(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力した光が伝搬する方向に延在して基板の上に形成されたゲルマニウムからなる活性層と、
前記活性層を挾んで形成された第１導電型の第１シリコン層および第２導電型の第２シリコン層と、
前記基板の上で前記基板の平面に平行で前記活性層の延在方向に垂直な歪み印加方向に前記活性層を挾んで形成され、前記歪み印加方向の歪みを前記活性層に与える圧電体からなる第１歪み層および第２歪み層と、
前記活性層と前記第１歪み層および前記第２歪み層との各々の間に配置された第１絶縁層および第２絶縁層と、
前記第１シリコン層に接続する第１電極と、
前記第２シリコン層に接続する第２電極と、
前記第１歪み層および前記第２歪み層の一方に接続する第３電極および第４電極と、
前記第１歪み層および前記第２歪み層の他方に接続する第５電極および第６電極と
を備え、
前記第１シリコン層および前記第２シリコン層は、前記基板の法線方向に前記活性層を挾んで形成され、
前記第３電極および前記第４電極は、前記第１シリコン層の上に配置され、
前記第３電極および前記第４電極の上に、前記基板の平面に垂直な方向に配向し、配向方向に対する電圧印加により前記歪み印加方向の歪みを生じる前記第１歪み層および前記第２歪み層が配置されている
ことを特徴とする光能動素子。
【請求項２】
入力した光が伝搬する方向に延在して基板の上に形成されたゲルマニウムからなる活性層と、
前記活性層を挾んで形成された第１導電型の第１シリコン層および第２導電型の第２シリコン層と、
前記基板の上で前記基板の平面に平行で前記活性層の延在方向に垂直な歪み印加方向に前記活性層を挾んで形成され、前記歪み印加方向の歪みを前記活性層に与える圧電体からなる第１歪み層および第２歪み層と、
前記活性層と前記第１歪み層および前記第２歪み層との各々の間に配置された第１絶縁層および第２絶縁層と、
前記第１シリコン層に接続する第１電極と、
前記第２シリコン層に接続する第２電極と、
前記第１歪み層および前記第２歪み層の一方に接続する第３電極および第４電極と、
前記第１歪み層および前記第２歪み層の他方に接続する第５電極および第６電極と
を備え、
前記第１シリコン層および前記第２シリコン層は、前記歪み印加方向に前記活性層を挾んで形成されている
ことを特徴とする光能動素子。
【請求項３】
請求項１または２記載の光能動素子において、
前記第１絶縁層の上から前記第１歪み層の上にかけて形成された第３絶縁層と、
前記第２絶縁層の上から前記第２歪み層の上にかけて形成された第４絶縁層と
を備えることを特徴とする光能動素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光能動素子において、
前記活性層が形成されている領域の前記基板に形成された空間を備えることを特徴とする光能動素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲルマニウムから構成された活性層を備える光能動素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ｎ型のシリコン層とｐ型のシリコン層とでゲルマニウム（Ｇｅ）からなる活性層を挾んで構成された光能動素子が開発されている。この光能動素子は、シリコン基板の上に直接形成でき、また、通信波帯域の１．５５μｍ付近の波長の光で使用可能である。このことより、上記光能動素子は、シリコン基板上に形成可能なシリコンフォトニクス用の発光素子，変調素子として大きな注目を集めている（非特許文献１参照）。
【０００３】
上述した光能動素子について、図７を用いて説明する。図７は、現在用いられているＧｅを用いた光能動素子の構成を示す斜視図である。この光能動素子は、シリコン基板４０１の上に形成されたＧｅからなる活性層４０２と、活性層４０２を挾んで形成された第１導電型の第１シリコン層４０３および第２導電型の第２シリコン層４０４とを備える。シリコン基板４０１の上に、第１シリコン層４０３，活性層４０２，第２シリコン層４０４の順に積層されている。
【０００４】
また、この光能動素子は、活性層４０２の周囲の第１シリコン層４０３の上に形成された絶縁層４０５と、第１シリコン層４０３に接続する第１電極４１１と、第２シリコン層４０４に接続する第２電極４１２とを備える。絶縁層４０５は、クラッドとして機能している。また、第１電極４１１は、絶縁層４０５を貫通して第１シリコン層４０３に接続している。
【０００５】
ここで、発光には、活性層４０２を直接遷移型の半導体から構成することが必要となるが、Ｇｅは間接遷移型の半導体であり、このままでは、光能動素子の活性層４０２として用いることができない。このため、Ｇｅから構成した活性層４０２に歪みを加えることで、直接遷移型に近い状態へとすることができる（非特許文献２参照）。例えば、発光ダイオードとして構成する場合、活性層４０２に引っ張り歪みを与えればよい。
【０００６】
また、光変調器として構成する場合、電界吸収型として用いられ、活性層４０２に圧縮歪みを加えればよい。Ｇｅの光吸収スペクトル端は通常１６００ｎｍ程度まであるため、電界吸収型として通信波帯Ｃバンドで用いるためには、スペクトル端を１５５０ｎｍ付近にまで下げる必要がある。このため、光変調器とする場合、Ｇｅからなる活性層４０２に圧縮歪みを加える。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】R. E. Camacho-Aguilera et al. , "An electrically pumped germanium laser", Optics Express, vol.20, no.10, pp.11316-11320,2012.
【非特許文献２】J. Liu et al. , "Tensile-strained, n-type Ge as a gain medium for monolithic laser integration on Si", Optics Express, vol.15, no.18, pp.11272-11277,2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、現状では、基板の曲げや、他の層（クラッドなど）との熱膨張係数の差により歪みを印加しているため、歪み量の制御が容易ではなく、また、歪み量が不十分である。現状では、活性層４０２に与えられる歪み量は、０．２〜０．３％である（非特許文献２参照）。
【０００９】
例えば、発光ダイオードとする場合、歪み量が不十分であり、活性層４０２に高濃度にｎ型不純物を導入している（非特許文献２参照）。しかしながら、Ｇｅへのｎ型不純物の高濃度導入は技術的に容易ではなく、製造プロセスに負担をかけることになる。また、光変調器とする場合、波長帯によって吸収スペクトル端を制御する必要があり、従来の歪み印加の手法では、要求される歪み量の制御が困難である。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、所望とする量の歪みが印加されたＧｅからなる活性層により光能動素子が構成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る光能動素子は、入力した光が伝搬する方向に延在して基板の上に形成されたゲルマニウムからなる活性層と、活性層を挾んで形成された第１導電型の第１シリコン層および第２導電型の第２シリコン層と、基板の上で基板の平面に平行で活性層の延在方向に垂直な歪み印加方向に活性層を挾んで形成され、歪み印加方向の歪みを活性層に与える圧電体からなる第１歪み層および第２歪み層と、活性層と第１歪み層および第２歪み層との各々の間に配置された第１絶縁層および第２絶縁層と、第１シリコン層に接続する第１電極と、第２シリコン層に接続する第２電極と、第１歪み層および第２歪み層の一方に接続する第３電極および第４電極と、第１歪み層および第２歪み層の他方に接続する第５電極および第６電極とを備える。
【００１２】
上記光能動素子において、第１絶縁層の上から第１歪み層の上にかけて形成された第３絶縁層と、第２絶縁層の上から第２歪み層の上にかけて形成された第４絶縁層とを備えるようにしてもよい。
【００１３】
上記光能動素子において、活性層が形成されている領域の基板に形成された空間を備えるようにしてもよい。
【００１４】
上記光能動素子において、第１シリコン層および第２シリコン層は、基板の法線方向に活性層を挾んで形成され、第３電極および第４電極は、第１シリコン層の上に配置され、第３電極および第４電極の上に、基板の平面に垂直な方向に配向し、配向方向に対する電圧印加により歪み印加方向の歪みを生じる第１歪み層および第２歪み層が配置されているようにする。また、第１シリコン層および第２シリコン層は、歪み印加方向に活性層を挾んで形成されているようにする。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、基板の上で基板の平面に平行な歪み印加方向に活性層を挾んで形成され、歪み印加方向の歪みを活性層に与える圧電体からなる第１歪み層および第２歪み層を備えるようにしたので、所望とする量の歪みが印加されたＧｅからなる活性層により光能動素子が構成できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における光能動素子の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態２における光能動素子の構成を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態３における光能動素子の構成を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態４における光能動素子の構成を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態５における光能動素子の構成を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態６における光能動素子の構成を示す断面図である。
【図７】図７は、従来の光能動素子の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１８】
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における光能動素子の構成を示す斜視図である。この光能動素子は、基板１０１の上に形成されたゲルマニウム（Ｇｅ）からなる活性層１０２と、活性層１０２を挾んで形成された第１シリコン層１０３および第２シリコン層１０４と、基板１０１の上で基板１０１の平面に平行な歪み印加方向（ｘ軸方向）に活性層１０２を挾んで形成された第１歪み層１０５および第２歪み層１０６とを備える。活性層１０２と第１歪み層１０５の間には、第１絶縁層１０７が設けられ、活性層１０２と第２歪み層１０６との間には、第２絶縁層１０８が設けられている。
【００１９】
また、第１シリコン層１０３には第１電極１１１が接続し、第２シリコン層１０４には第２電極１１２が接続している。また、第１歪み層１０５の一方には第３電極１１３が接続し、第２歪み層１０６の一方には第４電極１１４が接続している。また、第１歪み層１０５の他方には第５電極１１５が接続し、第２歪み層１０６の他方には第６電極１１６が接続している。なお、ｘ軸方向は、基板１０１の平面に平行な平面上で、第１歪み層１０５，活性層１０２，第２歪み層１０６が配列されている方向である。また、ｙ軸方向は、基板１０１の平面に平行な平面上で、活性層１０２が延在して入力した光が伝搬する方向である。また、ｚ軸方向は、基板１０１の平面の法線方向である。
【００２０】
基板１０１は、例えばシリコン基板である。第１シリコン層１０３は、第１導電型（例えばｎ型）とされ、第２シリコン層１０４は、第２導電型（例えばｐ型）とされている。実施の形態１において、第１シリコン層１０３および第２シリコン層１０４は、基板１０１の法線方向（ｚ軸方向）に活性層１０２を挾んで形成され、第１シリコン層１０３，活性層１０２，第２シリコン層１０４の順に接して積層されている。なお、第１シリコン層１０３に含まれている一部のｎ型不純物が拡散するため、活性層１０２の第１シリコン層１０３側の一部は、ｎ型となる。また、第２シリコン層１０４に含まれている一部のｐ型不純物が拡散するため、活性層１０２の第２シリコン層１０４側の一部は、ｐ型となる。
【００２１】
また、第１歪み層１０５および第２歪み層１０６は、圧電体から構成され、これらで挾む活性層１０２に、基板１０１の平面に平行な方向（歪み印加方向）の歪みを与える。第１歪み層１０５および第２歪み層１０６を構成する圧電体は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）であればよい。また、実施の形態１において、圧電体が形成（堆積）されることになる第３電極１１３および第４電極１１４は、プラチナ（Ｐｔ）とチタン（Ｔｉ）との合金から構成すればよい。
【００２２】
例えば、ＰｔとＴｉとの合金をスパッタ法により堆積して第３電極１１３および第４電極１１４を形成した場合、この上には、ｚ軸方向に＜１１１＞配向し、（１００）面をｚ軸方向としたＰＺＴの多結晶体が成長する。このように形成したＰＺＴによる第１歪み層１０５および第２歪み層１０６の上に、第５電極１１５および第６電極１１６を形成すれば、分極処理をすることなく１００〜１５０ｐｍ／Ｖ程度の圧電定数ｄ31が得られる。
【００２３】
例えば、活性層１０２は、層厚３００μｍ，幅（ｘ軸方向の寸法）１μｍに形成し、第１歪み層１０５および第２歪み層１０６は、層厚３００μｍ，幅１μｍに形成し、圧電定数ｄ31を１５０ｐｍ／Ｖとし、第１絶縁層１０７，第２絶縁層１０８は、幅０．５μｍに形成した場合を例にする。
【００２４】
この場合、配向方向に対して負の電圧（例えば−２０Ｖ）を各歪み層に印加すれば、活性層１０２には、ｘ軸方向に０．５％引っ張り歪が与えられる。これにより、実施の形態１の光能動素子は、発光ダイオードとして機能させることができる。活性層１０２への電流注入は、第１電極１１１、第３電極１１３、第２電極１１２を通して行われる。発光させている間は、第５電極１１５および第６電極１１６に電位を印加し続ける。
【００２５】
一方、配向方向に対して正の電圧（例えば＋２０Ｖ）を各歪み層に印加すれば、活性層１０２には、ｘ軸方向に０．５％の圧縮歪みが与えられる。これにより、実施の形態１の光能動素子は、光変調器として機能させることができる。活性層１０２への変調信号の入力は、第１電極１１１、第３電極１１３、第２電極１１２を通して行われる。変調している間は、第５電極１１５および第６電極１１６に電位を印加し続ける。
【００２６】
なお、歪み量は、以下の式で与えられる。Δｗは、圧電体（活性層１０２）の変位量、ｄ31は圧電定数（ｐｍ／Ｖ）、ｗは圧電体（活性層１０２）の幅（ｘ軸方向の寸法）、ｄは、圧電体（活性層１０２）の厚さ（ｚ軸方向の寸法）である。
【００２７】
【数１】
0006347486.tif 000002
【００２８】
上述した例の場合、２０Ｖの印加により、ｘ軸方向の活性層１０２の変位は、１×１０-8（ｍ）となる。実施の形態１では、活性層１０２と第１歪み層１０５および第２歪み層１０６には、第１絶縁層１０７および第２絶縁層１０８を形成しているため、これらを合わせて圧電体部分の幅を２μｍとすると、歪み量は０．５％となる。
【００２９】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態２における光能動素子の構成を示す断面図である。この光能動素子は、基板１０１の上に形成されたＧｅからなる活性層１０２と、活性層１０２を挾んで形成された第１シリコン層１０３および第２シリコン層１０４と、基板１０１の上で基板１０１の平面に平行な歪み印加方向（ｘ軸方向）に活性層１０２を挾んで形成された第１歪み層１０５および第２歪み層１０６とを備える。活性層１０２と第１歪み層１０５の間には、第１絶縁層１０７が設けられ、活性層１０２と第２歪み層１０６との間には、第２絶縁層１０８が設けられている。
【００３０】
また、第１シリコン層１０３には第１電極１１１が接続し、第２シリコン層１０４には第２電極１１２が接続している。また、第１歪み層１０５の一方には第３電極１１３が接続し、第２歪み層１０６の一方には第４電極１１４が接続している。また、第１歪み層１０５の他方には第５電極１１５が接続し、第２歪み層１０６の他方には第６電極１１６が接続している。
【００３１】
上記構成は、実施の形態１と同様である。実施の形態２では、ＰｔとＴｉとの合金からなる第４電極１１４および第５電極１１５の上に、ＬａＮｉＯ3からなるバッファ層１０９を介し、ＰＺＴからなる第１歪み層１０５および第２歪み層１０６を形成している。
【００３２】
このように、バッファ層１０９を介して第１歪み層１０５および第２歪み層１０６を形成することで、第４電極１１４および第５電極１１５の上に直接形成した場合に比較して、ＰＺＴの配向度を向上させることができる。配向度を向上させることで、第１歪み層１０５および第２歪み層１０６における圧電定数の向上が望めるため、実施の形態２によれば、更に大きな歪みを活性層１０２に与えることが可能となる。なお、バッファ層１０９を構成する材料は、第１歪み層１０５および第２歪み層１０６を構成する圧電体により適宜に選択する。
【００３３】
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態３における光能動素子の構成を示す断面図である。この光能動素子は、基板１０１の上に形成されたＧｅからなる活性層１０２と、活性層１０２を挾んで形成された第１シリコン層１０３および第２シリコン層１０４と、基板１０１の上で基板１０１の平面に平行な歪み印加方向（ｘ軸方向）に活性層１０２を挾んで形成された第１歪み層１０５および第２歪み層１０６とを備える。活性層１０２と第１歪み層１０５の間には、第１絶縁層１０７が設けられ、活性層１０２と第２歪み層１０６との間には、第２絶縁層１０８が設けられている。
【００３４】
また、第１シリコン層１０３には第１電極１１１が接続し、第２シリコン層１０４には第２電極１１２が接続している。また、第１歪み層１０５の一方には第３電極１１３が接続し、第２歪み層１０６の一方には第４電極１１４が接続している。また、第１歪み層１０５の他方には第５電極１１５が接続し、第２歪み層１０６の他方には第６電極１１６が接続している。
【００３５】
上記構成は、実施の形態１と同様である。実施の形態３では、まず、第１歪み層１０５の上面から第１絶縁層１０７の上面にかけて形成された上部絶縁層（第３絶縁層）１２１を備える。従って、第１歪み層１０５と第１絶縁層１０７とは、接している側面による密着に加え、各々の上面が上部絶縁層１２１で連結された状態となる。この結果、第１歪み層１０５による引っ張り歪みが発生しているときに、第１絶縁層１０７が、第１歪み層１０５から剥がれることが抑制されるようになり、活性層１０２により均一な作用を与えることができるようになる。
【００３６】
同様に、第２歪み層１０６の上面から第２絶縁層１０８の上面にかけて形成された上部絶縁層（第４絶縁層）１２２を備える。従って、第２歪み層１０６と第２絶縁層１０８とは、接している側面による密着に加え、各々の上面が上部絶縁層１２２で連結された状態となる。この結果、第２歪み層１０６による引っ張り歪みが発生しているときに、第２絶縁層１０８が、第２歪み層１０６から剥がれることが抑制されるようになり、活性層１０２により均一な作用を与えることができるようになる。
【００３７】
なお、各歪み層の上に上部絶縁層を形成すると、各歪み層における歪みが抑制されるようになる。各歪み層に電圧を印加すると、ｘ軸方向およびｚ軸方向に歪む。上部絶縁層の存在は、この歪みを抑制することになる。このため、前述した実施の形態と同様の歪みを活性層１０２に与えることはできない。
【００３８】
実施の形態３の場合、配向方向に対して負の電圧を各歪み層に印加すれば、各歪み層の上面（ｚ軸方向を向く面）には圧縮応力がかかり、各歪み層の側面（ｘ軸方向を向く面）には引っ張り応力がかかる。この結果、活性層１０２には、引っ張り応力がかかる。一方、配向方向に対して正の電圧を各歪み層に印加すれば、各歪み層の上面（ｚ軸方向を向く面）には引っ張り応力がかかり、各歪み層の側面（ｘ軸方向を向く面）には圧縮応力がかかる。この結果、活性層１０２には、圧縮応力がかかる。
【００３９】
このような応力による格子定数の変化であっても、Ｇｅのバンド構造に変化をもたらすことができるため、活性層１０２に歪みを与えた場合と同様の効果が望める。
【００４０】
［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４について図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態４における光能動素子の構成を示す断面図である。この光能動素子は、基板１０１の上に形成されたＧｅからなる活性層１０２と、活性層１０２を挾んで形成された第１シリコン層１０３および第２シリコン層１０４と、基板１０１の上で基板１０１の平面に平行な歪み印加方向（ｘ軸方向）に活性層１０２を挾んで形成された第１歪み層１０５および第２歪み層１０６とを備える。活性層１０２と第１歪み層１０５の間には、第１絶縁層１０７が設けられ、活性層１０２と第２歪み層１０６との間には、第２絶縁層１０８が設けられている。
【００４１】
また、第１シリコン層１０３には第１電極１１１が接続し、第２シリコン層１０４には第２電極１１２が接続している。また、第１歪み層１０５の一方には第３電極１１３が接続し、第２歪み層１０６の一方には第４電極１１４が接続している。また、第１歪み層１０５の他方には第５電極１１５が接続し、第２歪み層１０６の他方には第６電極１１６が接続している。
【００４２】
上記構成は、実施の形態１と同様である。実施の形態４では、活性層１０２が形成されている領域の基板１０１に形成された空間１４１を備える。例えば、公知のリソグラフィー技術で形成したマスクパターンを用いたエッチング加工により、空間１４１が形成できる。空間１４１を設けることで、活性層１０２の下層は、第１シリコン層１０３のみとなり、基板１０１による拘束がなくなる。この結果、活性層１０２が、より歪みやすい状態となる。
【００４３】
［実施の形態５］
次に、本発明の実施の形態５について図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態５における光能動素子の構成を示す断面図である。この光能動素子は、基板１０１の上に形成されたＧｅからなる活性層１０２と、活性層１０２を挾んで形成された第１シリコン層１０３および第２シリコン層１０４と、基板１０１の上で基板１０１の平面に平行な歪み印加方向（ｘ軸方向）に活性層１０２を挾んで形成された第１歪み層２０５および第２歪み層２０６とを備える。活性層１０２と第１歪み層２０５の間には、第１絶縁層１０７が設けられ、活性層１０２と第２歪み層２０６との間には、第２絶縁層１０８が設けられている。
【００４４】
また、第１シリコン層１０３には第１電極１１１が接続し、第２シリコン層１０４には第２電極１１２が接続している。また、第１歪み層２０５の一方には第３電極１１３が接続し、第２歪み層２０６の一方には第４電極１１４が接続している。また、第１歪み層２０５の他方には第５電極１１５が接続し、第２歪み層２０６の他方には第６電極１１６が接続している。
【００４５】
実施の形態５では、第１歪み層２０５および第２歪み層２０６の上面高さを、活性層１０２の上面高さより低くし、第１歪み層２０５および第２歪み層２０６の層厚をより薄くしている。なお、第１歪み層２０５，第２歪み層２０６以外の構成は、前述した実施の形態１と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００４６】
圧電体による引っ張り歪みは圧電体が薄くなるほど大きくなるため、上述したように、第１歪み層２０５および第２歪み層２０６の層厚をより薄くすれば、より大きな歪み量が望める。ただし、この場合、活性層１０２には、不均一な歪みが与えられることになる。なお、例えば、各歪み層の上面高さを活性層１０２の上面高さより高くし、各歪み層をより厚く形成してもよい。各歪み層をより厚くすれば歪みの量は減るが、各歪み層を構成する圧電体の貫通転位が減ることでリーク電流を抑えられる。
【００４７】
［実施の形態６］
次に、本発明の実施の形態６について図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態６における光能動素子の構成を示す断面図である。この光能動素子は、基板３０１の上に形成されたＧｅからなる活性層３０２と、活性層３０２を挾んで形成された第１シリコン層３０３および第２シリコン層３０４と、基板３０１の上で基板３０１の平面に平行な歪み印加方向（ｘ軸方向）に活性層３０２を挾んで形成された第１歪み層３０５および第２歪み層３０６とを備える。活性層３０２と第１歪み層３０５の間には、第１絶縁層３０７が設けられ、活性層３０２と第２歪み層３０６との間には、第２絶縁層３０８が設けられている。
【００４８】
また、第１シリコン層３０３には第１電極３１１が接続し、第２シリコン層３０４には第２電極３１２が接続している。また、第１歪み層３０５の一方には第３電極３１３が接続し、第２歪み層３０６の一方には第４電極３１４が接続している。また、第１歪み層３０５の他方には第５電極３１５が接続し、第２歪み層３０６の他方には第６電極３１６が接続している。
【００４９】
基板３０１は、例えばシリコン基板である。第１シリコン層３０３は、第１導電型（例えばｎ型）とされ、第２シリコン層３０４は、第２導電型（例えばｐ型）とされている。実施の形態６において、第１シリコン層３０３および第２シリコン層３０４は、基板３０１の平面に平行な歪み印加方向に（ｘ軸方向）に活性層３０２を挾んで形成されている。
【００５０】
また、第１シリコン層３０３は、第１歪み層３０５（第１絶縁層３０７）と活性層３０２との間から、基板３０１の表面と第１歪み層３０５（第３電極３１３）との間にかけて、断面視でＬ字型に形成されている。同様に、第２シリコン層３０４は、第２歪み層３０６（第２絶縁層３０８）と活性層３０２との間から、基板３０１の表面と第２歪み層３０６（第４電極３１４）との間にかけて、断面視でＬ字型に形成されている。
【００５１】
なお、第１シリコン層３０３に含まれている一部のｎ型不純物が拡散するため、活性層３０２の第１シリコン層３０３側の一部は、ｎ型となる。また、第２シリコン層３０４に含まれている一部のｐ型不純物が拡散するため、活性層３０２の第２シリコン層３０４側の一部は、ｐ型となる。
【００５２】
また、第１歪み層３０５および第２歪み層３０６は、圧電体から構成され、これらで挾む活性層３０２に、基板３０１の平面に平行な歪み印加方向の歪みを与える。第１歪み層３０５および第２歪み層３０６を構成する圧電体は、例えば、ＰＺＴであればよい。また、実施の形態６において、圧電体が形成（堆積）されることになる第３電極３１３および第４電極３１４は、ＰｔとＴｉとの合金から構成すればよい。
【００５３】
例えば、ＰｔとＴｉとの合金をスパッタ法により堆積して第３電極３１３および第４電極３１４を形成した場合、この上には、ｚ軸方向に１１１配向し、（１００）面をｚ軸方向としたＰＺＴの多結晶体が成長する。このように形成したＰＺＴによる第１歪み層３０５および第２歪み層３０６の上に、第５電極３１５および第６電極３１６を形成すれば、分極処理をすることなく１００〜１５０ｐｍ／Ｖ程度の圧電定数ｄ31が得られる。
【００５４】
例えば、活性層３０２は、層厚３００μｍ，幅（ｘ軸方向の寸法）１μｍに形成し、第１歪み層３０５および第２歪み層３０６は、層厚３００μｍ，幅１μｍに形成し、圧電定数ｄ31を１５０ｐｍ／Ｖとし、第１絶縁層３０７，第２絶縁層３０８は、幅０．５μｍに形成した場合を例にする。
【００５５】
この場合、配向方向に対して負の電圧（例えば−２０Ｖ）を各歪み層に印加すれば、活性層３０２には、ｘ軸方向に０．５％引っ張り歪が与えられる。これにより、実施の形態６の光能動素子は、発光ダイオードとして機能させることができる。活性層３０２への電流注入は、第１電極３１１、第３電極３１３、第２電極３１２を通して行われる。発光させている間は、第５電極３１５および第６電極３１６に電位を印加し続ける。
【００５６】
一方、配向方向に対して正の電圧（例えば＋２０Ｖ）を各歪み層に印加すれば、活性層３０２には、ｘ軸方向に０．５％の圧縮歪みが与えられる。これにより、実施の形態６の光能動素子は、光変調器として機能させることができる。活性層３０２への変調信号の入力は、第１電極３１１、第３電極３１３、第２電極３１２を通して行われる。変調している間は、第５電極３１５および第６電極３１６に電位を印加し続ける。
【００５７】
上述した例の場合、２０Ｖの印加により、ｘ軸方向の活性層３０２の変位は、１×１０-8（ｍ）となる。実施の形態６では、活性層３０２と第１歪み層３０５および第２歪み層３０６には、第１絶縁層３０７および第２絶縁層３０８を形成しているため、これらを合わせて圧電体部分の幅を２μｍとすると、歪み量は０．５％となる。
【００５８】
実施の形態６によれば、第１導電型としたシリコン層の上にＧｅを堆積することがないので、製造プロセスの負担が低減できる。また、基板３０１の法線方向に伸びる縦型の貫通転移による、活性層３０２のリーク電流も抑制できるようになる。
【００５９】
以上に説明したように、本発明によれば、基板の上で基板の平面に平行な歪み印加方向に、絶縁層を介して２つの歪み層で活性層を挾む構成としたので、所望とする量の歪みが印加されたＧｅからなる活性層により光能動素子が構成できるようになる。この結果、例えば、従来のＧｅ発光ダイオードに比べ高効率にすることができ、また、波長の選択性を持ったＧｅ発光ダイオードが得られる。また、Ｇｅからなる活性層に、高濃度なｎ型不純物の導入を必要としないため、プロセス負担が軽減されるようになる。また、Ｇｅ変調器の駆動波長を正確に設定でき、駆動波長の可変が可能となる。
【００６０】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、圧電体は、ＢａＴｉＯ3，ＬｉＮｂＯ3，ＫＮｂＯ3，ＢｉＮａＴｉＯ3，ＰｂＭｇＮｂＯ3−ＰｒＴｉＯ3であってもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０１…基板、１０２…活性層、１０３…第１シリコン層、１０４…第２シリコン層、１０５…第１歪み層、１０６…第２歪み層、１０７…第１絶縁層、１０８…第２絶縁層、１１１…第１電極、１１２…第２電極、１１３…第３電極、１１４…第４電極、１１５…第５電極、１１６…第６電極。
【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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