JP5105471B2 - 光デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光デバイスの製造方法に係り、特に、２ＤＰＣスラブ構造に代表される薄膜スラブ構造に適した電極配線を有する光デバイスの製造方法に関する。

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２１）。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２２）。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スラブ構造のクラッド層としては、低屈折率絶縁性材料である空気、ＳｉＯ_２等が使用される。また、コア層としては、光の波長以下の薄い形状が使用される。通常、伝搬モードのシングルモード条件を満たすため、コア層は光の波長の数分の一程度まで薄い形状となる。

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。

近年、光・電子集積回路の実現において、光デバイスとＳｉ電子デバイスとのサイズミスマッチが問題となっている。２ＤＰＣスラブ光デバイスは、光デバイスの大幅な小型化が可能であり、Ｓｉ電子デバイスとのサイズミスマッチを最小限に抑えられることから、光・電子集積回路実現のためのキーデバイスとしても注目されている。

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。例えば、電流注入型光デバイスとしては、発光デバイス、光変調器等が挙げられる。

光デバイスの材料として、例えば、化合物半導体を用いた場合、活性層の上下層に対して、それぞれ電極、配線構造を導入する必要がある。

第一に、２ＤＰＣスラブに代表される薄膜スラブ構造は、コア層の上下に絶縁性クラッド層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点がある。

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、クラッド層として絶縁体を用いており、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：コア層上面、下：半導体基板下面）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も広く用いられている。この従来法は、ｐ型、ｎ型電極を形成する際、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２３、非特許文献１）。

この従来法は、コア層が絶縁性クラッド層に囲まれた構造に対しても応用できる（図２４）。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、通常、コア層は厚さ数百ｎｍ程度の薄い構造となってしまう。一般に、活性層（例えば、発光層）は、コア層の中心部に配置された場合に、その特性が最大となることが知られている。

よって、図２５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、段差構造作製時には、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。

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、化合物半導体では、コンタクト層を基板成長時に導入することが、広く行われている。この場合、段差形状を作製する際、エッチングをコンタクト層内で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スラブに代表される薄膜スラブ構造では、クラッド層として絶縁体を用いており、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という問題がある。

次に、２ＤＰＣスラブに代表される薄膜スラブ構造では、光デバイスの動作領域（例えば、光共振器、光導波路）の大きさを数μｍ程度まで小型化することが可能である（図２２）。ここで、光デバイスの低消費電力化のためには、数μｍ程度の光デバイス動作領域に効率よく電流を注入することが求められる。

この問題を解決するための方法としては、例えば、クラッド層内に半導体からなる柱構造を導入する方法が挙げられる（非特許文献２）。しかしながら、上記で述べたように、本構造は作製が難しく実用化へ向けた展開は非常に厳しい。

図２４の構造では、数μｍ程度の光デバイス動作領域に効率よく電流を注入することは難しい。光デバイス動作領域以外にも多くの電流が流れてしまうからである（図２６、２７）。例えば、図２６、２７の場合、ｐ型電極下部に生じる電流が深刻な問題となる。

従来法では、光デバイス上部のクラッド層に電極を配置することで、光デバイス動作領域への効率の良い電流注入を実現する（図２３）。そこで、本従来法を２ＤＰＣスラブに代表される薄膜スラブ構造へ適用することを考える。この場合、クラッド層が絶縁性であるので、クラッド層ではなく、コア層上に電極を導入することになる（図２８）。

コア層上に電極を配置した場合、電極とスラブ構造を伝搬する光が接触してしまう。電極による散乱、吸収により、光デバイスの特性が大幅に劣化するという問題が生じる。

以上より、２ＤＰＣスラブに代表される薄膜スラブ構造では、クラッド層が絶縁性であること、電流を流すことが可能なコア層の厚さが非常に薄いことから、数μｍ程度の光デバイス動作領域に効率よく電流を注入することは困難であるという問題がある。
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 andet al.、"Characteristics of Electrically DrivenTwo-Dimensional Photonic Crystal Lasers、" IEEE Journalof 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適した電極配線を有する光デバイスの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）光デバイスの第１のコア層となるべき部位を有する第１の基板を用意する工程と、
光デバイスの第２のコア層となるべき部位、低屈折率絶縁性クラッド層となるべき部位を有する第２の基板を用意する工程と、
第２の基板の第２のコア層となるべき部位に、ｐ型、又はｎ型領域を形成するための不純物ドーピングを行う工程と、
第１の基板の第１のコア層となるべき部位と第２の基板の第２のコア層となるべき部位とを接合してコア層を形成させる工程と、
第１のコア層を形成する部位を残して第１の基板を除去する工程と、
コア層に所望の光デバイス構造を形成する工程と、
第１のコア層を形成する部位の一部を除去し、第２のコア層を形成する部位の一部を露出させて、コア層上に低屈折率絶縁膜を形成する工程と、
低屈折率絶縁膜の一部を除去する工程と、
第1のコア層を形成する部位、第２のコア層を形成する部位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）光デバイスの第１のコア層となるべき部位を有する第１の基板を用意する工程と、
光デバイスの第２のコア層となるべき部位、低屈折率絶縁性クラッド層となるべき部位を有する第２の基板を用意する工程と、
第２の基板の第２のコア層となるべき部位に、ｐ型、又はｎ型領域を形成するための不純物ドーピングを行う工程と、
第１の基板の第１のコア層となるべき部位と第２の基板の第２のコア層となるべき部位とを接合してコア層を形成させる工程と、
第１のコア層を形成する部位を残して第１の基板を除去する工程と、
コア層に所望の光デバイス構造を形成する工程と、
第1のコア層を形成する部位の一部を除去し、第２のコア層を形成する部位の一部を露出させて、第1のコア層を形成する部位、第２のコア層を形成する部位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。
（３）上記コア層の厚さが、光デバイスの動作波長以下であることを特徴とする上記（１）又は（２）のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
（４）上記所望の光デバイス構造が複数の溝又は貫通孔を有する構造である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）上記所望の光デバイス構造が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）乃至（３）のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
（６）上記所望の光デバイス構造が１次元フォトニック結晶スラブ構造、擬結晶構造、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、又はバルク構造のいずれかである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。
（７）上記第２の基板の第２のコア層となるべき部位が、Ｓｉからな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、電子回路、光回路の少なくとも一方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１の基板の第１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（８）のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
（１０）上記光デバイス上に、光素子、電子素子の少なくとも一方を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（９）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、光デバイスにおいて、２ＤＰＣスラブ構造に代表される薄膜スラブ構造への電極、配線構造の導入を、確実に、かつ効果的に行うことが可能となる。

請求項１に係る発明では、コア層は２種類の異なる材料（第１のコア層、第２のコア層）により形成される。一般に、材料が異なるとエッチング速度も異なる。第1のコア層に対してはエッチング速度が速く、第２のコア層に対してはエッチング速度が遅いエッチング工程を用いた場合、第２のコア層はエッチストップ層として機能する。第1のコア層の一部を除去し、第２のコア層を露出させる工程で、上記エッチング工程を用いれば、確実に段差構造（図２５）を形成することが可能となる。よって、本発明によれば、従来困難であった段差構造形成を、確実に歩留まり良く行うことが可能となる。

請求項１に係る発明では、第２の基板の第２のコア層となるべき部位に、ｐ型、又はｎ型領域を形成するための不純物ドーピングを実施する。不純物ドーピングにより形成されたｐ型、又はｎ型領域は、光デバイスの動作領域に効率よく電流を注入するための電極配線として機能するので、光デバイスの大幅な低消費電力化が実現可能となる。

請求項１に係る発明では、光デバイスは、最終的に第２の基板上に形成される。例えば、第２の基板上に、電子デバイスを形成すれば、電極、配線構造を有する薄膜スラブ光デバイスと電子デバイスの集積が可能となる。また、第２の基板上に、光デバイスを形成すれば、電極、配線構造を有する薄膜スラブ光デバイスと光デバイスの集積を行うことが可能となる。

請求項２に係る発明では、コア層上に低屈折率絶縁膜を形成する工程と、低屈折率絶縁膜の一部を除去する工程を省略しているので、コア層上面に低屈折率絶縁膜を有さない光デバイスの作製が実現される。

請求項７に係る発明に関して、Ｓｉは、電子デバイスおよび光デバイスを実現するための代表的な材料である。また、Ｓｉは、制御性の高い不純物ドーピングが可能な材料であり、光デバイスの動作領域に効率よく電流を注入するための電極配線導入に特に適した材料である。

請求項８に係る発明では、第２の基板上に電子回路又は光回路が形成されているので、薄膜スラブ光デバイスと電子デバイスの集積、又は薄膜スラブ光デバイスと光デバイスの集積が可能となる。

請求項９に係る発明に関して、化合物半導体（例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ）は、光デバイスを実現するための代表的な材料である。

請求項１０に係る発明では、請求項１〜９に係る発明により作製された光デバイス上に、新たな光素子、電子素子を積層させており、デバイスの大幅な小型化が実現可能となる。ここで、請求項１乃至９に係る発明を用いて新たな光素子を積層することも可能である。

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

本発明は、電極、配線構造を必要とする様々な光デバイスの実現を可能とするが、以下では、説明を明快とするため、第一に、実用上重要な電流注入型発光デバイスに焦点を絞って詳細な説明を行うことにする。

まず、光デバイスの第１のコア層となるべき部位を有する第１の基板として化合物半導体基板（例えば、ＧａＡｓ基板）を用意する（図１）。ここでは、光デバイスとして、電流注入型発光デバイスを考えているので、コア層には、活性層（例えば、量子井戸、量子ドット）が導入されている必要がある。また、発光デバイスに必要となるｐｎ接合形成のためのｐ型領域（または、ｎ型領域）をコア層の下部領域に導入しておく。また、化合物半導体基板には基板剥離のための犠牲層（例えば、ＩｎＧａＰ層）を導入しておく。

光デバイスの第２のコア層となるべき部位、低屈折率絶縁性クラッド層となるべき部位を有する第２の基板としてＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用意する（図２）。ここで、第２の基板は、光デバイスを集積するための基板である。

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、コア層の下面に導入しておくことが望ましい（図３）。化合物半導体では、基板成長の際に、コンタクト層を形成しておくことが広く行われている。コンタクト層の導入により、光デバイスの高効率化が実現される。

次に、ＳＯＩ基板のＳｉ層に、イオン注入法により不純物ドーピングを行い、ｐｎ接合形成のためのｎ型領域（または、ｐ型領域）を形成させる（図２）。

化合物半導体基板とＳＯＩ基板のウエハ接合を行う（図４）。

コア層となるべき部位を残して、化合物半導体基板を研磨、エッチング等を用いて除去する（図５）。

次に、コア層に、２ＤＰＣ構造、および電極、配線構造を導入するための段差構造を形成させる。まず、コア層にエッチングにより２ＤＰＣ構造を形成させる（図６）。コア層上に、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、ゾルゲル法を用いて、ＳｉＯ_２膜を形成させる（図７）。エッチングにより電極、配線構造を導入するための段差構造を形成させる（図８）。コア層上に、再度、ＳｉＯ_２膜を形成させる（図９）。

段差構造形成のために化合物半導体をエッチングする場合（図８）、Ｓｉはエッチストップ層として機能する。化合物半導体とＳｉに対する選択比が十分なエッチング方法を用いることで、極薄膜構造に対しても、歩留まり良く段差構造を導入することが可能となる。

次に、ＳｉＯ_２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１０）。この電極配線は、例えば、ＳＯＩ基板上のＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）配線と接続される。

ＳＯＩ基板上に形成された光デバイス（図１０）の厚さは、数μｍ以下であり、ＬＳＩとのサイズミスマッチも小さいことから、配線の接続は容易に行うことができる。

以上の工程を用いることにより、電極、配線構造を有する２ＤＰＣスラブ光デバイスの製造が実現できる。

ここで、図１１、１２に示すように、２ＤＰＣ領域とＳｉ層の不純物ドーピング領域（ｎ型領域、またはｐ型領域）の位置合わせを適切に行うことにより、光デバイスの動作領域（例えば、光共振器、光導波路）に効率よく電流を注入することが可能となる。

また、電極、配線構造の導入と同時に、化合物半導体活性層を有する２ＤＰＣスラブ光デバイスのＳＯＩ基板上へのハイブリッド集積、同基板上ＬＳＩとの接続が実現できる。

上記実施例では、コア層全体（化合物半導体、Ｓｉ）に対する貫通孔を形成することで、２ＤＰＣ構造の導入を実現した（図６）。しかしながら、本発明では、化合物半導体に対してのみ２ＤＰＣ構造の導入を行い、Ｓｉに対して２ＤＰＣ構造の導入を行わないことも可能である（図１３）。Ｓｉに対するエッチング工程を省略することで、作製工程が簡便化される。

但し、一般には、コア層全体に対して貫通孔を形成した場合の方が、強い光閉じ込め効果を実現できる。

上記実施例では、２ＤＰＣ構造を形成した後、段差構造を形成することで（図６〜９）、図９の構造を実現したが、本発明では、その他の工程に従って図９の構造を実現してもよい。例えば、段差構造を形成した後、２ＤＰＣ構造を形成し、図９の構造を実現してもよい（図１４）。また、化合物半導体に対して２ＤＰＣ構造、段差構造を形成した後、Ｓｉに対して２ＤＰＣ構造を形成し、図９の構造を実現してもよい（図１５）。

図１０の工程の後に、ＳｉＯ_２クラッド層を、例えば、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１６）。一般に、図１６に示すようなエアブリッジ構造（コア層の上下が空気）は、機械的強度が弱いという欠点をもつ。しかしながら、光閉じ込め効果が大きいという長所を有することから、高性能を要求する特殊な用途への応用が期待される。

上記実施例では、コア層上にＳｉＯ_２膜を形成させるとしたが、本発明では、他の絶縁性材料を形成してもよい。必ずしも、コア層上下に同様の低屈折率絶縁性材料を使用する必要はない。
また、コア層上下の低屈折率クラッド層が異なる材料から形成されている場合、例えば、ウェットエッチング等によりコア層上部のクラッド層を選択的に除去することが可能である（図１７）。この場合、エアブリッジ構造と異なり、機械的強度が保たれる。本構造は、特殊な用途への利用が期待される。

Ｓｉコア層に対する２ＤＰＣ構造の形成を省略した構造（図１３）に対して、ＳｉＯ_２クラッド層を除去することも可能である（図１８）。このとき、Ｓｉコア層上部のＳｉＯ_２クラッド層のみが除去されることになる。この場合、機械的強度が保たれる。本構造は、特殊な用途への利用が期待される。

上記実施例では、低屈折率絶縁膜を形成させる工程、低屈折率絶縁膜の一部を除去する工程を用いることで、電極配線を導入したが、本発明では、低屈折率絶縁膜を形成させる工程を省略することもできる。例えば、レジストを用いたリフトオフ法により電極配線を形成すればよい。ここで、電極配線形成後、レジストを完全に除去すれば、コア層上を空気とする図１９のような構造が作製される。

上記光デバイス上にウエハ接合法を用いて新たなＳＯＩ構造を形成した後、上記工程を繰り返すことで、電極、配線構造を有する２ＤＰＣスラブ光デバイスの多層構造を実現できる（図２０）。

上記実施例では、光デバイスの第１のコア層となるべき部位を有する第１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、サファイア基板）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）は、光デバイスを実現するための代表的な材料である。

本発明では、第１の基板は、第１のコア層となるべき部位のみを残して他の部位は除去される。よって、本発明では、第１の基板の形態として、第１のコア層となるべき部位を保持する任意の材料が許される。例えば、第１のコア層となるべき部位を保持した粘着シートであってもよいし、第１のコア層となるべき部位を保持したガラス基板であってもよい。

上記実施例では、光デバイスの第１のコア層となるべき部位を、活性層（例えば、量子井戸、量子ドット）を有する化合物半導体としたが、本発明では、第1のコア層となるべき部位として、光デバイスの作製に用いられる任意の材料（例えば、バルクの化合物半導体、強誘電体）を用いることが可能である。

上記実施例では、第１の基板の第１のコア層となるべき部位の下部領域にｐ型領域（または、ｎ型領域）を導入するとした。本発明では、不純物ドーピングを、第１の基板の第１のコア層となるべき部位の結晶成長を行う際に実施してもよい。また、その他の不純物ドーピング技術を用いた不純物ドーピングを任意の工程間（例えば、図５の基板剥離工程後）に行ってもよい。また、不純物ドーピングは複数回行ってもよい。不純物ドーピング技術としては、例えば、イオン注入法、プラズマドーピング法、不純物吸着法、固相拡散法、気相拡散法が挙げられる。

上記実施例では、第１のコア層となるべき部位への不純物ドーピングとして、ｐ型領域（または、ｎ型領域）の形成を行うとした。本発明では、第１のコア層となるべき部位に、光デバイスの機能に応じて任意の不純物プロファイルを導入してもよい。

上記実施例では、第１のコア層となるべき部位へのコンタクト層の導入を、基板製造時に行うとしたが、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、基板剥離工程後（図５）でもよいし、電極、配線導入時（図１０）でもよい。例えば、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、半導体表面の不純物濃度を高め、コンタクト層を形成させ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ドーピングと併せて使用されるのが、一般的である。

上記実施例では、光デバイスの第２のコア層となるべき部位、低屈折率絶縁性クラッド層となるべき部位を有する第２の基板をＳＯＩ基板としたが、本発明では、コア層、低屈折率絶縁性クラッド層となるべき部位を有する任意の基板を用いることが可能である。

例えば、基板上に、低屈折率絶縁膜を形成させた後、ウエハ接合法を用いて低屈折率絶縁膜上にコア層を形成させることで、コア層、低屈折率絶縁性クラッド層となるべき部位を有する基板構造を実現できる。

ここで、ＳＯＩ基板は、電子回路および光回路を実現するための代表的な基板である。

上記実施例では、第２のコア層となるべき部位にイオン注入法により不純物ドーピングを行うとしたが、本発明では、任意の不純物ドーピング技術（例えば、プラズマドーピング法、不純物吸着法、固相拡散法、気相拡散法）を用いてもよい。

第２のコア層となるべき部位としてＳｉを用いた場合、Ｓｉ−ＬＳＩの製造に利用されている不純物ドーピング技術をそのまま適用することが可能である。よって、高精度の制御が容易に実現される。

上記実施例では、第２のコア層となるべき部位へ不純物ドーピングを行い、ｎ型領域（または、ｐ型領域）の形成を行うとした。本発明では、第２のコア層となるべき部位に、光デバイスの機能に応じて任意の不純物プロファイルを導入してもよい。

第２の基板上には、任意のデバイス（例えば、ＬＳＩ、光回路）が形成されていてもよい。

第２の基板上に電子回路が形成されている場合、光デバイスの製造と同時に、さらに光・電子デバイスの集積が可能となる。特に、ＬＳＩ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同一基板上への集積は、デバイスの高機能化、高集積化を実現できることから、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。

第２の基板上に光回路が形成されている場合、光デバイスの製造と同時に、さらに光デバイスの集積が可能となる。特に、異種材料からなる光デバイスの集積は、実用上、重要である。例えば、第1の基板を化合物半導体基板、第２の基板をＳＯＩ基板とした場合、化合物半導体（およびＳｉ）からなる光デバイスと、Ｓｉからなる光デバイスの集積が実現される。

本発明では、光デバイスの製造を、第２の基板上の電子回路および光回路に隣接するように行ってもよいし、電子回路および光回路上に行ってもよい。

また、本発明を用いて作製された光デバイスの上に、様々な機能素子を積層してもよい。

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。

ウエハ接合においては、室温以上の温度で加熱処理を行うことにより、接合状態がより強固、良好となることが知られている。また、加熱処理は、ウエハ接合後の任意の工程間（例えば、基板剥離後（図５））に行うことも可能である。

上記実施例では、化合物半導体基板に犠牲層を導入し、研磨、エッチング等を行うことで、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、第１の基板として、必ずしも、犠牲層を有する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が挙げられる。

上記実施例では、コア層上にＳｉＯ_２膜を形成させるとしたが、本発明では、ＳｉＯ_２膜の代わりに任意の低屈折率絶縁膜（例えば、有機ポリマー）を用いてもよい。

上記実施例では、コア層上に低屈折率絶縁膜（ＳｉＯ_２膜）を形成させた後、段差構造形成のためのエッチングを行うとしたが（図７、８）、本発明では、必ずしも、段差構造形成のためのエッチング前に、低屈折率絶縁膜を形成させる必要はない。

例えば、低屈折率絶縁膜による被覆を行わず、エッチング用のマスク（例えば、レジストマスク、金属マスク）のみを用いて段差構造形成のためのエッチングを行うことが可能である。段差構造形成のためのエッチング、エッチング用マスクの除去を行った後、低屈折率絶縁膜の形成を行っても、図９の構造が実現される。

コア層上に低屈折率絶縁膜を形成させた後、段差構造形成のためのエッチングを行ったのは、エッチング用のマスクが２ＤＰＣ構造の孔内に入り込むことを防ぐためである。必ずしも必要な処理ではなく、省略することが許される。

本発明では、電極、配線用の材料として、任意の導電性材料（例えば、金属、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ））を使用してもよい。

本発明では、電極配線の導入において、任意の電極、配線製造法を用いることが許される。特に、高集積化の観点からは、ＬＳＩ配線技術を用いることが望ましい。

本発明では、ＬＳＩの層間絶縁膜として広く利用されている低屈折率絶縁膜をクラッド層として用いているため、ＬＳＩ配線技術の導入に非常に適している。これは、実用上、重要な利点である。例えば、図１０の電極配線は、ＬＳＩ配線技術におけるプラグ形成技術を用いることで、容易に実現される。
勿論、他の方法（例えば、ワイヤボンディング、リフトオフ法）を用いて電極配線を導入してもよい

電極、配線構造を有する光デバイスを平面内に多数集積させる場合には、電気的に素子を分離する構造の形成が求められる。本発明では、任意の素子分離法を用いてもよい。

第２のコア層となるべき部位としてＳｉを用いた場合、第２のコア層における素子分離法として、Ｓｉ−ＬＳＩの製造に利用されている方法をそのまま適用することが可能である。

第１のコア層となるべき部位として化合物半導体を用いた場合、第１のコア層における素子分離法として、例えば、化合物半導体コア層の一部をエッチングにより除去する方法、化合物半導体コア層の一部にプロトンを照射し絶縁領域を形成させる方法、埋め込み再成長技術を用いて化合物半導体コア層の一部に半絶縁性領域を導入する方法、選択的な不純物ドーピング技術（例えば、イオン注入法、固相拡散法）により化合物半導体コア層の所定の領域にのみｐ型、またはｎ型領域を形成する方法等が挙げられる。

電流注入型光デバイスでは、光デバイスの動作領域に効率よく電流を注入することが求められる。本発明では、第２のコア層となるべき部位に局所的な不純物ドーピングを行うことで、光デバイス動作領域に効率よく電流を注入することが可能となる。

本発明では、上記に加えて、任意の電流狭窄法を用いてもよい。上述した素子分離法は、電流狭窄法としても利用できる。また、その他の電流狭窄法としては、例えば、化合物半導体コア層内に酸化により絶縁体となる材料（例えば、ＡｌＡｓ）を導入して選択酸化を行う方法が挙げられる。
第２のコア層となるべき部位への局所的な不純物ドーピングと任意の電流狭窄法を組み合わせることで、より高効率な電流注入が実現可能となる。

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、本発明では、任意の薄膜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、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、低屈折率絶縁性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。

最後に、本発明は、電流注入型発光デバイスだけでなく、電極、配線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、発光デバイス以外の電流注入型光デバイス（キャリアプラズマ効果を用いた光変調器、光スイッチ等）、電界制御型光デバイス（電気光学効果、電界吸収効果を用いた光変調器、光スイッチ等）、受光デバイス（ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）等）を実現することも可能である。

本発明は、電極、配線構造を有する薄膜スラブ光デバイスの効果的な製造方法を提供するものである。ここで、２ＤＰＣスラブ構造は、薄膜スラブ光デバイスを代表する構造である。

光デバイスの第１のコア層となるべき部位を有する第１の基板の一例。 光デバイスの第２のコア層となるべき部位、低屈折率絶縁性クラッド層となるべき部位を有する第２の基板の一例。 化合物半導体基板におけるコンタクト層の導入例。 第１の基板と第２の基板のウエハ接合の概念図。 化合物半導体基板剥離工程の一例。 コア層への２次元フォトニック結晶（２ＤＰＣ）構造の導入例。 基板上への低屈折率絶縁膜（ＳｉＯ_２膜）の導入例。 コア層への段差構造の導入例。 基板上への低屈折率絶縁膜（ＳｉＯ_２膜）の導入例。 電極、配線構造を有する２ＤＰＣスラブ光デバイスの一例。 電極、配線構造を有する２ＤＰＣスラブ光デバイスの一例。 ２ＤＰＣスラブ光デバイスへの電流注入の一例。 電極、配線構造を有する２ＤＰＣスラブ光デバイスの一例。 エッチング工程の模式図（段差構造の形成、２ＤＰＣ構造の形成）。 エッチング工程の模式図（化合物半導体層への２ＤＰＣ構造、段差構造の形成、Ｓｉへの２ＤＰＣ構造の形成）。 電極、配線構造を有する２ＤＰＣスラブ光デバイスの一例。 電極、配線構造を有する２ＤＰＣスラブ光デバイスの一例。 電極、配線構造を有する２ＤＰＣスラブ光デバイスの一例。 電極、配線構造を有する２ＤＰＣスラブ光デバイスの一例。 電極、配線構造を有する２ＤＰＣスラブ光デバイスの多層構造の一例。 薄い板状のコア層を有するスラブ構造の模式図。 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スラブ光デバイスへの電極導入。 従来法の拡張による２ＤＰＣスラブ光デバイスへの段差構造導入。 従来法の拡張による２ＤＰＣスラブ光デバイスへの電極導入。 従来法の拡張による２ＤＰＣスラブ光デバイスへの電流注入の模式図。 従来法の拡張による２ＤＰＣスラブ光デバイスへの電極導入。

Claims (7)

1. 光デバイスの第１のコア層となるべき化合物半導体からなる部位を有する第１の基板を用意する工程と、
   光デバイスの第２のコア層となるべきＳｉからなる部位、低屈折率絶縁性クラッド層となるべき部位を有する第２の基板を用意する工程と、
   第２の基板の第２のコア層となるべき部位に、ｐ型、又はｎ型領域を形成するための不純物ドーピングを行う工程と、
   第１の基板の第１のコア層となるべき部位と第２の基板の第２のコア層となるべき部位とを接合してコア層を形成させる工程と、
   第１のコア層を形成する部位を残して第１の基板を除去する工程と、
   コア層に複数の溝又は貫通孔を有する光デバイス構造を形成する工程と、
   第１のコア層を形成する部位の一部を除去し、第２のコア層を形成する部位の一部を露出させて、コア層上に低屈折率絶縁膜を形成する工程と、
   低屈折率絶縁膜の一部を除去する工程と、
   第１のコア層を形成する部位、第２のコア層を形成する部位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. 光デバイスの第１のコア層となるべき化合物半導体からなる部位を有する第１の基板を用意する工程と、
   光デバイスの第２のコア層となるべきＳｉからなる部位、低屈折率絶縁性クラッド層となるべき部位を有する第２の基板を用意する工程と、
   第２の基板の第２のコア層となるべき部位に、ｐ型、又はｎ型領域を形成するための不純物ドーピングを行う工程と、
   第１の基板の第１のコア層となるべき部位と第２の基板の第２のコア層となるべき部位とを接合してコア層を形成させる工程と、
   第１のコア層を形成する部位を残して第１の基板を除去する工程と、
   コア層に複数の溝又は貫通孔を有する光デバイス構造を形成する工程と、
   第1のコア層を形成する部位の一部を除去し、第２のコア層を形成する部位の一部を露出させて、第1のコア層を形成する部位、第２のコア層を形成する部位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。
3. 上記コア層の厚さが、光デバイスの動作波長以下であることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の光デバイスの製造方法。
4. 上記光デバイス構造が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乃至３のいずれかに１項記載の光デバイスの製造方法。
5. 上記光デバイス構造が１次元フォトニック結晶スラブ構造、擬結晶構造、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、又はバルク構造のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光デバイスの製造方法。
6. 上記第２の基板に、電子回路、光回路の少なくとも一方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１項に記載の光デバイスの製造方法。
7. 上記光デバイス上に、光素子、電子素子の少なくとも一方を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６のいずれか１項に記載の光デバイスの製造方法。