JP2018046258A - 光集積回路装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率のよい光集積回路装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】支持基板２のクラッド層２ｂ上に、レーザダイオード５、光変調器６に対応したＩＩＩ−Ｖ族半導体又はＧｅを含む半導体基板をそれぞれ貼付し、これら半導体基板からレーザダイオード５、光変調器６を形成する。クラッド層２ｂ上にシリコンを堆積させてアモルファスシリコン層を形成する。このアモルファスシリコン層をエッチングすることによって、レーザダイオード５、光変調器６が光を射出し、また入射する端面５ａ、６ａ、６ｂに端部が結合した光導波路８，９を形成する。【選択図】図４

Description

本発明は、光集積回路装置及びその製造方法に関する。

レーザダイオードや光変調器、受光器などの半導体光素子や種々の光導波路を基板上に集積した光集積回路装置は光通信技術の進展に伴いますます重要性を増している。このような光集積回路装置では、Si-on-Insulator（以下ＳＯＩという。）基板が用いられることが多く、Ｓｉフォトニクス技術が注目されている。半導体光素子としては、レーザダイオード、屈折率や光の透過強度を制御する光変調器、受光器（フォトダイオード）等が挙げられる。

上記のＳｉフォトニクス技術では、シリコンからなる光導波路の上に半導体光素子を構成する半導体を貼り付けたハイブリッド構造が知られている（例えば、非特許文献１、参照）。非特許文献１では、ＳＯＩ基板のシリコン層に光導波路が形成され、その光導波路の上にＭＱＷ（multi quantum well：多重量子井戸）構造の活性層を含む各種ＩＩＩ−Ｖ族半導体を積層した構造のレーザダイオードが記載されている。

A. W. Fang, H. Park, O. Cohen, R. Jones, M. J. Paniccia, and J. E. Bowers, "Electrically pumped hybrid AlGaInAs-silicon evanescent laser," Opt. Express, vol. 14, no. 20, p. 9203, 2006.

上記のようにＳＯＩ基板のシリコン層に形成した光導波路の上にＩＩＩ−Ｖ族半導体を積層した構造では、ＩＩＩ−Ｖ族半導体への光閉じ込め効果が小さい。このため、レーザダイオードにおける誘導放出が小さく、レーザ光を出力するために多くの電流が必要となり、レーザダイオードの発光効率が悪かった。また、例えば、シリコンの導波路の上に半導体層を積層した構造の光変調器では、導波路から染み出した光の一部に変調を行うため、変調効率が悪い。このように、ＳＯＩ基板のシリコン層に形成した光導波路の上に半導体層を設けた構造の半導体光素子は効率が悪く、結果として光集積回路装置の効率が悪いという問題があった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、効率のよい光集積回路装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の光集積回路装置は、表面にクラッド層を有する支持基板と、ＩＩＩ−Ｖ族半導体又はＧｅを含む半導体の能動光導波路がクラッド層上に設けられ、支持基板の表面に対して起立した素子端面に光の入射部または射出部を有する半導体光素子と、クラッド層上に設けられるとともに、一端が素子端面に光学的に結合され、支持基板の表面に沿って延びるシリコンの受動光導波路とを備え、クラッド層は、能動光導波路及び受動光導波路よりも屈折率が低いものである。

また、本発明の光集積回路装置の製造方法は、支持基板の表面に設けられたクラッド層上に、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板またはＧｅを含む半導体基板を貼り合わせる貼付工程と、半導体基板から、支持基板の表面に対して起立した素子端面に光の入射部または射出部が設けられた半導体光素子を形成する光素子形成工程と、貼付工程を経た支持基板にシリコン層を形成する工程を含み、シリコン層から、一端が光素子の素子端面に光学的に結合された受動光導波路を形成する光導波路形成工程とを有するものである。

本発明の光集積回路装置によれば、能動光導波路及び受動光導波路よりも屈折率が低いクラッド層上に半導体光素子のＩＩＩ−Ｖ族半導体又はＧｅを含む半導体の能動光導波路を設けて半導体光素子の効率を高めるとともに、この半導体光素子の素子端面に支持基板の表面に沿って延びるシリコンの光導波路の一端を結合したから、光集積回路装置の効率がよくなる。

本発明の光集積回路装置の製造方法によれば、支持基板に貼り合わせたＩＩＩ−Ｖ族半導体又はＧｅを含む半導体基板から半導体光素子を形成し、支持基板の表面に対して起立し、光の入射部または射出部が設けられた素子端面に一端を結合させてシリコンからなる受動光導波路を形成するので、ＩＩＩ−Ｖ族半導体構造又はＧｅを含む半導体構造の半導体光素子を有する光集積回路装置を容易に製造することができる。

本発明を実施した光集積回路装置の外観を示す斜視図である。 図１の切断線B-B’におけるレーザダイオードの断面図である。 図１の切断線C-C’における光変調器の断面図である。 図１の切断線A-A’における光集積回路の断面図である。 支持基板に半導体基板を貼り付ける工程を示す説明図である。 支持基板上のアモルファスシリコン層の形成状態を示す説明図である。 マスクを用いて半導体基板をエッチングする状態を示す説明図である。 高濃度のｐドープによってコンタクト層を形成する状態を示す説明図である。 高濃度のｎドープによってコンタクト層を形成する状態を示す説明図である。 複数の光集積回路を設けた光集積回路装置の外観を示す斜視図である。 図１０の切断線D-D’における受光器の断面図である。 別の構造のレーザダイオードを示す断面図である。 別の構造の光変調器を示す断面図である。 素子端面を傾斜面とする工程を示す説明図である。

図１において、本発明を実施した光集積回路装置１は、支持基板２に形成された光集積回路３を有している。支持基板２は、基板本体２ａと、この基板本体２ａの表面に形成されたクラッド層２ｂとから構成される。基板本体２ａは、例えば、Ｓｉ（シリコン）製であり、その表面が酸化されることによって酸化シリコン（Ｓｉ０_２）からなるクラッド層２ｂが形成されている。なお、光集積回路３の表面は、保護膜４（図２参照）で覆われているが、図１では、その図示を省略している。

支持基板２は、クラッド層２ｂ及びその上に形成される各種半導体光素子、光導波路を支持する部材であり、その表面にクラッド層２ｂを有するものであれば、材料は特に限定されない。クラッド層２は、絶縁性を有し、クラッド層として機能、すなわち透明であって受動光導波路、半導体光素子の光能動光導波路よりも屈折率が低いものであれば、酸化シリコンに限定されない。クラッド層２として、例えばアルミナ、窒化シリコン、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ等の透明半導体、ワイドギャップ半導体等で形成してもよい。本実施形態のように、酸化シリコンからなるクラッド層２ｂは、半導体光素子に用いるＩＩＩ−Ｖ族半導体またはＧｅを含む半導体に対して屈折率が十分に低いので、半導体光素子の能動光導波路に極めて高い光閉じ込め効果を持たせる上で有用である。

光集積回路３は、レーザダイオード５から出力されるレーザ光を光変調器６で変調し、その変調されたレーザ光を光出力部７から外部に出力するものである。光集積回路３のレーザダイオード５と光変調器６の間、光変調器６と光出力部７の間には、受動光導波路としての光導波路８、９が設けられている。

レーザダイオード５は、後述するようにクラッド層２ｂ上に貼り付けた半導体基板を加工した半導体部１１と、駆動電圧を印加するための電極１２ａ、１２ｂとを有し、同様に、光変調器６は、半導体基板を加工した半導体部１３と、駆動電圧を印加するための電極１４ａ、１４ｂとを有している。半導体光素子としてのレーザダイオード５、光変調器６を構成する半導体部１１、１３は、クラッド層２ｂ上に貼り付けられた別々の半導体基板から形成される。

レーザダイオード５、光変調器６等の半導体光素子を形成する半導体基板としては、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、またはＧｅを含む半導体からなるものが用いられる。ＩＩＩ−Ｖ族半導体としては、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＰの他に、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、ＩｎＧａＳｂ等が挙げられる。Ｇｅを含む半導体としては、ＧｅやＳｉＧｅ等が挙げられる。

光導波路８は、レーザダイオード５からのレーザ光を光変調器６に伝送する。また、光導波路９は、光変調器６で変調されたレーザ光を光変調器６から光出力部７に伝送する。光導波路８、９は、アモルファスシリコンで形成されており、レーザダイオード５と光変調器６との間に支持基板２の表面に沿って帯状にそれぞれ設けられている。この例では、レーザダイオード５と光出力部７とを結ぶ直線的な光導波方向に沿って、光導波路８、９が直線的に設けられているが、湾曲した形状でもよい。光出力部７は、光導波路９と一体にアモルファスシリコンで形成された回折格子結合器であり、光導波路９からの光を外部へ出力する。

光導波路８、９は、アモルファスシリコンからなるが、ポリシリコンや単結晶のシリコンであってもよいが、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法等を用いて容易に作製できる点、光閉じ込めの強い点からアモルファスシリコンとすることが好ましい。

図２にレーザダイオード５の一例を示すように、半導体部１１は、クラッド層２ｂ上に設けられており、下部クラッド層２１、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸（MQW：multi quantum well）構造の活性層２２、上部クラッド層２３を積層した半導体構造を有している。半導体部１１は、活性層２２及び上部クラッド層２３の部分が下部クラッド層２１よりも突出した形状となっている。この突出した部分の活性層２２及び上部クラッド層２３と、その直下の下部クラッド層２１によってレーザダイオード５の内部の能動光導波路が構成される。下部クラッド層２１は、例えばＩｎＧａＡｓＰからなり、上部クラッド層２３は、ＩｎＰからなる。このように、レーザダイオード５は、酸化シリコンからなるクラッド層２ｂ上にＩＩＩ−Ｖ族半導体で能動光導波路が形成されており、その能動光導波路に対してクラッド層２ｂの屈折率が十分に低いので、能動光導波路において強い光閉じ込め効果が得られる。このため、レーザダイオード５は、誘導放出が大きく発光効率が高くなる。したがって、小さな駆動電流で大きな出力が得られるとともに、小型化を図る上で有利となる。なお、下部クラッド層２１、上部クラッド層２３は、ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓＰのいずれでもよい。

下部クラッド層２１の光導波方向と直交する幅方向（図２の左右方向）の両端に、コンタクト層２５ａ、２５ｂが設けられている。コンタクト層２５ａ上に電極１２ａが、コンタクト層２５ｂ上に電極１２ｂがそれぞれ設けられている。コンタクト層２５ａは、下部クラッド層２１のＩｎＧａＡｓＰを高濃度にｐドープしたものであり、コンタクト層２５ｂは、下部クラッド層２１のＩｎＧａＡｓＰを高濃度にｎドープしたものである。

上記レーザダイオード５は、電極１２ａ、１２ｂに対して、駆動電圧が印加されることによって活性層２２に電子とホールが注入されることで発光し、レーザ光を出力する。レーザダイオード５の支持基板２の表面に対して起立した各端面のうち、光変調器６に向いた端面５ａ（図４参照）からレーザ光が射出される。すなわち、端面５ａは、レーザ光を射出する射出部を有する素子端面である。なお、レーザダイオード５では、高濃度にｐドープしたコンタクト層２５ａ側の電極１２ａがプラス電位となるように駆動電圧を印加する。

図３に光変調器６の一例を示すように、半導体部１３は、クラッド層２ｂ上に設けられた半導体構造を有し、ｐ型半導体層３１とｎ型半導体層３２との接合構造になっている。ｐ型半導体層３１とｎ型半導体層３２とで光変調器６の内部の能動光導波路が構成されている。接合構造を含む中央部は、突出した形状となっている。ｐ型半導体層３１とｎ型半導体層３２は、例えばＩｎＰをｐドープ、ｎドープしたものである。また、幅方向におけるｐ型半導体層３１の端部には、高濃度にｐドープしたコンタクト層３４ａが、またｎ型半導体層３２の端部には、高濃度にｎドープしたコンタクト層３４ｂがそれぞれ設けられている。なお、ｐ型半導体層３１とｎ型半導体層３２としては、ＩｎＰの他、ＩｎＧａＡｓＰ等のＩＩＩ−Ｖ族半導体やＳｉＧｅ、Ｇｅ等の半導体を用いたｐｎ接合構造のものであってもよい。

上記のように構成される光変調器６は、空乏型光変調器であり、駆動電圧に応じて、ｐ型半導体層３１とｎ型半導体層３２の境界の空乏層の幅を変化させて、キャリア濃度を変化させる。これにより、光変調器６の内部の光導波路の屈折率が変化することで、伝搬する光の位相に変調がかかる。なお、駆動電圧は、逆バイアス電圧となるように光変調器６に印加される。

光変調器６は、ｐ型半導体層３１とｎ型半導体層３２の接合面が光導波方向と平行となる姿勢に設けられている。このように配置された光変調器６は、その各端面のうちレーザダイオード５に向いた端面６ａが変調すべき光を内部に入射する入射部を有する素子端面となり、端面６ａ（図４参照）と反対側の端面６ｂ（図４参照）が変調した光を外部に射出する射出部を有する素子端面となる。

上記のように、光変調器６は、酸化シリコンからなるクラッド層２ｂ上にＩＩＩ−Ｖ族半導体またはＧｅを含む半導体で能動光導波路が形成されており、その能動光導波路に対してクラッド層２ｂの屈折率が十分に低いので、能動光導波路において強い光閉じ込め効果が得られる。このことから、光変調器６における屈折率変化部や吸収変化部と入射されたレーザ光の重なりが大きくなり変調効率が高くなる。そして、変調効率が高いため、光変調器６の小型化を図る上で有利となる。

図４に示すように光導波路８、９は、クラッド層２ｂ上にそれぞれ設けられている。光導波路８は、光導波方向の一端がレーザダイオード５の端面５ａに結合されており、他端が光変調器６の端面６ａに結合されている。また、光導波路９は、その一端が光変調器６の端面６ｂに結合されており、他端が光出力部７の入力面７ａに結合されている。このようにレーザダイオード５、光変調器６と、光導波路８，９は、端面同士を結合させた突き合わせ接続構造になっている。これにより、レーザダイオード５の端面５ａから出力されるレーザ光は、光導波路８に入射し、光導波路８を通って光変調器６の端面６ａから光変調器６内に入射する。光変調器６内に入射したレーザ光は、光変調器６内を通過する際に変調され、その変調されたレーザ光が端面６ｂから出力される。端面６ｂから出力されるレーザ光は、光導波路９に入射し、光導波路９を通って光出力部７の入力面７ａから光出力部７内に入射する。光出力部７内に入射したレーザ光は、光出力部７の回折格子の作用で外部に出力される。なお、図４では、保護膜４の図示を省略している。

次に上記光集積回路装置１の作製手順について説明する。光集積回路装置１は、下記第１〜第７工程により作製される。なお、下記に説明する光集積回路装置１の作製手順は一例であり、これに作製手順を限定するものではない。

第１工程では、図５に示すように、予め用意された支持基板２のクラッド層２ｂ上のレーザダイオード５、光変調器６を形成すべき領域に、半導体部１１、１３の元となる半導体基板１１Ａ、１３Ａを貼付することによって、クラッド層２ｂ上に半導体部１１Ｂ、１３Ｂを形成する。半導体基板１１Ａは、半導体部１１と同じ積層構造、すなわち下部クラッド層２１、活性層２２、上部クラッド層２３を積層したものであり、同じ積層構造を有する半導体部１１Ｂがクラッド層２ｂ上に形成される。一方、半導体基板１３Ａとしては、上記のように半導体部１３がＩｎＰをドープした構成とした場合では、アンドープのＩｎＰからなる基板が用いられ、ＩｎＰからなる半導体部１３Ｂがクラッド層２ｂ上に形成される。

半導体基板１１Ａ、１３Ａを支持基板２に貼り合わせるには、例えば表面活性化常温接合法を用いることができる。すなわち、常温下の真空中において、支持基板２の表面すなわちクラッド層２ｂと半導体基板１１Ａ、１３Ａの各表面を、例えばＡｒ(アルゴン)ガスをそれぞれ照射することで活性化してから、半導体基板１１Ａ、１３Ａの各表面をクラッド層２ｂの表面に密着させた状態で押圧する。これにより、クラッド層２ｂと半導体基板１１Ａ、１３Ａとの各表面の原子の結合手同士が直接結合し、クラッド層２ｂ上に固定された半導体部１１Ｂ、１３Ｂが形成される。なお、半導体基板１１Ａ、１３Ａと、支持基板２の表面にそれぞれＡｌ_２Ｏ_３層を原子層堆積法により堆積して、Ａｌ_２Ｏ_３層同士の表面で貼り合わせしてもよい。この場合、室温大気中で貼り合わせた後、加圧加熱（200℃から300℃程度）することで貼り合わせることができる。

上記のようにレーザダイオード５や光変調器６の半導体光素子を形成すべき支持基板２の各領域にそれぞれ半導体基板を貼り付ければよいから、大口径の支持基板２を用いる場合であっても、半導体光素子の元となる半導体基板は小片のものとすることができる。したがって、半導体光素子の元となる半導体基板の大口径化が難しい場合であっても、大口径の支持基板２に多数の半導体光素子、光集積回路、光集積回路装置を作製することが可能である。また、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を積層した半導体基板１１ＡとＩｎＰからなる半導体基板１３Ａのように、材料や積層構造等が異なる複数の半導体基板をそれぞれ支持基板２の任意の位置に貼り合わせることができる。このため、各々の半導体光素子を最適な材料や積層構造で任意の位置に作製することができる。さらには、結晶成長によりＳＯＩ基板にＧｅの半導体部を形成する場合、結晶欠陥が問題となるが、貼り合わせであれば良好な結晶構造を有するＧｅの半導体部を形成可能である。

第２工程では、図６に示すように、クラッド層２ｂ上に光導波路８，９及び光出力部７となるアモルファスシリコン層４１を形成する。このアモルファスシリコン層４１の形成は、例えば、ＣＶＤ法によりＳｉをクラッド層２ｂの表面に堆積してから、化学機械研磨（CMP；Chemical Mechanical Polishing）により、その表面を平坦化する。アモルファスシリコン層４１は、半導体部１１Ｂと、半導体部１３Ｂとの間にも形成される。

続く第３工程では、半導体部１１Ｂ、１３Ｂの電極形成予定領域の厚みを薄くするとともに、光出力部７の回折格子の溝７ｂ（図１参照）を形成するために、所定パターンのマスク４３を用いてドライエッチングを行う。マスクのパターンとしては、図７に示すように、半導体部１１Ｂの領域では、電極形成予定領域が開口し、それ以外の領域を覆うパタ−ンになっている。半導体部１３Ｂの領域についても同様であり、電極形成予定領域が開口し、それ以外の領域を覆うパタ−ンになっている。一方、アモルファスシリコン層４１の領域では、光出力部７の回折格子の溝７ｂ以外の領域と、光導波路８、９の形成予定領域を覆うパターンになっている。

ドライエッチングによる半導体部１１Ｂ、１３Ｂ、アモルファスシリコン層４１の各エッチレートを適宜調整することによって、半導体部１１Ｂ、１３Ｂの電極形成予定領域を所望の厚みとし、また所望とする深さの回折格子の溝７ｂを形成する。なお、第３工程及び下記の工程で用いるマスクとしては、例えば一般的なフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングしたシリコン酸化膜を用いればよい。

上記第３工程により、半導体部１１Ｂは、その幅方向の両端で活性層２２及び上部クラッド層２３がそれぞれエッチングされて、下部クラッド層２１が所定の厚さに残った形状になる。また、半導体部１３Ｂは、幅方向の両端がそれぞれエッチングされることで、中央部が突出した形状になる。

第４工程では、クラッド層２ｂ上の各半導体部１１Ｂ、１３Ｂ、光導波路８、９及び光出力部７の形成予定領域を覆うパターンのマスクを用いて、アモルファスシリコン層４１をドライエッチングする。これにより、アモルファスシリコン層４１から不要な部分が取り除かれて、光導波路８、９と光出力部７とが所定形状に形成される。光導波路８、９は、支持基板２の表面に沿って延びており、図４に示されるように、光導波路８は、その両端を半導体部１１Ｂの端面５ａと半導体部１３Ｂの端面６ａとに結合し、光導波路９は、その両端を半導体部１３Ｂの端面６ｂと光出力部７の入力面７ａとに結合した形状になる。

第５工程では、イオン注入とアニール処理とにより、レーザダイオード５のコンタクト層２５ａ、２５ｂと、光変調器６の各半導体層３１、３２及びコンタクト層３４ａ、３４ｂを形成する。例えば、コンタクト層２５ａ、２５ｂを形成する場合、図８に示すように、半導体部１１Ｂのコンタクト層２５ａの形成予定領域だけを露出させるレジストマスク４４を形成し、露出した下部クラッド層２１の領域にＢｅ，Ｍｇ等の不純物を高濃度でイオン注入する。そして、レジストマスク４４の除去後、アニール処理を行う。これにより、下部クラッド層２１の一端に高濃度にｐドープしたコンタクト層２５ａが形成される。

コンタクト層２５ａの形成後、図９に示すように、半導体部１１Ｂのコンタクト層２５ｂの形成予定領域だけを露出させるレジストマスク４５を形成し、露出した下部クラッド層２１の領域にＳｉ等の不純物を高濃度でイオン注入する。そして、レジストマスク４５の除去後、アニール処理を行う。これにより、下部クラッド層２１のもう一方の一端に高濃度にｎドープしたコンタクト層２５ｂが形成される。

光変調器６となる半導体部１３Ｂに対しては、レジストマスクのパターン変えながら、イオン注入によるｎドープ、ｐドープ、高濃度のｎドープ、ｐドープ、高濃度のｐドープと、アニール処理を行うことによって、ｐ型半導体層３１、ｎ型半導体層３２とコンタクト層３４ａ、３４ｂを形成する。

上記のようにコンタクト層２５ａ、２５ｂと、光変調器６の各半導体層３１、３２及びコンタクト層３４ａ、３４ｂを形成することで、レーザダイオード５の半導体部１１、光変調器６の半導体部１３が作製される。

なお、不純物は、半導体に応じたものを適宜に選択して用いることができる。半導体部１３Ｂに対するドープをする場合で、例えば、ＩｎＰに対するｎドープを行うときには、不純物としてはＳｉ等を、またｐドープを行うときには、不純物としてはＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎ等を用いればよい。また、ＳｉＧｅやＧｅからなる半導体をｐドープする場合には、不純物としてＢ（ホウ素）を、またｎドープする場合には、不純物としてＰ，Ａｓを用いることができる。

第６工程では、例えばＣＶＤ法により、ＳｉＯ_２を堆積することによって、各半導体部１１、１３、光出力部７、光導波路８、９、及びこれらが形成されていないクラッド層２ｂの表面を覆うように保護膜４を形成する。保護膜４は、化学機械研磨（CMP；Chemical Mechanical Polishing）により、その表面を平坦化することも可能である。

第７工程では、所定のパターンのレジストマスクを用いたドライエッチングにより、コンタクト層２５ａ、２５ｂの上方、及びコンタクト層３４ａ、３４の上面の保護膜４それぞれ除去する。この後に、レジストマスクを残した状態で、例えばスパッタリングによりＡｕ（金）を堆積させることで、電極１２ａ、１２ｂ、及び電極１４ａ、１４ｂを形成する。この後に、レジストマスクとともにその上に堆積されたＡｕが除去される。

以上のようにして、支持基板２上に、光導波路８、９によって、レーザダイオード５と光変調器６、光変調器６と光出力部７とを繋いだ光集積回路３が形成される。なお、上記第３工程、第５工程及び第７工程が半導体光素子を形成する光素子形成工程であり、第２工程及び第４工程が光導波路を形成する光導波路形成工程である。

上記の例では、１つの光集積回路だけを支持基板上に設けているが複数の光集積回路を支持基板上に設けてもよい。例えば、図１０に示す光集積回路装置６１は、光集積回路３の他に光集積回路６３を支持基板２上に形成している。なお、以下に詳細を説明する他は、上記の図１に示す例と同様であり、実質的に同じ部材には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

光集積回路６３は、光出力部７と同様な構造を持つ回折格子結合器からなる光入力部６４と、受光した光の強度に応じた電流を流す受光器６５とを光導波路６６で結合したものである。この光集積回路６３は、光入力部６４から入力される外部からの光、例えばレーザ光を光導波路６５を介して受光器６６に入射させる。光入力部６４は、光導波路６６と一体にアモルファスシリコンで形成されている。光導波路６６は、アモルファスシリコンからなり、光入力部６４と受光器６５との間に、支持基板２の表面に沿って帯状に設けられている。

半導体光素子としての受光器６５は、半導体基板を加工した半導体部７１と、逆バイアス電圧が印加されて光導波路１３からの受光した光の強度に応じた電流を流す一対の電極７２ａ、７２ｂとを有している。レーザダイオード５、光変調器６及び半導体部７１の元となる半導体基板は、クラッド層２ｂ上に貼り付けられた別々の半導体基板から形成されている。

図１１に一例を示すように、受光器６５の半導体部７１は、クラッド層２ｂ上に設けられており、能動光導波路としての吸収層７２を有している。吸収層７２は、アンドープの例えばＩｎＧａＡｓやＧｅ等の半導体からなり、クラッド層２ｂ上に形成されている。また、受光器６５は、ＰＩＮ型のものであり、幅方向における吸収層７２の両端に高濃度にｐドープしたコンタクト層７５ａと、高濃度にｎドープしたコンタクト層７５ｂがそれぞれ設けられている。コンタクト層７５ａ、７５ｂの上部には電極７２ａ、７２ｂが設けられている。

コンタクト層７３ａ、７３ｂは、吸収層７２と同じ半導体を高濃度ドープしたものとなっている。なお、コンタクト層７３ａ、７３ｂを、Ｎｉ−ＩｎＧａＡｓ，ＮｉＧｅなどの合金層とした構造であってもよい。この場合には、受光器６５は、ショットキー接合を利用したＭＳＭ型となる。

受光器６５は、コンタクト層７３ａ、７３ｂが並ぶ方向が光導波方向と直交する向きに形成されており、光入力部６４側を向いた素子端面としての端面６５ａ（図１０参照）に光が入射される。光導波路６６は、その一端が受光器６５の端面６５ａに結合されており、他端が光入力部６４の出力面（図示省略）に結合されている。

上記のような光集積回路装置６１を作製する場合、上記第１工程において、レーザダイオード５、光変調器６の半導体部１１、１３の元となる半導体基板１１Ａ、１３Ａとともに、受光器６５の半導体部７１の元となる半導体基板、すなわち例えばＩｎＧａＡｓやＧｅ等の半導体基板を支持基板２のクラッド層２ｂに貼り付ければよい。この後に、上記と同様な手順により、光集積回路３の各部とともに、光集積回路６３の光入力部６４、受光器６５、光導波路６６を形成することができる。

上記に説明した各半導体光素子の構成は一例であり、それらの構成に限定されるものではない。例えば、図１２、図１３に示すような半導体光素子であってもよい。図１２に示すレーザダイオード８５は、半導体部１１において能動光導波路の両側に溝８６をそれぞれ形成することで、コンタクト層８７ａ、８７ｂの厚みを能動光導波路の厚みと同じにした構造になっている。このような、構造とした場合、コンタクト層８７ａ、８７ｂの抵抗を低減する上で有利になる。なお、光変調器や受光器についても同様な構成とすることができる。

また、図１３に示す光変調器９０は、ｐ型半導体層３１とｎ型半導体層３２との間に、真性半導体層９１を配したＰＩＮ接合構造になっている。この光変調器９０では、ＰＩＮ接合に逆バイアス電圧を印加することよって生じる電界吸収効果（フランツケルディッシュ効果あるいは量子閉じ込めシュタルク効果）により、光の吸収の増減が可能になり、吸収変調器が可能となる。

なお、図１２、図１３では、図２、図３に示す構成部材と実質的に同じ部材には同一の符号を付してある。

また、半導体光素子の素子端面を傾斜面とすることも光導波路との結合を容易にする上で有用である。この場合には、例えば図１４に示すように、支持基板２上の半導体部９５の上部表面に酸化シリコン膜９６を形成し（図１４Ａ）、この後に半導体部９５の素子端面９５ａが上向きの傾斜面となるようにウエットエッチングを行う（図１４Ｂ）。例えば、Ｇｅからなる半導体部９５である場合には、エッチング液として、硫酸過水（SPM：Sulfuric acid Peroxide Mixture）等を用いればよい。そして、ウエットエッチング後、酸化シリコン膜９６を除去してから、ＣＶＤ法等で堆積させて光導波路を形成するアモルファスシリコン層９８を形成する（図１４Ｃ）。なお、半導体部９５の上部に形成された余剰なアモルファスシリコン９９は、化学機械研磨によって除去することができる。

上記の各例の光集積回路は、それを構成する各半導体光素子のそれぞれの素子端面が光導波路の一端に結合された構造であるが、光集積回路装置は、そのような構造と従来のようにシリコンの光導波路の上に半導体光素子の半導体構造が貼り合わせた構造とが混在してもよい。

１、１０ 光集積回路装置
３、６３ 光集積回路
５ レーザダイオード
６ 光変調器
８、９ 光導波路
１１、１３ 半導体部
１１Ａ、１３Ａ 半導体基板
５ａ、６ａ、６ｂ、６５ａ 端面
４１ シリコン層

Claims (7)

1. 表面にクラッド層を有する支持基板と、
   ＩＩＩ−Ｖ族半導体又はＧｅを含む半導体の能動光導波路が前記クラッド層上に設けられ、前記支持基板の表面に対して起立した素子端面に光の入射部または射出部を有する半導体光素子と、
   前記クラッド層上に設けられるとともに、一端が前記素子端面に光学的に結合され、前記支持基板の表面に沿って延びるシリコンの受動光導波路と
   を備え
   前記クラッド層は、前記能動光導波路及び前記受動光導波路よりも屈折率が低いことを特徴とする光集積回路装置。
2. 前記受動光導波路は、アモルファスシリコンであることを特徴とする請求項１記載の光集積回路装置。
3. 前記クラッド層は、酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の光集積回路装置。
4. 支持基板の表面に設けられたクラッド層上に、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板またはＧｅを含む半導体基板を貼り合わせる貼付工程と、
   前記半導体基板から、前記支持基板の表面に対して起立した素子端面に光の入射部または射出部が設けられた半導体光素子を形成する光素子形成工程と、
   前記貼付工程を経た前記支持基板にシリコン層を形成する工程を含み、前記シリコン層から、一端が前記光素子の前記素子端面に光学的に結合された受動光導波路を形成する光導波路形成工程と
   を有することを特徴とする光集積回路装置の製造方法。
5. 前記光導波路形成工程は、アモルファスシリコンからなる前記シリコン層を形成することを特徴とする請求項４に記載の光集積回路装置の製造方法。
6. 前記クラッド層は、酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項４または５に記載の光集積回路装置の製造方法。
7. 前記光素子形成工程は、前記素子端面を上向きの傾斜面に形成することを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の光集積回路装置の製造方法。
   
   

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