半導体基板上に提供されるフォトニック結晶下部クラッド層を有するフォトニックデバイス

著者らは特許

G02B6/122 - 基本的光学要素,例.ライトガイドパス

の所有者の特許 JP2016528534:

マイクロン テクノロジー, インク.

 

本発明は、光学的分離構造を提供し、導波路などのフォトニックデバイスまたは導波路を構造の一部として含む他のフォトニックデバイスを、下地基板のバルク材料から分離することができる。光学的分離構造は、フォトニックデバイスを通る光の垂直方向封じ込め用の下部クラッドとしても機能する。光学的分離構造は、基板内に作製されたフォトニック結晶で形成され、その上にフォトニックデバイスの残りが形成される。フォトニックデバイスは、フォトニック結晶下部クラッド層によって基板から光学的に分離されたコアを有する導波路を含む。
【選択図】図1A

 

 

本発明は、半導体基板上に作製されるフォトニックデバイスに関する。
導波路、変調器、検出器、復調器、共振器、タップ、スプリッタ、増幅器、回折格子、カプラなどのフォトニックデバイスは、集積回路基板上に集積されることに成功した。典型的には、フォトニックデバイスは、光を伝送するための導波路コア材料と、コア内に光を封じ込めるためのコア周囲のクラッドと、を有する。しばしば基板はシリコンで形成され、コア材料はポリシリコンで形成される。このようなデバイスが基板上に作製されるとき、光信号損失を防ぐために、コアを通る光が基板に結合されないようにするデカップリングも存在しなければならない。これは、コアと基板との間に好適な光デカプラを必要とする。しばしば、シリコンオンインシュレータ(SOI)基板は、シリコン上部層の下に二酸化シリコン層の形態で光学絶縁体を有するが、この目的のために使用することができる。あるいは、ベアシリコン基板は、被覆光デカプラ、例えば、二酸化シリコン層を備えることができ、その上に導波路コアを有するフォトニックデバイスを構築することができる。さらに、最近は、電子回路および電子デバイスを、フォトニック回路およびフォトニックデバイスと共に基板上に集積する傾向にある。これは、フォトニックデバイスおよびフォトニック回路用に用いられる好適な光学的分離を有する基板が、同一基板上に作製される電子デバイスおよび電子回路に対する所望の動作特性に適切ではないことがあるという、さらなる問題を提起する。
適切なクラッド層および低い信号損失を提供し、かつ、同一基板上への電子回路および電子デバイスの集積を容易にするような、フォトニック回路およびフォトニックデバイスを基板から光学的に分離するための効率的技術および構造が望まれている。
一実施形態による、基板上に作製されたフォトニックデバイスの一例の、導波方向に沿った断面図である。 代表的寸法を示す図1Aの実施形態の拡大部分である。 導波方向に垂直な平面に沿って、90°回転された図1Aの実施形態の断面図である。 図1Aの実施形態を形成するための作製プロセスの連続的ステップの一例を示す。 図1Aの実施形態を形成するための作製プロセスの連続的ステップの一例を示す。 図1Aの実施形態を形成するための作製プロセスの連続的ステップの一例を示す。 図1Aの実施形態を形成するための作製プロセスの連続的ステップの一例を示す。 図1Aの実施形態を形成するための作製プロセスの連続的ステップの一例を示す。 図1Aの実施形態を形成するための作製プロセスの連続的ステップの一例を示す。 図1Aの実施形態を形成するための作製プロセスの連続的ステップの一例を示す。 図1Aの実施形態を形成するための作製プロセスの連続的ステップの一例を示す。 別の作製プロセスの連続的ステップの一例を示す。 別の作製プロセスの連続的ステップの一例を示す。 別の作製プロセスの連続的ステップの一例を示す。 別の作製プロセスの連続的ステップの一例を示す。 別の作製プロセスの連続的ステップの一例を示す。 別の作製プロセスの連続的ステップの一例を示す。 別の作製プロセスの連続的ステップの一例を示す。 別の作製プロセスの連続的ステップの一例を示す。 同一基板上にフォトニックデバイスおよび電子デバイスの双方を含むように作製された集積回路の断面である。
本発明は、光学分離構造を提供し、これは、下地基板のバルク材料から、導波路などのフォトニックデバイス、または構造の一部として導波路を含む他のフォトニックデバイスを分離することができる。光学分離構造は、フォトニックデバイスを通る光の垂直方向封じ込め用の下部クラッドとしても機能する。光学分離構造は、基板内に作製されたフォトニック結晶で形成され、その上にフォトニックデバイスの残りが形成される。フォトニックデバイスは、フォトニック結晶下部クラッド層によって基板から光学的に分離されたコアを有する導波路を含む。さらなるクラッドが導波路コアの側面および上部にも提供される。
フォトニックデバイスは、フォトニックデバイスおよび電子デバイスの双方が形成される基板上に集積されてもよい。
実施形態は、シリコン基板と、導波路用のコア材料としての結晶シリコンとを使用するものとして記述されるが、実施形態は、これらの特定の材料の使用に限定されることはなく、他の材料を基板および導波路コア用に使用することができる。
ここで、図1Aの断面図と、図1Aを90°回転した図である図1Cの断面図と、図1Aの拡大部分である図1Bとを参照すると、シリコン基板101上に形成されたフォトニックデバイス100の一実施形態が図示される。図示されたフォトニックデバイス100は、導波路コア105と、基板101内に形成されたフォトニック結晶103によって形成された下部クラッドと、図1Cに示されるように、誘電材料107によって形成された側壁クラッドおよび上部クラッドと、を有する導波路である。図1A内のコア105を通る光路の方向は、左から右または右から左である。フォトニックデバイスは、光を通すために導波路コア105を使用するあらゆる種類のフォトニックデバイスとして形成することができる。その例は、導波路、変調器、検出器、復調器、共振器、タップ、スプリッタ、増幅器、回折格子、カプラおよび他のフォトニックデバイスを含む。導波路コア105内の光導波モードとシリコン基板101のモードとの間のカップリングは、フォトニック結晶103の結晶分散特性によって抑制され、それによって導波路コア105を通る低損失光路を提供することができる。
フォトニック結晶103は、基板101内に形成された素子109の周期的または準周期的アレイとして提供される。限定しない例として、基板101は、ベアシリコンで形成されてもよく、即ち、シリコンは、基板101の全厚さに亘る唯一つの材料である。素子109は、例として、酸化物(酸化シリコン、二酸化シリコン)、窒化物(窒化シリコンなど)、またはアルミニウムもしくは銅などの金属など、種々の誘電材料または導電性材料で形成されてもよい。実際には、フォトニック結晶103の平均屈折率が導波路コア105の材料の平均屈折率よりも低くなる限り、基板101を周期的もしくは準周期的断片118(図1B)に分割し、光分散を引き起こすあらゆる材料を使用することができる。素子109は、基板101バルク内への光のカップリングがほとんどないか全くないように、基板101に入る光の分散を引き起こす。また、図1Cに最良に図示されるように、フォトニック結晶103の平均屈折率は導波路コア105の平均屈折率よりも低いため、コア105、側面および上部クラッド107を含む導波路に対する下部クラッドとして機能する。図1Bは、フォトニック結晶100断片118を含む連続的導波路断片122のうちの一つを、点線によって図示し、ここで、導波路コア105は、高さ(h)を有し、素子109は基板101内に幅(x)および深さ(d)を有し、素子109は、周期(a)で離隔される。
フォトニック結晶103の平均屈折率は、以下に記述されるように、周期(a)(図1B)または準周期を有するフォトニック結晶103断片118の屈折率を平均化することによって決定される。導波路コア105は、一例として結晶シリコンで形成することができ、側面および上部クラッド107は、結晶シリコン導波路コア105の屈折率よりも低い屈折率を有する材料で形成することができる。図1A−図1Cの実施形態のうちのある具体例においては、基板101は、ベアシリコンで形成され、素子109は二酸化シリコンで形成され、コア105は、エピタキシャル結晶シリコンで形成され、側面および上部クラッド107は、二酸化シリコンで形成される。さらに、以下に記述されるように、電子デバイスが基板101上に集積される場合、側面および上部クラッドは、BPSGまたはPSGで形成され、この材料は、電子集積回路内で層間誘電体材料として有用であることが既知であり、結晶シリコン導波路コア105の屈折率よりも低い屈折率を有する。
図1A−図1Cに示されるように、フォトニック結晶103は、周期(a)(図1B)の周期的構造を有する。しかしながら、フォトニック結晶は、準周期的結晶構造も有することがある。準周期的フォトニック結晶は既知であって、例えば、Florescu et alによる“Complete Band Gaps in Two−Dimensional Photonic Quasicrystals”,The American Physical Society(2009)155112−1から15512−7ページおよびSun et alによる“Air Guiding with Photonic Quasi−Crystal Fiber”,IEEE(2010),1041−1135に記述されている。
具体的構造の一例においては、図1Bに示される導波路断片122の寸法を用いると、フォトニック結晶103は、一次元(1D)ブラッグ反射器として形成される。導波路コア105の高さ(h)および幅(w)は、其々、約3.3umと、約3x(h)である。厚さに対する幅の比を3:1以上にすることによって、例えば、フォトニックデバイス100に対する光源のカップリングを容易にする。導波路コア105に対するこの非対称設計は、より高次のモードをサポートする一方で、主伝搬ゼロ次モードもサポートする。素子109の幅(x)は、約0.13umであり、周期(a)は約0.54umである。素子9の深さ(d)は、約0.68umであってもよい。本明細書で用いられる“approximately(約)”という語は、その値が表された値から±10%逸脱してもよいことを示すために用いられる。この構造では、フォトニック結晶103は、3.4の平均屈折率を有し、これは、結晶シリコンの平均屈折率(3.5)よりも小さい。さらには、素子109間の基板101のシリコンの幅が約0.41umであり、これは、素子109の幅(w)の3倍より大きいため、基板101上に、導波路コア105のためのほぼ完全な結晶エピタキシャルシリコン層を形成することが容易になる。
これらの寸法を有する導波路に対して行われたシミュレーションは、フォトニック結晶103および導波路105の幾何学的特性が、1310nm±40nmの波長で、TE01およびTM01伝搬モードに対する最小の伝送損失を達成するために、最小限に調整することができることを示す。約−2db/cmから約−5db/cmの、基板101中への低い光信号損失が存在する。シミュレーションは、導波路コア層105の高さ(h)(図1B)が、TE01モード伝送に対して約2.5umより大きく、TM01モード伝送に対して約5umより大きいべきであることも明らかにした。
上述されたパラメータは、導波路コア105および関連するフォトニック結晶クラッド103に対する代表的寸法の単なる例に過ぎない。他の寸法も、特定の用途に対しても同様に使用することができる。
上述され、図面に示された実施形態は、ブラッグ反射器として機能する一次元フォトニック結晶103を形成するが、フォトニック結晶103は、基板101内に、二次元または三次元フォトニック結晶構造として形成することもできる。二次元および三次元フォトニック結晶103は、TEおよびTM光学伝送モードをサポートするために、基板101中への光信号損失を低下させ、フォトニックデバイス100の性能を改善することができる。
図1A−図1Cの構造を形成するためのプロセスの一例は、図2A−図2Hを参照してここに記述される。
図2Aは、ベアシリコン基板である開始基板101を図示する。基板101は、フォトリソグラフィーを使用して複数のトレンチ102を有するようにパターン化される。一例においては、例えばシリコン窒化物マスクなどのパターン化されたマスクが、基板101上に形成され、素子109の位置に対応するマスク部分が基板101の表面まで下方へ除去されている。図2Bに示されるように、マスクの除去された領域によって、トレンチ102を形成するための、基板101の選択的エッチングを可能とし、その後、マスクは、エッチングまたは化学機械研磨(CMP)および基板101の洗浄によって除去される。その後、図2Cに示されるように、例えば、二酸化シリコン109などの酸化物は、基板101上に堆積されるか、または成長してトレンチ102を充填する。図2Dに示されるように、その後、二酸化シリコンは、基板101内に組込まれた素子109を形成するために、基板101の上部レベルまで平坦化される。素子109は、周期(a)で配置される。
図2Eに示されるように、導波路コア105を形成することになる結晶シリコン層114は、酸化物素子109を含む基板101上に、ブランケット層として非選択的にエピタキシャル成長する。図2Fは、図2Eから90°回転された基板101の断面を図示する。素子109の幅(x)が小さい(0.13um)ため、少量のポリシリコンがエピタキシャル成長中に酸化物素子109上に形成される。しかしながら、ポリシリコンは、.2umよりも薄いので、その有効な体積は、導波路コア105を形成する本質的に完全なエピタキシャル結晶層114の全体積のうちの1%未満である。
図2Gに示されるように、結晶エピタキシャルシリコン層114は、基板101の表面におけるフォトニック結晶103の上部までトレンチ111を形成するために選択的にエッチングされ、それによって導波路コア105を形成し、導波路コア105は、他のエピタキシャル結晶シリコン領域114からトレンチ111によって分離される。その後、図2Hに示されるように、導波路コア105に対して側面および上部クラッド層107を形成するために誘電材料が堆積される。側面および上部クラッド層のための誘電材料は、シリコンより低い屈折率を有する如何なる材料でもよく、例えば、二酸化シリコンなどの酸化物、窒化物、BPSG、PSGまたは他の材料である可能性がある。一例においては、フォトニックデバイス100は、結晶シリコン導波路コア105、下部フォトニック結晶クラッド103、側面および上部二酸化シリコンクラッド107を含む導波路構造を有する。
フォトニック結晶103および関連するフォトニックデバイス100を形成するための別のプロセスが、図3A−図3Hに示される。
図3Aは、開始ベアシリコン基板101を示す。図3Bは、基板101上に形成されたパターン化マスク113を示す。パターン化されたマスク113は、シリコン窒化物で形成することができる。マスク113中の開口120は、フォトニック結晶構造103の素子109’が形成される位置に対応する。図3Cに示されるように、素子109’は、例えば、二酸化シリコンなどの酸化物を使用して、その後、マスク113の上部表面までの二酸化シリコンのCMP平坦化を使用して開口120内に作製される。次に図3Dに示されるように、マスク材料は、選択的にエッチング除去され、基板101の上部表面から上方に延びる素子109’を残す。図3Eに示されるように、結晶シリコン114’のエピタキシャル層は、基板101の上部表面上にブランケット層として作製され、素子109’の上部端を通り過ぎて上方に延びる。エピタキシャル結晶シリコン114’ は、フォトニック結晶構造103上の導波路コア105へと形成されることになる。
図3Fは、図3Eの構造の90°回転された断面図である。図3Gに示されるように、その後、エピタキシャル結晶シリコン層114’は、導波路コア105を形成するために、シリコン基板101の表面まで選択的にエッチングされ、導波路コア105はトレンチ111によってエピタキシャル結晶シリコンの他の領域114’から分離され、その後、側面および上部クラッド誘電材料107が、エッチングされた領域内と、導波路コア105の上部表面上に形成される。誘電材料は、図1A−図1Cおよび図2Hを参照して上述されたのと同一の誘電材料107(例えば、二酸化シリコン)または図2Hを参照して記述された他の材料のうちの一つである可能性がある。これは、結晶シリコン導波路コア105を包囲するフォトニック結晶構造103下部クラッドおよび二酸化シリコン(または他の材料の)側面および上部クラッド107を含む完全な導波路100構造を形成する。
図4は、電子デバイスおよび電子回路(例えば、CMOSデバイスおよびCMOS回路)が作製されるのと同一の、例えばシリコン基板などの基板101上に、フォトニックデバイス100を集積化した一例を示す。図4の右側は、図1Aの実施形態に図示されたフォトニック結晶103下部クラッド、導波路コア105、側面(図示せず)および上部クラッド107を含むフォトニックデバイスを図示する。図4の左側は、ベアシリコン基板101上に作製された電子回路の一部を形成する電子デバイスの一例としてMOSFETトランジスタ201の作製を示す。MOSFETトランジスタ201は、シリコン基板101の上部領域内に、ドープされたソース202およびドレイン204領域を含み、トランジスタ201周囲の基板101内に電気的シャロートレンチアイソレーション(STI)領域205を含み、ソース202およびドレイン204領域間のチャネル内に電荷経路を制御するゲート構造206を含む。電極207も、ソース202およびドレイン204領域に其々接続されるものとして図示される。この例においては、電極207の上部表面は、導波路コア105の上部クラッド用に用いられる同一の誘電層107の上部表面上に存在する。PSGおよびBPSGは、CMOS集積回路の作製中にゲート分離および層間誘電体メタライゼーション用に、一般的に使用される絶縁材料であるため、側面および上部クラッド107はこれらの材料で形成されてもよい。
上述された実施形態は、ベアシリコン基板101を使用するが、基板としてシリコンオンインシュレータ(SOI)基板の上部シリコン層を使用する実施形態を形成することも可能であり、その基板上にフォトニック結晶下部クラッド103および対応する導波路が形成される。また、フォトニック結晶103は、基板101内の周期的(a)または準周期的配列を有する素子109,109’を有するように記述されたが、導波路コア105の材料の平均屈折率よりも低いフォトニック結晶103に対する平均屈折率を提供するのに十分な、シリコン基板101内の無秩序度を提供する他のスペーシングが使用されてもよい。また、導波路コア105を形成する結晶エピタキシャル層114、114’は、非選択的に成長するものとして図示されているが、代替的に、導波路コア105の所望の断面形状で、選択的に成長することもできる。
例示的実施形態が上述されてきたが、それらの実施形態は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨または範囲を逸脱することなく改変を行うことができる。したがって、本発明は、図面および添付の記述によって限定されることはないが、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。
具体的構造の一例においては、図1Bに示される導波路断片122の寸法を用いると、フォトニック結晶103は、一次元(1D)ブラッグ反射器として形成される。導波路コア105の高さ(h)および幅(w)は、其々、約3.3umと、約3x(h)である。厚さに対する幅の比を3:1以上にすることによって、例えば、フォトニックデバイス100に対する光源のカップリングを容易にする。導波路コア105に対するこの非対称設計は、より高次のモードをサポートする一方で、主伝搬ゼロ次モードもサポートする。素子109の幅(x)は、約0.13umであり、周期(a)は約0.54umである。素子109の深さ(d)は、約0.68umであってもよい。本明細書で用いられる“approximately(約)”という語は、その値が表された値から±10%逸脱してもよいことを示すために用いられる。この構造では、フォトニック結晶103は、3.4の平均屈折率を有し、これは、結晶シリコンの平均屈折率(3.5)よりも小さい。さらには、素子109間の基板101のシリコンの幅が約0.41umであり、これは、素子109の幅(w)の3倍より大きいため、基板101上に、導波路コア105のためのほぼ完全な結晶エピタキシャルシリコン層を形成することが容易になる。



  1. 半導体基板と、
    前記基板内に形成された複数の離隔された材料領域を含む、前記基板内に形成された光学クラッドと、
    前記光学クラッド上に形成されたコアを含む導波路と、
    を含む、
    ことを特徴とする集積構造。

  2. 前記材料領域は酸化物領域を含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載の集積構造。

  3. 前記酸化物材料領域は、二酸化シリコン領域を含む、
    ことを特徴とする請求項2に記載の集積構造。

  4. 前記コアは半導体材料を含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載の集積構造。

  5. 前記材料領域は、前記光学クラッドが前記コアの屈折率よりも低い平均屈折率を有するようにさせる、
    ことを特徴とする請求項1に記載の集積構造。

  6. 前記導波路は、前記コアの側面および上部表面上にさらなるクラッドをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項4に記載の集積構造。

  7. 前記さらなるクラッドは酸化物材料を含む、
    ことを特徴とする請求項6に記載の集積構造。

  8. 前記酸化物材料は二酸化シリコンを含む、
    ことを特徴とする請求項7に記載の集積構造。

  9. 前記さらなるクラッドはBPSGまたはPSGを含む、
    ことを特徴とする請求項6に記載の集積構造。

  10. 前記基板はベアシリコンを含み、前記誘電材料は酸化物を含み、前記導波路コアは結晶シリコンを含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載の集積構造。

  11. 前記コアはエピタキシャル結晶シリコンを含む、
    ことを特徴とする請求項10に記載の集積構造。

  12. 前記基板はベアシリコンを含み、前記導波路コアは前記光学クラッド上に形成されたエピタキシャル結晶シリコンを含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載の集積構造。

  13. 前記光学クラッドは、フォトニック結晶を含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載の集積構造。

  14. 前記フォトニック結晶は、一次元フォトニック結晶を含む、
    ことを特徴とする請求項13に記載の集積構造。

  15. 前記フォトニック結晶は、二次元フォトニック結晶を含む、
    ことを特徴とする請求項13に記載の集積構造。

  16. 前記フォトニック結晶は、三次元フォトニック結晶を含む、
    ことを特徴とする請求項13に記載の集積構造。

  17. 前記材料領域は、基板内に周期的に離隔される、
    ことを特徴とする請求項13に記載の集積構造。

  18. 前記材料領域は、基板内に準周期的に離隔される、
    ことを特徴とする請求項13に記載の集積構造。

  19. 前記基板は、その厚さの全体にわたってシリコンを含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載の集積構造。

  20. 前記半導体基板上に集積された電子デバイスをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載の集積構造。

  21. 前記光学クラッドは、ブラッグ反射器を形成する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の集積構造。

  22. 前記導波路コアは、高さ(h)および幅(w)を有し、(w)≧3hである、
    ことを特徴とする請求項1に記載の集積構造。

  23. 前記フォトニック結晶は、.54umの平均周期(a)を有する、
    ことを特徴とする請求項22に記載の集積構造。

  24. (h)は3.3umにほぼ等しい、
    ことを特徴とする請求項22に記載の集積構造。

  25. 前記導波路は、約1310nmの中心波長の周囲で、±40nmの有効波長伝送範囲を有する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の集積構造。

  26. シリコン基板内にフォトニック結晶として形成された下部クラッドと、前記下部クラッド上に形成されたエピタキシャル結晶シリコンで形成されたコアと、前記コアの側面および上に形成された酸化物クラッドと、を含む光学導波路を含む、
    ことを特徴とする集積構造。

  27. 前記フォトニック結晶は一次元フォトニック結晶である、
    ことを特徴とする請求項26に記載の集積構造。

  28. 前記フォトニック結晶は二次元フォトニック結晶である、
    ことを特徴とする請求項26に記載の集積構造。

  29. 前記フォトニック結晶は三次元フォトニック結晶である、
    ことを特徴とする請求項26に記載の集積構造。

  30. 前記フォトニック結晶は、前記シリコン基板内の離隔された材料領域を含む、
    ことを特徴とする請求項26に記載の集積構造。

  31. 前記材料領域は、前記シリコン基板内で周期的に離隔される、
    ことを特徴とする請求項30に記載の集積構造。

  32. 前記材料領域は、前記シリコン基板内で準周期的に離隔される、
    ことを特徴とする請求項30に記載の集積構造。

  33. 前記基板はその厚さの全体にわたってシリコンを含む、
    ことを特徴とする請求項26に記載の集積構造。

  34. 前記基板上に集積された電子デバイスをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項26に記載の集積構造。

  35. 前記フォトニック結晶は、前記光学導波路を通る光路の方向に複数の連続する単位セルを含み、前記単位セルに対して(a)の平均周期を提供する、
    ことを特徴とする請求項26に記載の集積構造。

  36. (a)は、約0.54umの値を有する、
    ことを特徴とする請求項35に記載の集積構造。

  37. 前記光学導波路は、断面幅wおよび高さhを有し、w≧3hである、
    ことを特徴とする請求項26に記載の集積構造。

  38. 集積構造を形成する方法であって、
    シリコン基板上にフォトニック結晶を形成することと、
    前記フォトニック結晶が導波路に対する下部クラッドとして機能するように、前記フォトニック結晶上に前記導波路を有するフォトニックデバイスを形成することと、
    を含む、
    ことを特徴とする方法。

  39. 前記シリコン基板は、前記基板の厚さの全体にわたってシリコンを含む、
    ことを特徴とする請求項38に記載の方法。

  40. 前記導波路は導波路コアを含み、前記導波路コアの材料は、結晶シリコンを含む、
    ことを特徴とする請求項38に記載の方法。

  41. 前記フォトニック結晶は、シリコン層内に離隔された素子を配置することによって形成される、ことを特徴とする請求項38に記載の方法。

  42. 前記離隔された素子は、酸化物、窒化物および金属から成る群から選択される材料で形成される、
    ことを特徴とする請求項41に記載の方法。

  43. 前記フォトニック結晶は、一次元フォトニック結晶を含む、
    ことを特徴とする請求項38に記載の方法。

  44. 前記フォトニック結晶は、二次元フォトニック結晶を含む、
    ことを特徴とする請求項38に記載の方法。

  45. 前記フォトニック結晶は、三次元フォトニック結晶を含む、
    ことを特徴とする請求項38に記載の方法。

  46. 前記離隔された素子は周期的に離隔される、
    ことを特徴とする請求項41に記載の方法。

  47. 前記離隔された素子は準周期的に離隔される、
    ことを特徴とする請求項41に記載の方法。

  48. 前記シリコン基板上に電子デバイスを形成することをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項38に記載の方法。

 

 

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【解決手段】 該マイクロストラクチャは柱体及び/又は穴等であって、実効的に実効吸収長を増加させてその結果フォトンの吸収を一層大きくしている。シリコンフォトダイオード及びシリコンアバランシェフォトダイオードに対する吸収向上のためにマイクロストラクチャを使用することは、約90%以上の量子効率で、且つ850nmの波長を有するフォトンにおいて10Gb/sを越える帯域幅とさせる。
【選択図】 図1
本発明の実施形態は、通信の分野に関し、光分岐アセンブリの機能多様性を実装するために使用される、光分岐アセンブリ、受動光ネットワーク、および光送信方法を提供する。光分岐アセンブリは、基板と、基板の表面に配設される光出力分配領域とを含み、光出力分配領域は、第1の光導波路、複数の第2の光導波路、および少なくとも1つの第3の光導波路に結合され、第1の光導波路を介して、第2の光導波路の各々および少なくとも1つの第3の光導波路に送信される光信号の光出力を分配するために使用され、第3の光導波路が第1の光導波路に結合され、反射性材料が第3の光導波路上に配設され、光出力分配領域からの光信号を反射性材料が反射した後、光信号が第3の光導波路を介して第1の光導波路に送信される。本発明の実施形態は、光信号が反射されるシナリオに適用可能である。
プラズモンデバイスは、透明導電酸化物(TCO)導波路と、該TCOに印加される調節可能な電圧と、入力光信号を変調する金属層とを有する。プラズモンデバイスは、基板と、該基板上の、溝付き経路を有する金属層と、該金属層上及び該溝付き経路内の誘電体層と、該誘電体層上及び該溝付き経路内の透明導電酸化物(TCO)とを備える。
本発明は、そのケイ素原子がすべてまたは一部別の金属原子に置き換えられた有機変性ポリシロキサンまたはその誘導体から成るまたはそれを有する層または三次元成形体であって、ポリシロキサンまたはその誘導体の有機成分が、炭素および/または酸素を介してケイ素および/または別の金属原子に結合されて二光子または多光子重合反応を介して得られるチオール‐エン付加生成物を備えた有機網目を有し、物体が、異なる一次構造および/または二次構造を備えた2つの領域を有し、a)基材または型を調製する工程;b)金属および/または半金属を含有するゾル、ゲルおよび有機変性ポリシロキサン含有材料から選択された1つの材料を調製する工程;その際、調製された材料が遊離SH基と孤立C=C二重結合とを有し;c)調製された材料を基材に塗布しまたは取付け、もしくは型に装入する工程;d)基材上もしくは型内に在る材料の選択された1領域を、二光子重合または多光子重合を頼りに選択的に露光する工程;e)基材上もしくは型内に在る全材料を熱的および/または光化学的に処理する工程;工程d)とe)を任意の順序で実施できることを条件に上記工程によって得られる層または成形体に関する。工程b)により調製される材料は、主に、1.(a)酸素ブリッジまたは炭素原子を介して金属/半金属に結合されて単数または複数のSH基と置換された有機基を有する材料と(b)2つ以上の孤立C=C結合を備えた純有機化合物とから成る混合物またはそれらを含有する混合物、2.(a)酸素ブリッジまたは炭素原子を介して金属/半金属に結合されて単数または複数の孤立C=C二重結合を備えた有機基を有する材料と(b)2つ以上のSH基と置換された純有機化合物とから成る混合物またはそれらを含有する混合物、3.(a)酸素ブリッジまたは炭素原子を介して金属/半金属に結合されて単数または複数のSH基と置換された有機基を有する材料と(b)酸素ブリッジまたは炭素原子を介して金属/半金属に結合されて単数または複数の孤立C=C結合を備えた有機基を有する材料とから成る混合物またはそれらを含有する混合物から選択されている。
開示された方法及び装置の実施形態は、支持基板から光学的に分離したフォトニックデバイスを提供する。略矩形断面の空洞(125)をフォトニックデバイス素子(129)の下に設け、当該空洞上部にある支持基板の縁から上記素子を形成してよい。
【選択図】図1
電子デバイス及びフォトニックデバイスを集積するのに好適な分離領域を備えた基板の形成方法を提供する。共通のレチクル及びフォトリソグラフィ技法を用いて、基板の第1領域及び第2領域をエッチングするための開口であって、第2トレンチ分離領域用の開口が第1トレンチ分離領域用の開口よりも広い開口を画定するマスクを作製する。マスクを介して第1トレンチ分離領域及び第2トレンチ分離領域をエッチングし、酸化物材料で充填する。第2トレンチ分離領域の底部から酸化物材料を除去する。第1トレンチ分離領域よりも深くなるまで第2トレンチ分離領域を追加エッチングし、次いで、酸化物材料で充填する。電子デバイスを基板上に形成して第1トレンチ分離領域により電気的に分離することができ、フォトニックデバイスを第2トレンチ分離領域の上に形成して基板から光学的に分離することができる。
【選択図】図7
本発明は、その珪素原子が完全にまたは部分的に他の金属原子によって置換される有機変性ポリシロキサンまたはその誘導体からなる、または有する層または三次元成形品に関し、その場合、ポリシロキサンまたはその誘導体の有機成分は、(i)炭素および/または酸素を介して珪素におよび/または他の金属原子に結合されるC=C付加ポリマー、および/または2光子重合または多光子重合によって得られるチオール−エン付加生物物を有する有機ネットワークを備え、および(ii)C=C二重結合を介して共重合される、または二重結合へのまたは有機ネットワーク内の有機残基のSH基へのチオール−エン付加によって結合される有機分子を有する有機ネットワークを備え、物体は、以下の方法によって得られることができる異なる一次構造および/または二次構造を有する2つの領域を備え、a)基板またはモールドを用意する、b)金属および/または半金属を含むゾル、ゲルまたは有機的に変性されたポリシロキサン含有材料から選択される材料を用意する、ここで用意される材料は以下の成分を備える、(i)それによってC=C付加重合体かあるいは、および/またはチオール−エン付加化合物の形成が可能である、2光子重合反応または多光子重合反応を介して重合可能な基を有する少なくとも1つの金属含有または半金属含有オリゴマーまたはポリマー、その場合、この基の少なくとも一部は炭素原子または酸素橋を介して金属含有または半金属含有オリゴマーまたはポリマーに結合され、および(ii)(i)に記載の金属含有または半金属含有オリゴマーまたはポリマーの基と同様に同じ2光子重合反応または多光子重合反応で入手可能であるか、あるいはこのような残基に光化学的に共重合されるかまたはこれに添加される少なくとも1つの残基を含む少なくとも1つの組織的モノマー、c)用意された材料を基板に塗布するか、または取り付ける、もしくはこれをモールド内に持ち込む、d)基板上またはモールド内に存在する材料の選択された領域を、2光子重合または多光子重合を用いて選択露光する、e)基板上またはモールド内に存在する全材料を熱処理または光化学処理する、但し、ステップd)およびe)は任意の順序において実施することができる、という条件付きであり、および対応する方法に関する。
組立体は、それぞれが導波路コアを有する光ファイバと、光ファイバに対応する面内導波路を含むフォトニック集積回路(IC)と、光ファイバを支持する溝を有するフォトニックICに接合された基板と、を含む。基板及びフォトニックICは、基板とフォトニックICとの間に機械的接合及び電気的接続を提供するように協働する金属バンプを有することができる。基板の溝によって支持された光ファイバの部分は、光ファイバのコアから離隔した平らな表面を定義することができる。フォトニックICは、(光信号のエバネッセント結合のために)対応する光ファイバの平らな表面に対してインターフェイスする第一結合セクションと、(光信号の断熱スポットサイズ変換のために)対応する面内導波路に対してインターフェイスする第二結合セクションと、を有する受動型導波路構造を含むことができる。
温度無依存レーザ // JP2016164986
【課題】実質的に温度無依存なレーザを提供する。
【解決手段】本発明は、レーザ放射を生成する利得領域と、利得領域で生成されたレーザ放射を反射する反射領域と、利得領域で生成されたレーザ放射を反射領域に導くための、および反射領域で反射されたレーザ放射を利得領域に導くための導波路であって、利得領域、反射領域、および導波路が、半導体レーザの共振性空胴を規定し、導波路が、実質的にアサーマルである、導波路とを備える、温度無依存な半導体レーザに関する。
【選択図】図1
【課題】多結晶ダイヤモンドで構成された、光導波路を備えた無金属モノリシックエピタキシャルグラフェンオンダイヤモンド回路基板を提供する。
【解決手段】回路基板700は、プレセラミックポリマーの層の熱的分解により形成されている。回路基板内には、複数のチューブが形成され、回路基板の1つまたは複数の表面において複数の終端部を有する。各チューブは、電流を伝導できるように動作可能なグラフェン層を備える。各グラフェン層は、900℃以上の温度での多結晶ダイヤモンド回路基板の熱的分解により形成されている。また、この装置は、回路基板内に形成された複数の光導波路1100を備える。各光導波路は、多結晶ダイヤモンドに囲まれた多結晶炭化ケイ素のコアを備える。多結晶ダイヤモンドは、ポリ(ヒドリドカルビン)の熱的分解により形成され、炭化ケイ素は、ポリ(メチルシリン)の熱的分解により形成されている。
【選択図】図7
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