009】

さらに、シングルモードレーザーは、低解像度リソグラフィーによって製造できるＩｎＰ基板上に支持された量子井戸構造を備えていることが知られている。図２に示すように、これらのレーザーは、導波路の劈開面の形をとる帰還構造ミラーＣ１、Ｃ２に使用される。離散モードレーザー（ＤＭＬ）として知られるこれらのレーザーのシングルモード動作は、量子井戸構造と結合した導波路のリブに沿ってスロットＦをエッチングすることによって作成される屈折率外乱（ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ）によって提供される。スロットは、すべての光路の長さＬ（スロットの長さ、スロット間の距離、スロットとミラーとの間の距離）がＬ＝（２．Ｓ＋１）λ_ｍ０／（４．ｎ_ｅｆｆ）（ここで、Ｓは自然整数（０、１、２・・・）であり、λ_ｍ０はレーザーモードの真空中の波長であり、ｎ_ｅｆｆはスリットにおける実効指数である）を観測するように形成される。従って、Ｌはモードλ_ｍ０／（４．ｎ_ｅｆｆ）の１／４波の奇数である。必要に応じて、スロット間又はスロットとミラーの間に、ＤＦＢレーザーのセグメントＳに相当する追加の１／４波位相シフトを導入できる。

【0010】

ＩｎＰ基板上に製造されたＤＦＢレーザーと比較して、ＤＭＬレーザーは、より狭い線幅と外部反射に対する感度の低下によって伝達される優れた選択性を有する。ＤＭＬレーザーは、スロットの長さとスロットを隔てる距離が高次のキャビティ（例えば、３＊λ_ｍ０／（４．ｎ_ｅｆｆ）又は５＊λ_ｍ０／（４．ｎ_ｅｆｆ））になり得るため、低解像度リソグラフィーを使用して製造できる。実際、これらの高次のキャビティによる放射線の損失は、ＤＦＢレーザーよりもＤＭＬレーザーの方が不利ではなく、ＤＭレーザーは、ＤＦＢレーザーのブラッググレーティングの歯数（長さ４００μｍのグレーティングに対して約２０００歯）よりも著しく少ない数のスロット（通常は１００未満）を必要とする。このようなＤＭＬレーザーでは、スロットは、活性領域上のＩｎＰ材料のリソグラフィーとエッチングによって作成される。従って、あるスロットと別のスロットの相対的な位置は非常によく制御される。他方、ミラーＣ１、Ｃ２は、最大１０μｍの劈開精度で劈開によって得られるので、異なるスロットに対するミラーＣ１、Ｃ２の位置を正確に制御することは不可能である。スロットに対するミラーの位置の不確実性は、レーザーの誤動作を引き起こす可能性がある。

【0011】

解決策は、劈開面ではなく、ＤＢＲレーザーによって採用された光帰還構造、すなわちハイブリッド導波路セクションの両側のシリコン導波路に配置された反射器を使用することからなり得る。

【0012】

この目的のために、図３は、ＤＦＢレーザーの簡略化された上面図を表しており、この上面図には、レーザーの様々な領域を示す、光の伝播方向に対して横方向に取られた３つの断面が付属している。ＤＢＲレーザーは、例えば、ＮドープＩｎＰ層１とＰドープＩｎＰ層２との間に挟まれた量子井戸のスタックＱＷから形成されたＩＩＩ－Ｖヘテロ構造増幅媒体を含む。レーザーは、シリコン光導波路、例えば、リブ４で上部を覆われたスラブ導波路３を含むリブ導波路を含む。導波路は、増幅媒体の中央部分に面する結合セクション４１と、結合セクション４１の両側に配置された２つの遷移セクション４２、４３と、遷移セクションの一方４２に光学的に結合された伝搬セクション４４と、遷移セクションの他方４３に光学的に結合された反射セクション４５とを含む。遷移セクション４２、４３は、実質的に伝送損失及び反射性を有さないように寸法決めされる。

【0013】

２つのミラーＭ１、Ｍ２が増幅媒体の外側に配置されて、光帰還構造を形成する。図３に示すように、それは典型的には、ＩＩＩ－Ｖヘテロ構造増幅媒体に対して両側に配置されたブラッググレーティングで構成され、一方Ｍ２は伝搬セクション４４によって支持され、他方Ｍ１は反射セクション４５によって支持される。反射セクション４５によって支持されるミラーＭ１は高い反射率（９０％を超える）を有するが、伝搬セクション４４によって支持されるミラーＭ２は低い反射率（５０％未満）を有する。従って、レーザーキャビティからの光は、シリコン導路と結合され、伝搬セクション４４からの矢印Ｆ３に沿った出力で伝搬される。

【0014】

しかしながら、増幅媒体を備える結合セクションの外側のシリコン導波路に形成された２つのミラーを備えるそのような解決策は、以下の２つの理由のために満足のいくものではない。

【0015】

遷移セクション４２、４３が伝送損失又は反射性を有さないように、リブ導波路３、４は、この目的のために厚く、スラブ３及びリブ４の累積厚さは通常、４００ｎｍ以上又は５００ｎｍ以上である。スラブ３の厚さが３００ｎｍであり、リブ４の厚さが２００ｎｍであり、リブ４の幅をｗｌ＝１５００ｎｍからｗｎ＝５００ｎｍに減少させることによってブラッググレーティングを形成することを考慮すると、ブラッググレーティングは、１３１０ｎｍの波長に対して２００ｎｍの周期を有する。ＤＦＢレーザーに関しては、このようなグレーティングの製造には高解像度のリソグラフィーが必要であるため、制御が比較的複雑なままである。

【0016】

さらに、ブラッググレーティングの各基本構造（マイクロ反射器）に導入される反射係数が低いため、高い反射率を得るには、グレーティングを長くする必要がある。例えば、９７％の反射率を達成するには、１８μｍの長さが必要である。従って、ミラーＭ１、Ｍ２は、レーザーキャビティを長くする（ＩｎＰで作られたＤＭＬレーザーに関して、ここでミラーは、レーザーの活性領域の端にすぐに配置された劈開面である）一方で、キャビティの各モード間の間隔を可能な限り広くすることでモードジャンプなしでのレーザー動作を保証するために、一般に、可能な限り最短でレーザーキャビティを配置することが求められる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

本発明の目的は、モードジャンプなしで（すなわち、キャビティが活性領域に関して可能な限り最短であるレーザーを提案することによって）このレーザーデバイスの動作を保証しながら、低解像度リソグラフィーツールで製造できるハイブリッドＩＩＩ－Ｖ／Ｓｉプラットフォーム上のシングルモードレーザーデバイスを提案することである。

【課題を解決するための手段】

【0018】

この目的のために、本発明は、以下を含むレーザーデバイスを提案する：
－ＩＩＩ－Ｖヘテロ構造増幅媒体；
－増幅媒体の中央部分に面する結合セクション、伝搬セクション、及び結合セクションと伝搬セクションとの間に配置された第１の遷移セクションを含むシリコン光導波路；
－第１及び第２の反射構造であって、ファブリペロー型共振キャビティが増幅媒体のためにそれらの間に形成されることを可能にする、第１及び第２の反射構造。

【0019】

結合セクションは、結合セクションの厚さ及び／又は幅を減少させることによって設計されたマイクロ反射器を備えた屈折率外乱領域を含み、マイクロ反射器は、ｍ＊λ_ｍ０／（４．ｎ_ｅｆｆ）の長さを有し、ｎ＊λ_ｍ０／（４．ｎ_ｅｆｆ）より大きい距離で互いに分離され、ここで、ｍは奇数の整数、ｎは整数、λ_ｍ０は真空中の波長、ｎ_ｅｆｆは屈折率外乱領域の実効屈折率である。

【0020】

第１の反射構造は、第１の厚さを有する導波路のセクションに形成される。

【0021】

第２の反射構造は、第１の厚さを有し、導波路の第２の遷移セクションによって結合セクションから分離された導波路のセクションに形成され、第２の遷移セクションは、第１の厚さよりも大きい第２の厚さを有する。

【0022】

このデバイスの特定の好ましいが非制限的な側面は次の通りである：
－第２の反射構造の反射率は、第１の反射構造の反射率よりも大きい；
－第２の反射構造（Ｍｒ）の反射率は９０％を超える；
－第１の反射構造の反射率は５％から６０％の間である；
－第２の反射構造はブラッググレーティングである；
－第１の厚さは５０から３００ｎｍの間であり、第２の厚さは第１の厚さよりも少なくとも１００ｎｍ、好ましくは少なくとも１５０ｎｍ大きい；
－第１の反射構造は第１の遷移セクションに形成される；
－第１の遷移セクションは第２の厚さを有する；
－第１の反射構造は、結合セクションに形成されたブラッググレーティングである；
－第１の反射構造は、伝搬セクションと第１の遷移セクションとの間に挿入された導波路のセクションに形成されたブラッググレーティングである；
－導波路は、増幅媒体から離れる方向に向けられたリブを備えた導波路である；
－リブは、第２の遷移セクションに位置し、該当する場合は第１の遷移セクションに位置する。

【0023】

本発明のさらなる態様、目的、利点及び特徴は、非限定的な例として、添付の図面を参照して与えられた、その好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読むことでより明確に明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】既に上で説明したような、ハイブリッドＩＩＩ－Ｖ／Ｓｉプラットフォーム上のＤＦＢレーザーの図である。

【図2】既に上で説明したような、ＩｎＰ基板上のＤＭＬレーザーの図である。

【図3】既に上で説明したような、ハイブリッドＩＩＩ－Ｖ／Ｓｉプラットフォーム上のＤＢＲレーザーの図である。

【図4】本発明の第１の可能な実施形態によるレーザーの上面図であり、この上面図には、レーザーの異なる領域を示す、光の伝搬方向に対して横方向に取られた３つの断面が付属している。

【図5】図４のレーザーの縦断面図である。

【図6】本発明の第２の可能な実施形態によるレーザーの上面図であり、この上面図には、レーザーの異なる領域を示す、光の伝搬方向に対して横方向に取られた３つの断面が付属している。

【図7】本発明の第３の可能な実施形態によるレーザーの上面図であり、この上面図には、レーザーの異なる領域を示す、光の伝搬方向に対して横方向に取られた３つの断面が付属している。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図４から７を参照すると、本発明は、例えば、ＮドープＩｎＰ層１とＰドープＩｎＰ層２との間に挟まれた量子井戸のスタックＱＷから形成されたＩＩＩ－Ｖヘテロ構造増幅媒体を含むレーザーデバイスに関する。レーザーは、この増幅媒体の下に、シリコン光導波路、例えば、特に局所的にリブ４で上部を覆われ得るスラブ導波路３を含む。

【0026】

図５に示されるように、スラブ導波路３は、典型的にはＳｉＯ_２で作られた埋め込み絶縁体層７によってシリコン基板６からこうして分離されながら、シリコンオンインシュレーター基板の表層に形成することができる。さらに、導波路は、典型的にはＳｉＯ_２で作られた絶縁体層８で覆われており、これは特に、増幅媒体の結合を可能にする。図４、６及び７の横断面Ｂ－Ｂの図に示されているように、スラブ導波路３は、増幅媒体から離れる方向に向けられたリブ４で局所的に上部を覆うことができる。代替の実施形態では、この局在化したリブは、増幅媒体に向けることができる。

【0027】

レーザーはさらに、第１及び第２の反射構造Ｍｆ、Ｍｒを含み、それらは、増幅媒体のためにそれらの間にファブリペロー型共振キャビティを形成することを可能にする。これらの反射構造については、以下でより詳細に説明するが、第２の反射構造Ｍｒの反射率は、第１の反射構造Ｍｆの反射率よりも大きくなり得ることに既に留意されたい。このような反射率の非対称性により、レーザーキャビティの片側の光を優先的に結合することが可能になる。第２の反射構造Ｍｒの反射率は、好ましくは９０％より大きく、一方、第１の反射構造Ｍｆは、好ましくは５％から６０％の間の反射率を有する。

【0028】

導波路は、増幅媒体の中央部分に面する結合セクション５１、６１、７１と、レーザーによって生成された光の出力ポートとして機能する伝搬セクション５４、６４、７４とを備える。結合セクション５１、６１、７１は、共振キャビティがシングルモード方式で機能するように設計されたマイクロ反射器を備えた屈折率外乱領域５１０、６１０、７１を備える。これらのマイクロ反射器は、シリコン導波路の厚さを減らすことによって、及び／又はシリコン導波路の幅を減らすことによって形成される。１０から２００の間がある。図では、これらのマイクロ反射器は、厚さを減らしているシリコン導波路のスロットで表されている。これらのマイクロ反射器は、例えばＤＭＬレーザーに存在するスロットと同様に、マイクロ反射器がｍ＊λ_ｍ０／（４．ｎ_ｅｆｆ）の長さを有し、ｎ＊λ_ｍ０／（４．ｎ_ｅｆｆ）より大きい距離だけ互いに分離されるように、上記のように具体化され、ここで、ｍは奇数の整数、ｎは整数、λ_ｍ０は真空中の波長、ｎ_ｅｆｆは屈折率外乱領域の実効屈折率である。ＤＦＢレーザーのセグメントＳに相当する追加の１／４波位相シフトを、必要に応じてマイクロ反射器間又はマイクロ反射器とミラーと間に導入できる。マイクロ反射器の位置は、例えば、Ｓ．Ｏ’Ｂｒｉｅｎらによる文献「ファブリペローレーザーにおけるスペクトル操作：摂動逆散乱アプローチ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ ｌａｓｅｒｓ： ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｖｅ ｉｎｖｅｒｓｅ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ａｐｐｒｏａｃｈ）」、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ｂ２３，１０４６－１０５６頁（２００６年）に示された手法により決定され得る。結合セクション５１、５１は、屈折率外乱領域５１０、６１０の両側に１つ又は複数の追加の領域５１１、６１１を含むことができる。

【0029】

導波路は、伝搬セクション５４、６４、７４と結合セクション５１、６１、７１との間に配置された第１の遷移セクション５２、６２、７２をさらに含む。それはまた、いわゆる高反射率反射セクション５５、６５、７５、及び、結合セクション５１、６１、７１と高反射率セクション５５、６５、７５との間に配置された第２の遷移セクション５３、６３、７３を含む。

【0030】

本発明によれば、第１の反射構造Ｍｆは、第１の厚さを有する導波路のセクションに形成され、第２の反射構造Ｍｒは、第１の厚さを有し、導波路の第２の遷移セクション５３、６３、７３によって結合セクション５１、６１、７１から分離された導波路のセクションに形成され、第２の遷移セクションは、第１の厚さよりも大きい第２の厚さを有する。第１の厚さは、５０から３００ｎｍの間であり得、第２の厚さは、第１の厚さよりも少なくとも１００ｎｍ、好ましくは少なくとも１５０ｎｍだけ大きい。

【0031】

図４及び５に示される第１の実施形態の範囲内で、第１の遷移セクション５２は、共振キャビティの第１の反射構造Ｍｆを形成する。

【0032】

第２及び第３の実施形態の範囲内で、共振キャビティの第１の反射構造Ｍｆは、結合セクション６１、７１の内側（図６）又は外側（図７）の導波路によって支持されるブラッググレーティングである。そして第１の遷移セクション６２、７２は、第２の厚さを有する。

【0033】

従って、図６に示される第２の実施形態では、第１の反射構造Ｍｆを形成するブラッググレーティングは、屈折率外乱領域６１０の外側の結合セクション６１によって、すなわち、屈折率外乱領域６１０と第１の遷移セクション６２との間に配置された結合セクションの追加領域６１１によって支持される。

【0034】

図７に示される第３の実施形態では、第１の反射構造Ｍｆを形成するブラッググレーティングは、第１の遷移セクション７２と伝搬セクション７４との間に挿入されたいわゆる低反射率セクション７６によってその部分が支持される。

【0035】

これらの実施形態では、第２の反射構造Ｍｒは、その部分を、第１の反射構造Ｍｆの反対側の結合セクション５１、６１、７１の外側にある導波路の高反射率セクション５５、６５、７５によって支持されたブラッググレーティングによって形成することができる（代替的に、高反射率ブラッググレーティングは、結合セクション内で支持され得る）。シリコン導波路は、第２の反射構造Ｍｒを形成するブラッググレーティングで、並びに、該当する場合は第２の反射構造Ｍｒを形成するブラッググレーティングで、小さい厚さを有することができる。そして、従来技術よりも周期が長い（通常は２２０ｎｍ以上、例えば、導波路の厚さが２２０ｎｍ、波長が１３１０ｎｍである場合に２２７ｎｍ）ブラッググレーティングを具現化することが可能であることが分かり、それにより、グレーティングの長さを低減できる高い反力を有しながら製造上の制約を緩和することが可能になる（再度同じ例によると、長さ１０μｍのグレーティングは９７％の反射率を達成することを可能にする）。

【0036】

また、面の位置が劈開によって定義される既知のＤＭＬレーザーとは異なり、本発明の２つの反射構造は、結合セクション内のマイクロ反射器に関してこれらの構造の位置のより良い制御を可能にするリソグラフィーによって定義することができる。さらに、第１の実施形態の第１の反射構造は、従来のブラッググレーティングと比較して短縮された長さを有し、これにより、さらに短縮された長さのレーザーキャビティを設計することが可能になる。

【0037】

（例えば、ガイダンスや変調に関して）比較的薄いシリコン導波路（通常１００ｎｍ～３００ｎｍ）がシリコンフォトニックコンポーネントに従来から使用されているのに対し、ハイブリッドＩＩＩ－Ｖ／シリコンレーザーは、断熱性の（すなわち損失のない）遷移セクションを設計するために、比較的大きい厚さ（通常５００ｎｍ）を必要とすることが知られている。これらの遷移セクションでは、導波路の幅も減少／増加される。従って、図４、６及び７の断面Ｂ－Ｂに示されるように、導波路は、第２の遷移セクション５３、６３、７３において（また、第２及び第３の実施形態の範囲内では、第１の遷移セクション６２、７２において）、（ＩｎＰ層２／量子井戸スタックＱＷの幅に匹敵する）例えば３μｍの幅及び例えば５００ｎｍの厚さを有する。

【0038】

第１の実施形態の範囲内で第１の遷移セクション５２を用いて第１の反射構造を形成するために、第２の遷移セクション５３の厚さ及び／又は幅よりも小さい厚さ及び／又は幅を採用することが可能である。従って、第１の遷移セクション５２の厚さは、５０から３００ｎｍの間であり得、及び／又はその幅は、３００ｎｍから１μｍの間であり得る。図５に示されるように、第１の遷移セクション５２と第２の遷移セクション５３との間の厚さの差は、第２の遷移セクション５３で局所的に埋め込み絶縁体層７に生成されたシリコン４の余分な厚さによって得ることができる。

【0039】

同様に、第２及び第３の実施形態の範囲内で、第１の反射構造を形成するブラッググレーティングは、遷移セクション６２、７２及び６３、７３の厚さ及び／又は幅よりも小さい厚さ及び／又は幅、特に５０から３００ｎｍの間の厚さ及び／又は３００ｎｍから１μｍの間の幅を有する導波路のセクションによって支持される。厚さの差は、特に、第１の遷移セクション６２、７２で局所的に、及び第２の遷移セクション６３、７３で局所的に埋め込み絶縁体層７に生成されたシリコン４の追加の厚さによって得ることができる。

【符号の説明】

【0040】

１ ＮドープＩｎＰ層
２ ＰドープＩｎＰ層
３ スラブ導波路
４ リブ、シリコン
６ シリコン基板
７ 埋め込み絶縁体層
８ 絶縁体層
４１、５１、６１、７１ 結合セクション
４２、４３ 遷移セクション
４４、４５、５４、６４、７４ 伝搬セクション
５２、６２、７２ 第１の遷移セクション
５３、６３、７３ 第２の遷移セクション
５５、６５、７５ 高反射率セクション
７６ 低反射率セクション
５１０、６１０ 屈折率外乱領域
５１１、６１１ 追加領域
ＱＷ 量子井戸のスタック
Ｍｆ 第１の反射構造
Ｍｒ 第２の反射構造

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】