CN118117448A - 波长可调谐激光器元件及其制造方法 - Google Patents

波长可调谐激光器元件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

提供一种能够小型化的波长可调谐激光器元件及其制造方法。该波长可调谐激光器元件具备：衬底；多个第一光波导，设置于所述衬底；以及多个半导体元件，接合于所述衬底的一个面、且是所述多个第一光波导之上，所述半导体元件由III‑V族化合物半导体形成，具有光学增益，所述多个半导体元件的增益达到峰值的波长互不相同。

Description

波长可调谐激光器元件及其制造方法
技术领域
本公开涉及波长可调谐激光器元件及其制造方法。
背景技术
已知有波长可调谐激光器元件(例如非专利文献1等)。波长可调谐激光器元件具备具有光学增益的半导体元件、环形谐振器等。通过对环形谐振器的谐振波长进行调整来改变光的振荡波长。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Naoki Kobayashi et al.“Silicon Photonic Hybrid Ring-Filter External Cavity Wavelength Tunable Lasers”Journal of LightwaveTechnology,Vol.33,No.6,March 15 2015
发明内容
发明所要解决的问题
为了扩大出射光的波长范围，使多个半导体元件集成即可。但是，存在波长可调谐激光器元件变大的隐患。因此，本公开的目的在于提供一种能够小型化的波长可调谐激光器元件及其制造方法。
用于解决问题的手段
本公开所涉及的波长可调谐激光器元件具备：衬底；多个第一光波导，设置于所述衬底；以及多个半导体元件，接合于所述衬底的一个面、且是所述多个第一光波导之上，所述半导体元件由III-V族化合物半导体形成，具有光学增益，所述多个半导体元件的增益达到峰值的波长互不相同。
发明效果
根据本公开，能够提供一种能够小型化的波长可调谐激光器元件及其制造方法。
附图说明
图1是举例示出实施方式所涉及的波长可调谐激光器元件的俯视图。
图2A是沿着图1的线A-A的剖视图。
图2B是沿着图1的线B-B的剖视图。
图3A是举例示出半导体元件的增益的图。
图3B是举例示出光波导的光的透射率的图。
图4是举例示出波长可调谐激光器元件的制造方法的俯视图。
图5是举例示出波长可调谐激光器元件的制造方法的俯视图。
图6是举例示出波长可调谐激光器元件的制造方法的俯视图。
图7是举例示出波长可调谐激光器元件的制造方法的俯视图。
附图标记说明
10、50：衬底；14、14a、14b、14c、14d：光波导(第一光波导)；12、12a、12b、16、16a、16b：光波导(第二光波导)；16d：端部；17、18：环形谐振器；19：环形镜(第二反射部)；20、21、22、23：环形镜(第一反射部)；24、25、26、27、28、29：耦合器；30、32、34：加热器；35：加热器(第二选择部)；36、37：加热器(第一选择部)；51：掩埋氧化物层；52：Si层；53：波导芯；54：平台；55：槽；56：绝缘膜；60、64：包覆层；62：有源层；63：台面；66：接触层；67、68：电极；100：波长可调谐激光器元件。
具体实施方式
[本公开的实施方式的说明]
首先，列举本公开的实施方式的内容进行说明。
本公开的一个方式是(1)一种波长可调谐激光器元件，其中，所述波长可调谐激光器元件具备：衬底；多个第一光波导，设置于所述衬底；以及多个半导体元件，接合于所述衬底的一个面、且是所述多个第一光波导之上，所述半导体元件由III-V族化合物半导体形成，具有光学增益，所述多个半导体元件的增益达到峰值的波长互不相同。能够通过多个半导体元件射出波长不同的光。由于多个半导体元件接合于衬底，因此能够实现小型化。
(2)在上述(1)中，也可以是，具备设置于所述衬底的第一选择部，所述第一选择部选择所述多个第一光波导中的使光透过的第一光波导。驱动一个半导体元件，选择对应的一个第一光波导。能够使半导体元件的出射光向第一光波导传播。
(3)在上述(2)中，也可以是，所述第一选择部包含加热器，在两个所述第一光波导中的一个设置有所述加热器，所述第一选择部选择两个所述第一光波导中的使光透过的第一光波导。驱动一个半导体元件，选择对应的一个第一光波导。能够使半导体元件的出射光向第一光波导传播。
(4)在上述(1)至(3)的任一项中，也可以是，具备设置于所述衬底的第二光波导，所述第二光波导与所述多个第一光波导光学耦合。半导体元件的出射光在第二光波导中传播。
(5)在上述(4)中，也可以是，具备设置于所述衬底的第二选择部，所述第二光波导分支为两个，所述第一光波导与分支为两个的所述第二光波导中的一个光学耦合，另一个所述第一光波导与分支为两个的所述第二光波导中的另一个光学耦合，所述第二选择部选择分支的两个所述第二光波导中的使光透过的第二光波导。半导体元件的出射光在第二光波导中传播。
(6)在上述(4)或(5)中，也可以是，具备第一反射部和第二反射部，所述第一反射部与所述多个第一光波导光学耦合，所述第二反射部位于隔着所述多个半导体元件与所述第一反射部相反的位置，与所述第二光波导光学耦合。第一反射部和第二反射部形成激光谐振器。光被第一反射部以及第二反射部反射，进行激光振荡。由于第一反射部设置于第二光波导，因此能够使波长可调谐激光器元件小型化。
(7)在上述(4)至(6)的任一项中，也可以是，具备多个环形谐振器，所述多个环形谐振器设置于所述衬底，与所述第二光波导光学耦合。环形谐振器设置于第二光波导，因此能够使波长可调谐激光器元件小型化。
(8)在上述(1)至(7)中，也可以是，所述半导体元件具有第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述第一半导体层、所述有源层和所述第二半导体层依次层叠在所述衬底之上，所述第一半导体层具有第一导电型，所述第二半导体层具有与所述第一导电型不同的第二导电型。通过施加正向偏置电压，半导体元件生成光。通过施加反向偏置电压，半导体元件变得容易吸收光。
(9)在上述(1)至(8)中，也可以是，所述多个半导体元件的增益达到峰值的波长的差异为10nm以上。能够在增益高的范围内改变光的波长。通过在增益高的范围内驱动半导体元件，能够高效地射出光。
(10)一种波长可调谐激光器元件的制造方法，其中，所述波长可调谐激光器元件的制造方法具有：在衬底的一个面形成多个第一光波导的工序；以及在所述衬底的所述一个面、且是所述多个第一光波导之上接合多个半导体元件的工序，所述半导体元件由III-V族化合物半导体形成，具有光学增益，所述多个半导体元件的增益达到峰值的波长互不相同。能够通过多个半导体元件射出波长不同的光。由于多个半导体元件接合于衬底，因此能够实现小型化。
[本公开的实施方式的详细内容]
以下，参照附图对本公开的实施方式所涉及的波长可调谐激光器元件及其制造方法的具体例进行说明。此外，本公开并不限定于这些示例，而是由权利要求书示出，意图包含与权利要求书等同的意思以及范围内的全部变更。
<实施方式>
图1是举例示出实施方式所涉及的波长可调谐激光器元件100的俯视图。波长可调谐激光器元件100是具有衬底10和多个半导体元件40的混合型的光元件。衬底10具有与XY平面平行的面10a。多个半导体元件40与衬底10的面10a接合。
衬底10的平面形状为矩形。衬底10的两个边与X轴方向平行地延伸。另外两个边与Y轴方向平行地延伸。Z轴方向是XY平面的法线方向，是层的层叠方向。X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向相互正交。衬底10的X轴方向的长度L1例如为5mm。Y轴方向的长度L2例如为2.5mm。
衬底10是SOI(Silicon on Insulator：绝缘体上硅)衬底。在衬底10的面10a设置有光波导12、光波导14(第一光波导)、光波导16、环形谐振器17、环形谐振器18、环形镜19、环形镜20、环形镜21、环形镜22以及环形镜23。
光波导12以及光波导16与第二光波导对应。光波导16包含光波导16a、光波导16b以及光波导16c。光波导16a的一个端部16d位于衬底10的端部，作为光的出射端口而发挥功能。光波导16a包含直线部分和弯曲部分，从衬底10的该端部延伸至耦合器24。
在光波导16a中设置有环形镜19(第二反射部)、环形谐振器17以及环形谐振器18。在衬底10的端部与耦合器24之间，环形镜19、环形谐振器17以及环形谐振器18以该顺序排列。通过将光波导16a弯曲成环状而形成环形镜19。
环形谐振器17以及环形谐振器18与光波导16a光学耦合。环形谐振器17的直径与环形谐振器18的直径不同。环形谐振器17的FSR(Free Spectral Range，自由光谱范围，相邻的两个谐振波长的间隔)例如为2.7nm。环形谐振器18的FSR例如为3.0nm。在环形谐振器17设置有加热器30。在环形谐振器18设置有加热器32。
光波导16在耦合器24分支为两个。光波导16a的一个端部与耦合器24的一个端部光学耦合。光波导16b以及光波导16c各自的一个端部与耦合器24的另一个端部光学耦合。在光波导16b设置有加热器35。在光波导16c未设置加热器。光波导16b以及光波导16c的另一个端部与耦合器25的一个端部光学耦合。
光波导12包含光波导12a以及光波导12b。光波导12a以及光波导12b的端部与耦合器25的另一个端部光学耦合。光波导12a的另一个端部与耦合器26光学耦合。光波导12b的另一个端部与耦合器28光学耦合。
光波导14包含光波导14a、光波导14b、光波导14c以及光波导14d。光波导14a以及光波导14b各自的一个端部与耦合器26光学耦合。在光波导14a以及14b的中途设置有耦合器27。即，光波导14a以及光波导14b从耦合器26分支，延伸至耦合器27的一个端部，从耦合器27的另一个端部分支。在光波导14a中的耦合器26与耦合器27之间的部分设置有加热器36。在光波导14b未设置加热器。
在光波导14a的与耦合器26相反的端部设置有环形镜20。在光波导14b的与耦合器26相反的端部设置有环形镜21。
在光波导14a中的耦合器27与环形镜20之间的部分接合有半导体元件40。在光波导14b中的耦合器27与环形镜21之间的部分接合有半导体元件42。
光波导14c以及光波导14d与耦合器28光学耦合。在光波导14c以及光波导14d的中途设置有耦合器29。在光波导14c中的耦合器28与耦合器29之间的部分设置有加热器37。在光波导14d未设置加热器。
在光波导14c的与耦合器28相反的端部设置有环形镜22。在光波导14d的与耦合器28相反的端部设置有环形镜23。
在光波导14c中的耦合器29与环形镜22之间的部分接合有半导体元件44。在光波导14d中的耦合器29与环形镜23之间的部分接合有半导体元件46。
半导体元件40、半导体元件42、半导体元件44以及半导体元件46在两端具有锥形部。各个锥部具有沿着光波导而前端变细的形状。环形镜19的光的反射率例如为30％。环形镜20、环形镜21、环形镜22以及环形镜23中的每一个为第一反射部。环形镜20、环形镜21、环形镜22以及环形镜23的光的反射率比环形镜19的反射率高，例如为90％以上，也可以接近100％。耦合器24、耦合器25、耦合器26、耦合器27、耦合器28以及耦合器29例如既可以是多模干涉仪(MMI：Multi Mode Interference)，也可以是定向耦合器。
图2A是沿着图1的线A-A的剖视图，图示了包含光波导16b以及光波导16c这两个以及加热器35的剖视图。衬底10是SOI衬底，具有衬底50、掩埋氧化物层51以及硅(Si)层52。在衬底50的表面层叠有掩埋氧化物层51。在掩埋氧化物层51的与衬底50相反的面上层叠有Si层52。
Si层52具有波导芯53、平台54以及槽55。平台54的表面是Si的平面。波导芯53与平台54分离。在平台54与波导芯53之间设置有槽55。波导芯53以及平台54的表面形成衬底10的面10a。槽55比面10a凹陷，可以在Z轴方向上贯通Si层52，也可以在Z轴方向上延伸至Si层52的中途。
衬底50例如由Si形成。掩埋氧化物层51例如由氧化硅(SiO2)形成。Si层52例如由厚度为0.22μm的Si形成。波导芯53的宽度例如为0.42μm。
图2A的两个波导芯53中的一个作为光波导16b而发挥功能。另一个波导芯53作为光波导16c而发挥功能。通过波导芯53形成波长可调谐激光器元件100的光波导、环形镜以及环形谐振器。
如图2A所示，Si层52的上表面被绝缘膜56覆盖。在绝缘膜56的上表面且在光波导16b之上设置有加热器35。绝缘膜56由氮化硅(SiN)等绝缘体形成。加热器35例如由铂(Pt)等金属形成。
图2B是沿着图1的线B-B的剖视图，图示了包含半导体元件40以及半导体元件42的剖面。半导体元件40接合于光波导14a之上。半导体元件42接合于光波导14b之上。
半导体元件40具有包覆层60(第一半导体层)、有源层62、包覆层64以及接触层66(这两层为第二半导体层)。包覆层60与衬底10的Si层52接触，位于波导芯53、槽55以及平台54之上。在包覆层60之上依次层叠有有源层62、包覆层64以及接触层66。台面63通过有源层62、包覆层64以及接触层66形成，位于波导芯53之上。
绝缘膜56将包覆层60的上表面、台面63的侧面以及上表面覆盖。绝缘膜56在包覆层60之上具有开口部，在台面63之上具有开口部。电极67设置于包覆层60之上的开口部，与包覆层60的上表面接触。电极68设置在台面63之上的开口部，与接触层66的上表面接触。
包覆层60例如由n型(第一导电型)的磷化铟(InP)形成。有源层62包含多个阱层以及势垒层。多个阱层和多个势垒层交替层叠，形成多量子阱结构(MQW：Multi QuantumWell)。阱层以及势垒层例如由镓铟砷磷(GaInAsP)形成。包覆层64例如由p型(第二导电型)的InP形成。接触层66例如由p型的铟镓砷(InGaAs)形成。半导体元件的半导体层也可以由上述以外的III-V族化合物半导体形成。
电极67例如由金、锗以及镍的层叠体(Au/Ge/Ni)等金属形成。电极68例如由钛、铂以及金的层叠体(Ti/Pt/Au)等金属形成。
半导体元件42、半导体元件44以及半导体元件46具有与半导体元件40相同的结构。如图2B所示，半导体元件40与半导体元件42分离。半导体元件40的半导体层以及电极不与半导体元件42的半导体层以及电极接触。半导体元件40、半导体元件42、半导体元件44以及半导体元件46这四个相互分离，且电隔离。对四个半导体元件相互独立地进行控制。
四个半导体元件具有光学增益。通过对半导体元件施加正向偏置电压，半导体元件生成光。施加正向偏置电压是指对电极68施加正电压，对电极67施加负电压。在接触层66与包覆层60之间流过电流，向有源层62注入载流子而生成光。半导体元件与光波导通过瞬逝光耦合而光学耦合，光在它们之间转移。
通过对半导体元件施加反向偏置电压，半导体元件变得容易吸收光。施加反向偏置电压是指对电极68施加负电压，对电极67施加正电压。有源层62吸收光而产生载流子。由于载流子，电流流动。
图3A是举例示出半导体元件的增益的图。横轴表示波长。纵轴表示增益。半导体元件的X轴方向的长度为500μm。流过半导体元件的电流为100mA。
半导体元件40的增益由图3A中的实线表示，在波长1535nm附近具有峰值。半导体元件42的增益由点线表示，在波长1545nm附近具有峰值。半导体元件44的增益由虚线表示，在波长1555nm附近具有峰值。半导体元件46的增益由单点划线表示，在波长1565nm附近具有峰值。在多个半导体元件之间，增益达到峰值的波长例如相距10nm以上。峰值波长的差异起因于有源层62的组成的差异。增益的峰值比6dB高，在各半导体元件中是相等的大小。
将四个半导体元件在各自的增益高的波长频带中用作发光元件。例如，在约1530nm至约1540nm的范围内，将半导体元件40用作发光元件。在约1540nm至约1550nm的范围内，将半导体元件42用作发光元件。在约1550nm至约1560nm的范围内，将半导体元件44用作发光元件。在约1560nm至约1570nm的范围内，将半导体元件46用作发光元件。在各频带下，对用作发光元件的半导体元件施加正向偏置电压。对未用作发光元件的三个半导体元件施加反向偏置电压。
图3B是举例示出光波导的光的透射率的图。横轴是输入到加热器的功率。在此，以设置于光波导16b的加热器35为例。加热器35的长度为500μm。纵轴为透射率，在此，将射入到耦合器24的光中的向光波导12a以及光波导12b射出的光的比例设为各个光的透射率。实线表示光波导12a中的光的透射率。点线表示光波导12b中的光的透射率。
通过使电流流过加热器35，使加热器35发热。若光波导的温度发生变化，则折射率也发生变化。由于折射率的变化，使光容易向两个光波导16b以及光波导16c中的一个传播。如图3B所示，根据功率的变化，透射率例如如正弦曲线那样周期性地变化。向光波导12a的透射率和向光波导12b的透射率彼此为相反相位。在功率从0到2.5mW之间，向光波导12a的透射率增大。向光波导12b的透射率减小。在功率为2.5mW时，向光波导12a的透射率为1。向光波导12b的透射率为0。在功率从2.5mW到15mW之间，向光波导12a的透射率减小。向光波导12b的透射率增大。在功率为15mW时，向光波导12a的透射率为0。向光波导12b的透射率为1。
在功率为2.5mW时，向光波导12a的透射率变为最大，向光波导12b的透射率变为最小。在功率为15mW时，向光波导12b的透射率变为最大，向光波导12a的透射率变为最小。通过对功率进行控制，能够选择两个光波导12a以及光波导12b中的使光透过的光波导。加热器35作为从光波导12a以及光波导12b中选择使光透过的光波导的选择部(第二选择部)而发挥功能。
在输入至加热器36的功率与光向光波导14a的透射率以及向光波导14b的透射率之间，也成立与图3B同样的关系。加热器36作为选择两个光波导14a以及光波导14b中的使光透过的光波导的选择部(第一选择部)而发挥功能。在输入至加热器37的功率与向光波导14c的透射率以及向光波导14d的透射率之间，也成立与图3B同样的关系。加热器37作为选择两个光波导14c以及光波导14d中的使光透过的光波导的选择部(第一选择部)而发挥功能。
对波长可调谐激光器元件100的动作的例子进行说明。在例A中，使光从半导体元件40射出。在例B中，使光从半导体元件42射出。在例C中，使光从半导体元件44射出。在例D中，使光从半导体元件46射出。表1是举例示出半导体元件的状态的表。表2是举例示出加热器的状态的表。
表1
表2
在例A中，如表1所示，对半导体元件40施加正向偏置电压，流过100mA的电流。对半导体元件42、半导体元件44以及半导体元件46施加例如-1V的反向偏置电压。半导体元件40射出光。半导体元件42、半导体元件44以及半导体元件46的光的吸收率高于半导体元件40的光的吸收率。如表2所示，向加热器35输入2.5mW的功率。光波导12a以及光波导12b中的光波导12a被选择为光的路径。向加热器36输入2.5mW的功率。光波导14a以及光波导14b中的光波导14a被选择为光的路径。光波导12b以及光波导14b的光的透射率比光波导12a以及光波导14a的光的透射率低。不向加热器37输入功率(断开)。光波导14c以及光波导14d的光的透射率比光波导12a以及光波导14a的光的透射率低。
在例A中，从半导体元件40射出的光在光波导14a以及光波导12a中传播，也向光波导16传播。在光波导14a设置有环形镜20。在光波导16设置有环形镜19。两个环形镜、光波导以及半导体元件40形成激光谐振器。光在光波导中传播，通过环形镜19和环形镜20反复反射，进行激光振荡。
也向加热器30、加热器32以及加热器34输入功率。向加热器30以及加热器32输入功率，使环形谐振器17的谐振波长与环形谐振器18的谐振波长偏移。在环形谐振器17以及环形谐振器18的透射率的峰值一致的波长下，光进行激光振荡。通过向加热器34输入功率，使光波导16a的折射率发生变化，对光的相位进行调整。对激光谐振器的纵向模式进行调整。光的一部分透过环形镜19，向波长可调谐激光器元件100的外部射出。
泄漏到光波导14b的光被半导体元件42吸收。泄漏到光波导12b的光被半导体元件44以及半导体元件46吸收。来自环形镜21、环形镜22以及环形镜23的反射光难以传播到光波导16。光的波长的选择性变高，光谱线宽度变窄。
如图3A所示，半导体元件40在波长为1530nm至1540nm的范围内具有较高的增益。例A用于射出波长为1530nm至1540nm的光而使用。在将光的波长改变为其他的频带时，改变对半导体元件施加的电压以及向加热器输入的功率。
例B在射出波长为1540nm至1550nm的光时使用。如表1所示，对半导体元件42施加正向偏置电压。发光元件被切换为半导体元件42。对半导体元件40、半导体元件44以及半导体元件46施加反向偏置电压。半导体元件40、半导体元件44以及半导体元件46的光的吸收率变高。如表2所示，对加热器36施加15mW的功率。光的路径被切换为光波导14b。向加热器35输入2.5mW的功率。加热器37断开。
例C在射出波长为1550nm至1560nm的光时使用。如表1所示，对半导体元件44施加正向偏置电压。发光元件被切换为半导体元件44。对半导体元件40、半导体元件42以及半导体元件46施加反向偏置电压。半导体元件40、半导体元件42以及半导体元件46的光的吸收率变高。如表2所示，对加热器35施加15mW的功率。光的路径被切换为光波导12b。向加热器37输入2.5mW的功率。光波导14c被选择为光的路径。加热器36断开。
例D在射出波长为1560nm至1570nm的光时使用。如表1所示，对半导体元件46施加正向偏置电压。发光元件被切换为半导体元件46。对半导体元件40、半导体元件42以及半导体元件44施加反向偏置电压。半导体元件40、半导体元件42以及半导体元件44的光的吸收率变高。如表2所示，对加热器35施加15mW的功率。向加热器37输入15mW的功率。光的路径被切换为光波导14d。加热器36断开。在例B至例D中，对加热器30、加热器32以及加热器34的功率进行调整。
图4至图7是举例示出波长可调谐激光器元件100的制造方法的俯视图。如图4所示，在衬底10上形成光波导、环形镜以及环形谐振器。对衬底10的Si层52进行干式蚀刻，形成槽55。Si层52中未进行干式蚀刻的部分形成为波导芯53以及平台54。
如图5所示，将半导体元件40、半导体元件42、半导体元件44以及半导体元件46接合于衬底10的面10a。例如对包覆层60以及衬底10进行氮等离子体处理，使其活性化。使活性化后的面彼此接触，将半导体元件接合于衬底10。通过热处理使接合强度提高。半导体元件40、半导体元件42、半导体元件44以及半导体元件46由互不相同的晶片形成。每个晶片的有源层62的组成不同。由于组成的差异，产生图3A那样的增益的波长依赖性的差异。在接合工序的时间点下，半导体元件为矩形，将环形镜覆盖。
如图6所示，对半导体元件进行干式蚀刻，对半导体元件进行成型。半导体元件从环形镜之上被除去，而残留在光波导之上。在各个半导体元件形成台面63以及锥形部。
虽然在图7中省略了图示，但例如通过等离子体CVD法(PECVD：Plasma-enhancedChemical Vapor Deposition)形成绝缘膜56。通过蚀刻在绝缘膜56形成开口部。通过真空蒸镀以及剥离，形成加热器以及半导体元件的电极。对晶片状态的衬底10进行蚀刻，形成芯片型的波长可调谐激光器元件100。通过以上的工序形成波长可调谐激光器元件100。
通过在衬底的外部配置多个半导体元件，使半导体元件的光射入到光波导，能够形成波长可调谐激光器元件。但是，波长可调谐激光器元件变得大型。
根据本实施方式，在衬底10上在光波导之上接合有多个半导体元件40、半导体元件42、半导体元件44以及半导体元件46。由于集成有多个半导体元件，因此能够实现波长可调谐激光器元件100的小型化。能够使用多个半导体元件射出波长不同的光。
如图5所示，使半导体元件逐个分别与衬底10的光波导14a、光波导14b、光波导14c以及光波导14d接合。能够制造小型的波长可调谐激光器元件100。在接合后对半导体元件40、半导体元件42、半导体元件44以及半导体元件46进行蚀刻等，形成台面63以及锥形部等。台面63位于光波导之上，因此光在有源层62与光波导之间转移。半导体元件在端部具有锥形部，因此与光波导的耦合效率变高。
如图1所示，在衬底10设置有加热器36以及加热器37。通过加热器来选择光波导。选择与驱动的半导体元件对应的一个光波导。能够使半导体元件的出射光在光波导中传播。加热器36选择光波导14a以及光波导14b中的使光传播的光波导。加热器37选择光波导14c以及光波导14d中的使光传播的光波导。如图3B所示，通过改变功率，使两个光波导中的一个光波导的透射率变高，另一个光波导的透射率变低。除了加热器以外，也可以使用作为切换光波导的开关而发挥功能的元件。
光波导12a与光波导14a以及光波导14b光学耦合。半导体元件40的出射光以及半导体元件42的出射光在光波导12a中传播。光波导12b与光波导14c以及光波导14d光学耦合。半导体元件44的出射光以及半导体元件46的出射光在光波导12b中传播。光波导12a以及光波导12b与光波导16光学耦合。半导体元件的出射光在光波导16中传播。能够使光在光波导中传播，并从出射端口(端部16d)射出。
如图1所示，光波导12a与光波导14a以及光波导14b耦合。光波导12b与光波导14c以及光波导14d耦合。设置于光波导16b的加热器35选择光波导12a以及光波导12b中的使光传播的波导。如图3B所示，通过改变功率，使两个光波导中的一个光波导的透射率变高，使另一个光波导的透射率变低。除了加热器以外，也可以使用作为切换光波导的开关而发挥功能的元件。
在表1以及表2的例A中，对半导体元件40施加正向偏置电压，生成光。向加热器35输入2.5mW的功率，提高光波导12a的透射率。向加热器36输入2.5mW的功率，提高光波导14a的透射率。即，从多个半导体元件中的一个半导体元件射出光。选择接合有该一个半导体元件40的光波导14a。选择与光波导14a耦合的光波导12a。能够使半导体元件40的出射光向光波导12a、光波导14a以及光波导16传播。根据半导体元件的切换，也对光波导进行切换。能够改变光的波长而向光波导传播。
在波长可调谐激光器元件100设置有环形镜19、环形镜20、环形镜21、环形镜22以及环形镜23。环形镜19与半导体元件40、半导体元件42、半导体元件44以及半导体元件46的一个端部对置。环形镜20、环形镜21、环形镜22以及环形镜23配置为与半导体元件40、半导体元件42、半导体元件44以及半导体元件46对应，位于隔着半导体元件与环形镜19相反的位置。环形镜19和环形镜20、环形镜21、环形镜22以及环形镜23形成激光谐振器。由半导体元件产生的光被环形镜19和环形镜20、环形镜21、环形镜22以及环形镜23中的一个反射。光进行激光振荡。若针对每一个半导体元件设置两个环形镜，则环形镜的个数变为八个。如图1所示，环形镜19设置于光波导16，使四个半导体元件的光反射。环形镜的个数为五个。由于能够减少环形镜的个数，因此能够使波长可调谐激光器元件100小型化。
如图1所示，在衬底10设置有两个环形谐振器17以及环形谐振器18。使用加热器30以及加热器32对环形谐振器17以及环形谐振器18的谐振波长进行控制。使两个环形谐振器17以及环形谐振器18的透射率的峰值一致的波长成为振荡波长。若针对每一个半导体元件设置两个环形谐振器，则环形谐振器的个数变为八个。如图1所示，环形谐振器17以及环形谐振器18设置于光波导16，对四个半导体元件的出射光的波长进行调整。由于能够减少环形谐振器的个数，因此能够使波长可调谐激光器元件100小型化。环形谐振器的个数也可以为两个以上。
也可以设置环形镜以及环形谐振器以外的光学元件。光波导、环形谐振器、环形镜以及半导体元件的配置以及个数并不限定于图1的例子。
如图2B所示，半导体元件具有n型的包覆层60、有源层62、p型的包覆层64以及接触层66。通过施加正向偏置电压，向有源层62注入载流子而生成光。当施加反向偏置电压时，有源层62吸收光并产生载流子。通过对向半导体元件施加的偏置电压进行控制，能够在光的生成与光的吸收之间切换半导体元件的状态。对不使其发光的半导体元件施加反向偏置电压，提高光的吸收率即可。通过由半导体元件将光吸收，能够抑制不需要的反射光。
也可以按照距衬底10从近到远的顺序层叠n型的半导体层、有源层62、p型的半导体层。也可以层叠p型的半导体层、有源层62、n型的半导体层。
根据有源层62的组成来决定增益的波长依赖性。通过按每个半导体元件而改变有源层62的组成，如图3A那样使增益达到峰值的波长不同。半导体元件例如在10nm左右的频带具有较高的增益。由于在增益高的频带中驱动各半导体元件，因此跳模得到抑制，并且效率变高。由于可以不增大半导体元件的阈值电流密度，因此抑制了功耗的增大。光谱线宽度变窄。
增益达到峰值的波长的差异可以为5nm以上、10nm以上、15nm以上、20nm以上。在图3A的例子中，达到峰值的波长的差异为10nm以上。半导体元件的个数为四个。通过四个半导体元件，能够射出1530nm至1570nm的40nm范围的光。C波段(1529nm至1568nm)的频带大致被覆盖。驱动一个半导体元件的波长的范围可以是10nm，也可以是比10nm窄的范围，也可以是比10nm宽的范围。
通过增加半导体元件的个数，能够覆盖的波长频带变宽。与衬底10接合的半导体元件的个数为两个以上，也可以为四个以上。根据半导体元件的个数来改变光波导的条数。一个半导体元件与一个光波导接合。
以上，对本公开的实施方式进行了详述，但本公开并不限定于该特定的实施方式，在权利要求书所记载的本公开的主旨的范围内，能够进行各种变形、变更。

Claims (10)

1.一种波长可调谐激光器元件，其中，
所述波长可调谐激光器元件具备：
衬底；
多个第一光波导，设置于所述衬底；以及
多个半导体元件，接合于所述衬底的一个面、且是所述多个第一光波导之上，
所述半导体元件由III-V族化合物半导体形成，具有光学增益，
所述多个半导体元件的增益达到峰值的波长互不相同。
2.根据权利要求1所述的波长可调谐激光器元件，其中，
所述波长可调谐激光器元件具备设置于所述衬底的第一选择部，
所述第一选择部选择所述多个第一光波导中的使光透过的第一光波导。
3.根据权利要求2所述的波长可调谐激光器元件，其中，
所述第一选择部包含加热器，
在两个所述第一光波导中的一个设置有所述加热器，
所述第一选择部选择两个所述第一光波导中的使光透过的第一光波导。
4.根据权利要求1或2所述的波长可调谐激光器元件，其中，
所述波长可调谐激光器元件具备设置于所述衬底的第二光波导，
所述第二光波导与所述多个第一光波导光学耦合。
5.根据权利要求4所述的波长可调谐激光器元件，其中，
所述波长可调谐激光器元件具备设置于所述衬底的第二选择部，
所述第二光波导分支为两个，
所述第一光波导与分支为两个的所述第二光波导中的一个光学耦合，另一个所述第一光波导与分支为两个的所述第二光波导中的另一个光学耦合，
所述第二选择部选择分支的两个所述第二光波导中的使光透过的第二光波导。
6.根据权利要求4所述的波长可调谐激光器元件，其中，
所述波长可调谐激光器元件具备第一反射部和第二反射部，
所述第一反射部与所述多个第一光波导光学耦合，
所述第二反射部位于隔着所述多个半导体元件与所述第一反射部相反的位置，与所述第二光波导光学耦合。
7.根据权利要求4所述的波长可调谐激光器元件，其中，
所述波长可调谐激光器元件具备多个环形谐振器，所述多个环形谐振器设置于所述衬底，与所述第二光波导光学耦合。
8.根据权利要求1或2所述的波长可调谐激光器元件，其中，
所述半导体元件具有第一半导体层、有源层和第二半导体层，
所述第一半导体层、所述有源层和所述第二半导体层依次层叠在所述衬底之上，
所述第一半导体层具有第一导电型，
所述第二半导体层具有与所述第一导电型不同的第二导电型。
9.根据权利要求1或2所述的波长可调谐激光器元件，其中，
所述多个半导体元件的增益达到峰值的波长的差异为10nm以上。
10.一种波长可调谐激光器元件的制造方法，其中，
所述波长可调谐激光器元件的制造方法具有：
在衬底的一个面形成多个第一光波导的工序；以及
在所述衬底的所述一个面、且是所述多个第一光波导之上接合多个半导体元件的工序，
所述半导体元件由III-V族化合物半导体形成，具有光学增益，
所述多个半导体元件的增益达到峰值的波长互不相同。
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