JP2021511540A - Re系集積光および電子層状構造 - Google Patents
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Abstract
システムおよび方法は、RE系集積光および電子層状構造を単一基板上に成長させるステップを説明する。層状構造は、基板と、基板の第1の領域にわたるエピツイスト希土類酸化物層と、基板の第2の領域にわたる希土類プニクタイド層とを備え、第1の領域および第2の領域は、重複しない。いくつかの実施形態では、基板は、(100)の結晶配向を有する、シリコン基板であって、エピツイスト希土類酸化物層は、(110)の結晶配向を有し、希土類プニクタイド層は、(100)の結晶配向を有する。いくつかの実施形態では、層状構造はさらに、基板の第3の領域にわたる界面層であって、第3の領域は、第1の領域および第2の領域と別個であって、界面層は、二酸化ケイ素またはウエハ接合材料から成る、界面層と、界面層にわたるシリコン層とを備える。
Description
(関連出願の相互参照)
本願は、35U.S.C.§119(e)下、2018年1月19日に出願された、米国仮出願第62/619,522号、および2018年1月29日に出願された、米国仮出願第62/623,354号の利点を主張するものであり、これらは両方とも、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。
本願は、35U.S.C.§119(e)下、2018年1月19日に出願された、米国仮出願第62/619,522号、および2018年1月29日に出願された、米国仮出願第62/623,354号の利点を主張するものであり、これらは両方とも、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。
光素子は、光を作成、操作、および/または検出するための構成要素である。光素子は、レーザダイオード、発光ダイオード、太陽および光起電電池、ディスプレイ、および/または光学増幅器を含むことができる。従来、光素子および電子素子は、別個に形成され、必要に応じて、回路の中に組み合わせられ得る。別個の個々の製造プロセスは、コストがかかり、結果として生じる光素子および電子素子はそれぞれ、別個の回路面積を消費し得る。
加えて、半導体製造のために、層間の格子不整合が、時として、層状構造間の歪み増加につながり得るため、異なる材料の異なる層間の格子整合が、多くの場合、問題となり得る。従来、<100>の配向のSrTiO3緩衝Siが、バリウム(Ba)系ペロブスカイト材料のための開始テンプレートとして従来的に使用されるが、格子不整合が、多くの場合、生じ、これは、半導体層の性能を損なわせる。最近、<110>の結晶配向の希土類酸化物(REO)バルク基板が、REO基板が、通常、Ba系ペロブスカイト材料と格子整合されるため、Ba系ペロブスカイト材料のエピタキシのための良好な選択肢として使用されている。しかしながら、バルク単結晶格子整合REO基板は、通常、限定されたサイズ、例えば、最大32mmの直径を有し、これは、格子整合REO基板にわたって堆積され得る、ペロブスカイトのサイズも同様に非常に制限する。
システムおよび方法は、RE系の集積された光および電子層状構造を単一基板上に成長させるステップを説明する。層状構造は、基板と、基板の第1の領域にわたるエピツイスト希土類酸化物層と、基板の第2の領域にわたる希土類プニクタイド層とを備え、第1の領域および第2の領域は、重複しない。
いくつかの実施形態では、基板は、(100)の結晶配向を有する、シリコン基板であって、エピツイスト希土類酸化物層は、(110)の結晶配向を有し、希土類プニクタイド層は、(100)の結晶配向を有する。いくつかの実施形態では、層状構造はさらに、基板の第3の領域にわたる界面層であって、第3の領域は、第1の領域および第2の領域と別個であって、界面層は、二酸化ケイ素またはウエハ接合材料から成る、界面層と、界面層にわたるシリコン層とを備える。
いくつかの実施形態では、シリコン層は、(111)の結晶配向を有し、層状構造はさらに、シリコン層にわたる、(111)の結晶配向を有する、希土類酸化物層を備える。
いくつかの実施形態では、シリコン層は、(100)の結晶配向を有し、層状構造はさらに、シリコン層にわたる、(100)の結晶配向を有する、別の希土類プニクタイドを備える。いくつかの実施形態では、基板は、(111)の結晶配向を有する、シリコン基板であって、層状構造はさらに、界面層にわたる、(100)の結晶配向を有する、界面層およびシリコン層のスタックであって、第1の領域および第2の領域を被覆し、基板とエピツイスト希土類酸化物層および希土類プニクタイド層との間にある、スタックと、第1の領域または第2の領域と別個である、基板の第3の領域にわたる、(111)の結晶配向を有する、希土類酸化物層とを備える。
いくつかの実施形態では、基板およびシリコン層のいずれかは、多孔性シリコン部分を含む。いくつかの実施形態では、基板およびシリコン層のいずれかは、第1の電気ドーピングタイプの第1の部分と、第2の電気ドーピングタイプの第2の部分とを備え、異なる電気ドーピングタイプの第1の部分および第2の部分は、付加的シリコンエピタキシャル層を基板またはシリコン層に追加し、基板またはシリコン層の電気ドーピングを変化させることによって生成される。
いくつかの実施形態では、基板は、(100)の結晶配向を有する、ゲルマニウム基板である。いくつかの実施形態では、基板は、(100)の結晶配向を有する、シリコン基板であって、層状構造はさらに、基板の第3の領域にわたる界面層であって、第3の領域は、第1の領域および第2の領域と別個である、界面層と、界面層にわたる、(100)の結晶配向を有する、ゲルマニウム層とを備える。いくつかの実施形態では、エピツイスト希土類酸化物層、希土類プニクタイド層、および希土類酸化物層の場所は、相互交換可能である。いくつかの実施形態では、別の界面層および別のシリコン層の別のスタックであって、直接、シリコン層にわたり、第1の領域および第2の領域のうちの1つと整合する、別のスタックがあって、エピツイスト希土類酸化物層、希土類プニクタイド層、および希土類酸化物層のうちの1つは、他のシリコン層にわたって存在する。
いくつかの実施形態では、層状構造はさらに、エピツイスト希土類酸化物層、希土類プニクタイド層、および希土類酸化物層のうちの1つ以上のものの上側表面にわたる、III−V素子、III−N素子、酸化物光素子、電子素子、および無線周波数素子から成る群から選択される、素子の組み合わせを備える。いくつかの実施形態では、素子の組み合わせはさらに、ペロブスカイト酸化物、BaTiO3系変調器、InP系エミッタ、III−N高電子移動度トランジスタ、極性、非極性、または半極性III−N素子、エピタキシャル金属、およびScxAl1−xNフィルタのうちの1つ以上のものを備える。いくつかの実施形態では、基板は、基板の上側表面における第1の領域と整合する、n型シリコンの一部を有する、p型シリコン基板であって、層状構造はさらに、希土類プニクタイド層にわたるInP系エミッタを備え、エピツイスト希土類酸化物層は、Gd1−yEryO3から成り、エピツイスト希土類酸化物層におけるEr原子は、InP系エミッタから放出される光波の第1の波長をn型シリコンの部分によって検出可能な第2の波長に変換するように構成される。
いくつかの実施形態では、基板は、n型シリコン部分の真下にあって、それと整合する、第1の多孔性部分であって、第2の波長を通過させる、第1の分布Bragg反射器を形成する、第1の多孔性部分と、第1の多孔性部分の真下にあって、それと整合する、第2の多孔性部分であって、第1の波長を通過させる、第2の分布Bragg反射器を形成する、第2の多孔性部分とを備える。
いくつかの実施形態では、層状構造はさらに、エピツイスト希土類酸化物層にわたる光素子と、希土類プニクタイド層にわたる電子素子とを備える。いくつかの実施形態では、光素子は、第1のエピタキシャル金属、変調器、および変調器にわたる第2のエピタキシャル金属のスタックであって、電子素子は、III−V電界効果トランジスタである。
いくつかの側面では、層状構造は、基板と、基板にわたるエピツイスト希土類酸化物層と、第1のエピタキシャル金属、変調された光学経路を形成する層、および層にわたる第2のエピタキシャル金属のスタックであって、エピツイスト希土類酸化物層上の第1の領域にわたる、スタックと、エピツイスト希土類酸化物層上の第2の領域にわたる導波管とを備える。
いくつかの実施形態では、層状構造はさらに、エピツイスト希土類酸化物層、スタック、および導波管の少なくとも1つの側を巻装する、クラッディング材料を備え、変調された光学経路を形成する層または導波管に対応する、第1の屈折率は、クラッディング材料に対応する、第2の屈折率を上回る。
本開示のさらなる特徴、その性質、および種々の利点が、付随の図面と併せた以下の詳細な説明の考察の結果、明白となるであろう。
本明細書に説明される実施形態は、混合された光および電子素子が同一プラットフォーム上で集積されることを可能にする、層状構造を提供する。例えば、層状構造は、<100>の別のシリコン層にわたる<111>のシリコン層によって形成される、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)上で希土類酸化物(REO)と希土類プニクタイドの混合物を使用し、2つの配向を含有する、SOIウエハが、ウエハ上に空間的に分離される、離散光/電子構造を生成するために使用される。このように、混合された光および電子素子が、共通エピタキシャルプラットフォームを共有する構造の中に集積されることができる。
本明細書に説明される実施形態はまた、ペロブスカイトを成長させるために、シリコンウエハ上に成長されたエピツイスト結晶希土類酸化物(cREO)系テンプレートを提供する。従来、ペロブスカイトは、SrTiO3緩衝材とともにシリコン<100>基板上に成長され得るが、STO緩衝材は、ペロブスカイトと格子整合されない場合がある。または、ペロブスカイトは、<110>配向に切り込まれた(M1M2)2O3の形態においてREO基板上に成長され得、式中、M1、M2は、具体的ペロブスカイト酸化物に格子整合するように選定された希土類であるが、REO基板は、通常、サイズが制限される。シリコン基板上でのペロブスカイト成長のための安定し、構成整合された緩衝材を提供するために、エピツイスト技術が、cREO層を<100>のSi基板上にもたらすために使用されることができ、cREO層は、<110>方向に成長される。<110>方向におけるSi<100>上でのcREO層の使用は、ペロブスカイト成長のための不整合問題を低減させることができる。
図1は、本明細書に説明される例示的実施形態による、共通エピタキシャルプラットフォームを共有する、混合された光および電子構造を図示する、層状構造100の実施例を提供する。構造100は、<100>の配向のシリコン基板102を含み、それにわたって、2つの非重複層状スタックが、異なる領域に成長される。例えば、第1の領域では、エピツイスト希土類酸化物(REO)<100>層104が、Si基板102にわたって成長される。
シリコン基板102上の第1の領域と重複しない、第2の領域では、希土類(RE)プニクタイド層<100>106が、成長され得る。エピツイストREO104およびRE−プニクタイド層106は、それぞれ、上位重複領域上に種々の素子を構築するための基礎として使用されてもよい。いくつかの実施形態では、第2の領域は、第1の領域から空間的に分離されてもよい。または代替として、第2の領域は、第1の領域を境界し得る。
図2は、本明細書に説明される例示的実施形態による、図1に説明される基板上の別の非重複素子層を図示する、層状構造200の実施例を提供する。図2に描写される層状構造200は、図1の層状構造100と類似するが、層状構造200は、付加的非重複層状スタックをシリコン基板102の第3の領域に有する。いくつかの実施形態では、基板102の第3の領域において、SOI基板が、シリコン基板102上に形成される。いくつかの実施形態では、SOI基板は、絶縁体層202にわたって成長される。そのような実施形態では、絶縁体層202は、酸化ケイ素(SiO2)から成ってもよい。配向<111>を有する、シリコン層204は、層202にわたって成長されてもよい。いくつかの実施形態では、絶縁体層202は、p型Siであってもよく、これは、光学/導波管として使用され得る。いくつかの実施形態では、シリコン基板102および/またはシリコン層204の一部は、多孔性シリコン部分に変換されてもよく、したがって、多孔性−Si/多孔性−Si接合を形成してもよい。いくつかの実施形態では、<100>のシリコン層102および<111>のシリコン層204からの多孔性部分は、単一多孔性シリコンウエハ202を形成することに寄与し得る。このように、Si<111>−多孔性Si−Si<100>から成るシリコンウエハが、形成されることができる。本シリコンウエハは、本願全体を通して議論されるエピタキシャル層を成長させるために使用されてもよい。cREO層206は、シリコン層204にわたって成長される。シリコン基板102の異なる領域における3つの非重複素子層の成長は、例示的目的のためだけのものである。いくつかの実装では、いくつかの非重複領域における任意の数の非重複層が、シリコン基板102にわたって成長されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、3つ未満の非重複層状構造が、シリコン基板102にわたって成長されてもよく、いくつかの他の実施形態では、3つを上回る非重複層状構造が、シリコン基板102にわたって成長されてもよい。
図3は、本明細書に説明される例示的実施形態による、図1に説明される基板上の非重複素子層を図示する、層状構造300の実施例を提供する。層状構造300は、層状構造200に類似するが、層状構造300では、絶縁体層202にわたって成長されるシリコン層304は、図2に描写されるような<111>の代わりに、<100>の配向を有してもよい。第2のRE−プニクタイド層304は、シリコン層302にわたって成長されてもよい。第2のRE−プニクタイド層304は、シリコン基板102上に元々存在するRE−プニクタイド層106と類似する、または異なってもよい。
図4は、本明細書に説明される例示的実施形態による、基板上の非重複素子層を図示する、層状構造400の実施例を提供する。構造400は、図1−3に描写されるような<100>配向の代わりに、<111>の配向のシリコン基板102を含む。層状構造400では、シリコン基板402にわたって、2つの非重複層状スタックが、異なる領域に成長される。例えば、第1の領域では、<111>の配向を有するcREO層406が、基板402にわたって成長される。
シリコン基板102上の第1の領域と重複しない、第2の領域では、絶縁体層202(図2−3に説明されるように)が、基板402にわたって成長される。図3に説明されるように、<100>の配向を有するシリコン層302が、絶縁体層202にわたって成長されてもよい。シリコン層302の表面はさらに、複数の非重複領域に分割されてもよい。シリコン層302の第1の非重複層では、RE−プニクタイド層304が、シリコン層302にわたって成長されてもよい。同様に、シリコン層302の第2の非重複領域では、エピツイストREO層404が、成長されてもよい。層302、304、および406の組み合わせは、106に説明されるような層状構造100に類似する。
図5は、本明細書に説明される例示的実施形態による、図1に説明される基板上の非重複素子層を図示する、層状構造500の実施例を提供する。層状構造500は、図2に説明される層状構造200に類似するが、シリコン層204は、多孔性シリコンプロセスを使用して修正され、素子の電気または音響用途を向上させる。図5では、シリコン層204の一部の修正は、シリコン層204とcREO層206との間の多孔性シリコン層502をもたらす。シリコン層204の修正は、実施される絶縁体層202の修正と類似する、または異なってもよい。絶縁体層202は、図2においてさらに詳細に説明される。
図5の層状構造500のシリコン基板102はまた、シリコン基板102内のシリコンおよび多孔性シリコン層504の交互層を含んでもよい。これらの層504は、基板内にあるが、それにわたって3層状構造のいずれかが成長される、3つの非重複領域のいずれかと整合されてもよい。
図6は、本明細書に説明される例示的実施形態による、基板上の非重複素子層を図示する、層状構造600の実施例を提供する。層状構造600は、層状構造500に類似するが、層構造600は、交互シリコンおよび多孔性シリコン層504を含まない。層状構造600では、シリコン層102および204のそれぞれの電気ドーピング濃度が、付加的シリコンを使用して修正されてもよい。いくつかの実施形態では、付加的シリコンは、シリコン基板102の電気ドーピングをp型基板に修正するために使用されてもよい。配向<111>を有するn型シリコン層604が、基板102内に挿入されてもよい。いくつかの実施形態では、シリコン基板102およびn型シリコン層604の電気濃度は、逆転されてもよい。シリコン基板102と同様に、シリコン層200は、付加的シリコンを使用して、p型層に変換されてもよい。n型シリコン層602は、修正されたp型シリコン層204にわたって成長されてもよい。いくつかの実施形態では、シリコン層204および602の電気ドーピングは、逆転されてもよく、p型シリコン層は、n型シリコン層にわたって成長されてもよい。
図7は、本明細書に説明される例示的実施形態による、基板上の非重複素子層を図示する、層状構造の実施例を提供する。図7における層状構造702は、図3の層状構造300に類似するが、層状構造700では、図3のシリコン基板102は、<100>の配向を有する、ゲルマニウム基板706と置換される。基板の変化は、ゲルマニウム基板706の第1の領域内に成長される絶縁体層202の組成物の変化につながり得る。いくつかの実施形態では、絶縁体層202は、多孔性Si、またはGe、または多孔性SiおよびGeの組み合わせから成ってもよい。いくつかの実施形態では、絶縁体層202は、図2に説明されるように、SiO2から成ってもよい。配向<100>を有するシリコン層302が、絶縁体層202にわたって成長されてもよい。シリコン層302は、それにわたってエピツイストREO層404がシリコン層302にわたって成長される、基部として作用し得る。層状構造702は、シリコン層302がゲルマニウム基板706にわたって成長されることを可能にする。ゲルマニウム基板706の第2の非重複領域では、RE−プニクタイド層106は、図1に示されるように、成長されてもよい。
層状構造704はまた、図3の層状構造300に類似するが、層状構造300内のシリコン層302は、<100>の配向を伴うゲルマニウム層708と置換される。本実施形態では、ゲルマニウム層は、シリコン基板にわたって成長されてもよく、これは、種々の基板が電子および音響素子を成長させることを可能にする。
図8は、本明細書に説明される例示的実施形態による、基板上の非重複素子層を図示する、層状構造の実施例を提供する。図8は、基板層にわたって2つの基板層(異なる配向のシリコンまたはゲルマニウム)の成長を可能にする。いくつかの実施形態では、Si<100>、Si<111>、またはGe<100>のいずれか上への離散エピタキシャル集積のために利用可能なRE合金が存在する。図に説明される層状構造800は、図2の層状構造200に類似するが、層状構造800は、第2の絶縁体層802が成長されるシリコン層204上に、付加的非重複領域を含む。絶縁体層802を成長させるプロセスは、図2において詳細に説明される。シリコン層804は、絶縁体層802にわたって成長され、エピツイストREO層806は、シリコン層804にわたってエピタキシャルに成長される。
図9は、本明細書に説明される例示的実施形態による、基板上の非重複素子層を図示する、層状構造の実施例を提供する。図9は、図2の層状構造200上に構築される。層状構造200の表面層cREO206、エピツイストREO層104、およびRE−プニクタイド層106は、III−V合金、III−N合金、および種々の他の酸化物から成る異なる光または電子素子層902を成長させるための基部として使用されてもよい。いくつかの実施形態では、異なる素子層902は、層状構造900の異なる非重複構造にわたって成長されてもよい。そのような実施形態では、複数の電子および光素子が、同時に、シリコン基板102にわたって成長されてもよい。
図10A−Bは、本明細書に説明されるある実施形態による、それぞれ、シリコン基板上にペロブスカイト材料および光素子を含む、空間的に分離されたスタックを成長させる異なる実施例を図示する、例示的略図1000a−bを提供する。例えば、図10Aに示されるように、<100>のシリコン基板102にわたって、<110>のエピツイストREO層1010およびペロブスカイト層1012の第1のスタック1002が、シリコン基板102上の第1の領域に成長されることができる。いくつかの実施形態では、エピツイストcREO層1010は、Sm1−yScyO3(0≦y≦1)から成ってもよい。いくつかの実施形態では、ペロブスカイト材料1012は、BaTiO3系変調器を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、基板102、エピツイストREO層1010、およびペロブスカイト層1012のスタックが、独立層状構造として形成されてもよい。このように、ペロブスカイト層1012は、格子整合されたREO層1010にわたって成長されてもよい。
いくつかの実施形態では、希土類プニクタイド層1014の上部に集積された希土類プニクタイド層1014および光素子1016の第2のスタック1004が、シリコン基板102上の第2の領域に成長されることができる。いくつかの実施形態では、希土類プニクタイド層1014は、GdN1−xAsx(0≦×≦1)から成ってもよい。いくつかの実施形態では、光素子は、第III−V族層、例えば、InP系エミッタ1016を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第IV族層、例えば、SiGeSn210が、第2のスタック内の希土類プニクタイド層206にわたって成長されてもよい。
略図1000に示される構造は、他の層および/または素子の集積のための二重配向希土類系緩衝材(例えば、1010および1014)を図示する。希土類緩衝材の上方の両材料は、個別の希土類緩衝材に格子整合され、例えば、BaTiO3系変調器1012は、エピツイストcREO層1010と格子整合され、InP系エミッタ1016は、RE−プニクタイド1014と格子整合される。
図10Bは、本明細書に説明されるある実施形態による、それぞれ、シリコン基板上の図10Aに説明される構造の中にエピタキシャル金属電極を集積する異なる実施例を図示する、例示的ブロック図1000bを提供する。図10Aにおける層1002の第1のスタックに類似する、1011に示されるように、第1のエピタキシャル金属(例えば、<221>の配向を有する)1032が、エピツイストcREO層1010とBaTiO3系変調器1012との間に成長される。第2のエピタキシャル金属層1034が、第1のスタック1011内のBaTiO3系変調器1012にわたって成長されることができる。第1のスタック311における垂直変調器が、BaTiO3系変調器1012内の電子光学効果が金属電極1032および1034を整合させるように強力に指向性であり得るように形成され得る。下側エピタキシャル金属1032の実施例は、Moであってもよい。いくつかの実施形態では、上部金属層1034は、金属層1032と異なる金属であってもよく、(例えば、1036における)エピタキシャルではなくてもよい。
図11は、本明細書に説明されるある実施形態による、それぞれ、シリコン基板上に光素子を含む、空間的に分離されたスタックを成長させる異なる実施例を図示する、例示的略図1100を提供する。図11の層状構造1110は、図2の層状構造200上に構築される。層状構造1110は、層状構造200のcREO層206にわたって極性III−N層1102を成長させる。いくつかの実施形態では、極性III−N層1102は、III−N HEMT1106であってもよい。加えて、図11の層状構造1110は、エピツイストREO層104にわたって非極性または半極性III−N構造を成長させる。いくつかの実施形態では、非極性または半極性III−N層は、シリコン基板102上に構築されたIII−N光素子1108であってもよい。
いくつかの実施形態では、層1102は、111の結晶配向を有する、SiGeSnから成ってもよい。
いくつかの実施形態では、エピツイストREOを104に、およびIII−N光素子1104/1108をエピツイストREOの上部に成長させる代わりに、RE−プニクタイド層およびRE−プニクタイド層にわたるIII−V層のスタックが、104の領域においてシリコン基板102にわたって成長されてもよい。
図12は、本明細書に説明されるある実施形態による、それぞれ、シリコン基板上の異なる光素子の空間的に分離されたスタックを成長させる異なる実施例を図示する、例示的略図1200を提供する。層状構造1200は、図1の層状構造100上に構築される。層状構造100は、RE−プニクタイド層106をシリコン基板102の第1の領域に、エピツイストREO層104をシリコン基板102の第2の非重複領域に有していた。III−V光素子層1202は、RE−プニクタイド層106にわたって成長され、第1の光素子1206をシリコン基板102上に作成する。III−N光素子層1204は、エピツイストREO層104にわたって成長され、シリコン基板102にわたって第2の光素子を生成させる。
図13は、本明細書に説明されるある実施形態による、それぞれ、シリコン基板上に異なる素子の分離されたスタック上にエピタキシャル金属層を成長させる異なる実施例を図示する、例示的略図を提供する。図13の層状構造1302は、図2の層状構造200上に構築される。エピタキシャル金属層1306は、図2の層状構造200のcREO層206にわたって成長される。層状構造1304では、エピタキシャル金属層1308は、図2の層状構造200のエピツイストREO層104にわたって成長される。
図14は、本明細書に説明されるある実施形態による、それぞれ、シリコン基板上の図13に説明される構造の中にIII−N素子層を集積する異なる実施例を図示する、例示的ブロック図1400を提供する。図13における層の第1のスタックに類似する、層状構造1400に示されるように、形態ScxAl1−xNのIII−N層が、図14の層状構造1400から隔たってエピタキシャル金属層1306にわたって成長される。
図15Aは、本明細書に説明されるある実施形態による、それぞれ、シリコン基板上の図10Aに説明される構造の中にエピタキシャル金属電極を集積する異なる実施例を図示する、例示的ブロック図1500aを提供する。図10における層1002の第1のスタックに類似する、1500aに示されるように、第1のエピタキシャル金属(例えば、<221>の配向を有する)1502が、エピツイストcREO層1010とBaTiO3系変調器1012との間に成長される。
図15Bは、本明細書に説明されるある実施形態による、エピタキシを使用して、種々の光および/または電子素子の空間集積を生産するためのシリコンウエハ上の選択的処理を図示する、例示的ブロック図1500bを提供する。略図1500bに示されるように、エピタキシを使用した光工学および電子工学の種々の組み合わせが、格子整合された異なるエピツイストcREO層上に成長されることができる。例えば、シリコンウエハ102上に、エピツイストcREOおよびBaTiO3系変調器を含有する、第1のスタック1511と、希土類プニクタイド層およびInP系エミッタを含有する、第2のスタック1512とが、空間的に分離された領域に成長されることができる。加えて、希土類プニクタイド層が、エミッタ、検出器、および/または同等物等の異なる光工学、およびFET、バイポーラ素子、および/または同等物等の異なる電子工学の集積のための異なる領域に成長されることができる。例えば、スタック1502は、Si基板102上の第3の領域に成長される希土類プニクタイド層と、希土類プニクタイド層にわたって成長されるIII−V光素子1506とを示す。別の実施例に関して、スタック1504は、Si基板102上の第4の領域に成長される希土類プニクタイド層と、希土類プニクタイド層にわたって成長されるIII−V電子素子1508とを示す。
図16は、本明細書に説明されるある実施形態による、図10に説明されるものに類似する、シリコン基板に基づく空間的に集積された構造の光学性質を図示する、例示的ブロック図1600を提供する。いくつかの実施形態では、多孔性シリコン基板1602の第1の領域において、RE−プニクタイド層106が、多孔性シリコン基板1602にわたって成長される。いくつかの実施形態では、RE−プニクタイド層は、GdN1−x1Asx1から成ってもよい。InP系エミッタ1202の層が、RE−プニクタイド層106にわたって成長される。多孔性シリコン基板1602の第2の領域では、<110>1614の付加的エピツイストcREO層が、成長されてもよい。例えば、エピツイストcREO1614は、Gd1−yEryO3(0≦y≦1)から成ってもよい。多孔性シリコン基板1602は、<100>の配向を有するp型シリコン部分およびn型シリコン1618部分が、cREO層1614と整合され得るように、PINダイオードを追加されてもよい。
Erを組み込む、cREO層1614が、InP系エミッタから放出される光の上方変換のために使用されてもよい。例えば、1550nmの第1の波長1606における光1604は、エピツイストcREO層1614内のEr原子1610によって、可視波長1612に変換されてもよい。このように、第2の波長1612における光は、シリコンダイオードによって検出されることができる。
図17は、本明細書に説明されるある実施形態による、ペロブスカイトのためのエピツイストcREO層を成長させるための基板としての多孔性シリコンの使用を図示する、例示的ブロック図1700を提供する。略図1700は、<100>の多孔性シリコン基板102を示す一方、基板の一部は、多孔性であるように修正される。多孔性シリコン部分は、異なる多孔率を有するように選択されてもよい。例えば、多孔性部分1704の第1の多孔率は、第1の波長を通過させるように選択されてもよく、多孔性部分1702の第2の多孔率は、第2の波長を通過させるように選択されてもよい。したがって、第1の波長における光が、例えば、図16に図示されるように、エピツイストcREO1614における上方変換を介して、第2の波長に変換されると、第2の波長における変換された光は、多孔性部分1702を通して通過し得るが、多孔性部分904において反射され得る。第1の波長または第2の波長における光は、2つの波長がcREO1614またはPINダイオード(例えば、n型シリコン1618)の中に戻るように反射され得るため、cREO層1614において回収されることができる。
Si系多孔性部分1702および1704は、シリコンウエハ内のn型シリコン414と整合され得る。多孔性部分1702および1704は、分布Bragg反射器(DBR)を形成してもよい。種々の実施形態では、多孔性シリコン部分1702および1704の領域は、基板上に成長される任意の元素の真下に設置されてもよい。多孔性Si DBRのさらなる集積および実装は、2018年1月18日に出願された共同所有および同時係属中の米国仮出願第62/618,985号(参照することによって明示的に全体として本明細書に組み込まれる)に見出されることができる。
図18A−Cは、本明細書に説明されるある実施形態による、REO緩衝材の中への変調器および1つ以上の導波管の集積を図示する、例示的ブロック図を提供する。図18Aでは、略図1800aは、断面「X」における平面図1804の断面図を示す。略図1820では、第1のエピタキシャル金属1806、変調された光学経路1808、および第2の金属層1810の第1のスタックが、シリコン基板102にわたって成長される、REO層104の上部の第1の領域に成長されてもよい。導波管1812は、REO層104の上部の空間的に分離された第2の領域に成長されてもよい。クラッディング材料1802が、第1のスタックと第2のスタックとの間の空間の周囲に巻装し、その中を充填するために使用されてもよい。具体的には、第1のスタックまたは第2のスタックのいずれかの屈折率が、クラッディング材料1802のクラッディング屈折率を上回るように選択される。REO(110)104の屈折率は、導波管1812のコア屈折率より小さくてもよい。1820に示される構造は、<100>のシリコン基板上に形成され、これは、Si電子機器との集積を可能にする。
層状構造1800の平面図を図示する、略図1804では、光は、導波管1812を通して通過し得る一方、光は、2つのビームに***され、変調された光学経路1808を通して通過する。光の第1のビームは、変調された光学経路1808に進入し、光1814の第1の変調されたビームに変調され得る。光の第2のビームは、光学経路1816に進入し得る。いくつかの実施形態では、光1816の第2の変調されたビームに変調される。光1814および1816の2つの変調されたビームは、混合され、光1818の組み合わせられたビームを形成し得る。略図1804の「X」における断面図は、略図1820に類似し得る。
図18Bにおける略図1800bは、複数の導波管1812a、1812b、および1812cが、REO層104上に集積され得ることを示す。例えば、複数の導波管は、受動的光機能、例えば、スプリッタ、コンバイナ、マルチプレクサ、デマルチプレクサ、スポットサイズコンバータ、および/または同等物の役割を果たし得る。
図18Cにおける略図1800cは、単一ウエハ上のREO層104上の光および電子素子の集積の別の実施例を示す。例えば、REO層104の単一ウエハ上の選択的面積は、電子工学および光工学素子エピタキシのために使用されることができる。変調器、検出器、導波管、スプリッタ等の光素子は、1806、1808、および1810のスタックの中に集積されてもよい。電子FET1822等の電子素子は、同一REO層104の中に集積されてもよい。
図19は、本明細書に説明されるある実施形態による、シリコン基板上への電子および光素子の集積を図示する、例示的ブロック図を提供する。図18Aに示されるように、光素子1902は、シリコン基板102の第1の領域に成長されてもよい。同様に、電子素子1904は、シリコン基板102の第2の領域に成長されてもよい。光素子は、エピツイストREO層104、エピツイストREO層104にわたるエピタキシャル金属層1806、エピタキシャル金属層1806にわたる変調された光学経路1808、および変調された光学経路1808にわたる金属層1810から成ってもよい。同様に、シリコン基板102の第2の非重複領域では、RE−プニクタイド層106は、シリコン基板102にわたって成長されてもよい。RE−プニクタイド層106は、基部として使用され、III−V電子素子1906を成長させてもよい。このように、シリコン基板102は、光素子1902および電子素子1904の両方を同時に成長させることが可能である。
図20は、ある実施形態による、エピタキシャル金属層を伴う、混合された電子/RF構造を示す、例示的略図2000を提供する。構造2000では、例えば、Al(Sc)N系無線周波数フィルタとしてのAlxSc1−xN(0≦x≦1)から成る層2004が、第1のスタック内のREO層にわたって成長され、GaAs2006が、第2のスタック内の希土類プニクタイド層にわたって成長される。第1のスタック内では、<111>の配向を有するREO層は、緩衝材として作用し、そこでは、付加的エピタキシャル金属層2002およびAlxSc1−xN層2004が、SOI基板の<111>シリコン部分にわたって成長されることができる。第2のスタック内では、希土類プニクタイドは、GaAs層2006およびGaAs層2006にわたってエピタキシャルに成長される任意の後続III−V電力増幅器のための緩衝材として作用し得る。
図21は、ある実施形態による、図20に図示されるものに類似する層状構造内のシリコン基板上の2つの領域内の2つのスタック間に形成される、光学相互作用を示す、例示的略図2100を提供する。具体的には、図21に示されるように、第2のスタック内のIII−V層から放出される光2103は、第1のスタック内のREO層に到達し得、これは、ひいては、光を<111>の配向を有するシリコン層に通過させる。REO層2120では、上方変換が、光をSOI基板におけるSiダイオードのための検出可能波長に変換するために使用されてもよい。例えば、REO層2102では、希土類元素が、具体的波長における光2103を吸収し、光2106をより短い波長で再放出し得る。希土類元素の例示的オプションは、Erであってもよく、これは、1,550nmの波長における光と相互作用し、次いで、光を980〜530nmに及ぶ波長で生産する。Si<111>層(例えば、図1における106に類似する)は、ダイオードとして作用し、より短い波長における再放出された光2106に応答し得る、p−n接合2104−2105を含有する。
図22−24は、ある実施形態による、図1−21および23−27に図示されるものに類似する層状構造の異なる用途を示す、例示的レイアウト略図を提供する。図22における略図2200は、送受信機におけるPICチップレイアウトを示す。例えば、レーザ2208等の光素子、タップモニタ2210、電子吸収変調器(EAM)2212、マルチモードインターフェース(MMI)2213等の電子素子、および/または同等物が、図1−21に示されるものと類似方法において、同一エピタキシャルプラットフォームの中に集積されてもよい。光素子および電子素子が、同一エピタキシャルプラットフォームを共有するため、回路チップのサイズまたは寸法は、小さくなり得、例えば、1つのファイバの中に多重化された4つのレーザのための1.5×2.5mmチップ面積を伴う。
図23における略図2300および図24における略図2400は、図1に示されるものに類似する構造の反復を含む、図22に示される回路レイアウト2200を構築するための断面レイアウトの代替実施形態を示す。例えば、略図2300は、位置「X」2202における回路チップ2200の断面図を示し、(4つの)レーザ2208が、III−V合金2304、2308、2312、および2316の(4つの)領域の中に集積され得る。表面用搭載部分2318(例えば、図22における2213に対応する)は、成分がPIC上に設置されることを可能にする、酸化物の島状部であってもよく、近隣元素から電気的に隔離されてもよい。例えば、表面用搭載部分2318は、接続のためのエピ金属の層を含んでもよい。SOI部分2320(例えば、図22における2201に対応する)は、例えば、多孔性プロセスを使用した上流処理のために設計され、Siをp型Siに変換することによって、隣接するレーザを光学的に隔離/誘導するための領域であってもよい。
別の実施例に関して、略図2400は、位置「Z」2206における回路チップ2200の断面図を示し、それぞれ、レーザ(例えば、2208)が、III−V領域2404の中に集積され得、EAM(例えば、2212)が、SiGeSn層2406の中に集積され得る。導波管(図22には図示せず)が、<111>のシリコン層を使用して、2408に挿入されることができる。
図25−26は、ある実施形態による、図10Aに示される例示的構造1000aを形成するための例示的プロセス2500−2600を提供する。プロセス2500は、SOI基板を用いて、ステップ2502において開始し得る。例えば、SOI基板は、図2において議論されるように、<100>の第1のシリコン基板102と、SiO2から成る絶縁体層202と、<111>の第2のシリコン層204とを含んでもよい。ステップ2504では、マスク2512が、SOI基板の上部の領域に形成される。ステップ2506では、REO層2514が、マスク2512によってマスクされない領域において、SOI基板上に成長されることができる。ステップ2508では、光素子(例えば、SiGeSn)が、REO層2514にわたって成長させることによって、構造の中に集積されてもよい。ステップ2510では、マスク2512は、除去され、SOI基板上の以前にマスクされた利用可能な領域を暴露させてもよい。
図26においてプロセス2600を継続すると、ステップ2602では、ステップ2510の光素子を含む形成された第1のスタックを付加的処理ステップから保護し、第1のスタックを第2のスタックから分離させるために使用される、別のマスク2610が、SOI基板上に形成される。ステップ2604では、SOI基板は、絶縁体層および絶縁体層の上部の第2のシリコン層が、ウェルエッチング技法によって、除去され、マスク2610によって画定された領域と整合するように修正される。このように、元のシリコン基板102上の利用可能な領域は、暴露される。ステップ2606では、絶縁体層および第2のシリコン層は、マスク2610が、絶縁体層、第2のシリコン層、REO層、および光素子の形成された第1のスタックを、マスク2610の他側上の他の層の成長から分離する、遮蔽体を形成するように延在されるように、さらにサイズ調整される。したがって、元のシリコン基板102上でマスク2610によって分離される、暴露された利用可能な領域では、希土類プニクタイド層2614が、成長され、III−V層2612が、希土類プニクタイド層2614にわたって成長される。ステップ2608では、マスク2610は、除去され、図10Aに図示されるものに類似する層状構造の2つのスタックが、シリコン基板102上に形成される。
図25−26では、層の2つのスタックが、シリコン基板102および/または102、104、および106を含む、SOI基板から形成されることは、着目に値する。しかしながら、複数のスタックまたは層のスタックの複数の反復が、例えば、図22−23における回路レイアウトの断面図900−1000に示されるように、類似方法(例えば、プロセス2500−2600を繰り返すことによって)において形成され、光素子および電子素子のための共通エピタキシャルプラットフォームを形成することができる。
図27は、ある実施形態による、図25−26に図示されるプロセスの間の異なる層をシリコン基板上に成長させるための異なる方法を示す、例示的略図2702および2706を提供する。いくつかの実施形態では、図25におけるステップ2502でのSOIウエハの製造に先立って、図25における第1のシリコン基板102の一部は、多孔性部分2704が、基板上に成長される素子、例えば、多孔性部分2704の上部の希土類プニクタイドおよびInPと整合し、相互作用するように、多孔性シリコンプロセスを介して、多孔性部分2704を形成するように修正されてもよい。別の実施例では、図25におけるステップ2506での任意の希土類系材料の堆積に先立って、第2のシリコンウエハ204の一部は、多孔性部分2708が、シリコン層上に成長される素子、例えば、REO層および光素子と整合し、相互作用するように、多孔性シリコンプロセスを介して、多孔性部分2708を形成するように修正されてもよい。
本明細書に説明されるように、「層」は、表面を被覆する、実質的に均一な材料の厚さを意味する。層は、連続的または不連続的(すなわち、材料の領域間に間隙を有する)のいずれかであることができる。例えば、層は、表面を完全または部分的に被覆する、または集合的に層を画定する、離散領域(すなわち、選択領域エピタキシを使用して形成される領域)に区画化されることができる。
「モノリシックに集積される」は、典型的には、表面上に配置される層を堆積させることによって、基板の表面上に形成されることを意味する。
「〜上に配置される」は、下層の材料または層の「上に存在する」を意味する。本層は、好適な表面を確保するために必要である、転位層等の中間層を含んでもよい。例えば、材料が、「基板上に配置される」ように説明される場合、これは、(1)材料が、基板と密着している、または(2)材料が、基板上に常駐する、1つ以上の転位層と接触していることのいずれかを意味し得る。
「単結晶」は、単位胞の実質的に1つのタイプのみを含む、結晶構造を意味する。しかしながら、単結晶層は、積層欠陥、転位、または他の一般的に発生する結晶欠陥等のいくつかの結晶欠陥を示し得る。
「単一ドメイン」は、単位胞の実質的に1つの構造のみと、その単位胞の実質的に1つの配向のみとを含む結晶構造を意味する。言い換えると、単一ドメイン結晶は、双ドメインまたは反位相ドメインを呈さない。
「単相」は、単結晶および単一ドメインの両方である、結晶構造を意味する。
「基板」は、その上に堆積層が形成される材料を意味する。例示的な基板は、限定ではないが、ウエハが均質な厚さの単結晶シリコンを含む、バルクシリコンウエハ、バルクシリコンハンドルウエハ上に配置される二酸化ケイ素の層上に配置されるシリコンの層を含む、シリコン・オン・インシュレータウエハ等の複合ウエハ、またはその上またはその中に素子が形成される基部層としての役割を果たす、任意の他の材料を含む。基板層およびバルク基板としての使用のための用途の機能として好適である、そのような他の材料の実施例は、限定ではないが、ゲルマニウム、アルミナ、ガリウム砒素、リン化インジウム、シリカ、二酸化ケイ素、ホウケイ酸ガラス、パイレックス(登録商標)ガラス、およびサファイアを含む。基板は、単一のバルクウエハまたは複数の副層を有してもよい。具体的には、シリコン基板は、複数の非連続的な多孔性部分を含んでもよい。複数の非連続的な多孔性部分は、異なる密度を有してもよく、水平に分散または垂直に層状にされてもよい。
「ミスカット基板」は、基板の結晶構造と関連付けられるものに対してある角度で配向される、表面結晶構造を含む、基板を意味する。例えば、6°のミスカットされた<100>シリコンウエハは、<110>等の別の主結晶配向に向かって6°だけ<100>の結晶配向に対して角度付けて切断されている、<100>シリコンウエハを含む。典型的には、必ずしも全てではないが、ミスカットは、最大約20°であるだろう。具体的に記載されない限り、語句「ミスカット基板」は、任意の主結晶配向を有する、ミスカットウエハを含む。すなわち、<111>ウエハは、<011>方向に向かってミスカットされ、<100>ウエハは、<110>方向に向かってミスカットされ、<011>ウエハは、<001>方向に向かってミスカットされる。
「半導体」は、絶縁体の伝導性と大部分の金属の伝導性との間の伝導性を有する、任意の固体物質を指す。例示的半導体層は、シリコンから構成される。半導体層は、単一のバルクウエハまたは複数の副層を含んでもよい。具体的には、シリコン半導体層は、複数の非連続的な多孔性部分を含んでもよい。複数の非連続的な多孔性部分は、異なる密度を有してもよく、水平に分散または垂直に層状にされてもよい。
「セミコンダクタ・オン・インシュレータ」は、単結晶半導体層と、単相誘電層と、基板とを含む、組成物を意味し、誘電層は、半導体層と基板との間に挿入される。本構造は、典型的には、単結晶シリコン基板と、非単相誘電層(例えば、アモルファス二酸化ケイ素等)と、単結晶シリコン半導体層とを含む、先行技術によるシリコン・オン・インシュレータ(「SOI」)組成物を連想させる。先行技術によるSOIウエハと本発明のセミコンダクタ・オン・インシュレータ組成物との間のいくつかの重要な差異は、以下である。
セミコンダクタ・オン・インシュレータ組成物は、単相形態を有する、誘電層を含む一方、SOIウエハは、含まない。事実上、典型的なSOIウエハの絶縁体層は、均一な単結晶ではない。
セミコンダクタ・オン・インシュレータ組成物は、シリコン、ゲルマニウム、またはシリコンゲルマニウムの「活性」層を含む一方、先行技術によるSOIウエハは、シリコン活性層を使用する。言い換えると、例示的セミコンダクタ・オン・インシュレータ組成物は、限定ではないが、シリコン・オン・インシュレータ、ゲルマニウム・オン・インシュレータ、およびシリコンゲルマニウム・オン・インシュレータを含む。
本明細書において第2の層「上に構成される」、「上に存在する」、またはそれ「にわたる」ものとして説明および/または描写される、第1の層は、第2の層に直接隣接することができる、または1つまたはそれを上回る介在層が、第1の層と第2の層との間に存在することができる。本明細書において「直接的に」第2の層または基板「上に存在する」またはそれ「にわたる」ものとして説明および/または描写される、第1の層は、可能性として第1の層の、第2の層または基板との混合に起因して形成し得る介在合金層以外の、存在する介在層を伴わない第2の層または基板に直接隣接する。加えて、本明細書において第2の層または基板「上に」、それ「にわたって」、「直接的にその上に」、または「直接的にそれにわたって」存在するものとして説明および/または描写される、第1の層は、第2の層または基板全体、または第2の層または基板の一部を被覆し得る。
基板は、層成長の間に基板ホルダ上に設置され、そのため、上面または上側表面は、基板ホルダから最も遠い基板または層の表面である一方、底部表面または下側表面は、基板ホルダに最も近い基板または層の表面である。本明細書に描写および説明される構造のうちのいずれかは、描写されるものの上方および/または下方に付加層を伴うより大きな構造の一部であることができる。明確化のために、本明細書における図は、これらの付加層を省略し得るが、これらの付加層は、開示された構造の一部であることができる。加えて、描写される構造は、本繰り返しが図内に描写されていない場合でも、その単位で繰り返されることができる。
上記の説明から、種々の手法が、本開示の範囲から逸脱することなく、本明細書に説明される概念の実装のために使用され得ることが明白である。説明される実施形態は、全ての点で、例証的であり、かつ制限的ではないと見なされるべきである。本明細書に説明される技法および構造は、本明細書に説明される特定の実施例に限定されるものではないが、本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施例において実装され得ることもまた、理解されたい。同様に、動作は、図面内に特定の順序に描写されるが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が示される特定の順序または順次順序で実施されること、または図示される動作の全てが実施されることを要求するものではないことを理解されたい。
Claims (21)
- 層状構造であって、
基板と、
前記基板の第1の領域にわたるエピツイスト希土類酸化物層と、
前記基板の第2の領域にわたる希土類プニクタイド層と
を備え、
前記第1の領域および前記第2の領域は、重複しない、層状構造。 - 前記基板は、(100)の結晶配向を有するシリコン基板であり、
前記エピツイスト希土類酸化物層は、(110)の結晶配向を有し、
前記希土類プニクタイド層は、(100)の結晶配向を有する、請求項1に記載の層状構造。 - 前記基板の第3の領域にわたる界面層であって、前記第3の領域は、前記第1の領域および前記第2の領域と別個であり、前記界面層は、二酸化ケイ素またはウエハ接合材料から成る、界面層と、
前記界面層にわたるシリコン層と
をさらに備える、請求項2に記載の層状構造。 - 前記シリコン層は、(111)の結晶配向を有し、前記層状構造はさらに、
前記シリコン層にわたる(111)の結晶配向を有する希土類酸化物層
を備える、請求項3に記載の層状構造。 - 前記シリコン層は、(100)の結晶配向を有し、前記層状構造はさらに、
前記シリコン層にわたる(100)の結晶配向を有する別の希土類プニクタイド
を備える、請求項3に記載の層状構造。 - 前記基板は、(111)の結晶配向を有するシリコン基板であり、前記層状構造はさらに、
界面層にわたる(100)の結晶配向を有する界面層およびシリコン層のスタックであって、前記スタックは、前記第1の領域および前記第2の領域を被覆し、前記基板と前記エピツイスト希土類酸化物層および前記希土類プニクタイド層との間にある、スタックと、
希土類酸化物層であって、前記希土類酸化物層は、前記第1の領域または前記第2の領域と別個である前記基板の第3の領域にわたる(111)の結晶配向を有する、希土類酸化物層と
を備える、請求項1に記載の層状構造。 - 前記基板および前記シリコン層のいずれかは、多孔性シリコン部分を含む、請求項2に記載の層状構造。
- 前記基板および前記シリコン層のいずれかは、第1の電気ドーピングタイプの第1の部分と、第2の電気ドーピングタイプの第2の部分とを備え、
異なる電気ドーピングタイプの前記第1の部分および前記第2の部分は、付加的シリコンエピタキシャル層を前記基板または前記シリコン層に追加し、前記基板または前記シリコン層の電気ドーピングを変化させることによって生成される、請求項2に記載の層状構造。 - 前記基板は、(100)の結晶配向を有するゲルマニウム基板である、請求項1に記載の層状構造。
- 前記基板は、(100)の結晶配向を有するシリコン基板であり、前記層状構造はさらに、
前記基板の第3の領域にわたる界面層であって、前記第3の領域は、前記第1の領域および前記第2の領域と別個である、界面層と、
前記界面層にわたる(100)の結晶配向を有するゲルマニウム層と
を備える、請求項1に記載の層状構造。 - 前記エピツイスト希土類酸化物層、前記希土類プニクタイド層、および前記希土類酸化物層の場所は、相互交換可能である、請求項6に記載の層状構造。
- 別の界面層および別のシリコン層の別のスタックであって、直接、前記シリコン層にわたり、前記第1の領域および前記第2の領域のうちの1つと整合する、別のスタック
をさらに備え、
前記エピツイスト希土類酸化物層、前記希土類プニクタイド層、および前記希土類酸化物層のうちの1つは、他のシリコン層にわたって存在する、請求項11に記載の層状構造。 - 前記エピツイスト希土類酸化物層、前記希土類プニクタイド層、および前記希土類酸化物層のうちの1つ以上のものの上側表面にわたるIII−V素子、III−N素子、酸化物光素子、電子素子、および無線周波数素子から成る群から選択される素子の組み合わせをさらに備える、請求項4に記載の層状構造。
- 前記素子の組み合わせはさらに、
ペロブスカイト酸化物、BaTiO3系変調器、InP系エミッタ、III−N高電子移動度トランジスタ、極性、非極性、または半極性III−N素子、エピタキシャル金属、およびScScxAl1−xNフィルタのうちの1つ以上のものを備える、請求項13に記載の層状構造。 - 前記第1の領域と整合する前記エピツイスト希土類酸化物層にわたる、または、前記第3の領域と整合する前記希土類酸化物層にわたる、エピタキシャル金属層をさらに備える、請求項4に記載の層状構造。
- 前記基板は、前記基板の上側表面における前記第1の領域と整合するn型シリコンの一部を有するp型シリコン基板であり、前記層状構造はさらに、
前記希土類プニクタイド層にわたるInP系エミッタ
を備え、
前記エピツイスト希土類酸化物層は、Gd1−yEryO3から成り、前記エピツイスト希土類酸化物層におけるEr原子は、前記InP系エミッタから放出される光波の第1の波長を前記n型シリコンの部分によって検出可能な第2の波長に変換するように構成される、請求項2に記載の層状構造。 - 前記基板は、
前記n型シリコン部分の真下にあり、それと整合する第1の多孔性部分であって、前記第1の多孔性部分は、前記第2の波長を通過させる第1の分布Bragg反射器を形成する、第1の多孔性部分と、
前記第1の多孔性部分の真下にあり、それと整合する第2の多孔性部分であって、前記第2の多孔性部分は、前記第1の波長を通過させる第2の分布Bragg反射器を形成する、第2の多孔性部分と
を備える、請求項16に記載の層状構造。 - 前記エピツイスト希土類酸化物層にわたる光素子と、
前記希土類プニクタイド層にわたる電子素子と
をさらに備える、請求項1に記載の層状構造。 - 前記光素子は、第1のエピタキシャル金属、変調器、および前記変調器にわたる第2のエピタキシャル金属のスタックであり、
前記電子素子は、III−V電界効果トランジスタである、請求項18に記載の層状構造。 - 層状構造であって、
基板と、
前記基板にわたるエピツイスト希土類酸化物層と、
第1のエピタキシャル金属、変調された光学経路を形成する層、および前記層にわたる第2のエピタキシャル金属のスタックであって、前記スタックは、前記エピツイスト希土類酸化物層上の第1の領域にわたる、スタックと、
前記エピツイスト希土類酸化物層上の第2の領域にわたる導波管と
を備える、層状構造。 - 前記エピツイスト希土類酸化物層、前記スタック、および前記導波管の少なくとも1つの側を巻装するクラッディング材料
をさらに備え、
前記変調された光学経路を形成する層または前記導波管に対応する第1の屈折率は、前記クラッディング材料に対応する第2の屈折率を上回る、請求項19に記載の層状構造。
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