(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長可変ＭＥＭＳ−ＦＰフィルターであって、
上面と下面とを有する半導体または誘電体基板と、
前記基板の下面に取り付けられる固定反射器と、前記基板の上面に配置される底部電極と、前記基板の上面に配置されるＡＲ層と、
上面と下面とを有し、１つ以上のサスペンションビームに支持され、ＭＥＭＳと、多層誘電体ＤＢＲミラーと、当該上面に配置される上部電極とを含む可動反射器であって、可動反射器の下面と前記基板の上面との間には空隙が形成され、前記固定反射器と可動反射器との間には光学キャビティが形成される、可動反射器と、
前記光学キャビティのキャビティ長を変えるために前記上部電極と前記底部電極との間に電圧を供給する電圧源と
を備える、波長可変ＭＥＭＳ−ＦＰフィルター。
【請求項２】
前記多層誘電体ＤＢＲミラーは、Ｓｉ／ＳｉＯ２、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２、またはＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２から選択される交互の層からなる、請求項１に記載の波長可変ＭＥＭＳ−ＦＰフィルター。
【請求項３】
前記基板は、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、およびＧａＰから選択される半導体または誘電体材料からなる、請求項１に記載の波長可変ＭＥＭＳ−ＦＰフィルター。
【請求項４】
前記固定反射器は、高反射（ＨＲ）コーティング層を含む、請求項１に記載の波長可変ＭＥＭＳ−ＦＰフィルター。
【請求項５】
前記固定反射器は、多層誘電体ＤＢＲミラーを含む、請求項１に記載の波長可変ＭＥＭＳ−ＦＰフィルター。
【請求項６】
波長可変ＭＥＭＳ−ＦＰフィルターであって、
上面と下面とを有する半導体または誘電体基板と、
前記基板の下面に取り付けられる固定反射器と、前記基板の上面に配置される底部電極と、前記基板の上面に配置されるＡＲ層と、
上面と下面とを有し、１つ以上のサスペンションビームに支持され、多層誘電体ＤＢＲミラーと、当該上面に配置される上部電極とを含む可動反射器であって、可動反射器の下面と前記基板の上面との間には空隙が形成され、前記固定反射器と可動反射器との間には光学キャビティが形成される、可動反射器と、
前記光学キャビティのキャビティ長を変えるために前記上部電極と前記底部電極との間に電圧を供給する電圧源と
を備える、波長可変ＭＥＭＳ−ＦＰフィルター。
【請求項７】
前記固定反射器は、高反射（ＨＲ）コーティング層を含む、請求項６に記載の波長可変ＭＥＭＳ−ＦＰフィルター。
【請求項８】
請求項１に記載の波長可変ＭＥＭＳ−ＦＰフィルターを含む、自由空間リニアキャビティ波長可変レーザー光源。
【請求項９】
さらに、利得媒質と、２つのレンズと、端部反射器とを含む、請求項８に記載の自由空間リニアキャビティ波長可変レーザー光源。
【請求項１０】
前記利得媒質は、ＳＯＡである、請求項９に記載の自由空間リニアキャビティ波長可変レーザー光源。
【請求項１１】
請求項１に記載のＭＥＭＳ−ＦＰフィルターと、ファイバー結合利得媒質と、光ファイバー結合器とを含む、自由空間リニアキャビティ波長可変レーザー光源。
【請求項１２】
前記利得媒質は、ＳＯＡである、請求項１１に記載の自由空間リニアキャビティ波長可変レーザー光源。
【請求項１３】
ＭＥＭＳ−ＦＰフィルターの製造方法であって、
基板の下面からカットアウトをエッチングし、
前記カットアウトの表面に１つ以上の多層誘電体ＤＢＲミラーを堆積し、
前記基板の上面に反射防止コーティング層を堆積し、
前記反射防止コーティング層をパターニングおよびエッチングし、
前記基板の上面に底部電極を堆積し、
前記底部電極をパターニングおよびエッチングし、
前記パターニングされた反射防止コーティングおよび底部電極の上に、犠牲層と、ＭＥＭＳ構造と、上部電極とを堆積し、
前記上部電極をパターニングおよびエッチングし、
前記ＭＥＭＳ構造および前記上部電極上に１つ以上の多層誘電体ＤＢＲミラーを堆積し、
前記ＭＥＭＳ構造上の多層誘電体ＤＢＲミラーをパターニングおよびエッチングし、
前記ＭＥＭＳ構造および前記犠牲層を選択的にエッチングして、空隙と、前記基板を前記ＭＥＭＳ構造に接続する支持フレームとを作る、
ＭＥＭＳ−ＦＰフィルターの製造方法。
【請求項１４】
前記光学キャビティの一部であるＭＥＭＳキャビティをさらに有する、請求項１に記載の波長可変ＭＥＭＳ−ＦＰフィルター。
【発明の詳細な説明】
【優先権主張】
【０００１】
本願は、２０１３年１１月２６日に出願された米国仮出願第６１／９０９，２７７号の米国特許法第１１９条（ｅ）による優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
【技術分野】
【０００２】
本明細書に記載の技術は、概して波長可変レーザー光源用のファブリペローフィルターに関し、特にＭＥＭＳデバイスを備えるファブリペローフィルターに関する。
【背景技術】
【０００３】
ファブリペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ（ＦＰ））フィルターは、外部キャビティおよびリングキャビティを有するものを含めて、波長可変レーザー光源に広く使用されている。このようなレーザーにおいて、フィルターキャビティは、レーザーキャビティの外側にある。ＦＰフィルターは、古典的な波長可変方法を用いる。当該方法は、当業者には周知であるため、ここでは簡単に説明するにとどめる。詳細については、例えば、Ｋ．Ｋ．Ｓｈａｒｍａ，“ＯＰＴＩＣＳ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ；１ｓｔ  ｅｄｉｔｉｏｎ（２００６年８月３０日）に記載があり、ここに参照のために取り込む。波長可変ＦＰフィルターの光学キャビティは、空隙によって離間された固定反射器と可動反射器との２つの反射器を含む。誘電体材料からなる分布ブラッグ反射器（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ（ＤＢＲ））ミラーは、高反射率を有することから、通常、キャビティ反射器として利用される。  
【０００４】
ＦＰフィルターの３つの重要なパラメータは、その自由スペクトル領域（ｆｒｅｅ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒａｎｇｅ（ＦＳＲ））と、キャビティフィネスと、キャビティフィルター帯域幅とであるが、これらパラメータは全て、有効光学キャビティ長および有効反射率に依存する。フィルターパラメータをより正確に算出するために、ＦＰフィルターの有効光学キャビティ長を用いる必要がある。当該長さには、キャビティ反射器間の光学距離と、誘電体ＤＢＲミラー内への光学侵入深さとが含まれる。光学距離は、光が移動する物理的（幾何学的）距離と光が伝播する媒質の屈折率との積として定義される。
【０００５】
ＦＰフィルターにおいて、最大伝送波長が周期的に発生し、隣接する最大値間の間隔（モード間隔）は、自由スペクトル領域と呼ばれ、ΔλＦＳＲで表される。所与の設計波長λに対するＦＰフィルターのＦＳＲは、キャビティ反射器間の有効光学距離Ｌｅｆｆ、即ち、有効光学キャビティ長によって決まり、これは、
【数１】
0006488299.tif 000002
で表される。
【０００６】
特に、この定義関係から、ＦＳＲは光学キャビティ長に反比例すること、即ち、より短いキャビティがより広いＦＳＲを提供することが分かる。
【０００７】
ＦＰフィルターのフィネスは、次の通り、ＦＰキャビティの有効反射率ｒｅｆｆによって決まる：
【数２】
0006488299.tif 000003
。
一方、キャビティ反射率ｒｅｆｆは、２つの反射器の反射率によって決まる。反射率は、０＜ｒｅｆｆ＜１の範囲である。
【０００８】
ＦＰフィルターのＦＳＲと帯域幅との比は、そのフィネスＦＦＰである。当該量は、デバイスの線質係数（「Ｑ係数」）と類似する。したがって、一定ＦＳＲのためにフィルター帯域幅を狭くすることで、フィネスが増加する。
【０００９】
ＦＰフィルターのフィルター帯域幅δλＦＰは、各透過ピークの鋭さである。帯域幅は、干渉計板の反射率（および損失）および板間隔によって決まる。これはまた、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）とフィネス（Ｆ）との比であり、
【数３】
0006488299.tif 000004
で与えられる。ここで、λは設計波長、ＬｅｆｆはＦＰキャビティの有効光学キャビティ長である。また、フィルター帯域幅は、その最小分解可能帯域幅（すなわち、分解能）である。高光伝送、低挿入損失、および低波面歪みのために、狭フィルター帯域幅が望ましい。狭フィルター帯域幅を実現する重要要件は、（１）より長い有効光学キャビティ長と、（２）ＦＰキャビティ反射器のより高い反射率とであると言える。
【００１０】
ＦＰ波長可変フィルターは、フィルターキャビティ長を変えることによって、選択波長に調整することができる。ＦＰフィルターの波長可変範囲Δλは、
【数４】
0006488299.tif 000005
で与えられる。ここで、ΔＬはＦＰキャビティのキャビティ長の変化である。通常、波長波長可変範囲は、ＦＰフィルターのＦＳＲよりも小さい。広い波長可変範囲（例えば、１００ｎｍ以上）を実現するために、有効光学キャビティ長は、数ミクロンの範囲である必要がある。
【００１１】
ＦＰフィルターのフィルターキャビティ長（および有効光学キャビティ長）を変化させて波長調整を可能にするために、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術が利用されている。ＭＥＭＳを用いる波長可変ファブリペローフィルターの例が、Ｆｌａｎｄｅｒｓの「波長可変ファブリペローフィルター」に対して２００２年４月１６日に発行された米国特許第６，３７３，６３２号Ｂ１に開示されており、ここに参照のために取り込む。
【００１２】
当該特許では、ＦＰキャビティを画定する２つの反射器は、２つの別個のウェーハ上に位置し、その後これらウェーハは接合される。このプロセス後にミラーが互いに平行であることを確認することが重要である。動作は、ＦＰキャビティの一方側の膜を動かすことから発する。フィルターには１つのキャビティがあり、さらに他の隣接するキャビティがＭＥＭＳによって画定される。２つのチップの接合によって、所望の帯域幅およびＦＳＲのためにフィルター光学キャビティ長を構成する自由度が得られるが、２つのチップを接合することで、製造が複雑になり、製造コストが上がる。
【発明の概要】
【００１３】
本発明は、ＭＥＭＳを用いるＦＰフィルターであって、ＭＥＭＳキャビティがＦＰフィルターキャビティの一部であるＦＰフィルターを含む。このような構成は、製造面で効率的であり、設計もコンパクトである。
【００１４】
本発明は、以前の記載にあるように別個の構成要素の高コストで複雑な接合を行う代わりに、一連の半導体製造プロセスを用いてＭＥＭＳ−ＦＰフィルターを製造する。（別個のキャビティの代わりに）ＭＥＭＳ（静電）および光学機能を含む１つのキャビティのみを有するデバイスを作製することで、接合ステップを回避する。さらに、ＦＰフィルターの一部である空隙は、製造プロセスにおいてエッチングアウトすることができる。
【００１５】
また、本発明のＭＥＭＳ−ＦＰフィルターは、離散的にまたは連続して調整可能である。フィルターは、１００〜３０００ｎｍ、好ましくは６００〜１８００ｎｍのさまざまな設計波長範囲を対象にすることができ、後者には、６００〜６９９ｎｍ、７００〜７９９ｎｍ、８００〜８９９ｎｍ、９００〜９９９ｎｍ、１０００〜１０９９ｎｍ、１１００〜１１９９ｎｍ、１２００〜１２９９ｎｍ、１３００〜１３９９ｎｍ、１４００〜１４９９ｎｍ、１５００〜１５９９ｎｍ、１６００〜１６９９ｎｍ、１７００〜１８００ｎｍが含まれる。好適な設計波長の例としては、８５０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍ、１７５０ｎｍがある。
【００１６】
ＦＰフィルターの設計および構成は、高フィネスをもたらす狭フィルター帯域幅および広ＦＳＲを実現するという要求に基づく。しかし、これら２つのパラメータを同時に最大にすることは、困難である。実際には、２つのパラメータは、フィルターキャビティ長と、ミラー反射率と、ミラー調整や接合といった構造側面とによって制限される。したがって、所望のフィルター帯域幅およびＦＳＲが得られるようにフィルターキャビティを構成することが重要である。
【００１７】
本発明において、ＦＰフィルターの光学キャビティは、ウェーハ基板の裏側の固定反射器と、ウェーハ基板からカットアウトがエッチングされた後に残る基板部分と、基板の上側の反射防止コーティングと、空隙と、可動反射器とによって形成される。ウェーハ基板の上側と可動反射器とは、ＭＥＭＳ電極として機能する。したがって、ＭＥＭＳ静電キャビティは、フィルター光学キャビティと空間的に重なり、フィルター光学キャビティの一部をなす。こうして、本発明の設計手法により、２つの別個のＭＥＭＳチップを接合して個別のＭＥＭＳキャビティおよびＦＰフィルターキャビティを形成する必要がなくなる。本発明のＭＥＭＳ−ＦＰフィルターは、集積デバイスであるため、フィルター光学キャビティおよびＭＥＭＳ静電キャビティを形成するためのアライメントは不要である。フィルター光学キャビティ長は、フィルターキャビティを形成する基板部分の厚さを調整することで構成可能である。このように、フィルター光学キャビティは、ＭＥＭＳ静電キャビティを変えることなく、構成可能である。加えて、高反射金属コーティングまたは多層誘電体ＤＢＲミラーを用いて、両キャビティ反射器から高反射率を得ることができる。結果的に、本発明は、所望のフィルター帯域幅およびＦＳＲを得るべくＦＰフィルター光学キャビティ長および反射率を構成するための設計をより高い自由度で提供する。いくつかの実施形態において、可動反射器は、誘電体ＭＥＭＳ構造からなる。他の実施形態において、可動反射器は、多層ＤＢＲミラーをその上に有するＭＥＭＳ構造である。
【００１８】
一実施形態において、本発明は、波長可変ＭＥＭＳ−ＦＰフィルターであって、上面と下面とを有する半導体または誘電体基板と、前記基板の下面に取り付けられる固定反射器と、前記基板の上面に配置される底部電極と、前記基板の上面に配置されるＡＲ層と、上面と下面とを有し、１つ以上のサスペンションビームに支持され、ＭＥＭＳ構造と、多層誘電体ＤＢＲミラーと、当該上面に配置される上部電極とを含む可動反射器とを備え、可動反射器の下面と前記基板の上面との間には空隙が形成され、前記固定反射器と可動反射器との間には光学キャビティが形成される。デバイスは、前記光学キャビティのキャビティ長を変えるために前記上部電極と前記底部電極との間に電圧を供給する電圧源を構成することによって、動作する。
【００１９】
他の実施形態において、波長可変ＭＥＭＳ−ＦＰフィルターであって、上面と下面とを有する半導体または誘電体基板と、前記基板の下面に取り付けられる固定反射器と、前記基板の上面に配置される底部電極と、前記基板の上面に配置されるＡＲ層と、上面と下面とを有し、１つ以上のサスペンションビームに支持され、多層誘電体ＤＢＲミラーと、当該上面に配置される上部電極とを含む可動反射器であって、可動反射器の下面と前記基板の上面との間には空隙が形成され、前記固定反射器と可動反射器との間には光学キャビティが形成される、可動反射器と、光学キャビティのキャビティ長を変えるために前記上部電極と前記底部電極との間に電圧を供給する電圧源とを備える。
【００２０】
本発明はさらに、ＭＥＭＳ−ＦＰフィルターの製造方法であって、フィルターの例示的実施形態に対して、基板の下面からカットアウトをエッチングし、前記カットアウトの表面に１つ以上の多層誘電体ＤＢＲミラーを堆積し、前記基板の上面に反射防止コーティング層を堆積し、前記反射防止コーティング層をパターニングおよびエッチングし、前記基板の上面に底部電極を堆積し、前記底部電極をパターニングおよびエッチングし、前記パターニングされた反射防止コーティングおよび底部電極の上に、犠牲層と、ＭＥＭＳ構造と、上部電極とを堆積し、前記上部電極をパターニングおよびエッチングし、前記ＭＥＭＳ構造および前記上部電極上に１つ以上の多層誘電体ＤＢＲミラーを堆積し、前記ＭＥＭＳ構造上の多層誘電体ＤＢＲミラーをパターニングおよびエッチングし、前記ＭＥＭＳ構造および前記犠牲層を選択的にエッチングして、空隙と、前記基板を前記ＭＥＭＳ構造に接続する支持フレームとを作る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（Ａ）は静電駆動ＭＥＭＳシステム構成の概略図であり、（Ｂ）はＭＥＭＳ−ＦＰフィルターシステムの可動反射器の上面図である。
【図２Ａ】本発明の２つの例示的実施形態にかかる誘電体ミラーベースのＭＥＭＳ−ＦＰフィルターの概略図である。
【図２Ｂ】本発明の２つの例示的実施形態にかかる誘電体ミラーベースのＭＥＭＳ−ＦＰフィルターの概略図である。
【図３Ａ】本発明の２つの例示的実施形態にかかる誘電体ミラーおよびＨＲコーティングベースのＭＥＭＳ−ＦＰフィルターの概略図である。
【図３Ｂ】本発明の２つの例示的実施形態にかかる誘電体ミラーおよびＨＲコーティングベースのＭＥＭＳ−ＦＰフィルターの概略図である。
【図４】本発明の例示的実施形態にかかるＨＲコーティングベースのＭＥＭＳ−ＦＰフィルターの概略図である。
【図５】本発明のＭＥＭＳ−ＦＰフィルターに基づく波長可変レーザーシステム構成の概略図である。
【図６】本発明のＭＥＭＳ−ＦＰフィルターに基づくファイバー結合波長可変レーザーシステム構成の概略図である。
【図７】本発明にかかるＭＥＭＳ−ＦＰフィルターの製造ステップを示すプロセスフローチャートである。
【００２２】
図面における同じ参照符号は、同じ要素を指す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本明細書における本発明の種々の実施形態は、有効光学キャビティ長を延ばして有効反射率を高めるＭＥＭＳ−ＦＰフィルターキャビティ反射器のそれぞれ異なる構成を示す。本発明の波長可変ＭＥＭＳ−ＦＰフィルターは、自由空間集積波長可変レーザー光源またはファイバー結合波長可変レーザー光源に組み入れてもよい。
【００２４】
ＭＥＭＳデバイスでは、一般に、平行板静電アクチュエーションが用いられる。平行板アクチュエータは、キャパシタであり、その板のうちの１つが支持構造によって吊るされて、平行板間に駆動電圧Ｖが印加されると動くようになっている。電圧変位関係は、
【数５】
0006488299.tif 000006
で与えられる。ここで、Ｖは駆動電圧、Ｌａｉｒは２つの板の間の空隙の長さ、Ａは板の面積、ε０は真空誘電率、ｋｅｆｆはＭＥＭＳ構造の有効ばね定数、ΔＬは可動ＭＥＭＳ板の変位である。
【００２５】
このように、ＭＥＭＳキャビティがＦＰ光学キャビティの一部である場合、電圧をステップ変化させるとフィルターキャビティ長が漸進的変化することから、波長を離散的に調整することができる。
【００２６】
また、ＭＥＭＳ構造を任意の駆動周波数、特に共振周波数で動的に駆動することによって、波長を（離散的にではなく）連続して調整することもできる。ＭＥＭＳ構造の共振周波数ｆは、
【数６】
0006488299.tif 000007
で与えられる。ここで、ｍｅｆｆはＭＥＭＳ構造の有効質量である。
【００２７】
有効光学キャビティを長くするためには、ＭＥＭＳ電極間距離を広げる必要があり、このためには、可動ＭＥＭＳ構造を変位させる駆動電圧を上げる必要がある。
【００２８】
本発明において、所与の設計波長に対して、所望のＦＰフィルターＦＳＲおよび所望の波長可変範囲を得るようにフィルターキャビティ長を構成可能である。ＭＥＭＳ−ＦＰフィルターのＦＳＲは、少なくとも５０ｎｍに及び得る。好ましくは、ＦＳＲは、１００ｎｍ以上である。波長可変範囲は、ＦＰフィルターＦＳＲと同じか、ＦＰフィルターＦＳＲよりも小さくてもよい。したがって、波長可変範囲は、５０ｎｍに及び得る。好ましい可変範囲は、１００ｎｍ以上である。所望のＦＳＲおよび選択設計波長に対して、有効光学キャビティ長は、式（１）から算出可能である。例えば、所望のＦＰフィルターＦＳＲが１５０ｎｍであり設計波長が１３００ｎｍである場合、有効光学キャビティ長は、５．６３μｍである必要がある。本発明は、この例に限定されない。有効光学キャビティ長は、任意の所望のＦＰフィルターＦＳＲおよび選択設計波長に対して、設計可能である。
【００２９】
ＦＰフィルターにおいて狭フィルター帯域幅を得るためには、より高い有効反射率を要する。高反射金属コーティング反射器および分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）ミラーの使用等、高反射率を得るための方法は多数ある。ＤＢＲミラーは、１／４波長の厚い高屈折率および低屈折率誘電体材料の交互の層からなる。１／４波長層は、式ｎｉｔｉ＝λ／４を満たす光学厚さｎｉｔｉ（ｎｉはｉ番目の層の屈折率であり、ｔｉはｉ番目の層の厚さである）を持つ層である。ここで、λはＦＰフィルターの設計波長である。通常、ＤＢＲは、２０層以下を含む。
【００３０】
本発明（図１参照）において、固定反射器１１４および可動反射器１１５の反射率は、ＭＥＭＳ−ＦＰフィルターの有効反射率を最大にするように構成可能である。ＭＥＭＳ−ＦＰフィルターキャビティ反射器は、キャビティ反射率が０．９８９５超、０．９９７５超、および０．９９９７超になるように構成可能である。これによって、有効光学キャビティ長および設計波長に応じて、０．１ｎｍ、０．０２５ｎｍ、および０．００３ｎｍよりも狭い（よりも優れた）フィルター帯域幅がそれぞれ得られる。
【００３１】
図１Ａは、本発明にかかるＭＥＭＳ−ＦＰフィルター１１０の基本的特徴を示す概略図である。この概略図において、可動反射器１１５は、１つ以上のサスペンションビームで支持されている。図１Ａにおいて、サスペンションビームは、有効ばね剛性ｋｅｆｆの等価ばね１１８で表される。固定反射器１１４と可動反射器１１５との間の距離は、空隙１１１で満たされる。電圧源１１６から電圧を印加すると、２つの反射器間で静電力が発生し、変位距離１１２として示すように可動反射器１１５が動く。
【００３２】
図１Ｂは、可動反射器１１５の概略上面図である。可動反射器１１５は、ＭＥＭＳ膜１１７と、サスペンションビーム１１３と、支持フレーム２１８とで構成される。可動ＭＥＭＳ膜１１７は、サスペンションビーム１１３を支持フレーム２１８と共に用いて、吊るされる。波長可変ＦＰフィルターでは、ＭＥＭＳ膜１１７の直径は、通常２００μｍ〜５００μｍである。ＭＥＭＳ駆動電圧１１６は、ＭＥＭＳ幾何学的配置、材料、空隙１１１、および目標変位１１２に依存する。駆動電圧１１６は、通常５０Ｖ〜５００Ｖの範囲である。
【００３３】
図２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂの実施形態において、基板２１２の下面がエッチングされてカットアウトを形成し、この中に固定反射器が配置される。ウェーハや基板は通常厚すぎてＦＰフィルターのフィルターキャビティの一部として機能し得ないため、カットアウトが必要となる。カットアウトをエッチングアウトすることで、所望のＦＳＲに対して所望の有効光学キャビティ長を得ることができる。
【００３４】
図２Ａは、ＭＥＭＳ−ＦＰフィルター２１０の一実施形態の（図１Ｂの線Ａ−Ａに沿った）断面図である。本実施形態において、固定反射器１１４は、多層誘電体ＤＢＲミラー２１４を含む。可動反射器１１５は、ＭＥＭＳ構造２１１と、多層誘電体ＤＢＲミラー２１３とを含む。ＭＥＭＳ構造２１１は、Ｓｉ、ＳｉＮｘ、または任意の誘電体材料からなってもよい。可動反射器１１５は、支持フレーム２１８を介して基板に取り付けられ、これは、縁端部においてサスペンションビームとして作用して、ＭＥＭＳ構造２１１の移動を可能にする。こうして、空隙１１１は、支持フレーム２１８と２つの反射器との間に封入される。ＭＥＭＳ電極２１７および２１９は、それぞれ基板２１２および可動反射器１１５上に堆積し、どちらも電圧源（図示なし）に接続される。
【００３５】
ＭＥＭＳ−ＦＰフィルター２１０の光学キャビティ長は、固定反射器１１４内への入力光２２０の光学侵入深さと、基板２１２の部分の厚さ２１６と、反射防止（ＡＲ）コーティング層２１５の厚さと、空隙１１１の長さと、ＭＥＭＳ構造２１１の厚さと、反射器２１３内への光の光学侵入深さとからなる。よって、本実施形態において、ＭＥＭＳ−ＦＰの光学キャビティ長Ｌｅｆｆは、
【数７】
0006488299.tif 000008
で与えられる。ここで、Ｌｐｅｎ，ｆｉｘｅｄは反射器１１４内への光の光学侵入深さ、ＬｓｕｂはＦＰキャビティの光路に沿った基板厚さ２１６、ｎｓｕｂは基板材料の屈折率、ＬＡＲは反射防止（ＡＲ）コーティング層２１５の厚さ、ｎＡＲはＡＲコーティング材料の屈折率、ＬａｉｒはＭＥＭＳ空隙１１１、ＬＭＥＭＳはＭＥＭＳ構造２１１の厚さ、ｎＭＥＭＳはＭＥＭＳ構造材料の屈折率、Ｌｐｅｎ，ｍｏｖｅａｂｌｅは反射器２１３内への光の光学侵入深さである。
【００３６】
入力光線２２０は、固定反射器１１４を通ってＭＥＭＳ−ＦＰフィルターキャビティ内へ進み、可動反射器１１５を通り、フィルター処理出力光２３０として現れる。任意のＦＰフィルターと同様、フィルター処理出力光２３０の波長および帯域幅は、２つのフィルターキャビティ反射器の有効キャビティ長Ｌｅｆｆおよび全反射率に依存する。電圧を印加してＭＥＭＳ可動反射器の変位１１２を変え、それによって有効キャビティ長Ｌｅｆｆを変えることで、フィルター処理出力光２３０の波長を調整することができる。
【００３７】
基板２１２として、任意の半導体または誘電体基板（例えば、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、またはＧａＰ）を使用してもよい。基板部分２１６と可変空隙１１１との間の界面において、光学キャビティ内にＡＲコーティング層２１５を配置することによって、ＭＥＭＳ−ＦＰの光学キャビティが形成される。空気・基板界面におけるＡＲコーティング層により、当該界面からの反射が最小になり、反射器間に形成されたフィルター光学キャビティが改善される。全有効光学キャビティ長は、基板部分２１６と、ＡＲコーティング層２１５の厚さと、空隙１１１とを含む。任意の誘電体材料の組み合わせ（例えば、Ｓｉ／ＳｉＯ２、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５／ＳｉＯ２、またはＳｉＯ２／ＴｉＯ２）を多層誘電体ＤＢＲミラー２１３および多層誘電体ＤＢＲミラー２１４として組み入れて、高反射率を得てもよい。
【００３８】
ＭＥＭＳ−ＦＰフィルターの有効光学キャビティ長は、設計波長の半分の整数倍である。誘電体ＤＢＲミラーの厚さおよび層数は、設計波長および所望の反射率に依存する。通常、ＤＢＲミラー層の光学厚さは、ＭＥＭＳ−ＦＰフィルターの設計波長の１／４である。
【００３９】
図２Ｂは、本発明にかかるＭＥＭＳ−ＦＰフィルターの他の実施形態２５０を示す。本実施形態において、可動反射器１１５は、多層誘電体ＤＢＲミラー２１７からなるＭＥＭＳ構造を含む。他の点では、本実施形態は、図２Ａの実施形態と同一である。本実施形態において、ＭＥＭＳ−ＦＰの光学キャビティ長は、
【数８】
0006488299.tif 000009
で与えられる。
【００４０】
図３Ａは、ＭＥＭＳ−ＦＰフィルターの他の実施形態３１０を示す。本実施形態において、固定反射器１１４は、高反射（ＨＲ）コーティング層３１１を含む。可動反射器１１５は、ＭＥＭＳ構造２１１と、ＭＥＭＳ構造上の多層誘電体ＤＢＲミラー２１３とを含む。本実施形態において、ＭＥＭＳ−ＦＰの有効光学キャビティ長は、
【数９】
0006488299.tif 000010
で与えられる。
【００４１】
図３Ｂは、ＭＥＭＳ−ＦＰフィルターの他の実施形態３５０を示す。本実施形態において、可動反射器１１５は、多層誘電体ＤＢＲミラーを含むＭＥＭＳ構造である。本実施形態において、ＭＥＭＳ−ＦＰの有効光学キャビティ長は、
【数１０】
0006488299.tif 000011
で与えられる。
【００４２】
図３Ａおよび３Ｂの実施形態がそれぞれ図２Ａおよび２Ｂの実施形態と異なる点は、図２Ａおよび２Ｂの多層誘電体ＤＢＲミラーが図３Ａおよび３ＢでＨＲコーティング層に置き換えられていることである。
【００４３】
図４は、ＭＥＭＳ−ＦＰフィルターの他の実施形態４１０を示す。本実施形態において、固定反射器１１４は、高反射（ＨＲ）コーティング層３１１を含む。可動反射器１１５は、高反射（ＨＲ）コーティング層３１２と、ＭＥＭＳ構造２１１とを含む。本実施形態において、ＭＥＭＳ−ＦＰの有効光学キャビティ長は、
【数１１】
0006488299.tif 000012
で与えられる。
【００４４】
図５は、本発明のＭＥＭＳ−ＦＰフィルターに基づく波長可変レーザー光源５００の実施形態の概略図である。例えば、図５の５１０は、図２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ、および４のＭＥＭＳ−ＦＰフィルターのいずれであってもよい。波長可変レーザー５００は、波長選択用のレーザーキャビティ５２０とフィルターキャビティ５３０とを含む。リニアレーザーキャビティは、反射器１１６と、半導体光増幅器（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ（ＳＯＡ））等の利得媒質５１１と、レンズ５１２と、他のレンズ５１３と、反射器１１４とからなる。フィルターキャビティは、固定反射器１１４と可動反射器１１５とからなり、これらは共にファブリペロー（ＦＰ）キャビティ５３０を形成する。フィルターキャビティ長ＬＦＣ５３０は、レーザーキャビティ長ＬＬＣ５２０よりも大幅に短い。通常、フィルターキャビティ長は、５〜２０μｍの範囲であり、他方、レーザーキャビティ長は、ｍｍの範囲であり、例えば、２０ｍｍ以上である。ＦＰフィルターキャビティ長５３０を変えることで、波長を調整することができる。波長可変レーザー光は、フィルターキャビティ可動反射器１１５を通じて、出力５４０を与える。  
【００４５】
図６は、本発明のＭＥＭＳ−ＦＰフィルターに基づく波長可変レーザー光源６００の実施形態の概略図である。本実施形態において、リングレーザーキャビティは、（ＳＯＡ等の）利得媒質５１１と、第１光ファイバー６１１と、ＭＥＭＳ−ＦＰフィルター６１０（図２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ、および４のＭＥＭＳ−ＦＰフィルター等、本明細書に記載のＭＥＭＳ−ＦＰフィルターのいずれであってもよい）と、第２光ファイバー６１２と、簡単に入手可能な１×２光ファイバー結合器６１４と、第３光ファイバー６１３とを含む。望ましくない後方反射を防止するために、リングキャビティに、デュアルアイソレーター集積利得媒質または光ファイバーアイソレータ―を加えてもよい。リングレーザーキャビティは、光ファイバー結合器６１４を通じて、フィルター処理波長出力６１５を与えることができる。よって、結合器６１４は、光を、光ファイバー６１３と出力６１５とに分岐させる。
製造方法
【００４６】
本明細書に記載のＦＰフィルターの製造方法の例を、図２Ａの実施形態について説明する。但し、製造プロセスは、当業者の能力の範囲内で変更を採用することによって、全ての実施形態に適用可能である。
【００４７】
本発明において、ＭＥＭＳ−ＦＰフィルター２１０は、光学キャビティと、ＭＥＭＳ静電キャビティとを含む。光学キャビティは、固定反射器１１４と可動反射器１１５との間に形成され、ＭＥＭＳ静電キャビティは、底部電極２１７と上部電極２１９との間に形成される。したがって、集積ＭＥＭＳ−ＦＰフィルター２１０は、一連の堆積およびエッチングプロセスを利用して製造される。また、該当する場合は、さまざまなステップで化学機械研磨を用いてもよい。可動反射器１１５は、底部電極２１７と上部電極２１９との間に印加される駆動電圧で動くように設計される。その結果、光学キャビティ長が変化し、波長調整が可能になる。
【００４８】
本発明において、ＭＥＭＳ静電キャビティは、ＭＥＭＳ−ＦＰフィルター光学キャビティの一部である。有効光学キャビティ長Ｌｅｆｆは、所望のＦＳＲに対してウェーハ基板部分２１６の厚さを変えることによって、構成可能である。同様に、ＭＥＭＳ静電キャビティ長（空隙１１１）は、所望のＦＳＲおよび波長可変範囲に対して犠牲層の厚さを変えることによって、構成可能である。
【００４９】
ＭＥＭＳ−ＦＰフィルター２１０は、一連の半導体製造プロセスにより製造される。図７は、本発明にかかるＭＥＭＳ−ＦＰ２１０の製造方法におけるステップを示すフローチャート７００である。製造プロセスにおける最初のステップ７１１では、基板２１２の一方側（以下、基板の当該側を下面と称する）をエッチングして、領域基板２１６の所望の厚さのカットアウトを形成する。次に、ステップ７１２で、カットアウト内のウェーハ基板の下面上に高屈折率および低屈折率材料の交互の層を堆積することによって、多層誘電体ＤＢＲミラー２１４を作製する。次に、ステップ７１３で、基板の他方側（以下、基板の当該側を上面と称する）にＡＲコーティング層２１５を堆積する。続いて、ＡＲコーティング層２１５を、シャドーマスクでパターニングおよびエッチングする。次に、ステップ７１４で、金属電極接触層２１７を、基板ウェーハ２１２の上面に堆積し、適切に設計されたシャドーマスクでパターニングおよびエッチングする。金属接触層２１７は、ＭＥＭＳ構造の底部電極として作用する。次に、犠牲層（ステップ７１５）、ＭＥＭＳ構造２１１（ステップ７１６）、および他の金属接触電極２１９（ステップ７１７）を、パターニングされたＡＲコーティング２１５および底部電極接触層２１７の上に堆積する。その後、金属接触電極２１９を、適切なシャドーマスクでパターニングおよびエッチングする。金属接触層２１９は、ＭＥＭＳ構造の上部電極として作用する。ステップ７１８で、ＭＥＭＳ構造２１１および上部電極２１９の上に高屈折率および低屈折率材料の交互の層を堆積することによって、多層誘電体ＤＢＲミラー２１３を作製する。そして、多層誘電体ＤＢＲミラー２１３を、適切なマスクでパターニングおよびエッチングする。最後に、ステップ７１９で、選択的エッチングプロセスを行って、機能的ＭＥＭＳ構造２１１、空隙１１１、およびＭＥＭＳ支持フレーム２１８を作製する。空隙１１１および支持フレーム２１８は、エッチングプロセスにより犠牲層から作られる。これらエッチングプロセスの詳細については、Ｇ．Ｄ．Ｃｏｌｅ，Ｅ．Ｂｅｈｙｍｅｒ，Ｌ．Ｌ．Ｇｏｄｄａｒｄ，  ａｎｄ  Ｔ．Ｃ．Ｂｏｎｄ，“Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍｉｒｒｏｒ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｖｉａ  ｘｅｎｏｎ  ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ  ｅｔｃｈｉｎｇ  ｏｆ  ａｎ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ  ｌａｙｅｒ，”  Ｊ．  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｂ，ｖｏｌ．２６，ｎｏ．２，ｐｐ．５９３−５９７，Ｍａｒｃｈ／Ａｐｒｉｌ  ２００８に記載があり、ここに参照のために取り込む。
【００５０】
先の記載は、本技術のさまざまな態様を説明するものであり、本明細書に記載の例は添付の請求項の範囲を限定するものではない。発明が十分に説明されたことから、添付の請求項の精神や範囲から逸脱することなく多くの変更や変形が可能であることは、当業者には自明であろう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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