(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路装置(102)であって、
放射アパーチャ(109)を含む第１の面(105)を有する第１の集積回路層(104)と、
前記第１の面(105)に面した第２の面(107)を有する第２の集積回路層(106)であって、前記放射アパーチャ(109)に垂直方向に位置合わせされた受信アパーチャ(113)を該第２の面(107)が含むことからなる、第２の集積回路層と、
前記放射アパーチャ(109)において放射された光信号が、前記受信アパーチャ(113)上に結像されることとなるように、前記第１の面と前記第２の面との間に配置されたスーパーレンズ素子(110)
とを備え、
前記第１の面(105)と前記第２の面(107)とが、前記光信号の１波長未満の距離だけ離されており、それにより、前記放射アパーチャ(109)と前記受信アパーチャ(113)との間の垂直方向の距離が、前記光信号の１波長未満であり、及び、前記放射アパーチャ(109)と前記受信アパーチャ(113)の各々が、前記スーパーレンズ素子(110)に対して近接場内にあることとなるようにすることからなる、集積回路装置。
【請求項２】
前記スーパーレンズ素子(110)が、前記光信号の波長において負の誘電率を示す高導電性金属薄膜を含む、請求項１に記載の集積回路装置。
【請求項３】
前記スーパーレンズ素子(110)が、前記第１の面(105)と前記第２の面(107)の各々から、空気又はポリメチルメタクリレート又はポリメチルメタクリレートよりも低い屈折率を有する材料により離間されている、請求項１又は２に記載の集積回路装置。
【請求項４】
前記放射アパーチャ(109)が、（ａ）前記第１の集積回路層に配設された電気的に駆動される光源と、（ｂ）前記第１の集積回路層内の受動的横方向光導波路の垂直方向のマイクロ結合位置と、のうちの一方に配置されている、請求項１乃至３の何れかに記載の集積回路装置。
【請求項５】
前記放射アパーチャ(109)と前記受信アパーチャ(113)の各々の直径が、前記光信号の１波長よりも小さい、請求項１乃至４の何れかに記載の集積回路装置。
【請求項６】
前記放射アパーチャ(109)が第１の放射アパーチャであり、前記受信アパーチャ(113)が第１の受信アパーチャであり、前記集積回路装置が、
前記第１の放射アパーチャを含む前記第１の面上の第１の複数の放射アパーチャ(109)であって、第１の複数の光信号を放射し、該光信号の最短波長よりも短い距離だけ離間された、第１の複数の放射アパーチャと、
前記第１の受信アパーチャを含む前記第２の面上の、対応する第１の複数の受信アパーチャ(113)であって、前記最短波長よりも短い距離だけ離間された、第１の複数の受信アパーチャ
とを更に備え、
前記第１の複数の受信アパーチャが、前記スーパーレンズ素子(110)による前記第１の複数の放射アパーチャの該第１の複数の受信アパーチャ上への結像により、前記第１の複数の光信号間のクロストークを回避しつつ該第１の複数の光信号を受け取ることからなる、請求項１乃至５の何れかに記載の集積回路装置。
【請求項７】
装置(502)であって、
第１の複数の放射アパーチャ(509)と第２の複数の受信アパーチャ(553)とを含む第１の面(505)を有する第１の集積回路層(504)と、
前記第１の面に面した第２の面(507)を有する第２の集積回路層(506)であって、前記第１の複数の放射アパーチャ(509)にそれぞれ垂直方向に位置合わせされた第１の複数の受信アパーチャ(513)と、前記第２の複数の受信アパーチャ(553)にそれぞれ垂直方向に位置合わせされた第２の複数の放射アパーチャ(549)とを該第２の面が含むことからなる、第２の集積回路層と、
前記第１の複数の放射アパーチャ(509)において放射された光信号が、前記第１の複数の受信アパーチャ(513)上において結像され、及び、前記第２の複数の放射アパーチャ(549)において放射された光信号が、前記第２の複数の受信アパーチャ(553)上において結像されることとなるように、前記第１の面と前記第２の面との間に配置されたスーパーレンズ素子(510)
とを備え、
前記第１の複数の放射アパーチャ(509)は、前記第２の複数の受信アパーチャ(553)と交互に離間して配置されており、及び、前記第１の複数の受信アパーチャ(513)は、前記第２の複数の放射アパーチャ(549)と交互に離間して配置されており、及び、
前記第１の面と前記第２の面とが、前記光信号の１波長未満の距離だけ離されており、それにより、前記第１の複数の放射アパーチャ(509)の各々と前記第１の複数の受信アパーチャ(513)の各々との間の垂直方向の距離が、それぞれ、前記光信号の１波長未満であり、前記第２の複数の放射アパーチャ(549)の各々と前記第２の複数の受信アパーチャ(553)の各々との間の垂直方向の距離が、それぞれ、前記光信号の１波長未満であり、及び、前記第１及び第２の複数の放射アパーチャと前記第１及び第２の複数の受信アパーチャの各々が、前記スーパーレンズ素子(510)に対して近接場内にあることとなるようにすることからなる、装置。
【請求項８】
前記スーパーレンズ素子(110)が、前記光信号の波長において負の誘電率を示す高導電性金属薄膜を含むことからなる、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記スーパーレンズ素子(510)が、前記第１の面(505)と前記第２の面(507)の各々から、空気又はポリメチルメタクリレート又はポリメチルメタクリレートよりも低い屈折率を有する材料により離間されている、請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２の複数の放射アパーチャと前記第１及び第２の複数の受信アパーチャの各々の直径が、前記光信号の１波長よりも小さい、請求項７乃至９の何れかに記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の複数の放射アパーチャと前記第２の複数の受信アパーチャとが、前記第１の集積回路層から外側へと延在して前記第１の面を形成し、及び、
前記第２の複数の放射アパーチャと前記第１の複数の受信アパーチャとが、前記第２の集積回路層から外側へと延在して前記第２の面を形成することからなる、請求項７乃至１０の何れかに記載の装置。
【請求項１２】
集積回路層の垂直方向の構成を含む光電子集積回路装置(102)内において、その第１の集積回路層(104,404)と、その第２の集積回路層(106,406)との間において光信号を結合させるための方法であって、該第１の集積回路層(104,404)は、放射アパーチャを含む第１の面を有しており、該第２の集積回路層(106,406)は、前記第１の面に面した第２の面を有しており、及び、前記放射アパーチャに垂直方向に位置合わせされた受信アパーチャを該第２の面が含み、該方法が、
前記放射アパーチャから前記光信号を放射し、
前記光信号を、前記第１の集積回路層と前記第２の集積回路層との間に配置された少なくとも１つのスーパーレンズ素子(110,410)を介して受信アパーチャ上に投射し、及び、
前記光信号を、前記受信アパーチャ上に結像する
ことを含み、
（1）前記スーパーレンズ素子が１つしか存在しない場合には、前記第１の面と前記第２の面とが、前記光信号の１波長未満の距離だけ離されており、それにより、前記放射アパーチャと前記受信アパーチャとの間の垂直方向の距離が、前記光信号の１波長未満であり、及び、前記放射アパーチャと前記受信アパーチャの各々が、前記スーパーレンズ素子に対して近接場内にあることとなるようにし、
（2）前記スーパーレンズ素子が２つ以上存在する場合には、該２つ以上のスーパーレンズ素子を介して、前記光信号を投射し、それにより、各スーパーレンズ素子により形成された前記放射アパーチャの実像が、後続のスーパーレンズ素子を介して、最終的には前記第２の面の前記受信アパーチャ上へと再形成されることとなるようにし、
前記スーパーレンズ素子が２つ存在する場合には、前記第１の面の前記放射アパーチャと前記実像が形成される実像面との間の垂直方向の距離と、該実像面と前記第２の面の前記受信アパーチャとの間の垂直方向の距離とが、前記光信号の１波長未満であり、及び、
前記スーパーレンズ素子が３つ以上存在する場合には、前記第１の面の前記放射アパーチャと前記第１の面に最も近い第１のスーパーレンズ素子によって前記実像が形成される前記実像面との間の垂直方向の距離と、前記スーパーレンズ素子の各々により各実像が形成される実像面間の垂直方向の距離と、最終の１つのスーパーレンズ素子によって前記実像が形成される実像面と前記第２の面の前記受信アパーチャとの間の垂直方向の距離とが、前記光信号の１波長未満であることからなる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許明細書は、集積回路装置における異なる集積回路層間の信号を結合させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路装置は、コンピュータ及びロボット装置から、家庭電化製品及び自動車制御システムにまで及ぶ広範囲な様々な製品において、不可欠な構成要素になってきた。集積回路装置は、物理サイズが小さくなり続け、電力消費が減少し続けている一方で、能力と速度とが益々向上するようになったため、新しい用途が見つけられ続けている。本明細書内において使用される時には、集積回路装置は、広義には、少なくとも１つの電気的な及び／又は光学的な機能を実行する１つか又は複数の集積回路チップを有する装置を指し、シングルチップ装置とマルチチップ装置との両方を含む。マルチチップ装置では、各集積回路チップが、通常、基板とは別個に製造されるか又は「構築」されて、結果として得られたチップは、互いに接合されるか又は別様には共通の物理構成内に結合される。
【０００３】
集積回路技術における進歩が、ますます小さなサイズに電気回路のサイズを低減させることに向けて継続している。これにより、局所的な電気回路（例えば、メモリセルのグループ、シフトレジスタ、加算器など）の全体を、長さ寸法において百ナノメートルのオーダにまで、そしてついには十ナノメートルのオーダか又はそれよりも短いオーダにまで低減させることができるようになった。これらの物理スケールにおいて、益々増加しているクロック速度を考慮して、集積回路装置における異なる部品間において達成可能なデータ速度に限界が生じており、局所的な電気回路は、わずかに数百か又は数千ミクロンの長さとなる可能性のある電気相互接続線上にわたる「離れた」電気回路との伝達が困難な状態にある。
【０００４】
これらの問題に対処するために、集積回路装置内における様々な電気回路を光学的に相互接続することについての提案がなされた。例えば、共通に譲渡された米国第２００５／００７８９０２Ａ１号において、装置間でデータを伝達し合う光信号を使用することによって、高キャパシタンスの電気相互接続を回避する光学相互接続システムが記載されている。
【０００５】
これらの及び他の電気光学装置の状況において生じる１つの問題は、異なる集積回路層間において光信号を垂直方向に転送することに関する。例えば、マルチチップ光学相互接続システムにおいて、第１のチップの上向き集積回路層と、該第１のチップの上に配置された第２のチップの下向き集積回路層との間において情報を光学的に転送することが頻繁に望ましい。第１のチップには、例えば高密度な電気回路を含めることができ、一方、第２のチップには、「離れた」構成要素に情報を転送するための導波路、光学カプラなどを含めることができる。別の例において、同じ集積回路チップの、２つの異なる集積回路層の間において、情報を光学的に転送することが望ましい場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
装置サイズが縮小し続けているため、第１の集積回路層と第２の集積回路層との間において複数の近傍の光信号が結合される必要があり、且つ、該複数の光信号が、近接した間隔の位置で放射されている時には、１つの問題が生じている。例えば、情報が光学的に転送される、近接して隔置された局所的な電気回路に対応させるために、放射する位置の間隔を接近させることが望ましい場合がある。水平方向の信号漏れの問題（この問題によって、システム内における周囲の光学的な「ノイズ」が増加する可能性がある）及び／又は結合効率の問題を含めて、第１の集積層上の単一の位置から単一の光信号が放射された場合にも、問題が生じる可能性がある。本開示を読み取ると、当業者であれば明らであろうように、他の問題も生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態では、垂直方向の構成の集積回路層を含む光電子集積回路装置において、その第１の集積回路層と、その第２の集積回路層との間で光信号を結合するための方法が提供される。該光信号は、第１の集積回路層と第２の集積回路層との間に配置されたスーパーレンズ素子を介して投射される。
【０００８】
第１の集積回路層と第２の集積回路層とを含む集積回路装置もまた提供される。第１の集積回路層は、放射アパーチャを含む第１の面を有し、第２の集積回路層は、該第１の面に面し且つ受信アパーチャを含む第２の面を有する。スーパーレンズ素子は、前記第１の面と前記第２の面との間に配置される。これにより、前記放射アパーチャにおいて放射された光信号が、前記受信アパーチャ上にイメージ化(撮像）されることになる。
【０００９】
第１の光信号が放射される第１の放射アパーチャを含む第１の面を有する第１の集積回路層を備えた装置もまた提供される。該装置は、該第１の面に面し且つ第１の受信アパーチャを含む第２の面を有する第２の集積回路層を更に備える。該装置は、第１の光信号が前記第１の受信アパーチャにおいて受け取られるように、前記第１の放射アパーチャを前記第１の受信アパーチャ上にサブ波長イメージ化させる手段を更に備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態による集積回路装置の断面図である。
【図２】一実施形態による第１の集積回路層の斜視図である。
【図３】一実施形態による第２の集積回路層の斜視図である。
【図４】一実施形態による集積回路装置の断面図である。
【図５】一実施形態による集積回路装置の断面図である。
【実施例】
【００１１】
詳細な説明
図１は、一実施形態による集積回路装置１０２の断面を示す。集積回路装置１０２は、第１の集積回路層１０４と、第２の集積回路層１０６とを備える。集積回路層１０４と、集積回路層１０６とを、互いに接着されたか又は結合された２つの異なる集積回路チップからなるものとすることができるか、或いは、共通の集積回路チップ上にあるものとすることができる。本明細書内において使用される時には、集積回路層は、集積回路チップの垂直方向に隣接するスラブを指す。集積回路層は、本明細書内においてこの用語が使用される時には、それ自体が、複数の個別の材料層（本明細書内においてサブ層と呼ばれる）を含むことができることを理解されたい。従って、例えば、集積回路層１０４及び１０６は、それぞれ、様々な電気的な、電子光学的な、及び／又は光学的な機能を達成するために形成されるか、処理されるか、パターン形成されるか、或いは別様には製造された様々な材料のいくつかの近隣のサブ層を含むことができる。
【００１２】
集積回路層１０４は、１つか又は複数の光エミッタ１０８を備えており、該光エミッタの各々は、光信号が放射される放射アパーチャ１０９を有する。図１の実施形態において、放射アパーチャ１０９は、集積回路層１０４の上側面１０５と一般に共面であり、これにより、該上側面１０５は、送信面になっている。一実施形態において、光エミッタ１０８は、光信号を垂直方向に投射する、電気的に駆動される光源を備える。電気的に駆動されることによって、いくつかの地点における電気回路から生じた光信号内に符号化された情報は、使用される特定の変調方法とは無関係であることが示される。１つか又は複数の実施形態の利点に従って、光エミッタ１０８を、例えば、λ／４のオーダか又はそれよりも短い間隔におけるサイズ及び相互中心間隔（中心間の間隔）の状態で、極めて小さく且つ互いに極めて近接して作成することができ、ここでλは、放射された光の波長である。適合可能な電気的に駆動される光源の例には、近接場レーザ、シリコンナノワイヤレーザ、及び酸化亜鉛ナノワイヤレーザが含まれる（但し、これらに限定されない）。放射される波長λについての適合可能な値は、光源に極めて依存し、約３００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲に及ぶ。より幅広い光学スペクトラムが可能とされる場合には、ナノスケール発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用することができる。しかしながら、本実施形態の範囲を逸脱することなく、様々な他の既知の光源か又は後述の発展した光源を使用することもできることを理解されたい。
【００１３】
他の実施形態において、光エミッタ１０８の１つか又は複数が、光学的に駆動されることが可能である。適合可能な光学的に駆動される光源の例には、フォトニック結晶欠陥レーザが含まれる（但し、これに限定されない）。更に他の実施形態において、１つか又は複数の光エミッタ１０８には、図１のｘ−ｙ平面に沿って光を伝搬させる受動的横方向光学導波路（図示せず）を、それに沿った垂直方向のマイクロ結合位置に対応する放射アパーチャ１０９と共に、含めることができる。垂直方向のマイクロ結合位置は、光信号の少なくとも一部分を伝搬面から垂直方向に射出させる特定の種類の格子（４５度の反射構造か、又はそれに類するもの）が光導波路内に形成された位置を指す。光導波路に結合された光源において、光信号を、電気的にか又は光学的にのいずれかによって変調させることができる。代替的には、伝搬する光信号を、例えば、垂直方向のマイクロ結合位置において１つか又は複数の材料特性を電気的に変化させることによって、垂直方向の投射において変調される未変調の搬送信号とすることができる。
【００１４】
集積回路層１０６は、光信号が受信されることが可能な受信アパーチャ１１３をそれぞれが有する１つか又は複数の光レシーバ１１２を備える。図１の実施形態において、受信アパーチャ１１３は、集積回路層１０６の下側面１０７と一般に共面であり、それにより、該下側面１０７が受信面になっている。一実施形態において、光レシーバ１１２は、シリコンフォトダイオードのような光−電気変換デバイスを備える。他の実施形態において、光レシーバ１１２は、受け取った光を集積回路装置１０２内の他の位置に導くように結合された受動的導波路を備える。受け取った信号を集積回路装置１０２内の他の位置に転送するために、増幅、光−電気−光（Ｏ−Ｅ−Ｏ：optical-electrical-optical）再生成及び／又は多重化を、用いることができる。１つか又は複数の実施形態の利点に従って、光レシーバ１１２を、光エミッタ１０８のサイズと相互中心間隔とに類似したサイズ及び相互中心間隔の状態で、極めて小さく且つ極めて互いに近接して作成することができる。好適には、光レシーバ１１２は、それぞれ、光エミッタ１０８と垂直方向に位置合わせされた状態にある。
【００１５】
本明細書内において説明される実施形態のうちのいくつかは、光エミッタ１０８と光レシーバ１１２の高密度なアレイが存在する時に特に有利であるが、その実施形態の範囲は、そのような場合に限定されない。例えば、他の実施形態において、単一の光エミッタ１０８と単一の光レシーバ１１２とが存在することができ、更に他の実施形態では、光エミッタ１０８と光レシーバ１１２とのまばらなアレイが存在することができ、各々のそのような実施形態によって提供されている結合効率か又は低減された光漏れのような１つか又は複数の利点を該実施形態は有している。
【００１６】
集積回路装置１０２は、第１の集積回路層１０４の上側面１０５と、第２の集積回路層１０６の下側面１０７との間に配置されたスーパーレンズ素子１１０を更に備える。本明細書内において使用される時には、スーパーレンズ素子は、入射光をサブ波長解像度でイメージ化することが可能な撮像デバイスを指す。パーフェクトレンズ、負屈折レンズ、複合材料レンズ、フラットレンズ、及びメタマテリアルレンズのような様々な他の名前で頻繁に言及される、適切な条件下でのスーパーレンズ素子は、一般に、正の屈折率の光学レンズに関連した回折制限を受けず、従って、光を波長λよりも細かい解像度にイメージ化することができる。一般的に言うと、λ／１０以下の解像度にまで、より細かな解像度を達成することができる。
【００１７】
集積回路装置１０２は、スーパーレンズ素子１１０と、面１０７及び１０５のそれぞれとの間に配置されたスペーサ層１１４と１１６とを更に備える。光エミッタ１０８と光レシーバ１１２の特定の形状（ジオメトリ）と性質に依存して、スペーサ層１１４と１１６とのうちの一方か又は両方を場合によっては省略することができる。好適には、スペーサ層１１４及び１１６は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のような低屈折率材料を含むか、或いは、物理的に許容可能な場合には、空気か又は低屈折率液体を含む。
【００１８】
一実施形態によれば、スーパーレンズ素子１１０は、スペーサ層１１４及び１１６と共に、図１内において点線及び矢印によって示されるように、各放射アパーチャ１０９を、その関連付けられた受信アパーチャ１１３上にイメージ化（撮像）させるよう構成され且つ寸法付けられる。１つか又は複数の利点が提供される。例えば、様々な光信号間のクロストークが回避される。更にまた、スーパーレンズ素子１１０は回折制限がないので、クロストークが依然として避けられている状態で、光エミッタ１０８と光レシーバ１１２のサイズ、並びにそれらの間の横方向の距離を、例えば実質的には１波長未満に極めて短くすることができる。スーパーレンズ素子１１０は、放射アパーチャ１０９を、受信アパーチャ１１３上へと、「完全な」実像化（リアルイメージング）を行わせることを容易にする。従って、光エミッタ１０８と光レシーバ１１２とを、集積回路装置上における絶えず縮小され続ける局所的な電気回路構成に対応する非常に高密度なアレイ内へと詰め込むことができる。更には、スーパーレンズ素子は一般には光学軸が無いので、スーパーレンズ素子１１０によるアライメント問題が一般には存在せず、光エミッタ１０８及び光レシーバ１１２は、ｘ−ｙ平面内における光学的な位置合わせだけしか必要とされない。
【００１９】
一実施形態において、放射アパーチャ１０８と受信アパーチャ１１２との間の垂直方向の距離は、放射された光の１波長未満であり、各々が、スーパーレンズ素子１１０に対して近接場（近接フィールド）内にある。この実施形態の場合には、スーパーレンズ素子１１０は、銀のような高導電性金属の薄いスラブを含むことができる。当該技術分野において既知のように、近接場の状況では、材料の電気応答と磁気応答は結合されず、従って、横方向の磁界（ＴＭ）波についての誘電率だけしか考慮される必要がない。このことは、銀のような金属を、光学スーパーレンズ素子の良好な候補にさせる。何故ならば、伝導電子の一括的な励起の結果として負の誘電率が容易に達成可能であるからである。有利なことに、銀スラブのスーパーレンズ素子の製造は、一般に、簡単明瞭である。限定することが目的ではなく、例示を目的として、銀スラブは、３５ｎｍの厚みとすることができ、上側スペーサ層１１４と下側スペーサ層１１６はそれぞれ、４０ｎｍのＰＭＭＡ層を含むことができる。
【００２０】
化学蒸着（ＣＶＤ）法、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）法、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）法、化学溶液堆積（ＣＳＤ）法、ゾルゲルベースのＣＳＤ法、有機金属分解（ＭＯＤ）法、ラングミュア・ブロジェット（ＬＢ）技法、熱蒸発／分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）法、スパッタリング（ＤＣ、マグネトロン、ＲＦ）法、及びパルスレーザ堆積（ＰＬＤ）法などの堆積法と、光リソグラフィ、極紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、集束イオンビーム（ＦＩＢ）リソグラフィ、及びナノインプリントリソグラフィなどのリソグラフィ法と、ウェットエッチング（等方性、異方性）、ドライエッチング、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）、反応性ＩＢＥ（ＲＩＢＥ）、化学的支援ＩＢＥ（ＣＡＩＢＥ）、及び化学機械研磨（ＣＭＰ）などの除去法と、放射線処理、熱アニーリング、イオンビーム処理、及び機械的改質などの改質法と、ウェーハボンディング、面実装、及び他の配線及びボンディング法などの組み立て法とを含む（但し、これらに限定されない）既知の集積回路製造法を用いて、集積回路装置１０２の製造を達成することができる。
【００２１】
本実施形態は、特に、全てのエミッタが一方の集積回路層上にあり且つ全てのレシーバが他方の集積回路上にある、一方向のシナリオに限定されない。それどころか、以下の図５の例において示されるように、集積回路層間の２方向伝達が、エミッタとレシーバとをそれぞれの集積回路層上に配置することによって他の実施形態において達成される。有利な一実施形態において、高密度に詰め込まれた第１の集積回路層上の局所的な電気回路の各々が、該第１の集積回路層上の近くのエミッタ−レシーバ（送信−受信）対と関連付けられ、対応するレシーバ−エミッタ（受信−送信）対が、第２の集積回路層のすぐ上に配置されている状態にある。第２の集積回路層は、第１の集積回路層上の様々な局所的な電気回路の間の「光学ローカルエリアネットワーク」として働くように、各対応するレシーバ−エミッタ（受信−送信）対に結合された光学相互接続システムを含むことができる。多くの他の有利な構成もまた可能となり、それらは実施形態の範囲内にある。
【００２２】
図２は、一実施形態による第１の集積回路層１０４の斜視図を示す。第１の集積回路層１０４は、複数の局所的な電気回路２０２を含み、該複数の局所的な電気回路２０２は、それぞれ、光エミッタ１０８のうちの対応する光エミッタ１０８を駆動する電気−光（Ｅ−Ｏ：electrical to optical）変換回路２０４に結合されている。局所的な電気回路２０２の各々は、光レシーバ２０８において受け取られた光学的に符号化された情報信号の電気バージョンを提供する光−電気（Ｏ−Ｅ）変換回路２０６に更に結合される。従って、局所的な電気回路２０２の各々は、「外界」すなわち、装置上の他の局所的な電気回路との光学的な伝達を容易にするため、近くのエミッタ−レシーバ（送信−受信）対１０８／２０８に関連付けられ、これらは、数百ミクロンか又は数ミリメートルか又は数センチメートルも離されることができる。有利なことに、関連した光信号を第２の集積回路層１０４に結合する問題によって妨害されることなく、局所的な電気回路２０２の間隔を極めて短くすることができる。
【００２３】
図３は、一実施形態において、第１の集積回路層１０４上の様々な局所的な電気回路間の「光学ローカルエリアネットワーク」として働く第２の集積回路層１０６の斜視図を示す。限定することが目的ではなく、例示を目的として、光学相互接続素子は、集積回路層１０６の「最上部」にあり、光レシーバ１１２（及び光エミッタ３１０）は、第１の集積回路層１０４に面する底面層から最上層へと貫くように延在することが、想定される。導波路３０４を介してアド・マルチプレクサ３０６に結合されたＯ−Ｅ−Ｏ再生成器回路３０２が、各光レシーバ１１２に関連付けられる。第１の集積回路層１０４上の局所的な電気回路２０２によって提供された情報を伝搬する異なる光信号Ｔ１、Ｔ２、及びＴ３は、光学バス３０８によって集積回路装置の「離れた」部分に運ばれる共通信号Ｔ上に多重化される。
【００２４】
第１の集積回路層１０４上の光レシーバ２０８（上記図２を参照）に光信号を送信するための複数の光エミッタ３１２が提供される。該光エミッタは、ドロップ・マルチプレクサ３１６に導波路３１４によって結合されるＯ−Ｅ−Ｏ再生成器回路３１２によって駆動される。「離れた」電気光回路から提供される多重化情報信号Ｒを伝搬する光学バス３１８から、異なる光信号Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３が多重分離される。他の実施形態において、光学バス３０８と３１８とが、共通の光学バスに結合され、アド・マルチプレクサ３０６とドロップ・マルチプレクサ３１６は、共通のアド−ドロップ・マルチプレクサに結合される。距離及び信号強度によって可能にされるのであれば、Ｏ−Ｅ−Ｏ再生成器回路３０２／３１２の一方か又は両方を、省略することができる。更に一般的には、任意の様々な異なる装置内の光通信方式を、本実施形態の範囲を逸脱することなく、使用することができる。一実施形態において、上述の米国第２００５／００７８９０２  Ａ１号に記載された光通信方式は、集積回路装置１０２上の局所的な電気回路における異なる領域間の情報交換に使用される。
【００２５】
図４は、上述の図１に類似した手法で、第１の集積回路層４０４、第２の集積回路層４０６、放射アパーチャ４０９を有する複数の光エミッタ４０８、受信アパーチャ４１３を有する複数の光レシーバ４１２、及びスーパーレンズ素子４１０を含む、一実施形態による集積回路装置４０２の断面を示す。しかしながら、集積回路装置４０２内において、第２のスーパーレンズ素子４１８、より幅広いスペーサ層４１４、及び追加的なスペーサ層４２０もまた含まれる。集積回路層４０４と４０６の対向する面が、波長を越える距離だけ離されている場合には、複数のスーパーレンズ素子を使用して、近接場イメージ化シナリオを維持することができる。これにより、製造が比較的容易な銀スーパーレンズを使用することができることになる。動作中、第１のスーパーレンズ素子４１０は、各放射アパーチャ４０９の実像（リアルイメージ）４２２を形成し、次いでその実像４２２が、第２のスーパーレンズ素子４１８を介して、対応する受信アパーチャ４１３上に再イメージ化される。他の実施形態において、送信アパーチャ４０９と受信アパーチャ４１３との間隙を橋渡しをするために、必要に応じて３つか又は４つ以上の銀スーパーレンズが使用される。従って、先行する各スーパーレンズ素子によって形成された放射アパーチャの実像が、後続する各スーパーレンズ素子によって受信アパーチャ上に再形成されるよう構成され且つ配置された一連のスーパーレンズ素子が提供される。
【００２６】
図５は、第１の集積回路層５０４、第２の集積回路層５０６、第１の複数の光エミッタ５０８、第１の複数の光レシーバ５１２、スーパーレンズ素子５１０、及びスペーサ層５１４及び５１６を含む、一実施形態による集積回路装置５０２の断面を示す。集積回路装置５０２は、第２の集積回路層５０６上に第２の複数の光エミッタ５４８が提供され、且つ、第１の集積回路層５０４上に第２の複数の光レシーバ５５２が提供されていることを除き、上述の図１の集積回路装置に類似している。光エミッタ５４８は、光レシーバ５１２によって空間的にインターリーブされており、光レシーバ５５２は、光エミッタ５０８によって空間的にインターリーブされている。集積回路層５０４と５０６との間で２方向伝達を提供することに加え、受信アパーチャ間の距離を効果的に２倍にすることによって、クロストークに対する更なる堅牢性が提供される。
【００２７】
光エミッタ５０８と５４８はそれぞれ、送信アパーチャ５０９と５５３を備え、一方、光レシーバ５１２と５５２はそれぞれ、受信アパーチャ５１３と５５３を備える。図５の実施形態において、光エミッタ５０８と光レシーバ５５２は、第１の集積回路層５０４の構成要素であり、そのバルクから外側へと延在し、このことは、ナノワイヤベースの装置が使用される時に必要となるか又は便利な場合がある。関連付けられた送信アパーチャ５０９と受信アパーチャ５５３は、スペーサ層５１６内に延在し、第１の集積回路層５０４についての平面５０５において送信面と受信面とが形成されている。光エミッタ５４８と光レシーバ５１２は、第２の集積回路層５０６の構成要素であり、スペーサ層５１４内に外側へと延在する関連付けられた送信アパーチャ５４９と受信アパーチャ５１３とを有し、第２の集積回路層５０６についての平面５０７において送信面と受信面とが形成されている。従って、図５内に示されたように、集積回路層の送信面及び／又は受信面は、上述の図１の実施形態の事例のまま、その集積回路層の「バルク」面と同じ平面にある必要がない。
【００２８】
上述の説明を読み取った後には、当業者にとって実施形態の多くの代替及び修正が明らかになってくるであろうことは疑いがないが、例示を目的として図示され且つ説明された特定の実施形態は、限定することを考慮するようには意図されていないことを理解されたい。例示を目的として、１つか又は複数の上記実施形態の光エミッタのアレイは、同じ波長で光を放射することが想定されているが、他の実施形態において、それら光エミッタのアレイは、より短い波長とより長い波長との間の範囲に及ぶ異なる波長における光を放射することができる。そのような事例では、光エミッタのアレイは、該より短い波長よりも短い距離だけ離間されることが可能であり、受信アパーチャのアレイは、スーパーレンズ素子による放射アパーチャの「完全」なイメージ化に起因して、最小のクロストークで、該より短い波長よりも短い距離だけ離間されることが可能である。更なる例示を目的として、上記の１つか又は複数の実施形態において、高密度な１次元の配列の放射及び受信アパーチャが説明されているが、他の実施形態において、高密度な２次元の配列の放射及び受信アパーチャが提供される。従って、記載された実施形態の詳細部の参照は、それらの範囲を限定することを意図していない。
【００２９】
以下に、本発明の実施態様を列挙する。
１．放射アパーチャ（１０９）を含む第１の面（１０５）を有する第１の集積回路層（１０４）と、
前記第１の面（１０５）に面した第２の面（１０７）を有する第２の集積回路層（１０６）であって、該第２の面（１０７）は、受信アパーチャ（１１３）を含むことからなる、第２の集積回路層と、
前記放射アパーチャ（１０９）において放射された光信号が、前記受信アパーチャ（１１３）上にイメージ化されるように、前記第１の面と前記第２の面との間に配置されたスーパーレンズ素子（１１０）
とを備える、集積回路装置（１０２）。
【００３０】
２．前記スーパーレンズ素子（１１０）が、（ａ）前記光信号の波長において負の誘電率を示す高導電性金属薄膜と、（ｂ）前記波長において負の有効透過率と負の有効誘電率とのちの少なくとも１つを示すメタマテリアルと、のうちの一方を備える、前項１に記載の集積回路装置。
【００３１】
３．前記第１の面（１０５）と前記第２の面（１０７）とが、前記光信号の波長よりも短い距離だけ離されている、前項１又は２に記載の集積回路装置。
【００３２】
４．前記放射アパーチャ（１０９）が、（ａ）前記第１の集積回路層に関連付けられた電気的に駆動される光源と、（ｂ）前記第１の集積回路層内の受動的横方向光導波路の垂直方向のマイクロ結合位置と、のうちの一方に関連付けられている、前項１乃至３のいずれか１項に記載の集積回路装置。
【００３３】
５．前記放射アパーチャ（１０９）が第１の放射アパーチャであり、前記受信アパーチャ（１１３）が第１の受信アパーチャであり、
前記第１の放射アパーチャを含む前記第１の面上の第１の複数の放射アパーチャ（１０９）であって、第１の複数の光信号を放射し、該光信号の最短波長よりも短い距離だけ離間された、第１の複数の放射アパーチャと、
前記第１の受信アパーチャを含む前記第２の面上の、対応する第１の複数の受信アパーチャ（１１３）であって、前記最短波長よりも短い距離だけ離間された、第１の複数の受信アパーチャ
とを更に備え、
前記第１の複数の受信アパーチャが、前記スーパーレンズ素子（１１０）による前記第１の複数の放射アパーチャのイメージ化に起因して最小のクロストークの状態で、前記第１の複数の光信号を受け取ることからなる、前項１乃至４のいずれか１項に記載の集積回路装置。
【００３４】
６．第１の光信号が放射される第１の放射アパーチャ（５０９）を含む第１の面（５０５）を有する第１の集積回路層（５０４）と、
前記第１の面に面した第２の面（５０７）を有する第２の集積回路層（５０６）であって、該第２の面が第１の受信アパーチャ（５１３）を含むことからなる、第２の集積回路層と、
前記第１の光信号が前記第１の受信アパーチャ（５１３）に受け取られるように、前記第１の放射アパーチャ（５０９）を、前記第１の受信アパーチャ（５１３）上にサブ波長イメージ化させるための手段
とを備える、装置（５０２）。
【００３５】
７．前記第１の放射アパーチャ（５０９）と前記第１の受信アパーチャ（５１３）とが、それぞれ、前記第１の光信号の波長よりも小さく、
前記サブ波長イメージ化させる手段が、前記第１の面と前記第２の面との間に配置されたスーパーレンズ素子（５１０）を含むことからなる、前項６に記載の装置。
【００３６】
８．前記スーパーレンズ素子（１１０）が、（ａ）前記光信号の波長において負の誘電率を示す高導電性金属薄膜と、（ｂ）前記波長において負の有効透過率と負の有効誘電率とのうちの少なくとも１つを示すメタマテリアルと、のうちの一方を含む、前項６又は７に記載の装置。
【００３７】
９．集積回路層の垂直方向の構成を含む光電子集積回路装置（１０２）内において、その第１の集積回路層（１０４，４０４）と、その第２の集積回路層（１０６，４０６）との間において光信号を結合させるための方法であって、該第１の集積回路層と該第２の集積回路層との間に配置されたスーパーレンズ素子（１１０，４１０）を介して該光信号を投射することを含むことからなる、方法。
【００３８】
１０．前記光信号が、前記第１の集積回路層（４０４）の送信面上の放射アパーチャ（４０９）から放射され、前記第２の集積回路層（４０６）の受信面上の受信アパーチャ（４１３）において受け取られ、各スーパーレンズ素子によって形成された、放射アパーチャの実像（４２２）が、後続するスーパーレンズ素子によって前記受信面の前記受信アパーチャ（４１３）上に再形成されるように配置された少なくとも１つの追加的なスーパーレンズ素子（４１６）を介して該光信号を投射することを更に含むことからなる、前項９に記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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