JPWO2018037450A1 - 光デバイス及び光デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
基板の上にアモルファスの絶縁体により形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層の上に化合物半導体の単結晶により形成された第１のクラッド領域、活性領域及び第２のクラッド領域と、前記活性領域の上に絶縁体により形成された上部クラッド層と、前記第１のクラッド領域に接続された第１の電極と、前記第２のクラッド領域に接続された第２の電極と、を有し、前記第１のクラッド領域、前記活性領域及び前記第２のクラッド領域は、前記基板の面に平行に形成されている光デバイス。
Description
本発明は、光デバイス及び光デバイスの製造方法に関するものである。
光通信等においては、シリコンウェハに形成された光導波路と、光源となる発光素子とを有する光デバイスが用いられている。このような光デバイスは、例えば、シリコン基板の表面のシリコン酸化膜の上にシリコンにより光導波路を形成し、化合物半導体により形成された光源となる発光素子をシリコン基板の上にフリップチップボンディングにより、実装することにより作製することができる。しかしながら、この方法では、光導波路と発光素子との厳密な位置合わせが困難であり、また、発光素子はシリコンウェハとは別の化合物半導体ウェハを用いて作製し、発光素子を素子ごとに切り出し実装するため、工程が複雑となり時間も要する。
このため、シリコンにより光導波路が形成されているシリコンウェハの上に、直接、化合物半導体により発光素子を形成する方法が開示されている。この方法は、光導波路の形成されているシリコンウェハの発光素子が形成される領域をエッチングにより除去し、この領域に厚いバッファ層を形成し、バッファ層の上に、化合物半導体により発光素子を形成する方法である。
しかしながら、シリコンウェハ等の上にバッファ層を形成する場合、シリコンと発光素子を形成する化合物半導体とは格子整合しないため、バッファ層を厚くしても、良好な結晶性の化合物半導体を形成することができず、所望の特性が得られない場合がある。また、バッファ層を厚く形成すると時間等を要し、コストアップを招くとともに、膜厚方向において、光導波路と発光素子との間で位置合わせが必要となり、製造は容易ではない。
このため、同一のシリコン基板上に、光導波路と光増幅器や発光素子とが、容易に作製された光デバイスが求められている。
１つの態様では、光デバイスは、基板の上にアモルファスの絶縁体により形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層の上に化合物半導体の単結晶により形成された第１のクラッド領域、活性領域及び第２のクラッド領域と、前記活性領域の上に絶縁体により形成された上部クラッド層と、前記第１のクラッド領域に接続された第１の電極と、前記第２のクラッド領域に接続された第２の電極と、を有し、前記第１のクラッド領域、前記活性領域及び前記第２のクラッド領域は、前記基板の面に平行に形成されている。
１つの側面として、同一のシリコン基板上に、光導波路と光増幅器や発光素子とを容易に作製することができる。
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。また、図面においては、便宜上、縦横の比率は正確には記載されていない場合がある。
〔第１の実施の形態〕
（光デバイス）
第１の実施の形態における光デバイスについて、図１及び図２に基づき説明する。本実施の形態における光デバイスは、２つの光導波路と光増幅器が形成されている構造のものであり、シリコン基板１０の上に形成された酸化シリコン層１１の上に形成されている。尚、図１は、本実施の形態における光デバイスの上面図であり、図２（ａ）は、図１における一点鎖線１Ａ−１Ｂにおいて切断した断面図であり、図２（ｂ）は、図１における一点鎖線１Ｃ−１Ｄにおいて切断した断面図である。
（光デバイス）
第１の実施の形態における光デバイスについて、図１及び図２に基づき説明する。本実施の形態における光デバイスは、２つの光導波路と光増幅器が形成されている構造のものであり、シリコン基板１０の上に形成された酸化シリコン層１１の上に形成されている。尚、図１は、本実施の形態における光デバイスの上面図であり、図２（ａ）は、図１における一点鎖線１Ａ−１Ｂにおいて切断した断面図であり、図２（ｂ）は、図１における一点鎖線１Ｃ−１Ｄにおいて切断した断面図である。
本実施の形態における光デバイスは、酸化シリコン層１１の上に、第１の光導波路２１及び第２の光導波路２２がシリコンにより形成されている。酸化シリコン層１１の上の第１の光導波路２１と第２の光導波路２２との間には、化合物半導体材料により光増幅器が形成されている。この光増幅器は、酸化シリコン層１１の上に、酸化シリコン層１１の面方向に沿って形成されており、一方の側から他方の側に向かって、第１の半導体クラッド領域３１、活性領域３２、第２の半導体クラッド領域３３の順に形成されている。尚、一方の側となる第１の半導体クラッド領域３１の端面は、単結晶のシリコンにより形成された単結晶シリコン領域２３の端面２３ａとなるシリコンの（１１１）面と接している。
単結晶シリコン領域２３、第１の半導体クラッド領域３１、活性領域３２、第２の半導体クラッド領域３３の上には、これらを覆うように酸化シリコン層６０が形成されている。尚、第１の半導体クラッド領域３１、活性領域３２、第２の半導体クラッド領域３３は、シリコン基板１０の面に平行に形成されている。また、第１の半導体クラッド領域３１の上には、第１の半導体クラッド領域３１に接して第１の電極５１が形成されており、第２の半導体クラッド領域３３の上には、第２の半導体クラッド領域３３に接して第２の電極５２が形成されている。本願においては、酸化シリコン層１１を下部クラッド層または下部酸化シリコン層と記載し、酸化シリコン層６０を上部クラッド層または上部酸化シリコン層と記載する場合がある。
本実施の形態における光デバイスでは、光増幅器における活性領域３２が、第１の光導波路２１と第２の光導波路２２との間に位置するように形成されている。また、酸化シリコン層１１及びに酸化シリコン層６０は、アモルファス構造の酸化シリコンにより形成されている。第１の半導体クラッド領域３１は、ｎ−ＩｎＰにより形成されており、活性領域３２は、ＩｎＧａＡｓＰにより形成されており、第２の半導体クラッド領域３３は、ｐ−ＩｎＰにより形成されている。
従って、第１の半導体クラッド領域３１及び第２の半導体クラッド領域３３は、不純物元素がドープされているため導電性を有している。よって、第１の電極５１と第２の電極５２との間に電圧を印加することにより、第１の半導体クラッド領域３１及び第２の半導体クラッド領域３３を介し、活性領域３２に電流を流すことができ、活性領域３２において光を増幅させることができる。
本実施の形態においては、シリコン基板１０の基板面と平行な方向では、活性領域３２は、活性領域３２よりも屈折率が低く、バンドギャップの広い半導体材料により形成された第１の半導体クラッド領域３１と第２の半導体クラッド領域３３とにより挟まれている。また、膜厚方向においては、活性領域３２は、活性領域３２よりも屈折率が低く、バンドギャップの広い絶縁体である酸化シリコンにより形成された酸化シリコン層１１と酸化シリコン層６０とにより挟まれている。即ち、活性領域３２は、シリコン基板１０の面に平行な方向では、第１の半導体クラッド領域３１と第２の半導体クラッド領域３３とにより挟まれており、シリコン基板１０の面に垂直な方向では、酸化シリコン層１１と酸化シリコン層６０とにより挟まれている。よって、活性領域３２において増幅された光は、活性領域３２に閉じ込められる。
従って、本実施の形態においては、第１の光導波路２１を伝搬している光は、光増幅器の活性領域３２の一方の端面３２ａより入射し、活性領域３２において光が増幅され、活性領域３２の他方の端面３２ｂより出射されて第２の光導波路２２に入射する。本実施の形態においては、ＩｎＰ及びＩｎＧａＡｓＰ等の場合について説明したが、ＧａＡｓ等の他のIII−Ｖ族化合物半導体についても同様に適用することが可能である。例えば、活性領域３２は、ＩｎＡｓにより形成してもよい。
（光デバイスの製造方法）
次に、本実施の形態における光デバイスの製造方法について説明する。以下に説明する光デバイスは、細部において図１及び図２に示す光デバイスの形状と一部相違している部分が存在しているが、発明の内容に影響を及ぼすものではない。尚、本実施の形態における光デバイスの製造には、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板が用いられている。
次に、本実施の形態における光デバイスの製造方法について説明する。以下に説明する光デバイスは、細部において図１及び図２に示す光デバイスの形状と一部相違している部分が存在しているが、発明の内容に影響を及ぼすものではない。尚、本実施の形態における光デバイスの製造には、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板が用いられている。
最初に、図３に示すように、ＳＯＩ基板におけるシリコン層を加工することにより、第１の光導波路２１、第２の光導波路２２、単結晶シリコン層２３ｔを形成する。尚、図３（ａ）は、この工程における上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）における一点鎖線３Ａ−３Ｂにおいて切断した断面図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）における一点鎖線３Ｃ−３Ｄにおいて切断した断面図である。
ＳＯＩ基板は、シリコン基板１０の上に、酸化シリコン層１１が形成されており、酸化シリコン層１１の上には、シリコン層が形成されている。シリコン層は、表面は（１００）面となる単結晶により形成されている。本実施の形態においては、酸化シリコン層１１の膜厚が２〜３μｍ、シリコン層の膜厚が２５０ｎｍのＳＯＩ基板を用いている。
具体的には、ＳＯＩ基板のシリコン層の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、第１の光導波路２１、第２の光導波路２２、光増幅器、単結晶シリコン領域２３が形成される領域の上に、不図示のレジストパターンを形成する。この後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のドライエッチングにより、レジストパターンが形成されていない領域のシリコン層を除去した後、レジストパターンを有機溶剤等により除去する。これにより、酸化シリコン層１１の上に、同時に、第１の光導波路２１、第２の光導波路２２、単結晶シリコン層２３ｔを形成する。尚、単結晶シリコン層２３ｔは、光増幅器と単結晶シリコン領域２３が形成される領域に形成される。また、形成される第１の光導波路２１及び第２の光導波路２２の幅は約４８０ｎｍであり、単結晶シリコン層２３ｔの短手方向の幅は約１μｍであり、第１の光導波路２１及び第２の光導波路２２と単結晶シリコン層２３ｔとの間隔は約５０ｎｍである。
次に、図４に示すように、露出している酸化シリコン層１１、第１の光導波路２１、第２の光導波路２２、単結晶シリコン層２３ｔの上に、酸化シリコン層６０を形成する。これにより、第１の光導波路２１、第２の光導波路２２、単結晶シリコン層２３ｔは、アモルファス構造の酸化シリコン層６０により覆われる。具体的には、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）により酸化シリコンを成膜することにより、酸化シリコン層６０を形成する。尚、図４（ａ）は、この工程における上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）における一点鎖線４Ａ−４Ｂにおいて切断した断面図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）における一点鎖線４Ｃ−４Ｄにおいて切断した断面図である。
次に、図５に示すように、酸化シリコン層６０に開口部６０ａを形成する。開口部６０ａは、単結晶シリコン層２３ｔの長手方向の端部近傍に形成する。具体的には、酸化シリコン層６０の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにおり、酸化シリコン層６０の開口部６０ａが形成される領域に開口を有するレジストパターンを形成する。この後、ＲＩＥ等により、レジストパターンが形成されていない領域の酸化シリコン層６０をＲＩＥ等により除去し、単結晶シリコン層２３ｔの表面の一部を露出させることにより、開口部６０ａを形成する。形成される開口部６０ａの長さＬ１は４０μｍ〜２００μｍである。尚、図５（ａ）は、この工程における上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）における一点鎖線５Ａ−５Ｂにおいて切断した断面図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）における一点鎖線５Ｃ−５Ｄにおいて切断した断面図である。
次に、図６に示すように、単結晶シリコン層２３ｔの一部をＴＭＡＨ（Tetra methyl ammonium hydroxide）によるウェットエッチングにより除去することにより空間２３ｂを形成する。ＴＭＡＨは、シリコンはエッチングすることができるが、酸化シリコンはエッチングすることができない。従って、酸化シリコン層６０の開口部６０ａより入り込んだＴＭＡＨにより、単結晶シリコン層２３ｔの一部がウェットエッチングにより除去さる。これにより、単結晶シリコン層２３ｔが除去された領域には空間２３ｂが形成され、残存する単結晶シリコン層２３ｔにより単結晶シリコン領域２３が形成される。即ち、酸化シリコンはＴＭＡＨによりエッチングされないため、酸化シリコン層６０及び酸化シリコン層１１は残り、酸化シリコン層６０と酸化シリコン層１１との間の単結晶シリコン層２３ｔが除去され、この領域には空間２３ｂが形成される。尚、第１の光導波路２１及び第２の光導波路２２は、酸化シリコン層６０により覆われているため、ＴＭＡＨによるウェットエッチングにより除去されることはない。本実施の形態においては、形成される空間２３ｂの長さＬ２は、約１０μｍである。このように、ＴＭＡＨによりシリコンをウェットエッチングすることにより、単結晶シリコン領域２３の露出している端面２３ａは、シリコンの（１１１）面となる。このウェットエッチングでは、酸化シリコンのエッチングレートよりもシリコンのエッチングレートの方が早いエッチング液を用いてもよい。尚、図６（ａ）は、この工程における上面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）における一点鎖線６Ａ−６Ｂにおいて切断した断面図であり、図６（ｃ）は、図６（ａ）における一点鎖線６Ｃ−６Ｄにおいて切断した断面図である。
次に、図７に示すように、ＭＯＣＶＤによるエピタキシャル成長により、単結晶シリコン領域２３の端面２３ａのシリコンの（１１１）面より、第１の半導体クラッド領域３１、活性領域３２、第２の半導体クラッド領域３３を順に形成する。エピタキシャル成長は、アモルファス構造の酸化シリコンの上では結晶成長せず、結晶面が露出しているシリコンの（１１１）面において結晶成長する。ＩｎＰ等の化合物半導体は、（１１１）面が結晶成長しやすい面であるため、酸化シリコン層６０の開口部６０ａより、有機金属等の成膜ガスが入り込み、露出しているシリコンの端面２３ａの（１１１）面から結晶成長が始まる。これにより単結晶シリコン領域２３の端面２３ａから、長さＬ３が５μｍのｎ−ＩｎＰの第１の半導体クラッド領域３１、長さＬ４が５００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰの活性領域３２、長さＬ５が４．５μｍのｐ−ＩｎＰの第２の半導体クラッド領域３３の順に形成される。第１の半導体クラッド領域３１、活性領域３２、第２の半導体クラッド領域３３を形成する際には、第１の半導体クラッド領域３１の結晶成長を開始する際の最初の基板温度を約４５０℃とし、その後、基板温度を約５５０℃に昇温して結晶成長を行う。尚、図７（ａ）は、この工程における上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）における一点鎖線７Ａ−７Ｂにおいて切断した断面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）における一点鎖線７Ｃ−７Ｄにおいて切断した断面図である。
次に、図８に示すように、第１の半導体クラッド領域３１の上に、第１の半導体クラッド領域３１に接続される第１の電極５１を形成し、第２の半導体クラッド領域３３の上に、第２の半導体クラッド領域３３に接続される第２の電極５２を形成する。尚、図８（ａ）は、この工程における上面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）における一点鎖線８Ａ−８Ｂにおいて切断した断面図であり、図８（ｃ）は、図８（ａ）における一点鎖線８Ｃ−８Ｄにおいて切断した断面図である。
具体的には、酸化シリコン層６０の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置により露光、現像を行う。これにより、第１の半導体クラッド領域３１の上の第１の電極５１が形成される領域及び第２の半導体クラッド領域３３の上の第２の電極５２が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ＲＩＥ等によるドライエッチングにより、レジストパターンが形成されていない領域の酸化シリコン層６０を第１の半導体クラッド領域３１及び第２の半導体クラッド領域３３の表面が露出するまで除去する。この後、有機溶剤等により、レジストパターンを除去する。この後、スパッタリングにより金属積層膜を成膜し、金属積層膜の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置により露光、現像を行うことにより、第１の電極５１及び第２の電極５２が形成される領域に不図示のレジストパターンを形成する。この後、ＲＩＥ等によるドライエッチングによりレジストパターンが形成されていない領域の金属積層膜を除去することにより、第１の半導体クラッド領域３１に接続される第１の電極５１と、第２の半導体クラッド領域３３に接続される第２の電極５２を形成する。この後、レジストパターンは、有機溶剤等により除去する。尚、金属積層膜は、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌにより形成されている。
以上の工程により、本実施の形態における光デバイスを製造することができる。本実施の形態においては、図９に示されるように、第２の半導体クラッド領域３３を形成した後、更に、ＣＶＤにより酸化シリコン層を成膜し酸化シリコン層６０の厚さを約１μｍと厚くしたものであってもよい。この後、酸化シリコン層６０に開口部を形成し、第１の電極５１及び第２の電極５２する。尚、図９（ａ）、（ｂ）は、図８（ｂ）、（ｃ）に対応する断面の断面図である。
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について、図１０及び図１１に基づき説明する。本実施の形態における光デバイスは、光導波路と半導体レーザとが形成されているものであり、シリコン基板１０の上に形成された酸化シリコン層１１の上に形成されている。尚、図１０は、本実施の形態における光デバイスの上面図であり、図１１（ａ）は、図１０における一点鎖線１０Ａ−１０Ｂにおいて切断した断面図であり、図１１（ｂ）は、図１０における一点鎖線１０Ｃ−１０Ｄにおいて切断した断面図である。
次に、第２の実施の形態について、図１０及び図１１に基づき説明する。本実施の形態における光デバイスは、光導波路と半導体レーザとが形成されているものであり、シリコン基板１０の上に形成された酸化シリコン層１１の上に形成されている。尚、図１０は、本実施の形態における光デバイスの上面図であり、図１１（ａ）は、図１０における一点鎖線１０Ａ−１０Ｂにおいて切断した断面図であり、図１１（ｂ）は、図１０における一点鎖線１０Ｃ−１０Ｄにおいて切断した断面図である。
本実施の形態においては、酸化シリコン層１１の上に、シリコンにより形成された光導波路１２１と化合物半導体により形成された半導体レーザとが形成されている。半導体レーザは、酸化シリコン層１１の上に、酸化シリコン層１１の面方向に沿って形成されており、一方の側から他方の側に向かって、第１の半導体クラッド領域１３１、活性領域１３２、第２の半導体クラッド領域１３３の順に形成されている。尚、一方の側となる第１の半導体クラッド領域１３１の端面は、単結晶のシリコンにより形成された単結晶シリコン領域２３の端面２３ａとなるシリコンの（１１１）面と接している。
酸化シリコン層１１の上に形成された単結晶シリコン領域２３、第１の半導体クラッド領域１３１、活性領域１３２、第２の半導体クラッド領域１３３の上には、これらを覆うように酸化シリコン層６０が形成されている。また、第１の半導体クラッド領域１３１の上には、第１の半導体クラッド領域１３１に接して第１の電極１５１が形成されており、第２の半導体クラッド領域１３３の上には、第２の半導体クラッド領域１３３に接して第２の電極１５２が形成されている。本実施の形態における光デバイスでは、半導体レーザにおける活性領域１３２の一方の端面１３２ａより出射されたレーザ光が、光導波路１２１に入射するように形成されている。
酸化シリコン層１１及びに酸化シリコン層６０は、アモルファス構造の酸化シリコンにより形成されている。第１の半導体クラッド領域１３１は、ｎ−ＩｎＰにより形成されており、活性領域１３２は、ＩｎＧａＡｓＰにより形成されており、第２の半導体クラッド領域１３３は、ｐ−ＩｎＰにより形成されている。尚、活性領域１３２は、ＩｎＡｓにより形成してもよい。
第１の半導体クラッド領域１３１及び第２の半導体クラッド領域１３３は、不純物元素がドープされているため導電性を有している。よって、第１の電極１５１と第２の電極１５２との間に電圧を印加することにより、第１の半導体クラッド領域１３１及び第２の半導体クラッド領域１３３を介し、活性領域１３２に電流を流すことができ、活性領域１３２においてレーザ発振させることができる。活性領域１３２には、光が伝播する方向において共振器が形成されている。この共振器は、活性領域１３２の両側の端面に形成される端面ミラーにより形成してもよい。活性領域１３２により共振器が形成されるためには、活性領域１３２の幅Ｗ１は、１０μｍ以上であることが好ましい。
シリコン基板１０の基板面と平行な方向においては、活性領域１３２は、活性領域１３２よりも屈折率の低い半導体材料により形成された第１の半導体クラッド領域１３１と第２の半導体クラッド領域１３３とにより両側が挟まれている。また、膜厚方向においては、活性領域１３２は、活性領域１３２よりも屈折率の低い酸化シリコンにより形成された酸化シリコン層１１と酸化シリコン層６０とにより挟まれている。即ち、活性領域１３２は、シリコン基板１０の面と平行な方向では第１の半導体クラッド領域１３１と第２の半導体クラッド領域１３３とにより挟まれており、シリコン基板１０の面と垂直な方向では酸化シリコン層１１と酸化シリコン層６０とにより挟まれている。このため、活性領域３２において発光した光は、活性領域１３２に閉じ込められレーザ発振する。
本実施の形態においては、化合物半導体材料の結晶成長が開始する第１の半導体クラッド領域１３１の単結晶シリコン領域２３の（１１１）面近傍においては幅が狭く形成されており、活性領域１３２が形成されている領域に向けて幅が広くなっている。これは、幅が狭い方が、化合物半導体の結晶成長の初期段階では、III−Ｖ族化合物半導体の結晶成長が円滑に行われるからである。
本実施の形態における光デバイスは、第１の実施の形態と同様の工程により形成することができる。例えば、第１の実施の形態において、第２の光導波路２２を形成することなく、第１の光導波路２１を形成することにより、本実施の形態における光デバイスを作製することができる。尚、本実施の形態における図面では、エピタキシャル成長により、第１の半導体クラッド領域１３１、活性領域１３２、第２の半導体クラッド領域１３３を形成する際に、有機金属ガスが入り込む酸化シリコン層６０の開口部は省略されている。
本実施の形態においては、活性領域１３２においてレーザ発振し、活性領域１３２の一方の端面１３２ａより出射されたレーザ光は、光導波路１２１に入射する。本実施の形態における光デバイスは、半導体レーザに代えて、光導波路より活性領域に入射した光を検出する光検出素子であってもよい。
（変形例１）
また、本実施の形態は、図１２及び図１３に示すように、活性領域１３２において光の伝播する方向の一方の端面１３２ａの側に光導波路１２１が形成されており、他方の端面１３２ｂの側に光を反射するミラー１２５が形成されたものであってもよい。ミラー１２５は、シリコン領域１２５ａと酸化シリコン領域１２５ｂが交互に形成されたＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）ミラーにより形成されている。ミラー１２５を形成しているシリコン領域１２５ａは、ＳＯＩ基板のシリコン層を加工することにより形成されている。酸化シリコン領域１２５ｂは、酸化シリコン層６０を成膜することにより、シリコン領域１２５ａとシリコン領域１２５ａとの間に埋められた酸化シリコンにより形成されている。尚、図１２は、この光デバイスの上面図であり、図１３（ａ）は、図１２における一点鎖線１２Ａ−１２Ｂにおいて切断した断面図であり、図１３（ｂ）は、図１２における一点鎖線１２Ｃ−１２Ｄにおいて切断した断面図である。
また、本実施の形態は、図１２及び図１３に示すように、活性領域１３２において光の伝播する方向の一方の端面１３２ａの側に光導波路１２１が形成されており、他方の端面１３２ｂの側に光を反射するミラー１２５が形成されたものであってもよい。ミラー１２５は、シリコン領域１２５ａと酸化シリコン領域１２５ｂが交互に形成されたＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）ミラーにより形成されている。ミラー１２５を形成しているシリコン領域１２５ａは、ＳＯＩ基板のシリコン層を加工することにより形成されている。酸化シリコン領域１２５ｂは、酸化シリコン層６０を成膜することにより、シリコン領域１２５ａとシリコン領域１２５ａとの間に埋められた酸化シリコンにより形成されている。尚、図１２は、この光デバイスの上面図であり、図１３（ａ）は、図１２における一点鎖線１２Ａ−１２Ｂにおいて切断した断面図であり、図１３（ｂ）は、図１２における一点鎖線１２Ｃ−１２Ｄにおいて切断した断面図である。
（変形例２）
また、本実施の形態は、図１４に示すように、活性領域１３２を２つ有している構造のものであってもよい。これにより、半導体レーザより出射されるレーザ光の強度を高くすることができる。尚、図１４（ａ）は、この光デバイスの上面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）における一点鎖線１４Ａ−１４Ｂにおいて切断した断面図である。
また、本実施の形態は、図１４に示すように、活性領域１３２を２つ有している構造のものであってもよい。これにより、半導体レーザより出射されるレーザ光の強度を高くすることができる。尚、図１４（ａ）は、この光デバイスの上面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）における一点鎖線１４Ａ−１４Ｂにおいて切断した断面図である。
具体的には、酸化シリコン層１１の上に、一方の側から他方の側に向かって、第１の半導体クラッド領域１３１、活性領域１３２、第２の半導体クラッド領域１３３が順に形成されているものを並べて２つ形成する。形成される２つの活性領域１３２は、一方の活性領域１３２の光が伝播する方向と他方の活性領域１３２の光が伝播する方向とが同じ方向となるように形成する。このように形成することにより、出射されるレーザ光の強度を高くすることができる。
（変形例３）
また、本実施の形態は、図１５に示すように、図１０等に示される半導体レーザを同一のシリコン基板の上に複数形成したものであってもよい。
また、本実施の形態は、図１５に示すように、図１０等に示される半導体レーザを同一のシリコン基板の上に複数形成したものであってもよい。
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態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範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
１０ シリコン基板
１１ 酸化シリコン層
２１ 第１の光導波路
２２ 第２の光導波路
２３ 単結晶シリコン領域
２３ａ 端面
２３ｂ 空間
２３ｔ 単結晶シリコン層
３１ 第１の半導体クラッド領域
３２ 活性領域
３３ 第２の半導体クラッド領域
５１ 第１の電極
５２ 第２の電極
６０ 酸化シリコン層
１１ 酸化シリコン層
２１ 第１の光導波路
２２ 第２の光導波路
２３ 単結晶シリコン領域
２３ａ 端面
２３ｂ 空間
２３ｔ 単結晶シリコン層
３１ 第１の半導体クラッド領域
３２ 活性領域
３３ 第２の半導体クラッド領域
５１ 第１の電極
５２ 第２の電極
６０ 酸化シリコン層
Claims (20)
- 基板の上にアモルファスの絶縁体により形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上に化合物半導体の単結晶により形成された第１のクラッド領域、活性領域及び第２のクラッド領域と、
前記活性領域の上に絶縁体により形成された上部クラッド層と、
前記第１のクラッド領域に接続された第１の電極と、
前記第２のクラッド領域に接続された第２の電極と、
を有し、
前記第１のクラッド領域、前記活性領域及び前記第２のクラッド領域は、前記基板の面に平行に形成されていることを特徴とする光デバイス。 - 前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層は、酸化シリコンを含む材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
- 前記第１のクラッド領域は、第１の伝導型であり、
前記第２のクラッド領域は、第２の伝導型であることを特徴とする請求項１または２に記載の光デバイス。 - 前記化合物半導体は、III−Ｖ族化合物半導体であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光デバイス。
- 前記第１のクラッド領域は、ＩｎＰを含む材料により形成されており、
前記活性領域は、ＩｎＡｓ、または、ＩｎＧａＡｓＰを含む材料により形成されており、
前記第２のクラッド領域は、ＩｎＰを含む材料により形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光デバイス。 - 前記下部クラッド層の上には、シリコンにより第１の光導波路及び第２の光導波路が形成されており、
前記第１の光導波路より前記活性領域に入射した光は、前記活性領域において増幅されて出射され、前記第２の光導波路に入射することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光デバイス。 - 前記第１の光導波路、前記第２の光導波路、前記第１のクラッド領域、前記活性領域、前記第２のクラッド領域は、前記基板の面と平行に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光デバイス。
- 前記下部クラッド層の上には、シリコンにより光導波路が形成されており、
前記光導波路、前記第１のクラッド領域、前記活性領域、前記第２のクラッド領域は、前記基板の面と平行に形成されており、
前記活性領域において出射されたレーザ光は、前記光導波路に入射することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光デバイス。 - 前記基板の上には、ミラーが形成されており、
前記活性領域は、前記光導波路とミラーとの間に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の光デバイス。 - 前記ミラーは、シリコン領域と酸化シリコン領域とが交互に形成されたＤＢＲミラーであることを特徴とする請求項９に記載の光デバイス。
- 前記下部クラッド層の上には、光導波路がシリコンにより形成されており、
前記光導波路、前記第１のクラッド領域、前記活性領域、前記第２のクラッド領域は、前記基板の面と平行に形成されており、
前記光導波路から前記活性領域に入射した光を検出することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光デバイス。 - 前記活性領域は、複数形成されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の光デバイス。
- 基板の上のアモルファスの下部酸化シリコン層の上に、単結晶のシリコンにより単結晶シリコン層を形成する工程と、
前記単結晶シリコン層を覆う上部酸化シリコン層を形成する工程と、
前記単結晶シリコン層の上の上部酸化シリコン層の一部を除去し開口部を形成する工程と、
前記開口部よりウェットエッチングにより、前記単結晶シリコン層の一部を除去することにより単結晶シリコン領域を形成し、単結晶シリコン領域のシリコンの（１１１）面を露出させる工程と、
前記シリコンの（１１１）面より化合物半導体をエピタキシャル成長させることにより、第１のクラッド領域、活性領域、第２のクラッド領域を順に形成する工程と、
前記第１のクラッド領域に接する第１の電極、及び、前記第２のクラッド領域に接する第２の電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする光デバイスの製造方法。 - 前記単結晶シリコン層を形成する工程において、前記下部酸化シリコン層の上に、同時に単結晶のシリコンにより第１の光導波路及び第２の光導波路を形成し、
前記上部酸化シリコン層は、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路の上にも形成されるものであって、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に、前記活性領域が位置するように形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の光デバイスの製造方法。 - 前記単結晶シリコン層を形成する工程において、同時に前記下部酸化シリコン層の上に、単結晶のシリコンにより光導波路を形成し、
前記上部酸化シリコン層は、前記光導波路の上にも形成されるものであって、
前記光導波路は、前記活性領域から出射された光が入射する位置に形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の光デバイスの製造方法。 - 前記シリコンのウェットエッチングは、酸化シリコンのエッチングレートよりもシリコンのエッチングレートの方が早いエッチング液を用いて行うことを特徴とする請求項１３から１４のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
- 前記第１のクラッド領域、前記活性領域、前記第２のクラッド領域は、ＭＯＣＶＤにより形成されていることを特徴とする請求項１３から１６のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
- 前記第１のクラッド領域、前記活性領域、前記第２のクラッド領域は、前記基板の面と平行にエピタキシャル成長することにより形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の光デバイスの製造方法。
- 前記化合物半導体は、III−Ｖ族化合物半導体であることを特徴とする請求項１３から１８のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
- 前記第１のクラッド領域は、ＩｎＰを含む材料により形成されており、
前記活性領域は、ＩｎＡｓ、または、ＩｎＧａＡｓＰを含む材料により形成されており、
前記第２のクラッド領域は、ＩｎＰを含む材料により形成されていることを特徴とする請求項１３から１８のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
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