波长可变激光装置以及波长可变激光装置的制造方法与流程

本发明涉及能够在光通信系统中使用的波长可变激光装置。

背景技术：

近年来，以通信容量的增大为背景，在光纤通信中，从以往使用的强度调制方式转移到相位调制方式。在该相位调制方式中，特别是相移键控调制(psk：phaseshiftkeying)方式、正交振幅调制(qam：quadratureamplitudemodulation)方式等多值相位调制的应用得到发展。

另外，作为半导体激光器(ld)，不仅需要以往的分布反馈型ld(dfb-ld：distributedfeedbackld)、分布布拉格反射型ld(dbr-ld：distributedbraggreflectorld)，而且还需要覆盖光通信的c(conventional)频带以及l(long)频带的波长可变激光装置。

在此，在多值相位调制方式中，要求10～100khz量级的窄线宽光源。但是，dfb-ld、dbr-ld的振荡谱线宽(以下为线宽)的值是大致几mhz以下。因此，需要使dfb-ld、dbr-ld的线宽变窄，为此使谐振器长度(一般为芯片尺寸)增大至例如1500～2000微米以上在原理上是有效的。

但是，在单纯地使谐振器长度增大时，光输出和至少需要30～40db的边模抑制比(smsr：sidemodesuppressionratio)牺牲，模式稳定性损失。

另一方面，在由反射镜、标准器(etalon)等光学部件构成的谐振器内具有加上作为iii-v族的化合物半导体芯片的半导体光放大器(soa：semiconductoropticalamplifier)的结构的外部谐振器型半导体激光器中，虽然能够比较容易地使线宽变窄，但模块尺寸增大，需要改善包括耐冲击性的可靠性。针对该课题，考虑采用将化合物半导体芯片和使用近年来发展显著的硅光子技术形成的外部谐振器混合集成，不具有机械性的可动部的结构。

在专利文献1中，公开了为了不依赖于温度变化而抑制输出光的变动，组合半导体光放大器和由以硅波导为基础的环谐振器以及衍射光栅等构成的光波长选择元件的光半导体装置。

在专利文献2中，公开了用在一方的端面施加高反射膜涂层的半导体光放大器芯片和硅波导的环形镜构成谐振器，进而集成了由多个环谐振器构成的光调制器的光半导体装置。

在专利文献3中，公开了在对输出侧涂覆了电介体多层膜的波长可变环谐振器的2个输入端口配置有在单侧端面涂覆了高反射膜且增益谱不同的半导体光放大器的波长可变激光装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-253930号公报

专利文献2：国际公开第2013/145195号

专利文献3：日本特开2010-87472号公报

技术实现要素：

在专利文献1～3中，半导体光放大器和外部的光回路通过对接接合(butt-jointjunction)光学地连接。在该结构中，为了将耦合损耗抑制为1db以下，一般需要高精度的具体而言亚微米精度的对位。但是，为了例如进行亚微米精度的高精度的对位，需要较长的时间，甚至制造成本增大。特别是，在如专利文献3那样在2个部位以上需要接合的情况下，对位所需的时间进一步增大，所以激光装置的批量生产受到阻碍。

本发明是为了解决如上述的问题而完成的，其课题在于提供一种能够降低针对对位精度的要求的小型且窄线宽的波长可变激光装置。

本发明所涉及的波长可变激光装置具备：

第1半导体芯片，具有并联地配置的第1、第2波导；以及

第2半导体芯片，与所述第1、第2波导光学地连接，具有与所述第1、第2波导协作而构成谐振器的光回路，

所述第1、第2波导分别具有2个以上的表面电极，

所述第2半导体芯片具有与所述第1、第2波导的所述表面电极接合的多个电极。

根据本发明，谐振器将与第1半导体芯片并联地配置的第1、第2波导和设置于第2半导体芯片的光回路作为构成要素，从而能够增大谐振器长度来得到窄线宽的波长可变激光装置。另外，通过设置于第1半导体芯片的波导的表面电极与第2半导体芯片的电极接合，能够同时实现波长可变激光装置的窄线宽化和小型化。进而，能够在第1半导体芯片和第2半导体芯片的接合中使用倒装芯片接合，能够将接合时的对位精度降低至例如微米级。

附图说明

图1a是示出本发明的实施方式1所涉及的波长可变激光装置的俯视图。

图1b是将图1a沿着a-a线切断而在箭头的方向上观察的剖面图。

图2是示出第1半导体芯片的剖面图。

图3a是示出第1半导体芯片的俯视图。

图3b是从底面侧观察图3a所示的第1半导体芯片的波导的透视图。

图4是将图3a沿着c-c线切断而在箭头的方向上观察的剖面图。

图5a是示出第2半导体芯片的俯视图。

图5b是将图5a沿着d-d线切断而在箭头的方向上观察的剖面图。

图6a是示出使本发明的实施方式1所涉及的波长可变激光装置动作时的光的举动的俯视图。

图6b是将图6a沿着e-e线切断而在箭头的方向上观察的剖面图。

图7是说明初始状态下的波长可变激光装置的振荡波长的图。

图8是说明波长可变激光装置的振荡波长的调整方法的图。

图9是说明波长可变激光装置的振荡波长的调整方法的图。

图10是说明波长可变激光装置的振荡波长的调整方法的图。

图11是说明波长可变激光装置的振荡波长的调整方法的图。

图12是示出本发明的实施方式1所涉及的波长可变激光装置的例示性的制造方法的流程图。

图13a是示出第2半导体芯片的制造工序的俯视图。

图13b是将图13a沿着f-f线切断而在箭头的方向上观察的剖面图。

图14是示出使本发明的实施方式2所涉及的波长可变激光装置动作时的光的举动的俯视图。

图15是示出第1半导体芯片的变形例的剖面图。

(符号说明)

1、301：波长可变激光装置；2、302：第1半导体芯片；3、303：第2半导体芯片；4：n型基板；8：n型包覆层；9：活性层；10、27：被动层；11、12：p型包覆层；13：p侧电极；14：n侧电极；15、23、25：加热器电极；16、304：第1波导；17、305：第2波导；18：增益区域；19：第1反射光栅区域；20：相位区域；21：第2反射光栅区域；22、24、26：薄膜加热器；28：槽部；29：硅基板；29a：(硅基板表面的)非露出区域；29b：(硅基板表面的)露出区域；30：层叠体；33：硅层；34：光回路；35：光栅耦合器；36：单模波导；37：螺旋部；38～41：供电用电极；306：第1增益区域；307：第1反射光栅区域；308：相位区域；309：第2增益区域；310：第2反射光栅区域；311：光回路；312：光栅耦合器；313：多模干涉耦合器；314：单模波导；315：螺旋部；316：第3光栅耦合器；317：环形镜。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式。在各图中，对同一或者同样的构成要素附加同一符号。另外，为了避免说明不必要地变得冗长，使本领域技术人员易于理解，有时省略已知的事项的详细说明。为了使说明易于理解，在各图中记载表示方向的箭头。x方向、y方向、z方向是相互垂直的方向，在说明中，有时将x方向称为长度方向，将y方向称为宽度方向，将z方向称为高度方向或者上下方向。这些表示方向的用语是例示性的例子，不应理解为限定本发明。

实施方式1.

[1.激光谐振器]

图1a是示出本发明的实施方式1所涉及的波长可变激光装置1的俯视图，图1b是将图1a沿着a-a线切断而在箭头的方向上观察的剖面图。如图所示，波长可变激光装置1具备第1半导体芯片2和第2半导体芯片3。详细后述，第1半导体芯片2通过倒装芯片接合(flipchipbonding)而与第2半导体芯片3接合。在波长可变激光装置1中，第1半导体芯片2和第2半导体芯片3协作而构成谐振器(光谐振器)。以下，分别详细说明第1半导体芯片2和第2半导体芯片3的结构。

[2.第1半导体芯片]

图2是示出第1半导体芯片2的剖面图。图2是将后述图3a沿着b-b线切断而在箭头的方向上观察的剖面图。如图所示，第1半导体芯片2具有所谓双异质结构，具有n型基板4、设置于n型基板4上且具有平坦部5和2个脊部6、7的n型包覆层(或者下侧包覆层)8、设置于n型包覆层8的脊部6上的活性层9、设置于n型包覆层8的脊部7上的被动层10、以及分别设置于活性层9及被动层10上的p型包覆层11、12(或者第1、第2上侧包覆层)。第1半导体芯片2的例示性的芯片尺寸是约500μm×1000μm。

第1半导体芯片2由化合物半导体形成。n型基板4、n型包覆层8以及p型包覆层11、12由inp(铟磷)形成，分别包含适当的掺杂剂。活性层9以及被动层10也可以由ingaasp(铟镓砷磷)形成。活性层9既可以由多量子阱(mqw)构成，也可以由块(bulk)的外延层构成。

在图2所示的剖面中，在p型包覆层11上，设置有作为半导体芯片2的表面电极的p侧电极13，在n型基板4的下表面，设置有作为半导体芯片2的背面电极的n侧电极14。通过在p侧电极13与n侧电极14之间施加正偏置电压，能够对活性层9注入电流，由此能够发生光。另外，在图2所示的剖面，在p型包覆层12上，设置有作为半导体芯片2的表面电极的加热器电极15。

由n型包覆层8的脊部6、活性层9以及p型包覆层11构成第1波导16，由n型包覆层8的脊部7、被动层10以及p型包覆层12构成第2波导17。在第1波导16中，设置有包括p侧电极13的2个以上的表面电极。在第2波导17中，设置有包括加热器电极15的2个以上的表面电极。在图2中，示出脊型的波导。此外，在该实施方式中，说明了设置2个波导(光波导)的例子，但本发明不限定于此，也可以设置3个以上的波导。

在p侧电极13与p型包覆层11之间设置有接触层，在活性层9和被动层10的至少一方中，以从上下方向(z方向)将它们夹住的方式设置有光封闭部(sch：separatedconfinementheterostructure，分离限制异质结构)，但关于这些结构省略图示。

图3a是示出第1半导体芯片2的俯视图。图3b是绕图3a所示的翻转轴r使第1半导体芯片2上下翻转而从底面侧观察的透视图。在图3b中，省略p侧电极13、n侧电极14以及加热器电极15的图示。

如图所示，第1、第2波导16、17具有在长度方向(x方向)上延伸的条形形状。第1、第2波导16、17相互在宽度方向(y方向)上隔开预定的距离而并联地配置。为了抑制热串扰，第1波导16与第2波导17的间隔优选为约200微米以上。为了在适当地抑制热串扰的同时减小第1半导体芯片2的芯片尺寸，第1波导16与第2波导17的间隔也可以是约300微米以下。

第1、第2波导16、17分别具有增益区域、反射光栅区域以及相位区域中的至少2个。在增益区域中，在p侧电极13与n侧电极14之间施加正偏置电压时，对活性层9注入电流而发生的光被放大，还可以称为光学增益区域。反射光栅区域作为用于使在第1、第2波导16、17内前进的光反射而耦合到第2半导体芯片3侧的反射镜发挥功能。在相位区域中，进行波长可变激光装置1的振荡波长的调整。

在该实施方式中，在第1波导16中设置有增益区域18和第1反射光栅区域19。在第2波导17中设置有相位区域20和第2反射光栅区域21。另外，也可以在第1波导16中，在中间隔着增益区域18而与第1反射光栅区域19相反的一侧设置另一相位区域。

在增益区域18上，设置有上述p侧电极13。增益区域18是在p侧电极13与n侧电极14之间施加正偏置电压时电流被注入到活性层9而发生的光被放大的区域，还可以称为光学增益区域。在相位区域20中，设置有上述加热器电极15。在加热器电极15、15之间，设置有薄膜加热器22。在第1反射光栅区域19中，也设置有加热器电极23和加热器电极23、23之间的薄膜加热器24，在第2反射光栅区域21中，也设置有加热器电极25和加热器电极25、25之间的薄膜加热器26。

通过使用加热器电极15、23、25分别对薄膜加热器22、24、26进行加热，位于其下方的被动层10、27(关于被动层27参照图4)的温度上升而其折射率变化，波长可变激光装置1的振荡波长变化。设置于第1、第2反射光栅区域19、21的薄膜加热器24、26被用于波长可变激光装置1的振荡波长的粗调整，设置于相位区域20的薄膜加热器22被用于波长可变激光装置1的振荡波长的微调整。

p侧电极13、加热器电极15、23、25以使上表面处于相同的高度位置的方式设置。设置于第1半导体芯片2的这些表面电极如上所述使第1半导体芯片2上下翻转，通过倒装芯片接合被接合到第2半导体芯片3。

在第1、第2反射光栅区域19、21中，在被动层10的上表面或者上表面附近的区域(例如从被动层10的上表面朝向下方约100nm以上且约150nm以下的位置)，沿着光的导波方向，形成有取样光栅(sg：sampledgrating)、超周期结构光栅(ssg：superstructuregrating)等在空间上调制的游标型光栅。在第1、第2反射光栅区域19、21中，光栅的调制周期相互稍微不同。

在与第1、第2波导16、17垂直的方向的芯片端面(yz面以及zx面)和芯片上表面(xy面)，施加有未图示的反射防止(ar：antireflection)涂层。

图4是将图3a沿着c-c线切断而在箭头的方向上观察的剖面图。在图4中，省略设置于第1、第2反射光栅区域19的光栅和薄膜加热器24的图示。如图所示，设置于图2所示的第2波导17的被动层10还到达第2波导17的第1反射光栅区域19(对于位于第2波导17的第1反射光栅区域19的被动层附加符号27)。虽然未图示，在第2波导17的第2反射光栅区域21中，从相位区域20连续地设置有被动层10。设置于增益区域18的活性层9和设置于第1反射光栅区域19的被动层27使用被称为对接生长的公知的再生长技术来接合。

在设置于第1波导16的增益区域18的长度方向(x方向)端部，形成有槽部28。槽部28从高度方向(z方向)相对波导16延伸的长度方向(x方向)即光的行进方向倾斜预定角度θ地延伸。预定角度θ优选为40度以上且50度以下、最优选为45度。槽部28的表面作为用于在第1半导体芯片2与第2半导体芯片3之间在上下方向(z方向)上往来的光的反射镜发挥功能。槽部28能够用掩模覆盖除了开口部以外的区域，并实施蚀刻处理来设置。为了实现在上述方向上延伸的槽部28，优选使用能够设定角度的干蚀刻法，例如反应性离子蚀刻(rie)。

如图1a所示，槽部28被设置成在从宽度方向(y方向)观察时与设置于第2半导体芯片3的光栅耦合器35在长度方向(x方向)上至少部分性地重叠。此外，关于上述槽部28的倾斜角度θ优选的值还可能依赖于波长可变激光装置1的振荡波长和光栅耦合器35的构造而变化。

另外，在槽部28的附近，为了降低第1波导16和光栅耦合器35的耦合损耗，也可以设置用于增加第1波导16的宽度的光斑尺寸变换构造(未图示)，进而，还可以设置用于使从第1波导16射出的光束的形状成为圆形的构造。

虽然未图示，在设置于第2波导17的相位区域20的长度方向(x方向)端部，也在加热器电极15和薄膜加热器22以外的部分设置有与上述槽部28同样的槽部。

[3.第2半导体芯片]

图5a是示出第2半导体芯片3的俯视图，图5b是将图5a沿着d-d线切断而在箭头的方向上观察的剖面图。以下，说明第2半导体芯片3由硅系材料形成的例子。

第2半导体芯片3具有硅基板29。在硅基板29的上表面，设置有非露出区域29a和露出区域29b。

在硅基板29的非露出区域29a上，设置有层叠体30。层叠体30具有硅层31、设置于其上的硅氧化膜层32、以及设置于其上的硅层33。也可以在硅层33上，设置由硅氧化物形成的保护膜。

在作为层叠体30的最上层的硅层33，设置有光回路34。光回路34具有：2个光栅耦合器35、35，与设置于第1半导体芯片2的波导16、17的数量相同；单模波导36，连接光栅耦合器35、35之间；以及螺旋部37，设置于单模波导36的路径上。光栅耦合器35具有用于实现周期性的折射率调制的光栅，构成为高效地耦合来自第1半导体芯片2的第1、第2波导16、17的射出光。由此，光回路34与第1、第2波导16、17光学地连接，与第1、第2波导16、17协同地构成谐振器。即，光回路34光学地连接第1波导16和第2波导17。

光栅耦合器35的直径具有光纤(第1、第2波导16、17)的模直径程度的大小，与模直径相匹配地扩大。由此，即使在为了微米级的精度的接合而使第1半导体芯片2和第2半导体芯片3对位的情况下，也能够减小光耦合的损耗。光栅耦合器35的例示性的大小是约10μm×约10μm。光栅耦合器35、35相互在宽度方向(y方向)上隔开预定的距离而并联地配置。为了将第1半导体芯片2和第2半导体芯片3光耦合，该预定的距离优选为与第1、第2波导16、17的宽度方向(y方向)的间隔相同的程度，以能够通过倒装芯片接合一并地进行2个部位以上的对位。

在接合第1半导体芯片2和第2半导体芯片3时，第1半导体芯片2和光栅耦合器35相互在上下方向(z方向)上隔开预定的距离。该预定的距离的例示性的值是约10μm。第1半导体芯片2和光栅耦合器35也可以直接接触。

在螺旋部37中，波导被旋涡状地卷绕，由此具有使光路长度增大的功能。螺旋部37也可以是例如(laserphotonicsreview(激光光子学评论)vol.8no.52014pp667-686)记载的s字状螺旋部(s-bendspiral)。

如图5a所示，在硅基板29的露出区域29b上，设置有供电用电极38、39、40、41(多个电极)。供电用电极38、39、40、41与设置于第1半导体芯片2的各电极直接接合，具有对这些电极进行供电的功能。具体而言，供电用电极38构成为对p侧电极13进行供电。另外，供电用电极39、40、41构成为对加热器电极23、15、25进行供电。供电用电极39、40、41以使上表面处于相同的高度位置的方式设置。

[4.波长可变激光装置的动作]

接下来，参照图6a和图6b，说明本发明的实施方式1所涉及的波长可变激光装置1的动作。

在p侧电极13与n侧电极14之间施加正偏置电压时，电子和空穴被注入到活性层9并被激发。由此，产生光学增益，在载流子的再结合中产生的发光被放大。

在第1波导16中，设置于增益区域18的活性层9和设置于第1反射光栅区域19的被动层27相互通过对接生长而接合来形成波导(第1波导16)。从增益区域18射出并朝向图6a、6b的左侧前进的导波光的一部分在第1反射光栅区域19中被反射而朝向右侧前进。另一方面，未在第1反射光栅区域19中反射而透射的光从被动层27作为第1光输出42射出。

朝向图6a、6b的右侧前进的导波光在作为反射镜发挥功能的槽部28的表面被反射，作为反射光44被光耦合到设置于第2半导体芯片3的光栅耦合器35、35的一方。然后，在设置于第2半导体芯片3的光回路34中前进，到达光栅耦合器35、35的另一方，作为未图示的光束朝向上方的第1半导体芯片2射出。向上方前进的光束在位于相位区域20的端部附近的槽部(未图示)的表面被反射，到达相位区域20以及第2反射光栅区域21。然后，该光在光回路34中朝向左侧前进。导波光的一部分在第2反射光栅区域21中被反射，朝向右侧前进，沿着与上述路径相反的路径前进，导波光的剩余的部分(即透射第2反射光栅区域21的光)作为第2光输出43射出。这样，第1、第2光输出42、43从长度方向(x方向)中的第1半导体芯片侧(图的左侧)被取出到外部。

第1、第2光输出42、43能够用作向外部的光调制器的输入光、波长监视用光，与光调制器的级联连接也能够容易地进行。作为光调制器，也可以是具有利用基于普克尔效应的折射率变化的linbo3(ln)构造或者利用基于量子封闭斯塔克效应的折射率变化的半导体多量子阱构造的相位调制用的马赫曾德尔(mz)调制器。第1光输出42和第2光输出43的强度比是由第1反射光栅区域19中的模式反射率和第2反射光栅区域21中的模式反射率的比来决定的。

此外，波长可变激光装置1的激光振荡动作在第1半导体芯片2的活性层9中发生的光学增益与吸收损耗、谐振器损耗之和平衡时实现。

这样，在波长可变激光装置1中，由设置于第1半导体芯片2的第1、第2波导16、17和设置于第2半导体芯片3的光回路34构成谐振器。由此，在波长可变激光装置1中，相比于由第1半导体芯片2的单体构成谐振器的情况，谐振器长度变大而容易达成窄线宽动作。例如，通过在光回路34中增加螺旋部37的数量，能够在维持小的芯片尺寸(例如1cm×1cm)的同时，更容易地增大谐振器长度。例示性地，能够将谐振器长度作成几厘米以上，这比第1半导体芯片2的单体的情况大一个数量级，是与典型的外部谐振器型激光二极管相同的程度。

[5.波长可变激光装置的振荡波长]

接下来，参照图7至图11，说明波长可变激光装置1的振荡波长的调整原理。在以下的说明中，说明在第1、第2反射光栅区域19、21中设置有取样光栅(sg)的例子，但本领域技术人员可理解，在第1、第2反射光栅区域19、21中设置有超周期结构光栅(ssg)的例子中也同样地调整振荡波长。

图7是说明初始状态下的波长可变激光装置1的振荡波长的图。此外，初始状态是指，进行被动层10、27的加热之前的状态。在(a)中，示出第1反射光栅区域19中的反射谱，在(b)中，示出第2反射光栅区域21中的反射谱，在(c)中，示出波长可变激光装置1的振荡谱。这在图8至图11中也是同样的。

在图7(a)、(b)所示的反射谱中，以0次峰值101a、102a为中心，左右线对称地存在多个反射峰值。使用设置于第1、第2反射光栅区域19、21的游标型衍射光栅的调制周期li(i＝1、2)和谐振器的群折射率ng，针对波长λ，反射峰值中的波长间隔被赋予为λ²/(2×ng×li)。如上所述，第1、第2反射光栅区域19、21由于调制周期li的值相互不同，所以波长间隔相互不同。在图8至图11中，将第1反射光栅区域19的波长间隔表示为δλ1，将第2反射光栅区域21的波长间隔表示为δλ2。波长间隔δλ1、δλ2的典型的值是4～5nm。另外，反射峰值典型地具有波长宽度1～2nm。在图7至图11所示的例子中，设计成在波长宽度30～50nm中实现图7(a)、(b)所示的反射谱的形状。

图7(a)、(b)所示的反射谱的包络线111、112以抽样函数sin(x)/x的形状提供。反射峰值的强度在中央的0次峰值101a、102a的两侧缓慢地减少。

在图7所示的初始状态下，关于第1、第2反射光栅区域19、21的反射谱，仅0次峰值101a、102a彼此以相乘的方式重叠。通过在该状态下对设置于相位区域20的加热器电极15通电而将被动层10加热，对纵模式的波长位置进行微调整，从而作为波长可变激光装置1的振荡波长得到图示的λ0。

图8至图11示出对被动层10、27进行加热时的波长可变激光装置的振荡波长。

首先，说明对第1游标型dbr19的薄膜加热器24通电而将被动层27加热的例子。在将被动层27加热后，如图8(a)所示，反射谱的包络线111整体上向长波长侧(图的右侧)偏移其结果，在与0次峰值101a在长波长侧邻接的反射峰值101b中，与第2反射光栅区域21的反射峰值102b重叠。通过在该状态下用上述方法对纵模式的波长位置进行微调整，从而作为波长可变激光装置1的振荡波长得到图示的λ1。

在此，在增加第1游标型dbr19的薄膜加热器24的通电量而将被动层27进一步加热时，如图9(a)所示，偏移量比图8(a)的例子增加。其结果，在从0次峰值101a观察的长波长侧的反射峰值101c中，与第2反射光栅区域21的反射峰值102c重叠。而且，通过用上述方法对纵模式的波长位置进行微调整，从而作为波长可变激光装置1的振荡波长得到图示的λ2。

接下来，说明对第2游标型dbr21的薄膜加热器26通电而将被动层10加热的例子。在将被动层10加热时，如图10(a)所示，反射谱的包络线112整体上向长波长侧(图的右侧)偏移其结果，在与0次峰值102a在短波长侧邻接的反射峰值102d中，与第1反射光栅区域19的反射峰值101d重叠。通过在该状态下用上述方法对纵模式的波长位置进行微调整，从而作为波长可变激光装置1的振荡波长得到图示的λ-1。

在此，在增加第2游标型dbr21的薄膜加热器26的通电量而将被动层10进一步加热时，如图11(a)所示，偏移量比图10(a)的例子增加。其结果，在从0次峰值102a观察的短波长侧的反射峰值102e中，与第1反射光栅区域19的反射峰值101e重叠。而且，通过用上述方法对纵模式的波长位置进行微调整，从而作为波长可变激光装置1的振荡波长得到图示的λ^-2。

由于加热引起的波长偏移量的最大值被设计成大致等于反射峰值间隔，由此能够选择任意的反射峰值。另外，在将第1、第2反射光栅区域19、21同时加热时，能够在使反射峰值重叠的状态下扫描波长，能够与相位区域20的被动层10的加热协作地，在波长宽度30～50nm中进行伪连续性的波长可变动作。

[6.波长可变激光装置的制造方法]

图12是示出本发明的实施方式1所涉及的波长可变激光装置1的例示性的制造方法的流程图。该制造方法包括：准备第1半导体芯片2的步骤；准备第2半导体芯片3的步骤；以及接合第1半导体芯片2和第2半导体芯片3的步骤。

在准备第1半导体芯片2的步骤中，在n型基板4上设置有波导16、17的第1半导体芯片2，形成作为表面电极的p侧电极13、加热器电极15、23、25和作为背面电极的n侧电极14(步骤201)。接下来，对第1半导体芯片2进行蚀刻来形成槽部28(步骤202)。

如图13a、13b所示，在准备第2半导体芯片3的步骤中，通过公知的方法，准备依次层叠硅基板、硅氧化膜层、硅层的绝缘体上硅(soi)基板。在最上的硅层33中，预先形成光回路34(步骤203)。

此外，第2半导体芯片3的光回路34能够使用硅光子学铸造厂中的一般的构成要素，使用与cmos(complimentarymetal-oxide-semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺有互换性的工艺来制造。

接下来，对soi基板进行蚀刻，去除比硅氧化膜层更下侧的硅层的一部分(步骤204)。此外，在图13b中，对在soi基板中通过蚀刻去除的部分附加符号46。由此，在硅基板29上，形成非露出区域29a和露出区域29b，在非露出区域29a上形成硅基板29和具有硅层31、硅氧化膜层32以及硅层33的层叠体30。接下来，在第2半导体芯片3的露出区域29b上接合供电用电极38、40、39、41(步骤205)。

在接合第1半导体芯片2和第2半导体芯片3的步骤中，首先，在第2半导体芯片3的露出区域29b上设置的供电用电极38、40、39、41上，配置焊料等导电性接合材料的凸块。然后，使用未图示的倒装芯片接合机的接合头，在使第1半导体芯片2翻转的状态下保持，在使p侧电极13、加热器电极15、23、25和供电用电极38、40、39、41对位之后，将凸块加热至例如约350℃而使其熔融。在凸块熔融的状态下，使第1半导体芯片2下降，接合p侧电极13、加热器电极15、23、25和供电用电极38、40、39、41(步骤205)。另外，由此，设置于第1半导体芯片2的第1、第2波导16、17与光回路34光学地连接。制造出的状态的波长可变激光装置1如图1a、1b所示。

实施方式2.

图14是示出本发明的实施方式2所涉及的波长可变激光装置301的剖面图。以下，仅说明波长可变激光装置301的结构中的、与实施方式1所涉及的波长可变激光装置1不同的部分。

波长可变激光装置301具备第1半导体芯片302和第2半导体芯片303。第1半导体芯片302具有第1波导304和第2波导305。在第1波导304中，设置有第1增益区域306和第1反射光栅区域307。在第2波导305中，设置有相位区域308、第2增益区域309、以及第2反射光栅区域310。这样，在波长可变激光装置301中，在第1波导304和第2波导305这两方设置有增益区域。

在第2半导体芯片303中，设置有与图1a等所示的光回路34对应的光回路311。光回路311具有：2个光栅耦合器312，与设置于第1半导体芯片302的波导304、305的数量相同；多模干涉(mmi：multimodeinterference)耦合器313，具有经由单模波导314与光栅耦合器312、312连接的光输入输出端口；螺旋部315，设置于单模波导314的路径上；以及其它(第3)光栅耦合器316。在mmi耦合器313与光栅耦合器316之间，设置有环形镜317。设置于第2半导体芯片303的长度方向(x方向)一端的第1、第2光栅耦合器312、312是为了实现与第1半导体芯片302的光耦合而设置的，设置于另一端的第3光栅耦合器316是为了光输出取出用而设置的。

在波长可变激光装置301中，谐振器在第1、第2波导304、305的反射光栅区域307、310与环形镜317之间并联地构成，通过与图1a、1b等所示的波长可变激光装置1同样的原理，进行振荡波长的调整。此外，在长度方向(x方向)上从第1半导体芯片侧(图的左侧)向外部取出的第1、第2光输出318、319能够用作向外部的光调制器的输入光、波长监视用光，进而从第3光栅耦合器316在长度方向(x方向)上从第2半导体芯片侧(图的右侧)向外部取出的第3光输出320也能够用作向外部的光调制器等的输入光。

[变形例]

以上，举出多个实施方式说明了本发明，但各实施方式记载的特征可以自由地组合。另外，可以对上述实施方式进行各种改良、设计上的变更以及删除，在本发明中存在各种变形例。

例如，在上述实施方式中，使用n型基板4、设置于n型基板4上的n型包覆层8、以及设置于n型包覆层8的上方的p型包覆层11、12。本发明不限定于此，也可以使它们的导电类型全部反转，使用p型基板、设置于p型基板上的n型包覆层、以及设置于p型包覆层的上方的n型包覆层。

另外，在上述实施方式中，通过对被动层10、27进行加热而使其折射率变化，由此使波长可变激光装置1(301)的振荡波长变化。本发明不限定于此，也可以通过针对被动层10、27进行电流注入来使折射率变化。

另外，在上述实施方式中，设置于第1半导体芯片2(302)的第1、第2波导16、17(304、305)是所谓脊型。本发明不限定于此，设置于第1半导体芯片2(302)的多个波导也可以是图15所示的所谓埋入型。在埋入型的波导中，在n型包覆层8的平坦部5上且与脊部6邻接的位置设置有高电阻区域47。高电阻区域47也可以由呈现半绝缘性的掺杂fe(铁)的inp层、作为电流阻挡层发挥功能的(p-n-p)inp等材料形成。

另外，在上述实施方式中，第1半导体芯片2(302)的n型基板4、包覆层8、11、12由inp形成，活性层9和被动层10、27由ingaasp形成。本发明不限定于此，例如，也可以n型基板4、包覆层8、11、12由inp形成，活性层9和被动层10、27由ingaas/ingaalas形成。在该例子中，能够使波长可变激光装置1(301)的振荡波长成为更长的波长。

另外，在上述实施方式中，通过使用焊料的倒装芯片接合，接合第1半导体芯片2和第2半导体芯片3。本发明不限定于此，也可以通过使电极彼此压接并加热来进行倒装芯片接合，由此接合第1半导体芯片2和第2半导体芯片3。

另外，在上述实施方式中，通过对被动层10、27进行加热而使其折射率变化，由此使波长可变激光装置1(301)的振荡波长变化。本发明不限定于此，也可以通过使用例如热电变换元件使被动层10、27冷却来使其折射率变化，使波长可变激光装置1(301)的振荡波长变化。

另外，在上述实施方式中，被动层10的下侧是实心的。本发明不限定于此，也可以使用例如牺牲层蚀刻技术，将被动层10的下侧形成为中空。由此，得到整体的热容量降低并能够以更少的加热器电力调整被动层10的折射率这样的效果。

另外，在上述实施方式中，设置于第2半导体芯片3(303)的光回路34(311)形成于硅层33。本发明不限定于此，光回路34(311)也可以形成于由其它材料形成的层，例如由组合氮化硅和氧化硅而成的材料形成的层。在该例子中，具有能够减小光回路34(311)中的损耗的优点。

另外，在上述实施方式中，未提及在图1a的y方向上隔开预定的距离并联地配置的、光栅耦合器35的光栅周期、耦合系数，但一般是恒定的。此时，从在图1a的x轴方向(长度方向)上前进的导波光在光栅耦合器35内部与向上方的辐射模式耦合的比例也是恒定的，辐射光强度在光栅耦合器35上以指数函数减少。因此，以高斯形状近似的、与第1半导体芯片(2、302)侧的基本导波模式的重叠积分变小，耦合效率也降低。作为对策，通过如非专利文献(appliedopticsvol.32no.121993pp2112-2116)记载，将例如光栅的蚀刻深度，即耦合系数在长度方向的中央部调整得较大、在端部调整得较小，从而输出光强度成为在中央附近最大的接近高斯形状的形状，能够改善与基本导波模式的耦合效率。另外，通过使在光栅的一个周期中所占的凹槽的比例(填充率)在长度方向上变化、或者以恒定填充率改变光栅周期，也能够调整耦合系数。

(本发明的方面)

接下来，使用在上述实施方式中附加的符号，说明本发明的第1方面所涉及的波长可变激光装置以及第2方面所涉及的波长可变激光装置的制造方法。应理解对各构成要素附加的符号不限定本发明的范围。

在本发明的第1方面中，提供一种波长可变激光装置1、301，具备：第1半导体芯片2、302，具有并联地配置的第1、第2波导16、17；304、305；以及第2半导体芯片3、303，与第1、第2波导16、17；304、305光学地连接，具有与第1、第2波导16、17；304、305协作而构成谐振器的光回路34、311，第1、第2波导16、17；304、305分别具有2个以上的表面电极13、15、23、25，第2半导体芯片3具有与第1、第2波导16、17；304、305的表面电极13、15、23、25接合的多个电极38、39、40、41。

根据本发明的第1方面，谐振器将与第1半导体芯片2、302并联地配置的第1、第2波导16、17；304、305和设置于第2半导体芯片3、303的光回路34、311作为构成要素，从而能够增大谐振器长度而得到窄线宽的波长可变激光装置1、301。另外，通过设置于第1半导体芯片2、302的波导16、17；304、305的表面电极13、15、23、25与第2半导体芯片3、303的电极38、39、40、41接合，能够同时实现波长可变激光装置1、301的窄线宽化和小型化。进而，在第1半导体芯片2、302和第2半导体芯片3、303的接合中能够使用倒装芯片接合，能够将接合时的对位精度降低至例如微米级。

在本发明的第1方面的一个实施方式中，在第1半导体芯片2、302中，设置有用于使在第1、第2波导16、17；304、305中前进的光反射而耦合到第2半导体芯片3、303的光回路34、311的反射镜28。

根据该实施方式，使用例如能够通过蚀刻设置的反射镜28，具体地达成通过本发明的第1方式得到的效果。

在本发明的第1方面的一个实施方式中，第1、第2波导16、17；304、305分别包括光学增益区域18、反射光栅区域19、21以及相位区域20中的至少2个。

根据该实施方式，能够使设置第1、第2波导16、17；304、305的第1半导体芯片2、302担保波长调整功能。

在本发明的第1方面的一个实施方式中，光回路34、311具有与第1、第2波导16、17；304、305光学地连接的第1、第2光栅耦合器35、312。

根据该实施方式，使用支持第1、第2波导16、17；304、305和光回路34、311的光学上的连接的第1、第2光栅耦合器35、312，具体地达成通过本发明的第1方面得到的效果。

在本发明的第1方面的一个实施方式中，光回路311具有：多模干涉耦合器313，具有经由单模波导314与第1、第2光栅耦合器312连接的光输入输出端口；光输出取出用的第3光栅耦合器316，与多模干涉耦合器313光学地连接；以及环形镜317，设置于多模干涉耦合器313的输出端口与第3光栅耦合器316之间。

在本发明的第1方面的一个实施方式中，第1半导体芯片2、302由化合物半导体形成，第2半导体芯片3、303由硅系半导体形成。

在本发明的第2方面中，提供一种波长可变激光装置1、301的制造方法200，包括：步骤201、202，准备具有并联地配置的第1、第2波导16、17；304、305的第1半导体芯片2、302；以及步骤203、204、205，准备具有光回路34、311的第2半导体芯片3、303，第1、第2波导16、17；304、305分别具有2个以上的表面电极13、15、23、25，第2半导体芯片3、303具有多个电极38、39、40、41，所述制造方法200还包括步骤206，通过利用倒装芯片接合来接合第1、第2波导16、17；304、305的表面电极13、15、23、25和第2半导体芯片3、303的多个电极38、39、40、41，将第1、第2波导16、17；304、305和光回路34、311光学地连接而构成谐振器。

根据本发明的第2方面，谐振器将与第1半导体芯片2、302并联地配置的第1、第2波导16、17；304、305和设置于第2半导体芯片3、303的光回路34、311作为构成要素，从而能够增大谐振器长度而得到窄线宽的波长可变激光装置1、301。另外，通过设置于第1半导体芯片2、302的波导16、17；304、305的表面电极13、15、23、25与第2半导体芯片3、303的电极38、39、40、41接合，能够同时实现波长可变激光装置1、301的窄线宽化和小型化。进而，在第1半导体芯片2、302和第2半导体芯片3、303的接合中使用倒装芯片接合，所以能够将接合时的对位精度降低至例如微米级。