(57)【要約】【課題】低強度の制御光で超高速のスイッチッチングができる高光閉じ込め導波路インターサブバンド全光スイッチを実現する。【解決手段】半導体量子井戸構造を持ちサブバンド間遷移を起こすＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層よりも低屈折率をもつ材料上にウェハボンディングで構成し、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から光導波路を形成し、該光導波路の周りに上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層よりも低屈折率をもつ膜をつけることで形成した光導波路と、光信号と制御信号とを入力する個別あるいは共通の入力端と、光信号を出力する出力端と、を備える。また、光信号と制御光信号とを入力し、制御光信号で上記のサブバンド間遷移を飽和させて上記の光信号の透過率を制御することで、制御光信号を照射するときに光信号を出力するものである。【選択図】図１
2008216314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体量子井戸構造を持ちサブバンド間遷移を起こすＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層よりも低屈折率をもつ材料上に構成し、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から光導波路を形成し、該光導波路の周りに上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層よりも低屈折率をもつ膜をつけることで形成した光導波路と、
光信号と制御信号とを入力する個別あるいは共通の入力端と、
光信号を出力する出力端と、を備え、
光信号と制御光信号とを入力し、制御光信号で上記のサブバンド間遷移を飽和させて上記の光信号の透過率を制御することで、制御光信号を照射するときに光信号を出力することを特徴とする高光閉じ込め導波路インターサブバンド全光スイッチ。
【請求項２】
上記の、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層よりも低屈折率をもつ材料上に構成する方法は、
平坦な第１の基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の半導体量子井戸構造を設けて、該半導体量子井戸構造の上に接着層を設けた第１の積層構造物を用意するステップと、
平坦な第２の基板上に上記の接着層と同じ材料の接着層を設けた第２積層構造物を用意するステップと、
第１の積層構造物を加熱する第１の熱処理ステップと、
第２の積層構造物を加熱する第２の熱処理ステップと、
第１と第２の積層構造物の接着層を向かい合わせに重ねて圧迫するステップと、
第１と第２の積層構造物とが重なった状態で、第１あるいは第２の熱処理ステップよりも高温で加熱して接着することで第３の積層構造物を形成する第３の熱処理ステップと、
第３の積層構造物から第１の基板を選択的に除去するステップと、
により、第２の基板上に接着層を介して、半導体量子井戸構造をもった積層構造物を形成する方法であることを特徴とする請求項１に記載の高光閉じ込め導波路インターサブバンド全光スイッチ。
【請求項３】
第１の熱処理ステップと第２の熱処理ステップは、同じ熱処理ステップであることを特徴とする請求項２に記載の高光閉じ込め導波路インターサブバンド全光スイッチ。
【請求項４】
第１の熱処理ステップよりも第２の熱処理ステップが高温の熱処理であることを特徴とする請求項２に記載の高光閉じ込め導波路インターサブバンド全光スイッチ。
【請求項５】
上記の低屈折率をもつ材料は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載の高光閉じ込め導波路インターサブバンド全光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体のサブバンド間遷移を用いた光スイッチで、特に低強度の制御光で超高速のスイッチッチングができる高光閉じ込め導波路インターサブバンド全光スイッチに関している。
【背景技術】
【０００２】
現在、光ネットワーク技術の開発や普及が図られており、超高速動作可能な光スイッチが求められている。そのひとつに、半導体量子井戸の同一バンド内量子準位遷移（サブバンド間遷移：ＩＳＢＴ）を利用したサブバンド間遷移光スイッチがある。これは、ＩＳＢＴの緩和時間が、ＬＯ（縦モード光学）フォノン緩和の助けによって、ｐｓ−数１００ｆｓと極めて速い事を用いるもので、この超高速性を利用してサブバンド間遷移光スイッチを実現するものである。通信波長帯での光波長（１．５５μｍ）のエネルギーは０．８ｅＶであり、ＩＳＢＴとしては大きいほうであるが、高バンドギャップ半導体と狭バンドギャップ半導体との組み合わせたＩＳＢＴ素子であれば実現可能である。
【０００３】
また、現在までに通信波長帯動作が報告されているＩＳＢＴサブバンド間遷移光スイッチは３種類（ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＡｓＳｂ系、ＧａＮ／ＡｌＮ系、ＣｄＳ／ＺｎＳ／ＢｅＴｅ系）ある。ＧａＮ／ＡｌＮ系以外は、成長する半導体量子井戸構造に対して成長基板の屈折率が高い。従って、クラッド層を厚く成長し基板と半導体量子井戸構造を光学的に分離する（ＣｄＳ／ＺｎＳ／ＢｅＴｅ系）、バリア層に対してコア層の幅をなるべく厚く出来るように半導体量子井戸構造を工夫する（ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＡｓＳｂ系）等の技術を用いている。しかし全ての場合において、バリアとコアの屈折率差は大きくないため、有効な光閉じ込めが出来ていない（現状で１μ角程度が限界）。その結果、スイッチの消費電力が十分に下げられていない。
【０００４】
上記のようにＩＳＢＴは、量子井戸構造内での現象であるが、この様な半導体量子井戸を作製するために必要な化合物半導体では、一般に、そのバンドギャップと屈折率との関係が逆比例の関係にある。つまり、大きい（小さい）バンドギャップのものでは、屈折率が小さい（大きい）。
【０００５】
一方、その光学遷移の選択則のために、ＩＳＢＴでは、量子井戸の形成（成長）方向に対して平行な電界を有する光しか使用出来ない。その結果、ＩＳＢＴ全光超高速スイッチでは、導波路構造が必要である。また、屈折率の違いで光導波路に有効に光を閉じ込める為には、閉じ込める部分の屈折率が他の部分より大きい必要がある。
【０００６】
結局、大きいバンドギャップで大きい屈折率をもつことが要求され、上記の逆比例関係を満足できないことになる。そこで、高い屈折率差を得る構造として、化合物半導体−異種材料接合の作製方法が開示されている。
【０００７】
化合物半導体と異種材料との組み合わせについては、よく知られており、その従来の技術とその問題点を次に示す。
【０００８】
化合物半導体を異種材料の上に構成するためには、大きく別けて２つの方法を用いることができる。
（１）化合物半導体を異種材料上に結晶成長させる方法。
化合物半導体はその性能を発揮するために結晶構造を維持する事が必要である。従ってこの手法での高性能化は難しい。これは、異種材料上への良好な結晶性での結晶成長が、相互拡散や格子形状または格子定数の違いにより極めて難しいためである。極端な場合、異種材料が非晶質の場合、実現不可能である。また、異種材料上の場合、同種材料上に結晶成長する場合と比較して、成長した化合物半導体の品質が著しく劣る。更に、異種材料間では、熱膨張係数が異なるため、高温にするほど膨張が大きくなり、良質な結晶成長を実現するのに必要な高温化にも限界がある。
（２）化合物半導体を異種材料上に貼合せる方法。
この場合、化合物半導体の結晶性が乱されることはないものの、貼合せ強度に問題が出る場合があり、十分な貼合せ強度を得る必要がある。この為に、通常は、様々な工夫が必要である。例えば、原子レベルでの平坦面作製や表面化学処理等が行なわれる。そして、上記の場合と同様に、貼合せ強度を得るために高温化が望まれるが、高温にするほど、異種材料間の熱膨張係数によって発生する歪が顕著になる。
【０００９】
本発明に比較的近い例として、例えば、特許文献１（特開平５−７４９２５号公報）がある。これは、ＧａＡｓ基板に、バッファ層、ドライエッチングストッパ層、ＧａＡｓ層、ＳｉＯ２膜を堆積した貼合せ基板を、ＳｉＯ２膜を堆積した支持基板に接着剤で張合せ、ＧａＡｓ基板とバッファ層を除去し、ＳＯＩ化合物半導体基板とし、ＧａＡｓ層にチャネルを持つ半導体装置とするものである。予め貼り合わせ基板のＧａＡｓ層にチャネルを持つ半導体素子を形成してから支持基板と貼り合せてもよい、とされている。
【００１０】
また、特許文献２（特開平１１−２０４８５５号公報）では、ＧａＡｓの半導体基板の上にＩｎＳｂ結晶膜を成長させ、このＩｎＳｂ結晶膜を接着剤によってフェライト基板に接着した後、ＧａＡｓの半導体基板をエッチングによって除去する旨、開示されている。
【００１１】
また、特許文献３（特開２００３−１７９２５３号公報）では、第１導電型の半導体基板上に、ＩｎＧａＡｌＰ系又はＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体からなる第１導電型のクラッド層と、直接或いはノンドープの同系化合物半導体からなる活性層を介して、同系化合物半導体からなる第２導電型のクラッド層を順次エピタキシャル成長させ発光層を形成する工程と、第２導電型のＧａＰ基板表面に、反応ガス、キャリアガスとともに第２導電型のドーパントガスを導入し、ＭＯＣＶＤ法により第２導電型のＧａＰバッファ層をエピタキシャル成長させる工程と、発光層表面と、ＧａＰバッファ層表面を接着する工程と、半導体基板を除去する工程と、発光層表面及びＧａＰ基板裏面に夫々電極を形成する工程とを具備する製造方法が開示されている。
【００１２】
また、特許文献４（特開２００４−２６０１０９号公報）では、第一の化合物半導体よりなる発光層部が、該発光層部からの発光光束に対して透光性を有する第二の化合物半導体からなる透光性導電半導体基板上に形成された構造を有する発光素子を製造するために、まず、第一の化合物半導体との格子定数差が第二の化合物半導体との格子定数差よりも小さい化合物半導体よりなる発光層成長準備層の第一主表面側に、貼り合せ又はエピタキシャル成長による厚膜成長により、透光性導電半導体基板を形成して複合透光性基板を作製し、次に、該複合透光性基板の発光層成長準備層の第二主表面に発光層部をエピタキシャル成長する製造方法が開示されている。
【００１３】
また、特許文献５（特開２００４−２９６７０７号公報）の開示では、特許文献４の製造方法において、透光性導電半導体基板には、発光層成長準備層を格子緩和させるための該発光層成長準備層よりも高密度に転位を含む高転位密度層が形成されている。
【００１４】
しかし、上記の特許文献１から５の開示では、光を局在化させる閉じ込め効果を主眼にしたものではないので、効率的な発光あるいは受光という観点からは、改善の余地があった。
【００１５】
また、特許文献６の図８ｂには、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜のクラッド層の上に分離層を設けて量子井戸構造を形成した半導体装置が開示されている。量子井戸構造は、ＩＩＩ−Ｖ族の半導体物質でトランスファー上に形成したものを、ウェハボンディングによって上記の分離層上に移行させてもよい、とされている。
【００１６】
しかし、特許文献６は、光吸収型の半導体変調器に関するものであり、本発明のＩＳＢＴ（サブバンド間遷移）素子を開示していない。
【００１７】
【特許文献１】特開平５−７４９２５号公報
【特許文献２】特開平１１−２０４８５５号公報
【特許文献３】特開２００３−１７９２５３号公報
【特許文献４】特開２００４−２６０１０９号公報
【特許文献５】特開２００４−２９６７０７号公報
【特許文献６】ＵＳ  ７，１８０，６４８  Ｂ２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
特に低強度の制御光で超高速のスイッチッチングができる高光閉じ込め導波路インターサブバンド全光スイッチを実現する。
【発明の効果】
【００１９】
この発明では、大きな屈折率差が得られ、光閉じ込めの効果を改善することができる。また、大きな屈折率差は小さな断面サイズの導波路の作製が可能となるため、実効的なパワー密度を上げることが出来、この結果、ＩＳＢＴ全光超高速スイッチの消費電力の低減化ができる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、制御光信号を照射するときに光信号を出力する高光閉じ込め導波路インターサブバンド全光スイッチである。半導体量子井戸構造を持ちサブバンド間遷移を起こすＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層よりも低屈折率をもつ材料上に構成し、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から光導波路を形成し、該光導波路の周りに上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層よりも低屈折率をもつ膜をつけることで形成した光導波路と、光信号と制御信号とを入力する個別あるいは共通の入力端と、光信号を出力する出力端と、を備える。また、光信号と制御光信号とを入力し、制御光信号で上記のサブバンド間遷移を飽和させて上記の光信号の透過率を制御することで、制御光信号を照射するときに光信号を出力するものである。
【００２１】
上記の、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層よりも低屈折率をもつ材料上に構成する方法は、高い光閉じ込め効果を備えた半導体基板の製造方法に関するもので、ウェハボンディング技術を用いたものである。本発明では、次の工程を適用して製造する。
（１）まず、平坦な第１の基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を含む複数の積層膜を設けて、該積層膜の上に接着層を設けた第１の積層構造物を用意する。
（２）また、平坦な第２の基板上に上記の接着層と同じ材料の接着層を設けた第２積層構造物を用意する。
（３）上記の第１の積層構造物を第１の熱処理工程で加熱し、接着層からの脱ガスや安定化を図る。
（４）第２の積層構造物についても第２の熱処理工程で加熱し、接着層からの脱ガスや安定化を図る。
（５）次に、第１と第２の積層構造物の接着層を向かい合わせに重ねて圧迫し、仮に接着する。
（６）次に、第１と第２の積層構造物とが重なった状態で、第１あるいは第２の熱処理ステップよりも高温で加熱する第３の熱処理工程で接着することで第３の積層構造物を形成する。
（７）次に、第３の積層構造物から第１の基板を機械的プロセス、あるいは化学的プロセスで選択的に除去する。
これらの工程で、第２の基板上に接着層を介して、半導体層を含む複数の積層膜をもった積層構造物を製造することができ、接着層と、半導体層を含む複数の積層膜との間で高い光閉じ込め効果を得ることが出来る。
【００２２】
上記の工程で、第１の熱処理ステップと第２の熱処理ステップは、同じ熱処理ステップであることで、製造工程を簡略化できる。
【００２３】
また、第１の熱処理ステップよりも第２の熱処理ステップを高温の熱処理にすることが容易であるが、少なくとも一方の積層構造物をできるだけ高温で熱処理することにより、接着工程での脱ガスを抑制することができ、その結果、歩留まりを改善することができる。
【００２４】
また、上記の低屈折率をもつ材料は、例えば、シリコン酸化膜である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
まず、図１に高光閉じ込め導波路インターサブバンド全光スイッチの構成を示す。これは、半導体量子井戸構造を持ちサブバンド間遷移を起こすＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層よりも低屈折率をもつ低屈折率層５上に構成し、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から光導波路３を形成し、該光導波路の周りに上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層よりも低屈折率をもつ膜をつけることで形成した光導波路３と、光信号８と制御光信号９とを入力する個別あるいは共通の入力端１と、光信号を出力する出力端２と、を備える。また、光信号８と制御光信号９とを入力し、制御光信号９で上記の光導波路３のサブバンド間遷移を飽和させて上記の光信号の透過率を制御することで、制御光信号を照射するときに光信号１０を出力端２から出力するものである。
下記プロセスを通じて作製する。
【実施例１】
【００２６】
（１）分子線エピタキシ法等の結晶成長法を用いて、選択エッチングが可能な層を基板とサブバンド間遷移光スイッチ量子井戸間に挟んで成長する。
ＡｌＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ系の場合は、分子線エピタキシ法でＧａＡｓ基板上にＡｌＳｂ／ＩｎＡｓを介してＡｌＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ構造を成長する。例えば、５００ｎｍ−Ａｌ５０Ｇａ５０Ａｓ／１００ｎｍ−ＧａＡｓを使用することができる。
また、ＣｄＳ／ＺｎＳ／ＢｅＴｅ系では、ＧａＡｓ基板上に成長されるので、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５０％以上）／ＧａＡｓの選択エッチング層を挟めば良い。
また、ＡｌＮ／ＧａＮ系では、ＩｎＧａＮ等のＧａＮよりバンドギャップが小さい層を挟めば良い。
【００２７】
（２）成長した層の表面に低屈折率材料を室温で成膜する。この際様々な酸化物や窒化物が候補として挙げられるが、低屈折率を目的とするならＳｉＯ２が良い。
ＩＳＢＴを使ったサブバンド間遷移光スイッチの超高速性の起源はＬＯフォノン緩和で熱を発生する。熱の問題を最優先するならＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮやＳｉＮ等熱特性の良い物が適している。成膜方法としてはスパッタ法が室温成膜に適していると考えられるが、レーザーアブレーション法や酸素・窒素アシスト蒸着法も室温成膜に使用可能である。
【００２８】
（３）上記の（２）で得られたサンプルを例えば誘電体基板等に貼り合せる。貼り合せる方法は様々な方法があるが、例えば有機物を使った貼り合せ、金属（金を使う等）を使った貼り合せ、特別な表面処理を行い直接貼り合せる等多種の方法を選択できる。各々の貼り合せ法には一長一短があるので、適時使い分けるのが良い。
有機物を使った場合は最も簡単に貼り合せが実現出来るが、熱耐性や熱伝導性の悪さが懸念される。
一方金属を使った貼り合せは放熱板（ヒートシンク）に直接接触出来るため、熱特性が格段に良くなるが、金属は光のロスを発生する。したがって（２）で行う低屈折率材料を厚く成膜し、光学モードが金属に染み出さない様にする必要がある。
最後に特別な表面処理を行う直接貼り合せは、表面を原子レベルで平坦にする、表面修飾（例えばＯＨ基）をする為の表面処理が必要である。したがって、これらの表面処理に気を配って行えば良い。
【００２９】
（４）貼り合せ基板を選択エッチングによって成長基板を除去する。
ＡｌＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ系では、ＧａＡｓ基板を過酸化水素水３０対アンモニア水１の溶液でエッチングし、ＧａＡｓ基板を除去する。この溶液はＡｌＳｂを殆どエッチングしない。そしてＡｌＳｂはＭＦ３１９（登録商標、シプレー社フォトレジスト現像液）で選択的にエッチングする。ＩｎＡｓは今回の例ではＡｌＡｓＳｂの空気中での反応性を考慮して残しているが、クエン酸ベースの溶液で選択的に除去が可能である。ＡｌＧａＡｓを使った場合もＧａＡｓ基板を過酸化水素水３０対アンモニア水１の溶液でエッチングし、ＧａＡｓをクエン酸ベースの溶液等で選択的にエッチングできる。
ＣｄＳ／ＺｎＳ／ＢｅＴｅ系の場合は、ＧａＡｓ基板を過酸化水素水３０対アンモニア水１の溶液でエッチングする。この溶液はＡｌＧａＡｓのエッチングがＧａＡｓに比べて著しく遅いため（数１００分の１）ＡｌＧａＡｓでエッチングを停止することができる。その後フッ化水素酸溶液でＡｌＧａＡｓをエッチングする。そうするとＧａＡｓが残る構造になるので、ＧａＡｓを硫酸系等のエッチング液で除去すれば良い。
ＡｌＮ／ＧａＮ系の場合は、バンドギャップ選択フォトケミカルエッチング法によりＩｎＧａＮ等の選択エッチング層を除去できる。これらの選択エッチングの結果、特定の層が異種材料に張り合わされた状態になる。尚、この選択エッチング液によっては低屈折率膜も溶かされる場合がある。その懸念があるときは、例えばフォトレジストやエレクトロンワックス等の有機物を使って保護をするのが望ましい。
【００３０】
（５）で得られた貼り合せ基板に適切なリソグラフィー（電子線、光）を施して導波路構造のマスクを作製する。
【００３１】
（６）で得られたマスクを利用してドライエッチング等で導波路構造を実現する。
【実施例２】
【００３２】
次に接着剤を用いる貼り合せ例を図２を用いて説明する。これは概略、構造１から３が形成された基板１と基板２を接着剤１を利用して重ね合わせ固定し、基板１と構造１を選択的に除去して、基板２上に構造３、２を簡単に作製する方法である。
構造２は既存の層構造作製技術では基板２上への作製が難しいが、基板１上では簡単である場合である。例えば、基板２がガラス等で非晶質である、構造２が半導体など結晶構造を取るものなどの組み合わせである、などの理由による。
【００３３】
ここで、接着剤１は十分に薄く塗布しても接着力の強い物を使用する。また、基板１、２の一方のみの塗布でも構わない。重ね合わせて固定する際は、接着強度を高める為に圧力を加えて加熱する。また、接着剤は加熱時に溶剤の蒸発を少なくするために、重ね合わせる前に予備加熱をすることが望ましい。この予備加熱は、同じ熱処理でもよいが、基板２では、半導体積層構造をもっていないために、より高温で長時間の熱処理を加えることができる。
【００３４】
構造１、２は基板１上に何らかの製造方法で結晶構造を劣化させない様に層状に構成され、各々が複数の層の組み合わせでも構わない。しかし、構造１はエッチング方法の工夫により基板１に対して選択的に除去不可能で構造２に対して選択的に除去出来る材料の組み合わせである必要がある。構造３は室温で形成出来ればどのような層構造、形成方法で構わない。
【００３５】
ここで、接着剤以外の材料（基板１，２、構造１，２，３）は接着時の加熱で変形等の劣化を起こさない必要がある。
【００３６】
本発明では、接着と基板１、構造１の選択的除去により、通常直接作製する事が難しい基板２、構造３上に構造２を作製する。
【００３７】
ここで、接着強度が強く、薄い（基板厚さに対して１／１００程度）接着剤が望ましく、この熱処理では加熱処理時に発生する熱膨張係数差が小さく、接着層がその差を吸収する。また、予備加熱は溶剤の蒸発による密着性劣化を防ぐ効果がある。
【００３８】
構造１、２は基板１上に結晶構造を保ちつつ層構造の形で作製されるため、電気光学的な劣化を引き起こさない。構造３は構造２に対して熱膨張係数差によって発生する歪を抑制するために室温で作製する。これで、接着時に劣化しないという効果を生ずる。
【００３９】
次に、異種材料上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜を作製するプロセスを説明する。
【００４０】
分子線エピタキシ法や有機気相成長法など異種材料接合構造が作製可能な結晶成長法による異種材料接合構造作製の場合。
（１）この場合には、異種材料接合間で選択エッチングが可能な組み合わせにする。
（２）上記で作製した物に任意の異種材料をスパッタ法など室温で製膜出来る手法で作製する。
（３）次に、異種材料で覆われた結晶成長層を有機物によって任意の材料上に貼り合せる。
（４）上記で作製した層間の選択エッチングを利用して任意のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜のみ残す。
【００４１】
ここで、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、その材料の多様性から、比較的簡単に異種材料層間での選択エッチングが可能である。異種材料接合構造は、この性質を有効活用し、任意の構造のみ残してエッチングを可能とする効果を持つ。
【００４２】
また、室温による製膜で異種材料界面を作製するため、加熱によって引き起こされるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異種材料の熱膨張係数差の問題を考慮しなくてよくなる。
【００４３】
また、適切な有機物の選択と適切な扱いによって、比較的低温（２００℃以下）で貼り合せが可能である。また、有機物の厚さ（μｍオーダー）及び機械的な特徴により、貼り合せ時の加熱で発生する熱膨張係数差に起因する歪を小さくする事が出来る。
【００４４】
また、異種ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体間での選択エッチングは比較的容易であるため、任意の構造が取り出せる。
【実施例３】
【００４５】
次に、上記で示した手順に沿って具体例を示す。ここでは、ＧａＡｓとＡｌＡｓＳｂ二種類の化合物半導体をＳｉＯ２上に実例として挙げる。
【００４６】
（１）分子線エピタキシ法や有機気相成長法などヘテロ構造が作製可能な結晶成長法による異種材料接合構造作製：この際、異種材料接合間で選択エッチングが可能な組み合わせにする。
【００４７】
ＧａＡｓの場合はＧａＡｓ基板から４００ｎｍのＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ（選択エッチングに使用）、４００ｎｍのＧａＡｓ（最終的に残す）を分子線エピタキシ（Molecular beam epitaxy：ＭＢＥ）法によって成長した。ＡｌＡｓＳｂの場合はＧａＡｓ基板から２００ｎｍのＡｌＳｂ（選択エッチングに使用）、５０ｎｍのＩｎＡｓ（選択エッチングに使用）、５００ｎｍのＡｌＡｓＳｂ（最終的に残す）をＭＢＥ法によって成長した。
【００４８】
（２）次に、上記で作製した物に任意の異種材料を、スパッタ法など室温で製膜出来る手法で作製する。この実施例では、水冷のＡｒ−ｉｏｎスパッタ装置を用いて、上記で作製した構造（ＧａＡｓ（最終的に残す）、ＡｌＡｓＳｂ（最終的に残す））の上に１から２μｍ厚さのＳｉＯ２を作製した。
【００４９】
（３）次に、異種材料で覆われた結晶成長層を有機物接着剤によって任意の材料上に貼り合せる。使用した有機物接着剤は、ポジ型フォトレジストとベンゾサイクロブテン：ＢＣＢ（商品名サイクロテン３０００；ダウケミカル、登録商標、）の二種類である。各々をスピンコート法により、最大で１μｍ程度塗布した。この際、貼り合せる基板（Ｂ）と支持基板（Ｓ）両方、もしくはＳのみに塗布でも貼り合せの結果に大きな違いはない。但し、密着補助剤としてポジ型フォトレジストの場合ＨＭＤＳをＢＣＢの場合ＡＰ３０００（登録商標）を両方の基板にコーティングした。尚、本実例では支持基板に１から２μｍの熱酸化膜を有するＳｉ半導体基板を使用した。有機物が塗布された基板は続いて９０から１００℃程度で溶剤を蒸発させた。続いて基板Ｂと基板Ｓを重ね合わせ、単位平方センチ辺り３０Ｎ（ポジ型フォトレジスト）１５Ｎ（ＢＣＢ）程度の圧力を加える。その後、２００℃で３時間（ポジ型フォトレジスト）、４時間（ＢＣＢ）加熱することにより、２枚の基板（Ｂ、Ｓ）を貼り合せた。この貼り合せメカニズムは、ポジ型フォトレジスト場合、ガラス化転移点（１２０から１３０℃程度）を超えて加熱するため、そこでレジストの軟化が起こり２枚の基板が密着する。そしてポジ型フォトレジストと半導体基板の密着性は高いため、貼り合せが実現する。一方ＢＣＢの場合はポジ型フォトレジストよりも各種材料との密着性が良く、２００℃で４時間程度加熱する事によりスピンコートした前駆体（Ｂステージのビスペンゾサイクロブテン）が完全なＢＣＢのポリマーになり、貼り合せが実現する。尚、特記事項として２００℃でポジ型フォトレジストを加熱した場合、ポジ型フォトレジストは変質するため、大抵の酸・アルカリへの耐性が増大する。その結果、基板ＢあるいはＳを除去するプロセスが可能となっている。尚ＢＣＢは殆どの酸・アルカリ及び有機溶剤に対して耐性が高いため、特別な工夫は必要ない。
【００５０】
（４）作製した層間の選択エッチングを利用して任意の構造のみ残す。
上記で得られた貼合せ基板の側壁をワックスやフォトレジスト等、有機溶剤で簡単に除去可能な物で保護する。その後、選択エッチングを施す。ＧａＡｓ（最終的に残す）の場合：貼り合せたＧａＡｓ基板を過酸化水素水：アンモニア水＝３０：１（ＰＡ３０）の溶液でエッチングをする。この溶液はＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ（選択エッチングに使用）とＧａＡｓ（最終的に残す）のエッチングレート比が１：１００以上と差が大きいため、Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ（選択エッチングに使用）の表面でエッチングを停止する事が出来る。その後、Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ（選択エッチングに使用）を弗化水素酸溶液（ＨＦ）によって選択的にエッチングする。ＨＦはＧａＡｓをエッチングしないため、ＧａＡｓ（最終的に残す）のみを残す事ができる。ＨＦはＳｉＯ２もエッチングするが、保護されているため影響を受けない。
【００５１】
ＡｌＡｓＳｂ（最終的に残す）の場合は、ＧａＡｓ基板を上記例と同様にＰＡ３０によってＧａＡｓ基板のみエッチングする。このＰＡ３０はＡｌＳｂ（選択エッチングに使用）もエッチングしない。そして、ＡｌＳ（選択エッチングに使用）をＭＦ３１９（シプレー社、ポジ型フォトレジスト現像液：トリメチルアンモニウムベース水溶液）で選択的にエッチングする。このＭＦ３１９で他の層はエッチングされない。また高温ベークしたポジ型フォトレジストもＭＦ３１９に侵されない。本実施例ではＩｎＡｓ（選択エッチングに使用）をＡｌＡｓＳｂ（最終的に残す）の高い酸化されやすさを保護するために残しているが、適切なエッチング液で選択的に除去可能である。
【００５２】
（５）上記で得られた貼り合せ基板に適切なリソグラフィー（電子線、光）を施して導波路構造のマスクを作製する。
【００５３】
（６）得られたマスクを利用してドライエッチング等で導波路構造を実現する。
【実施例４】
【００５４】
以下に、異種材料間の熱膨張係数差に起因する歪の低減方法に説明する。下記の数１は、２種類の材料を貼り合せる時に熱膨張係数差に起因する歪の量を示す式である。
【００５５】
【数１】
2008216314.tif 000003
【００５６】
この式から分かる様に、効果的な歪量低減はボンディング温度を下げることによって達成される。次に効果的な方法は上式中の大きい括弧内の基板（ｓｕｂ）に関する項と貼り合せる基板（ｓｕｐ）の項に大きな差をつける事である。この場合、２種類の基板の膜厚に差をつける（一方を薄くする）。あるいはヤング率に大きな違いを設ける事が効果的である。そして、有機物はこれらの効果を同時に持ち合わせる事が可能であるため歪の量を直接貼り合せる場合と比較して数桁のオーダーで小さくする事が出来る。以下に代表的な半導体、ＳｉＯ２とＢＣＢのヤング率、熱膨張係数を示す。
【００５７】
【表１】
2008216314.tif 000004
【００５８】
この表からみて分かるように、特にＳｉＯ２と半導体との熱膨張係数差は大きく、数１から、直接貼り合せた場合、大きな歪が加わることがわかる。従って、ＳｉＯ２と半導体の直接貼り合せの例は無く、ＳｉとＩｎＰ（Ｅ：６１．１ＧＰａ、α：４．６ｐｐｍ）との直接貼り合せの例を示すと、図３の様に３００度を超えた温度で貼り合せると転移が発生し、化合物半導体の特性が劣化することが報告されている。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
図１に示す高光閉じ込め導波路インターサブバンド全光スイッチでは、ハーフミラーを使って光導波路３に光信号８と制御光信号９とを導入しているが、僅かな角度差であれは入射することが可能であるので、入射光のビームが十分に太いか、光導波路が十分に細い時には、直接入射することが出来るので、ハーフミラーを用いる必要は無い。
【００６０】
また、制御光信号９は、光導波路３で光信号８と直角に交わるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の高光閉じ込め導波路インターサブバンド全光スイッチを示すブロック図である。
【図２】接着剤を用いる貼り合せ例を示す模式図である。
【図３】ＳｉとＩｎＰとの直接貼り合せによる残留ストレスを示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  入力端
２  出力端
３  光導波路
４  基板
５  低屈折率層
６  保護膜
７  ハーフミラー
８  光信号
９  制御光信号
１０  光信号
【図１】
2008216314.tif 000005
【図２】
2008216314.tif 000006
【図３】
2008216314.tif 000007