JP2004527106A

JP2004527106A - 光学装置を製造する方法及び関係する改良

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Publication number: JP2004527106A
Application number: JP2002561267A
Authority: JP
Inventors: ジョン，ヘイグマーシュ，; スチュワート，ダンカンマクドウガル，; クレイグ，ジェームズハミルトン，; オーレク，ピーターコワルスキ，
Original assignee: University of Glasgow
Current assignee: University of Glasgow
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: WO2002061814A2; GB2371919B; CN1287424C; ATE323328T1; DE60210587T2; CN1496579A; EP1364392A2; AU2002226593A1; CA2435964A1; RU2003126493A; EP1364392B1; GB2371919A; JP4210741B2; RU2291519C2; GB0102536D0; WO2002061814A3; DE60210587D1

Abstract

光学装置（４０）、例えば、レーザダイオード、光変調器、光増幅器、光スイッチ、光検出器及び似たもののような半導体光電子装置を製造する方法が開示される。本発明は、光学装置（４０）を製造する方法を与え、装置本体部（１５）が、それから装置（４０）が作られる予定であるが、量子井戸（ＱＷ）構造（３０）を含み、方法は、少なくとも装置部（１５）の一部（５３）に広範囲の欠陥を創造するように、装置本体部（１５）を処理する工程を含む。それぞれの広範囲の欠陥は、複数の隣接する“点”欠陥を含む構造欠陥である。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は光学装置を製造する方法に関し、特に、限定するものではないが、集積光学装置又は光電子装置、例えば、レーザダイオード、光変調器、光増幅器、光スイッチ、光検出器及び似たもののような半導体光電子装置を製造する方法に関する。さらに、本発明は光電子集積回路（ＯＥＩＣ）及び装置を含む光子集積回路（ＰＩＣｓ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
量子井戸混合（ＱＷＩ）は、一体構造の光電子集積への可能な経路を与えることとして報告されたプロセスである。ＱＷＩは、例えばガリウム-砒素（ＧａＡｓ）又はインジウム-燐（ＩｎＰ）から成る２成分の基板上に成長する、例えばアリミニウム-ガリウム-砒素（ＡｌＧａＡｓ）及びインジウム-ガリウム-砒素-燐（ＩｎＧａＡｓＰ）などのIII―Ｖ族の半導体材料で実施される。ＱＷＩは、構成要素の合金を作るために、１つの量子井戸（ＱＷ）の複数成分の相互拡散を介しての成長したままの構造の禁制帯幅（バンド・ギャップ）及び関連する障壁を改める。その合金は、成長したままのＱＷの禁制帯幅よりも大きい禁制帯幅を有する。それ故、量子井戸混合（ＱＷＩ）が起こらない量子井戸（ＱＷ）内で生成される如何なる光放射（光）も、１つのＱＷＩ又は光放射に対し効果的に透明である合金の“混合”領域を通過する。
【０００３】
さまざまなＱＷＩ技術が文献において報告されている。例えば、ＱＷＩは、１つの量子井戸（ＱＷ）を含む半導体材料内での亜鉛のような成分の高温拡散によって実施され得る。
【０００４】
また、ＱＷＩは、ＱＷ半導体材料内でのシリコンなどの成分の打ち込みによって実施され得る。そのような技術では、打ち込み成分は、高温アニール工程によってＱＷ構造において混合を引き起こす半導体材料を介して動かされる点欠陥を、半導体材料の構造内にもたらす。
【０００５】
そのようなＱＷＩ技術は、以下の文献：“低損失光導波路及び集積導波路装置の製造における中性の不純物乱雑化の適用”（“ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＮｅｕｔｒａｌＩｍｐｕｒｉｔｙＤｉｓｏｒｄｅｒｉｎｇｉｎＦａｂｒｉｃａｔｉｎｇＬｏｗ−ＬｏｓｓＯｐｔｉｃａｌＷａｖｅｇｕｉｄｅｓａｎｄＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＷａｖｅｇｕｉｄｅＤｅｖｉｃｅｓ”）、マーシュなど、光及び量子エレクトロニクス２３、１９９１年、９４１−９５７頁、に報告されており、その内容は本願の一部として組み入れられる。
【０００６】
そのような技術には以下の問題がある。すなわち、ＱＷＩは半導体材料の成長後の禁制帯幅を改める（増加させる）けれども、残留拡散物又は打ち込みドープ剤は、ドープ剤成分の自由キャリア吸収効率により大きな損失をもたらし得る。
【０００７】
さらに報告された混合を与えるＱＷＩ技術は、不純物無し空隙拡散（ＩＦＶＤ）である。ＩＦＶＤを実施した場合、III―Ｖ族の半導体構造の最上部キャップ層は、典型的にはガリウム-砒素（ＧａＡｓ）又はインジウム-ガリウム-砒素（ＩｎＧａＡｓ）である。シリコン（ＳｉＯ₂）膜がその最上部層上に堆積される。半導体材料の引き続く急激な熱アニールは、キャップ層内に空隙を残すように、半導体合金及びシリカ（ＳｉＯ₂）の影響を受けやすいガリウムのイオン又は原子内で結合を破壊し、シリカに分解することを引き起こす。その後、空隙は、例えばＱＷ構造内で、層混合を引き起こす半導体材料を介して拡散する。
【０００８】
ＩＦＶＤは、以下の文献：“ＧａＡｓ-ＡｌＧａＡｓ量子閉じ込めヘテロ構造での組成相互混合の動力学のための量に関するモデル”（“ＱｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅＭｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅＫｉｎｅｔｉｃｓｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｌＩｎｔｅｒｍｉｘｉｎｇｉｎＧａＡｓ-ＡｌＧａＡｓＱｕａｎｔｕｍ−ＣｏｎｆｉｎｅｄＨｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”）、ヘルミーなどによる、量子エレクトロニクスでの選択されたトピックのＩＥＥＥジャーナル、第４巻、第４、１９９８年の７月/８月、６５３−６６０頁、に報告され、それの内容はここに参照によって組み入れられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述の従来技術の不利益又は問題の少なくとも１つを除去するか又は少なくとも軽減することが、本発明の少なくとも１つの側面の目的である。
【００１０】
また、改良されたＱＷＩプロセスを用いた光学装置を製造する改良された方法を与えることが本発明の少なくとも１つの側面の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の側面によれば、装置本体部から、量子井戸（ＱＷ）構造を含む装置が作られる光学装置を製造する方法であって、少なくとも前記装置本体部の一部に広範囲の欠陥を創造するように前記装置本体部を処理する工程を有することを特徴とする、光学装置を製造する方法が与えられる。
【００１２】
それぞれの広げられた欠陥は、複数の隣接する“点”欠陥を含む構造欠陥であると理解してもよい。
【００１３】
好ましくは、装置本体部を処理する工程は、装置本体部上にプラズマ・エッチングを施すことを含む。好ましくかつ有益に、装置本体部にプラズマ・エッチングを施す工程は、スパッタリング装置で実施され得る。装置本体部からスパッタリングする工程において、磁界が装置本体部回りに与えられてもよい。装置本体部からスパッタリングする工程では、マグネトロン・スパッタリング装置が用いられてもよい。
【００１４】
装置本体部にスパッタリングによるエッチングを施す工程は、反転した電気的バイアスが、装置本体部の事前エッチング又はクリーニングを与えるように、装置本体部が上に与えられる電極を横切って、与えられてもよい。
【００１５】
本方法は、少なくとも装置本体部の他の一部に誘電体層を堆積する好ましい工程を含む。それ故、その誘電体層はその少なくとも一部を定めることにおいてマスクとして働いてもよい。本方法は、誘電体層上及び/又は装置本体部の少なくとも一部上にさらなる誘電体層を堆積する引き続き工程をさらに含む。
【００１６】
有益に、誘電体層及び/又はさらなる誘電体層は、スパッタリング装置の使用により、堆積されてもよい。その他に、誘電体層及び/又はさらなる誘電体層は、スパッタリング装置の使用以外の堆積技術、例えばプラズマ強化（エンハンスト）化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）により、堆積されてもよい。これらの堆積技術のいずれかによって、装置本体の隣接する部分に実質的に影響しない少なくとも１つの低損傷誘電体層が与えられる。
【００１７】
誘電体層及び/又は両層は、有益かつ実質的にはシリカ（ＳｉＯ₂）からなってもよい、又はアルミニウム酸化物（Ａｌ₂Ｏ₃）などの他の誘電体材料からなってもよい。
【００１８】
好ましくは、スパッタリング装置は、実質的に不活性ガスで、好ましくは、水銀柱でおよそ２μｍの圧力で、或いはアルゴン及び酸素の混合を、例えば、９０％/１０％の比率で、満たされた室を含む。
【００１９】
誘電体層を堆積する工程は、本装置の製造において用いられる量子井戸混合（ＱＷＩ）プロセスの一部からなってもよい。ＱＷＩプロセスは、不純物無し空隙乱雑化（ＩＦＶＤ）からなってもよい。
【００２０】
好ましくは、誘電体層を含む装置本体部を高められた温度でアニールする引き続き工程をまた含む。
【００２１】
驚くべきことであるが、ＩＦＶＤのようなＱＷＩ技術で１つの工程としてプラズマ・エッチングを、好ましくはエッチング装置の利用によって、装置本体部上に実施することによって、広範囲の欠陥を誘起する損傷が装置本体部の一部上にもたらされることが見られ、少なくとも一部分は、例えば、最上部層又はキャップ層の一部から成る。損傷は、例えば急激な熱アニールによる熱エネルギーの適用などのアニールに先立ち、キャップ層での結合の破壊によって生じ、それによって、少なくとも一部分から例えばさらなる誘電体層内へのガリウムの転移が禁止されると、信じられている。
【００２２】
好ましくは、本製造の方法は、又、
基板を用意する前工程と、
該基板上に
第１の光クラッド層と、
量子井戸構造を含むコアガイド層と、
第２の光クラッド層と、
を成長させる前工程と、
をさらに含む。
【００２３】
第１の光クラッド層、コアガイド層及び第２の光クラッド層は、分子ビームエピタクシ（ＭＢＥ）又は有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって成長させられてもよい。
【００２４】
好ましい実施形態では、本方法は、
装置本体部の表面上に誘電体層を堆積し、
誘電体層を装置本体部の少なくとも他の一部上に与えるように、誘電体層の表面上にフォトレジストでパターンを定め、フォトレジストの少なくとも一部をはく離する
工程を備えてもよい。
【００２５】
好ましい実施形態では、本方法は、アニーリングに先立ち、装置本体部の表面の一部上及び誘電体層の表面上に、さらなる誘電体層を堆積する工程をまた含んでもよい。
【００２６】
好ましい実施形態では、誘電体層は混合キャップからなってもよく、一方、装置本体部の少なくとも一部及び/又はさらなる誘電体層は混合抑制キャップからなってもよい。（両）誘電体層の厚みは１０ｎｍと１０００ｎｍとの間にあってもよい。より好ましくは、両誘電体層の厚みは２００ｎｍと３００ｎｍとの間にあってもよい。
【００２７】
後続のアニールする工程は、７００℃と１０００℃との間、より好ましくは７００℃と１０００℃との間の温度で０．５分と５分との間の期間、ある実施形態では実質的におよそ１分間かつ９００℃で、生じてもよい。
【００２８】
本発明の第２の側面によれば、装置本体部から、量子井戸（ＱＷ）構造を含む装置が作られる光学装置を製造する方法であって、前記装置本体部上にプラズマ・エッチングを実施する工程を含む。
【００２９】
本発明の第３の側面によれば、本発明の第１の又は第２の側面にしたがった方法から作成される光学装置を与える。光学装置は集積光学装置又は光電子装置であってもよい。
【００３０】
装置本体部は、III―Ｖ族の半導体材料系で作成されてもよい。最も好ましい実施形態では、III―Ｖ族の半導体材料系はガリウム-砒素（ＧａＡｓ）に基づく系であってもよく、その系を実質的には６００ｎｍと１３００ｎｍとの間の波長で操作してもよい。その他に、好ましさで劣った実施形態では、III―Ｖ族の半導体材料系はインジウム-燐に基づく系であってもよく、その系を実質的には１２００ｎｍと１７００ｎｍとの間の波長で操作してもよい。装置本体部は、少なくとも部分的には、アルミニウム-ガリウム-砒素（ＡｌＧａＡｓ）、インジウム-ガリウム-砒素（ＩｎＧａＡｓ）、インジウム-ガリウム-砒素-燐（ＡｌＧａＡｓＰ）、インジウム-ガリウム-アルミニウム-砒素（ＡｌＧａＡｌＡｓ）及び/又はインジウム-ガリウム-アルミニウム-燐（ＩｎＧａＡｌＰ）から作られる。
【００３１】
装置本体部は基板を有し、該基板上に第１の光クラッド層、コアガイド層及び第２の光クラッド層が与えられてもよい。好ましくは、量子井戸（ＱＷ）構造がコアガイド層内に与えられる。コアガイド層は、成長により、第１及び第２の光クラッド層よりも小さな禁制帯幅かつ高い屈折率を有してもよい。
【００３２】
本発明の第４の側面によれば、本発明の第３の側面にしたがった少なくとも１つの光学装置を含む光集積回路、光電子集積回路（ＯＥＩＣ）又は光子集積回路（ＰＩＣ）が与えられる。
【００３３】
本発明の第５の側面によれば、本発明の第１又は第２の側面にしたがった方法で使用される装置本体部（“サンプル”）が与えられる。
【００３４】
本発明の第６の側面によれば、本発明の第１又は第２の側面にしたがった方法で使用される少なくとも１つの装置本体部を含むウェハー材が与えられる。
【００３５】
本発明の第７の側面によれば、本発明の第２の側面にしたがった方法で使用されるプラズマ・エッチング装置が与えられる。
【００３６】
本発明の第８の側面によれば、本発明の第１又は第２の側面にしたがった方法でスパッタリング装置の使用が与えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明に係る実施形態が、例示としてのみによって、添付図を参照して今説明されるであろう。
【００３８】
図１を最初に参照して、全体的に５で示され、成長したとき、本発明の第１の実施形態に従って光学装置の製造の方法において使用するため、装置本体部が表示される。その光学装置は集積光学装置又は光電子装置である。
【００３９】
装置本体部５は、最も好ましくは、実質的に６００ｎｍと１３００ｎｍとの間での１つ以上の波長で動作するガリウム-砒素（ＧａＡｓ）、又は好ましさでは劣るが、実質的に１２００ｎｍと１７００ｎｍとの間での１つ以上の波長で動作するインジウム-燐（ＩｎＰ）のようなIII―Ｖ族の半導体材料系で適切に製造される。装置本体部５は、少なくとも部分的には、アルミニウム-ガリウム-砒素（ＡｌＧａＡｓ）、インジウム-ガリウム-砒素（ＩｎＧａＡｓ）、インジウム-ガリウム-砒素-燐（ＩｎＧａＡｓＰ）、インジウム-アルミニウム-ガリウム-砒素（ＩｎＡｌＧａＡｓ）及び/又はインジウム-ガリウム-アルミニウム-燐（ＩｎＧａＡｌＰ）から作られてもよい。この説明される第１の実施形態では、装置本体部５はＡｌＧａＡｓから作られる。
【００４０】
装置本体部５は、ウェハー処理後、ウェハーの劈開面に沿ってウェハーから切り出され得る複数の他の光学装置と共に、１つの半導体ウェハーの部分を形作る。装置本体部５は基板１０を備え、基板１０上に、第１の光クラッド層１５、コアガイド層２０及び第２の光クラッド層２５が与えられる。少なくとも１つの量子井戸を含む量子井戸（ＱＷ）構造３０が、成長したとき、コアガイド層２０内に与えられる。第２の光クラッド層２５上にはキャップ層３５が与えられる。
【００４１】
認識されるであろうように、コアガイド層２０は、成長したとき、第１及び第２の光クラッド層１５、２５よりも小さな禁制帯幅（バンド・ギャップ）及び大きな屈折率を有する。
【００４２】
特に、ここで述べられる処理は、１４５０から１５５０ｎｍで放射するＩｎＧａＡｓ−ＩｎＡｌＧａＡｓ−ＩｎＰ材料と共に使用することに対して最適化され、構造は以下の表に定められる。
【００４３】
【表１−１】

【００４４】
上記のパラメータは、好ましい厚み及び好ましい厚み範囲のＭＯＶＰＥ成長材料を参照する。ＩｎＧａＡｓ−ＩｎＧａＡｓＰ−ＩｎＰ材料で、コアガイド層２０のＩｎＡｌＧａＡｓは禁制帯幅などが似た性質であるＩｎＧａＡｓＰで置き換えられる。ＭＢＥ成長材料に対しては、ｐ型ドープ剤は、他のパラメータが同じ値を維持できつつ、Ｂｅになる。
【００４５】
図２を参照して、詳細に後述されるであろう方法によって、図１の装置本体部５から製造され、全体的に４０で示される、光学装置が表示される。図２から分かるように、装置４０は活性領域４５と受動領域５０とを備える。この実施形態では、活性領域４５は１つの量子井戸（ＱＷ）増幅部を備える。しかしながら、活性領域４５は、他の実施形態では、レーザ、変調器、スイッチ、検出器又は能動（電気的に制御される）光学装置を備えてもよいことは理解されるべきである。さらに、受動領域５０は、以降非常に詳細に説明されるように、量子井戸構造部３０が量子井戸混合（ＱＷＩ）技術によって少なくとも部分的に除去された低損失導波路を備える。
【００４６】
装置４０は、コア層２０の活性領域４５および受動領域５０の導波領域間で優れた整列性を有し、活性領域４５と受動領域５０との間で実質的に無視できる（約１０^-6程度の）反射率を有する。さらに、領域４５と受動領域５０との間でのモード釣り合いは装置４０に本来備わっている。
【００４７】
典型的には、基板１０はｎ型で第１の濃度にドープされ、第１のクラッド層１５はｎ型で第２の濃度にドープされる。さらに、コア層２０は典型的には実質的に真性であり、第２のクラッド層２５はｐ型で第３の濃度にドープされる。さらに、キャップ層（又は接触層）３５はｐ型で第４の濃度にドープされる。キャップ層３５及び第２のクラッド層２５は峰部（図示せず）を作るようにエッチングされることはこの技術に熟練した者たちによって認識されるであろう。峰部は、活性領域４５及び受動領域５０の両方内であるコア層２０内で、光モードを閉じ込めるために、光導波路として働く。さらに、従来技術で知られるように、接触被覆金属（図示せず）が光学上活性領域４５内で峰部の上部表面の少なくとも一部上に及び基板１０の対抗面上に形成される。
【００４８】
装置４０は、１つの又はそれ以上の光装置４０から成る光集積回路、光電子集積回路（ＯＥＩＣ）又は光子集積回路（ＰＩＣ）の一部を構成する。
【００４９】
さて図３を参照して、成長したときで、装置本体部５のコア層２０内での量子井戸構造部３０の１つの量子井戸３１の禁制帯幅エネルギーの概略図を示す。図３から分かるように、ＡｌＧａＡｓコア層２０は、取り囲むコア層２０よりも低いアルミニウム含有量を有する量子井戸構造部３０と共に少なくとも１つの量子井戸３１を含み、量子井戸構造部３０の禁制帯幅エネルギーは取り囲むＡｌＧａＡｓコア層２０のそれよりも小さい。量子井戸構造部３０は典型的にはおよそ３〜２０ｎｍ厚みであり、より典型的にはおよそ１０ｎｍ厚みである。
【００５０】
さて図４を参照して、コア層２０の対応する部分３２が示され、コア層２０の対応する部分３２は、図３におけるように形成されるものの、量子井戸構造部３０の量子井戸３１に対応する部分３２の禁制帯幅エネルギー（ｍｅＶ）を効果的に増加させるように、量子井戸混合（ＱＷＩ）される。それ故、量子井戸混合（ＱＷＩ）は、コア層２０から量子井戸構造部３０を本質的に“えぐり取る”（“ウオッシュ・アウト”）。図４に示される部分は装置４０の受動領域５０に関係する。理解されるように、装置４０の光学上活性領域４５から送信される又は領域４５内で生成される光放射は受動領域５０のコア層２０の量子井戸混合（ＱＷＩ）領域３２によって与えられる低損失導波路を通って送信される。
【００５１】
さて図５（ａ）〜図５（ｇ）を参照して、本発明に従って量子井戸（ＱＷ）構造部３０を含む装置本体部５から光学装置４０を製造する方法の第１の実施形態が描かれている。この方法は、少なくとも装置本体部５の一部上に広範囲の欠陥を創造するように、装置本体部５を処理する工程（図５（ｄ）〜図５（ｅ）参照）を含む。
【００５２】
その製造方法は、基板１０を与え、該基板１０の上で、第１の光クラッド層１５と、少なくとも量子井戸（ＱＷ）３０を含むコアガイド層２０と、第２の光クラッド層２５と、キャップ層３５とを成長させる工程（図５（ａ）参照）で始まる。
【００５３】
第１の光クラッド層１５、コアガイド層２０、第２の光クラッド層２５及びキャップ層３５は、分子ビームエピタクシ（ＭＢＥ）又は有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）などの知られた半導体エピタキシアル成長技術によって成長させられてもよい。
【００５４】
一旦、装置本体５が、通常、複数の装置本体部５を含むウェハー（図示せず）の一部として、成長すると、誘電体層５１がキャップ層３５の表面５２上に堆積される。誘電体層５１の表面５４上にフォトレジスト（ＰＲ）５５でもってパターンが定められる。それから、フォトレジスト５５は少なくとも露出する誘電体層５１の一部分５６（図５（ｃ）参照）を残すようにはく離（リフトオフ）される。
【００５５】
図５（ｄ）を参照して、それから、フォトレジスト５５及び少なくとも誘電体層５１の一部分５６は、湿式又は乾式のエッチングなどの知られたエッチング技術によって取り除かれる。湿式エッチングの場合、弗酸（ＨＦ）を用いてもよい。
【００５６】
図５（ｅ）を参照して、少なくとも装置本体部５の一部５３に広範囲の欠陥を創造するように、装置本体部５が処理される。装置本体部５を処理する工程は、非常に詳細に後述されるように、スパッタリング装置６５を用いて装置本体部５上にプラズマ・エッチングを実施することを含む。この工程は“事前エッチング”と呼んでもよく、スパッタリング装置６５の従来の電気バイアス電圧構成を逆にすることを含む。
【００５７】
図５（ｆ）を参照して、少なくとも装置本体部５の一部５３上及び誘電体層５１上にさらなる誘電体層６０を堆積する。誘電体層５１及び誘電体層６０はスパッタリング装置６５を用いて堆積される。変さら例では、誘電体層５１及び/又は誘電体層６０は、スパッタリング装置６５の使用以外の堆積技術、例えばプラズマ強化（エンハンスト）化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって堆積されてもよい。
【００５８】
簡潔に図６及び図７を参照して、誘電体層５１はスパッタリングで堆積され、本実施形態では、全体的に６５で示されるマグネトロン・スパッタリング装置を用いたスパッタリングで堆積される。誘電体層５１は実質的にはシリカ（ＳｉＯ₂）を含むが、変形例ではアルミニウム酸化物（Ａｌ₂Ｏ₃）のような他の誘電体材料からなってもよい。
【００５９】
図６から分かるように、スパッタリング装置６５は使用中にアルゴンのような不活性ガスで実質的に満たされる室（チャンバー）７０を含み、好ましくは、アルゴンガスは水銀柱でおよそ２μｍの圧力で、室７０内に与えられる。また、スパッタリング装置６５は、標的電極８０に及びスパッタリング装置６５の基板電極８５に接続されるＲＦ源７５をも備える。シリカ標的８１は標的電極８０上に与えられ、一方、（ウェハー８２上の）装置本体部５はスパッタリング装置６５の基板電極８５上に与えられる。使用において、アルゴンプラズマ（図示せず）が、それぞれがシリカ標的８１とアルゴンプラズマとの間及びアルゴンプラズマと装置本体部５との間に与えられる第１の及び第２の暗黒空間部（ダーク・スペース）と共に、標的電極８０と基板電極８５との間に生ずる。
【００６０】
少なくとも装置本体部５の一部５３に広範囲の欠陥を創造するように装置本体部５を処理する工程は、装置４０の製造において使用される量子井戸混合（ＱＷＩ）プロセスの一部を有し、ＱＷＩプロセスは、好ましい実施形態では、不純物無し空隙乱雑化（ＩＦＶＤ）技術から成る。驚くように分かったことであるが、スパッタリング装置６５を用いる装置本体部５からのエッチングによって、損傷誘起広範囲の欠陥が装置本体部５の一部５３にもたされることは明らかであり、この場合での部分５３はキャップ層３５の一部から成る。アニールに先立つキャップ層３５内での損傷により、例えば、急激な熱アニールによる熱エネルギーの適用により、キャップ層３５の一部５３からさらなる誘電体層６０へのガリウムの転移が禁止されると、信じられている。
【００６１】
誘電体層５１は、好ましくは、１０と１０００ｎｍとの間の厚みであり、典型的には２００又は３００ｎｍの厚みである。製造方法は、図５（ｆ）に示されるように、アニールに先立ち、装置本体部５の表面５２上及び誘電体層５１の表面上にさらなる誘電体層６０を堆積するさらなる工程を含む。さらなる誘電体層６０は、プラズマ強化（エンハンスト）化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）のようなスパッタリング以外の技術で、堆積されてもよい。
【００６２】
それ故、誘電体層５１は混合キャップ層を含み、一方、さらなる誘電体層６０は混合抑制キャップ層を含む。混合抑制キャップ層は表面５２から砒素が離脱するのを防ぐために用いられる。方法は混合抑制キャップ層無しでも具合よくいくが、表面５２の品質はそれほど良くないであろう。
【００６３】
図５（ｇ）に示されるように、さらなる誘電体層６０の堆積に引き続き、誘電体層５１及びさらなる誘電体層６０を含む装置本体部は高められた温度でアニールされる。アニール段階は急激な熱アニール段階から成り、アニール温度は、およそ０．５〜５分間で、およそ７００℃〜１０００℃であり、より好ましくは、８００℃〜１０００℃である。急激な熱アニールは、ほぼ１分間で約９００℃である。
【００６４】
図５（ｇ）のアニール工程の動きは、図８（ａ）及び図８（ｂ）に図解で描かれている。図８（ａ）及び図８（ｂ）から分かるように、アニール工程ではガリウムのキャップ層３５から混合キャップ、例えば、誘電体層５１への“拡散追い出し（アウト・ディフュージョン）”が引き起こされる。しかしながら、例えばさらなる誘電体層６０である抑圧キャップ及び部分５３下方のキャップ層３５の複数部分は顕著にガリウムの“拡散追い出し”を被らない。混合キャップ、例えば、誘電体層５１の領域内に横たわるキャップ層３５の複数部分は、図８（ｂ）に示すように、ガリウムのより大きな“拡散追い出し”を被る。ガリウムの“拡散追い出し”により、空隙が後に残り、ガリウムの後に、空隙はキャップ層３５から第２のクラッド層２５を介してコア層２０内に、それ故に、量子井戸構造３０へ転移し、それによって、量子井戸構造３０の実効禁制帯幅が変わり、混合キャップ層下方の量子井戸構造３０の量子井戸は効果的にえぐり取られる。
【００６５】
例えば、誘電体層５１である混合キャップは受動領域５０の領域内に与えられて装置４０内に形成され、一方、例えばさらなる誘電体層６０である抑制キャップは装置本体部５上であって光学上活性領域４５のようなエリアに与えられて装置５上に形成され、エリアは量子井戸混合（ＱＷＩ）されていないことは認識されるであろう。
【００６６】
一旦、装置本体部５が図５（ｇ）の段階へ処理されアニールされると、誘電体層５１及びさらなる誘電体層６０は従来の方法、例えば湿式又は乾式エッチングによって取り除かれる。
【００６７】
少なくとも装置本体部５の一部５３に広範囲の欠陥を創造するように装置本体部５を処理する工程では、如何なるスパッタリング装置を用いてもよい。特に、図６及び図７に描かれるようなマグネトロン・スパッタリング装置６５のようなマグネトロン・スパッタリング装置を使用できることは認識されるであろう。
【００６８】
マグネトロン・スパッタリング装置では、電子を、それらのイオン化効果を増すように、“標的”の近くで捕まえる事が試みられている。このことは一般的に直交する電場及び磁場を用いて達成される。図９（ａ）に描かれる円筒状のマグネトロン、図９（ｂ）に描かれる円形状のマグネトロン又は図９（ｃ）に描かれる平板状のマグネトロンのような多くのマグネトロン・スパッタリング装置構成が知られている。図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）のマグネトロン・スパッタリング装置６５ａ、６５ｂ及び６５ｃのさまざまな部品が図６及び図７のマグネトロン装置６５と同じ参照整数で確認される。
【００６９】
図５（ｂ）の工程で、装置本体部５は図６及び図７のスパッタリング装置６５の基板８２を備え、一方、シリカ標的８１はシリカ堆積が生ずる標的であることは認識されるであろう。このことは、また、図５（ｆ）のさらなる絶縁体層６０の堆積工程における場合である。しかしながら、図５（ｅ）の工程で、バイアス電圧は反転され、ウェハー８２は事実上スパッタリングが生ずるスパッタリング標的になる。このいわゆる“事前エッチング”段階は、装置本体部５の一部５３に広範囲の欠陥を創造すると思われる。図５（ｅ）と図５（ｆ）との工程間でバイアス電圧は再度反転される。
【実施例】
【００７０】
さて、本発明に従って光電子装置を製造する方法において、ガリウム-燐（ＧａＰ）基板上に成長するアルミニウム-ガリウム-砒素（ＡｌＧａＡｓ）のようなアルミニウム合金で、ＩＦＶＤを用いて得られる典型的な禁制帯幅の変移を例証する実施例が続く。
【００７１】
スパッタリング室（チャンバー）７０は以下のように構成される。標的電極と基板電極との間に７０ｍｍ〜１００ｍｍの程度の板分離が与えられ、好ましくは７０ｍｍである。電極は４〜８インチの円板（好ましくは８インチ）で構成される。本システムで用いられる気体は、典型的にはアルゴンであるが、他の気体を用いてもよい。また、誘電体薄膜堆積を実行するとき化学量論を改善するために、少量の酸素がプラズマに与えられる（堆積でおよそ１０％）。プロセスのために用いられる誘電体は典型的にはＳｉＯ₂であるが、Ａｌ₂Ｏ₃などの他も使用できる。事前エッチング及びシリカ堆積のために室７０内で用いられる圧力は水銀柱でおよそ２μｍである。
【００７２】
以下の表は、サンプルに対し、スパッタリングされたシリカをそれらの上に２００ｎｍだけ堆積された結果得られる変移をざっと示す。１つのサンプルには５００Ｗの出力レベルで５分間の事前エッチングがなされた。変移を詳しく述べる表での数字は１分間、９００℃でのアニールに対するものである。
【００７３】
【表１−２】

【００７４】
表１−２は、シリカＳｉＯ₂で蓋（キャップ）をする前に、装置本体部にスパッタリングでのエッチングを実行することを示している。
【００７５】
１つの禁制帯幅以上を生み出すようにウェハーを処理するために、１つの薄膜のスパッタリングされた又はＰＥＣＶＤのシリカがウェハー上に堆積される。次いで、フォトリソグラフィー技術がスパッタリングされたシリカ上部にパターンを描くために用いられ、次いで湿式又は乾式のエッチングがパターンをスパッタリングされたシリカ内に転写するために用いられる。
【００７６】
次いで、サンプルは事前エッチング及び引き続くさらなるスパッタリングされるシリカの堆積のためにスパッタリング装置（リグ）内に置かれる。
【００７７】
急激な熱アニールが適切な温度（７００℃〜１０００℃、より好ましくは８００℃〜１０００℃）及び要求される時間（０．５〜５分間）で実施される。このことは、マグネトロン・シリカでの表面で点欠陥が生成されるのを可能にし、構造部を通って拡散し、成分間の拡散を引き起こす。
【００７８】
以前に述べられた発明の実施形態が例示のみによって与えられ、どのようであろうが本発明の範囲を制限することを意味しないことは、認識されるであろう。
【００７９】
スパッタリングされるシリカは、ＧａＡｓ/ＡｌＧａＡｓ材料でおよそ９８０ｎｍでＩＦＶＤプロセスを実行するのに適することは信じられることであると特に理解されるべきである。さらに、スパッタリングによる事前エッチングと他のシリカ層を堆積するスパッタリングとの組み合わせを用いて、効果的なＱＷＩ抑制層を与える。
【００８０】
事前エッチングの利用により、エピタクシウェハーのキャップ層（最上部層）内に高いレベルでの損傷及び広範囲の欠陥の発生を引き起こす。これらの広範囲の欠陥は効果的に点欠陥を捕らえ、それらが量子井戸へ拡散するのを止め、すなわち、量子井戸の混合を効果的に止める。損傷は、サンプル表面にイオンを打ち込むことから生ずる。
【００８１】
プロセスのために用いられたスパッタリング配置では、基板はシステムの陽極（アノード）又は陰極（カソード）から他方へ切り替えられる。当初、サンプルが置かれる電極（“基板電極”）は陰性にされ、プラズマでの陽性のイオンが電極の表面へ加速され、高い程度の損傷をキャップ層に引き起こす（例えば、広範囲の欠陥）。
【００８２】
さらに、全プロセスのために同じタイプのシリカを効果的に用いることにより、誘電体キャップ付きのＩＦＶＤの問題、すなわちプロセスの係数の拡大のミスマッチを巧みに回避することは認識されるであろう。このことにより、アニール後の材料の性質を高い品質に維持することができる。
【００８３】
本発明による光学装置は、峰又は埋め込まれたヘテロ構造のような導波路又は他の適切な導波路を含んでもよいことはさらに認識されるであろう。
【００８４】
また、量子井戸混合（ＱＷＩ）された領域は光学上能動装置から構成されてもよいことは認識されるであろう。
【００８５】
さらに、いくつかのＲＦパワー値を用いることを含む一連の処理がいくつかの異なったＱＷＩ禁制帯幅付きの装置を与えるために用いられてもよいことは認識できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の一実施例に係る光学装置の製造方法で使用のための、成長したときの装置本体部の側面図である。
【図２】図１の装置本体部から製造される本発明の一実施例に係る光学装置の側面図である。
【図３】図１の装置本体部の、量子井戸を含むコア層を備える部分の禁制帯幅のエネルギー概略図である。
【図４】量子井戸混合された（ＱＷＩ）ときの、図２の光学装置の対応する一部分の禁制帯幅のエネルギーの図３と類似の概略図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｇ）は、図２の光学装置の製造方法の種々の工程間での装置本体部の一連の概略側面図である。
【図６】図５（ａ）〜図５（ｇ）の製造方法において使用するために適したマグネトロン・スパッタリング装置の単純化した概略図である。
【図７】図６のマグネトロン・スパッタリング装置のより詳細な概略図である。
【図８】図８（ａ）乃び図５（ｂ）は、図５（ｇ）に示されるアニール工程前後での図５（ａ）〜図５（ｇ）の装置本体部のより詳細な概略側面図である。
【図９】図６（ａ）〜図５（ｃ）は、図６のマグネトロン・スパッタリング装置のさまざまな可能な構成の概略図である。

Claims

装置本体部から量子井戸（ＱＷ）構造を含む装置が作られる光学装置を製造する方法であって、少なくとも前記装置本体部の一部に広範囲の欠陥を創造するように前記装置本体部を処理する工程を有することを特徴とする、光学装置を製造する方法。
前記装置本体部を処理する前記工程は、前記装置本体部上にプラズマ・エッチングを施すことを含む請求項１に記載の方法。
前記装置本体部にプラズマ・エッチングを施す前記工程は、前記装置本体部にスパッタリングによるエッチングを施すことを含む請求項２に記載の方法。
スパッタリングによるエッチングを施す前記工程は、マグネトロン・スパッタリング装置を用いることを含む請求項３に記載の方法。
前記装置本体部にスパッタリングによるエッチングを施す前記工程は、前記装置本体部の事前エッチングを与えるように、前記装置本体部が上に与えられる電極を横切って、反転した電気的バイアスを印加することを含む、請求項３又は４に記載の方法。
少なくとも前記装置本体部の他の一部に誘電体層を堆積する前工程を含み、これにより、その誘電体層はその少なくとも一部を定めることにおいてマスクとして働き得ることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１つに記載の方法。
前記誘電体層上及び/又は前記装置本体部の少なくとも前記一部上にさらなる誘電体層を堆積する後続の工程をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
前記誘電体層及び/又は前記さらなる誘電体層は、スパッタリング装置の使用により堆積されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
前記誘電体層及び/又は前記さらなる誘電体層は、スパッタリング装置の使用以外の堆積技術により、堆積されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
前記誘電体層及び/又は前記さらなる誘電体層は、実質的にはシリカ又はアルミニウム酸化物を含むことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の方法。
前記スパッタリング装置は、実質的に不活性ガスで満たされた室を含むことを特徴とする請求項３〜５又は８〜１０のいずれか１つに記載の方法。
前記誘電体層を堆積する工程は、本装置の製造において用いられる量子井戸混合（ＱＷＩ）プロセスの一部を含むことを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１つに記載の方法。
前記ＱＷＩプロセスは、不純物無し空隙乱雑化を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
前記装置本体部を高められた温度でアニールする工程をさらに含むことを特徴とする先行する請求項のいずれか１つに記載の方法。
基板を用意する前工程と、
該基板上に
第１の光クラッド層と、
量子井戸構造を含むコアガイド層と、
第２の光クラッド層と、
を成長させる前工程と、
をさらに含むことを特徴とする先行する請求項のいずれか１つに記載の方法。
前記第１の光クラッド層、前記コアガイド層及び前記第２の光クラッド層は、分子ビームエピタクシ及び有機金属化学気相成長法から選択される成長技術によって成長させられることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記装置本体部の表面上に前記誘電体層を堆積する工程と、
前記誘電体層を前記装置本体部の少なくとも他の一部上に与えるように、前記誘電体層の表面上にフォトレジストでパターンを定め、前記フォトレジストの少なくとも一部をはく離する工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１つに記載の方法。
アニーリングに先立ち、前記装置本体部の表面の一部上及び前記誘電体層の表面上に、前記さらなる誘電体層を堆積する工程をさらに含むことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の方法。
前記誘電体層は混合キャップを有し、一方、前記装置本体部の少なくとも前記一部及び/又は前記さらなる誘電体層は混合抑制キャップを含むことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の方法。
前記誘電体層及び前記さらなる誘電体層の厚みは１０ｎｍと１０００ｎｍとの間にあることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の方法。
前記アニールする工程は、８００℃から１０００℃との間の温度で、０．５分から５分の間の時間、なされることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
装置本体部から量子井戸（ＱＷ）構造を含む装置が作られる光学装置を製造する方法であって、前記装置本体部上にプラズマ・エッチングを実施する工程を含むことを特徴とする、前記光学装置を製造する方法。
前記装置本体部上にプラズマ・エッチングを実施する工程は、スパッタリング装置を使用して実行されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
請求項１又は請求項２２の方法を用いて作成される光学装置。
前記光学装置は、集積光学装置又は光電子装置であることを特徴とする請求項２４に記載の光学装置。
前記装置本体部は、III―Ｖ族の半導体材料系で作成されることを特徴とする請求項２４又は２５に記載の光学装置。
前記III―Ｖ族の半導体材料系はガリウム-砒素に基づく系であり、その系は６００ｎｍと１３００ｎｍとの間の少なくとも１つの波長で動作するように採用されることを特徴とする請求項２６に記載の光学装置。
前記III―Ｖ族の半導体材料系はインジウム-燐に基づく系であり、その系は１２００ｎｍと１７００ｎｍとの間の少なくとも１つの波長で動作するように採用されることを特徴とする請求項２６に記載の光学装置。
前記装置本体部は、少なくとも部分的には、アルミニウム-ガリウム-砒素、インジウム-ガリウム-砒素、インジウム-ガリウム-砒素-燐、インジウム-ガリウム-アルミニウム-砒素及びインジウム-ガリウム-アルミニウム-燐の１つ以上から作られることを特徴とする請求項２６〜２８のいずれか１つに記載の光学装置。
前記装置本体部は基板を有し、該基板上に第１の光クラッド層、コアガイド層及び第２の光クラッド層が与えられることを特徴とする請求項２４〜２９のいずれか１つに記載の光学装置。
前記量子井戸（ＱＷ）構造が前記コアガイド層内に与えられることを特徴とする請求項３０に記載の光学装置。
請求項２４〜３１のいずれか１つによる少なくとも１つの光学装置を含む光集積回路、光電子集積回路（ＯＥＩＣ）又は光子集積回路（ＰＩＣ）。
請求項１〜２２のいずれか１つにしたがう方法で使用される装置本体部。
請求項１〜２２のいずれか１つによる方法で使用される少なくとも１つの装置本体部を含むウェハー材。
前記装置本体部は、ＩｎＧａＡｓ−ＩｎＡｌＧａＡｓ−ＩｎＰ系から形成され、その系は１４５０ｎｍと１５５０ｎｍとの間の少なくとも１つの波長で動作するように採用されることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１つに記載の方法。
ＩｎＰの基板と、ＩｎＰの第１の光クラッド層、ＩｎＡｌＧａＡｓ及び/又はＩｎＧａＡｓＰのコアガイド層、ＩｎＧａＡｓの量子井戸、ＩｎＰの第２の光クラッド層及びＩｎＧａＡｓのキャップの層のいずれか１つ以上を含む系により前記装置本体部を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１つに記載の方法。
添付図面を参照して本明細書に記述されているような光学装置を製造する方法。
添付図面を参照して本明細書に記述されているような光学装置。