JP2021501462A - 横方向電流注入電気光学デバイス、シリコン・フォトニック・チップおよび電気光学デバイスの作製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
添付図面は、実施形態に含まれるような、デバイスまたはそれらの部分の簡略化された表現を示す。図3〜7のフォトニックス・チップは、電気光学素子であってよいことに留意されたい。逆に、本電気光学素子をシリコン・フォトニックス・チップまたは別のタイプの集積回路チップの部分または構成要素と見做すこともできる。図面に描かれる技術的特徴は、必ずしも縮尺通りでないことがある。他に指示されない限り、図中の同様もしくは機能的に同様の要素には同じ参照番号が割り当てられた。
2.1 電気光学デバイスの具体例
図3の特定の例において、シード層105bは、多重量子井戸(MQW)積層体がここでは仮定される、積層体を成長させるために最初に用いられるようなシード層の残りの部分であってよい。シード層108は、初期堆積(例えば、MOCVDによる)のキャップ層であり、接合後には逆さまになってよく、次に、接触層要素102および104のためのシード層として機能することができる。シード層105b、108は、InPまたは別のIII−V族化合物材料から作られてよい。接触層要素102および104は、横方向であり、面(x,y)と平行に延びてよい。接触層要素102および104は、図3の例ではドープされたInPからなると仮定されてよい。典型的に、MQW積層体の上下には、概してInAlGaAsを備える、分離閉じ込めヘテロ構造(SCH:separate confinement heterostructure)層105aを含めて、追加のIII−V族層が存在する。すなわち、積層体の活性領域は、SCH層105aの間に挟み込まれてよい。層105a、105bは、実際には活性領域105の一部を形成すると考えられてよい。
実施形態において、本電気光学デバイス(単数または複数)10は、低閾値電流を許容する寸法に作られた、III−V族オン・シリコン・フォトニックス・レーザ・デバイスとして具現されてよい。セクション2.3において記載されるようなパターン化技術は、高速動作および大規模集積化を可能にするために、(例えば、マイクロメートル・スケールの)非常に小さいデバイスが達成されることを許容しうる。
好ましい作製プロセスが次に記載されうる。第1に、SOIウェーハが提供されてよい。第2に、上部Si層の上のレジストを成形するために電子ビーム・リソグラフィ(EBL:electron beam lithography)、またはファウンドリでの量産用ディープUVリソグラフィを用いてSOIウェーハの上部Si層が構造化されてよく、その後に誘導結合プラズマ(ICP:inductively coupled plasma)、または反応性イオン・エッチング(RIE:reactive ion etch etching)が続く。テーパ状Si導波路コアをそれに応じて得ることができる。第3に、残渣レジスト部分を除去した後、テーパ状導波路コアを(シリカで)被覆するためにプラズマ増強化学気相成長(PECVD:plasma−enhanced chemical vapor deposition)が用いられてよい。堆積されたクラッド層は、その後、CMPによって研磨されてよい。
Claims (20)
- 積層方向zに沿って積層されたIII−V族半導体利得材料の積層体を備える活性領域であって、各々が前記積層方向zと平行に延びる、いくつかの外側面部分を有するスラブとして形成された、前記活性領域と、
2つの対をなす要素であって、
nドープ層およびpドープ層を含んだ、III−V族半導体材料の1対のドープ層と、
1対の横方向導波路コアと
を含み、前記2つの対をなす要素は、前記スラブの両側に、2つずつ、横方向に配置され、前記要素は、前記要素が前記スラブによって互いに分離されるように、前記スラブの前記外側面部分のそれぞれの要素と明確に接する、前記2つの対をなす要素と、
を備える、横方向電流注入電気光学デバイス。 - 前記スラブは、各々が前記積層方向zと平行に延びる、2対の対向する外側面部分を有し、
前記pドープ層および前記nドープ層は、前記2対の表面部分のうちの一方の前記対向する外側面部分と隣接して、前記スラブのそれぞれの側に配置され、
前記横方向導波路コアは、前記2対の表面部分のうちの他方の前記対向する外側面部分へ横方向にバット・ジョイントされた、
請求項1に記載の電気光学デバイス。 - 前記スラブは、前記スラブの長さがその幅より大きい、フォーム・ファクタであり、前記幅、前記長さ、および前記積層方向zは、2つずつ、垂直であり、
前記pドープ層および前記nドープ層の各々の最大長さは、前記2対のうちの前記一方の前記対向する外側面部分の長さより小さい、
請求項2に記載の電気光学デバイス。 - 前記pドープ層および前記nドープ層の各々は、前記活性領域と、前記隣接している対のドープ層とがリブ導波路構成を有するように、その上面部分上に、前記スラブに沿って横方向にその長さと平行に延びるリセスを備える、
請求項3に記載の電気光学デバイス。 - 前記pドープ層およびn前記ドープ層の各々の上面部分上に、前記リセスに沿って、パターン化された金属コンタクトをさらに備える、
請求項4に記載の電気光学デバイス。 - 前記電気光学デバイスは、前記横方向導波路コアの下に延びる部分を有する構造化されたシリコン導波路コアをさらに備え、
前記電気光学デバイスは、動作中に、前記活性領域から前記横方向導波路コアを介して出力結合された光放射が前記構造化されたシリコン導波路コア中へ結合する、ハイブリッド横方向電流注入デバイスとして構成された、
請求項1に記載の電気光学デバイス。 - 前記横方向導波路コアは、外に向かって細くなるように、テーパ状であり、前記構造化されたシリコン導波路コアの前記部分は、逆向きにテーパ状である、
請求項6に記載の電気光学デバイス。 - 前記横方向導波路コアは、各々、3段テーパを呈する、
請求項7に記載の電気光学デバイス。 - 前記pドープ層および前記nドープ層の各々は、前記スラブとの接触のレベルにおいて、それに向かって横方向に広がるように、テーパ状である、
請求項3に記載の電気光学デバイス。 - 前記電気光学デバイスは、横方向電流注入レーザ・デバイスである、
請求項1に記載の電気光学デバイス。 - 前記レーザ・デバイスは、単一モード・レーザ・デバイスである、
請求項10に記載の電気光学デバイス。 - 前記横方向導波路コアは、前記レーザに対して放射フィードバックを提供するように構成されたBraggミラーを備える、
請求項10に記載の電気光学デバイス。 - III−V族半導体利得材料の前記積層体は、In1−x−yAlxGayAs、In1−xGaxAsyP1−y、およびIn1−xGaxAsyN1−y、ここで0≦x≦1および0≦y≦1−x、のうちの1つを備え、
前記pドープ層および前記nドープ層の各々は、InP、InAsまたはGaAsのうちの1つを備える、
請求項1に記載の電気光学デバイス。 - 前記横方向導波路コア、前記pドープ層、および前記nドープ層の各々は、選択的に再成長された層である、
請求項1に記載の電気光学デバイス。 - 積層方向zに沿って積層されたIII−V族半導体利得材料の積層体からなる活性領域および2つの対をなす要素を備える横方向電流注入、電気光学デバイスであって、前記活性領域は、各々が前記積層方向zと平行に延びる、いくつかの外側面部分を有するスラブとして形成され、前記2つの対をなす要素は、
nドープ層およびpドープ層を含むIII−V族半導体材料の1対のドープ層と、
1対の横方向導波路コアと
を含み、前記2つの対をなす要素は、前記スラブの両側に、2つずつ、横方向に配置され、前記要素は、前記要素が前記スラブによって互いに分離されるように、前記スラブの前記外側面部分のそれぞれの要素と明確に接する、前記電気光学デバイスと、
前記電気光学デバイスの前記1対の横方向導波路コアの下に延びる部分を有する構造化されたシリコン導波路コアと、
を備え、前記電気光学デバイスは、動作中に、前記活性領域から前記横方向導波路コアを介して出力結合された光放射が前記構造化されたシリコン導波路コア中へ結合する、ハイブリッド横方向電流注入デバイスとして構成された、
シリコン・フォトニック・チップ。 - 前記構造化されたシリコン導波路コアを形成するためにその上部シリコン層が構造化された、シリコン・オン・インシュレータ・ウェーハをさらに備える、
請求項15に記載のシリコン・フォトニック・チップ。 - 前記シリコン・フォトニック・チップは、CMOSで作製されるデバイスである、請求項16に記載のシリコン・フォトニック・チップ。
- 前記pドープ層および前記nドープ層の各々は、前記活性領域と、隣接している対のドープ層とがリブ導波路構成を有するように、前記スラブに沿って横方向にその長さと平行に延びるリセスを備える、
請求項17に記載のシリコン・フォトニック・チップ。 - 前記pドープ層および前記nドープ層の各々の上面部分上にパターン化された、CMOSと適合する金属コンタクトをさらに備え、前記上面部分は、前記各々の前記ドープ層の上に延びる前記リセスと同じ側にあり、かつそれに沿っている、請求項18に記載のシリコン・フォトニック・チップ。
- 電気光学デバイスの作製の方法であって、前記方法は、
前記電気光学デバイスの活性領域を形成することであって、前記領域は、積層方向zに沿って積層されたIII−V族半導体利得材料の積層体を備え、前記活性領域は、各々が前記積層方向zと平行に延びる、いくつかの外側面部分を有するスラブとして形成される、前記形成することと、
nドープ層およびpドープ層を備える、III−V族半導体材料の1対のドープ層と、1対の横方向導波路コアとを含んだ、2つの対をなす要素を、前記2つの対をなす要素が、前記スラブの両側に、2つずつ、横方向に配置されるように選択的に再成長させることであって、前記要素は、前記要素が前記スラブによって互いに分離されるように、前記スラブの前記外側面部分のそれぞれの部分と明確に接する、前記再成長させることと
を含む、方法。
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