(57)【要約】【課題】  光信号により導波路の屈折率を選択的に制御することを可能にする光回路デバイスを提供する。【解決手段】  光学的手段によって様々な論理デバイス又は他の回路を実施するために用いることができる光デバイスのための技術が一般的に開示されている。例示的光デバイスは導波路内の電荷キャリア集合を変更するためにフォトダイオードを使用し、それによって導波路の屈折率を変更する。フォトダイオードは、光導波路を介してフォトダイオードに結合され得る光信号によって駆動されてもよい。光信号は、導波路を介してコヒーレント光の位相を制御するように構成されてもよい。様々な論理デバイス及び他の回路は、導波路を介して結合される光が別のコヒーレント光と建設的又は破壊的に干渉することを可能にすることによって実施することができる。【選択図】  図１
2010250270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光導波路と、
ギャップによって前記第１光導波路から離された第２光導波路と、
前記第１光導波路と前記第２光導波路との間に延在する半導体材料であって、前記第２光導波路を介して前記半導体材料に結合される光に応答して前記第１光導波路の屈折率を変更するように構成されたフォトダイオード接合部を形成する、半導体材料と
を含む、光回路デバイス。
【請求項２】
前記第１光導波路及び前記第２光導波路はそれぞれシリコン光導波路を含む、請求項１に記載の光回路デバイス。
【請求項３】
前記半導体材料はシリコン及びゲルマニウムのうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の光回路デバイス。
【請求項４】
前記第１光導波路及び前記第２光導波路は第１波長の光を優先的に結合するように構成されている、請求項１に記載の光回路デバイス。
【請求項５】
前記半導体材料は前記第１波長の光を優先的に吸収するように動作可能である、請求項４に記載の光回路デバイス。
【請求項６】
光源からの光との動作のために適合され、光信号に応答する光回路であって、前記光回路は、
光供給ポート及び出力ポートを有する第１光導波路であって、前記第１光導波路は前記光供給ポートと前記出力ポートとの間で第１導波路分岐及び第２導波路分岐に分かれ、前記光供給ポートは前記光源からの光を受けるように適合されている、第１光導波路と、
入力ポート及び出力ポートを有する第２光導波路であって、前記第２光導波路の前記出力ポートはギャップによって前記第１導波路分岐から離されている、第２光導波路と、
前記第２光導波路の前記出力ポートと前記第１光導波路の前記第１導波路分岐との間に延在する半導体材料であって、前記第２光導波路の前記入力ポートで受けて前記第２光導波路を介して前記半導体材料に結合される前記光信号に応答して前記第１光導波路の前記第１導波路分岐の前記屈折率を変更するように構成されたフォトダイオード接合部を形成する、半導体材料と
を含む、光回路デバイス。
【請求項７】
前記光信号は振幅変調された光を含む、請求項６に記載の光回路デバイス。
【請求項８】
前記光源からの前記光はコヒーレント光を含み、前記光信号は前記光源からの前記光とコヒーレントである光を含む、請求項６に記載の光回路デバイス。
【請求項９】
前記振幅変調された光はデジタル的に変調された光信号を含む、請求項６に記載の光回路デバイス。
【請求項１０】
前記第１導波路分岐の長さは前記第２導波路分岐の長さと実質的に同等である、請求項６に記載の光回路デバイス。
【請求項１１】
前記第１導波路分岐の長さは、前記光源の前記光の波長の実質的に半分だけ前記第２導波路分岐の長さと異なる、請求項６に記載の光回路デバイス。
【請求項１２】
前記半導体材料は、前記第１光導波路の前記第１導波路分岐の前記屈折率を前記光源からの前記光の波長の半分だけ変更するために前記光信号に応答して動作可能である、請求項６に記載の光回路デバイス。
【請求項１３】
請求項６に記載の光回路デバイスであって、前記光信号は第１デジタル光信号を含み、前記光源からの前記光は第２デジタル光信号を含んでおり、前記光回路デバイスは、
入力ポート及び出力ポートを有する第３光導波路であって、前記第３光導波路は前記光供給ポートと前記出力ポートとの間の第１導波路分岐及び第２導波路分岐に分かれ、前記第３光導波路の前記出力ポートは共通出力ポートを提供するために前記第１光導波路の前記出力ポートに結合され、前記第３光導波路の前記入力ポートは前記第１デジタル光信号を受ける、第３光導波路と、
入力ポート及び出力ポートを有する第４光導波路であって、前記第４光導波路の前記出力ポートは第２のギャップによって前記第３光導波路の前記第１導波路分岐から離されている、第４光導波路と、
前記第４光導波路の前記出力ポートと前記第３光導波路の前記第１導波路分岐との間に延在する第２半導体材料であって、前記第４光導波路の前記入力ポートで受けて前記第４光導波路を介して前記第２半導体材料に結合される前記第１デジタル光信号に応答して前記第３光導波路の前記第１導波路分岐の前記屈折率を変更するように構成されたフォトダイオード接合部を形成する、第２半導体材料と
をさらに含む、請求項６に記載の光回路デバイス。
【請求項１４】
前記第１光導波路の前記第１分岐の長さは前記第１光導波路の前記第２分岐の長さと実質的に同等であり、前記第３光導波路の前記第１分岐の長さは前記第３光導波路の前記第２分岐の長さと実質的に同等であり、前記第１光導波路の前記入力ポートから前記第１光導波路の前記出力ポートへの前記第１光導波路の長さは、前記第３光導波路の前記入力ポートから前記第３光導波路の前記出力ポートへの前記第３光導波路の長さと実質的に同等であり、前記半導体材料は、前記第１光導波路の前記第１導波路分岐の前記屈折率及び前記第３光導波路の前記第１分岐の前記屈折率をそれぞれ前記第２デジタル光信号及び前記第１デジタル光信号のそれぞれ含む光の波長の半分だけ変更するように前記第１デジタル光信号及び前記第２デジタル光信号に応答して動作可能である、請求項１３に記載の光回路デバイス。
【請求項１５】
各々が入力ポート及び出力ポートを有する複数の付加的光導波路であって、前記付加的光導波路のそれぞれの前記出力ポートは、前記第１導波路分岐の長さに沿って間隔をあけて配置されたそれぞれの位置におけるそれぞれのギャップによって前記第１導波路の前記第１導波路分岐から離されている、複数の付加的光導波路と、
前記付加的光導波路の各々の前記出力ポートと前記第１光導波路の前記第１導波路分岐との間に延在する半導体材料であって、前記それぞれの付加的光導波路の前記入力ポートで受けるそれぞれの光信号に応答して前記第１光導波路の前記第１導波路分岐の前記屈折率を変更するように構成されたそれぞれのフォトダイオード接合部を形成する半導体材料と
をさらに含む、請求項６に記載の光回路デバイス。
【請求項１６】
前記付加的光導波路の各々の前記出力ポートと前記第１光導波路の前記第１導波路分岐との間に延在する前記半導体材料は、前記それぞれの光信号に応答して前記第１光導波路の前記第１導波路分岐の前記屈折率を均一に変更するように構成されている、請求項１５に記載の光回路デバイス。
【請求項１７】
光導波路を介して入力ポートから出力ポートへと光を結合することであって、前記光導波路は前記入力ポートと前記出力ポートとの間の第１導波路分岐及び第２導波路分岐に分かれる、ことと、
前記光導波路の前記第１導波路分岐の前記屈折率を光学的に変更することと
を含む、機能を光学的に行う方法。
【請求項１８】
前記第１導波路分岐の前記屈折率を変更することは、前記光導波路の前記第１導波路分岐に結合される半導体材料によって形成されるフォトダイオード結合部に光を結合することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
シリコンを基板上に配置することと、
前記基板上に第１光導波路を形成するために前記シリコンをエッチングすることであって、前記エッチングすることは、入力ポートと出力ポートとの間の第１導波路分岐及び第２導波路分岐に分かれる第１光導波路を形成し、前記エッチングすることは、ギャップによって前記第１導波路分岐から離された入力ポート及び出力ポートを有する第２光導波路をさらに形成する、ことと、
半導体材料の第１の層を前記第２光導波路の前記出力ポートと前記第１光導波路の前記第１導波路分岐との間の前記第１導波路及び前記第２導波路上に配置することであって、前記半導体材料の第１の層は、Ｐドープ半導体材料又はＮドープ半導体材料のうちの１つを形成するためにドープされる、ことと、
半導体材料の第２の層を前記半導体材料の第１の層上に配置することであって、前記半導体材料の第２の層は、Ｐドープ半導体材料又はＮドープ半導体材料のうちの他方を形成するためにドープされる、ことと
を含む、光回路デバイスを製造する方法。
【請求項２０】
Ｐドープ半導体材料又はＮドープ半導体材料のうちの１つを形成するためにドープされた半導体材料の第１の層の堆積させることは、堆積される前に前記半導体材料をドープすることを含み、Ｐドープ半導体材料又はＮドープ半導体材料のうちの他方を形成するためにドープされた半導体材料の第２の層を堆積させることは、堆積される前に前記半導体材料をドープすることを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
[001]  光デバイスは論理及び他の回路機能を行うために用いることができる。これらの光デバイスには一般的には２つの異なる種類、すなわち電気光学デバイス及び全光デバイスがある。電気光学デバイスは、例えば、導波路の屈折率を変更するためにシリコン導波路内に電界を電気的に誘発することによって、光の伝搬を生成する又は光の伝搬に影響を与えるために電気信号を用いてもよい。これらのデバイスは、シリコン基板で製造することが困難であるか、又は過度のパワーを消費するなどの性能及び他の制限を有し得る。全光デバイスは、光信号を用いて光の伝播を生成するか、又は光の伝搬に影響を与え得る。例えば、ぞれぞれのデータに対応する光パルスは様々な論理機能を実行するために組み合わされてもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
しかしながら、従来の全光デバイスも性能又は他の制限を有し得る。例えば、そのようなデバイスは、既存の半導体製造技術及び設備を用いて製造することが困難であり、かつ大規模集積に従うためには大きすぎるマイクロリング共振器又は四波混合のような複合機構を用いる。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
図面の簡単な説明
[002]  本開示の上述した特徴及び他の特徴は、添付の図面を用いて説明される、以下の記載及び添付の請求の範囲から、さらに明らかになるであろう。これらの図面は、単に本開示にかかるいくつかの例を示すものであり、したがって本開示の範囲を限定するものとみなされるべきではないことを理解されたい。以下、本開示を添付の図面を用いてさらに具体的かつ詳細に説明する。
【図１】図１は、光デバイスの一例の等角図である。
【図２】図２は、図１の光デバイス又はいくつかの例による光デバイスを製造する方法の一例を示すフローチャートである。
【図３Ａ】図３Ａ〜図３Ｊは、図１の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図１の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図１の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
【図３Ｄ】図Ｄは、図１の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
【図３Ｅ】図Ｅは、図１の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
【図３Ｆ】図Ｆは、図１の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
【図３Ｇ】図３Ｇは、図１の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
【図３Ｈ】図３Ｈは、図１の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
【図３Ｉ】図Ｉは、図１の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
【図３Ｊ】図Ｊは、図１の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。
【図４】図４は、光インバータの一例の概略図である。
【図５】図５は、光ＡＮＤゲートの一例の概略図である。
【図６】図６は、図５の光ＡＮＤゲートの演算を示す真理値表である。
【図７】図７は、光排他的ＯＲゲートの一例の概略図である。
【図８】図８は、図７の光排他的ＯＲゲートの演算を示す真理表である。
【図９】図９は、本開示によって全てが構成された光デジタル−アナログ変換器の一例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
[003]  記載例に対して十分な理解を与えるためにいくつかの詳細を以下に説明する。しかしながら、考察する様々な特定の詳細を用いずにその例を実行してもよいことが当業者に明らかになるであろう。幾つかの場合では、例えば、周知の回路、制御信号及びソフトウェアオペレーションは、記載例を不必要に不明瞭にするのを避けるために詳細に示されていない。
【０００５】
[004]  本明細書中に記載されているのは、光デバイス及び光デバイスを製造する方法、さらには光デバイスを用いる論理及び他の回路並びにある機能を光学的に実行する方法の例である。幾つかの例では、光導波路の屈折率は、フォトダイオードに印加される光信号に応答してフォトダイオードによって生成される電荷キャリア集合(charge carrier concentration)により変更される。結果的に、導波路を介して結合されるコヒーレント光の位相は光信号によって変更することができる。光信号が導波路の屈折率を選択的に制御することを可能にすることにより、導波路を介して結合される光が別の導波路を介して結合される光と建設的又は破壊的に干渉するように構成することができる。それによって本明細書中に記載するもののうち全てではないが一部の様々な論理及び他の機能が実施されることを可能にする。
【０００６】
[005]  図１は、本開示によって構成された光デバイス２の一例の等角図である。光デバイス２は、出力ポート１０で単一の導波路へと再結合される前に、２つの導波路分岐６及び８に分かれ得る導波路４を含み得る。導波路４は、例えば、シリコンから製造されてもよい。導波路４は、光源１６からコヒーレント光を受けることができる光供給ポート１４を含み得る。一例では、光源１６はレーザダイオード（図示せず）である。別の例では、光源１６はレーザ（図示せず）である。他の例は光源１６に対して他のデバイスを用いてもよい。
【０００７】
[006]  光デバイス２は、入力ポート２２で光入力信号ＳＩを受けることができる、シリコンから製造され得る第２導波路２０を含み得る。コヒーレンス性は必須ではないが、入力信号ＳＩは、光源１６からの光とコヒーレントであり得る振幅変調された光であってもよい。一例では、入力信号ＳＩは光源１６からの光を変調することによって生成される。第２導波路２０は、小さなギャップ２４によって導波路分岐８から離されてもよい。一例では、ギャップ２４は約７ミクロンであり、導波路４、６、８及び１０は幅０．６ミクロン及び高さ０．５ミクロンを有する。この寸法を有する導波路は１５００ｎｍの範囲の光を結合するために適し得る。しかしながら、他の例は異なる幅及び／又は高さを有する導波路４及び２０を用いてもよく、それらは別の寸法を有するギャップ２４によって互いから離されてもよい。
【０００８】
[007]  導波路４及び２０が一度製造されると、半導体材料３０の層は導波路分岐８及び導波路２０の上かつギャップ２４内に堆積される。この半導体材料３０は、導波路２０を介して結合される光の波長で光を吸収し得る。一例では、半導体材料３０はＳｉ０．１５Ｇｅ０．８５などのようにシリコン及びゲルマニウムのうちの１つ以上であるが、他の例では別の半導体材料を用いてもよい。半導体材料３０は、半導体材料３０の第１の層（図１に図示せず）がＰドープされ、かつ第１の層の上に堆積される第２の層（図１に図示せず）がＮドープされるように適切な手段によってドープされてもよい。結果的に、異なってドープされた材料との間の接合部にフォトダイオード接合部を半導体材料３０内で形成することができる。
【０００９】
[008]  動作中、入力信号ＳＩは、フォトダイオード接合部によって導波路分岐８内に電荷キャリアを注入させることができ、それによって導波路分岐８内の電荷キャリア集合を変化させる。この電荷キャリア集合における変化は、導波路分岐８の屈折率を変更し、それによって光源１６からの光が導波路分岐８を介して出力ポート１０へと伝搬する速度を変更する。光が導波路分岐８を介して伝搬する速度におけるこの変化は、光出力信号ＳＯが他の場合に有するであろう位相と比較して出力ポート１０における光出力信号ＳＯの大きさを変更する。したがって、電荷キャリアを導波路分岐８に挿入するために、例えば、電気信号を用いることとは対照的に、屈折率は光学的手段によって完全に変更できる。導波路分岐８を介して結合される光とは違って、導波路分岐６を介して結合される光の位相は変更されない。したがって、以下により詳細に説明されるように、導波路分岐８を介して結合される光の位相を変更することにより、様々な論理及び他の機能を実施するために導波路分岐８を介して結合される光は導波路分岐６を介して結合される光と建設的又は破壊的に干渉することができる。
【００１０】
[009]  光デバイス２を製造する方法４０の一例を図２及び図３Ａ〜図３Ｊを参照して説明する。図２は、図１の光デバイス又はいくつかの例による光デバイスを製造する方法の一例を示すフローチャートであり、図３Ａ〜図４Ｊは、図１の光デバイス又はいくつかの更なる例による光デバイスを製造する方法の一例を示す概略図である。これらの全ては本開示によって構成されている。
【００１１】
[010]  図示される製造方法は、図３Ａで示されるように基板４４上にシリコン４２を堆積させること（ブロック４８）を含む。さらに図３Ａに示されるように、シリコン４２が堆積されている基板４４は、シリコンウェーハなどのウェーハ５２上に堆積又は形成された二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などの酸化物５０の層によって形成されもよく、それによって絶縁体上シリコン(silicon-on-insulator)（「ＳＯＩ」）構造を形成する。ブロック５６では、シリコンは導波路４及び２０のパターンに対応するパターンでマスクされる。図３Ｂで示される一例では、シリコン上にまずフォトレジスト５８の層を堆積させ、次いでそのフォトレジストを導波路４及び２０のパターンに対応するパターンで露光させるために光リソグラフィを用いることによってシリコンをマスクしてもよい。次いで、フォトレジスト５８は、導波路４及び２０のパターンに対応するエリア以外は除去される。しかしながら、シリコン４２は、他の例では別の手段によってマスクされてもよい。図３Ｃに示されるように、マスクによって露出されたままであるエリア内のシリコン４２を除去することによって導波路４及び２０を形成するためにシリコン４２をエッチングしてもよい（ブロック６０）。次いで、導波路４及び２０を酸化物５０の絶縁層上に堆積させたまま、フォトレジスト５８を除去する（ブロック６４）。
【００１２】
[011]  次に、図３Ｄに示されるように、窒化物層を形成するために窒化物の層７４が残りのシリコン４２上に堆積される（ブロック７０）。窒化物層７４は任意の適切な手段によって堆積されてもよい。一例では、窒化物層７４は減圧化学気相成長法（「ＬＰＣＶＤ」）によって堆積される。図３Ｅに示されるように、次いで、上述したように光リソグラフィを用いてフォトレジスト８４のパターンを窒化物層７４上に堆積させるなどして窒化物層７４をパターンによってマスクする（ブロック８０）。
【００１３】
[012]  窒化物層７４がパターンによってマスクされた（ブロック８０）後、フォトレジスト８４によって露出されたままである窒化物層７４のエリアは、エッチングされたパターンを現すためにエッチングされる（ブロック９０）。次いで、図３Ｆに示されるように、マスクを形成するフォトレジスト８４は除去される（ブロック９４）。次いで、図３Ｇに示されるように、半導体材料３０は露出された絶縁体及び導波路上に堆積される。一例では、半導体材料３０は、ブロック１００においてＰドープ半導体材料３０の層をまず堆積させることによって堆積する。半導体材料３０のこの層は、半導体材料をホウ素又は何か別の適切な材料と混合することによってＰドープされてもよく、この半導体材料３０は堆積される前にドープされてもよい。半導体材料は、ＬＰＣＶＤなどによる任意の適切な手段によって堆積されてもよい。或いは、他の例では、材料は材料３０が堆積された後でドープされてもよい。ブロック１００で半導体材料３０の第１の層が堆積された後、ブロック１０４でＮドープ半導体材料３０の層が堆積されてもよい。この材料３０は、半導体材料３０を燐又は何か別の適切な材料と混合することによってＮドープされてもよく、この材料３０は堆積される前にドープされてもよい。しかしながら、また、他の例では、半導体材料３０は堆積された後でＮドープされてもよい。Ｐドープ材料３０とＮドープ材料３０との間の接合部は、半導体材料３０の逆にドープされた層の間のインターフェースにおいてフォトダイオード接合部を形成してもよい。光デバイス２の例はＰドープ半導体材料３０の層上に堆積されたＮドープ半導体材料３０の層を使用するが、他の例では、Ｐドープ半導体材料３０の層はＮドープ半導体材料の層上に堆積されてもよい。
【００１４】
[013]  図２及び図３Ｈにさらに示されるように、半導体材料３０はフォトレジスト１１４のパターンによってマスクされる（ブロック１１０）。次に、図３Ｉに示されるように、半導体材料３０はエッチングされ（ブロック１２０）、それによって半導体材料３０は導波路を形成するシリコン４２の片面を覆う。図３Ｊに示されるように、フォトレジスト１１４によって形成されたマスクが除去された（ブロック１２６）後、不動態化層１３６が構造全体上に堆積され（ブロック１３０）、一部の例では、この層は酸化物層である。
【００１５】
[014]  図１を再び参照すると、幾つかの例では、光入力信号ＳＩは、光デバイス２が光出力光信号ＳＯの大きさを急速に変更することをもたらし得るデジタル信号である。そのような場合においては、導波路分岐８の屈折率を迅速に変更することができるように、注入された電荷キャリアが導波路分岐８から漏れることを可能にすることが望ましい。そのような場合においては、方法４０は堆積された絶縁材料（例えば、不動態化層）内にビアを形成するためのブロック（図示せず）を含んでもよく、次いでビアは金属又はポリシリコンなどの導電性材料によって満たされ、導波路分岐から電荷キャリアを迅速に除去することができる導波路分岐８上に電気接点を形成する。
【００１６】
[015]  光デバイス２は、光変調器のようなスタンドアロンデバイスとして用いられてもよい。しかしながら、他の例では、光デバイス２は他の光デバイス又は光学部品と組み合わせて論理デバイス又は他の回路を実施するために用いられる。そのような例では、光出力信号ＳＯは別の光デバイス又は光学部品に直接印加される。しかしながら、別の例では、光出力信号ＳＯは、光出力信号ＳＯを対応する電気信号に変換するために電気光学変換器（図示せず）に印加されてもよい。
【００１７】
[016]  本開示による例示的な光インバータ１７０の概略図を図４に示す。光インバータ１７０はインバータとして機能するように設計されているかもしれないが、図１に示される光デバイス２と構造的に同じであってもよい。したがって、明確性のため、同一の部品には同一の参照番号が付与されている。光導波路分岐６は導波路分岐８と同じ長さを有してもよく、それによって導波路分岐６を介して結合される光源１６からの光は導波路分岐８を介して結合される光源１６からの光からの出力と同じ位相を有する。結果的に、光導波路分岐８を介して出力ポート１０に結合される光は導波路分岐６を介して結合される光と建設的に干渉することができ、それによって比較的大きい量の光を出力ポート１０から出力することができる。
【００１８】
[017]  動作中、光インバータ１７０は、光が導波路２０の入力ポート２２に付与されたとき、導波路分岐８の屈折率が変更され得るように設計され得る。結果的に、導波路分岐８を介して結合される光の位相を１８０度変更することができる（例えば、論理反転型の演算）。そのような場合、光導波路分岐８を介して結合される光は、出力ポート１０から光が実質的に出力されないように導波路分岐６を介して結合される光と破壊的に干渉してもよい。しかしながら、入力ポート２２に付与される光がない場合、光導波路分岐８を介して出力ポート１０に結合される光は、かなりの量の光が出力ポート１０から出力され得るように光導波路分岐を介して結合される光と建設的に干渉してもよい。入力ポート２２に付与される光がないことは論理０としてみなされ、入力ポート２２に付与される光があることは論理１としてみなされてよい。したがって、光インバータ１７０は、入力光がないこと（例えば、論理０）に応答して光を出力し（例えば、論理１）、入力光があること（例えば、論理１）に応答して実質的に光を出力しない（例えば、論理０）ため、光インバータ１７０は電気論理インバータと同様の論理機能を光学的に行うことができる。
【００１９】
[018]  光デバイス２がインバータとして使用された場合、入力ポート２２に印加される光信号はデジタル信号であり得る。しかしながら、光デバイス２は、アナログ光信号を入力ポート２２に印加することによって、かつ、より大きな強度を有する光を光供給ポート１４に付与する光源１６を使用することによって光増幅器として機能し得る。結果的に、入力ポート２２に印加される光信号の強度における比較的小さな変化は、出力ポート１０から出る光においてかなり大きな変化をもたらし得る。したがって、光デバイス２は、増幅器が電気増幅機能を行う方法と類似するような光増幅機能を行ってもよい。
【００２０】
[019]  図５に示される別の例では、光デバイス２は、本開示による光ＡＮＤゲート２００の一例を実施するために用いられ得る。光ＡＮＤゲート２００は２つの違いを除いてインバータ１７０と同じ基本構造を有してもよい。まず、光源１６から入力ポート１４に光を付与する代わりに、第１光信号「Ａ」はまだ第１入力ポート２２に印加されたままであるが、第２光入力信号「Ｂ」が入力ポートに印加され得る。次に、導波路分岐８の屈折率が変更されなかった場合に導波路分岐６を介して結合される光の位相が導波路分岐８を介して結合される光の位相より１８０度大きくなるような距離の分だけ、導波路分岐６は導波路分岐８の長さより長くてもよい。
【００２１】
[020]  光ＡＮＤゲート２００の演算は図６に示される真理値表によって図示される。そこで示されるように、入力ポート２２に印加される第１入力信号「Ａ」が、光が全く入力されないことに相当し得る論理０であった場合、出力ポート１０における光出力（「出」）も、入力ポート１４における第２入力「Ｂ」の状態に関わらず論理０である。これは、出力ポート１０に結合される光が存在しないため、入力ポート１４に光が全く印加されない（すなわち、Ｂ＝０）場合、光出力は論理０としてみなされるからである。一方、光が第２入力信号「Ｂ」として入力ポート１４に付与される（すなわち、Ｂ＝１）場合、導波路分岐６を介して結合される光は導波路分岐８を介して結合される光と破壊的に干渉してもよい。なぜなら、導波路分岐６及び８を介して結合される光の位相は１８０度互いに異なるからである。結果的に、出力ポート１０では光は全く見られず、よって光出力（例えば、「出」）は図６に示されるように論理０である。
【００２２】
[021]  図６にさらに示されるように、入力ポート１４における第２入力信号「Ｂ」が論理０であった場合、入力ポート２２における第１入力信号「Ａ」の状態に関わらず光出力（例えば、「出」）も論理０である。これは、上述したように、Ｂ＝０であった場合、入力ポート１４に光が全く付与されず、よって出力ポート１０に結合される光は存在しない。
【００２３】
[022]  最後に、図６にさらに示されるように、入力ポート２２における第１入力信号「Ａ」が論理１であり、かつ入力ポート１４における第２入力信号「Ｂ」も論理１であった場合、導波路２０を介して結合される光は、導波路分岐８を介して結合される光の位相を１８０度分増加してもよく、それによって導波路分岐６を介して結合される光と建設的に干渉する。結果的に、出力ポート１０における光出力「出」は論理１である。
【００２４】
[023]  別の例では、光デバイス２は、本開示によって構成される図７に示されるような光排他的ＯＲゲート２２０の例を実施するために用いられる。排他的ＯＲゲート２２０は、２つの同一の光デバイス２２２及び２２４を利用してもよく、それらの入力ポートＡ及びＢは互いに相互結合されている。光デバイス２２２及び２２４の各々は光インバータ１７０と構造的に類似していてもよい。
【００２５】
[024]  光排他的ＯＲゲート２２０の論理関数を図８に示す。入力ポート１４に印加される入力信号Ａ及びＢの両方が論理０であった場合、光デバイス２２２及び２２４のいずれにも光が付与されないため、光出力「出」は論理０である。入力信号Ａ又はＢのうち１つだけが論理１であった場合、入力ポート１４で光を受けるデバイス２２２又は２２４の導波路分岐６及び８を介して結合される論理１に対応する光は互いに建設的に干渉する。なぜなら、入力信号Ａ又はＢのうちの他方が論理０であるため、導波路分岐６を介して結合される光の位相は変更されないからである。しかしながら、デバイスの入力ポート１４に付与される光がないため、光デバイス２２２又は２２４のうちの他方を介して結合される光がない場合がある。それにもかかわらず、光出力「出」が論理１になるように十分な光が光デバイス２２２又は２２４のうちの１つを介して結合される。例えば、Ａ＝１及びＢ＝０の場合、Ｂ＝０であるため、デバイス２２４内の導波路分岐８の屈折率は変更されない。結果的に、光デバイス２２４の導波路分岐８を介して結合される光は、光デバイス２２４の導波路分岐６を介して結合される光と建設的に干渉する。しかしながら、光デバイス２２２の入力ポート１４に光が付与されないため、光デバイス２２２の導波路分岐６及び８を介して結合される光はない。しかしながら、論理１としてみなされてもよい光出力「出」を提供するために十分な光が光デバイス２２４を介して結合されてもよい。
【００２６】
[025]  図８にも示されるように、入力ポート１４における入力信号Ａ及びＢの両方が論理１であった場合、光出力「出」は論理０である。光デバイス２２２又は２２４の各々の導波路分岐８を介して結合される光の位相は、他方の光デバイス２２２又は２２４の導波路２０を介して結合される光により１８０度分増加されるため、光出力「出」は論理０である。結果的に、各デバイス２２２及び２２４の導波路分岐６及び８を介して結合される光は互いに破壊的に干渉し得る。例えば、入力ポート１４における入力信号Ａは論理１であるため、光デバイス２２２の導波路分岐６を介して結合される光の位相は、光デバイス２２２の導波路分岐８を介して結合される光と破壊的に干渉するように１８０度分増加される。
【００２７】
[026]  光デバイス２は、様々な他の論理及び回路デバイスを実施するために用いられ得る。例えば、複数の光デバイス２は、図９に示されるようなデジタル−アナログ（「Ｄ／Ａ」）変換器２５０を実施するために用いられる。Ｄ／Ａ変換器２５０は、同じ長さを有し得る第１導波路２５６及び第２導波路２５８へと分岐する入力ポート２５４を有する光供給導波路２５２を含む。導波路２５６及び２５８は、出力ポート２６４を有する出力導波路２６０を形成するためにお互い組み合わされてもよい。半導体材料２７６のそれぞれの層によって形成される複数のフォトダイオード２７０１−８は、第２導波路２５８の長さに沿って間隔をあけて配置されてもよい。フォトダイオード２７０１−８の各々はそれぞれの入力導波路２７８１−８を介して光を受けてもよく、各々はそれぞれのデジタル入力信号ＩＮ１−８を受けてもよい。
【００２８】
[027]  動作中、論理１である各デジタル入力信号ＩＮ１−８は、導波路２５８を介して結合される光の位相が増分量だけ増加されることをもたらす。論理１であるデジタル入力信号がない場合、導波路２５６を介して結合される光は導波路２５８を介して結合される光と建設的に干渉し、それによって出力ポート２６４で比較的大量の光を生成する。入力信号ＩＮ１−８の各々が論理１に移行するにつれて、出力ポート２６４における光の大きさを徐々に減少させるために破壊的干渉が増加し得る。結果的に、出力ポート２６４における光の大きさは論理１であるデジタル入力信号ＩＮ１−８の数に対応し得る。
【００２９】
[028]  図９に示されるＤ／Ａ変換器２５０の例では、全てのフォトダイオード２７０１−８を形成する半導体材料２７６の長さは同じである。しかしながら、他の例では、入力信号ＩＮ１−８は、導波路２５８の長さに沿って延在する異なる長さの半導体材料２７６でそれぞれのフォトダイオードを製造することによって「重み付け」されてもよい。
【００３０】
[029]  上記詳細な説明では、ブロック図、フローチャート及び／又は例を用いて、デバイス及び／又はプロセスの多様な例について述べた。そのようなブロック図、フローチャート、及び／又は例が１つ以上の機能及び／又は動作を含む場合、当該ブロック図、フローチャート、又は例における各機能及び／又は動作は、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの実質的にあらゆる組み合わせにより、個別に及び／又は総合的に実施可能であることが当業者には理解されるであろう。しかしながら、本明細書に開示される例のうちいくつかの態様は、全部又は一部において、他のデバイス又は方法によって同等に実施できることが当業者には認められるであろう。
【００３１】
[030]  本明細書に記載する様式でデバイス及び／又はプロセスを説明すること、その後、技術的手法を用いてそのように説明されたデバイス及び／又はプロセスを他のシステムへと統合することは、当該技術分野において通常のことであることが当業者には認められるであろう。
【００３２】
[031]  本明細書に記載される主題は、異なる構成要素内に含まれる、又は異なる構成要素に接続される他の異なる構成要素を例示することがある。そのように記載された構造は、単なる例に過ぎず、実際は、同様の機能性を達成する他の多くの構造が実施可能であることが理解されるであろう。概念的な意義において、同一の機能性を達成するための構成要素のあらゆる構成は、所望の機能性を達成するように効果的に「関連付けられる（associated）」。よって、本明細書において特定の機能性を達成するために組み合わされるあらゆる２つの構成要素は、構造や中間構成要素に関わらず、所望の機能性を達成するように互いに「関連付けられた（associated with）」とみなすことができる。同様に、そのように関連付けられたあらゆる２つの構成要素は、所望の機能性を達成するために互いに「動作可能に接続された（operably connected）」又は「動作可能に連結された（operably coupled）」とみなすこともでき、関連付けが可能なあらゆる２つの構成要素は、所望の機能性を達成するために互いに「動作可能に連結可能である（operably couplable）」とみなすこともできる。動作可能に連結可能であることの具体例としては、物理的に結合可能な及び／又は物理的に相互作用する構成要素、並びに／或いは無線で相互作用可能な及び／又は無線で相互作用する構成要素、並びに／或いは論理的に相互作用する及び／又は論理的に相互作用可能な構成要素を挙げることができるが、これらに限定されない。
【００３３】
[032]  本明細書で使用される実質的にあらゆる複数の及び／又は単数の用語について、当業者は、文脈及び／又は用途に応じて適切に、複数の用語を単数に、及び／又は単数の用語を複数に置き換えることができる。本明細書では、明確性を目的として、多様な単数／複数の置き換えが明記され得る。
【００３４】
[033]  一般的に、本明細書内、特に添付の請求の範囲内（例えば、添付の請求の範囲の主要部）で使用される用語は、一般的に「オープンな（open）」用語として意図されている（例えば、「含んでいる（including）」という用語は、「・・・を含んでいるが限定されない」と解釈されるべきであり、「有している（having）」という用語は、「少なくとも・・・を有している」と解釈されるべきであり、「含む（include）」という用語は、「・・・を含むが限定されない」と解釈されるべきである。）ことが当業者には理解されるであろう。さらに、導入されたクレーム記載において特定の数が意図される場合、そのような意図は当該クレーム中に明確に記載され、そのような記載がない場合は、そのような意図も存在しないことが当業者には理解されるであろう。理解を促すために、例えば、後続の添付する請求の範囲では、「少なくとも１つの（at least one）」及び「１つ以上の（one or more）」といった導入句を使用し、クレーム記載を導入することがある。しかし、このような句を使用するからといって、「ａ」又は「ａｎ」といった不定冠詞によりクレーム記載を導入した場合に、たとえ同一のクレーム内に、「１つ以上の」又は「少なくとも１つの」といった導入句と「ａ」又は「ａｎ」といった不定冠詞との両方が含まれるとしても、当該導入されたクレーム記載を含む特定のクレームが、当該記載事項を１つのみ含む発明に限定されるということが示唆されると解釈されるべきではない（例えば、「ａ」及び／又は「ａｎ」は、「少なくとも１つの」又は「１つ以上の」を意味すると解釈されるべきである）。定冠詞を使用してクレーム記載を導入する場合にも同様のことが当てはまる。さらに、導入されたクレーム記載において特定の数が明示されている場合であっても、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味するように解釈されるべきであることは、当業者には理解されるであろう（例えば、他に修飾語のない、単なる「２つの記載事項」という記載がある場合、この記載は、少なくとも２つの記載事項、又は２つ以上の記載事項を意味する）。さらに、「Ａ、Ｂ及びＣなどのうち少なくとも１つ」に類する表記が使用される場合、一般的に、そのような構造は、当業者がその表記を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ及びＣのうち少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの両方、ＡとＣの両方、ＢとＣの両方、及び／又はＡとＢとＣの全て、などを有するシステムを含むがこれに限定されない）。また、「Ａ、Ｂ又はＣなどのうち少なくとも１つ」に類する表記が使用される場合、一般的に、そのような構造は、当業者がその表記を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ又はＣのうち少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの両方、ＡとＣの両方、ＢとＣの両方、及び／又はＡとＢとＣの全て、などを有するシステムを含むがこれに限定されない）。さらに、２つ以上の選択可能な用語を表す実質的にあらゆる離接語及び／又は離接句は、説明文内であろうと、請求の範囲内であろうと、又は図面内であろうと、それら用語のうちの１つ、それらの用語のうちのいずれか、又はそれらの用語の両���を含む可能性を意図すると理解されるべきであることが、当業者には理解されるであろう。例えば、「Ａ又はＢ」という句は、「Ａ」又は「Ｂ」或いは「Ａ及びＢ」の可能性を含むことが理解されよう。
【００３５】
[034]  さらに、本開示の特徴又は態様がマルクーシュグループの観点から説明されているところでは、本開示がマルクーシュグループのあらゆる個々のメンバー又はメンバーのサブグループの観点からも説明されていることが理解されよう。
【００３６】
[035]  当業者に理解されるように、記載事項を提供するなどといった全てのあらゆる目的に対して、本明細書中に開示される全ての範囲は全てのあらゆる可能な部分的範囲及びその部分的範囲の組み合わせも包含する。あらゆる記載される範囲は、その同じ範囲を十分に記載し、少なくとも半分、三分の一、四分の一、五分の一、十分の一などに分類することが可能であることを容易に理解することができる。非限定例として、本明細書中に考察される各範囲は下部三分の一、中部三分の一、上部三分の一などに容易に分類することができる。当業者にさらに理解されるように、「〜まで」、「少なくとも」、「〜より大きい」、「〜より小さい」などの全ての文言は、記載された数を含み、かつ上述したように部分的範囲へと後で分類できる範囲を指す。最後に、当業者に理解されるように、一範囲は個々のメンバーを含む。したがって、例えば、１〜３つのセルを有するグループは、１、２又は３つのセルを有するグループを指す。同様に、１〜５つのセルを有するグループは、１、２、３、４又は５つのセルを有するグループなどを指す。
【００３７】
[036]  様々な態様及び例が本明細書中に開示されたが、他の態様及び例も当業者には明らかになるであろう。本明細書中に開示された様々な態様及び例は例示目的であり限定を意図したものではなく、その真の範囲及び精神は以下の請求の範囲によって示される。
【図１】
2010250270.tif 000003
【図２】
2010250270.tif 000004
【図３Ａ】
2010250270.tif 000005
【図３Ｂ】
2010250270.tif 000006
【図３Ｃ】
2010250270.tif 000007
【図３Ｄ】
2010250270.tif 000008
【図３Ｅ】
2010250270.tif 000009
【図３Ｆ】
2010250270.tif 000010
【図３Ｇ】
2010250270.tif 000011
【図３Ｈ】
2010250270.tif 000012
【図３Ｉ】
2010250270.tif 000013
【図３Ｊ】
2010250270.tif 000014
【図４】
2010250270.tif 000015
【図５】
2010250270.tif 000016
【図６】
2010250270.tif 000017
【図７】
2010250270.tif 000018
【図８】
2010250270.tif 000019
【図９】
2010250270.tif 000020
【外国語明細書】
2010250270000001.pdf