(57)【要約】【課題】例えば赤外光から紫外光にわたる広い波長帯域の光において適用可能であり、小型で低電圧駆動するファブリペロー型波長可変フィルタを提供する。【解決手段】ＳＯＩ基板１の表面に対し水平方向に変位する可動部２、可動部２を弾性可動に支持するサスペンション支持体３、ＳＯＩ基板１に固定された固定部４が設けられる。可動部３を変位させる櫛歯型静電アクチュエータの櫛型電極５により、可動部２表面に接合して形成された第１のミラー構造体６が水平方向に制御され変位する。このファブリペロー型波長可変フィルタでは、第１のミラー構造体６の第１のミラー面６ａと、固定部４の表面に接合して形成された第２のミラー構造体７の第２のミラー面７ａとが平行に対向配置されて光共振器をなし、上記水平方向の変位によりその共振器長を変える構成になっている。【選択図】図１
2008256837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一基板の表面に対し水平方向に変位する可動部と、
前記可動部を変位可能に支持するサスペンション支持体と、
前記可動部を前記水平方向に変位させる駆動部と、
前記一基板に固定された固定部と、
前記可動部の表面に接合して形成された第１のミラー構造体と、
前記固定部の表面に接合して形成された第２のミラー構造体と、
を有し、
前記第１のミラー構造体に形成された第１のミラー面および前記第２のミラー構造体に形成された第２のミラー面が対をなし平行に対向配置されて光共振器を構成し、前記駆動部の動作により前記対をなすミラー面の間隔が制御されて前記光共振器の共振器長を変えることを特徴とするファブリペロー型波長可変フィルタ。
【請求項２】
前記駆動部が動作していない状態における前記対をなすミラー面の間隙として初期ギャップを形成する初期ギャップ形成手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のファブリペロー型波長可変フィルタ。
【請求項３】
前記初期ギャップ形成手段は、前記可動部と前記固定部の係合をその解除と共に行う係合部を有することを特徴とする請求項２に記載のファブリペロー型波長可変フィルタ。
【請求項４】
一基板の表面に対し水平方向に変位する第１の可動部および第２の可動部が形成され、
これ等の可動部をそれぞれに変位可能に支持するサスペンション支持体と、
前記一基板に固定された固定部と、
前記第１の可動部を前記水平方向に変位させる駆動部と、
前記第１の可動部の表面に接合して形成された第１のミラー構造体と、
前記第２の可動部の表面に接合して形成された第２のミラー構造体と、
前記第２の可動部を前記固定部に結合して固定させ、対をなし平行に対向配置される前記第１のミラー構造体の第１のミラー面と前記第２のミラー構造体の第２のミラー面の間に、前記駆動部が動作していない状態における間隙として初期ギャップを形成する初期ギャップ形成手段と、
を有し、
前記第１のミラー面および前記第２のミラー面が光共振器を構成し、前記駆動部の動作によりそれ等の間隔が制御されて前記光共振器の共振器長を変えることを特徴とするファブリペロー型波長可変フィルタ。
【請求項５】
前記初期ギャップ形成手段は、静電気により前記第２の可動部を前記固定部に結合させることを特徴とする請求項４に記載のファブリペロー型波長可変フィルタ。
【請求項６】
前記初期ギャップ形成手段は、前記第２の可動部と前記固定部にある係止部により前記第２の可動部を前記固定部に結合させることを特徴とする請求項４に記載のファブリペロー型波長可変フィルタ。
【請求項７】
前記対をなすミラー面は前記基板の表面に対しほぼ垂直に形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のファブリペロー型波長可変フィルタ。
【請求項８】
前記駆動部は櫛歯型静電アクチュエータによって構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載のファブリペロー型波長可変フィルタ。
【請求項９】
シリコン基板上に絶縁層とシリコン層がこの順に形成されたＳＯＩ基板の前記シリコン基板、前記絶縁層および前記シリコン層を所定パターンに加工し、前記ＳＯＩ基板表面に対し水平方向に変位する可動部、前記可動部を変位可能に支持するサスペンション支持体、前記可動部を前記水平方向に変位させる駆動部、前記ＳＯＩ基板に固定された固定部をそれぞれ前記シリコン層に形成する工程と、
第１のミラー構造体の第１のミラー面および第２のミラー構造体の第２のミラー面を互いに平行に対向させた状態で、前記第１のミラー構造体を前記可動部の表面に接合させ前記第２のミラー構造体を前記固定部の表面に接合させる工程と、
を有し、
前記駆動部の動作により変位する第１のミラー面および前記固定部に固定された前記第２のミラー面から成る光共振器を形成することを特徴とするファブリペロー型波長可変フィルタの製造方法。
【請求項１０】
シリコン基板上に絶縁層とシリコン層がこの順に形成されたＳＯＩ基板の前記シリコン基板、前記絶縁層および前記シリコン層を所定パターンに加工し、前記ＳＯＩ基板表面に対し水平方向に変位する可動部、前記可動部を変位可能に支持するサスペンション支持体、前記可動部を前記水平方向に変位させる駆動部、前記ＳＯＩ基板に固定された固定部をそれぞれ前記シリコン層に形成する工程と、
前記可動部を前記固定部に係合させた状態において、第１のミラー構造体の第１のミラー面および第２のミラー構造体の第２のミラー面を互いに接触させ前記第１のミラー構造体を前記可動部の表面に接合させると共に前記第２のミラー構造体を前記固定部の表面に接合させる工程と、
前記第１のミラー構造体および前記第２のミラー構造体の前記接合の後に、前記可動部および前記固定部の係合を解除し、前記第１のミラー面と前記第２のミラー面に間隙を設ける工程と、
を有し、
前記駆動部の動作により変位する第１のミラー面および前記固定部に固定された前記第２のミラー面から成る光共振器を形成することを特徴とするファブリペロー型波長可変フィルタの製造方法。
【請求項１１】
シリコン基板上に絶縁層とシリコン層がこの順に形成されたＳＯＩ基板の前記シリコン基板、前記絶縁層および前記シリコン層を所定パターンに加工し、前記ＳＯＩ基板表面に対し水平方向に変位する第１の可動部と第２の可動部、前記可動部を変位可能に支持するそれぞれのサスペンション支持体、前記第１の可動部を前記水平方向に変位させる駆動部、前記ＳＯＩ基板に固定された固定部をそれぞれ前記シリコン層に形成する工程と、
第１のミラー構造体の第１のミラー面および第２のミラー構造体の第２のミラー面を互いに接触させ前記第１のミラー構造体を前記可動部の表面に接合させると共に前記第２のミラー構造体を前記固定部の表面に接合させる工程と、
前記第１のミラー構造体および前記第２のミラー構造体の前記接合の後に、前記第２の可動部を前記固定部に結合して固定させ、前記第１のミラー面と前記第２のミラー面に間隙を設ける工程と、
を有し、
前記駆動部の動作により変位する第１のミラー面および前記固定部に固定された前記第２のミラー面から成る光共振器を形成することを特徴とするファブリペロー型波長可変フィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）に組み込まれて成るファブリペロー型波長可変フィルタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳと小型光学素子を混成統合する技術が精力的に開発されている。そして、ファブリペロー干渉計（ＦＰＩ）構造の光学フィルタであって、一対の平行に対向配置された光学ミラーから成る共振器のミラー間隔をＭＥＭＳで制御し変化させることにより、共振波長光を可変にする波長可変フィルタが種々に提案されている。例えば波長分割多重（ＷＤＭ）光伝送方式による光通信への適用を目的とし、波長帯域がＣバンド（１．５５μｍ帯）、Ｌバンド（１．５８μｍ帯）さらにはＳバンド（１．４９μｍ帯）の赤外光用の波長可変デバイスが提示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この場合の波長可変フィルタは、ミラー構造体の素材として赤外光帯域において透光性を有するシリコン半導体あるいは化合物半導体を使用し、一対のミラー構造体とＭＥＭＳにおけるミラー面の間隔可変機構とを上記半導体基板に一体的に形成した構造になっている。ここで、一対のミラー構造体は、そのミラー面が上記基板の基板面に対して垂直になり、一つのミラー構造体が同じ基板面に形成された間隔可変機構によりその基板面に対し水平可動になるように形成されている。しかし、このような波長可変フィルタは、上記基板が可視光、紫外光に対して非透光性となることから、これ等の波長帯域を含む広い範囲の波長光への適用ができないという問題を有している。
【０００４】
そこで、可視光を含む広い波長帯域の光に対して適用が可能なＦＰＩ構造の波長可変フィルタが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この場合の波長可変フィルタでは、シリコンから成る第１の基板と可視光を含む広い波長帯域で光透過性を有する第２の基板が張り合わされている。そして、第１の基板の特定の箇所を貫通する開口部に設けられた第１の反射膜と、第２の基板の対向する位置に配置された第２の反射膜とから成る共振器に対し、第１の基板面および第２の基板面の垂直方向を光軸として、入力光の入射および出力光の出射が行われるようになっている。
【０００５】
ここでは、第１の反射膜と第２の反射膜の間隔が可変になるように、第１の反射膜は第１の基板の可動部に形成され、その可動部が、いわゆる平行平板型静電アクチュエータから成る駆動部により基板の基板面に対し垂直移動するようになっている。この場合には、広い波長帯域の光への適用が可能になるが、第１の反射膜を垂直移動させるアクチュエータの低電圧駆動が難しくなってくる。
【０００６】
その他に、導光路である一対の光ファイバのそれぞれの終端面を上記共振器のミラー面として対向配置させ、これ等の光ファイバの終端面の間隔を平行平板型静電アクチュエータにより制御できるようにしたＦＰＩ構造の波長可変フィルタが提示されている（例えば、特許文献３参照）。この場合の波長可変フィルタも広い波長帯域の光への適用が可能である。しかし、この場合、上記アクチュエータの低電圧駆動と共にＭＥＭＳの小型化が難しくなる。
【特許文献１】特開２００３−１０１１３８号公報
【特許文献２】特開２００５−３３８５３４号公報
【特許文献３】特表２００６−５２５５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のような状況に鑑みて本発明はなされたものであり、その目的とするところは、赤外光から紫外光にわたる広い波長帯域の光において適用が可能であり、しかもＭＥＭＳにおけるアクチュエータの低電圧駆動が容易になるＦＰＩ構造のファブリペロー型波長可変フィルタを提供することにある。また、ファブリペロー型波長可変フィルタを混成統合したＭＥＭＳ素子の小型化を容易にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、第一の発明にかかるファブリペロー型波長可変フィルタは、一基板の表面に対し水平方向に変位する可動部と、前記可動部を変位可能に支持するサスペンション支持体と、前記可動部を前記水平方向に変位させる駆動部と、前記一基板に固定された固定部と、前記可動部の表面に接合して形成された第１のミラー構造体と、前記固定部の表面に接合して形成された第２のミラー構造体と、を有し、前記第１のミラー構造体に形成された第１のミラー面および前記第２のミラー構造体に形成された第２のミラー面が対をなし平行に対向配置されて光共振器を構成し、前記駆動部の動作により前記対をなすミラー面の間隔が制御されて前記光共振器の共振器長を変える、という構成になっている。
【０００９】
そして、第二の発明に係るファブリペロー型波長可変フィルタは、一基板の表面に対し水平方向に変位する第１の可動部および第２の可動部が形成され、これ等の可動部をそれぞれに変位可能に支持するサスペンション支持体と、前記一基板に固定された固定部と、前記第１の可動部を前記水平方向に変位させる駆動部と、前記第１の可動部の表面に接合して形成された第１のミラー構造体と、前記第２の可動部の表面に接合して形成された第２のミラー構造体と、前記第２の可動部を前記固定部に結合して固定させ、対をなし平行に対向配置される前記第１のミラー構造体の第１のミラー面と前記第２のミラー構造体の第２のミラー面の間に、前記駆動部が動作していない状態における間隙として初期ギャップを形成する初期ギャップ形成手段と、を有し、前記第１のミラー面および前記第２のミラー面が光共振器を構成し、前記駆動部の動作によりそれ等の間隔が制御されて前記光共振器の共振器長を変える、という構成になっている。
【００１０】
そして、第三の発明に係るファブリペロー型波長可変フィルタの製造方法は、シリコン基板上に絶縁層とシリコン層がこの順に形成されたＳＯＩ基板の前記シリコン基板、前記絶縁層および前記シリコン層を所定パターンに加工し、前記ＳＯＩ基板表面に対し水平方向に変位する可動部、前記可動部を変位可能に支持するサスペンション支持体、前記可動部を前記水平方向に変位させる駆動部、前記ＳＯＩ基板に固定された固定部をそれぞれ前記シリコン層に形成する工程と、第１のミラー構造体の第１のミラー面および第２のミラー構造体の第２のミラー面を互いに平行に対向させた状態で、前記第１のミラー構造体を前記可動部の表面に接合させ前記第２のミラー構造体を前記固定部の表面に接合させる工程と、を有し、前記駆動部の動作により変位する第１のミラー面および前記固定部に固定された前記第２のミラー面から成る光共振器を形成する、という構成になっている。
【００１１】
そして、第四の発明に係るファブリペロー型波長可変フィルタの製造方法は、シリコン基板上に絶縁層とシリコン層がこの順に形成されたＳＯＩ基板の前記シリコン基板、前記絶縁層および前記シリコン層を所定パターンに加工し、前記ＳＯＩ基板表面に対し水平方向に変位する可動部、前記可動部を変位可能に支持するサスペンション支持体、前記可動部を前記水平方向に変位させる駆動部、前記ＳＯＩ基板に固定された固定部をそれぞれ前記シリコン層に形成する工程と、前記可動部を前記固定部に係合させた状態において、第１のミラー構造体の第１のミラー面および第２のミラー構造体の第２のミラー面を互いに接触させ前記第１のミラー構造体を前記可動部の表面に接合させると共に前記第２のミラー構造体を前記固定部の表面に接合させる工程と、前記第１のミラー構造体および前記第２のミラー構造体の前記接合の後に、前記可動部および前記固定部の係合を解除し、前記第１のミラー面と前記第２のミラー面に間隙を設ける工程と、を有し、前記駆動部の動作により変位する第１のミラー面および前記固定部に固定された前記第２のミラー面から成る光共振器を形成する、という構成になっている。
【００１２】
そして、第五の発明に係るファブリペロー型波長可変フィルタの製造方法は、シリコン基板上に絶縁層とシリコン層がこの順に形成されたＳＯＩ基板の前記シリコン基板、前記絶縁層および前記シリコン層を所定パターンに加工し、前記ＳＯＩ基板表面に対し水平方向に変位する第１の可動部と第２の可動部、前記可動部を変位可能に支持するそれぞれのサスペンション支持体、前記第１の可動部を前記水平方向に変位させる駆動部、前記ＳＯＩ基板に固定された固定部をそれぞれ前記シリコン層に形成する工程と、第１のミラー構造体の第１のミラー面および第２のミラー構造体の第２のミラー面を互いに接触させ前記第１のミラー構造体を前記可動部の表面に接合させると共に前記第２のミラー構造体を前記固定部の表面に接合させる工程と、前記第１のミラー構造体および前記第２のミラー構造体の前記接合の後に、前記第２の可動部を前記固定部に結合して固定させ、前記第１のミラー面と前記第２のミラー面に間隙を設ける工程と、を有し、前記駆動部の動作により変位する第１のミラー面および前記固定部に固定された前記第２のミラー面から成る光共振器を形成する、という構成になっている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、赤外光から紫外光にわたる広い波長帯域の光において適用が可能であり、しかも小型化したＭＥＭＳにおけるアクチュエータの駆動電圧の低減が容易になるＦＰＩ構造の波長可変フィルタが容易に提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明の実施形態のいくつかについて図面を参照して説明する。図面において互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は一部省略される。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかるファブリペロー型波長可変フィルタについて図１ないし図６を参照して説明する。図１はファブリペロー型波長可変フィルタの一例を概略的に示す斜視図であり、図２はその平面図であり図３はその模式的な断面図である。そして、図４はファブリペロー型波長可変フィルタにおける可動部を支持するサスペンション支持体の拡大図であり、図５はファブリペロー型波長可変フィルタに用いられる櫛歯型静電アクチュエータの一部拡大図である。また、図６は可動部の移動を制限するためのストッパー領域の拡大図である。
【００１５】
図１，２に示されるように、本実施形態におけるファブリペロー型波長可変フィルタは一基板上に混成統合されている。ここで、一基板としては特に限定されるものではないが、例えば、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１などを挙げることができる。このＳＯＩ基板１は、シリコン半導体から成る支持基板１ａ、この支持基板１ａ上に積層して形成された、例えばシリコン酸化膜から成る絶縁層１ｂおよびシリコン層（ＳＯＩ層）１ｃから成る。以下の実施形態では、一基板としてＳＯＩ基板１を使用する例を挙げる。
【００１６】
本実施形態のファブリペロー型波長可変フィルタでは、ＳＯＩ基板１においてＳＯＩ層１ｃの所定領域に形成されその水平方向に移動可能な可動部２、この可動部２を弾性的に支持する複数個（図２では４箇）のサスペンション支持体３が設けられている。ここで、ＳＯＩ基板１上において可動部２の周りに位置し、支持基板１ａに対し絶縁層１ｂを介して結合しているＳＯＩ層１ｃを固定部４として、上記サスペンション支持体３は、この固定部４の４箇所をそれぞれの固定端とし、その４箇所の角隅部で可動部２を変位可能に支持する。
【００１７】
また、可動部２の水平方向の変位駆動を行う櫛歯型静電アクチュエータが駆動部として取り付けられている。ここで、櫛歯型静電アクチュエータを構成している櫛歯電極５が、可動部２に一体形成された可動側櫛歯電極５ａと、固定部４の所定箇所に固定された固定側櫛歯電極５ｂにより形成されている。そして、この可動側櫛歯電極５ａと固定側櫛歯電極５ｂは、後述されるような姿態に対向配置される。
【００１８】
そして、可動部２の表面に接合して第１のミラー構造体６が形成され、固定部４の所定箇所の表面に接合して第２のミラー構造体７が形成されている。ここで、第１のミラー構造体６および第２のミラー構造体７は互いに近接して配置される。そして、第１のミラー構造体６に形成された第１のミラー面６ａと第２のミラー構造体７に形成された第２のミラー面７ａは、互いに平行に対向配置され光共振器を構成する。なお、これ等のミラー面はＳＯＩ層１ｃの表面に対してほぼ垂直に形成されている。
【００１９】
ここで、図３に示されるように、可動部２上に配置された第１のミラー構造体６が可動部２の移動方向８に沿い水平方向に変位することにより、上記第１のミラー面６ａと第２のミラー面７ａの間隔が変化し光共振器の共振器長が可変にされる。ここで、可動部２の変位は、駆動部である櫛歯型静電アクチュエータの可動側櫛歯電極５ａと固定側櫛歯電極５ｂの間に働く静電力によって制御される。
【００２０】
上記第１のミラー構造体６が接合される可動部２は、後述の製造方法で示されるように、第１のミラー構造体６の大きさに合わせてＳＯＩ層１ｃが例えば方形の所定パターンに加工され、また、図３に示しているようにそのパターン領域下部の絶縁層１ｂおよび支持基板１ａが除去されている。そして、この可動部２は、後述される弾力的なサスペンション支持体３により吊架され支持される。このようにして、可動部２は図３の移動方向８に沿いほぼ一次元方向に変位できるようになっている。
【００２１】
サスペンション支持体３は、図４に示すように、固定部４の固定端から延出する支持体基部３ａ、支持体応力緩和部３ｂ、支持体ヒンジ部３ｃにより構成される。ここで、支持体基部３ａ、支持体応力緩和部３ｂおよび支持体ヒンジ部３ｃは、その製造方法で後述されるようにＳＯＩ層１ｃが所定パターンに加工されたものであり、そのパターン領域下部の絶縁層１ｂおよび支持基板１ａが除去されている。そして、支持体ヒンジ部３ｃが可動部２を吊架し、支持体ヒンジ部３ｃと共に支持体応力緩和部３ｂが可動部２を図３で示した移動方向８に弾性可動に支持する。
【００２２】
このサスペンション支持体３の弾性は、ＳＯＩ層１ｃの膜厚および弾性率、そして支持体ヒンジ部３ｃの寸法等によって決まる。ここで、ＳＯＩ層１ｃの弾性率はボロン、リン、ヒ素、アンチモン、酸素、炭素、窒素等の不純物含有量により変わる。そして、通常では、これ等の不純物のドーピングによりサスペンション支持体３は、その機械的強度が増加するが、ドーピング量の増加と共にその弾性変形量が狭まり脆性が現れ易くなる。そこで、上記可動部２の弾性可動の範囲に合わせて、支持体ヒンジ部３ｃ等のサスペンション支持体３の寸法と上記不純物ドーピング量を適宜に設定することが必要になる。
【００２３】
櫛歯型静電アクチュエータは、図５に示すように、櫛歯電極５を有し、その可動側櫛歯電極５ａおよび固定側櫛歯電極５ｂがそれぞれ可動側櫛歯電極指群５１ａおよび固定側櫛歯電極指群５１ｂを備えた構造になっている。可動側櫛歯電極指群５１ａと固定側櫛歯電極指群５１ｂは入り組んで配置され、可動側櫛歯電極指群５１ａの各電極指と入り組んで隣接する固定側櫛歯電極指群５１ｂの各電極指との間隔がほぼ等しくなるように形成されている。ここで、これ等の電極指群は、ＳＯＩ層１ｃが電極指のパターンに加工されたものであり、そのパターン領域下部の絶縁層１ｂおよび支持基板１ａは除去される。
【００２４】
そして、図示しないが可動側櫛歯電極５ａあるいはそれに一体の可動部２の所定の領域に例えば電極パッドが設けられ、この電極パッドを通して外部から所望の電圧が印加できるようになっている。ここで、可動側櫛歯電極５ａは接地電位に固定される。同様に、図示しないが固定側櫛歯電極５ｂの所定領域に例えば別の電極パッドが設けられ、この別の電極パッドを通して所望の例えば正電圧が可変に印加できるようになっている。
【００２５】
なお、固定側櫛歯電極５ｂは、固定部４の所定箇所のＳＯＩ層１ｃを所定パターンに加工して形成される。ここで、上述した固定側櫛歯電極指群５１ｂ以外の固定側櫛歯電極５ｂの周縁は、ＳＯＩ層１ｃのエッチング除去により画定され支持基板１ａおよび絶縁層１ｂが残存する。
【００２６】
上記可動側櫛歯電極５ａおよび固定側櫛歯電極５ｂは、導電性を必要とすることから、この領域のＳＯＩ層１ｃに上述したｎ導電型あるいはｐ導電型の不純物をドーピングしてもよいし、この領域のＳＯＩ層１ｃに例えばアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）等から成る導電体層を形成してもよい。
【００２７】
そして、可動側櫛歯電極５ａおよび固定側櫛歯電極５ｂの間に可変電圧を印加し、その間の電界により生じる静電引力によって可動側櫛歯電極５ａすなわち可動部２が図３の移動方向８に沿って変位する。ここで、その変位量は上記印加電圧により自在に制御できる。
【００２８】
通常、静電アクチュエータでは、対向する電極間に電圧が印加されその間隔がある範囲内になると、その電極間の変位量が急激に増大するいわゆるプルイン現象が生じる。このプルイン現象は、印加電圧に対して非可逆的でありヒステリシスを有することから、可動部２の変位制御には適さない。そこで、図１、図２および図６に示すように、可動部２の所定箇所（図２の２箇所）に突起部９が設けられている。この突起部９は、固定部４の対応領域に設けられたストッパー部１０に突き当たるようになっており、可動部２のある限度以上の移動を阻止する。このような可動部２の移動制限により、入り組んで配置された可動側櫛歯電極指群５１ａと固定側櫛歯電極指群５１ｂがある間隔の範囲内にならないようになっている。
【００２９】
上記第１のミラー構造体６および第２のミラー構造体７は赤外光から紫外光の範囲における対象光に対して透明な材料から成る。これ等の材料として、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラスの白ガラス、二酸化ケイ素を主組成とする石英ガラス、また例えばＢＫ７（商品名）、ＷＭＳ−１３（商品名）等の光学ガラス、サファイア、ＬｉＮｂＯ３、ＣａＦ２、そしてシリコン、ゲルマニウム等の半導体、合成樹脂などの中から用途により選択される。ここで、これ等の構造体は特定の波長光に対して光透過性があるような構造であってもよいし、赤外光から紫外光の波長帯域全域で光透過性があるものであってもよい。
【００３０】
そして、これ等のミラー構造体は、それぞれ例えば１ｍｍ３の立方体のような所定の形状に形成されている。ここで、互いに平行に対向配置された第１のミラー面６ａと第２のミラー面７ａは、対象光に対して高反射性を有する金属膜あるいは誘電体多層膜が第１のミラー構造体６および第２のミラー構造体７のそれぞれの一平面に蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などにより成膜されたものである。
【００３１】
なお、第１のミラー構造体６および第２のミラー構造体７の一平面に金属膜あるいは誘電体多層膜を成膜するのでなく、ミラー構造体を加工することにより第１のミラー面６ａあるいは第２のミラー面７ａを形成するようにしてもよい。また、ミラー構造体を金属膜あるいは誘電体多層膜によって形成するようにしてもよい。
【００３２】
ここで、金属膜としては例えばＡｕ、Ａｇ、Ａｌなどが用いられる。また、誘電体多層膜としては、例えばＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ、ＺｒＯ２、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＨｆＯ２、Ｇｅ、Ｎｄ２Ｏ６、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、ＺｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＡｌＦ３、ＣａＦ２、ＬｉＦ、Ｎａ３ＡｌＦ６、Ｎａ５Ａｌ３Ｆ１４、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＦ３、ＭｇＯ、ＬａＦ３、ＰｂＦ２、ＰｂＩ、ＮｄＦ３など、あるいはこれらの混合材料の内から、少なくとも２種類を選択し、選択した高屈折率膜と低屈折率膜の材料をそれぞれ交互に所定厚さに成膜し積層したものが用いられる。例えば、対象光が赤外光である場合には、Ｔｅ膜とＫＢｒ膜の多層膜が好適に用いられる。また、可視光あるいは紫外光である場合には、それぞれＺｎＳ膜と氷晶石膜の多層膜、あるいはＳｂ２Ｏ３膜と氷晶石膜の多層膜が好適に使用される。
【００３３】
また、第１のミラー構造体６および第２のミラー構造体７において、入力光が入射する面あるいは出力光が出射する面にはそれぞれ反射防止膜６ｂ、７ｂが形成されている。これ等の反射防止膜としては、第１のミラー構造体６および第２のミラー構造体７より屈折率の小さい対象光に合わせて透明な単層膜あるいは多層膜が用いられる。これ等の反射防止膜も第１のミラー構造体６および第２のミラー構造体７の一平面に蒸着法、スパッタリング法などにより形成される。
【００３４】
次に、本実施形態のファブリペロー型波長可変フィルタの動作について図７ないし図９を参照して説明する。図７はファブリペロー型波長可変フィルタの光学系の模式図である。そして、図８および図９はファブリペロー型波長可変フィルタにおける入力光および出力光の種々の形態を示す模式図である。
【００３５】
図７に示されるように、左側の第１の光ファイバ１１から出射する所定の波長帯域の入力光１２は、コリメートレンズ１３によりコリメートされ、例えば立方体の第２のミラー構造体７においてその反射防止膜７ｂの形成されている一面に垂直な光軸をもち入射する。そして、その対向面の第２のミラー面７ａと、それに平行に対向配置された例えば立方体の第１のミラー構造体６の第１のミラー面６ａから成る光共振器において、（１）式を満足する波長λｍの波長光だけが第１のミラー構造体６の右方向に共鳴透過し出力光１４となる。ここで、この透過した波長光は、第１のミラー構造体６において第１のミラー面６ａに対向し反射防止膜６ｂが形成されている対向面から上記光軸に沿って出射し、例えば集束レンズ１５を通り第２の光ファイバ１６にコネクトされる。
【００３６】
λｍ＝２ｎＬ／ｍ ・・・（１）
但し、ｎは第１のミラー面６ａと第２のミラー面７ａ間の屈折率である。そして、Ｌは第１のミラー面６ａと第２のミラー面７ａとの間隔、ｍは正整数を表す。
【００３７】
ここで、第１のミラー面６ａと第２のミラー面７ａとの間隔Ｌは、櫛歯型静電アクチュエータを作動させ第１のミラー構造体６を図３に示した移動方向８に変位させることにより任意に設定される。例えば図５で示した可動部２と一体の可動側櫛歯電極５ａを接地電位にし、固定側櫛歯電極５ｂに可変の正電圧を印加する。この場合、正電圧の値に対して第１のミラー面６ａと第２のミラー面７ａとの間隔Ｌは一意に決まり、正電圧値が大きくなるに従い間隔Ｌ値が増大するようになる。このようにして、櫛歯型静電アクチュエータの櫛歯電極５の電圧を制御することにより、第１のミラー面６ａと第２のミラー面７ａから成る光共振器の共振器長を変化させ、その共振器長において共鳴透過する波長光を出力光１４とし可変フィルタリングする。ここで、正電圧値の増加分と間隔Ｌ値の増加分が正比例になるように設計することができる。
【００３８】
このようなファブリペロー型波長可変フィルタでは、対象光として赤外光から紫外光にいたる所定の波長帯域において可変フィルタリングが可能になる。例えば、第１のミラー構造体６および第２のミラー構造体７を合成石英で形成したファブリペロー型波長可変フィルタにおいて、対象光を１４５０ｎｍ〜１５８０ｎｍの赤外光としたフィルタ特性の測定では、空気中の伝播におけるその光透過スペクトルの半値幅は２．６〜２．９ｎｍと安定していた。これは、ＷＤＭ光伝送方式において、信号光の波長間隔を１０ｎｍ程度にすることが可能であり、多重化の波長数を１０波程度にできることを示している。
【００３９】
上述したように、このファブリペロー型波長可変フィルタでは、対象光の波長領域に合わせて、第１のミラー面６ａおよび第２のミラー面７ａ、そして反射防止膜６ｂ、７ｂが適宜に選択される。そして、対象光の所望の波長帯域において可変フィルタリングができる。但し、波長の短い紫外光を対象光とする場合には、その伝播の雰囲気を空気の少ない減圧状態にして光の透過損失を低減させることが好ましい。
【００４０】
上記ファブリペロー型波長可変フィルタの動作では、第１のミラー面６ａと第２のミラー面７ａの間隔Ｌが櫛歯電極５の電圧により決められて、（１）式を満足する波長λｍの波長光がフィルタリングされ出力光１４として取り出されている。この場合、第１のミラー面６ａと第２のミラー面７ａとの光の通らない部分の一部に電極を形成して、その間の容量をモニターすることにより上記間隔Ｌの変化をセンシングすることも可能である。
【００４１】
図７で説明したファブリペロー型波長可変フィルタの動作では、入力光１２と出力光１４の光路が第２のミラー面７ａおよび第１のミラー面６ａに垂直な光軸に沿う場合について説明している。ここで、入力光１２と出力光１４の光路はこれ等のミラー面の垂直方向からズレがあっても構わない。但し、この場合、入力光１２の第２のミラー面７ａの垂線となす角度をθとして、（２）式を満足する波長λｍの波長光だけが第１のミラー構造体６の右方向に共鳴透過し出力光１４になる。なお、この場合には、入力光１２あるいは出力光１４が第２のミラー構造体７あるいは第１のミラー構造体６からはみ出ないように上記入射角度θは余り大きくしない方がよい。
【００４２】
λｍ＝２ｎＬｃｏｓθ／ｍ ・・・（２）
但し、ｎ、Ｌおよびｍは（１）式の場合と同じである。
【００４３】
また、上記ファブリペロー型波長可変フィルタの動作は、入力光および出力光の伝播が図７を参照に説明した方向と逆方向になる構成であっても、全く同様にして行うことができる。また、入力光のコリメートレンズによるコリメート後の平行光に、ある程度の拡がりがあっても構わない。但し、入力光の拡がりが小さくコリメート度合いが高い方が、上述した出力光の光透過スペクトルの半値幅が小さくなり好ましい。
【００４４】
また、本実施形態のファブリペロー型波長可変フィルタでは、上記入力光あるいは出力光の光路が種々の方向になるようにすることも可能である。そのいくつかの例について図８および図９を参照して説明する。ここで、図８は第１のミラー構造体６および第２のミラー構造体７を上面から見た上面図である。そして、図９は第１のミラー構造体６および第２のミラー構造体７を側面から見た側面図である。この図８および図９では、簡明にするために第１のミラー構造体６、第２のミラー構造体７および対象光の光路のみが示される。
【００４５】
図８（ａ）では、例えば立方体の第２のミラー構造体７の対角面に全反射膜７ｃが設けられている。そして、入力光１２は、第２のミラー構造体７の反射防止膜７ｂの形成されている側面に垂直に入射し、全反射膜７ｃにより９０度の屈曲（ベント）を受ける。そして、第２のミラー面７ａとそれに平行に対向配置された第１のミラー構造体６の第１のミラー面６ａから成る光共振器において、共鳴透過した出力光１４が第１のミラー構造体６の右方向に出射する。
【００４６】
図８（ｂ）では、図８（ａ）で説明したのと同様に第２のミラー構造体７への入力光１２は全反射膜７ｃにより９０度のベントを受ける。そして、第２のミラー面７ａとそれに平行に対向配置された第１のミラー構造体６の第１のミラー面６ａから成る光共振器において共鳴透過した出力光１４が、例えば立方体の第１のミラー構造体６の対角面に設けられた全反射膜６ｃにより反射されて上方向に出射する。
【００４７】
図８（ｃ）では、図８（ｂ）の場合と同様にして、第２のミラー面７ａとそれに平行に対向配置された第１のミラー構造体６の第１のミラー面６ａから成る光共振器において共鳴透過した出力光１４が、今度は第１のミラー構造体６の逆方向に形成された対角面の全反射膜６ｃにより反射されて下方向に出射する。
【００４８】
図９（ａ）では、例えば立方体の第２のミラー構造体７の対角面に全反射膜７ｃが設けられている。そして、入力光１２は、上方向から、第２のミラー構造体７の反射防止膜７ｂの形成されている上面に垂直に入射し、全反射膜７ｃにより９０度のベントを受ける。そして、第２のミラー面７ａとそれに平行に対向配置された第１のミラー構造体６の第１のミラー面６ａから成る光共振器において、共鳴透過した出力光１４が第１のミラー構造体６の右方向に出射する。
【００４９】
図９（ｂ）では、図９（ａ）で説明したのと同様に第２のミラー構造体７への入力光１２は全反射膜７ｃにより９０度のベントを受ける。そして、第２のミラー面７ａとそれに平行に対向配置された第１のミラー構造体６の第１のミラー面６ａから成る光共振器において共鳴透過した出力光１４が、例えば立方体の第１のミラー構造体６の対角面に設けられた全反射膜６ｃにより反射されて図面の奥後方向（あるいは図面の手前方向）に出射する。
【００５０】
図９（ｃ）では、図９（ａ）の場合と同様にして、第２のミラー面７ａとそれに平行に対向配置された第１のミラー構造体６の第１のミラー面６ａから成る光共振器において共鳴透過した出力光１４が、第１のミラー構造体６の全反射膜６ｃにより反射されて再度上方向に出射する。
【００５１】
但し、図８（ｂ）、図８（ｃ）、図９（ｂ）および図９（ｃ）の場合には、第１のミラー構造体６が可動部２の移動方向８に沿い水平方向に変位すると、それに合わせて出力光１４が出射する光軸も変わる。このため、このような場合には、図７で説明した例えば集束レンズ１５および第２の光ファイバ１６等の受光部は可動部２に取り付けられるとよい。あるいは、上記移動方向８の範囲をカバーする大きさの受光部が固定部４に取り付けられてもよい。
【００５２】
その他に、ファブリペロー型波長可変フィルタにおける入力光１２および出力光１４の光路は種々の形態が考えられる。例えば、対象光が赤外光となる場合にあっては、ＳＯＩ基板１の裏面側から入力光１２を入射させる形態が可能である。また、出力光１４をＳＯＩ基板１の裏面側へ出射させる形態も可能である。
【００５３】
また、上記入力光１２および出力光１４の光路は、それ等の伝播が図８および図９に示した方向と逆方向になる構成であっても構わない。
【００５４】
また、上記立方体の対角面を有するミラー構造体に替えて直角プリズムを用いるようにしてもよい。この場合には、上記立方体の対角面に相当する直角プリズムの傾斜面において全反射が生じるように、対象光に対して透明で屈折率の高い材料が選択される。
【００５５】
上記実施形態のファブリペロー型波長可変フィルタでは、第１のミラー構造体６と第２のミラー構造体７、および第１のミラー面６ａおよび第２のミラー面７ａを適宜に選択することにより、赤外光から紫外光にわたる広い波長帯域の対象光に対して適用が可能になる。そして、ＭＥＭＳに混成統合した種々の機能を有する光学装置が簡便に形成できるようになる。
【００５６】
例えば、赤外光を対象光にするＷＤＭ光伝送方式においては、上述したように多重化の波長数を１０波以上にすることが可能であり、合分波器、変調器、スイッチあるいはルータ等が形成できる。また、可視光を対象光とする場合には、分光器、光干渉計、あるいはレーザ共振器等が形成できる。また、紫外光を対象光にする場合には、光伝播の損失を低減させるためにこのファブリペロー型波長可変フィルタ全体を減圧下におく必要が生じるが、可視光の場合と同様に分光器、干渉計、レーザ共振器が形成できる。
【００５７】
また、上記ファブリペロー型波長可変フィルタでは、そのＭＥＭＳにおける駆動部として櫛歯型静電アクチュエータを好適に用いることができる。このため、従来技術のような平行平板型静電アクチュエータを用いた波長可変フィルタに較べて低電圧駆動が容易になる。そして、ファブリペロー型波長可変フィルタを混成統合したＭＥＭＳ素子の小型化が容易になる。このようにして、将来的にエレクトロニクスとフォトニクスを融合した新規なオプトエレクトロニクス実現への道が拓かれる。具体的には、例えばシリコン基板上に半導体素子と上記機能を有する光学素子とをモノリシックに集積したＭＥＭＳ素子の実現が促進される。
【００５８】
次に、本実施形態のファブリペロー型波長可変フィルタの製造方法について図１０を参照して説明する。図１０はその製造方法の説明に供するための主要な工程別断面図である。
【００５９】
図１０（ａ）に示されるように、例えば膜厚がそれぞれ３００μｍ、３μｍ、５０μｍの支持基板１ａ、絶縁層１ｂおよびＳＯＩ層１ｃから成るＳＯＩ基板１を用意し、公知のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術によりＳＯＩ層１ｃを所定パターンに加工する。
【００６０】
ここで、ＳＯＩ層１ｃの膜厚は５０μｍ程度であることから、ＳＯＩ層１ｃのエッチング加工では、例えばＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）のようなＨＤＰ（High Density Plasma）のＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）方法を用い、高い異方性のドライエッチングを行う。この場合の第１エッチングマスク２１としては上記所定パターンに形成した例えばＡｌ層と、フォトリソグラフィ技術によりＡｌ層の上部に形成した上記所定パターンを有するフォトレジスト層との積層マスクが好適に用いられる。このような積層マスクは、フォトリソグラフィ技術により形成した上記所定パターンのフォトレジスト層をマスクにして、その下部のＡｌ層にエッチング加工を施しパターン転写することにより容易に形成される。
【００６１】
次に、図１０（ｂ）に示されるように、ＳＯＩ層１ｃのエッチング加工に用いた第１エッチングマスク２１を酸素プラズマによるアッシングおよび化学薬液によるウェットエッチングにより除去する。このようにして、ＳＯＩ層１ｃに可動部２、固定部４、可動側櫛歯電極５ａ、固定側櫛歯電極５ｂ等の所定パターンが形成される。図１０（ｂ）には示されていないが、その他にサスペンション支持体３、突起部９、ストッパー部１０等のパターンも形成される。
【００６２】
次に、図１０（ｃ）に示されるように、上記所定パターンに加工したＳＯＩ層１ｃに例えばフォトレジストを塗布形成し、全体を保護膜２２で被覆する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術により支持基板１ａを所定パターンに加工する。
【００６３】
ここで、支持基板１ａの膜厚は３００μｍ程度と非常に厚くなることから、このエッチング加工も上記ＨＤＰのＤＲＩＥを用いた異方性のドライエッチングで行う。この場合の第２エッチングマスク２３としては第１エッチングマスク２１と同様な例えばＡｌ層とフォトレジスト層の積層マスクが用いられる。第２エッチングマスク２３は、ＳＯＩ層１ｃに形成した所定パターンに位置合わせして形成される。この支持基板１ａのエッチング加工により開口部２４が形成される。この開口部２４の形成により、可動部２、サスペンション支持体３、可動側櫛型電極５ａ、固定側櫛歯電極指群５１ｂ、突起部９およびストッパー部１０等のパターン領域下部の絶縁層１ｂは残して支持基板１ａが除去される。
【００６４】
次に、図１０（ｄ）に示されるように、支持基板１ａのエッチング加工に用いた第２エッチングマスク２３を第１エッチングマスク２１の除去と同じ方法により除去する。そして、第２エッチングマスクの除去後に、残存している保護膜２２および所定パターンの支持基板１ａをエッチングマスクにして、開口部２４の領域で露出した絶縁層１ｂをウェットエッチングにより除去する。
【００６５】
次に、図１０（ｅ）に示されるように、残存する保護膜２２をアッシングあるいは化学薬液による剥離によって除去する。このようにして、ＳＯＩ層１ｃに可動部２、固定部４、可動側櫛歯電極５ａ、固定側櫛歯電極５ｂ等が形成される。図１０（ｅ）には示されていないが、その他にサスペンション支持体３、突起部９、ストッパー部１０等が同様に形成される。
【００６６】
次に、図１０（ｆ）に示されるように、例えばＵＶ硬化型の接着剤を用いて可動部２表面の所定位置に第１のミラー構造体６を接合させる。同様に、ＵＶ硬化型の接着剤を用いて固定部４表面の対応する位置に第２のミラー構造体７を接合させる。ここで、第１のミラー構造体６の第１のミラー面６ａと第２のミラー構造体７の第２のミラー面７ａとが互いに平行に対向配置するように、上記接合が行われる。
【００６７】
上記第１のミラー構造体６および第２のミラー構造体７の接合においては、第１のミラー面６ａおよび第２のミラー面７ａを接触させた状態にして、それぞれ可動部２表面および固定部４表面に接合させてもよい。あるいは、例えば第１のミラー面６ａおよび第２のミラー面７ａ間に所定の厚さのスペーサ（不図示）を挟持させた状態にして、第１のミラー構造体６および第２のミラー構造体７をそれぞれ可動部２表面および固定部４表面に接合させる。そして、その接合の後で、上記スペーサを除去する。
【００６８】
但し、前者のミラー構造体の接合方法では、接触し密着状態にある第１のミラー面６ａと第２のミラー面７ａを引き離すために、櫛歯型静電アクチュエータの通常の動作電圧よりも高い電圧を一時的に可動側櫛歯電極５ａと固定側櫛歯電極５ｂの間に印加する必要が生じる。これに対し、後者のスペーサを用いた接合方法では、スペーサを除去した後には、第１のミラー面６ａおよび第２のミラー面７ａ間に所定の間隙が形成されている。このために、前者の接合方法のような可動側櫛歯電極５ａと固定側櫛歯電極５ｂの間に一時的な高い電圧印加は不要になる。
【００６９】
このスペーサとして例えばポリオキシアルキレン樹脂のような熱昇華性の有機膜を第１のミラー面６ａあるいは第２のミラー面７ａのいずれかに貼付し、上記接合後に例えば２００℃程度の熱処理を施しこのスペーサを昇華させ除去するようにしてもよい。あるいは、スペーサにフォトレジスト膜を使用し、アッシングにより除去するようにしてもよい。
【００７０】
このようにして、可動側櫛歯電極５ａと固定側櫛歯電極５ｂ間に電圧印加がなく櫛歯型静電アクチュエータが駆動しない状態において、第１のミラー面６ａおよび第２のミラー面７ａ間にある幅の間隙が形成される。以後、このように駆動部が動作しない状態において、上記第１のミラー面６ａおよび第２のミラー面７ａ間に形成される間隙を初期ギャップと呼称する。また、このような初期ギャップを形成する方法を初期ギャップ形成手段という。但し、上述したような有機膜から成るスペーサを使用して初期ギャップを形成する場合には、初期ギャップ幅はスペーサの厚さに相当する例えば１μｍ〜２μｍ程度である。
【００７１】
また、第１のミラー面６ａと第２のミラー面７ａの光の通らない部分の所定箇所に静電容量型変位センサを構成する薄膜電極を形成してもよい。そして、上述したようにファブリペロー型波長可変フィルタの動作において、これ等の薄膜電極間の容量をモニターすることにより上記間隔Ｌの変化をセンシングできるようにする。
【００７２】
後は、図１０（ｆ）に示すように、例えばＡｌの導電体層として、可動側櫛歯電極５ａおよび可動部２の所定箇所に第１導電体層２５、固定側櫛歯電極５ｂに第２導電体層２６を例えばスパッタリング法で堆積させる。これ等の導電体層は電極パッドを兼ね、それぞれ外部端子（不図示）にワイヤボンディングされて電圧供給される。
【００７３】
以上のように、ＳＯＩ基板を用いれば、図１ないし図９を参照して説明したようなファブリペロー型波長可変フィルタが極めて容易にしかも安定的に製造できる。但し、本実施形態のファブリペロー型波長可変フィルタはＳＯＩ基板以外の基板であっても形成することは可能である。
【００７４】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態にかかるファブリペロー型波長可変フィルタについて図１１ないし図１３を参照して説明する。本実施形態のファブリペロー型波長可変フィルタの特徴は、電極間の静電引力を利用して、第１の実施形態で説明した第１のミラー面６ａおよび第２のミラー面７ａ間の初期ギャップ幅を大きく形成できるようにすることにある。ここで、図１１はファブリペロー型波長可変フィルタの一例を概略的に示す平面図である。そして、図１２および図１３は、ファブリペロー型波長可変フィルタの第１のミラー構造体６と第２のミラー構造体７のＭＥＭＳにおける取り付け方法を模式的に示す平面図とその断面図である。
【００７５】
この場合も、第１の実施形態と同様に一基板としてＳＯＩ基板１を使用する例について説明する。以下、本実施形態にかかるファブリペロー型波長可変フィルタの製造方法について説明するが、その中でファブリペロー型波長可変フィルタの構造が示される。
【００７６】
本実施形態のファブリペロー型波長可変フィルタでは、第１の実施形態の図１０（ａ）ないし図１０（ｅ）において説明したのと同様にフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いたＳＯＩ基板１の加工により、ＳＯＩ層１ｃに例えば方形の第１の可動部３１と第２の可動部３２が形成される。ここで、第１の可動部３１と第２の可動部３２は、図１１に示すようにＳＯＩ基板１においてＳＯＩ層１ｃの所定領域に互いに並行に配設され、同じ水平方向に移動可能になっている。また、これ等の可動部は、上記ＳＯＩ基板の加工において形成されるサスペンション支持体３により、それぞれに例えば４箇所で弾性可動に支持される。
【００７７】
そして、第１の実施形態で示したのと同様に、第１の可動部３１の水平方向の変位駆動を行う櫛歯型静電アクチュエータが駆動部として形成される。ここで、この櫛歯型静電アクチュエータを構成する櫛歯電極５は、第１の可動部３１の一辺に一体形成された可動側櫛歯電極５ａと、固定部４の所定箇所に固定された固定側櫛歯電極５ｂとが対向配置し形成される。
【００７８】
更に、後述されるが第２の可動部３２の一辺を固定部４に結合させるための平行平板電極３３が、ＳＯＩ層１ｃにおいて例えば上記櫛歯電極５に対して並行になるように配設される。この平行平板電極３３は、第２の駆動部３２に一体形成された可動側平行平板電極３３ａと、固定部４の所定箇所に固定された固定側平行平板電極３３ｂとが対向配置され形成される。
【００７９】
ここで、固定側平行平板電極３３ｂは、第２の可動部３２の一辺に沿い対向する固定部４に形成される。なお、この固定側平行平板電極３３ｂは、固定部４の所定箇所のＳＯＩ層１ｃを所定パターンに加工して形成され、その周縁がＳＯＩ層１ｃのエッチング除去により画定されて支持基板１ａおよび絶縁層１ｂが残存する。そして、可動側平行平板電極３３ａと固定側平行平板電極３３ｂの互いに対向する辺が所定の間隙３４を有するようになっている。ここで、ＳＯＩ層１ｃのエッチング加工において間隙３４の幅は２μｍ〜１０μｍ程度になるように形成される。
【００８０】
そして、第１の実施形態で説明したのと同様に第１の可動部３１の所定箇所および櫛歯電極５の必要な箇所と共に、可動側平行平板電極３３ａおよび固定側平行平板電極３３ｂの所定箇所に、例えばＡｌの導電体層（不図示）を堆積させる。これ等の導電値層は電極パッドを兼ね、それぞれ外部端子（不図示）にワイヤボンディングされて電圧供給されるようになる。
【００８１】
次に、図１２に示すように、例えばＵＶ硬化型の接着剤を用いて、第１のミラー構造体６と第２のミラー構造体７をそれぞれ第１の可動部３１および第２の可動部３２に接合させる。ここで、第１のミラー面６ａおよび第２のミラー面７ａは互いに接触した状態にする。なお、第１のミラー構造体６と第２のミラー構造体７は第１の実施形態で説明したものであり、対象光によりその材質および形状が適宜に選択される。
【００８２】
そして、図１３に示すように、例えば可動側平行平板電極３３ａと固定側平行平板電極３３ｂの間に所定の電圧を印加し、静電引力Ｆ１によりそれ等の対向する辺を接合させ、第２の可動部３２を固定部４に結合させ固定する。ここで、対向する可動側平行平板電極３３ａおよび固定側平行平板電極３３ｂの端面がＳＯＩ層１ｃのシリコンから成る場合は、上記接合後に上記電圧印加を解除しても接合は維持されるが、それ等の間を接着剤で完全に結合させるとよい。
【００８３】
この第２の可動部３２を固定部４に結合させることにより、互いに接触していた第１のミラー面６ａおよび第２のミラー面７ａは引き離され、間隙３４とほぼ同一幅の上述した初期ギャップ３５が形成されるようになる。そして、この初期ギャップ３５の幅は２μｍ〜１０μｍ程度に容易にできる。
【００８４】
このようにして、第１の可動部３１の表面に接合した第１のミラー構造体６および固定部４に結合し固定した第２のミラー構造体７が形成され、第１のミラー構造体６に形成された第１のミラー面６ａと第２のミラー構造体７に形成された第２のミラー面７ａが互いに平行に対向配置されて光共振器を構成する。ここで、駆動部が駆動動作にない状態において所定の間隔の初期ギャップ３５が形成される。
【００８５】
そして、このように形成したファブリペロー型波長可変フィルタの動作は第１の実施形態で説明したのと全く同様になる。ここで、上述したファブリペロー型波長可変フィルタでは、初期ギャップ３５の幅はＳＯＩ層１ｃのエッチング加工により形成される間隙３４により決まる。このため、エッチング加工に製造バラツキがあると初期ギャップ３５幅にも相当するバラツキが生じる。そこで、櫛歯型静電アクチュエータの駆動による動作においては、初期ギャップ３５幅のバラツキに合わせて櫛歯電極５の電圧値にバイアス調整を施すようにすると好適である。
【００８６】
本実施形態では、初期ギャップ３５幅は第１の実施形態の場合よりも大きくすることが可能になる。このために、ファブリペロー型波長可変フィルタの動作において、第１のミラー面６ａと第２のミラー面７ａの互いの接触が完全になくなる。このため、上記接触が生じた場合の櫛歯電極５に対する一時的な高い電圧印加は不要になる。そして、第１の実施形態で説明したのと全く同様な効果が奏される。
【００８７】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図１４ないし図１９を参照して説明する。本実施形態のファブリペロー型波長可変フィルタの特徴は、第１の実施形態で説明した第１のミラー面６ａおよび第２のミラー面７ａ間の初期ギャップをフック機構により形成して、初期ギャップ幅を大きく形成できるようにすることにある。ここで、図１４はファブリペロー型波長可変フィルタの一例を概略的に示す平面図である。図１５はフック機構を説明するための一部拡大図である。そして、図１６ないし図１９はファブリペロー型波長可変フィルタの第１のミラー構造体６と第２のミラー構造体７のＭＥＭＳにおける取り付け方法を模式的に示す平面図とその断面図である。
【００８８】
本実施形態の場合も、第１の実施形態と同様に一基板としてＳＯＩ基板１を使用する例について説明する。以下、本実施形態にかかるファブリペロー型波長可変フィルタの製造方法について説明するが、その中でファブリペロー型波長可変フィルタの構造が示される。
【００８９】
本実施形態のファブリペロー型波長可変フィルタでは、第１の実施形態の図１０（ａ）ないし図１０（ｅ）において説明したのと同様にフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いたＳＯＩ基板１の加工により、図１４に示すように、ＳＯＩ層１ｃに例えば方形で水平方向に移動可能な可動部３６が形成される。ここで、可動部３６は、上記ＳＯＩ基板の加工において形成されるサスペンション支持体３により、それぞれに例えば４箇所で弾性可動に支持される。
【００９０】
また、図１４に示すように可動部３６と固定部４の間の複数箇所（図１４では２箇所）にフック機構３７が形成される。このフック機構３７は、例えば図１５に示すように可動部３６に設けられた第１のクロー３８と、固定部４の所定箇所を固定端として形成された第２のクロー３９から構成される。後述されるがこれ等のクローは互いに噛み合って係合する。
【００９１】
そして、第１，２の実施形態で示したのと全く同様に、可動部３６の水平方向の変位駆動を行う櫛歯型静電アクチュエータが駆動部として取り付けられる。
【００９２】
このようにして、図１６に示すように、可動部３６の一辺側に一対の第１のクロー３８が固定部４の第２のクロー３９に対峙して形成されると共に、その対辺側に櫛歯型静電アクチュエータの可動側櫛歯電極５ａと固定側櫛歯電極５ｂが互いに対向配置に形成される。
【００９３】
そして、図１７に示すように、サスペンション支持体３により弾性可動に支持された可動部３６は、一対の第１のクロー３８がそれぞれ対応する第２のクロー３９と係合するように、例えばマニュピュレータによる外力Ｆ２で適当な距離だけ移動させる。
【００９４】
次に、図１８に示すように、例えばＵＶ硬化型の接着剤を用いて、第１のミラー構造体６と第２のミラー構造体７をそれぞれ可動部３６および固定部４の所定箇所に接合させる。ここで、第１のミラー面６ａおよび第２のミラー面７ａは互いに接触した状態にする。なお、第１のミラー構造体６と第２のミラー構造体７は第１の実施形態で説明したものである。
【００９５】
そして、図１９に示すように、例えばマニュピュレータにより、可動部３６の一対の第１のクロー３８は、それぞれに対応する第２のクロー３９との係合が解除される。そして、この係合の解除により、サスペンション支持体３の復元力Ｆ３が働き、可動部３６が元の位置に戻る。このために、互いに接触していた第１のミラー面６ａおよび第２のミラー面７ａは引き離され、初期ギャップ４０が形成されるようになる。
【００９６】
このようにして、駆動部が駆動動作にない状態において初期ギャップ４０を有し、可動部３６表面に接合した第１のミラー構造体６の第１のミラー面６ａと固定部４表面に接合した第２のミラー構造体７の第２のミラー面７ａとが互いに平行に対向配置した光共振器が形成される。このように形成されるファブリペロー型波長可変フィルタの動作は第１の実施形態で説明したのと全く同様である。
【００９７】
本実施形態では、初期ギャップ４０幅は第１の実施形態の場合よりも大きくすることが可能になる。そして、第２の実施形態で説明したのと全く同様な効果が奏される。
【００９８】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について図２０ないし図２２を参照して説明する。本実施形態のファブリペロー型波長可変フィルタの特徴は、第２の実施形態で説明したファブリペロー型波長可変フィルタにおける平行平板電極３３の静電引力の替わりにフック機構による係合を用い、第１のミラー面６ａおよび第２のミラー面７ａ間の初期ギャップを形成できるようにすることにある。ここで、図２０はファブリペロー型波長可変フィルタの一例を概略的に示す平面図である。そして、図２１および図２２はファブリペロー型波長可変フィルタの第１のミラー構造体６と第２のミラー構造体７のＭＥＭＳにおける取り付け方法を模式的に示した平面図である。
【００９９】
この場合も、第１の実施形態と同様に一基板としてＳＯＩ基板１を使用する例について説明する。以下、本実施形態にかかるファブリペロー型波長可変フィルタの製造方法について説明するが、その中でファブリペロー型波長可変フィルタの構造が示される。
【０１００】
本実施形態のファブリペロー型波長可変フィルタでは、第１の実施形態の図１０（ａ）ないし図１０（ｅ）において説明したのと同様にフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いたＳＯＩ基板１の加工により、ＳＯＩ層１ｃに例えば方形の第１の可動部４１と第２の可動部４２を形成する。ここで、第１の可動部４１と第２の可動部４２は、図２０に示すようにＳＯＩ基板１においてＳＯＩ層１ｃの所定領域に互いに並行に配設され、同じ水平方向に移動可能になっている。また、これ等の可動部は、上記ＳＯＩ基板の加工において形成されるサスペンション支持体３により、それぞれに例えば４箇所で弾性可動に支持される。
【０１０１】
また、図２０に示すように第２の可動部４２と固定部４の間の複数箇所（図２０では６箇所）にフック機構３７が形成される。このフック機構３７は、基本構造は図１５で説明したのと同じであり、第２の可動部４２に設けられた第１のクロー３８と、固定部４の所定箇所を固定端として形成された第２のクロー３９から構成される。
【０１０２】
そして、第１の可動部４１の水平方向の変位駆動を行う櫛歯型静電アクチュエータが駆動部として取り付けられる。ここで、この櫛歯型静電アクチュエータを構成する櫛歯電極５は、図２０に示しているように、第１の可動部４１の周辺を囲うように一体形成された複数個の可動側櫛歯電極５ａと、それに対応した固定部４の複数箇所の複数個の固定側櫛歯電極５ｂとが、それぞれに対向配置に配設されている。
【０１０３】
次に、図２１に示すように、例えばＵＶ硬化型の接着剤を用いて、第１のミラー構造体６と第２のミラー構造体７をそれぞれ第１の可動部４１および第２の可動部４２に接合させる。ここで、第１のミラー面６ａおよび第２のミラー面７ａは互いに接触した状態にする。
【０１０４】
そして、図２２に示すように、サスペンション支持体３により弾性可動に支持された第２の可動部４２は例えばマニュピュレータにより適当な距離だけ移動され、一対の第１のクロー３８がそれぞれ対応する第２のクロー３９と係合される。この係合により、互いに接触していた第１のミラー面６ａおよび第２のミラー面７ａは引き離され、初期ギャップ４３が形成される。
【０１０５】
このようにして、第１の可動部４１の表面に接合する第１のミラー構造体６および固定部４に係合した第２の可動部４２に接合する第２のミラー構造体７が形成される。そして、駆動部が駆動動作にない状態において所定の間隔の初期ギャップ４３を有し、第１のミラー構造体６に形成された第１のミラー面６ａと第２のミラー構造体７に形成された第２のミラー面７ａが互いに平行に対向配置して光共振器を構成する。このように形成されるファブリペロー型波長可変フィルタの動作は第１の実施形態で説明したのと同様である。
【０１０６】
本実施形態では、櫛歯型静電アクチュエータの櫛歯電極が、第１の可動部４１の周辺に沿って形成した多数個の可動側櫛歯電極５ａとそれぞれに対向配置された複数個の固定側櫛歯電極５ｂにより構成される。このために、第１の可動部４１の低電圧駆動が可能になる。そして、第２の実施形態で説明したのと全く同様な効果が奏される。
【０１０７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。
【０１０８】
上記実施形態では、櫛歯電極５に印加する電圧が大きくなり静電引力が増えると、第１のミラー面６ａと第２のミラー面７ａの間隔が広がり光共振器の共振器長が長くなるファブリペロー型波長可変フィルタの構造になっている。本発明はこのような構造に限定されるものでなく、櫛歯電極５の電圧が大きくなると、逆に、第１のミラー面６ａと第２のミラー面７ａの間隔が狭まり光共振器の共振器長が短くなるファブリペロー型波長可変フィルタの構造になっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるファブリペロー型波長可変フィルタの一例を示す斜視図である。
【図２】図１のファブリペロー型波長可変フィルタの平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかるファブリペロー型波長可変フィルタの説明に供する模式的な断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかるファブリペロー型波長可変フィルタの可動部を支持するサスペンション支持体の一例を示す拡大図である。
【図５】本発明の第１の実施形態にかかるファブリペロー型波長可変フィルタの可動部を駆動する櫛歯電極の一例を示す拡大図である。
【図６】本発明の第１の実施形態にかかるファブリペロー型波長可変フィルタの可動部の移動を制限するストッパー領域の一例を示す拡大図である。
【図７】本発明の第１の実施形態にかかるファブリペロー型波長可変フィルタの動作の説明に供する光学系の模式図である。
【図８】（ａ）乃至（ｃ）はファブリペロー型波長可変フィルタの動作における入力光および出力光のいくつかの形態を示す模式図である。
【図９】（ａ）乃至（ｃ）はファブリペロー型波長可変フィルタの動作における入力光および出力光の別のいくつかの形態を示す模式図である。
【図１０】（ａ）乃至（ｆ）はファブリペロー型波長可変フィルタの製造方法の一例を示す工程別略断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態にかかるファブリペロー型波長可変フィルタの一例を示す平面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態にかかるファブリペロー型波長可変フィルタ製造の一工程を示す模式図であって、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図１３】図１２に続く工程を示す模式図であって、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態にかかるファブリペロー型波長可変フィルタの一例を示す平面図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態にかかるファブリペロー型波長可変フィルタのフック機構の一例を示す拡大図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態にかかるファブリペロー型波長可変フィルタ製造の一工程を示す模式図であって、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図１７】図１６に続く工程を示す模式図であって、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図１８】図１７に続く工程を示す模式図であって、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図１９】図１８に続く工程を示す模式図であって、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図２０】本発明の第４の実施形態にかかるファブリペロー型波長可変フィルタの一例を示す平面図である。
【図２１】本発明の第４の実施形態にかかるファブリペロー型波長可変フィルタ製造の一工程を示す模式的な平面図である。
【図２２】図２１に続く工程を示す模式的な平面図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１…ＳＯＩ基板，１ａ…支持基板，１ｂ…絶縁層，１ｃ…ＳＯＩ層，２，３６…可動部，３…サスペンション支持体，３ａ…支持体基部，３ｂ…支持体応力緩和部，３ｃ…支持体ヒンジ部，４…固定部，５…櫛歯電極，５ａ…可動側櫛歯電極，５ｂ…固定側櫛歯電極，５１ａ…可動側櫛歯電極指群，５１ｂ…固定側櫛歯電極指群，６…第１のミラー構造体，６ａ…第１のミラー面，６ｂ，７ｂ…反射防止膜，６ｃ，７ｃ…全反射膜，７…第２のミラー構造体，７ａ…第２のミラー面，８…移動方向，９…突起部，１０…ストッパー部，１１…第１の光ファイバ，１２…入力光，１３…コリメートレンズ，１４…出力光，１５…集束レンズ，１６…第２の光ファイバ，２１…第１エッチングマスク，２２…保護膜，２３…第２エッチングマスク，２４…開口部，２５…第１導電体層，２６…第２導電体層，３１，４１…第１の可動部，３２，４２…第２の可動部，３３…平行平板電極，３３ａ…可動側平行平板電極，３３ｂ…固定側平行平板電極，３４…間隙，３５，４０，４３…初期ギャップ，３７…フック機構，３８…第１のクロー，３９…第２のクロー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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