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JP7334045B2 - シリコン導波路に光学的に接続されたレーザーを含むフォトニックデバイス及びこのようなフォトニックデバイスの製造方法 - Google Patents

シリコン導波路に光学的に接続されたレーザーを含むフォトニックデバイス及びこのようなフォトニックデバイスの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、オプトエレクトロニクス及びフォトニックデバイスの分野に関する。
より具体的には、本発明の主題は、いくつかのシリコンフォトニック部品を収容するように意図された導波路と、光を放出することができる利得媒体を含むシリコン上のハイブリッドレーザーとを含むフォトニックデバイスである。
ＩＩＩ－Ｖ族半導体材料で作られた利得媒体のような、光を放出することができる利得媒体を含む、シリコンフォトニック部品と少なくとも１つのハイブリッドレーザーとを集積するハイブリッドフォトニックデバイスの製造は、シリコンフォトニック部品を収容する第１のシリコン導波路及びハイブリッドレーザーの組成に入る第２のシリコン導波路の寸法に関する設計上の制約を考慮に入れなければならない。このようなハイブリッドレーザーは、一般に以下を含む：
－光を放射することができる少なくとも１つの利得媒体を含む利得構造体であって、第２のシリコン導波路の一部分を覆い、それによってハイブリッド導波路を形成する利得構造体、
－前記利得構造体の利得媒体を含む共振キャビティを形成することを可能にする光フィードバック構造体、
－第２のシリコン導波路とハイブリッド導波路との間の光学遷移。
本明細書の上部及び残りにおいて、「利得構造体」は、そのような構造体が、前記利得構造体に沿って分布されるブラッグ格子等の光フィードバック構造体に結合されるときに、レーザータイプの発光を提供するために特に刺激され得る発光を提供するのに適した半導体材料を有する構造体を意味すると解釈される。このような利得構造体は、発光が発生する材料である、少なくとも１つの利得媒体と、どちらかの側に、利得媒質の電気的ポンピングを可能にするために、互いに反対のタイプの導電性をそれぞれ有する第１及び第２の領域と、を有する。特に赤外線の波長範囲、特に１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍの波長範囲で発光を与えるための、半導体材料を有するレーザーの従来の用途では、第１及び第２の領域及び利得媒体は、インジウムリンＩｎＰ又はガリウムヒ素ＧａＡｓで作られる基板にエピタキシャル成長によって形成される。実際に、これらの材料とそれらの四元系合金との小さな格子差は、レーザー放射性能を最適化するのに理想的な、第１及び第２の領域と良好な結晶品質の利得媒体とを提供することを可能にする。
このような利得構造体の利得媒体は、光の放出を与える一連の量子井戸を含み得る。量子井戸における光学モードの閉じ込め係数を増加させるために、前記井戸は、一般に２つの障壁層によって囲まれている。量子井戸の代わりに、利得媒質は、量子ドットを含んでもよい。そのような量子井戸又は量子箱を形成するために、そのようなハイブリッドレーザーの従来の構成では、利得媒体は、例えば、インジウムリンＩｎＰ、ガリウム砒素ＧａＡｓ、インジウムヒ素ＩｎＡｓ、インジウムガリウム砒素リン化物ＩｎＧａＡｓＰ、インジウムガリウムアルミニウム砒化物ＩｎＧａＡｌＡｓ、アルミニウムガリウムヒ素ＡｌＧａＡｓ、及び、インジウム砒素リン化物ＩｎＡｓＰ、及び、それらの合金、を含む群から選択される少なくとも２つの半導体材料を含み得る。同様に、第１及び第２の領域は、インジウムリンＩｎＰ、ガリウム砒素ＧａＡｓ、インジウムガリウム砒素ＩｎＧａＡｓ、インジウム砒素ＩｎＡｓ、インジウムガリウム砒素リン化物ＩｎＧａＡｓＰ、インジウムガリウムアルミニウム砒化物ＩｎＧａＡｌＡｓ、インジウムアルミニウム砒素窒化物ＩｎＧａＡｓＮ、アルミニウムガリウム砒素ＡｌＧａＡｓ、及び、インジウム砒素リン化物ＩｎＡｓＰ、及び、それらの合金、を含む群から選択される少なくとも１つの半導体材料で作られ得、第１及び第２の領域の一方は、多数キャリアが電子である第１の導電型であり、他方は、多数キャリアが正孔である第２のタイプの導電型である。
このような利得構造体は、「垂直」タイプ又は「横方向」タイプのどちらでもよい。第１の場合、すなわち「垂直」タイプの利得構造体では、第１の領域、利得媒体及び第２の領域は、支持体の表面の層の積層体よって構成される。そのような構成では、利得構造体を形成する積層体の厚さは、一般に１から３μｍの間に含まれる。第２の場合、つまり「横方向」タイプの利得構造体では、第１の領域、利得媒体及び第２の領域は、支持体に沿って接触して連続している。横方向タイプの利得構造体の典型的な厚さは、５００ｎｍ程度である。
本明細書の上部及び残りにおいて、「光フィードバック構造体」は、導波路内に生成され、利得媒体を含む導波共振キャビティを形成することを可能にする光学構造体を意味すると解釈される。従って、この同じ共振キャビティの端部の間のキャビティの導波路内を光場が行き来して、利得媒質の誘導放出を発生させる。
本発明の範囲内で、レーザーは、いわゆる分布帰還型（ＤＦＢ）レーザーである。このような構成では、光フィードバック構造体は、利得構造体の下又は中にある、波長選択ミラーを形成する、ブラッグ格子などの分布反射器によって構成される。
Ｓ．Ｋｅｙｖａｎｉｎｉａと彼の共著者は、２０１３年に科学雑誌「Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」、第３８巻、第２４号、５４３４から５４３７頁に発表された彼らの研究に、そのようなレーザーを含むフォトニックデバイスを記載している。図１によって本明細書に再現されたこの文献の図１（ａ）に示されるように、このデバイスは、
－支持体１２０、
－二酸化ケイ素ＳｉＯ２からなり、支持体１２０と接触している中間層４２０、
－シリコン材料２０１からなる層、
－層２０１に形成された第１の導波路２１０、
－層２０１に形成された第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５であって、２つずつ光学的に接続されて、第１及び第５の導波路セクション２１１、２１５の少なくとも一方によって第１の導波路２１０に光学的に接続されている、第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、
－導波路及び第１から第５の導波路セクションと共にフォトニックデバイス１の導波面２００を形成する誘電充填材料２０５、
－この文献ではベンゾシクロブテン（ＢＣＢとしてよりよく知られている）によって形成され、中間層４２０とは反対側の導波面を覆う第１の誘電体層１１０、
－第１の誘電体層１１０と接触し、光を放射することができる少なくとも１つの利得媒体３２１を含む利得構造体３１０であって、利得構造体３１０が、第３の導波路セクション２１３に面する中央部分と、第２及び第４の導波路セクション２１１、２１４に面する第１及び第２の端部を有し、それによって、利得構造体３１０の中央部分が、第３の導波路セクション２１３と共にレーザーハイブリッド導波路を形成し、第２及び第４の導波路セクション２１２、２１４及び利得構造体３１０の第１及び第２の端部が、レーザーハイブリッド導波路と、それぞれ第１及び第５の導波路セクション２１１、２１５との間の光学モードの第１及び第２の光学遷移領域を形成する、利得構造体３１０、
を備える。
この文献では、「レーザーハイブリッド導波路」という用語の代わりに、発明の範囲から逸脱することなく、「ハイブリッドレーザー導波路」又は「ハイブリッドレーザーの導波路」という、より一般的な用語を使用することもできることに留意されたい。
ＤＦＢレーザーを形成するために、第３の導波路セクションは、配列パターンを含み、前記配列パターンは、フィードバック構造体と利得媒体３２１の少なくとも一部を含む共振キャビティとを形成するために、利得構造体の下に分布ブラッグ格子２２３を形成する。従来の構成によれば、この文献に記載されているブラッグ格子２２３は、図１に示すように、第３の導波路セクションの幅ＷＬの広い隆起部と呼ばれる比較的広い横断面部と、ＷＬ未満の幅ＷＮの狭い隆起部と呼ばれる比較的狭い横断面部との交互によって構成される。図１に示されるブラッグ格子２２３の構成では、幅ＷＮは、ゼロである。
この文献の残りの部分では、狭い隆起部の幅ＷＮがゼロであるブラッグ格子２２３は、垂直波形又はパターニングを有するブラッグ格子と呼ばれることに留意されたい。
ブラッグ格子を形成するパターンは、誘電体層１１０と接する第３の導波路セクション２１３の厚さの一部に配置されている。
このようなブラッグ格子を使用すると、カッパ力として知られ、ｋｇと記されたフィードバック力を定義することができる。このフィードバック力は、同じ長さの広い隆起部と狭い隆起部とを考慮すれば、以下の式から計算することができる。
（１）Ｋｇ＝２（ｎｅｆｆ２－ｎｅｆｆ１）／λ
ここで、λは、共振キャビティの共振波長、ｎｅｆｆ１及びｎｅｆｆ２は、それぞれ広い隆起部及び狭い隆起部の面ｓでハイブリッド導波路内に導波する光学モードの実効屈折率である（すなわち、幅ＷＮが０、図１の窪み）。
Ｓ．Ｋｅｙｖａｎｉｎｉａと彼の共著者は、図２に再現されている彼らの研究に提供されている図２のグラフによって、第１の誘電体層１１０の厚さＤが減少すると、カッパ値が増加することを示した。
それらを計算するには、Ｓ．Ｋｅｙｖａｎｉｎｉａと彼の共著者は、以下の構成を使用した：４００ｎｍのシリコン層２０１の厚さ、２２０ｎｍの第１の導波路２１０の厚さ、４００ｎｍの第３の導波路セクション２１３である第２の導波路の厚さ、２５０ｎｍで第１の計算のために設定された隆起部の厚さ（４００ｎｍ／１５０ｎｍと表示）、２２０ｎｍで第２の計算のために設定された隆起部の厚さ（４００ｎｍ／１８０ｎｍと表示）、２０００ｎｍで第３の計算のために設定された隆起部の厚さ（４００ｎｍ／２００ｎｍと表示）。
図２に示すグラフは、これらの３種類の波形の厚さＤの関数としてのカッパ計算を示しています（２５０ｎｍ、２２０ｎｍ及び２００ｎｍの隆起部の厚さ）。それにより、最小カッパ値は、１００ｎｍの中間層４２０の厚さに対して４０ｃｍ－１に等しく、この同じ層の５０ｎｍの厚さに対してほぼ２００ｃｍ－１に達し、２０ｎｍの厚さに対して４００ｃｍ－１を超える。この刊行物の著者はまた、隆起部の厚さを変更することによって、広い隆起部を有する第３の導波路セクションの領域と狭い隆起部を有する領域との間の体積比を変更することによってブラッグ格子のフィードバック力を減少させることができることを示すが、図２に示されるように、この変化は、制限されたままである。
依然として、このフィードバック力は、利得構造体３１０の寸法に応じて調整する必要がある。実際に、それぞれ５００μｍ及び１０００μｍの長さを有する利得構造体を含むレーザーを正しく動作させるためには、フィードバック力は、それぞれ２０から４０ｃｍ－１及び１０から２０ｃｍ－１に含まれなければならないことが知られている。より一般的には、利得構造体の長さとカッパの積は、１から２の間に含まれる必要がある。
従って、これらの寸法上の制約のために、かなりの長さの利得構造体、及び、第１の誘電体層１１０の比較的薄い厚さ、すなわち１００ｎｍ未満の厚さの両方を有するＤＦＢレーザーを提供することは、Ｓ．Ｋｅｙｖａｎｉｎｉａと彼の共著者によって提案されたようなフォトニックデバイスの通常の構成では不可能である。
Ｈ．Ｄｕｐｒｅｚと彼の共著者も、科学雑誌「ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒ」、第２８巻、第１８号、１９２０頁から１９２３頁で２０１６年に公開された彼らの研究の範囲内で同じ観察を行った。彼らの研究に記載されているフォトニックデバイスでは、採用される構成は、５００ｎｍのシリコン層２０１の厚さ、３００ｎｍの第１の導波路２１０の厚さ、５００ｎｍの第２の導波路の厚さである。ブラッグ格子２２３は、順に７７０、８００及び８３０ｎｍに等しい幅ＷＬの広い隆起部と、順に３７０及び６００ｎｍに等しい幅の狭い隆起部とを交互に繰り返すことでパターニングによって形成され、この隆起部は、誘電体層１１０に接触している２００ｎｍの厚さのシリコン層２０に形成される。
本明細書の残りの部分では、ブラッグ格子２２３が狭い隆起部の非ゼロの幅ＷＮを有するような構成が、横方向の波形又はパターンを有するブラッグ格子と記されることに留意されたい。
垂直波形の場合と同じように、横方向のパターンに対して、式（１）からブラッグ格子のフィードバック力を定義することができる。
当業者に知られているように、約３μｍの厚さの活性構造体３１０、及び、全体の厚さ５００ｎｍの第２、第３及び第４の導波路セクション２１２、２１３及び２１４に対して、レーザーハイブリッド導波路と第１及び第２の光学遷移領域との間の光損失を最小にするために、著者らが、ここで８００ｎｍ前後の幅ＷＬを有する広い隆起部を選択することを課し、約８００ｎｍより大きい広い隆起部の幅ＷＬを有することが好ましいことに留意されたい。従って、広い隆起部の幅ＷＬを狭くすることを可能にする、Ｈ．Ｄｕｐｒｅｚと彼の共著者の論文の図２（特に図２ａを参照）に示されているブラッグ格子のフィードバック力の変動から利益を得ることは不可能である。
Ｈ．Ｄｕｐｒｅｚと彼の共著者は、狭い隆起部の幅を広げることによって、広い隆起部と狭い隆起部との間の体積比を変更することによってブラッグ格子のフィードバック力を減らすことが可能であることを示している。しかしながら、この文献の図２ｂ及び図２ｃを比較すると分かるように、この変動は、依然として限られている。従って、この比を最適化しても、かなりの長さ、すなわち５０μｍを超える長さの利得構造体と、比較的薄い第１の誘電体層１１０の厚さ、すなわち１００ｎｍ未満の厚さとの両方を有するＤＦＢレーザーを提供することは不可能である。
Ｈ．Ｄｕｐｒｅｚと彼の共著者によって教示されたフォトニックデバイスが、広い隆起部と狭い隆起部の幅の分散に大きな変動を有するフィードバック力を有していることに留意すべきである。
様に、欧州特許第２９８８３７８号明細書は、そのようなフォトニックデバイスの代替的な構成を有しており、開示されているデバイスは、同じ欠点を有し、利得構造体から第３の導波路セクションを分離する第１の絶縁体層の小さな厚さに関して、５０μｍを超える利得構造体の長さに適したブラッグ格子のフィードバック力を得ることができない。
従って、既存のデバイスにおいて、１００ｎｍ未満の第１の誘電体層の厚さに対しては、広い隆起部と狭い隆起部との間の体積比を修正することによっても、ブラッグ格子２２３のフィードバック力を十分に低い値に調整することはできない。
欧州特許第２９８８３７８号明細書
本発明は、この欠点を克服することを目的とし、従って、分布ブラッグ格子が形成されている第３の導波路セクションから利得構造体を分離する、１２０ｎｍ以下、さらには５０ｎｍ以下、あるいは１０ｎｍ以下の厚さを有する第１の絶縁体層を有して、５０μｍ、さらには５００μｍ、あるいは１０００μｍを超える長さの利得構造体を含むレーザーを備えることができるフォトニックデバイスを提供することを目的とする。
この目的のために、本発明は、フォトニックデバイスであって、
－支持体と、
－少なくとも１つの誘電材料を含む前記支持体に接触している中間層と、
－第１の導波路と、
－前記第１の導波路とは異なる第１から第５の導波路セクションであって、前記第１から第５の導波路セクションが、２つずつ光学的に接続されながら互いに連続しており、前記第１及び第５の導波路セクションのうちの少なくとも１つによって前記第１の導波路に接続されている、第１から第５の導波路セクションと、
－前記第１の導波路及び前記第１から第５の導波路セクションと共に前記フォトニックデバイスの導波面を形成する誘電充填材料であって、前記導光面が、前記中間層に接触する第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面とを含む、誘電充填材料と、
－誘電材料を含む第１の誘電体層であって、前記第１の誘電体層が、その第２の面上の導光面を覆う、第１の誘電体層と、
－前記第１の誘電体層に接触し、光を放射することができる少なくとも１つの利得媒体を含む利得構造体であって、前記利得構造体が、前記第３の導波路セクションに面する中央部分と、第２及び第４の導波路セクションに面する第１及び第２の端部と、を有し、それによって、前記利得構造体の中央部分が、前記第３の導波路セクションと共にレーザーハイブリッド導波路を形成し、前記第２及び第４の導波路セクション及び前記利得構造体の第１及び第２の端部が、前記レーザーハイブリッド導波路と、それぞれ前記第１及び第５の導波路セクションとの間に、光学モードの光学遷移の第１及び第２の領域を形成する、利得構造体と、
を備え、
前記第３のセクションが、前記中間層に接触し、その厚さの第１の部分に独自に配置されたパターンを含み、前記パターンが、フィードバック構造体及び前記利得媒体の少なくとも一部を含む共振キャビティを形成し、そうすることによって、前記第１及び第５の導波路セクションの少なくとも一方によって前記導波路に光学的に接続されたレーザーを生成するように、前記利得構造体の下に分布ブラッグ格子を形成し、前記第２及び第４の導波路セクションが、独自に誘電材料から構成される前記中間層の一部上で前記中間層に接触している、フォトニックデバイスに関する。
前記第３の導波路セクションは、前記第１の誘電体層と前記第３の導波路セクションの厚さの第１の部分とを分離するその厚さの少なくとも１つの第２の部分を含む。
そのようなフォトニックデバイスでは、第１の誘電体層から離れて、従って利得構造体から離れて位置する第３の導波路セクションの厚さの第１の部分にわたってブラッグ格子を形成するパターンの配置は、従来技術と比較してブラッグ格子のフィードバック力をかなり減少させることを可能にする。この低減は、かなりの長さ、すなわち５０μｍを超える利得構造体に適したフィードバック力を得るのに十分であり、従って、薄い、すなわち１００ｎｍ以下の第１の誘電体層にさえ適したフィードバック力を得るのに十分である。
また、このようなブラッグ格子の配置によって、カッパ値を、広い隆起部と狭い隆起部の幅の不均一性に対してそれほど敏感でなくすることも可能になることにも留意されたい。
前記第３の導波路セクションの厚さの前記第１の部分は、前記中間層に接触している。
前記第３の導波路セクションは、その厚さの少なくとも１つの第３の部分を含み、前記第３の厚さの部分は、前記中間層に接触している。
前記第１の誘電体層の厚さは、１００ｎｍ以下であり、前記第１の誘電体層の厚さは、好ましくは９０ｎｍ以下であり、又は７０ｎｍ以下でさえあり、又は２０ｎｍ以下でさえある。
このような第１の誘電体層を有するデバイスは、本発明の利点から特に恩恵を受け、それは、このような第１の誘電体層の厚さに適したフィードバック力を有することができる分布ブラッグ格子を提供することである。
前記第３の導波路セクションは、前記光学デバイスの光伝播軸に沿って長手方向に延在し得、前記第３のセクションのパターンは、第１の幅の横断面と、前記第１の幅と異なる第２の幅の横断面との交互からなる。
前記第２の幅（ＷＮ）は、ゼロ値である。
前記利得構造体は、前記光学デバイスの光伝播軸に沿って長手方向に延び得、前記利得構造体の第１及び第２の端部の各々は、その厚さの少なくとも一部にわたって、前記中央部分から離れる長手方向に沿って、幅が減少する横断面を有する。
利得構造体の２つの端部における、及びその厚さの一部にわたる断面におけるそのような変動は、７００ｎｍ未満、又は５００ｎｍ未満であり、４００ｎｍであり得、又は３００ｎｍでさえあり得るシリコン層２０１の厚さに特に適している。
前記利得構造体は、前記光学デバイスの光伝播軸に沿って長手方向に延び、第１の半導体領域、第２の半導体領域及び前記利得媒体を含み得、前記利得構造体の前記第１及び第２の端部の各々に対して、前記第１の半導体領域、前記第２の半導体領域及び前記利得媒体は、それらのそれぞれの長さにわたって、一定の幅の横断面を有し得る。
第１の半導体領域、第２の半導体領域及び利得媒体のこのような一定の横断面は、５００ｎｍよりも大きい、例えば７００ｎｍに等しいシリコン層２０１の厚さに特に適した遷移領域を提供することを可能にする。
前記導波路は、少なくとも１つの光学部品及び／又は電子部品を収容し得、前記光学部品は、好ましくは、ＰＮ接合シリコン光変調器、ハイブリッドＩＩＩ－Ｖ族半導体オンシリコン変調器、表面結合格子、前記デバイスの端部を通るファイバ結合器、光学フィルタ、波長マルチプレクサ及びデマルチプレクサ、並びに、ゲルマニウムオンシリコン光検出器及びＩＩＩ－Ｖ族半導体オンシリコン光検出器がその一部を形成する検出器、からなる群から選択され得、電子部品は、好ましくはトランジスタである。
前記導波路によって収容される前記部品は、ハイブリッドＩＩＩ－Ｖ族半導体オンシリコン変調器であり得、前記変調器は、容量性変調器である。
本発明はまた、少なくとも１つのシリコン導波路と、光を放射することができる利得媒体を含むレーザーと、を備えるフォトニックデバイスの製造方法であって、
－第１の誘電体層上に少なくとも１つのシリコン層と関連する基板を提供する段階と、
－前記シリコン層の少なくとも一部に、第１の導波路と、前記第１の導波路とは異なる第１から第５の導波路セクションと、を形成する段階であって、前記第１から第５の導波路セクションが、互いに連続して２つずつ光学的に接続され、前記第１及び第５の導波路セクションのうちの少なくとも１つによって前記第１の導波路に光学的に接続され、前記第３の部分が、その厚さの第１の部分にわたって独自に配置されたパターンを含み、前記パターンが、ブラッグ格子を形成する、段階と、
－少なくとも１つの誘電充填材料によって前記導波路及び前記第１から第５の導波路セクションを埋め、前記誘電充填材料を平坦化して前記導波路及び前記第１から第５の導波路セクションを含む導光面及び前記導光面に接触する中間層を形成する段階であって、前記第３のセクションが、前記中間層に接触し、前記第２及び第４の導波路セクションが、誘電材料で独自に構成される前記中間層の少なくとも一部上で前記中間層に接触し、それによって、基板／第１の誘電体層／導光面／中間層の組立体が形成される、段階と、
－支持体を提供する段階と、
－前記支持体上に前記基板／第１の誘電体層／導光面／中間層の組立体を組み立てる段階であって、前記組み立てが前記支持体の結合によって行われる段階と、
－前記基板を除去する段階と、
－少なくとも前記利得媒体を含む利得構造体を形成する段階であって、前記利得構造体が、前記第３のセクションに面する前記利得構造体の中央部分と、前記第２及び第４のセクションに面する第１及び第２の端部とを有しながら、前記第１の誘電体層に接触して形成され、それによって、前記利得構造体の中央部分が、前記第３の導波路セクションと共にレーザーハイブリッド導波路を形成し、前記第２及び第４の導波路セクション及び前記利得構造体の第１及び第２の端部が、前記レーザーハイブリッド導波路と、それぞれ前記第１及び第５の導波路セクションとの間に、光学モードの光学遷移の第１及び第２の領域を形成し、それによって、前記構造体の形成中に前記フォトニックデバイスが形成され、前記第３のセクションの厚さの少なくとも第２の部分によって前記第１の誘電体層から分離される前記パターンが、前記第３のセクションの厚さの第１の部分に配置される、段階と、
を含む、フォトニックデバイスの製造方法に関する。
このような方法は、本発明によるフォトニックデバイスの製造を可能にし、それに関連する利点から利益を得ることを可能にする。
前記シリコン層の少なくとも一部に、前記第１の導波路及び前記第１の導波路とは異なる前記第１から第５の導波路セクションを形成する段階は、
－前記シリコン層をパターニングして、前記導波路の第２の厚さの部分及び前記第１から第５の導波路セクションを形成する副段階と、
－追加のシリコン層から、前記導波路の第１の厚さの部分及び前記第１から第５の導波路セクションを形成する副段階と、
を含み得る。
前記基板を除去する段階と前記利得構造体を形成する段階との間に、前記第１の誘電体層を薄くする段階がさらに設けられ得る。
このような薄膜化は、本発明の利点から可能な限り利益を得るのに適した厚さを有する第１の誘電体層を得ることを可能にする。
前記第１の誘電体層を薄くする段階の後、前記第１の誘電体層の厚さは、１１０ｎｍ以下であり得、前記第１の誘電体層の厚さは、好ましくは９０ｎｍ以下であり得、さらには７０ｎｍ以下であり、さらには２０ｎｍ以下である。
前記利得構造体を形成する段階の間、前記利得構造体は、前記光学デバイスの光伝播軸に沿って長手方向に延び得、前記利得構造体の第１及び第２の端部は、それらの厚さの少なくとも一部にわたって、前記中央部分から離れる長手方向に沿って、幅が減少する横断面を有し得る。
利得構造体を形成するこのような段階は、７００ｎｍ未満、又は５００ｎｍ未満、及び、４００ｎｍ、さらには３００ｎｍであり得るシリコン層の厚さに特に適した利得構造体を提供することを可能にする。
前記利得構造体を形成する段階の間、前記利得構造体は、前記光学デバイスの光伝播軸に沿って長手方向に延び得、前記第１の半導体領域、第２の半導体領域及び前記利得媒体を備え、前記利得構造体の第１及び第２の端部の各々に対して、前記第１の半導体領域、前記第２の半導体領域及び前記利得媒体は、それらのそれぞれの長さにわたって、一定の幅の横断面を有する。
利得構造体を形成するこのような段階は、５００ｎｍよりも大きい、例えば７００ｎｍに等しいシリコン層の厚さに特に適した利得構造体を提供することを可能にする。
本発明は、添付の図面を参照しながら、純粋に例示を目的とし、決して限定するものではない例示的な実施形態の説明を読むことによって、よりよく理解されるであろう。
２０１３年の科学誌「Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」で公開されたＳ．Ｋｅｙｖａｎｉｎｉａらの研究から引用された従来技術のフォトニックデバイスを示す。 Ｓ．Ｋｅｙｖａｎｉｎｉａらの研究から引用され、ブラッグ格子の異なるパターン厚さについて、ブラッグ格子と利得構造体との間の中間層の厚さの関数としてのブラッグ格子のフィードバック力の変動を表すグラフである。 本発明の第１の実施形態によるフォトニックデバイスの平面図を示し、Ｙ１Ｙ１'及びＹ２Ｙ２'は、図３Ａに示されている。 本発明の第１の実施形態によるフォトニックデバイスの縦断面図を示す。 本発明の第１の実施形態によるフォトニックデバイスの平面Ｙ１Ｙ１'に沿った横断面図を示し、Ｙ１Ｙ１'及びＹ２Ｙ２'は、図３Ａに示されている。 本発明の第１の実施形態によるフォトニックデバイスの平面Ｙ２Ｙ２'に沿った横断面図を示し、Ｙ１Ｙ１'及びＹ２Ｙ２'は、図３Ａに示されている。 図３Ａから図３Ｄに示されるフォトニックデバイス及び従来技術によるフォトニックデバイスのレーザーハイブリッド導波路の横断面図を示しており、シリコン層の厚さは、これらの２つの光学デバイスにおいて等しい。 図３Ａから図３Ｄに示されるフォトニックデバイス及び従来技術によるフォトニックデバイスのレーザーハイブリッド導波路の横断面図を示しており、シリコン層の厚さは、これらの２つの光学デバイスにおいて等しい。 図４Ｃの光学デバイスのブラッグ格子のカッパ値の変動を、広い隆起部及び狭い隆起部の幅の関数としてグラフで表した図である。 図４Ｄの光学デバイスのブラッグ格子のカッパ値の変動を、広い隆起部及び狭い隆起部の幅の関数としてグラフで表した図である。 図３Ａから図３Ｆに示すようなフォトニックデバイスを製造するための主な段階を縦断面図で示す。 図３Ａから図３Ｆに示すようなフォトニックデバイスを製造するための主な段階を縦断面図で示す。 図３Ａから図３Ｆに示すようなフォトニックデバイスを製造するための主な段階を縦断面図で示す。 図３Ａから図３Ｆに示すようなフォトニックデバイスを製造するための主な段階を縦断面図で示す。 図３Ａから図３Ｆに示すようなフォトニックデバイスを製造するための主な段階を縦断面図で示す。 図３Ａから図３Ｆに示すようなフォトニックデバイスを製造するための主な段階を縦断面図で示す。 図４Ｂに示される中間デバイスの平面図を示し、断面Ｙ１Ｙ１'及び断面Ｙ２Ｙ２'は、図６Ａに示されている。 図４Ｂに示される中間デバイスの縦断面図を示し、断面Ｙ１Ｙ１'及び断面Ｙ２Ｙ２'は、図６Ａに示されている。 図４Ｂに示される中間デバイスの平面Ｙ１Ｙ１'に沿った横断面図を示し、断面Ｙ１Ｙ１'及び断面Ｙ２Ｙ２'は、図６Ａに示されている。 図４Ｂに示される中間デバイスの平面Ｙ２Ｙ２'に沿った横断面図を示し、断面Ｙ１Ｙ１'及び断面Ｙ２Ｙ２'は、図６Ａに示されている。 フォトニックデバイスの利得構造体が、一定の横断面を含む第１及び第２の端部を有する、第２の実施形態によるデバイスの上面図を示す。 フォトニックデバイスの利得構造体が、一定の横断面を含む第１及び第２の端部を有する、第２の実施形態によるデバイスの縦断面図を示す。 第１の厚さにわたって第３の導波路セクションのパターンが、第１の幅の横断面とゼロ値の第２の幅の横断面との間の交互を有し、断面Ｙ１Ｙ１及びＹ２Ｙ２'が図７Ａに示されている、第３の実施形態によるフォトニックデバイスの平面図、縦断面図、平面Ｙ１Ｙ１'に沿った横断面図及び平面Ｙ２Ｙ２'に沿った横断面図を示す。 第１の厚さにわたって第３の導波路セクションのパターンが、第１の幅の横断面とゼロ値の第２の幅の横断面との間の交互を有し、断面Ｙ１Ｙ１及びＹ２Ｙ２'が図７Ａに示されている、第３の実施形態によるフォトニックデバイスの平面図、縦断面図、平面Ｙ１Ｙ１'に沿った横断面図及び平面Ｙ２Ｙ２'に沿った横断面図を示す。 図７Ａから図７Ｄに示すフォトニックデバイスを製造するための主な段階を縦断面図で示す。 図７Ａから図７Ｄに示すフォトニックデバイスを製造するための主な段階を縦断面図で示す。 図７Ａから図７Ｄに示すフォトニックデバイスを製造するための主な段階を縦断面図で示す。 図７Ａから図７Ｄに示すフォトニックデバイスを製造するための主な段階を縦断面図で示す。 図７Ａから図７Ｄに示すフォトニックデバイスを製造するための主な段階を縦断面図で示す。 光バイスの利得構造体が、一定の横断面を含む第１及び第２の端部を有し、第３の導波路セクションが、図７Ａから図７Ｄによるデバイスのものと同様である、第４の実施形態によるデバイスの上面図を示す。 光バイスの利得構造体が、一定の横断面を含む第１及び第２の端部を有し、第３の導波路セクションが、図７Ａから図７Ｄによるデバイスのものと同様である、第４の実施形態によるデバイスの縦断面図を示す。 容量性変調器を含む本発明の第５の実施形態によるフォトニックデバイスの縦断面図を示し、断面Ｙ１Ｙ１'、Ｙ４Ｙ４'及びＹ５Ｙ５'は、図１１Ａに示されている。 容量性変調器を含む本発明の第５の実施形態によるフォトニックデバイスの断面Ｙ１Ｙ１'に沿った第１の横断面図を示し、断面Ｙ１Ｙ１'、Ｙ４Ｙ４'及びＹ５Ｙ５'は、図１１Ａに示されている。 容量性変調器を含む本発明の第５の実施形態によるフォトニックデバイスのＹ４Ｙ４'に沿った第２の横断面図を示し、断面Ｙ１Ｙ１'、Ｙ４Ｙ４'及びＹ５Ｙ５'は、図１１Ａに示されている。 容量性変調器を含む本発明の第５の実施形態によるフォトニックデバイスのＹ５Ｙ５'に沿った第３の横断面図を示し、断面Ｙ１Ｙ１'、Ｙ４Ｙ４'及びＹ５Ｙ５'は、図１１Ａに示されている。 利得構造体が横型である、第６の実施形態によるデバイスの平面図を示しており、断面Ｙ６Ｙ６’は、図１２Ａに示されている。 利得構造体が横型である、第６の実施形態によるデバイスの縦断面図を示しており、断面Ｙ６Ｙ６’は、図１２Ａに示されている。 利得構造体が横型である、第６の実施形態によるデバイスのＹ６Ｙ６’に沿った横断面図を示しており、断面Ｙ６Ｙ６’は、図１２Ａに示されている。 導光面が、第３の導波路セクションの第３の厚さ部分を含む、第５の実施形態によるフォトニックデバイスの第３の導波路セクションの面での横断面図を示す。
ある図から次の図へ進むのを容易にするために、異なる図の同一の、類似の又は同等の部分は、同じ参照番号を有する。これは、同様の部分について、本発明に関連する多かれ少なかれ相違点と同じ参照を共有する図１によって示される先行技術にも当て嵌る。
図をより見やすくするために、図に表されている様々な部分は、一定の縮尺ではない。
さまざまな可能性（代替案及び実施形態）は、相互に排他的ではないと理解されるべきであり、共に組み合わせることができる。
本明細書の上記及び残りにおいて、「横断面」及び「縦断面」はそれぞれ、導光場の伝播方向に垂直で、基板の表面に垂直な平面に沿った断面、及び、導光場の伝播方向に平行な平面に沿った断面を意味すると解釈される。
図３Ａから図３Ｄはそれぞれ、第１のシリコン導波路２１０及び光を放出することができる利得媒体３２１を含むレーザー３００を含む本発明の第１の実施形態によるフォトニックデバイス１の平面ＸＸ'に沿った縦断面、平面Ｙ１Ｙ１'及びＹ２Ｙ２'に沿った横断面における概略上面図を表し、レーザーは、第１の導波路２１０に光学的に接続されている。
より具体的には、フォトニックデバイス１は、
－第２の誘電体層１３０を含む支持体１２０と、
－第２の誘電体層１３０を介して支持体１２０に接触し、誘電材料からなる中間層４２０と、
－支持体１２０と反対側の中間層と接触する導光面であって、導光面２００が、第１の導波路２１０の一部と、第１の導波路２１０と異なる第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５と、を含み、第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５が、２つずつ光学的に接続されながら互いに連続しており、第１及び第５の導波路セクションのうちの少なくとも１つによって第１の導波路２１０に接続され、導光面２００がさらに、誘電充填材料２０１５を含む、導光面と、
－その第１の面２００Ａ上で導光面２００を覆う誘電材料１１０で作られる第１の層と、
－光を放出することができる少なくとも１つの利得媒体３２１を含む利得構造体３１０であって、利得構造体３１０が、第３の導波路セクション２１３に面する中央部分と、第２及び第４の導波路セクション２１２、２１４に面する第１及び第２の端部とを有し、それによって、利得構造体３１０の中央部分が、第３の導波路セクション２１３と共にレーザーハイブリッド導波路３１３を形成し、第２及び第４の導波路セクション２１２、２１４並びに利得構造体３１０の第１及び第２の端部が、レーザーハイブリッド導波路３１３と、それぞれ第１及び第５の導波路セクション２１１、２１５との間の光学モードの光学遷移の第１及び第２の領域３１２、３１４を形成する、利得構造体３１０と、
－利得構造体３１０に電気的に接触するための、図３Ａから図３Ｄには示されておらず、図１１Ｂに示されている第１及び第２の電気接点５３１、５３２と、
－図３Ａから図３Ｄには示されておらず、図１１Ｂに示されている、利得構造体３２１と第１及び第２の電気接点５３１、５３２とを封入する封入層５１０と、
を備える。
第３の導波路セクション２１３は、その厚さの第１の部分ｅ１にわたって独特に配置されたパターンを含み、前記パターンは、フィードバック構造体及び利得媒体３２１の少なくとも一部を含む共振キャビティを形成し、そうすることによって、第１及び第５の導波路セクション２１１、２１５の少なくとも一方によって導波路２１０に光学的に接続されたレーザー３００を生成するように、利得構造体３１０の下に分布ブラッグ格子２２３を形成する。このパターンが配置されている第３の導波路セクション２１３の厚さの第１の部分ｅ１は、第１の誘電体層１１０から離れて位置し、従って利得構造体３１０から離れて位置している。第３の導波路セクション２１３の厚さの第１の部分ｅ１からの距離でのこのような配置は、第３の導波路セクション２１３の厚さの第１の部分ｅ１と第１の誘電体層１１０との間に配置された第３の導波路セクション２１３の厚さの第２の部分ｅ２によってもたらされる。言い換えれば、第３の導波管部２１３の第２の厚さ部分ｅ２は、第３の導波管部２１３の第１の厚さ部分ｅ１と第１の誘電体層１１０との間に介在している。
簡単にするために、また以下に示すように、図３Ａ及び図３Ｂは、分布ブラッグ格子２２３の四分の一波長欠陥、又は、レーザーの一方の側の全反射器を示していないことに留意されたい。いずれか一方が、単一モードのキャビティに続いてＤＦＢ型レーザーの放射を確実にするために、当業者に知られている。読みやすくするために、図３Ａは、フォトニックデバイスの特定の構成要素のみを示すように概略的に示されていることにも留意されたい。従って、例えば、図１１Ａから図１１Ｄに特に存在する電気接点５３１及び封入層５１０は、図３Ａから図３Ｄには示されていない。同じ目的で、このような概略図は、図１１Ａから図１２Ｃを除いて本明細書のすべての上面図及び断面図にも使用される。従って、材料５１０内の電気接点及び封入層は、図１１Ａから図１２Ｃにのみ示されている。
支持体１２０は、マイクロエレクトロニクス及びオプトエレクトロニクスの制約と両立する支持体であり、半導体材料又は誘電体材料で作られた支持体であり得る。本発明の特定の用途において、支持体は、結晶性シリコンで作られる支持体であり得る。この可能性並びに図３Ａ及び図３Ｂに示されていない代替案によれば、支持体はまた、レーザー３００などの光学部品及び第１の導波路２１０に収容される能動部品に相補的な電子制御及び／又は読み取り部品、並びに、誘電充填材料２０５及び中間層４２０に収容された金属ビア及びラインによって前記電子部品を前記光学部品に接続する電気的相互接続を統合し得る。同様に、この第１の実施形態の代替形態によれば、支持体１２０は、第２の基板、いわゆる第２の制御基板に対するこれらの同じ光学部品の電気接続を可能にする電気接点５３１、５３２、５３３、５３４の形成に寄与する貫通導電性ビアも含むことができ、光学部品に相補的な前記電子制御部品及び／又は読み取り部品を統合する。
図３Ｂに示すように、支持体１２０は、第２の誘電体層１３０を含む。
第２の誘電体層１３０は、好ましくは、支持体１２０上の中間層４２０の分子接着による結合を可能にするのに適している。従って、第２の誘電体層１３０は、この目的のために、第２の平坦な結合面を有していなければならない。本発明の特定の用途では、第２の誘電体層１３０は、二酸化ケイ素ＳｉＯ２から作られる。
中間層４２０は、第２の誘電体層１３０に接触する第１の平坦な結合面を好ましくは形成する第１の面と、第１の面と反対側の第２の面とを含む。第２及び第４の導波路セクション２１２、２１４が、独自に誘電材料から構成される中間層４２０の一部上で中間層４２０に接触するように、中間層４２０は、誘電材料を含む。中間層はまた、第３の導波管セクション２１３に接している。
本発明によるそのような構成では、中間層４２０は、第２及び第４の導波路セクション２１２、２１４の各々に面して、いかなるタイプの過剰な厚さも有さず、第３の導波路セクション２１３は、そのような過剰な厚さで区切られた空間に面していない。
誘電体層の誘電材料は、好ましくは二酸化ケイ素ＳｉＯ２である。図３Ａから図３Ｂには示されていない本発明の１つの可能性によれば、中間層は、いくつかの副層の形態のいくつかの誘電材料を含むことができる。
中間層４２０は、その第２の面を介して導光面２００に接触している。導光面２００は、中間層４２０に接触する第１の面２００Ａと、その第１の面２００Ａと反対側の第２の面２００Ｂとを備える。
この第１の実施形態では、導光面２００は、誘電体層１１０型基板の上のシリコン層に由来する図５Ａに示すシリコン層２０１から形成される。この種の基板は、ＳＯＩ（シリコンオンインシュレーター）としてよく知られている。
本発明の特定の構成では、シリコン層２０１は、シリコンオンインシュレーター（ＳＯＩ）基板に由来する表面シリコン層である。ＳＯＩ基板タイプの基板から得られるこのようなシリコン層２０１は、とりわけ、良好な結晶品質及び制御された厚さを有するという利点を与え、それにより、低い光損失を有する第１の導波路２１０及び導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５を与えることを可能にする。本発明の特定の構成では、誘電体層１１０は、二酸化ケイ素ＳｉＯ２で作られており、埋め込み酸化物（ＢＯＸ）層として知られている。そのようなＳＯＩ基板の使用はまた、ＢＯＸ層を通して制御された厚さ及び平面度の第１の誘電体層１１０の提供を可能にするという利点を有する。
ＳＯＩ基板の表面シリコン層と同じＳＯＩ基板のＢＯＸに由来する誘電体層１１０とによって形成された単一のシリコン層２０１を使用するこの構成の代替案では、第１のシリコン層と直接接触し、又は、誘電材料で作られる中間層を介して前記第１のシリコン層と接触する第２のシリコン層と関連して、誘電体層１１０上のＳＯＩ基板に由来する第１のシリコン層を使用することも考えられる。この第２のシリコン層は、堆積法によって堆積されてもよく、又は、分子結合によって転写された層であってもよい。
本発明の特定の用途では、シリコン層２０１は、３００ｎｍ又は５００ｎｍの厚さを有する。
この第１の実施形態では、第１の導波路２１０及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５は、シリコン層２０１のエッチングによって得られる。
明らかに、本明細書の残りの部分に、特に図１１Ａから図１１Ｄに関連して示されるように、第１の導波路２１０は、それらが、図３Ａ及び図３Ｂに示されていない、光変調器及び表面結合格子等の他の光学部品、及び／又は電子部品であるかどうかにかかわらず、Ｊａｓｏｎ Ｓ． Ｏｒｃｕｔｔと彼の共著者の教示（‘Ｏｐｅｎ ｆｏｕｎｄｒｙ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｏｒ ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ－ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ’ ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ ２０１２ ｉｎ ｔｈｅ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｊｏｕｒｎａｌ “Ｏｐｔｉｃｓ ｅｘｐｒｅｓｓ”， ｖｏｌｕｍｅ ２０， ｎｕｍｂｅｒ １１， ｐａｇｅｓ １２２２２－１２２３２．）に従って、他の部品を収容し得る。
光学部品に関しては、これらは、変調器、光検出器、位相シフターなどの能動部品、又は波長マルチプレクサ、表面結合格子、チップの端を通る結合器などの受動部品である。この目的のために、能動光学部品及び／又は任意の電子部品の電気的接続を可能にするために、フォトニックデバイス１はさらに、誘電材料２０５及び中間層４２０、及び／又は、利得構造体３１０の封止層、及び、第１の誘電体層に収容された金属ビアを含み得る。このような金属ビアは、図１１Ａから図１１Ｄに関連して本明細書の残りの部分でより詳細に説明されている。
本発明の実際の適用においては、断面Ｙ１Ｙ１’及びＹ２Ｙ２’に沿った第３の導波路セクション２１３の断面図を表す図３Ｃ及び図３Ｄに示すように、第１の導波路２１０及び第１から第５の導波路２１１、２１２、２１３、２１４、２１５の各々は、導光面２００の第２の面２００Ｂを含むそれらの厚さの第２の部分ｅ２にわたって基部を含み、導光面２００の第１の面を含む、厚さの第１の部分ｅ１にわたって、ベースに対して横方向の断面が減少した部分を有する、隆起部（リッジ）で指定される部分を含む。
明らかに、そのような第１の導波路２１０及び導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５の形状は、純粋に本発明の実際の用途を説明するためのものであり、本発明の範囲を逸脱することなく他の形状も考えられる。従って、例えば、第１の導波路２１０はまた、一定の横断面部分を有してもよい。
また、導光面２００が、前記第１のシリコン層と接触する第２のシリコン層と関連して、誘電体層１１０型の基板上のシリコン層に由来する第１のシリコン層によって得られる代替案に従い、ベースが第１のシリコン層２０１によって提供され、隆起部が第２のシリコン層によって提供されることが想定され得ることにも留意されたい。この可能性によれば、
－前記第２のシリコン層をエッチングすることによって、
－または、第１のシリコン層に予めエッチングされたベースに接触する隆起部の形態で第２のシリコン層を前記第１のシリコン層上に堆積することによって、
隆起部が提供されてもよい。
導波路２１０は、第１の導波路セクション２１１と光学的に接続されている。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、本発明のこの第１の実施形態では、第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５と同様に、第１の導波路２１０は、シリコン層２０１の全厚にわたって形成される。明らかに、代替案として、第１の導波路２１０及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５のうちの１つ以上は、シリコン層２０１の厚さの一部に形成されてもよく、それによって異なる厚さを有する。
第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５が互いに連続しているので、第１の導波路セクション２１１は、第２の導波路セクション２１２に光学的に接続され、それ自体は、第３の導波路セクション２１３に光学的に接続され、以下同様である。このようにして、第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５は、第１の導波路セクション２１１によって第１の導波路２１０と光学的に接続されている。
図３Ａに概略的に示すように、第２及び第４の導波路セクション２１２、２１４はそれぞれ、利得構造体３１０の内側から利得構造体３１０の外側に向かう方向に沿って、それらの厚さの第１の部分ｅ１に、
－その長さの第１の部分にわたって、大きくなる横断面、
－その長さの第２の部分にわたって、一定の横断面、
を有し、この第２の部分は、任意である。
第１及び第５の導波路セクション２１１、２１５はそれぞれ、利得構造体３１０の内側から利得構造体３１０の外側に向かう方向に沿って、それらの厚さの第１の部分ｅ１において、その幅が狭くなっている横断面を有する。
本明細書の上記及び残りにおいて、導波路の横断面とは、導波路内の光の伝播方向に対して垂直で、支持体１２０に対して垂直な平面に沿った導波路の断面を意味すると解釈される。
図３Ａに示す本発明の特定の用途の１つの可能性によれば、第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５の各々は、第１の導波路２１０と同様に、導光面２００の第２の面２００Ｂを含むそれらの厚さの第２の部分ｅ２にベースを形成する一定の幅の横断面を有する。
明らかに、第１、第２、第４及び第５の導波管セクション２１１、２１２、２１４、２１５の他の構成も本発明の範囲を逸脱することなく想定され得る。
第３の導波路セクション２１３は、利得構造体３１０の中央部分の下に分布ブラッグ格子２２３の形態の光フィードバック構造体を含む。より具体的には、図３Ａの上面図に示すように、光フィードバック構造体は、「横方向の波形」を有する分布ブラッグ格子２２３であり、すなわち、ブラッグ格子の屈折率の変動は、導波路の横幅の変動によってもたらされる。
従って、この可能性によれば、第３の導波路セクション２１３は、光学装置１の光伝搬軸に沿って長手方向に延び、第３の導波路セクション２１３のパターンは、第１の幅ＷＬの指定された広い隆起部の横断面部分の一部と、第２の幅ＷＮの指定された狭い隆起部の横断面部分の一部との交互からなり、値ＷＮ及びＷＬは、以下の不等式：０＜ＷＮ＜ＷＬに従う。このようなフィードバック構造体では、本発明によれば、レーザーは、ＤＦＢ（分布帰還）型レーザーである。
本発明による分布ブラッグ格子２２３において、ブラッグ格子の原理によれば、同じ幅の隆起部（広い又は狭い隆起部）の部分の繰り返し周期は、実質的にλ／２ｎｅｆｆであり、λは、レーザー３００の放出波長であり、ｎｅｆｆは、ハイブリッド導波路３１３によって導波されるモードの平均実効屈折率である。このような構成では、分布ブラッグ格子２２３は、第３の導波路セクション２１３の厚さに部分的にエッチングされた「横方向の波形」を有するブラッグ格子である。
本発明の実際の応用において、図３Ｃ及び図３Ｄに示される平面Ｙ１Ｙ１'及びＹ２Ｙ２'に沿った断面図に示されるように、分布ブラッグ格子２２３に対する横幅の変化は、第１の誘電体層から離れている第３の導波路セクション２１３の厚さの第１の部分ｅ１で実現される。
記載された構成に応じて、第３の導波路セクション２１３は、第１、第２、第４及び第５の導波路セクション２１１、２１２、２１４、２１５と同様に、その厚さの第２の部分ｅ２にわたってベースを含む。基部は、例えば１５０ｎｍに等しい一定の横幅及び厚さｅ２を有する。
言い換えれば、第３の導波路セクション２１３は、利得構造体３１０から最も遠い隆起部に対応する、その厚さの第１の部分ｅ１にわたって、第１の幅ＷＬの横断面と第２の幅ＷＮの横断面との交互を有する。
本発明によれば、従来技術のパターンで既にそうであるように、基部ｅ２の厚さ値を調整して分布ブラッグ格子２２３のフィードバック力を修正することができることに留意されたい。
図３Ａから図３Ｄには示されていない本発明の有利な可能性によれば、分布ブラッグ格子は、共振キャビティの選択性を最適化するために四分の一波長型位相欠陥を含むことができる。
この可能性の代替案において、共振キャビティの選択性を最適化するために、第１又は第５の導波路セクション２１１、２１５は、実質的に全反射器を収容することができ、全反射器は、サニャック型反射器、分布ブラッグ格子、高反射率処理を施したファセット型ミラーから選択することができる。同じ目的で、また代替案として、第２の導波路セクション２１２及び第４の導波路セクション２１４のうちの１つが実質的に全反射器を収容し、全反射体が分布ブラッグ型格子、高反射率処理を施したファセット型ミラーから選択できることも考えられる。
誘電充填材料２０５は、第１の導波路及び第１から第５の導波路セクションの形成中にくり抜かれたシリコン層２０１の部分を充填し、この誘電充填材料は、例えば中間層４２０のそれと同一であり得る。
導光面は、第１の誘電体層１１０の第１の面に接触しているその第２の面２００Ｂを有する。第１の誘電体層１１０は、その第１の面とは別に、第１の面とは反対側の第２の面を含み、それを通して利得構造体３１０と接触する。
第１の誘電体層１１０は、シリコンオンインシュレーター又はＳＯＩタイプの基板に由来する誘電体層であり、これは、シリコン層２０１が配置されている絶縁体によって提供される。本発明の実際の適用によれば、第１の誘電体層１１０は、厚さが１００ｎｍ未満である二酸化ケイ素ＳｉＯ２の層である。それにより、第１の誘電体層１１０の厚さは、９０ｎｍ以下、さらには７０ｎｍ以下であることが好ましい。例えば、第１の誘電体層は、１５又は５０ｎｍの厚さを有し得る。
この第１の実施形態に対応する本発明の実用化の任意の可能性によれば、第１の誘電体層１１０は、厚さが部分的に薄くされたシリコンオンインシュレーター型の基板の絶縁層であり得る。
この第１の実施形態の代替案として、第１の誘電体層１１０は、シリコン層２０１上に接して堆積又は転写された誘電材料の層であってもよく、シリコン層２０１の原点にあるシリコンオンインシュレーター型の基板の絶縁層は、完全にエッチングされている。図示されていない本発明の他の代替案によれば、第１の誘電体層１１０は、シリコン層２０１の原点にシリコンオンインシュレーター型の基板の絶縁層に対応する第１の副層を含み得、この第１の層は、好ましくは薄くされており、第２の層は、第１の副層に堆積又は転写される。この第２の副層は、第１の誘電体層１１０の第１の副層と同じ誘電材料又は他の誘電材料で作ることができる。
第１の誘電体層１１０は、その第２の面を介して利得構造体３１０に接触している。
図３Ｂに示すように、利得構造体３１０は、以下を含む：
－第１の半導体層３４０に形成された第１の導電型の第１の半導体領域３４１、
－第２の半導体層３２０に形成された利得媒体３２１、
－第３の半導体層３３０に形成されている、第１の導電型と反対の第２の導電型の第３の半導体領域３３１。
本発明の通常の構成によれば、第１、第３及び第２の半導体層３４０、３３０、３２０、従って第１及び第３の半導体領域３４１、３３１及び利得媒質３２１は全て、ＩＩＩ－Ｖ族半導体などの、３つの直接的なギャップ半導体材料からなる。従って、第１及び第３の半導体層３４０、３３０は、リン化インジウムＩｎＰ又はガリウムヒ素ＧａＡｓなどのＩＩＩ－Ｖ族半導体から好ましくは作られ、一方、第２の半導体層３２０は、ＩＩＩ－Ｖ族半導体材料の二元、三元、四元の化合物の積層体によって好ましくは形成される。
第１及び第２の導電型は、多数キャリアが電子である導電型、すなわち、いわゆるＮドーピングによって与えられる導電型、及び、多数キャリアが正孔である導電型、すなわち、いわゆるＰドーピングによって与えられる導電型から選択される。
図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄは、利得構造体３１０を形成するための第１及び第３の半導体領域３４１、３３１並びに利得媒体３２１の配置をより具体的に示す。第１の半導体領域３４１は、第１の誘電体層１１０に接触する第１の面と、利得媒体３２１に接触する第１の面とは反対側の第２の面とを有する。利得媒体３２１は、第１の半導体領域３４１に接触する第１の面と、第３の半導体領域３３１に接触する第１の面とは反対側の第２の面とを備える。
図３Ａから図３Ｄには示されていない第２の電気接点によって接触が行われるために、第１の半導体領域３４１は、利得媒体３２１及び第３の半導体領域３３１の幅よりも大きい幅を有している。
利得媒体３２１及び第３の半導体領域３３１は、同じ幅を有する。第１の半導体領域は、その第２の面上に、図示されない第１の電気接点と接触する部分を有する。
利得構造体３１０は、図３Ｂに示されるように、利得構造体３１０が第３の導波路セクション２１３に面する中央部分を有するように、第１の誘電体層１１０の第２の面に接触して配置される。このような構成では：
－利得構造体３１０の中央部分は、第３の導波路セクション２１３と共にレーザーハイブリッド導波路を形成する。
－第２の導波路セクション２１２及び利得構造体３１０の第１の端部は、光ハイブリッド導波路３１３と第１の導波路セクション２１１との間に光学モードの第１の光学遷移領域３１２を形成する。
－第４の導波路セクション２１４及び利得構造体３１０の第２の端部は、光ハイブリッド導波路３１３と第５の導波路セクション２１５との間に光学モードの光学遷移の第２の領域３１４を形成する。
従って、利得構造体３１０は、その第１及び第２の端部を除いて、第３の導波路セクション２１３に面している。このような構成により、利得媒体３２１は、利得媒体３２１を含む共振キャビティを形成することが可能にする光フィードバック構造体と光学的に結合される。
この第１の実施形態では、図３Ａに示すように、利得構造体３１０の第１及び第２の端部の各々は、その厚さの一部にわたって、中央部分から離れる長手方向に沿って、幅が狭くなる横断面を有する。より具体的には、利得媒体３２１及び第３の半導体領域３３１の各々は、利得構造体の第１及び第２の端部の面で、幅が中心部分から離れる長手方向に沿って減少する横断面を有する。言い換えれば、利得媒体３２１及び第３の半導体領域３３１の各々は、第１及び第２のテーパ端部を有する。第１の半導体領域３４１は、その一部として、その全長にわたって一定の横断面を有する。
利得構造体３１０の２つの端部における、及び部分的な厚さにわたる断面のこのような変動は、７００ｎｍ未満、又は５００ｎｍ未満であり、４００ｎｍ、又は３００ｎｍであり得るシリコン層２０１の厚さに特に適している。
このようなフォトニックデバイス１は、特に、第１の誘電体層１１０の厚さが薄いことに適合するブラッグ格子２２３のフィードバック力のカッパ値を得ることができるという点で、先行技術に対して特に有利である。
このような利点を説明するために、図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ、本発明の第１の実施形態による、従って本発明に従うフォトニックデバイス１のレーザーハイブリッド導波路３１３の横断面図及び従来技術によるレーザーハイブリッド導波路の横断面図を示す。
これら２つのフォトニックデバイス１に共通の構成は、以下の通りである：
－３００ｎｍに等しい厚さのシリコン層２０１、
－厚さ２０ｎｍの二酸化シリコンＳｉＯ２からなる第１の誘電体層１１０、
－第１の厚さｅ１、ｅ１'、すなわち、１５０ｎｍに等しい、第３の導波路セクション２１３の隆起部の第１の厚さｅ１、ｅ１'、
－第２の厚さｅ２、ｅ２’、すなわち、１５０ｎｍに等しい第３の導波路セクション２１３の基部の第２の厚さｅ２、ｅ２’。
従って、図４Ａに示す第１の実施形態によるフォトニックデバイス１と図４Ｂに示す従来技術によるフォトニックデバイス１とは、基部に配置によってイチイ的に区別され、前記基部は、本発明によるフォトニックデバイス１では第１の誘電体層１１０に接触し、従来技術によるフォトニックデバイス１では中間層４２０に接触する。
本発明者らは、図４Ａによる本発明によるフォトニックデバイス１のブラッグ格子及び図４Ｂによる従来技術によるフォトニックデバイス１のフィードバック力の変動を、第１の幅ＷＬ及び第２の幅ＷＮの関数として計算した。図４Ｃ及び図４Ｄは、図４Ａに示すフォトニックデバイス１及び図４Ｂに示すフォトニックデバイス１のそれぞれについて、Ｘ軸上に第１の幅ＷＬを、Ｙ軸上に第２の幅ＷＮを用いて、これらの計算の結果を示し、カッパフィードバック力値は、図４Ｃ及び図４Ｄのグラフにおいて等値輪郭の形で表されている。
従って、図４Ｄ及び図４Ｃにおいて、３００ｎｍのシリコン層２０１に適した１．５μｍの第１の幅ＷＬにおいて、フィードバック力の値が、従来技術のフォトニックデバイスにおいて０から１００ｃｍ－１を非常に大きく超える値まで変化し、本発明によるフォトニックデバイスが、１００ｃｍ－１を超えない、低減されたフィードバック力を得ることを可能にすることが分かる。従って、これらの値が示すように、本発明は、５０μｍ以上の長さの中央活性領域のレーザーの形成に十分であるフィードバック力を得ることを可能にする。
図５Ａから図５Ｅは、本発明によるフォトニックデバイス１の製造方法の主な製造段階を示す。このような製造方法は、本明細書に記載された全ての方法と同様に、同一の支持体１２０上に複数のフォトニックデバイス１を同時に形成することを可能にするために、その製造工程を並行して実施するのに特に適している。このような並行実施では、このようなフォトニックデバイスの製造方法は、集合的方法と呼ばれる。
このような製造方法は、
－図５Ａに示すように、第１の誘電体層１１０上に少なくとも１つの第１のシリコン層２０１と関連する基板１００を設ける段階と、
－図４Ｂ及び図６Ａから図６Ｄに示されるように、シリコン層２０１をパターンニングして第１の導波路２１０及びその第１の導波路２１０とは異なる第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５を形成する段階であって、第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５が、互いに連続して２つずつ光学的に接続され、第１及び第５の導波路セクション２１１、２１５の少なくとも１つによって第１の導波路２１０に光学的に接続され、第３のセクション２１３が、その厚さの第１の部分ｅ１にわたって独自に配置されるパターンを含み、前記パターンが、分布ブラッグ格子２２３を形成する、段階と、
－図５Ｃに示されるように、少なくとも１つの誘電充填材料２０５によって第１の導波路２１０及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５を埋め、前記誘電充填材料を平坦化して導波路２１０、第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５及び誘電材料２０５を含む導光面２００、並びに、前記導光面２００に接触する中間層４２０を形成する段階であって、第３のセクション２１３が、中間層４２０に接触し、第２及び第４の導波路セクション２１２、２１４が、誘電材料で独自に構成される中間層の少なくとも一部上で中間層４２０に接触し、それによって、基板１００／第１の誘電体層１１０／導光面２００／中間層４２０の組立体が形成される、段階と、
－第２の誘電体層１３０を含む支持体１２０を設ける段階と、
－図５Ｄに示されるように、支持体１２０上に基板１００／第１の誘電体層１１０／導光面２００／中間層４２０の組立体を組み立てる段階であって、この組み立てが支持体１２０の結合によって行われる段階と、
－基板１００を除去する段階と、
－図５Ｅに示されるように、第１、第２及び第３の半導体層３４０、３２０、３３０を形成する段階と、
－図５Ｆに示されるように、少なくとも利得媒体３２１を含む利得構造体３１０を形成するように第１、第２及び第３の半導体層３４０、３２０、３３０を部分的にエッチングする段階であって、利得構造体が、第３のセクション２１３に面する利得構造体３１０の中央部分と、第２及び第４のセクション２１２、２１３に面する第１及び第２の端部とを有しながら、第１の誘電体層１１０に接触して形成され、それによって、利得構造体３１０の中央部分が、第３の導波路セクション２１３と共にレーザーハイブリッド導波路３１３を形成し、第２及び第４の導波路セクション２１２、２１４及び利得構造体３１０の第１及び第２の端部が、レーザーハイブリッド導波路３１３と、それぞれ第１及び第５の導波路セクション２１１、２１５との間に、光学モードの光学遷移の第１及び第２の領域を形成し、それによって、構造体の形成中にフォトニックデバイス１が形成され、第１の誘電体層１１０からある距離に位置するパターンが、第３のセクションの厚さの第１の部分ｅ１に配置される、段階と、
を含む。
このような製造方法の範囲内で、図示されていない可能性によれば、第１の誘電体層１１０を部分的に薄くする段階を設けることも考えられる。第１の誘電体層１１０の厚さを薄くする最適な制御を保つために、第１の誘電体層１１０を薄くするそのような段階は、化学エッチング段階、ドライエッチング段階若しくは化学機械研磨段階、又は、これらの段階の組み合わせの何れかであり得る。
このような製造方法の範囲内で、図示されていない可能性によれば、ドライエッチング又は化学エッチングによって第１の誘電体層１１０を部分的又は全体的に除去する段階と、部分的に又は全体的に薄い誘電体層の補完物又は代替物としての誘電材料の堆積又は転写によって代替的な第１の誘電体層１１０を形成する段階と、それに続く、この代替的な第１の誘電体層１１０の平坦化の任意の段階とを提供することも考えられる。
明らかに、この第１の実施形態において、第１の導波路２１０及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５がシリコン層２０１のエッチングによって形成される場合、この第１の実施形態の代替案では、第１の導波路２１０及び第１から第３の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５の厚さの一部、例えば第２の厚さだけがシリコン層２０１に形成され、残りが、図示されていない第２のシリコン層の堆積によってもたらされることが想定され得ることに留意すべきである。この代替案によれば、シリコン層２０１のパターンは、第２の半導体層３２０の堆積の前又は後にあってもよく、後者は、堆積時に直接、ハードマスクを介した堆積によって、又は、堆積後にエッチングによって形成することができる。
この代替案によれば、シリコン層２０１をパターニングして、第１導波路２１０及び第１導波路２１０とは異なる第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５を形成する代わりに、以下の段階を設けてもよい：
－シリコン層２０１をパターニングして、第１の導波路２１０の厚さの第２の部分ｅ２、及び、第１の導波路２１０から第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５を形成する段階、
－追加のシリコン層に、第１の導波路２１０の第１の厚さ部分ｅ１、及び、第１の導波路２１０とは異なる第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５を形成する段階。
本発明のこの代替案によれば、第１の導波路２１０の第１の厚さ部分ｅ１及び第１から第５のセクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５をシリコン層に形成する段階は、以下の副段階を含み得る：
－誘電充填材料２０５によって第１の導波路２１０及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５の第２の厚さの部分ｅ２を埋め、前記誘電材料２０５を平坦化する副段階、
－第１の導波路２１０の第２の厚さ部分ｅ２及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５に接触する追加のシリコン層を形成する副段階。
－追加のシリコン層をパターニングして、第１の導波路２１０の第１の厚さの部分ｅ１及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５を形成する副段階。
追加のシリコン層を形成する副段階が、前記追加のシリコン層を堆積する副段階だけでなく、そのような追加のシリコン層を転写する副段階でもよいことに留意されたい。
図６Ａから図６Ｄは、それぞれ平面図、平面Ｘ－Ｘ'に沿った縦断面図、平面Ｙ１Ｙ１'及びＹ２Ｙ２'に沿った２つの横断面図によって、さらに正確には、第１の導波路２１０及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５を形成するためにシリコン層２０１をパターニングする段階を示す。
図６Ａでは、第３の導波路セクション２１３の第１の厚さｅ１にわたって形成された第３の導波路セクション２１３の横方向の波形も見られ、これらの波形は、図６Ｃ及び図６Ｄに明確に示されるように、第３の導波路セクション２１３の第２の部分ｅ２に接触して形成される。
図７Ａ及び図７Ｂは、第１の半導体領域３３１、第２の半導体領域３４１及び利得媒体３２１がそれぞれ、それぞれの全長にわたって、利得構造体３１０の全長にわたって一定の横断面部分を有する第２の実施形態によるフォトニックデバイス１を示す。このようなフォトニックデバイス１は、利得構造体３１０の形状の点で、第１の実施形態によるフォトニックデバイスとは異なる。このような一定の横断面部分は、５００ｎｍよりも大きい、例えば７００ｎｍに等しいシリコン層２０１の厚さに特に適した遷移領域を提供することを可能にする。
本発明のこの第２の実施形態によるフォトニックデバイス１の製造方法が、第１、第２及び第３の半導体層３４０、３２０、３２０の部分エッチングの段階において、利得構造体３１０が光学デバイス１の光伝搬軸に沿って長手方向に延び、第１の半導体領域３３１、第２の半導体領域３４１及び利得媒体３２１が、それぞれの長さにわたって一定の幅の横断面を有する、第１の実施形態によるフォトニックデバイス１とは異なることに留意されたい。
図８Ａ及び図８Ｂは、レーザー３００が「垂直波形」タイプの分布ブラッグ格子によって提供される光フィードバック構造体を備える、第３の実施形態によるフォトニックデバイスの平面ＸＸ'に沿った上面図及び縦断面図を示す。このようなフォトニックデバイスは、第３の導波路セクション２１３のパターンの種類の点で、第１の実施形態によるデバイスとは異なる。
実際、図８Ａ及び図８Ｂに示されるように、この第３の実施形態では、第３の導波路セクション２１３のパターンの第２の幅ＷＮは、ゼロである。
従って、第１の誘電体層１１０から離れて位置する厚さの第１の部分ｅ１にわたって実現され、例えば１５０ｎｍの厚さを有することができる第３の導波路セクション２１３にパターンが得られる。この厚さの第１の部分ｅ１は、第３の導波路セクション２１３の隆起部の横断面の厚さに相当する。それにより、フィードバック構造体は、ゼロ厚さと、第３の導波路セクション２１３の第１の部分ｅ１の厚さに対応するゼロでない厚さｅ１との間で変化する厚さを有する。ブラッグ格子の原理によると、ゼロ厚さと第１の厚さ部分ｅ１の厚さとの間の交互の周期は、λ／２ｎｅｆｆに実質的に等しく、λは、レーザー３００の放射波長である。第３の導波路セクション２１３の第２の厚さ部分ｅ２は、一定の厚さを有し、第３の導波路セクション２１３の基部を形成する。
この第３の実施形態によるフォトニックデバイス１の製造方法の主要段階を（図８Ａの平面ＸＸ'に沿って）縦断面図で示す図９Ａから図９Ｅに示すように、このような製造方法は、図９Ｂに示すように、第１の導波路２１０及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５を形成するためにシリコン層２０１をパターニングする段階中に、第３の導波路セクションの部分のパターンが、第２の幅ＷＮがゼロであるように行われる、第１の実施形態によるフォトニックデバイスの製造方法とは異なる。
従って、図９Ａに示されるように、基板１００を提供する段階が同一であり、第１の導波路２１０及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５を形成するためにシリコン層２０１をパターニングする段階に続く段階が、１つの相違点として、図９Ｃから９Ｅに示されるように、垂直波形を有するブラッグ格子であるフィードバック構造体の形状を有することに留意すべきである。
図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明の第４の実施形態によるフォトニックデバイス１の平面ＸＸ’に沿った上面図及び縦断面図をそれぞれ示し、ここで、光フィードバック構造体は、垂直波形を有するブラッグ格子２２３であり、第１の半導体領域３３１、第２の半導体領域３４１及び利得媒体３２１はそれぞれ、それらのそれぞれの長さにわたって、利得構造体３１０の全長にわたって一定の横断面を有する。このようなフォトニックデバイス１は、利得構造体３１０の形状の点で第３の実施形態によるフォトニックデバイスとは異なる。
本発明のこの第４の実施形態によるフォトニックデバイス１の製造方法が、第１、第２及び第３の半導体層３４０、３２０、３３０の部分エッチングの段階中に、利得構造体３１０が、光学デバイス１の光伝搬軸に沿って長手方向に延び、第１の半導体領域３３１、第２の半導体領域３４１及び利得媒体３２１が、それぞれの長さにわたって一定の横断面積を有する点で、第３の実施形態によるフォトニックデバイス１と異なることに留意すべきである。
図１１Ａから図１１Ｄはそれぞれ、平面ＸＸ'に沿った縦断面図及び平面Ｙ１Ｙ１'、Ｙ４Ｙ４'、Ｙ５Ｙ５'に沿った３つの横断面図によって、容量型ハイブリッド光学変調器２３０が備えられた第５の実施形態によるフォトニックデバイス１を示す。この第５の実施形態によるフォトニックデバイス１は、第１の導波路２１０が、容量性の光変調器２３０と、シリコン層２０１に部分的にエッチングされた結合格子２４０とを収容するという点で、第３の実施形態によるフォトニックデバイス１と異なる。図１１Ａから図１１Ｄが、封入層５１０と、レーザー３００及び容量性の変調器２３０の電気接点とを示していることに留意されたい。
従って、図１１Ａにおいて、シリコン層２０１が、第４の半導体領域２３１と関連して、ドープされたシリコン領域２３２と、フォトニックデバイス１の出力で放射を抽出するための結合格子２４０とをさらに含む。結合格子は、シリコン層２０１に二次元パターンを有する格子である。
フォトニックデバイス１は、第１の半導体領域３４１も形成されている第１の半導体層３４０に形成され、ドープシリコン領域２３２に面する第４の半導体領域２３１をさらに含む。第４の半導体領域２３１は、第１の誘電体層１１０の第２の面と接触している。このようにして、第４の半導体領域２３１、ドープトシリコン領域２３２、及びそれらを分離する誘電体層１１０の一部は、共に容量型のハイブリッド光変調器２３０を形成する。
この第４の実施形態によるフォトニックデバイス１の製造方法は、以下の点で第２の実施形態による製造方法と異なる：
－シリコン層２０１のパターニング中に、第１の導波路２１０内に収容された結合格子２４０と、容量性変調器２３０のドープシリコン領域２３２を形成することを意図した第１の導波路２１０の一部も形成される。
－第４の半導体領域２３１の導電型とは反対の導電型のドープシリコン領域２３２を形成するために、シリコン層２０１を局所的にドープする段階が設けられている。
－利得構造体３１０の形成中に、容量性変調器２３０を形成するために、第４の半導体領域２３１もドープされたシリコン領域２３２に面して形成される。
－利得構造体を１つ又は複数の誘電材料で封止する段階を設けて、封止層５１０を形成し、金属接点５３１、５３２、５３３、５３４を形成する。
図１１Ｃでは、誘電材料２０５及び中間層４２０の誘電材料で作られた部分は、誘電材料２０５内及び／又は中間層４２０内にも収容された金属線４３５を電気的に接続（２３２）する金属ビア２３５を収容する。封入層５１０内に収容され、第１の誘電体層１１０を横断する電気的ビア５１５は、金属線４３５と電気的に接触し、それによって、封止層の外面に、第１の導波路２１０に収容された能動部品の電気接点５３４、５３３を設けることができる。
図１１Ｂでは、第１の電気接点５３１が、第１の半導体領域３３１の表面に接触する金属接点から構成され、それと共にオーミック接点を形成するのに適していることが分かる。第１の電気接点５３１の横方向の金属接点は、第１の誘電体層１１０とは反対側の封止層５１０の第２の面に達する。第２電気接点５３２は、第２半導体領域３４１に接触するための金属接点を含み、後者とオーミック接触を形成するのに適している。第２の電気接点５３２は、金属接点と接触し、封止層５１０の第２の面上に現れながら封止層５１０を横切る金属ビアをさらに含む。
図１２Ａから図１２Ｃはそれぞれ、平面図、平面ＸＸ'に沿った縦断面図及び平面Ｙ６Ｙ６'に沿った横断面図で、利得構造体３１０が「横方向接合」タイプである本発明の第６の実施形態によるフォトニックデバイスを示す。この第６の実施形態によるデバイスは、利得構造体３１０が「横方向接合」タイプの利得構造体であるという点で、第３の実施形態によるフォトニックデバイスとは異なる。
利得構造体３１０は、図１２Ｃに示されるように、軸Ｙ６Ｙ６’に沿った導波路ハイブリッド３１３の横断面に沿って連続的に以下のものを含む：
－第１の導電型の第１の半導体領域、
－例えば、量子井戸又は量子ドットの少なくとも１つの層を含む利得媒体３２１、
－半導体領域３４１の第１の導電型と反対の第２の導電型の第３の半導体領域３３１。
利得構造体３１０は、図１２Ａから図１２Ｃに示されるように、光の伝搬方向に沿って第１、第２及び第３の半導体領域３４１、３３１の両側に配置された第１及び第２の結合領域３５１、３５２と、第１の誘電体層と利得構造体３１０の残りの部分との間に挿入されている、意図的にドープされていない半導体層３５３と、をさらに含む。第１及び第２の結合領域３５１、３５２はそれぞれ、これにより、第１及び第２の光学遷移領域３１２、３１４が、レーザーハイブリッド導波路３１３と、それぞれ第１及び第５の導波路セクション２１１、２１５との間の光学モードの断熱伝送を可能にする利得構造体３１０の一端に対応する。
本発明のこの第６の実施形態によるフォトニックデバイスの製造方法は、以下の点で本発明の第１の実施形態による製造方法と異なる：
－利得構造体３１０を形成する段階中に、利得構造体は、「横方向接合」構造である。
図１３は、第１の導波路２１０及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５の組が、第３の厚さ部分ｅ３を含む、第６の実施形態によるフォトニックデバイス１の横断面図を示す。このようなフォトニックデバイス１は、第１導波路２１０及び第１から第５の導波路セクション２１１，２１２，２１３，２１４，２１５の各々が、中間層４２０と接触する第３の厚さ部分を含む点で、第１実施形態によるフォトニックデバイスと異なる。
このような第３の厚さ部分は、例えば、第１の導波路が電子部品を収容することを可能にし得る。
この第６の実施形態では、第３の導波路セクション２１３の厚さの第１の部分ｅ１は、第１の誘電体層１１０に接触する第３の導波路セクション２１３の厚さの第２の部分ｅ２と、中間層４２０に接触する第３の導波路セクション２１３の厚さの第３の部分との間に配置される。
第３の導波路セクション２１３のこの構成が、第１の導波路２１０によって、及び、基部とそれらの厚さの第３の部分ｅ３との間に配置されたそれらのそれぞれの隆起部を有する第１、第２、第４及び第５の導波路セクション２１１、２１２、２１４、２１５によっても共有される。
この第６実施形態によるフォトニックデバイス１の形成方法は、シリコン層２０１をパターニングして第１の導波路２１０及び第１の導波路２１０とは異なる第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５を形成する段階の代わりに、以下の段階が提供される点で、第１の実施形態による製造方法とは異なる：
－シリコン層２０１をパターニングして、第１の導波路２１０の厚さの第１及び第２の部分ｅ１、ｅ２と、第１の導波路２１０とは異なる第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５とを形成する段階、
－第１の導波路２１０の第１の厚さ部分及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５と接触して追加のシリコン層を形成する段階、
－追加のシリコン層をパターニングして、第１の導波路２１０の第３の厚さ部分ｅ３及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５を形成する段階。
明らかに、第１の導波路２１０及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５を埋め込む段階中に、第１の導波路２１０の第３の厚さ部分ｅ３は、前記誘電充填材料２０５に埋め込まれる。
この第６の実施形態によれば、第１の導波路２１０の第１の厚さ部分ｅ１及び第１から第５のセクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５をシリコン層に形成する段階は、以下の副段階を含むことができる：
－誘電充填材料２０５によって第１の導波路２１０及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５の第１２の厚さ部分ｅ２を埋め込み、前記誘電材料２０５を平坦化する副段階、
－第１の導波路２１０の第２の厚さ部分ｅ２及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５に接触する追加のシリコン層を形成する副段階、
－追加のシリコン層をパターニングして、第１の導波路２１０の第１の厚さ部分ｅ１及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５を形成する副段階。
追加のシリコン層の前記形成は、前記追加のシリコン層を堆積する副段階又はそのような追加のシリコン層を転写する副段階のいずれかであり得る。
明らかに、この第６の実施形態によるフォトニックデバイス１が、第１の導波路２１０の第３の厚さ部分ｅ３及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５の存在を除いて第１の実施形態による構成を有する場合、第１の導波路２１０及び第１から第５の導波路セクション２１１、２１２、２１３、２１４、２１５のこのような構成も、第２から第５の実施形態によるフォトニックデバイス１と互換性がある。
１ フォトニックデバイス
１１０ 第１の誘電体層
１２０ 支持体
２００ 導波面
２００Ａ 第１の面
２００Ｂ 第２の面
２０５ 誘電充填材料
２１０ 第１の導波路
２１１ 導波路セクション
２１２ 導波路セクション
２１３ 導波路セクション
２１４ 導波路セクション
２１５ 導波路セクション
２２３ ブラッグ格子
３００ レーザー
３１０ 利得構造体
３１３ レーザーハイブリッド導波路
３２１ 利得媒体
３３１ 第１の半導体領域
３４１ 第２の半導体領域
４２０ 中間層

Claims (18)

  1. フォトニックデバイス（１）であって、
    －支持体（１２０）と、
    －少なくとも１つの誘電材料を含む前記支持体（１２０）に接触している中間層（４２０）と、
    －第１の導波路（２１０）と、
    －前記第１の導波路（２１０）とは異なる第１から第５の導波路セクション（２１１、２１２、２１３、２１４、２１５）であって、前記第１から第５の導波路セクションが、２つずつ光学的に接続されながら互いに連続しており、前記第１及び第５の導波路セクション（２１１、２１５）のうちの少なくとも１つによって前記第１の導波路（２１０）に接続されている、第１から第５の導波路セクション（２１１、２１２、２１３、２１４、２１５）と、
    －前記第１の導波路（２１０）及び前記第１から第５の導波路セクション（２１１、２１２、２１３、２１４、２１５）と共に前記フォトニックデバイス（１）の導波面（２００）を形成する誘電充填材料（２０５）であって、前記導波面が、前記中間層（４２０）に接触する第１の面（２００Ａ）と、前記第１の面（２００Ａ）と反対側の第２の面（２００Ｂ）とを含む、誘電充填材料（２０５）と、
    －誘電材料を含む第１の誘電体層（１１０）であって、前記第１の誘電体層（１１０）が、その第２の面（２００Ｂ）上の導波面を覆う、第１の誘電体層（１１０）と、
    －前記第１の誘電体層（１１０）に接触し、光を放射することができる少なくとも１つの利得媒体（３２１）を含む利得構造体（３１０）であって、前記利得構造体（３１０）が、前記第３の導波路セクション（２１３）に面する中央部分と、第２及び第４の導波路セクション（２１２、２１４）に面する第１及び第２の端部と、を有し、それによって、前記利得構造体（３１０）の中央部分が、前記第３の導波路セクション（２１３）と共にレーザーハイブリッド導波路（３１３）を形成し、前記第２及び第４の導波路セクション（２１２、２１４）及び前記利得構造体（３１０）の第１及び第２の端部が、前記レーザーハイブリッド導波路（３１３）と、それぞれ前記第１及び第５の導波路セクション（２１１、２１５）との間に、光学モードの光学遷移の第１及び第２の領域を形成する、利得構造体（３１０）と、
    を備え、
    前記第３の導波路セクション（２１３）が、前記中間層（４２０）に接触し、その厚さの第１の部分（ｅ１）に独自に配置されたパターンを含み、前記パターンが、フィードバック構造体及び前記利得媒体（３２１）の少なくとも一部を含む共振キャビティを形成し、そうすることによって、前記第１及び第５の導波路セクション（２１１、２１５）の少なくとも一方によって前記導波路（２１０）に光学的に接続されたレーザー（３００）を生成するように、前記利得構造体（３１０）の下に分布ブラッグ格子（２２３）を形成し、
    前記第２及び第４の導波路セクション（２１２、２１４）が、独自に誘電材料から構成される前記中間層（４２０）の一部上で前記中間層（４２０）に接触しており、
    前記第３の導波路セクション（２１３）が、前記第１の誘電体層（１１０）と前記第３の導波路セクション（２１３）の厚さの第１の部分（ｅ１）とを分離するその厚さの少なくとも１つの第２の部分（ｅ２）を含むことを特徴とする、フォトニックデバイス。
  2. 前記第３の導波路セクション（２１３）の厚さの前記第１の部分が、前記中間層（４２０）に接触している、請求項１に記載のフォトニックデバイス。
  3. 前記第３の導波路セクション（２１３）が、その厚さの少なくとも１つの第３の部分（ｅ３）を含み、前記第３の厚さの部分（ｅ３）が、前記中間層（４２０）と接触している、請求項１に記載のフォトニックデバイス（１）。
  4. 前記第１の誘電体層（１１０）の厚さが、１００ｎｍ以下である、請求項１から３の何れか一項に記載のフォトニックデバイス（１）。
  5. 前記第１の誘電体層（１１０）の厚さが、７０ｎｍ以下である、請求項４に記載のフォトニックデバイス（１）。
  6. 前記第３の導波路セクション（２１３）が、前記フォトニックデバイス（１）の光伝播軸に沿って長手方向に延在し、前記第３の導波路セクション（２１３）のパターンが、第１の幅（ＷＬ）の横断面と、前記第１の幅（ＷＬ）と異なる第２の幅（ＷＮ）の横断面との交互からなる、請求項１から５の何れか一項に記載のフォトニックデバイス（１）。
  7. 前記第２の幅（ＷＮ）がゼロ値である、請求項６に記載のフォトニックデバイス（１）。
  8. 前記利得構造体（３１０）が、前記フォトニックデバイス（１）の光伝播軸に沿って長手方向に延び、
    前記利得構造体（３１０）の第１及び第２の端部の各々が、その厚さの少なくとも一部にわたって、前記中央部分から離れる長手方向に沿って、幅が減少する横断面を有する、請求項１から７の何れか一項に記載のフォトニックデバイス（１）。
  9. 前記利得構造体（３１０）が、前記フォトニックデバイス（１）の光伝播軸に沿って長手方向に延び、第１の半導体領域（３３１）、第２の半導体領域（３４１）及び前記利得媒体を含み、
    前記利得構造体（３１０）の前記第１及び第２の端部の各々に対して、前記第１の半導体領域（３３１）、前記第２の半導体領域（３４１）及び前記利得媒体（３２１）が、それらのそれぞれの長さにわたって、一定の幅の横断面を有する、請求項１から７の何れか一項に記載のフォトニックデバイス（１）。
  10. 前記導波路（２１０）が、少なくとも１つの光学部品及び／又は電子部品を収容する、請求項１から９の何れか一項に記載のフォトニックデバイス（１）。
  11. 前記光学部品が、ＰＮ接合シリコン光変調器、ハイブリッドＩＩＩ－Ｖ族半導体オンシリコン変調器、表面結合格子、前記フォトニックデバイスの端部を通るファイバ結合器、光学フィルタ、波長マルチプレクサ及びデマルチプレクサ、並びに、ゲルマニウムオンシリコン光検出器及びＩＩＩ－Ｖ族半導体オンシリコン光検出器がその一部を形成する検出器からなる群から選択される、請求項１０に記載のフォトニックデバイス（１）。
  12. 前記導波路によって収容される前記光学部品が、ハイブリッドＩＩＩ－Ｖ族半導体オンシリコン変調器であり、前記ハイブリッドＩＩＩ－Ｖ族半導体オンシリコン変調器が、容量性変調器である、請求項１０に記載のフォトニックデバイス（１）。
  13. 少なくとも１つのシリコン導波路（２１０）と、光を放射することができる利得媒体（３２１）を含むレーザー（３００）と、を備えるフォトニックデバイス（１）の製造方法であって、
    －第１の誘電体層（１１０）上に少なくとも１つのシリコン層（２０１）と関連する基板（１００）を提供する段階と、
    －前記シリコン層（２０１）の少なくとも一部に、第１の導波路（２１０）と、前記第１の導波路（２１０）とは異なる第１から第５の導波路セクション（２１１、２１２、２１３、２１４、２１５）と、を形成する段階であって、前記第１から第５の導波路セクション（２１１、２１２、２１３、２１４、２１５）が、互いに連続して２つずつ光学的に接続され、前記第１及び第５の導波路セクション（２１１、２１５）のうちの少なくとも１つによって前記第１の導波路（２１０）に光学的に接続され、前記第３の導波路セクション（２１３）が、その厚さの第１の部分（ｅ１）にわたって独自に配置されたパターンを含み、前記パターンが、ブラッグ格子（２２３）を形成する、段階と、
    －少なくとも１つの誘電充填材料（２０５）によって前記導波路（２１０）及び前記第１から第５の導波路セクション（２１１、２１２、２１３、２１４、２１５）を埋め、前記誘電充填材料（２０５）を平坦化して前記導波路（２１０）及び前記第１から第５の導波路セクション（２１１、２１２、２１３、２１４、２１５）を含む導光面（２００）及び前記導光面に接触する中間層（４２０）を形成する段階であって、前記第３の導波路セクション（２１３）が、前記中間層（４２０）に接触し、前記第２及び第４の導波路セクション（２１２、２１４）が、誘電材料で独自に構成される前記中間層の少なくとも一部上で前記中間層（４２０）に接触し、それによって、基板（１００）／第１の誘電体層（１１０）／導光面（２００）／中間層（４２０）の組立体が形成される、段階と、
    －支持体（１２０）を提供する段階と、
    －前記支持体（１２０）上に前記基板（１００）／第１の誘電体層（１１０）／導光面（２００）／中間層（４２０）の組立体を組み立てる段階であって、前記組み立てが、前記支持体（１２０）の結合によって行われる、段階と、
    －前記基板（１００）を除去する段階と、
    －少なくとも前記利得媒体（３２１）を含む利得構造体（３１０）を形成する段階であって、前記利得構造体（３１０）が、前記第３の導波路セクション（２１３）に面する前記利得構造体（３１０）の中央部分と、前記第２及び第４の導波路セクション（２１２、２１３）に面する第１及び第２の端部とを有しながら、前記第１の誘電体層（１１０）に接触して形成され、それによって、前記利得構造体（３１０）の中央部分が、前記第３の導波路セクション（２１３）と共にレーザーハイブリッド導波路（３１３）を形成し、前記第２及び第４の導波路セクション（２１２、２１４）及び前記利得構造体（３１０）の第１及び第２の端部が、前記レーザーハイブリッド導波路（３１３）と、それぞれ前記第１及び第５の導波路セクション（２１１、２１５）との間に、光学モードの光学遷移の第１及び第２の領域を形成し、それによって、前記利得構造体の形成中に前記フォトニックデバイス（１）が形成され、前記第３の導波路セクション（２１３）の厚さの少なくとも第２の部分（ｅ２）によって前記第１の誘電体層（１１０）から分離される前記パターンが、前記第３の導波路セクションの厚さの第１の部分（ｅ１）に配置される、段階と、
    を含む、フォトニックデバイス（１）の製造方法。
  14. 前記シリコン層（２０１）の少なくとも一部に、前記第１の導波路（２１０）及び前記第１の導波路（２１０）とは異なる前記第１から第５の導波路セクション（２１１、２１２、２１３、２１４、２１５）を形成する段階であって、
    －前記シリコン層（２０１）をパターニングして、前記導波路（２１０）の第２の厚さの部分（ｅ２）及び前記第１から第５の導波路セクション（２１１、２１２、２１３、２１４、２１５）を形成する副段階と、
    －追加のシリコン層から、前記導波路（２１０）の第１の厚さの部分（ｅ１）及び前記第１から第５の導波路セクション（２１１、２１２、２１３、２１４、２１５）を形成する副段階と、
    を含む、請求項１３に記載のフォトニックデバイス（１）の製造方法。
  15. 前記基板（１００）を除去する段階と前記利得構造体（３１０）を形成する段階との間に、前記第１の誘電体層（１１０）を薄くする段階がさらに設けられる、請求項１３又は１４に記載のフォトニックデバイス（１）の製造方法。
  16. 前記第１の誘電体層（１１０）を薄くする段階の後、前記第１の誘電体層（１１０）の厚さが、１００ｎｍ以下である、請求項１３から１５の何れか一項に記載のフォトニックデバイス（１）の製造方法。
  17. 前記利得構造体を形成する段階の間、前記利得構造体（３１０）が、前記フォトニックデバイス（１）の光伝播軸に沿って長手方向に延び、前記利得構造体（３１０）の第１及び第２の端部が、それらの厚さの少なくとも一部にわたって、前記中央部分から離れる長手方向に沿って、幅が減少する横断面を有する、請求項１３から１６の何れか一項に記載のフォトニックデバイス（１）の製造方法。
  18. 前記利得構造体を形成する段階の間、前記利得構造体（３１０）が、前記フォトニックデバイス（１）の光伝播軸に沿って長手方向に延び、第１の半導体領域（３３１）、第２の半導体領域（３４１）及び前記利得媒体（３２１）を備え、
    前記利得構造体の第１及び第２の端部の各々に対して、前記第１の半導体領域（３３１）、前記第２の半導体領域（３４１）及び前記利得媒体（３２１）が、それらのそれぞれの長さにわたって、一定の幅の横断面を有する、請求項１３から１６の何れか一項に記載のフォトニックデバイス（１）の製造方法。
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