JP2004221321A

JP2004221321A - 波長可変半導体光装置

Info

Publication number: JP2004221321A
Application number: JP2003006900A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Matsumoto; 啓資松本; Hitoshi Tada; 仁史多田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2004-08-05
Also published as: US20040136414A1

Abstract

【課題】チップ基板および光導波路を半導体材料で構成し、可動ミラーを用いて広い波長範囲を可変できる波長可変半導体光装置を提供する。
【解決手段】半導体基板１１上に形成された導波路構成の共振器用半導体レーザ２と、半導体レーザの共振器長方向に変位可能な可動ミラー４とを備え、可動ミラーは半導体レーザ導波路の一端面２ａに設けられ、可動ミラーの変位量に応じて前記半導体レーザの共振器長（Ｌ）を変化させることによりレーザ発振波長を可変し、可動ミラーは空洞４ｄを介して相対向する一対の金属薄膜４ａ，４ｂで構成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は波長可変半導体レーザ等の光素子を同一の半導体チップ上に形成した半導体光装置に関し、特に、光波長多重通信システムにおける送信器として用いる半導体レーザにおいて、任意に波長を可変できる波長可変レーザを有する波長可変半導体光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種回路素子を同一の半導体チップ上に形成してモノリシック集積回路構成とすることによって、回路装置の小型化、低コスト化、高信頼化、生産性向上が図られている。一方、情報通信機器の高性能化に伴う膨大なデータ通信量に対応するために、光ファイバを用いた光通信網の普及が不可欠となっている。半導体材料を用いた各種光素子は同一材料系で構成されることから、光通信網における光伝送路として、高速、小型で集積化が可能な半導体光導波路が広く用いられている。本発明の詳細な説明では、半導体光導波路を有し、各種半導体光素子を組合せて同一の半導体チップ基板に集積した構成体を「半導体光装置」と呼ぶこととする。
【０００３】
近年、光ファイバの伝送容量を高める波長分割多重（ＷＤＭ：ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘ）技術が注目されている。ＷＤＭ技術を用いれば、敷設済みの光ファイバの伝送能力を数十倍以上に高めることができる。このＷＤＭ通信システムの光源として用いる分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ：ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＦｅｅｄｂａｃｋＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）においては、通常１０〜５０ナノメートル（ｎｍ）の広い波長範囲において等間隔（通常０．４または０．８ｎｍ間隔）に発振波長を揃える必要があり、更に波長多重度が増すにつれ光源数の増加によりコストアップするという問題点があった。
【０００４】
これを解決するために、単体の半導体レーザを用いてＷＤＭシステムの全ての波長を揃えるのではなく、１つのチップで多くの波長に対応できる波長可変光源が求められている。
【０００５】
これらの波長可変光源は実用システムの光源として用いられるだけでなく、ＷＤＭ伝送装置のバックアップ光源として、多くの波長に対応できる光源を１つのチップで確保できれば、コスト低減、装置の小型化等の大きなメリットがある。また、半導体レーザの出力波長を変えることでネットワークの異なった地点に波長ルーティングを行うなど、将来の全光ネットワークを構築するために重要となる。
【０００６】
１つのチップで多くの波長を出力できる波長可変光源は、従来から種々のものが研究されてきた。最近では、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：ＶｅｒｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒ）にマイクロマシン技術（ＭＥＭＳ：ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅ）を利用した可動ミラーを集積化した波長可変レーザの開発が盛んに行われている（例えば、非特許文献１）。
【０００７】
上記非特許文献１に開示の基本構造は、活性層上にポリイミド層を形成し、更にその上部にＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２ミラーを形成した後、ポリイミド層を選択的に除去し、上部ミラーと活性層との間にエアギャップを形成している。上部ミラーと下部ミラーとの間に電圧を印可すると静電力が発生し、上部ミラーが下方に引っ張られたり反発したりしてエアギャップが変化して、発振波長が変化する。この面発光レーザの素子構造では、印可電圧４０Ｖで５０ｎｍの波長可変特性が報告されている。このように面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）構造でレーザの共振器長を変化させることにより、波長可変幅を大きくとれるように構成している。
【０００８】
一方、外部共振ミラーを半導体基板と平行な共振器方向に変位させて、発振波長を可変とする波長可変半導体レーザが開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００９】
また、単一波長で発振する半導体レーザと半導体光増幅器とを光導波路で結合して同一基板上に集積し、半導体レーザ部の温度制御手段により波長を可変とする技術が開示され（例えば、特許文献２）、また、リッジ導波路型半導体レーザの上部電極の直上またはリッジ導波路の両側に薄膜ヒータを搭載し、ヒータに加える電流を制御することによりレーザの発振波長を変える技術が開示されている（例えば、特許文献３）。
【００１０】
図１５にファブリペロー（ＦＰ）共振器の原理説明図を示す。ファブリペロー（ＦＰ）共振器内で光が安定して存在するためには、前進波と後進波による定在波ができ、且つ、対向した部分透過ミラーの配置位置が節になっていなければならない。即ち、ミラー間距離である共振器長Ｌは定在波節の間隔の整数倍であり、ファブリペロー（ＦＰ）共振器の共振条件は下記の式で表される。
【００１１】
Ｎを整数、ｎを共振器内の屈折率、Ｌを共振器長、λ_Ｎを光の波長とすると、
【数１】

また、共振器長がＬからＬ＋ΔＬに伸びた場合、波長の増分をΔλで表すと、共振条件は次式（２）で表される。
【数２】

（２）−（１）より、
【数３】

（１）と（３）よりＮを消去して次式（４）を得る。
【数４】

【００１２】
式（４）より波長の変化量はΔＬ／Ｌに比例することが分かる。よって、ＶＣＳＥＬのようにＬが小さくできる構造のものが、波長可変幅を大きくとるには有効である。例えば、λ＝１５５０ｎｍ，Ｌ＝３μｍ，ΔＬ＝０．１μｍとすると、Δλ＝５２ｎｍとなる。ＶＣＳＥＬを用いる他の利点は、縦モード間隔が広く、単一モード発振が得られ易いことである。
【００１３】
図１６にファブリペロー（ＦＰ）共振器の縦モードスペクトルの模式図を示す。共振すると光の透過率は高くなるので、ある周期で共振周波数のピークが現れる。以下の説明では、このような共振条件を満たす定在波パターンを縦モードと呼ぶ。式（１）、（２）と同様に、λ_Ｎとλ_Ｎ＋１の共振条件は次式（５）、（６）で表される。
【数５】

【数６】

式（５）、（６）より、縦モード間隔は次式（７）のようになる。
【数７】

例えば、λ_Ｎ＝１５５０ｎｍ，Ｌ＝３μｍ，ｎ＝３．２とすると、縦モード間隔は１２５ｎｍとなり、利得帯域幅より広くなり、単一モードで発振する。
【００１４】
更に、可動ミラーを用いる利点として、可動ミラーの間隔（即ち、エアギャップ）を制御する電圧が１つでよく、発振波長の制御が簡単にできることである。
【００１５】
【非特許文献１】
エレクトロニックスレターズ第３５巻、第１１版、１９９９年５月２７日刊、Ｐ．９００−９０１（ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＬＥＴＴＥＲＳ２７ｔｈＭａｙ１９９９Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．１１，Ｐ．９００−９０１）
【特許文献１】
特開平１０−２０９５５２号公報（第１図）
【特許文献２】
特開２００２−１６４６１５号公報（第１図）
【特許文献３】
特開２０００−２９４８６９号公報（第１図）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の非特許文献１に開示の面発光レーザにおいては、光出力は２ｍＷと低く、現在の単体レーザで得られる光出力が２０ｍＷ以上であることと比較すると不充分であり、また、同一基板上への集積工程が複雑であるという課題があった。
【００１７】
面発光レーザの光出力を増大させる方策として半導体光増幅器（ＳＯＡ：ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＯｐｔｉｃａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）を用いる方法がある。半導体光増幅器（ＳＯＡ）を波長可変レーザと同一基板上に集積化する場合、半導体光増幅器の増幅利得を大きくするためには、増幅媒質長を長くする必要があり、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）タイプでは基板に垂直に光が放射されるため、基板に垂直方向に集積化しようとすると、膜厚はある程度以上大きくできないため、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）タイプと半導体光増幅器（ＳＯＡ）を同一基板上に垂直方向に集積化することは困難であった。
【００１８】
一方、特許文献１に開示の構成では、外部共振ミラー面を加熱して曲げを利用して変位させるものであり、新たな加熱用レーザが必要であり、変位量の制御に難点があった。
【００１９】
また、特許文献２および特許文献３に開示の構成では、温度制御手段によって発振波長を変化させるものであり、応答速度が遅く、発振波長の変化とともに光出力も変化する等の問題があった。
【００２０】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、可動ミラーを用いて任意に波長を可変できる波長可変半導体レーザにおいて、同一基板上に共振方向（基板と水平方向）に半導体光増幅器（ＳＯＡ）と波長可変レーザを集積化し、レーザの高出力が得られ、作製が容易で低コストで、高速、小型の波長可変半導体光装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る波長可変半導体光装置は、半導体基板上に形成された導波路構成の共振器用半導体レーザと、半導体レーザの共振器長方向に変位可能な可動ミラーと、を備え、可動ミラーは半導体レーザ導波路の一端面に設けられ、可動ミラーの変位量に応じて前記半導体レーザの共振器長を変化させることによりレーザ発振波長を可変する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図１４を用いて本発明の実施の形態について詳述する。なお、各図において共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明については省略している。
【００２３】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る半導体光装置について図１乃至図１１を参照して以下に説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体光装置１の基本構成を示す概略斜視図である。図１に示す基本構成では、半導体レーザ（ＬＤ）部２と半導体光増幅器（ＳＯＡ）部３はバットジョイント成長を用いて、同一チップ基板上に光の伝搬方向に配列し集積化している。半導体レーザ部２と半導体光増幅器部３はそれぞれレーザ給電用電極７と光増幅器給電用電極８を介して給電される。ここで、半導体レーザ部２と半導体光増幅器部３は同一の活性層を共用して光導波路９を構成してもよい。光導波路のレーザ光Ｃの出力端部である光増幅器部３の先端部分は、曲がり導波路の埋め込み窓構造として端面反射率を下げることにより、反射戻り光が発生しないようにしている。
【００２４】
半導体レーザ部２のレーザ光Ｃの出力端部と反対側の一方の端面２ａ側に、基板と水平方向（即ち、共振器長方向）に移動調整可能な可動ミラー４を集積化している。この可動ミラー４は、エアギャップを介在して所定距離だけ離間して相対向する１対の金属反射板（後述する第１メタル層４ａ，第２メタル層４ｂ）を貼り合せた構成であり、例えば、第１メタル層４ａは定位置に固定し、第２メタル層４ｂは可動調整できるようにしたもので、反射板の部材としては光に対して高反射率のものが使用される。
【００２５】
好ましい本実施の形態では、これらの反射膜は、例えばアルミニウム等の金属膜を蒸着することにより形成され、光の反射率を高める構成としている。反射部端面に形成された蒸着金属膜の反射率が３０％以上となるように構成してもよい。なお、反射膜の他の金属材料としては、チタン、クロム、金、プラチナ、ニッケル等も使用可能である。第１と第２金属反射板４ａ、４ｂはそれぞれ１対の第１及び第２ミラー可動用電極６ａと６ｂと連結されて電圧が印可され、この電圧印可による静電力により、第２金属反射板４ｂの反射面位置が移動調整される。
【００２６】
このように、半導体レーザ部２の共振器長Ｌは、可動ミラー４の第２金属反射板４ｂと半導体レーザ部２の端面２ａ側に固定された第１金属反射板４ａ間に形成されたエアギャップ距離を変えることで調整される。本実施の形態では、半導体レーザ部２の共振器長Ｌは５〜１００μｍに設定され、通常の半導体レーザの場合より短くしている。これは前述の式（４）に示したように、共振器長Ｌを小さくした方が波長可変幅が大きくとれるためである。
【００２７】
一方、半導体レーザ部２と半導体光増幅器部３間にはエッチングにより断面形状が略矩形凹部の分離溝５を形成して所定距離だけ離間させ、両者の屈折率に差異（ミスマッチ）を設定することにより、この分離溝部５で光の反射が発生するように構成している。これにより、半導体レーザ部２でファブリペロー（ＦＰ）共振器のモード発振が起こる。なお、ファブリペロー（ＦＰ）共振器は半導体レーザ部２の光出射面および光入射面に、例えば、ＳｉＯ_２とシリコンを積層して形成した多層反射膜構成としてもよい。このようなファブリペロー（ＦＰ）共振器内で光が安定して存在するためには、対向したミラーの配置位置が節になり、共振器長Ｌは定在波節の間隔の整数倍となるように設定される。
【００２８】
＜動作原理＞
波長可変の動作原理は、図１において、従来技術で説明したように、半導体レーザ部２の端面２ａに形成した可動ミラー４の相対向する２つの金属反射板４ａと４ｂに、それぞれ第１及び第２ミラー可動用電極６ａ，６ｂを介して電圧を印可して金属反射板４ａ，４ｂ間に静電力を発生させる。この静電力により、金属反射板４ａ，４ｂが互いに引っ張られたり反発したりして後述する両金属反射板４ａ，４ｂ間のエアギャップ（４ｄ）距離を変化させている。このように、金属反射板４ａ，４ｂ間に形成されたエアギャップ距離が変化することにより、レーザ共振器の発振波長を変化させている。
【００２９】
＜作製方法＞
図２〜図１１は本実施の形態１に係る半導体光装置の製造方法を説明するための各工程を示す図である。図２〜図１１に示す半導体光装置の作製方法では、波長可変半導体レーザ（ＬＤ）と半導体光増幅器（ＳＯＡ）を同一のチップ基板に集積するとともに、レーザ共振器長方向（基板と水平長手方向）に、反射面位置が調整移動できる可動ミラーを半導体レーザの一端面に集積化したモノリシック集積型の半導体光装置を作製するものである。
【００３０】
（１）レーザ部活性層・光増幅層の形成
図２に示すように、第１導電型（ｎ型）ＩｎＰ基板１１の上面に、第１導電型（ｎ型）ＩｎＰクラッド層１２、レーザ活性層１４、第２導電型（ｐ型）ＩｎＰクラッド層１５をこの順に形成して、波長可変半導体レーザ部２の積層体を構成する。その後、上記半導体レーザ部２の積層体以外の部分を除去し、ＩｎＰ基板１１の上に、ＩｎＰクラッド層１２、光増幅層１３、ＩｎＰクラッド層１５をこの順に形成して半導体光増幅器部３の積層体とする。なお、半導体レーザ部２の活性層１４と半導体光増幅器部３の光増幅層１３は同一の深さ（高さ）レベルに形成され、また、同一の活性層を共用する構成としてもよい。
【００３１】
（２）光導波路リッジ形成
次に、図３に示すように、光導波路リッジ形成用の絶縁膜１６を用いて帯状に被覆し、基板上のリッジ形成用絶縁膜１６で被膜された積層部分だけを残し、他の積層部分を除去する。これにより、半導体レーザ部２では、ＩｎＰクラッド層１２、レーザ活性層１４、ＩｎＰクラッド層１５、絶縁膜１６より成る幅１〜２μｍ、深さ（高さ）１〜４μｍの導波路リッジ９を形成する。同様に、半導体光増幅器部３では、ＩｎＰクラッド層１２、光増幅層１３、ＩｎＰクラッド層１５、絶縁膜１６より成る導波路リッジ９を形成する。
【００３２】
（３）埋込成長
図４に示すように、導波路リッジ９の両側に、ＩｎＰ埋込層１７を埋込成長を行うことにより形成する。この埋込層１７の構造はｐ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＰの多層構造でもよく、また、半絶縁性ＩｎＰを含むものでもよい。
【００３３】
（４）コンタクト層形成
図５に示すように、リッジ形成用の絶縁膜１６を除去した後、導波路リッジ９とＩｎＰ埋込層１７の上面に第２導電型（ｐ型）コンタクト層１８を形成する。
【００３４】
（５）分離メサ形成
図６に示すように、半導体レーザ部２の端面２ａ側、導波路部分の両側、半導体レーザ部２と半導体光増幅器部３との間にドライエッチングにより素子分離メサ構造として分離溝５を形成する。このようにして、反射部は半導体基板１１の所定箇所をドライエッチングすることにより、矩形状の掘り込み凹部として形成される。
【００３５】
（６）コンタクト用電極の形成
図７（ａ）はコンタクト用電極の形成を説明するための斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）の半導体光装置の上面から図中矢印Ａで示す端面方向を見た要部上面図である。同図に示すように、半導体光装置全面にパッシベーションおよび半導体レーザ部２の端面の無反射コーティングを兼ねた第１絶縁膜層１９ａを形成する。この第１絶縁膜層１９ａのコンタクト用電極を形成する部分に開口を形成する（図示せず）。その後、第１メタル層４ａ及び第１ミラー可動用電極６ａ、給電用電極７，８を導波路部の上面部および半導体レーザ部の端面２ａ部に同時に形成する。半導体レーザ部の端面２ａに形成した第１メタル層４ａ部分は第１ミラー可動用電極６ａと連結されている。さらに、端面２ａの活性層１４部分に対応する箇所に開口穴４ｃを形成してレーザ光が射出通過できるようにする。ここで、「コンタクト用電極」とは第１メタル層４ａのうち、半導体レーザ（ＬＤ）と半導体光増幅器（ＳＯＡ）上部の半導体とメタル層が直接接触する部分（図７の斜線部）のことを意味している。
【００３６】
（７）犠牲層形成
図８（ａ）は犠牲層の形成を説明するための斜視図、図８（ｂ）は図８（ａ）の半導体光装置の上面から図中矢印Ａで示す端面方向を見た要部上面図である。同図に示すように、半導体光装置の上面および端面全体に第２絶縁膜層（犠牲層）１９ｂを形成し、フォトレジスト２０でパターニングして半導体レーザ部２の端面２ａ側に開口２０ａを形成し、開口部内の第２絶縁膜層１９ｂをエッチングにより除去する。形成された開口２０ａは後述のミラー保持絶縁用の第３絶縁膜１９ｃを設けるための開口部として使用される。
【００３７】
（８）ミラー保持絶縁膜形成
図９（ａ）はミラー保持絶縁膜の形成を説明するための斜視図、図９（ｂ）及び９（ｃ）は図９（ａ）の半導体光装置の上面から図中矢印Ａで示す端面方向を見た要部上面図である。図９（ｂ）に示すように、フォトレジスト２０が形成された状態で、第３絶縁膜層１９ｃをレーザ部導波路端面上と開口２０ａ内の底面部に形成してミラー保持絶縁膜とする。第３絶縁膜層１９ｃは第１絶縁膜層１９ａと同じ材料であってもよい。次に、図９（ｃ）に示すように、リフトオフ法によりフォトレジスト２０を除去することにより、第３絶縁膜層１９ｃのうち開口２０ａの底部に形成された第３絶縁膜層１９ｃの部分が残り、これが一対のミラー保持絶縁膜となる。
【００３８】
（９）ミラー電極形成
図１０（ａ）はミラー電極の形成を説明するための斜視図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の半導体光装置の上面から図中矢印Ａで示す端面方向を見た要部上面図である。同図に示すように、第２ミラー用電極６ｂを導波路を挟んで第１ミラー用電極６ａと略対称位置に形成し、半導体レーザ部の端面の中央部に形成された第２絶縁膜層（犠牲層）１９ｂ部とミラー保持絶縁膜１９ｃの上面部に跨るように第２メタル層４ｂを形成して、この第２メタル層４ｂと第２ミラー用電極６ｂとが連結または一体的に構成される。第２メタル層４ｂの左右両端部はミラー保持絶縁膜１９ｃで固着保持される。このように、一対のミラー保持絶縁膜１９ｃは可動ミラーの第２メタル層４ｂの両端部を固着保持する橋脚部として機能している。
【００３９】
（１０）犠牲層除去
図１１（ａ）は犠牲層の除去を説明するための斜視図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の半導体光装置の上面から図中矢印Ａで示す端面方向を見た要部上面図である。同図に示すように、犠牲層である第２絶縁膜層１９ｂを選択的に除去することにより、一対のミラー保持絶縁膜１９ｃを介して相対向する第１と第２の金属薄膜４ａと４ｂより成る可動ミラー４が形成され、第１と第２の金属薄膜４ａと４ｂ間には犠牲層除去により形成された所定間隔のエアーギャップ（空洞）４ｄが介在している。
【００４０】
第２絶縁膜層（犠牲層）１９ｂを除去する方法としては、例えば、第１絶縁膜層１９ａと第３絶縁膜層１９ｃにＳｉＯ_２を用い、第２絶縁膜層１９ｂにＳｉＮを用いた場合は、ＳｉＮはＳｉＯ_２に比べてプラズマエッチングに対するエッチングレートが大きいため、プラズマエッチングを用いてＳｉＮ（第２絶縁膜層１９ｂ）を選択的に除去できる。
【００４１】
または、第１絶縁膜層１９ａと第３絶縁膜層１９ｃにＳｉＮを用い、第２絶縁膜層９ｂにＳｉＯ_２を用いれば、ＳｉＯ_２はＳｉＮに比べてウエットエッチングに対するエッチングレートが大きいため、ウエットエッチングを用いてＳｉＯ_２（第２絶縁膜層１９ｂ）を選択的に除去できる。
【００４２】
（１１）裏面工程
基板１１を研磨することにより１００μｍ程度に薄くして裏面に電極を形成する（図示せず）。この裏面工程を行った後で、前述の犠牲層（１９ｂ）の除去を行ってもよい。
【００４３】
上記構成により、半導体レーザの活性層１４から放出された発振用レーザ光は可動ミラー４の第２金属薄膜４ｂで反射されて活性層１４に戻され、電圧印可による静電力で第２金属薄膜４ｂの位置を可動調整することによりレーザ発振波長を可変としている。よって、レーザの高出力が得られるとともに、作製が容易で低コストな波長可変半導体レーザを得ることができる。
【００４４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る半導体光装置について図１２を参照して以下に説明する。図１２は、本発明の実施の形態２に係る半導体光装置の基本構成を模式的に示す概略縦断面図である。本実施の形態２の基本構成、動作原理、製造方法は実施の形態１と同様であり、相違点は、図１に示す実施の形態１では可動ミラー４を半導体レーザ部の導波路端面２ａに直接固着し集積化したが、本実施の形態２では、導波路端面２ａのレーザ発振光射出側の基板内に断面形状が略矩形の凹部２ｃを形成し、可動ミラー２４をこの凹部２ｃ内の導波路端面２ａと対向する端面に固着配置した変形例である。ここで、実施の形態１と同様に、可動ミラー２４はエアギャップを介在して相対向する１対の金属反射板で構成し、一方は定位置に固定し、他方は可動調整されるようにしてもよい。
【００４５】
即ち、基板内に形成された凹部２ｃは、導波路端面２ａと相対向し基板面と垂直な垂直面２ｂを有し、可動ミラー２４の一方の反射板端面２４ｂをこの凹部の垂直面２ｂに固定配置し、他方の反射板端面２４ａを、実施の形態１と同様の方法により、可動とするように構成する。
【００４６】
活性層１４から放出されたレーザ光は可動ミラー４の可動反射面２４ａで反射されて活性層１４に戻され、実施の形態１と同様の方法で、反射面２４ａの位置を可動調整することにより、レーザ発振波長を可変とした波長可変半導体レーザを得ることができる。
【００４７】
上記構成により、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、可動ミラーを基板内の凹部に埋設したので、反射面が外部に露出されることがなく、反射膜の劣化を防止し、外部部材との接触損傷から保護される。また、可動ミラーを基板内部に埋設配置したことにより、半導体光装置の高さ方向のサイズ（厚さ）を低減でき、装置の小型化を図ることができる。
【００４８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る半導体光装置について図１３を参照して以下に説明する。図１３は、本発明の実施の形態３に係る半導体光装置の基本構成を模式的に示す概略縦断面図である。その基本構成、動作原理は実施の形態２と同様であり、相違点は、本実施の形態３では、可動ミラー２４を基板面上に基板面と平行（水平方向）に配置し、断面形状が略逆台形の空洞凹部２ｃを基板内に形成し、空洞凹部２ｃは半導体レーザ部の導波路端面２ａと対向位置に傾斜角度が略４５°の傾斜面２ｂ’を有し、傾斜面２ｂ’で反射した光を可動ミラー２４の反射面２４ａで反射するようにしたことである。ここで、実施の形態１と同様に、可動ミラー２４はエアギャップを介在して相対向する１対の金属反射板で構成し、一方は定位置に固定し、他方は可動調整されるようにしてもよい。
【００４９】
可動ミラー２４の設置方法は、先ず、基板内部に半導体レーザ部の導波路端面２ａと傾斜面２ｂ’間で規定される空洞凹部２ｃを形成する。次に、空洞凹部２ｃにポリイミド材を充填して、可動ミラー２４をその一端部側を傾斜面２ｂ’の上部に位置する基板の上面１１ａ部上に固着し、その他端部側を自由端となるように、可動ミラー２４を基板の長手方向と平行に設置する。従って、可動ミラーの下端反射面２４ａは基板上面１１ａと同一高さレベルとなる。可動ミラーを固定した後で、充填したポリイミド充填材を除去して空洞凹部２ｃ上に突出した可動ミラー梁状自由端部２４ｃが形成される。その他の製造工程および動作原理は、実施の形態１，２と同様である。
【００５０】
このように本実施の形態３では、半導体レーザの共振器端面２ａの近傍で、基板内部に形成した傾斜面２ｂ’をレーザ光の反射面として使用し、この反射面を用いて光の伝播方向を基板面に垂直方向に変化させている。可動ミラー２４の空洞凹部２ｃ上に水平方向に突出した梁状自由端部２４ｃの下側反射面２４ａが、実施の形態１と同様の方法で可動調整され、レーザ発振波長を可変とした波長可変半導体レーザを得ることができる。
【００５１】
これにより、基板と垂直方向に移動する可動ミラー２４を基板と平行水平な面に形成し、この可動ミラーを反射ミラーとして用いることにより、ミラーの可動距離に応じてレーザ発振波長を可変できる。
【００５２】
上記構成により、活性層１４から放出されたレーザ発振光は傾斜面２ｂ’で反射した後、可動ミラー２４の反射面２４ａで反射されて活性層１４に戻り、反射面２４ａの位置を可動調整することにより、実施の形態１、２と同様にレーザ発振波長を可変とすることができ、波長可変幅を大きくとることができる。
【００５３】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態に係る半導体光装置について図１４を参照して以下に説明する。図１４は、本発明の実施の形態４に係る半導体光装置の基本構成を模式的に示す概略縦断面図である。本実施の形態４の基本構成、動作原理は実施の形態３と同様であり、相違点は、本実施の形態４では、可動ミラー２４を基板内に基板面と平行に埋設配置したことである。
【００５４】
即ち、断面形状が略逆台形の空洞凹部２ｃの傾斜面２ｂ’の上部に段差平坦部１１ｂを形成し、可動ミラーの下側反射面２４ａの後方端部を上記基板内の段差平坦部１１ｂ上に固定する。このように可動ミラー２４を基板面１１ａより内部に基板面と平行に設置し、このとき可動ミラーの上面２４ｂが基板の上面１１ａと同一高さレベルとなるようにしている。他の構成、動作原理、および、可動ミラーの設置工程は、実施の形態３と同様である。
【００５５】
本実施の形態４によれば、実施の形態３と同様の効果が得られるとともに、可動ミラーを基板内部に埋設配置したことにより、可動ミラーの厚みが基板面上部に突出増加されることがなく、半導体光装置の高さ方向のサイズ（厚さ）を低減できる。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、基板および光導波路を半導体材料で構成し、可動ミラーを用いて広い波長範囲を可変にできる波長可変半導体光装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体光装置の基本構成を示す概略斜視図。
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体光装置の製造工程を示す概略斜視図。
【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体光装置の製造工程を示す概略斜視図。
【図４】本発明の実施の形態１に係る半導体光装置の製造工程を示す概略斜視図。
【図５】本発明の実施の形態１に係る半導体光装置の製造工程を示す概略斜視図。
【図６】本発明の実施の形態１に係る半導体光装置の製造工程を示す概略斜視図。
【図７】（ａ）は本発明の実施の形態１に係る半導体光装置の製造工程を示す概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の半導体光装置の上面から図中矢印Ａで示す端面方向を見た要部上面図。
【図８】（ａ）は本発明の実施の形態１に係る半導体光装置の製造工程を示す概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の半導体光装置の上面から図中矢印Ａで示す端面方向を見た要部上面図。
【図９】（ａ）は本発明の実施の形態１に係る半導体光装置の製造工程を示す概略斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）の半導体光装置の上面から図中矢印Ａで示す端面方向を見た要部上面図。
【図１０】（ａ）は本発明の実施の形態１に係る半導体光装置の製造工程を示す概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の半導体光装置の上面から図中矢印Ａで示す端面方向を見た要部上面図。
【図１１】（ａ）は本発明の実施の形態１に係る半導体光装置の製造工程を示す概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の半導体光装置の上面から図中矢印Ａで示す端面方向を見た要部上面図。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る半導体光装置の基本構成を模式的に示す概略縦断面図。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る半導体光装置の基本構成を模式的に示す概略縦断面図。
【図１４】本発明の実施の形態４に係る半導体光装置の基本構成を模式的に示す概略縦断面図。
【図１５】ファブリペロー共振器の原理説明図。
【図１６】ファブリペロー共振器の縦モードスペクトルの模式図。
【符号の説明】
１半導体光装置、２半導体レーザ部、２ａ半導体レーザ部端面、２ｂ垂直面、２ｂ’ 傾斜面、２ｃ凹部、３半導体光増幅器部、４，２４可動ミラー、４ａ，４ｂ金属反射板、５分離溝、６ａ，６ｂミラー可動用電極、７，８給電用電極、９光導波路、１１ＩｎＰ基板、１１ａ基板面、１１ｂ段差平坦部、１２，１５ＩｎＰクラッド層、１３光増幅層、１４レーザ活性層、１６リッジ用絶縁膜、１７ＩｎＰ埋込層、１８コンタクト層、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ絶縁膜層、２０フォトレジスト、２０ａ開口部、２４ａ，２４ｂミラー反射面、２４ｃミラー自由端部

Claims

半導体基板上に形成された導波路構成の共振器用半導体レーザと、該半導体レーザの共振器長方向に変位可能な可動ミラーと、を備えた半導体光装置であって、
前記可動ミラーは前記半導体レーザ導波路の一端面に設けられ、前記可動ミラーの変位量に応じて前記半導体レーザの共振器長を変化させることでレーザ発振波長を可変にした波長可変半導体光装置。
半導体基板上に形成された導波路構成の共振器用半導体レーザと、該半導体レーザの共振器長方向に変位可能な可動ミラーと、を備えた半導体光装置であって、
前記可動ミラーは前記半導体レーザ導波路の一端面と対向した基板内壁面に設けられ、前記可動ミラーの変位量に応じて前記半導体レーザの共振器長を変化させることでレーザ発振波長を可変にした波長可変半導体光装置。
半導体基板上に形成された導波路構成の共振器用半導体レーザと、前記半導体基板面と垂直方向に変位可能な可動ミラーと、を備えた半導体光装置であって、
前記半導体基板は前記半導体レーザ導波路の一端面のレーザ光射出側近傍に形成された一部が傾斜面からなる凹部を有し、該傾斜面での反射により前記導波路の一端面からの照射レーザ光の伝播方向が前記半導体基板に垂直方向に変化し、且つ前記可動ミラーは前記傾斜面の上部に固着され、前記可動ミラーの変位量に応じて前記半導体レーザの共振器長を変化させることでレーザ発振波長を可変にした波長可変半導体光装置。
前記傾斜面はその上部に前記半導体基板と平行な段差平坦部を有し、前記可動ミラーは前記段差平坦部上に固着されている請求項３に記載の波長可変半導体光装置。
前記可動ミラーが空洞を介して相対向する一対の金属薄膜で構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長可変半導体光装置。
前記半導体レーザと半導体光増幅器とを分離溝を介して光導波路で結合して前記半導体基板上に集積化した請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長可変半導体光装置。
前記半導体レーザの共振器長が１００μｍ以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長可変半導体光装置。