光集積回路のための異種結晶ダイレクトボンディング

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455162
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 横井 秀樹 東京工業大学, 工学部, 助手 (90251636)
• 研究分担者: 水本 哲弥 東京工業大学, 工学部, 助教授 (00174045)
• キーワード: ダイレクトボンディング / 光集積回路 / 半導体レーザ / 反応性イオンエッチング / 光アイソレータ / 光吸収損失

研究概要

高機能な光集積回路を実現するために、異種結晶を一つの基板上に作り付ける必要がある。近赤外用半導体レーザのInP基板上に、光アイソレータの構成に必要不可欠な磁気光学材料の希土類鉄ガ-ネット(YBi)_3Fe_5O_<12>(Bi:YIG)を、接着剤を使わずにダイレクトボンディングによって集積化できることを実証することと、ボンディングウエハでレーザを製作するプロセスを確立することが本研究の目的である。本年度の研究によって得られた成果を以下に要約する。
1.ボンディング熱処理の低温化
ボンディングの熱処理低温化につながる有効な試料表面処理方法を探索した結果、InPとBi:YIGについてそれぞれ最適な表面処理方法を見いだすことができた。この結果、ボンディングした試料を、デバイス製作の典型的なプロセス(エッチング、熱処理、プラズマ雰囲気等)にさらし、プロセスを経た後でもボンディングが維持されているかどうか観察して、ボンディングの耐性を評価した。さらに水素雰囲気中で熱処理した場合に、Bi:YIGの光吸収損失増大を抑制できる温度範囲を明確にした。
2.集積型アイソレータの考案
ダイレクトボンディングを利用して半導体光素子と集積化するデバイス化プロセスと整合性のとれた集積型光アイソレータの新しい構造を考案し、デバイス設計を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] H.Yokoi, et al.: "Improved heat treatment for wafer direct bonding between semiconductors and magnetic garnets" Japanese Journal of Applied Physics. Vol.36,No.5A. 2784-2787 (1997)
• [文献書誌] H.Yokoi, et al.: "Proposed configuration of integrated optical isolator employing wafer-direct bonding technique" Electronics Letters. 33,No.21. 1787-1788 (1997)
• [文献書誌] H.Yokoi, et al.: "Magnetooptic waveguide with SiO_2 cladding layer integrated on InP substrate by wafer direct bonding" Japanese Journal of Applied Physics. Vol.36,No.12A. 7230-7232 (1997)
• [文献書誌] H.Yokoi, et al.: "Improved heat treatment in wafer direct bonding for optical isolator integration" OECC97,Seoul,Technical Digest. 484-485 (1997)
• [文献書誌] H.Yokoi, et al.: "Experimental study of integrating laser diode and optical isolator using direct bonding" 6th MOC/14th Topical Meeting on Gradient-Index Optical Systems,Tokyo,Technical Digest. 178-181 (1997)