(57)【要約】  変調器の製造方法は、  −基板を、変調器の第１の電極を含む封入された半導体層上に接合した後且つ変調器の第２の電極を形成する前に、埋め込まれた半導体層の下に位置する誘電材料の埋め込み層の１つの面を、埋め込み層の厚さを５ｎｍより多く変えることなく露出させるように、封入された半導体層がその上に堆積されたベース基板を除去すること（５２２）を含み、  −第２の電極の前記形成（５２４、５２８）は、ひとたび第２の電極が形成されると、変調器の電極の近位端の間に設けられた誘電体層を直接形成するのが埋め込み層であるように埋め込み層の露出面に直接実施される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波光信号の伝播損失及び伝播指数の変調器を製造する方法であって、前記方法は、
−ベース基板（１）と、誘電材料の埋め込み層（２）と、半導体層（４３）とを連続して含むスタックを設けること（５００）であって、前記埋め込み層（２）の各点における厚さはｅ２ｉｎｉから約５ｎｍ以内であり、ここで、ｅ２ｉｎｉは前記埋め込み層の平均厚さと等しい定数である、スタックを設けること（５００）、その後
−前記変調器の第１の電極（１２０）を前記半導体層（４３）内に構成するように該半導体層（４３）をエッチングすること（５１４、５１６）であって、該第１の電極（１２０）は、近位端（１２）と、遠位端（１１）と、該近位端（１２）から該遠位端（１１）まで、該端（１１、１２）を機械的且つ電気的に接続するように横方向（Ｘ）に延在する中間部（１３）とを有する、エッチングすること（５１４、５１６）、その後
−誘電材料内に封入された半導体層（３）を得るために、構造化された前記半導体層（４３）を誘電材料（１１６）内に封入すること（５１８）であって、前記第１の電極の前記近位端に直接接するまで前記横方向に延在している前記誘電材料に封入すること（５１８）、その後
−基板（４４）を前記封入された半導体層（３）上に接合すること（５２０）、その後
−前記第１の電極（１２０）の前記近位端（１２）と向かい合う近位端（３２）を有する前記変調器の第２の電極（１３０）を形成すること（５２４、５２８）であって、該近位端（１２、３２）は前記変調されることになる光信号を導くことが可能な導波路（７０）を形成するように誘電体層（２０）の分だけ互いに離間して形成すること（５２４、５２８）、
を含み、
−前記方法は、前記基板（４４）を前記封入された半導体層（３）上に接合した後且つ前記第２の電極（１３０）を形成する前に、前記埋め込み層（２）の１つの面を、その厚さを５ｎｍより多く変えることなく露出させるように前記ベース基板（１）を除去すること（５２２）を含み、
−前記第２の電極（１３０）の形成（５２４、５２８）は、一旦前記第２の電極（１３０）が形成されると、前記電極の前記近位端（１２、３２）の間に設けられた前記誘電体層（２０）を直接形成するのが前記埋め込み層（２）であるように、前記埋め込み層（２）の露出面に直接実施される、
ことを特徴とする、
方法。
【請求項２】
−スタックを設けること（５００）は、以下のスタックを設けることを含み、以下のスタックは、
・前記ベース基板（１）はシリコン製であり、
・前記埋め込み層（２）は熱酸化シリコンの層、すなわち、７００ Ｃよりも高い温度で前記ベース基板の前記表面を酸化することにより得られる層であり、
−前記第２の電極の形成ステップは、
・半導体材料の層（３０）を前記埋め込み層（２）の前記露出面上に直接接合すること（５２４）、その後
・前記第２の電極（１３０）を形成するように前記半導体材料の層（３０）を局所エッチングすること（５２８）、
を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
−前記第１の電極（１２０）のエッチングは、前記中間部（１３）が前記第１の電極の前記近位端よりも薄くなるように、該近位端（１２）を薄くすることなく前記第１の電極の前記中間部（１３）を薄くする局所エッチング（５１４）を含み、
−前記第２の電極（１３０）の形成は、前記第２の電極の近位端（３２）が体系的に前記第１の電極の前記近位端（１２）の両側に前記横方向に延在するように、前記第１の電極の前記近位端（１２）に対して前記第２の電極を位置決めすることを含む、
先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の電極の形成（５２４、５２８）は、
−前記第２の電極（５８２）の中間部（５８４）を薄くする局所エッチングのステップであって、該中間部（５８４）は、該中間部が前記第２の電極の前記近位端（３２）よりも薄くなるように、遠位端（３１）と近位端（３２）との間に位置する、局所エッチングのステップと、
−前記第１の電極（５９２）が体系的に前記第２の電極（５８２）の前記近位端（３２）の両側に前記横方向に延在するように、前記第１の電極（５９２）の前記近位端（１２）に対して前記第２の電極（５８２）を位置決めすること、
を含む、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記方法は、
前記誘電体層（２０）に直接接する前記近位端（５６４）の第１の領域（５６６）を前記誘電体層（２０）から遠く離れた第２の領域（５６８）よりも高濃度にドープするように、前記半導体層（４３）を前記第１の電極（５６２）又は前記第２の電極の前記近位端（５６４）の位置において局所的にドーピングをすることを含み、前記第１の領域（５６６）の厚さは７０ｎｍ以上である、
先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記埋め込み層（２）の厚さは２５ｎｍ以下又は１５ｎｍ以下である、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
−前記半導体層（４３）の前記エッチング（５１４、５１６）は前記第１の電極（１２０）と同時に第１の導波路（２２０）を形成し、
−前記方法はさらに、前記第１の導波路（２２０）と向かい合う前記埋め込み層（２）の前記露出面上に、前記変調器（１００）によって変調することができる光信号を増幅することができるＩＩＩ−Ｖ材料製の第２の導波路（２００）を形成すること（５２４、５２６、５２８）を含み、該第２の導波路は、前記埋め込み層（２）を介して前記第１の導波路に結合されている、
先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記ベース基板（１）を除去すること（５２２）は、前記ベース基板（１）を前記埋め込み層（２）よりも少なくとも５００倍速くエッチングする化学物質を用いて、前記埋め込み層（２）と直接接している前記ベース基板（１）の少なくとも残留薄膜層を選択的にエッチングする走査を含む、
先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法により製造される、光信号の伝播損失及び伝播指数の変調器（１００；５５０；５６０；５７０；５８０；５９０）であって、該変調器は、
−主に「基板の平面」と呼ばれる平面に延在する基板（４４）と、
−誘電材料（１１６）に封入された半導体層（３）であって、該封入された半導体層は、前記基板（４４）側に直接向いた下面と、該基板（４４）とは反対側に向いた上面とを備え、該封入された半導体層（３）はまた、少なくとも前記半導体材料に形成された前記変調器の第１の電極（１２０）を備え、該第１の電極（１２０）は、中間部（１３）と、前記第１の電極の前記近位端に直接接するまで横方向に連続する前記誘電材料とを介して、前記基板の平面と平行な横方向に、近位端（１２）から遠位端（１１）まで延在しており、前記近位端（１２）、前記遠位端（１１）、及び前記中間部（１３）は、前記封入された半導体層（３）の前記上面と同一面にある、半導体層（３）と、
−前記第１の電極（１２０）のドーピングの符号と反対の符号を有する半導体材料から成る第２の電極（１３０）であって、該第２の電極は中間部を介して近位端（３２）から遠位端（３１）まで延在し、前記近位端（３２）は前記第１の電極の前記近位端（１２）と向かい合うように位置し、前記遠位端（３１）は前記横方向に直交し且つ前記近位端を通る平面に対して前記第１の電極の前記遠位端（１１）とは反対側に位置している、第２の電極（１３０）と、
−前記第１の電極及び前記第２の電極の前記近位端（１２、３２）の間に設けられた誘電体層（２０）であって、前記近位端（１２、３２）と前記誘電体層（２０）との前記重ね合わせにより前記変調されることになる光信号を導くことが可能な導波路（７０）を形成する、誘電体層（２０）と、
−前記第１の電極及び前記第２の電極の前記遠位端（１１、３１）とそれぞれ直接機械的且つ電気的に接触するバンプコンタクト（２１、２２）であって、前記導波路における前記電荷キャリアの濃度を変えるようにこれらの電極を異なる電位に電気的に接続する、バンプコンタクト（２１、２２）と、
を備え、
前記第１の電極（１２０；５６２）の前記近位端（１２；５６４）は該第１の電極（１２０；５６２）の前記中間部（１３）よりも厚いことを特徴とする、
変調器。
【請求項１０】
前記第１の電極（５６２）又は前記第２の電極の前記近位端（５６４）は、誘電体層（２０）と直接接する領域（５６６）を備え、該領域は、前記誘電体層（２０）から遠く離れた前記近位端（５６４）の第２の領域（５６８）よりも高濃度にドープされている、
請求項９に記載の変調器。
【請求項１１】
前記第１の領域（５６６）の厚さは７０ｎｍ以上である、
請求項１０に記載の変調器。
【請求項１２】
前記誘電材料の層は、７００℃以上の温度で基板を酸化させることにより得られる熱酸化物の層である、
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の変調器。
【請求項１３】
前記誘電体層（２０）の全ての点において、その厚さはｅ２ｉｎｉから約１０ｎｍ以内であり、ここで、ｅ２ｉｎｉは前記誘電体層の平均厚さと等しい定数である、
請求項９〜１２のいずれか１項に記載の変調器。
【請求項１４】
前記第２の電極（１３０）の前記近位端（３２）は、前記第１の電極の前記近位端（１２）の両側に前記横方向に少なくとも５ｎｍの距離にわたって延在する、
請求項９〜１３のいずれか１項に記載の変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波光信号の伝播損失及び伝播指数の変調器を製造する方法に関し、本発明はまたこの方法により製造される変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
「伝播損失」とは、導波路内を伝播する光学モードが被る光損失を指す。
【０００３】
「伝播指数」とは、導波路内を伝播する光学モードの有効伝播指数を指す。
【０００４】
このような既知の変調器は以下の要素を互いの上に積み重ねることによって形成された導波路を備える。
−第１の電極の近位端
−薄膜誘電体層
−第２の電極の近位端
【０００５】
第１の電極と第２の電極との間の電位差を印加することにより、誘電体層と第１の電極及び第２の電極の近位端との間の接点において電荷キャリアの密度が変わる。これにより、導波路を伝播する光場が被る伝播損失及び伝播指数が変わることになる。典型的には、誘電体層は二酸化ケイ素の層である。
【０００６】
このような変調器を製造する既知の方法は、
−ベース基板と、誘電材料の埋め込み層と、半導体層とを連続して含むスタックであって、該埋め込み層の厚さはｅ２ｉｎｉから約５ｎｍ以内であるスタックを設けること、なお、ｅ２ｉｎｉは定数である、その後
−半導体層をエッチングして、変調器の第１の電極をこの半導体層内に構成すること、ここで、該第１の電極は、近位端と、遠位端と、近位端から遠位端まで、これらの端を機械的且つ電気的に接続するように横方向に延在する中間部とを有する、その後
−誘電材料内に封入された半導体層を得るために構造化半導体層を誘電材料内に封入することであって、第１の電極の近位端に直接接するまで横方向に延在している誘電材料に封入すること、その後
−基板を封入された半導体層上に接合すること、その後
−第１の電極の近位端と向かい合う近位端を有する変調器の第２の電極を形成すること、ここで、これら近位端は変調されることになる光信号を導くことが可能な導波路を形成するように誘電体層の分だけ互いに離間している、
を含む。
【０００７】
例えば、このような製造方法は特許文献１に開示されている。
【０００８】
特許文献１に開示される方法は、誘電体層が薄い、すなわち、厚さが２５ｎｍ未満である変調器を製造することができるため有利である。このような変調器は、良好な変調効率及び低伝播損失の両方を得ることができる点で有利である。
【０００９】
一方、これらの出願に記載される既知の製造方法の実施により、性能特性にばらつきがある変調器がもたらされることになる。ここで用いられる「性能特性」という用語はとりわけ変調器の帯域幅及びこの変調器の変調効率を指すものである。変調効率は、変調器の２つの電極に印加される１ボルト当たりに誘起される屈折率の変化の比率である。
【００１０】
「性能特性のばらつき」とは、性能特性が変調器毎に異なっており、たとえこれら全ての変調器が同じ製造方法により製造されたとしてもその性能特性が変調器毎に異なるという事実を指す。このような変動は、典型的には、製造過程中の不正確さにより生じ、これにより、ランダム且つ制御されない方法で、変調器の２つの電極の間に設けられた誘電体層により形成されたコンデンサの静電容量、及び変調器により導かれる光場の最大強度の位置が変わる。例えば、この不正確さは、誘電体層の厚さ又は電極の互いに対する位置にあり得る。
【００１１】
先行技術は、以下の文献からも知られている（特許文献２〜７）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０３７６８６号
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１５／００５５９１０号
【特許文献３】国際公開第２００５／０９１０５７号
【特許文献４】国際公開第２０１５／１９４００２号
【特許文献５】国際公開第２０１３／１５５３７８号
【特許文献６】米国特許公報第８３６３９８６号
【特許文献７】仏国特許出願公開第２８６７８９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、この方法により製造される変調器の性能特性のばらつきを低減する製造方法を提供することを目的とする。言い換えると、本発明の目的は、製造される変調器の性能特性をより再現可能にする製造方法を得ることである。したがって、その主題の１つは、請求項１に記載の方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
特許請求の範囲に記載された方法では、誘電体層は、第１の電極の形成前に構成された埋め込み層により直接形成される。埋め込み層により「直接」形成される、という表現は、誘電体層が埋め込み層の初期の厚さｅ２ｉｎｉを実質的に変えることなく得られるという事実を意味する。「初期の厚さを実質的に変えることなく」という表現は、変調器の電極間に設けられた誘電体層を形成する埋め込み層の初期の厚さｅ２ｉｎｉが、初期の厚さｅ２ｉｎｉに対してｅｒｒｐより大きくは増減しないという事実を意味しており、ここでｅｒｒｐは５ｎｍ又は４ｎｍに等しい定数であり、好ましくは、３ｎｍ又は１ｎｍに等しい定数である。特に、特許請求の範囲に記載された方法では、誘電体層は、誘電材料の層を第１の電極上に形成した結果ではなく、またより厚い誘電体層を薄くした結果でもない。このために、誘電体層の厚さは、変調器の既知の製造方法と比べてより高い精度で制御される。加えて、誘電体層の厚さはより均一である。これにより、特許請求の範囲に記載された方法を実施した場合、変調器のコンデンサの静電容量のばらつきが、既知の製造方法によるばらつきよりもはるかに少なくなる。したがって、これにより、性能特性がより再現可能にされた変調器を製造することが可能になる。特に、特許請求の範囲に記載された方法により製造される変調器の帯域幅及び変調効率のばらつきが、特許文献１又は特許文献２に記載されているような既知の方法で製造された場合のばらつきよりもはるかに少なくなる。
【００１５】
さらに、特許請求の範囲に記載された方法により、第１の電極の隣に空きスペースを残す必要なく、変調器の第１の電極を誘電材料に封入することが可能になる。これは、このような空きスペースが存在する特許文献２のような既知の方法では、この空きスペースが第２の電極の下に位置するために、特に有利である。しかしながら、第２の電極とベース基板との間の空きスペースにより、変調器の性能特性を低下させる浮遊容量が形成されることになる。
【００１６】
この製造方法の実施形態は、１つ又は複数の従属項の特徴を含んでもよい。
【００１７】
特許請求の範囲に記載された製造方法の実施形態はさらに、以下の利点の１つ又は複数を提供し得る。
−特許請求の範囲に記載された方法により、熱酸化シリコンの層を誘電体層として使用可能とし、これにより、第２の電極の結合、ひいては、最終的に変調器の性能特性が改善される。
−同じ電極の中間部よりも厚い近位端を有するという事実により、この方法における、一方の電極の、他方の電極に対する位置決めの誤差に対する影響を少なくすることができる。より正確には、変調器により導かれる光場の最大強度の位置、ひいては製造される変調器の効率をより精密に制御することが可能になる。この特徴ゆえ、製造される変調器の性能特性がより再現可能なものになる。
−誘電体層に近い領域においてのみ、近位端がより高濃度にドープされるという事実により、同じ性能特性に対して、光場の分布を変化させることなく、製造される変調器の伝播損失を等しいアクセス抵抗で減少させること、又はアクセス抵抗を等しい光伝播損失で減少させることが可能になる。
−誘電体層の厚さが２５ｎｍ未満又は１５ｎｍ未満であるという事実により、良好な変調効率を有する変調器を得ることが可能になる。
−変調器と、同じ誘電体層を介して光導波路に結合されたＩＩＩ−Ｖ材料から成る導波路を含むレーザ源とが同時に製造されるという事実により、変調器の製造方法にいかなる追加のステップをも追加することなくこのレーザ源の特性がさらに再現可能になる。
【００１８】
本発明の別の主題は、請求項９に記載の変調器である。
【００１９】
本発明は、非限定的な例としてのみ与えられ図面を参照して提示された以下の説明を読むことにより、より良く理解することができよう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、垂直断面として示す送信機の概略図である。
【図２】図２は、図１に示す送信機の変調器及び位相整合装置を上から見た概略図である。
【図３】図３は、垂直断面として示す、図１に示す送信機の変調器の拡大図である。
【図４】図４は、図１に示す送信機の製造方法のフロー図である。
【図５】図５は、垂直断面として示す、図４に示す方法を実施する間に得られた製造の状態を示す概略図である。
【図６】図６は、垂直断面として示す、図４に示す方法を実施する間に得られた製造の状態を示す概略図である。
【図７】図７は、垂直断面として示す、図４に示す方法を実施する間に得られた製造の状態を示す概略図である。
【図８】図８は、垂直断面として示す、図４に示す方法を実施する間に得られた製造の状態を示す概略図である。
【図９】図９は、垂直断面として示す、図４に示す方法を実施する間に得られた製造の状態を示す概略図である。
【図１０】図１０は、垂直断面として示す、図４に示す方法を実施する間に得られた製造の状態を示す概略図である。
【図１１】図１１は、垂直断面として示す、図４に示す方法を実施する間に得られた製造の状態を示す概略図である。
【図１２】図１２は、垂直断面として示す、図４に示す方法を実施する間に得られた製造の状態を示す概略図である。
【図１３】図１３は、垂直断面として示す、図４に示す方法を実施する間に得られた製造の状態を示す概略図である。
【図１４】図１４は、垂直断面として示す、図４に示す方法を実施する間に得られた製造の状態を示す概略図である。
【図１５】図１５は、垂直断面として示す、図４に示す方法を実施する間に得られた製造の状態を示す概略図である。
【図１６】図１６は、垂直断面として示す、図４に示す方法を実施する間に得られた製造の状態を示す概略図である。
【図１７】図１７は、垂直断面として示す、図３に示す変調器の他の可能な実施形態の概略図である。
【図１８】図１８は、垂直断面として示す、図３に示す変調器の他の可能な実施形態の概略図である。
【図１９】図１９は、垂直断面として示す、図３に示す変調器の他の可能な実施形態の概略図である。
【図２０】図２０は、垂直断面として示す、図３に示す変調器の他の可能な実施形態の概略図である。
【図２１】図２１は、垂直断面として示す、図３に示す変調器の他の可能な実施形態の概略図である。
【図２２】図２２は、垂直断面として示す、図１に示す送信機の他の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
これらの図面では、同一の要素には同一の符号が用いられている。以下の説明においては、当業者には既知である特徴及び機能は詳細には説明しない。
【００２２】
本明細書において、「層は材料Ｍ製である」、「材料Ｍの層」又は「Ｍ層」という表現は、材料Ｍが、この層の質量の少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９５％又は９９％を占める層を指す。
【００２３】
図１は、例えば光ファイバによって受信機に情報のビットを送信するために、位相及び／又は振幅が変調された光信号用の送信機５を示す図である。この目的のために、送信機５は、位相及び／又は振幅がこの光信号の位相及び／又は振幅変調のためのシステム６によって後に変調される光信号を出射するレーザ源７を備える。
【００２４】
例えば、レーザ源７が出射する光信号の波長λＬｉは１２５０ｎｍ〜１５９０ｎｍの範囲内にある。
【００２５】
典型的には、レーザ源７はＤＢＲ（分布ブラッグ反射器）レーザ又はＤＦＢ（分布帰還型）レーザである。このようなレーザ光源は既知であるため、ここでは本発明を理解するのに必要である詳細のみを説明する。このようなレーザ光源の一般的な詳細及び動作については、例えば以下の記事を参照されたい。
- Xiankai Sun and Amnon Yariv: "Engineering supermode silicon/III-V hybrid waveguides for laser oscillation", Vol. 25, No. 6/June 2008/Journal of the Optical Society of America B.
- B. Ben Bakir et al., "Hybrid Si/III-V lasers with adiabatic coupling", 2011.
- B. Ben Bakir, C. Sciancalepore, A. Descos, H. Duprez, D. Bordel, L. Sanchez, C. Jany, K. Hassan, P. Brianceau, V. Carron, and S. Menezo, "Heterogeneously Integrated III-V on Silicon Lasers", Invited Talk ECS 2014.
【００２６】
図１及びそれ以降の図を簡略化するために、ハイブリッドレーザ導波路２００、２２０及びレーザ源７の表面格子結合器（a surface grating coupler）８のみを示す。
【００２７】
このような結合器８は例えば以下の記事に記される。F. Van Laere, G. Roelkens, J. Schrauwen, D. Taillaert, P. Dumon, W. Bogaerts, D. Van Thourhout and R. Baets, "Compact grating couplers between optical fibers and Silicon-on-Insulator photonic wire waveguides with 69% coupling efficiency"。
この結合器は封入された半導体層３内に形成されている。結合器は設計により、上方放射又は下方放射とすることができる。本明細書では、それは反転するが、設計によって、上方又は下方放射が選択できる。ここで、層３は誘電材料１１６に封入された、構造化された単結晶シリコンを備える。一般的に、誘電材料は２０℃で１０−７Ｓ／ｍ未満、好ましくは、１０−９Ｓ／ｍ未満又は１０−１５Ｓ／ｍ未満の導電率を有する。加えて、誘電材料１１６の場合、屈折率はシリコンの屈折率よりも厳密に低い。例えば、本実施形態では、誘電材料１１６は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）である。
【００２８】
層３は、リジッド基板４４の上に直接、水平に延在している。層３では、単結晶シリコンは、基板４４の平面と平行な同一の水平面に位置している。ここで、層３の単結晶シリコンはまた誘電材料１１６の厚さの分だけ機械的且つ電気的に基板４４から分離されている。典型的には、層３における単結晶シリコンの最大厚さは１００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内にある。この例では、層３における単結晶シリコンの最大厚さは５００ｎｍである。
【００２９】
図１及びそれ以降の図では、水平方向は、直交基準フレームのＸ方向及びＹ方向で表される。この直交基準フレームのＺ方向は垂直方向を表す。以下の説明において、「上部」、「下部」、「上に」、「下に」、「高い」、及び「低い」等の用語は、このＺ方向に対して規定される。「左」及び「右」という用語は、Ｘ方向に対して規定される。「前」及び「後」という用語は、Ｙ方向に対して規定される。
【００３０】
図１は、Ｘ方向及びＺ方向と平行な垂直面内の断面における送信機５の要素を示す図である。
【００３１】
基板４４は水平に延在している。基板４４はベース基板４４１と誘電材料の層４４２とが連続して層なって形成されている。ベース基板４４１の厚さは典型的には８０μｍよりも大きく又は４００μｍよりも大きい。例えば、ベース基板４４１はシリコンベース基板である。層４４２は二酸化ケイ素製である。層４４２の厚さは典型的には５００ｎｍ又は１μｍよりも大きく、或いはそれよりも大きい。
【００３２】
ハイブリッドレーザ導波路２００、２２０は、ＩＩＩ−Ｖゲイン材料(III-V gain material)から形成された導波路２００と、単結晶シリコンから形成された導波路２２０で構成される。一般的に、導波路２００はレーザ源７の光キャビティの内部で光信号を生成し且つ増幅するために使用される。ここで、この目的のために、導波路２００は、誘電材料１１７に封入されたＩＩＩ−Ｖゲイン材料を含む層３６に形成される。例えば、この材料１１７は二酸化ケイ素又は窒化ケイ素である。この層３６は誘電体層２０のすぐ上に水平に延在している。層２０自体は層３の上面のすぐ上に水平に延在している。
【００３３】
層２０の厚さは通常５ｎｍ〜２５ｎｍの範囲内にあり、好ましくは１０ｎｍ〜２５ｎｍの範囲内にある。ここで、層２０の厚さは２０ｎｍである。
【００３４】
層３６は典型的には、ドープされた下部サブレイヤ３０、四元合金から成る量子井戸又は量子ドットのスタック３４、及びサブレイヤ３０のドーパントの符号とは反対の符号を有するドーパントがドープされた上部サブレイヤ３５を含む。ここで、サブレイヤ３０及び３５はドープされたＩｎＰから形成される。
【００３５】
図１では、それぞれサブレイヤ３０と、スタック３４と、サブレイヤ３５とに形成されたストリップ（ｓｔｒｉｐ）３３と、スタック２３３と、ストリップ２３４とのみを示す。このストリップ３３、スタック２３３、及びストリップ２３４の重ね合わせが導波路２００を構成する。
【００３６】
導波路２００はまた、以下の要素を備える。
−ストリップ３３と直接機械的且つ電気的に接触し、それぞれスタック２３３の左側及び右側に位置するバンプコンタクト２４３Ｇ及び２４３Ｄ
−ストリップ２３４と直接機械的且つ電気的に接触するバンプコンタクト２４４
【００３７】
これらのコンタクト２４３Ｇ、２４３Ｄ、及び２４４により、電流をコンタクト２４３Ｇ、２４３Ｄとコンタクト２４４との間のスタック２３３に注入することが可能になる。
【００３８】
導波路２２０は、層３の単結晶シリコン内に形成される。この導波路２２０はストリップ３３の下に延在している。典型的には、導波路２２０の厚さ及び幅は、Ｂｅｎ  Ｂａｋｉｒ等により上記で引用された記事に記載されているようにＹ軸に沿って変わる。図１の例では、導波路２２０は、この導波路内の光信号の伝播の方向がＹ方向に平行である特定の場合が示されている。例えば、この目的のために、導波路２２０は「リブ」という用語で知られる構成を採用している。したがって、この導波路の横断面は、ＸＺ平面と平行であり、中央凸部（ｃｅｎｔｒａｌ  ｓｐｉｎｅ）２２２を有している。この中央凸部２２２から薄い横方向のアーム２２３Ｇ及び２２３ＤがＸ方向に平行に中央凸部２２２の両側に延在している。ここで、導波路２２０は層２０の一部の分だけストリップ３３から分離している。例えば、導波路２２０は、断熱結合又はエバネッセント結合により導波路２００に光学的に結合する。断熱結合のより詳細な説明については、Ｘ．Ｓｕｎ及びＡ．Ｙａｒｉｖにより上記で引用された記事、又は次の記事、すなわち、Amnon Yariv et al., "Supermode Si/III-V hybrid lasers, optical amplifiers and modulators: proposal and analysis" Optics Express 9147, vol. 14, No. 15, 07/23/2007を参照されたい。
導波路２２０と導波路２００との間の光結合の特徴は、とりわけ導波路２２０の寸法に、特に、中央凸部２２２の厚さに依存する。したがって、重要なのは、この凸部２２２の厚さが、同じ基板４４上に形成される他のフォトニック部品の寸法とは無関係に調整され得ることである。例えば、ここで、凸部２２２の厚さは層３における単結晶シリコンの最大厚さと等しく、すなわち、ここでは５００ｎｍである。
【００３９】
システム６は、位相のみを変調するシステムであってもよいし、振幅のみを変調するシステムであってもよいし、又は位相及び振幅を同時に変調するシステムであってもよい。光信号の位相又は振幅を変調するために、システム６は、導波光信号の伝播損失及び伝播指数の少なくとも１つの変調器、及びしばしば、少なくとも１つの位相整合装置を備える。例えば、システム６は、マッハ・ツェンダー干渉計であり、このマッハ・ツェンダー干渉計では、変調器１００と位相整合装置３００とがレーザ源７により生成された光信号の振幅及び／又は位相を変調するためこの干渉計の分岐の１つに設けられる。マッハ・ツェンダー干渉計の構造は既知であるためここでは説明しない。したがって、簡略化のため、図１には１つの変調器１００及び１つの位相整合装置３００のみを示す。
【００４０】
装置３００により、導波路３２０の内部をＹ方向に平行に伝播する光信号の位相を調整することが可能になる。例えば、導波路３２０はＸ方向における幅の長さよりもＹ方向における長さの方が大きい。導波路３２０は層３の単結晶シリコンから構成されている。ここで、導波路３２０の厚さは例えば隆起部（ｂｕｌｇｉｎｇ  ｐａｒｔ）２２２の厚さと等しい。シリコンの屈折率は温度に応じて大きく変化する。したがって、導波路３２０の温度を変化させることにより、この導波路における光信号の伝播指数は変わり得、かくして光信号の位相が調整される。この目的のために、装置３００は２つのヒータ３２２Ｇ及び３２２Ｄを備え、これら２つのヒータ３２２Ｇ及び３２２Ｄはそれぞれ導波路３２０の両側に１つずつ設けられる。ここで、ヒータ３２２Ｄは、Ｙ方向及びＺ方向に平行であり且つ導波路３２０の真ん中を通る垂直面に対して対称なヒータ３２２Ｇから導くことができる。したがって、図１及び図２を参照して、ヒータ３２２Ｇについてのみより詳細に以下説明する。
【００４１】
ヒータ３２２Ｇはアーム３２４を備え、アーム３２４はＸ方向に平行に、近位端５６から遠位端５８まで延在している。アーム３２４はＹ方向にも平行に延在している。アーム３２４は層３の単結晶シリコンから形成されている。
【００４２】
近位端５６は、導波路３２０と直接機械的に接触している。ここで、近位端５６は導波路３２０の１つの垂直辺と接している。この目的のために、アーム３２４と導波路３２０とは単一の材料ブロックを形成する。
【００４３】
近位端５６の厚さは、光信号を導波路３２０内に閉じ込めるように、導波路３２０の最大厚さよりも小さい。例えば、近位端５６の厚さは、導波路３２０の最大厚さよりも１．５倍、２倍、３倍、又は４倍小さい。
【００４４】
単結晶シリコンを抵抗性のものにし、且つ導波路３２０と共に単一の材料ブロックを形成する電気抵抗を形成するために、遠位端５８はドープされる。図１では、単結晶シリコンのドープ領域は細かくハッチングされ暗く示されている。このアーム３２４のドープ領域と導波路３２０との間の最短距離は、例えば、厳密に２００ｎｍ又は４００ｎｍより大きい。
【００４５】
遠位端５８の内部に電流を流すために、ヒータ３２２Ｇはまた、遠位端５８に直接機械的且つ電気的に接触する２つのバンプコンタクト５１Ｇ及び５２Ｇを含む。ここで、これらのコンタクト５１Ｇ及び５２ＧはＹ方向に互いに前後になるように、且つこのＹ方向に遠位端５８の各端部に配置されている。図２に示すヒータ３２２Ｄのバンプコンタクトはそれぞれ参照符号５１Ｄ及び５２Ｄで示す。
【００４６】
コンタクト５１Ｇ及び５２Ｇを介して流れる電流が遠位端５８を通ると、遠位端５８は受け取った電気エネルギーの一部を熱に変換し、この熱が、熱伝導により、近位端５６を通って導波路３２０まで伝播する。したがって、ヒータ３２２Ｇにより、導波路３２０内に又はこの導波路に近接して抵抗素子を設けることなく、導波路３２０を加熱することが可能になる。装置３００により、導波路３２０における光信号の位相がゆっくりと調整される。一方、光信号の位相を素早く変えることはできない。
【００４７】
逆に、変調器１００により、光信号の位相を素早く変えることが可能になる。この目的のために、変調器１００は２つの電極１２０及び１３０を含む。これらの電極１２０及び１３０はまた、図２において上面図として示すことができる。
【００４８】
電極１２０は、層３の単結晶シリコンから構成されている。電極１２０は、Ｘ方向において、近位端１２から遠位端１１まで、薄膜中間部１３を通って延在している。電極１２０はまたＹ方向に延在している。Ｙ方向において、電極１２０の横断面は一定のままである。両端１１及び１２並びに中間部１３の横断面は、ＸＺ平面と平行であり、それぞれ矩形である。両端１１及び１２、並びに中間部１３は層３の平面上面と同一面にある。したがって、両端１１及び１２、並びに中間部１３は層２０の下面と直接接している。
【００４９】
中間部１３は両端１１及び１２を機械的に且つ電気的に互いに接続する。中間部１３の厚さｅ１３は、光場の強度分布を近位端１２内に横方向に閉じ込める（Ｘ−Ｚ断面）ように選択される。この目的のために、厚さｅ１３は０．８ｅ１２より小さく、好ましくは０．５ｅ１２又は０．２５ｅ１２より小さい。ここでｅ１２は端１２の最大厚さである。厚さｅ１３はまた、両端１１及び１２の間の電気抵抗を少なくするべく通常７０ｎｍより大きい。この抵抗は「アクセス抵抗」とも呼ばれる。この目的のために、厚さｅ１３は０．１ｅ１２又は０．１５ｅ１２よりも大きいことが多い。ここで、遠位端１１の厚さｅ１１は厚さｅ１２と等しい。本実施形態では、厚さｅ１２は３００ｎｍであり厚さｅ１３は１５０ｎｍ又は１００ｎｍである。中間部１３の水平下面は誘電材料１１６の分だけ基板４４から分離されている。
【００５０】
ここで、遠位端１１は近位端１２よりも高濃度にドープされている。例えば、端１１のドーパント濃度は１０１７〜２×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲内である。端１２のドーパント濃度は例えば１０１７〜２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲内である。
【００５１】
電極１３０は、電極１２０のドーピングの符号と反対の符号を有するドープされた半導体材料から成る。ここで、電極１３０はサブレイヤ３０においてＩｎＰから形成されている。電極１３０のドーパント濃度は、例えば、１０１７〜２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３又は１０１７〜５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲内にある。
【００５２】
電極１３０は、近位端３２から遠位端３１まで、Ｘ方向と平行に延在する。電極１３０はまたＹ方向にも延在する。電極１３０は層２０上に直接位置している。電極１３０の横断面は、ＸＺ平面と平行であり、矩形である。Ｙ方向においては、この横断面は一定である。
【００５３】
近位端３２は近位端１２と向かい合うように位置しており、中間部１３に面した突出部３２ｄ（図３）を示すように、Ｘ方向に、この端１２を超えて延びる。典型的には、突出部３２ｄはＸ方向における長さが少なくとも５ｎｍ、１０ｎｍ、又は２５ｎｍである。近位端３２は、これらの近位端の間に設けられた層２０の一部の分だけ近位端１２及び中間部１３から離間している。
【００５４】
Ｙ方向及びＺ方向と平行な且つ両端１２及び３２を通る垂直面に対して、遠位端３１はこの面の一方の側に位置しており、一方遠位端１１は他方の側に位置している。したがって、両端１１及び３１は互いに向かい合っていない。
【００５５】
本実施形態において、図１及び以下の実施形態では、領域３４は、端３１から基板４４まで垂直に延びており、固体誘電材料のみを有する。ここで、これらは誘電材料１１６及び層２０である。図１では、領域３４は円で塗りつぶされ強調されている。しかしながら、領域３４内に位置する誘電材料とこの領域３４の外側に位置する誘電材料との間には不連続性がない。
【００５６】
層２０の一部の端１２と端３２とのＺ方向の重ね合わせの寸法は、レーザ源７により生成された光信号をＹ方向に導くことが可能な導波路７０を形成するように決められる。導波路７０及び３２０は、例えばここでは図示しない断熱カプラを介して互いに光学的に接続される。
【００５７】
近位端１２及び３２の最大厚さは、導波路７０を伝播する光信号の光場の最大強度が位置する点Ｍが層２０にできるだけ近づくように選択される。好ましくは、点Ｍは、この両端１２及び３２の間に設けられたこの層２０の一部の中心に位置する。実際に、これらの近位端の間に電位差がある場合、電荷キャリアの密度が最大になる位置は、両端１２、３２と層２０との間の接点である。したがって、点Ｍをこの位置に設けることにより、変調器１００の効率は改善する。近位端３２の最大厚さｅ３２は通常５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内にある。本実施形態では、両端１２及び３２の屈折率は互いに近い。したがって、両端１２及び３２の最大厚さは、点Ｍが層２０の内部に位置するよう、実質的に等しくなるように選択される。例えば、近位端１２の最大厚さｅ１２は０．５ｅ３２〜１．５ｅ３２の範囲内、好ましくは、０．７ｅ３２〜１．３ｅ３２の範囲内にある。ここで、厚さｅ１２及びｅ３２は共に３００ｎｍとなるように選択される。
【００５８】
中間部１３により、Ｘ方向における点Ｍの位置をより良く制御することが可能になり、かくして変調器１００が製造される間の変調器１００の性能特性のばらつきが制限される。より正確には、Ｘ方向における点Ｍの位置は基本的にＸ方向における近位端１２の幅Ｗ１２（図３）により固定される。実際に、中間部１３の限定された厚さｅ１３により、光信号は端１２に閉じ込められる。エッチングによって、幅Ｗ１２は、＋／−δ以内に画定される。ここでδは、典型的には、＋／−５ｎｍ又は＋／−１０ｎｍと等しい誤差である。逆に、もし中間部１３の厚さが端１２の厚さと同じである場合、幅Ｗ１２は電極１３０及び１２０のカバレッジの幅により画定される。しかしながら、電極１３０の位置決めは、それに関する限り（ｆｏｒ  ｉｔｓ  ｐａｒｔ）、精度δａｌ、典型的には＋／−２５ｎｍ又は＋／−５０ｎｍと等しい精度δａｌでリソグラフィアラインメントによって決定される。それゆえ、薄膜中間部がない場合には、幅Ｗ１２の誤差は＋／−δａｌとなり、変調器１００の性能特性のばらつきがより大きくなる。したがって、電極１２０が上記の構成を有することにより、電極１３０を位置決めする際の誤差に対する影響を少なくすることができる。特に、変調効率は幅Ｗ１２に直接依存する。結果として、中間部１３及び突出部３２ｄの存在により変調効率のばらつきが小さくなる。
【００５９】
さらに、本実施形態により、変調器の静電容量をより良く制御することも可能になる。
【００６０】
変調器１００はまた、それぞれが遠位端１１、３１と直接機械的且つ電気的に接触する２つのバンプコンタクト２１、２２を備える。これらのコンタクト２１及び２２は、送信機５により送信されることになる１つ又は複数の情報のビットに応じて制御可能な電圧源に接続されている。
【００６１】
送信機５の１つの可能な動作は次のものである。レーザ源７が光信号を生成する。この光信号の少なくとも一部はマッハ・ツェンダー干渉計に向けられ、その分岐のうちの少なくとも１つは、連続して設けられる変調器１００と位相整合装置３００とを備える。したがって、光信号のこの部分は導波路７０により、続いて導波路３２０により連続的に導かれ、その後マッハ・ツェンダー干渉計の他の分岐によって導かれた光信号の別の部分と再結合され、変調された光信号を形成することになる。例えば、導波路７０及び３２０は断熱カプラを介して互いに光学的に結合される。マッハ・ツェンダー干渉計の出力においては、光場は、導波路３２０と類似の導波路を介して、次に表面格子結合器８によって光ファイバに結合され得る。
【００６２】
以下、図４乃至１６を参照して、送信機１００の製造方法について説明する。図５乃至１６は、Ｘ方向及びＺ方向と平行な垂直断面として、送信機５の製造の様々な状態を示す図である。
【００６３】
ステップ５００の間、方法は基板４（図５）を設けることにより開始する。ここで、この基板４は、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板である。基板４は、Ｚ方向に互いの上に直接積み重ねた以下の要素を備える。
−従来では厚さが４００μｍ又は７００μｍより大きいシリコンのベース基板１
−厚さｅ２ｉｎｉの熱二酸化ケイ素の埋め込み層２
−この段階では未だエッチングされていない又は誘電材料に封入されていない単結晶シリコンの層４３。
【００６４】
熱二酸化ケイ素は、高温、すなわち、６５０℃又は８００℃より高い温度でベース基板１を酸化することにより得られるシリコン酸化膜である。この酸化物の性質により、層２は、注目すべき２つの特性を示す。
１）層２の厚さが、たとえ薄くとも均一であること。
２）層２により、より高品質の直接接合が得られること。
【００６５】
層２が「均一」の厚さであるとは、層２上のいかなる点においても、層２の厚さが（ｅ２ｉｎｉ−ｅｒｒ２ｉｎｉ）ｎｍ〜（ｅ２ｉｎｉ＋ｅｒｒ２ｉｎｉ）ｎｍであるということを意味する。ここで、
・ｅ２ｉｎｉは定数、典型的には層２の平均厚さと等しい。
・ｅｒｒ２ｉｎｉは、５ｎｍ以下の定数、好ましくは、３ｎｍ又は１ｎｍと等しい。
【００６６】
直接接合は、２つのウェハが接着剤の中間層を加えることなく直接互いに接合するという接合方法である。この接合は、これらウェハの２つの面の間に直接化学的接合が現れることから生じる。一般的に、ウェハは互いに機械的に接触した後、接合を強化するために熱処理される。
【００６７】
一般的に、厚さｅ２ｉｎｉは７ｎｍ又は１０ｎｍより大きく、典型的には、１００ｎｍ又は５０ｎｍより小さい。ここで、層２の初期の厚さｅ２ｉｎｉは２０ｎｍ＋／−１ｎｍであり、層４３の厚さは５００ｎｍである。層２のこのような厚さｅ２ｉｎｉ及びこのような精度は、ＳＯＩ基板の従来の製造方法により得られる。
【００６８】
ステップ５０２の間、層４３の局所的なドーピングが実行される。ここで、第１の局所的なドーピング動作５０４がまず行われ、この動作の間に同じドーピングを有するドープ領域５０６（図６）が層４３に形成される。これらの領域５０６は、整合装置３００のアームが形成される箇所及び変調器１００の電極１２０にのみ形成される。これらの領域５０６は、遠位端５８及び近位端１２のドーピングレベルと等しいドーピングレベルを有する。
【００６９】
続いて、領域５０６よりも高濃度にドープされている領域５１０（図７）を得ることができるように、層４３をドーピングする第２の動作５０８が実行される。ここで領域５１０は部分的に領域５０６のうちの１つに重なっている。例えば、領域５１０は、領域５０６のうちの１つの一部に新たな注入を適用することによって得られる。領域５１０は、電極１２０の遠位端１１となる箇所に形成される。ここでの領域５１０のドーピングは遠位端１１のドーピングと等しい。
【００７０】
ステップ５１４の間、層４３は、電極１２０及びヒータ３２２Ｇ及び３２２Ｄのアーム３２４の位置においてシリコンの厚さを薄くするように第１の局所的な部分エッチング（図８）を受ける。ステップ５１４の最後に、領域５０６及び５１０は薄くされ、層４３の初期の厚さよりも小さい厚さを有する。ここで、薄膜領域５０６及び５１０の厚さは電極１２０及びアーム３２４の厚さと同じであり、すなわち３００ｎｍである。
【００７１】
この第１の局所的な部分エッチングの間、層４３の厚さはまた、例えば、後に表面格子結合器８となるもの及び導波路２２０の横方向のアーム２２３Ｇ及び２２３Ｄのパターンを形成するために、非ドープ領域において薄くされる。一方、このステップ５１４の間、「非薄膜」と言われる他の領域はエッチングされず初期の厚さを保っている。特に、これらの非薄膜領域は、導波路２２０の凸部２２２の位置及び導波路３２０の位置にある。
【００７２】
このステップ５１４の間、また、層４３は続けて、後に中間部１３となる位置でのみシリコンの厚さを小さくするために、第２の局所的な部分エッチングを受ける。この第２の局所的な部分エッチングの最後には、後に中間部１３となる位置における層４３の厚さは１５０ｎｍとなる。
【００７３】
ステップ５１６の間、層４３の局所的なトータルエッチングが実行される（図９）。部分エッチングとは対照的に、トータルエッチングでは、それが適用される非マスク領域では層４３のシリコンの厚さが完全に削減される。逆に、マスク領域はこのトータルエッチングから層４３を保護する。このトータルエッチングは、導波路２２０及び３２０、整合装置３００のアーム、表面格子結合器８、及び電極１２０を層４３に同時に構成するように実行される。この目的のために、これらの様々な要素に対応する領域のみがマスクされる。このステップの最後に、図９に示す状態が得られる。
【００７４】
ステップ５１８の間、以前のステップの間に構成された単結晶シリコンの層４３が二酸化ケイ素１１６に封入される（図１０）。その後、誘電材料１１６に封入された、構造化された単結晶シリコンを含む層３が得られる。その後材料１１６の上面は接合、例えば直接接合又は分子接合、のために準備される。例えば、材料１１６の上面は、ＣＭＰ（化学機械研磨）法等の方法を用いて研磨される。
【００７５】
ステップ５２０の間、基板４の上面、すなわち、この段階では材料１１６の研磨面が次に、例えば直接接合又は分子接合によって基板４４（図１１）の外面に接合される。基板４４については既に図１を参照して説明した。
【００７６】
ステップ５２２の間（図１２）、ベース基板１は、層２の表面を露出させるために除去される。これは、層２の初期の厚さｅ２ｉｎｉを実質的に変えることなく行われる。この目的のために、ベース基板１は２つの連続した動作により除去される。先ずは、層２に残っているベース基板１の残留薄膜層のみを残すようにベース基板１の厚みの大半を粗く除去するための第１の動作である。典型的には、第１の動作の後、この残留層の厚さは４０μｍ未満又は３０μｍ未満である。この第１の動作は「粗い」動作と言われる。その理由は、残留薄膜層の厚さの精度が粗い、すなわち、±０．５μｍより大きい又は±１μｍより大きく且つ一般的に±４μｍ未満、好ましくは、±３μｍ未満であるためである。残留薄膜層の厚さに要求される精度が粗いことを考慮すると、迅速又は低コストの除去方法を使用し得る。典型的には、粗い除去のための動作は、機械研磨によりベース基板１を薄くするための動作である。ここで、この第１の動作の最後には、残留薄膜層は、２０μｍから±２μｍ以内の厚さを有する。
【００７７】
続いて、層２の厚さを変えることなくベース基板１の残留薄膜層を完全に除去するために第２の仕上げ動作が実施される。典型的には、この第２の動作は極めて選択的な化学エッチング動作である。「極めて選択的な」とは、この動作中に用いられる化学物質が、層２よりも少なくとも５００倍、好ましくは少なくとも１０００倍又は２０００倍速くベース基板１をエッチングするという事実を指すものである。ここで、用いられる化学物質はＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）である。ＴＭＡＨは熱酸化シリコンよりも２０００倍速くシリコンをエッチングする。本実施形態では、残留薄膜層全体を確実に除去するために、極めて選択的なエッチングが、シリコンを２２μｍ、すなわち、残留薄膜層の理論厚みよりも２μｍ大きくエッチングするように適合される。最悪のシナリオでは、この選択は、層２の厚さを２ｎｍ（＝２μｍ／２０００）オーバーエッチングすることにつながる。実際に、残留薄膜層の厚さが２０μｍ±２μｍであるため、場所によっては厚さが１８μｍになり得る。仮に２２μｍエッチングする予定である場合、厚さが１８μｍである位置でのオーバーエッチングは４μｍに上る。それゆえ、この点における層２のオーバーエッチングは２ｎｍである。したがって、ステップ５２２の後、層２は露出し、層２０を形成する。層２０の厚さは２０ｎｍ±３ｎｍとなり、すなわち、オーバーエッチングによる±２ｎｍの不正確さが加わる層２の初期の厚さｅ２ｉｎｉに対する不正確さのため、±１ｎｍである。薄膜層を得る他の方法に対して、この方法には、厚さがはるかに均一な薄膜層を得ることができるという利点がある。実際に、薄膜層がより厚い酸化物層を薄くすることにより、又は封入された構造化層の表面上に薄い酸化物層を成長させることにより得られる場合（例えば国際公開第２０１１０３７６８６号又は米国特許出願公開第２０１５０５５９１０号参照）、厚さははるかに不均一になる。典型的には、既知の方法では、酸化物層の厚さはせいぜい±１０ｎｍ以内又は±２０ｎｍ以内に制御されるにすぎない。
【００７８】
上記の理由により、この方法により製造される変調器の性能特性のばらつきは、既知の方法により得られるばらつきよりもはるかに少ない。
【００７９】
最後に、有利には、ガス放出キャビティが、電極１３０及びストリップ３３が形成されることになる位置の外側の層２０の中に設けられる。典型的には、これらのキャビティは、一方の側から他方の側へ垂直に層２０を横切るものである。これらのキャビティは、層を層２０上に直接接合する間に発生するガス状元素を補足するという役割を果たす。したがって、これらのキャビティにより、より優れた品質の接合が層２０上において得られることになる。図を簡略化するために、これらのキャビティはこれらの図には示さない。
【００８０】
ステップ５２２の終わりには、基板４４並びに層３及び２０のスタック（図１２）が得られる。
【００８１】
ステップ５２４の間、ＩＩＩ−Ｖゲイン材料の層３６Ａ（図１３）が層２０上に形成される。例えば、層３６Ａは導波路２２０及び電極１２０の上の層２０上に接合される。層３６Ａは、電極１２０のドーピングの符号と反対の符号を有する、ドープされたＩｎＰのサブレイヤ３０、スタック３４、及びサブレイヤ３５を含む。
【００８２】
ステップ５２６の間、ストリップ２３４をサブレイヤ３５に形成し、且つスタック２３３をスタック３４に形成するために、サブレイヤ３５及びスタック３４の局所エッチング（図１４）が行われる。このステップの間、サブレイヤ３０はエッチングされない。
【００８３】
ステップ５２８の間、このサブレイヤにおいてストリップ３３と電極１３０とを同時に構成するためにサブレイヤ３０の局所的なトータルエッチング（図１５）が行われる。電極１２０に対する電極１３０の位置決めの精度δａｌは、このステップを実行するのに用いられるツール及び技法に依存する。したがって、この精度δａｌは予め知ることができる。電極１３０の突出部３２ｄの長さはこの精度δａｌに依存する。ここで、電極１３０の望ましい位置は、この突出部３２ｄの目標長が精度δａｌの絶対値以上となるように選択される。したがって、変調器１００の製造中に起こる位置決め誤差とは無関係に、突出部３２ｄは、アライメント誤差が予測可能な範囲±δａｌ内に留まる限り体系的に形成される。
【００８４】
ステップ５２８の間、電極１３０とストリップ３３との間に位置する層２０の厚さの一部又は全部が除去されてもよい。しかしながら、これは電極１２０と１３０との間及び導波路２２０とストリップ３３との間に設けられた層２０の部分の厚さには影響しない。
【００８５】
ステップ５３０の間、構造化層３６Ａは誘電材料１１７内に封入される（図１６）。誘電材料１１７内に封入されたＩＩＩ−Ｖゲイン材料を含む層３６はこのようにして得られる。
【００８６】
最後に、ステップ５３２の間、バンプコンタクト２１、２２、５１Ｇ、５２Ｇ、５１Ｄ、５２Ｄ、２４３Ｇ、及び２４３Ｄが形成される。図１に図示するような送信機５はこのようにして得られる。
【００８７】
この製造方法はいくつもの利点を有する。特に、
−この方法により、層２０の厚さを正確に制御することが可能になり、且つ特に平らな層２０を得ることが可能になる。その理由は、前記層がどこでも同じレベル（高さ）を有する層３の側に形成され、それにより層３６Ａの接合が単純化されるからである。
−この方法により、電極１２０の厚さを導波路２２０の厚さとは無関係に、より一般的には単結晶シリコンの層４３の厚さとは無関係に調整することができる。一般的に言うと、レーザ源７の動作を改善するためには、導波路２２０は十分に厚く、すなわち、ここでは５００ｎｍ程度でなければならず、ストリップ３３は十分に薄く、すなわち、ここでは３００ｎｍ又は１５０ｎｍ程度でなければならないため、これは特に有益である。逆に、変調器１００の動作を改善するためには、上で説明したように、電極１２０の厚さ、及び特に電極１２０の近位端１２の厚さは、近位端３２の厚さに応じて選択されるべきである。ここで、近位端３２の厚さは、結晶化ＩｎＰのサブレイヤ３０の厚さにより決まる（ｉｍｐｏｓｅｄ）。したがって、近位端３２の厚さは３００ｎｍ又は１５０ｎｍである。
−この方法により送信機５の製造の複雑さが増すことはない。例えば、この方法により、導波路２００のストリップ３３及び変調器１００の電極１３０が全く同一のエッチング動作において形成される。同様に、電極１２０と導波路２２０とは同じエッチング動作中に同時に製造される。
【００８８】
図１７は、変調器１００に代わり得る変調器５５０を示す図である。変調器５５０は、電極１２０の代わりに電極５５２が用いられている点を除いて、変調器１００と同じである。電極５５２は、遠位端１１の代わりに、厚さが中間部１３の厚さｅ１３と同じである遠位端５５４が用いられている点を除いて電極１２０と同じである。したがって、遠位端５５４と中間部１３とは互いに連続しており、矩形の横断面の単一ブロックのみを形成する。
【００８９】
図１８は変調器１００に代わり得る変調器５６０を示す図である。変調器５６０は、電極５５２の代わりに電極５６２が用いられている点を除いて変調器５５０と同じである。電極５６２は近位端１２の代わりに近位端５６４が用いられている点を除いて電極５５２と同じである。近位端５６４は、Ｚ方向に互いにスタックされたより高濃度にドープされた領域５６６とより低濃度にドープされた領域５６８を有するという点以外は近位端１２と同じである。領域５６６は層２０と直接接している。領域５６８は層２０の反対側に設けられている。領域５６６のドーピングは、同じ変調効率を維持するため近位端１２について説明したドーピングと同じである。領域５６６又は５６８のドーピングとは、この領域におけるドーパントの単位体積当たりの平均密度を意味する。アクセス抵抗を制限しつつ同時に導波路内の光損失を制限するために、領域５６６の厚さｅ５６６は好ましくは中間部１３の厚さｅ１３から±１０％又は±５％以内である。その厚さはまた通常７０ｎｍより大きい。ここで、この厚さは厚さｅ１３と等しい。
【００９０】
領域５６８のドーピングは、領域５６６のドーピングよりも少なくとも２倍、好ましくは４倍又は１０倍少ない。典型的には、領域５６８はドープされないか又は非常に低濃度にドープされる。
【００９１】
領域５６８の厚さはｅ１２−ｅ５６６と等しい。近位端５６４のドーピングのこのような構造により、変調効率や変調速度等の他の性能特性を実質的に変えることなく、且つ近位端５６４におけるアクセス抵抗を変えることなく、変調器５６０における伝播損失を低減することが可能になる。近位端５６４のドーピングのこのような構造は、例えば、ステップ５０２の間、すなわち、領域５６６のみがドープされるようにシリコンの層４３内の近位電極５６４の位置でドーピングを実施することによって実行される。例えば、領域５６６及び５６８は、ドーパントの注入エネルギー及び注入されるドーパントのドーズ量を変化させてドーパントの密度とドーパントの最大密度が位置する深さとの両方を調整することによって得られる。
【００９２】
図１９は、変調器１００に代わり得る変調器５７０を示す図である。変調器５７０は、電極１２０の代わりに電極５７２が用いられている点を除いて変調器１００と同じである。電極５７２は中間部１３の代わりに中間部５７４が用いられている点を除いて電極１２０と同じである。中間部５７４の厚さは厚さｅ１２と同じである。したがって、本実施形態では、変調器５７０の性能特性の再現性は、層２０の厚さをより良く制御することができるおかげで得られる。
【００９３】
図２０は、変調器１００に代わり得る変調器５８０を示す図である。この変調器５８０は、電極１３０の代わりに電極５８２が用いられている点を除いて変調器１００と同じである。電極５８２は、近位端３２と遠位端３１との間に薄膜中間部５８４が導入されている点を除いて電極１３０と同じである。中間部５８４は、例えば、中間部１３と構造的に同じである。
【００９４】
加えて、本実施形態では、近位端３２は遠位端３１と比べてより低濃度にドープされる。端３１及び３２間のドーピングの違いは、ステップ５２８の直後且つステップ５３０の前に、端３１に対して局所的なドーピングを行うステップを実行することによって引き起こされ得る。
【００９５】
前の実施形態と同様に、本実施形態では、遠位端３２は電極１２０の中間部１３の上に位置する突出部３２ｄを備える。これらの条件下において、Ｘ方向における光場の最大強度の位置は依然として近位端１２の幅Ｗ１２により制御される。
【００９６】
図２１は、変調器１００に代わり得る変調器５９０を含む。変調器５９０は、電極１２０の代わりに電極５９２が用いられている点で変調器５８０と同じである。電極５９２は、変調器５７０の電極５７２と同じである。電極５９２は、中間部５８４の下にＸ方向に延在する突出部１２ｄを有する。この突出部１２ｄは突出部３２ｄのように構成される。したがって、本実施形態では、変調器により導かれる光場の最大強度の位置は、近位端１２の幅によってではなく、近位電極３２の幅Ｗ３２によって制御される。これにより、製造される変調器の性能特性の再現性に関して、図１の実施形態及び近位端１２の場合について既に説明した利点と同じ利点が得られる。
【００９７】
変調器５９０の製造方法は例えば以下の点を除いて図４に示す方法と同じである。
−ステップ５１４の間、中間部１３を薄くするための第２の局所的な部分エッチングが省略される。
−ステップ５２８の間、中間部５８４を薄くすることができる第２の局所的な部分エッチングが局所的なトータルエッチングに加えて実施される。
【００９８】
図２２は送信機６００を示す図であり、送信機６００は、封入された半導体層６０２が層２０と層３６との間に設けられている点を除いて送信機５と同じである。層６０２は、酸化シリコンに封入された構造化半導体層６０４を備える。層６０４は層２０と直接接している。ここで、層６０４は多結晶シリコン（ポリシリコン）の層である。この層は、変調器の電極６０８及びレーザ光源の凸部６１０を形成するために、例えば前述のような局所的なトータルエッチングによって構成されている。電極６０８は、例えば、ポリシリコンから形成されている点を除いて電極１３０と同じである。電極６０８はエッチング後に注入によりドープされる。凸部６１０はドープされない。
【００９９】
凸部６１０は導波路２２０の上に位置しており、バイマテリアル（ｂｉ−ｍａｔｅｒｉａｌ）導波路６１２を形成するために層２０を介してこの導波路２２０と光学的に結合している。ここで、バイマテリアル導波路６１２は単結晶シリコン及びポリシリコンから形成される。
【０１００】
ＩＩＩ−Ｖ材料から成る導波路２００は、バイマテリアル導波路６１２の上の層６０２上に直接堆積又は接合され、この導波路６１２に光学的に結合している。本実施形態では、電極６０８は、導波路２００のストリップ３３の材料と同じ材料からは構成されない。
【０１０１】
変調器の変形形態：
【０１０２】
変調器１００はリング変調器であってもよい。この目的のために、導波路７０は電荷キャリアの濃度がコンタクト２１及び２２間に印加される電位差に応じて変更されてもよい環状導波路を形成するようにそれ自体が閉じている。典型的には、この環状導波路は、変調されることになる光信号がエバネッセント結合を通して伝播する導波路に接続している。この場合、位相整合装置３００は設けられていなくてもよい。導波路７０はまた環状導波路の限られた部分のみを構成してもよい。
【０１０３】
別の実施形態では、変調器は、変調器を通過する光信号の強度を変調するために用いられる。これは、導波路７０内の電荷キャリアの濃度が変わることで、導波路７０を通過する光信号の強度も変わるからである。
【０１０４】
１つの変形として、端１１の厚さは単結晶シリコンの層４３の厚さと等しい。実際に、光信号の光場の最大強度が位置する点Ｍを層２０の中心に置くために重要なのは両端１２及び３２の厚さである。遠位端１１及び３１の厚さはこの点と特に関連がない。
【０１０５】
層２０の厚さは２５ｎｍ又は４０ｎｍより大きくてもよい。
【０１０６】
近位端５６４について説明したものと同様に、電極１３０の近位端３２の代わりに、ある領域が他の領域よりも高濃度にドープされている端部が用いられてもよい。他の変形形態では、端３２のみが、異なるレベルのドーピングを有する２つの領域を含み、端１２のドーピングは均一である。
【０１０７】
異なるレベルのドーピングを有する領域５６６及び５６８の他の実施形態も可能である。例えば、１つの変形形態では、層２０からの距離が増加するにつれて近位端５６４のドーピングは徐々に減少する。こうしてドーピング勾配が形成される。そのため、領域５６６から領域５６８に移動する際に、ドーパントの単位体積当たりの密度が急激に変化することはない。一方、領域５６６におけるドーパントの単位体積当たりの平均密度は、領域５６８におけるドーパントの単位体積当たりの平均密度よりもはるかに高いままである。
【０１０８】
電極１２０のドープ領域は、近位端３２を超えてＸ方向に延びてもよいし、前記端までは延びていなくてもよい。
【０１０９】
１つの変形として、変調器５８０の近位端３２の幅Ｗ３２は近位端１２の幅Ｗ１２よりも小さい。この場合、導波路７０内部の光場の最大強度の位置は、幅Ｗ１２によってではなく、幅Ｗ３２によって制御される。
【０１１０】
他の変形形態では、突出部３２ｄ又は１２ｄは設けられていない。実際に、点Ｍの位置決めの再現性は、この突出部３２ｄ又は１２ｄがない場合でも改善される。
【０１１１】
電極１２０又は１３０を形成するのに他の半導体材料が用いられてもよい。例えば、２つの電極は、ＩｎＰ、或いは多結晶シリコン又は単結晶シリコンにより形成される。
【０１１２】
材料１１６及び層２０には他の誘電材料が用いられてもよい。他の誘電材料とは例えば、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、電気絶縁ポリマー、又はＡｌ２Ｏ３である。さらに、層２０の場合には、その屈折率は必ずしもシリコンの屈折率よりも低くなくてもよい。
【０１１３】
別の実施形態では、電極１３０は、ストリップ３３を形成するのに用いられた材料とは異なる半導体材料から成る。この場合、電極１３０及びストリップ３３はＩＩＩ−Ｖ材料の同じサブレイヤに構成されていない。
【０１１４】
実施形態とは無関係に、Ｎドープ領域及びＰドープ領域を入れ替えることも可能である。
【０１１５】
レーザ源の変形形態：
【０１１６】
層３６を形成するために他のＩＩＩ−Ｖゲイン材料が用いられてもよい。例えば、層３６は下から上に向かって積み重なった以下のスタックから成る。
−ＮドープＧａＡｓの下部サブレイヤ
−ＡｌＧａＡｓの量子ドット又はＡｌＧａＡｓ量子井戸を有するサブレイヤ
−ＰドープＧａＡｓの上部サブレイヤ
【０１１７】
サブレイヤ３０を形成するために用いられるＩＩＩ−Ｖ材料は異なっていてもよい。例えば、この材料はＮドープＡｓＧａ又はＰドープＡｓＧａであり得る。ＰドープＩｎＰはＮドープＩｎＰよりも光損失が大きいこと、且つそのため電極１３０用の変調器においてＮドープＩｎＰを用いることが好ましいこともまた留意されたい。
【０１１８】
導波路２２０は、「ストリップモード」と呼ばれる構成、すなわち、横方向アーム２２３Ｇ及び２２３Ｄが省略されている構成、又は光信号を導く事が可能な他の構成を有してもよい。
【０１１９】
他の変形形態では、層２０は、送信機の動作に不可欠ではない箇所では、完全に除去される。例えば、層２０は、近位端１２と３２との間を除いて完全に除去される。
【０１２０】
製造方法の変形形態：
【０１２１】
ベース基板１の除去は別の方法で実行されてもよい。例えば、１つの変形として、ベース基板１は、粗い除去の動作を実施せずに仕上げ動作のみを実施することによってエッチング除去される。他の変形形態では、仕上げ動作中に実施されるものとは異なる粗いエッチングのための動作によって粗い除去が実行される。
【０１２２】
特に層２０が厚い場合、層２０内のガス放出キャビティは設けられていなくてもよい。実際に、もし層２０が厚い場合、ガス放出キャビティの使用は不要である。
【０１２３】
１つの変形として、電極１３０及びストリップ３３は同じサブレイヤ３０に同時には形成されない。例えば、ステップ５２８中には、ストリップ３３のみが構成される。続いて、半導体層は、後に電極１３０が形成される位置において、層２０の上に堆積又は接合される。続いて、この半導体層がエッチングされ電極１３０が形成される。この場合、電極１３０は、結晶シリコン等のストリップ３３に用いられる材料とは異なる材料で形成されてもよい。
【０１２４】
部分エッチングステップ及びトータルエッチングステップの順は逆であってもよい。例えば、第１のマスクが、電極１２０の周囲の範囲を定めるために層４３の上に配置される。そして、この電極１２０の垂直側を構成するために局所的なトータルエッチングが行われる。続いて、電極１２０の中間部１３を薄くするために、局所的な部分エッチングが行われる。この局所的な部分エッチングの間、少なくとも電極１２０の近位端を覆う第２のマスクが堆積される。この第２のマスクにより、中間部１３は露出したままになる。
【０１２５】
他の変形形態では、第２の局所的なトータルエッチングに代わって、非薄膜領域を薄膜領域に変換し、且つ薄膜領域を完全に除去するように、層３の全面の均一なエッチングが行われる。
【０１２６】
ドーピングステップとエッチングステップの順は逆であってもよい。
【０１２７】
変調器とレーザ光源とは互いに独立して製造されてもよい。例えば、ここで説明する製造方法は変調器のみ又はレーザ光源のみの製造に容易に適合されてもよい。
【０１２８】
他の変形形態：
【０１２９】
層４４２は酸化シリコン以外の他の材料から成ってもよい。例えば、１つの有利な変形形態では、層４４２はレーザ光源２００により生成される熱が基板４４１に向けて放熱されるのを改善する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から成る。
【０１３０】
１つの変形として、バンプコンタクトの一部又は全体は材料１１７を貫くようにではなく基板４４を貫くように形成される。この場合、既に示した図に示されたものに対して、１つ又は複数の電気バンプコンタクトが基板の下に表れる。
【０１３１】
１つの変形として、導波路７０、２２０又は３２０は湾曲している。この場合、これらの導波路に光学的に結合する様々な要素の構成はこれらの導波路の曲率半径に適応する。
【０１３２】
１つの変形として、位相整合装置は設けられておらず、又は異なるように形成される。
【０１３３】
中間部よりも厚い近位端を用いることにより電極の位置決めにおける誤差に関して製造方法がより頑強なものになるという事実はまた、変調器の他の製造方法を改善するためにも利用され得る。特に、これは、誘電体層が埋め込み層によって直接形成される方法以外の方法で実施され得る。特に、中間部よりも厚い近位端の形成はまた、出願国際公開第２０１１０３７６８６号又は米国特許出願公開第２０１５／００５５９１０号に記載されているような既知の方法で実施され得る。後者の場合、中間部は、電極が構成されている間且つ酸化シリコン内に封入される前に薄くされる。
【０１３４】
同様に、誘電体層２０に直接接する近位端の領域５６６のより高いレベルのドーピングはまた、誘電体層が埋め込み層により直接形成されるという事実とは無関係に実施されてもよい。例えば、１つの変形として、層２０はまずステップ５２２の間に除去され、その後除去された層２０に代わって新たな誘電体層が堆積される。ステップ５２２の間、層２０をまた１０ｎｍより多く薄くしてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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2019525251.tif 000026
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