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WO2012002045A1 - 半導体装置およびその製造方法、集積基板、光モジュール、光通信装置 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法、集積基板、光モジュール、光通信装置 Download PDF

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WO2012002045A1
WO2012002045A1 PCT/JP2011/060909 JP2011060909W WO2012002045A1 WO 2012002045 A1 WO2012002045 A1 WO 2012002045A1 JP 2011060909 W JP2011060909 W JP 2011060909W WO 2012002045 A1 WO2012002045 A1 WO 2012002045A1
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semiconductor
substrate
bonding
semiconductor device
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PCT/JP2011/060909
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西研一
影山健生
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株式会社Ｑｄレーザ
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    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12004—Combinations of two or more optical elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01S5/341—Structures having reduced dimensionality, e.g. quantum wires
    • H01S5/3412—Structures having reduced dimensionality, e.g. quantum wires quantum box or quantum dash

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, a semiconductor device for bonding a surface of a semiconductor layer made of a group III-V compound semiconductor not containing In and a Si surface of a substrate, a method for manufacturing the semiconductor device, and the semiconductor
  • the present invention relates to an integrated substrate including the device, an optical module, and an optical communication device.
  • Non-Patent Document 1 discloses a semiconductor device having a structure in which an InP (indium phosphide) light emitting element is bonded to the surface of an SOI substrate.
  • light emitting elements include light emitting elements made of III-V group compound semiconductors that do not contain In (indium), such as GaAs (gallium arsenide) light emitting elements.
  • III-V group compound semiconductors that do not contain In (indium), such as GaAs (gallium arsenide) light emitting elements.
  • GaAs gallium arsenide
  • the semiconductor layer made of a group III-V compound semiconductor not containing In and the Si surface of the substrate are bonded, the semiconductor layer made of a group III-V compound semiconductor not containing In is peeled off from the substrate. There is a problem that will occur.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and has a structure in which the surface of a semiconductor layer made of a group III-V compound semiconductor containing no In and the Si surface of the substrate are joined together. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of suppressing peeling between a semiconductor layer made of a compound semiconductor and a substrate, a manufacturing method thereof, an integrated substrate including the semiconductor device, an optical module, and an optical communication device.
  • the present invention includes a step of forming a bonding layer containing In on a surface of a semiconductor layer made of a group III-V compound semiconductor not containing In, and the surface of the semiconductor layer is bonded to the Si of the substrate via the bonding layer.
  • a method of manufacturing a semiconductor device comprising: bonding to a surface. According to the present invention, it is possible to suppress the peeling of the III-V group compound semiconductor layer not containing In and the substrate.
  • the semiconductor layer is an outermost semiconductor layer of a laminated semiconductor layer including an active layer that oscillates light and is formed on a main surface of a group III-V compound semiconductor substrate, and the substrate includes:
  • the active layer may have a waveguide for guiding light oscillated. According to this configuration, light oscillated by the active layer can be guided by the waveguide provided on the substrate.
  • the step of forming the bonding layer has a band gap energy larger than the energy of light oscillated by the active layer after bonding the surface of the semiconductor layer and the Si surface of the substrate.
  • the bonding layer can be formed. According to this configuration, since light oscillated by the active layer can be suppressed from being absorbed by the bonding layer, light having high light intensity can be guided through the waveguide provided on the substrate.
  • the step of forming the bonding layer may be configured to form the bonding layer including a plurality of quantum dots that are III-V group compound semiconductors containing In.
  • the bonding layer is larger than the energy of light oscillated by the active layer. Having a band gap energy can be easily realized.
  • the step of forming the bonding layer may be configured to form the bonding layer composed of a plurality of InAs quantum dots.
  • the step of forming the bonding layer is performed after bonding the surface of the semiconductor layer and the Si surface of the substrate when the wavelength of light oscillated by the active layer is in the 1.3 ⁇ m band.
  • the bonding layer can be formed by supplying an amount of InAs such that the bonding layer has a thickness of 5 atomic layers or less. According to this configuration, it is possible to obtain a bonding layer in which absorption of light having a wavelength in the 1.3 ⁇ m band in which the active layer oscillates is suppressed.
  • the present invention relates to a III-V group compound semiconductor that is the outermost layer of a laminated semiconductor layer including an active layer that oscillates light and is provided on the main surface of a III-V group compound semiconductor substrate, and does not contain In.
  • light oscillated by the active layer can be suppressed from being absorbed by the bonding layer, light with high light intensity can be guided through the waveguide provided on the substrate.
  • the bonding layer may be an InAs thin film layer, the wavelength of light oscillated by the active layer is in a 1.3 ⁇ m band, and the thickness of the bonding layer may be 5 atomic layers or less. . According to this structure, it can suppress that a joining layer absorbs the light of the wavelength of 1.3 micrometer band oscillated by the active layer.
  • the present invention is an integrated substrate including the semiconductor device.
  • the present invention also provides an optical module including the semiconductor device.
  • the present invention is an optical communication device including the semiconductor device.
  • the group III-V compound semiconductor layer not containing In is peeled off from the substrate. This can be suppressed.
  • FIG. 1 is an example of a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an example of a schematic cross-sectional view showing a dot layer for one active layer.
  • FIG. 3 is an example of an energy band diagram from the p-type GaAs substrate to the Si layer in the semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 4A to FIG. 4C are examples of schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 5A is an example of an energy band diagram in a structure in which an InAs thin film layer is sandwiched between GaAs layers
  • FIG. 5B is a diagram showing a calculation result of band gap energy with respect to the thickness of the InAs thin film layer. It is.
  • FIG. 6 is an example of a schematic perspective view of an integrated substrate according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is an example of a block diagram of an optical module according to the third embodiment.
  • FIG. 8A is an example of a block diagram of an optical communication apparatus according to the fourth embodiment, and
  • FIG. 8B is an example of a block diagram of an optical communication system including the optical communication apparatus according to the fourth embodiment. is there.
  • the Si surface of the SOI substrate and the group III-V compound semiconductor layer surface not containing In must be joined. become.
  • a GaAs light emitting element is used as an example of a light emitting element made of a III-V group compound semiconductor not containing In
  • the Si surface of the SOI substrate and the GaAs semiconductor layer surface are bonded.
  • Si atoms contained in the Si surface and Ga atoms contained in the GaAs semiconductor layer are combined.
  • FIG. 1 is an example of a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to the first embodiment.
  • the semiconductor device 100 according to the first embodiment has a structure in which a light emitting element 30 is bonded to the surface of a substrate 10.
  • the substrate 10 is, for example, an SOI (Silicon on Insulator) substrate, and has a structure in which an embedded SiO 2 (silicon oxide) film 14 and a Si thin film layer 16 are sequentially formed on a Si support substrate 12. That is, the Si surface of the Si thin film layer 16 is exposed on the surface of the substrate 10.
  • SOI Silicon on Insulator
  • the Si thin film layer 16 is formed with a cavity 18 that is removed until the embedded SiO 2 film 14 is exposed, and a part of the Si thin film layer 16 is sandwiched between the cavity 18. That is, a part of the Si thin film layer 16 is surrounded by the cavity 18 and the embedded SiO 2 film 14.
  • Si has a larger refractive index than that of SiO 2 or air with respect to light wavelengths in the 1.3 ⁇ m band and 1.55 ⁇ m band that are generally used for optical communication. Therefore, a part of the Si thin film layer 16 surrounded by the cavity 18 and the buried SiO 2 film 14 can be used as the waveguide 20 having a function of guiding light.
  • the light emitting element 30 is, for example, a GaAs light emitting element having a quantum dot active layer that oscillates light having a wavelength of 1.3 ⁇ m band.
  • the light emitting element 30 includes, for example, a lower clad layer 34 made of p-type AlGaAs, a spacer layer 36 made of undoped GaAs, an active layer 38 having a plurality of quantum dots, and a spacer made of undoped GaAs on the main surface of a p-type GaAs substrate 32.
  • the structure includes a laminated semiconductor layer 46 in which a layer 40, an upper cladding layer 42 made of n-type AlGaAs, and a contact layer 44 made of n-type GaAs are sequentially laminated.
  • the outermost layer of the laminated semiconductor layer 46 is the contact layer 44.
  • a p-electrode 48 is formed on the surface opposite to the main surface of the p-type GaAs substrate 32.
  • An n electrode 50 is formed in contact with the contact layer 44.
  • FIG. 2 is an example of a schematic cross-sectional view showing one dot layer 52 of the active layer 38.
  • the quantum dots 54 are formed of InAs.
  • An InGaAs layer 56 is formed between the quantum dots 54.
  • An undoped GaAs layer 58 is formed so as to cover the quantum dots 54 and the InGaAs layer 56.
  • a p-type GaAs layer 60 and an undoped GaAs layer 62 are sequentially formed on the surface of the undoped GaAs layer 58.
  • the undoped GaAs layer 58, the p-type GaAs layer 60, and the undoped GaAs layer 62 constitute a barrier layer 64.
  • a bonding layer 22 made of, for example, an InAs thin film layer and having a thickness of two atomic layers is interposed between the substrate 10 and the light emitting element 30. That is, the bonding layer 22 is provided between the Si thin film layer 16 and the contact layer 44.
  • the Si thin film layer 16 and the bonding layer 22 are bonded to each other by Si atoms having a strong bond strength. As a result, the Si thin film layer 16 and the contact layer 44 do not easily peel off.
  • the semiconductor device 100 according to Example 1 has a structure in which a light emitting element 30 is bonded to the surface of a substrate 10 as shown in FIG. Therefore, the light oscillated in the active layer 38 propagates to the substrate 10 and can be guided in the waveguide 20 provided on the substrate 10. Therefore, the semiconductor device 100 can be used as an optical circuit, and can be used as, for example, an optical modulator, multiplexer, or duplexer.
  • FIG. 3 is an example of an energy band diagram from the p-type GaAs substrate 32 to the Si thin film layer 16 in the semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • the band gap energy Ega of the bonding layer 22 made of InAs is larger than the band gap energy Egb of the active layer 38.
  • the light oscillated by the active layer 38 can be suppressed from being absorbed by the bonding layer 22. That is, the light oscillated by the active layer 38 is hardly absorbed by the bonding layer 22 but propagates to the substrate 10 and can be guided in the waveguide 20.
  • FIG. 4A to FIG. 4C are examples of schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • 4A first, on the main surface of the p-type GaAs substrate 32, for example, an MBE (Molecular-Beam-Epitaxy) method is used to form a lower cladding layer 34, a spacer layer 36, and an active layer having a plurality of quantum dots. 38, the spacer layer 40, the upper cladding layer 42, and the contact layer 44 are sequentially laminated to form a laminated semiconductor layer 46.
  • MBE Molecular-Beam-Epitaxy
  • the bonding layer 22 composed of a plurality of InAs quantum dots is formed on the surface of the contact layer 44 which is the outermost layer of the laminated semiconductor layer 46.
  • the bonding layer 22 is formed such that, after bonding the surface of the contact layer 44 and the Si surface of the Si thin film layer 16, the bonding layer 22 has a band gap energy larger than the energy of light oscillated by the active layer 38.
  • the bonding layer 22 is formed by supplying, for example, an amount of InAs corresponding to the growth of a 2.5 molecular layer thickness.
  • the bonding layer 22 made of InAs quantum dots having a height of 10 nm is formed.
  • a substrate 10 having a waveguide 20 is prepared.
  • the waveguide 20 is formed by selectively etching the Si thin film layer 16 by, for example, a dry etching method. Then, after cleaning the Si surface of the Si thin film layer 16 using, for example, hydrofluoric acid, a pressure of 10 kPa is applied at a temperature of 250 ° C., for example, and the surface of the contact layer 44 and the Si surface of the Si thin film layer 16 are Are bonded with the bonding layer 22 interposed therebetween. As a result, the bonding layer 22 that is a quantum dot becomes, for example, a thin film layer of InAs having a thickness of two atomic layers.
  • an amount of InAs corresponding to the growth of 2.5 molecular layer thickness is supplied to form the bonding layer 22 made of InAs quantum dots, whereas the surface of the contact layer 44 and Si
  • the reason why the bonding layer 22 after bonding the Si surface of the thin film layer 16 is an InAs thin film layer having a thickness of two atomic layers is that In diffuses into the contact layer 44 and the like.
  • the p-type GaAs substrate 32, the lower cladding layer 34, the spacer layer 36, the active layer 38, the spacer layer 40, and the like are formed by dry etching, for example, so that a part of the contact layer 44 is exposed.
  • the upper cladding layer 42 is selectively etched. Thereafter, the p electrode 48 and the n electrode 50 are formed. Thereby, the semiconductor device 100 according to the first embodiment is completed.
  • the bonding layer 22 made of a plurality of InAs quantum dots is formed on the surface of the contact layer 44 made of an n-type GaAs layer. Then, as shown in FIG. 4B, the surface of the contact layer 44 is bonded to the Si surface of the Si thin film layer 16 via the bonding layer 22.
  • the bonding strength between Si atoms and Ga atoms is weak, and therefore, they are easily peeled off.
  • the bonding strength between Si atoms and In atoms is strong by bonding the GaAs surface of the contact layer 44 and the Si surface of the Si thin film layer 16 through the InAs bonding layer 22. For this reason, the bonding force between the contact layer 44 and the Si thin film layer 16 is increased, and peeling is less likely to occur. That is, the contact layer 44 and the substrate 10 can be prevented from being peeled off by forming a bond structure of Si atoms and In atoms having high bond strength.
  • the contact layer 44 which is the outermost layer of the laminated semiconductor layer 46 including the active layer 38 that oscillates light formed on the main surface of the p-type GaAs substrate 32, is the contact layer 44.
  • the substrate is bonded to the surface of the substrate 10 having the waveguide 20 for guiding light through the bonding layer 22 formed on the surface of the substrate.
  • the bonding layer 22 is light that the active layer 38 oscillates after the surface of the contact layer 44 and the Si surface of the Si thin film layer 16 are bonded.
  • the bonding layer 22 have a band gap larger than the energy of. As a result, the light oscillated by the active layer 38 can be suppressed from being absorbed by the bonding layer 22, and light having high light intensity can be guided through the waveguide 20 provided in the substrate 10. .
  • FIG. 5A is an example of an energy band diagram in the case of an InAs quantum well structure in which an InAs thin film layer is sandwiched between GaAs layers.
  • FIG. 5B is a diagram showing a calculation result of the band gap energy at the ground level with respect to the thickness of the InAs thin film layer in the InAs quantum well structure of FIG. 5A, and the horizontal axis represents the InAs thin film layer.
  • the thickness is represented by atomic layer thickness, and the vertical axis represents the band gap energy of the InAs thin film layer.
  • the electrons confined in the quantum well are quantized, the energy level thereof is increased, and the effective band gap energy is increased.
  • the band gap energy at the ground level increases as the thickness of the InAs thin film layer decreases.
  • the larger the band gap energy the narrower the wavelength range of the light absorbed by the InAs thin film layer. From the viewpoint of suppressing the light absorption in the InAs thin film layer, it is preferable that the thickness of the InAs thin film layer is thinner.
  • FIG. 5B shows the band gap energy with respect to the thickness of the InAs thin film layer in the InAs quantum well structure in which the InAs thin film layer is sandwiched between the GaAs layers.
  • FIG. Even if the InAs quantum well structure in which the InAs thin film layer (bonding layer 22) is sandwiched between the GaAs layer (contact layer 44) and the Si layer (Si thin film layer 16), the same relationship as in FIG. Can be obtained.
  • the bonding layer 22 is a thin InAs thin film layer. Some cases are preferred. For example, when the active layer 38 oscillates light having a wavelength of 1.3 ⁇ m band used for general optical communication, the energy of light having a wavelength of 1.3 ⁇ m band is about 0.97 eV.
  • the thickness of the bonding layer 22 which is an InAs thin film layer is preferably 5 atomic layer thickness or less, more preferably 3 atomic layer thickness or less, and 2 atomic layer thickness or less. Is more preferable.
  • the wavelength of light oscillated by the active layer 38 is in the 1.3 ⁇ m band
  • the bonding layer 22 described with reference to FIG. are preferably supplied to form the bonding layer 22 by supplying InAs in an amount such that the thickness of the bonding layer 22 is 5 atomic layers or less.
  • the case where the bonding layer 22 is formed by supplying InAs is more preferable, and the case where the bonding layer 22 is formed by supplying an amount of InAs that is less than the thickness of two atomic layers is more preferable.
  • the bonding layer 22 formed on the surface of the contact layer 44 is preferably a plurality of InAs quantum dots.
  • the surface of the contact layer 44 and the Si surface of the Si thin film layer 16 are adjusted by adjusting the temperature and pressure when the surface of the contact layer 44 is bonded to the Si surface of the Si thin film layer 16.
  • the bonding layer 22 can be easily realized as a thin InAs thin film layer having a band gap energy larger than the energy of light oscillated by the active layer 38.
  • the bonding layer 22 formed on the surface of the contact layer 44 has been described as an example of a layer made of InAs quantum dots.
  • an InAs thin film layer, an InGaAs thin film layer, or the like is used.
  • a thin film layer of a group III-V compound semiconductor containing In may also be used. Even in this case, when the surface of the contact layer 44 and the Si surface of the Si thin film layer 16 are bonded, the contact layer 44 and the Si thin film layer 16 can be prevented from being peeled off, and the active layer 38 can oscillate. Absorption can also be suppressed.
  • the bonding layer 22 formed on the surface of the contact layer 44 is a thin film layer such as InAs or InGaAs, the surface of the thin film layer is uneven, and it may be difficult to bond the contact layer 44 and the Si thin film layer 16. is there. Therefore, it is preferable that the bonding layer 22 formed on the surface of the contact layer 44 is composed of a plurality of quantum dots of III-V group compound semiconductor containing In such as InAs or InGaAs.
  • the active layer 38 has been shown as an example in which light having a wavelength of 1.3 ⁇ m band is oscillated.
  • the active layer 38 has a low absorption coefficient in Si.
  • light in other wavelength bands may be oscillated.
  • the active layer 38 oscillates light having a wavelength of 1.55 ⁇ m, in order to suppress the light having a wavelength of 1.55 ⁇ m that oscillates in the active layer 38 from being absorbed by the bonding layer 22, 1.55 ⁇ m. Since the energy of the light having the band wavelength is about 0.8 eV, the thickness of the bonding layer 22 is preferably 7 atomic layers or less, as shown in FIG. Is more preferable, and it is further more preferable that it is 3 atomic layer thickness or less.
  • the active layer 38 has a quantum dot structure has been described as an example, but may be a quantum well structure, for example.
  • the characteristics deteriorate when exposed to a temperature of 450 ° C., for example.
  • the bonding layer 22 containing In is interposed as in the first embodiment. Accordingly, since the melting point of In is relatively low, the contact layer 44 and the Si thin film layer 16 can be bonded with a strong force even when a low temperature is used. Suppression can also be realized.
  • the light emitting element 30 is a GaAs light emitting element is shown as an example, but is not limited thereto.
  • a light emitting element having another structure may be used as long as it is a light emitting element made of a group III-V compound semiconductor not containing In. Even in this case, by applying the invention of Example 1, it is possible to prevent the semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor not containing In from peeling off from the substrate.
  • the present invention is not limited to this. If the surface of the semiconductor layer made of a group III-V compound semiconductor not containing In is bonded to the Si surface of the substrate, the invention according to Example 1 can be applied to the group III-V not containing In. Peeling between the semiconductor layer made of a compound semiconductor and the substrate can be suppressed.
  • Example 2 is an example of an integrated substrate including the semiconductor device 100 according to Example 1.
  • FIG. FIG. 6 is an example of a schematic perspective view of an integrated substrate according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, an electronic circuit (not shown) including Si transistors is integrated on the integrated substrate 200 according to the second embodiment, and the semiconductor device 100 according to the first embodiment is further integrated. As a result, the optical circuit formed by the semiconductor device 100 and the electronic circuit formed by a transistor are merged.
  • Example 3 is an example of an optical module including the semiconductor device 100 according to Example 1.
  • FIG. FIG. 7 is an example of a block diagram of an optical module according to the third embodiment.
  • the optical module 300 according to the third embodiment includes the semiconductor device 100 according to the first embodiment, the optical waveguide unit 310, and the light modulation unit 320.
  • Light emitted from the semiconductor device 100 is guided to the light modulation unit 320 through the optical waveguide unit 310.
  • the light modulator 320 modulates incident light.
  • the modulated light is incident on the single mode fiber optically coupled by the optical fiber coupling unit 330 through the optical waveguide unit 310 and is transmitted through the single mode fiber.
  • Example 4 is an example of an optical communication apparatus including the optical module 300 according to Example 3.
  • FIG. 8A is an example of a block diagram of an optical communication apparatus according to the fourth embodiment.
  • the optical communication device 400 according to the fourth embodiment includes the optical module 300 according to the third embodiment that functions as a transmission unit, a reception unit 410, and a control unit 420.
  • the optical module 300 converts the transmission data signal from the control unit 420 into light and emits it.
  • the emitted light enters the single mode fiber and is transmitted through the single mode fiber.
  • the receiving unit 410 receives light transmitted through the single mode fiber and outputs the received data to the control unit 420 as received data.
  • FIG. 8B is an example of a block diagram of an optical communication system including the optical communication apparatus 400 according to the fourth embodiment.
  • the optical communication system 500 includes a first optical communication device 400a and a second optical communication device 400b.
  • the first optical communication device 400a includes an optical module 300a, a receiving unit 410a, and a control unit 420a.
  • the second optical communication device 400b includes an optical module 300b, a receiving unit 410b, and a control unit 420b.
  • the optical module 300a of the first optical communication apparatus 400a converts the transmission data signal from the control unit 420a into light and emits the light
  • the emitted light is transmitted through the single mode fiber 510
  • the second light Light is received by the receiving unit 410b of the communication device 400b.
  • reception data is output to the control unit 420b.
  • the optical module 300b of the second optical communication device 400b converts the transmission data signal from the control unit 420b into light and emits it
  • the emitted light is transmitted through the single mode fiber 510
  • the first Light is received by the receiving unit 410a of the optical communication device 400a.
  • reception data is output to the control unit 420a.
  • data communication can be performed between the first optical communication device 400a and the second optical communication device 400b.
  • the optical communication system 500 that performs data communication using the single mode fiber 510 between the first optical communication device 400a and the second optical communication device 400b is an FTTH (Fiber To The Home) and an optical communication backbone network are preferable.
  • the first optical communication device 400a and the second optical communication device 400b may perform data communication by receiving light emitted into the space without using the single mode fiber 510.
  • the first optical communication device 400a and the second optical communication device 400b can be personal computers, for example, and one of the first optical communication device 400a and the second optical communication device 400b is A personal computer may be used, and the other may be an electronic device such as a mobile phone, a digital camera, or a video camera, or a projector.

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Abstract

　本発明は、ＧａＡｓ基板３２の主面上に形成された光を発振する活性層３８を含む積層半導体層４６のうちの最表面の層である、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体であるＧａＡｓからなるコンタクト層４４の表面に、ＩｎＡｓの複数の量子ドットからなる接合層２２を形成する工程と、コンタクト層４４の表面を、接合層２２を介して、基板１０に含まれるＳｉ薄膜層１６のＳｉ面に接合させる工程と、を有する半導体装置の製造方法である。

Description

半導体装置およびその製造方法、集積基板、光モジュール、光通信装置
　本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる半導体層の表面と基板のＳｉ面とを接合させる半導体装置およびその製造方法、並びに、その半導体装置を含む集積基板、光モジュール、光通信装置に関する。
　ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板の表面に、化合物半導体からなる発光素子を貼り合わせ、発光素子が発振した光を、ＳＯＩ基板に形成された導波路内を導波させる半導体装置が知られている。例えば、非特許文献１には、ＳＯＩ基板の表面にＩｎＰ（インジウムリン）系発光素子が貼り合わされた構造の半導体装置が開示されている。
アレクサンダー・Ｗ・ファン（Alexander W. Fang）、他５名、「エレクトリカリ・パンプド・ハイブリッド・アルミニウムガリウムインジウムヒ素－シリコン・エバネセント・レーザ（Electrically pumped hybrid AlGaInAs-silicon evanescent laser）」、オプティクス・エクスプレス（OPTICS EXPRESS）、２００６年１０月２日、Ｎｏ．２０、Ｖｏｌ．１４、ｐ．９２０３－９２１０
　発光素子には、ＩｎＰ系発光素子の他、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）系発光素子のような、Ｉｎ（インジウム）を含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる発光素子がある。例えば、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる発光素子をＳＯＩ基板に貼り合わせる場合、ＳＯＩ基板のＳｉ面とＩｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層面とが接合することになるが、この場合、ＳＯＩ基板とＩｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層とが剥がれてしまうことがある。
　このように、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる半導体層の表面と基板のＳｉ面とを接合させる場合、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる半導体層と基板とに剥がれが生じてしまうという課題がある。
　本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる半導体層の表面と基板のＳｉ面とを接合させる構造において、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる半導体層と基板との剥がれを抑制することが可能な半導体装置およびその製造方法、並びにその半導体装置を含む集積基板、光モジュール、および光通信装置を提供することを目的とする。
　本発明は、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる半導体層の表面に、Ｉｎを含む接合層を形成する工程と、前記半導体層の表面を、前記接合層を介して、基板のＳｉ面に接合させる工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と基板とが剥がれることを抑制できる。
　上記構成において、前記半導体層は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板の主面上に形成された光を発振する活性層を含む積層半導体層のうちの最表面の半導体層であり、前記基板は、前記活性層が発振する光を導波する導波路を有する構成とすることができる。この構成によれば、活性層が発振する光を、基板に設けられた導波路で導波することができる。
　上記構成において、前記接合層を形成する工程は、前記半導体層の表面と前記基板のＳｉ面とを接合させた後において、前記活性層が発振する光のエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するような前記接合層を形成する構成とすることができる。この構成によれば、活性層が発振する光が、接合層で吸収されることを抑制できるため、光強度の強い光が、基板に設けられた導波路を導波することができる。
　上記構成において、前記接合層を形成する工程は、Ｉｎを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体である複数の量子ドットからなる前記接合層を形成する構成とすることができる。この構成によれば、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる半導体層の表面と基板のＳｉ面とを接合させた後において、接合層が、活性層が発振する光のエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有することを容易に実現できる。
　上記構成において、前記接合層を形成する工程は、ＩｎＡｓの複数の量子ドットからなる前記接合層を形成する構成とすることができる。
　上記構成において、前記接合層を形成する工程は、前記活性層が発振する光の波長が１．３μｍ帯である場合に、前記半導体層の表面と前記基板のＳｉ面とを接合させた後において、前記接合層の厚みが５原子層厚以下となるような量のＩｎＡｓを供給することで、前記接合層を形成する構成とすることができる。この構成によれば、活性層が発振する１．３μｍ帯の波長の光の吸収が抑制された接合層を得ることができる。
　本発明は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板の主面上に設けられた光を発振する活性層を含む積層半導体層のうちの最表面の層であり、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる半導体層と、前記半導体層の表面に設けられ、前記活性層が発振する光のエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する、Ｉｎを含む接合層と、前記活性層が発振する光を導波する導波路を有し、前記接合層を介して、前記半導体層の表面にＳｉ面が接合した基板と、を具備することを特徴とする半導体装置である。本発明によれば、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と基板とが剥がれることを抑制できる。また、活性層が発振する光が、接合層で吸収されることを抑制できるため、光強度の強い光が、基板に設けられた導波路を導波することができる。
　上記構成において、前記接合層はＩｎＡｓ薄膜層であり、前記活性層が発振する光の波長は１．３μｍ帯であり、前記接合層の厚みは５原子層厚以下である構成とすることができる。この構成によれば、接合層が、活性層で発振された１．３μｍ帯の波長の光を吸収することを抑制できる。
　本発明は、前記半導体装置を含むことを特徴とする集積基板である。また、本発明は、前記半導体装置を含むことを特徴とする光モジュールである。さらに、本発明は、前記半導体装置を含むことを特徴とする光通信装置である。
　本発明によれば、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる半導体層の表面と基板のＳｉ面とを接合させる構造において、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と基板とが剥がれることを抑制できる。
図１は、実施例１に係る半導体装置の断面模式図の例である。 図２は、活性層の１層分のドット層を示す断面模式図の例である。 図３は、実施例１に係る半導体装置における、ｐ型ＧａＡｓ基板からＳｉ層にかけてのエネルギーバンド図の例である。 図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を説明する断面模式図の例である。 図５（ａ）は、ＩｎＡｓ薄膜層がＧａＡｓ層に挟まれた構造におけるエネルギーバンド図の例であり、図５（ｂ）は、ＩｎＡｓ薄膜層の厚さに対するバンドギャップエネルギーの計算結果を示す図である。 図６は、実施例２に係る集積基板の斜視模式図の例である。 図７は、実施例３に係る光モジュールのブロック図の例である。 図８（ａ）は、実施例４に係る光通信装置のブロック図の例であり、図８（ｂ）は、実施例４に係る光通信装置を備えた光通信システムのブロック図の例である。
　まず、本発明が解決しようとする課題について詳しく説明する。非特許文献１に開示された半導体装置のように、ＳＯＩ基板表面に、ＩｎＰ系発光素子を貼り合わせる構造の場合、ＳＯＩ基板のＳｉ面とＩｎを含む半導体層面とが接合することになる。この場合、Ｓｉ面に含まれるＳｉ原子と、Ｉｎを含む半導体層に含まれるＩｎ原子とが結合すると考えられる。Ｓｉ原子とＩｎ原子との結合は、結合強度が強く、例えば温度が上昇したとしても、結合は切れ難い。したがって、ＳＯＩ基板とＩｎを含む半導体層とが剥がれることは生じ難い。
　一方、ＳＯＩ基板表面に、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる発光素子を貼り合わせる構造の場合、ＳＯＩ基板のＳｉ面とＩｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層面とが接合することになる。例えば、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる発光素子の例としてＧａＡｓ系発光素子を用いる場合、ＳＯＩ基板のＳｉ面とＧａＡｓ半導体層面とが接合することになる。この場合、Ｓｉ面に含まれるＳｉ原子と、ＧａＡｓ半導体層に含まれるＧａ原子とが結合すると考えられる。しかしながら、Ｓｉ原子とＧａ原子との結合強度は弱いため、例えば温度が上昇すると、結合が容易に切れてしまう。このように、ＳＯＩ基板表面にＧａＡｓ系発光素子を貼り合わせる構造の場合は、ＳＯＩ基板とＧａＡｓ半導体層とが剥がれ易いという課題がある。そこで、このような課題を解決することが可能な実施例を以下に示す。
　図１は、実施例１に係る半導体装置の断面模式図の例である。図１のように、実施例１に係る半導体装置１００は、基板１０の表面に、発光素子３０が貼り合わされた構造をしている。基板１０は、例えばＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板であり、Ｓｉ支持基板１２上に、埋め込みＳｉＯ２（酸化シリコン）膜１４、Ｓｉ薄膜層１６が順次形成された構造を有する。即ち、基板１０の表面は、Ｓｉ薄膜層１６のＳｉ表面が露出している。Ｓｉ薄膜層１６には、埋め込みＳｉＯ２膜１４が露出するまで除去された空洞部１８が形成されていて、Ｓｉ薄膜層１６の一部分は、空洞部１８で挟まれている。即ち、Ｓｉ薄膜層１６の一部分は、空洞部１８と埋め込みＳｉＯ２膜１４とによって周囲が囲まれている。光通信に一般的に用いられる１．３μｍ帯や１．５５μｍ帯の光の波長に対して、Ｓｉは、ＳｉＯ２や空気に比べて大きな屈折率を有する。このため、空洞部１８と埋め込みＳｉＯ２膜１４とによって囲まれたＳｉ薄膜層１６の一部分は、光を導波する機能を有する導波路２０として用いることが可能となる。
　発光素子３０は、例えば１．３μｍ帯の波長の光を発振する量子ドット活性層を有するＧａＡｓ系発光素子である。発光素子３０は、例えばｐ型ＧａＡｓ基板３２の主面上に、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる下部クラッド層３４、アンドープＧａＡｓからなるスペーサ層３６、複数の量子ドットを有する活性層３８、アンドープＧａＡｓからなるスペーサ層４０、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなる上部クラッド層４２、およびｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層４４が、順次積層された積層半導体層４６を有する構造である。即ち、積層半導体層４６の最表面の層は、コンタクト層４４となっている。ｐ型ＧａＡｓ基板３２の主面と反対側の面には、ｐ電極４８が形成されている。コンタクト層４４に接してｎ電極５０が形成されている。
　ここで、活性層３８についてより詳細に説明する。図２は、活性層３８の１層分のドット層５２を示す断面模式図の例である。図２のように、量子ドット５４はＩｎＡｓにより形成される。量子ドット５４間にＩｎＧａＡｓ層５６が形成される。量子ドット５４およびＩｎＧａＡｓ層５６を覆うように、アンドープＧａＡｓ層５８が形成される。アンドープＧａＡｓ層５８の表面にｐ型ＧａＡｓ層６０とアンドープＧａＡｓ層６２とが順次形成される。アンドープＧａＡｓ層５８、ｐ型ＧａＡｓ層６０、およびアンドープＧａＡｓ層６２は、バリア層６４を構成する。
　図１に戻り、基板１０と発光素子３０との間には、例えばＩｎＡｓの薄膜層からなり、２原子層厚の厚さを有する接合層２２が介在している。即ち、接合層２２は、Ｓｉ薄膜層１６とコンタクト層４４との間に設けられている。Ｓｉ薄膜層１６のＳｉ面とコンタクト層４４のＧａＡｓ面とを、ＩｎＡｓからなる接合層２２を間に介在させ接合することで、Ｓｉ薄膜層１６と接合層２２とは、結合強度の強いＳｉ原子とＩｎ原子との結合構造になるため、Ｓｉ薄膜層１６とコンタクト層４４とに剥がれは生じ難くなる。
　実施例１に係る半導体装置１００は、図１のように、基板１０の表面に、発光素子３０が貼り合わされた構造をしている。このため、活性層３８で発振された光が、基板１０に伝搬し、基板１０に設けられた導波路２０内を導波することが可能となる。したがって、半導体装置１００は、光回路として使用することができ、例えば、光の変調器、合波器、または分波器として用いることができる。
　図３は、実施例１に係る半導体装置１００における、ｐ型ＧａＡｓ基板３２からＳｉ薄膜層１６にかけてのエネルギーバンド図の例である。図３のように、ＩｎＡｓからなる接合層２２のバンドギャップエネルギーＥｇａは、活性層３８のバンドギャップエネルギーＥｇｂよりも大きい。このため、活性層３８で発振される光が、接合層２２で吸収されることを抑制することができる。即ち、活性層３８が発振する光は、接合層２２でほとんど吸収されずに、基板１０に伝搬されて、導波路２０内を導波することが可能となる。
　次に、実施例１に係る半導体装置１００の製造方法について説明する。図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る半導体装置１００の製造方法を説明する断面模式図の例である。図４（ａ）のように、まず、ｐ型ＧａＡｓ基板３２の主面上に、例えばＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法を用い、下部クラッド層３４、スペーサ層３６、複数の量子ドットを有する活性層３８、スペーサ層４０、上部クラッド層４２、およびコンタクト層４４を順次積層し、積層半導体層４６を形成する。
　続いて、積層半導体層４６の最表面の層であるコンタクト層４４の表面に、ＩｎＡｓの複数の量子ドットからなる接合層２２を形成する。接合層２２の形成は、コンタクト層４４の表面とＳｉ薄膜層１６のＳｉ面とを接合させた後において、活性層３８が発振する光のエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するような接合層２２を形成する。接合層２２の形成は、例えば２．５分子層厚の成長に相当する量のＩｎＡｓを供給することで行い、例えば高さが１０ｎｍのＩｎＡｓの量子ドットからなる接合層２２を形成する。
　図４（ｂ）のように、導波路２０を有する基板１０を準備する。導波路２０は、例えばドライエッチング法により、Ｓｉ薄膜層１６を選択的にエッチングすることで形成する。そして、Ｓｉ薄膜層１６のＳｉ表面を、例えばフッ酸を用いて洗浄した後、例えば２５０℃の温度下で、１０ｋＰａの圧力を加えて、コンタクト層４４の表面とＳｉ薄膜層１６のＳｉ表面とを、接合層２２を介在させて接合させる。これにより、量子ドットであった接合層２２は、例えば２原子層厚のＩｎＡｓの薄膜層となる。なお、図４（ａ）において、２．５分子層厚の成長に相当する量のＩｎＡｓを供給してＩｎＡｓの量子ドットからなる接合層２２を形成したのに対し、コンタクト層４４の表面とＳｉ薄膜層１６のＳｉ面とを接合させた後での接合層２２は、２原子層厚のＩｎＡｓ薄膜層になったのは、Ｉｎがコンタクト層４４等に拡散したためである。
　図４（ｃ）のように、コンタクト層４４の一部が露出するよう、例えばドライエッチング法により、ｐ型ＧａＡｓ基板３２、下部クラッド層３４、スペーサ層３６、活性層３８、スペーサ層４０、および上部クラッド層４２を選択的にエッチングする。その後、ｐ電極４８とｎ電極５０とを形成する。これにより、実施例１に係る半導体装置１００が完成する。
　このように、実施例１によれば、図４（ａ）のように、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層４４の表面に、ＩｎＡｓの複数の量子ドットからなる接合層２２を形成する。そして、図４（ｂ）のように、コンタクト層４４の表面を、接合層２２を介して、Ｓｉ薄膜層１６のＳｉ表面に接合させる。コンタクト層４４のＧａＡｓ面とＳｉ薄膜層１６のＳｉ面とを直接接合させる場合は、Ｓｉ原子とＧａ原子との結合強度が弱いことから、容易に剥がれてしまう。しかしながら、実施例１のように、コンタクト層４４のＧａＡｓ面とＳｉ薄膜層１６のＳｉ面とを、ＩｎＡｓの接合層２２を介して接合させることで、Ｓｉ原子とＩｎ原子との結合強度は強いことから、コンタクト層４４とＳｉ薄膜層１６との接合力が強まり、剥がれが生じ難くなる。つまり、結合強度の強いＳｉ原子とＩｎ原子との結合構造となることで、コンタクト層４４と基板１０とが剥がれることを抑制できる。
　また、半導体装置１００は、ｐ型ＧａＡｓ基板３２の主面上に形成された光を発振する活性層３８を含む積層半導体層４６のうちの最表面の層であるコンタクト層４４が、コンタクト層４４の表面に形成された接合層２２を介して、光を導波する導波路２０を有する基板１０の表面に接合した構造をしている。これにより、活性層３８で発振された光が、基板１０に伝搬され、基板１０に設けられた導波路２０内を導波することが可能となる。このことから、図３および図４（ａ）で説明したように、接合層２２は、コンタクト層４４の表面とＳｉ薄膜層１６のＳｉ面とが接合した後において、活性層３８が発振する光のエネルギーよりも大きいバンドギャップを有するような接合層２２であることが好ましい。これにより、活性層３８が発振する光が、接合層２２で吸収されることを抑制でき、光強度の強い光が、基板１０に設けられた導波路２０内を導波することが可能となる。
　ここで、図５（ａ）および図５（ｂ）を用いて、ＩｎＡｓの薄膜層である接合層２２の厚さとバンドギャップエネルギーとの関係について説明する。図５（ａ）は、ＩｎＡｓ薄膜層がＧａＡｓ層に挟まれたＩｎＡｓ量子井戸構造の場合でのエネルギーバンド図の例である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＩｎＡｓ量子井戸構造において、ＩｎＡｓ薄膜層の厚さに対する基底準位でのバンドギャップエネルギーの計算結果を示す図であり、横軸はＩｎＡｓ薄膜層の厚さを原子層厚で表し、縦軸はＩｎＡｓ薄膜層のバンドギャップエネルギーを表している。図５（ａ）のように、量子井戸に閉じ込められた電子は量子化され、そのエネルギーレベルが上昇して、実効的なバンドギャップエネルギーが大きくなる。図５（ｂ）のように、ＩｎＡｓ薄膜層の厚さが薄くなるほど、基底準位でのバンドギャップエネルギーが増大していく。バンドギャップエネルギーが大きい程、ＩｎＡｓ薄膜層で吸収される光の波長範囲が狭くなるため、ＩｎＡｓ薄膜層での光の吸収を抑える観点からは、ＩｎＡｓ薄膜層の厚さは薄い方が好ましいことになる。図５（ｂ）は、ＩｎＡｓ薄膜層がＧａＡｓ層に挟まれたＩｎＡｓ量子井戸構造でのＩｎＡｓ薄膜層の厚さに対するバンドギャップエネルギーを示しているが、実施例１に係る半導体装置１００のように、ＩｎＡｓの薄膜層（接合層２２）がＧａＡｓ層（コンタクト層４４）とＳｉ層（Ｓｉ薄膜層１６）とに挟まれたＩｎＡｓ量子井戸構造であっても、図５（ｂ）と同様の関係が得られると考えられる。
　したがって、実施例１に係る半導体装置１００において、活性層３８で発振される光が、接合層２２で吸収されることを抑制するには、接合層２２は、厚さの薄いＩｎＡｓの薄膜層である場合が好ましい。例えば、活性層３８が、一般的な光通信に用いられる１．３μｍ帯の波長の光を発振する場合、１．３μｍ帯の波長の光のエネルギーは０．９７ｅＶ程度であることから、図５（ｂ）のように、ＩｎＡｓの薄膜層である接合層２２の厚さは、５原子層厚以下となる場合が好ましく、３原子層厚以下の場合がより好ましく、２原子層厚以下の場合がさらに好ましい。即ち、活性層３８が発振する光の波長が１．３μｍ帯である場合に、図４（ａ）で説明した、接合層２２の形成において、コンタクト層４４の表面とＳｉ薄膜層１６のＳｉ面とを接合させた後に、接合層２２の厚みが５原子層厚以下となるような量のＩｎＡｓを供給して接合層２２を形成する場合が好ましく、３原子層厚以下となるような量のＩｎＡｓを供給して接合層２２を形成する場合がより好ましく、２原子層厚以下となるような量のＩｎＡｓを供給して接合層２２を形成する場合がさらに好ましい。これにより、活性層３８が発振する１．３μｍ帯の波長の光が、接合層２２で吸収されることを抑制できる。
　図４（ａ）のように、コンタクト層４４の表面に形成する接合層２２は、ＩｎＡｓの複数の量子ドットである場合が好ましい。これにより、図４（ｂ）のように、コンタクト層４４の表面をＳｉ薄膜層１６のＳｉ面に接合させる際の温度および圧力の調整により、コンタクト層４４の表面とＳｉ薄膜層１６のＳｉ面とを接合させた後において、接合層２２が、活性層３８が発振する光のエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するような、厚さの薄いＩｎＡｓの薄膜層となることを容易に実現できる。
　図４（ａ）のように、コンタクト層４４の表面に形成する接合層２２は、ＩｎＡｓの量子ドットからなる層である場合を例に説明したが、例えばＩｎＡｓの薄膜層やＩｎＧａＡｓの薄膜層など、Ｉｎを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体の薄膜層である場合でもよい。この場合でも、コンタクト層４４の表面とＳｉ薄膜層１６のＳｉ面とを接合させた場合に、コンタクト層４４とＳｉ薄膜層１６とが剥がれることを抑制できると共に、活性層３８が発振する光の吸収の抑制もできる。しかしながら、コンタクト層４４の表面に形成する接合層２２をＩｎＡｓやＩｎＧａＡｓ等の薄膜層とすると、薄膜層の表面が凸凹してしまい、コンタクト層４４とＳｉ薄膜層１６との接合が難しくなる場合がある。このため、コンタクト層４４の表面に形成する接合層２２は、ＩｎＡｓやＩｎＧａＡｓなどのＩｎを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体の複数の量子ドットからなる場合が好ましい。
　活性層３８は１．３μｍ帯の波長の光を発振する場合を例に示したが、例えば１．５５μｍ帯の波長の光を発振する場合等、Ｓｉでの吸収係数が低い波長帯であれば、他の波長帯の光を発振する場合でもよい。活性層３８が１．５５μｍ帯の波長の光を発振する場合、活性層３８で発振する１．５５μｍ帯の波長の光が接合層２２で吸収されることを抑制するためには、１．５５μｍ帯の波長の光のエネルギーは０．８ｅＶ程度であることから、図５（ｂ）のように、接合層２２の厚さは、７原子層厚以下である場合が好ましく、５原子層厚以下である場合がより好ましく、３原子層厚以下である場合がさらに好ましい。
　活性層３８は量子ドット構造である場合を例に示したが、例えば量子井戸構造である場合でもよい。しかしながら、ＩｎＡｓの量子ドット構造を有する活性層３８の場合は、例えば４５０℃の温度に曝されると特性劣化が生じてしまう。このため、活性層３８がＩｎＡｓの量子ドット構造である場合に、実施例１のように、Ｉｎを含む接合層２２を介在させる場合がより好ましい。これにより、Ｉｎの融点が比較的低いことから、低い温度を用いても、コンタクト層４４とＳｉ薄膜層１６とを強い力で接合させることが可能となり、剥がれの抑制に加えて、特性劣化の抑制も実現できる。
　発光素子３０は、ＧａＡｓ系発光素子である場合を例に示したが、これに限られる訳ではない。Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる発光素子であればその他の構造を有する発光素子の場合でもよい。この場合でも、実施例１の発明を適用することで、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる半導体層と基板とが剥がれることを抑制できる。
　また、実施例１では、ＧａＡｓ系発光素子である発光素子３０がＳＯＩ基板である基板１０に貼り合わされる構造の場合を例に説明したが、これに限られる訳ではない。Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる半導体層の表面と基板のＳｉ面とを接合させる構造であれば、実施例１に係る発明を適用することで、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる半導体層と基板との剥がれを抑制できる。
　実施例２は、実施例１に係る半導体装置１００を備える集積基板の例である。図６は、実施例２に係る集積基板の斜視模式図の例である。図６のように、実施例２に係る集積基板２００には、Ｓｉによるトランジスタを含む電子回路（不図示）が集積されており、さらに、実施例１に係る半導体装置１００が集積されている。これにより、半導体装置１００による光回路とトランジスタなどによる電子回路との融合がなされている。
　実施例３は、実施例１に係る半導体装置１００を備える光モジュールの例である。図７は、実施例３に係る光モジュールのブロック図の例である。図７のように、実施例３に係る光モジュール３００は、実施例１に係る半導体装置１００、光導波部３１０、光変調部３２０を有する。半導体装置１００から出射された光は、光導波部３１０を通して光変調部３２０に導かれる。光変調部３２０では、入射された光を変調する。変調された光は、光導波部３１０を通して、光ファイバ結合部３３０で光結合したシングルモードファイバに入射され、シングルモードファイバ内を伝送する。
　実施例４は、実施例３に係る光モジュール３００を備えた光通信装置の例である。図８（ａ）は、実施例４に係る光通信装置のブロック図の例である。図８（ａ）のように、実施例４に係る光通信装置４００は、送信部として機能する実施例３に係る光モジュール３００、受信部４１０、制御部４２０を有する。光モジュール３００は、制御部４２０からの送信データ信号を光に変換して出射する。出射された光はシングルモードファイバに入射され、シングルモードファイバ内を伝送する。受信部４１０は、シングルモードファイバ内を伝送してきた光を受光し、受信データとして制御部４２０に出力する。
　図８（ｂ）は、実施例４に係る光通信装置４００を備えた光通信システムのブロック図の例である。図８（ｂ）のように、光通信システム５００は、第１の光通信装置４００ａと第２の光通信装置４００ｂを有する。第１の光通信装置４００ａは、光モジュール３００ａ、受信部４１０ａ、制御部４２０ａを有する。第２の光通信装置４００ｂは、光モジュール３００ｂ、受信部４１０ｂ、制御部４２０ｂを有する。例えば、第１の光通信装置４００ａの光モジュール３００ａが、制御部４２０ａからの送信データ信号を光に変換して出射すると、出射された光はシングルモードファイバ５１０内を伝送し、第２の光通信装置４００ｂの受信部４１０ｂで受光される。受信部４１０ｂで光を受光すると、受信データが制御部４２０ｂに出力される。同様に、第２の光通信装置４００ｂの光モジュール３００ｂが、制御部４２０ｂからの送信データ信号を光に変換して出射すると、出射された光はシングルモードファイバ５１０内を伝送し、第１の光通信装置４００ａの受信部４１０ａで受光される。受信部４１０ａで光を受光すると、受信データが制御部４２０ａに出力される。これにより、第１の光通信装置４００ａと第２の光通信装置４００ｂとの間でデータ通信を行うことができる。
　図８（ｂ）のように、第１の光通信装置４００ａと第２の光通信装置４００ｂとの間でシングルモードファイバ５１０を用いてデータ通信を行う光通信システム５００は、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）や光通信基幹網に用いられる場合が好ましい。また、シングルモードファイバ５１０を用いずに、第１の光通信装置４００ａと第２の光通信装置４００ｂとが、空間に出射した光を受光することでデータ通信を行う場合でもよい。この場合、第１の光通信装置４００ａと第２の光通信装置４００ｂとは、例えばパーソナルコンピュータとすることができ、また、第１の光通信装置４００ａおよび第２の光通信装置４００ｂの一方はパーソナルコンピュータとし、他方は携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器やプロジェクタとしてもよい。
　以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

Claims (11)

  1. 　Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる半導体層の表面に、Ｉｎを含む接合層を形成する工程と、
    　前記半導体層の表面を、前記接合層を介して、基板のＳｉ面に接合させる工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 　前記半導体層は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板の主面上に形成された光を発振する活性層を含む積層半導体層のうちの最表面の半導体層であり、
    　前記基板は、前記活性層が発振する光を導波する導波路を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  3. 　前記接合層を形成する工程は、前記半導体層の表面と前記基板のＳｉ面とを接合させた後において、前記活性層が発振する光のエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するような前記接合層を形成することを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
  4. 　前記接合層を形成する工程は、Ｉｎを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体の複数の量子ドットからなる前記接合層を形成することを特徴とする請求項２または３記載の半導体装置の製造方法。
  5. 　前記接合層を形成する工程は、ＩｎＡｓの複数の量子ドットからなる前記接合層を形成することを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
  6. 　前記接合層を形成する工程は、前記活性層が発振する光の波長が１．３μｍ帯である場合に、前記半導体層の表面と前記基板のＳｉ面とを接合させた後において、前記接合層の厚みが５原子層厚以下となるような量のＩｎＡｓを供給することで、前記接合層を形成することを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
  7. 　ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板の主面上に設けられた光を発振する活性層を含む積層半導体層のうちの最表面の層であり、Ｉｎを含まないＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる半導体層と、
    　前記半導体層の表面に設けられ、前記活性層が発振する光のエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する、Ｉｎを含む接合層と、
    　前記活性層が発振する光を導波する導波路を有し、前記接合層を介して、前記半導体層の表面にＳｉ面が接合した基板と、を具備することを特徴とする半導体装置。
  8. 　前記接合層はＩｎＡｓ薄膜層であり、前記活性層が発振する光の波長は１．３μｍ帯であり、前記接合層の厚みは５原子層厚以下であることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
  9. 　請求項７または８記載の半導体装置を含むことを特徴とする集積基板。
  10. 　請求項７または８記載の半導体装置を含むことを特徴とする光モジュール。
  11. 　請求項７または８記載の半導体装置を含むことを特徴とする光通信装置。
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