(57)【要約】本発明は、集積半導体構造を備えた半導体素子（１００）に関するものである。この集積半導体構造上に、光電子送信機（１０３）および光電子受信機（１０４）が実装されている。光電子送信機（１０３）および光電子受信機（１０４）は、半導体素子（１００）内の光電子信号を伝送するために設置されており、光学的に互いに結合されており、光学フィルター素子（１０５）によって、送信機および受信機の周囲から光学的に切り離されている。さらに、本発明は、このような半導体素子（１００）の製造方法に関するものである。
2004523900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積半導体構造を備えた半導体素子（１００）であって、
・上記集積半導体構造上に光電子送信機（１０３）が実装されており、
・上記集積半導体構造上に光電子受信機（１０４）が実装されており、
・上記光電子送信機（１０３）および上記光電子受信機（１０４）は、半導体素子（１００）内の光電子信号を伝送するために備えられており、
・上記光電子送信機（１０３）および上記光電子受信機（１０４）が、互いに光学的に結合されており、光学フィルター素子（１０５）によって周囲から光学的に切り離されている、半導体素子。
【請求項２】
上記光電子送信機（１０３）と上記光電子受信機（１０４）との間に、光学フィルター素子（１０６）が備えられている、請求項１に記載の半導体素子（１００）。
【請求項３】
上記光学フィルター素子（１０５，１０６）が、光をほぼ完全に反射する界面を少なくとも１つ備えている、請求項１または２に記載の半導体素子（１００）。
【請求項４】
上記光をほぼ完全に反射する界面が、多次元のブラッグ構造をしている、請求項３に記載の半導体素子（１００）。
【請求項５】
上記光電子送信機（１０３）と上記光電子受信機（１０４）との間に、光電子変調器（３０１）が備えられている、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体素子（１００）。
【請求項６】
上記光電子送信機（１０３）と上記光電子受信機（１０４）との間に、光電子増幅器（３０２）が備えられている、請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体素子（１００）。
【請求項７】
上記光電子送信機（１０３）と上記光電子受信機（１０４）との間に、導波路（１０７）が備えられている、請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体素子（１００）。
【請求項８】
上記導波路（１０７）が、導波路構造またはフォトニック結晶からなる、請求項７に記載の半導体素子（１００）。
【請求項９】
上記構成要素、つまり、上記導波路（１０７），上記ブラッグ構造，上記光電子送信機（１０３），上記光電子受信機（１０４），上記光電子変調器（３０１），上記光電子増幅器（３０２）のうちの少なくとも１つが、半導体物質を含んでいる、請求項１ないし８のいずれかに記載の半導体素子（１００）。
【請求項１０】
上記半導体物質として、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を使用する、請求項９に記載の半導体素子（１００）。
【請求項１１】
上記半導体物質として、ＩＩ−ＶＩ族半導体を使用する、請求項９に記載の半導体素子（１００）。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の半導体素子（１００）であって、
・上記光電子送信機（１０３）がレーザーダイオードであり、
・上記光電子受信機（１０４）がフォトダイオードであり、
・上記光学フィルター素子（１０５・１０６）がフォトニック結晶である、半導体素子。
【請求項１３】
半導体素子（１００）の製造方法であって、
・集積半導体構造上に光電子送信機（１０３）を実装し、
・上記集積半導体構造上に、さらに、光電子受信機（１０４）を実装し、
・上記集積半導体構造上に、光学フィルター素子（１０５）として形成されたブラッグ構造を、上記光電子送信機（１０３）と上記光電子受信機（１０４）との互いに向かい合う側面以外の全面に実装する方法。
【請求項１４】
上記光電子送信機（１０３）と上記光電子受信機（１０４）との間の集積半導体構造上に、光学フィルター素子（１０６）として形成されたブラッグ構造を実装する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
上記光電子送信機（１０３）と上記光電子受信機（１０４）との間の集積半導体構造上に、光電子変調器（３０１）を実装する、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
上記光電子送信機（１０３）と上記光電子受信機（１０４）との間の集積半導体構造上に、光電子増幅器（３０２）を実装する、請求項１３ないし１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
上記光電子送信機（１０３）と上記光電子受信機（１０４）との間の集積半導体構造上に、光信号を上記光電子送信機（１０３）から上記光電子受信機（１０４）に伝送できる導波路（１０７）を装着する、請求項１３ないし１６のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、半導体素子およびそのような半導体素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
半導体基板上の集積回路において信号を伝送するために、従来技術では、電気的方法または電子的方法が用いられる。しかし、これらの方法を用いると、半導体基板上の集積回路内の信号を構成素子から他の構成素子へ伝送できるデータ転送率が、制限されてしまう。それゆえに、キャリア帯域幅が１ＧＨｚ未満と狭い信号を伝送する場合、最大データ転送率は１０ＧＢｉｔ／ｓまでしか達成されない。さらに、キャリア帯域幅の広い信号を伝送する場合、最大データ伝送率はさらに低下する。
【０００３】
加えて、集積回路中の信号を伝送する際に電気的方法または電子的方法を用いた場合、配線が必要であるので、集積回路を極小化しにくい。さらに、この配線の電気的抵抗によって、エネルギー消費が高くなる。
【０００４】
従来技術（例えば[１]）から、会議室用の伝送システムが知られている。このシステムでは、光学的手段によって、センターと遠く離れた参加者との間で、音声信号およびデータ信号が伝送される。
【０００５】
さらに、従来技術（例えば[２]，[３]，[４]，および，[５]）から、２つの電気回路を電気的に切り離すために備えられた光結合器が知られている。この技術では、光透過性でありながら電気的に絶縁された層が、光送信機と光受信機との間で、適切な光学的結合と同時に、電気的絶縁を確実に行うために用いられる。これらの光受信機および光送信機は、通常、基板上に上下方向に配置されている。
【０００６】
さらに、従来技術（例えば[６]）から、レーザーダイオードがレーザー光を放射し、そのビーム光路の方向を、ミラーを用いて偏向し、その後、フォトダイオードによってレーザー光を検波する、光集積回路が知られている。これらのレーザーダイオードとフォトダイオードとは、半導体基板に隣り合って配置されている。
【０００７】
また、半導体基板上の導波管の上にレーザーエミッタおよび光学検波器が互いに隣り合って規定の間隔をあけて配置されている光電子素子が、［７］から知られている。
【０００８】
また、データ処理装置に使用するための光接続ユニットが、[８]から知られている。この光学連結ユニットは、光源および光受信素子の横に、複数の光学連結素子を備えている。これらの光学連結素子は、光源から放射される光を、適切に、光受信素子に供給することを目的としている。
【０００９】
しかし、従来技術に開示されたこれらの光学装置には、光学装置に用いられる光学検波器が、例えば他の光源から出た光も検波してしまうという問題点がある。それゆえ、これらの光学装置の伝送可能な最大データ転送率は、著しく低減してしまう。
【００１０】
上述の諸問題は、高集積回路（ＶＬＳＩ回路＝超大規模集積回路）を用いた場合、特に重大である。
【００１１】
つまり、本発明の目的は、信号を伝送する際のキャリア帯域幅を広げるにもかかわらず、エネルギーおよび所要面積を低減し、かつ、最大データ転送率を上げることのできる、半導体素子およびその製造方法を提供することにある。
【００１２】
この目的を、独立特許請求項の特徴を有する半導体素子、および、そのような半導体素子の製造方法によって達成する。
【００１３】
半導体素子は、集積半導体構造を備えている。この集積半導体構造の上には、光電子送信機および光電子受信機が実装されている。これらの光電子送信機および光電子受信機は、半導体素子内の光電子信号を伝送するために備えられており、互いに光学的に結合されており、光学フィルター素子によってそれら送受信機の周囲から光学的に切り離されている。
【００１４】
光電子信号を伝送する半導体素子の製造方法を用いて、集積半導体構造の上に、光電子送信機および光電子受信機を実装する。さらに、集積半導体構造の上に、光電子送信機と光電子受信機との互いに向かい合う面以外の全ての面に、光学フィルター素子として形成されたブラッグ構造を実装する。
【００１５】
本発明の利点は、本発明によるキャリア帯域幅の広い信号を伝送する際の半導体素子の最大データ転送率が、１０ＧＢｉｔ／ｓを超えるようにすることができるという点にある。この高いデータ伝送率は、特に、光電子変換器、特に、光電子送信機および光電子受信機（例えばレーザーダイオード送信機およびフォトダイオード受信機）を用いて実現できる。なお、これらの送信機および受信機によって、信号のデータ転送率を１０ＧＢｉｔ／ｓよりも高く変えることができ、さらには、これらの送信機および受信機の最大所要面積は、２０×５μｍ2と少ない（それゆえ、これらの変換器はマイクロ変換器とも呼ばれている）。このことに応じて、これらのマイクロ変換器は、データ転送率を上げることができる、小さい電気接触部を有している。また、本発明が特に高集積回路に用いられるので、これらのマイクロ変換器間の最大間隔は、マイクロ変換器の性能のゆえに、数センチメートルであってもよい。
【００１６】
本発明による半導体素子の他の利点は、半導体素子の所要面積の低減にある。なぜなら、複数の構成素子間で信号を伝送するために、これらの構成素子を電気接続する必要がもはやないからである。光信号の伝送を、原理的には、空気中でも行うことができる。さらに、光信号を伝送する際には、伝送された信号を妨げることなく、平面内の複数の信号伝送パスどうしを交差させることができる。つまり、本発明による、このような半導体素子の製造方法によって、半導体素子の製造の困難さは低減される。なぜなら、様々に成長し、エッチングされた層間の電気接続のほとんどが、交差している必要があるからである。それゆえ、設計の困難さ（つまり製造の困難さ）、および、製造コストは低減される。
【００１７】
また、本発明において提供された光学フィルター素子も、利点である。この素子によって、光電子変換器への不要な影響を最小限に抑えることができる。さらに、光学フィルター素子を正確に配置することによって、複数の光電子変換器を、相互に影響しあうことなく互いに非常に接近した状態で配置できる。つまり、半導体基板上の所要面積を適切に低減でき、それにもかかわらず、２つの光電子変換器間で信号を確実に伝送できる。したがって、これらの変換器用に備えられた光学フィルター素子は、この変換器に付属の光電子送信機から送信されていない光学エネルギーに対して、絶縁効果を有している。なお、本発明による半導体素子に用いられる光学フィルター素子の厚さは、通常、５μｍまでである。
【００１８】
最後に、さらなる利点は、半導体素子の光信号を伝送することによって、電気配線の電流の流れに逆らう電気抵抗による廃熱が減少する点にある。これによって、半導体素子の冷却を、通常の半導体素子よりも簡単に行うことができる。さらに、光信号を伝送する際には、電気信号の伝送と比べて、電気抵抗を低減することによって（つまり、廃熱を低減することによって）、エネルギー消費が低減される。
【００１９】
本発明による半導体素子の有効な１形態では、光電子送信機と光電子受信機との間にも、光学フィルター素子を備えることができる。これによって、例えば、信号伝送経路からの光電子送信機の切り離しをよりよく達成できる。つまり、光電子送信機に対する妨害反応効果による影響を、できる限り回避できる。逆に、光電子受信機を、できるだけ正確かつ光学的に信号伝送経路に結合する。したがって、光電子受信機の入力部における光の反射を、光電子受信機の入力部のすぐ上流に位置する、例えば光学フィルター素子を用いることによって回避する。
【００２０】
使用する光学フィルター素子には、ほぼ完全に反射する界面が少なくとも１つ備えられていることが好ましい。つまり、この界面の反射係数は、どの光放射に対してもほぼ１００％である（この光放射は、光学フィルター素子がなければ両方の光電子変換器のうちの１つに入り込んでしまう。）。ほぼ完全に反射する界面とは、この場合、光放射の反射を反す、第１屈折率ｎ1の第１媒体と、第２屈折率ｎ2の第２媒体との間の界面のことである。なお、両方の屈折率ｎ1／ｎ2の割合は、基本的に異なっている。つまり、光学フィルター素子を用いることによって、伝送される信号の生成または受信の際に起こりうる妨害を回避できるのである。
【００２１】
ほぼ完全に反射する界面として、多次元のブラッグ構造（例えばフォトニック結晶）を用いることが好ましい。多次元のブラッグ構造は、周期的な構造であり、この構造の利点は、そのフィルター効果に関して非常に適切に（例えば、エピタキシーによって、または、モノリシックに）この構造を製造できるという点にある。
【００２２】
本発明による半導体素子の有効な１形態では、光電子送信機と光電子受信機との間に、光電子変調器が備えられている。
【００２３】
本発明による半導体素子の他の有効な１形態では、光電子送信機と光電子受信機との間に、光電子増幅器が備えられている。
【００２４】
また、光電子送信機と光電子受信機との間で信号を伝送するために、導波路構造またはフォトニック結晶からなる導波路を配置できることが好ましい。この導波路は、直線でもよいし、任意の形状に曲がっていてもよい。また、導波路を介して、光電子送信機によって放射された信号が光電子受信機に確実に到達する必要がある。
【００２５】
本発明の半導体素子を、構成要素（導波路、ブラッグ構造、光電子送信機、光電子受信機、光電子変調器、光電子増幅器）のうちの少なくとも１つが半導体物質を有するように、構成することが有効である。
【００２６】
また、半導体物質が、ＩＩＩ−Ｖ族半導体であることが好ましい。他には、半導体物質が、ＩＩ−ＶＩ族半導体であってもよい。さらに、上述の構成要素のうちの少なくとも１つがＩＩ−ＶＩ族半導体である場合、上述の他の構成要素のうちの少なくとも１つは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を備えていてもよい。さらに、半導体物質は、ＩＶ族半導体（例えばシリコン）を備えていてもよい。しかし、導波路および／またはフィルター素子は、他の電子光学受動物質（elektrooptisch passives Material）を備えていてもよい。
【００２７】
本発明による半導体素子の有効な１形態では、光電子送信機がレーザーダイオードとして、光電子受信機がフォトダイオードとして、光学フィルター素子がフォトニック結晶として形成されている。また、光電子変調器として、電子吸収型変調器（ＥＡＭ）を備えていてもよい。さらに、誘導放出を伴うレーザー構造を、光電子増幅器として使用してもよい。もちろん、大きく異なる光電子的に活性の構成要素どうしを組み合わせることによって、光電子変換器を実施できる。
【００２８】
本発明による方法では、好ましくは光電子送信機と光電子受信機との間の集積半導体構造上に、光学フィルター素子として形成されたブラッグ構造を実装することが好ましい。
【００２９】
本発明による方法では、光電子送信機と光電子受信機との間の集積半導体構造上に、光電子変調器を実装することが好ましい。
【００３０】
さらに、光電子変調器に代わるものとして、光電子増幅器を集積半導体構造の上に実装してもよい。
【００３１】
さらに、本発明による方法の有効な形態では、光電子送信機から放射された光信号を光電子受信機に伝送できる導波路を、集積半導体構造の上に実装してもよい。
【００３２】
本発明の実施形態を図に示し、以下に詳述する。なお、同じ構成要素には、同じ参照符号を付けて示す。図１は、本発明の第１実施形態による半導体素子を示す俯瞰図である。図２は、半導体素子を図１の切断線Ｌ１−Ｌ１に沿って縦に切断した図である。図３は、本発明の第２実施形態による半導体素子を示す俯瞰図である。図４は、本発明の第３実施形態による半導体素子を示す俯瞰図である。図５は、本発明の第４実施形態による半導体素子を示す俯瞰図である。
【００３３】
図１は、本発明の第１実施形態による半導体素子１００を示す俯瞰図である。この半導体素子１００は、基板１０１の基板表面１０２に沿って、集積半導体構造を備えている。この実施形態では、光電子送信機１０３として形成されたレーザーダイオード、および、光電子受信機１０４として形成されたフォトダイオードが、基板１０１中に備えられている。なお、これらの送受信機は、光電子送信機１０３によって放射された光を、光電子受信機１０４によって検波できるように、互いに向かい合って設置されている。
【００３４】
光電子送信機１０３および光電子受信機１０４は、光電子送信機１０３から発せられていない光学エネルギーからの妨害に対して、第１光学フィルター素子１０５によって光学的に絶縁されている。つまり、第１光学フィルター素子１０５によって、光電子変換器１０３・１０４とそれらの周辺とは切り離されている。しかし、光電子変換器１０３・１０４どうしは、互いに光学的に連結されたままである。
【００３５】
さらに、妨害反応効果（stoerenden Rueckwirkungseffekten）を回避するために、光電子変換器１０３と１０４とは、第２光学フィルター素子１０６によって互いに切り離されている。この実施形態では、光電子送信機１０３と光電子受信機１０４との両方を、第２光学フィルター素子１０６を介して、望ましくない反射または共振から保護する。この保護は、主に、光電子送信機１０３に必要なので、他の実施形態では、光電子受信機１０４の入力部に第２光学フィルター素子１０６を使用しない。
【００３６】
上記のように、第１光学フィルター素子１０５および第２光学フィルター素子１０６を、光電子変換器１０３・１０４に対して規定の間隔を保って配置できる。しかし、光学フィルター素子１０５・１０６と光電子変換器１０３・１０４との間に、間隔を置かなくてもよい。つまり、光学フィルター素子１０５・１０６を、光電子変換器１０３・１０４の界面として実施してもよい。
【００３７】
また、光学フィルター素子１０５・１０６の機能は、第１方向から発せられる光エネルギーを、光学フィルター素子１０５・１０６の表面において完全に反射し、他方、第１方向とは逆方向である第２方向から発せられる光エネルギーを、光学フィルター素子１０５・１０６を介して、妨害を受けることなく伝送するということにある。しかし、光エネルギーを、入射方向の影響を受けても受けなくても、光学フィルター素子１０５・１０６によってフィルターすることもできる。この場合、光エネルギーをフィルターするということは、例えば、スペクトルおよび／または伝送されたスペクトルの強さの低減から、有効な導波管を選択することである。
【００３８】
この実施形態では、光学フィルター素子１０５・１０６として、擬１次元のフォトニック結晶をブラッグ構造の形状で使用する。このブラッグ構造は、光子がブラッグ構造を介して突き抜けることができる、ある確率を有している。したがって、ブラッグ構造において、光エネルギーを全反射することはできない。それゆえに、光学フィルター素子１０５・１０６は、常に２つのブラッグ構造が並んで配置されているように、提供されているのである。
【００３９】
また、光電子変換器１０３と１０４との間で信号を伝送するために、基板１０１中には、導波路カバー１０８によって取り囲まれた導波路１０７が備えられている。この導波路１０７は、光電子送信機１０３とそれに対応する光電子受信機１０４との間において、光エネルギーを確実に流すことができる。
【００４０】
基板１０１、光電子変換器１０３・１０４、光学フィルター素子１０５・１０６および導波路１０７、および、半導体素子１００の集積半導体構造の導波路カバー１０８用の物質として、例えば、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族、または、ＩＶ−ＩＶ族半導体物質を選択してもよい。この場合、以下の点に注意する必要がある。
・光電子変換器１０３・１０４用に選択された物質は、電子光学的に活性化している必要がある。
・光学フィルター素子１０５・１０６用に選択された物質は、望ましい光学フィルター特性を備えている必要がある。
・導波路１０７用に選択された物質は、光電子送信機１０３によって放射された光スペクトルを伝送できる必要がある。
・導波路カバー１０８用に選択された物質の屈折率を、導波路１０７と導波路カバー１０８との界面において光電子送信機１０３から放射された光スペクトルを完全に反射するように、導波路１０７に対して相対的に整合させる必要がある。
【００４１】
半導体素子１００は、エッチング、拡散、ドーピング、エピタキシー、注入、および、リソグラフィー等といった通常の半導体製造方法によって製造できる。
【００４２】
また、光電子変換器１０３・１０４、光学フィルター素子１０５・１０６、および、導波路カバー１０８を備えた導波路１０７を、基板１０１中に集積してもよいし、または、ウェハーの基板表面１０２上に、ウェハーから少なくとも部分的に突き出ているように形成してもよい。
【００４３】
これらの配置を明確に示すために、図２に、図１に示した半導体素子１００を切断線Ｌ１−Ｌ１に沿って縦に切断した図を示す。この図から、この実施形態の擬２次元配置によってのみ、第１光学フィルター素子１０５が、光電子変換器１０３・１０４の周りを取り囲んでいることがよく分かる。つまり、第１光学フィルター素子１０５によって、特に基板表面１０２に対して並行方向に、光学的に絶縁できる。
【００４４】
また、他の実施形態では、第１光学フィルター素子１０５が光電子変換器１０３・１０４を檻状に取り囲むことによって、光電子変換器１０３・１０４を光学的に絶縁することもできる。つまり、基板表面１０２の方を向いた、および／または、基板表面とは異なる方向を向いた、光電子変換器１０３・１０４の側面にも、第１光学フィルター素子１０５が備えられている。このことが特に有効であるのは、光電子変換器１０３・１０４が、基板表面１０２上に実装されており、それらの間で信号を伝送するために、導波路１０７および導波路カバー１０８を備えておらず、従って、信号伝送を例えば空気中で行う必要がある場合である。
【００４５】
図３は、本発明の第２実施形態による半導体素子３００を示す俯瞰図である。図１および図２に記載した構成要素については、ここでは新たに説明しない。半導体素子１００との相違点は、半導体素子３００の光電子変換器１０３・１０４間に、さらに、光電子変調器３０１および光電子増幅器３０２が集積されているという点にある。
【００４６】
光電子変調器３０１は、光電子送信機１０３によって放射された光を変調するものであるから、光電子送信機１０３の出力部に配置されている。同様に、光電子変調器３０１を妨害反応効果から保護するために、導波路１０７と光電子変調器３０１との間には、他の光学フィルター素子３０３が備えられている。
【００４７】
また、光電子増幅器３０２は、導波路１０７によって伝送された光が光電子受信機１０４によって検波される前に、この光を増幅するものである。この実施形態では、光電子増幅器３０２も、光電子送信機１０３から発生していない光エネルギーからの妨害に対して、他の光学フィルター素子３０３によって保護されている。
【００４８】
図４に、本発明の第３実施形態による半導体素子４００の俯瞰図を示す。この実施形態の半導体素子４００は、光電子送信機１０３と光電子変調器３０１との間に第２光学フィルター素子１０６のみが備えられているという点において、半導体素子３００とは異なっている。つまり、光電子送信機１０３のみを、妨害反応効果から保護する。
【００４９】
この実施形態では、故意に、光電子送信機１０３から発生していない光エネルギーから、光電子受信機１０４を分離保護しない。こうすることによって、同時に、光電子送信機１０３から放射されて光電子変調器３０１によって変調された光の偶発的なフィルタリングを行わないようにする。このことによって、半導体素子３００と比べて、半導体素子４００全体の検波感度およびデータ転送率は高くなる。
【００５０】
最後に、図５に、本発明の第４実施形態による半導体素子５００の俯瞰図を示す。特にこの実施形態の半導体素子５００では、上述した半導体素子と比べて、全ての光学フィルター素子１０５・１０６および導波路カバー１０８が、基板１０１に集積したブラッグ構造（擬２次元フォトニック結晶）によって実施されている。
【００５１】
また、光電子送信機１０３として、ＤＢＲレーザーダイオード（ＤＢＲ＝distributed Bragg reflector 分布ブラッグ反射器）またはＤＦＢレーザーダイオード（ＤＦＢ＝distributed feedback reflector 分布帰還型反射器）を用いる。このダイオードは、導波路１０７によって光電子受信機１０４の方向に合わせるよう設置されている。半導体素子５００内のブラッグ構造は、目的（例えばフィルターすること、および、導波）に応じて、異なるように形成されている。この場合、任意に組み合わせたＤＢＲ構造（擬１次元フォトニック結晶）およびＤＦＢ構造（擬２次元フォトニック結晶）を使用してもよい。
【００５２】
また、この図では、光電子変換器１０３と１０４との間の、導波路１０７による波の誘導は直線的であるが、任意の形状に曲げられた導波路１０７を使用してもよい。
【００５３】
この文献は、以下の刊行物を引用している。
[１]  ＥＰ  ０  ６９６  ８５９
[２]  ＤＥ  １９５  ４６  ７１７
[３]  ＤＥ  １９８  ０７  ７８３
[４]  ＥＰ  ０  ５１１  ７８７
[５]  Peter Kazlas他「モノリシック垂直共振器レーザー／光配線用のｐ−ｉ−ｎ  フォトダイオードトランシーバ配置（Monolithic Vertical-Cavity Laser / p-i-n Photodiode Transceiver Array for Optical Interconnects）」『IEEE Photonics Technology Letters』（１０巻１１号１５３０〜１５３２ページ、１９９８年）
[６]  ＵＳ  ５  ４３８  ２０８
[７]  ＵＳ  ５  ２６２  ６５６
[８]  ＵＳ  ５  ４３４  ４２６
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態による半導体素子を示す俯瞰図である。
【図２】半導体素子を図１の切断線Ｌ１−Ｌ１に沿って縦に切断した図である。
【図３】本発明の第２実施形態による半導体素子を示す俯瞰図である。
【図４】本発明の第３実施形態による半導体素子を示す俯瞰図である。
【図５】本発明の第４実施形態による半導体素子を示す俯瞰図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００          第１実施形態による半導体素子
１０１          基板
１０２          基板表面
１０３          光電子送信機
１０４          光電子受信機
１０５          第１フィルター素子
１０６          第２フィルター素子
１０７          導波路
１０８          導波路カバー
３００          第２実施形態による半導体素子
３０１          光電子変調器
３０２          光電子増幅器
３０３          他のフィルター素子
４００          第３実施形態による半導体素子
５００          第４実施形態による半導体素子
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年10月1日(2003.10.1)
【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】
集積半導体構造を備えた半導体素子（１００）であって、
・上記集積半導体構造上に光電子送信機（１０３）が実装されており、
・上記集積半導体構造上に光電子受信機（１０４）が実装されており、
・上記光電子送信機（１０３）および上記光電子受信機（１０４）は、半導体素子（１００）内の光電子信号を伝送するために備えられており、
・上記光電子送信機（１０３）および上記光電子受信機（１０４）が、互いに光学的に結合されており、光学フィルター素子（１０５）によって周囲から光学的に切り離されており、
・上記光学フィルター素子（１０５）は、周囲から上記光電子送信機（１０３）または上記光電子受信機（１０４）に向けられた第１方向の光エネルギーが、上記光学フィルター素子（１０５）の表面において完全に反射され、他方、上記第１方向とは逆方向である第２方向から発せられる光エネルギーが、上記光学フィルター素子（１０５）によって、妨害されずに伝送されるように形成されている、半導体素子。
【請求項２】
上記光電子送信機（１０３）と上記光電子受信機（１０４）との間に、光学フィルター素子（１０６）が備えられている、請求項１に記載の半導体素子（１００）。
【請求項３】
上記光学フィルター素子（１０５，１０６）が、光をほぼ完全に反射する界面を少なくとも１つ備えている、請求項１または２に記載の半導体素子（１００）。
【請求項４】
上記光をほぼ完全に反射する界面が、多次元のブラッグ構造をしている、請求項３に記載の半導体素子（１００）。
【請求項５】
上記光電子送信機（１０３）と上記光電子受信機（１０４）との間に、光電子変調器（３０１）が備えられている、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体素子（１００）。
【請求項６】
上記光電子送信機（１０３）と上記光電子受信機（１０４）との間に、光電子増幅器（３０２）が備えられている、請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体素子（１００）。
【請求項７】
上記光電子送信機（１０３）と上記光電子受信機（１０４）との間に、導波路（１０７）が備えられている、請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体素子（１００）。
【請求項８】
上記導波路（１０７）が、導波路構造またはフォトニック結晶からなる、請求項７に記載の半導体素子（１００）。
【請求項９】
上記構成要素、つまり、上記導波路（１０７），上記ブラッグ構造，上記光電子送信機（１０３），上記光電子受信機（１０４），上記光電子変調器（３０１），上記光電子増幅器（３０２）のうちの少なくとも１つが、半導体物質を含んでいる、請求項１ないし８のいずれかに記載の半導体素子（１００）。
【請求項１０】
上記半導体物質として、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を使用する、請求項９に記載の半導体素子（１００）。
【請求項１１】
上記半導体物質として、ＩＩ−ＶＩ族半導体を使用する、請求項９に記載の半導体素子（１００）。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の半導体素子（１００）であって、
・上記光電子送信機（１０３）がレーザーダイオードであり、
・上記光電子受信機（１０４）がフォトダイオードであり、
・上記光学フィルター素子（１０５・１０６）がフォトニック結晶である、半導体素子。
【請求項１３】
半導体素子（１００）の製造方法であって、
・集積半導体構造上に光電子送信機（１０３）を実装し、
・上記集積半導体構造上に、さらに、光電子受信機（１０４）を実装し、
・上記集積半導体構造上に、光学フィルター素子（１０５）として形成されたブラッグ構造を、上記光電子送信機（１０３）と上記光電子受信機（１０４）との互いに向かい合う側面以外の全面に実装し、
・上記光学フィルター素子（１０５）は、周囲から上記光電子送信機（１０３）または上記光電子受信機（１０４）に向けられた第１方向の光エネルギーが、上記光学フィルター素子（１０５）の表面において完全に反射され、他方、上記第１方向とは逆方向である第２方向から発せられる光エネルギーが、上記光学フィルター素子（１０５）によって、妨害されずに伝送されるように形成されている方法。
【請求項１４】
上記光電子送信機（１０３）と上記光電子受信機（１０４）との間の集積半導体構造上に、光学フィルター素子（１０６）として形成されたブラッグ構造を実装する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
上記光電子送信機（１０３）と上記光電子受信機（１０４）との間の集積半導体構造上に、光電子変調器（３０１）を実装する、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
上記光電子送信機（１０３）と上記光電子受信機（１０４）との間の集積半導体構造上に、光電子増幅器（３０２）を実装する、請求項１３ないし１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
上記光電子送信機（１０３）と上記光電子受信機（１０４）との間の集積半導体構造上に、光信号を上記光電子送信機（１０３）から上記光電子受信機（１０４）に伝送できる導波路（１０７）を装着する、請求項１３ないし１６のいずれかに記載の方法。
【国際調査報告】
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