(57)【要約】      （修正有）【課題】性能が改善され、製造することが簡単なままの送信器を提供する。【解決手段】誘電材料でできた層２０と、誘電材料でできた層２０上に直接延在する、不純物導入されたIII‐Ｖ族結晶性材料でできた副層３０と、不純物導入されたIII‐Ｖ族結晶性材料でできた副層３０を含むレーザ光源７と、変調器とを含み、変調器は、第１及び第２電極１２０、１３０に面する近位端１２、３２と、これらの近位端１２、３２の間に置かれた誘電材料でできた層２０の一部分とで形成された導波路７０と、１つ以上の剛性の誘電材料２０、１１６だけで構成され、第２電極１３０の遠位端３１から基板まで、及び、第２電極１３０の遠位端３１の全体の下に延在する領域３４とを含む、フォトニック送信器。【選択図】図１
2017143262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
「基板平面」と呼ばれる平面に主に延在する基板（１、２、４４、５５２）と、単結晶シリコンを含み、この基板上に直接に、基板平面に主に平行に延在する層（３）とを含む積層と、
光信号を生成することができ、III‐Ｖ族利得材料でできた層中でエッチングされた、III‐Ｖ族材料でできた第１導波路（２００）を含み、III‐Ｖ族利得材料でできたこの層は不純物導入されたIII‐Ｖ族結晶性材料でできた副層（３０）を含む、半導体レーザ光源（７）と、
同じ基板（１、２、４４、５２２）中で生成された、導かれた光信号の伝播損失及び伝播指数の変調器（１００、５６２、５７２）であって、半導体レーザ光源により生成された光信号を変調することができ、単結晶シリコンを含む層（３）の単結晶シリコン中に構成された、ｐ型又はｎ型の不純物が導入された単結晶シリコンでできた第１電極（１２０、５６４、５７４、６１４）と、第１電極のものとは反対型の不純物を有する不純物導入されたIII‐Ｖ族結晶性材料でできた第２電極（１３０）とを含む変調器（１００、５６２、５７２）とを含み、
単結晶シリコンを含む層（３）は、誘電材料中に密閉された単結晶シリコンを含む層であり、
積層は、単結晶シリコンを含む層（３）上に直接延在する誘電材料でできた層（２０）を含み、
不純物導入されたIII‐Ｖ族結晶性材料でできた副層（３０）は、誘電材料でできた層（２０）上に直接延在し、
変調器の第１電極は、基板平面に平行な横方向（Ｘ）において、近位端（１２、６１８）から遠位端（１１、５６６、６１６）まで延在し、光信号の伝播の方向（Ｙ）において縦に延在し、
変調器の第２電極は、横方向（Ｘ）において、第１電極（１２０、５６４、５７４、６１４）の近位端（１２、６１８）に面して位置する近位端（３２）から、基板平面に対して垂直で、近位端（１２、６１８、３２）を通る軸に関して、第１電極（１２０、５６４、５７４、６１４）の遠位端（１１、５６６、６１６）の反対側に位置する遠位端（３１）まで延在し、光信号の伝播の方向（Ｙ）において、縦に延在し、
誘電材料でできた層（２０）は、変調器の第１電極及び第２電極の近位端（１２、６１８、３２）の間に、それらを互いに電気的に絶縁するために置かれ、
変調器は更に、
変調される光信号を、光信号の伝播の方向（Ｙ）に導くことができ、複数の電極の近位端（１２、６１８、３２）と、これらの近位端（１２、６１８、３２）の間に置かれた、誘電材料でできた層（２０）の部分とで形成された第１導波路（７０）と、
第１導波路内部の電荷担体密度を修正するために、第１電極及び第２電極を異なる電位に電気的に接続するための、複数の電極（１２０、５６４、５７４、６１４、１３０）の遠位端（１１、５６６、６１６、３１）にそれぞれ機械的、電気的に直接接触するコンタクト部（２１、２２）と
１つ以上の剛性の誘電材料（２０、１１６）からでき、基板平面に垂直な方向においては、第２電極の遠位端（３１）から基板（１、２、４４、５５２）まで延在し、横方向（Ｘ）及び光信号の伝播の方向（Ｙ）においては、第２電極（１３０）の遠位端（３１）の全体の下に延在する領域（３４）と
を含むことを特徴とするフォトニック送信器。
【請求項２】
この変調器の第２電極（１３０）は、誘電材料でできた層（２０）上に直接延在する不純物導入されたIII‐Ｖ族結晶性材料でできた副層（３０）中でエッチングされる
請求項１記載の送信器。
【請求項３】
半導体レーザ光源は、単結晶シリコンを含む層（３）の単結晶シリコン中で生成されて、III‐Ｖ族材料でできた第１導波路（２００）の下に位置する第２導波路（２２０、６１０）を含み、この第２導波路は断熱的結合又はエバネセント結合によりIII‐Ｖ族材料でできた第１導波路（２００）に光学的に接続され、
第１電極（１２０、５６４、５７４）の近位端（１２）の最大厚さは、第２導波路（２２０、６１０）の最大厚さとは異なる
請求項１又は請求項２記載の送信器。
【請求項４】
第１電極（１２０、５６４、５７４）の近位端（１２）の最大厚さは、第２導波路（２２０、６１０）の最大厚さよりも断然小さい
請求項３記載の送信器。
【請求項５】
ｅ３２が第２電極（１３０）の近位端（３２）の最大厚さであるときに、第１電極（１２０、５６４、５７４）の近位端（１２）の最大厚さは、０．７ｅ３２〜１．３ｅ３２の間にある
請求項４記載の送信器。
【請求項６】
近位端（１２、６１８）と遠位端（１１、６１６）とは、厚さが近位端（１２、６１８）の最大厚さよりも断然小さい中間部分（５７６、６２０）により、互いに機械的、電気的に接続される
請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の送信器。
【請求項７】
中間部分（５７６、６２０）は、誘電材料で満たされた凹部（５７８、６２２）により、誘電材料でできた層（２０）から分離される
請求項６記載の送信器。
【請求項８】
第２電極は、ＩｎＰ又はＧａＡＳからできている
請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の送信器。
【請求項９】
送信器は更に、
レーザ光源により生成された光信号を導くことができ、単結晶シリコンを含む層（３）の単結晶シリコン中で生成された第３導波路（３２０）と、
この第３導波路（３２０）中を伝播する光信号の位相を調整するための装置（３００）と
を含み、
この調整装置（３００）は、
単結晶シリコンを含む層（３）の単結晶シリコン中で生成され、基板平面に平行で、第３導波路（３２０）中の光信号の伝播の方向（Ｙ）に垂直な横方向（Ｘ）において、第３導波路（３２０）と機械的に直接接触する近位端（５６）から、ｎ型又はｐ型の不純物が導入された遠位端（５８）まで延在し、基板平面に垂直な方向における近位端の最小厚さは、同じ方向における第３導波路の最大厚さよりも断然小さく、第３導波路（３２０）における光信号の伝播の方向に更に延在する腕部（３２４、６１２Ｇ、６１２Ｄ）と、
腕部（３２４、６１２Ｇ、６１２Ｄ）中の熱伝導により導波路を加熱することができる電流が遠位端（５８）を流れるようにするための、遠位端（５８）と機械的、電気的に直接接触するコンタクト部（５１Ｇ、５２Ｇ、５１Ｄ、５２Ｄ）と
を含む請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の送信器。
【請求項１０】
第１担体（１）と、誘電材料でできた埋め込み層（２）と、単結晶シリコンでできた層（４３）とを連続して含む第１積層を準備すること（５００）と、
不純物導入された単結晶シリコンでできた層の第１領域を得るために、単結晶シリコンでできた層（４３）に局所的に不純物を導入すること（５０２）と、
少なくとも第１不純物導入領域において、単結晶シリコンでできた層（４３）の厚さを薄くし、第１の薄くされた不純物導入領域を得て、一方で、「薄くされていない」と言われる他の領域において、単結晶シリコンでできた層（４３）の厚さを不変とするために、単結晶シリコンでできた層（４３）の厚さの部分的、局所的な第１エッチングを行うこと（５１４）と、
単結晶シリコンでできた層（４３）の第２の完全な局所的エッチングを、この第２エッチングの間にエッチングされる領域において、単結晶シリコンでできた層（４３）の厚さを完全に除去し、この第２エッチングが適用されないマスクされた領域において、単結晶シリコンでできた層（４３）の厚さを不変とし、単結晶シリコンでできた層（４３）の薄くされていない部分の単結晶シリコンでできた第２導波路と、近位端（１２）が第１の薄くされた不純物導入領域に生成され、近位端（１２）が第２導波路の厚さよりも断然小さい厚さを有する第１電極（１２０、５６４、５７４）とを同時に構成するために、マスクされた領域とエッチングされた領域とが、この第２エッチングの間に、互いに関して配置されるように、行うこと（５１６）と、
誘電材料中に密閉された単結晶シリコンの層（３）を得るために、誘電材料（１１６）中に、構成された単結晶シリコンでできた層（４３）を密閉すること（５１８）と、
密閉された単結晶シリコンの層（３）に、第２基板（４４、５５２）を結合すること（５２０）と、
第１担体（１）と、埋め込み層（２）の全部又はいくつかを除去し、第１担体（１）が除去された側の上の密閉された単結晶シリコンでできた層（３）上に誘電材料でできた層（２０）を生成すること（５２２）と、
誘電材料でできた層（２０）の上にIII‐Ｖ族利得材料でできた層（３６）を直接生成すること（５２４）と
を含む請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の半導体フォトニック送信器を製造するためのプロセス。
【請求項１１】
第１積層を準備することは、誘電材料でできた埋め込み層の厚さが１００ｎｍ又は７０ｎｍよりも小さい、第１積層を準備することを含む
請求項１０記載のプロセス。
【請求項１２】
変調器の第２電極（１３０）と、III‐Ｖ族結晶性材料でできた副層（３０）中のIII‐Ｖ族材料でできた導波路（２００）の帯状部（３３）とを同時に生成するために、不純物導入されたIII‐Ｖ族結晶性材料でできた副層（３０）をエッチングするステップを含む
請求項１０又は請求項１１記載のプロセス。
【請求項１３】
単結晶シリコンでできた層（４３）の局所的な不純物導入（５０２）の間に、第１領域の隣の第２領域が第１領域よりも弱く不純物導入され、
第２エッチング（５１６）の間に、第２の不純物導入領域に第１電極（１２０、５６４、５７４）の遠位端（１１、５６６）を生成するために、マスクされた領域と、エッチングされた領域とが互いに関して配置される
請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項記載のプロセス。
【請求項１４】
第１不純物導入領域に加えて、単結晶シリコンでできた層（４３）に追加不純物導入領域を得るために、単結晶シリコンでできた第１層（４３）の局所的な不純物導入が行われ（５０２）、
第１の薄くされた不純物導入領域に加えて、単結晶シリコンでできた層（４３）に少なくとも１つの追加の薄くされた領域を得るために、部分的、局所的な第１エッチング（５１４）が行われ、
完全な局所的な第２エッチング（５１６）の間に、第２導波路（２２０）及び第１電極（１２０、５６４、５７４、６１４）に加えて、単結晶シリコンでできた層（４３）の薄くされていない領域の単結晶シリコンでできた第３導波路（３２０）と、基板平面に平行で、第３導波路（３２０）中の光信号の伝播の方向に垂直な横方向において、第３導波路（３２０）と機械的に直接接触する近位端（５６）から、単結晶シリコンでできた層（４３）の追加不純物導入領域に生成された遠位端（５８）まで延在し、基板平面に垂直な方向における近位端（５６）の最小厚さが、同じ方向における第３導波路（３２０）の最大厚さよりも断然小さくなるように、近位端（５６）が単結晶シリコンでできた層（４３）の追加で薄くされた領域中に生成され、第３導波路（３２０）における光信号の伝播の方向に更に延在する腕部（３２４）とを同時に構成するために、マスクされた領域とエッチングされた領域とが配置され、
電流が遠位端（５８）を流れて腕部（３２４）を加熱するようにするために、腕部（３２４）の遠位端（５８）と機械的、電気的に直接接触するコンタクト部（５１Ｇ、５２Ｇ、５１Ｄ、５２Ｄ）を生成する（５３２）
請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源及び変調器を含むフォトニック送信器（photonic transmitter）に関する。本発明の他の主題は、この送信器を製造するためのプロセスである。
【背景技術】
【０００２】
「伝播損失」により意味されるものは、光学モードが導かれる導波路中を伝播する光学モードにより見られる光学的損失である。
【０００３】
「伝播指標（propagation index）」により意味されるものは、光学モードが導かれる導波路中を伝播する光学モードの有効な伝播指標である。
【０００４】
既知のフォトニック送信器は、
「基板平面」と呼ばれる平面に主に延在する基板と、単結晶シリコンを含み、この基板上に直接延在して、基板平面に主に平行な層とを含む積層（stack）と、
不純物が導入されたIII‐Ｖ族結晶性材料でできた副層（sublayer）を含むIII‐Ｖ族利得材料でできた層中でエッチングされたIII‐Ｖ族材料でできた第１導波路を含み、光信号（optical signal）を生成することができる半導体レーザ光源と、
同じ基板中で生成された導かれた光信号の伝播損失及び伝播指標の変調器であって、半導体レーザ光源により生成された光信号を変調することができ、単結晶シリコンを含む層の単結晶シリコン中で構成された、ｐ型又はｎ型の不純物導入された単結晶シリコンでできた第１電極と、第１電極のものとは反対型の不純物を有する、不純物導入されたIII‐Ｖ族結晶性材料でできた第２電極とを含む変調器と
を含む。
【０００５】
そのような送信器は、例えば、特許文献１に開示される。
【０００６】
その上、既知の変調器は、
単結晶シリコンでできた第１電極の近位端、
誘電材料でできた薄層、
第２電極の近位端
を互いの上部に直に積層することにより形成される導波路を含む。
【０００７】
例えば、そのような変調器は特許文献２に記載される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／０３８０９００号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／０１０３８５０号明細書
【特許文献３】国際公開第２０１１／０３７６８６号
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１５／００５５９１０号明細書
【特許文献５】米国特許第６８４５１９８号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１５／０２７７１５９号明細書
【０００９】
【非特許文献１】Martijn J. R. Heck et al., "Hybrid Silicon Photonic Integrated Circuit Technology", IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, 米国, IEEE, ２０１２年１２月１９日, Vol. 19, No. 4, p. 6100117
【非特許文献２】B. Ben Bakir et al., "Hybrid Si/III-V lasers with adiabatic coupling", 8th IEEE International Conference on Group IV Photonics, 英国, IEEE, ２０１１年９月１４〜１６日
【非特許文献３】B. Ben Bakir et al., "Heterogeneously Integrated III-V on Silicon Lasers", ECS Transactions, 米国, ECS, ２０１４年９月３０日, Vol. 64, No. 5, p. 211〜223
【非特許文献４】F. Van Laere et al., " Compact grating couplers between optical fibers and Silicon-on-Insulator photonic wire waveguides with 69% coupling efficiency", 2006 Optical Fiber Communication Conference and the National Fiber Optic Engineers Conference, 米国, IEEE, ２００６年３月５〜１０日
【非特許文献５】Amnon Yariv et al., "Supermode Si/III-V hybrid Lasers, optical amplifiers and modulators: proposal and analysis", Optics Express, 米国, OSA, ２００７年７月２３日, Vol. 14, No. 15, p. 9147〜9151
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
第１電極と第２電極との間に電位差を加えることにより、誘電材料でできた層と、第１電極及び第２電極の近位端との間の界面の位置での電荷担体密度は修正される。このことは、導波路中を伝播する導かれた光学場により見られる伝播損失及び伝播指標の修正をもたらす。典型的には、誘電材料でできた層は、二酸化シリコンでできた層である。二酸化シリコンでできたそのような層の上に、単結晶シリコンの層をエピタキシャル成長させることはとても難しい。したがって、多結晶又はアモルファスのシリコンから第２電極を生成することが提案されてきている。しかしながら、多結晶又はアモルファスのシリコンでできた電極を用いることは、場の光学的損失を増加させ、このことは望ましくない。
【００１１】
この欠点を改善するために、特許文献３は、単結晶シリコンでできた層の結合により、変調器の第２電極が単結晶シリコンから生成されることを可能にする製造プロセスを提案する。
【００１２】
特許文献４としては、III‐Ｖ族結晶性材料でできた層のシリコンに直接結合することにより、ＩｎＰのようなIII‐Ｖ族結晶性材料から第２電極を生成することを提案する。第２電極が多結晶又はアモルファスのシリコンから生成される場合と比べて、第２電極を生成するためにIII‐Ｖ族結晶性材料を用いることは、必然的に光学的損失を限定する。
【００１３】
より正確には、特許文献４の図２を参照して説明される変調器は、
「基板平面」と呼ばれる平面に主に延在する基板と、
単結晶シリコンを含み、この基板上に直接、かつ、基板平面に主に平行に延在する層と、
ｎ型又はｐ型の不純物が導入された単結晶シリコンででき、単結晶シリコンを含む層の単結晶シリコン中に構成され、基板平面に平行な横方向において、近位端から遠位端まで延在し、光信号の伝播の方向において縦に延在する第１電極と、
第１電極のものとは反対型の不純物を有する不純物導入されたIII‐Ｖ族結晶性材料ででき、横方向において、基板平面に垂直な軸に関して、第１電極の近位端と面して位置する近位端から、第１電極の遠位端とは反対の側に位置する遠位端まで延在し、近位端を通り、光信号の伝播の方向において、縦に延在する第２電極と、
誘電材料ででき、第１電極の近位端と第２電極の近位端とを互いに電気的に絶縁するために、それらの近位端の間に置かれた層と、
変調される光信号を光信号の伝播の方向に導くことができ、複数の電極の近位端とこれらの近位端の間に置かれた絶縁材料でできた層の部分とで形成される、第１導波路と、
第１導波路内部の電荷担体密度を修正するために、第１電極及び第２電極を異なる電位に電気的に接続するための、複数の電極の遠位端にそれぞれ機械的、電気的な直接の接触をするコンタクト部と、
基板平面に垂直な方向において、第２電極の遠位端から基板まで、及び、横方向及び光信号の伝播の方向において、第２電極の遠位端の全体の下に、延在する領域と、
を備える。
【００１４】
特許文献４では、第２電極の遠位端の下を、単結晶シリコン層が成膜された基板まで延在する領域は、空気のブロック（特許文献４の図２において参照される１１２）により導波路から絶縁された、単結晶シリコンでできたブロック（特許文献４の図２において参照される１１６）を含む。
【００１５】
組み立てにより、特許文献２〜４の変調器では、変調器の第１電極の近位端を構成する単結晶シリコンの厚さは、基板に成膜された単結晶シリコンの全体の厚さに等しくなくてはならない。
【００１６】
先行技術は、特許文献５、６、１及び非特許文献１からも知られている。
【００１７】
ここに記載される本発明は、性能が改善され、製造することが簡単なままの送信器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
それゆえ、その主題は、請求項１に係るそのような送信器である。
【００１９】
請求項に係る送信器では、変調器は、特許文献４の変調器の低損失の利点を保つ。このことは、電極の１つが単結晶シリコンででき、一方で、他の電極がIII‐Ｖ族結晶性材料でできているためである。
【００２０】
加えて、請求項に係る変調器は、特許文献４の変調器と比べて、寄生容量が無く、このため、特許文献４の変調器のものよりももっと速い変調速度が得られることを可能にする。より正確には、特許文献４の変調器の第２電極（特許文献４の図２において参照される１０４）の遠位端は、誘電材料でできた層（特許文献４の図２において参照される１１８）及び単結晶シリコンでできた層のブロック（特許文献４の図２において参照される１１６）と一緒に、特許文献４の変調器の変調速度を著しく減少させる寄生容量を形成することが発見された。対照的に、請求項に係る変調器では、第２電極の遠位端の下に位置する領域は、誘電材料だけから形成され、この位置における寄生容量の容量は著しく削減される。
【００２１】
一般に、第１電極が誘電材料により密閉されるという事実は、この変調器の製造を更に容易にする。例えば、請求項に係る変調器の場合に、互いに向き合う電極の位置合わせの誤差は大きな寄生容量を生じないので、この位置合わせの許容誤差はかなり大きいかもしれない。
【００２２】
この送信器の実施の形態は従属請求項の１つ以上の特徴を含んでも良い。
【００２３】
送信器のこれらの実施の形態は、更に、次の利点を有する。
レーザ光源のIII‐Ｖ族材料でできた導波路を生成するために用いられるものと同じIII‐Ｖ族結晶性材料でできた副層内で、第２電極が生成されるという事実は、送信器の製造を大いに簡単にする。
第１電極の近位端の厚さが、レーザ光源のIII‐Ｖ族材料でできた導波路の下に位置する単結晶シリコンでできた導波路の厚さとは異なるという事実は、レーザ光源の動作及び変調器の動作の両方が改善されることを可能にする。特に、レーザ光源の動作を改善するためには、このレーザ光源のIII‐Ｖ族材料でできた導波路の下に位置する導波路の厚さが大きいことが好ましい。対照的に、変調器の動作を改善するためには、第１電極の近位端の厚さが第２電極の近位端の厚さとおおよそ等しいことが好ましい。しかしながら、第２電極の近位端の厚さは、III‐Ｖ族材料でできた導波路の下に位置する導波路の厚さよりも一般に小さい。
第１電極の近位端の最大厚さが第２導波路の最大厚さよりも断然小さいという事実は、導波路中を伝播する光学場の強度の最大が位置する箇所を、誘電材料でできた層により近付けることを可能にする。そうすることにより、この変調器の複数のコンタクト部の間に電位差が加えられたときに、電荷担体密度が最大である領域に、この箇所がより近付けられる。このことは、この変調器の有効性を改善する。
同様に、第２電極の近位端の最大厚さに近くなるように、第１電極の近位端の最大厚さを選択することは、特に、もしもその材料、この場合には例えば、ＩｎＰ及びシリコン、又は、ＧａＡｓ及びシリコンがほぼ同じ屈折率を有しているならば、変調器の有効性を改善する。例えば、もしも屈折率ｎ１が区間０．７ｎ２〜１．３ｎ２、及び、好ましくは、区間０．８５ｎ２〜１．１５ｎ２又は０．９５ｎ２〜１．０５ｎ２にあるならば、屈折率ｎ１及びｎ２はほぼ同じであると判断される。電極中の薄くされた中間部分の存在は、送信器の製造中の位置合わせ誤差の重大さを限定し、寄生容量が削減された変調器が得られることを可能にする。
シリコンでできた腕部（arm）を含み、腕部の遠位端が不純物導入されたシリコンから形成された電気抵抗を形成し、腕部の近位端がシリコンでできた導波路と機械的に直接接触するような位相調整装置（phase tuning device）を用いることは、この導波路中での伝播損失を限定する間に、この導波路が効果的に加熱されることを可能にする。特に、この調整装置では、電気抵抗は導波路から離れており、それゆえ、この導波路中の伝播損失を増加させない。このように、導波路の領域に不純物を導入することにより、又は、導波路のすぐ近くに電気抵抗を生成することにより得られる電気抵抗を含む既知の調整装置と比べて、この調整装置は有利である。特に、後の２つの場合において、伝播する光信号の光学場の強度が大きい領域の内部に電気抵抗が位置し、それゆえ実質的な伝播損失を誘発する。
【００２４】
本発明の他の主題は、請求項に係る送信器を製造するためのプロセスである。
【００２５】
請求項に係る製造プロセスでは、単結晶シリコンの厚さは、望み通りに、特に、第２電極の厚さに依存して調整されても良い。このように、導かれた光学場の最大強度を、誘電材料でできた層の界面の位置に、すなわち、電荷担体密度の変化が最大のところに位置させることが可能である。このことは、特許文献２〜４の変調器を製造するためのプロセスでは不可能である。特に、これらの特許文献では、第１電極の近位端を構成する単結晶シリコンの厚さは、単結晶シリコンでできた層の最大厚さに等しくなければならない。それは、第１電極の近位端の位置だけで削減されることはできない。しかしながら、シリコンでできたこの層中で生成される導波路を含む送信器の場合には、シリコンでできた層の厚さを設定するのは、この導波路の最大厚さである。それゆえ、送信器を製造するための既知のプロセスでは、第１電極の近位端の厚さは自由に調整されることはできない。加えて、請求項に係るプロセスは、変調器の第１電極の近位端の幅における誤差が限定されることも可能にする。特に、特許文献４では、シリコンでできた電極の近位端の左側は第１エッチング工程で生成され、この近位端の右側は第２エッチング工程で生成される。もしも、各エッチング工程での位置合わせ誤差が±１００ｎｍであるならば、特許文献４の変調器のこの近位端の幅Ｗでの誤差は±２００ｎｍである。対照的に、請求項に係るプロセスは、第１電極の近位端の右側及び左側が同時にエッチングされることを可能にする。それゆえ、第１電極の近位端の幅Ｗの誤差は、請求項に係るプロセスでは±１００ｎｍだけである。
【００２６】
その上、製造プロセスの実施の形態は、次の利点を有する。
誘電材料ででき、その厚さが１００ｎｍ又は７０ｎｍよりも小さい埋め込み層を用いることは、この層にとって好ましい厚さを得るために除去される材料の量が限定されることを可能にする。このおかげで、好ましい厚さの、得られた層はより平坦であり、変調器の性能及びレーザ光源の性能を改善する。
変調器の第２電極とレーザ光源のいくつかの部分を同時に製造することは、送信器の製造を簡単にする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、何ら限定しない例として単に与えられた次の明細書を、図面を参照して読むことにより、良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】垂直断面における送信器の概略図である。
【図２】図１の送信器の変調器及び位相調整装置の平面の概略図である。
【図３】図１の送信器を製造するためのプロセスのフローチャートである。
【図４】図３のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図５】図３のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図６】図３のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図７】図３のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図８】図３のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図９】図３のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図１０】図３のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図１１】図３のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図１２】図３のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図１３】図３のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図１４】図３のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図１５】図３のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図１６】図１の送信器の他の可能な実施の形態の垂直断面における概略図である。
【図１７】図１の送信器の他の可能な実施の形態の垂直断面における概略図である。
【図１８】図１の送信器の他の可能な実施の形態の垂直断面における概略図である。
【図１９】図１の送信器の他の可能な実施の形態の垂直断面における概略図である。
【図２０】図１９の送信器を製造するためのプロセスの部分的なフローチャートである。
【図２１】図２０のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図２２】図２０のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図２３】図２０のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図２４】図２０のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図２５】図１８の送信器を製造するためのプロセスの概略図である。
【図２６】図２５のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図２７】図２５のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図２８】図２５のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図２９】図２５のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図３０】図２５のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【図３１】図２５のプロセスの実施中に得られる製造のいろいろな状態の垂直断面における概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
これらの図面では、同じ参照番号が同じ要素を示すために用いられる。この明細書の残りの部分では、当業者によく知られた特徴及び機能は、詳細には説明されない。
【００３０】
図１は、受信機に、例えば、光ファイバを介してデータビット（data bit）を送信するための、位相変調及び／又は強度変調された光信号の送信器５を示す。この目的のために、送信器５は、光信号を出射するレーザ光源７を含み、光信号の位相及び／又は強度は、この光信号の位相及び／又は強度を変調するためのシステム６により次に変調される。
【００３１】
例えば、レーザ光源７により出射される光信号の波長λＬｉは１２５０〜１５９０ｎｍの間にある。
【００３２】
システム６は、位相だけを、強度だけを、又は、位相と強度とを同時に変調するシステムであっても良い。
【００３３】
典型的には、レーザ光源７は分布ブラッグ反射（ＤＢＲ：distributed Bragg reflector）レーザ又は分布帰還型（ＤＦＢ：distributed feedback）レーザであっても良い。そのようなレーザ光源は良く知られており、本発明が理解されるために必要な詳細だけがここでは説明される。例えば、一般的な詳細及びそのようなレーザ光源の動作モードについての詳細のために、この明細書を読む人は、非特許文献２、３を参照しても良い。
【００３４】
図１及び後の図面を簡単にするために、レーザ光源７の１つのハイブリッドレーザ導波路２００、２２０及び１つの表面格子結合器（surface grating coupler）８だけが示される。
【００３５】
そのような結合器８は、例えば、非特許文献４に記載される。それは、誘電材料１１６に密閉された単結晶シリコンを含む層３中で生成される。一般に、誘電材料は、２０℃で１０−７Ｓ／ｍよりも小さい、好ましくは、１０−９Ｓ／ｍ又は１０−１５Ｓ／ｍよりも小さい電気伝導率を有している。加えて、誘電材料１１６の場合は、その屈折率はシリコンの屈折率よりも断然小さい。例えば、この実施の形態において、誘電材料１１６は二酸化シリコンである。
【００３６】
層３は、主に水平に、剛性基板４４上に直接延在する。層３では、単結晶シリコンは基板４４の平面に平行な所定の水平平面に位置する。ここでは、層３の単結晶シリコンも、誘電材料１１６により基板４４から機械的、電気的に絶縁される。
【００３７】
図１及び後の図面では、水平は、直交座標系のＸ方向及びＹ方向により示される。この直交座標系のＺ方向は垂直方向を示す。以下、「上（upper）」「下（lower）」「上側（above）」「下側（below）」「上端（top）」「下端（bottom）」のような用語は、このＺ方向に関して定義される。用語「左（left）」「右（right）」はＸ方向に関して定義される。用語「前（front）」「後（back）」はＹ方向に関して定義される。
【００３８】
図１は、Ｘ方向及びＺ方向に平行な垂直平面の断面における送信器５の要素を示す。
【００３９】
例えば、層３における単結晶シリコンの最大厚さは、１００〜８００ｎｍの間にある。この例では、層３における単結晶シリコンの最大厚さは、３００ｎｍ又は５００ｎｍに等しい。
【００４０】
基板４４は水平に延在する。この例示的な実施の形態では、基板４４は、担体４４１と、誘電材料でできた層４４２との連続的な積層から形成される。担体４４１の厚さは、典型的には２００μｍ又は４００μｍよりも大きい。例えば、担体４４１はシリコンでできた担体である。層４４２は二酸化シリコンでできている。層４４２の厚さは、典型的には５００ｎｍ又は１μｍ又はそれよりも大きい。
【００４１】
ハイブリッドレーザ導波路２００、２２０は、III‐Ｖ族利得材料中で生成された導波路２００と、単結晶シリコンでできた導波路２２０とからできている。一般に、導波路２００は、レーザ光源７の光共振器（optical cavity）内部の光信号を生成し、増幅するために用いられる。ここでは、この目的のために、それは、誘電材料１１７中に密閉されたIII‐Ｖ族利得材料を含む層３６中で生成される。例えば、材料１１７は二酸化シリコン又は窒化シリコンである。この層３６は、水平に、誘電材料でできた層２０上に直接延在する。層２０は、この層３の基板４４とは反対側に、水平に層３上に直接延在する。
【００４２】
層２０の厚さは、典型的には、０．５〜２０ｎｍの間にあり、好ましくは、５〜２０ｎｍの間又は１〜１０ｎｍの間にある。ここでは、層２０の厚さは６ｎｍに等しい。
【００４３】
層３６は、典型的には、不純物導入された下の副層３０と、４元材料（quaternary material）でできた量子ウェル又は量子ドットの積層３４と、副層３０のものとは反対型の不純物で不純物導入された上の副層３２とを備えている。副層３０、３２は、例えばここでは、ｐ型又はｎ型の不純物が導入されたＩｎＰでできている。この場合には、積層３４は、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡｓなどでできた副層が交互した積層である。
【００４４】
図１では、副層３０、積層３４及び副層３２の中に、１つの帯状部（strip）３３、１つの積層２３３及び１つの帯状部２３４がそれぞれ示され、生成されている。帯状部３３、積層２３３、帯状部２３４のこの重ね合わせが導波路２００を構成する。
【００４５】
導波路２００は、更に、
帯状部３３と機械的、電気的に直接接触し、積層２３３の左及び右にそれぞれ位置するコンタクト部２４３Ｇ、２４３Ｄと、
帯状部２３４と機械的、電気的に直接接触するコンタクト部２４４と
を含む。
【００４６】
これらのコンタクト部２４３Ｇ、２４３Ｄ、２４４は、コンタクト部２４３Ｇ、２４３Ｄとコンタクト部２４４との間のIII‐Ｖ族利得材料でできた導波路２００に、電流が注入されることを可能にする。
【００４７】
導波路２２０は、シリコンでできていて、層３の単結晶シリコン中で生成される。この導波路２２０は、帯状部３３の下に延在する。図１では、導波路２２０内部の光信号の伝播の方向がＹ方向に平行である特別な場合の導波路２２０が図示により示されている。この目的のため、例えば、導波路２２０は帯状部配置（strip configuration）と呼ばれるものを有している。このように、ＸＺ平面に平行な、この導波路の横断面は、中央突起部２２２を含み、中央突起部２２２からは両側にＸ方向に平行に、横方向のより薄い腕部２２３Ｇ、２２３Ｄが延在する。ここでは、導波路２２０は、層２０の一部分だけにより帯状部３３から分離される。例えば、導波路２２０は、エバネセント結合（evanescent coupling）又は断熱的結合（adiabatic coupling）により導波路２００に光学的に結合される。断熱的結合を達成する１つの方法の詳細な説明のために、この明細書を読む人は、非特許文献５を参照しても良い。
【００４８】
導波路２２０と導波路２００との間の光学的結合の特性は、特に、導波路２２０の大きさに依存し、特に、中央突起部２２２の厚さに依存する。それゆえ、この突起部２２２の厚さが、同じ基板４４上に生成された他のフォトニック構成要素の大きさとは独立して調整可能であることが重要である。例えば、ここでは、突起部２２２の厚さは、層３の単結晶シリコンの最大厚さ、すなわち、この例では３００ｎｍ又は５００ｎｍに等しい。
【００４９】
光信号の位相又は強度を変調するために、システム６は、導かれる光信号の伝播損失及び伝播指標の少なくとも１つの変調器、及び、しばしば少なくとも１つの位相調整装置を含む。例えば、システム６は、マッハツェンダ干渉計であり、レーザ光源７により生成された光信号の強度及び／又は位相を変調するために、この干渉計の分岐部（branch）の１つに変調器及び位相調整装置が配置される。マッハツェンダ干渉計の構造はよく知られており、ここでは詳細には説明されない。それゆえ、図１を簡単にするために、１つの変調器１００及び１つの位相調整装置３００だけがＸＺ平面に平行な垂直断面で示される。
【００５０】
装置３００は、導波路３２０内部をＹ方向に平行に伝播する光信号の位相が調整されることを可能にする。例えば、導波路３２０はＸ方向よりもＹ方向に長い。導波路３２０はシリコンでできており、層３の単結晶シリコン中で生成される。ここでは、その厚さは、例えば、突起部２２２の厚さに等しい。シリコンの屈折率は温度に応じて大きく変化する。このように、導波路３２０の温度を変化させることにより、この導波路での光信号の伝搬速度を修正し、それゆえ、光信号の位相を調整することが可能である。この目的のために、装置３００は、導波路３２０のそれぞれの側にそれぞれ配置された２つの加熱器３２２Ｇ、３２２Ｄを含む。ここでは、加熱器３２２Ｄは、Ｙ方向及びＺ方向に平行で、導波路３２０の中心を通る垂直平面に関して、直交対称（orthogonal symmetry）により、加熱器３２２Ｇから推測される。このように、加熱器３２２Ｇだけが、次に、図１、２を参照して、より詳細に説明される。
【００５１】
加熱器３２２Ｇは、近位端５６から遠位端５８までＸ方向に平行に延在する腕部３２４を含む。腕部３２４はＹ方向にも平行に延在する。腕部３２４はシリコンからできている。ここでは、それは、層３の単結晶シリコン中で生成される。
【００５２】
近位端５６は導波路３２０と機械的に直接接触をする。例えば、ここでは、近位端５６は導波路３２０の垂直側面に接触する。この目的のために、腕部３２４及び導波路３２０は、材料のたった１つのブロックを形成する。
【００５３】
ここでは、導波路３２０中の光信号を制限するために、近位端５６の厚さは、導波路３２０の最大厚さよりも小さい。例えば、近位端５６の厚さは、導波路３２０の最大厚さの、１．５分の１、２分の１、３分の１、又は、４分の１である。
【００５４】
単結晶シリコンが抵抗性を示すようにし、導波路３２０を用いて材料のたった１つのブロックを形成する電気抵抗を形成するために、遠位端５８は不純物が導入される。図１では、単結晶シリコンの不純物導入された領域は、細かいハッチングが施され、暗く見える。この実施の形態では、腕部３２４の全部がここでは不純物導入された単結晶シリコンから作られるように、近位端５６にも遠位端５８と同じ方法で不純物が導入される。腕部３２４の不純物導入されたこの領域と、導波路３２０との間の最短距離は、例えば、２００ｎｍ又は４００ｎｍよりも断然大きい。
【００５５】
遠位端５８の内側を電流が流れるようにするために、加熱器３２２Ｇは、遠位端５８と機械的、電気的に直接接触する２つのコンタクト部５１Ｇ、５２Ｇも含む。ここでは、これらのコンタクト部５１Ｇ、５２ＧはＹ方向に交互に位置し、そして、このＹ方向の遠位端５８の各端部に位置する。加熱部３２２Ｄのコンタクト部は、図２において見られるように、それぞれ参照番号５１Ｄ、５２Ｄが与えられている。
【００５６】
コンタクト部５１Ｇ、５２Ｇを介して分配される電流が、遠位端５８を通るときに、遠位端は、受け取られた電気エネルギーのいくらかを、熱伝導により、近位端５６から導波路３２０まで伝播する熱に変換する。このように、加熱器３２２Ｇは、導波路３２０中に、又は、この導波路のすぐ近くに、何らかの抵抗性要素を注入する必要なしで、導波路３２０が加熱されることを可能にする。このように、導波路３２０に直接不純物を導入することにより電気抵抗が得られるような場合に関して、光信号のパワーの損失は限定される。それゆえ、装置３００は、導波路３２０中の光信号の位相がゆっくりと調整されることを可能にする。対照的に、それは、光信号の位相が急速に変化させられることを可能にしない。
【００５７】
逆に、変調器１００は、光信号の位相が急速に修正されることを可能にする。この目的のために、それは２つの電極１２０、１３０を含む。これらの電極１２０、１３０は図２の平面図で見られても良い。
【００５８】
電極１２０は、不純物導入された単結晶シリコンでできている。それは、層３の単結晶シリコン中で生成される。それは、Ｘ方向に、近位端１２から遠位端１１まで延在する。それはまたＹ方向にも延在する。
【００５９】
ここでは、遠位端１１は、近位端１２よりもより濃く不純物が導入される。例えば、遠位端１１での不純物濃度は、１０１８〜２×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の間である。近位端１２での不純物濃度は、１０１７〜２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の間である。
【００６０】
電極１３０は、電極１２０のものとは逆導電型の不純物が導入されたIII‐Ｖ族結晶性材料からできている。ここでは、それは、副層３０中のＩｎＰからできている。電極１３０の不純物濃度は、例えば、１０１７〜２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の間、又は、１０１７〜２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の間である。
【００６１】
電極１３０はＸ方向に平行に、近位端３２から遠位端３１まで延在する。電極１３０はＹ方向にも延在する。それは、層２０上に直接位置する。
【００６２】
近位端３２は近位端１２に面して位置し、これらの近位端の間に置かれた層２０の一部分だけによりこの近位端１２から分離される。Ｙ方向及びＺ方向に平行で、近位端１２、３２を通る垂直平面に関して、遠位端３１はこの平面の一方の側に位置し、遠位端１１は他方の側に位置する。遠位端１１、３１はそれゆえ面しない。
【００６３】
図１及び後の図面の実施の形態において、遠位端３１から基板４４まで垂直に延在する領域３４は、剛性の誘電材料だけを含む。ここでは、それは、誘電材料１１６及び層２０の問題である。このおかげで、この端３１と基板４４との間の寄生容量は、著しく削減される。より正確には、領域３４は、
上端では、電極１３０と層２０との間の界面の高さに位置する水平平面により、
下端では、層３と基板４４との間の界面の高さに位置する水平平面により、
水平に境界を設けられる。
領域３４は、ずっとぐるりと（all the way therearound）走る仮想の垂直端により垂直に境界を設けられる。この垂直端は、水平平面での領域３４の正射影が同じ水平平面での遠位端３１の正射影と区別がつかないように、形作られる。この水平平面での遠位端３１の正射影は、この水平平面での電極１３０の、同じ平面での近位端３２の正射影を減算した後の、正射影に対応する。この平面での近位端３２の正射影は、この水平平面での電極１３０、１２０の正射影の共通部分に等しい。図２に示されるように、電極１３０、１２０の水平断面が長方形であるような特別な場合には、領域３４は、
左には、Ｙ方向及びＺ方向に平行で、遠位端３１のＹ方向及びＺ方向に平行な垂直側面を通る垂直面により、
右には、Ｙ方向及びＺ方向に平行で、近位端１２のＹ方向及びＺ方向に平行な垂直側面を通る垂直面により、
前には、Ｘ方向及びＺ方向に平行で、遠位端３１のＸ方向及びＺ方向に平行な垂直前側面を通る垂直面により、そして、
後には、Ｘ方向及びＺ方向に平行で、遠位端３１のＸ方向及びＺ方向に平行な垂直後側面を通る垂直面により、
垂直に境界を設けられる。
図１では、領域３４は、領域３４を円で満たすことにより強調されている。しかしながら、ここでは、領域３４の内側に位置する誘電材料と、この領域３４の外側に位置する誘電材料との間に不連続性はない。上で説明した垂直端が「仮想」であると修飾されるのは、このためである。
【００６４】
レーザ光源７により生成された光信号をＹ方向に導くことができる導波路７０を形成するために、遠位端１２、層２０の一部分及び近位端３２のＺ方向における重ね合わせは、必要な寸法で形成される。導波路７０、３２０は、例えば、断熱的結合によりお互いに光学的に接続される。
【００６５】
導波路７０中を伝播する光信号の光学場の最大強度が位置する箇所Ｍが、層２０のできるだけ近くに位置し、好ましくは、近位電極１２、３２の間に置かれたこの層２０の一部分の中央に位置するように、近位端１２、３２の最大厚さは選択される。特に、これらの近位端の間に電位差が存在するときに、電荷担体密度が最大になるのは、近位端１２、３２と、層２０との間の界面の位置である。このように、箇所Ｍをこの位置にすることにより、変調器１００の有効性は改善される。この実施の形態では、近位端１２、３２の屈折率は互いに近い。それゆえ、箇所Ｍが層２０の内側に位置するように、近位端１２、３２の最大厚さは、実質的に等しくなるように選択される。例えば、ｅ３２が近位端３２の最大厚さであるときに、近位端１２の最大厚さｅ１２は０．５ｅ３２〜１．５ｅ３２の間、好ましくは、０．７ｅ３２〜１．３ｅ３２の間にある。例えば、ここでは、厚さｅ１２、ｅ３２はそれぞれ３００ｎｍに等しくなるように選択される。
【００６６】
変調器１００は、更に、それぞれ遠位端１１、３０と機械的、電気的に直接接触する２つのコンタクト部２１、２２を含む。これらのコンタクト部２１、２２は、送信器５により送信されるデータビットに応じて指令可能な電圧源に接続される。
【００６７】
次は、送信器５を動作させる、１つの可能な方法である。レーザ光源７は、光信号を生成する。この光信号の少なくとも一部分は、分岐部の少なくとも１つが変調器１００及び位相調整装置３００を連続して含む、マッハツェンダ干渉計の方に向けられる。それゆえ、変調された光信号を形成するために、光信号のこの部分は、マッハツェンダ干渉計の他の分岐部により導かれた光信号の他の部分と再結合される前に、導波路７０及び導波路３２０により連続して導かれる。例えば、導波路７０、３２０は断熱的結合により互いに光学的に結合される。
【００６８】
送信器１００を製造するためのプロセスが、図３〜１５を参照して次に説明される。図４〜１５は、Ｘ方向及びＺ方向に平行な垂直断面における送信器５の製造のいろいろな状態を示す。
【００６９】
ステップ５００において、プロセスが、基板４の準備で始まる。ここでは、この基板４はシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ： silicon-on-insulator）基板である。この基板４は、Ｚ方向に直接重ねて積層された、
シリコンででき、慣習的に４００μｍ又は７００μｍよりも大きな厚さの担体１と、
二酸化シリコンでできた埋め込み層２と、
単結晶シリコンででき、この段階では、まだ、エッチングも誘電材料に密閉もされていない層４３と
を含む。
【００７０】
層２の厚さは、例えば、３５ｎｍ又は５０ｎｍよりも大きく、更には、５００ｎｍ又は１μｍよりも大きい。層２の厚さは、一般に、１０μｍ又は２０μｍよりも小さい。好ましくは、図３のプロセスの実施のために、層２の厚さは、１００ｎｍ又は７０ｎｍよりも小さい。
【００７１】
ステップ５０２において、層４３の局所的な不純物導入が行われる。ここでは、所定の不純物型の不純物導入領域５０６（図５）が層４３に生成される第１局所不純物導入動作５０４が最初に行われる。これらの領域５０６は、調整装置３００の将来の腕部及び変調器１００の電極１２０の位置にだけ生成される。これらの領域５０６は、遠位端５８及び近位端１２のものに等しい不純物濃度を有する。
【００７２】
次に、領域５０６よりも濃く不純物導入される領域５１０（図６）を得るために、層４３が不純物導入される第２不純物導入動作５０８が行われる。領域５１０は、ここでは領域５０６の１つと部分的に重ね合わせられる。例えば、領域５０６の１つの一部分に新しい注入を適用することにより領域５１０は得られる。領域５１０は電極１２０の将来の遠位端１１の位置に生成される。ここでは、領域５１０の不純物導入は、遠位端１１の不純物導入に等しい。
【００７３】
ステップ５１４において、電極１２０及び加熱器３２２Ｇ、３２２Ｄの腕部３２４の位置のシリコンの厚さを薄くするために、層４３は部分的局所的第１エッチング（図７）を受ける。このステップ５１４の最後には、領域５０６、５１０は薄くされ、層４３の最初の厚さよりも小さい厚さを有する。ここでは、薄くされた領域５０６、５１０の厚さは、電極１２０及び腕部３２４の厚さに等しい。
【００７４】
このステップ５１４において、例えば、将来の表面結合部（surface coupler）８及び導波路２２０の横方向の腕部２２３Ｇ、２２３Ｄのパターンを形成するために、不純物が導入されていない領域で層４３の厚さも薄くされる。対照的に、このステップ５１４において、「薄くされていない」領域と呼ばれる他の領域はエッチングされず、それらの最初の厚さを保つ。特に、これらの薄くされていない領域は、導波路２２０の突起部２２２の位置、及び、導波路３２０の位置にある。
【００７５】
ステップ５１６において、層４３の完全な局所的なエッチングが行われる（図８）。部分的な端とは対照的に、完全なエッチングはそれが適用されるマスクされていない領域において、層４３のシリコンの厚さを完全に除去する。逆に、マスクされた領域は、この完全なエッチングから層４３を保護する。この完全なエッチングは、層４３中に、導波路２２０、３２０、調整装置３００の腕部、表面結合部８及び電極１２０を同時に構成するために行われる。この目的のために、これらのいろいろな要素に対応する領域だけがマスクされる。このステップの最後には、図８に示される状態が得られる。
【００７６】
ステップ５１８において、前の複数のステップで構成された、単結晶シリコンの層４３は、二酸化シリコン中に密閉される（図９）。そして、誘電材料１１６に密閉された単結晶シリコンを含む層３が得られる。材料１１６の上面は、次に、結合、例えば、直接結合のために調整される。例えば、材料１１６の上面は、化学機械研磨（ＣＭＰ：chemical-mechanical polishing）処理のような処理を用いて研磨される。
【００７７】
ステップ５２０において、基板４の上面、すなわち、この段階では材料１１６の研磨された面は、基板４４（図１０）の外側面と、例えば、直接結合により結合される。基板４４は図１を参照して既に説明された。
【００７８】
ステップ５２２において、担体１が除去され、層３上の二酸化シリコンの薄い層だけを残すために、層２が部分的に薄くされる。このように、ここでは、層３を覆い、層２０（図１１）を形成する誘電材料の薄い層を残すために、誘電材料でできた層２の一部分だけを除去することにより、層２０が生成される。このように、このステップの最後には、基板４４及び層３、２０を含む積層が得られる。
【００７９】
ステップ５２４において、III‐Ｖ族利得材料でできた層３６Ａ（図１２）が層２０の上に生成される。例えば、層３６Ａは導波路２２０及び電極１２０の上側で層２０に結合される。層３６Ａは、電極１２０のものとは反対型の不純物が導入されたＩｎＰでできた副層３０、積層３４及び副層３２を含む。
【００８０】
ステップ５２６において、副層３２に帯状部２３４を、そして、積層３４に積層２３３を構成するために、副層３２及び積層３４の完全な局所的なエッチング（図１３）が行われる。このステップでは、副層３０はエッチングされない。
【００８１】
ステップ５２８において、副層３０に帯状部３３及び電極１３０を同時に構成するために、副層３０の完全な局所的なエッチング（図１４）が行われる。
【００８２】
ステップ５３０において、構成された層３６Ａは、誘電材料１１７に密閉される（図１５）。そして、誘電材料１１７中に密閉されたIII‐Ｖ族利得材料を含む層３６が得られる。
【００８３】
最後に、ステップ５３２において、コンタクト部２１、２２、５１Ｇ、５２Ｇ、５１Ｄ、５２Ｄ、２４３Ｇ、２４３Ｄが生成される。そして、図１に示されるような送信器５が得られる。
【００８４】
この製造プロセスは多くの利点を有する。特に、
層２０の厚さが正確に制御されること、及び、どこでも同じ高さを有する層３の側に生成されるために、特に平坦な層２０が得られることを可能にし、層３６Ａの結合を簡単にする。
電極１２０の厚さが、導波路２２０の厚さとは独立して、より一般的には、単結晶シリコンでできた層４３の厚さとは独立して正確に調整されることを可能にする。このことは、一般に、レーザ光源７の動作を改善するために、導波路２２０の厚さが極めて大きく、すなわち、ここでは約５００ｎｍであり、帯状部３３の厚さが極めて小さい、すなわち、ここでは約３００ｎｍ又は１５０ｎｍである必要があることから、特に有益である。対照的に、上で説明されたように、変調器１００の動作を改善するために、電極１２０の厚さ、特に、その近位端１２の厚さは、近位端３２の厚さに応じて選択されなければならない。ここでは、近位端３２の厚さは、結晶性ＩｎＰでできた副層３０の厚さにより設定される。それゆえ、それは、３００ｎｍ又は１５０ｎｍである。
このプロセスは、送信器５の製造を複雑にしない。例えば、それは、同一のエッチング動作で、導波路２００の帯状部３３と、変調器１００の電極１３０とが生成されることを可能にする。同様に、電極１２０と導波路２２０とは同じエッチング動作で同時に製造される。
このプロセスは、遠位端３１の下に寄生容量を形成することを防ぎ、それゆえ、変調器１００がより速く動作することを可能にする。
【００８５】
図１６は、基板４４が基板５５２に置き換えられたことを除いて、送信器５と同一である送信器５５０を示す。基板５５２は、層４４２が除外されたことを除いて基板４４と同一である。送信器５５０を製造するためのプロセスは、例えば、ステップ５２０において、基板４４の代わりに用いられるのが基板５５２であるあることを除いて、送信器５に関して説明されたものと同じである。
【００８６】
図１７は、変調器１００が変調器５６２に置き換えられたことを除いて、送信器５と同一である送信器５６０を示す。変調器５６２は、電極１２０が電極５６４に置き換えられたことを除いて、変調器１００と同一である。電極５６４は、遠位端１１が遠位端５６６に置き換えられたことを除いて、電極１２０と同一である。遠位端５６６は、その最大厚さがここでは、近位端１２の厚さよりも大きいことを除いて、遠位端１１と同一である。ここでは、遠位端５６６の厚さは、導波路２２０の、それゆえ、単結晶シリコンでできた層４３の最大厚さに等しい。
【００８７】
図１８は、変調器１００が変調器５７２に置き換えられたことを除いて、送信器５５０と同一である送信器５７０を示す。変調器５７２は、電極１２０が電極５７４に置き換えられたことを除いて、変調器１００と同一である。
【００８８】
電極５７４は、近位端１２及び遠位端１１が、中間部分５７６により機械的、電気的に互いに接続されていることを除いて、電極１２０と同一である。中間部分５７６の厚さｅ５７６は近位端１２の最大厚さよりも断然小さい。中間部分５７６は、誘電材料で満たされた凹部５７８により層２０から分離される。ここでは、凹部５７８は材料１１６で満たされる。この凹部の下端は本質的に水平であり、深さｐ５７８により層２０から離間される。深さｐ５７８は典型的には５０ｎｍ又は１００ｎｍよりも大きい。ここでは、深さｐ５７８は１５０ｎｍに等しい。電極５７４のこの配置は、導波路７０の幅をより良く制御することを可能にする。特に、この実施の形態において、導波路７０の幅は、Ｘ方向における近位端１２の幅Ｗだけによって設定される。特に、Ｘ方向において、近位端１２を超えて延在する電極１３０の部分は、凹部５７８により電極５７４から絶縁される。この幅Ｗは、δが典型的には±５ｎｍ又は±１０ｎｍに等しい誤差であるときに、エッチングにより±δ以内で定義される。それゆえ、電極５７４のこの配置は、電極１３０の位置の誤差により影響されないことを可能にする。特に、電極１３０は、典型的には、±３０ｎｍ又は±１００ｎｍに等しい精度δａｌで、リソグラフィの位置合わせにより配置される。凹部５７８がないときは、導波路７０の幅Ｗは、電極１３０、１２０の重なりの幅により、それゆえ、±δａｌの誤差で定義される。その上、図１８の実施の形態は、変調器の容量がより良く制御されることを可能にする。例えば、変調器５７２の容量の誤差は約１．６％であり、凹部５７８がないときは、この誤差が２５％に近いことが計算されている。
【００８９】
遠位端１１での光信号の伝播を防ぐ又は制限するために、厚さｅ５７６は選択される。ここでは、この厚さｅ５７６は、近位端１２の厚さよりも小さい。例えば、ｅ１２が近位端１２の最大厚さであるときに、厚さｅ５７６は、０．５ｅ１２よりも小さいか、０．５ｅ１２に等しい。ここでは、厚さｅ５７６は１５０ｎｍに等しく、厚さｅ１２は３００ｎｍに等しい。例えば、図２５のプロセスを参照して説明されるように、部分５７６は生成される。
【００９０】
図１９は、導波路２２０が導波路６１０に置き換えられ、表面結合部８が表面結合部６０８に置き換えられ、調整装置の腕部が腕部６１２Ｇ、６１２Ｄに置き換えられ、電極１２０が電極６１４に置き換えられたことを除いて、送信器５と同一である送信器６００を示す。
【００９１】
電極６１４は、電極１３０の近位端３２に面する近位端６１８と、コンタクト部２１に機械的、電気的に直接接続された遠位端６１６と、端６１６、６１８に機械的、電気的に接続する中間部分６２０とを含む。
【００９２】
前の実施の形態とは対照的に、近位端６１８の厚さは、ここでは、導波路６１０の最大厚さに等しい。それゆえ、ここではこの厚さは、単結晶シリコンでできた層４３の最大厚さに等しい。この実施の形態は更に、電極１３０の遠位端３１の下に、剛性の誘電材料だけで構成される領域３４を有するという利点を有する。このように、送信器６００の変調器だけは、この位置に無視できる寄生容量を有し、それゆえ、その動作は特許文献４で説明された変調器よりも速い。
【００９３】
この実施の形態において、遠位端６１６の厚さは、近位端６１８の厚さに等しい。遠位端６１６中の光信号の伝播を防ぐために、中間部分６２０の厚さは、近位端６１８の厚さよりも断然小さく、好ましくは、２分の１である。図１８の実施の形態と同様に、中間部分６２０は、材料１１６で満たされた凹部６２２により層２０から分離されている。図１８の実施の形態の利点を保つために、中間部分６２０及び凹部６２２は、中間部分５７６及び凹部５７８に関して説明されたように形作られる。
【００９４】
送信器６００を製造するためのプロセスが、次に、図２０〜２４を参照して説明される。
【００９５】
プロセスは、それぞれ、ステップ５００、５０２と同一のステップ６５０、６５２で開始する。不純物導入領域５０６、５１０がまったく同じ位置に位置していないことを除いて、図６に示された状態と同一の、図２１に示される状態が次に得られる。
【００９６】
ステップ６５４において、将来の中間部分６２０の位置の単結晶シリコンを薄くするために、層４３は、ステップ５１４を参照して説明されたもののように、部分的局所的なエッチング（図２２）を受ける。この部分的局所的なエッチングは、更に、将来の腕部６１２Ｇ、６１２Ｄ、導波路６１０の横方向の腕部、及び、表面結合部６０８の位置の単結晶シリコンを同時に薄くするために用いられる。
【００９７】
ステップ６５６において、単結晶シリコン中に、電極６１４、表面結合部６０８、腕部６１２Ｇ、６１２Ｄ、及び、導波路６１０を同時に構成するために、層４３は完全な局所的なエッチング（図２３）を受ける。このステップは、例えば、ステップ５１６に関して説明されるように行われる。
【００９８】
ステップ６５８（図２４）において、単結晶シリコンは二酸化シリコン中に密閉される。このように、誘電材料１１６中に密閉された単結晶シリコンの層３が得られる。材料１１６の上面は次に直接結合のために調整される。このステップは、上で説明されたステップ５１８と同様である。
【００９９】
次に、送信器６００の製造は、図３のプロセスのステップ５２４〜５３２を用いて継続する。図２０を簡単にするために、次のこれらのステップは示されない。
【０１００】
図２５は、送信器５７０を製造するためのプロセスを示す。このプロセスは、図３のプロセスのステップ５２２〜５２４の間に追加のステップ７０２〜７１４を含むことを除いて、図３のものと同一である。図２５を簡単にするために、ステップ５２２より前のステップ及びステップ５２４よりも後のステップは示されない。
【０１０１】
ステップ７０２（図２６）において、窒化シリコンの層７２０が層２０の上に直接形成される。
【０１０２】
ステップ７０４（図２７）において、電極１２０中で凹部５７８がエッチングされなければならない位置に面する層７２０だけが完全に除去される。このように、層７２０はこの段階からエッチングマスクを形成する。
【０１０３】
ステップ７０６（図２８）において、凹部５７８及び電極１２０の中間部分５７６を生成するために、電極１２０は、層７２０により形成されたエッチングマスクを介して部分的にエッチングされる。
【０１０４】
ステップ７０８（図２９）において、シリコン酸化膜のような誘電材料でできた層７２２が、層７２０の上面に直接形成される。この層７２２は凹部５７８を完全に満たす。
【０１０５】
ステップ７１０（図３０）において、層７２０を停止層として用いて、上面が平坦化、すなわち、研磨される。例えば、この研磨は物理的化学的研磨（化学機械平坦化）である。このステップの最後には、層７２０の上面は覆われておらす、外部に直接さらされる。凹部５７８自体は、誘電材料で満たされたままである。
【０１０６】
ステップ７１２（図３１）において、層２０の上面の覆いをとるために、層７２０が完全に除去される。
【０１０７】
ステップ７１４において、層２０の覆いがとられた面が研磨され、ステップ５２４の層３６Ａの結合のために調整される。
【０１０８】
多くの他の実施の形態が可能である。例えば、変調器１００は、更に、リング変調器であっても良い。この目的のために、コンタクト部２１、２２の間に加えられる電位差に応じて電荷担体密度が修正されても良いリング導波路を形成するために、導波路７０が折り重ねられる。典型的には、このリング導波路は、変調される光信号が伝搬する導波路にエバネセント結合により結合される。この場合に、位相調整装置３００は除外されても良い。このように、導波路７０はリング導波路の限定された部分だけを構成しても良い。
【０１０９】
他の実施の形態では、変調器は、通過する光信号の強度を変調するために用いられる。特に、導波路７０の電荷担体密度の修正は、通過する光信号の強度も修正する。
【０１１０】
変形例として、近位端１２だけが薄くされ、遠位端１１は薄くされない。このように、この実施の形態では、例えば、端１１の厚さは、単結晶シリコンでできた層４３の厚さに等しい。特に、層２０の中央に光信号の光学場の強度の最大が位置する箇所Ｍを置くためには、端１２、３２の厚さが重要である。遠位端１１、３１の厚さはこの箇所に関して特に重要ではない。
【０１１１】
変形例として、近位端１２及び遠位端１１の不純物導入は同じである。このように、電極１２０の製造の間の単結晶シリコンでできた層４３に不純物を導入する２つのステップのうちの１つは除外されても良い。
【０１１２】
材料１１６及び層２０に関して、他の誘電材料も可能である。例えば、それは窒化シリコン、窒化アルミニウム、電気絶縁性ポリマー、酸化アルミニウムの問題であっても良い。加えて、層２０の場合に、その屈折率はシリコンのものよりも必ずしも低くはない。
【０１１３】
他の変形例では、送信機の動作に本質的ではない位置において、層２０は完全に除去される。例えば、近位端１２、３２の間、導波路２２０と帯状部３３との間を除いて、それは完全に除去される。他の変形例では、層２０は更に導波路２２０と帯状部３３との間で除去される。
【０１１４】
層３６を生成するための他のIII‐Ｖ族利得材料も可能である。例えば、層３６は、下端から上端まで次の積層
ｎ型不純物が導入されたＧａＡｓでできた下の副層、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓ量子ウェルでできた量子ドットを含む副層、ｐ型不純物が導入されたＧａＡｓでできた上の副層
から形成される。
【０１１５】
副層３０を生成するために用いられるIII‐Ｖ族材料は異なるものであっても良い。例えば、それは、ｎ型又はｐ型の不純物が導入されたＧａＡｓの問題であっても良い。ｐ型の不純物が導入されたＩｎＰ中の光学的損失は、ｎ型の不純物が導入されたＩｎＰのものよりも大きいこと、それゆえ、変調器において、電極１３０としてｎ型の不純物が導入されたＩｎＰを用いるのが好ましいことは、注目される。
【０１１６】
他の実施の形態では、電極１３０は、帯状部３３を生成するために用いられるものとは異なるIII‐Ｖ族材料から生成される。この場合には、電極１３０と帯状部３３とは、III‐Ｖ族材料でできた同じ副層中で構成されない。
【０１１７】
どのような実施の形態でも、ｐ型不純物導入領域とｎ型不純物導入領域とを逆にすることが可能である。
【０１１８】
変形例として、コンタクト部のいくつか又は全ては、材料１１７を介してではなく、基板４、４４、５５２を介して生成される。この場合に、前の図面に示されるものに関して、１つ以上の電気的コンタクト部は基板の下に現れる。
【０１１９】
変形例として、導波路７０、２２０、３２０、６１０は曲げられる。この場合に、これらの導波路に光学的に結合された、いろいろな要素の配置は、これらの導波路の曲率半径に適応される。
【０１２０】
導波路２２０は、「帯状部」配置と呼ばれる、すなわち、横方向の腕部２２３Ｇ、２２３Ｄが除去されたもの、又は、光信号を導くことができる他のどのような配置を有しても良い。
【０１２１】
変形例として、加熱器３２２Ｄが除外される。他の変形例において、遠位端５８の厚さは、近位端５６の厚さよりも断然大きい。例えば、遠位端５８の厚さは、導波路３２０の最大厚さに等しい。
【０１２２】
近位端５６の不純物導入は遠位端１１のものとは異なっても良い。例えば、近位端５６の不純物導入は遠位端５８のものと同じでも、異なっても良い。他の変形例では、近位端５６は不純物が導入されない。
【０１２３】
他の製造プロセスも可能である。例えば、絶縁層２０が、異なる製造プロセスにより得られても良い。例えば、ステップ５２２は、層２が層３に至るまで完全に除去され、次に、覆いを取られた層３上に層２０が形成されるステップに置き換えられても良い。この場合に、任意には、層２０は、材料１１６とは異なる、電気的絶縁性ポリマー又はＡｌ２Ｏ３のような絶縁材料中で生成されても良い。層２が完全に除去された後に、層３の表面を酸化することにより、又は、III‐Ｖ族材料でできた副層３０が層３に直接結合する前に副層３０を酸化することにより、層２０を生成することも可能である。
【０１２４】
他の変形例として、薄くされていない領域を薄くされた領域に変換し、薄くされた領域を完全に除去するために、完全な局所的第２エッチングを、層３の表面の全ての均一なエッチングに置き換える。
【０１２５】
上で説明された位相調整装置のいろいろな実施の形態が、変調器のいろいろな実施の形態とは独立して実施されても良い。特に、シリコンでできた導波路中を伝播する光信号の位相を調整する必要があるフォトニックシステムであって、請求項に係るもののような変調器を含むか否かに拘わらないどのようなフォトニックシステムにおいても、位相調整装置は用いられても良い。例えば、調整装置は、特許文献４で説明されたもののような変調器を用いたどのようなフォトニックシステムに提供されても良い。それは、変調器を含まないフォトニックシステムで用いられても良い。
【０１２６】
中間部分５７６、６２０があることは、同じ基板上にレーザ光源及び／又は調整装置があることとは独立して実行されても良い。それは、更に、変調器の複数の電極を製造するために用いられるどのような材料に適用されても良い。そのような中間部分は、これらの電極の１つで生成されるのと同様に、両方の電極で等しく生成されても良い。中間部分が生成される電極は、層２０上に位置する電極と同様に、層２０下に位置する電極であっても良い。中間部分の厚さは、近位端の厚さよりも小さくなくてはならない。対照的に、その厚さは、遠位端の厚さよりも必ずしも小さくなくても良い。例えば、その厚さは、遠位端の厚さに等しくても良い。例えば、部分５７６、６２０のような中間部分は有利には、特許文献２〜５などで説明された変調器の実施の形態に導入されても良い。
【図１】
2017143262.tif 000003
【図２】
2017143262.tif 000004
【図３】
2017143262.tif 000005
【図４】
2017143262.tif 000006
【図５】
2017143262.tif 000007
【図６】
2017143262.tif 000008
【図７】
2017143262.tif 000009
【図８】
2017143262.tif 000010
【図９】
2017143262.tif 000011
【図１０】
2017143262.tif 000012
【図１１】
2017143262.tif 000013
【図１２】
2017143262.tif 000014
【図１３】
2017143262.tif 000015
【図１４】
2017143262.tif 000016
【図１５】
2017143262.tif 000017
【図１６】
2017143262.tif 000018
【図１７】
2017143262.tif 000019
【図１８】
2017143262.tif 000020
【図１９】
2017143262.tif 000021
【図２０】
2017143262.tif 000022
【図２１】
2017143262.tif 000023
【図２２】
2017143262.tif 000024
【図２３】
2017143262.tif 000025
【図２４】
2017143262.tif 000026
【図２５】
2017143262.tif 000027
【図２６】
2017143262.tif 000028
【図２７】
2017143262.tif 000029
【図２８】
2017143262.tif 000030
【図２９】
2017143262.tif 000031
【図３０】
2017143262.tif 000032
【図３１】
2017143262.tif 000033
【外国語明細書】
2017143262000001.pdf