(57)【要約】      （修正有）【課題】ドープ領域の電圧または電流を印加することにより、コヒーレント光を変調するグレーティング型光送信機を提供する。【解決手段】正面変調型グレーティングレーザ素子６６１は、第１の反射器６６６と第２の反射器６７４とに囲まれた干渉領域（共振器）６７０を有する。レーザ素子６６１は、干渉領域６７０の上部に形成されたグレーティング領域６８０をさらに備え、第１の電極６９１と第２の電極６９２と第３の電極６９３の３つの電極を含む。３つの電極同士の相対的な電界を変化させることによって干渉領域６７０内の電荷キャリアの量が調整される。その結果、干渉領域６７０内で生成される光子の量が調整されることにより、光は第１の方向に共振し、第１の方向とは異なる第２の方向に沿って放出される。【選択図】図６Ａ
2015165567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光送信機であって、
第１の反射器領域と第２の反射器領域との間に、第１の方向に沿って形成された干渉領域と、
前記干渉領域に電気的に結合された第１の電極および第２の電極と、
前記干渉領域に電気的に結合された第３の電極と、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電界を印加して電荷キャリアを注入することによって、前記第１の電極および前記第２の電極は、前記干渉領域内で光を生成し、
（ｉ）前記第１の電極と前記第３の電極との間、または、（ｉｉ）前記第２の電極と前記第３の電極との間に電界を印加することにより、前記第３の電極は、前記干渉領域内の電荷キャリア密度を調整し、
生成された前記光は、前記第１の方向に共振し、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って放出される、
光送信機。
【請求項２】
前記干渉領域に結合され、前記干渉領域から出た光を前記第２の方向に沿って導くグレーティング領域をさらに備える、請求項１に記載の光送信機。
【請求項３】
前記第２の方向は、前記第１の方向と略垂直である、請求項１に記載の光送信機。
【請求項４】
前記干渉領域は、少なくとも２つの異なる材料層を含み、
前記第１の電極と前記第３の電極とは、前記干渉領域の前記異なる材料層にそれぞれ物理的に接触している、
請求項１に記載の光送信機。
【請求項５】
前記第３の電極と前記干渉領域との間には誘電体層が形成され、
前記第３の電極は、容量効果によって前記干渉領域内で再結合される電荷キャリアの量を調整する、
請求項１に記載の光送信機。
【請求項６】
前記第１の反射器領域または前記第２の反射器領域は、コーナーミラー、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）ミラー、分散型ミラー、導波路ループミラー、および、金属層のうちの１つを含む、
請求項１に記載の光送信機。
【請求項７】
前記第１の電極、前記第２の電極、または、前記第３の電極は、導電層およびドープ半導体領域を含む、
請求項１に記載の光送信機。
【請求項８】
前記第３の電極には、少なくとも２つの異なる電圧レベルが順に印加されることにより、前記干渉領域内で再結合される電荷キャリアの量と、出射光のパワーレベルとが調整される、
請求項１に記載の光送信機。
【請求項９】
前記グレーティング領域のグレーティング周期は、前記干渉領域内の光の干渉周期と略一致する、
請求項２に記載の光送信機。
【請求項１０】
前記グレーティング領域のグレーティングは、前記干渉領域内の光の同相の波腹の位置が、前記グレーティングの凹部または凸部の位置と略一致するような格子ベクトルを有する、
請求項２に記載の光送信機。
【請求項１１】
前記干渉領域の実効屈折率は、前記グレーティング領域の実効屈折率より低い、
請求項２に記載の光送信機。
【請求項１２】
前記第３の電極と物理的に接触している前記干渉領域の少なくとも一部は、前記グレーティング領域と重ならない、
請求項２に記載の光送信機。
【請求項１３】
前記第３の電極の少なくとも一部は、前記グレーティング領域を介して発せられる光に対して透明である、
請求項２に記載の光送信機。
【請求項１４】
干渉領域と、前記干渉領域に少なくとも一部埋め込まれる光源領域とを形成するステップと、
前記干渉領域の少なくとも２つの対向端部に第１の反射器領域および第２の反射器領域を形成するステップと、
前記光源領域に電気的に結合された少なくとも３つの電極を形成し、前記３つの電極同士の相対的な電界を制御することにより、電荷キャリアの密度を制御するステップと、
を含む、光送信機を形成する方法であって、
前記電荷キャリアの再結合によって生成される光は、前記干渉領域内で第１の方向に共振し、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って前記干渉領域から放出される、
方法。
【請求項１５】
前記第１の反射器領域と前記第２の反射器領域との間の前記干渉領域にグレーティング領域を形成するステップをさらに含む、
請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グレーティングを用いた光結合に関する。
【背景技術】
【０００２】
光は、フォトニック集積回路内を伝播し、当該フォトニック集積回路に形成されたグレーティングを介して外部媒体に結合される。
【発明の概要】
【０００３】
本願明細書に記載された本発明の一側面によれば、フォトニック集積システムの１つ以上の能動および／または受動光学部品によって光が生成されるか、誘導されるか、処理されるか、あるいは、検出されうる。グレーティングは、フォトニック集積回路の干渉領域に形成されてよく、その場合、干渉領域は、１つ以上の反射器によって囲まれてよい。グレーティングのプロファイルと１つ以上の反射器によって生成された干渉パターンとを一致させることにより、光は、所定の角度で、フォトニック集積回路から出て外部媒体に入り、外部媒体から出てフォトニック集積回路に入ることができる。
【０００４】
一般的に、本願明細書に記載される主題の一側面は、光送信機によって具現化される。光送信機は、第１の反射器領域と第２の反射器領域との間に、第１の方向に沿って形成された干渉領域と、干渉領域に電気的に結合された第１の電極および第２の電極と、干渉領域に電気的に結合された第３の電極と、を備え、第１の電極と第２の電極との間に電界を印加して電荷キャリアを注入することによって、第１の電極および第２の電極は、干渉領域内で光を生成し、（ｉ）第１の電極と第３の電極との間、または、（ｉｉ）第２の電極と第３の電極との間に電界を印加することにより、第３の電極は、干渉領域内の電荷キャリア密度を調整し、生成された光は、第１の方向に共振し、第１の方向とは異なる第２の方向に沿って放出される。
【０００５】
これらの態様は、以下の特徴の１つ以上を任意で含みうる。干渉領域に結合され、干渉領域から出た光を第２の方向に沿って導くグレーティング領域をさらに備える。第２の方向は、第１の方向と略垂直である。干渉領域は、少なくとも２つの異なる材料層を含み、第１の電極と第３の電極とは、干渉領域の異なる層にそれぞれ物理的に接触している。例えば、異なる層は、ｎ型ドープＩｎＰ（リン化インジウム）層、および、ｐ型ドープＩｎＰ層を含む。第３の電極と干渉領域との間には誘電体層が形成され、第３の電極は、容量効果によって干渉領域内で再結合される電荷キャリアの量を調整する。第１の反射器領域または第２の反射器領域は、コーナーミラー、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）ミラー、分散型ミラー、導波路ループミラー、および、金属層のうちの１つを含む。第１の電極、第２の電極、または、第３の電極は、導電層およびドープ半導体領域を含む。第３の電極には、少なくとも２つの異なる電圧レベルが順に印加されることにより、干渉領域内で再結合される電荷キャリアの量と、出射光のパワーレベルとが調整される。
【０００６】
これらの態様は、以下の特徴の１つ以上を任意で含みうる。干渉領域の実効屈折率は、グレーティング領域の実効屈折率より低い。グレーティング領域のグレーティング周期は、干渉領域内の光の干渉周期と略一致する。グレーティングは、干渉領域内の光の同相の波腹の位置が、グレーティングの凹部または凸部の位置と略一致するような格子ベクトルを有する。第３の電極と物理的に接触している干渉領域の少なくとも一部は、グレーティング領域と重ならない。
【０００７】
これらの実施態様は、干渉領域および光源領域をまず形成することによって任意で実施されてよく、光源領域の少なくとも一部は、干渉領域内に埋め込まれてよい。干渉領域の少なくとも２つの対向端部に第１の反射器領域および第２の反射器領域を形成し、光源領域に電気的に結合された少なくとも３つの電極を形成し、３つの電極同士の相対的な電界を制御することにより、電荷キャリアの密度を制御する。電荷キャリアの再結合によって生成される光は、干渉領域内で第１の方向に共振し、第１の方向とは異なる第２の方向に沿って干渉領域から放出される。
【０００８】
好適な実施態様は、以下の特徴の１つ以上を含んでよい。光は、フォトニック集積回路内または外で、フォトニック集積回路内の光の伝播方向と略垂直な角度で結合されてよい。これによって、パッケージングコストおよび複雑さを低減することができる。干渉領域またはグレーティングは、電界、磁界、または、機械的動作を含む機構によって能動的に調整されることにより、干渉領域内での光の結合および生成される光の量を制御しうる。干渉領域は、波長の広い光を生成する活性材料に結合され、広い波長範囲から狭い波長範囲を選択するのに用いられうる。いくつかの実施態様では、３つの電極が用いられてよい。そのうちの２つは、主に電荷キャリアを注入するのに用いられ、他の１つは、干渉領域内に注入された電荷キャリアの位置および密度を調整するのに用いられてよい。
【０００９】
これらの実施態様は、対応するシステム、装置、および、コンピュータ記憶装置に実装された、方法のステップを実行するコンピュータプログラムを含む。１つ以上のコンピュータのシステムは、システムにインストールされたソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、または、それらの組合せによって構成され、システムに動作を実行させてよい。１つ以上のコンピュータプログラムは、データ処理装置によって実行される命令によって装置に動作を実行させてよい。
【００１０】
１つ以上の実施態様の詳細は、添付の図面および以下の発明を実施するための形態において説明する。他の潜在的な特徴および利点も明細書、図面、および、請求項から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】フォトニック集積回路の例を示すブロック図である。
【図１Ｂ】フォトカプラの例を示す。
【図１Ｃ】フォトカプラの例を示す。
【図１Ｄ】フォトカプラの例を示す。
【図２】干渉パターンの例を示す。
【図３Ａ】グレーティングパターンの例を示す。
【図３Ｂ】グレーティングパターンの例を示す。
【図３Ｃ】グレーティングパターンの例を示す。
【図３Ｄ】グレーティングパターンの例を示す。
【図３Ｅ】グレーティングパターンの例を示す。
【図４Ａ】光源と一体化したフォトカプラの例を示す。
【図４Ｂ】光源と一体化したフォトカプラの例を示す。
【図４Ｃ】光源と一体化したフォトカプラの例を示す。
【図４Ｄ】光源と一体化したフォトカプラの例を示す。
【図４Ｅ】光源と一体化したフォトカプラの例を示す。
【図４Ｆ】光源と一体化したフォトカプラの例を示す。
【図５Ａ】グレーティングレーザ素子のブロック図である。
【図５Ｂ】グレーティングレーザ素子のブロック図である。
【図５Ｃ】グレーティングレーザ素子のブロック図である。
【図５Ｄ】グレーティングレーザ素子のブロック図である。
【図５Ｅ】グレーティングレーザ素子のブロック図である。
【図５Ｆ】グレーティングレーザ素子のブロック図である。
【図５Ｇ】グレーティングレーザ素子のブロック図である。
【図５Ｈ】グレーティングレーザ素子のブロック図である。
【図５Ｉ】グレーティングレーザ素子のブロック図である。
【図５Ｊ】グレーティングレーザ素子のブロック図である。
【図５Ｋ】グレーティングレーザ素子のブロック図である。
【図６Ａ】正面変調型グレーティングレーザ素子の例を示す。
【図６Ｂ】正面変調型グレーティングレーザ素子の例を示す。
【図６Ｃ】正面変調型グレーティングレーザ素子の例を示す。
【図６Ｄ】正面変調型グレーティングレーザ素子の例を示す。
【図６Ｅ】正面変調型グレーティングレーザ素子の例を示す。
【図６Ｆ】正面変調型グレーティングレーザ素子の例を示す。
【図６Ｇ】正面変調型グレーティングレーザ素子の例を示す。
【図７Ａ】背面変調型グレーティングレーザ素子の例を示す。
【図７Ｂ】背面変調型グレーティングレーザ素子の例を示す。
【図７Ｃ】背面変調型グレーティングレーザ素子の例を示す。
【図８Ａ】光検出器と一体化したフォトカプラの例を示す。
【図８Ｂ】光検出器と一体化したフォトカプラの例を示す。
【図８Ｃ】光検出器と一体化したフォトカプラの例を示す。
【図９】ｐｎ接合を集積化したフォトカプラの例を示す。
【図１０Ａ】複数の出力経路を有するフォトカプラの例を示す。
【図１０Ｂ】複数の出力経路を有するフォトカプラの例を示す。
【図１１】パッケージングのためのフォトカプラの例を示す。
【図１２Ａ】ミラーの例を示す。
【図１２Ｂ】ミラーの例を示す。
【図１２Ｃ】ミラーの例を示す。
【図１２Ｄ】ミラーの例を示す。
【図１２Ｅ】ミラーの例を示す。
【図１３】フォトカプラを設計するフローチャートの例を示す。
【図１４】フォトカプラを製造するフローチャートの例を示す。
【図１５】３つの電極を有するグレーティング型光送信機を製造するフローチャートの例を示す。
【００１２】
異なる図面での同様の参照符号および記号は同様の構成要素を示す。図面に示されたさまざまな実施態様は例示にすぎず、必ずしも共通の尺度で描かれていないことを理解されたい。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１Ａは、フォトニック集積回路１００の例を示すブロック図であり、このフォトニック集積回路１００は、出入りする光の結合を可能にするグレーティング型フォトカプラを含む。一般的に、略垂直放射モードの光と結合させるフォトカプラは、表面発光／受光型光電子デバイスのインターフェースとして有用であり、パッケージングのコストを減らし、オフノーマルであることによる複雑さを低減することができる。
【００１４】
フォトニック集積回路１００は、基板１１６上で組み立てられる１つ以上の光学部品を含む。光学部品は、導波路１０２、第１の反射器領域１０６、干渉領域１１０、第２の反射器領域１１４、および、グレーティング領域１２０を含む。基板１１６は、フォトニック集積回路を製造するのに適していればいかなるタイプのものでもよい。例えば、基板１１６は、シリコンウェハ、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェハ、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）またはリン化インジウム（ＩｎＰ）ウェハなどのＩＩＩ−Ｖ族半導体、あるいは、ガラスウェハであってよい。他の例としては、基板１１６は、電子集積回路に堆積された受動または能動材料層であってよい。他の例としては、基板１１６は、他のフォトニック集積回路に堆積された受動または能動材料層であってよい。
【００１５】
一般的に、導波路領域１０２は、光を特定の方向に導くよう、１つ以上の次元に光を閉じ込める。いくつかの実施態様では、導波路領域１０２は、光を一次元に閉じ込めてよい。例えば、導波路領域１０２は、ｚ方向に光を閉じ込めるスラブ導波路であってよい。いくつかの実施態様では、導波路領域１０２は、二次元に光を閉じ込めうる。例えば、導波路１０２は、矢印１２２で示されるようなｘ方向に光が伝播するように、ｙおよびｚ方向に光を閉じ込めるリブ導波路またはチャネル導波路であってよい。本願明細書中で用いられる「ｘ方向に」という表現およびその派生語は、双方向（±方向）、または、一方向（＋ｘまたは−ｘ）を示してよい。さらに、ｘ軸に沿って配置されたマルチモードファイバ内を光が進むとき、光の一部はファイバ内をジグザグに進むが、光全体の方向としてはｘ軸に沿っているものとみなしてよい。
【００１６】
一般的に、第１の反射器領域１０６および第２の反射器領域１１４は、入射光を反射する。例えば、導波路領域１０２内の光がインターフェース１０４に入射すると、光の一部は反射されて導波路領域１０２に戻り、残りの光は、第１の反射器領域１０６に透過されうる。同様に、第１の反射器領域１０６内の光がインターフェース１０８に入射すると、光の一部は反射され、残りの光は、干渉領域１１０に透過されうる。同様にまた、干渉領域１１０内の光がインターフェース１１２に入射すると、光の一部は反射され、残りの光は、第２の反射器領域１１４に透過されうる。いくつかの実施態様では、反射器は、異なる屈折率を有する２つの媒体の間のインターフェースであってよい。反射器は、設計次第でほぼ０パーセントからほぼ１００パーセントの範囲で光を反射してよい。いくつかの実施態様では、第１の反射器領域１０６または第２の反射器領域１１４は、高い反射率を有してよい。例えば、第２の反射器領域１１４は、アルミニウムなどの金属でコーティングされることにより高い反射率を有しうる。他の例としては、光は、臨界角を超えて第２の反射器領域１１４に入射するが、その場合、光は、全反射で反射されうる。他の例としては、第２の反射器領域１１４は、さまざまな波長で高反射率をもたらすブラッグ反射器であってよい。他の例としては、第１の反射器領域１０６は、導波路領域１０２と干渉領域１１０とを分離する１つまたは複数のスリットを有してよい。他の例としては、第１の反射器領域１０６は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）構造を有してよい。他の例としては、第１の反射器領域１０６は、ｘ方向に複数の高／低屈折率構造を有することによって、干渉領域の波長に依存する光位相を補償し、かつ、動作帯域を広げることができる異常分散型ミラーであってよい。
【００１７】
いくつかの実施態様では、第１の反射器領域１０６または第２の反射器領域１１４は、一部透過し、一部反射してもよい。例えば、第１の反射器領域１０６は、（ｉ）特定の反射率で入射光の一部を反射し、（ｉｉ）入射光の残りの部分を透過してよい。例えば、対応する反射器領域における導波路領域１０２の材料より低い屈折率を有する誘電物質を堆積することによって、部分的に反射する反射器が実現される。反射光と透過光とのパーセンテージは、フレネルの式を用いて計算してよい。
【００１８】
一般的に、干渉領域１１０は、導波路領域１０２と第２の反射器領域１１４との間で定義される共振器長ＬＣａｖｉｔｙを有する共振器として動作してよい。いくつかの実施態様では、第１の反射器領域１０６は、導波路領域１０２と干渉領域１１０との間に形成されてよい。その場合、ＬＣａｖｉｔｙは、第１の反射器領域１０６と第２の反射器領域１１４と間の長さとして定義されてよい。いくつかの実施態様では、導波路領域１０２の実効屈折率は、干渉領域１１０の実効屈折率と略等しくてよい。例えば、導波路領域１０２および干渉領域１１０は、ｙ−ｚ方向の断面積が同じであるシリコンで形成されてよい。この場合、導波路領域１０２の実効屈折率は、干渉領域１１０の実効屈折率と等しくなる。他の例としては、導波路領域１０２および干渉領域１１０はいずれもシリコンで形成されてよいが、ｙ−ｚ方向の断面積が異なる。その場合、導波路領域１０２の実効屈折率と干渉領域１１０の実効屈折率とは異なってよい。この場合、実効屈折率の差によって生じる、例えば光損失のような性能低下が対象とする用途にとって許容範囲内である限り、導波路領域１０２の実効屈折率は、干渉領域１１０の実効屈折率と略等しいものとして扱われてよい。
【００１９】
干渉領域１１０は、入射光および反射された入射光によって形成された干渉光を閉じ込める。例えば、第１の反射器領域１０６と第２の反射器領域１１４との間の干渉領域１１０内に定常波パターンが形成されてよい。干渉領域１１０内で干渉を形成するには、第１の反射器領域１０６から第２の反射器領域１１４までの第１の経路内で全減衰せずに、光が第２の反射器領域１１４に到達して反射されるように、共振器長ＬＣａｖｉｔｙと、グレーティング領域１２０のパラメータとを選択する。いくつかの実施態様では、閉じ込めは部分的な閉じ込めであってよく、干渉光の一部は、第１の反射器領域１０６を透過してから導波路領域１０２に戻る、および／または、干渉光の一部は、第２の反射器領域１１４を透過する。入射光および反射された入射光によって形成された干渉光については、図２を参照して詳しく説明する。
【００２０】
いくつかの実施態様では、干渉領域１１０の光路長は、導波光の波長より長くてよい。いくつかの実施態様では、干渉領域１１０の光路長は、導波光の波長より短くてよい。例えば、０．４μｍの共振器長および３．４５の屈折率を有するシリコンからなる干渉領域１１０は、０．４μｍ×３．４５＝１．３８μｍの光路長を有することになる。導波光の波長が１．５５μｍの場合、干渉領域１１０の光路長は、導波光の波長より短くなる。この場合、波長が１．５５μｍの光は、干渉領域１１０に閉じ込められた（一部閉じ込められた）光のエバネッセント電界を介してグレーティング領域１２０に結合されてよい。
【００２１】
一般的に、グレーティング長ＬＧｒａｔｉｎｇを有するグレーティング領域１２０は、フォトニック集積回路１００における光の少なくとも一部と外部媒体１３０とを結合させるか、あるいは、外部媒体１３０からの光の少なくとも一部をフォトニック集積回路１１０に結合させる。
【００２２】
いくつかの実施態様では、グレーティング長ＬＧｒａｔｉｎｇは、共振器長ＬＣａｖｉｔｙより短くてよい。他のいくつかの実施態様では、グレーティング長ＬＧｒａｔｉｎｇは、共振器長ＬＣａｖｉｔｙと等しくてよい。他のいくつかの実施態様では、グレーティング長ＬＧｒａｔｉｎｇは、共振器長ＬＣａｖｉｔｙより長くてよい。例えば、グレーティング領域１２０は、干渉領域１１０に形成されてよいが、その一部は導波路領域１０２、および／または、第１の反射器領域１０６、および／または、第２の反射器領域１１４にまで達してよい。本願明細書で使用されている、「グレーティングが領域に形成される」とは、グレーティングが領域上に形成される、または、グレーティングが少なくとも一部領域内に埋め込まれることを意味する。例えば、グレーティングは、グレーティングが配置される領域をエッチングすることにより形成されてよい。
【００２３】
いくつかの実施態様では、干渉領域１１０およびグレーティング領域１２０は、同じ材料組成を有してよい。例えば、グレーティング領域１２０は、干渉領域１１０の表面に直接グレーティングパターンをエッチングすることにより形成されてよい。いくつかの他の実施態様では、干渉領域とグレーティング領域とは、異なる材料組成を有してよい。例えば、シリコンベースの干渉領域１１０の表面に二酸化ケイ素を堆積させることによって、グレーティング領域１２０を形成してよい。そして、二酸化ケイ素の表面にグレーティングパターンをエッチングすることによって、酸化物グレーティングを形成してよい。他の例としては、干渉領域１１０の表面に金属を堆積させてグレーティング領域１２０を形成し、その後エッチングして金属グレーティングを形成してよい。他の例としては、屈折率の低い干渉領域１１０の表面に屈折率の高い材料を堆積させることにより、グレーティング領域１２０を形成してよい。その結果、光学モードをグレーティング側に引き寄せることによって、グレーティング性能を高めることができる。屈折率が低い材料は、例えば、ＩｎＰであってよく、屈折率の高い材料は、例えば、シリコン（Ｓｉ）であってよい。
【００２４】
一般的に、グレーティング領域１２０は、第１の方向に伝播する光を、第１の方向とは異なる第２の方向に向け直す。いくつかの実施態様では、グレーティング領域１２０は、第１の方向に伝播する光を、第１の方向と略垂直である第２の方向に向け直してよい。例えば、グレーティング領域１２０のグレーティング周期を干渉領域１１０内の定常波パターンの干渉周期に略一致させることにより、グレーティング領域１２０は、導波路領域１０２内を矢印１２２で示されるようなｘ方向に伝播する光を、矢印１２３で示されるようなｚ方向である垂直方向に向け直す。本願明細書にて用いている「略一致」という表現は、不一致によって生じる光損失などの性能の低下が、対象とする用途にとって許容範囲内であることを示す。許容範囲内とは、一桁以内であってよい。いくつかの他の実施態様では、グレーティング領域１２０は、第１の方向に伝播する光を、第１の方向と略垂直でない第２の方向に向け直してよい。本願明細書中にて用いられている「略垂直」という表現は、対象とする用途にとって許容範囲内である、９０度プラス誤差の角度を意味する。
【００２５】
外部媒体１３０は、光を透過、誘導、検出、または、生成できるいかなる媒体でもよい。例えば、外部媒体１３０は、光ファイバであってよい。他の例としては、外部媒体１３０は、光検出器であってよい。他の例としては、外部媒体１３０は、光源であってよい。いくつかの他の実施態様では、グレーティング領域１２０と外部媒体１３０との間にクラッディング１２４が形成されてよい。クラッディング１２４は、フォトニック集積回路１００を保護するため、あるいは、グレーティング領域１２０と外部媒体１３０との間に特定の距離を設けるために形成されてよい。いくつかの実施態様では、グレーティング領域１２０から発せられた光の断面モードプロファイルは、グレーティング領域１２０から発せられた光を受けるように構成された外部媒体１３０の断面モードプロファイルと略一致するよう設計されてよい。例えば、グレーティング領域１２０から発せられた光のｘ−ｙ方向における断面モードプロファイルは、単一モードファイバのｘ−ｙ方向における断面モードプロファイルと略一致するよう設計されてよい。
【００２６】
図１Ｂは、フォトニック集積回路１００に実装されうるフォトカプラ１０１の例を示す。フォトカプラ１０１は、本願明細書を通じて記載されている他のフォトニック集積回路のいずれか、あるいは、本願明細書に記載されていない他のフォトニック集積回路にも実装されうる。
【００２７】
フォトカプラ１０１は、干渉領域１１０とグレーティング領域１２０とを含む。グレーティング領域１２０は、グレーティング長ＬＧｒａｔｉｎｇを有するグレーティングを形成する凹部１１８および凸部１２６を含む。グレーティングの凸部１２６と凹部１１８との高差によってグレーティングの高さが決まる。波の伝播方向に沿ったグレーティングの凸部の幅と凹部の幅との合計に対する凸部の幅の比率によってグレーティングのデューティサイクルが決まる。グレーティングの凸部の幅と凹部の幅との合計によって、グレーティングの周期が決まる。グレーティングの高さ、デューティサイクル、周期、形状、グレーティングを覆うクラッディング、または、それらの組合せを調整することによって、グレーティング領域１２０による発光／受光の指向性およびファーフィールド角度を決めることができる。例えば、グレーティングの高さおよびデューティサイクルは、光の指向性を最適化することによって修正しうる。他の例としては、グレーティングの周期およびデューティサイクルを調整することによって、対象とする用途にとって最適となりうる所望のファーフィールド角度にすることもできる。
【００２８】
いくつかの実施態様では、グレーティングの凸部の高さは、第１の反射器領域１０６、および／または、第２の反射器領域１１４の高さより高くてよい。例えば、第１の反射器領域１０６、干渉領域１１０、および、第２の反射器領域１１４は、研磨によって平坦化されてよく、その後、その平坦化された表面に他の金属層を堆積させることにより、パターニングおよびエッチングによってグレーティング領域１２０を形成することもできる。
【００２９】
いくつかの他の実施態様では、グレーティングの凹部の高さは、第１の反射器領域１０６、および／または、第２の反射器領域１１４の高さより低くてよい。図１Ｃは、フォトカプラ１０３の例を示す。この例では、グレーティングの凹部１１９の高さは、第１の反射器領域１０６および第２の反射器領域１１４の高さより低くなっている。例えば、第１の反射器領域１０６、干渉領域１１０、および、第２の反射器領域１１４を研磨によって平坦化し、その後、干渉領域１１０をパターニングおよびエッチングすることによって、平坦化した表面にグレーティング領域１２０を形成してよい。フォトカプラ１０３は、フォトニック集積回路１００に実装されてよい。フォトカプラ１０３は、本願明細書中に記載されている他のフォトニック集積回路のいずれか、あるいは、本願明細書には記載されていない他のフォトニック集積回路に実装されてよい。
【００３０】
図１Ｄは、導波路領域１０２、干渉領域１１０、グレーティング領域１２０、および、第２の反射器領域１１４を含み、第１の反射器領域１０６は含まないフォトカプラ１０５の例を示す。導波路領域１０２と干渉領域１１０との境界１３０を点線で示しているが、これは、いくつかの実施態様では、導波路領域１０２と干渉領域１１０とが同じ材料でできているか、または、略同一の実効屈折率を有するからである。
【００３１】
干渉領域１１０内で光が一巡した後に減衰してしきい値を下回る場合、フォトカプラ１０５は、第１の反射器領域１０６を含まない。例えば、第２の反射器領域１１４に入射する順方向の光と、第２の反射器領域１１４によって反射された逆方向の光との干渉により、干渉領域１１０には定常波が生じうる。定常波は、導波路領域１０２と干渉領域１１０との境界１３０近くで小さくなりうる。なぜなら、第２の反射器領域１１４によって反射された光は、境界１３０を過ぎると減衰してしきい値を下回るからである。しきい値は、例えば、初期入射光パワーの１０％未満であってよい。グレーティング領域１２０のグレーティングパターンと干渉領域１１０の定常波パターンとを略一致させることによって、第１の反射器領域１０６がなくても、フォトカプラ１０５を用いて、第１の方向に伝播する光を、第１の方向とは異なる第２の方向に向け直すことができる。例えば、フォトカプラ１０５は、第１の方向と略垂直な第２の方向に光を向け直すのに用いることもできる。いくつかの実施態様では、光が干渉領域１１０で一巡した後に減衰してしきい値を下まわった場合、第１の反射器領域１０６がなくても、フォトカプラ１０５によって効率よく入射光の方向を変えることができる。いくつかの実施態様では、第１の反射器領域１０６を用いずに効率を高く保つべく、グレーティング領域１２０によって一巡の間に光を十分減衰させる必要がある。例えば、グレーティング長ＬＧｒａｔｉｎｇは、境界１３０に達する前に十分な一巡減衰を達成できる長さであることが必要である。
【００３２】
図２は、干渉領域内の定常波２０５の干渉周期と略一致する干渉パターン２０７の例を示す。図２の構成は、本願明細書中に記載されたフォトカプラのいずれにも適用できる。一般的に、往復の位相ずれは、光が一巡伝播することによって生じる位相ずれと、反射器によってもたらされる位相ずれとの合計になる。説明を簡単にすべく、反射器によってもたらされる位相ずれをゼロと仮定することにより、「往復の位相ずれ＝２ｍΠ」は、「一巡の位相ずれ＝２ｍΠ」として考えてよい（ｍは整数）。いくつかの実施態様では、導波路を伝播する光は、二次元に閉じ込めてよい。例えば、図１Ａを参照すると、導波路領域１０２を伝播する光は、ｙおよびｚ方向に閉じ込められる。光が干渉領域に入射すると、導波路での閉じ込めが弱まり、光波のように干渉領域を伝播しうる。例えば、干渉領域１１０は、ｚ方向に光をしっかり閉じ込め、ｙ方向の閉じ込めは緩くするよう設計されてよい。光波が反射器２１１に到達し、反射され、順方向に伝播する波２０１と逆方向に伝播する波２０３との干渉によって、干渉領域内にｄ１の周期を有する定常波パターン２０５が形成されてよい。
【００３３】
いくつかの実施態様では、グレーティングパターン２０７は、定常波パターン２０５と略一致するよう設計されてよい。定常波パターンと一致させることによって、グレーティングパターン２０７は、光学アンテナとして機能し、光が干渉領域を出るのに最も有効な手段となりうる。それぞれのグレーティング構造は、光を光波として発するように機能し、個々のグレーティング構造から発せられるすべての光波の波頭を結合させて、損失なく垂直方向に伝播する平面波とする。例えば、理想的な一致のための理論的条件は、ｄ２＝２×ｄ１であってよい。
【００３４】
干渉領域およびグレーティング構造の材料品質および物理的寸法に基づき、干渉領域内の共振状態に対して、対応する位相ずれと共に一巡減衰係数αが計算されてよい。例えば、干渉領域は、導波光に対して特定の吸収係数を有する材料から形成されてよく、このことは、一巡減衰係数に寄与しうる。他の例としては、光は、伝播する間にグレーティング領域から発せられてよく、このことも、一巡減衰係数に寄与する。一般的に、光は、干渉領域を一巡した後に（すなわち、境界２１３から反射器２１１へと順方向伝播し、反射器２１１から境界２１３へと逆方向伝播した後に）一巡減衰係数にしたがって減衰する。本願明細書中で用いられる「一巡減衰係数α」とは、一巡して減衰した後の残りの光パワーと、初期の光パワーとの比率を指す。
【００３５】
いくつかの実施態様では、背面反射による損失を実質的に抑制すべく、反射器領域（例えば第１の反射器領域１０６）が境界２１３に配置されてよく、その場合、境界２１３における反射器領域の反射率は、一巡減衰係数αと略一致する。境界２１３における反射器領域の反射率をαと略一致させることによって、境界２１３によって反射されて（２１３の左側の）入射光源に戻った（２１３の左側からの）光と、境界２１３を透過して（２１３の左側の）入射光源に戻った（２１３の右側からの）光とは、数回の通過の後に弱めあう干渉によって相殺される。つまり、最初の入射光（２１３の左側から２１３と２１１との間の領域に入射する光）のほぼすべてのパワーが２１３と２１１との間の領域に伝達される。いくつかの実施態様では、一巡減衰係数αは、ほぼゼロでよい。その場合、境界２１３における対応する反射率ｒはゼロに設定され、図１Ｄに示されるような第１の反射器領域１０６を含まないフォトカプラ１０５に対応しうる。いくつかの実施態様では、境界２１３における反射率ｒが反射器２１１の反射率（例えばほぼゼロ）と同じ高さに設定されることにより、ｘ方向での有効な閉じ込めが可能な共振器を形成することができ、この共振器は、ｚ方向など他の方向を介しての光の出入りを許容する。
【００３６】
いくつかの実施態様では、性能に影響する非理想的要因も存在しうる。例えば、干渉領域にグレーティング領域をエッチングすることにより実効屈折率が変化しうる。他の例としては、エッチング工程でグレーティングの凸部から凹部までの直線を形成しなくてよい。理論的な一致条件がｄ２＝２ｄ１である一方で、現実に実装するにあたっては、正確な条件からのわずかな逸脱も予想されうる。このような逸脱によってフォトカプラの機能性が変わることはないが、効率性に影響する場合もある。しかしながら、理想的な条件からの適度な逸脱は、本開示の範囲内であり、それによって影響された効率性も対象とする用途にとって許容範囲内である。フォトカプラを製造、検査、再設計する工程を繰り返し行うことによってこの問題は改善しうる。
【００３７】
図３Ａは、ｘ−ｙ方向の平面におけるグレーティングパターン３３１の例を示す。図３Ａに示される構成は、本願明細書中に記載されるフォトカプラのいずれにも適用できる。グレーティングパターン３３１は、ｘ方向に沿った一次元グレーティング構造３０１ａ−ｎおよび３０３ａ−ｎからなるアレイを含む（ｎは１より大きい整数）。いくつかの実施態様では、グレーティング構造３０１ａ−ｎと３０３ａ−ｎとは、異なる材料によって形成されてよい。例えば、グレーティング構造３０１ａ−ｎは、シリコンから形成され、グレーティング構造３０３ａ−ｎは、ＩｎＰによって形成されてよい。他の例としては、グレーティング構造３０３ａ−ｎは、外部媒体からの光を干渉領域に結合する表面プラズモン効果を生じさせる金属層を含んでよい。３０１ａ、３０３ａ、３０１ｂ、３０３ｂ、、、３０１ｎ、および、３０３ｎの配列によってグレーティング領域にグレーティングが形成される。
【００３８】
図３Ｂは、ｘ−ｙ方向の平面におけるグレーティングパターン３３２の例を示す。図３Ｂに示される構成は、本願明細書中に記載されるフォトカプラのいずれにも適用できる。グレーティングパターン３３２は、ｘ方向に沿った一次元グレーティング構造３０５ａ−ｎからなるアレイを含む（ｎは１より大きい整数）。いくつかの実施態様では、グレーティング構造３０５ａ−ｎは、グレーティングの凸部であってよい。いくつかの他の実施態様では、グレーティング構造３０５ａ−ｎは、グレーティングの凹部であってよい。３０５ａ、３０５ｂ、、、３０５ｎの配列によってグレーティング領域にグレーティングが形成される。
【００３９】
図３Ｃは、ｘ−ｙ方向の平面におけるグレーティングパターン３３３の例を示す。図３Ｃに示される構成は、本願明細書中に記載されるフォトカプラのいずれにも適用できる。グレーティングパターン３３３は、二次元の矩形グレーティング構造のアレイを含み、３０７ａ〜３０７ｎはｘ方向に沿い、３０７ａ〜３０７ｋはｙ方向に沿って並べられている。いくつかの実施態様では、矩形グレーティング構造３０７ａは、グレーティングの凸部であってよい。いくつかの他の実施態様では、矩形グレーティング構造３０７ａは、グレーティングの凹部であってよい。いくつかの実施形態では、矩形グレーティング構造３０７ａは、層３０８の材料と同じであるシリコンなどで形成されてよい。いくつかの実施態様では、矩形グレーティング構造３０７ａは、層３０８とは異なる材料で形成されてよい。例えば、矩形グレーティング構造３０７ａは、シリコンで形成され、層３０８は、ＩｎＰによって形成されてよい。いくつかの実施態様では、矩形グレーティング構造３０７ａは、四角形または非四角形、あるいは、それらを組み合わせた構造であってよい。ｘ−ｙ平面上に矩形グレーティング構造３０７ａ−ｎおよび３０７ａ−ｋを配列することにより、グレーティング領域にグレーティングが形成される。いくつかの実施形態では、ｘ方向３２１に沿ったグレーティングの周期と、ｙ方向３２２に沿ったグレーティングの周期とは、ｘおよびｙ方向それぞれにおける層３０８の干渉パターンと略一致する。
【００４０】
図３Ｄは、ｘ−ｙ方向の平面におけるグレーティングパターン３３４の例を示す。図３Ｄに示される構成は、本願明細書中に記載されるフォトカプラのいずれにも適用できる。グレーティングパターン３３４は、２次元の任意の形状のグレーティング構造３０９ａ〜３０９ｎからなるアレイを含む（ｎは１より大きい整数）。いくつかの実施態様では、任意の形状のグレーティング構造３０９ａは、グレーティングの凸部であってよい。いくつかの他の実施態様では、任意の形状のグレーティング構造３０９ａは、グレーティングの凹部であってよい。いくつかの実施態様では、任意の形状のグレーティング構造３０９ａは、層３１０とは異なる材料で形成されてよい。例えば、任意の形状のグレーティング構造３０９ａは、二酸化ケイ素で形成されてよく、層３０８は、シリコンで形成されてよい。いくつかの実施態様では、任意の形状のグレーティング構造３０９ａは、三角形、または、楕円形、あるいは、異なる形状を組み合わせたものであってよい。ｘ−ｙ平面に任意の形状のグレーティング構造３０９ａ−ｎを配列することによってグレーティング領域にグレーティングが形成される。
【００４１】
図３Ｅは、ｘ−ｙ方向の平面におけるグレーティングパターン３３５の例を示す。図３Ｅに示される構成は、本願明細書中に記載されるフォトカプラのいずれにも適用できる。グレーティングパターン３３５は、二次元の任意の形状のグレーティング構造３１３ａ〜３１３ｎからなるアレイを含む（ｎは１より大きい整数）。いくつかの実施態様では、任意の形状のグレーティング構造３１３ａ〜３１３ｎの形状は、いずれも数値解析を用いて決定されてよい。例えば、有限差分時間領域（ＦＤＴＤ）解析プログラムを用いて任意の形状の構造３１３ａ〜３１３ｎのそれぞれの形状を設計することにより、結合効率を最適化してよい。いくつかの実施態様では、任意の形状のグレーティング構造３１３ａ〜３１３ｎ同士の間隔は、数値解析を用いて決定されてよい。例えば、有限差分時間領域（ＦＤＴＤ）解析プログラムを用いて任意の形状の構造３１３ａ〜３１３ｎ同士の間隔を決定することにより、結合効率を最適化してよい。ｘ−ｙ平面に任意の形状のグレーティング構造３１３ａ−ｎを配列することによってグレーティング領域にグレーティングが形成される。
【００４２】
いくつかの実施態様では、図３Ｃ、３Ｄ、および、３Ｅに示された二次元グレーティングは、干渉領域の同相の波腹の位置がグレーティングの凹部および／または凸部の位置と略一致するよう設計された、（単位格子サイズおよび形状を定義する）格子ベクトルを有しうる。
【００４３】
図４Ａは、光源に形成されたグレーティング型フォトカプラを有するフォトニック集積回路４００の例を示す。フォトニック集積回路４００は、入射光を生成する光源領域４３０を含む。いくつかの実施態様では、光源領域４３０は、インコヒーレント光を生成してよい。例えば、ＩＩＩ−Ｖ族量子井戸または量子ドットレーザダイオードは、電荷キャリアと共に励起されるとインコヒーレント光を生成する活性材料の１つ以上の層を含んでよい。いくつかの実施態様では、インコヒーレント光は、自然放出によって干渉領域４１０に結合されてよい。いくつかの実施態様では、光源領域４３０からの光は、干渉領域４１０に結合された表面を除く他の表面によって閉じ込められてよい。
【００４４】
フォトカプラは、第１の反射器領域４０６、第２の反射器領域４１４、干渉領域４１０、および、グレーティング領域４２０を有する。第１の反射器領域４０６、第２の反射器領域４１４、干渉領域４１０、グレーティング領域４２０、および、グレーティング４１８の構造は、本願明細書を通じて記載される、例えば、図１Ａ〜３Ｅに示されたいかなる対応する構造によって実現されてよい。いくつかの実施態様では、干渉領域４１０およびグレーティング領域４２０は、シリコンまたはＩＩＩ−Ｖ族半導体で形成され、光源は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体で形成され、第１および第２の反射器領域４０６および４１４は、ＤＢＲ構造または金属コーティングを含む。
【００４５】
第１の反射器領域４０６および第２の反射器領域４１４は、矢印４３４で示されたような入射光の伝播方向とは反対の方向に入射光を反射する。干渉領域４１０は、第１の反射器領域４０６と第２の反射器領域４１４との間に形成され、光源領域４３０に結合される。干渉領域４１０は、（ｉ）光源領域４３０によって生成された光を第１の方向（図４Ａのｘ方向）に沿って伝播するように導き、（ｉｉ）第１の反射器領域４０６と第２の反射器領域４１４との間で反射された光によって形成された干渉光を閉じ込める。
【００４６】
光源領域４３０で生成された光の一部は、自然放射、または、他の適切な結合機構によって干渉領域４１０に結合されてよい。干渉領域４１０に結合された光は、矢印４３４で示すように、ｘ方向に共振しうる。図１Ａに示した動作と同様に、第１の反射器領域４０６および第２の反射器領域４１４は、定常波パターンが形成されうる干渉領域４１０内に共振器を形成する反射表面を提供する。干渉領域４１０は、固定の共振器長ＬＣａｖｉｔｙを有するので、定常波パターンは、特定の波長によってしか形成できない。したがって、干渉領域４１０は、波長フィルタとして機能しうる。いくつかの実施態様では、光源領域４３０によって生成されるインコヒーレント光は、干渉領域４１０では共振しない波長を除去することによって、干渉領域４１０においてコヒーレント光に変換されうる。
【００４７】
グレーティング領域４２０は、干渉光の少なくとも一部を閉じ込める領域に形成されたグレーティング４１８を含む。グレーティング４１８は、Ｘ方向と略垂直のＺ方向に光の一部を発する。いくつかの実施態様では、グレーティング４１８は、干渉領域４１０の定常波パターンと略一致するように設計され、かつ、グレーティング領域４２０に形成されてよい。定常波パターンを一致させることによって、グレーティング４１８は、光学アンテナとして機能し、光が干渉領域４１０を出るのに最も有効な手段となりうる。それぞれのグレーティング構造は、光を光波として発するように機能し、個々のグレーティング構造から発せられるすべての光波の波頭を結合させて、損失なくｚ方向に伝播する平面波とすることができる。
【００４８】
図４Ｂは、グレーティング型フォトカプラを有するフォトニック集積回路４０１の例を示す。この図では、光源領域４３１を干渉領域４１１に埋め込ませることによって干渉領域４１１に結合させている。光源領域は、ＧａＡｓとヒ化アルミニウムガリウム（ＧａＡｌＡｓ）との交互層、あるいは、ヒ化ガリウムインジウム（ＩｎＧａＡｓ）とＩｎＰとの交互層などの活性材料層を含む。インコヒーレントまたはコヒーレント光を生じる量子ドット、ワイヤ、井戸構造を形成する活性材料層の他の組合せも本開示の範囲内である。
【００４９】
干渉領域４１１は、第１の反射器領域４１６と第２の反射器領域４２４との間に形成される。第１の反射器領域４１６および第２の反射器領域４２４は、例えば、金属層または誘電体層で端面をコーティングするか、あるいは、ＤＢＲ構造を形成することによって設けられてよい。
【００５０】
干渉領域４１０の外側で光が生成される図４Ａの例と比較すると、図４Ｂでは、干渉領域４１１の内側で光が生成されている。生成された光は、干渉領域４１１内の第１の反射器領域４１６と第２の反射器領域４２４との間でｘ方向に共振し、それによってコヒーレント光が生成され、定常波パターンが形成される。グレーティング領域４２１は、定常波パターンと略一致するよう設計されてよい。その場合、コヒーレント光は、グレーティング領域４２１を介し、フォトニック集積回路４０１からｚ方向に発せられる。いくつかの実施態様では、基板４４０が支持層として用いられてよい。いくつかの実施態様では、基板４４０がＤＢＲ構造を有することにより、−ｚ方向に伝播する光をさらに減少させてよい。
【００５１】
図４Ｃは、光源に一体化されたグレーティング型フォトカプラを有するフォトニック集積回路４０３の例を示す。この例では、ｐｎ接合によって干渉光が制御される。フォトニック集積回路４０３は、光源領域４４１、ｐ型ドープ領域４４２、干渉領域４４３、ｎ型ドープ領域４４４、グレーティング領域４４５、第１の反射器領域４４６、および、第２の反射器領域４４８を含む。光源領域４４１、ｐ型ドープ領域４４２、干渉領域４４３、ｎ型ドープ領域４４４、グレーティング領域４４５、第１の反射器領域４４６、および、第２の反射器領域４４８の構造は、本願明細書を通じて記載される、例えば、図１Ａ〜３Ｅに示されたいかなる対応する構造によって実現されてよい。
【００５２】
図４Ａに示す構成と同様に、光源領域４４１でインコヒーレント光が生成され、その光の一部は、干渉領域４４３に結合される。結合された光は、干渉領域４４３内の第１の反射器領域４４６と第２の反射器領域４４８との間でｘ方向に共振することによって、定常波パターンが形成され、コヒーレント光が生成される。グレーティング領域４４５のグレーティングは、定常波パターンと略一致するよう設計されている。このグレーティング領域４４５の設計に基づき、コヒーレント光は、干渉領域４４３を介し、フォトニック集積回路４０３から＋ｚまたは−ｚ方向に発せられてよい。
【００５３】
いくつかの実施態様では、ｎ型ドープ領域４４４およびｐ型ドープ領域４４２にわたって電圧または電流を印加することによって、干渉領域４４３内に電界が形成されてよい。干渉領域４４３は、自由キャリアの生成、再結合、注入、または、減少によって、ｎ型ドープ領域４４４およびｐ型ドープ領域４４２にわたって電圧または電流を印加させることにより、異なる干渉パターンを形成してもよい。屈折率が変わることによって干渉パターンが変化する場合、干渉領域４４３は、レーザ光を発するのを停止するか、または、他のレーザ発振波長に対応しうる。したがって、ｎ型ドープ領域４４４およびｐ型ドープ領域４４２にわたって電圧または電流を印加することにより、波長調整可能なレーザ発振機構として機能を提供するか、あるいは、コヒーレント光を変調させることができる。
【００５４】
図４Ｄは、導波路領域を介して干渉領域に結合された光源を有するフォトニック集積回路４０５の例を示す。この例では、グレーティング型フォトカプラは、生成された光を放出する。フォトニック集積回路４０５は、光源領域４５０、導波路領域４５１、第１の反射器領域４５２、第２の反射器領域４５３、干渉領域４５４、および、グレーティング領域４５５を有する。光源領域４５０、導波路領域４５１、第１の反射器領域４５２、第２の反射器領域４５３、干渉領域４５４、および、グレーティング領域４５５の構造は、本願明細書を通じて記載される、例えば、図１Ａ〜３Ｅに示されたいかなる対応する構造によって実現されてよい。
【００５５】
光源領域４５０で生成されるインコヒーレント光の一部は、導波路領域４５１に結合される。例えば、光源領域４５０は、シリコン導波路に結合されたＩｎＧａＡｓ、量子井戸（ＱＷ）、または、量子ドット（ＱＤ）構造を含んでよく、その場合、量子井戸によって生成された光は、シリコン導波路に結合される。結合された光は、干渉領域４５４における第１の反射器領域４５２と第２の反射器領域４５３との間で共振し、それによってコヒーレント光が生成され、定常波パターンが形成される。例えば、第１の反射器領域４５２および第２の反射器領域４５３の導波路構造は、干渉領域４５４では高次モードを除去することができる単一モード伝播を支持するよう設計されてよい。グレーティング領域４５５のグレーティングは、定常波パターンと略一致するよう設計されている。コヒーレント光は、光源領域４５０によって生成された光の共振方向と略垂直な方向に沿い、グレーティング領域４５５を介してフォトニック集積回路４０５から発せられてよい。いくつかの実施態様では、干渉領域内にテーパ領域を設け、広いグレーティング領域と狭い導波路領域とのかけ橋としてよい。狭い導波路領域は、高次モードを抑制するために用いられ、広いグレーティング領域は、外部結合装置を異なるビーム形状、領域、開口数の要件に適合させるために用いられてよい。このテーパ領域についての説明は、本願明細書を通じて記載されるフォトカプラのいずれにも当てはまる。
【００５６】
図４Ｅは、グレーティング領域４６６を介してグレーティング型フォトカプラに結合された光源領域を有するフォトニック集積回路４０７の例を示す。フォトニック集積回路４０７は、光源４６２、第１の反射器領域４７８、第２の反射器領域４７６、干渉領域４７２、境界４７４、および、グレーティング領域４６６を有する。光源４６２、第１の反射器領域４７８、第２の反射器領域４７６、干渉領域４７２、および、グレーティング領域４６６の構造は、本願明細書を通じて記載される、例えば、図１Ａ〜３Ｅに示されたいかなる対応する構造によって実現されてよい。
【００５７】
光源領域４６２で生成されたインコヒーレント光は、自然放出または他の適切な結合機構によって干渉領域４７２に結合される。結合されたインコヒーレント光は、反射器領域４７６および４７８によって反射され、ｘ方向に共振する。レーザ発振しきい値に達すると、コヒーレント光は、グレーティング領域４６６の設計によって＋ｚ方向または−ｚ方向に発せられることができる。いくつかの実施態様では、グレーティング領域４６６は、光をもっぱら−ｚ方向に向けるよう設計されており、それによって、発せられた光が光源領域４６２に再び結合されないようにできる。
【００５８】
いくつかの実施態様では、反射器４７８は、反射器４７６より低い反射率を有する部分反射器であってよい。光源領域４６２で生成されたインコヒーレント光は、自然放出によって干渉領域に４７２に結合されて、方向４７０に共振してよい。レーザ発振しきい値に達すると、コヒーレント光は、ｘ方向に伝播し、境界４７４を介して部分反射器４７８へと入り、その後、導波路へ入り、同時に＋ｚまたは−ｚ方向に伝播してさらなる処理のために外部媒体へと入る。
【００５９】
図４Ｆは、図４Ｂと同様の積層を有するフォトニック集積回路４０８の例を示す。干渉領域４９１は、インコヒーレント光を生成するＩＩＩ−Ｖ族半導体のような活性材料からなる。インコヒーレント光は、第１の反射器領域４８６と第２の反射器領域４８４との間でｘ方向に共振し、コヒーレントになる。下方に伝播する光を減少させるためにＤＢＲ構造４９４が用いられているので、コヒーレント光は、グレーティング４９２を介して上方に放出される。
【００６０】
従来のレーザダイオードの基本的な機能原理は、２つの端子（ｐおよびｎ）または電極から、例えば、利得材料となるＩＩＩ―Ｖ族半導体などの少なくとも１つの光子放出材料（ＰＥＭ）を含む光源領域内に、電荷キャリアを供給することによるものである。端子は、通常、順方向バイアスがかけられることにより、光子放出材料中で電子と正孔とを衝突させ、再結合させ、光子を発せしめる。図１Ａに示したように、第１の反射器領域１０６および第２の反射器領域１１４は、共振構造（すなわち、干渉領域または共振器１１０）を画定する。向け直された光が垂直方向１２３に放出される一方で、この共振構造は、横方向に延びる。干渉領域１１０が光子放出材料層を含み、干渉領域１１０内で光子が生成されるように２つの端末が設けられる場合、これらの光子は、２つの反射器１０６および１１４の間で横方向に共振しうる。本開示では、ゲート端子（従来の２つの端子は「導電端子」として見なしてよい）として機能する第３のタイプの端子が含まれることにより、特定のタイプのキャリアをゲート領域に引き寄せる／跳ね返す／発射する／取り込むので、再結合されるキャリアの量が調整される。この端子の電気コンタクトは、例えば、直接的な金属コンタクト（例えばＭＥＳＦＥＴ型）、接合型（例えばＪＦＥＴ型）、あるいは、界磁制御用の誘電体を介するもの（ＭＯＳＦＥＴ型）など、さまざまな形態をとりうる。この制御端子には多くの実施態様が考えられるが、その中心概念は、光子を生成するキャリアを注入するために用いられる第１の電界に加えて、再結合されたキャリアの量を変更するための第２の電界を提供することにある。このような「ゲート制御」スキームは、従来のようにレーザダイオードを直接変調するより速く、また、異なるパワーレベルの出射光を生じさせるために、複数レベルの電圧／電流をゲートに印加してデータの複数ビット（オン／オフ）を符号化することにより、複数の変調スキームを可能とすることができる。このタイプの変調は、ゲートに異なる電圧レベルを印加することによって実現する振幅変調と同様である。以下に、このゲート制御可能な横方向共振光エミッタ構造を実現するためのさまざまな例示的実施形態をさらに詳しく記載する。
【００６１】
図５Ａは、発光用の光学装置５６１の例を示す断面図である。発光用光学装置５６１は、光子放出材料層５７２を含む光源領域５７０を有する。光源領域５７０は、２つの反射器で囲まれた干渉領域であってよい。光学装置５６１は、光源領域５７０に結合された第１の電極５９１、光源領域５７０に結合された第２の電極５９２、および、光源領域５７０に結合された第３の電極５９３をさらに備える。図５Ａに示されるように、第１の電極５９１は、導電層５９１ａとドープ領域５９１ｂとを有する。導電層５９１ａは、例えば、金属層であり、ドープ領域５９１ｂは、例えば、ｎ型ドープ領域である。同様に、第２の電極５９２は、導電層５９２ａと、ドープ領域５９２ｂとを有する。導電層５９２ａは、例えば、金属層であり、ドープ領域５９２ｂは、例えば、ｐ型ドープ領域である。つまり、第１の電極５９１と第２の電極５９２とは、キャリア（電子および正孔）が光源領域５７０に注入されるように異なる極性を有する。電子と正孔とが光子放出材料層５７２内で結合されて光子が生成されるように、例えば、電子は、ｎ型ドープ領域５９１ｂを介して光子放出材料層５７２に注入され、正孔は、ｐ型ドープ領域５９２ｂを介して光子放出材料層５７２に注入される。第３の電極５９３は、導電層５９３ａと、絶縁層５９３ｂとを有する。絶縁層５９３ｂは、導電層５９３ａと光源領域５７０との間に設けられる。いくつかの実施態様では、導電層５９３ａは、ドープポリシリコンまたは金属を含み、絶縁層５９３ｂは、酸化物、窒化物、または、半絶縁性ＩＩＩ−Ｖ族半導体を含む。図５Ａに示すように、第１の電極５９１には電圧Ｖ１が印加され、第２の電極５９２には電圧Ｖ２が印加され、第３の電極５９３には電圧Ｖ３が印加される（Ｖ２＞Ｖ１）。いくつかの実施態様では、最低電圧の電極が接地として用いられてよい。いくつかの実施態様では、Ｖ３＞Ｖ２である場合、第３の電極５９３が電子を引き寄せ（点線で示している）、電子量を減らすことによって第２の電極５９２からの正孔と再結合する。いくつかの実施態様では、Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ１である場合、第３の電極５９３は、第２の電極５９２および第１の電極５９１のどちらからの正孔も引き寄せる。いくつかの実施態様では、Ｖ３＜Ｖ１の場合、第３の電極５９３は、第２の電極５９２からの正孔を引き寄せる。いくつかの実施態様では、Ｖ３がＶ２より大きいことが意図される場合、第３の電極５９３は、Ｐ型であり得、Ｖ３がＶ１より小さいことが意図される場合、第３の電極５９３はｎ型であり得る。
【００６２】
従来の２つの導電電極以外に第３の電極も有する他の同様の構造も可能であり、本発明の概念に従う限りにおいて本開示に含まれることに留意されたい。図５Ｂ〜５Ｇは、さらなる例を示すブロック図である。一実施態様に従う発光用光学装置は、通常、再結合のために電荷キャリアの量を調整する第３の電極と、前出の例に示したような光の共振のための横方向光共振器構造とを有する。
【００６３】
図５Ｂ〜５Ｅは、横方向共振器を有する発光用光学装置を示すブロック図である。これらの例において、「導電」電極（つまり第１の電極５９１および第２の電極５９２）に印加する電圧としてＶ１およびＶ２を用い、「変調」電極（つまり第３の電極）に印加する電極としてＶ３を用いることにより、光子を発するために再結合される電荷キャリアの量を制御する。説明をより包括的にするために、ここではｐまたはｎ型の説明は省く。２つの矢印のついた実線は、再結合がおきる領域を示している。この領域は、通常、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＩＩＩ−Ｖ族半導体量子井戸構造、ＩＩＩ−Ｖ族半導体量子ドット構造、あるいは、直接バンドギャップを有する他の材料の内側にある。図５Ｂに示すように、第１の電極５９１および第２の電極５９２は、干渉領域５７０の対向端部に配置されている。ここでは説明しないが、光子放出材料は、干渉領域５７０の内部に一部埋め込まれているものと考えてよい。第１の電極５９１と第２の電極５９２との間に第３の電極５９３が配置されていることにより、第１の電極５９１と第２の電極５９２との間の電荷キャリアが変調される。図５Ｃの他の実施態様では、第３の電極５９３は、第１の電極と第２の電極との接続経路の外側に配置されている。この構成では、第３の電極５９３は、キャリア再結合領域からキャリアを引き寄せることによって、まだ変調機能を果たすことができている。図５Ｂおよび５Ｃに示す例では、電極は、同じ高さに配置されている。図５Ｄおよび５Ｅの例では、電極のうちの少なくとも１つは、他の電極とは異なる層に配置されている。図５Ａに示す例と同様に、第１の電極５９１は、導電層とドープ領域とを有する。つまり、第１の電極５９１と第２の電極５９２とは、極性が異なるので、電荷キャリア（電子および正孔）を光源領域に注入することができる。第３の電極５９３は、導電層と絶縁層とを有し、絶縁層は、導電層と干渉層５７０との間にある。さらに、図５Ｂ〜５Ｅに示す例では、干渉領域５７０の対向する面であって図５Ｄに示す実線の矢印に対応する方向に光反射器（図示せず）が配置されている。第１の電極５９１と第２の電極５９２との間に電流または電圧を印加した後、光子が生成され、図５Ｄに示す反射器によって囲まれた実線の領域で共振しうる。第３の電極５９３に電圧または電流が印加されることにより、（点線で示された）キャリアが引き寄せられるかまたは跳ね返されるので、電子または正孔の量が変化する。その結果、干渉領域における再結合がなされ、変調機能が果たされる。図５Ｄの例に対し、図５Ｅは、１つの導電電極の位置と１つの変調電極の位置とを切り替えることによる他の実施形態を示している。それによって注入経路（実線）および変調経路（点線）も変化する。
【００６４】
図５Ｆ〜５Ｋは、電極配置が異なるいくつかの実施態様による発光用光学装置のブロック図であり、図５Ａ〜５Ｅと同様の符号および記号を用いている。図５Ｆは導電電極５９１および５９２を上下に配置し、変調電極５９３を側壁に配置した構成を示す。図５Ｇは、側壁に電極５９１および５９２を配置し、上部に変調電極５９３を配置した構成を示す。図５Ｈは、変調電極５９３が複数配置されていることを除き図５Ｆと同じ構成を示している。図５Ｉは、２つの導電経路（実線）を有し、変調電極５９３が底部に配置されている構成を示す。図５Ｊは、２つの導電経路（実線）を有し、変調電極５９３が底部に配置されている構成を示す。図５Ｋは、２つの導電経路（実線）を有し、変調電極５９３が側壁に配置されている構成を示す。
【００６５】
これらの例に示されるすべての主要構成要素を組み合わせることにより、２つの従来の導電電極を用いるかまたは追加の変調電極を含む他の設計または構成とすることができる。図示された、例えば、共振器に対する光子放出材料の量子井戸または量子ドット構造の向き（共振領域に対して平行または垂直など）、テーパ領域（図４Ｄの４５４）の大きさまたは位置、および、グレーティング形状などは、本開示の多くの実現可能な実施態様の範囲内である。したがって、本開示の概念に従ういかなる設計／構造も本開示の範囲内であると考えられるべきである。また、異なる電極およびコンタクトが異なる層に配置されてよく、その場合横方向および縦方向のいずれの配置でもよい。図に示したものは設計例であって、単純化して示すために実際の尺度では描かれていないことに留意されたい。また、干渉領域（共振器）は、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、シリコンナノ結晶、ガリウムナノ結晶などの光子放出材料（ＰＥＭ）、あるいは他の材料を含んでよく、その場合、光子放出材料層は、干渉領域の上に追加されるか、または、結合または材料の成長を通じて干渉領域に少なくとも一部が埋め込まれる必要がある。さらに、動作帯域幅を広げるために、共振方向に沿って複数の共振器を縦続接続してよい。したがって、請求項に記載された概念に従ういかなる実施形態も本開示の範囲内であるとみなされるべきである。
【００６６】
図６Ａは、正面変調型グレーティングレーザ素子６６１の一例を示す断面図である。レーザ素子６６１は、干渉領域６７０に光学的に結合される光子放出材料６７２としてのＧａＡｓとＧａＡｌＡｓとの交互層、または、ＩｎＧａＡｓＰとＩｎＰとの交互層などの活性材料層を含む。インコヒーレントまたはコヒーレント光を生じる量子ドット、ワイヤ、および、井戸構造を形成する活性材料層の他のいかなる組み合わせも本開示の範囲内である。レーザ素子６６１は、第１の反射器６６６と第２の反射器６７４とに囲まれた干渉領域（共振器）６７０を有する。図の例では、レーザ素子６６１は、干渉領域６７０の上部に形成されたグレーティング領域６８０をさらに備える。また、レーザ素子６６１は、第１のコンタクト６９１と、第２のコンタクト６９２と、第３のコンタクト６９３とを有する。第１のコンタクト６９１および第２のコンタクト６９２は、干渉領域６７０の両端に配置され、第３のコンタクト６９３は、干渉領域６７０の上であって、第１のコンタクト６９１と第２のコンタクト６９２との間に配置される。第１の電極６９１は、導電層６９１ａとドープ領域６９１ｂとを有する。導電層６９１ａは、例えば、金属層であり、ドープ領域６９１ｂは、例えば、ｎ型ドープ領域である。同様に、第２の電極６９２は、導電層６９２ａと、ドープ領域６９２ｂとを有する。導電層６９２ａは、例えば、金属層であり、ドープ領域６９２ａは、例えば、ｐ型ドープ領域である。つまり、第１の電極６９１と第２の電極６９２とは、キャリア（電子および正孔）が干渉領域６７０に注入されて光子放出材料６９２内で再結合されるような異なる極性を有する。例えば、電子はｎ型ドープ領域６９１ｂを介して注入され、正孔はｐ型ドープ領域６９２ｂを介して注入されることによって、電子と正孔とが再結合されて光子が生成されてよい。第３の電極６９３は、導電層６９３ａと絶縁層６９３ｂとを有する。絶縁層６９３ｂは、導電層６９３ａと干渉領域６７０との間に形成される。さらに、導電層６９３ａは、ドープポリシリコンまたは金属を含み、絶縁層６９３ｂは、酸化物または窒化物、あるいは、他の半絶縁性ＩＩＩ−Ｖ族半導体を含む。いくつかの実施態様では、干渉領域は、コンタクトから注入されたキャリアが再結合のために光子放出材料領域に移動して光子が生成されるような導電材料を含む。
【００６７】
第１のコンタクト（電極）６９１の例をｎ型、第２のコンタクト６９２の例をｐ型とすると、電子は、ｎ型コンタクト６９１から注入され、正孔は、ｐ型コンタクト６９２から注入される。その際、電圧Ｖ１が第１のコンタクト６９１に印加され、電圧Ｖ２が第２のコンタクト６９２に印加される（Ｖ２＞Ｖ１）。その結果、電子と正孔とが再結合されるときに、活性材料層６７２において光子が生成される。第３のコンタクト６９３に印加される電圧Ｖ３がＶ２より高い場合、第３のコンタクト６９３は、（点線で示すように）電子を引き寄せ、電子の量を減らすことにより、ｐ型コンタクト６９２からの正孔と再結合させる。Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ１の場合、第３のコンタクト６９３は、ｎ型コンタクト６９１からの電子と、ｐ型コンタクト６９２からの正孔との両方を引き寄せる。Ｖ３＜Ｖ１の場合、第３のコンタクト６９３は、ｐ型コンタクト６９２からの正孔を引き寄せる。このように、第３のコンタクト６９３は、レーザ素子６６１のキャリア変調のために用いられる。第３のコンタクト６９３は、媒体６９４によって干渉領域６７０と分離されてもよく、その結果、干渉領域６７０を貫通している電界を調整することができる。ＰＮ（接合型）またはＭＳ（直接金属コンタクト型）のようなキャリア直接変調機構が適用される場合は、媒体６９４は、なくてもよい。図６Ａに示すようなレーザ素子６６１では、第１のコンタクト６９１および第２のコンタクト６９２にそれぞれ適切な電圧が印加される場合、キャリア（電子または正孔）は、干渉領域６７０に光学的かつ電気的に結合された光子放出材料６７２に注入される。
【００６８】
第１の反射器６６６、第２の反射器６７４、干渉領域６７０、および、グレーティング領域６８０の構造は、例えば、図１Ａ〜３Ｅに示される対応する構造のような、本願明細書を通じて記載されているいかなる対応する構造によって実現されてよい。いくつかの実施態様では、干渉領域６７０は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体によって形成されてよく、第１の反射器６６６および第２の反射器６７４の少なくとも１つは、コーナーミラー、ＤＢＲミラー、分散型ミラー、導波路ループミラー、または、金属層からなる。生成された光は、干渉領域６７０における第１の反射器６６６と第２の反射器６７４との間に延びる方向に共振することにより、コヒーレント光が生成され、定常波パターンが形成される。グレーティング領域６８０は、定常波パターンと略一致するように設計されてよい。その場合、コヒーレント光は、グレーティング領域６８０を介して、レーザ素子６６１から共振方向とは異なる方向に発せられる。いくつかの実施態様では、グレーティングは、格子ベクトルを有するので、干渉領域６７０内の光の同相の波腹の位置は、グレーティングの凹部および／または凸部の位置と略一致する。いくつかの実施態様では、第３のコンタクト６９３は、方向を変えられたコヒーレント光を透過できる透明材料（例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ））であってよい。
【００６９】
図６Ｂは、正面変調型グレーティングレーザ素子６６２の例を示す断面図である。レーザ素子６６２は、グレーティング領域６８０が干渉領域６７０の底部に配置されていることを除き、図６Ａに示すものと同様である。図６Ｂに示す図６Ａと同様の要素は、簡潔さのために図６Ａと同様の参照符号を付し、同様の材料／組成／機能を有するものとする。さらに、図６Ｂに示すレーザ素子６６２では、第１のコンタクト６９１と第２のコンタクト６９２とは、縦の方向に異なる層に配置されるよう、異なるエピタキシ成長層と接触している。いくつかの実施態様では、第１の電極６９１は、ｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体と接触し、第２の電極６９２は、ｐ型ＩＩＩ−Ｖ半導体と接触してよい。ｎ型およびｐ型の材料は、どちらもその場ドーピングによる有機金属ＣＶＤ法（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシ（ＭＢＥ）によって成長させてよい。
【００７０】
図６Ｃおよび６Ｄは、正面変調型グレーティングレーザ素子６６３および６６４を示す。レーザ素子６６３および６６４は、光子放出材料６７２内の量子井戸構造の配列がキャリア注入方向または共振方向と平行（図６Ｄ）または垂直（図６Ｃ）であることを除いて図６Ａのものと同様である。図６Ｃおよび６Ｄでは、光が電極（Ｖ３）の１つを透過するので、この電極の材料は、光に対して透明であるはずである。例えば、第３の電極６９３が発光経路と重なる場合に、出射光の波長が８５０ｎｍより長いときは、酸化物などの絶縁材料、および、ポリシリコンなどの導電材料を用いてよい。
【００７１】
図６Ｅおよび６Ｆは、正面変調型グレーティングレーザ素子６６５および６６７の例を示す斜視図である。端子の１つ（例えば第３の電極６９３）が発光方向と意図的にオフセットされることにより光を遮らないようにしていることを除き、図６Ｅに示されたレーザ素子６６５の量子井戸の向きは、図６Ｃに示された量子井戸の向きと同様であり、図６Ｆに示されたレーザ素子６６７の量子井戸の向きは、図６Ｄに示された量子井戸の向きと同じであってよい。この端子の材料は、図６Ｃおよび６Ｄに示すものより広い選択肢から選ばれてよい。
【００７２】
図６Ｇは、正面変調型グレーティングレーザ素子６６８の例を示す斜視図である。２つの導電電極６９１および６９２が異なる層と接触し、（導電電極６９１と導電電極６９２との間の）キャリア注入方向が第１の反射器６６６と第２の反射器６７４とに囲まれた（２つの電極６９３）の間の光共振方向と異なることを除いて、このレーザ素子６６８は、図６Ａに示すものと同様である。この例では、キャリアは、主に導電電極６９１および６９２から注入されて再結合されることによって、光子が生成される。光子は、２つの反射器６６６と６７４との間で共振し、機構におけるグレーティング領域６８０を介して発せられることは、上記と同様である。変調電極６９３は、グレーティング放出領域から離れて配置されることにより、光が遮られるのを防ぐことができる。いくつかの実施態様では、グレーティング領域６８０は、変調電極の一部として部分的に機能してよい。
【００７３】
図７Ａは、背面変調型グレーティングレーザ素子の例を示す断面図である。第３のコンタクト７９４が干渉領域７６０の底部（背面）に形成され、上記したような機構におけるグレーティング領域７８０を介し、干渉領域７６０の上部（正面）からコヒーレント光が発せられることを除き、レーザ素子７６１は図６Ａに示すものと同様である。図には示していないが、第１のコンタクト７９１および第２のコンタクト７９２も、図６Ｂと同様に異なるエピタキシ成長層と接触してよい。さらに、方向性が適宜設計されていれば、グレーティング領域７８０は、図６Ｂと同様に干渉領域７６０の底部に配置されてもよい。図に示すような正面発光構造を有する背面変調方式では、変調電極が発光経路と重ならないので、その材料組成の選択肢はより広がる。
【００７４】
図７Ｂおよび７Ｃは、背面変調型グレーティングレーザ素子７６２および７６３の例を示す斜視図である。図に示すこれらのレーザ素子は、光子放出材料７７２内の量子井戸の向きを好適に変更でき、第３の変調電極７９３が干渉領域７７０の底部と接触しているという点で、図６Ｅおよび６Ｆに示すものと同様である。
【００７５】
図８Ａは、光検出器と一体化されたフォトカプラを有するフォトニック集積回路５００の例を示す。フォトニック集積回路５００は、干渉領域５１０、第１の反射器領域５０６、第２の反射器領域５１４、および、グレーティング領域５２０を含む。干渉領域５１０は、干渉領域５１０内の光の少なくとも一部を吸収する光吸収領域を含む。干渉領域５１０、第１の反射器領域５０６、第２の反射器領域５１４、および、グレーティング領域５２０の構造は、例えば、図１Ａ〜３Ｅに示される対応する構造のような、本願明細書を通じて記載されているいかなる対応する構造によって実現されてよい。フォトニック集積回路５００は、基板５３０上に形成されてよい。
【００７６】
グレーティング領域５２０は、グレーティング５１８を含む。いくつかの実施態様では、グレーティング５１８は、外部媒体から、矢印５３６にて示される方向に伝播する光を受けてよい。光は、第１の領域５０６と第２の領域５１４との間に形成された干渉領域５１０に結合されてよい。干渉領域５１０は、第１の反射器領域５０６と第２の反射器領域５１４とによって反射される、矢印５３４で示された方向の光によって形成される干渉光を閉じ込める。
【００７７】
干渉領域５１０は、干渉光の少なくとも一部を吸収する光吸収材料によって形成されてよい。例えば、干渉領域５１０は、電気通信用の波長における光を吸収するゲルマニウムによって形成されてよい。吸収された光は、印加電界によって集められうる自由キャリアに変換され、入射光のパワーレベルを決定するのに用いられてよい。さらに、第１の反射器領域５０６と第２の反射器領域５１４とによって形成される共振器内で光が反射されることにより、有効な光吸収がもたらされる。いくつかの実施態様では、干渉領域５１０は、光吸収用のシリコンおよび／またはゲルマニウムを含み、グレーティング領域は、誘導表面プラズマモードを生じる金属を含む。
【００７８】
図８Ｂは、光検出器と一体化されたグレーティング型フォトカプラを有するフォトニック集積回路５０１の例を示す。この例では、光検出効率は、ｐ−ｎ接合によって調整されうる。フォトニック集積回路５０１は、干渉領域５４１、ｐ型ドープ領域５４６、ｎ型ドープ領域５４５、グレーティング５４２、第１の反射器領域５４３、および、第２の反射器領域５４４を含んでよい。
【００７９】
図８Ａの構成と同様に、外部媒体から光を受けるが、光の一部は、グレーティング５４２を介して干渉領域５４１に結合される。結合された光は、第１の反射器領域５４３と第２の反射器領域５４４との間の干渉領域５４１においてｘ方向に共振する。干渉領域５４１における光吸収材料は、干渉光を吸収し、自由キャリアに変換する。
【００８０】
いくつかの実施態様では、ｎ型ドープ領域５４５およびｐ型ドープ領域５４６にわたって電圧または電流が印加されることによって、干渉領域５４１内に電界が形成されてよい。干渉領域５４１内の光吸収材料の吸収効率は、ｎ型ドープ領域５４５およびｐ型ドープ領域５４６にわたる電圧または電流の印加にしたがって変化しうる。したがって、ｎ型ドープ領域５４５およびｐ型ドープ領域５４６にわたって電圧または電流を印加することにより、変更可能な、または、調整可能な光検出器として機能させることができる。
【００８１】
図８Ｃは、導波路領域を介して干渉領域に結合される光吸収領域を有するフォトニック集積回路５０５の例を示す。この例では、グレーティング型フォトカプラは、外部媒体からの光を受けるために設けられている。フォトニック集積回路５０５は、光吸収領域５５０、導波路領域５５１、第１の反射器領域５５２、第２の反射器領域５５３、干渉領域５５４、および、グレーティング領域５５５を含む。光吸収領域５５０、導波路領域５５１、第１の反射器領域５５２、第２の反射器領域５５３、干渉領域５５４、および、グレーティング領域５５５の構造は、例えば、図１Ａ〜３Ｅに示される対応する構造のような、本願明細書を通じて記載されているいかなる対応する構造によって実現されてよい。
【００８２】
外部媒体からの光は、グレーティング領域５５５に結合されてよい。結合された光は、干渉領域５５４における第１の反射器領域５５２と第２の反射器領域５５３との間で共振することにより、定常波パターンが形成されうる。光吸収領域５５０は、導波路領域５５１に結合され、導波路領域５５１からの光は、検出用の光吸収領域５５０に結合される。例えば、光吸収領域５５０は、シリコン導波路に接合されたゲルマニウム光検出器であってよく、シリコン導波路を伝播する光は、干渉領域５５４および導波路領域５５１内に閉じ込められ、ゲルマニウム光検出器にエバネッセント結合されてよい。
【００８３】
図９は、ｐ−ｎ接合を有するフォトカプラ６００の例を示す。フォトカプラ６００は、第１の反射器領域６０６、干渉領域６２０、および、第２の反射器領域６１４を含む。干渉領域６２０は、グレーティング領域６３０を含む。第１の反射器領域６０６、干渉領域６２０、第２の反射器領域６１４、および、グレーティング領域６３０は、本出願明細書を通じて記載されるような、対応する領域のいずれを用いても実現されうる。
【００８４】
フォトカプラ６００は、さらに、ｐ型ドープ領域６２１、６２３、および、６２５と、ｎ型ドープ領域６３１、６３３、および、６３５とを含む対のｐ−ｎ接合も含む。一般的に、１つ以上の対のｐ−ｎ接合を制御することにより、出力パワーおよび出力波長などのパラメータは、電圧印加またはキャリア注入によって能動的に制御されうる。いくつかの実施態様では、対のｐ−ｎ接合６２１／６３１、６２３／６３３、および／または、６２５／６３５は、よりよい制御性のために、第１の反射器領域６０６、干渉領域６２０、および／または、第２の反射器領域６１４にまで及んでよい。いくつかの実施態様では、ｐ型ドープ領域と、ｎ型ドープ領域とは、交互に配置されることによって、交互嵌合パターンまたは他のパターンを形成してよい。これらのドープ領域の説明は、本願明細書中に記載されたフォトカプラのいずれにも当てはまる。
【００８５】
いくつかの実施態様では、ｎ型ドープ領域６３１およびｐ型ドープ領域６２１にわたって電圧または電流を印加することによって、第１の反射器領域６０６内に電界が形成されてよい。第１の反射器領域６０６は、ｎ型ドープ領域６３１およびｐ型ドープ領域６２１にわたる電圧または電流の印加によって異なる反射率を有してよい。
【００８６】
いくつかの実施態様では、ｎ型ドープ領域６３５とｐ型ドープ領域６２５にわたって電圧または電流を印加することによって、第２の反射器領域６１４内に電界が形成されてよい。第２の反射器領域６１４は、ｎ型ドープ領域６３５およびｐ型ドープ領域６２５にわたる電圧または電流の印加によって異なる反射率を有してよい。
【００８７】
いくつかの実施態様では、ｎ型ドープ領域６３３およびｐ型ドープ領域６２３にわたって電圧または電流を印加することによって、干渉領域６２０内に電界が形成されてよい。干渉領域６２０は、ｎ型ドープ領域６３３およびｐ型ドープ領域６２３にわたる電圧または電流の印加によって干渉光の異なる干渉パターンを有してよい。
【００８８】
例えば、逆バイアス電圧を印加することによって、電界が領域内の自由キャリアを抽出し、その結果、その領域の屈折率が変更されてよい。他の例としては、順バイアス電圧を印加することによって、領域内に自由キャリアが注入され、その結果、その領域の屈折率が修正されてよい。
【００８９】
図１０Ａは、複数の出力を有するフォトニック集積回路７００の例を示す。フォトニック集積回路７００は、矢印７２２で示される方向に光を導く第１の導波路領域７０２を含む。フォトニック集積回路７００は、干渉領域７１０の片側に形成された第１のグレーティング領域７２０を含む。フォトニック集積回路７００は、干渉領域７１０の異なる側、例えば、図１０Ａに示されたような反対側に形成された第２のグレーティング領域７２１を含む。フォトニック集積回路７００は、反射器領域７１４を含み、また、他の反射器領域７０６を任意に含んでよい。フォトニック集積回路７００は、他の能動および／または受動光学部品に結合されうる第２の導波路領域７２８を含む。
【００９０】
いくつかの実施態様では、第１の導波路領域７０２からの光は、干渉領域７１０に入射し、第１の外部媒体７３０、第２の外部媒体７３２、または、第２の導波路領域７２８に導かれてよい。例えば、図９の構成と同様に、ｎ型ドープ領域およびｐ型ドープ領域にわたって電圧または電流を印加することによって、干渉領域７１０内に電界が形成されてよい。この場合、＋ｚ方向に発せられた光の一部と、−ｚ方向に発せられた光の一部とは、ｎ型ドープ領域およびｐ型ドープ領域にわたる電圧または電流の印加によって制御されうる。他の例としては、図９の構成と同様に、ｎ型ドープ領域およびｐ型ドープ領域にわたって電圧または電流を印加することによって、第２の反射器領域７１４内に電界が形成されてよい。第２の反射器領域７１４の反射率は調整可能であり、光は、第２の導波路領域７２８に透過されてよい。
【００９１】
いくつかの実施態様では、光は、干渉領域７１０に入射し、第１の外部媒体７３０、第２の外部媒体７３２、および／または、第２の導波路領域７２８に出て行く異なる部分に分割されてよい。例えば、第１のグレーティング領域７２０のグレーティングは、格子周期がＴＥ偏光の定常波と略一致するよう設計されてよい。同様に、第２のグレーティング領域７２１のグレーティングは、格子周期がＴＭ偏光の定常波と略一致するよう設計されてよい。フォトニック集積回路７００のＴＥ偏光とＴＭ偏光との比率を制御することによって、フォトニック集積回路７００から第１の外部媒体７３０および第２の外部媒体７３２へと出て行く光の部分が制御されてよい。上記の例は、効率的な偏光ビームスプリッタとして機能しうる。
【００９２】
いくつかの実施態様では、第１のグレーティング領域７２０と第１の外部媒体７３０との間に第１の層７２４が形成されてよい。この第１の層７２４は、フォトニック集積回路７００を保護するか、あるいは、第１のグレーティング領域７２０と第１の外部媒体７３０との間に特定の間隔を設けるために形成されてよい。いくつかの実施態様では、第２のグレーティング領域７２１と、第２の外部媒体７３２との間に、第２の層７１６が形成されてよい。この第２の層７１６は、フォトニック集積回路７００を保護するか、あるいは、第２のグレーティング領域７２１と第２の外部媒体７３２との間に特定の間隔を設けるために形成されてよい。例えば、第１の層７２４は、クラッディングであってよく、第２の層７１６は、フォトニック集積回路７００の基板であってよい。他の例としては、第１の層７２４は、グレーティング領域７２０より低い屈折率を有してよい。
【００９３】
図１０Ｂは、複数の入力および出力を有するフォトニック集積回路７０１の例を示す。フォトニック集積回路７０１は、第１の導波路領域７５１、第２の導波路領域７５２、第３の導波路領域７５３、第４の導波路領域７５４、ｐ−ｎ接合７５５〜７６０および７９５〜７９８、第１の反射器領域７６１、第２の反射器領域７６２、第３の反射器領域７９１、第４の反射器領域７９２、干渉領域７７０、および、二次元グレーティング７８０を有してよい。  第１の導波路領域７５１、第２の導波路領域７５２、第３の導波路領域７５３、第４の導波路領域７５４、ｐ−ｎ接合７５５〜７６０および７９５〜７９８、第１の反射器領域７６１、第２の反射器領域７６２、第３の反射器領域７９１、第４の反射器領域７９２、干渉領域７７０、および、二次元グレーティング７８０の構造は、例えば、図１Ａ〜４、および、図８〜９に示される対応する構造のような、本願明細書を通じて記載されているいかなる対応する構造によって実現されてよい。
【００９４】
いくつかの実施態様では、第１の導波路領域７５１および第３の導波路領域７５３からの光は、干渉領域７７０に入射し、第２の導波路領域７５２、第４の導波路領域７５４、あるいは、外向きの矢印７６４によって示すｚ方向のグレーティングの外に導かれてよい。いくつかの実施態様では、第１および第３の導波路領域からの入射光の背面反射を最小限にすべく、第１の反射器７６１および第３の反射器７９１の反射率は、初期設計中に、または、力学的電界印加を通じて調整されることにより、ｘ方向に伝播する波の一巡減衰係数と、ｖ方向に伝播する波の一巡減衰係数とを一致させることができる。
【００９５】
いくつかの実施態様では、第１の導波路領域７５１からの光は、干渉領域７７０に入射し、異なる部分に分割されて、第２の導波路７５２、第３の導波路７５３、および、第４の導波路７５４に導かれるか、および／または、外向きの矢印７６４によって示すｚ方向のグレーティングの外に導かれてよい。例えば、グレーティング領域は、波長に従い、ｘおよびｙの二方向に沿ってそれぞれ伝播する２つの光の部分に光を分割する二次元グレーティング７８０を含んでよい。他の例としては、グレーティング領域は、偏光に従い、ｘおよびｙの二方向に沿ってそれぞれ伝播する２つの光の部分に光を分割する二次元グレーティング７８０を含んでよい。他の例としては、二次元グレーティング７８０は、ｘおよびｙの二方向に沿ってそれぞれ伝播する２つの光を１つに結合してもよい。
【００９６】
いくつかの実施態様では、二次元グレーティング７８０は、グレーティング７８０の周期と、干渉パターンの周期とをｘ方向およびｙ方向それぞれで一致させることによって、ｘおよびｙの二方向から来る光を結合させて光を上方に（ｚ方向に）発してよい。いくつかの実施態様では、二次元グレーティング７８０は、グレーティングパターンをｘ方向およびｙ方向でそれぞれ一致させるべく、ｐ型ドープ領域とｎ型ドープ領域との間に電界を印加することによって、ｘ方向およびｙ方向の干渉パターンを修正することで、ｘおよびｙの二方向から来る光を結合させて光を上方に（ｚ方向に）発してよい。他の例としては、二次元グレーティング７８０は、一方向（例えば−ｚ方向）に伝播する光をｘおよびｙの二方向に伝播する光に分割してよい。
【００９７】
図１０Ａの構成と同様に、ｎ型ドープ領域およびｐ型ドープ領域は、ｎ型ドープ領域およびｐ型ドープ領域にわたって電圧または電流を印加することにより、干渉領域に電界が形成されるよう構成されてよい。その場合、二方向に伝播する光のそれぞれの比率は、ｎ型ドープ領域およびｐ型ドープ領域にわたる電圧または電流の印加によって制御される。例えば、ｎ型ドープ領域７５９およびｐ型ドープ領域７５６にわたって電流が印加されることにより、入射光のルーティングまたは分割が制御されてよい。いくつかの実施態様では、対応する領域の屈折率を調整する必要がない場合には、１つ以上のドープ領域はなくてもよい。例えば、干渉領域７７０を動的に変調する必要がない場合には、干渉領域をドープ領域７５６および７５９はなくてもよい。
【００９８】
図１１は、パッケージングに適したフォトニック集積回路８００の例を示す。フォトニック集積回路８００は、導波路８０３に突き合わせ結合されたエッジ発光源８０１を含む。光は、任意で一体的に設けられる図１１に示すようなモジュレータ８０５によって変調されるか、あるいは、エッジ発光光源８０１によって直接変調されてよい。変調された光は、前出の図に示されたようなグレーティング型フォトカプラ８０７に結合される。フォトカプラ８０７は、エッジ発光源８０１によって発せられる光の方向と略垂直である方向に光を発するよう設計されているので、フォトニック集積回路８００は、標準的な光学機器によって容易にテストされてパッケージングされることができる。例えば、フォトニック集積回路８００が組み立てられるダイは、トランジスタアウトラインのメタル缶（ＴＯ−Ｃａｎ）の内面に取り付けられてよく、グレーティングは、ＴＯ−Ｃａｎの開口と位置合わせされることによって、光をパッケージから垂直伝播させる。
【００９９】
図１２Ａは、高反射率のコーナーミラー９０２を含む光学装置９０１の例を示す。図１２Ａの構成は、本願明細書に記載される反射器領域のいずれにも適用できる。一般的に、光は、グレーティング領域９２０を介して伝播し、コーナーミラー９０２のファセット９３１ａおよび９３１ｂに入射する。ファセット９３１ａおよび９３１ｂに入射する光の角度は全反射の角度を超えるので、実質的な光は全反射で反射し、高反射率が実現する。
【０１００】
図１２Ｂは、部分反射率または高反射率の円形または楕円形ファセットを含む光学装置９０３の例を示す。図１２Ｂの構成は、本願明細書に開示される反射器領域のいずれにも適用できる。
一般的に、光は、湾曲したグレーティング領域９２１を介して伝播し、ファセット９０４に入射する。いくつかの実施態様では、ファセット９０４は、高反射率を提供するよう、金属層でコーティングされてよい。湾曲したファセット９０４は、高反射率を有するので、導波路領域の方向に戻る光を再合焦させる。
【０１０１】
図１２Ｃは、高反射率をもたらす分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）ミラー９０６を含む光学装置９０５の例を示す。図１２Ｃの構成は、本願明細書に開示される反射器領域のいずれにも適用できる。一般的に、光は、グレーティング領域９２２を介して伝播し、ＤＢＲミラー９０６に入射する。いくつかの実施態様では、ＤＢＲミラー９０６は、さまざまな波長の反射率を高めるよう設計されてよい。
【０１０２】
図１２Ｄは、部分反射率または高反射率をもたらすファセット９０８を含む光学装置９０７の例を示す。図１２Ｄの構成は、本願明細書に開示される反射器領域のいずれにも適用できる。一般的に、光は、グレーティング領域９２３を介して伝播し、ファセット９０８に入射する。コーティングを施さず、フレネルの式を用いて反射率を決定してよい。いくつかの実施態様では、ファセット９０８は、反射率を高めるよう、１つ以上の材料層でコーティングされてよい。例えば、ファセット９０８は、金属層でコーティングされることにより、反射率を高めてよい。他の例としては、ファセット９０８は、複数の誘電体層でコーティングされることにより、さまざまな波長の反射率を高めてよい。他の例としては、ファセット９０８は、金属層に続いて四分の一波長誘電体層でコーティングすることにより、さまざまな波長の反射率を高めてよい。図１２Ｅは、表面が波形のミラー９３６を含む光学装置９０９の例を示す。
【０１０３】
図１２Ｅの構成は、本願明細書に開示される反射器領域のいずれにも適用できる。一般的に、光は、グレーティング領域９３２を伝播し、ミラー９３６に入射して反射し、干渉パターンを形成する。
【０１０４】
フォトニック集積回路に集積されうるいかなるタイプの反射器も図１２Ａ〜Ｅに示される反射器の代替品として用いられうる。例えば、反射器領域は、異常分散型ミラーまたは導波路ループミラーを代わりに有してよい。
【０１０５】
図１３は、フォトカプラを設計するためのフローチャートの例を示す。プロセス１０００は、１つ以上のコンピュータなどのデータ処理装置によって実行されてよい。
【０１０６】
システムは、共振器の寸法を得る（１００２）。いくつかの実施態様では、対象とする光の偏光／モード／波長／スポットサイズ、および、外部媒体（例えば、第２の側１１４に接続されたグレーティングまたは導波路の上面のファイバ）に基づき、共振器および基板の寸法および材料が決定されてよい。例えば、約１３１０ｎｍの中心波長を有する単一モードの光信号では、酸化物層に厚さ２５０ｎｍを有するシリコン層の共振器が用いられてよい。スポットサイズが約１０μｍである外部ファイバがグレーティング構造に結合されるようにするためには、共振器の寸法は、１０μｍくらいかそれより大きい必要がある。
【０１０７】
システムは、グレーティングの寸法を決定する（１００４）。一般的に、グレーティングの寸法の設計は、共振器内の定常波パターンに依存する。グレーティングパターンの周期は、定常波パターンと略一致している必要があり、デューティサイクルやグレーティング構造の高さおよび形状などの他のパラメータは、入射光のスポットサイズ、光のモードおよび波長、共振器の材料、意図される発光角度などのパラメータに基づき最適化される設計パラメータを含む。定常波パターンは、特定の鏡面反射率を想定して見積もられてよい。
【０１０８】
システムは、グレーティング特性を決定する（１００６）。例えば、優れた方向性、および、略垂直放射などの意図する放射角度のいずれをも達成するまで、ＦＤＴＤ（時間領域差分法）によるシミュレーションシステムなどの数値解析ツールを用いて設計パラメータを最適化してよい。
【０１０９】
システムは、ミラー特性を決定する（１００８）。いくつかの実施態様では、ＦＤＴＤによるシミュレーションシステムなどの数値解析ツールによって設計パラメータを最適化することにより、１００％に近い反射を有するバックミラーを設計してよい。例えば、当該設計は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を有するテーパ導波路、導波路ループミラー、または、シリコン−二酸化ケイ素金属コーティング層であってよい。
【０１１０】
いくつかの実施態様では、ＦＤＴＤシミュレーションシステムは、図２に示したような一巡減衰係数αを決定するために用いられてよい。計算された一巡減衰係数αに基づき、システムは、一巡減衰係数αと略一致する反射率を有するフロントミラーを設計してよい。いくつかの実施態様では、複数のドープ領域は、電界の印加によって領域の特性を修正するためにそれらの領域の近くに配置されてよい。
【０１１１】
設計フローチャートのいくつかの実施態様では、共振器の寸法を得た（１００２）後、干渉波パターンを形成するために適切なミラー設計（テーパＤＢＲ、コーナーミラー、または、金属酸化物コーティングなど）が決定されてよい。そして、干渉領域の上面におけるグレーティング構造は、最初の干渉波パターンに基づき設計されてよい。グレーティング構造を付加することにより、干渉領域の特性が変化し、その結果、干渉領域における干渉波パターンが修正される。したがって、最適化には反復プロセスが必要である。干渉領域およびグレーティングの材料品質および物理的な寸法に基づき、共振状態のための対応する位相シフトと共に一巡減衰係数αが決定されてよい。
干渉領域の他の側に他のミラーまたは反射器が追加されてもよい。
【０１１２】
図１４は、フォトカプラを製造するためのフローチャートの例を示す。プロセス１１００は、製造ステップを実行する１つ以上の装置を制御する１つ以上のコンピュータなどのデータ処理装置を含むシステムによって実行されてよい。
【０１１３】
システムは、グレーティングを製造する（１１０２）。グレーティングの作製は、ＣＭＯＳ互換製造技術によって行われてよい。例えば、投影リソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、コンタクトリソグラフィなどのリソグラフィ技術、あるいは、他の適切なリソグラフィ技術を用いてグレーティングのパターンを形成してよい。他の例としては、ドライエッチング、ウェットエッチングなどのエッチング技術、あるいは、他のいかなる適切なエッチング技術を用いてグレーティングパターンをエッチングしてよい。他の例としては、化学蒸着、プラズマ化学気相成長法、スパッタリングなどの薄膜蒸着技術、あるいは、他の適切な薄膜蒸着技術を用いて、グレーティングに１つ以上の層を蒸着してよい。
【０１１４】
システムは、プロセスの中間チェックポイントとして、グレーティング特性を任意で測定してよい（１１０４）。いくつかの実施態様では、グレーティングの測定は、ダイの上で行われてよい。
いくつかの実施態様では、グレーティング特性の測定は、ウェハの上で行われてよい。いくつかの実施態様では、入射光は、入射端に形成されたグレーティングを介してフォトニック集積回路内に結合され、出射光は、出射端に形成された他のグレーティングを介してフォトニック集積回路から出てよい。いくつかの実施態様では、入射光は、製造されたグレーティングを介してフォトニック集積回路内に結合され、高反射率を有する反射器によって反射されてよい。反射された光は、同じグレーティングを介してフォトニック集積回路から出て、光サーキュレータによって分離される。一巡減衰係数などのグレーティング特性は、出射光と入射光とを比較することによって測定されてよい。いくつかの実施態様では、グレーティング特性の測定は、ある傾斜角の光を形成されたグレーティングに照射し、他の角度で反射された光を測定することによってなされてよい。
【０１１５】
システムは、ミラーを製造する（１１０６）。いくつかの実施態様では、一巡減衰係数を決定した後、システムは、一巡減衰係数と一致する反射器のパラメータを最適化してよい。ＣＭＯＳ互換製造技術を組み合わせることにより、１つ以上の反射器を製造してよい。いくつかの実施態様では、ドープ領域は、リソグラフィによって画定され、電界の印加を介して修正される必要がある領域の近くに埋め込まれて活性化されてよい。
【０１１６】
図１５は、光送信機を製造するためのフローチャートの例を示す。まず、干渉領域と光源領域とを形成する（１５０２）。光源領域の少なくとも一部は、干渉領域に埋め込まれてよい。干渉領域の形成は、ステップ１００２に関する説明を参照されたい。干渉領域の対向端部に第１の反射器領域および第２の反射器領域が形成され、その場合、第１および第２の反射器領域は、層の上に形成される（１５０４）。第１および第２の反射器領域の形成は、ステップ１００８またはステップ１１０６に関する説明を参照されたい。光源領域に電気的に結合された少なくとも３つの電極が形成される（１５０６）。３つの電極は、それらの相対的な電界を制御することにより、電荷キャリアの密度を調整する。電荷キャリアの再結合によって生成された光は、干渉領域内で第１の方向に共振し、第１の方向とは異なる第２の方向に沿って干渉領域から出て行く。第１の反射器領域と第２の反射器領域との間の干渉領域にグレーティング領域が形成される（１５０８）。
【０１１７】
これまで多数の実施態様が説明された。しかしながら、本開示の趣旨および範囲から逸脱せずにさまざまな変更がなされうることが理解できよう。例えば、上記フローチャートのステップは、順序を変更する、追加する、または、削除することもできる。例えば、図１３において、ステップ１００８はステップ１００４の前に行われてもよい。他の例としては、図１４において、ステップ１１０４は、ステップ１１０６の後に行われてもよい。他の例としては、図１５において、ステップ１５０６は、ステップ１５０４の前に行われてもよい。
【０１１８】
簡潔化のために、また、例示目的で、二次元断面を用いてさまざまな実施態様を説明してきた。しかしながら、三次元構造内に上記に相当する二次元断面が存在するのであれば、三次元の変形例も本開示の範囲内である。
【０１１９】
本願明細書に記載された実施形態および機能操作のすべては、本願明細書に記載された構造およびそれらの均等物を含むデジタル電子回路、または、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、あるいは、それらの１つ以上の組合せにおいて実行可能である。実施形態は、１つ以上のコンピュータプログラム製品、すなわち、データ処理装置によって実行するための、または、データ処理装置の動作を制御するためのコンピュータ可読媒体に符号化されたコンピュータプログラム命令の１つ以上のモジュールとして実行されうる。コンピュータ可読媒体は、機械可読記憶装置、機械可読格納基板、メモリ装置、機械可読伝播信号に影響を及ぼす物質の組成、あるいは、それらの１つ以上の組合せであってよい。コンピュータ可読媒体は、非一時的なコンピュータ可読媒体であってよい。「データ処理装置」という用語は、例としてプログラム可能なプロセッサ、コンピュータ、あるいは、複数のプロセッサまたはコンピュータを含む、データを処理するためのすべての装置、デバイス、および、機械を包含する。装置は、ハードウェアに加えて、例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、あるいは、それらの１つ以上の組合せを構成するコードなどの、コンピュータプログラムの実行環境を作るコードを含んでよい。伝播される信号は、例えば、適切な受信装置に伝送される情報を符号化するための、機械によって生成される電気、光学、または、電磁信号などの人工的に生成される信号であってよい。
【０１２０】
コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、スクリプトまたはコードとしても知られる）は、コンパイラ型またはインタープリタ型言語を含むいかなる形式のプログラミング言語で記述されてよく、また、スタンドアローンプログラム、モジュール、コンポーネント、サブルーチン、あるいは、コンピュータ環境で用いられるのに適した他の単位を含むいかなる形式で展開されてよい。コンピュータプログラムは、ファイルシステムのファイルに必ずしも対応しなくてよい。プログラムは、他のプログラムまたはデータ（例えば、マークアップ言語文書に格納された１つ以上のスクリプトなど）の一部にファイル形式で格納されてよい。ファイルは、該当するプログラム専用の単一のファイル、または、複数の編集されたファイル（例えば、１つ以上のモジュール、サブプログラム、または、コードの一部）であってよい。コンピュータプログラムは、一か所に配置された１つのコンピュータ、または、複数個所に分散され、通信ネットワークで相互接続された複数のコンピュータで実行されるように配置されてよい。
【０１２１】
本願明細書中に記載されるプロセスおよびロジックのフローは、１つ以上のコンピュータプログラムを実行する１つ以上のプログラム可能なプロセスによって実行されることにより、入力データに作用し、出力を生成する機能を実行してよい。処理および論理フローは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）または、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）などの特定用途向け論理回路によって実行されてよく、装置は、それらとして実装されてよい。
【０１２２】
コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサは、例えば、汎用および特定用途向けマイクロプロセッサ、および、いかなる種類のデジタルコンピュータの１つ以上のプロセッサを含んでよい。一般的に、プロセッサは、リードオンリーメモリまたはランダムアクセスメモリ、あるいは、両方から命令およびデータを受信する。コンピュータの基本的な構成要素は、命令を実行するプロセッサと、命令およびデータを格納するための１つ以上の記憶装置とであってよい。一般的に、コンピュータは、データを受信するか、または、送信するか、あるいは、その両方を行うために、例えば、磁気、光、あるいは、光磁気ディスクなどのデータを格納するための１つ以上の大容量記憶装置を含むかまたはそれらに有効に結合される。しかしながら、コンピュータは、これらの装置を備えなくてもよい。さらに、コンピュータは、例えば、いくつかの例を挙げれば、タブレットコンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ、携帯オーディオプレイヤー、ＧＰＳなどの他の装置に埋め込まれてよい。コンピュータプログラム命令およびデータを格納するのに適切なコンピュータ可読媒体は、不揮発性メモリ、媒体、および、記憶装置などのすべての形態を含んでよく、例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、および、フラッシュメモリデバイスなどの半導体記憶装置；内部ハードディスクまたはリムーバルディスクなどの磁気ディスク；光磁気ディスク；ＣＤ−ＲＯＭおよびＤＶＤ−ＲＯＭディスクを含んでよい。プロセッサおよびメモリは、特殊用途論理回路によって補完されるか、または、それに組み込まれてよい。
【０１２３】
ユーザとの対話を実現すべく、実施形態では、コンピュータは、情報をユーザに表示するためのＣＲＴ（ブラウン管）またはＬＣＤ（液晶ディスプレイ）などの表示装置、および、ユーザがコンピュータに入力できるようにするためのキーボード、および、マウスやトラックボールなどのポインティングデバイスを有してよい。ユーザとの対話を実現すべく、他の種類の装置が用いられてもよい。例えば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、または、触覚フィードバックなどの感覚フィードバックの形態でユーザにフィードバックを提供してよく、また、ユーザからの入力は、聴覚、発話、または、触覚入力を含む形態で受け取られてよい。
【０１２４】
本開示の実施形態は、コンピュータシステムにおいて実行されてよく、コンピュータシステムは、例えば、データサーバなどのバックエンド構成要素、アプリケーションサーバなどのミドルウェア構成要素、あるいは、ユーザが本開示の技術の実行に関わることができるグラフィカルユーザインターフェースまたはウェブブラウザを有するクライアントコンピュータなどのフロントエンド構成要素、あるいは、それらバックエンド、ミドルウェア、およびフロントエンド構成要素のいずれの組合せを含んでよい。システムの構成要素は、通信ネットワークなどのデジタルデータ通信のいかなる形態または媒体によって相互接続されてよい。通信ネットワークの例は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、および、例えばインターネットなどのワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を含む。
【０１２５】
コンピュータシステムは、クライアントおよびサーバを含んでよい。クライアントとサーバとは、通常互いに離れており、ネットワークを介して対話する。クライアントとサーバとの関係は、クライアント・サーバ関係を有するそれぞれのコンピュータで実行されるコンピュータプログラムによって生じる。
【０１２６】
本願明細書は、多くの詳細事項を含むが、これらは、限定を意図するものではなく、特定の実施形態に特有の特徴の説明として解釈されたい。本願明細書中に記載された異なる実施形態における特定の特徴は、単一の実施形態の中で組み合わせることにより実現されてもよい。これとは逆に、単一の実施形態に記載されたさまざまな特徴は、複数の実施形態で別々に、あるいは、いかなる適切なサブコンビネーションで実現されてもよい。さらに、クレーム要素は、特定の組合せで効果を発揮し、最初はそのように記載されていても、クレームコンビネーションの１つ以上のクレーム要素は、ある場合には、そのコンビネーションから削除されてよく、また、そのクレームコンビネーションは、サブコンビネーションまたはサブコンビネーションのバリエーションに導かれてよい。
【０１２７】
同様に、図面中の動作は特定の順序で示されているが、このような動作が特定の順序またはその順序で実行されることが要求されている、あるいは、所望の結果を得るために図示されている動作すべてを実行することが要求されていると理解されるべきではない。ある状況では、マルチタスキングおよび並列処理のほうが有利な場合もある。さらに、上記実施形態におけるさまざまなシステム構成要素の分離がすべての実施形態にも同様に求められていると理解されるべきでなく、また、上記プログラム構成要素およびシステムは、一般的記単一のソフトウェア製品に組み込まれるか、あるいは、複数のソフトウェア製品に実装されると理解されたい。
【０１２８】
このように、特定の実施形態を説明してきた。しかしながら、他の実施形態も以下の請求項の範囲内である。例えば、請求項に記載された動作は、異なる順序で実行されても所望の結果を得ることができる。
【０１２９】
上記の通りでない場合、あるいは、そのような実施形態が機能および／または構造上互いに矛盾するのでない限り、上記記載の実施形態のいずれも組み合わせることができる。
【０１３０】
本発明を特定の例示的実施形態を参照して説明してきたが、本発明は、それらの実施例に限定されず、添付の請求項の趣旨および範囲での修正および変更を加えても実現可能であることが理解されよう。したがって、本願明細書および図面は、限定ではなく例示的なものとして見なされるべきである。
【図１Ａ】
2015165567.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
2015165567.tif 000024
【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図５Ｊ】
2015165567.tif 000028
【図５Ｋ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【外国語明細書】
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