CN100568031C - 光半导体元件和光半导体集成电路 - Google Patents

Abstract

在半导体基板上，通过把折射率和它对温度的依赖关系不同的材料进行组合，提供光半导体元件和光半导体集成电路。特别是利用具有折射率对温度的依赖关系与半导体激光器的增益区域不同的材料和/或结构的传输区域，可以控制振动波长对温度的依赖关系。此外在光波导路中，沿光波导方向形成多个界面，可以以在第一界面反射的光用在其他界面反射的光减弱的方式构成。此外通过界面配置成相对光的传播方向倾斜，也可以减少因在折射率不同的光波导路间的反射和折射造成的波导路损失。

Description

光半导体元件和光半导体集成电路

本申请是申请日为2004年3月30日、申请号为200480000980.X(PCT/JP2004/004517)、发明名称为“光半导体元件和光半导体集成电路”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及半导体激光器、光波导路和其他光学装置等的光半导体元件和光半导体集成电路，特别是涉及在半导体基板上把折射率和折射率对温度的依赖关系不同的材料加以组合的光半导体元件和光半导体集成电路。

背景技术

半导体激光器的振动波长随周围温度和元件温度而改变。例如象K.Sakai，“1.5μm range InGaAsP/InP distributed feedback lasers，”IEEEJ.Quantum Electron.，vol.QW-18，pp.1272-1278，Aug.1982发表的那样，分布反馈型(DFB)激光器的振动波长对温度的依赖关系为0.1nm/K左右。这是由于半导体的折射率(n)具有对温度的依赖关系，因此衍射光栅的布拉格波长(λ_B)按

mλ_B＝2nΛ                …(1)

变化。其中m为衍射次数，Λ为衍射光栅的周期。

例如在作为光纤维通信的光源使用半导体激光器的情况下，特别是在进行使几个不同波长的光信号在1根光纤维上多路传送的波长多路通信(WDM：波分复用)的情况下，信号光波长的精度是重要的。因此使作为发光光源的半导体激光器的振动波长稳定是不可缺少的。因此例如通过用珀尔帖(Peltier)元件进行半导体激光器的温度控制，可以使半导体激光器的振动波长稳定。

此外作为不用珀尔帖元件进行温度控制，使振动波长对温度的依赖关系稳定的方法，进行大的分类可以考虑2个方法。也就是第一个方法是如H.Asahi et al，Jpn.J.Appl.phys.，vol.35，pp.L875-，1996.所示，通过使用与现在相比折射率对温度的依赖关系小的半导体材料，仅利用半导体的结构降低对温度的依赖关系的方法。第二个方法是利用半导体和半导体以外的材料的复合结构减少对温度的依赖关系的方法。例如众所周知”Hybrid integrated extennal Cavity laser withouttemperature dependent mode hopping，”T.Tanaka et al，Electron.Lett.，vol.35，no.2，pp.149-150，1999.所示，把半导体激光器和由半导体以外的材料构成的外部波导路组合的激光器，以及如特开2002-14247号公报所示，把半导体和具有与半导体相反的折射率对温度的依赖关系的半导体以外的材料交互串联连接的结构。

可是在用珀尔帖元件进行半导体激光器的温度控制的方法中，存在元件结构和控制复杂化，同时消耗电能增加的问题。

此外使用折射率对温度依赖关系小的半导体材料，仅利用半导体的结构减小对温度依赖关系的方法，至今为止还没有可以实用化的新材料的报告，开发新半导体材料在结晶的生长和制成元件方面非常困难。

此外用使把半导体和半导体以外的材料组合的方法，希望可以不要光轴调整等尽可能简单的组合。可是即使是在半导体基板上旋转涂敷有机材料等简单的制作方法，例如使半导体和有机材料相互串联连接构成分布反射器的情况下，为了制作得到优良特性的1次衍射光栅，以1/4波长左右的长度使半导体和有机材料交互排列是必要的，加工难易程度和可靠性都存在大的问题。

另一方面通过使半导体光波导路和由具有与半导体不同特性的材料构成的光波导路连接，可以得到具有仅用半导体得不到的新特性的光波导路。例如虽然半导体的折射率因温度升高而增加、也就是具有正的温度依赖关系，但是具有把由与此相反因温度升高折射率减低、也就是负的温度依赖关系的材料构成的光波导路串联连接在半导体光波导路上的方法。

这样作为整体可以得到作为折射率和波导路长度乘积的光学长与温度没有依赖关系的光波导路，如K.Tada et al.“Temperaturecompensated coupled cavity diode lasers”，Optical and QuantumElectronics，vol.16，pp.463-469，1984.发表的那样，通过在半导体激光器外部构成由具有负的温度依赖关系的材料构成的谐振器，可以实现振动波长与温度无关的与温度没有依赖关系的激光器。

也就是用半导体介质的有效折射率n_D的增加，激光谐振器的光学长度n_DL_D随温度升高而增加。其中把激光二极管耦合连接在光学长度n_RL_R随温度升高而降低的外部谐振器上的话，谐振器整体光学长度n_DL_D+n_RL_R相对温度变成固定的条件可以用下面的(2)式给出。

$\∂/\∂T(n_D{L}_D+n_R{L}_R)$

$=L_D{\∂n}_D/\∂T+n_D{\∂L}_D/\∂T+L_R{\∂n}_R/\∂T+n_R{\∂L}_R/\∂T=0...\left(2\right)$

其中

和

一般为正，

和

为负。

其中在接合象半导体光波导路和由半导体以外的材料构成的波导路情况那样地接合具有不同折射率的波导路的情况下，在其界面因2个波导路的折射率不同产生反射。设第一光波导路的折射率为N₁、第二光波导路的折射率为N₂，为了简化按平面波考虑的话，反射率R可以用以下(3)式给出。

R＝((N₁-N₂)/(N₁+N₂))²            …(3)

向外部发射经半导体和石英波导路传播的光的情况下，由于波导路和外部的折射率不同而产生反射。因此例如在半导体光波导路中传播的光从半导体激光器端面向空气中发射的情况下，如草川彻著的“透镜光学”东海大学出版会pp.273～288发表的那样，通过使某特定厚度的蒸镀膜在半导体端面上成膜，可以防止反射。可是在使由不同材料构成的波导路在半导体基板上集成的情况下，难以高精度地形成这样的反射防止膜。

另一方面光倾斜入射到折射率相互不同的物质的边界面的情况下，设入射角为θ₁、折射角为θ₂的话，根据斯涅尔定律(Snell’s law)，以以下的(4)式表示的方式在此边界面产生折射。

Sinθ₁/sinθ₂＝N₂/N₁                    …(4)

其中入射角为θ₁与布鲁斯特角(Brewster angle)θ_B一致的情况下，可以使平行于入射面成分的反射消失，布鲁斯特角θ_B用以下(5)式表示。

θ_B＝tan^-1(N₂/N₁)                       …(5)

可是一般在半导体波导路中广泛使用埋入异质(HB)结构和脊结构等。而在半导体的蚀刻和埋入生长中，存在有适合蚀刻和埋入的结晶取向。

可是在使半导体光波导路和折射率与此半导体光波导路不同的材料构成的光波导路耦合结合的情况下，由于对应折射率差产生在接合界面的反射，波导路设计的自由度受到限制。

其中通过利用布鲁斯特角θ_B，可以使折射率相互不同的波导路之间的反射减少，但是利用布鲁斯特角θ_B的话，光在波导路间的边界面折射，存在有波导方向变成不是直线的问题。

此外为了减少折射率相互不同的波导路间的反射而使用布鲁斯特角θ_B的话，沿特定结晶方向制作埋入半导体波导路的制作变得困难，存在有不能高可靠性地制作埋入半导体波导路的问题。

再有如果为了减少折射率相互不同的波导路间的反射使用布鲁斯特角θ_B的话，难以把半导体波导路垂直配置在解理面，存在有作为半导体激光器等的反射面不能使用解理面的问题。

如上所述，在把折射率和它对温度的依赖关系不同的材料组合中有各种问题，希望得到改善。

发明内容

为了解决上述课题，本发明的一个实施方式的半导体激光器具有：有波长选择性的增益区域；与前述增益区域光学耦合，有效的折射率对温度的依赖关系与前述增益区域不同的、没有波长选择性的传输区域；和使在前述传输区域传播的光反射的反射区域。

这样利用把没有波长选择性的传输区域耦合在有波长选择性的增益区域，可以控制振动波长与温度的依赖关系。也就是增益区域由于有波长选择性，可以有选择地激振特定波长的光。传输区域不具有波长选择性，由于与前述增益区域光学耦合，在前述增益区域被激振的光直接在传输区域传输，传输光的相位改变。由于用反射区域反射在前述传输区域传输的光，再返回到前述增益区域，用前述传输区域温度变化造成的相位变化补偿前述增益区域温度变化造成的波长变化。因此即使把具有振动波长对温度的依赖关系的材料作为增益介质使用的情况下，也不把半导体和半导体以外的材料进行复杂组合，可以把半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系控制在希望的值，通过使用简单的结构和容易加工的方法，可以使半导体激光器的振动波长稳定。

此外本发明的其他实施方式的半导体激光器具有：有波长选择性的增益区域；与前述增益区域光学耦合，有有效折射率对温度的依赖关系与前述增益区域不同的材料，没有增益和波长选择性的传输区域；和使在前述传输区域传播的光反射的没有增益的反射区域。

这样可以用可以获得的有机材料等构成传输区域，不使用新材料，用简单的结构和容易加工的方法，可以控制振动波长对温度的依赖关系。

此外，本发明的其他实施方式的半导体激光器具有：有波长选择性的增益区域；与前述增益区域光学耦合，有有效折射率对温度的依赖关系与前述增益区域不同的结构，没有增益和波长选择性的传输区域；和使在前述传输区域传播的光反射的没有增益的反射区域。

这样不使用有效折射率对温度的依赖关系不同的材料，可以构成传输区域，用简单的结构和容易加工的方法，可以控制振动波长对温度的依赖关系。

此外，本发明的其他实施方式的半导体激光器具有：有波长选择性的第一增益区域；与前述第一增益区域光学耦合，具有有效折射率对温度的依赖关系与前述增益区域不同的材料或结构中的至少一种，没有增益和波长选择性的传输区域；和与前述传输区域光学耦合，具有波长选择性的第二增益区域。

这样可以用有机材料等可以获得的材料构成传输区域，同时没有必要把反射镜作为反射区域使用。因此半导体激光器的单片集成化容易实现，同时不使用新材料，用简单的结构和容易加工的方法，可以控制振动波长对温度的依赖关系。

此外本发明的其他实施方式的半导体激光器具有：半导体基板；在前述半导体基板上形成，具有分布反射结构的活性层；在前述活性层上形成的包覆层；去除了一部分的前述活性层和前述包覆层的去除区域；和埋入在前述去除区域中的、有效折射率对温度的依赖关系与前述活性层不同的温度补偿层。

这样去除一部分活性层和包覆层后，通过填充温度补偿层可以容易使没有波长选择性的传输区域与有波长选择性的增益区域耦合，用简单的结构和容易加工的方法，可以控制振动波长对温度的依赖关系。

此外本发明的其他实施方式的半导体激光器具有：半导体基板；层叠在前述半导体基板上的分布布拉格反射层；层叠在前述分布布拉格反射层上，具有分布反射结构的活性层；层叠在前述活性层上，有效折射率对温度的依赖关系与前述活性层不同的温度补偿层；和层叠在前述温度补偿层上的反射层。

这样利用在半导体基板上顺序层叠分布布拉格反射层、活性层、温度补偿层和反射层，可以容易地使没有波长选择性的传输区域与有波长选择性的增益区域耦合，用简单的结构和容易加工的方法，可以控制振动波长对温度的依赖关系。

此外本发明的其他实施方式的半导体激光器具有：半导体基板；在前述半导体基板上形成，有分布反射结构的活性层；在前述活性层上形成，在前述活性层端部设有倾斜面的包覆层；和在前述包覆层上形成，有效折射率对温度的依赖关系与前述活性层不同的温度补偿层。

这样利用在设有倾斜面的包覆层上设置温度补偿层，可以容易地使没有波长选择性的传输区域与有波长选择性的增益区域耦合，用简单的结构和容易加工的方法，可以控制振动波长对温度的依赖关系。

此外本发明的一个实施方式的集成光波导路具有：第一光波导路；与前述第一光波导路光学耦合，折射率与前述第一光波导路不同的第二光波导路；和以横穿前述第一光波导路的方式，距前述第一光波导路和前述第二光波导路的界面仅隔开规定间隔设置的槽部，设定距前述界面的间隔和前述槽部的宽度，使在前述第一光波导路和前述第二光波导路的边界的反射减弱。

这样用以横穿(横切)前述第一光波导路的方式形成槽，可以调整在前述第一光波导路和前述第二光波导路的边界上的反射波的相位，在第一光波导路和第二光波导路的边界上的反射波可以相互抵消。因此即使在第一光波导路和前述第二光波导路的折射率相互不同的情况下，也可以使第一光波导路和前述第二光波导路边界上的反射减弱。其结果不在第一光波导路和前述第二光波导路的界面上形成反射防止膜，可以使第一光波导路和前述第二光波导路的边界上的损失减少，可以对应于光波导路的集成化，实现具有仅用半导体得不到的新特性的光波导路。

此外本发明的其他实施方式的集成光波导路具有：在半导体基板上形成的第一光波导路；在前述半导体基板上形成，折射率与前述第一光波导路不同的第二光波导路；和配置在前述第一光波导路和前述第二光波导路的边界，以与前述第一光波导路隔开槽部并垂直波导方向的方式，在前述半导体基板上形成的半导体板，设定前述槽部的宽度和前述半导体板的厚度，使在前述第一光波导路和前述槽部的界面反射的光因在前述槽部和前述半导体板的界面反射的光和在前述半导体板和前述第二波导路的界面反射的光而减弱。

这样利用在槽部与半导体板的界面反射的光和在半导体板与第二光波导路的界面反射的光，可以使在第一波导路和槽部的界面反射的光减弱。因此即使在同一半导体基板上集成半导体光波导路和半导体以外的光波导路的情况下，也可以减少这些光波导路间的反射，可以保持波导路设计的自由度，实现具有仅用半导体得不到的新特性的光波导路。

此外本发明的其他实施方式的集成光波导路具有：在半导体基板上形成的第一光波导路；在前述半导体基板上形成，折射率与前述第一光波导路不同的第二光波导路；配置在前述第一光波导路和前述第二光波导路的边界，以与前述第一光波导路隔开第一槽部垂直波导方向的方式，在前述半导体基板上形成的第一半导体板；和以与前述第一半导体板隔开第二槽部并垂直波导方向的方式，在前述半导体基板上形成的第二半导体板，设定前述第一槽部和第二槽部的宽度以及前述第一半导体板和前述第二半导体板的厚度，使在前述第一光波导路和前述第一槽部的界面反射的光，因在前述第一槽部和前述第一半导体板的界面反射的光、在前述第一半导体板和前述第二槽部的界面反射的光、在前述第二槽部和前述第二半导体板的界面反射的光和在前述第二半导体板和前述第二光波导路的界面反射的光而减弱。

这样因在前述第一槽部和前述第一半导体板的界面反射的光、在前述第一半导体板和前述第二槽部的界面反射的光、在前述第二槽部和前述第二半导体板的界面反射的光和在前述第二半导体板和前述第二光波导路的界面反射的光可以使在第一光波导路和第一槽部的界面反射的光减弱。因此即使在同一半导体基板上集成半导体光波导路和半导体以外的光波导路的情况下，也可以减少这些光波导路间的反射，可以保持波导路设计的自由度，实现具有仅用半导体得不到的新特性的光波导路。

此外本发明的其他实施方式的集成光波导路具有：第一光波导区域；与前述第一光波导区域的边界面相对于前述第一光波导区域的波导方向倾斜配置，折射率与第一光波导区域不同的第二光波导区域；和以与前述第二光波导区域的边界面上的折射方向同波导方向一致的方式，配置与前述第二光波导区域的边界面的第三光波导区域。

这样可以使第一光波导区域和第二光波导区域的边界面相对于波导方向倾斜，即使在第一光波导区域和第二光波导区域的折射率相互不同的情况下，也可以使在第一光波导区域和第二光波导区域的边界面的反射减小，而且通过设置有以折射方向与波导方向一致的方式来配置边界面的第三光波导区域，可以减少因在折射率相互不同的波导路间的反射和折射造成的波导路损失，可以调整波导方向。

因此即使在把折射率相互不同的材料插入光波导区域间的情况下，也可以抑制波导路损失，可以有效而且灵活地使用适合解理、蚀刻和埋入等的结晶取向，可以抑制在制作波导路时的可靠性恶化，实现具有仅用半导体得不到的新特性的光波导路，同时可以提高波导路设计的自由度。

此外如采用本发明的其他实施方式的集成光波导路，其特征在于，包括：具有第一折射率的第一光波导路和第三光波导路、配置在前述第一光波导路和前述第三光波导路之间的具有第二折射率的第二光波导区域，前述第一光波导路和前述第二光波导区域连接成前述第一光波导路和前述第二光波导区域的边界面不垂直于前述第一光波导路的方向，在前述第一光波导路和前述第二光波导区域的边界面上的光折射方向的延长线上，前述第二光波导区域和前述第三光波导路连接成前述第二光波导区域和前述第三光波导区域的边界面不垂直于前述延长线，在前述第二光波导区域和前述第三光波导路的边界面的光折射方向与前述第三光波导路的方向一致。

这样即使在把折射率相互不同的材料插入光波导路间的情况下，也可以减少第一光波导路与第二光波导区域的边界面和第二光波导区域与第三光波导路的边界面上的反射，而且可以抑制因折射造成的损失。

附图说明

图1为沿光波导方向表示本发明第一实施例的半导体激光器的结构的截面图。

图2为表示本发明一个实施方式的半导体激光器的反射光谱和反射波相位特性的图示。

图3为说明本发明一个实施方式的半导体激光器的振动波长对温度依赖关系的补偿原理的图示。

图4为说明本发明一个实施方式的半导体激光器的折射率温度系数差和振动波长对温度依赖关系的图示。

图5为沿光波导方向表示本发明第二实施例的半导体激光器的结构的截面图。

图6为沿光波导方向表示本发明第三实施例的半导体激光器的结构的截面图。

图7为沿光波导方向表示本发明第四实施例的半导体激光器的结构的截面图。

图8为沿光波导方向表示本发明第五实施例的半导体激光器的结构的截面图。

图9A～9E为在垂直光波导方向剖开表示本发明第六实施例的半导体激光器的一种构成方法的截面图。

图10为表示本发明第七实施例的集成光波导路的耦合部的简要结构的立体图。

图11为在沿图10的光波导方向的XI、XII-XI、XII线切断的截面图。

图12为沿光波导方向表示本发明第八实施例的集成光波导路的耦合部的简要结构的截面图。

图13为沿与光波导方向垂直的方向表示本发明第九实施例的集成光波导路的简要结构的截面图。

图14为沿与光波导方向垂直的方向表示本发明第十实施例的集成光波导路的简要结构的截面图。

图15为表示图11的集成光波导路的耦合部的反射率与槽部A61的宽度d₁和半导体板B61的厚度d₂的关系的图示。

图16为表示本发明第十实施例的集成光波导路简要结构的截面图。

图17为表示本发明第十一实施例的集成光波导路简要结构的截面图。

图18为表示本发明第十二实施例的集成光波导路耦合部的简要结构的立体图。

图19为在沿图18的光波导方向的XIX、XX-XIX、XX线切断的截面图。

图20为沿光波导方向表示本发明第十三实施例的集成光波导路耦合部的简要结构的截面图。

图21为表示用图18的区域A132、B132、R132构成的光波导路的反射率和半导体板B132的厚度d₄的关系表示的图示。

图22为表示图18的槽部A132的宽度d₃和相对于入射波长的反射率的关系的图示。

图23为表示本发明第十四实施例的集成光波导路的简要结构的截面图。

图24为表示本发明第十五实施例的集成光波导路的简要结构的截面图。

图25为表示本发明第十六实施例的集成光波导路的简要结构的截面图。

图26为表示本发明第十七实施例的集成光波导路的简要结构的俯视图。

图27为表示图26的第一波导区域1201的简要结构的截面图。

图28为表示本发明第十八实施例的集成光波导路的简要结构的俯视图。

图29为表示图28的第二波导区域1402的简要结构的截面图。

图30为表示光入射到折射率不同物质的接合面的情况下，入射角和折射角关系的示意图。

图31为表示光在折射率不同的物质中导波情况下，与波导方向所成的角度和折射率比的关系的图示。

图32为表示光入射到折射率不同的物质的接合面的情况下，入射角和与入射面平行部分的反射率的关系的图示。

图33为表示本发明第十九实施例的集成光波导路的简要结构的俯视图。

图34为表示本发明第二十实施例的集成光波导路的简要结构的俯视图。

图35为表示本发明第二十一实施例的集成光波导路的简要结构的俯视图。

图36为表示本发明第二十二实施例的集成光波导路的简要结构的立体图。

具体实施方式

下面参照图对本发明的几个实施方式进行说明。首先作为第一实施方式，对于半导体激光器中的应用例，表示几个实施例并进行说明。在此实施方式中，通过把半导体激光器和折射率对温度依赖关系不同的材料进行组合，可以控制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。

作为第二实施方式，对于集成光波导路中的应用例，表示几个实施例并进行说明。在此实施方式中，在把半导体光波导路和折射率及折射率对温度的依赖关系不同的光波导路集成时，可以减少在这些光波导路间的边界面上的反射。此外通过把半导体光波导路和折射率不同的光波导路集成，可以实现具有仅用半导体得不到的新特性的光波导路。

此外作为第三实施方式，把半导体光波导路和折射率不同的光波导路的边界面配置成相对于波导方向倾斜，可以减少这些光波导路间的反射和折射造成的波导路损失。此外通过把半导体光波导路和折射率不同的光波导路集成，可以实现具有仅用半导体得不到的新特性的光波导路。

(半导体激光器中的应用例)

参照图对本发明的第一实施方式的半导体激光器进行说明。采用此第一实施方式的话，把折射率对温度的特性不同的材料组合，可以提供可控制振动波长对温度依赖关系的半导体激光器。下面对本实施方式的几个具体实施例进行说明。

图1为沿光波导方向表示本发明第一实施例的半导体激光器的结构的截面图。第一实施例通过在有波长选择性的第一增益区域R1和有波长选择性的第二增益区域R2之间设置折射率不同的没有增益的传输区域R3，可以控制振动波长对温度的依赖关系。

在图1中，在半导体基板101上设置有有波长选择性的第一增益区域R1和折射率不同的没有增益的传输区域R3和有波长选择性的第二增益区域R2。其中在增益区域R1中，设置有在半导体基板101上形成的活性层102。在活性层102上通过包覆层110形成第一增益区域用电极105。

在增益区域R2中，设置有在半导体基板101上形成的活性层104。在活性层104上通过包覆层110形成第二增益区域用电极106。

作为半导体基板101和包覆层110，例如可以使用InP，作为活性层102、104，例如可以使用振动波长为1.55μm的GaInAsP。其中在半导体基板101上形成的活性层102具有有波长选择性的第一增益，活性层104具有有波长选择性的第二增益。在活性层102、104中分别形成复折射率(a complex refractive index)的周期扰动，也就是分别形成衍射光栅，活性层102、104成为分布反射结构。

此外在传输区域R3设置用去除一部分半导体基板101上的活性层102、104和包覆层110而形成的去除区域111，在去除区域111中填充折射率对温度的依赖关系与增益区域R1和/或R2不同的温度补偿材料103。

其中作为温度补偿材料103，例如可以使用具有与半导体相反的折射率对温度的依赖关系的有机材料，作为这样的有机材料，例如可以例举的有BCB(Benzocyclobutene，苯并环丁烯)。此外作为温度补偿材料103使用有机材料的多层膜可以减少波导损失。

在半导体基板101上形成没有增益的传输区域R3的情况下，使用反应性离子蚀刻等的各向异性蚀刻，在增益区域R1、R2之间形成所希望宽度的槽，用旋转涂布等方法可以把有机材料填充到槽部。

此外在谐振器两侧的端面分别形成第一增益区域侧反射防止膜108和第二增益区域侧反射防止膜109，在半导体基板101背面形成背面电极107。

其中第一增益区域R1、第二增益区域R2和传输区域R3的长度可以设定为仅用第一增益区域R1或第二增益区域R2不振动。

用有波长选择性的第一增益区域R1发光或反射的光通过没有增益的传输区域R3，用有波长选择性的第二增益区域R2反射。被反射的光再次通过没有增益的传输区域R3，返回到有波长选择性的第一增益区域R1，可以引起激光器振动。

因此在第一增益区域R1、第二增益区域R2和传输区域R3中可以进行激光器振动，可以用传输区域R3的温度变化造成的相位变化补偿由在第一增益区域R1和第二增益区域R2的温度变化造成的振动波长的变化。

使用BCB等有机材料可以控制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。因此不使用新材料，用简单的结构和容易加工的方法，可以实现使半导体激光器的振动波长稳定。

以由设在活性层102、104上的衍射光栅有效长度和没有增益的传输区域R3的长度之和确定的纵模间隔(longitudinal mode spacing)比衍射光栅的抑止带宽度(stop bandwidth：抑制带宽)宽的方式，设定没有增益的传输区域R3的长度。这样可以只使1个纵模存在于衍射光栅的抑止带宽度内，可以压抑其他纵模的增益，可以提高单模动作(single mode operation)的稳定性。

下面参照本实施例对振动原理和振动波长进行详细说明。

有波长选择性的第一增益区域R1和有波长选择性的第二增益区域R2由于同时具有波长选择性和光学增益，可以仅反射由衍射光栅确定的波长的光，可以增幅。其中反射最大的波长带域可以用以衍射光栅的布拉格波长为中心的抑止带宽度确定。例如设衍射光栅的耦合系数K为300cm^-1，通过把长度设定为50μm，可以得到作为抑止带宽度约为10nm。此外没有增益的传输区域103的长度例如可以设定为约10μm。

图2为表示本发明一个实施方式的半导体激光器的反射光谱和反射波相位特性的图示，表示第一增益区域R1和第二增益区域R2的衍射光栅的反射光谱和反射波的相位延迟。

在图2中，在没有增益的传输区域R3不存在或没有光通过传输区域R3时的相位延迟的情况下，因第一增益区域R1和第二增益区域R2的衍射光栅的相位延迟的和为0或2π的整数倍，也就是仅考虑第一增益区域R1或第二增益区域R2的一方的话，相位延迟为0或π时，它的波长变成谐振模式。

存在有没有增益的传输区域R3的话，光从第一增益区域R1出来后，到进入第二增益区域R2之前改变相位。因此对应于在传输区域R3中的相位变化，谐振模式在抑止带间以由第一增益区域R1、第二增益区域R2和传输区域R3构成的谐振器整体的相位延迟为0或2π的方式变化。

其中用InP和GaAs等的在普通半导体激光器中正在使用的半导体材料，由于周围温度升高的话折射率也增加，衍射光栅的布拉格波长按式(1)向长波长一侧移动。其结果图2的反射光谱也整体向长波长一侧移动。

另一方面温度补偿材料103例如是具有与半导体相反的折射率对温度的依赖关系的材料的情况下，随温度升高，温度补偿材料103的折射率降低，没有增益的传输区域R3的光学长度减小。因此通过没有增益的传输区域R3的光相位改变，随温度升高，振动波长在抑止带内从长波长一侧向中央，然后向短波长一侧移动。

因此用在传输区域R3的温度变化造成的相位变化可以补偿在第一增益区域R1和第二增益区域R2的温度变化造成的布拉格波长的变动，可以控制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。

图3为说明本发明一个实施方式的半导体激光器的振动波长对温度依赖关系的补偿原理的图示。

在图3中可以看出，温度升高的话，衍射光栅的布拉格波长λ_B移向长波长一侧，即使温度有变化，振动波长也不变。此外抑止带宽度SB越宽，越可以在宽的温度范围内进行补偿。例如在图1的例中，设衍射光栅的耦合系数K为300cm^-1，用大的耦合系数扩大抑止带的宽度，可以扩大补偿的温度范围。

在上述的实施例中，说明了在既没有波长选择性也没有增益的传输区域R3中，使用具有与半导体相反的折射率对温度的依赖关系的温度补偿材料103的方法，用更换传输区域R3的材料可以制作具有任意的温度依赖关系的半导体激光器。此外由于没有增益的传输区域R3没有必要发光，未必需要具有良好的结晶特性。因此可以使用有机材料和其他半导体以外的材料，可以使材料的选择性变宽。此外例如使用具有比衍射光栅部分的半导体大的折射率对温度的依赖关系的材料，也可以构成没有增益的传输区域，这样可以形成温度依赖关系大的半导体激光器，可以作为温度传感器等使用。此外即使是象半导体那样的因温度升高折射率增加的材料，通过选择具有比衍射光栅部分的半导体小的折射率对温度的依赖关系的材料，可以减小振动波长对温度的依赖关系。

图4为说明本发明一个实施方式的半导体激光器的折射率温度系数差和振动波长对温度依赖关系的图示。在图4中，横轴表示有波长选择性的增益区域和既没有波长选择性也没有增益的传输区域的折射率温度系数的差与既没有波长选择性也没有增益的传输区域的长度的乘积，纵轴表示振动波长对温度的依赖关系的变化。此外其中表示在仅是半导体的结构中，使用与图1相同的各区域长度、衍射光栅的耦合系数等情况下的示例。

在图4中可以看出，在DFB激光器的情况下，振动波长对温度的依赖关系为

左右。因此在使振动波长变化在它的10％左右的情况下，增益区域R1、R2的有效折射率的温度微分系数和传输区域R3的有效折射率的温度微分系数的差和传输区域R3的长度的乘积可以为A点(减少)或A′点(增加)，此值为±7.5×10^-4[μm/K]。此外在使振动波长变化20％左右的情况下，增益区域R1、R2的有效折射率的温度微分系数和传输区域R3的有效折射率的温度微分系数的差和传输区域R3的长度的乘积为±14.5×10^-4[μm/K]就可以。例如传输区域R3的长度为10μm时，分别为±7.5×10^-4[1/K]、±1.45×10^-4[1/K]。

此外关于图1的活性层102、104的结构没有设置特别的制约，通过把一般常用的所有结构的活性层用于本发明，可以控制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。也就是关于活性层102、104对于InGaAsP、GaAs、AlGaAs、InGaAs、GaInNAs等任何材质都可以适用，关于活性层102、104的结构不管是主体、MQW(多重量子阱)、量子线、量子点都可以适用，此外关于活性层区域的波导路结构也可以使用埋入pn、脊结构、半绝缘埋入结构、高台(high-mesa)结构等。关于半导体基板101也并不是限定于n型基板，也可以使用p型基板、半绝缘型基板等。

此外周期扰动即使不直接在活性层102、104上形成，只要在活性层波导的光的电场不是零而是具有有限值的区域形成，可以预期有同样的效果。例如可以在一般的半导体激光器中使用的分离局限结构(separate confinement heterostructure)(SCH结构)的SCH层上形成，此外也可以在与活性层不相接的区域层叠折射率比包覆层高的层，在其上形成周期扰动。

此外通过作成至少在没有增益的传输区域的上下或左右的某一个具有光局限结构(optical confinement structure)的波导路结构，可以降低传输损失，可以使半导体激光器的特性提高。

此外在基板的厚度方向上形成本发明的结构，作为面发光激光器型也可以预期有同样的效果。再有第一增益区域R1、传输区域R3和第二增益区域R2沿光轴并排的话，可以通过用蚀刻等制作的反射镜，配置第一增益区域R1、传输区域R3和第二增益区域R2，也可以在波导路中途使光轴向层方向或横方向弯曲。

图5为沿光波导方向表示本发明第二实施例的半导体激光器的结构的截面图。第二实施例是通过在有波长选择型的增益区域R11和没有增益的反射区域R12之间，设置折射率对温度的依赖关系不同的没有增益的传输区域R13，作成控制振动波长对温度的依赖关系的半导体激光器。

在图5中，在半导体基板201上设置有具有波长选择性的增益区域R11、折射率对温度的依赖关系不同的没有增益的传输区域R13和有波长选择性的没有增益的反射区域R12。其中在增益区域R11上设置在半导体基板201上形成、有波长选择性有增益的活性层202。在活性层202上形成复折射率的周期扰动，也就是形成衍射光栅，活性层202为分布反射结构。在活性层202上通过包覆层210形成电极205。

此外在反射区域R12上设置在半导体基板201上形成的、具有波长选择性没有增益的半导体层204。其中在半导体层204上形成复折射率的周期扰动，也就是形成衍射光栅，半导体层204成为分布反射结构。在半导体层204上形成包覆层210。作为半导体基板201和包覆层210，例如可以使用InP，作为活性层202，例如使用发光波长为1.55μm的GaInAsP，作为半导体层204，例如使用发光波长为1.2μm的GaInAsP。通过选择性生长使与活性层202不同组成的材料生长后，可以通过作成有周期结构的衍射光栅形成半导体层204。

此外在传输区域R13上设置去除半导体基板201上的活性层202、半导体层204和包覆层210的一部分形成的去除区域211，在去除区域211上填充折射率对温度的依赖关系与增益区域R11和反射区域R12不同的温度补偿材料203。

其中作为温度补偿材料203，例如可以使用具有折射率对温度依赖关系与半导体相反的有机材料，作为这样的有机材料，例如可以例举的有BCB。此外作为温度补偿材料203，使用有机材料的多层膜可以降低波导损失。

在半导体基板201上形成没有增益的传输区域R13的情况下，使用反应性离子蚀刻等的各向异性蚀刻，在增益区域R11、R12之间形成所希望宽度的槽，用旋转涂布等方法可以在槽部填充有机材料。

此外在谐振器两侧的端面形成增益区域侧反射防止膜208和反射区域侧反射防止膜209，在半导体基板201背面形成背面电极207。其中可以以仅用增益区域R11不产生大反射损失的振动方式设定增益区域R11的长度。

在有波长选择性的增益区域R11发光或反射的光通过没有增益的传输区域R13，用具有波长选择性没有增益的反射区域R12反射，再通过没有增益的传输区域R13，返回到有波长选择性的增益区域R11，产生反馈，可以激起激光器振动。

因此可以使增益区域R11、反射区域R12和传输区域R13参加激光器的振动，可以用传输区域R13的温度变化造成的相位变化补偿增益区域R11和反射区域R12的温度变化造成的振动波长的变化。

使用BCB等的有机材料可以控制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。因此不使用新材料，用简单的结构和容易加工的方法，可以实现使半导体激光器的振动波长的稳定。

以由分别设在活性层202和半导体层204上的衍射光栅有效长度和没有增益的传输区域R13的长度之和确定的纵模间隔(longitudinalmode spacing)比衍射光栅的抑止带宽度宽的方式，设定没有增益的传输区域R13的长度。这样可以只使1个纵模存在于衍射光栅的抑止带宽度内，可以压抑其他纵模的增益，可以提高单模动作的稳定性。

在上述的实施例中，对在既没有波长选择性也没有增益的传输区域R13使用具有与半导体相反的折射率对温度的依赖关系的温度补偿材料203的方法进行了说明，利用更换传输区域R13的材料，可以制作具有任意对温度依赖关系的半导体激光器。此外由于没有增益的传输区域R13没有必要发光，不需要具有良好的结晶特性。因此可以使用有机材料和其他半导体以外的材料，可以使材料的选择性变宽。此外例如使用具有比衍射光栅部分的半导体大的折射率对温度的依赖关系的材料，也可以构成没有增益的传输区域，这样可以形成温度依赖关系大的半导体激光器，可以作为温度传感器等使用。此外即使是象半导体那样的因温度升高折射率增加的材料，通过选择具有比衍射光栅部分的半导体小的折射率对温度的依赖关系的材料，可以减小振动波长对温度的依赖关系。

此外关于图5的活性层202的结构没有设置特别的制约，通过把一般常用的所有结构的活性层用于本发明，可以控制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。也就是关于活性层202对于InGaAsP、GaAs、AlGaAs、InGaAs、GaInNAs等任何材质都可以适用，关于活性层202的结构不管是主体、MQW(多重量子阱)、量子线、量子点都可以适用，此外关于活性层区域的波导路结构也可以使用埋入pn、脊结构、半绝缘埋入结构、高台(high-mesa)结构等。关于半导体基板201也并不限定于n型基板，也可以使用p型基板、半绝缘型基板等。

此外周期扰动即使不直接在活性层202上形成，只要在于活性层波导的光的电场不是零而是具有有限值的区域形成，可以预期有同样的效果。例如可以在一般的半导体激光器中使用的分离局限结构(SCH结构)的SCH层上形成，此外也可以在与活性层不相接的区域层叠折射率比包覆层高的层，在其上形成周期扰动。

此外通过作成在没有增益的传输区域的上下或左右的至少一方具有光局限结构的波导路结构，可以降低传输损失，可以使半导体激光器的特性提高。

此外在基板的厚度方向上形成本发明的结构，作为面发光激光器型也可以预期有同样的效果。再有增益区域R11、传输区域R13和反射区域R12沿光轴排列的话，可以通过用蚀刻等制作的反射镜，配置增益区域R11、传输区域R13和反射区域R12，也可以在波导路中途使光轴向层方向或横方向弯曲。

图6为沿光波导方向表示本发明第三实施例的半导体激光器的结构的截面图。此第三实施例是通过把折射率对温度的依赖关系不同的没有增益的传输区域R22耦合在有波长选择性的增益区域R21上，控制振动波长对温度的依赖关系的实施例。

在图6中，在半导体基板301上设置具有波长选择性的增益区域R21和折射率对温度的依赖关系不同的没有增益的传输区域R22。其中在增益区域R21上设置有在半导体基板301上形成的、有波长选择性有增益的活性层302。在活性层302上形成复折射率的周期扰动，也就是形成衍射光栅，活性层302为分布反射结构。在活性层302上通过包覆层310形成电极305。作为半导体基板301和包覆层310，例如可以使用InP，作为活性层302，例如使用发光波长为1.55μm的GaInAsP。

此外在传输区域R22上设置去除半导体基板301上的活性层302和包覆层310的一部分而形成的去除区域312，在去除区域312上填充折射率对温度的依赖关系与增益区域R21不同的温度补偿材料303。

其中作为温度补偿材料303，例如可以使用具有折射率对温度的依赖关系与半导体不同的有机材料，作为这样的有机材料，例如可以例举的有BCB。此外作为温度补偿材料303使用有机材料的多层膜可以降低波导损失。

在半导体基板301上形成没有增益的传输区域R22的情况下，使用反应性离子蚀刻等的各向异性蚀刻，在增益区域R21端部形成所希望宽度的槽，用旋转涂布等方法可以把有机材料填充到槽部。

此外在谐振器的增益区域R21的端面，相对于形成活性层302的半导体基板301的解理面，形成反射防止膜308。此外在谐振器的传输区域R22侧的端面形成高反射膜311。在半导体基板301背面形成背面电极307。其中可以以仅用增益区域R21不产生大反射损失的振动方式，设定增益区域R21的长度。

在有波长选择性的增益区域R21发光或反射的光通过没有增益的传输区域R22，用高反射膜311反射，再通过没有增益的传输区域R22，返回到有波长选择性的增益区域R21，产生反馈，可以激起激光器振动。

因此可以使增益区域R21和传输区域R22影响到激光器的振动，可以用传输区域R22的温度变化造成的相位变化补偿增益区域R21的温度变化造成的振动波长的变化。

使用BCB等的有机材料可以控制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。因此不使用新材料，用简单的结构和容易加工的方法，可以实现使半导体激光器振动波长的稳定。

以由设在活性层202上的衍射光栅有效长度和没有增益的传输区域R22的长度之和确定的纵模间隔比衍射光栅的抑止带宽度宽的方式，设定没有增益的传输区域R22的长度。这样可以只使1个纵模存在于衍射光栅的抑止带宽度内，可以压抑其他纵模的增益，可以提高单模动作的稳定性。

在上述的实施例中，对在既没有波长选择性也没有增益的传输区域R22中，使用具有与半导体相反的折射率对温度的依赖关系的温度补偿材料303的方法进行了说明，利用更换传输区域R22的材料可以制作具有任意对温度依赖关系的半导体激光器。此外由于没有增益的传输区域R22没有必要发光，不需要具有良好的结晶特性。因此可以使用有机材料和其他半导体以外的材料，可以使材料的选择性变宽。此外例如使用具有比衍射光栅部分的半导体大的折射率对温度的依赖关系的材料，也可以构成没有增益的传输区域，这样可以形成温度依赖关系大的半导体激光器，可以作为温度传感器等使用。此外即使是象半导体那样的因温度升高折射率增加的材料，通过选择具有比衍射光栅部分的半导体小的折射率对温度的依赖关系的材料，可以减小振动波长对温度的依赖关系。

此外关于图6的活性层302的结构没有设置特别的制约，通过把一般常用的所有结构的活性层用于本发明，可以控制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。也就是关于活性层302对于InGaAsP、GaAs、AlGaAs、InGaAs、GaInNAs等任何材质都可以适用，关于活性层302的结构不管是主体、MQW(多重量子阱)、量子线、量子点都可以适用，此外关于活性层区域的波导路结构也可以使用埋入pn、脊结构、半绝缘埋入结构、高台结构等。关于半导体基板301也并不是限定于n型基板，也可以使用p型基板、半绝缘型基板等。

此外周期扰动即使不直接在活性层302上形成，只要在于活性层波导的光的电场不是零而是具有有限值的区域形成的话，可以预期有同样的效果。例如可以在一般的半导体激光器中使用的分离局限结构(SCH结构)的SCH层上形成，此外也可以在与活性层不相接的区域层叠折射率比包覆层高的层，在它上形成周期扰动。

此外通过作成在没有增益的传输区域的上下或左右的至少一方具有光局限结构的波导路结构，可以降低传输损失，可以使半导体激光器的特性提高。

此外在基板的厚度方向上形成本发明的结构，作为面发光激光器型也可以预期有同样的效果。再有增益区域R21和传输区域R22沿光轴排列的话，可以通过用蚀刻等制作的反射镜，配置增益区域R21和传输区域R22，也可以在波导路中途使光轴向层方向或横方向弯曲。

图7为沿光波导方向表示本发明第四实施例的半导体激光器的结构的截面图。此第四实施例是通过在面发光型激光器上层叠没有增益的传输区域R32，控制振动波长对温度的依赖关系的实施例。

在图7中，在半导体基板401上层叠有波长选择性的增益区域R31。此外在增益区域R31上层叠有折射率对温度的依赖关系不同的没有增益的传输区域R32，在传输区域R32上设有折射率对温度的依赖关系与增益区域R31不同的温度补偿材料404。其中在增益区域R31上，设置有被层叠在半导体基板401上的分布布拉格反射层402和层叠在分布布拉格反射层402上的、有波长选择性的活性区域403。分布布拉格反射层402具有组成不同的半导体层409a、409b相互交替层叠的结构，活性区域403可以具有活性层408a和包覆层408b相互交替层叠的结构。在活性区域403上形成设置有使光射出的开口部406的电极405。增益区域R31也可以不是所有的都有增益，只要作为增益区域R31的整体得到增益就可以。

作为半导体基板401，例如可以使用InP，作为活性层活性层408a和包覆层408b，例如可以使用GaInAs/InAlAs，作为半导体层409a、409b，可以使用InAlGaAs/InAlAs。

其中作为温度补偿材料404，例如可以使用具有与半导体不同的折射率对温度依赖关系的有机材料，作为这样的有机材料例，如可以例举的有BCB。此外作为温度补偿材料404，使用有机材料的多层膜可以降低波导损失。此外可以通过在增益区域R31上涂敷或堆积有机材料等形成没有增益的传输区域R32。

此外在温度补偿材料404上形成高反射膜411，在半导体基板401背面形成背面电极407。其中可以以仅用它不产生大反射损失的振动方式，设定活性区域403的活性层408a和包覆层408b的各层数。

在有波长选择性的增益区域R31发光或反射的光通过没有增益的传输区域R32，用高反射膜411反射，再通过没有增益的传输区域R32，返回到有波长选择性的增益区域R31，产生反馈，可以激起激光器振动。

因此可以使增益区域R31和传输区域R32关系到激光器的振动，可以用传输区域R32的温度变化造成的相位变化补偿增益区域R31的温度变化造成的振动波长的变化。

使用BCB等的有机材料可以控制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。因此不使用新材料，用简单的结构和容易加工的方法，可以实现使半导体激光器振动波长的稳定。

以由增益区域R31的衍射光栅的有效长度和没有增益的传输区域R32的长度之和确定的纵模间隔比衍射光栅的抑止带宽度宽的方式，设定没有增益的传输区域R32的厚度。这样可以只使1个纵模存在于衍射光栅的抑止带宽度内，可以压抑其他纵模的增益，可以提高单模动作的稳定性。

在上述的实施例中，对在既没有波长选择性也没有增益的传输区域R32使用具有与半导体相反的折射率对温度的依赖关系的温度补偿材料404的方法进行了说明，利用更换传输区域R32的材料可以制作具有任意对温度依赖关系的半导体激光器。此外由于没有增益的传输区域R32没有必要发光，不需要具有良好的结晶特性。因此可以使用有机材料和其他的半导体以外的材料，可以使材料的选择性变宽。此外例如使用具有比衍射光栅部分的半导体大的折射率对温度的依赖关系的材料，也可以构成没有增益的传输区域，这样可以形成温度依赖关系大的半导体激光器，可以作为温度传感器等使用。此外即使是象半导体那样的因温度升高折射率增加的材料，通过选择具有比衍射光栅部分的半导体小的折射率对温度的依赖关系的材料，可以减小振动波长对温度的依赖关系。

此外关于图7的活性区域403的结构没有设置特别的制约，通过把一般常用的所有结构的活性区域403用于本发明，可以控制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。也就是关于活性区域403对于InGaAsP、GaAs、AlGaAs、InGaAs、GaInNAs等任何材质都可以适用，关于活性区域403的结构不管是主体、MQW(多重量子阱)、量子线、量子点都可以适用，此外关于活性区域的波导路结构也可以使用埋入pn、半绝缘埋入结构、氧化狭窄结构等。关于半导体基板401也并不是限定于n型基板，也可以使用p型基板、半绝缘型基板等。

此外通过把没有增益的传输区域作成光局限结构的某种波导路结构，可以降低传输损失，可以使半导体激光器的特性提高。

图8为沿光波导方向表示本发明第五实施例的半导体激光器的结构的截面图。此第五实施例是通过光路变换结构把折射率对温度的依赖关系不同的没有增益的传输区域R42与有波长选择性的增益区域R41耦合结合，控制振动波长对温度的依赖关系的实施例。

在图8中，在半导体基板501上设置具有波长选择性的增益区域R41、反射镜512和没有增益的传输区域R42。增益区域R41和传输区域R42通过反射镜512进行光学耦合。其中在增益区域R41上设置有在半导体基板501上形成的、有波长选择性有增益的活性层502。在活性层502上形成复折射率的周期扰动，也就是形成衍射光栅，活性层502为分布反射结构。在活性层502上通过包覆层510形成电极505。作为半导体基板501和包覆层510，例如可以使用InP，作为活性层502，例如可以使用发光波长为1.55μm的GaInAsP。此外在半导体基板501上以配置在增益区域R41一端的方式，设置反射镜512。其中通过蚀刻增益区域R41端部的包覆层510，在包覆层510上形成与垂直方向倾斜90度的倾斜面的方式，制作反射镜512。

此外在传输区域R42上设置折射率对温度的依赖关系与增益区域R41不同的温度补偿材料503，温度补偿材料503被以面向反射镜512的方式，被配置在包覆层510上。没有增益的传输区域R42可以由在从增益区域R41射出的光用反射镜512反射而到达温度补偿材料503之前的光路、和温度补偿材料503构成

其中作为温度补偿材料503，例如可以使用具有与半导体不同的折射率对温度依赖关系的有机材料，作为这样的有机材料，例如可以例举的有BCB。此外作为温度补偿材料503，使用有机材料的多层膜可以降低波导损失。

在包覆层510上形成没有增益的传输区域R42的情况下，用旋转涂布等方法涂敷或堆积有机材料来制作。

此外在温度补偿材料503上形成高反射膜511，在谐振器的增益区域R41的端面，对形成有活性层502的半导体基板501的解理面，形成反射防止膜508。在半导体基板501背面形成背面电极507。其中可以以仅用增益区域R41不产生大反射损失的振动方式设定增益区域R41的长度。

在有波长选择性的增益区域R41发光或反射的光，经反射镜512光轴折向上方向，通过没有增益的传输区域R42，用高反射膜511反射。用高反射膜511反射的光再通过没有增益的传输区域R42，用反射镜512使光轴弯向水平方向，返回到有波长选择性的增益区域R41，产生反馈，可以激起激光器振动。

因此可以使增益区域R41和传输区域R42影响到激光器的振动，可以用传输区域R42的温度变化造成的相位变化补偿增益区域R41的温度变化造成的振动波长的变化。

使用BCB等的有机材料可以控制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。因此不使用新材料，用简单的结构和容易加工的方法，可以实现使半导体激光器振动波长的稳定。

以由设在活性层502上的衍射光栅有效长度和没有增益的传输区域R42的长度之和确定的纵模间隔比衍射光栅的抑止带宽度宽的方式，设定没有增益的传输区域R42的长度。这样可以只使1个纵模存在于衍射光栅的抑止带宽度内，可以压抑其他纵模的增益，可以提高单模动作的稳定性。

在上述的实施例中，作为光路变换结构使用反射镜，例如也可以利用衍射光栅等进行光路变换，可以预期得到同样的效果。此外在上述的实施例中，以水平和上下的光轴进行变换的方式形成反射镜，但也可以例如在同一水平面内反射，进行光轴变换，反射位置也没有必要是一个。此外对于在既没有补偿选择性也没有增益的传输区域R42中使用具有与半导体相反的折射率对温度的依赖关系的温度补偿材料503的方法进行了说明，用更换传输区域R42的材料可以制作具有任意的温度依赖关系的半导体激光器。此外由于没有增益的传输区域R42没有必要发光，未必需要具有良好的结晶特性。因此可以使用有机材料和其他半导体以外的材料，可以使材料的选择性变宽。此外例如使用具有比衍射光栅部分的半导体大的折射率对温度的依赖关系的材料，也可以构成没有增益的传输区域，这样可以形成温度依赖关系大的半导体激光器，可以作为温度传感器等使用。此外即使是象半导体那样的因温度升高折射率增加的材料，通过选择具有比衍射光栅部分的半导体小的折射率对温度的依赖关系的材料，可以减小振动波长对温度的依赖关系。

此外关于图8的活性层502的结构没有设置特别的制约，通过把一般常用的所有结构的活性层用于本发明，可以控制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。也就是关于活性层502对于InGaAsP、GaAs、AlGaAs、InGaAs、GaInNAs等任何材质都可以适用，关于活性层502的结构不管是主体、MQW(多重量子阱)、量子线、量子点都可以适用，此外关于活性层区域的波导路结构也可以使用埋入pn、脊结构、半绝缘埋入结构、高台结构等。关于半导体基板501也并不是限定于n型基板，也可以使用p型基板、半绝缘型基板等。

此外周期扰动即使不直接在活性层502上形成，只要在于活性层波导的光的电场不是零而是具有有限值的区域形成的话，可以预期有同样的效果。例如可以在一般半导体激光器中所使用的分离局限结构(SCH结构)的SCH层上形成，此外也可以在与活性层不相接的区域层叠折射率比包覆层高的层，在其上形成周期扰动。

此外通过把没有增益的传输区域作成光局限结构的某种波导路结构，可以降低传输损失，可以使半导体激光器的特性提高。

图9为表示在垂直于光波导方向切断本发明第六实施例的半导体激光器的结构的截面图。此第六实施例是通过设置光传输区域和结构不同的增益区域，控制振动波长对温度的依赖关系的实施例。

在图9A中，在半导体基板601上顺序层叠缓冲层602、光局限层603、核心层604、光局限层605和盖层606，用埋入层607埋入这些层。

在图9B中，在半导体基板611上顺序层叠缓冲层612、光局限层613、核心层614、光局限层615和盖层616，用埋入层617埋入这些层。

在图9C中，在半导体基板621上顺序层叠缓冲层622、光局限层623、核心层624、光局限层625和盖层626，用埋入层627埋入这些层。

在图9D中，在半导体基板631上顺序层叠缓冲层632、光局限层633、核心层634和盖层636，用埋入层637埋入这些层。

在图9E中，在半导体基板641上顺序层叠缓冲层642、光局限层643、核心层644、光局限层645和盖层646，用BCB等有机材料647埋入这些层。

其中图9B的核心层614的厚度比图9A的核心层604的厚度薄。因此不使水平方向的光场分布F1、F11改变，可以使垂直方向的光场分布F2、F12改变，可以使各层对有效折射率和它对温度的依赖关系的贡献不同。其结果用图9A的结构和图9B的结构可以改变有效折射率和它对温度的依赖关系，利用图9A的结构和图9B的结构进行组合，可以控制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。

图9C中的核心层624和光局限层623、625的宽度比图9B中的核心层614和光局限层613、615的宽度窄。因此不使垂直方向的光场分布F12、F22改变，可以使水平方向的光场分布F11、F21改变，可以使各层对有效折射率和它对温度的依赖关系的贡献不同。其结果用图9B的结构和图9C的结构可以改变有效折射率和它对温度的依赖关系，利用图9B的结构和图9C的结构进行组合，可以控制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。

图9D的结构和图9B的结构相比，省略了核心层633的上层光局限层635。因此不使水平方向的光场分布F11、F31改变，可以使垂直方向的光场分布F12、F32改变，可以使各层对有效折射率和它对温度的依赖关系的贡献不同。其结果用图9B的结构和图9D的结构可以改变有效折射率和它对温度的依赖关系，利用图9B的结构和图9D的结构进行组合，可以控制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。

在图9E的结构中，使用有机材料647代替图9C的埋入层627。因此不使垂直方向的光场分布F22、F42改变，可以使水平方向的光场分布F21、F41改变，可以使各层对有效折射率和它对温度的依赖关系的贡献不同。其结果用图9C的结构和图9E的结构可以改变有效折射率和它对温度的依赖关系，利用图9C的结构和图9E的结构进行组合，可以控制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。

这样通过把图9A～图9E结构进行某种组合，可以沿着光的波导方向使光场分布改变，即使用相同的材料构成半导体激光器的情况下，也可以控制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。

作为半导体基板601、611、621、631、641、缓冲层602、612、622、632、642、盖层606、616、626、636、646和埋入层607、617、627、637，例如可以使用InP，作为核心层604、614、624、634、644，例如可以使用发光波长为1.3μm的GaInAsP，作为光局限层603、613、623、633、643、605、615、625、645，例如可以使用发光波长为1.1μm的GaInAsP。

如以上说明所述，若采用本发明的第一实施方式，使用折射率对温度的依赖关系与增益区域不同的材料，用比较简单的结构和容易的加工，可以把半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系控制到要求的值。特别是作为没有增益的传输区域的材料，通过使用具有与半导体相反的折射率对温度的依赖关系的材料，可以使振动波长对温度的依赖关系消失，可以实现振动波长与温度无依赖关系的半导体激光器。

(在集成光波导路中的应用示例)

下面参照图对本发明的第二实施方式的集成光波导路进行说明。采用此第二实施方式的话，可以提供由半导体光波导路和由折射率与此半导体光波导路不同的材料构成的光波导路的集成结构，并且提供用它的光半导体元件和光半导体集成电路。特别是用本实施方式，可以减少在折射率不同的材料的接合界面上的反射。下面对本实施方式的几个具体实施例进行说明。

图10为表示本发明第七实施例的集成光波导路的耦合部简要结构的立体图。此第七实施例是通过设置1对槽部A61和半导体板B61，减少光波导路区域R61和光波导路区域R62的边界上的反射的实施例。

在图10中，在半导体基板701上沿光波导方向顺序形成光波导路区域R61、槽部A61、半导体板B61和光波导路区域R62。其中光波导路区域R61和光波导路区域R62可以设定成折射率相互不同，例如光波导路区域R61可以用半导体材料构成，光波导路区域R62可以用半导体以外的材料构成。

此外在槽部A61中可以填充半导体以外的材料，例如可以填充与光波导路区域R62的材料相同的材料。此外半导体板B61可以以与光波导路区域R61的结构相同的方式构成。此外槽部A61和半导体板B61被配置成横穿光波导方向，希望可以把槽部A61和半导体板B61配置成与光波导方向垂直。

槽部A61的宽度和半导体板B61的厚度可以设定成在光波导路区域R61和槽部A61的界面反射的光因在槽部A61和半导体板B61的界面反射的光、在半导体板B61和光波导路区域R62的界面反射的光而减弱。

这样即使把半导体光波导路和半导体以外的光波导路集成在同一半导体基板701上的情况下，可以减少在这些光波导路间的反射，可以在保持波导路设计的自由度的同时，可以实现具有仅用半导体得不到的新特性的光波导路。

此外通过对形成光波导路区域R61的半导体基板701进行蚀刻加工，可以在半导体基板701上形成槽部A61和半导体板B61。因此不在光波导路区域R61和光波导路区域R62的界面形成反射防止膜，可以减少在光波导路区域R61和光波导路区域R62的边界的反射，可以容易地处理光波导路的集成化。

用在半导体基板701上设置1块半导体板B61，可以减少在光波导路区域R61和光波导路区域R62的边界的反射，没有必要象分布反射器那样配置多块半导体板，可以使集成光波导路的制作容易。

图11为沿图10的光波导方向的XI-XI线切断的截面图。在图11中，在半导体基板701上层叠核心层702a、702b，在核心层702a、702b上分别层叠上部包覆层703a、703b。作为半导体基板701和上部包覆层703a、703b，例如可以使用InP，作为核心层702a、702b，例如可以使用发光波长为1.3μm的GaInAsP。

此外在把核心层702a、702b和上部包覆层703a、703b顺序层叠在半导体基板701上的情况下，例如可以使用MBE(molecular beamepitaxy：分子束外延生长)、MOCVD(metal organic chemical vaperdepiosition：金属有机化学气相淀积)或ALCVD(atomic layer chemicalvaper depiosition：原子层化学气相淀积)等的外延生长。

通过对顺序层叠有核心层702a、702b和上部包覆层703a、703b的半导体基板701进行蚀刻加工，形成相对光波导方向垂直配置的宽度d₁的槽704a，同时在半导体基板701形成与槽704a仅隔开规定间隔d₂配置的台阶704b。

通过在槽704a中埋入填充材料705a，同时把光波导路材料705b埋入台阶704b，可以形成配置在与光波导路区域R61的界面上的槽部A61，同时可以形成与槽部A61隔开厚度d₂的半导体板B61配置的光波导路区域R62。

这样可以调整光波导路区域R61和光波导路区域R62的边界上的反射波的相位，可以使在光波导路区域R61和光波导路区域R62的边界上的反射波相互抵消。

因此可以减少光波导路区域R61和光波导路区域R62的边界上的反射，同时可以使折射率相互不同的光波导路区域R61和光波导路区域R62在同一半导体基板701上集成，可以实现具有仅用半导体得不到的新特性的光波导路。

其中作为填充材料705a和光波导路材料705b，可以使用折射率与半导体不同的材料，例如可以例举的有BCB(Benzocyclobutene)。这种情况下，可以采用光波导路区域R61和半导体板B61的等价折射率为3.12，光波导路区域R62和槽部A61的等价折射率为1.54。所谓等价折射率是相对于在光波导路中传播的光定义的折射率。因此在处理在光波导路中传播的光的情况下，可以把到现在为止的折射率置换成等价折射率。

在槽部A61和光波导路区域R62的波导损失在它们传播距离短的情况下小到可以忽略的程度，但是在槽部A61和光波导路区域R62中的传播距离长的话，波导损失不能忽略。

因此可以把在图10的XII-XII线切断的图11的截面结构置换成图12的截面结构。

图12为沿光波导方向表示本发明第八实施例的集成光波导路的耦合部简要结构的截面图。此第八实施例是图11的槽部A61和光波导路区域R62上设置核心层的实施例。在图12中，在半导体基板801上沿光波导方向顺序形成有光波导路区域R71、槽部A71、半导体板B71和光波导路区域R72。

也就是在半导体基板801上层叠核心层802a、802b，在核心层802a、802b上分别层叠上部包覆层803a、803b。作为半导体基板801和上部包覆层803a、803b，例如可以使用InP，作为核心层802a、802b，例如可以使用发光波长为1.3μm的GaInAsP。

通过对顺序层叠有核心层802a、802b和上部包覆层803a、803b的半导体基板801进行蚀刻加工，形成相对光波导方向垂直配置的槽804a，同时在半导体基板801上形成与槽804a仅隔开规定间隔配置的台阶804b。

通过把用包覆层805a、807a夹住的核心层806a埋入槽804a，同时把用包覆层805b、807b夹住的核心层806b埋入台阶804b，可以形成配置在与光波导路区域R71的界面的槽部A71，并可形成与槽部A71隔开半导体板B71配置的光波导路区域R72。

其中作为核心层806a、806b的材料，例如可以使用BCB，作为包覆层805a、807a、805b、807b的材料，例如可以使用折射率比核心层806a、806b低的聚酰亚胺。

这样可以减少在光波导路区域R71和光波导路区域R72的边界的反射，同时可以减少在槽部A71和光波导路区域R72中的波导损失。

为了抑制在图10的光波导路区域R61中横方向的波导损失，也可以把在图10的XIII-XIII线切断的截面结构置换成图13的截面结构。

图13为沿与光波导方向垂直的方向表示本发明第九实施例的集成光波导路的简要结构的截面图。在图13中，在半导体基板901上顺序层叠核心层902和上部包覆层903。上部包覆层903、核心层902和半导体基板901的上部沿光波导方向被蚀刻加工成条带状，在上部包覆层903、核心层902和半导体基板901的上部两侧分别形成埋入层904a、904b。

作为半导体基板901、上部包覆层903和埋入层904a、904b，例如可以使用InP，核心层902，例如可以使用发光波长为1.3μm的GaInAsP。

这样可以减少在光波导路区域R61和光波导路区域R62的边界的反射，同时可以减少在光波导路区域R61中的波导损失。

为了抑制在图10的光波导路区域R62中的横方向的波导损失，可以把在图10的XIV-XIV线切断的截面结构置换成图14的截面结构。

图14为沿与光波导方向垂直的方向表示本发明第十实施例的集成光波导路的简要结构的截面图。在图14中，在半导体基板1001上形成有用包覆层1003围住周围的核心层1002。作为半导体基板1001，例如可以使用InP，作为核心层1002的材料，例如可以使用BCB，作为包覆层1003的材料，例如可以使用折射率比核心层1002低的聚酰亚胺。

这样可以减少在光波导路区域R61和光波导路区域R62的边界的反射，同时可以减少在光波导路区域R62中的波导损失。

关于图11的核心层702a、702b的形状没有特别的制约，例如可以用具有核心层中央部的折射率和包覆层的折射率之间的折射率的材料，作成层状的分离局限异质结构(SCH)、和使折射率分段变化的倾斜折射率(GI-)SCH。

在半导体激光器中使用本结构的情况下，作为核心可以使用活性区域，它的形状不管是主体、MQW(多重量子阱)、量子线、量子点都可以适用，此外关于活性区域的波导路结构也可以使用埋入pn、脊结构、半绝缘埋入结构、高台结构等。此外关于材料也没有限定InP和GaInAsP的组合，对于GaAs、AlGaAs、InGaAs、GaInNAs等任何材质都可适用。

此外关于图13的横方向局限没有设置特别的制约，作为半导体波导路结构可以使用一般常用的脊波导路和高台波导路等。

此外关于图14的光波导路区域R62没有设置特别的制约，也可以使用脊波导路(ridge waveguide)和高台波导路(high-mesa waveguide)等。

下面更详细说明图11的实施例的动作原理。

在图11中，使光波导路区域R61和半导体板B61的等价折射率为3.12，使光波导路区域R62和槽部A61的等价折射率为1.54，根据(3)式，在各区域的界面产生12％左右的反射。可是在各区域的界面中的总反射率不是简单的加和，有必要考虑反射波的相位。也就是即使强度相同，相位反转的话，光相互抵消。因此通过槽部A61和半导体板B61的厚度调整，使各区域的界面上的反射波相位最佳化，可以降低这些界面的总反射率。

图15为表示图11的集成光波导路的耦合部的反射率与槽部A61的宽度d₁和半导体板B61的厚度d₂的关系的图示。此外图15为使光波导路区域R61和半导体板B61的等价折射率N₁为3.12，使光波导路区域R62和槽部A61的等价折射率N₂为1.54，用等高线表示相对于槽部A61的宽度d₁和半导体板B61的厚度d₂的反射率的图示。此外用更通俗的话来说，在各轴的相反一侧的轴上表示光学长度。

在图15中，粗实线表示不形成槽部A61和半导体板B61，直接把光波导路区域R61和光波导路区域R62接合的情况下的反射率(约12％)。也就是设入射波长为λ的话，表示槽部A61或半导体板B61的光学长度为λ/2时的直线，是接近用虚线表示的N₁d₁+N₂d₂＝λ/4×(2l+1)的直线(l为整数)的曲线。

在用这些粗实线包围的几乎为三角形的区域中，相比于简单的二波导路的接合，反射率小。这些三角形区域可以近似用以下范围表示。

N₁d₁＞λ/2n、N₂d₂＞λ/2m、N₁d₁+N₂d₂＜λ/4(2l+1)…(6)

(l、m、n为满足n+m＝l关系的整数)

或

N₁d₁＜λ/2n、N₂d₂＜λ/2m、N₁d₁+N₂d₂＞λ/4(2l+1)…(7)

(l、m、n为满足n+m＝l-1关系的整数)

其中象用最接近原点的三角形表示的那样，在将三角形的各边偏离三角形中心λ/64的区域c中，可以使反射率在10％以下(相对于简单的二波导路的接合约80％)，同样在仅偏离λ/32的区域b中，可以使反射率在5％以下(相对于简单的二波导路的接合约40％)，同样在仅偏离λ/16的区域a中，可以使反射率在1％以下(相对于简单的二波导路的接合约8％)。区域d为比将简单的二波导路接合时的反射率低的区域。

也就是设把三角形各边减小的量为δx的话，表示它的各边为

N₁d₁＞nλ/2±δx

N₂d₂＞mλ/2±δx

N₁d₁+N₂d₂＝λ/4×(2l+1)±δx

其他的三角形区域也一样。

此外要得到无反射，使m、n为整数，要满足

N₁d₁+N₂d₂＝±λ/(2π)[cos^-1{±(N₁ ²+N₂ ²)/(N₁+N₂)²}+2mπ]

                                                …(8)

N₁d₁-N₂d₂＝λ/2n                                …(9)

这相当于各三角形区域的大致中心。

在上述的实施方式中，对关于使填充在槽部A61中的材料与光波导路区域R62的材料相同的方法进行了说明，但也可以使填充在槽部A61中的材料与光波导路区域R62的材料相互不同。此外光波导路区域R61和半导体板B61也未必是相同的层结构。

图16为表示本发明第十实施例的集成光波导路简要结构的截面图。此第十实施例是对向配置了图12的结构的实施例。在图16中，在半导体基板1101上沿光波导方向顺序形成光波导路区域R111、槽部A111、半导体板B111、光波导路区域R112、半导体板B112、槽部A112和光波导路区域R113。

其中可以设定光波导路区域R111、R113和光波导路区域R112的折射率成相互不同，例如，光波导路区域R111、R113可用半导体材料构成，光波导路区域R112可以用半导体以外的材料构成。

可以在槽部A111、A112中填充半导体以外的材料，例如可以填充与光波导路区域R112的材料相同的材料。此外半导体板B111、B112可以以与光波导路区域R111、R113的结构相同的方式构成。此外槽部A111、A112和半导体板B111、B112配置成横穿(横切)光波导方向，优选槽部A111、A112和半导体板B111、B112可相对光波导方向垂直配置。

槽部A111的宽度和半导体板B111的厚度可以设定成在光波导路区域R111和槽部A111的界面反射的光因在槽部A111和半导体板B111的界面反射的光、在半导体板B111和光波导路区域R112的界面反射的光而减弱。

槽部A112的宽度和半导体板B112的厚度可以设定成在光波导路区域R112和半导体板B112的界面反射的光因在半导体板B112和槽部A112的界面反射的光、在槽部A112和光波导路区域R113的界面反射的光而减弱。

也就是在半导体基板1101上层叠核心层1101a～1101d，在核心层1101a～1101d上分别层叠上部包覆层1103a～1103d。作为半导体基板1101和上部包覆层1103a～1103d，例如可以使用InP，作为核心层1101a～1101d，例如可以使用发光波长为1.3μm的GaInAsP。

通过对顺序层叠有核心层1101a～1101d和上部包覆层1103a～1103d的半导体基板1101进行蚀刻加工，形成相对光波导方向垂直配置的槽1104a、1104c，同时在半导体基板1101形成与槽1104a、1104c仅隔开规定间隔配置的凹部1104b。

通过把用包覆层1105a、1107a夹住的核心层1106a埋入槽1104a，同时把用包覆层1105c、1107c夹住的核心层1106c埋入槽1104c，可以形成分别配置在光波导路区域R111、R113的界面的槽部A111、A112。

通过把用包覆层1105b、1107b夹住的核心层1106b埋入凹部1104b，可以在形成从槽部A111、A112分别隔开半导体板B111、B112配置的光波导路区域R112。

其中作为核心层1106a～1106c的材料，例如可以使用BCB，作为包覆层1105a～1105c、1107a～1107c的材料，例如可以使用折射率比核心层1106a～1106c低的聚酰亚胺。

这样可以减少把光波导路和半导体以外的光波导路集成在同一半导体基板1101上时的光波导路之间的反射，同时可以把由具有与半导体不同的折射率的材料构成的光波导路集成在半导体光波导路的中途。因此可以提高波导路设计的自由度，实现具有仅用半导体得不到的新特性的光波导路。

由于图16的实施例是对向配置有图12的结构的，所以图16的实施例的波导路、核心层和包覆层的材料和结构没有设置特别的制约，可以使用在此说明的以外的材料和结构。

在图16的实施例中，对仅对向配置1组图12结构的方法进行了说明，也可以把3个以上的图12的结构串联连接。其中通过使用图12的结构，可以抑制各个的光波导路间的反射率，可以抑制集成光波导路整体的反射率。

考虑上述集成光波导路的光学长度的话，半导体的折射率因温度升高而增加，即折射率的温度微分系数是正的，周围温度升高，光波导路的光学长度变长。

例如也可以使用具有负的折射率微分温度系数的材料构成图11的光波导路区域R62和图16的光波导路区域R112。这样即使在因温度变化造成一个个光波导路的光学长度变化的情况下，可以抑制光波导路整体的光学长度随温度的变化。作为具有负的折射率微分温度系数的材料，例如可以使用PMMA。

图17为表示本发明第十一实施例的集成光波导路简要结构的截面图。此第十一实施例是图16的结构中把半导体激光器集成化。在图17中在半导体基板1201上沿光波导方向顺序形成光波导路区域R121、槽部A121、半导体板B121、光波导路区域R122、半导体板B122、槽部A122和光波导路区域R123，在光波导路区域R121和光波导路区域R123上形成有激光二极管。

其中可以设定成光波导路区域R121、R123和光波导路区域R122的折射率相互不同，例如光波导路区域R121、R123可以用半导体材料构成，光波导路区域R122可以用半导体以外的材料构成。

可以在槽部A121、A122中填充半导体以外的材料，例如可以填充与光波导路区域R122相同的材料。此外半导体板B121、B122可以以与光波导路区域R121、R123的结构相同的方式构成。此外槽部A121、A122和半导体板B121、B122配置成横穿光波导方向，优选槽部A121、A122和半导体板B121、B122相对光波导方向可垂直配置。

槽部A121的宽度和半导体板B121的厚度可以设定成在光波导路区域R121和槽部A121的界面反射的光因在槽部A121和半导体板B121的界面反射的光、在半导体板B121和光波导路区域R122的界面反射的光而减弱。

槽部A122的宽度和半导体板B122的厚度可以设定成在光波导路区域R122和半导体板B122的界面反射的光因在半导体板B122和槽部A122的界面反射的光、在槽部A122和光波导路区域R123的界面反射的光而减弱。

也就是在半导体基板1201上层叠活性层1202a、1202d和核心层1201b、1201c，分别在活性层1201a、1201d上和核心层1202b、1202c层叠与半导体基板1201不同导电型的上部包覆层1203a、1203d、1203b、1203c。作为半导体基板1201和上部包覆层1203a～1203d，例如可以使用InP，作为活性层1202a、1202d和核心层1202b、1202c，例如可以使用波长为1.55μm的GaInAsP。此外例如可以使半导体基板1201为n型，使上部包覆层1203a～1203d为p型。

通过对在活性层1202a、1202d和核心层1202c、1202c上层叠有上部包覆层1203a～1203d的半导体基板1201进行蚀刻加工，形成相对光波导方向垂直配置的槽1204a、1204c，同时在半导体基板1201形成与槽1204a、1204c仅隔开规定间隔配置的凹部1204b。这样可对应于光波导路区域R121、R123分别配置活性层1202a、1202d，并对应于半导体板B121、B122分别配置核心层1202b、1202c。

通过把用包覆层1205a、1207a夹住的核心层1206a埋入槽1204a，同时把用包覆层1205c、1207c夹住的核心层1206c埋入槽1204c，可以形成分别配置在光波导路区域R121、R123的界面的槽部A121、A122。

通过把用包覆层1205b、1207b夹住的核心层1206b埋入凹部1204b，可以形成从槽部A121、A122分别隔开半导体板B121、B122而配置的光波导路区域R122。

此外通过在上部包覆层1203a、1203d上分别形成电极1208a、1208b，同时在半导体基板1201背面形成电极1208c，可以分别在光波导路区域R121、光波导路区域R123上形成激光二极管。

其中作为核心层1206a～1206c的材料，例如可以使用BCB，作为包覆层1205a～1205c、1207a～1207c的材料，例如可以使用折射率比核心层1206a～1206c低的聚酰亚胺。

此外也可以用具有负的折射率温度微分系数的材料构成光波导路区域R122，例如可以使用PMMA。这样可以使谐振器长度相对温度固定，可以抑制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。

再有可以在光波导路区域R121和R123上形成衍射光栅，赋予波长选择性，可以制作分布反馈型(DFB)半导体激光器和分布反射器(DBR)等。

活性层1202a、1202d和核心层1202b、1202c的结构例如可以用具有活性层或核心层中央部的折射率和包覆层的折射率之间的折射率的材料，作成层状的分离局限异质结构(SCH)、和使折射率分段变化的倾斜折射率(GI-)SCH。

活性层1202a、1202d的形状不管是主体、MQW(多重量子阱)、量子线、量子点都可以适用，此外关于活性区域的波导路结构也可以使用埋入pn、脊结构、埋入异质结构、高台结构等。此外关于材料也没有限定InP和GaInAsP的组合，对于GaAs、AlGaAs、InGaAs、GaInNAs等任何材质都利用适用。

图18为表示本发明第十二实施例的集成光波导路耦合部分简要结构的立体图。此第十二实施例是通过设置2对槽部A131、A132和半导体板B131、B132而可扩大能减少在光波导路区域R131和光波导路区域R132的边界的反射的波长范围的实施例。

在图18中，在半导体基板711上沿光波导方向顺序形成有光波导路区域R131、槽部A131、半导体板B131、槽部A132、半导体板B132和光波导路区域R132。其中光波导路区域R131和光波导路区域R132的折射率可以设定为相互不同，例如光波导路区域R131可以用半导体材料构成，光波导路区域R132可以用半导体以外的材料构成。

可以在槽部A131、A132中填充半导体以外的材料，例如可以填充与光波导路区域R132的材料相同的材料。此外半导体板B131、B132可以以与光波导路区域R131的结构相同的方式构成。此外槽部A131、A132和半导体板B131、B132配置成横穿光波导方向，优选槽部A131、A132和半导体板B131、B132可以相对光波导方向垂直配置。

槽部A131、A132的宽度和半导体板B131、B132的厚度可以设定成在光波导路区域R131和槽部A131的界面反射的光因在槽部A131和半导体板B131的界面反射的光、在半导体板B131和槽部A132的界面反射的光、槽部A132和半导体板B132的界面反射的光、以及半导体板B132和光波导路区域R132的界面反射的光而减弱。

这样即使把半导体光波导路和半导体以外的光波导路集成在同一半导体基板711上的情况下，可以减少在这些光波导路间的反射，可以在保持波导路设计的自由度的同时，可以实现具有仅用半导体得不到的新特性的光波导路。

此外通过对形成有光波导路区域R131的半导体基板711进行蚀刻加工，可以在半导体基板711上形成槽部A131、A132和半导体板B131、B132。因此不在光波导路区域R131和光波导路区域R132的界面形成反射防止膜，可以减少在光波导路区域R131和光波导路区域R132的边界的反射，可以容易地处理光波导路的集成化。

利用调整槽部A131、A132的宽度和半导体板B131、B132的厚度，可以扩大能减少在光波导路区域R131和光波导路区域R132的边界反射的波长范围，可以适用于波分复用光学网络等，同时实现具有仅用半导体得不到的新特性的光波导路。

图19为在沿图18的光波导方向的XIX、XX-XIX、XX线切断的截面图。在图19中，在半导体基板711上层叠核心层712a～712c，在核心层712a～712c上分别层叠上部包覆层713a～713c。作为半导体基板711和上部包覆层713a～713c，例如可以使用InP，作为核心层712a～712c，例如可以使用发光波长为1.3μm的GaInAsP。

通过对顺序层叠有核心层712a～712c和上部包覆层713a～713c的半导体基板711进行蚀刻加工，形成相对光波导方向垂直配置的宽度d₁的槽714a，并形成与槽714a仅隔开规定间隔d₂配置的宽度d₃的槽714b，并且在半导体基板711上形成与槽714b仅隔开规定间隔d₄配置的台阶714c。

通过分别在槽714a、714b中埋入填充材料715a、715b，可以形成配置在与光波导路区域R131的界面上的槽部A131，同时可以形成与槽部A131仅隔开厚度d₂的半导体板B131配置的槽部A132。

此外通过把光波导路材料715c埋入台阶714c，可以形成与槽部A132仅隔开厚度d₄的半导体板B132配置的光波导路区域R132。

其中作为填充材料715a、715b和光波导路材料715c，可以使用具有折射率与半导体不同的材料，例如可以例举有BCB。这种情况下，光波导路区域R131和半导体板B131、B132的等价折射率可以为3.12，光波导路区域R132和槽部A131、A132的等价折射率可以为1.54。

这样可以在宽的波长范围减少在光波导路区域R131和光波导路区域R132的边界的反射，同时可以把折射率相互不同的光波导路区域R131和光波导路区域R132集成在同一半导体基板711上，可以实现具有仅用半导体得不到的新特性的光波导路。

在槽部A131、A132和光波导路区域R132的波导损失在它们传播距离短的情况下小到可以忽略的程度，但是在槽部A131、A132和光波导路区域R132中的传播距离长的话，波导损失不能忽略。

因此也可以把在图18的XX-XX线切断的图19的截面结构置换成图20的截面结构。

图20为沿光波导方向表示本发明第十三实施例的集成光波导路耦合部分简要结构的截面图。此第十三实施例是象图19的在槽部A131、A132和光波导路区域R132上设置核心层那样的实施例。

在图20中，在半导体基板811上沿光波导方向顺序形成有光波导路区域R141、槽部A141、半导体板B141、槽部A142、半导体板B142和光波导路区域R142。

也就是在半导体基板811上层叠核心层812a～812c，在核心层812a～812c上分别层叠上部包覆层813a～813c。作为半导体基板811和上部包覆层813a～813c，例如可以使用InP，作为核心层812a～812c，例如可以使用发光波长为1.3μm的GaInAsP。

通过对顺序层叠有核心层812a～812c和上部包覆层813a～813c的半导体基板811进行蚀刻加工，形成相对光波导方向垂直配置的槽814a，并形成与槽814a仅隔开规定间隔配置的槽814b，进而在半导体基板811上与槽814b仅隔开规定间隔配置的台阶814c。

通过把用包覆层815a、817a夹住的核心层816a埋入槽814a，同时把用包覆层815b、817b夹住的核心层816b埋入槽814b，可以形成配置在与光波导路区域R141的界面的槽部A141，同时可以形成与槽部A141隔开半导体板B141配置的槽部A142。

通过把用包覆层815c、817c夹住的核心层816c埋入台阶814c，可以形成与槽部A142隔开半导体板B142配置的光波导路区域R142。

其中作为核心层816a～816c的材料，例如可以使用BCB，作为包覆层815a～815c、817a～817c的材料，例如可以使用折射率比核心层816a～816c低的聚酰亚胺。

这样可以减少在光波导路区域R141和光波导路区域R142的边界的反射，同时可以减少在槽部A141、A142和光波导路区域R142中的波导损失。

为了抑制在图19的光波导路区域R131中横方向的波导损失，也可以把图18的在XIII-XIII线切断的截面结构置换成图13的截面结构。此外为了抑制在图18的光波导路区域R132中横方向的波导损失，也可以把图18的在XIV-XIV线切断的截面结构置换成图14的截面结构。

关于图19的核心层712a、712b的形状没有特别的制约，例如可以用具有核心层中央部的折射率和包覆层的折射率之间的折射率的材料，作成层状的分离局限异质结构(SCH)、和使折射率分段变化的倾斜折射率(GI-)SCH。

在半导体激光器中使用本结构的情况下，作为核心可以使用活性区域，它的形状不管是主体、MQW(多重量子阱)、量子线、量子点都可以适用，此外关于活性区域的波导路结构也可以使用埋入pn、脊结构、半绝缘埋入结构、高台结构等。此外关于材料也没有限定InP和GaInAsP的组合，对于GaAs、AlGaAs、InGaAs、GaInNAs等任何材质都利用适用。

采用使图19的光波导路区域R131和半导体板B131、B132的等价折射率N₁为3.12，光波导路区域R132和槽部A131、A132的等价折射率N₂为1.54的话，在用光波导路区域R131、槽部A131、半导体板B131和槽部A132构成的光波导路中，对于槽部A131的宽度d₁和半导体板B131的厚度d₂的反射率与图15相同。

因此为了降低光波导路区域R131、槽部A131、半导体板B131和槽部A132构成的光波导路的反射率，可以以满足(6)式或(7)式的关系的方式，设定槽部A131的宽度d₁和半导体板B131的厚度d₂。

为了使光波导路区域R131、槽部A131、半导体板B131和槽部A132构成的光波导路的反射率为0，可以以满足(8)式或(9)式的关系的方式，设定槽部A131的宽度d₁和半导体板B131的厚度d₂。

为了对于某个波长λ使图19的光波导路整体的反射为0，用槽部A132把图19的整体结构分割，如设想由光波导路区域R131、槽部A131、半导体板B131和槽部A132构成的光波导路以及由槽部A132、半导体板B132和光波导路区域R132构成的光波导路，必须使这双方的光波导路的反射率为0。

因此在使由光波导路区域R131、槽部A131、半导体板B131和槽部A132构成的光波导路的反射率为0的基础上，必须使由槽部A132、半导体板B132和光波导路区域R132构成的光波导路的反射率为0。

其中使由槽部A132、半导体板B132和光波导路区域R132构成的光波导路的反射率为0的条件可以用以下的(10)式给出。

N₂d₄＝λ/2n                        …(10)

(n为整数)

图21为表示用图19的槽部A132、半导体板B132和光波导路区域R132构成的光波导路的反射率和半导体板B132的厚度d₄的关系的图示。入射波长为1.55μm。

在图21中，由槽部A132、半导体板B132和光波导路区域R132构成的光波导路的反射率在用斜线表示的区域中比简单二波导路的接合(约12％)小。而使在由槽部A132、半导体板B132和光波导路区域R132构成的光波导路的反射率比简单二波导路的接合小的条件可以由下面的(11)式给出。

λ/2n-λ/16＜N₂d₄＜λ/2n+λ/16            …(11)

(n为整数)

其中图19的整个光波导路是把由光波导路区域R131、槽部A131、半导体板B131和槽部A132构成的左侧光波导路和由槽部A132、半导体板B132和光波导路区域R132构成的右侧光波导路连接而成的，在左侧光波导路的后端和右侧光波导路的前端为相同的折射率，所以此部分不产生反射。因此即使考虑分割前的光波导路整体，入射波长λ时，可以使在光波导路区域R131和光波导路区域R132的耦合结合部的反射为0。它不依赖于槽部A132的宽度d₃。

图22为表示图18的槽部A132的宽度d₃和相对于入射波长的反射率的关系的图示。在图22中，使N₁＝1.54、N₂＝3.21，使入射波长λ＝1.55μm时，使d₁＝1.08μm、d₂＝1.00μm、d₄＝0.966μm，满足反射率为0的条件。此外用更一般话说，也表示光学长度。

在图22中，区域d是比使光波导路区域R131和光波导路区域R132单独接合时的反射率(约12％)低的区域，区域c为发射率在10％以下的区域，区域b为反射率在5％以下的区域，区域a为反射率在1％以下的区域。

也就是通过改变槽部A132的宽度d₃，可以使得到低反射率的区域改变。例如要拓宽区域d的波长宽度，可以

λ/2(n+1/4)＜N₁d₃＜λ/2(n+1)

(n为整数)

此外要拓宽区域a的波长宽度，可以

λ/2(m+3/8)＜N₁d₃＜λ/2(m+3/4)

(m为整数)。

在上述的实施例中，对使在槽部A131、A132中的填充材料与光波导路区域R132的材料相同的方法进行了说明，但也可以使在槽部A131、A132中的填充材料与光波导路区域R132的材料不同。此外光波导路区域R131和半导体板B131、B132可不为相同的层结构。

图23为表示本发明第十四实施例的集成光波导路简要结构的截面图。此第十四实施例是通过槽部A151～A154和半导体板B151～B154相互交替配置，可以使成为低反射的波长带变陡的实施例。

在图23中，在半导体基板911上沿光波导方向形成光波导路区域R151和光波导路区域R152，同时在光波导路区域R151和光波导路区域R152之间沿光波导方向交互配置槽部A151～A154和半导体板B151～B154。

其中可以设定成光波导路区域R151和光波导路区域R152的折射率相互不同，例如光波导路区域R151可以用半导体材料构成，光波导路区域R152可以用半导体以外的材料构成。

可以在槽部A151～A154中填充半导体以外的材料，例如可以填充与光波导路区域R152相同的材料。此外半导体板B151～B154可以以与光波导路区域R151的结构相同的方式构成。此外槽部A151～A154和半导体板B151～B154配置成横穿光波导方向，优选槽部A151～A154和半导体板B151～B154可以相对于光波导方向垂直配置成。

槽部A151的宽度和半导体板B151的厚度可以以在由光波导路区域R14、槽部A151、半导体板B151和槽部A152构成的光波导路上的反射率被减弱的方式设定。

槽部A152的宽度和半导体板B152的厚度可以以满足由槽部A152、半导体板B152和槽部A153构成的光波导路无反射率的条件的方式设定

此外槽部A153、A154的宽度和半导体板B153、B154的厚度可以设定成分别与槽部A152的宽度和半导体板B152的厚度相同。

其中通过以满足由槽部A152、半导体板B152和槽部A153构成的光波导路无反射率的条件的方式设定槽部A152的宽度和半导体板B152的厚度，同时以分别与槽部A152的宽度和半导体板B152的厚度相同的方式设定槽部A153、A154的宽度和半导体板B153、B154的厚度，即使在槽部A151～A154和半导体板B151～B154交替配置的情况下，也能使入射波长λ中的反射率保持一定。

也就是在半导体基板911上层叠核心层912a～912e，在核心层912a～912e上分别层叠上部包覆层913a～913e。作为半导体基板911和上部包覆层913a～913e，例如可以使用InP，作为核心层912a～912e，例如可以使用发光波长为1.3μm的GaInAsP。

通过对顺序层叠有核心层912a～912e和上部包覆层913a～913e的半导体基板911进行蚀刻加工，形成相对光波导方向垂直配置的槽914a～914d，同时在半导体基板911形成与槽914d仅隔开规定间隔配置的台阶914e。

通过分别在槽914a～914d中埋入填充材料915a～915d，同时在台阶914e中埋入光波导路材料915e，可以在光波导路区域R151和光波导路区域R152之间形成沿波导方向相互交替配置的槽部A151～A154和半导体板B151～B154，同时在半导体基板911上可以形成与槽部A154仅隔开厚半导体板B154配置的光波导路区域R152。

这样通过在半导体基板911上进行用于形成槽部914a～914d的蚀刻加工，可以使成为低反射的波长带变陡，即使把半导体光波导路和半导体以外的光波导路在同一半导体基板911上集成的情况下，可以有效地减少这些光波导路间特定波长的反射。

在上述的实施例中，对反复4次配置槽部A151～A154和半导体板B151～B154的方法进行了说明，可以使槽部和半导体板反复配置3回或5回以上。

图24为表示本发明第十五实施例的集成光波导路简要结构的截面图。此第十五实施例是与图19的结构面对配置的实施例。在图24中，在半导体基板1011上沿光波导方向顺序形成有光波导路区域R161、槽部A161、半导体板B161、槽部A162、半导体板B162、光波导路区域R162、半导体板B163、槽部A163、半导体板B164、槽部A164和光波导路区域R163。

其中可以设定光波导路区域R161、R163和光波导路区域R162的折射率成相互不同，例如光波导路区域R161、R163可以用半导体材料构成，光波导路区域R162可以用半导体以外的材料构成。

可以在槽部A161～A164中填充半导体以外的材料，例如可以填充与光波导路区域R162的材料相同的材料。此外半导体板B161～B164可以以与光波导路区域R161、R163的结构相同的方式构成。此外槽部A161～A164和半导体板B161～B164配置成横穿光波导方向，优选槽部A161～A164和半导体板B161～B164可以相对光波导方向垂直配置。

槽部A161的宽度和半导体板B161的厚度可以设定成在光波导路区域R161和槽部A161的界面反射的光分别因在槽部A161和半导体板B161的界面反射的光、在半导体板B161和槽部A162的界面反射的光、槽部A162和半导体板B162的界面反射的光、以及半导体板B162和光波导路区域R162的界面反射的光而减弱。

槽部A164的宽度和半导体板B164的厚度可以设定成在光波导路区域R163和槽部A164的界面反射的光分别因在槽部A164和半导体板B164的界面反射的光、在半导体板B164和槽部A163的界面反射的光、槽部A163和半导体板B163的界面反射的光、以及半导体板B163和光波导路区域R162的界面反射的光而减弱。

也就是在半导体基板1011上层叠核心层1012a～1012f，在核心层1012a～1012f上分别层叠上部包覆层1013a～1013f。作为半导体基板1011和上部包覆层1013a～1013f，例如可以使用InP，作为核心层1012a～1012f，例如可以使用发光波长为1.3μm的GaInAsP。

通过对顺序层叠有核心层1012a～1012f和上部包覆层1013a～1013f的半导体基板1011进行蚀刻加工，形成相对光波导方向垂直配置的槽1014a、1014b、1014d、1014e，同时在半导体基板1011形成与槽1014b、1014d仅隔开规定间隔配置的凹部1014c。

通过把用包覆层1015a、1017a夹住的核心层1016a埋入槽1014a，同时把用包覆层1015b、1017b夹住的核心层1016b埋入槽1014b，可以形成配置在光波导路区域R161和光波导路区域R162之间的槽部A161、A162。

通过把用包覆层1015d、1017d夹住的核心层1016d埋入槽部1014d，用包覆层1015e、1017e夹住的核心层1016e埋入凹部1014e，可以形成配置在光波导路区域R162和光波导路区域R163之间的槽部A163、A164。

通过把用包覆层1015c、1017c夹住的核心层1016c埋入凹部1014c，形成分别与槽部A162、A164隔开半导体板B162、B164配置的光波导路区域R162。

其中作为核心层1016a～1016e的材料，例如可以使用BCB，作为包覆层1015a～1015e、1017a～1017e的材料，例如可以使用折射率比核心层1016a～1016e低的聚酰亚胺。

由于图24的实施例是对向配置图20结构的实施例，所以对图24的实施例的波导路、核心层和包覆层的材料和结构没有设置特别的制约，也可以使用在此说明的以外的材料和结构。

在图24的实施例中，对仅对向配置1组图20结构的方法进行了说明，也可以把3个以上的图20的结构串联连接。其中通过使用图20的结构，可以抑制一个个的光波导路间的反射率，可以抑制集成光波导路整体的反射率。

考虑上述集成光波导路的光学长度的话，由于半导体的折射率因温度升高而增加。也就是折射率的温度微分系数是正的，周围温度升高的话，光波导路的光学长度变长。

例如也可以使用具有负的折射率微分温度系数的材料构成图19的光波导路区域R132和图24的光波导路区域R162。这样即使在因温度变化造成一个个光波导路的光学长度变化的情况下，可以抑制光波导路整体的光学长度随温度的变化。作为具有负的折射率微分温度系数的材料，例如可以使用PMMA。

图25为表示本发明第十六实施例的集成光波导路简要结构的截面图。此第十六实施例是在图24的结构中把半导体激光器集成化的实施例。

在图25中在半导体基板1111上沿光波导方向顺序形成光波导路区域R171、槽部A171、半导体板B171、槽部A172、半导体板B172、光波导路区域R172、半导体板B173、槽部A173、半导体板B174、槽部A174和光波导路区域R173，在光波导路区域R171和光波导路区域R173上形成有激光二极管。

其中可以设定成光波导路区域R171、R173和光波导路区域R172的折射率相互不同，例如光波导路区域R171、R173可以用半导体材料构成，光波导路区域R172可以用半导体以外的材料构成。

可以在槽部A171～A174中填充半导体以外的材料，例如可以填充与光波导路区域R172相同的材料。此外半导体板B171～B174可以以与光波导路区域R171、R173的结构相同的方式构成。此外槽部A171～A174和半导体板B171～B174配置成横穿光波导方向，优选槽部A171～A174和半导体板B171～B174可以相对光波导方向垂直配置。

槽部A171的宽度和半导体板B171的厚度可以设定成在光波导路区域R171和槽部A171的界面反射的光因在槽部A171和半导体板B171的界面反射的光、半导体板B171和槽部A172的界面反射的光、槽部A172和半导体板B172的界面反射的光、以及半导体板B172和光波导路区域R172的界面反射的光而减弱。

槽部A174的宽度和半导体板B174的厚度可以设定成在光波导路区域R173和槽部A174的界面反射的光因槽部A174和半导体板B174的界面反射的光、半导体板B174和槽部A173的界面反射的光、槽部A173和半导体板B173的界面反射的光、以及半导体板B173和光波导路区域R172的界面反射的光而减弱。

也就是在半导体基板1111上层叠活性层1112a、1112f和核心层1112b～1112e，分别在活性层1112a、1112f上和核心层1112b～1112e上层叠与半导体基板1111不同导电型的上部包覆层1113a、1113f、1113b～1113e。作为半导体基板1111和上部包覆层1113a～1113f，例如可以使用InP，作为活性层1112a、1112f和核心层1112b～1112e，例如可以使用波长为1.55μm的GaInAsP。此外例如可以使半导体基板1111为n型，使上部包覆层1113a～1113f为p型。

通过对在活性层1112a、1112f和核心层1112c～1112e上层叠有上部包覆层1113a～1113f的半导体基板1111进行蚀刻加工，形成相对光波导方向垂直配置的槽1114a、1114b、1114d、1114e，同时在半导体基板1111上形成与槽1114ba、1114d仅隔开规定间隔配置的凹部1114c。这样对应于光波导路区域R171、R173而分别配置活性层1112a、1112f，同时对应于半导体板B171～B174而分别配置核心层1112b～1112e。

通过把用包覆层1115a、1117a夹住的核心层1116a埋入槽1114a，同时把用包覆层1115b、1117b夹住的核心层1116b埋入槽1114b，可以形成配置在光波导路区域R171和光波导路区域R172之间的槽部A171、A172。

通过把用包覆层1115d、1117d夹住的核心层1116d埋入槽部1114d，把用包覆层1115e、1117e夹住的核心层1116e埋入槽部1114e，可以形成配置在光波导路区域R172和光波导路区域R173之间的槽部A173、A174。

通过把用包覆层1115c、1117c夹住的核心层1116c埋入凹部1114c，可以形成分别与槽部A172、A174隔开半导体板B172、B174配置的光波导路区域R172。

此外通过在上部包覆层1113a、1113f上分别形成电极1118a、1118b，同时在半导体基板1111背面形成电极1118c，可以分别在光波导路区域R171和光波导路区域R173上形成激光二极管。

其中作为核心层1116a～1116e的材料，例如可以使用BCB，作为包覆层1115a～1115e、1117a～1117e的材料，例如可以使用折射率比核心层1116a～1116e低的聚酰亚胺。

此外也可以用具有负的折射率温度微分系数的材料构成光波导路区域R172，例如可以使用PMMA。这样可以使谐振器长度相对温度固定，可以抑制半导体激光器的振动波长对温度的依赖关系。

再有可以在光波导路区域R171和光波导路区域R173上形成衍射光栅等，赋予波长选择性，可以制作分布反馈型(DFB)半导体激光器和分布反射器(DBR)等。

活性层1112a、1112f和核心层1112b～1112e的结构例如可以用具有活性层或核心层中央部的折射率和包覆层的折射率之间的折射率的材料，作成层状的分离局限异质结构(SCH)、或使折射率分段变化的倾斜折射率(GI-)SCH。

活性层1112a、1112f的形状不管是主体、MQW(多重量子阱)、量子线、量子点都可以适用，此外关于活性区域的波导路结构也可以使用埋入pn、脊结构、埋入异质结构、高台结构等。此外关于材料也没有限定InP和GaInAsP的组合，对于GaAs、AlGaAs、InGaAs、GaInNAs等任何材质都利用适用。

如以上说明所述，采用本发明的第二实施方式的话，不在第一光波导路和第二光波导路的界面形成反射防止膜，可以是第一光波导路和第二光波导路的界面的反射减少，可以对应于光波导路的集成化，稳定而且容易地在半导体基板上实现具有仅用半导体得不到的新特性的光波导路。

(用布鲁斯特角的光波导路和光学装置)

下面参照图对本发明的第三实施方式的集成光波导路进行说明。采用此第三实施方式的话，可以提供使波导方向的设计自由度提高，同时减少因折射率相互不同的波导路间的反射和折射造成的波导路损失，可以在半导体基板上集成化的光波导路和光学装置。下面对本实施方式的几个具体实施例进行说明。

图26为表示本发明第十七实施例的集成光波导路简要结构的俯视图。在图26中，在半导体基板1200上形成第一波导路1201、第二波导区域1202和第三波导路1203，第二波导区域1202配置在第一波导路120和第三波导路1203之间。其中第一波导路1201和第三波导路1203可以设定成折射率相同，第一波导路1201和第二波导区域1202可以设定成折射率相互不同。例如第一波导路1201和第三波导路1203可以用半导体材料构成，第二波导区域1202可以用半导体以外的材料构成。此外作为第二波导区域1202的材料，例如可以使用氘化聚氟甲基丙烯酸酯(d-PFMA：poly-fluoromethacrylate deuteride)等。

第一波导路1201和第二波导区域1202的边界面1204可以配置成相对第一波导路1201的光传播方向倾斜。此外第二波导区域1202和第三波导路1203的边界面1205可以配置成相对于在第一波导路1201和第二波导区域1202的边界面1204上的光折射方向的延长线倾斜。其中使第二波导区域1202和第三波导路1203的边界面1205相对于在第一波导路1201和第二波导区域1202的边界面1204上的光折射方向的延长线倾斜的情况下，在第二波导区域1202和第三波导路1203的边界面1205上的光的折射方向可以设定成与第三波导路1203的光传播方向一致。

这样即使在第一波导路1201和第三波导路1203之间配置折射率相互不同的第二波导区域1202的情况下，可以使在第一波导路1201与第二波导区域1202的边界面1204和第二波导区域1202与第三波导路1203的边界面1205上的反射减少，而且可以抑制因折射造成的损失。

也就是由于第一波导路1201和第二波导区域1202连接成它们之间的边界面1204相对于第一波导路1201的光传播方向倾斜，在边界面1204上产生的反射光不返回到第一波导路1201，可以避免第一波导路1201构成局部的谐振器。同样由于第二波导区域1202和第三波导路1203连接成它们之间的边界面1205相对于第二波导区域1202的光传播方向倾斜，可以避免第二波导区域1202和第三波导路1203构成局部的谐振器。

通过使第二波导区域1202和第三波导路1203的边界面1205上的光折射方向与第三波导路1203的光传播方向一致，在第一波导路1201、第二波导区域1202和第三波导路1203传播的光即使在第一波导路1201和第二波导区域1202的边界面1204、第二波导区域1202和第三波导路1203的边界面1205上产生折射的情况下，也可以防止从第一波导路1201、第二波导区域1202和第三波导路1203漏出。

其结果从第一波导路1201入射的光与现有相比可以用小的损失在第一波导路1201、第二波导区域1202和第三波导路1203传播，从第三波导路1203射出。

在第一波导路1201和第二波导区域1202的边界面1204相对于第一波导路1201的光传播方向倾斜的情况下，此边界面1204的倾斜角可以设定成满足布鲁斯特角。此外在第二波导区域1202和第三波导路1203的边界面1205相对于第二波导区域1202的光传播方向倾斜的情况下，此边界面1205的倾斜角可以设定成满足布鲁斯特角。此时可以相对于第二波导区域1202的中点成点对称的方式，把第一波导路1201和第三波导路1203连接在第二波导区域1202上。

这样可以减少第一波导路1201和第二波导区域1202的边界面1204、第二波导区域1202和第三波导路1203的边界面1205的反射，同时可以使第一波导路1201和第三波导路1203的方向相互平行。

因此由于抑制插入有折射率不同的材料的波导路间的反射，即使使用布鲁斯特角的情况下，可以使入射方向和出射方向相互一致。

因此在即使把折射率相互不同的材料插入到第一波导路1201和第三波导路1203之间的情况下，也能抑制波导路损失，同时可以灵活应用适合于解理、蚀刻和埋入等的结晶取向，可以抑制制作第一波导路1201和第三波导路1203时的可靠性恶化，实现具有仅用半导体得不到的新特性的光波导路，同时可以提高波导路设计的自由度。

图27为表示图26的第一波导1201和第三波导路1203的简要结构的截面图。在图27中，在半导体基板1200上顺序层叠有核心层1301和上部包覆层1302。上部包覆层1302、核心层1301和半导体基板1201的上部沿光波导方向蚀刻加工成条带状，在上部包覆层1302、核心层1301和半导体基板1200的上部两侧分别形成埋入层1303、1304。

这样使第一波导1201和第三波导路1203成为埋入异质(BH)结构，作为可以在横方向进行光局限，可以减少第一波导1201和第三波导路1203的波导损失。

作为半导体基板1200、上部包覆层1302、埋入层1303、1304，例如可以使用InP，作为核心层1301，例如可以使用GaInAsP。

在把核心层1301和上部包覆层1302顺序层叠在半导体基板1200上的情况下，例如可以使用MBE(molecular beam epitaxy：分子束外延生长)、MOCVD(metal organic chemical vaper deposition：金属有机化学气相淀积)或ALCVD(atomic layer chemical vaper deposition：原子层化学气相淀积)等的外延生长。

图28为表示本发明第十八实施例的集成光波导路简要结构的俯视图。在图28中，在半导体基板1400上形成第一波导路1401、第二波导路1402和第三波导路1403，第二波导路1402配置在第一波导路1401和第三波导路1403之间。其中可以设定成第一波导路1401和第三波导路1403的折射率相互相同，可以设定成第一波导路1401和第二波导路1402的折射率相互不同。例如第一波导路1401和第三波导路1403可以用半导体材料构成，第二波导路1402可以用半导体以外的材料构成。

第一波导路1401和第二波导路1402的边界面1404可以配置成相对第一波导路1401的光传播方向倾斜。此外第二波导路1402和第三波导路1403的边界面1405可以配置成相对于在第一波导路1401和第二波导路1402的边界面1404上的光折射方向的延长线倾斜。其中使第二波导路1402和第三波导路1403的边界面1405相对于在第一波导路1401和第二波导路1402的边界面1404上的光折射方向的延长线倾斜的情况下，在第二波导路1402和第三波导路1403的边界面1405上的光的折射方向可以设定成与第三波导路1403的光传播方向一致。

例如此边界面1404、1405的倾斜角分别设定为满足布鲁斯特角，同时以相对于第二波导路1402的中点成点对称的方式，把第一波导路1401和第三波导路1403连接在第二波导路1402上。

图29为表示图28的第二波导路1402的简要结构的截面图。在图29中，在半导体基板1400上形成用包覆层1502围住周围的核心层1501。作为半导体基板1400，例如可以使用InP。此外作为包覆层1502和核心层1501，例如可以使用改变氟含量以改变折射率的氘化聚氟甲基丙烯酸酯(d-PFMA)等。

这样可以减少在第二波导路1402中的波导损失，同时可以减少在第一波导路1401和第二波导路1402的边界面1404、第二波导路1402和第三波导路1403的边界面1405上的反射。

关于图26的第一波导路1201和第三波导路1203、图28的第一波导路1401、第二波导路1402和第三波导路1403，没有设置特别的制约，作为半导体波导路的结构，可以使用一般常用的脊波导路、高台波导路等。

关于波导路的核心层和包覆层的形状没有设置特别的制约，例如可以用具有核心层中央部的折射率和包覆层的折射率之间的折射率的材料，作成层状的分离局限异质结构(SCH)、和使折射率分段变化的倾斜折射率(GI-)SCH。

在半导体激光器中使用本结构的情况下，作为核心可以使用活性区域，它的形状不管是主体、MQW(多重量子阱)、量子线、量子点都可以适用，此外关于活性区域的波导路结构也可以使用埋入pn、脊结构、半绝缘埋入结构、高台结构等。此外关于材料也没有限定InP和GaInAsP的组合，对于GaAs、AlGaAs、InGaAs、GaInNAs等任何材质都利用适用。

对于图26的第二波导区域1202和图28的第二波导路1402也没有设置特别的制约，例如也可以使用聚酰亚胺和苯并环丁烯(benzocyclobutene)等。

考虑上述集成光波导路的光学长度的话，由于半导体的折射率因温度升高而增加。也就是折射率的温度微分系数是正的，周围温度升高的话，光波导路的光学长度变长。

例如也可以使用具有负的折射率微分温度系数的材料构成图26的第二波导区域1202和图28的第二波导路1402。这样即使在因温度变化造成一个个光波导路的光学长度变化的情况下，可以抑制光波导路整体的光学长度随温度的变化。作为具有负的折射率微分温度系数的材料，例如可以使用PMMA。

下面对图26和图28的实施例的动作原理进行更详细的说明。

图30为表示光入射到折射率不同物质的接合面的情况下，入射角和折射角关系的示意图。

在图30中，以从折射率N₁的物质一侧到折射率N₂的物质一侧的入射角θ₁入射的光在这些物质的界面以折射角θ₂折射。此时入射角θ₁和折射角θ₂之间的关系可以用(4)式表示。特别是入射角θ₁满足用(5)式表示的关系，入射角θ₁与布鲁斯特角θ_B一致的情况下，可以使平行于入射面的成分的反射消失。

在入射角θ₁与布鲁斯特角θ_B一致的情况下，由(4)式和(5)式引出的下面的(12)式成立。

cosθ₁＝sinθ₂

∴θ₂＝π/2-θ₁…(12)

因此通过以相对于图28的第二波导区域1402的中点成点对称的方式，把第一波导路1401和第三波导路1403连接在第二波导区域1402上，可以使第一波导路1401和第二波导区域1402的边界面1404、第二波导区域1402和第三波导路1403的边界面1405上的倾斜角与布鲁斯特角一致，同时可以使第一波导路1201和第三波导路1203的方向相互平行。

此外从图30可以看出，在折射率N₁的物质内波导的方向和在折射率N₂的物质内波导的方向所成的角度θ₁₂可以用下面(13)式表示。

0₁₂＝π/2-2θ₁                …(13)

图31为表示光从折射率N₁的物质一侧到折射率N₂的物质一侧的入射的情况下，波导方向所成的角度θ₁₂和折射率比N₂/N₁的关系的图示。波导方向所成的角度θ₁₂在图26的结构中，是光在第一波导路1201波导的方向和光在第二波导区域1202波导的方向所成的角，在图28的结构中，是光在第一波导路1401波导的方向和光在第二波导路1402波导的方向所成的角。

在图31中，以图28的结构为例，第一波导路1401和第二波导路1402的折射率比为0.9(例如第一波导路1401的折射率为3.21的话，第二波导路1402的折射率为2.89)的话，第一波导路1401和第二波导路1402所成的角度θ₁₂为6度左右。因此例如第二波导路1402的波导长度为10μm的话，来自第二波导路1402的光的射出位置从第一波导路1401的延长线上偏离1μm左右。

此外第一波导路1401和第二波导路1402的折射率比变成0.8的话，第一波导路1401和第二波导路1402所成的角度θ₁₂为12度左右，第一波导路1401和第二波导路1402的折射率比变成0.7的话，第一波导路1401和第二波导路1402所成的角度θ₁₂为20度左右，第一波导路1401和第二波导路1402的折射率比变成0.6的话，第一波导路1401和第二波导路1402所成的角度θ₁₂为28度左右，第一波导路1401和第二波导路1402的折射率比变成0.5的话，第一波导路1401和第二波导路1402所成的角度θ₁₂为37度左右，从第一波导路1401的延长线上偏离还要变大。

因此第一波导路1401和第三波导路1403配置在直线上的话，不能使光有效地波导，通过对应于第一波导路1401和第二波导路1402所成的角度θ₁₂和第二波导路1402的波导长度，把第三波导路1403配置成从第一波导路1401的延长线上偏离，可以使光有效地波导。

即使光的轨迹与前进的方向相反也一样，象在N₂＞N₁的情况下，用(3)式～(5)式和(12)式可以看出的那样，可以考虑把N₂和N₁替换。

例如第一波导路1401和第三波导路1403的折射率为3.12，第二波导路1402的折射率为1.54，第一波导路1401和第二波导路1402的折射率比为0.48的话，从第一波导路1401向第二波导路1402的布鲁斯特角θ_B为25.6度，如折射角θ₂变成25.6度，第一波导路1401和第二波导路1402所成的角θ₁₂为38.8度。

另一方面从第二波导路1402和第三波导路1403的情况下，象用(3)式～(5)式和(12)式可以看出的那样，由于相当于交换第一波导路1401和第二波导路1402的折射率，所以布鲁斯特角θ_B为64.4度，折射角θ₂变成25.6度。

因此通过以相对于图28的第二波导区域1402的中点成点对称的方式，把第一波导路1401和第三波导路1403连接在第二波导区域1402上，可以抑制各波导路间的反射，同时可以使第一波导路1401和第三波导路1403的方向相互平行。因此可以使第一波导路1401和第三波导路1403沿相同结晶方向制作，可以可靠性高地制作具有埋入异质结构的第一波导路1401和第三波导路1403。

特别是从图31可以看出，在第一波导路1401和第二波导路1402的折射率比为0.41左右的情况下，第一波导路1401和第二波导路1402所成的角度θ₁₂可以为45度，第一波导路1401和第三波导路1403的方向可以相互垂直。

即使是第一波导路1401和第三波导路1403用半导体以外的材料构成的情况下，本发明的原理也相同，第一波导路1401和第三波导路1403的方向可以相互平行。

设第一波导路1401的折射率N₁、第二波导路1402的折射率N₂的话，与入射面平行的成分的反射率R可以用下面的(14)式给出。

R＝|tan(θ₁-sin^-1(N₂/N₁sinθ₁))/

tan(θ₁+sin^-1(N₂/N₁sinθ₁))|²        …(14)

图32为表示光入射到折射率不同物质的接合面的情况下，入射角和与入射面平行部分的反射率的关系的图示。在图32的示例中，使第一波导路1401的折射率为N₁＝3.21，使第二波导路1402的折射率为N₂＝1.54。

在图32中，按随着入射角θ₁增加，平行入射面的成分的反射率R逐渐减小，入射角θ₁与布鲁斯特角θ_B＝25.6度一致时反射率R变为0。而入射角θ₁超过布鲁斯特角θ_B的话，平行入射面的成分的反射率R急剧增加，逐渐接近全反射角θ_A＝28.7度。

全反射角θ_A可以用下面的(15)式给出。

θ_A＝sin^-1(N₂/N₁)                        …(15)

其中以入射角θ₁为0度时的反射率R变为1/3的情况为例，作为反射率R变小的入射角θ₁，可以为从布鲁斯特角θ_B的4/5的角度到比布鲁斯特角θ_B大全反射角θ_A和布鲁斯特角θ_B的差的2/3的角度范围。也就是反射率R变小的入射角θ₁可以用下面的(16)式给出。

4θ_B/5≤θ₁≤θ_B+2/3(θ_A-θ_B)            …(16)

这样通过使入射角θ₁与布鲁斯特角θ_B一致，也就是使第一波导路1401和第二波导路1402的边界面1404相对于在第一波导路1401上光传播方向所成的角度与布鲁斯特角θ_B一致，可以使平行边界面1404的成分的反射率为0。

一般在波导路上传播的光由于是仅具有平行边界面的成分的TE模式，所以在第一波导路1401传播的光不受到边界面1404造成的损失，可以透过第二波导路1402。此外通过使入射角θ₁设定在(16)式表示的范围，可以减少因反射造成的损失。

图33为表示本发明第十九实施例的集成光波导路简要结构的俯视图。在图33中，在半导体基板1600上形成第一波导路1601、第二波导路1602和第三波导路1603，第二波导路1602配置在第一波导路1601和第三波导路1603之间。其中第一波导路1601和第三波导路1603可以设定成折射率相同。第一波导路1601和第二波导路1602可以设定成折射率相互不同，可以设定成第一波导路1401和第二波导区域1402的折射率比为0.41左右。

第一波导路1601和第二波导路1602的边界面1604、第二波导路1602和第三波导路1603的边界面1605可以相对于光的入射角倾斜成分别满足布鲁斯特角。

这样可以分别使第一波导路1601和第二波导路1602所成的角度、第二波导路1602和第三波导路1603所成的角度为45度，可以使第一波导路1601和第三波导路1603的方向相互垂直，同时可以降低在第一波导路1601和第二波导路1602的边界面1604、第二波导路1602和第三波导路1603的边界面1605的反射。因此从结晶结构考虑的话，在第一波导路1601和第三波导路1603形成解理面的情况下，即使不平行解理面，也可以垂直配置。

图34为表示本发明第四实施例的集成光波导路简要结构的俯视图。在图34中，在半导体基板1700上形成第一波导路1701、第二波导路1702、第三波导路1703、第四波导路1704和第五波导路1705。第二波导路1702配置在第一波导路1701和第三波导路1703之间，第四波导路1704配置在第三波导路1703和第五波导路1705之间。

其中第一波导路1701、第三波导路1703和第五波导路1705可以设定成折射率相同，第二波导路1702和第四波导路1704可以设定成折射率相互相同。此外，第一波导路1701和第二波导路1702可以设定成折射率相互不同。例如第一波导路1701、第三波导路1703和第五波导路1705可以用半导体材料构成，第二波导路1702和第四波导路1704可以用半导体以外的材料构成。

第一波导路1701和第二波导路1702的边界面1706可以配置成相对第一波导路1701的光传播方向倾斜。此外第二波导路1702和第三波导路1703的边界面1707可以配置成相对于在第一波导路1701和第二波导路1702的边界面1706的光折射方向的延长线倾斜。其中使第二波导路1702和第三波导路1703的边界面1707相对于在第一波导路1701和第二波导路1702的边界面1706的光折射方向的延长线倾斜的情况下，在第二波导路1702和第三波导路1703的边界面1706的光的折射方向可以设定成与第三波导路1703的光传播方向一致。

第三波导路1703和第四波导路1704的边界面1708可以配置成相对第三波导路1703的光传播方向倾斜。此外第四波导路1704和第五波导路1705的边界面1709可以配置成相对于在第三波导路1703和第四波导路1704的边界面1708的光折射方向的延长线倾斜。其中使第四波导路1704和第五波导路1705的边界面1709相对于在第三波导路1703和第四波导路1704的边界面1708的光折射方向的延长线倾斜的情况下，在第四波导路1704和第五波导路1705的边界面1709上的光的折射方向可以设定成与第五波导路1705的光传播方向一致。

例如这些边界面1706～1709的倾斜角分别设定为满足布鲁斯特角，以相对于第二波导路1702的中点成点对称的方式，把第一波导路1701和第三波导路1703连接在第二波导路1702上，同时以相对于第四波导路1704的中点成点对称的方式，把第三波导路1703和第五波导路1705连接在第四波导路1704上。

这样可以减少这些边界面1706～1709的反射，同时可以把输入一侧的第一波导路1701和输出一侧的第五波导路1705配置在一直线上，可以提高波导路设计的自由度。

由于图34的第二十实施例是以把图28的结构折叠配置的方式形成的实施例，第一波导路1701、第二波导路1702、第三波导路1703、第四波导路1704和第五波导路1705的材料和形状等可以使用在上述实施例中说明的内容。

此外还可以把多个图34的结构串联连接，这样可以把与半导体不同的材料的波导区域分布配置，可以实现具有仅用半导体得不到的新特性的光波导路。

图35为表示本发明第五实施例的集成光波导路简要结构的俯视图。

在图35中，在半导体基板1800上形成第一波导路1801、第二波导路1802和第三波导路1803，第二波导路1802配置在第一波导路1801和第三波导路1803之间。其中第一波导路1801和第三波导路1803可以设定成折射率相互相同，第一波导路1801和第二波导路1802可以设定成折射率相互不同。例如第一波导路1801和第三波导路1803可以用半导体材料构成，第二波导路1802可以用半导体以外的材料构成。

第一波导路1801和第二波导路1802的边界面1804可以配置成相对第一波导路1801的光传播方向倾斜。此外第二波导路1802和第三波导路1803的边界面1805可以配置成相对于在第一波导路1801和第二波导路1802的边界面1804上的光折射方向的延长线倾斜。此外第一波导路1801和第三波导路1803配置在同一直线上，同时对应于各边界面1804、1805上的折射方向，以第一波导路1801和第三波导路1803可以连接的方式，把第二波导路1802弯曲成园弧形。

例如此边界面1804、1805的倾斜角分别设定为满足布鲁斯特角，同时以相对于第二波导路1802的中央线成线对称的方式，把第一波导路1801和第三波导路1803连接在第二波导路1802上。

这样可以抑制波导损失，同时可以修正因折射角造成的光线的弯曲，同时可以把第三光波导路1803的位置设定在任意部位，可以提高波导路设计的自由度。

在图10的第二十一实施例中，对为了修正因折射角造成的光线的弯曲而由弯曲波导路构成第二波导区域1802的方法进行了说明，也可以把第一波导路1801或第三波导路1803用弯曲的波导路构成。

此外由于图35的第二十一实施例是图28结构的变化示例，第一波导路1801、第二波导路1802和第三波导路1803的材料和形状等可以使用在上述实施例中说明的内容。

此外还可以把多个图35的结构串联连接，这样可以把与半导体不同的材料的波导区域分布配置，可以实现具有仅用半导体得不到的新特性的光波导路。

图36为表示本发明第二十二实施例的集成光波导路简要结构的立体图。

在图36中，在半导体基板1900上形成第一波导路WG1、第二波导路WG2和第三波导路WG3，第二波导路WG2配置在第一波导路WG1和第三波导路WG3之间。其中第一波导路WG1和第三波导路WG3可以设定成折射率相互相同，第一波导路WG1和第二波导路WG2可以设定成折射率相互不同。例如第一波导路WG1和第三波导路WG3可以用半导体材料构成，第二波导路WG2可以用半导体以外的材料构成。

第一波导路WG1和第二波导路WG2的边界面可以配置成相对第一波导路WG1的光传播方向倾斜。此外第二波导路WG2和第三波导路WG3的边界面可以配置成相对于在第一波导路WG1和第二波导路WG2的边界面上的光折射方向的延长线倾斜。其中使第二波导路WG2和第三波导路WG3的边界面相对于在第一波导路WG1和第二波导路WG2的边界面上的光折射方向的延长线倾斜的情况下，在第二波导路WG2和第三波导路WG3的边界面上的光的折射方向可以设定成与第三波导路WG3的光传播方向一致。此外在第一波导路WG1和第三波导路WG3上形成激光二极管。

也就是在半导体基板1900上层叠核心层1901，在核心层1901上层叠与半导体基板1900不同导电型的上部包覆层1902。再有作为半导体基板1900、上部包覆层1902，例如可以使用InP，作为核心层1901，例如可以使用GaInAsP。此外例如可以使半导体基板1901为n型，使上部包覆层1902为p型。

通过对顺序层叠有核心层1901和上部包覆层1902的半导体基板1900进行蚀刻加工，使上部包覆层1902、核心层1901和半导体基板1900的上部形成第一波导路WG1和第三波导路WG3的形状。然后使埋入层1903、1905分别在第一波导路WG1和第三波导路WG3两侧生长，形成埋入异质结构。再有作为埋入层1903、1905，例如可以使用掺杂Fe的InP绝缘层。

然后分别沿第一波导路WG1和第二波导路WG2的边界、第二波导路WG2和第三波导路WG3的边界把第一波导路WG1和第三波导路WG3之间的上部包覆层1902、核心层1901和半导体基板1900的上部去除。

通过以对应于第二波导路WG2的形状，把BCB等的有机材料埋入第一波导路WG1和第三波导路WG3之间，在半导体基板1900上形成连接在第一波导路WG1和第三波导路WG3上的第二波导路WG2。

此外在分别对应于第一波导路WG1和第三波导路WG3的配置位置，在上部包覆层1902上形成电极1906、1907，同时通过在半导体基板1900的背面形成电极1908，可以分别在第一波导路WG1和第三波导路WG3上形成激光二极管。

在图36的第二十二实施例中，以图28的结构为例对设置电极1906～1908的方法进行了说明，但也可以对上述图26或图33～图35的结构设置电极。

在图36的第二十二实施例中，由于是把用于注入电流的活性层设置在半导体波导路上的结构，所以第一波导路WG1、第二波导路WG2和第三波导路WG3的材料和形状等可以使用在上述实施例中说明的内容。

再有例如可以在半导体波导路部分形成衍射光栅，赋予波长选择性，可以制作分布反馈型(DFB)半导体激光器和分布反射器(DBR)等。

此外作为第二波导路WG2使用折射率的温度系数为负的材料的话，可以利用波长选择性使振动波长单一，同时可以得到温度改变而波长不变的激光器。

如以上说明所述，采用本发明的第三实施方式的话，即使把折射率相互不同的材料插入光波导区域之间，也可以抑制边界面的反射，同时可以提高波导方向的设计自由度，在制作集成光波导路时可以有效地灵活地应用适于解理、蚀刻和埋入等的结晶取向，可以简单而且容易地实现具有仅用半导体得不到的新特性的光波导路和光学装置。

产业上利用的可能性

如以上说明所示，采用本发明的话，利用在半导体基板中，把折射率和它对温度的依赖关系不同的材料应用于传输区域和/或波导路区域，可以提供加工和集成化容易、具有仅用半导体得不到的新特性的光半导体元件和光半导体集成电路。

Claims (13)

1.一种集成光波导路，其特征在于，具有：

在半导体基板上形成的第一光波导路；

在所述半导体基板上形成，折射率与所述第一光波导路不同的第二光波导路；和

配置在所述第一光波导路和所述第二光波导路的边界，以与所述第一光波导路隔开槽部并垂直波导方向的方式，在所述半导体基板上形成的半导体板，

在所述槽部填充具有与所述第一光波导路的折射率不同的折射率的物质，所述第一光波导路和所述半导体板的折射率相同，而且所述第二光波导路和填充到所述槽部的物质的折射率相同，分别设所述槽部的折射率和宽度为N₁、d₁，所述半导体板的折射率和厚度为N₂、d₂，设波导光的波长为λ，其关系满足

N₁d₁＞λ/2n、N₂d₂＞λ/2m、N₁d₁+N₂d₂＜λ/4(2l+1)

其中，l、m、n为满足n+m＝l关系的整数

或

N₁d₁＜λ/2n、N₂d₂＜λ/2m、N₁d₁+N₂d₂＞λ/4(2l+1)

其中，l、m、n为满足n+m＝l-1关系的整数。

2.如权利要求1所述的集成光波导路，其特征在于，

其满足关系

N₁d₁+N₂d₂＝±λ/(2π)[cos^-1{±(N₁ ²+N₂ ²)/(N₁+N₂)²}+2mπ]

N₁d₁-N₂d₂＝λ/2n

其中m、n是整数。

3.一种集成光波导路，其特征在于，具有：

在半导体基板上形成的第一光波导路；

在所述半导体基板上形成，折射率与所述第一光波导路不同的第二光波导路；

配置在所述第一光波导路和所述第二光波导路的边界，以与所述第一光波导路隔开第一槽部并垂直波导方向的方式，在所述半导体基板上形成的第一半导体板；和

以与所述第一半导体板隔开第二槽部并垂直波导方向的方式，在所述半导体基板上形成的第二半导体板，

在所述第一槽部和所述第二槽部填充具有与所述第一光波导路的折射率不同的折射率的物质，所述第一光波导路、所述第一半导体板和所述第二半导体板的折射率相同，而且所述第二光波导路、所述第一槽部和所述第二槽部的折射率相同，分别设所述第一槽部的折射率和宽度为N₁、d₁，所述第一半导体板的折射率和厚度为N₂、d₂，设波导光的波长为λ，其关系满足

N₁d₁＞λ/2n、N₂d₂＞λ/2m、N₁d₁+N₂d₂＜λ/4(2l+1)

其中，l、m、n为满足n+m＝l关系的整数

或

N₁d₁＜λ/2n、N₂d₂＜λ/2m、N₁d₁+N₂d₂＞λ/4(2l+1)

其中，l、m、n为满足n+m＝l-1关系的整数。

4.如权利要求3所述的集成光波导路，其特征在于，

所述第一半导体板和所述第二半导体板的厚度相互不同，或所述第一槽部和所述第二槽部的宽度相互不同。

5.如权利要求3或4所述的集成光波导路，其特征在于，

设所述第二半导体板的厚度为d₄，其关系满足

λ/2n-λ/16＜N₂d₄＜λ/2n+λ/16

其中，n为整数。

6.如权利要求3或4所述的集成光波导路，其特征在于，

设所述第二槽部的宽度为d₃，其关系满足

λ/2(n+1/4)＜N₁d₃＜λ/2(n+1)

其中，n为整数。

7.如权利要求3或4所述的集成光波导路，其特征在于，

在所述第一槽部和所述第二槽部填充具有与所述第一光波导路的折射率不同的折射率的物质，与所述第二半导体板相同厚度的半导体板分别隔开与所述第二槽部相同宽度的槽部而沿波导方向反复配置。

8.如权利要求1～4中任一项所述的集成光波导路，其特征在于，

所述第二光波导路由具有负的折射率温度微分系数的材料构成。

9.一种集成光波导路，其特征在于，

2个权利要求1～8中任一项所述的集成光波导路相互对向配置，所述第二光波导路的端面相互连接。

10.一种集成光波导路，其特征在于，

权利要求9所述的集成光波导路多次反复串联连接。

11.如权利要求1～4中任一项所述的集成光波导路，其特征在于，所述第一光波导路具有：

在所述半导体基板上形成的核心层；

层叠在所述核心层上，导电型与所述半导体基板不同的上部包覆层；

在所述上部包覆层上形成的第一电极；和

在所述半导体基板的背面形成的第二电极。

12.如权利要求3或4所述的集成光波导路，其特征在于，

所述第一光波导路和所述第二光波导路的至少一方具有波长选择性。

13.一种光学装置，其特征在于，具有：

权利要求3～12中任一项所述的集成光波导路。

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