JP2008065317A - 光デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、２ＤＰＣスラブ構造に代表される薄膜スラブ構造に対して、信頼性の高い電極製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】光デバイスのコア層となるべき部位を有する第１の基板と光デバイスを集積させるための第２の基板を用意し、コア層上の一部に第１の電極を形成し、第１及び第２の基板の少なくとも一方の基板上面にＳＯＤを塗布し、第１の基板の第１の電極が形成された側と第２の基板とを接合し、接合した第１の基板と第２の基板とを加熱し、コア層及び第１の電極を残して第１の基板を除去し、コア層上の一部に第２の電極を形成し、コア層にエッチングにより複数の溝又は貫通孔を有する構造を形成し、エッチングにより第１の電極の一部を露出し、第１及び第２の電極に接続する電極配線を形成する、光デバイスの製造方法である。
【選択図】図９

Description

本発明は、光デバイスの製造方法に係り、特に、２次元フォトニック結晶スラブ光デバイスに代表される薄膜スラブ構造を有する光デバイスの電極製造方法に関する。

屈折率の高いコア層と屈折率の低いクラッド層の屈折率差を大きくとった場合、強い光閉じ込め効果が生じ、光はコア層に閉じ込められる。コア層を薄い板状とした構造（スラブ構造）を用いると、光はコア層に閉じ込められ、かつ、面内に伝搬する（図１６）。さらに、スラブ構造に適切な屈折率分布を導入することで、様々な機能を付加することができる。

特に、スラブ構造に周期的な屈折率分布を導入した２次元フォトニック結晶（２−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ：２ＤＰＣ）スラブ構造は、光集積回路を実現するための有力な手段として注目されている。２ＤＰＣスラブ構造は、周期的な屈折率分布を乱すための種々の構造を導入することで、光共振器、光導波路等の機能性素子の実現が可能である（図１７）。周期的な屈折率分布を乱す構造として、様々な方法が考えられるため、設計自由度が非常に高いという利点をもつ。２ＤＰＣスラブ構造は、高い光閉じ込め効果、高い設計自由度等の利点をもつことから、光デバイスの大幅な小型化、低消費電力化、高機能化、高集積化が期待される。

ここで、クラッド層としては、低屈折率媒質である空気、ＳｉＯ_２等が使用される。これらは絶縁体であるため、電流を通さない。また、伝搬モードのシングルモード条件より、コア層は光の波長の数分の一程度まで薄い形状となる。

光デバイスの動的制御としては、電流注入による制御が広く用いられている。２ＤＰＣスラブ構造は、コア層の上下に絶縁体を導入しているため、かつ、コア層が非常に薄い膜形状であることから、電流注入のための電極形成が困難であるという問題がある。

従来の電流注入型光デバイスの実用例としては、半導体基板の両側、つまり、上下に電極を配置し、クラッド層を経由して電流を注入する方法が最も一般的である（非特許文献１)。しかし、上記で述べたように強い光閉じ込めを実現するために２ＤＰＣスラブ構造では、絶縁体クラッド層を用いているため、この従来法を適用することはできない。

上記の問題を解決するために、クラッド層内に半導体からなる柱構造を導入した構造が報告されている（非特許文献２)。半導体基板の上下（上部電極をコア層上面に形成、下部電極を半導体基板下面に形成）に電極を配置した場合、柱構造を経由させることで電流注入が可能となる。ここで、柱の直径が大きいと、上下方向の屈折率差に起因した光閉じ込めが弱まるので、柱の直径はμｍオーダーと十分小さくしなければならない。そのため、柱構造の作製は非常に難しく、歩留まり良く形成することは困難であり、実用化へ向けた展開は非常に厳しい。

次に、半導体基板の片側、つまり、上面のみに電極を配置し、クラッド層を経由して電流を注入する方法が広く用いられている。この従来法は、ｐ型、ｎ型の電極形成の際に、段差構造を用いている点が特徴である。特に、サファイア基板を用いたＧａＮ系青色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）では、絶縁体であるサファイア基板に電流を流すことができないため、非常に有効な方法として利用されている（図１８、非特許文献１）。

この従来法は、コア層が絶縁体クラッド層に囲まれた構造に対しても応用できる（図１９）。これは、一見、実用化にも耐えうる構造であると期待される。しかしながら、光通信波長域１．３μｍ／１．５５μｍ帯への応用を考えた場合、設計にも依存するが、一般に、コア層の厚さは数百ｎｍ程度と非常に薄い構造となってしまう。ここで、活性層（例えば、発光層）は、通常、スラブ中心部に配置することで、特性が最大となることが知られており、例えば、図２０に示すように、段差構造形成のためにさらに薄膜化された部分の厚さは約１００ｎｍ以下と非常に薄い構造となる。そのため、段差形状作製時に、エッチングの深さを正確に制御する必要が生じる。もし、オーバーエッチングにより、コア層を誤って除去してしまうと、電極の形成が不可能となる。また、アンダーエッチングにより、活性層手前でエッチングをストップしてしまったとすると、電極を形成しても活性層内にほとんど電流が流れ込まないことになる。このように、電流を流すことが可能な領域がコア層のみと非常に薄いため、電極形成はＧａＮ系青色ＬＥＤ、ＬＤのように簡単にはいかない。

さらに、電極−半導体界面において、良好な電流−電圧特性を得るためには、半導体表面にコンタクト層（例えば，不純物濃度の大きな領域）を設ける必要がある。例えば、コンタクト層は、基板成長時に導入を行うことができる。段差形状を作製する際には、エッチングをコンタクト層内で正確に終了させる必要がある。コンタクト層の厚さは、通常、非常に薄く、エッチングには高い制御性が要求される。つまり、歩留まりの低下が深刻な問題となる。

以上より、２ＤＰＣスラブ構造では、スラブ上下に絶縁体クラッド層を用いており、電流を流すことが可能な領域の厚さが非常に薄くなるため、従来法での電極製造には困難が伴う。
平田照二著、わかる半導体レーザの基礎と応用、ＣＱ出版社、ｐ．６３、ｐ．６６、ｐ．１６２。 H.-G. Park and et al.、"Characteristicsof Electrically Driven Two-Dimensional Photonic Crystal Lasers、" IEEE Journal of Quantum Electronics、Vol. 41、No. 9、pp. 1131-1141 (2005)。

本発明は、２ＤＰＣスラブ構造に代表される薄膜スラブ構造に対して、信頼性の高い電極製造方法を提供することを課題とする。

上記課題は次のような手段により解決される。
（１）光デバイスのコア層となるべき部位を有する第１の基板と光デバイスを集積させるための第２の基板を用意する工程と、
コア層上の一部に第１の電極を形成する工程と、
第１及び第２の基板の少なくとも一方の基板上面にＳＯＤを塗布する工程と、
第１の基板の第１の電極が形成された側と第２の基板とを接合する工程と、
接合した第１の基板と第２の基板とを加熱する工程と、
コア層及び第１の電極を残して第１の基板を除去する工程と、
コア層上の一部に第２の電極を形成する工程と、
エッチングによりコア層に複数の溝又は貫通孔を有する構造を形成する工程と、
エッチングにより第１の電極の一部を露出させる工程と、
第１及び第２の電極に接続する電極配線を形成する工程
とを含む、光デバイスの製造方法。
（２）上記複数の溝又は貫通孔を有する構造が２次元フォトニック結晶スラブ構造であることを特徴とする上記（１）に記載の光デバイスの製造方法。
（３）上記複数の溝又は貫通孔を有する構造が１次元フォトニック結晶スラブ構造、擬結晶構造、ＣＧＳＥＬ構造、細線導波路構造、リッジ導波路構造、リング共振器構造、又は、マイクロディスク構造のいずれかであることを特徴とする（１）に記載の光デバイスの製造方法。
（４）上記複数の溝又は貫通孔を有する構造を有するコア層の上面に低屈折率絶縁性材料を被着させる工程を含むことを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
（５）上記複数の溝又は貫通孔を有する構造を有するコア層の上面に低屈折率絶縁性材料を被着させる工程において、ＳＯＤを塗布する工程が含まれることを特徴とする上記（４）に記載の光デバイスの製造方法。
（６）上記コア層において、電極形成を行う所定の場所の少なくとも一部にコンタクト層が形成されていることを特徴とする上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
（７）上記第２の基板には、電子回路が形成されていることを特徴とする上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
（８）上記第２の基板には、光回路が形成されていることを特徴とする上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
（９）上記第２の基板が、Ｓｉ基板又はＳＯＩ基板であることを特徴とする上記（１）乃至（８）のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
（１０）上記第１の基板が有する光デバイスのコア層となるべき部位が、化合物半導体からなることを特徴とする上記（１）乃至（９）のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
（１１）上記光デバイス上に光素子を１つ以上積層する工程を含むことを特徴とする上記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。

本発明によれば、段差構造形成のためのエッチングといった複雑な工程がないため、２ＤＰＣスラブ構造のようなコア層が極薄膜の構造であっても、確実に電極の作製を行うことができる。また第１及び第２の基板の接合にＳＯＤを用いているため、基板の接合と同時に、良好なクラッド層及び層間絶縁層が得られる。

請求項４、５に係る発明では、コア層の両面に低屈折率絶縁性材料の層を有するため上下クラッド層の屈折率が等しくなり、さらに光共振器、光導波路等の光閉じ込め効果が向上する。

また請求項６に係る発明では、コア層にコンタクト層を導入することで、さらにコア層−電極間の良好な電流−電圧特性が実現できる。

また請求項７に係る発明では、第２の基板上に電子回路が形成されているから、電極の製造と同時に、さらに光・電子デバイスの集積が可能となる。

また請求項８に係る発明では、第２の基板上に光回路が形成されているから、電極の製造と同時に、さらに光デバイスの集積が可能となる。

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

まず、光デバイス作製のための化合物半導体基板（例えば、ＧａＡｓ基板）を用意する。ここで、化合物半導体基板には基板剥離のためのエッチストップ層（例えば、ＩｎＧａＰ層）を導入しておく。光デバイスとして、例えば、電流注入型発光デバイスを考えた場合、コア層には、発光体（量子井戸、量子ドット等）が導入されている必要がある。また、光デバイスを集積するためのＳｉ基板を用意する（図１）。
このとき、化合物半導体基板には、電極−半導体界面の電流−電圧特性を良好にするためのコンタクト層を導入しておくことが望ましい（図２）。コンタクト層を導入することにより、光デバイスの高効率化が実現される。コンタクト層は、コア層の上下面に導入しておく。例えば、コンタクト層の導入は、基板を結晶成長させる際に行うことが可能である。

次に、化合物半導体基板表面のコア層上に、第１の電極を形成する（図３)。
そして、低屈折率絶縁性材料の原料を含有する溶液を用いて、電極が形成された化合物半導体基板とＳｉ基板のウエハ接合を行う（図４)。
本明細書においては、低屈折率絶縁性材料の原料を含有する溶液のことを、ＳＯＤと略称する。

ＳＯＤは、低屈折率絶縁性材料の原料を含有する溶液であり、加熱を行うことにより硬化し、良好な低屈折率絶縁膜を形成する。化合物半導体基板、Ｓｉ基板の少なくとも一方にＳＯＤを塗布した後、ウエハ接合、加熱を行うと、ＳＯＤは接着剤のように働き２枚の基板は強く接合する。ここで、ＳＯＤを接着剤として利用しているため、異なる２種類の基板の接合も容易に実現できる。

ここで、ＳＯＤは、光デバイスの動作波長に対して低い屈折率をもたなければならない。ＳＯＤとしては、例えば、近赤外域において屈折率が１．４程度と非常に小さいＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）、屈折率が２以下と小さい有機ポリマー等が挙げられる。これらは、ＬＳＩの層間絶縁膜（配線間用の絶縁膜）として広く利用されており、例えば、電流注入型光デバイスにおいても配線間絶縁膜として良好に機能する。

本発明は、光デバイスを作製するための基板と、光デバイスを集積するための基板のウエハ接合にＳＯＤを使用することを大きな特徴とする。ウエハ接合では、一般に、基板表面の凹凸が問題となる。本発明では、第１の電極を基板表面に作製した後、ウエハ接合を行うので、電極構造に基づく凹凸への対策が必要である。ＳＯＤは、粘性が低く、表面の凹凸を埋める働きがあるので、基板表面に凹凸が存在する場合にも、気にすることなく、ウエハ接合を行えるという利点がある。つまり、信頼性の高い製造が可能となる。

ここで、ＳＯＤ（例えば、ＳＯＧ、有機ポリマー）を用いたウエハ接合法自体は、既存の方法であり、既に報告が成されている。本発明は、ウエハ接合法自体に関する発明ではなく、ＳＯＤを用いたウエハ接合法を用いることで、「２ＤＰＣスラブ構造に代表される薄膜スラブ構造に対する従来にない信頼性の高い電極製造方法」を提供するものである。

次に、基板、エッチストップ層を研磨、エッチング等を用いて除去する（図５）。露出した化合物半導体コア層上に第２の電極を形成する（図６）。コア層の一部を選択的に除去し、第１の電極を露出させる。また、コア層に、エッチングにより２ＤＰＣ構造を形成させる（図７）。

ここで、コア層の一部を選択的に除去し、第１の電極を露出させる工程において、第１の電極はエッチストップ層として機能する。そのため、コア層が極薄膜の場合でも、歩留まりよく作製を行うことが可能となる。

基板上に低屈折率絶縁性材料を被着させ、クラッド層を形成させる（図８）。クラッド層の一部を選択的に除去することで、電極配線の形成を行う（図９）。この電極配線は、例えば、Ｓｉ基板上のＬＳＩ配線と接続される。

以上の工程を用いることにより、化合物半導体からなる電流注入型２ＤＰＣスラブ光デバイスのＳｉ基板上への集積、及び、Ｓｉ−ＬＳＩとの接続が容易に実現可能となる。

図９の工程の後に、低屈折率絶縁性材料をウェットエッチング等により除去することも可能である（図１０）。図１０に示すようなエアブリッジ構造（コア層の上下が空気）は、機械的強度が弱いため、一般に、実用化には向かない。よって、図１０のエアブリッジ構造は、本発明を用いることで容易に作製が可能であるが、一般に、利用は特殊な用途に限られることになる。

また、図９、１０のデバイスは、電流注入型デバイスとして動作するだけでなく、電界制御型デバイスとしての動作も可能である。

本発明における電極製造方法では、工程をわずかに変えるだけで、電極の導入位置を変えることが可能である。そのため、電流注入型光デバイス、電極の導入位置を変えた電界制御型光デバイスを同一基板上に、同時に作製することが可能である。本発明は、様々な電極構造を有する光デバイスの集積に適しており、多機能な光集積回路を実現することが可能である。

上記の工程を繰り返すことで、電極構造を有する２ＤＰＣスラブ光デバイスの多層構造を容易に実現できる（図１１）。

本発明において、電極の作製法自体は、各工程時の基板表面に対して電極を導入するという従来法であり、歩留まりの高い作製法である。また、ウエハ接合法としても、ＳＯＤを用いた信頼性の高い作製法を採用している。そのため、多層化に伴い工程数が増加した場合にも、歩留まりは大きな問題とはならない。

上記実施例では、光デバイス作製のための基板を化合物半導体基板としたが、本発明では、光デバイスの作製に用いられる任意の基板（例えば、青色ＬＥＤに用いられるサファイア基板）を用いることが可能である。
また、上記実施例では、コア層の材料を化合物半導体としたが、本発明では、光デバイスとして用いられる任意の材料（例えば、不純物を添加したＳｉ）を用いることが可能である。ここで、化合物半導体（例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ）は、レーザ等の能動光デバイスを実現するための代表的な材料である。

さらに、上記実施例では、光デバイスを集積するための基板をＳｉ基板としたが、光デバイスを集積したい任意の基板（例えば、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、化合物半導体基板）を用いることが可能である。例えば、Ｓｉ表面に、熱酸化法等を用いてＳｉＯ_２層を予め形成させておくことも許される。ここで、Ｓｉ基板及びＳＯＩ基板は、電子回路及び光回路を形成するための代表的な基板である。

光デバイスを集積するための基板上に電子回路が形成されている場合、電極の製造と同時に、光・電子デバイスの集積が可能となる。特に、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）基板上への光デバイスの集積は、実用上、非常に重要である。

光集積回路と電子集積回路の融合は、デバイスの高機能化、高集積化を実現でき、光ルータ等の複雑なシステムを構築するためのキーテクノロジーとして、現在、注目を集めている。

光デバイスを集積するための基板上に光回路が形成されている場合、電極の製造と同時に、光デバイスの集積が可能となる。例えば、光デバイス作製のための基板を化合物半導体基板、光デバイスを集積するための基板をＳｉ基板とした場合、化合物半導体からなる能動光デバイスと、Ｓｉからなる受動光デバイスの集積が実現できる。

ここで、光デバイスの集積は、電子回路及び光回路上に行ってもよいし、電子回路及び光回路に隣接するように行ってもよい。
また、電極を有する２ＤＰＣスラブ光デバイスの上に、様々な機能素子（例えば、光素子）を積層してもよい。

本発明は、光・電子デバイスの積層化に適した製造法である（図１１）。積層化により、劇的な小型化の実現は勿論、従来にない複雑な機能を有する光デバイスの実現も可能となる。

上記実施例では、電流注入型発光デバイスを想定し、コア層には、量子井戸、量子ドット等の発光体が導入されているとした。本発明では、勿論、光デバイスとして用いられている任意の活性体（例えば、ＤＨ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｈｅｔｅｒｏ）構造、電気光学素子）をコア層に導入することが可能である。

上記実施例では、化合物半導体基板にエッチストップ層を導入し、エッチングを行うことで、基板剥離を実現した（図５）。この方法は、基板剥離の一般的な方法である。
本発明においては、上記実施例で示した以外の基板剥離法を用いることも、勿論、可能である。その場合、エッチストップ層を導入した基板を用意する必要はない。他の基板剥離法としては、例えば、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法、水素イオン注入による剥離法、犠牲層を用いた剥離法が挙げられる。

上記実施例では、コンタクト層を基板全面に導入している（図２）。しかしながら、コンタクト層は、必ずしも基板全面に導入されている必要性はない。コンタクト層は、電極形成が行われる所定の場所の少なくとも一部に導入されていればよい。
また、上記実施例では、エッチストップ層に接してコンタクト層を導入した。しかしながら、エッチストップ層の上に、一旦、コア層の品質を高くする目的等でバッファ層を導入した後、コンタクト層及びコア層を導入することも可能である。その場合には、図５で示したエッチストップ層の除去工程後に、バッファ層を除去するための工程を追加すればよい。

上記実施例では、コンタクト層の導入を、基板製造時に行ったが、勿論、基板製造時以外に、コンタクト層形成のための工程を行ってもよい。例えば、第１又は第２の電極（図３、６）の導入を行う際、半導体表面に、不純物材料（例えば、Ｚｎ、Ｇｅ）を配置することによって、半導体基板表面の不純物濃度を高め、コンタクト層を導入するといった方法が良く知られている。但し、この方法は、基板製造時の不純物添加と併せて使用されるのが、一般的である。

電極用材料としては、任意の導電性材料（例えば、金属、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ））が使用できる。

上記実施例では、化合物半導体基板、Ｓｉ基板の少なくとも一方にＳＯＤを塗布した後、ウエハ接合、加熱を行うとした。ここで、本発明では、ＳＯＤを基板に塗布した後、直ちにウエハ接合を行ってもよいし、ＳＯＤを基板に塗布した後、一旦、加熱処理を行ってからウエハ接合を行ってもよい。両者の方法とも、従来技術としてよく知られている。但し、ウエハ接合前に加熱処理を行った場合においても、ウエハ接合後の加熱処理は必要である。ウエハ接合後に加熱処理を行うことで、強い接合が実現される。

ＳＯＤを塗布する方法としては、スピンコート法が最も一般的で効果的である。しかしながら、本発明においては、必ずしも、ＳＯＤの塗布にスピンコートを用いる必要はない。例えば、基板表面に単にＳＯＤを垂らした後、基板に圧力を加えながらウエハ接合を行うといった方法も考えられる。圧力を加えることによって、基板全面にＳＯＤが行き渡ることになる。

ＳＯＤを用いたウエハ接合前に、基板表面に、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、塗布法により、低屈折率絶縁性材料の被膜を施しておくことは有効である。例えば、電極構造を導入した基板に対して、ウエハ接合前に低屈折率絶縁性材料を被覆することは、基板表面の凹凸の低減につながるからである。
例えば、ＣＶＤ法による被膜により、凹凸を完全に平坦化させることが可能であれば、基板同士を、ＳＯＤを用いることなくウエハ接合させることが可能となる。しかしながら、通常、ＳＯＤを用いない直接ウエハ接合法が要求する高いレベルまで表面を平坦化することは難しい。よって、本発明では、ウエハ接合前に、各基板に低屈折率絶縁性材料を被覆した場合にも、最終的には、ＳＯＤを少なくとも一方の基板表面に塗布し、ウエハ接合を行うことが望ましいと考える。これは、実用化の際の歩留まりを考えた場合、非常に重要である。

ＣＶＤ法、スパッタ法等の塗布法以外の方法を用いて作製された膜の表面にＳＯＤを塗布することは、一見、問題があるようにも思われる。しかしながら、例えば、ＣＶＤ法は、塗布法に比べて一般に膜質が良好なため、従来のＬＳＩにおいて、ＳＯＤの保護膜形成法として利用されている。ＣＶＤ／ＳＯＤ／ＣＶＤ等の構造が実際のデバイスにおいて用いられている。よって、ウエハ接合前に予め、塗布法と異なる作製法を用いて低屈折率絶縁性材料を形成しておくことは、全く問題ない。逆に、クラッド層の膜質向上、クラッド層の厚さの増大等の利点がある。

また、電極構造が異なる場合、ウエハ接合の条件が変化することが心配される。しかし、事前に低屈折率絶縁性材料で被覆しておけば、電極構造の凹凸がある程度平坦化されるので、各電極構造に対して同様の条件でウエハ接合を行うことが可能となる。

２ＤＰＣ構造を有する基板上にクラッド層を形成させるには（図８）、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法、塗布法を用いて低屈折率絶縁性材料を被覆すればよい。ここで、２ＤＰＣ構造は、周期が数百ｎｍ程度と小さい構造であるので、一般に、ＣＶＤ法、塗布法の使用が適している。特に、塗布法を用いた場合、短時間で簡単に被膜が形成できる。ＳＯＤをウエハ接合、さらには、２ＤＰＣスラブ構造の被膜に使用した場合、非常に簡単な装置で、短時間のうちにデバイスを作製することが可能となる。

上記実施例では、図７に示すような電極構造に対して、電極配線を形成する際、予め、基板上面に低屈折率絶縁性材料を被覆させた（図８）。上記実施例（図９）で示した電極配線作製法は、ＬＳＩ配線技術と同様の方法であり、高い制御性、微細化が可能といった利点を有する。
本発明では、勿論、図７に示すような電極構造に対して、他の任意の従来法を用いて電極配線を導入することも許される。例えば、図７の構造に対して、ワイヤボンディングを用いて直接電極配線を導入する方法も考えられるし、リフトオフ法を用いて電極配線を導入する方法も考えられる。

また、２ＤＰＣスラブ上における低屈折率絶縁性材料の膜厚であるが、低屈折率絶縁性材料による膜を形成させないことも可能であるし（図７）、又は、低屈折率絶縁性材料による膜を形成させてもよい（図８、９）。一般に、上下のクラッド層の屈折率が異なる構造では、上下非対称性の影響により、光共振器の光閉じ込め効果が下がることが知られているので、光共振器を用いる際には、基板上部にも厚膜なクラッド層を形成させ、上下対称構造とすることが望ましい。
ここで、基板上部へのクラッド層の導入は、電極配線形成前に行ってもよいし、後に行ってもよい。例えば、ＬＳＩ配線技術と同様の方法を用いる場合には、電極配線形成前の導入が容易である。一方、例えば、ワイヤボンディング、リフトオフ法を用いる場合には、電極配線形成後の導入の方が容易である。
但し、特殊な２ＤＰＣスラブ構造を用いることで、上下非対称性に起因する問題を回避することも可能であるので、そのような特殊な場合には、上下非対称構造を用いることも可能である。

上記実施例では、第２の電極を形成した後に、第１の電極を露出させるエッチング工程、２ＤＰＣ構造を形成させるためのエッチング工程を行うとした。しかしながら、工程の順序を変えて、例えば、エッチング工程を行った後に、第２の電極を形成するということも可能である。その際、図７から第２の電極を除いた構造に対して、コア層の一部に第２の電極を形成する工程と、第１及び第２の電極に接続する電極配線を形成する工程とを行えばよい。第２の電極を形成する工程及び電極配線を形成する工程は、連続して行ってもよいし、同時に行ってもよい。同時に行うとは、例えば、図９に示すようなコンタクトプラグを直接コア層上面に接続させる場合が挙げられる。このとき、第２の電極と電極配線は、同時に形成される。

上記実施例では、コア層に導入する光デバイスの形態を２ＤＰＣスラブ構造としたが、他のスラブ構造を用いてもよい。例えば、１ＤＰＣスラブ構造、並進対称性をもたない擬結晶構造、ＣＧＳＥＬ（Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｇｒａｔｉｎｇ ｃｏｕｐｌｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）構造、細線導波路構造、リッジ導波路構造、リング共振器構造、マイクロディスク構造でもよい。また，特殊な構造をもたないバルクの薄膜スラブ構造であってもよい。本発明は、絶縁体クラッド層を有する任意の薄膜スラブ構造に対して有効である。薄膜スラブに導入する構造としては、高い光閉じ込め効果、高い設計自由度をもつ２ＤＰＣスラブ構造が望ましいが、必ずしも２ＤＰＣスラブ構造である必要はない。

本発明は、電流注入型光デバイス、電界制御型光デバイスだけでなく、電極構造を必要とする任意の光デバイスの作製に適用することが可能である。例えば、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）のような受光素子の実現のために、本発明を利用することも可能である。本発明は、絶縁体クラッド層に囲まれた薄膜コア層に対して、従来にない効果的な電極製造方法を提供するものである。

最後に、ＳＯＤによるウエハ接合法を用いて、実際に、２ＤＰＣスラブ構造の作製を行った例を示す。
図１２は、実際に作製を行った２ＤＰＣスラブ構造の模式図である。光デバイスのコア層となるべき部位としては化合物半導体のＧａＡｓを、第２の基板としてはＳｉ基板を用いた。また、ＳＯＤとしては有機ポリマー（ＣＹＣＬＯＴＥＮＥ樹脂）を用いた。

図１３は実際に作製された２ＤＰＣスラブ構造のＳＥＭ像である。図１４は３点の円孔を埋めた２ＤＰＣスラブ光共振器である。図１５は一列の円孔を埋めた２ＤＰＣスラブ光導波路のＳＥＭ像である。
上記の構造に、電極構造を付加する工程を加えることで、図９で示した２ＤＰＣスラブ光デバイスが実現される。

ここで、本発明では、ウエハ接合にＳＯＤを用いているため、光デバイスのコア層となるべき部位の材料と光デバイスを集積させるための第２の基板の材料が異なっていても容易にウエハ接合が実現される。

光デバイス用、光デバイス集積用基板の一例。 化合物半導体基板におけるコンタクト層の導入例。 コア層上への第１の電極の作製例。 ＳＯＤ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）を用いたウエハ接合の概念図。 化合物半導体基板の剥離工程の模式図。 コア層上への第２の電極の作製例。 エッチング工程（２次元フォトニック結晶構造等の導入）の模式図。 基板表面への低屈折率絶縁性材料の導入例。 電極配線を形成した光デバイスの模式図。 エアブリッジ構造の形成例。 多層構造光デバイスの一例。 作製した２ＤＰＣスラブ構造の模式図。 作製した２ＤＰＣスラブ構造のＳＥＭ像。 作製した２ＤＰＣスラブ光共振器のＳＥＭ像。 作製した２ＤＰＣスラブ光導波路のＳＥＭ像。 コア層を薄い板状とした構造（スラブ構造）の説明図。 従来法による２ＤＰＣスラブ構造の一例。 従来法によるＧａＮ ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の一例。 従来法の拡張による２ＤＰＣスラブ構造への電極導入の一例。 従来法の拡張による２ＤＰＣスラブ構造に導入した段差構造の模式図。

Claims (11)

1. 光デバイスのコア層となるべき部位を有する第１の基板と光デバイスを集積させるための第２の基板を用意する工程と、
   コア層上の一部に第１の電極を形成する工程と、
   第１及び第２の基板の少なくとも一方の基板上面にＳＯＤを塗布する工程と、
   第１の基板の第１の電極が形成された側と第２の基板とを接合する工程と、
   接合した第１の基板と第２の基板とを加熱する工程と、
   コア層及び第１の電極を残して第１の基板を除去する工程と、
   コア層上の一部に第２の電極を形成する工程と、
   エッチングによりコア層に複数の溝又は貫通孔を有する構造を形成する工程と、
   エッチングにより第１の電極の一部を露出させる工程と、
   第１及び第２の電極に接続する電極配線を形成する工程
   とを含む、光デバイスの製造方法。
2. 上記複数の溝又は貫通孔を有する構造が２次元フォトニック結晶スラブ構造であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイスの製造方法。
3. 上記複数の溝又は貫通孔を有する構造が１次元フォトニック結晶スラブ構造、擬結晶構造、ＣＧＳＥＬ構造、細線導波路構造、リッジ導波路構造、リング共振器構造、又は、マイクロディスク構造のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の光デバイスの製造方法。
4. 上記複数の溝又は貫通孔を有する構造を有するコア層の上面に低屈折率絶縁性材料を被着させる工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
5. 上記複数の溝又は貫通孔を有する構造を有するコア層の上面に低屈折率絶縁性材料を被着させる工程において、ＳＯＤを塗布する工程が含まれることを特徴とする請求項４に記載の光デバイスの製造方法。
6. 上記コア層において、電極形成を行う所定の場所の少なくとも一部にコンタクト層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
7. 上記第２の基板には、電子回路が形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
8. 上記第２の基板には、光回路が形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
9. 上記第２の基板が、Ｓｉ基板又はＳＯＩ基板であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
10. 上記第１の基板が有する光デバイスのコア層となるべき部位が、化合物半導体からなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
11. 上記光デバイス上に光素子を１つ以上積層する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。