(57)【要約】  チューナブルレーザーデバイス用の方法及び装置。一態様では、チューナブルレーザーデバイスは、半導体基板上の第一ドープクラッド層と、第一ドープクラッド層の頂面上の実質的にドープされていない圧電物質製の第一導波路層と、第一導波路の頂面上の活性層と、活性層の表面上の実質的にドープされていない圧電物質製の第二導波路層と、第二導波路層の表面上に半導体デバイスの長手軸に平行な長手方向構造であって、ドープ半導体物質を備える長手方向構造と、第二導波路層の頂面に又は第一導波路の底面に形成された長手方向インターディジタル型変換器（ＩＤＴ）とを備え、ＩＤＴは、長手軸に平行な方向に沿って長手方向に延在して、信号発生器からの信号に応答して、長手軸に平行な方向に表面音響波（ＳＡＷ）を発生させるように配置される。
2015520952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスを形成するための方法であって、
半導体基板の上に、第一ドープクラッド層を形成するステップであって、前記第一ドープクラッド層が、頂面と、前記半導体基板に接触する底面とを有する、ステップと、
前記第一ドープクラッド層の頂面上に、実質的にドープされていない圧電物質製の第一導波路層を形成するステップであって、前記第一導波路層が、頂面と、前記第一ドープクラッド層の頂面に接触する底面とを有する、ステップと、
前記第一導波路層の頂面上に、活性層を形成するステップであって、前記活性層が、頂面と、前記第一導波路層の頂面に接触する底面とを有する、ステップと、
前記活性層の頂面上に、実質的にドープされていない圧電物質製の第二導波路層を形成するステップであって、前記第二導波路層が、頂面と、前記活性層の頂面に接触する底面とを有する、ステップと、
前記第二導波路層の頂面上に、第二ドープクラッド層を形成するステップであって、前記第二ドープクラッド層が、頂面と、前記第二導波路層の頂面に接触する底面とを有する、ステップと、
前記第二ドープクラッド層の頂面から前記第二ドープクラッド層の第一部分をエッチングして、前記第二ドープクラッド層の第二部分から長手方向構造を形成するステップであって、前記長手方向構造が前記半導体デバイスの長手軸に平行な方向に沿って存在する、ステップと、
前記第二導波路層の頂面又は前記第一導波路層の底面のうち一方に存在し且つ５０ｎｍから１００μｍの間の距離で前記長手方向構造から横方向に離隔された第一長手方向インターディジタル型櫛構造を形成するステップであって、前記インターディジタル型櫛構造及び前記実質的にドープされていない圧電物質が、前記長手軸に平行な方向に沿って長手方向に延在し且つ信号発生器からの信号に応答して前記長手軸に平行な方向に表面音響波を発生されるように配置されるインターディジタル型変換器となる、ステップと、を備えた方法。
【請求項２】
前記第二導波路層の頂面又は前記第一導波路層の底面のうち一方に第一長手方向インターディジタル型櫛構造を形成することが、
前記第二導波路の頂面部分上に金属層を堆積させることによって、前記第二導波路層の頂面部分上に第一長手方向インターディジタル型櫛構造を形成することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第二導波路層の頂面部分上に第一長手方向インターディジタル型櫛構造を形成することが、前記活性層の全長にわたって実質的に延在する第一長手方向インターディジタル型櫛構造を形成することを備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
半導体デバイスを形成するための方法であって、
半導体基板の上に、第一ドープクラッド層を形成するステップであって、前記第一ドープクラッド層が、頂面と、前記半導体基板に接触する底面とを有する、ステップと、
前記第一ドープクラッド層の頂面上に、実質的にドープされていない圧電物質製の第一導波路層を形成するステップであって、前記第一導波路層が、頂面と、前記第一ドープクラッド層の頂面に接触する底面とを有する、ステップと、
前記第一導波路層の頂面上に、活性層を形成するステップであって、前記活性層が、頂面と、前記第一導波路層の頂面に接触する底面とを有する、ステップと、
前記活性層の頂面上に、実質的にドープされていない圧電物質製の第二導波路層を形成するステップであって、前記第二導波路層が、頂面と、前記活性層の頂面に接触する底面とを有する、ステップと、
前記第二導波路層の頂面上に、第二ドープクラッド層を形成するステップであって、前記第二ドープクラッド層が、頂面と、前記第二導波路層の頂面に接触する底面とを有する、ステップと、
前記第二ドープクラッド層の頂面から前記第二ドープクラッド層の第一部分のエッチングを行い、前記第二ドープクラッド層の第二部分から長手方向構造及び長手方向インターディジタル型変換器を形成するステップであって、前記長手方向インターディジタル型変換器が５０ｎｍから１００μｍの間の距離で前記長手方向構造から横方向に離隔され、前記長手方向構造が前記半導体デバイスの長手軸に平行な方向に沿って存在し、前記エッチングが前記第二導波路層の第一表面部分を露出し、前記長手方向インターディジタル型変換器が、前記第二導波路層の第一表面部分の上に形成され、前記長手軸に平行な方向に沿って長手方向に延在し、信号発生器からの信号に応答して前記長手軸に平行な方向に表面音響波を発生させるように配置される、ステップと、を備えた方法。
【請求項５】
前記第一導波路層を形成すること及び前記第二導波路層を形成することが、ＩＩＩ／Ｖ族半導体物質から前記第一導波路層を形成すること及び前記第二導波路層を形成することを備える、請求項１又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記第二ドープクラッド層の頂面から前記第二ドープクラッド層の第一部分のエッチングを行い、前記第二ドープクラッド層の第二部分から長手方向構造及び長手方向インターディジタル型変換器を形成することが、前記活性層の全長にわたって実質的に延在する長手方向インターディジタル型変換器を形成することを備える、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
チューナブル半導体デバイスであって、
半導体基板の上の、第一ドープクラッド層であって、頂面と、前記半導体基板に接触する底面とを有する第一ドープクラッド層と、
前記第一ドープクラッド層の頂面上の、実質的にドープされていない圧電物質製の第一導波路層であって、頂面と、前記第一ドープクラッド層の頂面に接触する底面とを有する第一導波路層と、
前記第一導波路層の頂面上の、活性層であって、頂面と、前記第一導波路層の頂面に接触する底面とを有する活性層と、
前記活性層の頂面上の、実質的にドープされていない圧電物質製の第二導波路層であって、頂面と、前記活性層の頂面に接触する底面とを有する第二導波路層と、
前記第二導波路層の頂面上において前記半導体デバイスの長手軸に平行に存在する長手方向構造であって、ドープ半導体物質を備える長手方向構造と、
前記第二導波路層の頂面又は前記第一導波路層の底面に形成され、５０ｎｍから１００μｍの間の距離で前記長手方向構造から離隔されている長手方向インターディジタル型変換器であって、前記長手軸に平行な方向に沿って長手方向に延在し、信号発生器からの信号に応答して前記長手軸に平行な方向に表面音響波を発生させるように配置された長手方向インターディジタル型変換器と、を備えたチューナブル半導体デバイス。
【請求項８】
前記第二導波路層の頂面上において前記半導体デバイスの長手軸に平行に存在する長手方向構造のドープ半導体物質が、前記第二導波路層の頂面から測定した前記長手方向構造の垂直高さに比例してドーピング濃度が増大する第一ドーピング勾配に従ってドープされていて、
前記長手方向インターディジタル型変換器が、前記第二導波路層の頂面上に形成され、前記長手方向構造と等しい高さを有し、前記第一ドーピング勾配に従ってドープされたドープ半導体物質を備える、請求項７に記載のチューナブル半導体デバイス。
【請求項９】
前記長手方向インターディジタル型変換器が、前記第二導波路層の頂面上に形成され、前記第二導波路層の頂面上の長手方向インターディジタル型櫛構造を備える、請求項７に記載のチューナブル半導体デバイス。
【請求項１０】
前記長手方向インターディジタル型変換器が、前記活性層の全長にわたって実質的に延在する、請求項８又は９に記載のチューナブル半導体デバイス。
【請求項１１】
前記長手方向インターディジタル型変換器が、動作中に逆バイアスＤＣ電圧を受けるように構成されている、請求項９に記載のチューナブル半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、表面音響波（ｓｕｒｆａｃｅ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｗａｖｅ，ＳＡＷ）共振器を備えたチューナブル半導体レーザーデバイスに関する。特に、本明細書は、インターディジタル型変換器（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ，ＩＤＴ）を備えたこのようなデバイス、このようなチューナブル半導体レーザーデバイスを形成するためのプロセス、及びその動作に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーは、狭スペクトルの光ビームを発生させる光増幅を行う発光デバイスである。従来、ダイオードレーザーは半導体物質を用いて構成される。結晶ウェーハをドーピングして、ｐ型の第一領域とｎ型の第二領域を生成することによって、ｐ‐ｎ接合が形成される。ｐ‐ｎ接合に順バイアス電圧を印加することによって、ｐ型領域内の正孔及びｎ型領域内の電子をｐ‐ｎ接合に向かわせる。電子及び正孔がｐ‐ｎ接合で再結合して、光子をその領域から放出させる。放出光子の波長は、電子正孔対と再結合した電子及び正孔との間のエネルギー差である遷移エネルギーに基づく。そして、それら光子がｐ‐ｎ接合における再結合を更に刺激することによって、増幅を生じさせる。
【０００３】
ｐ‐ｎ接合構造の一般的な設計は二重ヘテロ構造である。一般的に、ヘテロ構造は、低バンドギャップ物質と高バンドギャップ物質との間の接触層である。二重ヘテロ構造は、二層の高バンドギャップ物質の間に挟まれた低バンドギャップ物質の層で構成される。ヘテロ構造設計は、レーザーの効率を改善するのに用いられる。活性層として知られる低バンドギャップ中間層は、電子正孔対が再結合して発光する領域である。この中間層は、量子井戸として機能し、電子正孔対を閉じ込め、レーザーの効率を更に改善するように薄く設けられる。
【０００４】
ｐ‐ｎ接合内に光を閉じ込めるため、ヘテロ構造自体が、そのヘテロ構造のものよりも低い屈折率の二層の間に挟まれる。これらの層は、ヘテロ構造内部の光の閉じ込めを生じさせるクラッドを形成する。この構成は、活性層を導波路として機能させ、光がデバイスから出て行くように設計されている端部ファセットを除いては、光が導波路から出て行くことができないようにされる。
【０００５】
全てのレーザーは、光が端部ファセットを介して活性層から直ちに出て行かず、活性層内にフィードバックされて、放出遷移をより刺激することを保証するための光フィードバック機構を必要とする。一般的に、光フィードバックがデバイスにレーザービームを生じさせることが必要とされる。光利得が存在する領域（活性層）は、動作時に、光増幅器を形成する。フィードバック機構は、増幅のためにどの波長を活性層にフィードバックするのかを選択して、レーザーの中心波長及びレーザー線幅を決定する。既知のレーザーは、光フィードバックを生じさせるために多様な手段を利用している。
【０００６】
例えば、ファブリペローレーザーでは、活性層の両端に反射表面を提供する。光フィードバック機構を生成するための代替手段は、活性層付近のクラッドに永続的な周期構造を刻むことである（例えばエッチングによって）。その構造の周期性は、ブラッグ反射を用いて、特定のレーザー波長を有する光に対するフィードバックを選択的に提供するように選択される。このタイプのレーザーダイオードは、分布帰還型（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｆｅｅｄｂａｃｋ，ＤＦＢ））ダイオードレーザーと呼ばれる。このタイプのレーザーでは、活性層の光場が周期構造に結合されると表現することができる。ＤＦＢダイオードレーザー（実質的にレーザー共振器全体が、ブラッグ反射が生じる周期構造を備えるようなレーザーとしてここでは理解される）では、周期構造に対する活性層の光場の二種類の結合が、屈折率結合と利得結合として区別される。活性層の利得がなんらかの手段によって周期的に変更される場合、その系は利得結合とされる。クラッド又は活性層の屈折率が周期的に構造化される場合、その系は屈折率結合とされる。レーザーの挙動は、利得結合型のＤＦＢダイオードレーザーと屈折率結合型のＤＦＢダイオードレーザーとの間で顕著に異なる。
【０００７】
ＤＦＢダイオードレーザーの他の側面は、周期的変更に対する活性層の光場の結合強度である。一般的に、結合は、過大結合、過小結合、臨界結合という三つの場合のうち一つを特徴とし得る。過大結合の場合、周期的変更が強過ぎて、伝播光が活性層内に存在することができないので、レーザーが適切に機能しなくなる。過小結合の場合、周期構造が、十分なフィードバックを提供するには弱過ぎて、光がファセットを早く出て行ってしまうので、レーザーが適切に機能しなくなる。最後に、臨界結合の場合、その結合は、優れたレーザー特性に対して最適となっている。臨界結合を得るのに必要とされる実際の結合強度は、主に利得に依存している。通常、臨界結合が存在する結合強度の範囲は狭い。
【０００８】
チューナブル（波長可変）レーザーは、制御入力に基づいて変更又は特定可能な波長を有するレーザーである。チューナブルレーザーは単一の固定中心波長を有さないので、チューナブルレーザーは調整可能なフィードバックシステムを必要とする。例えば、ＤＦＢを用いたチューナブルレーザーを実現するため、物質表面上に調整可能な周期的変形を導入するための手段が用いられる。
【０００９】
表面音響波（ＳＡＷ）は、固体物質と真空又は空気との界面に沿って、又は音速の異なる二種類の固体物質の界面に沿って伝播する弾性変形波である。このタイプの波の周知の例は、レイリー波と、疑似表面音響波（漏洩表面音響波）である。純粋なＳＡＷは、界面に沿ってのみ伝播し、界面から離れるようには伝播しない。界面から垂直に離れると、音響振幅は、界面からの距離が増えるにつれて、指数関数的に減衰する。減衰長は、ＳＡＷの波長に略等しい。音響波のエネルギーは実質的に界面と、その界面を取り囲む薄い領域とのみに存在しているので、ＳＡＷで特定の音圧レベルに達するのに必要とされるパワーは、バルク音響波の場合よりもはるかに少ない。従って、特定レベルの音圧を達成するため、ＳＡＷデバイスは、一般的に、バルク音響波デバイスのパワーの一部しか必要としない。一般的に、音響波が発生する場合、周波数の増大は、音響波を励起するのに必要なパワーの増大につながる。従って、バルク音響波ではなくてＳＡＷを発生させると、高周波数波を発生させる際に必要とされるパワーレベルの減少が顕著なものとなる。更に、工学的な観点から、ＳＡＷは、実質的に界面のみに存在し、デバイスの残りの部分と干渉する傾向が低いので、より良く制御可能である。
【００１０】
ＳＡＷは、入力信号を固体物質表面上の周期的弾性変形に変換することによって、生成される。入力信号を受信してそれをＳＡＷに変換するデバイスは、ＳＡＷ変換器と呼ばれる。典型的には、ＳＡＷ変換器は、圧電物質の層と、その上に配置された一組の周期的に間隔が空けられ交互に相互接続された線状構造とで構成される。このタイプのＳＡＷ変換器は、インターディジタル型変換器（ＩＤＴ）と呼ばれる。ＩＤＴが交流信号（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ｃｕｒｒｅｎｔ，ＡＣ）信号に接続されると、ＳＡＷが発生する。一部設計では、発生するＳＡＷの空間周波数は、線構造の空間周波数に等しいもののみ、又はその高次の倍音に等しいもののみとなり得る。このタイプのＩＤＴは、狭帯域ＩＤＴと呼ばれる。代わりに、広帯域ＩＤＴは、異なる設計の線状構造をＩＤＴに対して用いて、広帯域の空間周波数内のＳＡＷを発生させる。一般的に、入力信号の振幅の関数としてのＳＡＷの振幅は単調増加関数である。ＳＡＷ変換器と信号発生器との組み合わせを、本願では、ＳＡＷ発生器と呼ぶ。
【００１１】
一般的に、半導体構造を形成するため、複数の物質層を基板上に順に堆積させる。構造に応じて、各層がエッチングを必要とし得る。エッチングは、エッチングプロセス中に堆積させるフォトレジストによって保護されていない領域の物質の最上層を除去する作業である。多様なエッチングプロセスが当該分野において周知である。例えば、プラズマを用いて保護されていない領域を除去するドライエッチングが、一般的に使用されるプロセスである。代わりに、液体化学薬品を用いて保護されていない領域を溶解するウェットエッチングも使用可能である。全てのエッチングプロセスは、そのエッチングプロセスから特定の領域をマスキング又は保護するためにフォトレジスト等のマスキング物質を用いる。例えば、フォトレジストマスクは、構造の一部分であるエッチングされる層の一部を保護するようにフォトリソグラフィを用いてパターニングされる。エッチングを要する各層を個別にエッチングしなければならない。
【００１２】
特に、ＩＤＴを備えたチューナブルレーザーの形成プロセスは、困難な多重レベルプロセスとなり得て、多くの調整及び較正を要する。本発明は、デバイス形成の複雑性を低減し、デバイスサイズも最小にする集積ＩＤＴを備えたチューナブルレーザーの効率的な形成プロセスを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第４３２７９６２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／２７１１０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本明細書は、改善されたチューナブルレーザーデバイスと、そのようなデバイスの製造方法とを提供することに関する技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
一般的に、本明細書で説明される主題の一つの革新的な態様は、以下の工程を含む方法において実施可能であり、その方法は、半導体基板上に第一ドープクラッド層を形成する工程であって、第一ドープクラッド層が頂面及び底面を有し、底面が半導体基板に接触する、工程；  第一ドープクラッド層の頂面上に、実質的にドープされていない圧電物質製の第一導波路層を形成する工程であって、第一導波路層が頂面及び底面を有し、底面が第一ドープクラッド層の頂面に接触する、工程；  第一導波路層の頂面上に活性層を形成する工程であって、活性層が頂面及び底面を有し、底面が第一導波路層の頂面に接触する、工程；  活性層の頂面上に、実質的にドープされていない圧電物質製の第二導波路層を形成する工程であって、第二導波路層が頂面及び底面を有し、底面が活性層の頂面に接触する、工程；  第二導波路層の頂面上に第二ドープクラッド層を形成する工程であって、第二ドープクラッド層が頂面及び底面を有し、底面が第二導波路層の頂面に接触する、工程；  第二ドープクラッド層の頂面から第二ドープクラッド層の第一部分をエッチングして、第二ドープクラッド層の第二部分から長手方向構造を形成する工程であって、長手方向構造が半導体デバイスの長手軸に平行な方向に沿って存在する、工程；  及び、第二導波路層の頂面又は第一導波路層の底面のうち一方に第一長手方向インターディジタル型櫛構造を形成する工程であって、インターディジタル型櫛構造及び実質的にドープされていない圧電物質が、長手軸に平行な方向に沿って長手方向に延在し且つ信号発生器からの信号に応答して、長手軸に平行な方向に表面音響波（ＳＡＷ）を発生させるように配置されたインターディジタル型変換器（ＩＤＴ）である、工程を含む。
【００１６】
本明細書で説明される主題の他の革新的態様は、以下の工程を含む方法において実施可能であり、その方法は、半導体基板の上に第一ドープクラッド層を形成する工程であって、第一ドープクラッド層が頂面及び底面を有し、底面が半導体基板に接触する、工程；  第一ドープクラッド層の頂面上に実質的にドープされていない圧電物質製の第一導波路層を形成する工程であって、第一導波路層が頂面及び底面を有し、底面が第一ドープクラッド層の頂面と接触する、工程；  第一導波路層の頂面上に活性層を形成する工程であって、活性層が頂面及び底面を有し、底面が第一導波路層の頂面に接触する、工程；  活性層の頂面上に実質的にドープされていない圧電物質製の第二導波路層を形成する工程であって、第二導波路層が頂面及び底面を有し、底面が活性層の頂面に接触する、工程；  第二導波路層の頂面上に第二ドープクラッド層を形成する工程であって、第二ドープクラッド層が頂面及び底面を有し、底面が第二導波路層の頂面に接触する、工程；  及び、第二ドープクラッド層の頂面から第二ドープクラッド層の第一部分をエッチングして、第二ドープクラッド層の第二部分から長手方向構造及び長手方向インターディジタル型変換器（ＩＤＴ）を形成する工程であって、長手方向構造が、半導体デバイスの長手軸に平行な方向に沿って存在し、エッチングが、第二導波路層の第一表面部分を露出し、ＩＤＴが、第二導波路層の第一表面部分上に形成され、長手軸に平行な方向において長手方向に延在して、信号発生器からの信号に応答して、長手軸に平行な方向において表面音響波（ＳＡＷ）を発生されるように配置される、工程を含む。
【００１７】
本明細書で説明される主題の他の革新的態様は、以下のものを含むチューナブル半導体デバイスにおいて実施可能であり、そのデバイスは、半導体基板上の第一ドープクラッド層であって、頂面及び底面を有し、底面が半導体基板に接する、第一ドープクラッド層；  第一ドープクラッド層の頂面上の実質的にドープされていない圧電物質製の第一導波路層であって、頂面及び底面を有し、底面が第一ドープクラッド層の頂面に接触する、第一導波路層；  第一導波路層の頂面上の活性層であって、頂面及び底面を有し、底面が第一導波路層の頂面に接触する、活性層；  活性層の頂面上の実質的にドープされていない圧電物質製の第二導波路層であって、頂面及び底面を有し、底面が活性層の頂面に接触する、第二導波路層；  第二導波路層の頂面上において半導体デバイスの長手軸に平行に存在する長手方向構造であって、ドープ半導体物質を備える長手方向構造；  及び、第二導波路層の頂面又は第一導波路層の底面のいずれか一方に形成された長手方向インターディジタル型変換器（ＩＤＴ）であって、長手軸に平行な方向に沿って長手方向に延在して、信号発生器からの信号に応答して長手軸に平行な方向に表面音響波（ＳＡＷ）を発生させるように配置されたＩＤＴを含む。
【００１８】
本明細書で説明される主題の一つ以上の実施形態の詳細が、添付図面及び以下の説明に与えられる。主題の他の特徴、態様、利点は、明細書、図面及び特許請求の範囲から明らかとなるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】集積ＩＤＴを備えたチューナブルレーザーデバイスの例示的な実施形態の断面図である。
【図１Ｂ】集積ＩＤＴを備えたチューナブルレーザーの例示的な実施形態の平面図である。
【図２】集積ＩＤＴを備えたチューナブルレーザーの例示的な形成プロセスの流れ図である。
【図３Ａ】集積ＩＤＴを備えたチューナブルレーザーの例示的な代替実施形態の断面図である。
【図３Ｂ】集積ＩＤＴを備えたチューナブルレーザーの例示的な代替実施形態の例示的な形成プロセスの流れ図である。
【図４】集積ＩＤＴを備えたチューナブルレーザーの深掘りエッチングの例示的な実施形態の断面図である。
【図５】集積ＩＤＴを備えたチューナブルレーザーを形成するための例示的な深掘りエッチングプロセスの流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
多様な図面における同様の参照番号及び符号は、同様の要素を指称する。
【００２１】
本発明は、ＩＤＴが半導体レーザーデバイスの活性領域に隣接して且つ内部のレーザービーム経路に隣接して横方向に配置される設計を提供する。この配置構成は、活性領域の全体又は大部分に実質的に隣接したＩＤＴの有利な配置を可能にする。また、この配置構成は、ＩＤＴ構造の周期性を介して損失結合の問題を有利に防止する。ＩＤＴは、レーザーの活性層近傍の領域に音響共振器が形成されるように設計される。励起時には、その領域に定常音響波が形成されることによって、レーザー波長のドップラーシフトが生じない。
【００２２】
レーザーデバイスの端面は端部ファセットであり得るが、半導体構造の他の境界も可能である。例えば、強力なファブリペローモードを導入することによって、端面がフィードバックを乱さないように、その端面を設計しなければならない。これは、端面からの反射を低減するための反射防止コーティングの堆積、僅かに傾いたリッジ型導波路（例えば、１〜１０度）、若しくはリッジ型導波路の少なくとも一部の湾曲によって達成可能であり、又は、一方の側に光吸収体を配置して、他方の側に光ファイバー又はアレイ導波路光子を配置することで単純に端面をなくすことによって達成可能である。更に、ファセットを横方向に傾けて開裂させて、ＳＡＷが表面に沿って反射して戻ることを防止して、ＳＡＷをバルクの物質中に散乱させ得て、そのバルクの物質中においてＳＡＷが速やかに散逸する。
【００２３】
レーザーの活性領域を流れる電流を注入することによって、パワーをレーザー内に結合する。電流は、例えば、底面に設けられた接触表面等の多様な方法を用いて、取り出し可能である。代わりに、横方向パワー接続を用いて、側面から側面への電流注入を可能にすることができる。
【００２４】
図１Ａ及び図１Ｂはそれぞれ、集積ＩＤＴを備えたチューナブルレーザーデバイス１００の一実施形態の断面図、平面図を示す。図面における相対的な寸法は、例示目的のためだけのものであり、図示されているように、縮尺通りではない。チューナブルレーザーは、例えば、ＩＩＩ‐Ｖ族接合等のｐ‐ｎ接合を備えた半導体レーザーデバイスである。一部実施形態では、レーザー設計は、量子カスケードレーザー、分離閉じ込め（ｓｅｐａｒａｔｅ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）ヘテロ構造、量子井戸レーザー、又は、二重ヘテロ構造レーザーとなり得る。多様な物質を、レーザー構造を形成するのに用いることができ、例えば、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、これらの物質の混合物、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｌｙＡｓ１−ｙ等が挙げられる。しかしながら、本発明に従ってレーザー構造を形成するのに適した他の物質も使用可能である。
【００２５】
図１Ａ及び図１Ｂに示されるようなレーザーデバイス１００は、第一導波路層１０６と第二導波路層１１０との間に挟まれた活性層１０８を備える、それら導波路層は、二つの導波路の間の活性層内に光を閉じ込めるように設計される。従って、光が活性層内を伝播する。レーザーデバイス１００は、基板１０２の上に第一ドープクラッド層１０４を堆積させることによって形成される。次に、実質的にドープされていない圧電物質製の第一導波路層１０６を、第一クラッド層１０４の頂面上に堆積させる。活性層１０８を、第一導波路層１０６の上に形成する。活性層１０８は、低仕事関数の非導電性層であり、レーザーデバイス内に注入された電子正孔対を閉じ込めるように設計されている。実質的にドープされていない圧電物質製の第二導波路層１１０を、活性層１０８の上に堆積させ得る。
【００２６】
第二導波路層１１０の上に、第二ドープクラッド層１１２’を堆積させる。第二導波路層１１０の頂面１１３から測定した長手方向構造１１４の垂直高さに比例してドーピング濃度が増大する第一ドーピング勾配に従って、第二ドープクラッド層１１２’がドープされる。このドーピング勾配は、長手方向構造の底部が実質的にドープされていない半導体物質から成る頂面１１３と合致するようにする。逆に、長手方向構造１１４の頂部１１５は、長手方向構造１１４の実質的にドープされていない部分に対して相対的に高濃度ドープされる。一部実施形態では、第一ドープクラッド層１０４も、逆方向において同様のドーピング勾配を有し得て、第一導波路層１０６の底面に接触する第一ドープクラッド層１０４の頂面が、実質的にドープされていない半導体物質から成り、基板１０２の頂面に接触する第一ドープクラッド層１０４の底面が、クラッド層１０４の実質的にドープされていない部分に対して相対的に高濃度ドープされるようになる。
【００２７】
長手方向構造１１４は、頂部１１５から頂面１１３までの垂直な縁を有するものとして示されている。しかしながら、一部実施形態では、長手方向構造１１４は、傾斜した側部を備え得て、頂面部分１１５が長手方向構造１１４のベースよりも小さな幅のものとなり得る。更に他の実施形態では、長手方向構造１１４は、二層以上の段差部分を備え得て、頂部段差部分を備えた頂部１１５が、長手方向構造１１４のベースを形成する底部段差部分よりも小さな幅のものとなり得る。
【００２８】
そして、長手方向構造１１４と、第一長手方向インターディジタル型櫛構造１１６と、第二長手方向インターディジタル型櫛構造１１８とを第二導波路層の上に含む本発明の実施形態を形成するために、複数のプロセスが用いられ得る。図１Ｂに示されるような第一実施形態用の一つの例示的なプロセスを、図２を参照して説明する。
【００２９】
第一実施形態のレーザーデバイス１００は、リッジ型導波路（ｒｉｄｇｅ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ，ＲＷＧ）を形成する長手方向構造１１４を備える。リッジ型導波路は、光場の追加的な横方向閉じ込めを提供し、より少ない光モードと、より狭いレーザー線幅をもたらす。また、第一実施形態のレーザーデバイス１００は、電流注入を促進するために、長手方向構造１１４の上に配置された導電性ストリップも備える。
【００３０】
また、第一実施形態のレーザーデバイス１００は、一つ以上の集積ＩＤＴも備える。図１Ａ及び図１Ｂに示されるような実施形態は、二つのＩＤＴを備え、第一ＩＤＴは、櫛構造１１６と、その櫛構造１１６の下方の実質的にドープされていない圧電物質とを備え、第二ＩＤＴは、第二櫛構造１１８と、実質的にドープされていない圧電物質とを備える。二つのＩＤＴは、第二導波路層１１０の実質的にドープされていない圧電物質製の共有単一層の上に配置される。
【００３１】
図１Ｂに示されるように、各ＩＤＴは長手方向に延在して、二つのかみ合う櫛を備える。櫛構造１１６及び１１８を形成する導電性物質は、金等の金属であり得る。代わりに、ＩＤＴは、高濃度ドープされた半導体物質を備えた構造であり得る。一般的に、櫛は、高導電性と低導電性が交互になった領域を画定する。例えば、ＩＤＴの櫛が導電性の金属物質で形成される場合、櫛の歯は高導電性領域であり、その間のギャップは低導電性領域である。
【００３２】
第二導波路層１１０の実質的にドープされていない圧電物質は、例えば、石英、ニオブ酸リチウム、酸化亜鉛であり得て、又はＩｎＰ、ＧａＳｂ、ＧａＡｓ等の他の実質的にドープされていない半導体であり得る。図１Ａに示されるようなレーザーデバイスは、実質的にドープされていない圧電半導体物質の層である第二導波路の露出部分を備えるので、櫛構造を、第二導波路の露出部分の上に直接置くことができる。このことは、一つ以上のＩＤＴを形成するために追加の圧電物質層（その上に櫛構造が配置される）を堆積させる必要性をなくす。図２に関して後述するように、クラッド層１１２’が、第二導波路層１１０の上に堆積されて、その後、長手方向構造１１４を形成するようにエッチングされる。従って、１１２’の破線領域は、エッチングプロセスによって除去されたクラッド層１１２’の部分である。
【００３３】
レーザーデバイスは、各ＩＤＴ用の接触表面を更に備える。接触パッド１２２Ａ及び１２２Ｃが第一ＩＤＴ１１６に接続されて、ＳＡＷを発生させるためにＡＣ信号を受信するように構成される。同様に、接触パッド１２２Ｂ及び１２２Ｄが第二ＩＤＴ１１８に接続されて、ＳＡＷを発生させるためにＡＣ信号を受信するように構成される。例えば、ＧＨｚ範囲の無線周波数（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ＲＦ）信号等の電気信号を印加すると、表面音響波（ＳＡＷ）を発生させることができる。図１Ｂに示されるようなＩＤＴの長手方向の向きによって、複数のＳＡＷが組み合わさって、長手方向に単一の定常ＳＡＷを形成する。
【００３４】
ＩＤＴは、図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、長手方向構造１１４の両側に対称に配置される。例えば、対称な配置は、第一ＩＤＴ１１６とそれに平行な長手方向構造１１４との間の特定の距離が、第二ＩＤＴ１１８とそれに平行な長手方向構造との間の距離に等しくなるように特定し得る。このような配置構成は、第一ＩＤＴと第二ＩＤＴとの間に極値振幅を有して組み合わさったＳＡＷを発生させる。しかしながら、本発明に従うと、対称な設計は必須ではない。本発明の一実施形態では、レーザーデバイスは単一のＩＤＴを備え得る。
【００３５】
動作時には、長手方向構造１１４が、接触パッド１２２Ｅを介して電流に繋がれる。正のＤＣ電圧を頂部接触パッド１２２Ｅに繋ぎ、接地ＤＣ電圧を底部接触表面に繋ぐことによって、電流をレーザー内に注入することができる。電流がレーザーデバイスを流れると、電子正孔対が活性領域に向けられて、その活性領域で再結合して、光子を生成する。従って、光ビームが、レーザーデバイス内で発生する。特に、電流は、接触表面１２２Ｅ及び長手方向構造１１４を介して、バルクの半導体物質内に注入される。電流は、基板１０２の底部に配置された接触表面を介して取り出される。電流が活性領域を形成させて、光利得が活性層１０８において生じる。活性領域は、典型的には、幅１〜１０マイクロメートルで、長手方向構造１１４の全長にわたって実質的に延在する。逆方向に伝播する二つの波の干渉が、波を発生させるＩＤＴの全長にわたって実質的に存在する、つまり、活性領域の全長にわたって実質的に存在する定常ＳＡＷを生成し得る。
【００３６】
ＳＡＷは、レーザー物質の屈折率の変化を誘発させて、ブラッグ格子を与える。ブラッグ格子は、ＩＤＴに印加される（ＲＦ）信号の周波数と、ＳＡＷの速度とに依存した周期性を有する。従って、ブラッグ格子を、ＩＤＴに印加される信号によって制御することができる。ＩＤＴの入力信号の周波数を変更することが、レーザーの中心波長を変更する。従って、レーザーの中心波長が制御可能となる。
【００３７】
図２のプロセス２００は、図１Ａ及び図１Ｂに示される第一実施形態のチューナブル半導体レーザーデバイスの例示的な形成プロセスである。まず、基板１０２の表面上にドープされた半導体物質の層を堆積させることによって、第一ドープクラッド層１０４を形成する（２０２）。基板は固体半導体物質である。次に、プロセス２００は、第一ドープクラッド層１０４の頂面上に実質的にドープされていない圧電物質製の第一導波路層１０６を形成する。ドープされていない圧電物質は、例えば、ＩＩＩ／Ｖ族半導体物質であり得る。第一導波路層１０６の頂面上に活性層１０８を形成する（２０６）。活性層は、その活性層が電子正孔対を閉じ込めることを保証するように低仕事関数を有する非導電性層である。活性層１０８の頂面上に、実質的にドープされていない圧電物質製の第二導波路層１１０を形成し（２０８）、次に、第二導波路層１１０の頂面上に第二クラッド層１１２’を形成する（２１０）。上述のドーピング勾配に従って、第二ドープクラッド層１１２’がドープされる。
【００３８】
そして、プロセス２００は、第二ドープクラッド層の頂面から第二ドープクラッド層１１２’の第一部分をエッチングして、長手方向構造１１４を形成する（２１２）。エッチングは、図１Ａに破線で示される第二ドープクラッド層１１２’の部分を除去する。これは、第二導波路層１１０の頂面１１３の一部を露出する。第二クラッド層１１２’の残存部分が、リッジ型導波路として機能する長手方向構造１１４を形成する。
【００３９】
最後に、第二導波路層１１０の第一表面部分１１３の上に、第一長手方向インターディジタル型櫛構造１１６を形成する（２１４）。第一櫛構造１１６は、例えば金等の導電性金属から形成され得る。金属は、図１Ｂの素子１１６（及び、形成される第二櫛型構造である１１８）に示されるように交互配置される。例えば、第二導波路層１１０の頂面１１３の第一部分の上に金属層を堆積させて、上述の櫛構造１１６を形成するように金属層をエッチングすることによって、櫛構造１１６を形成することができる。実質的にドープされていない圧電第二導波路層の露出領域の上に櫛構造を形成することが、チューナブル半導体レーザーデバイス内部に集積されたＩＤＴを形成する。
【００４０】
従って、第二導波路１１０は二つの機能を果たす。第一の機能は、その下側表面の下方に光を閉じ込めることである。第二の機能は、集積ＩＤＴ構造を形成するのに用いられる実質的な圧電物質を提供することである。図１Ａに示される実施形態では、第二導波路は、櫛構造１１６を備えた第一ＩＤＴの一部であり、また、櫛構造１１８を備えた第二ＩＤＴの一部でもある。このことは、集積ＩＤＴを備えたチューナブルレーザーの形成の複雑性を低減し、また、デバイスの全体的なサイズも低減する。
【００４１】
本発明の一実施形態では、第一櫛構造及び第二櫛構造が、長手方向構造１１４に対して対称に配置されて、デバイスの全長にわたって実質的に延在する長手方向構造に対して平行に延在する。このような実施形態は、デバイスの全長にわたって長手方向構造１１４の内部又は下方の箇所において極値を有する定常ＳＡＷの発生を可能にする。
【００４２】
代替実施形態では、第二ＩＤＴが第一ＩＤＴよりも短くなり得る。また、第二ＩＤＴが、第一ＩＤＴとは異なる周期性を有し得る。このような二つのＩＤＴの配置構成は、例えば、より広範な光波長をカバーすることで、レーザーのチューニング範囲を増大し得る。
【００４３】
一実施形態では、長手方向構造と一つ以上の櫛構造との間の横方向の距離又は空隙は、５０ｎｍから１００マイクロメートル（μｍ）の間、好ましくは１００ｎｍ〜１０マイクロメートルの間である。一実施形態では、活性領域の中心とＩＤＴの櫛構造との間の距離が、５０ｎｍから１５０マイクロメートル（μｍ）の間、好ましくは１００ｎｍ〜１５マイクロメートルの間である。
【００４４】
光波長を以下の式で表すことができる：
λ光＝２ｎν音響／（ｏｆ）
ここで、ｎは物質の屈折率であり、ｏはブラッグ格子の次数であり、ν音響はＳＡＷの速度であり、ｆはＳＡＷのＲＦ周波数である。
【００４５】
表面音響波は、活性層に向けて半導体物質内に部分的に侵入し、ダイオード物質に規則的な屈折率の変化を生じさせる。数学的には、屈折率を、複素数ｎ＋ｉｋで表すことができ、ここで、ｋ＞０は損失（減衰）を表し、ｋ＜０は利得を意味する。規則的な屈折率の変化は、規則的な反射を生じさせるので、音響的に誘起されたブラッグ格子を形成する。より低次の格子次数は、より高いＲＦ周波数を必要とする一方、より高次の次数は、より有利な最小フィーチャーサイズを有する。レーザーについては、ＧＨｚ範囲の周波数を有するＳＡＷが、適切なブラッグ格子を設定するのに用いられる。一部実施形態では、デバイスが、動作条件下において、所望のレーザー波長に対して奇数の次数（好ましくは、一次、三次、五次等の低次の奇数次数）を有するブラッグ格子を形成するように構成される。一部実施形態では、次数が１０よりも小さいことが好ましい。
【００４６】
上記範囲は、損失結合を防止しながら、適切なＳＡＷ誘起格子を与え得る。特に、ＳＡＷが櫛構造の歯によって生成されるので、櫛構造の歯の先端からの距離が増加すると、ＳＡＷの強度が減少する。従って、歯の先端はＲＷＧから離れ過ぎてはならず、そうでないと、光場に対してＳＡＷが十分に結合しない。例えば、デバイス１００が１０μｍの波長の量子カスケードレーザーであり、９次のＳＡＷ格子で動作するとしてみる。そうすると、音響波長は略２０μｍである。音響波の振幅があらゆる非伝播方向において指数関数的に減衰するので、その振幅はｅｘｐ（−ｄ／λ）で減少する。妥当な閾値の推定では、例えば、変換器内部のＳＡＷの振幅のｅｘｐ（−５）となる。従って、５×２０μｍの最大動作可能距離が得られる。
【００４７】
一方、櫛構造の歯の先端からＲＷＧまでの距離が、特定の閾値（例えば１００ｎｍ等）以下に減少すると、歯と光場との顕著な重なりが生じる。このような場合、損失結合ＤＦＢが形成されて、チューニングすることができない。つまり、櫛構造の歯の先端間の距離が第一閾値よりも大きくなければならず、最小の重なりが、光場と歯の先端との間に生じるようにする。また、その距離は、第二閾値よりも小さくなければならず、ＳＡＷと光場との間の結合が、上述のような本発明に従って光場に影響を与えるのに十分強くなるようにする。
【００４８】
従って、櫛構造は、デバイスの活性領域から現れる光場に対する影響を通したＳＡＷの効果にとって支配的であってはならない。例えば、櫛構造がＲＷＧに接触していると、光場は、櫛構造によるオーム損失によって実質的に完全に吸収される。逆に、櫛構造の影響が、ＳＡＷによって生じる屈折率変化の影響よりも小さい場合（例えば、略１０％）、ＳＡＷが光フィードバックによって支配的であり、チューナブルレーザーを形成することができる。この条件は略５０ｎｍ以上の距離において生じるが、具体的な距離は、レーザーダイオードの設計及び寸法に依存する。
【００４９】
本発明に係る一実施形態では、交互配置導電性ラインは、２０〜２００ｎｍの高さ、好ましくは５０〜１００ｎｍの高さであって、横方向において１０〜２５０マイクロメートルの長さ、好ましくは２０〜１００マイクロメートルの長さであり得る。本発明に係る一実施形態では、長手方向構造１１４は、少なくとも０．０５マイクロメートル、好ましくは少なくとも１．０マイクロメートルで、最大５．０マイクロメートルの頂面から突出する方向に沿った高さを有する。最後に、その長手方向寸法は、ＳＡＷの波長の５％〜５０％、好ましくは２０％〜３０％であり得る。
【００５０】
レーザーデバイスを、一つ以上の集積信号発生器、特にＲＦ信号発生器と組み合わせて、レーザーデバイスの各ＩＤＴを集積信号発生器に接続し得る。このような実施形態では、接触パッド１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ及び１２２Ｄを小さくするか又は完全に排除して、各接触表面に対する導電性ライン、又は集積信号発生器の接続点に換える。当業者は、本発明に係るチューナブル半導体レーザーと有利に集積可能である適切な信号発生器設計を、半導体レーザーと同じチップ上に集積される場合であっても理解しているものである。信号発生器と集積されたチューナブルレーザーは、実質的に同じ半導体物質から形成可能である。これらの機能性を一つのチップ内に集積する一実施形態では、レーザーデバイス外部でＲＦを発生させる必要性をなくすことができる。
【００５１】
一部実施形態では、絶縁体層及びポリマー層を、エッチングされた表面１１２’の上に堆積させ得る。また、導電性金属コンタクトの層を、長手方向構造１１４の上に堆積させ得る。一部実施形態では、絶縁体はＡｌ２Ｏ３であり得て、金属コンタクトは金コンタクトであり得る。
【００５２】
図３Ａは、集積ＩＤＴを備えたチューナブルレーザーデバイスの代替実施形態を示す。代替実施形態を形成するためのプロセス２００に似たプロセス２２０が図３Ｂの流れ図に示されている。本実施形態では、櫛構造１１６及び１１８は、実質的にドープされていない第一導波路層１０６に含まれる。
【００５３】
プロセス２２０は、基板１０２の頂面上に第一ドープクラッド層１０４を形成することで始まる（２２２）。その後、第一ドープクラッド層１０４の頂面上に第一インターディジタル型櫛構造１１６を形成し、櫛構造及び第一ドープクラッド層１０４の上に実質的にドープされていない半導体物質製の第一導波路１０６を形成する（２２４）。プロセス２２０の残りの部分はプロセス２００と同様である。残りの層は順次堆積されて、第二ドープクラッド層１１２’をエッチングして、長手方向構造１１４を形成する。しかしながら、本実施形態では、第二導波路層の上にＩＤＴが配置されない。
【００５４】
他の実施形態では、追加のＩＤＴを、第一導波路層の下方だけではなくて、第二導波路層の上にも形成し得る。インターディジタル型櫛構造が第一導波路層、第二導波路層、又はレーザーデバイス内の他の実質的に圧電性の物質と接触する多様な配置構成も使用可能である。
【００５５】
図４は、本発明の更に他の実施形態を示す。本実施形態では、櫛構造１１６及び１１８が、エッチングプロセス中に長手方向構造１１４と共に上部クラッド層から形成される。デバイス１００”の例示的な製造プロセスが図４に示されていて、この図４は、デバイス１００”を形成するための例示的な深掘りエッチングプロセス３００の流れ図である。
【００５６】
長手方向構造１１４並びに櫛構造１１６及び１１８がクラッド層１１２のドープ半導体物質から形成されるので、長手方向構造１１４並びに櫛構造１１６及び１１８はいずれも、第二導波路層１１０の頂面１１３から測定した長手方向構造１１４の垂直高さに比例してドーピング濃度が増大している同一のドーピング勾配を有する。櫛構造１１６及び１１８は、長手方向構造１１４と高さが等しいものである。
【００５７】
プロセス３００のステップ３０２、３０４、３０６、３０８、３１０及び３１２は、プロセス２００のステップ２０２、２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２と同様である。しかしながら、プロセス３００のステップ３１４では、第二ドープクラッド層１１２の頂面から第二ドープクラッド層１１２’の第一部分をエッチングして、長手方向構造１１４及び長手方向櫛構造１１６を形成する。従って、櫛構造１１６及び１１８並びに長手方向構造１１４が、第二ドープクラッド層から形成される。
【００５８】
従って、深掘りエッチングの実施形態では、図４に示されるように、櫛構造の高さは、長手方向構造１１４の高さと等しくなり得る。また、櫛構造及び長手方向構造が、特定のドーピング勾配を有する特定の物質の単一層から形成されるので、ドーピング勾配は両構造にとって同一となり得る。本実施形態は、レーザーデバイスに既に存在している層からＩＤＴ全体を形成することによって、チューナブルレーザーデバイスの形成の複雑性を更に低減する。
【００５９】
動作時には、本デバイスは、ＲＦ信号が基板を介して可能に短絡せずショットキー障壁を増やすことを保証するために、ＲＦ信号に加えて、逆ＤＣバイアスを必要とし得る。このことは、ＳＡＷに対するより良いパワー結合を促進する。上述の変形例及び実施形態と同様の更なる変形例及び実施形態も、深掘りエッチングされたチューナブルレーザーデバイスにおいて実現可能である。
【００６０】
本明細書は、多数の具体的な実施形態の詳細を含むものではあるが、これらは、発明又は特許請求の範囲を限定するものではなく、具体的な発明の具体的な実施形態に特有の特徴を説明するものである。個々の実施形態に関して本明細書で説明される特定の特徴は、一つの実施形態において組み合わせて実施することができるものでもある。逆に、一つの実施形態において説明されている多様な特徴を、個別に、又は任意の適切なサブコンビネーションで実施することもできる。更に、上記においては、複数の特徴が特定の組み合わせにおいて機能するものして説明されているものであり得て、また、そのように最初特許請求され得るものではあるが、場合によっては、特許請求される組み合わせからの一つ又は複数の特徴をその組み合わせから取り出すことができ、また、特許請求される組み合わせが、サブコンビネーション、又は変形例のサブコンビネーションを対象とし得る。
【００６１】
同様に、複数の工程を図面において特定の順序で示しているが、これは、望ましい結果を得るために、こうした工程を図示される特定の順序で又は逐次的な順序で行われることや、図示されている全ての工程を行うことを要するものとして理解されるものではない。更に、上述の実施形態における多様なシステム構成要素の分離は、こうした分離が全ての実施形態において要されるものとして理解されるものではなく、説明される構成要素及びシステムを、単一製品で共に集積することが一般的には可能であることを理解されたい。
【００６２】
以上、本主題の特定の実施形態について説明してきた。他の実施形態も添付の特許請求の範囲内に存するものである。場合によっては、特許請求の範囲に記載されている動作を異なる順序で行うことができるものであり、それでも望ましい結果が得られる。また、添付図面に示されているプロセスが、望ましい結果を得るために、図示されている特定の順序、逐次的な順序を必ずしも要するものではない。
【符号の説明】
【００６３】
１００  チューナブルレーザーデバイス
１０２  基板
１０４  第一ドープクラッド層
１０６  第一導波路層
１０８  活性層
１１０  第二導波路層
１１２  第二ドープクラッド層
１１４  長手方向構造
１１６  第一長手方向インターディジタル型櫛構造
１１８  第二長手方向インターディジタル型櫛構造
１２２  接触パッド
【図１Ａ】
2015520952.tif 000003
【図１Ｂ】
2015520952.tif 000004
【図２】
2015520952.tif 000005
【図３Ａ】
2015520952.tif 000006
【図３Ｂ】
2015520952.tif 000007
【図４】
2015520952.tif 000008
【図５】
2015520952.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月3日(2014.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスを形成するための方法であって、
半導体基板の上に、第一ドープクラッド層を形成するステップであって、前記第一ドープクラッド層が、頂面と、前記半導体基板に接触する底面とを有する、ステップと、
前記第一ドープクラッド層の頂面上に、実質的にドープされていない圧電物質製の第一導波路層を形成するステップであって、前記第一導波路層が、頂面と、前記第一ドープクラッド層の頂面に接触する底面とを有する、ステップと、
前記第一導波路層の頂面上に、活性層を形成するステップであって、前記活性層が、頂面と、前記第一導波路層の頂面に接触する底面とを有する、ステップと、
前記活性層の頂面上に、実質的にドープされていない圧電物質製の第二導波路層を形成するステップであって、前記第二導波路層が、頂面と、前記活性層の頂面に接触する底面とを有する、ステップと、
前記第二導波路層の頂面上に、第二ドープクラッド層を形成するステップであって、前記第二ドープクラッド層が、頂面と、前記第二導波路層の頂面に接触する底面とを有する、ステップと、
前記第二ドープクラッド層の頂面から前記第二ドープクラッド層の第一部分をエッチングして、前記第二ドープクラッド層の第二部分から長手方向構造を形成するステップであって、前記長手方向構造が前記半導体デバイスの長手軸に平行な方向に沿って存在する、ステップと、
前記第二導波路層の頂面又は前記第一導波路層の底面のうち一方に存在し且つ５０ｎｍから１００μｍの間の距離で前記長手方向構造から横方向に離隔された第一長手方向インターディジタル型櫛構造を形成するステップであって、前記インターディジタル型櫛構造及び前記実質的にドープされていない圧電物質が、前記長手軸に平行な方向に沿って長手方向に延在し且つ信号発生器からの信号に応答して前記長手軸に平行な方向に表面音響波を発生されるように配置されるインターディジタル型変換器となる、ステップと、を備えた方法。
【請求項２】
前記第二導波路層の頂面又は前記第一導波路層の底面のうち一方に第一長手方向インターディジタル型櫛構造を形成することが、
前記第二導波路の頂面部分上に金属層を堆積させることによって、前記第二導波路層の頂面部分上に第一長手方向インターディジタル型櫛構造を形成することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第二導波路層の頂面部分上に第一長手方向インターディジタル型櫛構造を形成することが、前記活性層の全長にわたって実質的に延在する第一長手方向インターディジタル型櫛構造を形成することを備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
半導体デバイスを形成するための方法であって、
半導体基板の上に、第一ドープクラッド層を形成するステップであって、前記第一ドープクラッド層が、頂面と、前記半導体基板に接触する底面とを有する、ステップと、
前記第一ドープクラッド層の頂面上に、実質的にドープされていない圧電物質製の第一導波路層を形成するステップであって、前記第一導波路層が、頂面と、前記第一ドープクラッド層の頂面に接触する底面とを有する、ステップと、
前記第一導波路層の頂面上に、活性層を形成するステップであって、前記活性層が、頂面と、前記第一導波路層の頂面に接触する底面とを有する、ステップと、
前記活性層の頂面上に、実質的にドープされていない圧電物質製の第二導波路層を形成するステップであって、前記第二導波路層が、頂面と、前記活性層の頂面に接触する底面とを有する、ステップと、
前記第二導波路層の頂面上に、第二ドープクラッド層を形成するステップであって、前記第二ドープクラッド層が、頂面と、前記第二導波路層の頂面に接触する底面とを有する、ステップと、
前記第二ドープクラッド層の頂面から前記第二ドープクラッド層の第一部分のエッチングを行い、前記第二ドープクラッド層の第二部分から長手方向構造及び長手方向インターディジタル型変換器を形成するステップであって、前記長手方向インターディジタル型変換器が５０ｎｍから１００μｍの間の距離で前記長手方向構造から横方向に離隔され、前記長手方向構造が前記半導体デバイスの長手軸に平行な方向に沿って存在し、前記エッチングが前記第二導波路層の第一表面部分を露出し、前記長手方向インターディジタル型変換器が、前記第二導波路層の第一表面部分の上に形成され、前記長手軸に平行な方向に沿って長手方向に延在し、信号発生器からの信号に応答して前記長手軸に平行な方向に表面音響波を発生させるように配置される、ステップと、を備えた方法。
【請求項５】
前記第一導波路層を形成すること及び前記第二導波路層を形成することが、ＩＩＩ／Ｖ族半導体物質から前記第一導波路層を形成すること及び前記第二導波路層を形成することを備える、請求項１又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記第二ドープクラッド層の頂面から前記第二ドープクラッド層の第一部分のエッチングを行い、前記第二ドープクラッド層の第二部分から長手方向構造及び長手方向インターディジタル型変換器を形成することが、前記活性層の全長にわたって実質的に延在する長手方向インターディジタル型変換器を形成することを備える、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
チューナブル半導体デバイスであって、
半導体基板の上の、第一ドープクラッド層であって、頂面と、前記半導体基板に接触する底面とを有する第一ドープクラッド層と、
前記第一ドープクラッド層の頂面上の、実質的にドープされていない圧電物質製の第一導波路層であって、頂面と、前記第一ドープクラッド層の頂面に接触する底面とを有する第一導波路層と、
前記第一導波路層の頂面上の、活性層であって、頂面と、前記第一導波路層の頂面に接触する底面とを有する活性層と、
前記活性層の頂面上の、実質的にドープされていない圧電物質製の第二導波路層であって、頂面と、前記活性層の頂面に接触する底面とを有する第二導波路層と、
前記第二導波路層の頂面上において前記半導体デバイスの長手軸に平行に存在する長手方向構造であって、ドープ半導体物質を備える長手方向構造と、
前記第二導波路層の頂面又は前記第一導波路層の底面に形成され、５０ｎｍから１００μｍの間の距離で前記長手方向構造から離隔されている長手方向インターディジタル型櫛構造を含む長手方向インターディジタル型変換器であって、前記長手軸に平行な方向に沿って長手方向に延在し、信号発生器からの信号に応答して前記長手軸に平行な方向に表面音響波を発生させるように配置された長手方向インターディジタル型変換器と、を備えたチューナブル半導体デバイス。
【請求項８】
前記第二導波路層の頂面上において前記半導体デバイスの長手軸に平行に存在する長手方向構造のドープ半導体物質が、前記第二導波路層の頂面から測定した前記長手方向構造の垂直高さに比例してドーピング濃度が増大する第一ドーピング勾配に従ってドープされていて、
前記長手方向インターディジタル型変換器が、前記第二導波路層の頂面上に形成され、前記長手方向構造と等しい高さを有し、前記第一ドーピング勾配に従ってドープされたドープ半導体物質を備える、請求項７に記載のチューナブル半導体デバイス。
【請求項９】
前記第一長手方向インターディジタル型変換器が、前記活性層の全長にわたって実質的に延在する、請求項７又は８に記載のチューナブル半導体デバイス。
【請求項１０】
前記第一長手方向インターディジタル型変換器が、動作中に逆バイアスＤＣ電圧を受けるように構成されている、請求項７に記載のチューナブル半導体デバイス。
【国際調査報告】
2015520952.tif 000010
2015520952.tif 000011
2015520952.tif 000012