JP7187623B1

JP7187623B1 - エタロン補償を備えた高帯域幅フォトニック集積回路

Info

Publication number: JP7187623B1
Application number: JP2021122251A
Authority: JP
Inventors: ジャレッド・ボーターズ; グレゴリー・アラン・フィッシュ; エリック・ヨハン・ノルべリ
Original assignee: Juniper Networks Inc
Current assignee: Juniper Networks Inc
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2022-12-12
Anticipated expiration: 2041-07-27
Also published as: EP4113181A1; KR20230004199A; TWI807389B; JP2023007264A; CN115542460A; US20230003926A1; TW202304012A; US12164126B2; KR102766430B1

Abstract

【課題】フォトニック集積回路デバイスの光帯域幅を増大し、製造および設計プロセスに対する感度を低減する。【解決手段】フォトニック集積回路デバイスが、層のバリエーションからの光結合問題および損失を引き起こす異なる屈折率を有する１つまたは複数の層を備え得る。材料の膜が、これら問題を回避するためにフォトニック集積回路の層に適用されて、フォトニック集積回路デバイスの光帯域幅を増大し、製造および設計プロセスに対する感度を低減し得る。【選択図】図３

Description

[0001]本開示は、一般に光および電気デバイスに関し、より詳細には、反射防止コーティングを有する効率的かつスケーラブルな光学構造に関する。

[0002]一般に、シリコンフォトニック集積回路は、回路によって生成された光を出力する、回路が受けた光を検出する、または別の方法で回路内の光を処理するために、光結合（optical coupling）を実装する。フォトニック回路を構築するために使用される材料の物理的特性（例えば、屈折率）および物理的寸法（physical dimensions）は、非効率的な設計、または、効率的ではあるが、製造バリエーション（variation）および設計レイアウトにより、製造が困難である設計をもたらし得る。

[0003]以下の説明には、本開示の実施形態の実装形態の例として与えられる例示を有する図の説明が含まれる。図面は、限定としてではなく、例として理解されるべきである。本明細書で使用される場合、１つまたは複数の「実施形態」への参照は、本発明の主題の少なくとも１つの実装形態に含まれる特定の特徴、構造、または特性を説明するものとして理解されるべきである。したがって、本明細書で見られる「一実施形態では」または「代替の実施形態では」などの表現は、本発明の主題の様々な実施形態および実装形態を説明するものであり、必ずしも全てが同じ実施形態を参照するわけではない。しかしながら、それらはまた、必ずしも相互排他的とは限らない。任意の特定の要素または動作の説明を容易に識別するために、参照番号の単数または複数の最上位桁は、その要素または動作が最初に紹介された図（「ＦＩＧ．」）の番号を指す。

[0004]図１は、いくつかの例となる実施形態による、光電気デバイスの側面図を示す図である。 [0005]図２は、いくつかの例となる実施形態による、例となるフォトニック集積回路構造を示す図である。 [0006]図３は、いくつかの例となる実施形態による、ウエハから形成された例となるフォトニック集積回路構造を示す図である。 [0007]図４は、いくつかの例となる実施形態による、光帯域幅を増大し、物理的感度を低減するための、１つまたは複数のコーティングを有するフォトニック構造を製造するためのプロセスアーキテクチャを示す代表的な図である。 [0008]図５は、いくつかの例となる実施形態による、高い光帯域幅のフォトニック構造を製造するための方法のフロー図を示す。 [0009]図６は、いくつかの例となる実施形態による、波長および製造感度を低減するために、エタロン補償を有する高い光帯域幅のＰＩＣを使用して光を処理するための方法のフロー図を示す。 [0010]図７は、いくつかの例となる実施形態による、例となる光トランシーバを示す。

[0011]以下で説明される実施形態のうちのいくつかまたは全てを示し得る図の説明を含み、ならびに本明細書で提示される本発明の概念の他の潜在的な実施形態または実装形態を説明する、ある特定の詳細および実装形態の説明が以下に続く。本開示の実施形態の概要が以下に提供され、その後に、図面を参照したより詳細な説明が続く。

[0012]以下の説明では、説明を目的として、数多くの特定の詳細が、本発明の主題の様々な実施形態の理解を提供するために示される。しかしながら、本発明の主題の実施形態がこれらの特定の詳細なしに実施され得ることは、当業者には明らかであろう。一般に、周知の命令インスタンス、構造、および技法は、必ずしも詳細に示されるわけではない。

[0013]説明されたように、シリコンフォトニック（ＳｉＰｈ）集積回路は、回路によって生成された光を出力する、回路が受けた光を検出する、または別の方法で回路内の光を処理するために、光結合を実装する。いくつかの例となる実施形態では、光結合インターフェース（interface）が、シリコンフォトニック集積回路チップのエッジにおいて、またはシリコンフォトニック集積回路チップ上の光伝搬面内に位置する。いくつかの例となる実施形態では、光結合は、シリコンフォトニック集積回路チップにおける光伝搬面に対してほぼまたは正確に垂直に（normal to）配置される。これらのアプローチでは、ＰＩＣ内の光は、ミラーおよび／または回折格子結合器などの、ＰＩＣ内の光学部品を用いて上方または下方に向けられ得る。光転向部品を実装する際に、光結合インターフェースの全体的な効率は、ＳｉＰｈＩＣ上の光転向部品と、ＳｉＰｈＩＣがそれとインターフェースしている（interfacing）構成部品（例えば、光ファイバ、オフチップレーザ、オフチップ検出器など）との間に存在する材料の特性（例えば、厚さ、屈折率、形状など）に依存し得る。ＳｉＰｈＩＣは、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板を使用して作製され得、ここで、埋め込まれた酸化物とシリコン基板との間の高屈折率コントラスト（high-index-contrast）は、光結合インターフェースの全体的な効率に影響を及ぼし得る。具体的には、例えば、光は、二酸化ケイ素／シリコンインターフェースによって反射され得、反射は、結合効率を低減させ、製造プロセス感度を増大させ、（低減された結合効率および製造感度により）所与のチップ設計において使用可能である帯域幅を制限し得る。この低減された波長パフォーマンスは、（例えば、２０～４０ｎｍ離間された複数のシーケンシャルレーンを有するコース波長分割チップなどの）チップに追加され得るレーンの数をさらに制限する。光をＳＯＩシリコン基板から逸らすように方向付けるエッジ結合または転向部品が、これらの問題を軽減し得る一方で、光を逸らすことは、多くのレイアウトにおける設計制限として実用的でない（例えば、エッジ結合器設計は光を逸らし得るが、エッジ結合された設計は、スペースの制限を有し、および／またはフリップチップＰＩＣなどの所与の光学構造の好ましいレイアウトではない場合がある）。

[0014]いくつかの例となる実施形態では、複数のシリコンウエハが、効率を高め、構造の製造感度を低減するために、１つまたは複数の反射防止コーティングを有するＳＯＩを形成するために処理され得る。例となる処理では、１つのウエハ（ウエハＡ）の表面が、埋め込まれた酸化物を形成するために熱酸化される。さらに、脆化されたインターフェース（weakened interface）が、注入などのプロセスを介して、ウエハＡの上部シリコン内に作り出され得る。次いで、ウエハＡは、裏返しにされ、別のウエハであるウエハＢ上に貼り合わされる。貼り合わされた構造は、脆化されたシリコンインターフェースにおいて分離され、これにより、ウエハＢのシリコン基板と、ウエハＡからの埋め込まれた熱酸化物と、（例えば、有機基板１６０または光ファイバ１２１などのデバイスとインターフェースする）ウエハＡからの薄いデバイスシリコン層と、を備えるＳＯＩウエハが残る。ＳＯＩウエハは、通常アニール処理され（annealed）、デバイスシリコン層は、研磨される。

[0015]いくつかの例となる実施形態では、反射防止（ＡＲ：anti-reflection）コーティングが、ＳＯＩウエハの埋め込まれた酸化物とシリコン基板との間に追加される。いくつかの例となる実施形態では、ＡＲコーティングは、ウエハＡと貼り合わされる前に、ウエハＢ上に堆積される薄膜である。代替として、およびいくつかの例となる実施形態によれば、薄膜は、ウエハＡの酸化後にウエハＡ上に堆積され、次いで、これは、ウエハＢと貼り合わされる。さらに、いくつかの例となる実施形態では、堆積膜の厚さは、コーティングインターフェースでの干渉（例えば、コーティングのインターフェースの上部および下部の反射からの干渉）が正確に位相外れになるように、膜を透過することになる光（例えば、外部源からＰＩＣが受ける光、内部光源を使用してＰＩＣによって生成される光、またはＰＩＣによって処理される光）の１／４波長に近いか、または正確に１／４波長である。さらに、ＡＲコーティングによる干渉からの（例えば、ＡＲコーティングインターフェースにおける波の減算および完璧な振幅（perfect amplitude）からの）良好な干渉縞（good fringe）を生じさせるために、堆積膜は、コーティングの両側にある材料の幾何平均（geometric mean）に近い屈折率を有する材料のものである。例えば、２つのインターフェースしている材料が、埋め込まれた酸化物層とシリコン層である場合、ＡＲコーティングは、窒化ケイ素材料（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）の膜であり得、これは、埋め込まれた酸化物の屈折率とシリコン材料の屈折率との幾何平均に近い屈折率を有する。このようにして、ＡＲコーティングは、埋め込まれた酸化物の厚さが理想的でない（例えば、意図的に研磨される、ランダムな製造プロセスのバリエーション）場合に補償し得、波長感度および製造感度をさらに緩和し、それによって、広帯域波長パフォーマンス（例えば、より広い波長域にわたるより低い損失）を可能にし、順に、追加のレーンを有する設計を可能にする。

[0016]図１は、いくつかの例となる実施形態による、１つまたは複数の光デバイスを含む光電気デバイス１００の側面図を示す。例示される実施形態では、光電気デバイス１００は、プリント回路基板（ＰＣＢ）基板１０５、有機基板１６０、特定用途向け集積回路１１５（ＡＳＩＣ）、およびフォトニック集積回路１２０（ＰＩＣ）を含むように示される。

[0017]いくつかの例となる実施形態では、ＰＩＣ１２０は、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）またはシリコン系（例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ：silicon nitride））デバイスを含むか、またはシリコンと非シリコン材料の両方から形成されるデバイスを備え得る。上述の非シリコン材料（代替として「異種材料」とも呼ばれる）は、ＩＩＩ－Ｖ族材料、磁気光学材料、または結晶基板材料のうちの１つを備え得る。ＩＩＩ－Ｖ族半導体は、周期表のＩＩＩ族およびＶ族に見られる元素（例えば、リン化インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓＰ：Indium Gallium Arsenide Phosphide）、窒化ガリウムインジウムヒ素（ＧａｉｎＡｓＮ：Gallium Indium Arsenide Nitride））を有する。ＩＩＩ－Ｖ族系材料のキャリア分散効果は、ＩＩＩ－Ｖ族半導体における電子速度がシリコンにおける電子速度よりも格段に速いので、シリコン系材料の場合よりも著しく高くなり得る。加えて、ＩＩＩ－Ｖ族材料は、電気的ポンピング（electrical pumping）からの光の効率的な生成を可能にする直接バンドギャップを有する。したがって、ＩＩＩ－Ｖ族半導体材料は、光を生成することおよび光の屈折率を変調することの両方について、シリコンよりも向上した効率でのフォトニック動作を可能にする。したがって、ＩＩＩ－Ｖ族半導体材料は、電気から光を生成することおよび光を電気に変換し戻すことにおいて向上した効率でのフォトニック動作を可能にする。

[0018]したがって、シリコンの低い光損失および高品質の酸化物が、以下で説明される異種光デバイスにおけるＩＩＩ－Ｖ族半導体の電気光学効率と組み合わされ、本開示の実施形態では、上述の異種デバイスは、デバイスの異種導波路とシリコンのみの導波路との間の、低損失の異種光導波路遷移を利用する。

[0019]磁気光学（ＭＯ）材料は、異種ＰＩＣがＭＯ効果に基づいて動作することを可能にする。このようなデバイスは、ファラデー効果を利用し得、ここで、電気信号に関連付けられた磁場が、光ビームを変調し、高帯域幅変調を提供し、光学モードの電場を回転させて、光アイソレータをイネーブルにする。上述のＭＯ材料は、例えば、鉄、コバルト、またはイットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ：yttrium iron garnet）などの材料を備え得る。さらに、いくつかの例となる実施形態では、結晶基板材料が、異種ＰＩＣに、高電気機械結合、線形電気光学係数、低伝送損失、および安定した物理的および化学的特性を提供する。上述の結晶基板材料は、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３：lithium niobate）またはタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３：lithium tantalate）を備え得る。

[0020]例示される例では、ＰＩＣ１２０は、いくつかの例となる実施形態によれば、ＰＩＣ１２０の上面が有機基板に接続され、（例えば、結合器に向かって）反対側に面しているＰＩＣ１２０の下面から光が伝搬して出ていく（または入ってくる）フリップチップ構成において、光ファイバ１２１を介して外部光源１２５と光を交換する。光ファイバ１２１は、いくつかの例となる実施形態によれば、プリズム、回折格子、またはレンズを使用して、ＰＩＣ１２０と結合し得る。ＰＩＣ１２０の光学部品（例えば、光変調器、光スイッチ）は、少なくとも部分的に、ＡＳＩＣ１１５に含まれる制御回路によって制御される。ＡＳＩＣ１１５およびＰＩＣ１２０の両方が、有機基板１６０を介してＰＩＣを通信可能に結合するために使用される銅柱１１４上に配設されて示されている。ＰＣＢ基板１０５は、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）相互接続１１６を介して有機基板１６０に結合され、有機基板１６０（したがって、ＡＳＩＣ１１５およびＰＩＣ１２０）を、図示されていない光電気デバイス１００の他の構成部品（例えば、相互接続モジュール、電源など）に相互接続するために使用され得る。

[0021]図２は、いくつかの例となる実施形態による、例となるフォトニック集積回路構造２００（例えば、フォトニック集積回路１２０）を示す。エタロンは、空洞の寸法および材料の反射率（reflective indices）に依存し得る、２つの反射インターフェースから形成される光空洞である（例えば、ファブリペロー干渉計（Fabry-Perot Interferometer））。図２では、光は、光線の矢印（点線の矢印、実線の矢印）として例示される。例示される例では、回折格子層２１５は、第１の酸化物層２１０（例えば、ハンドル側の埋め込まれた酸化物層）と、第２の酸化物層２２０（例えば、ミラー側の埋め込まれた酸化物層）との間にあり、光は、シリコン層２０５（例えば、外部結合器に向かって面しているＰＩＣ１２０の下面）を通ってそこから伝搬して出ていき得る。光は、フリップチップ構成において、（例えば、図２の向きに関して）縦方向に（vertically）、フォトニック集積回路構造２００によって生成され得るか、受け取られ得るか、または別の方法で処理され得る。例えば、光は、一体化された光源（例えば、図２に図示せず）によって生成され得、回折格子層２１５を通って伝搬し、そこから発出して、ミラー２２５に向かい、これは、光が第２の酸化物層２２０、回折格子層２１５、第１の酸化物層２１０を通って伝搬し、シリコン層２０５から（例えば、光ファイバ結合器などの外部デバイスへと）出ていくように、光を反射する。

[0022]図２に例示される例では、意図されたものでないエタロンが、異なる表面間の反射から、構造２００において生じ得る。例えば、エタロンは、シリコン層２０５と第１の酸化物層２１０とによって作られるインターフェースからの反射およびミラー２２５からの反射から生じ得る。追加の例として、エタロンは、シリコン層２０５と第１の酸化物層２１０とによって作られるインターフェースからの反射および第１の酸化物層２１０と回折格子層２１５とによって作られる別のインターフェースからの反射から生じ得る。さらなる例として、エタロンは、回折格子層２１５と第２の酸化物層２２０とによって作られるインターフェース、およびミラー２２５からの反射から生じ得る。いくつかの例となる実施形態では、意図されたものでないエタロンは、製造バリエーションからもたらされ得る。例えば、第１の酸化物層２１０は、（所与のＰＩＣレイアウト設計に従って）さらにエッチングされ、次いで、研磨され得、研磨におけるバリエーションは、第１の酸化物層２１０の厚さにおけるバリエーションを作り出し得、これは、上記エタロンのうちの１つまたは複数をもたらす。

[0023]図３は、いくつかの例となる実施形態による、ウエハ（例えば、ウエハＡ、ウエハＢ）から形成された、例となるフォトニック集積回路構造３００（例えば、フォトニック集積回路１２０）を示す。図３では、光は、光線の矢印（例えば、点線の矢印、実線の矢印）として例示される。いくつかの例となる実施形態では、シリコン層３０５およびＡＲコーティング３１３は、ウエハＢを使用して形成されており、第１の酸化物層３１０、回折格子層３１５、第２の酸化物層３２０、およびミラー層３２５は、ウエハＡ上にまたはウエハＡを使用して（例えば、第２の酸化物層３２０を作り出すための注入分離（implantation separation））形成されている。光は、（例えば、図３の向きに関して）縦方向に、フォトニック集積回路構造３００によって生成され得るか、受け取られ得るか、または別の方法で処理され得る。例えば、光は、一体化された光源（例えば、図３に図示せず）によって生成され得、回折格子から第１の酸化物層３１０を通って導かれ、またはミラー層３２５に反射するように下向きに、そしてミラー層３２５、回折格子層３１５、第１の酸化物層３１０、ＡＲコーティング３１３、およびシリコン層３０５を通って上方に（例えば、光ファイバ結合器などの外部デバイスへと）導かれる。図３に例示される例では、フォトニック集積回路構造３００は、（例えば、エタロンを作り出す全長の往復を除去することによって）フォトニック集積回路構造３００における１つまたは複数のエタロンを回避するために、貼り合わせる前にウエハのうちの１つに適用され得るＡＲコーティング３１３を含み、それによって、フォトニック集積回路構造３００の製造感度を低減している。例えば、特に、第１の酸化物層３１０が製造プロセスにおいて過剰研磨された場合、ＡＲコーティング３１３は、１つまたは複数のエタロンがフォトニック集積回路構造３００において発生することを阻止することになる。加えて、伝搬されることになる光の波長スパンは、フォトニック集積回路構造３００内で発生する潜在的なエタロンについての回避された感度により、（例えば、追加のレーンのために）増大され得る。

[0024]いくつかの例となる実施形態では、回折格子層３１５は、回折格子層３１５における光を、シリコン層３０５と第１の酸化物層３１０との間のインターフェースに向けて９０度向きを変える、広帯域転向メカニズム（例えば、全反射（ＴＩＲ：total internal reflection）回折格子、転向ミラー）を備える。これらの例となる実施形態では、シリコン層３０５と第１の酸化物層３１０との間のＡＲコーティング３１３の追加は、エタロン効果を除去し、したがって、デバイスの全帯域幅は、（例えば、本実施形態における転向ミラーは、非常に広帯域であり、かつシリコン層３０５と第１の酸化物層３１０とのインターフェースにおいて起こり得るエタロン（possible etalon）によって制限される広帯域幅を有するので）ＡＲコーティング３１３が１つまたは複数のエタロンを除去することによって設定される。

[0025]図４は、いくつかの例となる実施形態による、波長および製造感度を低減するために、ＡＲコーティングを有するＳＯＩを製造するためのプロセスアーキテクチャ４００を示す。いくつかの例となる実施形態では、ウエハＡ４０２は、酸化ウエハＡ４０５を生成するために酸化される。次いで、酸化ウエハＡ４０５は、例えば、後の分離のための脆化インターフェース４０６を作り出すイオン注入を使用して、インターフェース脆化を受ける。

[0026]図４の例示される実施形態では、材料の薄膜４１３が、上記で説明されたようなＡＲコーティングとして機能するために、ウエハＢ４５０に適用される。例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の薄膜（例えば、１６４ｎｍ）が、ＡＲコーティング３１３（図３）を作り出すために、薄膜堆積（例えば、化学蒸着、成長堆積（growth deposition）、物理蒸着）を介して適用され得る。薄膜は、ある特定の屈折率（例えば、コーティングの両側にある２つの材料の幾何平均、シリコンの屈折率と二酸化ケイ素の屈折率との平均など）の材料として選択される。さらに、膜は、例えば、潜在的なエタロンの２つの反射が完全に位相外れのままであることを確実にするために、そしてさらに、（例えば、干渉からの良好な干渉縞を生じさせるために）波が等しい大きさを有することを確実にするために、ある特定の厚さ（例えば、コーティングを通って伝搬する光の１／４波長）で堆積され、材料の薄膜は、それが、マッチされている２つの屈折率（シリコンおよびＢＯＸ）の間の屈折率を有することを確実にするように選択され、その結果、振幅は２つの反射波間でマッチし、反射は完全に減算され、エタロンは生じない。いくつかの例となる実施形態によれば、膜の屈折率は、マッチされている２つの屈折率（シリコンおよびＢＯＸ）の幾何平均（例えば、あるいはこの平均の近く）に選択され、その結果、振幅は２つの反射波間でマッチし、反射は完全に減算され、エタロンは生じない。加えて、いくつかの例となる実施形態では、薄膜は、ウエハＢの代わりに、ウエハＡに適用される。例えば、ウエハＡは酸化され得、薄膜は、ウエハＢに貼り合わされるウエハＡの表面に適用され得る。

[0027]続いて、次いで、ウエハＡは、裏返しにされ、ウエハＢに貼り合わされて、貼り合わされた構造４２７を作り出す。次いで、ウエハＡは、脆化インターフェース４０６において分離されて、新しいウエハＡを作り出し、これは、追加のＳＯＩを作り出すためのドナーウエハ（doner wafer）として使用され得る。さらに、薄いインターフェースでの分離は、シリコンオンインシュレータ構造４４４（例えば、図３のフォトニック集積回路構造３００）を作り出す。

[0028]図５は、いくつかの例となる実施形態による、波長および製造感度を低減するために、エタロン防止ＡＲコーティング（etalon pre-empting AR coatings）を有する高い光帯域幅のＰＩＣを製造するための方法５００のフロー図を示す。動作５０５において、１つまたは複数のウエハが酸化される。例えば、ウエハＡまたはウエハＢ（例えば、シリコンウエハ）は、ウエハ上に埋め込まれた酸化物層を生成するために酸化される。

[0029]動作５１０において、薄膜が、膜堆積プロセス（例えば、化学蒸着）を使用して、ＡＲコーティングとして適用される。いくつかの例となる実施形態では、膜の材料の屈折率は、エタロンの反射インターフェースを作り出している２つの材料の幾何平均を有する。例えば、エタロンインターフェースは、シリコン材料（例えば、シリコン層３０５）と、酸化ケイ素材料（例えば、第１の酸化物層３１０）とから作り出され得、窒化ケイ素の層が、ウエハのうちの１つに薄膜として適用される。いくつかの例となる実施形態では、堆積膜は、ＰＩＣを通って伝搬されることになる光の略１／４波長を有する。

[0030]動作５１５において、ウエハは貼り合わされる。例えば、ウエハＡは、裏返しにされ、ウエハＢに貼り合わされる。動作５２０において、ウエハ構造は分離される。例えば、脆化インターフェースが、（例えば、注入を介して）ウエハＡにおいて作り出され得、ウエハＡは、新しいウエハと、図３のフォトニック集積回路構造３００などの、結果として得られるＳＯＩ構造とを作り出すために分割される。

[0031]図６は、いくつかの例となる実施形態による、波長および製造感度を低減するために、エタロン補償を有する高い光帯域幅のＰＩＣを使用して光を処理するための方法６００のフロー図を示す。動作６０５において、フォトニック集積回路構造３００は、光を伝搬する。例えば、光は、回折格子層３１５から出て、ミラー層３２５に向かって伝搬し、回折格子層３１５からの光をシリコン層３０５（例えば、フリップチップの下面）に向かってさらに伝搬する。動作６１０において、光は反射される。例えば、光は、ミラー層３２５からシリコン層３０５の方向に反射される。動作６１５において、光は、シリコン層３０５と第１の酸化物層３１０とのインターフェースなどの、３１３のインターフェースにおいて受け取られる。動作６２０において、光は、上記で説明されたように、ＡＲコーティング３１３により、エタロンに基づく非効率性なしに、インターフェースを透過する。

[0032]図７は、いくつかの例となる実施形態による、例となるマルチレーン波長分割多重（ＷＤＭ）光トランシーバ７００を示す。例示される実施形態では、光トランシーバ７００は、一体化されたフォトニック送信機構造７０５と、一体化されたフォトニック受信機構造７１０とを備える。いくつかの例となる実施形態では、一体化されたフォトニック送信機構造７０５および一体化されたフォトニック受信機構造７１０は、上記で説明された図１のＰＩＣ１２０などのＰＩＣデバイスとして作製される、例となる光学部品である。一体化されたフォトニック送信機構造７０５は、各レーンが異なる波長の光を処理する４つのレーン、すなわち、送信機レーン１～４を有するＷＤＭ送信機の例である。一体化されたフォトニック受信機構造７１０は、（例えば、光ネットワークから、または、ループバックモードにおける一体化されたフォトニック送信機構造７０５から）ＷＤＭ光を受け取るＷＤＭ受信機の例である。一体化されたフォトニック受信機構造７１０は、光を受け取り、マルチプレクサ、半導体光増幅器（ＳＯＡ）、および光検出器（例えば、フォトダイオード）などの１つまたは複数の検出器などの構成部品を使用して、フィルタリングすること、増幅すること、およびそれを電気信号に変換することによって、光を処理し得る。

[0033]光トランシーバ７００は、上記で説明されたようなＡＲコーティング膜を有する２つのウエハ（例えば、図４のウエハＡ、ウエハＢ）から形成され得る、例となる構造である。ＡＲコーティングが製造感度（例えば、埋め込まれた酸化物の過剰研磨から発生する意図していないエタロン）を除去することにより、異なる波長および追加のレーンが、光トランシーバ７００に追加され得る。例えば、ＡＲコーティング膜は、光トランシーバを形成するために使用されるウエハに追加され得、ＡＲコーティングは、一体化されたフォトニック送信機構造７０５におけるレーンの各々からエタロンを除去するために、シリコンおよび埋め込まれた酸化物に近い幾何平均を有する。例えば、光トランシーバの増大された帯域幅により、より小さい波長を有する追加の送信機レーンが、全体的としてより大きい帯域幅を可能にするために追加され得る。

[0034]いくつかの例となる実施形態では、異なる厚さを有する異なる膜が、異なるレーンの異なる動作特性を補償するために実装され得る。例えば、送信機レーン１および２にわたる領域は、異なる波長の送信機レーン１および２における光の１／４波長（例えば、レーン１および２において伝搬する光の平均波長の１／４波長）に近い厚さを有するＡＲコーティングが施され得る。さらに、送信機レーン３および４（または、追加のレーン５および６、追加のレーン７および８など）にわたる領域は、（例えば、８レーンＷＤＭのための）それらのレーンにおいて伝搬する光のより小さい（１つまたは複数の）波長に対応するように、よりわずかに薄いＡＲコーティングが施され得る。

[0035]上記開示を考慮して、様々な実施例が以下に記載される。実施例の１つまたは複数の特徴は、単独でまたは組合せで考慮されても、本願の開示内であると見なされるべきである。

[0036] ［実施例１］光を伝送するためのフォトニック集積回路構造であって、光を伝搬する回折格子層、前記回折格子層は、前記フォトニック集積回路構造の第１の酸化物層と第２の酸化物層との間にある、と、前記フォトニック集積回路構造の第１の側面にあるミラー、前記ミラーは、前記第１の酸化物層によって前記回折格子層から分離されており、前記ミラーは、前記回折格子層からの光を、前記第１の側面の反対側にある前記フォトニック集積回路構造の第２の側面に向かって導くためのものである、と、前記フォトニック集積回路構造の前記第２の側面にあるシリコン層、前記第２の酸化物層は、前記シリコン層と前記回折格子層との間にある、と、前記フォトニック集積回路構造において１つまたは複数のエタロンを補償するための、前記シリコン層と前記第２の酸化物層との間の材料の膜、前記材料の膜は、前記シリコン層の屈折率と前記第２の酸化物層の屈折率との間の屈折率を有する、と、を備えるフォトニック集積回路構造。

[0037] ［実施例２］前記材料の膜の前記屈折率は、前記シリコン層の前記屈折率と前記第２の酸化物層の前記屈折率との幾何平均である、実施例１に記載のフォトニック集積回路構造。

[0038] ［実施例３］前記材料の膜は、前記フォトニック集積回路構造における前記光の波長の１／４である厚さを有する、実施例１または２のいずれかに記載のフォトニック集積回路構造。

[0039] ［実施例４］前記材料の膜は、前記シリコン層と前記第２の酸化物層で構成される第１のインターフェースと、前記回折格子層と前記第２の酸化物層で構成される第２のインターフェースとの間で、エタロンが生じることを阻止する、実施例１～３のいずれかに記載のフォトニック集積回路構造。

[0040] ［実施例５］前記材料の膜は、前記シリコン層と前記第２の酸化物層で構成される反射インターフェースと、前記ミラーとの間で、エタロンが生じることを阻止する、実施例１～４のいずれかに記載のフォトニック集積回路構造。

[0041] ［実施例６］前記フォトニック集積回路構造は、第１のシリコンウエハと第２のシリコンウエハとから形成されている、実施例１～５のいずれかに記載のフォトニック集積回路構造。

[0042] ［実施例７］前記第１の酸化物層および前記第２の酸化物層の酸化物材料は、前記第１のシリコンウエハの酸化から作り出される、実施例１～６のいずれかに記載のフォトニック集積回路構造。

[0043] ［実施例８］前記材料の膜は、前記第１のシリコンウエハの酸化後に前記第１のシリコンウエハ上に堆積される、実施例１～７のいずれかに記載のフォトニック集積回路構造。

[0044] ［実施例９］前記材料の膜は、前記第２のシリコンウエハ上に堆積される、実施例１～８のいずれかに記載のフォトニック集積回路構造。

[0045] ［実施例１０］前記フォトニック集積回路構造は、前記第１のシリコンウエハを前記第２のシリコンウエハに貼り合わせることによって形成されている、実施例１～９のいずれかに記載のフォトニック集積回路構造。

[0046] ［実施例１１］前記第１のシリコンウエハは、前記第１の酸化物層を形成するために分離される、実施例１～１０のいずれかに記載のフォトニック集積回路構造。

[0047] ［実施例１２］前記第１のシリコンウエハは、イオン注入を使用して分離される、実施例１～１１のいずれかに記載のフォトニック集積回路構造。

[0048] ［実施例１３］前記第１の酸化物層および前記第２の酸化物層は、酸化ケイ素層である、実施例１～１２のいずれかに記載のフォトニック集積回路構造。

[0049] ［実施例１４］前記フォトニック集積回路構造は、複数のレーンを備え、各レーンは、複数の異なる波長の光のうちの１つを伝搬し、前記材料の膜は、前記複数のレーンの異なるレーンに対応する前記フォトニック集積回路構造の異なる領域に適用される、実施例１～１３のいずれかに記載のフォトニック集積回路構造。

[0050] ［実施例１５］第１のウエハと第２のウエハとから形成されるフォトニック集積回路構造を製造する方法であって、前記方法は、前記第１のウエハを酸化させること、前記第１のウエハは、回折格子層を備える、と、前記第１のウエハと前記第２のウエハとの間に材料の膜を堆積すること、前記材料の膜は、前記第１のウエハの酸化物材料の第１の屈折率と前記第２のウエハの材料の第２の屈折率との間の屈折率を有する、と、貼り合わされた構造を形成するために、前記第１のウエハを前記第２のウエハに貼り合わせることと、前記フォトニック集積回路構造のシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハを形成するために、前記第１のウエハを分離すること、前記材料の膜は、前記フォトニック集積回路構造内で反射する光から引き起こされる１つまたは複数のエタロンを補償する、と、を備える、製造する方法。

[0051] ［実施例１６］前記材料の膜は、前記第１のウエハの酸化後に前記第１のウエハに適用される、実施例１５に記載の製造する方法。

[0052] ［実施例１７］前記材料の膜は、前記第２のウエハに適用される、実施例１５または１６のいずれかに記載の製造する方法。

[0053] ［実施例１８］酸化物層の厚さを変化させるために、前記第１のウエハを処理することをさらに備え、ここにおいて、前記材料の膜は、前記１つまたは複数のエタロンが前記フォトニック集積回路構造において回避されるような位相で（ｏｆｐｈａｓｅ）干渉を生じさせることによって、前記酸化物層の厚さにおける前記変化を補償する、実施例１５～１７のいずれかに記載の製造する方法。

[0054] ［実施例１９］前記フォトニック集積回路構造は、ある波長において光を伝搬するように構成されており、前記材料の膜は、前記材料の膜の厚さが前記波長の１／４であるように堆積される、実施例１５～１８のいずれかに記載の製造する方法。

[0055] ［実施例２０］前記フォトニック集積回路構造は、複数のレーンを有する波長分割マルチプレクサであり、前記材料の膜は、異なるレーンに対応する領域に適用され、前記複数のレーンの各々は、異なる波長の光を伝搬するように構成されている、実施例１５～１９のいずれかに記載の製造する方法。

[0056]前述の詳細な説明では、本発明の主題の方法および装置が、その特定の例示的な実施形態を参照して説明された。しかしながら、様々な修正および変更が、本発明の主題のより広い趣旨および範囲から逸脱することなく、それらに対して行われ得ることが明らかであろう。したがって、本明細書および図面は、限定的ではなく例示的なものとしてみなされるべきである。

以下に本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
光を伝送するためのフォトニック集積回路構造であって、前記フォトニック集積回路構造は、
光を伝搬する回折格子層、前記回折格子層は、前記フォトニック集積回路構造の第１の酸化物層と第２の酸化物層との間にある、と、
前記フォトニック集積回路構造の第１の側面にあるミラー、前記ミラーは、前記第１の酸化物層によって前記回折格子層から分離されており、前記ミラーは、前記回折格子層からの光を、前記第１の側面の反対側にある前記フォトニック集積回路構造の第２の側面に向かって導くためのものである、と、
前記フォトニック集積回路構造の前記第２の側面にあるシリコン層、前記第２の酸化物層は、前記シリコン層と前記回折格子層との間にある、と、
前記フォトニック集積回路構造において１つまたは複数のエタロンを補償するための、前記シリコン層と前記第２の酸化物層との間の材料の膜、前記材料の膜は、前記シリコン層の屈折率と前記第２の酸化物層の屈折率との間の屈折率を有する、と、
を備える、フォトニック集積回路構造。
［Ｃ２］
前記材料の膜の前記屈折率は、前記シリコン層の前記屈折率と前記第２の酸化物層の前記屈折率との幾何平均である、Ｃ１に記載のフォトニック集積回路構造。
［Ｃ３］
前記材料の膜は、前記フォトニック集積回路構造における前記光の波長の１／４である厚さを有する、Ｃ１に記載のフォトニック集積回路構造。
［Ｃ４］
前記材料の膜は、前記シリコン層と前記第２の酸化物層で構成される第１のインターフェースと、前記回折格子層と前記第２の酸化物層で構成される第２のインターフェースとの間で、エタロンが生じることを阻止する、Ｃ１に記載のフォトニック集積回路構造。
［Ｃ５］
前記材料の膜は、前記シリコン層と前記第２の酸化物層で構成される反射インターフェースと、前記ミラーとの間で、エタロンが生じることを阻止する、Ｃ１に記載のフォトニック集積回路構造。
［Ｃ６］
前記フォトニック集積回路構造は、第１のシリコンウエハと第２のシリコンウエハとから形成されている、Ｃ１に記載のフォトニック集積回路構造。
［Ｃ７］
前記第１の酸化物層および前記第２の酸化物層の酸化物材料は、前記第１のシリコンウエハの酸化から作り出される、Ｃ６に記載のフォトニック集積回路構造。
［Ｃ８］
前記材料の膜は、前記第１のシリコンウエハの酸化後に前記第１のシリコンウエハ上に堆積される、Ｃ７に記載のフォトニック集積回路構造。
［Ｃ９］
前記材料の膜は、前記第２のシリコンウエハ上に堆積される、Ｃ７に記載のフォトニック集積回路構造。
［Ｃ１０］
前記フォトニック集積回路構造は、前記第１のシリコンウエハを前記第２のシリコンウエハに貼り合わせることによって形成されている、Ｃ７に記載のフォトニック集積回路構造。
［Ｃ１１］
前記第１のシリコンウエハは、前記第１の酸化物層を形成するために分離される、Ｃ１０に記載のフォトニック集積回路構造。
［Ｃ１２］
前記第１のシリコンウエハは、イオン注入を使用して分離される、Ｃ１１に記載のフォトニック集積回路構造。
［Ｃ１３］
前記第１の酸化物層および前記第２の酸化物層は、酸化ケイ素層である、Ｃ１に記載のフォトニック集積回路構造。
［Ｃ１４］
前記フォトニック集積回路構造は、複数のレーンを備え、各レーンは、複数の異なる波長の光のうちの１つを伝搬し、前記材料の膜は、前記複数のレーンの異なるレーンに対応する前記フォトニック集積回路構造の異なる領域に適用される、Ｃ１に記載のフォトニック集積回路構造。
［Ｃ１５］
第１のウエハと第２のウエハとから形成されるフォトニック集積回路構造を製造する方法であって、前記方法は、
前記第１のウエハを酸化させること、前記第１のウエハは、回折格子層を備える、と、前記第１のウエハと前記第２のウエハとの間に材料の膜を堆積すること、前記材料の膜は、前記第１のウエハの酸化物材料の第１の屈折率と前記第２のウエハの材料の第２の屈折率との間の屈折率を有する、と、
貼り合わされた構造を形成するために、前記第１のウエハを前記第２のウエハに貼り合わせることと、
前記フォトニック集積回路構造のシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハを形成するために、前記第１のウエハを分離すること、前記材料の膜は、前記フォトニック集積回路構造内で反射する光から引き起こされる１つまたは複数のエタロンを補償する、と、を備える、製造する方法。
［Ｃ１６］
前記材料の膜は、前記第１のウエハの酸化後に前記第１のウエハに適用される、Ｃ１５に記載の製造する方法。
［Ｃ１７］
前記材料の膜は、前記第２のウエハに適用される、Ｃ１５に記載の製造する方法。
［Ｃ１８］
酸化物層の厚さを変化させるために、前記第１のウエハを処理することをさらに備え、ここにおいて、前記材料の膜は、前記１つまたは複数のエタロンが前記フォトニック集積回路構造において回避されるような位相で干渉を生じさせることによって、前記酸化物層の厚さにおける前記変化を補償する、Ｃ１５に記載の製造する方法。
［Ｃ１９］
前記フォトニック集積回路構造は、ある波長において光を伝搬するように構成されており、前記材料の膜は、前記材料の膜の厚さが前記波長の１／４であるように堆積される、Ｃ１５に記載の製造する方法。
［Ｃ２０］
前記フォトニック集積回路構造は、複数のレーンを有する波長分割マルチプレクサであり、前記材料の膜は、異なるレーンに対応する領域に適用され、前記複数のレーンの各々は、異なる波長の光を伝搬するように構成されている、Ｃ１５に記載の方法。

Claims

光を伝送するためのフォトニック集積回路構造であって、前記フォトニック集積回路構造は、
光を伝搬する回折格子層、前記回折格子層は、前記フォトニック集積回路構造の第１の酸化物層と第２の酸化物層との間にある、と、
前記フォトニック集積回路構造の第１の側面にあるミラー、前記ミラーは、前記第１の酸化物層によって前記回折格子層から分離されており、前記ミラーは、前記回折格子層からの光を、前記第１の側面の反対側にある前記フォトニック集積回路構造の第２の側面に向かって導くためのものである、と、
前記フォトニック集積回路構造の前記第２の側面にあるシリコン層、前記第２の酸化物層は、前記シリコン層と前記回折格子層との間にある、と、
前記フォトニック集積回路構造において１つまたは複数のエタロンが生じることを阻止するための、前記シリコン層と前記第２の酸化物層との間の材料の膜、前記材料の膜は、前記シリコン層の屈折率と前記第２の酸化物層の屈折率との間の屈折率を有する、と、
ここにおいて、前記第１の側面及び前記第２の側面は、前記フォトニック集積回路構造の積層方向に直交する面である、
ここにおいて、前記フォトニック集積回路構造は、第１のシリコンウエハと第２のシリコンウエハとから形成されている、ここにおいて、前記第１のシリコンウエハは前記第１の酸化物層、前記回折格子層、前記第２の酸化物層、及び前記ミラーに対応し、前記第２のシリコンウエハは前記シリコン層及び前記材料の膜に対応する、
を備える、フォトニック集積回路構造。
前記材料の膜の前記屈折率は、前記シリコン層の前記屈折率と前記第２の酸化物層の前記屈折率との幾何平均である、請求項１に記載のフォトニック集積回路構造。
前記材料の膜は、前記フォトニック集積回路構造における前記光の波長の１／４である厚さを有する、請求項１に記載のフォトニック集積回路構造。
前記材料の膜は、前記シリコン層と前記第２の酸化物層で構成される第１のインターフェースと、前記回折格子層と前記第２の酸化物層で構成される第２のインターフェースとの間で、エタロンが生じることを阻止する、請求項１に記載のフォトニック集積回路構造。
前記材料の膜は、前記シリコン層と前記第２の酸化物層で構成される反射インターフェースと、前記ミラーとの間で、エタロンが生じることを阻止する、請求項１に記載のフォトニック集積回路構造。
前記第１の酸化物層および前記第２の酸化物層の酸化物材料は、前記第１のシリコンウエハの酸化から作り出される、請求項１に記載のフォトニック集積回路構造。
前記材料の膜は、前記第１のシリコンウエハの酸化後に前記第１のシリコンウエハ上に堆積される、請求項６に記載のフォトニック集積回路構造。
前記材料の膜は、前記第２のシリコンウエハ上に堆積される、請求項６に記載のフォトニック集積回路構造。
前記フォトニック集積回路構造は、前記第１のシリコンウエハを前記第２のシリコンウエハに貼り合わせることによって形成されている、請求項６に記載のフォトニック集積回路構造。
前記第１のシリコンウエハは、前記第１の酸化物層を形成するために分離される、請求項９に記載のフォトニック集積回路構造。
前記第１のシリコンウエハは、イオン注入を使用して分離される、請求項１０に記載のフォトニック集積回路構造。
前記第１の酸化物層および前記第２の酸化物層は、酸化ケイ素層である、請求項１に記載のフォトニック集積回路構造。
前記フォトニック集積回路構造は、複数のレーンを備え、各レーンは、複数の異なる波長の光のうちの１つを伝搬し、前記材料の膜は、前記複数のレーンの異なるレーンに対応する前記フォトニック集積回路構造の異なる領域に適用される、請求項１に記載のフォトニック集積回路構造。
第１のウエハと第２のウエハとから形成されるフォトニック集積回路構造を製造する方法であって、前記方法は、
前記第１のウエハを酸化させること、前記第１のウエハは、回折格子層を備える、と、
前記第１のウエハと前記第２のウエハとの間に材料の膜を堆積すること、前記材料の膜は、前記第１のウエハの酸化物材料の第１の屈折率と前記第２のウエハの材料の第２の屈折率との間の屈折率を有する、と、
貼り合わされた構造を形成するために、前記第１のウエハを前記第２のウエハに貼り合わせることと、
前記フォトニック集積回路構造のシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハを形成するために、前記第１のウエハを分離すること、前記材料の膜は、前記フォトニック集積回路構造内で反射する光から引き起こされる１つまたは複数のエタロンが生じることを阻止する、と、
を備える、製造する方法。
前記材料の膜は、前記第１のウエハの酸化後に前記第１のウエハに適用される、請求項１４に記載の製造する方法。
前記材料の膜は、前記第２のウエハに適用される、請求項１４に記載の製造する方法。
酸化物層の厚さを変化させるために、前記第１のウエハを処理することをさらに備え、ここにおいて、前記材料の膜は、前記１つまたは複数のエタロンが前記フォトニック集積回路構造において回避されるような位相で干渉を生じさせることによって、前記酸化物層の厚さにおける前記変化を補償する、請求項１４に記載の製造する方法。
前記フォトニック集積回路構造は、ある波長において光を伝搬するように構成されており、前記材料の膜は、前記材料の膜の厚さが前記波長の１／４であるように堆積される、請求項１４に記載の製造する方法。
前記フォトニック集積回路構造は、複数のレーンを有する波長分割マルチプレクサであり、前記材料の膜は、異なるレーンに対応する領域に適用され、前記複数のレーンの各々は、異なる波長の光を伝搬するように構成されている、請求項１４に記載の方法。