(57)【要約】【課題】光源デバイスにおける電気抵抗を改善する構造を有するハイブリッド光装置を提供する。【解決手段】ハイブリッド光装置は、導波路構造を含むフォトニクスデバイスと、フォトニクスデバイスに接合された光源デバイスを備える。光源デバイスは、第１半導体メサ及び第２半導体メサを含み、導波路構造及び光源デバイスは第１軸の方向に配列され、第１半導体メサ及び第２半導体メサは、第１軸に交差する第２軸の方向に延在し、第１半導体メサは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える上部コア層及び第１導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える第１上部クラッド層を含み、上部コア層は活性領域を含み、第２半導体メサは、第２導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える下部コア層、及びＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える第２上部クラッド層を含み、下部コア層、第２上部クラッド層、上部コア層、及び第１上部クラッド層は第１軸の方向に配列される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド光装置であって、
ＩＶ族半導体及び酸化物を備える導波路構造を含むフォトニクスデバイスと、
ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備えており前記フォトニクスデバイスに接合された光源デバイスと、
を備え、
前記光源デバイスは、第１半導体メサ及び第２半導体メサを含み、前記フォトニクスデバイスの前記導波路構造、及び前記光源デバイスは第１軸の方向に配列され、前記第２半導体メサ及び前記第１半導体メサは、前記第１軸に交差する第２軸の方向に延在し、前記第２半導体メサは、前記第１半導体メサより大きな長さを有し、
前記第１半導体メサは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える上部コア層、及び第１導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える第１上部クラッド層を含み、前記上部コア層は、活性領域を含み、
前記第２半導体メサは、第２導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える下部コア層、及びＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える第２上部クラッド層を含み、
前記下部コア層、前記第２上部クラッド層、前記上部コア層、及び前記第１上部クラッド層は、前記第１軸の方向に配列される、ハイブリッド光装置。
【請求項２】
前記第２半導体メサは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える下部クラッド層を更に含み、前記下部クラッド層は前記下部コア層と前記導波路構造との間に設けられ、前記第２半導体メサの前記下部クラッド層は、前記第２上部クラッド層の厚さより小さい厚さを有する、請求項１に記載されたハイブリッド光装置。
【請求項３】
前記フォトニクスデバイスは、前記導波路構造に結合された第１リング共振器と、前記導波路構造に結合された第２リング共振器とを含む、請求項１又は請求項２に記載されたハイブリッド光装置。
【請求項４】
ハイブリッド光装置を作製する方法であって、
下部コア層、第２上部クラッド層、上部コア層、及び第１上部クラッド層のための半導体積層、前記半導体積層を搭載する半導体基板、並びに前記半導体積層の第１面上に絶縁薄膜を有する積層片を準備する工程と、
ＩＶ族半導体及び酸化物を備える導波路構造を含むデバイス区画の配列を有する導波路基板を準備する工程と、
前記導波路基板の前記デバイス区画に合わせて前記積層片の前記絶縁薄膜を前記導波路基板に接合して、積層生産物を形成する工程と、
前記半導体積層の第２面が現れるように、前記積層生産物から前記半導体基板を除去する工程と、
前記半導体基板を除去した後に、前記半導体積層を加工して、前記上部コア層及び前記第１上部クラッド層を含む第１半導体メサを形成する工程と、
前記第１半導体メサを形成した後に、前記半導体積層を加工して、前記下部コア層及び前記第２上部クラッド層を含む第２半導体メサを形成する工程と、
を備え、
前記半導体積層では、前記第１上部クラッド層、前記上部コア層、前記第２上部クラッド層、及び前記下部コア層のための半導体層は、前記半導体基板の主面上に順に配列され、前記上部コア層は、活性領域を含み、
前記半導体積層の前記第１面は、前記半導体積層の前記第２面の反対側にある、ハイブリッド光装置を作製する方法。
【請求項５】
前記第２半導体メサの前記第２上部クラッド層をエッチングして、前記下部コア層に到達する開口を前記第２上部クラッド層に形成する工程と、
前記第１半導体メサ上に位置する第１開口及び前記第２半導体メサ上に位置する第２開口を有する絶縁膜を前記第１半導体メサ、前記第２半導体メサ及び前記導波路基板上に形成する工程と、
前記絶縁膜の前記第１開口を介して前記第１半導体メサに接続される第１電極、及び前記絶縁膜の前記第２開口を介して前記第２半導体メサに接続される第２電極を形成する工程と、
を更に備え、
前記絶縁膜の前記第１開口は、前記第２上部クラッド層の前記開口上に位置する、請求項４に記載されたハイブリッド光装置を作製する方法。
【請求項６】
積層片を準備する前記工程は、前記半導体積層を前記半導体基板上に成長して、エピタキシャル基板を得る工程と、
前記第１上部クラッド層のための前記半導体層及び前記活性領域のための前記半導体層を含む突当接合メサを規定するマスクを前記エピタキシャル基板上に形成すると共に、前記マスクを用いて前記エピタキシャル基板をエッチングして、前記突当接合メサを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記突当接合メサを埋め込むように電流ブロック領域のための半導体層の再成長を行う工程と、
前記再成長の後に、前記絶縁薄膜のための無機絶縁層を堆積して、基板生産物を形成する工程と、
前記基板生産物から前記積層片を形成する工程と、
を備える、請求項４又は請求項５に記載されたハイブリッド光装置を作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド光装置、及びハイブリッド光装置を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、フォトニクスレーザデバイスを開示する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】A.W.  Fang  et  al.  Optics  Express  Vol.  14,  No.  20,  2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１のフォトニクスレーザデバイスは、Ｓｉフォトニクス光導波路を含むＳＯＩ基板とＩｎＰ系能動デバイスとを含む。ＩｎＰ系能動デバイスは活性層を含み、活性層は、Ｓｉフォトニクス光導波路の非常に近くに配置される。フォトニクスレーザデバイスでは、光ビームは、Ｓｉフォトニクス光導波路を伝搬している。
【０００５】
発明者の知見によれば、非特許文献１のフォトニクスレーザデバイスは、光源を提供する能動デバイスの構造及び設計に制約を課す。制約の一つは、能動デバイスのＭＱＷ活性層とＳｉフォトニクス光導波路との間に設けられる半導体層の厚さ及び屈折率に関して注意深い設計を必要とすることであって、具体的には、能動デバイスとＳｉフォトニクス光導波路との所望の光学結合を得るために、該半導体層を厚くできない。半導体層の厚さの制限は、例えば、能動デバイスのＭＱＷ活性層への電流経路における電気抵抗を高めることになる。望まれることは、フォトニクスレーザデバイスにおいて、Ｓｉフォトニクス光導波路に結合される光源における制約の一部又は全部を除くことにある。
【０００６】
本発明の一側面は、光源デバイスにおける電気抵抗を改善する構造を有するハイブリッド光装置を提供することにある。本発明の別の側面は、ハイブリッド光装置を作製する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係るハイブリッド光装置は、ＩＶ族半導体及び酸化物を備える導波路構造を含むフォトニクスデバイスと、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備えており前記フォトニクスデバイスに接合された光源デバイスと、を備え、前記光源デバイスは、第１半導体メサ及び第２半導体メサを含み、前記フォトニクスデバイスの前記導波路構造、及び前記光源デバイスは第１軸の方向に配列され、前記第２半導体メサ及び前記第１半導体メサは、前記第１軸に交差する第２軸の方向に延在し、前記第２半導体メサは、前記第１半導体メサより大きな長さを有し、前記第１半導体メサは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える上部コア層、及び第１導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える第１上部クラッド層を含み、前記上部コア層は活性領域を含み、前記第２半導体メサは、第２導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える下部コア層、及びＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える第２上部クラッド層を含み、前記下部コア層、前記第２上部クラッド層、前記上部コア層、及び前記第１上部クラッド層は、前記第１軸の方向に配列される。
【０００８】
本発明の別の側面に係るハイブリッド光装置を作製する方法は、下部コア層、第２上部クラッド層、上部コア層、及び第１上部クラッド層のための半導体積層、前記半導体積層を搭載する半導体基板、並びに前記半導体積層の第１面上に絶縁薄膜を有する積層片を準備する工程と、ＩＶ族半導体及び酸化物を備える導波路構造を含むデバイス区画の配列を含む導波路基板を準備する工程と、前記導波路基板の前記デバイス区画に合わせて前記積層片の前記絶縁薄膜を前記導波路基板に接合して、積層生産物を形成する工程と、前記半導体積層の第２面が現れるように、前記積層生産物から前記半導体基板を除去する工程と、前記半導体基板を除去した後に、前記半導体積層を加工して、前記上部コア層及び前記第１上部クラッド層を含む第１半導体メサを形成する工程と、前記第１半導体メサを形成した後に、前記半導体積層を加工して、前記下部コア層及び前記第２上部クラッド層を含む第２半導体メサを形成する工程と、を備え、前記半導体積層では、前記第１上部クラッド層、前記上部コア層、前記第２上部クラッド層、及び前記下部コア層のための半導体層は、前記半導体基板の主面上に順に配列され、前記下部コア層、前記第２上部クラッド層、前記上部コア層、及び前記第１上部クラッド層は、前記第１軸の方向に配列され、前記上部コア層は、活性領域を含み、前記半導体積層の前記第１面は、前記半導体積層の前記第２面の反対側にある。
【０００９】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、光源デバイスにおける電気抵抗を改善する構造を有するハイブリッド光装置が提供される。本発明の別の側面によれば、ハイブリッド光装置を作製する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施形態に係るハイブリッド光装置の主要な構造物を模式的に示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示されたＩＩ−ＩＩ線に沿ってとられた断面を示す図面である。
【図３】図３は、図１に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ってとられた断面を示す図面である。
【図４】図４は、図２における第１断面及び第２断面における屈折率プロファイルを示す図面である。
【図５】図５は、ハイブリッドレーザ装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図６】図６は、ハイブリッドレーザ装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図７】図７は、ハイブリッドレーザ装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図８】図８は、ハイブリッドレーザ装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図９】図９は、ハイブリッドレーザ装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１０】図１０は、ハイブリッドレーザ装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１１】図１１は、ハイブリッドレーザ装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１２】図１２は、ハイブリッドレーザ装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１３】図１３は、ハイブリッドレーザ装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１４】図１４は、ハイブリッドレーザ装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１５】図１５は、ハイブリッドレーザ装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１６】図１６は、ハイブリッドレーザ装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１７】図１７は、ハイブリッドレーザ装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
引き続き、具体性を説明する。
【００１３】
具体例に係るハイブリッド光装置は、（ａ）ＩＶ族半導体及び酸化物を備える導波路構造を含むフォトニクスデバイスと、（ｂ）ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備えており前記フォトニクスデバイスに接合された光源デバイスと、を備え、前記光源デバイスは、第１半導体メサ及び第２半導体メサを含み、前記フォトニクスデバイスの前記導波路構造、及び前記光源デバイスは第１軸の方向に配列され、前記第２半導体メサ及び前記第１半導体メサは、前記第１軸に交差する第２軸の方向に延在し、前記第２半導体メサは、前記第１半導体メサより大きな長さを有し、前記第１半導体メサは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える上部コア層、及び第１導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える第１上部クラッド層を含み、前記上部コア層は活性領域を含み、前記第２半導体メサは、第２導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える下部コア層、及びＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える第２上部クラッド層を含み、前記下部コア層、前記第２上部クラッド層、前記上部コア層、及び前記第１上部クラッド層は、前記第１軸の方向に配列される。
【００１４】
ハイブリッド光装置によれば、光源デバイスの第１半導体メサ及び第２半導体メサ、並びにフォトニクスデバイスの導波路構造の配列は、導波路構造が光源デバイスの第２半導体メサに光学的に結合することを可能にし、また光源デバイスの第２半導体メサが光源デバイスの第１半導体メサに光学的に結合することを可能にする。第２軸の方向に延在する第２半導体メサ及び第１半導体メサは、導波路構造からの光ビームが第２半導体メサ及び第１半導体メサを伝搬することを可能にする。また、第２半導体メサと第２半導体メサより短い第１半導体メサとの光結合は、第２半導体メサから第１半導体メサへの光遷移及び第１半導体メサから第２半導体メサへの光遷移を可能にする。第１半導体メサより長い第２半導体メサと導波路構造との光結合は、導波路構造から第２半導体メサへの光遷移及び第２半導体メサから導波路構造への光遷移を容易にする。
【００１５】
第１半導体メサ及び第２半導体メサは、それぞれ、第１導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える第１上部クラッド層及び第２導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える下部コア層を含み、第１半導体メサ及び第２半導体メサの配列は、第１半導体メサの第１上部クラッド層から第２半導体メサの下部コア層へのキャリアの流れを可能にする。
【００１６】
下部コア層の第２導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体は、伝搬する光ビームに対してコアを提供できる厚さと、光学活性を有する上部コア層にキャリアを提供する導電性とを備える。下部コア層を提供できる厚さの第２導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体は、該キャリアに良好な導電路を提供できる。
【００１７】
第１半導体メサの上部コア層では、第２軸の方向への活性領域及び電流ブロック領域の配列は、活性領域へのキャリアの閉じ込めと、活性領域及び電流ブロック領域における光伝搬とを可能にする。
【００１８】
具体例に係るハイブリッド光装置では、前記第２半導体メサは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える下部クラッド層を更に含み、前記下部クラッド層は前記下部コア層と前記導波路構造との間に設けられ、前記第２半導体メサの前記下部クラッド層は、前記第２上部クラッド層の厚さより小さい厚さを有する。
【００１９】
ハイブリッド光装置によれば、薄い下部クラッド層は、第２半導体メサの下部コア層と導波路構造との光学的な分離を可能する。第２半導体メサの下部クラッド層は、フォトニクスデバイスの上部クラッドの屈折率より大きい屈折率を有し、また第２半導体メサの下部コア層とフォトニクスデバイスの導波路構造との光学的な結合を容易にする。
【００２０】
具体例に係るハイブリッド光装置では、前記フォトニクスデバイスは、前記導波路構造に結合された第１リング共振器と、前記導波路構造に結合された第２リング共振器とを含む。
【００２１】
ハイブリッド光装置によれば、フォトニクスデバイスの第１リング共振器及び第２リング共振器は、光源デバイスからの光を反射する共振器を提供する。
【００２２】
具体例に係るハイブリッド光装置を作製する方法は、（ａ）下部コア層、第２上部クラッド層、上部コア層、及び第１上部クラッド層のための半導体積層、前記半導体積層を搭載する半導体基板、並びに前記半導体積層の第１面上に絶縁薄膜を有する積層片を準備する工程と、（ｂ）ＩＶ族半導体及び酸化物を備える導波路構造を含むデバイス区画の配列を含む導波路基板を準備する工程と、（ｃ）前記導波路基板の前記デバイス区画に合わせて前記積層片の前記絶縁薄膜を前記導波路基板に接合して、積層生産物を形成する工程と、（ｄ）前記半導体積層の第２面が現れるように、前記積層生産物から前記半導体基板を除去する工程と、（ｅ）前記半導体基板を除去した後に、前記半導体積層を加工して、前記上部コア層及び前記第１上部クラッド層を含む第１半導体メサを形成する工程と、（ｆ）前記第１半導体メサを形成した後に、前記半導体積層を加工して、前記下部コア層及び前記第２上部クラッド層を含む第２半導体メサを形成する工程と、を備え、前記半導体積層では、前記第１上部クラッド層、前記上部コア層、前記第２上部クラッド層、及び前記下部コア層のための半導体層は、前記半導体基板の主面上に順に配列され、前記下部コア層、前記第２上部クラッド層、前記上部コア層、及び前記第１上部クラッド層は、前記第１軸の方向に配列され、前記上部コア層は、活性領域を含み、前記半導体積層の前記第１面は、前記半導体積層の前記第２面の反対側にある。
【００２３】
ハイブリッド光装置を作製する方法によれば、積層片の絶縁薄膜を導波路基板に接合して積層生産物を形成すら後に、積層生産物から第１半導体メサ及び第２半導体メサをフォトリソグラフィ及びエッチングにより作製する。積層片と導波路基板との位置合わせにより、光結合が可能になり、またフォトリソグラフィ及びエッチングを用いた積層生産物の加工により複数の半導体メサ間の光結合が可能になる。
【００２４】
具体例に係るハイブリッド光装置を作製する方法は、前記第２半導体メサの前記第２上部クラッド層をエッチングして、前記下部コア層に到達する開口を前記第２上部クラッド層に形成する工程と、前記第１半導体メサ上に位置する第１開口及び前記第２半導体メサ上に位置する第２開口を有する絶縁膜を前記第１半導体メサ、前記第２半導体メサ及び前記導波路基板上に形成する工程と、前記絶縁膜の前記第１開口を介して前記第１半導体メサに接続される第１電極、及び前記絶縁膜の前記第２開口を介して前記第２半導体メサに接続される第２電極を形成する工程と、を更に備え、前記絶縁膜の前記第１開口は、前記第２上部クラッド層の前記開口上に位置する。
【００２５】
ハイブリッド光装置を作製する方法によれば、厚膜の下部コア層を低抵抗の電流経路として使用することに加えて、コンタクト層として利用できる。
【００２６】
具体例に係るハイブリッド光装置を作製する方法では、積層片を準備する前記工程は、前記半導体積層を前記半導体基板上に順に成長して、エピタキシャル基板を得る工程と、前記第１上部クラッド層のための前記半導体層及び前記活性領域のための前記半導体層を含む突当接合メサを規定するマスクを前記エピタキシャル基板上に形成すると共に、前記マスクを用いて前記エピタキシャル基板をエッチングして、前記突当接合メサを形成する工程と、前記突当接合メサを形成した後に、前記マスクを用いて前記突当接合メサを埋め込むように電流ブロック領域のための半導体層の再成長を行う工程と、前記再成長の後に、前記絶縁薄膜のための絶縁層を堆積して、基板生産物を形成する工程と、前記基板生産物から前記積層片を形成する工程と、を備える。
【００２７】
ハイブリッド光装置を作製する方法によれば、積層片は、エピタキシャル成長、フォトリソグラフィ及びエッチングにより作製される。
【００２８】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のハイブリッド光装置、及びハイブリッド光装置を作製する方法に係る実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２９】
図１は、本実施形態に係るハイブリッド光装置の主要な構造物を模式的に示す平面図である。図２は、図１に示されたＩＩ−ＩＩ線に沿ってとられた断面を示す図面である。図３は、図１に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ってとられた断面を示す図面である。
【００３０】
ハイブリッド光装置１１は、フォトニクスデバイス１３及び光源デバイス１５を備える。フォトニクスデバイス１３は、ＩＶ族半導体及び酸化物を備える導波路構造１７を含み、例えばシリコンフォトニクス素子を含むことができる。光源デバイス１５は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備えており、電気パワーの印加に応答して光を生成する。光源デバイス１５は、フォトニクスデバイス１３に接合されている。光源デバイス１５は、第１半導体メサ１９及び第２半導体メサ２１を含む。フォトニクスデバイス１３の導波路構造１７、及び光源デバイス１５は第１軸Ａｘ１の方向に配列され、更に、第２半導体メサ２１は、フォトニクスデバイス１３の導波路構造１７と第１半導体メサ１９との間に設けられる。第１半導体メサ１９及び第２半導体メサ２１は、第１軸Ａｘ１に交差する第２軸Ａｘ２の方向に延在する。第２半導体メサ２１は、第１半導体メサ１９の第１メサ長Ｍ１Ｌより大きな第２メサ長Ｍ２Ｌを有する。
【００３１】
第１半導体メサ１９は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える上部コア層２３、及び第１導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える第１上部クラッド層２５を含む。上部コア層２３は、活性領域２７を含む。活性領域２７は、キャリア注入に応答して光学遷移により光を生成できるバンド構造を有する活性層２７ａを有しており、更に、第１スペーサ層２７ｂ及び第２スペーサ層２７ｃを更に含むことができる。活性層２７ａは、第１スペーサ層２７ｂと第２スペーサ層２７ｃとの間に設けられる。活性層２７ａは、例えば量子井戸構造ＭＱＷを有する。量子井戸構造ＭＱＷは、一又は複数の井戸層及び複数の障壁層を含み、井戸層及び障壁層は、第１軸Ａｘ１の方向に交互に配列される。上部コア層２３は、更に、電流ブロック領域２９を含む。活性領域２７及び電流ブロック領域２９は、第２軸Ａｘ２の方向に配列される。上部コア層２３及び第１上部クラッド層２５は、第１軸Ａｘ１の方向に配列される。
【００３２】
第２半導体メサ２１は、第２導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える下部コア層３１、及びＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える第２上部クラッド層３３を含む。下部コア層３１及び第２上部クラッド層３３は、第１軸Ａｘ１の方向に配列される。
【００３３】
下部コア層３１、第２上部クラッド層３３、上部コア層２３、及び第１上部クラッド層２５は、フォトニクスデバイス１３の導波路構造１７上において、第１軸Ａｘ１の方向に配列される。
【００３４】
ハイブリッド光装置１１によれば、光源デバイス１５の第１半導体メサ１９及び第２半導体メサ２１、並びにフォトニクスデバイス１３の導波路構造１７の配列は、導波路構造１７が光源デバイス１５の第２半導体メサ２１に光学的に結合することを可能にし、また光源デバイス１５の第２半導体メサ２１が光源デバイス１５の第１半導体メサ１９に光学的に結合することを可能にする。第２軸Ａｘ２の方向に延在する第１半導体メサ１９及び第２半導体メサ２１は、導波路構造１７からの光ビームが第１半導体メサ１９及び第２半導体メサ２１を伝搬することを可能にする。また、第２半導体メサ２１と第２半導体メサ２１より短い第１半導体メサ１９との光結合は、第２半導体メサ２１から第１半導体メサ１９への光遷移及び第１半導体メサ１９から第２半導体メサ２１への光遷移を可能にする。第１半導体メサ１９より長い第２半導体メサ２１と導波路構造１７との光結合は、導波路構造１７から第２半導体メサ２１への光遷移及び第２半導体メサ２１から導波路構造１７への光遷移を容易にする。
【００３５】
第１半導体メサ１９及び第２半導体メサ２１は、それぞれ、第１導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える第１上部クラッド層２５及び第２導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える下部コア層３１を含み、第１半導体メサ１９及び第２半導体メサ２１の配列は、第１半導体メサ１９の第１上部クラッド層２５から第２半導体メサ２１の下部コア層３１へのキャリアの流れを可能にする。
【００３６】
下部コア層３１の第２導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体は、伝搬する光ビームに対してコアを提供できる厚さと、光学活性を有する上部コア層２３にキャリアを提供する導電性とを備える。この第２導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体は、下部コア層３１を提供できる厚さの点で、該キャリアに良好な導電路を提供できる。
【００３７】
第１半導体メサの上部コア層２３では、第２軸Ａｘ２の方向への活性領域２７及び電流ブロック領域２９の配列は、活性領域２７へのキャリアの閉じ込めと、活性領域２７及び電流ブロック領域２９における光伝搬とを可能にする。
【００３８】
第２半導体メサ２１は、更に、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備える下部クラッド層３９を含む。第１上部クラッド層２５、第２上部クラッド層３３及び下部クラッド層３９は、それぞれ、第１厚Ｄ１ＣＬ、第２厚Ｄ２ＣＬ、及び第３厚Ｄ３Ｃｌを有する。第２上部クラッド層３３の第２厚Ｄ２ＣＬ及び下部クラッド層３９の第３厚Ｄ３Ｃｌは、第１上部クラッド層２５の第１厚Ｄ１ＣＬより小さい。下部クラッド層３９の第３厚Ｄ３Ｃｌは、第２上部クラッド層３３の第２厚Ｄ２ＣＬより小さい。薄い下部クラッド層３９は、第２半導体メサ２１の下部コア層３１と導波路構造１７との光学的な分離を確実にする。
【００３９】
ハイブリッド光装置１１によれば、第２半導体メサ２１の下部クラッド層３９は、フォトニクスデバイス１３の上部クラッドの屈折率より小さい屈折率を有し、また第２半導体メサ２１の下部コア層３１と導波路構造１７との光学的な結合を容易にする。
【００４０】
導波路構造１７は、フォトニクスデバイス１３の主面１３ａに沿って延在すると共にＩＶ族半導体、例えばシリコンを備えるコア領域１８ａと、コア領域１８ａの両側面に沿って延在する第１クラッド領域１８ｂａ及び第２クラッド領域１８ｂｂとを含み、コア領域１８ａは、第２軸Ａｘ２の方向に延在する第１側面１８ａａ及び第２側面１８ａｂを有する。本実施例では、第１側面１８ａａ及び第２側面１８ａｂは、例えば光源デバイス１５の直下においてコア領域１８ａに沿って延在するボイドによって規定される。これらのボイドに替えて、第１クラッド領域１８ｂａ及び第２クラッド領域１８ｂｂの各々は、コア領域１８ａの屈折率より低い屈折率の材料を含むことができる。
【００４１】
本実施例では、フォトニクスデバイス１３は、導波路構造１７に結合された第１リング共振器４１と、導波路構造１７に結合された第２リング共振器４３とを含む。ハイブリッド光装置１１によれば、フォトニクスデバイスの第１リング共振器４１及び第２リング共振器４３が、光源デバイスからの光を反射する共振器を提供できる。フォトニクスデバイス１３は、この例示に限定されることはなく、例えば、回折格子から成る分布反射鏡（ＤＢＲミラー）を含むことができる。第１リング共振器４１及び第２リング共振器４３を備えるフォトニクスデバイス１３は、ハイブリッド光装置１１にレーザ共振器ＣＶを提供できる。光源デバイス１５がレーザ共振器ＣＶ内の導波路構造１７に結合されて、ハイブリッドレーザ装置が提供される。
【００４２】
フォトニクスデバイス１３は、第１領域１３ｂ、第２領域１３ｃ、及び第３領域１３ｄを含み、第２領域１３ｃ、第１領域１３ｂ、及び第３領域１３ｄは、第２軸Ａｘ２の方向に順に配列される。第１領域１３ｂは、光源デバイス１５に光学的に結合される導波路構造１７を含み、導波路構造１７は、第１領域１３ｂでは、第２軸Ａｘ２の方向に延在する。第２領域１３ｃ及び第３領域１３ｄは、それぞれ、第１リング共振器４１及び第２リング共振器４３を含む。本実施例では、第１リング共振器４１及び第２リング共振器４３の各々は、導波路構造１７に二カ所で結合される。
【００４３】
具体的には、シリコン製のコア領域１８ａは、シリコン性ベース領域上に設けられたリブ形状（ＲＩＢ）を有することができ、シリコン性ベース領域１８ｃは、下部クラッド領域１８ｄ上に延在している。下部クラッド領域１８ｄは、シリコン系無機絶縁体、例えばシリコン酸化物を備える。シリコンリッジの幅及び高さは、それぞれ、例えば２マイクロメートル及び０．２マイクロメートルであることができる。フォトニクスデバイス１３は、例えばＳＯＩ基板１８ｅを含み、ＳＯＩ基板１８ｅは、シリコン支持体１８ｆ、酸化シリコン層１８ｇ（１８ｄ）及びシリコン層１８ｈ（１８ａ及び１８ｃ）を含む。酸化シリコン層１８ｇ及びシリコン層１８ｈは、該シリコン支持体１８ｆ上に配列される。
【００４４】
本実施例では、ハイブリッド光装置１１によれば、フォトニクスデバイス１３の導波路構造１７は、第１領域１３ｂにおいて、ＳＯＩ基板１８ｅのシリコン層のコアストライプと、該コアストライプを規定する第１ボイドＶＤ１及び第２ボイドＶＤ２とを含む。
【００４５】
光源デバイス１５は、フォトニクスデバイス１３の主面１３ａに接合を成す無機絶縁層４５を備える。無機絶縁層４５は、例えばコア領域１８ａの上面に接合を成す。
【００４６】
図１及び図２を参照すると、第１半導体メサ１９は、第１部分１９ａ、第２部分１９ｂ及び第３部分１９ｃを含み、第２部分１９ｂ、第１部分１９ａ及び第３部分１９ｃは、第２軸Ａｘ２の方向に順に配列される。具体的には、第１半導体メサ１９では、第２部分１９ｂは、第１上部クラッド層２５及び活性領域２７を含み、第１部分１９ａ及び第３部分１９ｃの各々は、第１上部クラッド層２５及び電流ブロック領域２９を含む。
第１半導体メサ１９の第１メサ長Ｍ１Ｌ。
第２部分１９ｂの長さ：３００〜１０００マイクロメートル、例えば５００マイクロメートル。
第１部分１９ａ及び第３部分１９ｃの長さ：１０〜５０マイクロメートル、例えば１０マイクロメートル。
より大きな第２メサ長Ｍ２Ｌを有する。
【００４７】
ハイブリッド光装置１１によれば、第１半導体メサ１９において、第１部分１９ａ、第２部分１９ｂ及び第３部分１９ｃの各々における電流ブロック領域２９は、第２部分１９ｂの活性領域２７にキャリアを閉じ込める。具体的には、第２部分１９ｂは、活性領域２７を含む活性部１９ｂａと、電流ブロック領域２９を含む第１閉込部１９ｂｂ及び第２閉込部１９ｂｃを含む。第１閉込部１９ｂｂ、活性部１９ｂａ及び第２閉込部１９ｂｃは、第２軸Ａｘ２の方向に配列される。
【００４８】
第２部分１９ｂは、第１メサ幅Ｗ１ＭＳを有する。第１部分１９ａ及び第３部分１９ｃは、それぞれ、一端部１９ｄ及び他端部１９ｅを有する。第１部分１９ａ及び第３部分１９ｃの各々は、第１メサ幅Ｗ１ＭＳより小さい部分を有する。ハイブリッド光装置１１によれば、第１半導体メサ１９において、第２部分１９ｂのメサ幅より小さい第１部分１９ａ及び第３部分１９ｃは、第１半導体メサ１９と第２半導体メサ２１との間の光遷移を容易にする。
【００４９】
具体的には、第１部分１９ａは、第２部分１９ｂから第１部分１９ａへの方向に一端部１９ｄに向けて、第１メサ幅Ｗ１ＭＳから徐々に小さくなる幅を有するテーパ形状部を含む。第３部分１９ｃは、第２部分１９ｂから第３部分１９ｃへの方向に他端部１９ｅに向けて、第１メサ幅Ｗ１ＭＳから徐々に小さくなる幅を有するテーパ形状部を含む。
【００５０】
図３を参照すると、第１半導体メサ１９は、第１半導体メサ１９の第２部分１９ｂにおいて、第１電気分離領域２０ａ、第２電気分離領域２０ｂ、及び導電性領域２０ｃを含む。第１電気分離領域２０ａ及び第２電気分離領域２０ｂは、第１軸Ａｘ１の方向に延在して活性領域２７に到達すると共に、高比抵抗を有する。導電性領域２０ｃは、第１電気分離領域２０ａと第２電気分離領域２０ｂとの間に設けられる。
【００５１】
第１半導体メサ１９の第２部分１９ｂにおいて、第１上部クラッド層２５は、第１電気分離領域２０ａ及び第２電気分離領域２０ｂによって区分けされる。第１電気分離領域２０ａ及び第２電気分離領域２０ｂは、第１上部クラッド層２５において活性領域２７へのキャリアを案内する。本実施例では、第１電気分離領域２０ａ及び第２電気分離領域２０ｂは、導電性領域２０ｃより大きな比抵抗を有する。
【００５２】
ハイブリッド光装置１１によれば、第１上部クラッド層２５内の第１電気分離領域２０ａ及び第２電気分離領域２０ｂは、第１軸Ａｘ１及び第２軸Ａｘ２に交差する第３軸Ａｘ３の方向にキャリアを閉じ込める。第１電気分離領域２０ａ及び第２電気分離領域２０ｂは、例えばプロトン注入により形成されることができ、導電性領域２０ｃの水素濃度より大きな水素濃度を有する。高い水素濃度の第１電気分離領域２０ａ及び第２電気分離領域２０ｂは、半導体のエピ成長工程を追加すること無く、イオン注入による結晶格子の破壊により提供される。
【００５３】
第１半導体メサ１９は、必要な場合には、第１導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備えるコンタクト層４７を含むことができ、第１上部クラッド層２５に界面を形成する。第１上部クラッド層２５は、上部コア層２３とコンタクト層４７との間に設けられる。
【００５４】
図１及び図２を参照すると、第２半導体メサ２１は、第１部分２１ａ、第２部分２１ｂ及び第３部分２１ｃを含み、第２部分２１ｂ、第１部分２１ａ及び第３部分２１ｃは、第２軸Ａｘ２の方向に順に配列される。第２半導体メサ２１では、第１部分２１ａ、第２部分２１ｂ及び第３部分２１ｃの各々は、下部コア層３１及び第２上部クラッド層３３を含む。
第２半導体メサ２１の第２メサ長Ｍ２Ｌ。
第２部分２１ｂの長さ：４００〜１１００マイクロメートル、例えば６００マイクロメートル。
第１部分２１ａ及び第３部分２１ｃの長さ：２０〜５０マイクロメートル、例えば３０マイクロメートル。
【００５５】
第２上部クラッド層３３は第１上部クラッド層２５より小さい厚さを有する。ハイブリッド光装置１１によれば、第１上部クラッド層２５より薄い第２上部クラッド層３３は、第１半導体メサ１９と第２半導体メサ２１との間の光学的な分離を可能すると共に、光学的な結合を容易にする。
【００５６】
第２部分２１ｂは、第２メサ幅Ｗ２ＭＳを有し、本実施例では、第２半導体メサ２１は、フォトニクスデバイス１３と実質的に同じ幅を有する。第１部分２１ａ及び第３部分２１ｃは、それぞれ、一端部２１ｄ及び他端部２１ｅを有する。第１部分２１ａ及び第３部分２１ｃの各々は、第２メサ幅Ｗ２ＭＳより小さい部分を有する。また、一端部２１ｄ及び他端部２１ｅは、フォトニクスデバイス１３の導波路構造１７上に位置決めされる。ハイブリッド光装置１１によれば、第２半導体メサ２１において、第２部分２１ｂのメサ幅より小さい第１部分２１ａ及び第３部分２１ｃは、光遷移を可能にする。
【００５７】
具体的には、第１部分２１ａは、第２部分２１ｂから第１部分２１ａへの方向に一端部２１ｄに向けて、第２メサ幅Ｗ２ＭＳから徐々に小さくなる幅を有するテーパ形状部を含む。第３部分２１ｃは、第２部分２１ｂから第３部分２１ｃへの方向に他端部２１ｅに向けて、第２メサ幅Ｗ２ＭＳから徐々に小さくなる幅を有するテーパ形状部を含む。
【００５８】
図２を参照すると、第２半導体メサ２１の第２部分２１ｂにおいて、第２上部クラッド層３３は、第１高比抵抗領域３４ａ、第２高比抵抗領域３４ｂ、及び導電性領域３４ｃを含む。第１高比抵抗領域３４ａ、導電性領域３４ｃ及び第２高比抵抗領域３４ｂは、第２軸Ａｘ２の方向に配列されると共に、第３軸Ａｘ３の方向に延在する。第１高比抵抗領域３４ａ及び第２高比抵抗領域３４ｂは、導電性領域３４ｃに比べて高比抵抗を有する。第１高比抵抗領域３４ａ及び第２高比抵抗領域３４ｂは、例えばアンドープ又は鉄ドープのＩＩＩ−Ｖ半導体からなることができ、導電性領域３４ｃは、例えばｎ型又はｐ型ドーパントを添加した第２導電型ＩＩＩ−Ｖ半導体からなることができる。本実施例では、導電性領域３４ｃは、活性領域２７の直下に位置しており、第１高比抵抗領域３４ａと第２高比抵抗領域３４ｂとの間に設けられる。第１高比抵抗領域３４ａ及び第２高比抵抗領域３４ｂが、それぞれ、導電性領域３４ｃから一端部２１ｄ及び他端部２１ｅへの方向に延在する。
【００５９】
ハイブリッド光装置１１によれば、第２半導体メサ２１において、第２上部クラッド層３３内の第１高比抵抗領域３４ａ及び第２高比抵抗領域３４ｂは、第２軸Ａｘ２の方向において第２部分２１ｂの導電性領域３４ｃ内に案内する。具体的には、第２部分２１ｂは、活性領域２７の直下に位置する導電部２１ｂａと、第１高比抵抗領域３４ａ及び第２高比抵抗領域３４ｂをそれぞれ含む第１ガイド部２１ｂｂ及び第２ガイド部２１ｂｃを含む。第１ガイド部２１ｂｂ、導電部２１ｂａ及び第２ガイド部２１ｂｃは、第２軸Ａｘ２の方向に配列される。
【００６０】
ハイブリッド光装置１１によれば、第２上部クラッド層３３内の第１高比抵抗領域３４ａ及び第２高比抵抗領域３４ｂは、第２軸Ａｘ２の方向にキャリアを閉じ込める。導電性領域３４ｃは、第１高比抵抗領域３４ａ及び第２高比抵抗領域３４ｂのキャリア濃度より大きなキャリア濃度を有する。
【００６１】
第２半導体メサ２１において、第１部分２１ａ及び第３部分２１ｃにおける下部コア層３１は、第２部分２１ｂにおける下部コア層３１の厚さより大きい厚さを有する。具体的には、下部コア層３１は、導電性領域３４ｃから一端部２１ｄ及び他端部２１ｅへの方向に徐々に大きくなる厚さを有する部分を含む。導電部２１ｂａとフォトニクスデバイス１３との間の下部コア層３１は、一端部２１ｄ及び他端部２１ｅにおける下部コア層３１の厚さより薄い。第２半導体メサ２１は、光導波よりは光遷移に係る一端部２１ｄ及び他端部２１ｅの両端に厚いコアを提供できる。
【００６２】
ハイブリッド光装置１１は、突き当て接合構造ＢＪを有しており、突き当て接合構造ＢＪは、活性領域２７及び電流ブロック領域２９の間の接合を提供すると共に、導電性領域３４ｃと、第１高比抵抗領域３４ａ及び第２高比抵抗領域３４ｂとの間の接合を提供する。
【００６３】
光源デバイス１５は、第１電極３５及び第２電極３７を含み、第１電極３５及び第２電極３７は、それぞれ、第１半導体メサ１９及び第２半導体メサ２１に接続される。具体的には、第１電極３５は、第１半導体メサ１９の上面に接触を成す。第２電極３７は、第２半導体メサ２１に接触を成す。本実施例では、第２半導体メサ２１内の第２上部クラッド層３３は、下部コア層３１に到達する開口３３ＡＰを有しており、第２電極３７は、第２上部クラッド層３３の開口３３ＡＰを介して下部コア層３１の上面３１ａに接触を成す。下部コア層３１は、第２上部クラッド層３３より小さいバンドギャップを有し、第２上部クラッド層３３より高いキャリア濃度を有する。第２電極３７からのキャリアは、第２上部クラッド層３３より厚膜の下部コア層３１を伝搬して、第２上部クラッド層３３の導電性領域３４ｃに到達する。
【００６４】
ハイブリッド光装置１１は、光源デバイス１５の第１半導体メサ１９及び第２半導体メサ２１を覆う絶縁膜４９を更に備えることができる。絶縁膜４９は、第１電極３５及び第２電極３７がそれぞれの半導体に接触することを可能にする第１開口４９ａ及び第２開口４９ｂを有する。必要な場合には、絶縁膜４９は、フォトニクスデバイス１３を覆うことができ、フォトニクスデバイス１３にオーバークラッドを提供できる。
【００６５】
１５５０ｎｍ帯で発振可能なハイブリッド光装置１１。
フォトニクスデバイス１３の例示。
ＳＯＩ基板：２００ｎｍ厚のシリコンリブ、３マイクロメートル厚の下側クラッド領域。
光源デバイス１５の例示。
第１半導体メサ１９（上部導波路構造）。
コンタクト層４７：Ｚｎドープｐ型ＧａＩｎＡｓ。
第１上部クラッド層２５：Ｚｎドープｐ型ＩｎＰ。
上部コア層２３。
活性領域２７。
活性層２７ａの量子井戸構造ＭＱＷ：ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰ。
第１スペーサ層２７ｂ：ｉ型ＧａＩｎＡｓＰ（１．２マイクロメートルのバンドギャップ波長）、１００ｎｍ。
第２スペーサ層２７ｃ：ｉ型ＧａＩｎＡｓＰ（１．２マイクロメートルのバンドギャップ波長）、１００ｎｍ。
電流ブロック領域２９：ｉ型ＧａＩｎＡｓＰ（１．３マイクロメートルのバンドギャップ波長）、３００ｎｍ。
第１電気分離領域２０ａと第２電気分離領域２０ｂとの間隔（導電性領域２０ｃの幅）：２マイクロメートル。
第２半導体メサ２１（下部導波路構造）。
第２上部クラッド層３３。
第１高比抵抗領域３４ａ及び第２高比抵抗領域３４ｂ：ｉ型ＩｎＰ。
導電性領域３４ｃ（クラッド部分３４ｃａ及びスペーサ部分３４ｃｂ）：Ｓｉドープｎ型ＩｎＰ、及びＳｉドープｎ型ＧａＩｎＡｓＰ（１．２マイクロメートルのバンドギャップ波長）、１００ｎｍ。
下部コア層３１：Ｓｉドープｎ＋型ＧａＩｎＡｓＰ（１．３マイクロメートルのバンドギャップ波長）、３００ｎｍ。
下部クラッド層３９：ｉ型ＧａＩｎＡｓＰ（１．２マイクロメートルのバンドギャップ波長）、１００ｎｍ。
無機絶縁層４５：シリコン酸化膜、１０ｎｍ。
【００６６】
図４は、図２における第１断面及び第２断面における屈折率プロファイルを示す図面である。ハイブリッド光装置１１は、第１断面Ｃ１Ｓ及び第２断面Ｃ２Ｓにおいてそれぞれ第１屈折率プロファイルＲ１Ｐ及び第２屈折率プロファイルＲ２Ｐを有する。活性領域２７は、第１断面Ｃ１Ｓにあり、電流ブロック領域２９は第２断面Ｃ２Ｓにある。
【００６７】
これらの屈折率プロファイルによれば、第２上部クラッド層３３は、上部コア層２３を下部コア層３１から区別でき、下部クラッド層３９は、下部コア層３１をフォトニクスデバイス１３の導波路構造１７から区別できる。下部クラッド層３９の屈折率は、第２上部クラッド層３３の屈折率より大きい。下部コア層３１は上部コア層２３より厚い。第２上部クラッド層３３は、第１上部クラッド層２５より薄い。これらの屈折率プロファイルは、ハイブリッド光装置１１が３つのコアを有することを表している。
【００６８】
図５〜図１６を参照しながら、ハイブリッドレーザ装置といったハイブリッド光装置１１を作製する方法を説明する。引き続く説明において、可能な場合には、理解を容易にするために、図１〜図３を参照しながら為された説明において用いられた参照符合を用いる。
【００６９】
工程Ｓ１０１では、図５の（ａ）部に示されるように、導波路基板ＢＷＧを準備する。導波路基板ＢＷＧでは、導波路構造１７を含むデバイス区画ＳＣＴが一次元又は二次元の配置を含む。導波路構造１７は、ＩＶ族半導体及び酸化物を備え、例えばＳＯＩ基板を含むことができる。
【００７０】
また、半導体積層ＬＭ、半導体基板ＳＢ、及び絶縁薄膜ＴＦを有する積層片ＳＤＢを準備する。半導体積層ＬＭは、下部コア層３１、第２上部クラッド層３３、上部コア層２３、及び第１上部クラッド層２５のための半導体層を含む。具体的には、これらの半導体層は、コンタクト層４７、第１上部クラッド層２５、上部コア層２３、第２上部クラッド層３３、下部コア層３１、及び下部クラッド層３９の順に、第１軸Ａｘ１の方向に、半導体基板ＳＢ上に配置される。絶縁薄膜ＴＦは、半導体積層ＬＭの第１面上に設けられる。
【００７１】
本実施例では、積層片ＳＤＢを準備するために、積層片ＳＤＢを作製する。図６〜図９を参照しながら、積層片ＳＤＢのための基板生産物を作製する方法を説明する。この方法における半導体結晶の成長は、例えば有機金属気相成長法により行われる。また、積層片ＳＤＢの向きを表すために、第１軸Ａｘ１、第２軸Ａｘ２及び第３軸Ａｘ３が描かれている。
【００７２】
図６の（ａ）部に示されるように、エピタキシャル基板ＥＰを形成する。エピタキシャル基板ＥＰの作製は、以下のように行われる。半導体積層膜５１を半導体基板ＷＳＢ上に順に成長して、エピタキシャル基板ＥＰを得る。半導体基板ＷＳＢは、例えばｎ＋ＩｎＰを含むことができる。半導体積層膜５１は、第１上部クラッド層２５のための半導体層５１ａ、上部コア層２３内の活性領域２７（具体的には、第１スペーサ層、活性層及び第２スペーサ層）のための半導体層５１ｂ、及び第２上部クラッド層３３（クラッド部分３４ｃａ及びスペーサ部分３４ｃｂ）のための半導体層５１ｃを含むことができ、必要な場合には、コンタクト層４７のための半導体層５１ｄを更に含む。
半導体の例示。
半導体基板ＷＳＢ；ｎ＋ＩｎＰウエハ。
半導体積層膜５１。
第２上部クラッド層３３（クラッド部分３４ｃａ及びスペーサ部分３４ｃｂ）のための半導体層５１ｃ：Ｓｉドープｎ型ＩｎＰ、及びＳｉドープｎ型ＧａＩｎＡｓＰ（１．２マイクロメートルのバンドギャップ波長）。
活性領域２７のための半導体層５１ｂ。
第１スペーサ層２７ｂ：ｉ型ＧａＩｎＡｓＰ（１．２マイクロメートルのバンドギャップ波長）、１００ｎｍ。
活性層２７ａ：ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰ量子井戸構造ＭＱＷ。
第２スペーサ層２７ｃ：ｉ型ＧａＩｎＡｓＰ（１．２マイクロメートルのバンドギャップ波長）、１００ｎｍ。
第１上部クラッド層２５のための半導体層５１ａ：Ｚｎドープｐ型ＩｎＰ。
コンタクト層４７のための半導体層５１ｄ：Ｚｎドープｐ型ＧａＩｎＡｓ。
【００７３】
エピタキシャル基板ＥＰを加工して、突当接合メサＢＪＭを形成する。具体的には、図６の（ｂ）部に示されるように、突当接合メサＢＪＭを規定するマスクＭ０をエピタキシャル基板ＥＰ上に形成する。このマスクＭ０を用いて、エピタキシャル基板ＥＰをエッチングして、突当接合メサＢＪＭを形成する。突当接合メサＢＪＭは、活性領域２７のための半導体層５１ｂ及び第２上部クラッド層３３のための半導体層５１ｃを含む。マスクＭ０は、例えばシリコン窒化膜といったシリコン系無機絶縁膜を含むことができる。
【００７４】
突当接合メサＢＪＭを形成した後に、電流ブロック領域２９のための半導体層５１ｆ及び第２上部クラッド層３３のための半導体層５１ｇの選択成長を行う。具体的には、図７の（ａ）部に示されるように、突当接合メサＢＪＭを埋め込むように、マスクＭ０を用いて電流ブロック領域２９のための半導体層５１ｆ及び第２上部クラッド層３３のための半導体層５１ｇの第１再成長を行う。
【００７５】
再成長の後に、マスクＭ０を除去して、図７の（ｂ）部に示されるように、突当接合メサＢＪＭの上面と突当接合メサＢＪＭの縁からなだらかに傾斜する半導体層５１ｇの表面を有する第１基板生産物ＳＰ１を得る。第１基板生産物ＳＰ１の表面では、トップとボトムとの差は、５０ｎｍから３００ｎｍである。
突当接合メサＢＪＭを埋込の例示。
電流ブロック領域２９のための半導体層５１ｆ：ｉ型ＧａＩｎＡｓＰ（１．３マイクロメートルのバンドギャップ波長）
第２上部クラッド層３３のための半導体層５１ｇ：ｉ型ＩｎＰ。
【００７６】
マスクＭ０を除去した後に、下部コア層３１のための半導体層５１ｈ及び下部クラッド層３９のための半導体層５１ｉの第２再成長を行う。具体的には、図８の（ａ）部に示されるように、半導体基板ＷＳＢ（第１基板生産物ＳＰ１）の全面に下部コア層３１のための半導体層５１ｈ及び下部クラッド層３９のための半導体層５１ｉの第２再成長を行って、第１再成長に起因するエピ表面の窪みを埋め込んで、実質的に平坦なエピ面を有する第２基板生産物ＳＰ２を得る。第２基板生産物ＳＰ２は、表面の凹凸の最大段差により規定される観点で１０ｎｍ以下の表面平坦性を有する。良好な接合を高い歩留りで得るために、表面の平坦性は１０ｎｍ以下が好ましい。
平坦化層の例示。
下部コア層３１のための半導体層５１ｈ：Ｓｉドープｎ＋型ＧａＩｎＡｓＰ（１．３マイクロメートルのバンドギャップ波長）、３００ｎｍ厚。
下部クラッド層３９のための半導体層５１ｉ：ｉ型ＧａＩｎＡｓＰ（１．２マイクロメートルのバンドギャップ波長）、１００ｎｍ厚。
【００７７】
第２再成長の後に、図８の（ｂ）部に示されるように、絶縁薄膜のための絶縁層５３を堆積して、第３基板生産物ＳＰ３を形成する。具体的には、第２基板生産物ＳＰ２の全面に、シリコン酸化膜といったシリコン系無機絶縁膜を堆積する。
絶縁層５３の例示。
絶縁層５３：シリコン酸化膜、１０ｎｍ。
【００７８】
第３基板生産物ＳＰ３を切断して、積層片ＳＤＢを形成する。具体的には、図９に示されるように、ＩＩＩ−Ｖ族半導体はへき開性を有する点で、積層片ＳＤＢの形成は、半導体のへき開性を利用して行うことができる。積層片ＳＤＢの構造は、第３基板生産物ＳＰ３のエピ構造を引き継ぐ。詳細には、積層片ＳＤＢは半導体積層ＬＭを含む。半導体積層ＬＭは第１面ＬＭ１及び第２面ＬＭ２を有しており、第１面ＭＬ１は第２面ＬＭ２の反対側にある。半導体積層ＬＭの第１面ＬＭ１は、絶縁薄膜ＴＦで覆われている。積層片ＳＤＢは、例えば長さ３ミリメートル、及び幅１．２ミリメートルを有することができる。ハイブリッド光装置を作製する方法によれば、積層片ＳＤＢは、エピタキシャル成長、フォトリソグラフィ及びエッチングにより作製される。図９には、積層片ＳＤＢの向きを表すために、第１軸Ａｘ１、第２軸Ａｘ２及び第３軸Ａｘ３が描かれている。
【００７９】
工程Ｓ１０２では、積層片ＳＤＢを導波路基板ＢＷＧに接合する。具体的には、図５の（ｂ）部に示されるように、導波路基板ＢＷＧのデバイス区画ＳＣＴ（又はデバイス区画ＳＣＴの配列）に合わせて積層片ＳＤＢを導波路基板ＢＷＧ上に置くと共に積層片ＳＤＢの絶縁薄膜ＴＦを導波路基板ＢＷＧに接合して、図１０に示されるように、第１積層生産物ＳＴ１を形成する。複数の積層片ＳＤＢが導波路基板ＢＷＧ上に配列されていることができる。
接合のプロセス条件。
Ｎ２プラズマ処理による表面活性化。超音波水による表面洗浄。常温空気中における仮接合。摂氏３００度、２時間のアニール。
【００８０】
工程Ｓ１０３では、第１積層生産物ＳＴ１から半導体基板ＳＢを除去する。具体的には、図１１に示されるように、第１積層生産物ＳＴ１から半導体基板ＳＢを除去して、第２積層生産物ＳＴ２を得る。第２積層生産物ＳＴ２では、第１積層生産物ＳＴ１の半導体基板ＳＢがエッチングされて半導体積層ＬＭの第２面ＬＭ２が現れている。半導体基板ＳＢの除去は、塩酸といったエッチャントを用いた例えばウエットエッチングにより行われることができる。第２積層生産物ＳＴ２は、エッチングより現れるコンタクト層のための半導体層５１ｄを最上層に備える。
【００８１】
必要な場合には、工程Ｓ１０４において、第２積層生産物ＳＴ２の半導体積層ＬＭに高比抵抗領域を形成する。本実施例では、プロトンイオン注入により、高比抵抗領域を形成する。具体的には、図１２及び図１３に示されるように、半導体積層ＬＭの第２面ＬＭ２上に第１マスクＭ１を形成する。第１マスクＭ１は、第２軸Ａｘ２の方向に延在する第１開口Ｍ１ＡＰ１及び第２開口Ｍ１ＡＰ２を有すると共に、第１開口Ｍ１ＡＰ１と第２開口Ｍ１ＡＰ２との間にパターンを有する。第１開口Ｍ１ＡＰ１及び第２開口Ｍ１ＡＰ２は、第３軸Ａｘ３の方向に配列される。このパターンは、導波路基板ＢＷＧの導波路構造１７上に位置する半導体積層ＬＭを覆う。この第１マスクＭ１を用いて第１上部クラッド層２５のための半導体層５１ａ内にプロトンイオンを注入する。プロトンのイオン注入は、各デバイス区画ＳＣＴ上において、半導体積層ＬＭ内に第１高比抵抗領域３４ａ及び第２高比抵抗領域３４ｂを提供できる。第１マスクＭ１は、例えばレジストを備える。第１高比抵抗領域３４ａと第２高比抵抗領域３４ｂとの間隔は、例えば２マイクロメートルであることができる。イオン注入の後に、第１マスクＭ１を除去して、第２積層生産物ＳＴ２を得る。
【００８２】
工程Ｓ１０５において、半導体基板ＳＢを除去した後に、半導体積層ＬＭを加工して、第１半導体メサを形成する。具体的には、図１４の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、第２積層生産物ＳＴ２の半導体積層ＬＭ上に、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて第２マスクＭ２を形成する。第２マスクＭ２は、例えばシリコン窒化膜といったシリコン系無機絶縁膜を備える。第２マスクＭ２は、図１４の（ａ）部に示されるように、第１テーパ部Ｍ２ＴＰ１、第２テーパ部Ｍ２ＴＰ２、及び主要部Ｍ２ＭＪを含む。第１テーパ部Ｍ２ＴＰ１、第２テーパ部Ｍ２ＴＰ２、及び主要部Ｍ２ＭＪは、導波路基板ＢＷＧの導波路構造１７上において第２軸Ａｘ２の方向に配置される。
【００８３】
第２マスクＭ２を用いて第２積層生産物ＳＴ２の半導体積層ＬＭをエッチングして、図１４の（ｂ）部に示されるように、第１半導体メサ１９及び残余の半導体積層ＬＭを形成する。このエッチングは、ＣＨ４及びＨ２といったエッチャントを用い、例えばドライエッチングにより行われることができる。エッチングの後に、本実施例では、第２マスクＭ２を除去しない。しかしながら、ドライエッチング及びウエットエッチングを組み合わせて第２マスクＭ２を除去することができる。
【００８４】
このエッチングにより、第２積層生産物ＳＴ２から第３積層生産物ＳＴ３が形成される。第３積層生産物ＳＴ３は、コンタクト層４７、第１上部クラッド層２５及び上部コア層２３を含む第１半導体メサ１９と、第２上部クラッド層３３、下部コア層３１及び下部クラッド層３９のための半導体層（５１ｇ、５１ｈ、５１ｉ）を含む残余の半導体積層ＬＭとを有する。第１半導体メサ１９は、第１部分１９ａ、第２部分１９ｂ及び第３部分１９ｃを含み、第２部分１９ｂ、第１部分１９ａ及び第３部分１９ｃは、第２軸Ａｘ２の方向に順に配列される。具体的には、第１半導体メサ１９では、第２部分１９ｂは、第１上部クラッド層２５及び活性領域２７を含み、第１部分１９ａ及び第３部分１９ｃの各々は、第１上部クラッド層２５及び電流ブロック領域２９を含む。第１部分１９ａ及び第３部分１９ｃの各々は、テーパ形状を有しており、第２部分１９ｂは、第１部分１９ａ及び第３部分１９ｃの最大幅より大きな幅を有しており、この大きな幅の第２部分１９ｂは、第１部分１９ａ及び第３部分１９ｃの根元から第３軸Ａｘ３の方向に延出するウイング部（図１３の（ａ）部に示される「Ｗ１９Ｇ１」及び「Ｗ１９Ｇ２」）により提供される。これらのウイング部は、第１部分１９ａ及び第３部分１９ｃの幅より大きい幅を有する。ウイング部の幅は、導波路構造１７のコア幅より大きく、導波路構造１７のクラッド外幅より小さい。
【００８５】
工程Ｓ１０６において、第１半導体メサ１９を形成した後に、第３積層生産物ＳＴ３を加工して、第２半導体メサを形成する。具体的には、図１５の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、残余の半導体積層ＬＭ及び第１半導体メサ１９上に、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて第３マスクＭ３を形成する。第３マスクＭ３は、図１５の（ａ）部に示されるように、第１テーパ部Ｍ３ＴＰ１、第２テーパ部Ｍ３ＴＰ２、及び主要部Ｍ３ＭＪを含む。第１テーパ部Ｍ３ＴＰ１、第２テーパ部Ｍ３ＴＰ２、及び主要部Ｍ３ＭＪは、導波路基板ＢＷＧの導波路構造１７上において第２軸Ａｘ２の方向に配置される。第３マスクＭ３は、例えばシリコン窒化膜といったシリコン系無機絶縁膜を備える。
【００８６】
図１５の（ｂ）部に示されるように、第３マスクＭ３を用いて第３積層生産物ＳＴ３の残余の半導体積層ＬＭをエッチングして、第２半導体メサを形成する。このエッチングは、ＣＨ４及びＨ２といったエッチャントを用い、例えばドライエッチングにより行われることができる。エッチングの後に、第３マスクＭ３（本実施例では、第２マスクＭ２も一緒に）をドライエッチング及びウエットエッチングも組み合わせによりて除去する。
【００８７】
このエッチングにより、第３積層生産物ＳＴ３から第４積層生産物ＳＴ４が形成される。第４積層生産物ＳＴ４は、コンタクト層４７、第１上部クラッド層２５及び上部コア層２３を含む第１半導体メサ１９と、第２上部クラッド層３３、下部コア層３１及び下部クラッド層３９を含む第２半導体メサ２１とを含む。第２半導体メサ２１は、第１部分２１ａ、第２部分２１ｂ及び第３部分２１ｃを含み、第２部分２１ｂ、第１部分２１ａ及び第３部分２１ｃは、第２軸Ａｘ２の方向に順に配列される。具体的には、第２半導体メサ２１では、第２部分２１ｂは、第２上部クラッド層３３、下部コア層３１及び下部クラッド層３９を含む。第１部分２１ａ及び第３部分２１ｃの各々は、テーパ形状を有する。第２部分２１ｂは、第１部分２１ａ及び第３部分２１ｃの最大幅より大きな幅を有しており、この大きな幅の第２部分２１ｂは、第１部分２１ａ及び第３部分２１ｃの根元から第３方向に延出するウイング部（図１４の（ａ）部に示される「Ｗ２１Ｇ１」及び「Ｗ２１Ｇ２」）により提供される。これらのウイング部は、第１部分２１ａ及び第３部分２１ｃの幅より大きい幅を有する。ウイング部の幅は、導波路構造１７のコア幅より大きく、導波路構造１７のクラッド外幅より大きい。第２半導体メサ２１のウイング部の幅は、第１半導体メサ１９のウイング部の幅より大きい。第２半導体メサ２１の第１部分２１ａ及び第３部分２１ｃは、それぞれ、第１半導体メサ１９の第１部分１９ａ及び第３部分１９ｃの長さより大きい。
【００８８】
工程Ｓ１０７において、図１６の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、必要な場合には、第２半導体メサ２１を形成した後に、第４積層生産物ＳＴ４を加工して、第２半導体メサ２１にコンタクト開口を形成する。具体的には、図１６の（ａ）部に示されるように、フォトリソグラフィを用いて第４積層生産物ＳＴ４上に第４マスクＭ４を形成する。第４マスクＭ４は、第１半導体メサ１９を覆うと共に第２半導体メサ２１の上面に位置する開口Ｍ４ＡＰを有する。第２半導体メサ２１の第２上部クラッド層３３を第４マスクＭ４を用いてエッチングして、開口３３ＡＰを第２上部クラッド層３３に形成する。このエッチング、ＨＣｌ系溶液といったエッチャントを用い、ウエットエッチングにより行われることができる。開口３３ＡＰは、下部コア層３１に到達しており、下部コア層３１が第２上部クラッド層３３の開口３３ＡＰに現れている。開口３３ＡＰに現れる下部コア層３１を有する構造によれば、厚膜の下部コア層３１を低抵抗の電流経路として使用することに加えて、コンタクト層として利用できる。エッチングの後に第４マスクＭ４を除去して、図１６の（ｂ）部に示されるように、第５積層生産物ＳＴ５を得る。
【００８９】
工程Ｓ１０８において、必要な場合には、図１７の（ａ）部に示されるように、第２半導体メサ２１を形成した後に、気相成長、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて第５積層生産物ＳＴ５上に絶縁膜４９を形成する。具体的には、絶縁膜４９は、第１半導体メサ１９、第２半導体メサ２１及び導波路基板ＢＷＧ上に形成されており、第１開口４９ａ及び第２開口４９ｂを有する。第１開口４９ａ及び第２開口４９ｂは、第１半導体メサ１９及び第２半導体メサ２１上に位置する。絶縁膜４９では、第１開口４９ａが第１半導体メサ１９の活性領域２７上に位置しており、第２開口４９ｂが第２上部クラッド層３３の開口３３ＡＰ上に位置する。
絶縁膜４９の例示：シリコン窒化膜、５００ｎｍ厚。
【００９０】
工程Ｓ１０９において、図１７の（ｂ）部に示されるように、第２半導体メサ２１を形成した後に、第５積層生産物ＳＴ５上に電極を形成して、第６積層生産物ＳＴ６を得る。具体的には、第１半導体メサ１９及び第２半導体メサ２１上にそれぞれ第１電極３５及び第２電極３７を形成する。第１電極３５及び第２電極３７は、それぞれ、第１半導体メサ１９及び第２半導体メサ２１に接続される。詳細には、第１電極３５は、第１半導体メサ１９の上面に接触を成す。第２電極３７は、第２半導体メサ２１に接触を成す。第２半導体メサ２１内の第２上部クラッド層３３は、下部コア層３１に到達する開口３３ＡＰを有しており、第２電極３７は、第２上部クラッド層３３の開口３３ＡＰを介して下部コア層３１の上面に接触を成す。
第１電極３５（ｐ側電極）：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ。
第２電極３７（ｎ側電極）：ＡｕＧｅＮｉ。
【００９１】
第６積層生産物ＳＴ６は、導波路基板ＢＷＧと、半導体構造物ＳＴＲと、導波路基板ＢＷＧ及び半導体構造物ＳＴＲを覆う絶縁膜４９と、半導体構造物ＳＴＲ上に設けられた第１電極３５及び第２電極３７を含む。半導体構造物ＳＴＲは、導波路基板ＢＷＧに接合された積層片ＳＤＢから生産された第１半導体メサ１９の配列及び第２半導体メサ２１の配列を含み、第１半導体メサ１９が第２半導体メサ２１上に配列されている。隣合う第１半導体メサ１９の間の位置（矢印ＡＲＷ）において、第６積層生産物ＳＴ６、具体的には第２半導体メサ２１の配列及び導波路基板ＢＷＧを切断すると共に、隣合う半導体構造物ＳＴＲの位置（矢印ＡＲＢ）において、第６積層生産物ＳＴ６、具体的に導波路基板ＢＷＧを切断すると、ハイブリッド光装置１１が得られる。切断は、例えばダイシングにより行われることができる。必要な場合には、ハイブリッド光装置１１のフォトニクスデバイス１３の端面にＡＲコーティングを行うことができる。
【００９２】
ハイブリッド光装置１１を作製する方法によれば、積層片ＳＤＢの絶縁薄膜ＴＦを導波路基板ＢＷＧに接合して積層生産物を形成した後に、フォトリソグラフィ及びエッチングにより積層生産物から第１半導体メサ１９及び第２半導体メサ２１を作製する。積層片ＳＤＢと導波路基板ＢＷＧとの位置合わせにより、光結合が可能になり、またフォトリソグラフィ及びエッチングを用いた積層生産物の加工により半導体メサ（１９、２１）間の光結合が可能になる。
【００９３】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上説明したように、本実施形態によれば、光源デバイスにおける電気抵抗を改善する構造を有するハイブリッド光装置、及びハイブリッド光装置を作製する方法が提供される。
【符号の説明】
【００９５】
１１…ハイブリッド光装置、１３…フォトニクスデバイス、１５…光源デバイス、１７…導波路構造、１９…第１半導体メサ、２０ａ…第１電気分離領域、２０ｂ…第２電気分離領域、２０ｃ…導電性領域、２１…第２半導体メサ、２３…上部コア層、２５…第１上部クラッド層、２７…活性領域、２７ａ…活性層、２７ｂ…第１スペーサ層、２７ｃ…第２スペーサ層、２９…電流ブロック領域、３１…下部コア層、３３…第２上部クラッド層、３４ａ…第１高比抵抗領域、３４ｂ…第２高比抵抗領域、３４ｃ…導電性領域、３９…下部クラッド層、４５…無機絶縁層、４７…コンタクト層。
【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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