光半導體元件和光半導體集成電路的制作方法

文檔序號：2731151閱讀：221來源：國知局

專利名稱：光半導體元件和光半導體集成電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體激光器、光波導路和其他光學裝置等的光半導體元件和光半導體集成電路，特別是涉及在半導體基板上把折射率和折射率對溫度的依賴關系不同的材料加以組合的光半導體元件和光半導體集成電路。
背景技術：
半導體激光器的振動波長隨周圍溫度和元件溫度而改變。例如象 K.Sakai， " 1.5 u m range InGaAsP/InP distributed feedback lasers," IEEEJ. Quantum Electron., vol.QW - 18， pp.1272 - 1278， Aug.1982發(fā)表的那樣，分布反饋型(DFB)激光器的振動波長對溫度的依賴關系為O.lnm/K 左右。這是由于半導體的折射率(n)具有對溫度的依賴關系，因此衍射光柵的布拉格波長(入B)按m入B:2nA …(1)變化。其中m為衍射次數(shù)，A為衍射光柵的周期。例如在作為光纖維通信的光源使用半導體激光器的情況下，特別是在進行使幾個不同波長的光信號在1根光纖維上多路傳送的波長多路通信(WDM:波分復用)的情況下，信號光波長的精度是重要的。因此使作為發(fā)光光源的半導體激光器的振動波長穩(wěn)定是不可缺少的。因此例如通過用珀爾帖(Peltier)元件進行半導體激光器的溫度控制，可以使半導體激光器的振動波長穩(wěn)定。此外作為不用珀爾帖元件進行溫度控制，使振動波長對溫度的依賴關系穩(wěn)定的方法，進行大的分類可以考慮2個方法。也就是第一個
方法是如H. Asahi et al, Jpn. J. Appl. phys" vol.35， pp丄875 - , 1996.所示，通過使用與^L在相比折射率對溫度的依賴關系小的半導體材料，僅利用半導體的結構降低對溫度的依賴關系的方法。第二個方法是利用半導體和半導體以外的材料的復合結構減少對溫度的依賴關系的方法。例如眾所周知"Hybrid integrated extennal Cavity laser without temperature dependent mode hopping ，，，T. Tanaka et al， Electron. Lett., vol.35， no.2，pp.149 - 150, 1999,所示，把半導體激光器和由半導體以外的材料構成的外部波導路組合的激光器，以及如特開2002 - 14247號公報所示，把半導體和具有與半導體相反的折射率對溫度的依賴關系的半導體以外的材料交互串聯(lián)連接的結構?？墒窃谟苗隊柼M行半導體激光器的溫度控制的方法中，存在元件結構和控制復雜化，同時消耗電能增加的問題。此外使用折射率對溫度依賴關系小的半導體材料，僅利用半導體的結構減小對溫度依賴關系的方法，至今為止還沒有可以實用化的新枋料的報告，開發(fā)新半導體材料在結晶的生長和制成元件方面非常困難。此外用使把半導體和半導體以外的材料組合的方法，希望可以不要光軸調整等盡可能簡單的組合?？墒羌词故窃诎雽w基板上旋轉涂敷有機材料等簡單的制作方法，例如使半導體和有機材料相互串聯(lián)連接構成分布反射器的情況下，為了制作得到優(yōu)良特性的1次衍射光柵，以1/4波長左右的長度使半導體和有機材料交互排列是必要的，加工難易程度和可靠性都存在大的問題。另一方面通過使半導體光波導路和由具有與半導體不同特性的材料構成的光波導路連接，可以得到具有僅用半導體得不到的新特性的光波導路。例如雖然半導體的折射率因溫度升髙而增加、也就是具有正的溫度依賴關系，但是具有把由與此相反因溫度升高折射率減低、也就是負的溫度依賴關系的材料構成的光波導路串聯(lián)連接在半導體光波導路上的方法。這樣作為整體可以得到作為折射率和波導路長度乘積的光學長與溫度沒有依賴關系的光波導路，如K.Tada et al. "Temperature compensated coupled cavity diode lasers" ， Optical and QuantumElectronics, vol.16, pp. 463 - 469,1訴4.發(fā)表的那樣，通過在半導體激光器外部構成由具有負的溫度依賴關系的材料構成的諧振器，可以實現(xiàn)振動波長與溫度無關的與溫度沒有依賴關系的激光器。也就是用半導體介質的有效折射率nD的增加，激光諧振器的光學長度nDLD隨溫度升高而增加。其中把激光二極管耦合連接在光學長度 nRLR隨溫度升高而降低的外部諧振器上的話，諧振器整體光學長度 riDLD+nnU相對溫度變成固定的條件可以用下面的(2)式給出。 (nDLD+nRLR)=LDanD/aT+nD3LD/aT+LR9nR/5T+nR3LR/5T=0…(2)其中anD/5T和孔d/aT—般為正，enR/aT和孔r/aT為負。其中在接合象半導體光波導路和由半導體以外的材料構成的波導路情況那樣地接合具有不同折射率的波導路的情況下，在其界面因2 個波導路的折射率不同產(chǎn)生反射。設第一光波導路的折射率為N,、第二光波導路的折射率為N2，為了簡化按平面波考慮的話，反射率R可以用以下(3)式給出。R= ( (N廣N2) / (N,+ N2) ) 2 …(3)向外部發(fā)射經(jīng)半導體和石英波導路傳播的光的情況下，由于波導路和外部的折射率不同而產(chǎn)生反射。因此例如在半導體光波導路中傳播的光從半導體激光器端面向空氣中發(fā)射的情況下，如草川徹著的"透鏡光學"東海大學出版會pp.273 288發(fā)表的那樣，通過使某特定厚度的蒸鍍膜在半導體端面上成膜，可以防止反射?？墒窃谑褂刹煌牧?構成的波導路在半導體基板上集成的情況下，難以高精度地形成這樣的反射防止膜。另一方面光傾斜入射到折射率相互不同的物質的邊界面的情況下，設入射角為0 ,、折射角為0 2的話，根據(jù)斯涅爾定律(Snell'slaw)，以以下的(4)式表示的方式在此邊界面產(chǎn)生折射。Sin0 !/sin0 2-N2/N, …(4)其中入射角為6 ,與布魯斯特角(Brewster angle) 0 B—致的情況下，可以使平行于入射面成分的反射消失，布魯斯特角9b用以下(5)式表示。98=1旭"(N2/N，) …(5)
可是一般在半導體波導路中廣泛使用埋入異質(HB)結構和脊結構等。而在半導體的蝕刻和埋入生長中，存在有適合蝕刻和埋入的結晶取向。可是在使半導體光波導路和折射率與此半導體光波導路不同的材料構成的光波導路耦合結合的情況下，由于對應折射率差產(chǎn)生在接合界面的反射，波導路設計的自由度受到限制。其中通過利用布魯斯特角e b，可以使折射率相互不同的波導路之間的反射減少，但是利用布魯斯特角0B的話，光在波導路間的邊界面折射，存在有波導方向變成不是直線的問題。此外為了減少折射率相互不同的波導路間的反射而使用布魯斯特角0B的話，沿特定結晶方向制作埋入半導體波導路的制作變得困難，存在有不能高可靠性地制作埋入半導體波導路的問題。再有如果為了減少折射率相互不同的波導路間的反射使用布魯斯特角0B的話，難以把半導體波導路垂直配置在解理面，存在有作為半導體激光器等的反射面不能使用解理面的問題。如上所述，在把折射率和它對溫度的依賴關系不同的材料組合中有各種問題，希望得到改善。發(fā)明內容為了解決上述課題，本發(fā)明的一個實施方式的半導體激光器具有有波長選擇性的增益區(qū)域；與前述增益區(qū)域光學耦合，有效的折射率對溫度的依賴關系與前述增益區(qū)域不同的、沒有波長選擇性的傳輸區(qū) 域；和使在前述傳輸區(qū)域傳播的光反射的反射區(qū)域。這樣利用把沒有波長選擇性的傳輸區(qū)域耦合在有波長選擇性的增益區(qū)域，可以控制振動波長與溫度的依賴關系。也就是增益區(qū)域由于有波長選擇性，可以有選擇地激振特定波長的光。傳輸區(qū)域不具有波長選擇性，由于與前述增益區(qū)域光學耦合，在前述增益區(qū)域被激振的光直接在傳輸區(qū)域傳輸，傳輸光的相位改變。由于用反射區(qū)域反射在前述傳輸區(qū)域傳輸?shù)墓猓俜祷氐角笆鲈鲆鎱^(qū)域，用前述傳輸區(qū)域溫度變化造成的相位變化補償前述增益區(qū)域溫度變化造成的波長變化。因此即使把具有振動波長對溫度的依賴關系的材料作為增益介質使用的情況下，也不把半導體和半導體以外的材料進行復雜組合，可以把半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系控制在希望的值，通過使用簡單的結構和容易加工的方法，可以使半導體激光器的振動波長穩(wěn) 定。此外本發(fā)明的其他實施方式的半導體激光器具有有波長選擇性的增益區(qū)域；與前述增益區(qū)域光學耦合，有有效折射率對溫度的依賴關系與前述增益區(qū)域不同的材料，沒有增益和波長選擇性的傳輸區(qū)域;這樣可以用可以獲得的有機材料等構成傳輸區(qū)域，不使用新材料，用簡單的結構和容易加工的方法，可以控制振動波長對溫度的依賴關系。此外，本發(fā)明的其他實施方式的半導體激光器具有有波長選擇性的增益區(qū)域與前述增益區(qū)域光學耦合，有有效折射率對溫度的依賴關系與前述增益區(qū)域不同的結構，沒有增益和波長選擇性的傳輸區(qū) 域；和使在前述傳輸區(qū)域傳播的光反射的沒有增益的反射區(qū)域。這樣不使用有效折射率對溫度的依賴關系不同的材料，可以構成傳輸區(qū)域，用簡單的結構和容易加工的方法，可以控制振動波長對溫度的依賴關系。此外，本發(fā)明的其他實施方式的半導體激光器具有有波長選擇性的第一增益區(qū)域；與前述第一增益區(qū)域光學耦合，具有有效折射率對溫度的依賴關系與前述增益區(qū)域不同的材料或結構中的至少一種，沒有增益和波長選擇性的傳輸區(qū)域和與前述傳輸區(qū)域光學耦合，具有波長選擇性的第二增益區(qū)域。這樣可以用有機材料等可以獲得的材料構成傳輸區(qū)域，同時沒有必要把反射鏡作為反射區(qū)域使用。因此半導體激光器的單片集成化容易實現(xiàn)，同時不使用新材料，用簡單的結構和容易加工的方法，可以控制振動波長對溫度的依賴關系。此外本發(fā)明的其他實施方式的半導體激光器具有半導體基板；在前述半導體基板上形成，具有分布反射結構的活性層；在前述活性層上形成的包覆層；去除了一部分的前述活性層和前述包覆層的去除區(qū)域；和埋入在前述去除區(qū)域中的、有效折射率對溫度的依賴關系與前述活性層不同的溫度補償層。這樣去除一部分活性層和包覆層后，通過填充溫度補償層可以容簡單的結構和容易加工的方法，;以控制振動波長對溫度:的依賴關系。此外本發(fā)明的其他實施方式的半導體激光器具有半導體基板；層疊在前述半導體基板上的分布布拉格反射層；層疊在前述分布布拉格反射層上，具有分布反射結構的活性層；層疊在前述活性層上，有效折射率對溫度的依賴關系與前述活性層不同的溫度補償層；和層疊在前述溫度補償層上的反射層。這樣利用在半導體基板上順序層疊分布布拉格反射層、活性層、溫度補償層和反射層，可以容易地使沒有波長選擇性的傳輸區(qū)域與有波長選擇性的增益區(qū)域耦合，用簡單的結構和容易加工的方法，可以控制振動波長對溫度的依賴關系。此外本發(fā)明的其他實施方式的半導體激光器具有半導體基板在前述半導體基板上形成，有分布反射結構的活性層；在前述活性層上形成，在前述活性層端部設有傾斜面的包覆層；和在前述包覆層上形成，有效折射率對溫度的依賴關系與前述活性層不同的溫度補償層。這樣利用在設有傾斜面的包覆層上設置溫度補償層，可以容易地使沒有波長選擇性的傳輸區(qū)域與有波長選擇性的增益區(qū)域耦合，用簡單的結構和容易加工的方法，可以控制振動波長對溫度的依賴關系。此外本發(fā)明的一個實施方式的集成光波導路具有第一光波導路: 與前述第一光波導路光學耦合，折射率與前述第一光波導路不同的第二光波導路；和以橫穿前述第一光波導路的方式，距前述第一光波導路和前述第二光波導路的界面僅隔開規(guī)定間隔設置的槽部，設定距前述界面的間隔和前述槽部的寬度，使在前述第一光波導路和前述第二光波導路的邊界的反射減弱。這樣用以橫穿(橫切)前述第一光波導路的方式形成槽，可以調整在前述第一光波導路和前述第二光波導路的邊界上的反射波的相位，在第一光波導路和第二光波導路的邊界上的反射波可以相互抵消。因此即使在第一光波導路和前述第二光波導路的折射率相互不同的情況下，也可以使第一光波導路和前述第二光波導路邊界上的反射減弱。
其結果不在第一光波導路和前述第二光波導路的界面上形成反射防止膜，可以使第一光波導路和前述第二光波導路的邊界上的損失減少，可以對應于光波導路的集成化，實現(xiàn)具有僅用半導體得不到的新特性的光波導路。此外本發(fā)明的其他實施方式的集成光波導路具有在半導體基板上形成的第一光波導路；在前述半導體基板上形成，折射率與前述第一光波導路不同的第二光波導路；和配置在前述第一光波導路和前述第二光波導路的邊界，以與前述第一光波導路隔開槽部并垂直波導方向的方式，在前述半導體基板上形成的半導體板，設定前述槽部的寬度和前述半導體板的厚度，使在前述第一光波導路和前述槽部的界面反射的光因在前述槽部和前述半導體板的界面反射的光和在前述半導體板和前述第二波導路的界面反射的光而減弱。這樣利用在槽部與半導體板的界面反射的光和在半導體板與第二光波導路的界面反射的光，可以使在第一波導路和槽部的界面反射的光減弱。因此即使在同一半導體基板上集成半導體光波導路和半導體以外的光波導路的情況下，也可以減少這些光波導路間的反射，可以保持波導路設計的自由度，實現(xiàn)具有僅用半導體得不到的新特性的光波導路。此外本發(fā)明的其他實施方式的集成光波導路具有在半導體基板上形成的第一光波導路；在前述半導體基板上形成，折射率與前述第一光波導路不同的第二光波導路；配置在前述第一光波導路和前述第二光波導路的邊界，以與前述第一光波導路隔開第一槽部垂直波導方向的方式，在前述半導體基板上形成的第一半導體板；和以與前述第一半導體板隔開第二槽部并垂直波導方向的方式，在前述半導體基板上形成的第二半導體板，設定前述第一槽部和第二槽部的寬度以及前述第一半導體板和前述第二半導體板的厚度，使在前述第一光波導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導體板的界面反射的光、在前述第一半導體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導體板的界面反射的光和在前述第二半導體板和前述第二光波導路的界面反射的光而減弱。這樣因在前述第一槽部和前述第一半導體板的界面反射的光、在前述第一半導體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導體板的界面反射的光和在前述第二半導體板和前述第二光波導路的界面反射的光可以使在第一光波導路和第一槽部的界面反射的光減弱。因此即使在同一半導體基板上集成半導體光波導路和半導體以外的光波導路的情況下，也可以減少這些光波導路間的反射，可以保持波導路設計的自由度，實現(xiàn)具有僅用半導體得不到的新特性的光波導路。此外本發(fā)明的其他實施方式的集成光波導路具有第一光波導區(qū) 域；與前述第一光波導區(qū)域的邊界面相對于前述第一光波導區(qū)域的波導方向傾斜配置，折射率與第一光波導區(qū)域不同的第二光波導區(qū)域；和以與前述第二光波導區(qū)域的邊界面上的折射方向同波導方向一致的方式，配置與前述第二光波導區(qū)域的邊界面的第三光波導區(qū)域。這樣可以使第一光波導區(qū)域和第二光波導區(qū)域的邊界面相對于波導方向傾斜，即使在第一光波導區(qū)域和第二光波導區(qū)域的折射率相互不同的情況下，也可以使在第一光波導區(qū)域和第二光波導區(qū)域的邊界面的反射減小，而且通過設置有以折射方向與波導方向一致的方式來配置邊界面的第三光波導區(qū)域，可以減少因在折射率相互不同的波導路間的反射和折射造成的波導路損失，可以調整波導方向。因此即使在把折射率相互不同的材料插入光波導區(qū)域間的情況下，也可以抑制波導路損失，可以有效而且靈活地使用適合解理、蝕刻和埋入等的結晶取向，可以抑制在制作波導路時的可靠性惡化，實現(xiàn)具有僅用半導體得不到的新特性的光波導路，同時可以提高波導路設計的自由度。此外如采用本發(fā)明的其他實施方式的集成光波導路，其特征在于，包括具有第一折射率的第一光波導路和第三光波導路、配置在前述第一光波導路和前述第三光波導路之間的具有第二折射率的第二光波導區(qū)域，前述第一光波導路和前述第二光波導區(qū)域連接成前述第一光波導路和前述第二光波導區(qū)域的邊界面不垂直于前述第一光波導路的方向，在前述第一光波導路和前述第二光波導區(qū)域的邊界面上的光折射方向的延長線上，前述第二光波導區(qū)域和前述第三光波導路連接成前述第二光波導區(qū)域和前述第三光波導區(qū)域的邊界面不垂直于前述延
長線，在前述第二光波導區(qū)域和前述第三光波導路的邊界面的光折射方向與前述第三光波導路的方向一致。這樣即使在把折射率相互不同的材料插入光波導路間的情況下，也可以減少第一光波導路與第二光波導區(qū)域的邊界面和第二光波導區(qū) 域與第三光波導路的邊界面上的反射，而且可以抑制因折射造成的損失。

圖1為沿光波導方向表示本發(fā)明第一實施例的半導體激光器的結構的截面圖。圖2為表示本發(fā)明一個實施方式的半導體激光器的反射光譜和反射波相位特性的圖示。圖3為說明本發(fā)明一個實施方式的半導體激光器的振動波長對溫度依賴關系的補償原理的圖示。圖4為說明本發(fā)明一個實施方式的半導體激光器的折射率溫度系數(shù)差和振動波長對溫度依賴關系的圖示。圖5為沿光波導方向表示本發(fā)明第二實施例的半導體激光器的結構的截面圖。圖6為沿光波導方向表示本發(fā)明第三實施例的半導體激光器的結構的截面圖。圖7為沿光波導方向表示本發(fā)明第四實施例的半導體激光器的結構的截面圖。圖8為沿光波導方向表示本發(fā)明第五實施例的半導體激光器的結構的截面圖。圖9A 9E為在垂直光波導方向剖開表示本發(fā)明第六實施例的半導體激光器的一種構成方法的截面圖。圖IO為表示本發(fā)明第七實施例的集成光波導路的耦合部的簡要結構的立體圖。圖11為在沿圖IO的光波導方向的XI、 XD-XI、 xn線切斷的截面圖。圖12為沿光波導方向表示本發(fā)明第八實施例的集成光波導路的耦合部的簡要結構的截面圖。圖13為沿與光波導方向垂直的方向表示本發(fā)明第九實施例的集成光波導路的簡要結構的截面圖。圖14為沿與光波導方向垂直的方向表示本發(fā)明第十實施例的集成光波導路的簡要結構的截面圖。圖15為表示圖11的集成光波導路的耦合部的反射率與槽部A61 的寬度d，和半導體板B61的厚度d2的關系的圖示。圖16為表示本發(fā)明第十實施例的集成光波導路簡要結構的截面圖。圖17為表示本發(fā)明第十一實施例的集成光波導路簡要結構的截面圖。圖18為表示本發(fā)明第十二實施例的集成光波導路耦合部的簡要結構的立體圖。圖19為在沿圖18的光波導方向的XIX、 XX-XIX、 XX線切斷的截面圖。圖20為沿光波導方向表示本發(fā)明第十三實施例的集成光波導路耦合部的簡要結構的截面圖。圖21為表示用圖18的區(qū)域A132、 B132、 R132構成的光波導路的反射率和半導體板B132的厚度d4的關系表示的圖示。圖22為表示圖18的槽部A132的寬度d3和相對于入射波長的反射率的關系的圖示。圖23為表示本發(fā)明第十四實施例的集成光波導路的簡要結構的截面圖。圖24為表示本發(fā)明第十五實施例的集成光波導路的簡要結構的截面圖。圖25為表示本發(fā)明第十六實施例的集成光波導路的簡要結構的截面圖。圖26為表示本發(fā)明第十七實施例的集成光波導路的簡要結構的俯視圖。圖27為表示圖26的第一波導區(qū)域1201的簡要結構的截面圖。圖28為表示本發(fā)明第十八實施例的集成光波導路的簡要結構的俯視圖。圖29為表示圖28的第二波導區(qū)域1402的簡要結構的截面圖。圖30為表示光入射到折射率不同物質的接合面的情況下，入射角和折射角關系的示意圖。圖31為表示光在折射率不同的物質中導波情況下，與波導方向所成的角度和折射率比的關系的圖示。圖32為表示光入射到折射率不同的物質的接合面的情況下，入射角和與入射面平行部分的反射率的關系的圖示。圖33為表示本發(fā)明第十九實施例的集成光波導路的簡要結構的俯視圖。圖34為表示本發(fā)明第二十實施例的集成光波導路的簡要結構的俯視圖。圖35為表示本發(fā)明第二十一實施例的集成光波導路的簡要結構的俯視圖。圖36為表示本發(fā)明第二十二實施例的集成光波導路的簡要結構的立體圖。
具體實施方式
下面參照圖對本發(fā)明的幾個實施方式進行說明。首先作為第一實施方式，對于半導體激光器中的應用例，表示幾個實施例并進行說明。在此實施方式中，通過把半導體激光器和折射率對溫度依賴關系不同的材料進行組合，可以控制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。作為第二實施方式，對于集成光波導路中的應用例，表示幾個實施例并進行說明。在此實施方式中，在把半導體光波導路和折射率及折射率對溫度的依賴關系不同的光波導路集成時，可以減少在這些光波導路間的邊界面上的反射。此外通過把半導體光波導路和折射率不同的光波導路集成，可以實現(xiàn)具有僅用半導體得不到的新特性的光波導路。此外作為第三實施方式，把半導體光波導路和折射率不同的光波導路的邊界面配置成相對于波導方向傾斜，可以減少這些光波導路間
的反射和折射造成的波導路損失。此外通過把半導體光波導路和折射率不同的光波導路集成，可以實現(xiàn)具有僅用半導體得不到的新特性的光波導路。(半導體激光器中的應用例)參照圖對本發(fā)明的第一實施方式的半導體激光器進行說明。采用此第一實施方式的話，把折射率對溫度的特性不同的材料組合，可以提供可控制振動波長對溫度依賴關系的半導體激光器。下面對本實施方式的幾個具體實施例進行說明。圖1為沿光波導方向表示本發(fā)明第一實施例的半導體激光器的結構的截面圖。第一實施例通過在有波長選擇性的第一增益區(qū)域R1和有波長選擇性的第二增益區(qū)域R2之間設置折射率不同的沒有增益的傳輸區(qū)域R3，可以控制振動波長對溫度的依賴關系。在圖1中，在半導體基板101上設置有有波長選擇性的第一增益區(qū)域Rl和折射率不同的沒有增益的傳輸區(qū)域R3和有波長選擇性的第二增益區(qū)域R2。其中在增益區(qū)域R1中，設置有在半導體基板101上形成的活性層102。在活性層102上通過包覆層IIO形成第一增益區(qū)域用電極105。在增益區(qū)域R2中，設置有在半導體基板101上形成的活性層104。在活性層104上通過包覆層IIO形成第二增益區(qū)域用電極106。作為半導體基板101和包覆層110，例如可以使用InP，作為活性層102、 104，例如可以使用振動波長為1.55um的GalnAsP。其中在半導體基板101上形成的活性層102具有有波長選擇性的第一增益，活性層104具有有波長選擇性的第二增益。在活性層102、 104中分別形成復折射率(a complex refractive index)的周期擾動，也就是分別形成衍射光柵，活性層102、 104成為分布反射結構。此外在傳輸區(qū)域R3設置用去除一部分半導體基板101上的活性層 102、 104和包覆層IIO而形成的去除區(qū)域111，在去除區(qū)域lll中填充折射率對溫度的依賴關系與增益區(qū)域R1和/或R2不同的溫度補償材料103。其中作為溫度補償材料103,例如可以使用具有與半導體相反的折射率對溫度的依賴關系的有機材料，作為這樣的有機材料，例如可以例舉的有BCB (Benzocyclobutene,苯并環(huán)丁烯)。此外作為溫度補償材料103使用有機材料的多層膜可以減少波導損失。在半導體基板101上形成沒有增益的傳輸區(qū)域R3的情況下，使川反應性離子蝕刻等的各向異性蝕刻，在增益區(qū)域R1、 R2之間形成所希望寬度的槽，用旋轉涂布等方法可以把有機材料填充到槽部。此外在諧振器兩側的端面分別形成第一增益區(qū)域側反射防止膜 108和第二增益區(qū)域側反射防止膜109，在半導體基板101背面形成背面電極107。其中第一增益區(qū)域R1、第二增益區(qū)域R2和傳輸區(qū)域R3的長度可以設定為僅用第一增益區(qū)域Rl或第二增益區(qū)域R2不振動。用有波長選擇性的第一增益區(qū)域Rl發(fā)光或反射的光通過沒有增益的傳輸區(qū)域R3,用有波長選擇性的第二增益區(qū)域R2反射。被反射的光再次通過沒有增益的傳輸區(qū)域R3,返回到有波長選擇性的第一增益區(qū)域R1，可以引起激光器振動。因此在第一增益區(qū)域Rl、第二增益區(qū)域R2和傳輸區(qū)域R3中可以進行激光器振動，可以用傳輸區(qū)域R3的溫度變化造成的相位變化補償由在第一增益區(qū)域R1和第二增益區(qū)域R2的溫度變化造成的振動波長的變化。使用BCB等有機材料可以控制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。因此不使用新材料，用簡單的結構和容易加工的方法，可以實現(xiàn)使半導體激光器的振動波長穩(wěn)定。以由設在活性層102、 104上的衍射光柵有效長度和沒有增益的傳輸區(qū)域R3的長度之和確定的縱模間隔(longitudinal mode spacing)比衍射光柵的抑止帶寬度(stop bandwi她抑制帶寬)寬的方式，設定沒有增益的傳輸區(qū)域R3的長度。這樣可以只使1個縱模存在于衍射光柵的抑止帶寬度內，可以壓抑其他縱模的增益，可以提高單模動作 (single mode opefation )的穩(wěn)定性。下面參照本實施例對振動原理和振動波長進行詳細說明。有波長選擇性的第一增益區(qū)域Rl和有波長選擇性的第二增益區(qū) 域R2由于同時具有波長選擇性和光學增益，可以僅反射由衍射光柵確定的波長的光，可以增幅。其中反射最大的波長帶域可以用以衍射光
柵的布拉格波長為中心的抑止帶寬度確定。例如設衍射光柵的耦合系數(shù)K為300cnT1，通過把長度設定為50u m，可以得到作為抑止帶寬度約為10nm。此外沒有增益的傳輸區(qū)域103的長度例如可以設定為約10 li mo圖2為表示本發(fā)明一個實施方式的半導體激光器的反射光譜和反射波相位特性的圖示，表示第一增益區(qū)域Rl和第二增益區(qū)域R2的衍射光柵的反射光譜和反射波的相位延遲。在圖2中，在沒有增益的傳輸區(qū)域R3不存在或沒有光通過傳輸區(qū) 域R3時的相位延遲的情況下，因第一增益區(qū)域R1和第二增益區(qū)域R2 的衍射光柵的相位延遲的和為0或2 Ji的整數(shù)倍，也就是僅考慮第一增益區(qū)域R1或第二增益區(qū)域R2的一方的話，相位延遲為O或:n時，它的波長變成諧振模式。存在有沒有增益的傳輸區(qū)域R3的話，光從第一增益區(qū)域R1出來后，到進入第二增益區(qū)域R2之前改變相位。因此對應于在傳輸區(qū)域 R3中的相位變化，諧振模式在抑止帶間以由第一增益區(qū)域R1、第二增益區(qū)域R2和傳輸區(qū)域R3構成的諧振器整體的相位延遲為0或2 :t的方式變化。其中用InP和GaAs等的在普通半導體激光器中正在使用的半導體材料，由于周圍溫度升高的話折射率也增加，衍射光柵的布拉格波長按式(1)向長波長一側移動。其結果圖2的反射光譜也整體向長波長 —側移動。另一方面溫度補償材料103例如是具有與半導體相反的折射率對溫度的依賴關系的材料的情況下，隨溫度升高，溫度補償材料103的折射率降低，沒有增益的傳輸區(qū)域R3的光學長度減小。因此通過沒有增益的傳輸區(qū)域R3的光相位改變，隨溫度升高，振動波長在抑止帶內從長波長一側向中央，然后向短波長一側移動。因此用在傳輸區(qū)域R3的溫度變化造成的相位變化可以補償在第一增益區(qū)域R1和第二增益區(qū)域R2的溫度變化造成的布拉格波長的變動，可以控制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。圖3為說明本發(fā)明一個實施方式的半導體激光器的振動波長對溫度依賴關系的補償原理的圖示。
在圖3中可以看出，溫度升高的話，衍射光柵的布拉格波長AB移向長波長一側，即使溫度有變化，振動波長也不變。此外抑止帶寬度SB越寬，越可以在寬的溫度范圍內進行補償。例如在圖l的例中，設衍射光柵的耦合系數(shù)K為300cm"，用大的耦合系數(shù)擴大抑止帶的寬度，可以擴大補償?shù)臏囟确秶Ｔ谏鲜龅膶嵤├?，說明了在既沒有波長選擇性也沒有增益的傳輸區(qū)域R3中，使用具有與半導體相反的折射率對溫度的依賴關系的溫度補償材料103的方法，用更換傳輸區(qū)域R3的材料可以制作具有任意的溫度依賴關系的半導體激光器。此外由于沒有增益的傳輸區(qū)域R3沒有必要發(fā)光，未必需要具有良好的結晶特性。因此可以使用有機材料和其他半導體以外的材料，可以使材料的選擇性變寬。此外例如使用具有比衍射光柵部分的半導體大的折射率對溫度的依賴關系的材料，也可以構成沒有增益的傳輸區(qū)域，這樣可以形成溫度依賴關系大的半導體激光器，可以作為溫度傳感器等使用。此外即使是象半導體那樣的因溫度升高折射率增加的材料，通過選擇具有比衍射光柵部分的半導體小的折射率對溫度的依賴關系的材料，可以減小振動波長對溫度的依賴關系。圖4為說明本發(fā)明一個實施方式的半導體激光器的折射率溫度系數(shù)差和振動波長對溫度依賴關系的圖示。在圖4中，橫軸表示有波長率溫度系數(shù)的差與既沒有波長選擇性也沒有增益的傳輸區(qū)域的長度的乘積，縱軸表示振動波長對溫度的依賴關系的變化。此外其中表示在僅是半導體的結構中，使用與圖1相同的各區(qū)域長度、衍射光柵的耦合系數(shù)等情況下的示例。在圖4中可以看出，在DFB激光器的情況下，振動波長對溫度的依賴關系為1A/K左右。因此在使振動波長變化在它的10%左右的情況下，增益區(qū)域R1、 R2的有效折射率的溫度微分系數(shù)和傳輸區(qū)域R3的有效折射率的溫度微分系數(shù)的差和傳輸區(qū)域R3的長度的乘積可以為A 點(減少)或A'點(增加)，此值為土7.5X10""[um/K]。此外在使振動波長變化20%左右的情況下，增益區(qū)域Rl、 R2的有效折射率的溫度微分系數(shù)和傳輸區(qū)域R3的有效折射率的溫度微分系數(shù)的差和傳輸
區(qū)域R3的長度的乘積為± 14.5 X10，li m/K]就可以。例如傳輸區(qū)域R3 的長度為10um時，分別為土7.5X1()4[1/K]、 ± 1. 45X 1()-4[1/K]。此外關于圖1的活性層102、 104的結構沒有設置特別的制約，通過把一般常用的所有結構的活性層用于本發(fā)明，可以控制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。也就是關于活性層102、 104對于 InGaAsP、 GaAs、 AlGaAs、 InGaAs、 GalnNAs等任何材質都可以適用，關于活性層102、 104的結構不管是主體、MQW (多重量子阱)、量子線、量子點都可以適用，此外關于活性層區(qū)域的波導路結構也可以使用埋入pn、脊結構、半絕緣埋入結構、高臺(high-mesa)結構等。關于半導體基板101也并不是限定于n型基板，也可以使用p型基板、半絕緣型基板等。此外周期擾動即使不直接在活性層102、 104上形成，只要在活性層波導的光的電場不是零而是具有有限值的區(qū)域形成，可以預期有同樣的效果。例如可以在一般的半導體激光器中使用的分離局限結構 (s印arate confinement heterostructure) ( SCH結構)的SCH層上形成，此外也可以在與活性層不相接的區(qū)域層疊折射率比包覆層高的層，在其上形成周期擾動。此外通過作成至少在沒有增益的傳輸區(qū)域的上下或左右的某一個具有光局限結構(optical confinement structure)的波導路結構，可以降低傳輸損失，可以使半導體激光器的特性提高。此外在基板的厚度方向上形成本發(fā)明的結構，作為面發(fā)光激光器型也可以預期有同樣的效果。再有第一增益區(qū)域R1、傳輸區(qū)域R3和第二增益區(qū)域R2沿光軸并排的話，可以通過用蝕刻等制作的反射鏡，配置第一增益區(qū)域R1、傳輸區(qū)域R3和第二增益區(qū)域R2，也可以在波導路中途使光軸向層方向或橫方向彎曲。圖5為沿光波導方向表示本發(fā)明第二實施例的半導體激光器的結構的截面圖。第二實施例是通過在有波長選擇型的增益區(qū)域Rll和沒有增益的反射區(qū)域R12之間，設置折射率對溫度的依賴關系不同的沒有增益的傳輸區(qū)域R13，作成控制振動波長對溫度的依賴關系的半導體激光器。在圖5中，在半導體基板201上設置有具有波長選擇性的增益區(qū)域RU、折射率對溫度的依賴關系不同的沒有增益的傳輸區(qū)域R13和有波長選擇性的沒有增益的反射區(qū)域R12。其中在增益區(qū)域Rll上設置在半導體基板201上形成、有波長選擇性有增益的活性層202。在活性層202上形成復折射率的周期擾動，也就是形成衍射光柵，活性層 202為分布反射結構。在活性層202上通過包覆層210形成電極205。此外在反射區(qū)域R12上設置在半導體基板201上形成的、具有波長選擇性沒有增益的半導體層204。其中在半導體層204上形成復折射率的周期擾動，也就是形成衍射光柵，半導體層204成為分布反射結構。在半導體層204上形成包覆層210。作為半導體基板201和包覆層 210，例如可以使用InP，作為活性層202，例如使用發(fā)光波長為1.55 U m的GalnAsP，作為半導體層204，例如使用發(fā)光波長為1.2n m的 GalnAsP。通過選擇性生長使與活性層202不同組成的材料生長后，可以通過作成有周期結構的衍射光柵形成半導體層204。此外在傳輸區(qū)域R13上設置去除半導體基板201上的活性層202、半導體層204和包覆層210的一部分形成的去除區(qū)域211 ，在去除區(qū)域 211上填充折射率對溫度的依賴關系與增益區(qū)域Rll和反射區(qū)域R12 不同的溫度補償材料203。其中作為溫度補償材料203，例如可以使用具有折射率對溫度依賴關系與半導體相反的有機材料，作為這樣的有機材料，例如可以例舉的有BCB。此外作為溫度補償材料203，使用有機材料的多層膜可以降低波導損失。在半導體基板201上形成沒有增益的傳輸區(qū)域R13的情況下，使用反應性離子蝕刻等的各向異性蝕刻，在增益區(qū)域RU、 R12之間形成所希望寬度的槽，用旋轉涂布等方法可以在槽部填充有機材料。此外在諧振器兩側的端面形成增益區(qū)域側反射防止膜208和反射區(qū)域側反射防止膜209，在半導體基板201背面形成背面電極207。其中可以以僅用增益區(qū)域Rll不產(chǎn)生大反射損失的振動方式設定增益區(qū) 域R11的長度。在有波長選擇性的增益區(qū)域Rll發(fā)光或反射的光通過沒有增益的傳輸區(qū)域R13，用具有波長選擇性沒有增益的反射區(qū)域R12反射，再通過沒有增益的傳輸區(qū)域R13，返回到有波長選擇性的增益區(qū)域Rl 1 ，
產(chǎn)生反饋，可以激起激光器振動。因此可以使增益區(qū)域Rll、反射區(qū)域R12和傳輸區(qū)域R13參加激光器的振動，可以用傳輸區(qū)域R13的溫度變化造成的相位變化補償增益區(qū)域Rll和反射區(qū)域R12的溫度變化造成的振動波長的變化。
使用BCB等的有機材料可以控制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。因此不使用新材料，用簡單的結構和容易加工的方法，可以實現(xiàn)使半導體激光器的振動波長的穩(wěn)定。
以由分別設在活性層202和半導體層204上的衍射光柵有效長度和沒有增益的傳輸區(qū)域R13的長度之和確定的縱模間隔(longitudinal mode spacing)比衍射光柵的抑止帶寬度寬的方式，設定沒有增益的傳輸區(qū)域R13的長度。這樣可以只使1個縱模存在于衍射光柵的抑止帶寬度內，可以壓抑其他縱模的增益，可以提高單模動作的穩(wěn)定性。
在上述的實施例中，對在既沒有波長選擇性也沒有增益的傳輸區(qū) 域R13使用具有與半導體相反的折射率對溫度的依賴關系的溫度補償材料203的方法進行了說明，利用更換傳輸區(qū)域R13的材料，可以制作具有任意對溫度依賴關系的半導體激光器。此外由于沒有增益的傳輸區(qū)域R13沒有必要發(fā)光，不需要具有良好的結晶特性。因此可以使用有機材料和其他半導體以外的材料，可以使材料的選擇性變寬。此外例如使用具有比衍射光柵部分的半導體大的折射率對溫度的依賴關系的材料，也可以構成沒有增益的傳輸區(qū)域，這樣可以形成溫度依賴關系大的半導體激光器，可以作為溫度傳感器等使用。此外即使是象半導體那樣的因溫度升高折射率增加的材料，通過選擇具有比衍射光柵部分的半導體小的折射率對溫度的依賴關系的材料，可以減小振動波長對溫度的依賴關系。此外關于圖5的活性層202的結構沒有設置特別的制約，通過把一般常用的所有結構的活性層用于本發(fā)明，可以控制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。也就是關于活性層202對于InGaAsP、 GaAs、 AlGaAs、 InGaAs、 GalnNAs等任何材質都可以適用，關于活性層202的結構不管是主體、MQW (多重量子阱)、量子線、量子點都可以適用，此外關于活性層區(qū)域的波導路結構也可以使用埋入pn、脊結構、半絕緣埋入結構、高臺(high-mesa)結構等。關于半導體基板
201也并不限定于n型基板，也可以使用p型基板、半絕緣型基板等。此外周期擾動即使不直接在活性層202上形成，只要在于活性層波導的光的電場不是零而是具有有限值的區(qū)域形成，可以預期有向樣的效果。例如可以在一般的半導體激光器中使用的分離局限結構(SCH結構)的SCH層上形成，此外也可以在與活性層不相接的區(qū)域層疊折射率比包覆層高的層，在其上形成周期擾動。此外通過作成在沒有增益的傳輸區(qū)域的上下或左右的至少--方具有光局限結構的波導路結構，可以降低傳輸損失，可以使半導體激光器的特性提高。此外在基板的厚度方向上形成本發(fā)明的結構，作為面發(fā)光激光器型也可以預期有同樣的效果。再有增益區(qū)域Rll、傳輸區(qū)域R13和反射區(qū)域R12沿光軸排列的話，可以通過用蝕刻等制作的反射鏡，配置增益區(qū)域Rll、傳輸區(qū)域R13和反射區(qū)域R12，也可以在波導路中途使光軸向層方向或橫方向彎曲。圖6為沿光波導方向表示本發(fā)明第三實施例的半導體激光器的結構的截面圖。此第三實施例是通過把折射率對溫度的依賴關系不同的沒有增益的傳輸區(qū)域R22耦合在有波長選擇性的增益區(qū)域R21上，控制振動波長對溫度的依賴關系的實施例。在圖6中，在半導體基板301上設置具有波長選擇性的增益區(qū)域 R21和折射率對溫度的依賴關系不同的沒有增益的傳輸區(qū)域R22。其中在增益區(qū)域R21上設置有在半導體基板301上形成的、有波長選擇性有增益的活性層302。在活性層302上形成復折射率的周期擾動，也就是形成衍射光柵，活性層302為分布反射結構。在活性層302上通過包覆層310形成電極305。作為半導體基板301和包覆層310，例如可以使用InP，作為活性層302，例如使用發(fā)光波長為1.55 u m的GalnAsP。此外在傳輸區(qū)域R22上設置去除半導體基板301上的活性層302 和包覆層310的一部分而形成的去除區(qū)域312，在去除區(qū)域312上填充折射率對溫度的依賴關系與增益區(qū)域R21不同的溫度補償材料303。其中作為溫度補償材料303，例如可以使用具有折射率對溫度的依賴關系與半導體不同的有機材料，作為這樣的有機材料，例如可以例舉的有BCB。此外作為溫度補償材料303使用有機材料的多層膜可以降低波導損失。在半導體基板301上形成沒有增益的傳輸區(qū)域R22的情況下，使用反應性離子蝕刻等的各向異性蝕刻，在增益區(qū)域R21端部形成所希望寬度的槽，用旋轉涂布等方法可以把有機材料填充到槽部。此外在諧振器的增益區(qū)域R21的端面，相對于形成活性層302的半導體基板301的解理面，形成反射防止膜308。此外在諧振器的傳輸區(qū)域R22側的端面形成高反射膜311。在半導體基板301背面形成背面電極307。其中可以以僅用增益區(qū)域R21不產(chǎn)生大反射損失的振動方式，設定增益區(qū)域R21的長度。在有波長選擇性的增益區(qū)域R21發(fā)光或反射的光通過沒有增益的傳輸區(qū)域R22,用高反射膜311反射，再通過沒有增益的傳輸區(qū)域R22，返回到有波長選擇性的增益區(qū)域R21,產(chǎn)生反饋，可以激起激光器振動。因此可以使增益區(qū)域R21和傳輸區(qū)域R22影響到激光器的振動，可以用傳輸區(qū)域R22的溫度變化造成的相位變化補償增益區(qū)域R21的溫度變化造成的振動波長的變化。使用BCB等的有機材料可以控制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。因此不使用新材料，用簡單的結構和容易加工的方法，可以實現(xiàn)使半導體激光器振動波長的穩(wěn)定。以由設在活性層202上的衍射光柵有效長度和沒有增益的傳輸區(qū) 域R22的長度之和確定的縱模間隔比衍射光柵的抑止帶寬度寬的方式，設定沒有增益的傳輸區(qū)域R22的長度。這樣可以只使l個縱模存在于衍射光柵的抑止帶寬度內，可以壓抑其他縱模的增益，可以提高單模動作的穩(wěn)定性。在上述的實施例中，對在既沒有波長選擇性也沒有增益的傳輸區(qū) 域R22中，使用具有與半導體相反的折射率對溫度的依賴關系的溫度補償材料303的方法進行了說明，利用更換傳輸區(qū)域R22的材料可以制作具有任意對溫度依賴關系的半導體激光器。此外由于沒有增益的傳輸區(qū)域R22沒有必要發(fā)光，不需要具有良好的結晶特性。因此可以使用有機材料和其他半導體以外的材料，可以使材料的選擇性變寬。此外例如使用具有比衍射光柵部分的半導體大的折射率對溫度的依賴
關系的材料，也可以構成沒有增益的傳輸區(qū)域，這樣可以形成溫度依賴關系大的半導體激光器，可以作為溫度傳感器等使用。此外即使是象半導體那樣的因溫度升高折射率增加的材料，通過選擇具有比衍射光柵部分的半導體小的折射率對溫度的依賴關系的材料，可以減小振動波長對溫度的依賴關系。此外關于圖6的活性層302的結構沒有設置特別的制約，通過把一般常用的所有結構的活性層用于本發(fā)明，可以控制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。也就是關于活性層302對于InGaAsP、 GaAs、 AlGaAs、 InGaAs、 GalnNAs等任何材質都可以適用，關于活性層302的結構不管是主體、MQW (多重量子阱)、量子線、量子點都可以適用，此外關于活性層區(qū)域的波導路結構也可以使用埋入pn、脊結構、半絕緣埋入結構、高臺結構等。關于半導體基板301也并不是限定于n型基板，也可以使用p型基板、半絕緣型基板等。此外周期擾動即使不直接在活性層302上形成，只要在于活性層波導的光的電場不是零而是具有有限值的區(qū)域形成的話，可以預期有同樣的效果。例如可以在一般的半導體激光器中使用的分離局限結構 (SCH結構)的SCH層上形成，此外也可以在與活性層不相接的區(qū)域層疊折射率比包覆層高的層，在它上形成周期擾動。此外通過作成在沒有增益的傳輸區(qū)域的上下或左右的至少一方具有光局限結構的波導路結構，可以降低傳輸損失，可以使半導體激光器的特性提高。此外在基板的厚度方向上形成本發(fā)明的結構，作為面發(fā)光激光器型也可以預期有同樣的效果。再有增益區(qū)域R21和傳輸區(qū)域R22沿光軸排列的話，可以通過用蝕刻等制作的反射鏡，配置增益區(qū)域R21和傳輸區(qū)域R22，也可以在波導路中途使光軸向層方向或橫方向彎曲。圖7為沿光波導方向表示本發(fā)明第四實施例的半導體激光器的結構的截面圖。此第四實施例是通過在面發(fā)光型激光器上層疊沒有增益的傳輸區(qū)域R32，控制振動波長對溫度的依賴關系的實施例。在圖7中，在半導體基板401上層疊有波長選擇性的增益區(qū)域R31 。此外在增益區(qū)域R31上層疊有折射率對溫度的依賴關系不同的沒有增益的傳輸區(qū)域R32，在傳輸區(qū)域R32上設有折射率對溫度的依賴關系與增益區(qū)域R31不同的溫度補償材料404。其中在增益區(qū)域R31」:，設置有被層疊在半導體基板401上的分布布拉格反射層402和層疊在分布布拉格反射層402上的、有波長選擇性的活性區(qū)域403。分布布拉格反射層402具有組成不同的半導體層409a、 409b相互交替層疊的結構，活性區(qū)域403可以具有活性層408a和包覆層408b相互交替層疊的結構。在活性區(qū)域403上形成設置有使光射出的開口部406的電極 405。增益區(qū)域R31也可以不是所有的都有增益，只要作為增益區(qū)域 R31的整體得到增益就可以。作為半導體基板401，例如可以使用InP，作為活性層活性層408a 和包覆層408b,例如可以使用GalnAs/InAlAs，作為半導體層409a、 409b，可以使用InAlGaAs/InAlAs。其中作為溫度補償材料404，例如可以使用具有與半導體不同的折射率對溫度依賴關系的有機材料，作為這樣的有機材料例，如可以例舉的有BCB。此外作為溫度補償材料404，使用有機材料的多層膜可以降低波導損失。此外可以通過在增益區(qū)域R31上涂敷或堆積有機材料等形成沒有增益的傳輸區(qū)域R32。此外在溫度補償材料404上形成高反射膜411 ，在半導體基板401 背面形成背面電極407。其中可以以僅用它不產(chǎn)生大反射損失的振動方式，設定活性區(qū)域403的活性層408a和包覆層408b的各層數(shù)。在有波長選擇性的增益區(qū)域R31發(fā)光或反射的光通過沒有增益的傳輸區(qū)域R32，用高反射膜411反射，再通過沒有增益的傳輸區(qū)域R32, 返回到有波長選擇性的增益區(qū)域R31，產(chǎn)生反饋，可以激起激光器振動。因此可以使增益區(qū)域R31和傳輸區(qū)域R32關系到激光器的振動，可以用傳輸區(qū)域R32的溫度變化造成的相位變化補償增益區(qū)域R31的溫度變化造成的振動波長的變化。使用BCB等的有機材料可以控制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。因此不使用新材料，用簡單的結構和容易加工的方法，可以實現(xiàn)使半導體激光器振動波長的穩(wěn)定。以由增益區(qū)域R31的衍射光柵的有效長度和沒有增益的傳輸區(qū)域 R32的長度之和確定的縱模間隔比衍射光柵的抑止帶寬度寬的方式，
設定沒有增益的傳輸區(qū)域R32的厚度。這樣可以只使1個縱模存在于衍射光柵的抑止帶寬度內，可以壓抑其他縱模的增益，可以提高單模動作的穩(wěn)定性。在上述的實施例中，對在既沒有波長選擇性也沒有增益的傳輸區(qū) 域R32使用具有與半導體相反的折射率對溫度的依賴關系的溫度補償材料404的方法進行了說明，利用更換傳輸區(qū)域R32的材料可以制作具有任意對溫度依賴關系的半導體激光器。此外由于沒有增益的傳輸區(qū)域R32沒有必要發(fā)光，不需要具有良好的結晶特性。因此可以使用有機材料和其他的半導體以外的材料，可以使材料的選擇性變寬。此外例如使用具有比衍射光柵部分的半導體大的折射率對溫度的依賴關系的材料，也可以構成沒有增益的傳輸區(qū)域，這樣可以形成溫度依賴關系大的半導體激光器，可以作為溫度傳感器等使用。此外即使是象半導體那樣的因溫度升高折射率增加的材料，通過選擇具有比衍射光柵部分的半導體小的折射率對溫度的依賴關系的材料，可以減小振動波長對溫度的依賴關系。此外關于圖7的活性區(qū)域403的結構沒有設置特別的制約，通過把一般常用的所有結構的活性區(qū)域403用于本發(fā)明，可以控制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。也就是關于活性區(qū)域403對于 InGaAsP、 GaAs、 AlGaAs、 InGaAs、 GalnNAs等任何材質都可以適用，關于活性區(qū)域403的結構不管是主體、MQW (多重量子阱)、量子線、量子點都可以適用，此外關于活性區(qū)域的波導路結構也可以使用埋入 pn、半絕緣埋入結構、氧化狹窄結構等。關于半導體基板401也并不是限定于n型基板，也可以使用p型基板、半絕緣型基板等。此外通過把沒有增益的傳輸區(qū)域作成光局限結構的某種波導路結構，可以降低傳輸損失，可以使半導體激光器的特性提高。圖8為沿光波導方向表示本發(fā)明第五實施例的半導體激光器的結構的截面圖。此第五實施例是通過光路變換結構把折射率對溫度的依賴關系不同的沒有增益的傳輸區(qū)域R42與有波長選擇性的增益區(qū)域 R41耦合結合，控制振動波長對溫度的依賴關系的實施例。在圖8中，在半導體基板501上設置具有波長選擇性的增益區(qū)域 R41、反射鏡512和沒有增益的傳輸區(qū)域R42。增益區(qū)域R41和傳輸區(qū) 域R42通過反射鏡512進行光學耦合。其中在增益區(qū)域R41上設置有在半導體基板501上形成的、有波長選擇性有增益的活性層502。在活性層502上形成復折射率的周期擾動，也就是形成衍射光柵，活性層 502為分布反射結構。在活性層502上通過包覆層510形成電極505。作為半導體基板501和包覆層510，例如可以使用InP，作為活性層502，例如可以使用發(fā)光波長為1.55 ix m的GalnAsP。此外在半導體基板501 上以配置在增益區(qū)域R41 —端的方式，設置反射鏡512。其中通過蝕刻增益區(qū)域R41端部的包覆層510，在包覆層510上形成與垂直方向傾斜卯度的傾斜面的方式，制作反射鏡512。此外在傳輸區(qū)域R42上設置折射率對溫度的依賴關系與增益區(qū)域 R41不同的溫度補償材料503，溫度補償材料503被以而向反射鏡512 的方式，被配置在包覆層510上。沒有增益的傳輸區(qū)域R42可以山在從增益區(qū)域R41射出的光用反射鏡512反射而到達溫度補償材料503 之前的光路、和溫度補償材料503構成其中作為溫度補償材料503，例如可以使用具有與半導體不同的折射率對溫度依賴關系的有機材料，作為這樣的有機材料，例如可以例舉的有BCB。此外作為溫度補償材料503，使用有機材料的多層膜可以降低波導損失。在包覆層510上形成沒有增益的傳輸區(qū)域R42的情況下，用旋轉涂布等方法涂敷或堆積有機材料來制作。此外在溫度補償材料503上形成高反射膜511，在諧振器的增益區(qū) 域R41的端面，對形成有活性層502的半導體基板501的解理面，形成反射防止膜508。在半導體基板501背面形成背面電極507。其中可以以僅用增益區(qū)域R41不產(chǎn)生大反射損失的振動方式設定增益區(qū)域 R41的長度。在有波長選擇性的增益區(qū)域R41發(fā)光或反射的光，經(jīng)反射鏡512 光軸折向上方向，通過沒有增益的傳輸區(qū)域R42,用高反射膜511反射。用高反射膜511反射的光再通過沒有增益的傳輸區(qū)域R42，用反射鏡512使光軸彎向水平方向，返回到有波長選擇性的增益區(qū)域R41 ，產(chǎn)生反饋，可以激起激光器振動。因此可以使增益區(qū)域R41和傳輸區(qū)域R42影響到激光器的振動，可以用傳輸區(qū)域R42的溫度變化造成的相位變化補償增益區(qū)域R41的溫度變化造成的振動波長的變化。使用BCB等的有機材料可以控制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。因此不使用新材料，用簡單的結構和容易加工的方法，可以實現(xiàn)使半導體激光器振動波長的穩(wěn)定。以由設在活性層502上的衍射光柵有效長度和沒有增益的傳輸區(qū) 域R42的長度之和確定的縱模間隔比衍射光柵的抑止帶寬度寬的方式，設定沒有增益的傳輸區(qū)域R42的長度。這樣可以只使l個縱模存在于衍射光柵的抑止帶寬度內，可以壓抑其他縱模的增益，可以提高單模動作的穩(wěn)定性。在上述的實施例中，作為光路變換結構使用反射鏡，例如也可以利用衍射光柵等進行光路變換，可以預期得到同樣的效果。此外在上述的實施例中，以水平和上下的光軸進行變換的方式形成反射鏡，但也可以例如在同一水平面內反射，進行光軸變換，反射位置也沒有必要是一個。此外對于在既沒有補償選擇性也沒有增益的傳輸區(qū)域R42 中使用具有與半導體相反的折射率對溫度的依賴關系的溫度補償材料 503的方法進行了說明，用更換傳輸區(qū)域R42的材料可以制作具有任意的溫度依賴關系的半導體激光器。此外由于沒有增益的傳輸區(qū)域R42 沒有必要發(fā)光，未必需要具有良好的結晶特性。因此可以使用有機材料和其他半導體以外的材料，可以使材料的選擇性變寬。此外例如使用具有比衍射光柵部分的半導體大的折射率對溫度的依賴關系的材料，也可以構成沒有增益的傳輸區(qū)域，這樣可以形成溫度依賴關系大的半導體激光器，可以作為溫度傳感器等使用。此外即使是象半導體那樣的因溫度升高折射率增加的材料，通過選擇具有比衍射光柵部分的半導體小的折射率對溫度的依賴關系的材料，可以減小振動波長對溫度的依賴關系。此外關于圖8的活性層502的結構沒有設置特別的制約，通過把一般常用的所有結構的活性層用于本發(fā)明，可以控制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。也就是關于活性層502對于InGaAsP、 GaAs、 AlGaAs、 InGaAs、 GalnNAs等任何材質都可以適用，關于活性層502的結構不管是主體、MQW (多重量子阱)、量子線、量子點都
可以適用，此外關于活性層區(qū)域的波導路結構也可以使用埋入pn、脊結構、半絕緣埋入結構、高臺結構等。關于半導體基板501也并不是限定于n型基板，也可以使用p型基板、半絕緣型基板等。此外周期擾動即使不直接在活性層502上形成，U耍在于活性S 波導的光的電場不是零而是具有有限值的區(qū)域形成的話，可以預期有同樣的效果。例如可以在一般半導體激光器中所使用的分離局限結構 (SCH結構)的SCH層上形成，此外也可以在與活性層不相接的區(qū)域層疊折射率比包覆層高的層，在其上形成周期擾動。此外通過把沒有增益的傳輸區(qū)域作成光局限結構的某種波導路結構，可以降低傳輸損失，可以使半導體激光器的特性提高。圖9為表示在垂直于光波導方向切斷本發(fā)明第六實施例的半導體激光器的結構的截面圖。此第六實施例是通過設置光傳輸區(qū)域和結構不同的增益區(qū)域，控制振動波長對溫度的依賴關系的實施例。在圖9A中，在半導體基板601上順序層疊緩沖層602、光局限層 603、核心層604、光局限層605和蓋層606，用埋入層607埋入這些層。在圖9B中，在半導體基板611上順序層疊緩沖層612、光局限層 613、核心層614、光局限層615和蓋層616，用埋入層617埋入這些層。在圖9C中，在半導體基板621上順序層疊緩沖層622、光局限層 623、核心層624、光局限層625和蓋層626，用埋入層627埋入這些層。在圖9D中，在半導體基板631上順序層疊緩沖層632、光局限層 633、核心層634和蓋層636，用埋入層637埋入這些層。在圖9E中，在半導體基板641上順序層疊緩沖層642、光局限層 643、核心層644、光局限層645和蓋層646，用BCB等有機材料647 埋入這些層。其中圖9B的核心層614的厚度比圖9A的核心層604的厚度薄。因此不使水平方向的光場分布F1、 Fll改變，可以使垂直方向的光場分布F2、 F12改變，可以使各層對有效折射率和它對溫度的依賴關系的貢獻不同。其結果用圖9A的結構和圖9B的結構可以改變有效折射
率和它對溫度的依賴關系,利用圖9A的結構和圖9B的結構進行組合，可以控制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。圖9C中的核心層624和光局限層623、625的寬度比圖9B中的核心層614和光局限層613、 615的寬度窄。因此不使垂直方向的光場分布F12、 F22改變，可以使水平方向的光場分布Fll、 F21改變，可以使各層對有效折射率和它對溫度的依賴關系的貢獻不同。其結果川圖 9B的結構和圖9C的結構可以改變有效折射率和它對溫度的依賴關系，利用圖9B的結構和圖9C的結構進行組合，可以控制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。圖9D的結構和圖9B的結構相比，省略了核心層633的上層光局限層635。因此不使水平方向的光場分布Fll、 F31改變，可以使垂直方向的光場分布F12、 F32改變，可以使各層對有效折射率和它對溫度的依賴關系的貢獻不同。其結果用圖9B的結構和圖9D的結構可以改變有效折射率和它對溫度的依賴關系，利用圖9B的結構和圖9D的結構進行組合，可以控制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。在圖9E的結構中，使用有機材料647代替圖9C的埋入層627。因此不使垂直方向的光場分布F22、 F42改變，可以使水平方向的光場分布F21、 F41改變，可以使各層對有效折射率和它對溫度的依賴關系的貢獻不同。其結果用圖9C的結構和圖9E的結構可以改變有效折射率和它對溫度的依賴關系，利用圖9C的結構和圖9E的結構進行組合，可以控制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。這樣通過把圖9A 圖9E結構進行某種組合，可以沿著光的波導方向使光場分布改變，即使用相同的材料構成半導體激光器的情況下，也可以控制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。作為半導體基板601、 611、 621、 631、 641、緩沖層602、 612、622、 632、 642、蓋層606、 616、 626、 636、 646和埋入層607、 617、 627、 637，例如可以使用InP，作為核心層604、 614、 624、 634、 644，例如可以使用發(fā)光波長為1.3 U m的GalnAsP，作為光局限層603、613、623、 633、 643、 605、 615、 625、 645，例如可以使用發(fā)光波長為1.1 ti m的GalnAsP。如以上說明所述，若采用本發(fā)明的第一實施方式，使用折射率對
溫度的依賴關系與增益區(qū)域不同的材料，用比較簡單的結構和容易的加工，可以把半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系控制到要求的值。特別是作為沒有增益的傳輸區(qū)域的材料，通過使用具有與半導體相反的折射率對溫度的依賴關系的材料，可以使振動波長對溫度的依賴關系消失，可以實現(xiàn)振動波長與溫度無依賴關系的半導體激光器。 (在集成光波導路中的應用示例) 下面參照圖對本發(fā)明的第二實施方式的集成光波導路進行說明。采用此第二實施方式的話，可以提供由半導體光波導路和由折射率與此半導體光波導路不同的材料構成的光波導路的集成結構，并且提供用它的光半導體元件和光半導體集成電路。特別是用本實施方式，可以減少在折射率不同的材料的接合界面上的反射。下面對本實施方式的幾個具體實施例進行說明。圖10為表示本發(fā)明第七實施例的集成光波導路的耦合部簡要結構的立體圖。此第七實施例是通過設置1對槽部A61和半導體板B61，減少光波導路區(qū)域R61和光波導路區(qū)域R62的邊界上的反射的實施例。在圖10中，在半導體基板701上沿光波導方向順序形成光波導路區(qū)域R61、槽部A6K半導體板B61和光波導路區(qū)域R62。其中光波導路區(qū)域R61和光波導路區(qū)域R62可以設定成折射率相互不同，例如光波導路區(qū)域R61可以用半導體材料構成，光波導路區(qū)域R62可以用半導體以外的材料構成。此外在槽部A61中可以填充半導體以外的材料，例如可以填充與光波導路區(qū)域R62的材料相同的材料。此外半導體板B61可以以與光波導路區(qū)域R61的結構相同的方式構成。此外槽部A61和半導體板B61 被配置成橫穿光波導方向，希望可以把槽部A61和半導體板B61配置成與光波導方向垂直。槽部A61的寬度和半導體板B61的厚度可以設定成在光波導路區(qū) 域R61和槽部A61的界面反射的光因在槽部A61和半導體板B61的界面反射的光、在半導體板B61和光波導路區(qū)域R62的界面反射的光而減弱。這樣即使把半導體光波導路和半導體以外的光波導路集成在同一半導體基板701上的情況下，可以減少在這些光波導路間的反射，可以在保持波導路設計的自由度的同時，可以實現(xiàn)具有僅用半導體得不到的新特性的光波導路。此外通過對形成光波導路區(qū)域R61的半導體基板701進行蝕刻加工，可以在半導體基板701上形成槽部A61和半導體板B61。因此不在光波導路區(qū)域R61和光波導路區(qū)域R62的界面形成反射防止膜，可容易^處理光波導路的集成化。、、、、用在半導體基板701上設置1塊半導體板B61，可以減少在光波導路區(qū)域R61和光波導路區(qū)域R62的邊界的反射，沒有必要象分布反射器那樣配置多塊半導體板，可以使集成光波導路的制作容易。圖11為沿圖IO的光波導方向的XI-XI線切斷的截面圖。在圖U 中，在半導體基板701上層疊核心層702a、 702b,在核心層702a、 702b 上分別層疊上部包覆層703a、 703b。作為半導體基板701和上部包覆層703a、 703b，例如可以使用InP，作為核心層702a、 702b，例如可以使用發(fā)光波長為1.3 u m的GalnAsP。此外在把核心層702a、 702b和上部包覆層703a、 703b順序層疊在半導體基板701上的情況下，例如可以使用MBE (molecular beam epitaxy: 分子束夕卜延生長)、MOCVD (metal organic chemical vaper depiosition:金屬有機化學氣相淀積)或ALCVD (atomic layer chemical vaper depiosition:原子層化學氣相淀積)等的外延生長。通過對順序層疊有核心層702a、 702b和上部包覆層703a、 703b 的半導體基板701進行蝕刻加工，形成相對光波導方向垂直配置的寬度d,的槽704a，同時在半導體基板701形成與槽704a僅隔開規(guī)定間隔 d2配置的臺階704b。通過在槽704a中埋入填充材料705a，同時把光波導路材料705b 埋入臺階704b，可以形成配置在與光波導路區(qū)域R61的界面上的槽部 A61，同時可以形成與槽部A61隔開厚度d2的半導體板B61配置的光波導路區(qū)域R62。這樣可以調整光波導路區(qū)域R61和光波導路區(qū)域R62的邊界上的反射波的相位，可以使在光波導路區(qū)域R61和光波導路區(qū)域R62的邊界上的反射波相互抵消。
因此可以減少光波導路區(qū)域R61和光波導路區(qū)域R62的邊界上的反射，同時可以使折射率相互不同的光波導路區(qū)域R61和光波導路區(qū) 域R62在同一半導體基板701上集成，可以實現(xiàn)具有僅用半導體得不到的新特性的光波導路。其中作為填充材料705a和光波導路材料705b，可以使用折射率與半導體不同的材料，例如可以例舉的有BCB (Benzocyclobutene)。這種情況下，可以采用光波導路區(qū)域R61和半導體板B61的等價折射率為3.12，光波導路區(qū)域R62和槽部A6r的等價折射率為1.54。所謂等價折射率是相對于在光波導路中傳播的光定義的折射率。因此在處理在光波導路中傳播的光的情況下，可以把到現(xiàn)在為止的折射率置換成等價折射率。在槽部A61和光波導路區(qū)域R62的波導損失在它們傳播距離短的情況下小到可以忽略的程度，但是在槽部A61和光波導路區(qū)域R62中的傳播距離長的話，波導損失不能忽略。因此可以把在圖10的XD-XD線切斷的圖11的截面結構置換成圖 12的截面結構。圖12為沿光波導方向表示本發(fā)明第八實施例的集成光波導路的耦合部簡要結構的截面圖。此第八實施例是圖11的槽部A61和光波導路區(qū)域R62上設置核心層的實施例。在圖12中，在半導體基板801上沿光波導方向順序形成有光波導路區(qū)域R71、槽部A71、半導體板B71 和光波導路區(qū)域R72。也就是在半導體基板801上層疊核心層802a、 802b，在核心層 802a、 802b上分別層疊上部包覆層803a、 803b。作為半導體基板801 和上部包覆層803a、 803b，例如可以使用InP，作為核心層802a、 802b，例如可以使用發(fā)光波長為1.3 " m的GalnAsP。通過對順序層疊有核心層802a、 802b和上部包覆層803a、 803b 的半導體基板801進行蝕刻加工，形成相對光波導方向垂享配置的槽 804a，同時在半導體基板801上形成與槽804a僅隔開規(guī)定間隔配置的臺階804b。通過把用包覆層805a、 807a夾住的核心層806a埋入槽804a，同時把用包覆層805b、 807b夾住的核心層806b埋入臺階804b，可以形
成配置在與光波導路區(qū)域R71的界面的槽部A71 ，并可形成與槽部A71 隔開半導體板B71配置的光波導路區(qū)域R72。其中作為核心層806a、 806b的材料，例如可以使用BCB，作為包覆層805a、 807a、 805b、 807b的材料，例如可以使用折射率比核心層 806a、 806b低的聚酰亞胺。反射:同時可以^少在槽部A71和光波導路區(qū)^R72中的波導損失。、為了抑制在圖10的光波導路區(qū)域R61中橫方向的波導損失，也可以把在圖10的Xni - XIII線切斷的截面結構置換成圖13的截面結構。圖13為沿與光波導方向垂直的方向表示本發(fā)明第九實施例的集成光波導路的簡要結構的截面圖。在圖13中，在半導體基板901上順序層疊核心層卯2和上部包覆層卯3。上部包覆層卯3、核心層卯2和半導體基板卯l的上部沿光波導方向被蝕刻加工成條帶狀，在上部包覆層903、核心層卯2和半導體基板卯l的上部兩側分別形成埋入層904a、卯4b。作為半導體基板卯l、上部包覆層卯3和埋入層904a、卯4b,例如可以使用InP，核心層卯2，例如可以使用發(fā)光波長為1.3um的 GalnAsP。反射:同時可以"少在光波導路區(qū)域R61中的波導損失。、為了抑制在圖10的光波導路區(qū)域R62中的橫方向的波導損失，可以把在圖10的XIV - XIV線切斷的截面結構置換成圖14的截面結構。圖14為沿與光波導方向垂直的方向表示本發(fā)明第十實施例的集成光波導路的簡要結構的截面圖。在圖14中，在半導體基板1001上形成有用包覆層1003圍住周圍的核心層1002。作為半導體基板1001，例如可以使用InP，作為核心層1002的材料，例如可以使用BCB，作為包覆層1003的材料，例如可以使用折射率比核心層1002低的聚酰亞胺。這樣可以減少在光波導路區(qū)域R61和光波導路區(qū)域R62的邊界的反射，同時可以減少在光波導路區(qū)域R62中的波導損失。關于圖11的核心層702a、 702b的形狀沒有特別的制約，例如可
以用具有核心層中央部的折射率和包覆層的折射率之間的折射率的材料，作成層狀的分離局限異質結構(SCH)、和使折射率分段變化的傾斜折射率(GI-) SCH。在半導體激光器中使用本結構的情況下，作為核心可以使川活性區(qū)域，它的形狀不管是主體、MQW (多重量子阱)、量子線、量子點都可以適用，此外關于活性區(qū)域的波導路結構也可以使用埋入pn、脊結構、半絕緣埋入結構、高臺結構等。此外關于材料也沒有限定InP 和GalnAsP的組合，對于GaAs、 AlGaAs、 InGaAs、 GalnNAs等任何材質都可適用。此外關于圖13的橫方向局限沒有設置特別的制約，作為半導體波導路結構可以使用一般常用的脊波導路和高臺波導路等。此外關于圖14的光波導路區(qū)域R62沒有設置特別的制約，也可以使用脊波導路(ridge waveguide)和高臺波導路(high-mesa waveguide)等。下面更詳細說明圖11的實施例的動作原理。在圖11中，使光波導路區(qū)域R61和半導體板B61的等價折射率為 3.12，使光波導路區(qū)域R62和槽部A61的等價折射率為1.54，根據(jù)(3) 式，在各區(qū)域的界面產(chǎn)生12%左右的反射。可是在各區(qū)域的界面中的總反射率不是簡單的加和，有必要考慮反射波的相位。也就是即使強度相同，相位反轉的話，光相互抵消。因此通過槽部A61和半導體板 B61的厚度調整，使各區(qū)域的界面上的反射波相位最佳化，可以降低這些界面的總反射率。圖15為表示圖11的集成光波導路的耦合部的反射率與槽部A61 的寬度d,和半導體板B61的厚度(12的關系的圖示。此外圖15為使光波導路區(qū)域R61和半導體板B61的等價折射率N，為3.12,使光波導路區(qū)域R62和槽部A61的等價折射率N2為1.54，用等高線表示相對于槽部A61的寬度d，和半導體板B61的厚度d2的反射率的圖示。此外用更通俗的話來說，在各軸的相反一側的軸上表示光學長度。在圖15中，粗實線表示不形成槽部A61和半導體板B61，直接把光波導路區(qū)域R61和光波導路區(qū)域R62接合的情況下的反射率(約 12%)。也就是設入射波長為入的話，表示槽部A61或半導體板B61 的光學長度為入/2時的直線，是接近用虛線表示的N,山+N2d^;i/4X (21+1)的直線(l為整數(shù))的曲線。在用這些粗實線包圍的幾乎為三角形的區(qū)域中，相比于簡單的二波導路的接合，反射率小。這些三角形區(qū)域可以近似用以下范圍表示。
<formula>formula see original document page 38</formula> (6)(1、 m、 n為滿足n+m—關系的整數(shù)) 或<formula>formula see original document page 38</formula> (7) (1、 m、 n為滿足n+m-l - 1關系的整數(shù))其中象用最接近原點的三角形表示的那樣，在將三角形的各邊偏離三角形中心入/64的區(qū)域c中，可以使反射率在10°/。以下(相對于簡單的二波導路的接合約80%)，同樣在僅偏離X/32的區(qū)域b中，可以使反射率在5%以下(相對于簡單的二波導路的接合約40%),同樣在僅偏離X/16的區(qū)域a中，可以使反射率在1%以下(相對于簡單的二波導路的接合約8°/。)。區(qū)域d為比將簡單的二波導路接合時的反射率低的區(qū)域。.也就是設把三角形各邊減小的量為S x的話，表示它的各邊為 N,d,〉nX/2土 5x N2d2〉mX/2± Sx N,(M"N2d2"/4X (21+1) ±5X 其他的三角形區(qū)域也一樣。此外要得到無反射，使m、 n為整數(shù)，要滿足
<formula>formula see original document page 38</formula>…(8)<formula>formula see original document page 38</formula>…(9)這相當于各三角形區(qū)域的大致中心。在上述的實施方式中，對關于使填充在槽部A61中的材料與光波導路區(qū)域R62的材料相同的方法進行了說明，但也可以使填充在槽部 A61中的材料與光波導路區(qū)域R62的材料相互不同。此外光波導路區(qū) 域R61和半導體板B61也未必是相同的層結構。圖16為表示本發(fā)明第十實施例的集成光波導路簡要結構的截面
圖。此第十實施例是對向配置了圖12的結構的實施例。在圖16中，在半導體基板1101上沿光波導方向順序形成光波導路區(qū)域Rlll、槽部Alll、半導體板Blll、光波導路區(qū)域R112、半導體板B112、槽部 AU2和光波導路區(qū)域R113。其中可以設定光波導路區(qū)域Rl 11 、 Rl 13和光波導路區(qū)域Rl 12的折射率成相互不同，例如，光波導路區(qū)域Rlll、 R113可用半導體材料構成，光波導路區(qū)域Rl 12可以用半導體以外的材料構成。可以在槽部Alll、 A112中填充半導體以外的材料，例如nj以填充與光波導路區(qū)域Rl 12的材料相同的材料。此外半導體板Bl 11 、 Bl 12 可以以與光波導路區(qū)域Rlll、 R113的結構相同的方式構成。此外槽部 Alll、 A112和半導體板B111、 B112配置成橫穿(橫切)光波導方向，優(yōu)選槽部A1U、 A112和半導體板B111、 B112可相對光波導方向垂直配置。槽部Alll的寬度和半導體板Blll的厚度可以設定成在光波導路區(qū)域Rlll和槽部Alll的界面反射的光因在槽部Alll和半導體板 B.l 11的界面反射的光、在半導體板Bill和光波導路區(qū)域Rl 12的界面反射的光而減弱。槽部A112的寬度和半導體板B112的厚度可以設定成在光波導路區(qū)域R112和半導體板B112的界面反射的光因在半導體板B112和槽部A112的界面反射的光、在槽部A112和光波導路區(qū)域RU3的界面反射的光而減弱。也就是在半導體基板1101上層疊核心層1101a 1101d，在核心層 1101a 1101d上分別層疊上部包覆層1103a 1103d。作為半導體基板 1101和上部包覆層1103a 1103d，例如可以使用InP，作為核心層 1101a 1101d，例如可以使用發(fā)光波長為1.3ixm的GalnAsP。通過對順序層疊有核心層1101a 1101d和上部包覆層1103a 1103d的半導體基板1101進行蝕刻加工，形成相對光波導方向垂直配置的槽1104a、 1104c，同時在半導體基板1101形成與槽1104a、 1104c 僅隔開規(guī)定間隔配置的凹部1104b。通過把用包覆層1105a、 U07a夾住的核心層U06a埋入槽1104a，同時把用包覆層1105c、 U07c夾住的核心層1106c埋入槽U04c，可
以形成分別配置在光波導路區(qū)域Rlll、 R113的界面的槽部Alll、 A112。通過把用包覆層1105b、 1107b夾住的核心層1106b埋入凹部 1104b，可以在形成從槽部Al 11 、 Al 12分別隔開半導體板B111 、 Bl 12 配置的光波導路區(qū)域R112。其中作為核心層1106a 1106c的材料，例如可以使用BCB，作為包覆層U05a 1105c、 U07a 1107c的材料，例如可以使用折射率比核心層1106a 1106c低的聚酰亞胺。這樣可以減少把光波導路和半導體以外的光波導路集成在同-半導體基板1101上時的光波導路之間的反射，同時可以把由具有與半導體不同的折射率的材料構成的光波導路集成在半導體光波導路的中途。因此可以提高波導路設計的自由度，實現(xiàn)具有僅用半導體得不到的新特性的光波導路。由于圖16的實施例是對向配置有圖12的結構的，所以圖16的實施例的波導路、核心層和包覆層的材料和結構沒有設置特別的制約，可以使用在此說明的以外的材料和結構。在圖16的實施例中，對僅對向配置1組圖12結構的方法進行了說明，也可以把3個以上的圖12的結構串聯(lián)連接。其中通過使用圖12 的結構，可以抑制各個的光波導路間的反射率，可以抑制集成光波導路整體的反射率。考慮上述集成光波導路的光學長度的話，半導體的折射率因溫度升高而增加，即折射率的溫度微分系數(shù)是正的，周圍溫度升高，光波導路的光學長度變長。例如也可以使用具有負的折射率微分溫度系數(shù)的材料構成圖11的光波導路區(qū)域R62和圖16的光波導路區(qū)域R112。這樣即使在因溫度變化造成一個個光波導路的光學長度變化的情況下，可以抑制光波導路整體的光學長度隨溫度的變化。作為具有負的折射率微分溫度系數(shù) 的材料，例如可以使用PMMA。圖17為表示本發(fā)明第十一實施例的集成光波導路簡要結構的截面圖。此第十一實施例是圖16的結構中把半導體激光器集成化。在圖17 中在半導體基板1201上沿光波導方向順序形成光波導路區(qū)域R121、槽部A121、半導體板B121、光波導路區(qū)域R122、半導體板B122、槽部A122和光波導路區(qū)域R123，在光波導路區(qū)域R121和光波導路區(qū)域 R123上形成有激光二極管。其巾可以設定成光波導路區(qū)域R121、 R123和光波導路區(qū)域R122 的折射率相互不同，例如光波導路區(qū)域R121、 R123可以用半導體材料構成，光波導路區(qū)域R122可以用半導體以外的材料構成?？梢栽诓鄄緼121、 A122中填充半導體以外的材料，例如可以填充與光波導路區(qū)域R122相同的材料。此外半導體板B121、 B122可以以與光波導路區(qū)域R121、 R123的結構相同的方式構成。此外槽部 A121、 A122和半導體板B121、 B122配置成橫穿光波導方向，優(yōu)選槽部A121、 A122和半導體板B121、 B122相對光波導方向可垂直配覽。槽部A121的寬度和半導體板B121的厚度可以設定成在光波導路區(qū)域R121和槽部A121的界面反射的光因在槽部A121和半導體板 B121的界面反射的光、在半導體板B121和光波導路區(qū)域R122的界面反射的光而減弱。槽部A122的寬度和半導體板B122的厚度可以設定成在光波導路區(qū)域R122和半導體板B122的界面反射的光因在半導體板B122和槽部A122的界面反射的光、在槽部A122和光波導路區(qū)域R123的界面反射的光而減弱。也就是在半導體基板1201上層疊活性層1202a、 1202d和核心層 1201b、 1201c，分別在活性層1201a、 1201d上和核心層1202b、 1202c 層疊與半導體基板1201不同導電型的上部包覆層1203a、1203d、1203b、 1203c。作為半導體基板1201和上部包覆層1203a 1203d,例如可以使用InP,作為活性層1202a、 1202d和核心層1202b、 1202c，例如可以使用波長為1.5511 m的GalnAsP。此外例如可以使半導體基板1201 為n型，使上部包覆層1203a 1203d為p型。通過對在活性層1202a、 1202d和核心層1202c、 1202c上層疊有上部包覆層1203a 1203d的半導體基板1201進行蝕刻加工，形成相對光波導方向垂直配置的槽1204a、 1204c，同時在半導體基板1201形成與槽1204a、 1204c僅隔開規(guī)定間隔配置的凹部1204b。這樣可對應于光波導路區(qū)域R121、 R123分別配置活性層1202a、 1202d，并對應于
半導體板B121、 B122分別配置核心層1202b、 1202c。通過把用包覆層1205a、 1207a夾住的核心層1206a埋入槽1204a, 同時把用包覆層1205c、 1207c夾住的核心層1206c埋入槽1204c，可以形成分別配置在光波導路區(qū)域R121、 R123的界面的槽部A121、 A122。通過把用包覆層1205b、 1207b夾住的核心層1206b埋入四部 1204b，可以形成從槽部A121、 A122分別隔開半導體板B121、 B122 而配置的光波導路區(qū)域R122。此外通過在上部包覆層1203a、 1203d上分別形成電極1208a、 1208b，同時在半導體基板1201背面形成電極1208c，可以分別在光波導路區(qū)域R121、光波導路區(qū)域R123上形成激光二極管。其中作為核心層1206a 1206c的材料，例如可以使用BCB，作為包覆層1205a 1205c、 1207a 1207c的材料，例如可以使用折射率比核心層1206a 1206c低的聚酰亞胺。此外也可以用具有負的折射率溫度微分系數(shù)的材料構成光波導路區(qū)域R122，例如可以使用PMMA。這樣可以使諧振器長度相對溫度固定，可以抑制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。再有可以在光波導路區(qū)域R121和R123上形成衍射光柵，賦予波長選擇性，可以制作分布反饋型(DFB)半導體激光器和分布反射器 (DBR)等?；钚詫?202a、 1202d和核心層1202b、 1202c的結構例如可以用具有活性層或核心層中央部的折射率和包覆層的折射率之間的折射率的材料，作成層狀的分離局限異質結構(SCH)、和使折射率分段變化的傾斜折射率(GI - ) SCH。活性層1202a、 1202d的形狀不管是主體、MQW (多重量子阱)、量子線、量子點都可以適用，此外關于活性區(qū)域的波導路結構也可以使用埋入pn、脊結構、埋入異質結構、高臺結構等。此外關于材料也沒有限定InP和GalnAsP的組合，對于GaAs、 AlGaAs、InGaAs、GalnNAs 等任何材質都利用適用。圖18為表示本發(fā)明第十二實施例的集成光波導路耦合部分簡要結構的立體圖。此第十二實施例是通過設置2對槽部A131、 A132和半導體板B131、 B132而可擴大能減少在光波導路區(qū)域RI31和光波導路區(qū)域R132的邊界的反射的波長范圍的實施例。在圖18中，在半導體基板7U .卜.沿光波4方向順序形成有光波4 路區(qū)域R131、槽部A131、半導體板B131、槽部A132、半導體板B132 和光波導路區(qū)域R132。其中光波導路區(qū)域R131和光波導路區(qū)域R132 的折射率可以設定為相互不同，例如光波導路區(qū)域R131可以用半導體材料構成，光波導路區(qū)域R132可以用半導體以外的材料構成?？梢栽诓鄄緼131、 A132中填充半導體以外的材料，例如可以填充與光波導路區(qū)域R132的材料相同的材料。此外半導體板B131、B132 可以以與光波導路區(qū)域R131的結構相同的方式構成。此外槽部A131、 A132和半導體板B131、B132配置成橫穿光波導方向，優(yōu)選槽部A131、 A132和半導體板B131、 B132可以相對光波導方向垂直配置。槽部A131、 A132的寬度和半導體板B131、 B132的厚度可以設定成在光波導路區(qū)域R131和槽部A131的界面反射的光因在槽部A131 和半導體板B131的界面反射的光、在半導體板B13I和槽部A132的界面反射的光、槽部A132和半導體板B132的界面反射的光、以及半導體板B132和光波導路區(qū)域R132的界面反射的光而減弱。這樣即使把半導體光波導路和半導體以外的光波導路集成在同一半導體基板711上的情況下，可以減少在這些光波導路間的反射，可以在保持波導路設計的自由度的同時，可以實現(xiàn)具有僅用半導體得不到的新特性的光波導路。此外通過對形成有光波導路區(qū)域R131的半導體基板711進行蝕刻加工，可以在半導體基板711上形成槽部A131、A132和半導體板B131、 B132。因此不在光波導路區(qū)域R131和光波導路區(qū)域R132的界面形成反射防止膜，可以減少在光波導路區(qū)域R131和光波導路區(qū)域R132的邊界的反射，可以容易地處理光波導路的集成化。利用調整槽部A131、A132的寬度和半導體板B131、B132的厚度，可以擴大能減少在光波導路區(qū)域R131和光波導路區(qū)域R132的邊界反射的波長范圍，可以適用于波分復用光學網(wǎng)絡等，同時實現(xiàn)具有僅用半導休得不到的新特性的光波導路。圖19為在沿圖18的光波導方向的XIX、 XX-XIX、 XX線切斷的截面圖。在圖19中，在半導體基板711上層疊核心層712a 712c，在核心層712a 712c上分別層疊上部包覆層713a 713c。作為半導體基板711和上部包覆層713a 713c，例如可以使用InP，作為核心層 712a 712c，例如可以使用發(fā)光波長為1.3 u m的GalnAsP。通過對順序層疊有核心層712a 712c和上部包l[層713a 713c 的半導體基板711進行蝕刻加工，形成相對光波導方向垂直配置的寬度d，的槽714a，并形成與槽714a僅隔開規(guī)定間隔(12配置的寬度d3的槽714b，并且在半導體基板711上形成與槽714b僅隔開規(guī)定間隔dt 配置的臺階714c。.通過分別在槽714a、 714b中埋入填充材料715a、 715b，可以形成配置在與光波導路區(qū)域R131的界面上的槽部A131，同時可以形成與槽部A131僅隔開厚度d2的半導體板B131配置的槽部A132。此外通過把光波導路材料715c埋入臺階714c，可以形成與槽部 A132僅隔開厚度dt的半導體板B132配置的光波導路區(qū)域R132。其中作為填充材料715a、 715b和光波導路材料715c，可以使用具有折射率與半導體不同的材料，例如可以例舉有BCB。這種情況下，光波導路區(qū)域R131和半導體板B131 、B132的等價折射率fTJ以為3.12，光波導路區(qū)域R132和槽部A131、 A132的等價折射率可以為1.54。這樣可以在寬的波長范圍減少在光波導路區(qū)域R131和光波導路區(qū)域R132的邊界的反射，同時可以把折射率相互不同的光波導路區(qū)域 R131和光波導路區(qū)域R132集成在同一半導體基板711上，可以實現(xiàn) 具有僅用半導體得不到的新特性的光波導路。在槽部A131、 A132和光波導路區(qū)域R132的波導損失在它們傳播距離短的情況下小到可以忽略的程度，但是在槽部A131、 A132和光波導路區(qū)域R132中的傳播距離長的話，波導損失不能忽略。因此也可以把在圖18的XX - XX線切斷的圖19的截面結構置換成圖20的截面結構。圖20為沿光波導方向表示本發(fā)明第十三實施例的集成光波導路耦合部分簡要結構的截面圖。此第十三實施例是象圖19的在槽部A131、 A132和光波導路區(qū)域R132上設置核心層那樣的實施例。在圖20中，在半導體基板811上沿光波導方向順序形成有光波導
路區(qū)域R141、槽部A141、半導體板B141、槽部A142、半導體板B142 和光波導路區(qū)域R142。也就是在半導體基板811上層疊核心層812a 812c,在核心層 812a 812c上分別層疊上部包覆層813a 813c。作為半導體基板811 和上部包覆層813a 813c，例如可以使用InP，作為核心層812a 812c，例如可以使用發(fā)光波長為1.3 H m的GalnAsP。通過對順序層疊有核心層812a 812c和上部包覆層813a 813c 的半導體基板811進行蝕刻加工，形成相對光波導方向垂直配置的槽 814a,并形成與槽814a僅隔開規(guī)定間隔配置的槽814b，進而在半導體基板811上與槽814b僅隔開規(guī)定間隔配置的臺階814c。通過把用包覆層815a、 817a夾住的核心層816a埋入槽814a，同時把用包覆層815b、 817b夾住的核心層816b埋入槽814b，可以形成配置在與光波導路區(qū)域R141的界面的槽部A141，同時可以形成與槽部A141隔開半導體板B141配置的槽部A142。通過把用包覆層815c、 817c夾住的核心層816c埋入臺階814c，可以形成與槽部A142隔開半導體板B142配置的光波導路區(qū)域R142。其中作為核心層816a 816c的材料，例如可以使用BCB，作為包覆層815a 815c、 817a 817c的材料，例如可以使用折射率比核心層 816a 816c低的聚酰亞胺。這樣可以減少在光波導路區(qū)域R141和光波導路區(qū)域R142的邊界的反射，同時可以減少在槽部A141、 A142和光波導路區(qū)域R142中的波導損失。為了抑制在圖19的光波導路區(qū)域R131中橫方向的波導損失，也可以把圖18的在XIII- XIII線切斷的截面結構置換成圖13的截面結構。此外為了抑制在圖18的光波導路區(qū)域R132中橫方向的波導損失，也可以把圖18的在XIV- XIV線切斷的截面結構置換成圖14的截面結構。關于圖19的核心層712a、 712b的形狀沒有特別的制約，例如可以用具有核心層中央部的折射率和包覆層的折射率之間的折射率的材料，作成層狀的分離局限異質結構(SCH)、和使折射率分段變化的傾斜折射率(GI - ) SCH。
在半導體激光器中使用本結構的情況下，作為核心可以使用活性區(qū)域，它的形狀不管是主體、MQW (多重量子阱)、量子線、量子點都可以適用，此外關于活性區(qū)域的波導路結構也可以使用埋入pn、脊結構、半絕緣埋入結構、高臺結構等。此外關于材料也沒有限定InP 和GalnAsP的組合，對于GaAs、 AlGaAs、 InGaAs、 GalnNAs等任何材質都利用適用。采用使圖19的光波導路區(qū)域R131和半導體板B131、 B132的等價折射率N，為3.12,光波導路區(qū)域R132和槽部A131、 A132的等價折射率N2為1.54的話，在用光波導路區(qū)域R131、槽部A131、半導休板B131和槽部A132構成的光波導路中，對于槽部A131的寬度d,和半導體板B131的厚度(12的反射率與圖15相同。因此為了降低光波導路區(qū)域R131、槽部A131、半導體板B131和槽部A132構成的光波導路的反射率，可以以滿足(6)式或(7)式的關系的方式，設定槽部A131的寬度d,和半導體板B131的厚度(12。為了使光波導路區(qū)域R131、槽部A131、半導體板B131和槽部 A132構成的光波導路的反射率為0,可以以滿足(8)式或(9)式的關系的方式，設定槽部A131的寬度di和半導體板B131的厚度(12。為了對于某個波長A使圖19的光波導路整體的反射為0，用槽部 A132把圖19的整體結構分割，如設想由光波導路區(qū)域R131、槽部 A131、半導體板B131和槽部A132構成的光波導路以及由槽部A132、半導體板B132和光波導路區(qū)域R132構成的光波導路，必須使這雙方的光波導路的反射率為0。因此在使由光波導路區(qū)域R131、槽部A131、半導體板B131和槽部A132構成的光波導路的反射率為0的基礎上，必須使由槽部A132、半導體板B132和光波導路區(qū)域R132構成的光波導路的反射率為0。其中使由槽部A132、半導體板B132和光波導路區(qū)域R132構成的光波導路的反射率為O的條件可以用以下的(10)式給出。N2d4=X/2n …(10)(n為整數(shù))圖21為表示用圖19的槽部A132、半導體板B132和光波導路區(qū) 域R132構成的光波導路的反射率和半導體板B132的厚度cU的關系的圖示。入射波長為1.55 li m。在圖21中，由槽部A132、半導體板B132和光波導路區(qū)域R132構成的光波導路的反射率在用斜線表示的區(qū)域中比簡單二波導路的接合(約12%)小。而使在由槽部A132、半導體板B132和光波導路區(qū) 域R132構成的光波導路的反射率比簡單二波導路的接合小的條件可以由下面的(11)式給出。X /2n -入/16<N2cU< X /2n + X /16 …(11)(n為整數(shù))其中圖19的整個光波導路是把由光波導路區(qū)域R131、槽部A131、半導體板B131和槽部A132構成的左側光波導路和由槽部A132、半導左側光波導路的后端和右側光波^路、的前端為相「:;的折射率，所以此部分不產(chǎn)生反射。因此即使考慮分割前的光波導路整體，入射波長X 時，可以使在光波導路區(qū)域R131和光波導路區(qū)域R132的耦合結合部的反射為0。它不依賴于槽部A132的寬度d3。圖22為表示圖18的槽部A132的寬度d3和相對于入射波長的反射率的關系的圖示。在圖22中，使N產(chǎn)1.54、 N2=3.21，使入射波長入 =1.55 um時，使d產(chǎn)1.08u m、 d2-l.OOiim、 d4=0.966um，滿足反射率為0的條件。此外用更一般話說，也表示光學長度。在圖22中，區(qū)域d是比使光波導路區(qū)域R131和光波導路區(qū)域R132 單獨接合時的反射率(約12%)低的區(qū)域，區(qū)域c為發(fā)射率在10。/o以下的區(qū)域，區(qū)域b為反射率在5。/。以下的區(qū)域，區(qū)域a為反射率在1。/0 以下的區(qū)域。也就是通過改變槽部A132的寬度d3，可以使得到低反射率的區(qū)域改變。例如要拓寬區(qū)域d的波長寬度，可以入/2 (n+1/4) <N'd3<X/2 (n+l) (n為整數(shù)) 此外要拓寬區(qū)域a的波長寬度，可以入/2 (m+3/8) <>^(13<"2 (m+3/4) (m為整數(shù))。在上述的實施例中，對使在槽部A131、 A132中的填充材料與光
波導路區(qū)域R132的材料相同的方法進行了說明，但也可以使在槽部 A131、 A132中的填充材料與光波導路區(qū)域R132的材料不同。此外光波導路區(qū)域R131和半導體板B131、 B132可不為相同的層結構。圖23為表示本發(fā)明第十四實施例的集成光波導路簡要結構的截面圖。此第十四實施例是通過槽部A151 A154和半導體板B151 B154 相互交替配置，可以使成為低反射的波長帶變陡的實施例。在圖23中，在半導體基板911上沿光波導方向形成光波導路區(qū)域 R151和光波導路區(qū)域R152，同時在光波導路區(qū)域R151和光波導路區(qū) 域R152之間沿光波導方向交互配置槽部A151 A154和半導體板 B151 B154。其中可以設定成光波導路區(qū)域R151和光波導路區(qū)域R152的折射率相互不同，例如光波導路區(qū)域R151可以用半導體材料構成，光波導路區(qū)域R152可以用半導體以外的材料構成。可以在槽部A151 A154中填充半導體以外的材料，例如可以填充與光波導路區(qū)域R152相同的材料。此外半導體板B151 B154可以以與光波導路區(qū)域R151的結構相同的方式構成。此外槽部A151 A154和半導體板B151 B154配置成橫穿光波導方向，優(yōu)選槽部 A151 A154和半導體板B151 B154可以相對于光波導方向垂直配置成。槽部A151的寬度和半導體板B151的厚度可以以在由光波導路區(qū) 域R14、槽部A151、半導體板B151和槽部A152構成的光波導路上的反射率被減弱的方式設定。槽部A152的寬度和半導體板B152的厚度可以以滿足由槽部 A152、半導體板B152和槽部A153構成的光波導路無反射率的條件的方式設定此外槽部A153、 A154的寬度和半導體板B153、 B154的厚度可以設定成分別與槽部A152的寬度和半導體板B152的厚度相同。其中通過以滿足由槽部A152、半導體板B152和槽部A153構成的光波導路無反射率的條件的方式設定槽部A152的寬度和半導體板 B152的厚度，同時以分別與槽部A152的寬度和半導體板B152的厚度相同的方式設定槽部A153、 A154的寬度和半導體板B153、 B154的厚
度，即使在槽部A151 A154和半導體板B151 B54交替配置的情況下，也能使入射波長入中的反射率保持一定。也就足在半導體基板911上層疊核心層912a 912e，在核心S 912a 912e上分別層疊上部包覆層913a 913e。作為半導休基板911 和上部包覆層913a 913e，例如可以使用InP，作為核心層912a 912e，例如可以使用發(fā)光波長為1.3 ii m的GalnAsP。
通過對順序層疊有核心層912a 912e和上部包覆層913a 913e 的半導體基板911進行蝕刻加工，形成相對光波導方向垂苴配S的槽 914a 914d,同時在半導體基板911形成與槽914d僅隔開規(guī)定間隔配置的臺階914e。
通過分別在槽914a 914d中埋入填充材料915a 915d,同時在臺階914e中埋入光波導路材料915e，可以在光波導路區(qū)域R151和光波導路區(qū)域R152之間形成沿波導方向相互交替配置的槽部A151 A154 和半導體板B151 B154，同時在半導體基板911上可以形成與槽部 A154僅隔開厚半導體板B154配置的光波導路區(qū)域R152。這樣通過在半導體基板911上進行用于形成槽部914a 914d的蝕刻加工，可以使成為低反射的波長帶變陡，即使把半導體光波導路和半導體以外的光波導路在同一半導體基板911上集成的情況下，可以有效地減少這些光波導路間特定波長的反射。
在上述的實施例中，對反復4次配置槽部A151 A154和半導體板B151 B154的方法進行了說明，可以使槽部和半導體板反復配置3 回或5回以上。圖24為表示本發(fā)明第十五實施例的集成光波導路簡要結構的截面圖。此第十五實施例是與圖19的結構面對配置的實施例。在圖24中，在半導體基板1011上沿光波導方向順序形成有光波導路區(qū)域R161、槽部A161、半導體板B161、槽部A162、半導體板B162、光波導路區(qū) 域R162、半導體板B163、槽部A163、半導體板B164、槽部A164和光波導路區(qū)域R163。
其中可以設定光波導路區(qū)域R161、 R163和光波導路區(qū)域R162的折射率成相互不同，例如光波導路區(qū)域R161、 R163可以用半導體材料構成，光波導路區(qū)域R162可以用半導體以外的材料構成。
可以在槽部A161 A164中填充半導體以外的材料，例如可以填充與光波導路區(qū)域R162的材料相同的材料。此外半導體板B161 B164可以以與光波導路區(qū)域R161、 R163的結構相同的方式構成。此外槽部A161 A164和半導體板B161 B164配置成橫穿光波導力'向，優(yōu)選槽部A161 A164和半導體板B161 B164可以相對光波導方向乖直配置。槽部A161的寬度和半導體板B161的厚度可以設定成在光波導路區(qū)域R161和槽部AI61的界面反射的光分別因在槽部A161和半導體板B161的界面反射的光、在半導體板B161和槽部A162的界面反射的光、槽部A162和半導體板B162的界面反射的光、以及半導體板B162 和光波導路區(qū)域R162的界面反射的光而減弱。槽部A164的寬度和半導體板B164的厚度可以設定成在光波導路區(qū)域R163和槽部A164的界面反射的光分別因在槽部A164和半導體板B164的界面反射的光、在半導體板B164和槽部A163的界面反射的光、槽部A163和半導體板B163的界面反射的光、以及半導體板B163 和光波導路區(qū)域R162的界面反射的光而減弱。也就是在半導體基板1011上層疊核心層1012a 1012f，在核心層 1012a 1012f上分別層疊上部包覆層1013a 1013f。作為半導體基板 1011和上部包覆層1013a 1013f，例如可以使用InP,作為核心層 1012a 1012f，例如可以使用發(fā)光波長為1.3 u m的GalnAsP。通過對順序層疊有核心層1012a 1012f和上部包覆層1013a 1013f的半導體基板1011進行蝕刻加工，形成相對光波導方向垂直配置的槽1014a、 1014b、 1014d、 1014e，同時在半導體基板1011形成與槽1014b、 1014d僅隔開規(guī)定間隔配置的凹部1014c。通過把用包覆層1015a、 1017a夾住的核心層1016a埋入槽1014a，同時把用包覆層1015b、 1017b夾住的核心層1016b埋入槽1014b，可以形成配置在光波導路區(qū)域R161和光波導路區(qū)域R162之間的槽部 A161、 A162。通過把用包覆層1015d、 1017d夾住的核心層1016d埋入槽部 1014d,用包覆層1015e、 1017e夾住的核心層1016e埋入凹部1014e，可以形成配置在光波導路區(qū)域R162和光波導路區(qū)域R163之間的槽部A163、 A164。通過把用包覆層1015c、 1017c夾住的核心層1016c埋入凹部 I014c，形成分別與槽部A162、 A164隔開半導體板B162、 B164配置的光波導路區(qū)域R162。其中作為核心層1016a 1016e的材料，例如可以使用BCB，作為包覆層1015a 1015e、 1017a 1017e的材料，例如可以使用折射率比核心層1016a 1016e低的聚酰亞胺。由于圖24的實施例是對向配置圖20結構的實施例，所以對圖24 的實施例的波導路、核心層和包覆層的材料和結構沒有設置特別的制約，也可以使用在此說明的以外的材料和結構。在圖24的實施例中，對僅對向配置1組圖20結構的方法進行了說明，也可以把3個以上的圖20的結構串聯(lián)連接。其中通過使用圖20 的結構，可以抑制一個個的光波導路間的反射率，可以抑制集成光波導路整體的反射率?？紤]上述集成光波導路的光學長度的話，由于半導體的折射率因溫度升高而增加。也就是折射率的溫度微分系數(shù)是正的，周圍溫度升髙的話，光波導路的光學長度變長。例如也可以使用具有負的折射率微分溫度系數(shù)的材料構成圖19的光波導路區(qū)域R132和圖24的光波導路區(qū)域R162。這樣即使在因溫度變化造成一個個光波導路的光學長度變化的情況下，可以抑制光波導路整體的光學長度隨溫度的變化。作為具有負的折射率微分溫度系數(shù) 的材料，例如可以使用PMMA。圖25為表示本發(fā)明第十六實施例的集成光波導路簡要結構的截面圖。此第十六實施例是在圖24的結構中把半導體激光器集成化的實施例。在圖25中在半導體基板1111上沿光波導方向順序形成光波導路區(qū)域R171、槽部A171、半導體板B171、槽部A172、半導體板B172、光波導路區(qū)域R172、半導體板B173、槽部A173、半導體板B174、槽部A174和光波導路區(qū)域R173，在光波導路區(qū)域R171和光波導路區(qū)域 R173上形成有激光二極管。其中可以設定成光波導路區(qū)域R171、 R173和光波導路區(qū)域R172
的折射率相互不同，例如光波導路區(qū)域R171、 R173可以用半導體材料構成，光波導路區(qū)域R172可以用半導體以外的材料構成。可以在槽部A171 A174中填充半導體以外的材料，例如可以填充與光波導路區(qū)域R172相同的材料。此外半導體板B171 B174可以以與光波導路區(qū)域R171、 R173的結構相同的方式構成。此外槽部 A171 A174和半導體板B171 B174配置成橫穿光波導方向，優(yōu)選槽部A171 A174和半導體板B171 B174可以相對光波導方向垂直配置。槽部A171的寬度和半導體板B171的厚度可以設定成在光波^路區(qū)域R171和槽部A171的界面反射的光因在槽部A171和半導體板 B171的界面反射的光、半導體板B171和槽部A172的界面反射的光、槽部A172和半導體板B172的界面反射的光、以及半導體板B172和光波導路區(qū)域R172的界面反射的光而減弱。槽部A174的寬度和半導體板B174的厚度可以設定成在光波導路區(qū)域R173和槽部A174的界面反射的光因槽部A174和半導體板B174 的界面反射的光、半導體板B174和槽部A173的界面反射的光、槽部 A173和半導體板B173的界面反射的光、以及半導體板B173和光波導路區(qū)域R172的界面反射的光而減弱。也就是在半導體基板1111上層疊活性層1112a、 1112f和核心層 U12b 1112e，分別在活性層1112a、 1 U2f上和核心層1112b I 112e 上層疊與半導體基板1111不同導電型的上部包覆層1113a、 U13f、 U13b 1113e。作為半導體基板llll和上部包覆層1113a 1113f,例如可以使用InP，作為活性層1112a、 1112f和核心層U12b 1112e，例如可以使用波長為1.55um的GalnAsP。此外例如可以使半導體基板llll為n型，使上部包覆層1113a 1113f為p型。通過對在活性層1112a、 1112f和核心層1112c 1112e上層疊有上部包覆層1113a 1113f的半導體基板1111進行蝕刻加工，形成相對光波導方向垂直配置的槽1114a、 1114b、 1114d、 1114e，同時在半導體基板1111上形成與槽1114ba、 1114d僅隔開規(guī)定間隔配置的凹部 1114c。這樣對應于光波導路區(qū)域R171、R173而分別配置活性層1112a、 1112f，同時對應于半導體板B171 B174而分別配置核心層1112b 通過把用包覆層U15a、 1117a夾住的核心層U16a埋入槽1U4a, 同時把用包覆層U15b、 U17b夾住的核心層1116b埋入槽lU4b，可以形成配置在光波導路區(qū)域R171和光波導路區(qū)域R172之間的槽部 A171、 A172。通過把用包覆層1115d、 1117d夾住的核心層1116d埋入槽部 U14d，把用包覆層1115e、 1117e夾住的核心層1116e埋入槽部1114e，可以形成配置在光波導路區(qū)域R172和光波導路區(qū)域R173之間的槽部 A173、 A174。通過把用包覆層1115c、 1U7c夾住的核心層1116c埤入凹部 1114c，可以形成分別與槽部A172、 A174隔開半導體板B172、 B174 配置的光波導路區(qū)域R172。此外通過在上部包覆層1113a、 1113f上分別形成電極U18a、 1118b，同時在半導體基板llll背面形成電極1118c，可以分別在光波導路區(qū)域R171和光波導路區(qū)域R173上形成激光二極管。其中作為核心層1116a 1116e的材料，例如可以使用BCB，作為包覆層1115a 1115e、 1117a 1117e的材料，例如可以使用折射率比核心層1116a 1116e低的聚酰亞胺。此外也可以用具有負的折射率溫度微分系數(shù)的材料構成光波導路區(qū)域R172，例如可以使用PMMA。這樣可以使諧振器長度相對溫度固定，可以抑制半導體激光器的振動波長對溫度的依賴關系。再有可以在光波導路區(qū)域R171和光波導路區(qū)域R173上形成衍射光柵等，賦予波長選擇性，可以制作分布反饋型(DFB)半導體激光器和分布反射器(DBR)等?；钚詫?112a、 1112f和核心層1112b 1112e的結構例如可以用具有活性層或核心層中央部的折射率和包覆層的折射率之間的折射率的材料，作成層狀的分離局限異質結構(SCH)、或使折射率分段變化的傾斜折射率(GI - ) SCH?；钚詫?112a、 1112f的形狀不管是主體、MQW (多重量子阱)、量子線、量子點都可以適用，此外關于活性區(qū)域的波導路結構也可以使用埋入pn、脊結構、埋入異質結構、高臺結構等。此外關于材料也
沒有限定InP和GalnAsP的組合，對于GaAs、 AlGaAs、InGaAs、GalnNAs 等任何材質都利用適用。如以上說明所述，采用本發(fā)明的第二實施方式的話，不在第一光波導路和第二光波導路的界面形成反射防止膜，可以是第一光波導路和第二光波導路的界面的反射減少，可以對應于光波導路的集成化，穩(wěn)定而且容易地在半導體基板上實現(xiàn)具有僅用半導體得不到的新特性的光波導路。(用布魯斯特角的光波導路和光學裝置)下面參照圖對本發(fā)明的第三實施方式的集成光波導路進行說明。采用此第三實施方式的話，可以提供使波導方向的設計自由度提高，同時減少因折射率相互不同的波導路間的反射和折射造成的波導路損失，可以在半導體基板上集成化的光波導路和光學裝置。下面對木實施方式的幾個具體實施例進行說明。圖26為表示本發(fā)明第十七實施例的集成光波導路簡要結構的俯視圖。在圖26中，在半導體基板1200上形成第一波導路1201、第二波導區(qū)域1202和第三波導路1203，第二波導區(qū)域1202配置在第一波導路120和第三波導路1203之間。其中第一波導路1201和第三波導路 1203可以設定成折射率相同，第一波導路1201和第二波導區(qū)域1202 可以設定成折射率相互不同。例如第一波導路1201和第三波導路1203 可以用半導體材料構成，第二波導區(qū)域1202可以用半導體以外的材料構成。此外作為第二波導區(qū)域1202的材料，例如可以使用氘化聚氟甲基丙烯酸酯(d-PFMA: poly國fluoromethacrylate deuteride)等。第一波導路1201和第二波導區(qū)域1202的邊界面1204可以配置成相對第一波導路1201的光傳播方向傾斜。此外第二波導區(qū)域1202和第三波導路1203的邊界面1205可以配置成相對于在第一波導路1201 和第二波導區(qū)域1202的邊界面1204上的光折射方向的延長線傾斜。其中使第二波導區(qū)域1202和第三波導路1203的邊界面1205相對于在第一波導路1201和第二波導區(qū)域1202的邊界面1204上的光折射方向的延長線傾斜的情況下，在第二波導區(qū)域1202和第三波導路1203的邊界面1205上的光的折射方向可以設定成與第三波導路1203的光傳播方向一致。
這樣即使在第一波導路1201和第三波導路1203之間配置折射率相互不同的第二波導區(qū)域1202的情況下，可以使在第一波導路1201 與第二波導區(qū)域1202的邊界面1204和第二波導區(qū)域1202與免'三波導路1203的邊界面1205上的反射躥少，而且可以抑制因折射造成的損失。也就是由于第一波導路1201和第二波導區(qū)域1202連接成它們之間的邊界面1204相對于第一波導路1201的光傳播方向傾斜，在邊界面1204上產(chǎn)生的反射光不返回到第一波導路1201，可以避免第一波導路1201構成局部的諧振器。同樣由于第二波導區(qū)域1202和第三波導路1203連接成它們之間的邊界面1205相對于第二波導區(qū)域1202的光傳播方向傾斜，可以避免第二波導區(qū)域1202和第三波導路1203構成局部的諧振器。通過使第二波導區(qū)域1202和第三波導路1203的邊界面1205上的光折射方向與第三波導路1203的光傳播方向一致，在第波導路 1201、第二波導區(qū)域1202和第三波導路1203傳播的光即使在第.-波導路.1201和第二波導區(qū)域1202的邊界面1204、第二波導區(qū)域1202 和第三波導路1203的邊界面1205上產(chǎn)生折射的情況下，也可以防止從第一波導路1201、第二波導區(qū)域1202和第三波導路1203漏出。其結果從第一波導路1201入射的光與現(xiàn)有相比可以用小的損失在第一波導路1201、第二波導區(qū)域1202和第三波導路1203傳播，從第三波導路1203射出。在第一波導路1201和第二波導區(qū)域1202的邊界面1204相對于第一波導路1201的光傳播方向傾斜的情況下，此邊界面1204的傾斜角可以設定成滿足布魯斯特角。此外在第二波導區(qū)域1202和第三波導路 1203的邊界面1205相對于第二波導區(qū)域1202的光傳播方向傾斜的情況下，此邊界面1205的傾斜角可以設定成滿足布魯斯特角。此時可以相對于第二波導區(qū)域1202的中點成點對稱的方式，把第一波導路1201 和第三波導路1203連接在第二波導區(qū)域1202上。這樣可以減少第一波導路1201和第二波導區(qū)域1202的邊界面 1204、第二波導區(qū)域1202和第三波導路1203的邊界面1205的反射，同時可以使第一波導路1201和第三波導路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導路間的反射，即使使用布魯斯特角的情況下，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導路1201和第三波導路1203之間的情況下，也能抑制波導路損火，問吋nj以義活應用適合于解理、蝕刻和埋入等的結晶取向，可以抑制制作第-'波導路 1201和第三波導路1203時的可靠性惡化，實現(xiàn)具有僅用半導體得不到的新特性的光波導路，同時可以提高波導路設計的自由度。圖27為表示圖26的第一波導1201和第三波導路1203的簡要結構的截面圖。在圖27中，在半導體基板1200上順序層疊有核心層1301 和上部包覆層1302。上部包覆層1302、核心層1301和半導體基板1201 的上部沿光波導方向蝕刻加工成條帶狀，在上部包覆層1302、核心層 1301和半導體基板1200的上部兩側分別形成埋入層1303、 1304。這樣使第一波導1201和第三波導路1203成為埋入異質(BH)結構，作為可以在橫方向進行光局限，可以減少第一波導1201和第三波導路1203的波導損失。作為半導體基板1200、上部包覆層1302、埋入層1303、 1304，例如可以使用InP，作為核心層1301，例如可以使用GalnAsP。在把核心層1301和上部包覆層1302順序層疊在半導體基板1200 上的情況下，例如可以使用MBE (molecular beam epitaxy:分子束外延生長)、MOCVD (metal organic chemical vaper deposition:金屬有豐幾化學氣相淀積)或ALCVD (atomic layer chemical vaper deposition:原子層化學氣相淀積)等的外延生長。圖28為表示本發(fā)明第十八實施例的集成光波導路簡要結構的俯視圖。在圖28中，在半導體基板1400上形成第一波導路1401.、第二波導路1402和第三波導路1403，第二波導路1402配置在第一波導路1401 和第三波導路1403之間。其中可以設定成第一波導路1401和第三波導路1403的折射率相互相同，可以設定成第一波導路1401和第二波導路1402的折射率相互不同。例如第一波導路1401和第三波導路1403 可以用半導體材料構成，第二波導路1402可以用半導體以外的材料構成。第一波導路1401和第二波導路1402的邊界面1404可以配置成相
對第一波導路1401的光傳播方向傾斜。此外第二波導路1402和第三波導路1403的邊界面1405可以配置成相對于在第一波導路1401和第二波導路1402的邊界面1404上的光折射方向的延長線傾斜。其屮使第二波導路1402和第三波導路1403的邊界面1405相對于在第--波導路1401和第二波導路1402的邊界面1404上的光折射方向的延長線傾斜的情況下，在第二波導路1402和第三波導路1403的邊界而1405上的光的折射方向可以設定成與第三波導路1403的光傳播方向一致。例如此邊界面1404、 1405的傾斜角分別設定為滿足布魯斯特角，同時以相對于第二波導路1402的中點成點對稱的方式，把第一波導路 1401和第三波導路1403連接在第二波導路1402上。圖29為表示圖28的第二波導路1402的簡要結構的截面圖。在圖 29中，在半導體基板1400上形成用包覆層1502圍住周圍的核心層 1501。作為半導體基板1400，例如可以使用InP。此外作為包覆層1502 和核心層1501，例如可以使用改變氟含量以改變折射率的気化聚氟甲基丙烯酸酯(d-PFMA)等。這樣可以減少在第二波導路1402中的波導損失，同時可以減少在第一波導路1401和第二波導路1402的邊界面1404、第二波導路1402 和第三波導路1403的邊界面1405上的反射。關于圖26的第一波導路1201和第三波導路1203、圖28的第一波導路1401、第二波導路1402和第三波導路1403，沒有設置特別的制約，作為半導體波導路的結構，可以使用一般常用的脊波導路、高臺波導路等。關于波導路的核心層和包覆層的形狀沒有設置特別的制約，例如可以用具有核心層中央部的折射率和包覆層的折射率之間的折射率的材料，作成層狀的分離局限異質結構(SCH)、和使折射率分段變化的傾斜折射率(GI-) SCH。在半導體激光器中使用本結構的情況下，作為核心可以使用活性區(qū)域，它的形狀不管是主體、MQW (多重量子阱)、量子線、量子點都可以適用，此外關于活性區(qū)域的波導路結構也可以使用埋入pn、脊結構、半絕緣埋入結構、高臺結構等。此外關于材料也沒有限定InP 和GalnAsP的組合，對于GaAs、 AlGaAs、 InGaAs、 GalnNAs等任何材質都利用適用。對于圖26的第二波導區(qū)域1202和圖28的第二波導路1402也沒有設置特別的制約，例如也可以使用聚酰亞胺和苯并環(huán)丁烯 (benzocyclobutene)等?？紤]上述集成光波導路的光學長度的話，由于半導體的折射率因溫度升高而增加。也就是折射率的溫度微分系數(shù)是正的，周圍溫度升高的話，光波導路的光學長度變長。例如也可以使用具有負的折射率微分溫度系數(shù)的材料構成閣26的第二波導區(qū)域1202和圖28的第二波導路1402。這樣即使在因溫度變化造成一個個光波導路的光學長度變化的情況下，可以抑制光波導路整體的光學長度隨溫度的變化。作為具有負的折射率微分溫度系數(shù)的材料，例如可以使用PMMA。下面對圖26和圖28的實施例的動作原理進行更詳細的說明。圖30為表示光入射到折射率不同物質的接合面的情況下，入射角和折射角關系的示意圖。在圖30中，以從折射率N,的物質一側到折射率N2的物質一側的入射角8 ,入射的光在這些物質的界面以折射角9 2折射。此時入射角 0 ,和折射角0 2之間的關系可以用(4)式表示。特別是入射角0 ,滿足用(5)式表示的關系，入射角e ,與布魯斯特角e b—致的情況下，可以使平行于入射面的成分的反射消失。在入射角e,與布魯斯特角e b —致的情況下，由(4).式和(5)式引出的下面的(12)式成立。 cos 0 1= sin 0 2e2=oi/2-e廣.(12)因此通過以相對于圖28的第二波導區(qū)域1402的中點成點對稱的方式，把第一波導路1401和第三波導路1403連接在第二波導區(qū)域1402 上，可以使第一波導路1401和第二波導區(qū)域1402的邊界面1404、第二波導區(qū)域1402和第三波導路1403的邊界面1405上的傾斜角與布魯斯特角一致，同時可以使第一波導路1201和第三波導路1203的方向相互平行。此外從圖30可以看出，在折射率N,的物質內波導的方向和在折
射率N2的物質內波導的方向所成的角度0 12可以用下面(13)式表示。 0,2=31/2-20, …(13)圖31為表示光從折射率N,的物質一側到折射率N2的物質一側的入射的情況下，波導方向所成的角度8 12和折射率比N2/N,的關系的圖示。波導方向所成的角度0 12在圖26的結構中，是光在第一波導路1201 波導的方向和光在第二波導區(qū)域1202波導的方向所成的角，在圖28 的結構中，是光在第一波導路1401波導的方向和光在第二波導路1402 波導的方向所成的角。在圖31中，以圖28的結構為例，第一波導路1401和第二波導路 1402的折射率比為0.9 (例如第一波導路1401的折射率為3.21的話，第二波導路1402的折射率為2.89)的話，第一波導路1401和第二波導路1402所成的角度0 |2為6度左右。因此例如第二波導路1402的波導長度為lO"m的話，來自第二波導路1402的光的射出位置從第一波導路1401的延長線上偏離1 li m左右。此外第一波導路1401和第二波導路1402的折射率比變成0.8的話，第一波導路1401和第二波導路1402所成的角度9 12為12度左右，第一波導路1401和第二波導路1402的折射率比變成0.7的話，第一波導路1401和第二波導路1402所成的角度6 12為20度左右，第一波導路1401和第二波導路1402的折射率比變成0.6的話，第一波導路1401 和第二波導路1402所成的角度6 12為28度左右，第一波導路1401和第二波導路1402的折射率比變成0.5的話，第一波導路1401和第二波導路1402所成的角度e 12為37度左右，從第一波導路1401的延長線上偏離還要變大。因此第一波導路1401和第三波導路1403配置在直線上的話，不能使光有效地波導，通過對應于第一波導路1401和第二波導路1402 所成的角度012和第二波導路1402的波導長度，把第三波導路1403 配置成從第一波導路1401的延長線上偏離，可以使光有效地波導。即使光的軌跡與前進的方向相反也一樣，象在&> N,的情況下，用(3)式 (5)式和(12)式可以看出的那樣，可以考慮把N2和 N，替換。例如第一波導路1401和第三波導路1403的折射率為3.12，第二
波導路1402的折射率為1.54，第一波導路1401和第二波導路1402的折射率比為0.48的話，從第一波導路1401向第二波導路1402的布魯斯特角0 B為25.6度，如折射角0 2變成25.6度，第一波導路1401和第二波導路1402所成的角0 ，2為38.8度。另一方面從第二波導路1402和第三波導路1403的情況下，象用 (3)式 (5)式和(12)式可以看出的那樣，由于相當于交換第一波導路1401和第二波導路1402的折射率，所以布魯斯特角6 8為64.4 度，折射角02變成25.6度。因此通過以相對于圖28的第二波導區(qū)域1402的中點成點對稱的方式,把第一波導路1401和第三波導路1403連接在第二波導區(qū)域1402 上，可以抑制各波導路間的反射，同時可以使第一波導路1401和第三波導路1403的方向相互平行。因此可以使第-波導路1401和第三波導路1403沿相同結晶方向制作，可以可靠性高地制作具有埋入異質結構的第一波導路1401和第三波導路1403。特別是從圖31可以看出，在第一波導路1401和第二波導路1402 的折射率比為0.41左右的情況下，第一波導路1401和第二波導路1402 所成的角度0 12可以為45度，第一波導路1401和第三波導路1403的方向可以相互垂直。即使是第一波導路1401和第三波導路1403用半導體以外的材料構成的情況下，本發(fā)明的原理也相同，第一波導路1401和第三波導路 1403的方向可以相互平行。設第一波導路1401的折射率N"第二波導路1402的折射率N2 的話，與入射面平行的成分的反射率R可以用下面的(14)式給出。R= I t肌(8 , - sin" (N2/N,sin 9 ,) ) /tan ( 0 ,+ sin-1 (Ns/N'sine ,) ) I 2 …(14)圖32為表示光入射到折射率不同物質的接合面的情況下，入射角和與入射面平行部分的反射率的關系的圖示。在圖32的示例中，使第一波導路1401的折射率為N產(chǎn)3.21，使第二波導路1402的折射率為 N2=1.54。在圖32中，按隨著入射角6 ,增加，平行入射面的成分的反射率R 逐漸減小,入射角6 ,與布魯斯特角0 B=25.6度一致時反射率R變?yōu)?。60
而入射角8 ，超過布魯斯特角0 B的話，平行入射面的成分的反射率R急劇增加，逐漸接近全反射角0八=28.7度。全反射角0a可以用下面的(15)式給出。 0A-sin" WN,) …(15)其中以入射角6 ,為0度時的反射率R變?yōu)?/3的情況為例，作為反射率R變小的入射角0 ,，可以為從布魯斯特角0 b的4/5的角度到比布魯斯特角6 b大全反射角e a和布魯斯特角0 b的差的2/3的角度范圍。也就是反射率R變小的入射角e,可以用下面的(16)式給出。 4 0b/5《0,。b+2/3 (9a - 0b) …(16)這樣通過使入射角0,與布魯斯特角e b —致，也就是使第一波導路1401和第二波導路1402的邊界面1404相對于在第一波導路1401 上光傳播方向所成的角度與布魯斯特角9 B —致，可以使平行邊界面 1404的成分的反射率為0。一般在波導路上傳播的光由于是僅具有平行邊界面的成分的TE 模式，所以在第一波導路1401傳播的光不受到邊界面1404造成的損失，可以透過第二波導路1402。此外通過使入射角0 ,設定在(16)式表示的范圍，可以減少因反射造成的損失。圖33為表示本發(fā)明第十九實施例的集成光波導路簡要結構的俯視圖。在圖33中，在半導體基板1600上形成第一波導路1601、第二波導路1602和第三波導路1603，第二波導路1602配置在第一波導路1601 和第三波導路1603之間。其中第一波導路1601和第三波導路1603可以設定成折射率相同。第一波導路1601和第二波導路1602可以設定成折射率相互不同，可以設定成第一波導路1401和第二波導區(qū)域1402 的折射率比為0.41左右。第一波導路1601和第二波導路1602的邊界面1604、第二波導路 1602和第三波導路1603的邊界面1605可以相對于光的入射角傾斜成分別滿足布魯斯特角。這樣可以分別使第一波導路1601和第二波導路1602所成的角度、第二波導路1602和第三波導路1603所成的角度為45度，可以使第一波導路1601和第三波導路1603的方向相互垂直，同時可以降低在第一波導路1601和第二波導路1602的邊界面1604、第二波導路1602
和第三波導路1603的邊界面1605的反射。因此從結晶結構考慮的話，在第一波導路1601和第三波導路1603形成解理面的情況下，即使不平行解理面，也可以垂直配置。.圖34為表示本發(fā)明第四實施例的集成光波導路簡耍結構的俯視圖。在圖34中，在半導體基板1700上形成第一波導路1701、第二波導路1702、第三波導路1703、第四波導路1704和第五波導路1705。第二波導路1702配置在第一波導路1701和第三波導路1703之間，第四波導路1704配置在第三波導路1703和第五波導路1705之間。其中第一波導路1701、第三波導路1703和第五波導路1705可以設定成折射率相同，第二波導路1702和第四波導路1704可以設定成折射率相互相同。此外，第一波導路1701和第二波導路1702可以設定成折射率相互不同。例如第一波導路1701、第三波導路1703和第五波導路1705可以用半導體材料構成，第二波導路1702和第四波導路 1704可以用半導體以外的材料構成。第一波導路1701和第二波導路1702的邊界面1706可以配置成相對第一波導路1701的光傳播方向傾斜。此外第二波導路〗702和第三波導路1703的邊界面1707可以配置成相對于在第一波導路1701和第二波導路1702的邊界面1706的光折射方向的延長線傾斜。其中使第二波導路1702和第三波導路1703的邊界面1707相對于在第一波導路 1701和第二波導路1702的邊界面1706的光折射方向的延長線傾斜的情況下，在第二波導路1702和第三波導路1703的邊界面1706的光的折射方向可以設定成與第三波導路1703的光傳播方向一致。第三波導路1703和第四波導路1704的邊界面1708可以配置成相對第三波導路1703的光傳播方向傾斜。此外第四波導路1704和第五波導路1705的邊界面1709可以配置成相對于在第三波導路1703和第四波導路1704的邊界面1708的光折射方向的延長線傾斜。其中使第四波導路1704和第五波導路1705的邊界面1709相對于在第三波導路 1703和第四波導路1704的邊界面1708的光折射方向的延長線傾斜的情況下，在第四波導路1704和第五波導路1705的邊界面1709上的光的折射方向可以設定成與第五波導路1705的光傳播方向一致。例如這些邊界面1706 1709的傾斜角分別設定為滿足布魯斯特
角，以相對于第二波導路1702的中點成點對稱的方式，把第一波導路 1701和第三波導路1703連接在第二波導路1702上，同時以相對于第四波導路1704的中點成點對稱的方式，把第三波導路1703和第五波導路1705連接在第四波導路1704上。這樣可以減少這些邊界面1706 1709的反射，同時可以把輸入一側的第一波導路1701和輸出一側的第五波導路1705配置在貨線上，可以提高波導路設計的自由度。由于圖34的第二十實施例是以把圖28的結構折疊配置的方式形成的實施例，第一波導路1701、第二波導路1702、第三波導路1703、第四波導路1704和第五波導路1705的材料和形狀等可以使用在上述實施例中說明的內容。此外還可以把多個圖34的結構串聯(lián)連接，這樣可以把與半導體不同的材料的波導區(qū)域分布配置，可以實現(xiàn)具有僅用半導體得不到的新特性的光波導路。圖35為表示本發(fā)明第五實施例的集成光波導路簡要結構的俯視圖。在圖35中，在半導體基板1800上形成第一波導路1801、第二波導路1802和第三波導路1803，第二波導路1802配置在第一波導路1801 和第三波導路1803之間。其中第一波導路1801和第三波導路1803可以設定成折射率相互相同，第一波導路1801和第二波導路1802可以設定成折射率相互不同。例如第一波導路1801和第三波導路1803可以用半導體材料構成，第二波導路1802可以用半導體以外的材料構成。第一波導路1801和第二波導路1802的邊界面1804可以配置成相對第一波導路1801的光傳播方向傾斜。此外第二波導路1802和第三波導路1803的邊界面1805可以配置成相對于在第一波導路1801和第二波導路1802的邊界面1804上的光折射方向的延長線傾斜。此外第一波導路1801和第三波導路1803配置在同一直線上，同時對應于各邊界面1804、 1805上的折射方向，以第一波導路801和第三波導路 1803可以連接的方式，把第二波導路1802彎曲成園弧形。例如此邊界面1804、 1805的傾斜角分別設定為滿足布魯斯特角，同時以相對于第二波導路1802的中央線成線對稱的方式，把第一波導
路1801和第三波導路1803連接在第二波導路1802上。這樣可以抑制波導損失，同時可以修正因折射角造成的光線的彎曲，同時可以把第三光波導路1803的位置設定在任意部位，可以提高波導路設計的自由度。在圖IO的第二十一實施例中，對為了修正因折射角造成的光線的彎曲而由彎曲波導路構成第二波導區(qū)域1802的方法進行了說明，也可以把第一波導路1801或第三波導路1803 ffl彎曲的波導路構成。此外由于圖35的第二十--實施例是圖28結構的變化示例，第波導路1801、第二波導路1802和第三波導路1803的材料和形狀等可以使用在上述實施例中說明的內容。此外還可以把多個圖35的結構串聯(lián)連接，這樣可以把與半導體不同的材料的波導區(qū)域分布配置，可以實現(xiàn)具有僅用半導體得不到的新特性的光波導路。圖36為表示本發(fā)明第二十二實施例的集成光波導路簡要結構的立體圖。在圖36中，在半導體基板l卯0上形成第一波導路WG1、第二波導路WG2和第三波導路WG3，第二波導路WG2配置在第一波導路 WG1和第三波導路WG3之間。其中第一波導路WG1和第三波導路 WG3可以設定成折射率相互相同，第一波導路WG1和第二波導路 WG2可以設定成折射率相互不同。例如第一波導路WG1和第三波導路WG3可以用半導體材料構成，第二波導路WG2可以用半導體以外的材料構成。第一波導路WG1和第二波導路WG2的邊界面可以配置成相對第一波導路WG1的光傳播方向傾斜。此外第二波導路WG2和第三波導路WG3的邊界面可以配置成相對于在第一波導路WG1和第二波導路 WG2的邊界面上的光折射方向的延長線傾斜。其中使第二波導路WG2 和第三波導路WG3的邊界面相對于在第一波導路WG1和第二波導路 WG2的邊界面上的光折射方向的延長線傾斜的情況下，在第二波導路 WG2和第三波導路WG3的邊界面上的光的折射方向可以設定成與第三波導路WG3的光傳播方向一致。此外在第一波導路WG1和第三波導路WG3上形成激光二極管。
也就是在半導體基板1900上層疊核心層1901，在核心層l卯l上層疊與半導體基板l卯O不同導電型的上部包覆層l卯2。再有作為半-導體基板1900、上部包覆層1902,例如可以使j:目InP，作為核心層l卯l，例如可以使用GalnAsP。此外例如可以使半導體基板l卯l為n型，使上部包覆層1902為p型。通過對順序層疊有核心層l卯l和上部包覆層l卯2的半導體基板 l卯O進行蝕刻加工，使上部包覆層1902、核心層l卯l和半導體基板 1900的上部形成第一波導路WG1和第三波導路WG3的形狀。然后使埋入層1903、 l卯5分別在第一波導路WG1和第三波導路WG3兩側外: 長，形成埋入異質結構。再有作為埤入層l卯3、 1905，例如nj'以使川摻雜Fe的InP絕緣層。然后分別沿第一波導路WG1和第二波導路WG2的邊界、第二波導路WG2和第三波導路WG3的邊界把第一波導路WG1和第三波導路WG3之間的上部包覆層l卯2、核心層l卯l和半導體基板l卯O的上部去除。通過以對應于第二波導路WG2的形狀，把BCB等的有機材料埋入第一波導路WG1和第三波導路WG3之間，在半導體基板l卯O上形成連接在第一波導路WG1和第三波導路WG3上的第二波導路WG2。此外在分別對應于第一波導路WG1和第三波導路WG3的配置位置，在上部包覆層1卯2上形成電極1906、 l卯7，同時通過在半導體基板1900的背面形成電極1908，可以分別在第一波導路WG1和第三波導路WG3上形成激光二極管。在圖36的第二十二實施例中，以圖28的結構為例對設置電極 1906 1卯8的方法進行了說明，但也可以對上述圖26或圖33 圖35 的結構設置電極。在圖36的第二十二實施例中，由于是把用于注入電流的活性層設置在半導體波導路上的結構，所以第一波導路WG1、第二波導路WG2 和第三波導路WG3的材料和形狀等可以使用在上述實施例中說明的內容。再有例如可以在半導體波導路部分形成衍射光柵，賦予波長選擇性，可以制作分布反饋型(DFB)半導體激光器和分布反射器(DBR)此外作為第二波導路WG2使用折射率的溫度系數(shù)為負的材料的話，可以利用波長選擇性使振動波長單一，同時可以得到溫度改變而波長不變的激光器。如以上說明所述，采用本發(fā)明的第三實施方式的話，即使把祈射率相互不同的材料插入光波導區(qū)域之間，也可以抑制邊界面的反射，同時可以提高波導方向的設計自由度，在制作集成光'波導路時可以有效地靈活地應用適于解理、蝕刻和埋入等的結晶取向，可以簡單而且容易地實現(xiàn)具有僅用半導體得不到的新特性的光波導路和光學裝置。產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如以上說明所示，采用本發(fā)明的話，利用在半導體基板中，把折射率和它對溫度的依賴關系不同的材料應用于傳輸區(qū)域和/或波導路區(qū) 域，可以提供加工和集成化容易、具有僅用半導體得不到的新特性的光半導體元件和光半導體集成電路。
權利要求
1. 一種集成光波導路，其特征在于，具有第一光波導路；與所述第一光波導路光學耦合，折射率與所述第一光波導路不同的第二光波導路；和以橫穿所述第一光波導路的光路的方式，距所述第一光波導路和所述第二光波導路的界面僅隔開規(guī)定間隔配置的槽部，設定距所述界面的間隔和所述槽部的寬度，使在所述第一光波導路和所述第二光波導路的邊界的反射減弱。
2. —種集成光波導路，其特征在于，具有在半導體基板上形成的第一光波導路；在所述半導體基板上形成，折射率與所述第一光波導路不同的第二光波導路；和配置在所述第一光波導路和所述第二光波導路的邊界，以與所述第一光波導路隔開槽部并垂直波導方向的方式，在所述半導體基板上形成的半導體板，設定所述槽部的寬度和所述半導體板的厚度，使在所述第一光波導路和所述槽部的界面反射的光因在所述槽部和所述半導體板的界面反射的光以及在所述半導體板和所述第二光波導路的界面反射的光而減弱。
3. 如權利要求2所述的集成光波導路，其特征在于，在所述槽部填充具有與所述第一光波導路的折射率不同的折射率的物質，所述第一光波導路和所述半導體板的折射率相同，而且所述第二光波導路和填充到所述槽部的物質的折射率相同，分別設所述槽部的折射率和寬度為N,、 d,，所述半導體板的折射率和厚度為N2、 d2，設波導光的波長為X，其關系滿足N'd,>入/2n、 N2d2>入/2m、 N,d,+N2d2〈入/4 (21+1) (1、 m、 n為滿足n+m-l關系的整數(shù))或N,d,〈A/2n、 N2d2<X/2m、 N,d'+N2d2〉入/4 (21+1) (1、 m、 n為滿足n+m—-1關系的整數(shù))。
4. 如權利要求2所述的集成光波導路，其特征在于，在所述槽部填充具有與所述第一光波導路的折射率不同的折射率的物質，分別設所述槽部的折射率和寬度為N,、 d,，所述半導體板的折射率和厚度為N2、 d2，設波導光的波長為入，其關系滿足N,d,+N2d產(chǎn)士入/ (2 3i) [cos"(士 (N,2+N22) / (N,+N2) 2}+2m;n]N,d' -N2d2"/2n (其中m、 n是整數(shù))。
5. —種集成光波導路，其特征在于，具有在半導體基板上形成的第一光波導路；在所述半導體基板上形成，折射率與所述第--光波導路不問的第二光波導路；配置在所述第一光波導路和所述第二光波導路的邊界，以與所述第一光波導路隔開第一槽部并垂直波導方向的方式，在所述半導體基板上形成的第一半導體板；和以與所述第一半導體板隔開第二槽部并垂直波導方向的方式，在所述半導體基板上形成的第二半導體板，設定所述第一槽部和所述第二槽部的寬度以及所述第一半導體基板和所述第二半導體基板的厚度，使在所述第一光波導路和所述第一槽部的界面反射的光因在所述第一槽部和所述第一半導體板的界面反射的光、在所述第一半導體板和所述第二槽部的界面反射的光、在所述第二槽部和所述第二半導體板的界面反射的光以及在所述第二半導體板和所述第二光波導路的界面反射的光而減弱。
6. 如權利要求5所述的集成光波導路，其特征在于，所述第一半導體板和所述第二半導體板的厚度相互不同，或所述第一槽部和所述第二槽部的寬度相互不同。
7. 如權利要求5或6所述的集成光波導路，其特征在于，在所述第一槽部和所述第二槽部填充具有與所述第一光波導路的折射率不同的折射率的物質，所述第一光波導路、所述第一半導體板和所述第二半導體板的折射率相同，而且所述第二光波導路、所述第 --槽部和所述第二槽部的折射率相同，分別設所述第一槽部的折射率和寬度為N,、 dP所述第一半導體板的折射率和厚度為N2、 d2，設波導光的波長為A，其關系滿足N,d,〉入/2n、 N2d2〉X/2m、順+順< 入/4 (21+1) (1、 m、 n為滿足n+m爿關系的整數(shù))或N,山 < 入/2n、 N2d2<入/2m、 N'd'+Nzd^ X /4 (21+1) (1、 m、 n為滿足n+m-l-l關系的整數(shù))。
8. 如權利要求5 7中任一項所述的集成光波導路，其特征在于，在所述第一槽部和所述第二槽部填充具有與所述第一光波導路的折射率不同的折射率的物質，所述第一光波導路、所述第一半導體板和所述第二半導體板的折射率相同，而且所述第二光波導路、所述第一槽部和所述第二槽部的折射率相同，設所述第二半導體板的折射率和厚度為N2、 dp設波導光的波長為X，其關系滿足 X/2n- X/16<N2cU<X/2n + X/16 (n為整數(shù))。
9. 如權利要求5 8中任一項所述的集成光波導路，其特征在于，在所述第一槽部和所述第二槽部填充具有與所述第一光波導路的折射率不同的折射率的物質，所述第一光波導路、所述第一半導體板和所述第二半導體板的折射率相同，而且所述第二光波導路、所述第一槽部和所述第二槽部的折射率相同，設所述第二槽部的折射率和寬度為N1、 d3，設波導光的波長為入，其關系滿足 X/2 (n+1/4) <Nld3<X/2 (n+l) (n為整數(shù))。
10. 如權利要求5 9中任一項所述的集成光波導路，其特征在于，在所述第一槽部和所述第二槽部填充具有與所述第一光波導路的折射率不同的折射率的物質，與所述第二半導體板相同厚度的半導體板分別隔開與所述第二槽部相同寬度的槽部而沿波導方向反復配置。
11. 如權利要求2 10中任--項所述的集成光波導路，K特征在于，所述第二光波導路由具有負的折射率溫度微分系數(shù)的材料構成。
12. —種集成光波導路，其特征在于，2個權利要求2 U中任一項所述的集成光波導路相互對向配置，所述第二光波導路的端面相互連接。
13. —種集成光波導路，其特征在于，權利要求12所述的集成光波導路多次反復串聯(lián)連接。
14. 如權利要求2 13中任一項所述的光學裝置，其特征在于，所述第-光波導路具有在所述半導體基板上形成的核心層；層疊在所述核心層上，導電型與所述半導體基板不同的上部包覆層；在所述上部包覆層上形成的第一電極；和在所述半導體基板的背面形成的第二電極。
15. 如權利要求5 14中任一項所述的光學裝置，其特征在于，所述第一光波導路(或所述第二光波導路的至少任一方)具有波長選擇性。
16. —種光學裝置，其特征在于，具有權利要求5 15中任一項所述的集成光波導路。
全文摘要
在半導體基板上，通過把折射率和它對溫度的依賴關系不同的材料進行組合，提供光半導體元件和光半導體集成電路。特別是利用具有折射率對溫度的依賴關系與半導體激光器的增益區(qū)域不同的材料和/或結構的傳輸區(qū)域，可以控制振動波長對溫度的依賴關系。此外在光波導路中，沿光波導方向形成多個界面，可以以在第一界面反射的光用在其他界面反射的光減弱的方式構成。此外通過界面配置成相對光的傳播方向傾斜，也可以減少因在折射率不同的光波導路間的反射和折射造成的波導路損失。
文檔編號G02B6/122GK101144874SQ20071014026
公開日2008年3月19日申請日期2004年3月30日優(yōu)先權日2003年3月31日
發(fā)明者東盛裕一, 布谷伸浩, 柴田泰夫, 菊池順裕, 藤原直樹申請人:日本電信電話株式會社

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