JP2012014002A - Semiconductor device, method for manufacturing the same, integrated substrate, optical module, and optical communication device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress occurrence of peeling-off between a semiconductor layer made of In-free III-V compound semiconductor and a substrate, in a structure in which the semiconductor layer made of In-free III-V compound semiconductor is joined to a Si surface of the substrate.SOLUTION: A method for manufacturing a semiconductor device includes a step for forming a joint layer 22 made of multiple quantum dots of InAs on the surface of a contact layer 44, which is made of GaAs that is In-free III-V compound semiconductor and is an outermost surface layer of a laminated semiconductor layer 46 including an active layer 38 which oscillates light and is formed over the main surface of a GaAs substrate 32, and a step for joining the surface of the contact layer 44 to a Si surface of a Si thin-film layer 16 included in a substrate 10 through the joint layer 22.

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、Inを含まないIII−V族化合物半導体からなる半導体層の表面と基板のSi面とを接合させる半導体装置およびその製造方法、並びに、その半導体装置を含む集積基板、光モジュール、光通信装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, a semiconductor device for bonding a surface of a semiconductor layer made of a group III-V compound semiconductor not containing In and a Si surface of a substrate, a method for manufacturing the semiconductor device, and the semiconductor The present invention relates to an integrated substrate including the device, an optical module, and an optical communication device.

SOI(Silicon on Insulator)基板の表面に、化合物半導体からなる発光素子を貼り合わせ、発光素子が発振した光を、SOI基板に形成された導波路内を導波させる半導体装置が知られている。例えば、非特許文献1には、SOI基板の表面にInP(インジウムリン)系発光素子が貼り合わされた構造の半導体装置が開示されている。   2. Description of the Related Art A semiconductor device is known in which a light emitting element made of a compound semiconductor is bonded to the surface of an SOI (Silicon on Insulator) substrate, and light oscillated by the light emitting element is guided in a waveguide formed on the SOI substrate. For example, Non-Patent Document 1 discloses a semiconductor device having a structure in which an InP (indium phosphide) light emitting element is bonded to the surface of an SOI substrate.

アレクサンダー・W・ファン(Alexander W. Fang)、他5名、「エレクトリカリ・パンプド・ハイブリッド・アルミニウムガリウムインジウムヒ素−シリコン・エバネセント・レーザ(Electrically pumped hybrid AlGaInAs-silicon evanescent laser)」、オプティクス・エクスプレス(OPTICS EXPRESS)、2006年10月2日、No.20、Vol.14、p.9203−9210Alexander W. Fang and five others, “Electrically pumped hybrid AlGaInAs-silicon evanescent laser”, Optics Express ( OPTICS EXPRESS), October 2, 2006, No. 20, Vol. 14, p. 9203-9210

発光素子には、InP系発光素子の他、GaAs(ガリウムヒ素)系発光素子のような、In(インジウム)を含まないIII−V族化合物半導体からなる発光素子がある。例えば、Inを含まないIII−V族化合物半導体からなる発光素子をSOI基板に貼り合わせる場合、SOI基板のSi面とInを含まないIII−V族化合物半導体層面とが接合することになるが、この場合、SOI基板とInを含まないIII−V族化合物半導体層とが剥がれてしまうことがある。   In addition to InP-based light-emitting elements, light-emitting elements include light-emitting elements made of III-V group compound semiconductors that do not contain In (indium), such as GaAs (gallium arsenide) -based light-emitting elements. For example, when a light emitting element composed of a III-V group compound semiconductor not containing In is bonded to an SOI substrate, the Si surface of the SOI substrate and the III-V group compound semiconductor layer surface not containing In are joined. In this case, the SOI substrate and the III-V group compound semiconductor layer not containing In may be peeled off.

このように、Inを含まないIII−V族化合物半導体からなる半導体層の表面と基板のSi面とを接合させる場合、Inを含まないIII−V族化合物半導体からなる半導体層と基板とに剥がれが生じてしまうという課題がある。   As described above, when the surface of the semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor not containing In is bonded to the Si surface of the substrate, the substrate is peeled off from the semiconductor layer made of a group III-V compound semiconductor not containing In and the substrate. There is a problem that will occur.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、Inを含まないIII−V族化合物半導体からなる半導体層の表面と基板のSi面とを接合させる構造において、Inを含まないIII−V族化合物半導体からなる半導体層と基板との剥がれを抑制することが可能な半導体装置およびその製造方法、並びにその半導体装置を含む集積基板、光モジュール、および光通信装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and has a structure in which the surface of a semiconductor layer made of a group III-V compound semiconductor not containing In and the Si surface of the substrate are joined together. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of suppressing peeling between a semiconductor layer made of a compound semiconductor and a substrate, a manufacturing method thereof, an integrated substrate including the semiconductor device, an optical module, and an optical communication device.

本発明は、Inを含まないIII−V族化合物半導体からなる半導体層の表面に、Inを含む接合層を形成する工程と、前記半導体層の表面を、前記接合層を介して、基板のSi面に接合させる工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、Inを含まないIII−V族化合物半導体層と基板とが剥がれることを抑制できる。   The present invention includes a step of forming a bonding layer containing In on a surface of a semiconductor layer made of a group III-V compound semiconductor not containing In, and the surface of the semiconductor layer is bonded to the Si of the substrate via the bonding layer. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: bonding to a surface. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that the III-V group compound semiconductor layer and board | substrate which do not contain In peel.

上記構成において、前記半導体層は、III−V族化合物半導体基板の主面上に形成された光を発振する活性層を含む積層半導体層のうちの最表面の半導体層であり、前記基板は、前記活性層が発振する光を導波する導波路を有する構成とすることができる。この構成によれば、活性層が発振する光を、基板に設けられた導波路で導波することができる。   In the above configuration, the semiconductor layer is an outermost semiconductor layer of a stacked semiconductor layer including an active layer that oscillates light and is formed on a main surface of a group III-V compound semiconductor substrate. The active layer may have a waveguide for guiding light oscillated. According to this configuration, light oscillated by the active layer can be guided by the waveguide provided on the substrate.

上記構成において、前記接合層を形成する工程は、前記半導体層の表面と前記基板のSi面とを接合させた後において、前記活性層が発振する光のエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するような前記接合層を形成する構成とすることができる。この構成によれば、活性層が発振する光が、接合層で吸収されることを抑制できるため、光強度の強い光が、基板に設けられた導波路を導波することができる。   In the above configuration, the step of forming the bonding layer has a band gap energy larger than the energy of light oscillated by the active layer after bonding the surface of the semiconductor layer and the Si surface of the substrate. The bonding layer can be formed. According to this configuration, since light oscillated by the active layer can be suppressed from being absorbed by the bonding layer, light having high light intensity can be guided through the waveguide provided on the substrate.

上記構成において、前記接合層を形成する工程は、Inを含むIII−V族化合物半導体である複数の量子ドットからなる前記接合層を形成する構成とすることができる。この構成によれば、Inを含まないIII−V族化合物半導体からなる半導体層の表面と基板のSi面とを接合させた後において、接合層が、活性層が発振する光のエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有することを容易に実現できる。   The said structure WHEREIN: The process of forming the said joining layer can be set as the structure which forms the said joining layer which consists of several quantum dots which are III-V group compound semiconductors containing In. According to this configuration, after bonding the surface of the semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor not containing In and the Si surface of the substrate, the bonding layer is larger than the energy of light oscillated by the active layer. Having a band gap energy can be easily realized.

上記構成において、前記接合層を形成する工程は、InAsの複数の量子ドットからなる前記接合層を形成する構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: The process of forming the said bonding layer can be set as the structure which forms the said bonding layer which consists of several InAs quantum dots.

上記構成において、前記接合層を形成する工程は、前記活性層が発振する光の波長が1.3μm帯である場合に、前記半導体層の表面と前記基板のSi面とを接合させた後において、前記接合層の厚みが5原子層厚以下となるような量のInAsを供給することで、前記接合層を形成する構成とすることができる。この構成によれば、活性層が発振する1.3μm帯の波長の光の吸収が抑制された接合層を得ることができる。   In the above configuration, the step of forming the bonding layer is performed after bonding the surface of the semiconductor layer and the Si surface of the substrate when the wavelength of light oscillated by the active layer is in the 1.3 μm band. The bonding layer can be formed by supplying an amount of InAs such that the bonding layer has a thickness of 5 atomic layers or less. According to this configuration, it is possible to obtain a bonding layer in which absorption of light having a wavelength in the 1.3 μm band in which the active layer oscillates is suppressed.

本発明は、III−V族化合物半導体基板の主面上に設けられた光を発振する活性層を含む積層半導体層のうちの最表面の層であり、Inを含まないIII−V族化合物半導体からなる半導体層と、前記半導体層の表面に設けられ、前記活性層が発振する光のエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する、Inを含む接合層と、前記活性層が発振する光を導波する導波路を有し、前記接合層を介して、前記半導体層の表面にSi面が接合した基板と、を具備することを特徴とする半導体装置である。本発明によれば、Inを含まないIII−V族化合物半導体層と基板とが剥がれることを抑制できる。また、活性層が発振する光が、接合層で吸収されることを抑制できるため、光強度の強い光が、基板に設けられた導波路を導波することができる。   The present invention is an III-V group compound semiconductor which is the outermost layer of a laminated semiconductor layer including an active layer that oscillates light and is provided on the main surface of a III-V group compound semiconductor substrate, and does not contain In. A semiconductor layer formed on the surface of the semiconductor layer, having a band gap energy larger than the energy of light oscillated by the active layer, and guiding light oscillated by the active layer. And a substrate having a Si surface bonded to the surface of the semiconductor layer via the bonding layer. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that the III-V group compound semiconductor layer and board | substrate which do not contain In peel. In addition, since light oscillated by the active layer can be suppressed from being absorbed by the bonding layer, light with high light intensity can be guided through the waveguide provided on the substrate.

上記構成において、前記接合層はInAs薄膜層であり、前記活性層が発振する光の波長は1.3μm帯であり、前記接合層の厚みは5原子層厚以下である構成とすることができる。この構成によれば、接合層が、活性層で発振された1.3μm帯の波長の光を吸収することを抑制できる。   In the above configuration, the bonding layer may be an InAs thin film layer, the wavelength of light oscillated by the active layer is in a 1.3 μm band, and the thickness of the bonding layer may be 5 atomic layers or less. . According to this structure, it can suppress that a joining layer absorbs the light of the wavelength of 1.3 micrometer band oscillated by the active layer.

本発明は、前記半導体装置を含むことを特徴とする集積基板である。また、本発明は、前記半導体装置を含むことを特徴とする光モジュールである。さらに、本発明は、前記半導体装置を含むことを特徴とする光通信装置である。   The present invention is an integrated substrate including the semiconductor device. The present invention also provides an optical module including the semiconductor device. Furthermore, the present invention is an optical communication device including the semiconductor device.

本発明によれば、Inを含まないIII−V族化合物半導体からなる半導体層の表面と基板のSi面とを接合させる構造において、Inを含まないIII−V族化合物半導体層と基板とが剥がれることを抑制できる。   According to the present invention, in the structure in which the surface of the semiconductor layer made of a group III-V compound semiconductor not containing In and the Si surface of the substrate are bonded, the group III-V compound semiconductor layer not containing In and the substrate are peeled off. This can be suppressed.

図1は、実施例1に係る半導体装置の断面模式図の例である。FIG. 1 is an example of a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to the first embodiment. 図2は、活性層の1層分のドット層を示す断面模式図の例である。FIG. 2 is an example of a schematic cross-sectional view showing a dot layer for one active layer. 図3は、実施例1に係る半導体装置における、p型GaAs基板からSi層にかけてのエネルギーバンド図の例である。FIG. 3 is an example of an energy band diagram from the p-type GaAs substrate to the Si layer in the semiconductor device according to the first embodiment. 図4(a)から図4(c)は、実施例1に係る半導体装置の製造方法を説明する断面模式図の例である。FIG. 4A to FIG. 4C are examples of schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 図5(a)は、InAs薄膜層がGaAs層に挟まれた構造におけるエネルギーバンド図の例であり、図5(b)は、InAs薄膜層の厚さに対するバンドギャップエネルギーの計算結果を示す図である。FIG. 5A is an example of an energy band diagram in a structure in which an InAs thin film layer is sandwiched between GaAs layers, and FIG. 5B is a diagram showing a calculation result of band gap energy with respect to the thickness of the InAs thin film layer. It is. 図6は、実施例2に係る集積基板の斜視模式図の例である。FIG. 6 is an example of a schematic perspective view of an integrated substrate according to the second embodiment. 図7は、実施例3に係る光モジュールのブロック図の例である。FIG. 7 is an example of a block diagram of an optical module according to the third embodiment. 図8(a)は、実施例4に係る光通信装置のブロック図の例であり、図8(b)は、実施例4に係る光通信装置を備えた光通信システムのブロック図の例である。FIG. 8A is an example of a block diagram of an optical communication apparatus according to the fourth embodiment, and FIG. 8B is an example of a block diagram of an optical communication system including the optical communication apparatus according to the fourth embodiment. is there.

まず、本発明が解決しようとする課題について詳しく説明する。非特許文献1に開示された半導体装置のように、SOI基板表面に、InP系発光素子を貼り合わせる構造の場合、SOI基板のSi面とInを含む半導体層面とが接合することになる。この場合、Si面に含まれるSi原子と、Inを含む半導体層に含まれるIn原子とが結合すると考えられる。Si原子とIn原子との結合は、結合強度が強く、例えば温度が上昇したとしても、結合は切れ難い。したがって、SOI基板とInを含む半導体層とが剥がれることは生じ難い。   First, problems to be solved by the present invention will be described in detail. In the case of a structure in which an InP-based light emitting element is bonded to the SOI substrate surface as in the semiconductor device disclosed in Non-Patent Document 1, the Si surface of the SOI substrate and the semiconductor layer surface containing In are bonded. In this case, it is considered that Si atoms contained in the Si surface and In atoms contained in the semiconductor layer containing In are bonded. The bond between the Si atom and the In atom has a strong bond strength. For example, even if the temperature rises, the bond is difficult to break. Therefore, the SOI substrate and the semiconductor layer containing In are hardly peeled off.

一方、SOI基板表面に、Inを含まないIII−V族化合物半導体からなる発光素子を貼り合わせる構造の場合、SOI基板のSi面とInを含まないIII−V族化合物半導体層面とが接合することになる。例えば、Inを含まないIII−V族化合物半導体からなる発光素子の例としてGaAs系発光素子を用いる場合、SOI基板のSi面とGaAs半導体層面とが接合することになる。この場合、Si面に含まれるSi原子と、GaAs半導体層に含まれるGa原子とが結合すると考えられる。しかしながら、Si原子とGa原子との結合強度は弱いため、例えば温度が上昇すると、結合が容易に切れてしまう。このように、SOI基板表面にGaAs系発光素子を貼り合わせる構造の場合は、SOI基板とGaAs半導体層とが剥がれ易いという課題がある。そこで、このような課題を解決することが可能な実施例を以下に示す。   On the other hand, in the case of a structure in which a light emitting element made of a group III-V compound semiconductor not containing In is bonded to the SOI substrate surface, the Si surface of the SOI substrate and the group III-V compound semiconductor layer surface not containing In should be joined. become. For example, when a GaAs light-emitting element is used as an example of a light-emitting element made of a III-V group compound semiconductor not containing In, the Si surface of the SOI substrate and the GaAs semiconductor layer surface are bonded. In this case, it is considered that Si atoms contained in the Si surface and Ga atoms contained in the GaAs semiconductor layer are combined. However, since the bond strength between Si atoms and Ga atoms is weak, for example, when the temperature rises, the bonds are easily broken. Thus, in the case of a structure in which a GaAs light emitting element is bonded to the surface of an SOI substrate, there is a problem that the SOI substrate and the GaAs semiconductor layer are easily peeled off. Therefore, an embodiment capable of solving such a problem will be described below.

図1は、実施例1に係る半導体装置の断面模式図の例である。図1のように、実施例1に係る半導体装置100は、基板10の表面に、発光素子30が貼り合わされた構造をしている。基板10は、例えばSOI(Silicon on Insulator)基板であり、Si支持基板12上に、埋め込みSiO(酸化シリコン)膜14、Si薄膜層16が順次形成された構造を有する。即ち、基板10の表面は、Si薄膜層16のSi表面が露出している。Si薄膜層16には、埋め込みSiO膜14が露出するまで除去された空洞部18が形成されていて、Si薄膜層16の一部分は、空洞部18で挟まれている。即ち、Si薄膜層16の一部分は、空洞部18と埋め込みSiO膜14とによって周囲が囲まれている。光通信に一般的に用いられる1.3μm帯や1.55μm帯の光の波長に対して、Siは、SiOや空気に比べて大きな屈折率を有する。このため、空洞部18と埋め込みSiO膜14とによって囲まれたSi薄膜層16の一部分は、光を導波する機能を有する導波路20として用いることが可能となる。 FIG. 1 is an example of a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to the first embodiment. As illustrated in FIG. 1, the semiconductor device 100 according to the first embodiment has a structure in which a light emitting element 30 is bonded to the surface of a substrate 10. The substrate 10 is, for example, an SOI (Silicon on Insulator) substrate, and has a structure in which an embedded SiO 2 (silicon oxide) film 14 and a Si thin film layer 16 are sequentially formed on a Si support substrate 12. That is, the Si surface of the Si thin film layer 16 is exposed on the surface of the substrate 10. The Si thin film layer 16 is formed with a cavity 18 that is removed until the embedded SiO 2 film 14 is exposed, and a part of the Si thin film layer 16 is sandwiched between the cavity 18. That is, a part of the Si thin film layer 16 is surrounded by the cavity 18 and the embedded SiO 2 film 14. Si has a larger refractive index than that of SiO 2 or air with respect to light wavelengths in the 1.3 μm band and 1.55 μm band that are generally used for optical communication. Therefore, a part of the Si thin film layer 16 surrounded by the cavity 18 and the embedded SiO 2 film 14 can be used as the waveguide 20 having a function of guiding light.

発光素子30は、例えば1.3μm帯の波長の光を発振する量子ドット活性層を有するGaAs系発光素子である。発光素子30は、例えばp型GaAs基板32の主面上に、p型AlGaAsからなる下部クラッド層34、アンドープGaAsからなるスペーサ層36、複数の量子ドットを有する活性層38、アンドープGaAsからなるスペーサ層40、n型AlGaAsからなる上部クラッド層42、およびn型GaAsからなるコンタクト層44が、順次積層された積層半導体層46を有する構造である。即ち、積層半導体層46の最表面の層は、コンタクト層44となっている。p型GaAs基板32の主面と反対側の面には、p電極48が形成されている。コンタクト層44に接してn電極50が形成されている。   The light emitting element 30 is a GaAs light emitting element having a quantum dot active layer that oscillates light having a wavelength of, for example, 1.3 μm. The light emitting element 30 includes, for example, a lower clad layer 34 made of p-type AlGaAs, a spacer layer 36 made of undoped GaAs, an active layer 38 having a plurality of quantum dots, and a spacer made of undoped GaAs on the main surface of a p-type GaAs substrate 32. The structure includes a laminated semiconductor layer 46 in which a layer 40, an upper cladding layer 42 made of n-type AlGaAs, and a contact layer 44 made of n-type GaAs are sequentially laminated. That is, the outermost layer of the laminated semiconductor layer 46 is the contact layer 44. A p-electrode 48 is formed on the surface opposite to the main surface of the p-type GaAs substrate 32. An n electrode 50 is formed in contact with the contact layer 44.

ここで、活性層38についてより詳細に説明する。図2は、活性層38の1層分のドット層52を示す断面模式図の例である。図2のように、量子ドット54はInAsにより形成される。量子ドット54間にInGaAs層56が形成される。量子ドット54およびInGaAs層56を覆うように、アンドープGaAs層58が形成される。アンドープGaAs層58の表面にp型GaAs層60とアンドープGaAs層62とが順次形成される。アンドープGaAs層58、p型GaAs層60、およびアンドープGaAs層62は、バリア層64を構成する。   Here, the active layer 38 will be described in more detail. FIG. 2 is an example of a schematic cross-sectional view showing one dot layer 52 of the active layer 38. As shown in FIG. 2, the quantum dots 54 are formed of InAs. An InGaAs layer 56 is formed between the quantum dots 54. An undoped GaAs layer 58 is formed so as to cover the quantum dots 54 and the InGaAs layer 56. A p-type GaAs layer 60 and an undoped GaAs layer 62 are sequentially formed on the surface of the undoped GaAs layer 58. The undoped GaAs layer 58, the p-type GaAs layer 60, and the undoped GaAs layer 62 constitute a barrier layer 64.

図1に戻り、基板10と発光素子30との間には、例えばInAsの薄膜層からなり、2原子層厚の厚さを有する接合層22が介在している。即ち、接合層22は、Si薄膜層16とコンタクト層44との間に設けられている。Si薄膜層16のSi面とコンタクト層44のGaAs面とを、InAsからなる接合層22を間に介在させ接合することで、Si薄膜層16と接合層22とは、結合強度の強いSi原子とIn原子との結合構造になるため、Si薄膜層16とコンタクト層44とに剥がれは生じ難くなる。   Returning to FIG. 1, between the substrate 10 and the light emitting element 30, for example, a bonding layer 22 made of a thin film layer of InAs and having a thickness of two atomic layers is interposed. That is, the bonding layer 22 is provided between the Si thin film layer 16 and the contact layer 44. By bonding the Si surface of the Si thin film layer 16 and the GaAs surface of the contact layer 44 with the bonding layer 22 made of InAs interposed therebetween, the Si thin film layer 16 and the bonding layer 22 are bonded to each other by Si atoms having a strong bond strength. As a result, the Si thin film layer 16 and the contact layer 44 do not easily peel off.

実施例1に係る半導体装置100は、図1のように、基板10の表面に、発光素子30が貼り合わされた構造をしている。このため、活性層38で発振された光が、基板10に伝搬し、基板10に設けられた導波路20内を導波することが可能となる。したがって、半導体装置100は、光回路として使用することができ、例えば、光の変調器、合波器、または分波器として用いることができる。   The semiconductor device 100 according to Example 1 has a structure in which a light emitting element 30 is bonded to the surface of a substrate 10 as shown in FIG. Therefore, the light oscillated in the active layer 38 propagates to the substrate 10 and can be guided in the waveguide 20 provided on the substrate 10. Therefore, the semiconductor device 100 can be used as an optical circuit, and can be used as, for example, an optical modulator, multiplexer, or duplexer.

図3は、実施例1に係る半導体装置100における、p型GaAs基板32からSi薄膜層16にかけてのエネルギーバンド図の例である。図3のように、InAsからなる接合層22のバンドギャップエネルギーEgaは、活性層38のバンドギャップエネルギーEgbよりも大きい。このため、活性層38で発振される光が、接合層22で吸収されることを抑制することができる。即ち、活性層38が発振する光は、接合層22でほとんど吸収されずに、基板10に伝搬されて、導波路20内を導波することが可能となる。   FIG. 3 is an example of an energy band diagram from the p-type GaAs substrate 32 to the Si thin film layer 16 in the semiconductor device 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the band gap energy Ega of the bonding layer 22 made of InAs is larger than the band gap energy Egb of the active layer 38. For this reason, the light oscillated by the active layer 38 can be suppressed from being absorbed by the bonding layer 22. That is, the light oscillated by the active layer 38 is hardly absorbed by the bonding layer 22 but propagates to the substrate 10 and can be guided in the waveguide 20.

次に、実施例1に係る半導体装置100の製造方法について説明する。図4(a)から図4(c)は、実施例1に係る半導体装置100の製造方法を説明する断面模式図の例である。図4(a)のように、まず、p型GaAs基板32の主面上に、例えばMBE(Molecular Beam Epitaxy)法を用い、下部クラッド層34、スペーサ層36、複数の量子ドットを有する活性層38、スペーサ層40、上部クラッド層42、およびコンタクト層44を順次積層し、積層半導体層46を形成する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 100 according to the first embodiment will be described. FIG. 4A to FIG. 4C are examples of schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the semiconductor device 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 4A, first, on the main surface of the p-type GaAs substrate 32, for example, an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method is used to form a lower cladding layer 34, a spacer layer 36, and an active layer having a plurality of quantum dots. 38, the spacer layer 40, the upper cladding layer 42, and the contact layer 44 are sequentially laminated to form a laminated semiconductor layer 46.

続いて、積層半導体層46の最表面の層であるコンタクト層44の表面に、InAsの複数の量子ドットからなる接合層22を形成する。接合層22の形成は、コンタクト層44の表面とSi薄膜層16のSi面とを接合させた後において、活性層38が発振する光のエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するような接合層22を形成する。接合層22の形成は、例えば2.5分子層厚の成長に相当する量のInAsを供給することで行い、例えば高さが10nmのInAsの量子ドットからなる接合層22を形成する。   Subsequently, the bonding layer 22 composed of a plurality of InAs quantum dots is formed on the surface of the contact layer 44, which is the outermost layer of the laminated semiconductor layer 46. The bonding layer 22 is formed such that, after bonding the surface of the contact layer 44 and the Si surface of the Si thin film layer 16, the bonding layer 22 has a band gap energy larger than the energy of light oscillated by the active layer 38. Form. The bonding layer 22 is formed by supplying, for example, an amount of InAs corresponding to the growth of a 2.5 molecular layer thickness. For example, the bonding layer 22 made of InAs quantum dots having a height of 10 nm is formed.

図4(b)のように、導波路20を有する基板10を準備する。導波路20は、例えばドライエッチング法により、Si薄膜層16を選択的にエッチングすることで形成する。そして、Si薄膜層16のSi表面を、例えばフッ酸を用いて洗浄した後、例えば250℃の温度下で、10kPaの圧力を加えて、コンタクト層44の表面とSi薄膜層16のSi表面とを、接合層22を介在させて接合させる。これにより、量子ドットであった接合層22は、例えば2原子層厚のInAsの薄膜層となる。なお、図4(a)において、2.5分子層厚の成長に相当する量のInAsを供給してInAsの量子ドットからなる接合層22を形成したのに対し、コンタクト層44の表面とSi薄膜層16のSi面とを接合させた後での接合層22は、2原子層厚のInAs薄膜層になったのは、Inがコンタクト層44等に拡散したためである。   As shown in FIG. 4B, a substrate 10 having a waveguide 20 is prepared. The waveguide 20 is formed by selectively etching the Si thin film layer 16 by, for example, a dry etching method. Then, after cleaning the Si surface of the Si thin film layer 16 using, for example, hydrofluoric acid, a pressure of 10 kPa is applied at a temperature of 250 ° C., for example, and the surface of the contact layer 44 and the Si surface of the Si thin film layer 16 are Are bonded with the bonding layer 22 interposed therebetween. As a result, the bonding layer 22 that is a quantum dot becomes, for example, a thin film layer of InAs having a thickness of two atomic layers. In FIG. 4A, an amount of InAs corresponding to the growth of 2.5 molecular layer thickness is supplied to form the bonding layer 22 made of InAs quantum dots, whereas the surface of the contact layer 44 and Si The reason why the bonding layer 22 after bonding the Si surface of the thin film layer 16 is an InAs thin film layer having a diatomic thickness is that In diffused into the contact layer 44 and the like.

図4(c)のように、コンタクト層44の一部が露出するよう、例えばドライエッチング法により、p型GaAs基板32、下部クラッド層34、スペーサ層36、活性層38、スペーサ層40、および上部クラッド層42を選択的にエッチングする。その後、p電極48とn電極50とを形成する。これにより、実施例1に係る半導体装置100が完成する。   As shown in FIG. 4C, the p-type GaAs substrate 32, the lower cladding layer 34, the spacer layer 36, the active layer 38, the spacer layer 40, and the like are formed by dry etching, for example, so that a part of the contact layer 44 is exposed. The upper cladding layer 42 is selectively etched. Thereafter, the p electrode 48 and the n electrode 50 are formed. Thereby, the semiconductor device 100 according to the first embodiment is completed.

このように、実施例1によれば、図4(a)のように、n型GaAs層からなるコンタクト層44の表面に、InAsの複数の量子ドットからなる接合層22を形成する。そして、図4(b)のように、コンタクト層44の表面を、接合層22を介して、Si薄膜層16のSi表面に接合させる。コンタクト層44のGaAs面とSi薄膜層16のSi面とを直接接合させる場合は、Si原子とGa原子との結合強度が弱いことから、容易に剥がれてしまう。しかしながら、実施例1のように、コンタクト層44のGaAs面とSi薄膜層16のSi面とを、InAsの接合層22を介して接合させることで、Si原子とIn原子との結合強度は強いことから、コンタクト層44とSi薄膜層16との接合力が強まり、剥がれが生じ難くなる。つまり、結合強度の強いSi原子とIn原子との結合構造となることで、コンタクト層44と基板10とが剥がれることを抑制できる。   Thus, according to Example 1, as shown in FIG. 4A, the bonding layer 22 made of a plurality of InAs quantum dots is formed on the surface of the contact layer 44 made of an n-type GaAs layer. Then, as shown in FIG. 4B, the surface of the contact layer 44 is bonded to the Si surface of the Si thin film layer 16 via the bonding layer 22. When the GaAs surface of the contact layer 44 and the Si surface of the Si thin film layer 16 are directly bonded, the bonding strength between Si atoms and Ga atoms is weak, and therefore, they are easily peeled off. However, as in Example 1, the bonding strength between Si atoms and In atoms is strong by bonding the GaAs surface of the contact layer 44 and the Si surface of the Si thin film layer 16 through the InAs bonding layer 22. For this reason, the bonding force between the contact layer 44 and the Si thin film layer 16 is increased, and peeling is less likely to occur. That is, the contact layer 44 and the substrate 10 can be prevented from being peeled off by forming a bond structure of Si atoms and In atoms having high bond strength.

また、半導体装置100は、p型GaAs基板32の主面上に形成された光を発振する活性層38を含む積層半導体層46のうちの最表面の層であるコンタクト層44が、コンタクト層44の表面に形成された接合層22を介して、光を導波する導波路20を有する基板10の表面に接合した構造をしている。これにより、活性層38で発振された光が、基板10に伝搬され、基板10に設けられた導波路20内を導波することが可能となる。このことから、図3および図4(a)で説明したように、接合層22は、コンタクト層44の表面とSi薄膜層16のSi面とが接合した後において、活性層38が発振する光のエネルギーよりも大きいバンドギャップを有するような接合層22であることが好ましい。これにより、活性層38が発振する光が、接合層22で吸収されることを抑制でき、光強度の強い光が、基板10に設けられた導波路20内を導波することが可能となる。   In the semiconductor device 100, the contact layer 44, which is the outermost layer of the laminated semiconductor layer 46 including the active layer 38 that oscillates light formed on the main surface of the p-type GaAs substrate 32, is the contact layer 44. The substrate is bonded to the surface of the substrate 10 having the waveguide 20 for guiding light through the bonding layer 22 formed on the surface of the substrate. Thereby, the light oscillated in the active layer 38 is propagated to the substrate 10 and can be guided in the waveguide 20 provided in the substrate 10. Therefore, as described with reference to FIGS. 3 and 4A, the bonding layer 22 is light that the active layer 38 oscillates after the surface of the contact layer 44 and the Si surface of the Si thin film layer 16 are bonded. It is preferable that the bonding layer 22 have a band gap larger than the energy of. As a result, the light oscillated by the active layer 38 can be suppressed from being absorbed by the bonding layer 22, and light having high light intensity can be guided through the waveguide 20 provided in the substrate 10. .

ここで、図5(a)および図5(b)を用いて、InAsの薄膜層である接合層22の厚さとバンドギャップエネルギーとの関係について説明する。図5(a)は、InAs薄膜層がGaAs層に挟まれたInAs量子井戸構造の場合でのエネルギーバンド図の例である。図5(b)は、図5(a)のInAs量子井戸構造において、InAs薄膜層の厚さに対する基底準位でのバンドギャップエネルギーの計算結果を示す図であり、横軸はInAs薄膜層の厚さを原子層厚で表し、縦軸はInAs薄膜層のバンドギャップエネルギーを表している。図5(a)のように、量子井戸に閉じ込められた電子は量子化され、そのエネルギーレベルが上昇して、実効的なバンドギャップエネルギーが大きくなる。図5(b)のように、InAs薄膜層の厚さが薄くなるほど、基底準位でのバンドギャップエネルギーが増大していく。バンドギャップエネルギーが大きい程、InAs薄膜層で吸収される光の波長範囲が狭くなるため、InAs薄膜層での光の吸収を抑える観点からは、InAs薄膜層の厚さは薄い方が好ましいことになる。図5(b)は、InAs薄膜層がGaAs層に挟まれたInAs量子井戸構造でのInAs薄膜層の厚さに対するバンドギャップエネルギーを示しているが、実施例1に係る半導体装置100のように、InAsの薄膜層(接合層22)がGaAs層(コンタクト層44)とSi層(Si薄膜層16)とに挟まれたInAs量子井戸構造であっても、図5(b)と同様の関係が得られると考えられる。   Here, the relationship between the thickness of the bonding layer 22, which is a thin film layer of InAs, and the band gap energy will be described with reference to FIGS. FIG. 5A is an example of an energy band diagram in the case of an InAs quantum well structure in which an InAs thin film layer is sandwiched between GaAs layers. FIG. 5B is a diagram showing a calculation result of the band gap energy at the ground level with respect to the thickness of the InAs thin film layer in the InAs quantum well structure of FIG. 5A, and the horizontal axis represents the InAs thin film layer. The thickness is represented by atomic layer thickness, and the vertical axis represents the band gap energy of the InAs thin film layer. As shown in FIG. 5A, the electrons confined in the quantum well are quantized, the energy level thereof is increased, and the effective band gap energy is increased. As shown in FIG. 5B, the band gap energy at the ground level increases as the thickness of the InAs thin film layer decreases. The larger the band gap energy, the narrower the wavelength range of the light absorbed by the InAs thin film layer. From the viewpoint of suppressing the light absorption in the InAs thin film layer, it is preferable that the thickness of the InAs thin film layer is thinner. Become. FIG. 5B shows the band gap energy with respect to the thickness of the InAs thin film layer in the InAs quantum well structure in which the InAs thin film layer is sandwiched between the GaAs layers. As in the semiconductor device 100 according to the first embodiment, FIG. Even if the InAs quantum well structure in which the InAs thin film layer (bonding layer 22) is sandwiched between the GaAs layer (contact layer 44) and the Si layer (Si thin film layer 16), the same relationship as in FIG. Can be obtained.

したがって、実施例1に係る半導体装置100において、活性層38で発振される光が、接合層22で吸収されることを抑制するには、接合層22は、厚さの薄いInAsの薄膜層である場合が好ましい。例えば、活性層38が、一般的な光通信に用いられる1.3μm帯の波長の光を発振する場合、1.3μm帯の波長の光のエネルギーは0.97eV程度であることから、図5(b)のように、InAsの薄膜層である接合層22の厚さは、5原子層厚以下となる場合が好ましく、3原子層厚以下の場合がより好ましく、2原子層厚以下の場合がさらに好ましい。即ち、活性層38が発振する光の波長が1.3μm帯である場合に、図4(a)で説明した、接合層22の形成において、コンタクト層44の表面とSi薄膜層16のSi面とを接合させた後に、接合層22の厚みが5原子層厚以下となるような量のInAsを供給して接合層22を形成する場合が好ましく、3原子層厚以下となるような量のInAsを供給して接合層22を形成する場合がより好ましく、2原子層厚以下となるような量のInAsを供給して接合層22を形成する場合がさらに好ましい。これにより、活性層38が発振する1.3μm帯の波長の光が、接合層22で吸収されることを抑制できる。   Therefore, in the semiconductor device 100 according to the first embodiment, in order to suppress the light oscillated in the active layer 38 from being absorbed by the bonding layer 22, the bonding layer 22 is a thin InAs thin film layer. Some cases are preferred. For example, when the active layer 38 oscillates light having a wavelength of 1.3 μm band used for general optical communication, the energy of light having a wavelength of 1.3 μm band is about 0.97 eV. As in (b), the thickness of the bonding layer 22 which is an InAs thin film layer is preferably 5 atomic layer thickness or less, more preferably 3 atomic layer thickness or less, and 2 atomic layer thickness or less. Is more preferable. That is, when the wavelength of light oscillated by the active layer 38 is in the 1.3 μm band, the surface of the contact layer 44 and the Si surface of the Si thin film layer 16 in the formation of the bonding layer 22 described with reference to FIG. Are preferably supplied to form the bonding layer 22 by supplying InAs in an amount such that the thickness of the bonding layer 22 is 5 atomic layers or less. The case where the bonding layer 22 is formed by supplying InAs is more preferable, and the case where the bonding layer 22 is formed by supplying an amount of InAs that is less than the thickness of two atomic layers is more preferable. As a result, it is possible to suppress light having a wavelength of 1.3 μm band oscillated by the active layer 38 from being absorbed by the bonding layer 22.

図4(a)のように、コンタクト層44の表面に形成する接合層22は、InAsの複数の量子ドットである場合が好ましい。これにより、図4(b)のように、コンタクト層44の表面をSi薄膜層16のSi面に接合させる際の温度および圧力の調整により、コンタクト層44の表面とSi薄膜層16のSi面とを接合させた後において、接合層22が、活性層38が発振する光のエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するような、厚さの薄いInAsの薄膜層となることを容易に実現できる。   As shown in FIG. 4A, the bonding layer 22 formed on the surface of the contact layer 44 is preferably a plurality of InAs quantum dots. Thus, as shown in FIG. 4B, the surface of the contact layer 44 and the Si surface of the Si thin film layer 16 are adjusted by adjusting the temperature and pressure when the surface of the contact layer 44 is bonded to the Si surface of the Si thin film layer 16. After bonding, the bonding layer 22 can be easily realized as a thin InAs thin film layer having a band gap energy larger than the energy of light oscillated by the active layer 38.

図4(a)のように、コンタクト層44の表面に形成する接合層22は、InAsの量子ドットからなる層である場合を例に説明したが、例えばInAsの薄膜層やInGaAsの薄膜層など、Inを含むIII−V族化合物半導体の薄膜層である場合でもよい。この場合でも、コンタクト層44の表面とSi薄膜層16のSi面とを接合させた場合に、コンタクト層44とSi薄膜層16とが剥がれることを抑制できると共に、活性層38が発振する光の吸収の抑制もできる。しかしながら、コンタクト層44の表面に形成する接合層22をInAsやInGaAs等の薄膜層とすると、薄膜層の表面が凸凹してしまい、コンタクト層44とSi薄膜層16との接合が難しくなる場合がある。このため、コンタクト層44の表面に形成する接合層22は、InAsやInGaAsなどのInを含むIII−V族化合物半導体の複数の量子ドットからなる場合が好ましい。   As shown in FIG. 4A, the bonding layer 22 formed on the surface of the contact layer 44 has been described as an example of a layer made of InAs quantum dots. For example, an InAs thin film layer, an InGaAs thin film layer, or the like is used. A thin film layer of a III-V compound semiconductor containing In may also be used. Even in this case, when the surface of the contact layer 44 and the Si surface of the Si thin film layer 16 are bonded, the contact layer 44 and the Si thin film layer 16 can be prevented from being peeled off, and the active layer 38 can oscillate. Absorption can also be suppressed. However, if the bonding layer 22 formed on the surface of the contact layer 44 is a thin film layer such as InAs or InGaAs, the surface of the thin film layer is uneven, and it may be difficult to bond the contact layer 44 and the Si thin film layer 16. is there. For this reason, it is preferable that the bonding layer 22 formed on the surface of the contact layer 44 is composed of a plurality of quantum dots of III-V group compound semiconductor containing In such as InAs or InGaAs.

活性層38は1.3μm帯の波長の光を発振する場合を例に示したが、例えば1.55μm帯の波長の光を発振する場合等、Siでの吸収係数が低い波長帯であれば、他の波長帯の光を発振する場合でもよい。活性層38が1.55μm帯の波長の光を発振する場合、活性層38で発振する1.55μm帯の波長の光が接合層22で吸収されることを抑制するためには、1.55μm帯の波長の光のエネルギーは0.8eV程度であることから、図5(b)のように、接合層22の厚さは、7原子層厚以下である場合が好ましく、5原子層厚以下である場合がより好ましく、3原子層厚以下である場合がさらに好ましい。   The active layer 38 has been shown as an example in which light having a wavelength of 1.3 μm band is oscillated. For example, when the light having a wavelength of 1.55 μm band is oscillated, the active layer 38 has a low absorption coefficient in Si. Alternatively, light in other wavelength bands may be oscillated. When the active layer 38 oscillates light having a wavelength of 1.55 μm, in order to suppress the light having a wavelength of 1.55 μm that oscillates in the active layer 38 from being absorbed by the bonding layer 22, 1.55 μm. Since the energy of the light having the band wavelength is about 0.8 eV, the thickness of the bonding layer 22 is preferably 7 atomic layers or less, as shown in FIG. Is more preferable, and it is further more preferable that it is 3 atomic layer thickness or less.

活性層38は量子ドット構造である場合を例に示したが、例えば量子井戸構造である場合でもよい。しかしながら、InAsの量子ドット構造を有する活性層38の場合は、例えば450℃の温度に曝されると特性劣化が生じてしまう。このため、活性層38がInAsの量子ドット構造である場合に、実施例1のように、Inを含む接合層22を介在させる場合がより好ましい。これにより、Inの融点が比較的低いことから、低い温度を用いても、コンタクト層44とSi薄膜層16とを強い力で接合させることが可能となり、剥がれの抑制に加えて、特性劣化の抑制も実現できる。   Although the case where the active layer 38 has a quantum dot structure is shown as an example, the active layer 38 may have a quantum well structure, for example. However, in the case of the active layer 38 having an InAs quantum dot structure, the characteristics deteriorate when exposed to a temperature of 450 ° C., for example. For this reason, when the active layer 38 has an InAs quantum dot structure, it is more preferable that the bonding layer 22 containing In is interposed as in the first embodiment. Accordingly, since the melting point of In is relatively low, the contact layer 44 and the Si thin film layer 16 can be bonded with a strong force even when a low temperature is used. Suppression can also be realized.

発光素子30は、GaAs系発光素子である場合を例に示したが、これに限られる訳ではない。Inを含まないIII−V族化合物半導体からなる発光素子であればその他の構造を有する発光素子の場合でもよい。この場合でも、実施例1の発明を適用することで、Inを含まないIII−V族化合物半導体からなる半導体層と基板とが剥がれることを抑制できる。   Although the case where the light emitting element 30 is a GaAs light emitting element has been described as an example, the light emitting element 30 is not limited thereto. A light emitting element having another structure may be used as long as it is a light emitting element made of a group III-V compound semiconductor not containing In. Even in this case, by applying the invention of Example 1, it is possible to prevent the semiconductor layer made of the III-V group compound semiconductor not containing In from peeling off from the substrate.

また、実施例1では、GaAs系発光素子である発光素子30がSOI基板である基板10に貼り合わされる構造の場合を例に説明したが、これに限られる訳ではない。Inを含まないIII−V族化合物半導体からなる半導体層の表面と基板のSi面とを接合させる構造であれば、実施例1に係る発明を適用することで、Inを含まないIII−V族化合物半導体からなる半導体層と基板との剥がれを抑制できる。   In the first embodiment, the case where the light emitting element 30 that is a GaAs light emitting element is bonded to the substrate 10 that is an SOI substrate is described as an example. However, the present invention is not limited to this. If the surface of the semiconductor layer made of a group III-V compound semiconductor not containing In is bonded to the Si surface of the substrate, the invention according to Example 1 can be applied to the group III-V not containing In. Peeling between the semiconductor layer made of a compound semiconductor and the substrate can be suppressed.

実施例2は、実施例1に係る半導体装置100を備える集積基板の例である。図6は、実施例2に係る集積基板の斜視模式図の例である。図6のように、実施例2に係る集積基板200には、Siによるトランジスタを含む電子回路(不図示)が集積されており、さらに、実施例1に係る半導体装置100が集積されている。これにより、半導体装置100による光回路とトランジスタなどによる電子回路との融合がなされている。   The second embodiment is an example of an integrated substrate including the semiconductor device 100 according to the first embodiment. FIG. 6 is an example of a schematic perspective view of an integrated substrate according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, an electronic circuit (not shown) including Si transistors is integrated on the integrated substrate 200 according to the second embodiment, and the semiconductor device 100 according to the first embodiment is further integrated. As a result, the optical circuit formed by the semiconductor device 100 and the electronic circuit formed by a transistor are merged.

実施例3は、実施例1に係る半導体装置100を備える光モジュールの例である。図7は、実施例3に係る光モジュールのブロック図の例である。図7のように、実施例3に係る光モジュール300は、実施例1に係る半導体装置100、光導波部310、光変調部320を有する。半導体装置100から出射された光は、光導波部310を通して光変調部320に導かれる。光変調部320では、入射された光を変調する。変調された光は、光導波部310を通して、光ファイバ結合部330で光結合したシングルモードファイバに入射され、シングルモードファイバ内を伝送する。   The third embodiment is an example of an optical module including the semiconductor device 100 according to the first embodiment. FIG. 7 is an example of a block diagram of an optical module according to the third embodiment. As illustrated in FIG. 7, the optical module 300 according to the third embodiment includes the semiconductor device 100 according to the first embodiment, the optical waveguide unit 310, and the light modulation unit 320. Light emitted from the semiconductor device 100 is guided to the light modulation unit 320 through the optical waveguide unit 310. The light modulator 320 modulates incident light. The modulated light is incident on the single mode fiber optically coupled by the optical fiber coupling unit 330 through the optical waveguide unit 310 and is transmitted through the single mode fiber.

実施例4は、実施例3に係る光モジュール300を備えた光通信装置の例である。図8(a)は、実施例4に係る光通信装置のブロック図の例である。図8(a)のように、実施例4に係る光通信装置400は、送信部として機能する実施例3に係る光モジュール300、受信部410、制御部420を有する。光モジュール300は、制御部420からの送信データ信号を光に変換して出射する。出射された光はシングルモードファイバに入射され、シングルモードファイバ内を伝送する。受信部410は、シングルモードファイバ内を伝送してきた光を受光し、受信データとして制御部420に出力する。   The fourth embodiment is an example of an optical communication device including the optical module 300 according to the third embodiment. FIG. 8A is an example of a block diagram of an optical communication apparatus according to the fourth embodiment. As illustrated in FIG. 8A, the optical communication device 400 according to the fourth embodiment includes the optical module 300 according to the third embodiment that functions as a transmission unit, a reception unit 410, and a control unit 420. The optical module 300 converts the transmission data signal from the control unit 420 into light and emits it. The emitted light enters the single mode fiber and is transmitted through the single mode fiber. The receiving unit 410 receives light transmitted through the single mode fiber and outputs the received data to the control unit 420 as received data.

図8(b)は、実施例4に係る光通信装置400を備えた光通信システムのブロック図の例である。図8(b)のように、光通信システム500は、第1の光通信装置400aと第2の光通信装置400bを有する。第1の光通信装置400aは、光モジュール300a、受信部410a、制御部420aを有する。第2の光通信装置400bは、光モジュール300b、受信部410b、制御部420bを有する。例えば、第1の光通信装置400aの光モジュール300aが、制御部420aからの送信データ信号を光に変換して出射すると、出射された光はシングルモードファイバ510内を伝送し、第2の光通信装置400bの受信部410bで受光される。受信部410bで光を受光すると、受信データが制御部420bに出力される。同様に、第2の光通信装置400bの光モジュール300bが、制御部420bからの送信データ信号を光に変換して出射すると、出射された光はシングルモードファイバ510内を伝送し、第1の光通信装置400aの受信部410aで受光される。受信部410aで光を受光すると、受信データが制御部420aに出力される。これにより、第1の光通信装置400aと第2の光通信装置400bとの間でデータ通信を行うことができる。   FIG. 8B is an example of a block diagram of an optical communication system including the optical communication apparatus 400 according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 8B, the optical communication system 500 includes a first optical communication device 400a and a second optical communication device 400b. The first optical communication device 400a includes an optical module 300a, a receiving unit 410a, and a control unit 420a. The second optical communication device 400b includes an optical module 300b, a receiving unit 410b, and a control unit 420b. For example, when the optical module 300a of the first optical communication apparatus 400a converts the transmission data signal from the control unit 420a into light and emits the light, the emitted light is transmitted through the single mode fiber 510, and the second light Light is received by the receiving unit 410b of the communication device 400b. When light is received by the reception unit 410b, reception data is output to the control unit 420b. Similarly, when the optical module 300b of the second optical communication device 400b converts the transmission data signal from the control unit 420b into light and emits it, the emitted light is transmitted through the single mode fiber 510, and the first Light is received by the receiving unit 410a of the optical communication device 400a. When light is received by the reception unit 410a, reception data is output to the control unit 420a. Thereby, data communication can be performed between the first optical communication device 400a and the second optical communication device 400b.

図8(b)のように、第1の光通信装置400aと第2の光通信装置400bとの間でシングルモードファイバ510を用いてデータ通信を行う光通信システム500は、FTTH(Fiber To The Home)や光通信基幹網に用いられる場合が好ましい。また、シングルモードファイバ510を用いずに、第1の光通信装置400aと第2の光通信装置400bとが、空間に出射した光を受光することでデータ通信を行う場合でもよい。この場合、第1の光通信装置400aと第2の光通信装置400bとは、例えばパーソナルコンピュータとすることができ、また、第1の光通信装置400aおよび第2の光通信装置400bの一方はパーソナルコンピュータとし、他方は携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器やプロジェクタとしてもよい。   As shown in FIG. 8B, an optical communication system 500 that performs data communication using a single mode fiber 510 between a first optical communication apparatus 400a and a second optical communication apparatus 400b is an FTTH (Fiber To The Home) and an optical communication backbone network are preferable. Alternatively, the first optical communication device 400a and the second optical communication device 400b may perform data communication by receiving light emitted into the space without using the single mode fiber 510. In this case, the first optical communication device 400a and the second optical communication device 400b can be personal computers, for example, and one of the first optical communication device 400a and the second optical communication device 400b is A personal computer may be used, and the other may be an electronic device such as a mobile phone, a digital camera, or a video camera, or a projector.

以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

10 基板
12 Si支持基板
14 埋め込みSiO2膜
16 Si薄膜層
18 空洞部
20 導波路
22 接合層
30 発光素子
32 p型GaAs基板
34 下部クラッド層
36 スペーサ層
38 活性層
40 スペーサ層
42 上部クラッド層
44 コンタクト層
46 積層半導体層
48 p電極
50 n電極
52 ドット層
54 量子ドット
56 InGaAs層
58 アンドープGaAs層
60 p型GaAs層
62 アンドープGaAs層
64 バリア層
100 半導体装置
200 集積基板
300 光モジュール
310 光導波部
320 光変調部
330 光ファイバ結合部
400 光通信装置
410 受信部
420 制御部
500 光通信システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 12 Si support substrate 14 Embedded SiO2 film 16 Si thin film layer 18 Cavity 20 Waveguide 22 Bonding layer 30 Light emitting element 32 p-type GaAs substrate 34 Lower clad layer 36 Spacer layer 38 Active layer 40 Spacer layer 42 Upper clad layer 44 Contact Layer 46 laminated semiconductor layer 48 p electrode 50 n electrode 52 dot layer 54 quantum dot 56 InGaAs layer 58 undoped GaAs layer 60 p-type GaAs layer 62 undoped GaAs layer 64 barrier layer 100 semiconductor device 200 integrated substrate 300 optical module 310 optical waveguide unit 320 Optical modulation unit 330 Optical fiber coupling unit 400 Optical communication device 410 Reception unit 420 Control unit 500 Optical communication system

Claims (11)

Inを含まないIII−V族化合物半導体からなる半導体層の表面に、Inを含む接合層を形成する工程と、
前記半導体層の表面を、前記接合層を介して、基板のSi面に接合させる工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a bonding layer containing In on a surface of a semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor not containing In;
Bonding the surface of the semiconductor layer to the Si surface of the substrate through the bonding layer.
前記半導体層は、III−V族化合物半導体基板の主面上に形成された光を発振する活性層を含む積層半導体層のうちの最表面の半導体層であり、
前記基板は、前記活性層が発振する光を導波する導波路を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor layer is a semiconductor layer on the outermost surface of a laminated semiconductor layer including an active layer that oscillates light and is formed on a main surface of a group III-V compound semiconductor substrate,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate has a waveguide for guiding light oscillated by the active layer.
前記接合層を形成する工程は、前記半導体層の表面と前記基板のSi面とを接合させた後において、前記活性層が発振する光のエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するような前記接合層を形成することを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。   The step of forming the bonding layer includes the bonding layer having a band gap energy larger than the energy of light oscillated by the active layer after bonding the surface of the semiconductor layer and the Si surface of the substrate. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein: 前記接合層を形成する工程は、Inを含むIII−V族化合物半導体の複数の量子ドットからなる前記接合層を形成することを特徴とする請求項2または3記載の半導体装置の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the step of forming the bonding layer includes forming the bonding layer including a plurality of quantum dots of a group III-V compound semiconductor containing In. 前記接合層を形成する工程は、InAsの複数の量子ドットからなる前記接合層を形成することを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the step of forming the bonding layer includes forming the bonding layer including a plurality of InAs quantum dots. 前記接合層を形成する工程は、前記活性層が発振する光の波長が1.3μm帯である場合に、前記半導体層の表面と前記基板のSi面とを接合させた後において、前記接合層の厚みが5原子層厚以下となるような量のInAsを供給することで、前記接合層を形成することを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。   The step of forming the bonding layer includes the step of bonding the surface of the semiconductor layer and the Si surface of the substrate after the wavelength of light oscillated by the active layer is in the 1.3 μm band. 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the bonding layer is formed by supplying an amount of InAs such that the thickness of the bonding layer becomes 5 atomic layers or less. III−V族化合物半導体基板の主面上に設けられた光を発振する活性層を含む積層半導体層のうちの最表面の層であり、Inを含まないIII−V族化合物半導体からなる半導体層と、
前記半導体層の表面に設けられ、前記活性層が発振する光のエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する、Inを含む接合層と、
前記活性層が発振する光を導波する導波路を有し、前記接合層を介して、前記半導体層の表面にSi面が接合した基板と、を具備することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor layer made of a group III-V compound semiconductor that does not contain In and is the outermost layer of a laminated semiconductor layer including an active layer that oscillates light provided on the main surface of a group III-V compound semiconductor substrate When,
A bonding layer containing In provided on the surface of the semiconductor layer and having a band gap energy larger than the energy of light oscillated by the active layer;
A semiconductor device comprising: a substrate having a waveguide for guiding light oscillated by the active layer, and a Si surface bonded to a surface of the semiconductor layer through the bonding layer.
前記接合層はInAs薄膜層であり、前記活性層が発振する光の波長は1.3μm帯であり、前記接合層の厚みは5原子層厚以下であることを特徴とする請求項7記載の半導体装置。   The said joining layer is an InAs thin film layer, The wavelength of the light which the said active layer oscillates is a 1.3 micrometer zone | band, The thickness of the said joining layer is 5 atomic layer thickness or less, It is characterized by the above-mentioned. Semiconductor device. 請求項7または8記載の半導体装置を含むことを特徴とする集積基板。   An integrated substrate comprising the semiconductor device according to claim 7. 請求項7または8記載の半導体装置を含むことを特徴とする光モジュール。   An optical module comprising the semiconductor device according to claim 7. 請求項7または8記載の半導体装置を含むことを特徴とする光通信装置。   An optical communication device comprising the semiconductor device according to claim 7.
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