(57)【要約】大きなシリコンウエハ（２２）上に高品質のエピタキシャル酸化層を成長可能とするために、まず、シリコンウエハ上に調整バッファ層（２６）を成長させる。調整バッファ層は、酸化シリコンのアモルファス中間層（２４）によってシリコンウエハから離間した単結晶酸化層である。アモルファス中間層は、ひずみを逃がし、高品質の単結晶酸化調整バッファ層の成長を可能とする。調整バッファ層と下方のシリコン基板との間のいずれかの格子不整合を、アモルファス中間層によって対処する。単結晶バッファ層の頂部の高品質単結晶材料から、導波路（４５）を形成することができる。導波路は、適切に形成して、光波を変調することができる。酸化物系電気光学デバイスとＩＩＩ−Ｖ族系フォトニクス及びＳｉ回路とモノリシックとの一体化が、完全に実現される。
2004527778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶半導体基板と、
同基板の上方に形成された単結晶酸化層と、
同酸化層の頂部に形成されたコア層と、
同コア層に隣接して形成されたクラッド層とからなる、導波路構造体。
【請求項２】
前記コア層は単結晶ニオブ酸ストロンチウムバリウム（ＳＢＮ）からなる請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記クラッド層は単結晶ニオブ酸ストロンチウムバリウム（ＳＢＮ）からなる請求項１に記載の構造体。
【請求項４】
単結晶半導体基板と、
同基板の上方に形成された単結晶酸化層と、
同酸化層の頂部に形成された単結晶コア層と、
同コア層に隣接して形成された単結晶クラッド層と、
前記コアと電気通信している電極とからなる電磁波変調構造体。
【請求項５】
単結晶半導体基板を設ける工程と、
同基板の上方に単結晶酸化層を形成する工程と、
同酸化層の頂部にコア層を形成する工程と、
同コア層の周囲の少なくとも一部にクラッド層を形成する工程とからなる、導波路構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、電気光学素子構造体及びデバイス、ならびにそれらの製造方法一般に関する。より詳細には、改良された電気光学素子構造体及びこの電気光学素子構造体をシリコンデバイス及び回路とモノリシックに一体化する方法に関する。
【０００２】
一般に、通信システムは、ある場所から別の場所へ情報を伝送する。多くの場合、情報は電磁搬送波によって搬送され、この搬送波の周波数は数メガヘルツ（ＭＨｚ）から数百テラヘルツ（ＴＨｚ）の間で多様であり得る。通例、光通信システムは、電磁スペクトルの可視域又は近赤外域において、高い搬送周波数（例えば１００ＴＨｚ）を用いる。
【０００３】
光波及びその他の電磁波等の波の方向を制御するために、導波路が用いられる。最も簡単な形態では、導波路は、クラッドによって少なくとも部分的に囲まれたコアを有し、クラッドの屈折率はコアのものよりも小さい。波は、コアを通って進み、クラッドで反射される。クラッドの屈折率がコアよりも高いと、波は単にクラッドに吸収されてしまい、コアを通って進まなくなる。
【０００４】
ニオブ酸ストロンチウムバリウム（ＳＢＮ）は、光屈折性の強い材料であり、電気光学素子、ホログラフィ記憶装置、空間光変調器、焦電検出器、表面弾性波デバイス、及びビームステアリングに適用できる可能性があることから、近年、大いに注目されている。ＳＢＮ導波路は、集積光学系及びその他の小型デバイスと高い適合性を示す。
【０００５】
半導体ディスクリートデバイス及び集積回路の大部分は、シリコンから製造される。これは、少なくとも部分的には、安価で高品質の単結晶シリコン基板の可用性のためである。
【０００６】
ＳＢＮ及び半導体回路の有用な特性を組み合わせることも望まれる。ＳＢＮ導波フィルムをシリコン基板上に製造可能であれば、これは、集積光学素子とマイクロエレクトロニクスとの間の隙間を埋めるのに役立つであろう。高品質の単結晶材料の導波フィルムを、シリコンウエハ等のバルクウエハ上に実現可能であれば、シリコン及び導波物質の双方の最良の特性を利用した集積デバイス構造体を達成することができる。更に、この組み合わせによって、新たな電気光学及びマクロエレクトロニクスデバイスを生み出し、既存のデバイスを改良し、それらの製造コストを削減することが可能となる。
【０００７】
ＳＢＮフィルムをバルク基板上に集積するため、様々な試みが提案されている。例えば、ＳＢＮフィルムをＭｇＯ（酸化マグネシウム）基板上に組み合わせると、ＭｇＯの屈折率が低く、このため０．５の屈折率の差を生じるので、多少の利点が示された。しかしながら、集積の目的のためには、シリコン基板の方がはるかに好適である。
【０００８】
グオ等（Ｘ  Ｌ  Ｇｕｏ  ｅｔ  ａｌ．）によって「シリコンウエハ上の二層ＳｒｘＢａ１−ｘＮｂ２Ｏ６／ＭｇＯの導波形態でのパルスレーザ堆積法」（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２９，１９９６年，１６３２−３５頁）に提案された別の試みは、ｐ型シリコンウエハ上にＳＢＮ／ＭｇＯの二層膜を製造する方法を教示する。二層膜では、ＳＢＮフィルムの多結晶成長及びＭｇＯバッファ層の高度な配向成長が見られる。しかしながら、グオ等が認めるように、結果として得られる多結晶構造は、単結晶構造ほど好適でないため、ＳＢＮフィルムの結晶性を向上させるために更に努力が必要である。
【０００９】
従って、高品質の単結晶特性を有する電気光学素子構造体が必要とされている。特に、シリコン系回路とモニリシックに一体化される電気光学素子構造体であって、この構造体が高品質の単結晶材料であるものが必要とされている。
【００１０】
当業者には、図面における要素は簡略化及び明確さのために示されており、必ずしも一律の縮尺に従って描かれているわけではないことが認められよう。例えば、本発明の実施形態のより良い理解に役立てるため、図面における一部の要素の寸法は、他の要素に比べて大きく示すことがある。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態による導波路構造体２０の一部の断面を概略的に示す。構造体２０は、単結晶基板２２と、単結晶材料から成る調整バッファ層２４と、単結晶材料の下部クラッド層２６と、単結晶材料のコア２８と、単結晶材料の上部クラッド層３０とを含む。この文脈では、「単結晶」という語は、半導体業界内で一般的に用いられる意味を有するものとする。この語は、単一の結晶又は実質的に単一の結晶である材料を指す。また、シリコンもしくはゲルマニウム、又はシリコン及びゲルマニウムの混合物の基板、ならびに半導体業界において一般的に見られるそのような材料のエピタキシャル層において一般的に見出されるような転位等の欠陥を比較的少数有する材料を含むものとする。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、構造体２０は、基板２２と調整バッファ層２４との間に設けられたアモルファス中間層３２も有する。アモルファス中間層は、調整バッファ層におけるひずみを除去するために有用であり、そうすることで、高い結晶品質の調整バッファ層の成長を促進する。
【００１３】
本発明の一実施形態による基板２２は、単結晶半導体ウエハであり好適には大径である。ウエハは、周期表のＩＶ族からの材料のものとすることができ、好適にはＩＶＡ族からの材料である。ＩＶ族の半導体材料の例は、シリコン、ゲルマニウム、シリコン及びゲルマニウムの混合物、シリコン及び炭素の混合物、シリコン混合物、ゲルマニウム及び炭素等を含む。好適には、基板２２は、シリコン又はゲルマニウムを含有するウエハであり、最適には、約２００〜３００ｍｍの直径を有する、半導体業界において用いられるような高品質の単結晶シリコンウエハである。
【００１４】
調整バッファ層２４は、好適には、下方の基板及び上方の化合物半導体材料との結晶性の適合性のため選択された単結晶酸化材料である。例えば、この材料は、基板及びこの後に適用されるクラッド材料と実質的に整合する格子構造を有する酸化物とすることができる。調整バッファ層として適切な材料は、アルカリ土類金属チタネート等の金属酸化物を含み、通例、少なくとも２つの金属元素を含み得る。具体的な用途によっては、金属酸化物は、３つ以上の異なる金属元素を含有する場合もある。
【００１５】
層２６，２８，３０のクラッド及びコアの材料は、個々の導波路構造体の必要に応じて選択することができる。全反射又は少なくとも実質的な全反射を得るために、コア２８は、上部及び下部クラッド層３０，２６を形成するために用いる材料とは異なる屈折率を有する材料で形成する。より詳細には、コア２８の屈折率は、同一材料で適切に形成可能な上部及び下部クラッド層３０，２６の屈折率よりも大きい。例示的な実施形態によれば、コア２８に選択される材料は、ｎ１の屈折率を有し、上部及び下部クラッド層３０，２６に選択される材料は、それぞれｎ２，ｎ３の屈折率を有する。ここで、ｎ１＞ｎ２であり、ｎ１＞ｎ３である。
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、コア層２８ならびにクラッド層２６，３０は、ニオブ酸ストロンチウムアリウム（ＳＢＮ）等の光反応性の高い材料である。各ＳＢＮ層の厚さは、伝達されるエネルギの特定の波長に依存する。一般に、光導波路は、電磁スペクトルの可視域から近赤外域で動作する。この実施形態では、バッファ層２４の頂部に、屈折率ｎ３を有する下部クラッド層２６を堆積する。クラッド層２６は、ＳＢＮ：６０とすることができる。ここで、６０は、ストロンチウム対バリウムの比を示す。ｎ３は、２．３３に等しくすることができる。コア層２８は、下部クラッド層の頂部に堆積され、好適にはｎ３よりも高い屈折率ｎ１を有する。コア層２８は、ＳＢＮ：７５とすることができ、ｎ１は、２．３５に等しくすることができる。次いで、コア層２８の頂部に、上部クラッド層３０を堆積することができる。この実施形態のある特定の態様では、上部クラッド層３０は、下部クラッド層２６と同一の材料である（すなわちＳＢＮ：６０、ｎ１＝２．３３）。しかしながら、以下で更に詳細に論じるように、周囲の媒体がコアよりも低い屈性率を有するならば（例えば屈折率１を有する空気）、コアの頂部に追加のクラッド層を堆積する必要はない。
【００１７】
本発明の更に別の実施形態では、クラッド層２６，３０は、１．７８の屈折率を有する酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である（ｎ２，ｎ３は１．７８に等しい）。コア層２８はＳＢＮ：５０からＳＢＮ：７５であるが、ＳＢＮ：７５の方が屈折率が高いため、ＳＢＮ：７５が好適である。しかしながら、ＳＢＮ：５０からＳＢＮ：７５は、この実施形態にも、先に論じた実施形態にも適切である。
【００１８】
この実施形態及び先に論じた実施形態は、クラッド層がコアに関して「対称」である対称的な構成を表す。しかしながら、対称及び非対称のあらゆる構成が本発明の範囲内であると見なされることは理解されよう。以下で更に詳細に論じるが、非対称的な構成には、同じ屈折率ではないクラッド材料が含まれる。例えば、下部クラッド層の屈折率は、上部クラッド層よりも大きいか又は小さい場合がある。しかしいずれにせよ、コアの屈折率は一般にいずれのクラッド層よりも高い。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、基板２２と成長中の調整バッファ層との間の界面において、基板２２の上に、アモルファス中間層３２を成長させる。アモルファス中間層３２は、好適には基板２２の酸化によって形成される酸化物であり、更に好適には、層２４の成長中の酸化シリコン（ＳｉＯｘ）から構成される。層３２の厚さは、基板２２及び調整バッファ層２４の格子定数間の不整合に起因するひずみを除去するのに十分なものである（通例、約０．５〜５．０ｎｍの範囲内）。ここで用いる場合、格子定数とは、表面の面内で測定されるセルの原子間の距離を指す。かかるひずみがアモルファス中間層によって除去されない場合には、ひずみによって調整バッファ層の結晶構造に欠陥が生じる場合がある。調整バッファ層の結晶構造に欠陥が生じると、次いで、単結晶層２６，２８，３０において高品質結晶構造を達成することが難しくなる。
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、調整バッファ層２４は、ＳｒｚＢａ１−ｚＴｉＯ３の単結晶層である。ここで、ｚは０から１の範囲にある。アモルファス中間層３２は、シリコン基板と調整バッファ層との間の界面に形成される酸化シリコン（ＳｉＯｘ）の層である。ｚの値は、この後に形成されるクラッド層２６の対応する格子定数に密接に整合した１つ以上の格子定数を得るように選択することができる。調整バッファ層は、数個の単分子層から数百オングストローム（１００Å）の厚さを有し得る。一般に、調整バッファ層は、基板から単一の結晶酸化層を分離して、所望の電気及び光学特性を得るのに十分な厚さを有することが好適である。層が１００ｎｍよりも厚いと、通常、コストが必要以上に増加しながら追加の利点はほとんど得られないが、必要であれば厚い層を製造することも可能である。この実施形態においては、酸化シリコンのアモルファス中間層は、約０．５〜５ｎｍの厚さを有し、好適には約１．５〜２．５ｎｍの厚さを有する。
【００２１】
基板２２は、単結晶シリコン基板等の単結晶基板である。単結晶基板の結晶構造は、格子定数及び格子方位によって特徴付けられる。同様に、調整バッファ層２４も単結晶材料であり、その単結晶材料の格子は、格子定数及び結晶方位によって特徴付けられる。調整バッファ層及び単結晶基板の格子定数は、密接に整合していなければならず、あるいは、ある結晶方位が他の結晶方位に対して回転すると格子定数が実質的に整合される必要がある。本明細書では、「実質的に等しい」又は「実質的に整合された」という表現は、格子定数間に十分な類似性があり、下方の層の上に高品質の結晶層を成長させ得ることを意味する。
【００２２】
図２は、母体結晶及び成長結晶の格子定数間の不整合の関数として、達成可能な高結晶品質の成長結晶層の厚さの関係をグラフで示す。曲線４２は、高結晶品質材料の範囲を示す。曲線４２の右側の領域は、多数の欠陥を有する層を表す。格子不整合が無ければ、理論的には、母体結晶上に、無限に厚い高品質のエピタキシャル層を成長させることができる。格子定数の不整合が増大すると、達成可能な高品質結晶層の厚さは急速に小さくなる。基準点として、例えば、母体結晶と成長層との間の格子定数が約２％よりも大きく不整合である場合、約２０ｎｍを超える単結晶エピタキシャル層を達成することはできない。
【００２３】
本発明の一実施形態によれば、基板２２は、（１００）又は（１１１）方位の単結晶シリコンウエハであり、調整バッファ層２４は、チタン酸ストロンチウムバリウムの層である。これら２つの材料間の格子定数の実質的な整合を達成するには、シリコン基板ウエハの結晶方位に対してチタン酸材料の結晶方位を４５度回転させる。アモルファス中間層３２、この例では酸化シリコン層が十分な厚さである場合、これを構造体に包含することによって、母体シリコンウエハ及び成長チタン酸層の格子定数の何らかの不整合から生じる恐れのあるチタン酸単結晶層におけるひずみを除去するのに役立つ。その結果、本発明の一実施形態によれば、高品質で厚い単結晶チタン酸層を達成可能である。
【００２４】
再び図１を参照すると、クラッド層２６は、エピタキシャル成長させた単結晶材料の層であり、その結晶材料も、結晶格子定数及び結晶方位によって特徴付けられる。本発明の一実施形態によれば、層２６の格子定数は、基板２２の格子定数とは異なる。このエピタキシャル成長させた単結晶層２６において高結晶品質を達成するためには、調整バッファ層２４は高結晶品質のものでなければならない。更に、層２６において高結晶品質を達成するためには好適には、母体結晶、この場合は単結晶調整バッファ層の結晶格子定数と、成長結晶の結晶格子定数との間が実質的に整合している。適切に選択した材料によって、成長結晶の結晶方位を母体結晶の方位に対して回転させた結果、この格子定数の実質的な整合が達成される。以下の例は、本発明の一実施形態による、図１に示した構造体等の導波路構造体を製造するための方法を示す。この方法は、シリコン又はゲルマニウムから成る単結晶半導体基板を設けることで開始する。本発明の好適な実施形態によれば、半導体基板は、（１００）方位を有するシリコンウエハである。基板は好適には、軸上か、最大で約０．５度だけ軸から外れて配向されている。半導体基板の少なくとも一部は、ベア表面を有するが、基板の他の部分は、以下で述べるように、他の構造体を含み得る。本明細書では、「ベア」という語は、基板の一部の表面が清浄になって、あらゆる酸化物、汚染物質、又はその他の異物が除去されていることを意味する。周知のように、ベアシリコンは反応性が高く、容易に自然酸化膜を形成する。「ベア」という語は、かかる自然酸化膜を含むことを意図している。また、半導体基板上に薄い酸化シリコンを意図的に成長させる場合もあるが、かかる成長酸化物は、本発明によるプロセスに不可欠なものではない。単結晶基板の上方に単結晶酸化層をエピタキシャル成長させるために、最初に自然酸化膜層を除去して、下方の基板の結晶構造を露出させなければならない。以下のプロセスは、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）によって実行することが好適であるが、本発明に従って他のエピタキシャルプロセスも用いることも可能である。自然酸化膜を除去可能とするために、まず、ＭＢＥ装置において、ストロンチウム、バリウム、ストロンチウム及びバリウムの組み合わせ、又は他のアルカリ土類金属もしくはアルカリ土類金属の組み合わせの薄い層を熱によって堆積する。ストロンチウムを用いる場合、次いで基板を約７５０℃の温度に加熱して、ストロンチウムを自然酸化シリコン層と反応させる。ストロンチウムは、酸化シリコンを還元させて、酸化シリコンの存在しない表面を残すように機能する。結果として得られる表面は、規則正しい２ｘ１構造を示し、ストロンチウム、酸素、及びシリコンを含む。規則正しい２ｘ１構造は、上方の単結晶酸化層の規則正しい成長のためのテンプレートを形成する。このテンプレートは、必要な化学的及び物理的特性を提供し、上にある層の結晶成長の核となる。
【００２５】
本発明の代替的な実施形態によれば、自然酸化シリコン膜を変化させ、酸化ストロンチウム、酸化ストロンチウムバリウム、又は酸化バリウム等のアルカリ土類金属酸化物を、ＭＢＥによって低温で基板表面上に堆積し、続いて基板を約７５０℃の温度に加熱することによって、基板の表面を単結晶酸化層の成長のために準備することができる。この温度では、酸化ストロンチウムと自然酸化シリコン膜との間で固体反応が生じ、自然酸化シリコン膜の還元が起こり、基板表面上に、ストロンチウム、酸素、及びシリコンが残った規則正しい２ｘ１構造が残される。この場合も、これによって、以降の規則正しい単結晶酸化層を成長させるためのテンプレートが形成される。
【００２６】
基板の表面から酸化シリコンを除去した後、本発明の一実施形態に従って、基板を約２００〜８００℃の範囲の温度に冷却し、分子線エピタキシャル法によって、テンプレート層上にチタン酸ストロンチウムの層を成長させる。ＭＢＥプロセスは、ＭＢＥ装置でシャッターを開いて、ストロンチウム、チタニウム、及び酸素ソースに曝露することで開始する。ストロンチウム及びチタニウムの比は、約１：１である。酸素の分圧は、初めは最小値に設定して、毎分約０．３〜０．５ｎｍの成長率で化学量論的なチタン酸ストロンチウムを成長させる。チタン酸ストロンチウムの成長が開始した後、酸素の分圧を、初期の最小値よりも大きくする。酸素の過圧力によって、下方の基板と成長中のチタン酸ストロンチウム層との間の界面で、アモルファス酸化シリコン層が成長する。酸化シリコン層の成長は、酸素が成長中のチタン酸ストロンチウム層を通って界面に拡散し、ここで酸素が下方の基板の表面でシリコンと反応した結果生じる。チタン酸ストロンチウムは、下方の基板の規則正しい２ｘ１結晶構造に対して結晶方位が４５度回転した規則正しい単結晶として成長する。アモルファス酸化シリコン中間層が存在しなければ、シリコン基板と成長中の結晶との間の格子定数の小さい不整合のためにチタン酸ストロンチウム層にひずみが生じる恐れがあるが、これはアモルファス酸化シリコン中間層において除去される。
【００２７】
チタン酸ストロンチウムが所望の厚さに成長した後、単結晶のチタン酸ストロンチウムの上部をテンプレート層によって覆う。このテンプレート層によって、この後、所望のクラッド材料のエピタキシャル層を成長させることになる。以降のＳＢＮ層の成長のため、チタン酸ストロンチウムの単結晶層のＭＢＥによる成長は、材料の１〜２の原子層を堆積してＳｒ−Ｏ結合を形成することで成長を終了させることによって、完成することができる。あるいは、調整バッファ層がチタン酸バリウムである場合には、Ｂａ−Ｏ結合を形成することも可能である。
【００２８】
いったん単結晶調整バッファ層２４を形成したら、次は単結晶導波路を形成することができる。一実施形態では、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって層２４の頂部にＳＢＮ：６０の層を堆積し、これは、好適には、格子整合のために軸配向させる。下部クラッド層２６の頂部に、同じプロセスによって、ＳＢＮ：７５であると好ましいコア層２８を堆積する。対称的な構成では、コアを同じクラッド材料によって取り囲む。この場合、コア層の頂部にＳＢＮ：６０のクラッド層３０を堆積することができる。コア及びクラッド層の厚さは、導波路（コア）内に導入される光の波長に応じて変動する。
【００２９】
図３は、本発明の更に別の実施形態による導波路構造体４０の一部を断面で示す。構造体４０は、先に述べた導波路構造体２０と同様であるが、上部クラッド層を省略している点が異なる。上記のように好適には、コアをこのコアよりも小さい屈折率を有する材料又は材料で包囲する。構造体４０は、屈折率ｎ１のコア２８と、屈折率ｎ３の下部クラッド２６とを含み、ｎ１＞ｎ３である。非対称の構成では、上部及び下部のクラッドは様々に異なる屈折率を有し、あるいは、クラッド層の一方を全部省略することも可能である。周囲のクラッド又は媒体がコアよりも低い屈折率を有する限り、波、例えば光波は、ほとんど損失なくコアを通過し続ける。
【００３０】
本実施形態の一態様では、下部クラッド層２６は屈折率ｎ３を有し、コア層２８は屈折率ｎ１を有し、空気がコア層２８に接触する。ここで、空気は一般に１に等しい屈折率を有し、１＜ｎ１＞ｎ３である。
【００３１】
上記の構造体２０，４０、ならびに以下で述べる構造体は、パターニング及びエッチングを施されている場合があることは認められよう。特に、導波路構造体のコア及び／又はクラッド層は、半導体業界において周知の方法でパターニング及びエッチングを施すことができる。更に具体的には、構造体の対象となる層は、光波の進行を強化し、光波の入力及び出力を規定する等のため、パターニング及びエッチングを行うことができる。
【００３２】
図４は、本発明の一実施形態による導波路構造体４５の上面を断面で概略的に示す。構造体４５は、先に説明した導波路構造体２０，４０と同様であるが、導波路構造体４５が変調器を形成するための追加の要素を含む点が異なる。具体的には、構造体４５は、コア及びクラッド層を含む構造体４６と、電極（複数の電極）４７とを含む。
【００３３】
外部の変調器によって、通常、コアの領域に電荷又は電界を導入することで、進行光波の特性を変化させる。例えば、電極４７に電圧を供給すると、結果として、制御された電界が生じる。この例では、光波（ｈｖとして示す）は、周囲のクラッド又は空気からの内部反射によって、コアを通って進行し得る。電極（複数の電極）４７に供給された電圧によって、進行波の経路に、ある電界又は電荷が発生する。電気効果が存在すると、光波の特徴は変化（変調）し、このため、進行波の進行のパターン、位相等が変化（変調）する（ｈｖ’として示す）。
【００３４】
本実施形態の一態様において、点線４８で概略的に示す電気部品は、半導体業界において一般的に用いられる従来のシリコンデバイス処理技法を用いて、シリコン基板の少なくとも一部に形成されている。電気部品４８は、線４９によって概ね示すように、電極（複数の電極）４７に電気的に結合される。部品４８は、電極（複数の電極４７）に電気信号を供給するように適切に構成された能動半導体素子であり、例えばＣＭＯＳ集積回路等の集積回路である。これに加えて、又はこの代わりに、部品４８は、１つ以上の受動素子を含む場合がある。電気部品４８の上方に、適切な絶縁材料の層（図示せず）を配置して、短絡等を防ぐことも可能である。
【００３５】
図５は、本発明の更に別の実施形態による導波路構造体５０の一部の断面を概略的に示す。構造体５０は、先に説明した構造体２０，４５と同様である。構造体５０は、光の進行のために適切なコア５４を含む。図示するように、構造体５０は、コア５４の屈折率よりも低い屈折率を有すると好ましい上部クラッド層を含む。しかしながら、上部クラッド層は、（図３に示すように）省略することも可能であり、コア５４よりも屈折率が低い空気等の適切な媒体がコアに接触する場合もあることは認められよう。
【００３６】
構造体５０は、更に、誘電材料層５２の頂部に１つ以上の電極５６を含む。本実施形態の一態様において、構造体５０は、構造体２０，４０，４５について上記したように形成し得る。そして、構造体５０を形成する層をエッチバックして、基板の様々な領域を露出させることができる。例えば、構造体５０をエッチバックして、とりわけコア及びクラッド層から成る「メサ」を形成することができる。次いで、残っているメサに隣接する領域に、誘電材料５２を堆積することができる。適切な誘電体には、ＳｉＯ２及びＳｉＮ３等の材料が含まれる。次いで、誘電層（複数の誘電層）５２の頂部に、電極（複数の電極）５６を配置して、メサと電気的に結合することができる。本実施形態の更に別の態様においては、電極（複数の電極）５６に電気部品５８を電気的に結合して、電荷又は電界を供給する。このように、酸化物系電気光学デバイスとシリコン回路とのモノリシックな一体化が完全に実現される。
【００３７】
図６は、本発明の更に別の実施形態による導波路構造体６０の上面を断面で概略的に示す。構造体６０は、先に説明した方法のいずれかで製造され、更に、マッハ−ツェンダー等の構成で製造される。マッハ−ツェンダー干渉計設計６２は２本のアームを含み、これによって進行波（ｈｖとして示す）は分割し、２つの同一であるが離間した経路を進み続ける。外部の電圧が無い場合、マッハ−ツェンダー干渉計の２本のアームにおける光フィールドは、同一の位相ずれを生じ、強め合うように干渉する。干渉計の一方のアームにおいて、１つ以上の電極６４に電圧を供給すると、これによって、対応する光波の位相ずれを起こすことができる（概ね、「変調された」光波ｈｖ’として示す）。この付加的な位相ずれは、干渉計の強め合う干渉を破壊し、伝達強度を低減させる可能性がある。特に、２本のアーム間の位相差がπ（パイ）に等しいと、この場合は弱め合う干渉が起こるので、光を伝送することができない。結果として、変調器の電気的「スイッチング」特性は、光の量又はその有無を制御することができる。電極（複数の電極）６４に、構造体６０の基板（例えばシリコン半導体基板）の少なくとも一部に形成された電気部品６６を適切に結合して、変調に必要な電気信号を供給することができる。
【００３８】
上述のプロセスは、シリコン基板、上方の酸化物層、ならびに単結晶コア及びクラッド層を含む導波路構造体を形成するプロセスを例示しており、ＭＢＥ及びＭＯＣＶＤプロセスによって説明すると好都合である。しかしながら、上述の詳細なプロセスはいずれも、化学気相成長（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、パルスレーザ堆積（ＰＬＤ）等のプロセスによっても実行可能であることは認められよう。
【００３９】
上記の明細書において、本発明を、具体的な実施形態を参照して説明した。しかしながら、特許請求の範囲において記載した本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変形及び変更が可能であることは、当業者には認められよう。従って、明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味において考えられるべきであり、かかる変形は全て、本発明の範囲内に含まれることを意図している。
【００４０】
具体的な実施形態を参照して、恩恵、その他の利点、及び問題点に対する解決法を上に記載した。しかしながら、いずれかの恩恵、利点、又は解決策を生み出したり明白としたりすることができる恩恵、利点、問題点に対する解決策、及びあらゆる要素（複数の要素）は、特許請求の範囲の重要、必要、又は不可欠な特徴又は要素として解釈されるものではない。ここで用いる場合、「からなる（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ ）」、「からなる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語、又は他のいずれかの変形は、非排他的な包含を網羅するよう意図され、要素の一覧から成るプロセス、方法、物品、又は装置は、それらの要素のみを含むのではなく、かかるプロセス、方法、物品、又は装置に明確に記載されたり固有のものであったりしない他の要素も、含む場合がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による導波路構造体の概略を示す断面図。
【図２】達成可能な最大膜厚と、母体結晶及び成長した結晶上方層の間の格子不整合との関係を示すグラフ。
【図３】本発明の実施形態による導波路構造体の概略を示す断面図。
【図４】本発明の実施形態による導波路構造体の上面を概略的に示す断面図。
【図５】本発明の実施形態による導波路構造体の概略を示す断面図。
【図６】本発明の実施形態による導波路構造体の上面を概略的に示す断面図。
【図２】
2004527778.tif 000003
【国際公開パンフレット】
2004527778.tif 000004
2004527778.tif 000005
2004527778.tif 000006
2004527778.tif 000007
2004527778.tif 000008
2004527778.tif 000009
2004527778.tif 000010
2004527778.tif 000011
2004527778.tif 000012
2004527778.tif 000013
2004527778.tif 000014
2004527778.tif 000015
2004527778.tif 000016
2004527778.tif 000017
2004527778.tif 000018
2004527778.tif 000019
2004527778.tif 000020
2004527778.tif 000021
2004527778.tif 000022
2004527778.tif 000023
2004527778.tif 000024
2004527778.tif 000025
2004527778.tif 000026
2004527778.tif 000027
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004527778.tif 000028
2004527778.tif 000029
【国際調査報告】
2004527778.tif 000030
2004527778.tif 000031
2004527778.tif 000032