(57)【要約】  フォトニック集積回路（ＰＩＣ）チップ内で横方向に広がる光導波路の一部分は、基板と比較した、そして同様に基板に作られる隣接のフォトニック素子と比較した、遊離された導波路端部の物理的変位を可能にするために、基板から少なくとも部分的に自由にされる。遊離された導波路端部は、フォトニック素子と導波路を伝播される光モードとの間の相互作用を調節するために、位置を変えられ得る。フォトニック素子が、例えばエシェル格子又はアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を使用する光結合器である実施例において、結合器を通るモード伝播は、遊離された導波路端部の物理的な変位によって調節され得る。そのような一実施例において、集積化された光波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）の温度敏感性は、光結合器の温度依存性に逆らう方法で結合器と比較して遊離された導波路端部を変位させることにより、低減される。
2016535864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モノリシックフォトニック集積回路（ＰＩＣ）であって、
基板と、
前記基板の第１の領域の上方に配置されたフォトニック素子と、
前記基板の第２の領域の上方に配置された光導波路とを備え、
前記導波路の基板に固定された部分が、前記フォトニック素子から遠いとともに、前記フォトニック素子に最も近い前記導波路の遊離された部分が、前記基板に、及び前記フォトニック素子に、物理的に固定されていない、モノリシックＰＩＣ。
【請求項２】
前記フォトニック素子が光結合器を備え、前記結合器を通るモードの横断が、前記結合器と比較した、前記遊離された導波路部分の端部の物理的位置に依存している、請求項１に記載のモノリシックＰＩＣ。
【請求項３】
前記フォトニック素子が光結合器及び複数の第２の導波路を備え、前記遊離された導波路部分が、前記基板及び結合器と比較して、前記第２の導波路の間のモードの結合を変えるのに十分な物理的変位を受けることになる、請求項１に記載のモノリシックＰＩＣ。
【請求項４】
前記フォトニック素子が温度依存性を有し、
前記遊離された導波路部分が、前記温度依存性を少なくとも部分的に補償するために、前記基板及びフォトニック素子と比較して、一定の偏向を受けることになる、請求項１に記載のモノリシックＰＩＣ。
【請求項５】
前記フォトニック素子が光結合器及び複数の第２の導波路を備え、前記光結合器が、前記第２の導波路及び前記結合器の投入点と関連付けられた、温度に依存している中心周波数を有し、
前記遊離された導波路部分が、前記投入点を温度に応じて再配置することにより、前記基板と比較して、所定の温度範囲にわたって前記の温度依存性を補償するのに十分な一定の変位を受けることになる、請求項１に記載のモノリシックＰＩＣ。
【請求項６】
前記遊離された導波路部分が第１の材料を備え、
前記遊離された導波路部分の区間が、１つ若しくは複数の第２の材料によって、前記第１及び第２の材料の温度に応じて前記基板及び前記フォトニック素子と比較した前記遊離された導波路部分における偏向を引き起こすように、非対称的に被覆されるか、又は、
前記遊離された導波路部分が、前記基板の第３の領域の上方に配置された微小電気機械アクチュエータと更に結合される、請求項１に記載のモノリシックＰＩＣ。
【請求項７】
前記遊離された導波路部分が第１の材料を備え、前記遊離された導波路部分の側部側壁が、１つ又は複数の第２の材料によって被覆される、請求項１に記載のＰＩＣ。
【請求項８】
前記基板の第３の領域の上方に配置された微小電気機械アクチュエータを更に備え、前記アクチュエータが、
前記遊離された導波路部分に添付された遊離された容量性の部材と、
前記基板に添付されるとともに、駆動電圧に応えて前記遊離された容量性の部材に静電気的に結合するのに十分に小さい距離だけ前記遊離された容量性の部材から間隔を空けられる固定された容量性の部材とを更に備える、請求項１に記載のＰＩＣ。
【請求項９】
前記遊離された導波路部分の端部が、前記の入力の光導波路により伝播されるべき中心周波数の半分の整数倍を有する自由空間ギャップだけ前記フォトニック素子から離される、請求項１に記載のＰＩＣ。
【請求項１０】
前記遊離された導波路部分若しくは前記フォトニック素子のうちの少なくとも１つの端面が非直角的に曲げられるか、又は、
反射防止膜（ＡＲＣ）が前記遊離された導波路部分の端部に配置されるか、又は、
前記遊離された導波路部分の前記端部上の点が前記光結合器の隣接した側壁上の点から１．０μｍより小さく間隔を空けられる、のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のＰＩＣ。
【請求項１１】
モノリシック光波長分割マルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＷＤＭ）であって、
基板と、
前記基板の第１の領域の上方に配置された光結合器と、
前記基板の第２の領域の上方に配置された第１の光導波路であって、当該第１の光導波路の第１の端部が前記光結合器の第１の端部と光学的に結合される前記第１の光導波路と、
前記基板の第３の領域の上方に配置された複数の第２の光導波路であって、当該複数の第２の光導波路のそれぞれが、前記光結合器の第２の端部と光学的に結合される第１の端部を有する前記複数の第２の光導波路とを備え、
前記第１の導波路端部のうちの少なくとも１つが、自由空間ギャップだけ前記光結合器から間隔を空けられる遊離された端部である、モノリシックＷＤＭ。
【請求項１２】
前記光結合器、第１の光導波路、及び第２の光導波路が結晶シリコンであり、
前記光結合器が、平面導波路と、エシェル格子又はアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）とを備え、
前記遊離された端部を有する前記導波路の第１の区間が前記基板に機械的に固定され、
前記遊離された端部を有する前記導波路の第２の区間が前記基板の上方に片持ちされるとともに、前記自由空間ギャップだけ前記光結合器から間隔を空けられる、請求項１１に記載のモノリシックＷＤＭ。
【請求項１３】
前記第２の区間の少なくとも一部分が、１つ又は複数の第２の材料によって、前記第２の材料と前記のシリコンの導波路の熱膨張率の間の差に応じて前記基板と及び前記光結合器と比較した前記第２の区間に沿った機械的な偏向を引き起こすように、非対称的に被覆される、請求項１２に記載のモノリシックＷＤＭ。
【請求項１４】
前記第２の区間が、前記基板の第４の領域の上方に配置された微小電気機械アクチュエータと更に結合される、請求項１２に記載のモノリシックＷＤＭ。
【請求項１５】
前記遊離された端部及び前記光結合器の最も近い端面が前記第１の光導波路により伝播されるべき中心周波数の半分の整数倍に寸法指定されるファブリペローキャビティを定義するか、又は、
前記遊離された端部の端面若しくは前記光結合器の端面が非直角的に曲げられるか、又は、
反射防止膜（ＡＲＣ）が前記遊離された端部に配置されるか、又は、
前記遊離された端部上の点が前記光結合器の最も近い端面から１．０μｍより小さく間隔を空けられる、のうちの少なくとも１つである、請求項１２に記載のＷＤＭ。
【請求項１６】
ＰＩＣであって、
請求項１１に記載の光ＷＤＭと、
前記基板の上方に配置されるとともに、前記第２の光導波路の第２の端部と光学的に結合される複数の光検出器又は複数のレーザとを備える、ＰＩＣ。
【請求項１７】
電子装置であって、
プロセッサと、
メモリと、
前記プロセッサ及び前記メモリのうちの少なくとも１つと通信可能に結合される光受信モジュールチップであって、請求項１６に記載のＰＩＣを更に含む前記光受信モジュールチップとを備える、電子装置。
【請求項１８】
フォトニック集積回路を製造する方法であって、当該方法が、
誘電体層の上方に配置された半導体素子層を有する基板を受容するステップと、
光導波路と交差するフォトニック素子に前記素子層をパターニングするステップと、
前記導波路の端部と前記フォトニック素子と間の前記素子層を通るトレンチを形成するステップと、
長手方向の区間の端部部分に沿って横方向の幅の下を完全に切り取り、前記フォトニック素子に隣接した前記導波路の端部を機械的に遊離するように前記誘電体層の部分を取り除くステップとを含む、方法。
【請求項１９】
前記端部部分の周囲に被覆材料を非対称的に形成するステップであって、前記被覆材料が前記導波路の前記遊離された端部における温度に依存している偏向を引き起こすように前記素子層の熱膨張率と異なる熱膨張率を有する、ステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記被覆材料を形成するステップが、前記端部部分の第１の側部側壁上に、前記第１の側部側壁の反対側の前記端部部分の第２の側部側壁上のものより大きい厚さの金属層を蒸着するステップを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記被覆材料を形成するステップが、前記金属層と前記第１の側部側壁と間に誘電体層を蒸着するステップを更に含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記長手方向の区間の前記端部部分と物理的に結合された静電気アクチュエータに前記素子層をパターニングするステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
フォトニック集積回路（ＰＩＣ）は、モノリシックに集積化されたフォトニック素子又は要素を含み、そして、光通信及び高性能計算のようなアプリケーションにおける光データリンクとして有益である。モバイルコンピューティングプラットフォームに対して、同様に、ＰＩＣは、ホスト装置及び／又はクラウドサービスによってモバイル機器を急速に更新又は同期化するための将来有望なＩ／Ｏを提供する。そのような光リンクは、１つ若しくは複数の受動的又は能動的なフォトニック素子を通して光を伝播する１つ又は複数の光導波路を含む光送信機及び／又は光受信機を備える光Ｉ／Ｏインタフェースを利用する。
【０００２】
ＰＩＣは、それらのコンパクトなサイズ、より低いコスト、並びに高められた機能性及び／又は性能に起因して、別個の光部品によって造られた光学システムに勝る利点を有する。しかしながら、多くの集積化されたフォトニック素子は温度に対して敏感であり、モノリシック集積化をより容易にする材料は、多くの場合、より大きい温度敏感性に悩まされる。例えば、シリコンフォトニクス（ＳｉＰｈ）技術は、製造可能性及び拡張性に関して明瞭な利点を有するが、しかし、高い温度敏感性の課題に直面する（例えば、二酸化ケイ素（silica）と比較して、シリコンは、およそ１０倍より温度に対して敏感である屈折率（ＲＩ）を有する）。
【０００３】
光マルチプレクサ（ｍｕｘ）及びデマルチプレクサ（ｄｅ−ｍｕｘ）は、光通信及び光インターコネクトのための波長分割多重化（ＷＤＭ）ネットワークにおける重要な構成要素である。複数の波長（チャネル）を単一の光ファイバで送るために、波長はファイバの一方の端部においてｍｕｘにより多重化（結合）され、受信するファイバ端部においてｄｅ−ｍｕｘにより逆多重化（分離）されなければならない。エシェル格子又はアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）のような光ｍｕｘ及びｄｅ−ｍｕｘ要素は、高度に集積化されたモノリシックＰＩＣを形成するためにレーザ及び検出器のような他の光部品と良く集積化し得る。しかしながら、これらのＷＤＭ要素の両方は、温度に対して敏感であるフォトニック素子の良い実例である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
温度を安定させるために熱源が提供される積極的な温度安定化のような、ＰＩＣの温度敏感性を減少させるように設計された多くの技術は、不利に追加の電力を消費するとともに、システムに複雑さを加える。したがって、これに代るものが有利であり得る。
【０００５】
ここで説明された物質は、添付の図面において、限定ではなく一例として例示される。実例を簡単化及び明瞭化するために、図面において例示された要素は、必ずしも一定の比率で描かれるとは限らない。例えば、いくつかの要素の寸法は、明瞭化のために、他の要素と比較して誇張されているかもしれない。さらに、適切であると考えられる場合には、対応する又は類似している要素を示すために、参照符号は図面の間で繰り返し使用された。各図面は下記のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】一実施例による、フォトニック素子に隣接する物理的に変位可能な光導波路を単一の基板上に集積化するＰＩＣの平面図である
【図１Ｂ】一実施例による、図１Ａにおいて示されたｂ−ｂ’ラインに沿った図１Ａで描写されたＰＩＣの横断面図である。
【図１Ｃ】一実施例による、図１Ａにおいて示されたｃ−ｃ’ラインに沿った図１Ａで描写されたＰＩＣの横断面図である。
【図２】一実施例による、自由空間ギャップの寸法が光モード伝送に及ぼす影響を例示するグラフである。
【図３Ａ】一実施例による、変位可能な光導波路の遊離された端部における後方反射の減少を例示する平面図である。
【図３Ｂ】一実施例による、変位可能な光導波路の遊離された端部における後方反射の減少を例示する平面図である。
【図４Ａ】一実施例による、単一の変位可能なポートを有するエシェル格子ｍｕｘ／ｄｅ−ｍｕｘの平面図である。
【図４Ｂ】一実施例による、複数の変位可能なポートを有するエシェル格子ｍｕｘ／ｄｅ−ｍｕｘの平面図である。
【図５】一実施例による、単一の変位可能なポートを有するＡＷＧｍｕｘ／ｄｅ−ｍｕｘの平面図である。
【図６Ａ】一実施例による、受動的に変位可能なポートを有するエシェル格子ｍｕｘ／ｄｅ−ｍｕｘの平面図である。
【図６Ｂ】一実施例による、図６Ａにおいて示されたｃ−ｃ’ラインに沿った図６Ａで描写された受動的に変位可能な導波路の横断面図である。
【図６Ｃ】一実施例による、図６Ａにおいて示されたｃ−ｃ’ラインに沿った図６Ａで描写された受動的に変位可能な導波路の横断面図である。
【図７Ａ】一実施例による、能動的に変位可能なポートを有するエシェル格子ｍｕｘ／ｄｅ−ｍｕｘの平面図である。
【図７Ｂ】一実施例による、ＭＥＭＳベースの光導波路作動システムの機能ブロック図である。
【図８Ａ】一実施例による、モノリシックの物理的に変位可能な光導波路及び隣接するフォトニック素子を含むＰＩＣを作動させる方法を例示するフローチャートである。
【図８Ｂ】一実施例による、モノリシックの物理的に変位可能な光導波路及び隣接するフォトニック素子を含むＰＩＣを製造する方法を例示するフローチャートである。
【図９】一実施例による、非熱的なＷＤＭ受信機を有するＰＩＣを含む光受信モジュールを使用するモバイルコンピューティングプラットフォーム及びデータサーバマシンを例示する。
【図１０】一実施例による、電子コンピューティング装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
実施例は、同封される図面を参照して説明される。具体的な構成及び配置が描写されて詳細に論じられる一方、これが実例となる目的だけのために行われる、ということが理解されるべきである。当業者は、他の構成及び配置が説明の精神及び範囲からはずれずに可能である、ということを認識することになる。当業者には、ここで説明された技術及び／又は配置はここで詳細に説明されるもの以外の様々な他のシステム及びアプリケーションにおいて使用され得る、ということが明白であろう。
【０００８】
下記の詳細な説明において、説明の一部を形成し、代表的な実施例を例示する添付図面に対する参照が行われる。さらに、他の実施例が利用され得るとともに、権利請求された主題の範囲からはずれずに構造的及び／又は論理的な変更が行われ得る、ということが理解されるべきである。例えば上、下、上部、下部などの方向及び基準は、図において特徴の説明を容易にするためだけに使用され得るとともに、権利請求された主題の適用を限定することを意図していない、という点にも注意が必要である。したがって、下記の詳細な説明は、限定的に解釈されるべきでなく、権利請求された主題の範囲は添付された請求項とそれらの等価物によってのみ定義される。
【０００９】
下記に説明において、多くの詳細が説明されるが、しかしながら、実施例はこれらの特定の詳細なしで実践され得る、ということが当業者には明白であろう。いくらかの場合において、周知の方法及び装置は、代表的な実施例の創意に富んだ態様を不明瞭にすることを回避するために、詳細に示されるよりむしろ、ブロック図形式で示される。この明細書の至るところにおける“実施例”又は“一実施例”に対する言及は、実施例に関連して説明された特別な特徴、構造、機能、又は特性が、少なくとも１つの実施例に含まれることを意味する。したがって、この明細書の至るところの様々な場所における“実施例において”又は“一実施例において”という言いまわしの出現は、必ずしも同じ実施例を参照しているとは限らない。さらに、特別な特徴、構造、機能、又は特性は、１つ又は複数の実施例において、あらゆる適切な方法で結合され得る。例えば、第１及び第２の実施例と関連付けられた特別な特徴、構造、機能、又は特性が相互に排他的ではない場合には、第１の実施例は第２の実施例と結合され得る。
【００１０】
代表的な実施例及び添付された請求項の説明において使用されるように、単数形を表す冠詞“ａ”、“ａｎ”、及び“ｔｈｅ”は、文脈がそうでない場合を明らかに示さない限り、同様に複数形を含むことを意図している。ここで使用されるように、“及び／又は”という用語は、関連する列挙された項目のうちの１つ又は複数のありとあらゆる可能な組み合わせを指すとともに包含する、ということが同様に理解されることになる。この明細書の至るところで、そして請求項において使用されるように、“のうちの少なくとも１つ”又は“のうちの１つ又は複数”という用語により結合された項目のリストは、列挙された項目のあらゆる組み合わせを意味することができる。例えば、“Ａ、Ｂ、又はＣのうちの少なくとも１つ”という言いまわしは、“Ａ”、“Ｂ”、“Ｃ”、“Ａ及びＢ”、“Ａ及びＣ”、“Ｂ及びＣ”、又は“Ａ、Ｂ、及びＣ”を意味することができる。
【００１１】
“結合される”及び“接続される”という用語は、それらの派生語と同様に、ここでは、コンポーネントの間の機能的又は構造的な関係を説明するために使用され得る。これらの用語は、相互の同義語を意図していない、ということが理解されるべきである。それどころか、特定の実施例において、“接続される”は、２つ以上の要素が、お互いに、直接的な、物理的、光学的、又は電気的接触状態にあることを示すために使用され得る。“結合される”は、２つ以上の要素が、お互いに、直接的又は間接的（それらの間の他の介在する要素を伴う）のいずれかにおける、物理的、光学的、又は電気的接触状態にあること、及び／又は、２つ以上の要素が、（例えば、原因と結果の関係のように）お互いに協力するか若しくは相互作用することを示すために使用され得る。
【００１２】
ここで使用されるような“の上方に”、“の下方に”、“の間に”及び“の上に”という用語は、１つのコンポーネント又は材料層の、そのような位置関係が顕著である他のコンポーネント又は層に対する相対的な位置のことを指す。例えば、材料層の状況において、別の層の上方又は下方に配置された１つの層は、直接もう一方の層と接触しているかもしれないし、又は、１つ若しくは複数の介在する層を有しているかもしれない。さらに、２つの層の間に配置された１つの層は、直接２つの層と接触しているかもしれないし、又は、１つ若しくは複数の介在する層を有しているかもしれない。一方、第２の層上の第１の層は、その第２の層と直接的な接触状態にある。同様の区別が、コンポーネントの組み立ての状況において行われるべきである。
【００１３】
下記で更に非常に詳細に説明されるように、実施例において、フォトニック集積回路（ＰＩＣ）チップ内の基板の上方に横方向に広がる光導波路の少なくとも一部分は、基板と比較した、そして同様に基板に作られる隣接のフォトニック素子と比較した、遊離された導波路端部の物理的変位を可能にするために、基板から少なくとも部分的に自由にされる。遊離された導波路端部は、フォトニック素子と導波路を伝播される光モードとの間の相互作用を調節するために、例えば、内部のフィルムストレスに応じて、及び／又は、電気機械式駆動部を介した能動的な作動の結果として、物理的に位置を変えられ得る。フォトニック素子が、例えばエシェル格子又はＡＷＧｍｕｘ／ｄｅ−ｍｕｘ要素を使用する光結合器である実施例において、結合器を通るモード伝播は、光ポートの投入点を再配置するように、遊離された導波路端部の機械的な変位によって調節され得る。そのような一実施例において、集積化された光ＷＤＭ要素の温度敏感性は、結合器／ＷＤＭ要素の温度依存性に逆らう方法で結合器と比較して遊離された導波路端部を変位させることにより、低減される。
【００１４】
実施例において、ＰＩＣは、同じ基板の上方に配置された光導波路及びフォトニック素子を少なくとも含むモノリシック素子である。光学素子は、フォトニック素子と光導波路内を伝播されるモードとの間の相互作用を調節するのに十分な基板と比較した物理的変位をある程度可能にする、基板に物理的に固定されていない導波路又は光学素子のいずれかの一部分で、導波路に光学的に結合される。図１Ａは、一実施例による、物理的に固定されたフォトニック素子１２０に隣接する物理的に変位可能な光導波路１１０を単一の基板１０５上に集積化するＰＩＣ１０１の平面図である。フォトニック素子１２０は、基板１０５の第１の領域の上方に配置されるとともに、下記のものに限定されないが、ｎポート光結合器、光変調器、光検出器、又はレーザのような、あらゆる受動的又は能動的な光学素子であり得る。光導波路１１０は、基板１０５の第２の領域の上方に配置されるとともに、基板１０５の平面において概して平面的であり、そしてフォトニック素子１２０と同一平面上（すなわち同じ平面内に）にある。帯状又は肋骨状側壁１１５Ｂは、導波路１１０の横軸の幅又は横の幅Ｗを定義する。幅Ｗは、材料系及び波長によって異なり得るが、しかし、１つの代表的なシリコンの実施例の場合、導波路の幅Ｗは、１３１０ｎｍの中心波長を有する伝播される光に対して有利に３μｍと６μｍとの間になる。同様の範囲が、同じく導波路１１０のｚ方向の高さに適用できる。
【００１５】
光導波路１１０は、内部全反射（ＴＩＲ）により長手方向の導波路の区間Ｌに沿って光スペクトル（ｈｖ）における電磁波をガイドするように、周囲の材料に対して十分な屈折率差（index  contrast）を有する材料の導波路である。実施例において、光導波路１１０は、固定された長手方向の区間ＬＡに沿って基板１０５に物理的に固定されている少なくとも１つの固定された導波路部分１１１と、遊離された長手方向の区間ＬＲに沿って基板１０５に物理的に固定されていない少なくとも１つの遊離された導波路部分１１２とを含む。
【００１６】
図１Ａにおいて更に例示されたように、遊離された導波路部分１１２は、同様に、フォトニック素子１２０に最も近い導波路端面１１５Ａによって、フォトニック素子１２０から物理的に離される。導波路端面１１５Ａは、自由空間ギャップＧだけフォトニック素子端面１２０Ａから離される。光導波路１１０は、自由空間ギャップＧを越えて、したがって自由空間ギャップＧを横断するとともに、投入点１５１においてフォトニック素子１２０の中に結合する（又はフォトニック素子１２０の中から外に出る）光モードによって、フォトニック素子１２０と光学的に結合される。投入点１５１は、基板１０５と比較した、１つ又は複数の次元における遊離された導波路部分１１２の変位を通して、物理的に位置を変えられることができる。有利な実施例において、フォトニック素子１２０と導波路１１０内を伝播されるモードとの間の相互作用は、遊離された導波路部分１１２の物理的変位を制御することにより調節されることができる。フォトニック素子１２０から遠い基板１０５上の固定されたアンカーポイントから光導波路１１０が片持ちされる（cantilevered）代表的な実施例において、投入点１５１は、基板１０５と比較した、１つ又は複数の次元における遊離された導波路部分１１２の弾力のある偏向を通して、物理的に位置を変えられることができる。
【００１７】
実施例において、光導波路端部の遊離された部分は、導波路の固定された部分からの基板のｘｙ平面内で横方向に変位可能である。図１Ａにおいて更に示されたように、固定された導波路部分１１１の長手方向軸は、横断面の平面ｂ−ｂ’と一直線に合わせられる。遊離された導波路部分１１２は、アンカーポイント１３０Ａからの偏向角を達成し、それにより、遊離された導波路部分１１２の長手方向軸が点線１５０をたどり、投入点１５１が投入点１５２まで端面変位距離Ｄだけ横方向に位置を変えられるように、導波路材料の弾性係数及び導波路のエリア慣性モーメント（area  moment  of  inertia）に基づく十分な長さである。
【００１８】
図１Ｂは、一実施例による、図１Ａにおいて示されたｂ−ｂ’ラインに沿ったＰＩＣ１０１の横断面図である。図示されたように、光導波路１１０は、基板１０５の上方に配置された素子層を含む。基板１０５は、下記のものに限定されないが、半導体基板、絶縁体上半導体（semiconductor-on-insulator：ＳＯＩ）基板、絶縁体基板（例えば、サファイア）、若しくは同様のもの、及び／又は、それらの組み合わせのような、ＩＣを形成するために適切である当該技術において知られているあらゆる基板であり得る。有利な実施例において、光導波路１１０は、シリコンのような、結晶（例えば、実質的には単結晶）半導体層である。ＩｎＰのような他の化合物半導体と同様に、ゲルマニウム、ＳｉＧｅのような代わりの半導体が同じく可能である。光導波路１１０は、導波路材料に対して十分に高い屈折率差を有する介在する材料１３０によって基板１０５から離される。光導波路１１０及び基板１０５が両方とも結晶シリコンである代表的な実施例において、介在する材料１３０は二酸化ケイ素である。基板１０５がシリコンＳＯＩ基板であるそのような一実施例において、シリコン光導波路１１０は、基板１０５のシリコン素子層内にパターニングされる。フォトニック素子１２０は、導波路１１０と平面的である（すなわち、同じｚ方向の高さを有する）とともに、導波路１１０と同じ素子層の中に存在する。図１Ｂにおいて更に例示されたように、遊離された長手方向の区間ＬＲを有する下部空間１４０は導波路１１０の下方にあり、固定された長手方向の区間ＬＡに沿ったアンカーとして存在している介在する材料層１３０を有するフォトニック素子１２０に最も近い。同様に、上部空間１９０は、少なくとも遊離された長手方向の区間ＬＲに沿って導波路１１０の上方に存在し、そして任意に更に伸びるかもしれない。導波路１１０の上方に配置されるのは、このタイプのモノリシックの遊離された構造に適切な保護を提供するための、当該技術において知られているあらゆる材料のシェル１９２である。図１Ｃは、図１Ａにおいて示されたｃ−ｃ’ラインに沿ったＰＩＣ１０１の横断面図であるとともに、どのように導波路１１０が周囲の材料から完全に遊離されるかを更に例示する。図１Ｃにおいて同様に描写されたように、導波路１１０は、ｚ及びｙ次元において、遊離された長手方向の区間ＬＲに沿ってｘ次元において伝播するような光モード１７０を含む。
【００１９】
フォトニック素子１２０と物理的に離される導波路１１０について、自由空間ギャップＧの寸法を設計すること、及び／又は、その間の光伝送を最大限にするように端面１１５Ａ、１２０Ａを設計することは、有利である。導波路１１０とフォトニック素子１２０との間の光学的結合は自由空間ギャップＧがより大きくなると低下すると予測されることができる一方、特定の有利な実施例において、遊離された第２の導波路区間の端面と隣接する光学素子の端面は、ファブリペロー（ＦＰ）キャビティを形成する。ＦＰキャビティを提供するように導波路の端面１１５Ａとフォトニック素子の端面１２０Ａとの間の切断を寸法指定することにより、共振波長に対応する高い伝送のピークが達成されることができる。この効果は、１３１０ｎｍの波長光が５μｍ×５μｍのシリコン導波路１１０とシリコンフォトニック素子１２０との間を伝播される代表的な実施例において、自由空間ギャップの寸法の、ギャップを横断する光モード伝送に対する効果をモデル化するグラフである図２において示される。ポイント２１５において、自由空間ギャップＧが中心波長（すなわち、１３１０ｎｍ）に等しい場合に、±５０ｎｍにおいて約９０％にロールオフする伝送によって、伝送は少なくとも９９％に到達する。もしより緩和されたパターニング／製造規則が望まれるならば、受け入れられる伝送レベルは、波長の半分（λ／２）の整数倍を有するあらゆる自由空間ギャップＧに対して同様に達成され得る。例えば、図２においてモデル化されたように、５μｍ×５μｍのシリコン導波路１１０、及びシリコンフォトニック素子１２０を仮定すると、１９６５ｎｍ（３／２λ）の自由空間ギャップＧを横断する１３１０ｎｍの中心波長の伝送は、少なくとも９７％になる。
【００２０】
ＦＰキャビティが隣接する導波路とフォトニック素子の端面との間に提供されない代替の実施例において、伝送は、自由空間ギャップＧの寸法を減少させることによって増大され得る。１つの有利な実施例において、自由空間ギャップＧは、わずか約λ／２（例えば、６６０ｎｍ）である。このサイズのギャップは、代表的な５μｍの高さのシリコン導波路における８：１のアスペクト比未満に対応し、それは、現代のプラズマエッチングシステムによって容易に達成できる。実施例において、導波路端面及び／又は隣接のフォトニック素子面は、反射防止膜によって被覆されるか、及び／又は、それらの面のうちの少なくとも１つは、後方反射を減少させるか、及び／又はスペクトルの平坦性を増加させるために非直角的に曲げられる。図３Ａ及び図３Ｂは、実施例による、後方反射の減少を伴う、変位可能な光導波路の端部を例示する平面図である。図３Ａにおいて示されたように、空間１４０にわたって広がる導波路１１０の端部部分は、導波路の側部側壁１１５Ｂに対して非直角である（又は、導波路１１０の長手方向軸に非直角である）、側面に沿って曲げられた端面３１５Ａを有する。ｚ−次元における導波路端面の非直角の角度（すなわち、端面の傾斜）は、同じく可能であるが、しかし、そのような実施例は、側面に沿って曲げられた端面のリソグラフィのパターニングの単純性に欠ける。フォトニック素子の端面１２０Ａは、例えばｚ−次元に関して同じく曲げられ得る。
【００２１】
図３において示された更なる実施例において、導波路１１０は、反射防止膜（anti-reflective  coating：ＡＲＣ）３７１によって被覆された端面を含む。あらゆる従来のＡＲＣが選ばれた波長及び材料系に基づいて利用され得るとともに、実施例はこの点で限定されない。代表的な材料は、有機又は無機（Ｓｉベース）の材料の１つ又は複数の層を含む。更なる実施例において、遊離された導波路端面に隣接するフォトニック素子端面は、ＡＲＣによって被覆される。図３Ｂにおいて例示されたように、例えば、フォトニック素子１２０は、導波路１１０に隣接するＡＲＣ３７２を含む。有利な実施例において、ＡＲＣ３７１及びＡＲＣ３７２は同じ材料のＡＲＣである。更なる実施例において、図３Ａにおいて示された端面の角度と図３Ｂにおいて示された端面のＡＲＣコーティングの両方は、結合され得る。
【００２２】
実施例において、遊離された導波路部分は、ｎポートの光結合器の中に光学的に結合されるとともに、結合器を通る光モードの横断は、結合器と比較した、遊離された導波路部分の端部の物理的位置に依存する。ＷＤＭの実施例に関して、光結合器は、１対ｎ結合器、又はあらゆる数の入力及び出力ポートを有するスター結合器であり得る。結合器ポートとして機能する少なくとも１つの光導波路は、遊離された導波路部分を有する。基板及び光結合器と比較した、遊離された導波路端部の物理的変位は、その場合に、結合器を通る光の横断に影響を及ぼすかもしれず、例えば、結合器の中の伝播の長さ、及び／又は、回折若しくは反射角を変更する。例えば、結合器のポートのうちの１つ又は複数と関連付けられた中心周波数は、遊離された導波路端部の変位に応じて変動し得る。この能力は、多くのＰＩＣ設計及びアプリケーションに向けられ得る。第１の実施例において、ＷＤＭとの関連で下記において更に詳細に説明されるように、結合器の光学パラメータの変化は、遊離された導波路の物理的変位で補償される。遊離された導波路の変位を制御することにより、ｍｕｘ及びｄｅ−ｍｕｘの機能的な余地が増やされ得る。しかしながら、同様の戦略が光学パラメータの不安定性を前提とするあらゆるフォトニック素子に対してより一般に適用され得る、ということは注目に値する。
【００２３】
図４Ａは、４チャネルの実施例による、単一の変位可能な導波路４１０を有するエシェル格子ＷＤＭ４０１の平面図である。例示されたように、変位可能な導波路ポート４１０は、例えば、実質的に図１Ａ〜図１Ｃにおいて例示されたように、少なくとも部分的に基板１０５に物理的に固定されていない。導波路端面１１５Ａは、距離Ｄにわたって少なくとも横方向に移動可能であるとともに、自由空間ギャップＧだけ結合器端面４２０Ａから離される。導波路ポート４１０及び光結合器４２０は、それぞれ、例えば図１Ｂ及び図１Ｃとの関連で説明された材料のスタック構造を有するシリコン製であり得る。光結合器４２０は、エシェル格子４２１、並びに、複数の物理的に据え付けられた又は固定された導波路ポート４３０Ａ、４３０Ｂ、４３０Ｃ、及び４３０Ｄを含む。４つのチャネルが例示されるが、より多くのポート又はより少ないポートが提供され得る。ＷＤＭのｄｅ−ｍｕｘ動作の間、λｃ（例えば、１３１０ｎｍ）の中心周波数を有する光の光モードは、変位可能な導波路ポート４１０と結合器４２０との間で、導波路端面１１５を通って、自由空間ギャップＧを横断して、結合器端面４２０Ａを通って、そしてエシェル格子４２１において反射して伝播する。強め合って干渉する波長が、それぞれの導波路ポートに対して伝播する（例えば、標準化された２０ｎｍのチャネル空間に対して、４３０Ａにおけるλ１、４３０Ｂにおけるλ２など）。逆に、ｍｕｘ動作の間、様々なチャネルの中心周波数（例えば、λ１＝１３５０ｎｍ）の光は、結合器４２０を通って結合器端面４２０Ａへ横断して、自由空間ギャップＧを横断して、そして変位可能な導波路ポート４１０に入る。ＷＤＭ４０１の動作中心周波数は、格子４２１のパラメータ及び結合器４２０の屈折率だけでなく、固定された導波路ポート４３０Ａ〜４３０Ｄ及び結合器の投入点の位置に関連付けられる。結合器４２０がシリコン製であり、そして結合器のＲＩが温度によって大幅に変わる場合に、もしＰＩＣの温度が動作の間に変化するならば、著しい中心周波数（波長）シフトが発生し得る。
【００２４】
特定の光結合器の実施例において、変位可能な導波路ポートは、基板と比較して（及び結合器と比較して）、結合器の１つ又は複数の他のポートの間の光モードの結合を変えるのに十分である変位を自由に受けることができる遊離された導波路部分を含む。特定のそのような実施例において、第１の導波路の遊離された部分は、第２の導波路の間の光モードの結合を変えるのに十分な弾力のある偏向を自由に受けることができる。結合器のＲＩが温度に依存している実施例において、遊離された導波路部分は、その温度依存性を少なくとも部分的に補償するために、基板１０５及び結合器４２０と比較して、一定の偏向を受けることができ、ＷＤＭ４０１の中心周波数を、熱的により鈍感にするか、又は“断熱化（athermalized）”する。４０℃（例えば、±２０℃）の動作温度範囲、及び２０ｎｍのＷＤＭチャネル間隔Δλを仮定すると、もしポート４３０Ａ〜４３０Ｄが約２０μｍの間隔ｐを有しているならば、シリコン結合器４２０は、約１０ＧＨｚ／℃の中心周波数シフトを経験するかもしれない。したがって、４０℃の範囲を超えて断熱化するために、出力される波長は、約２．４ｎｍのδλにより調節可能である必要があり、それは、結合器の投入点における２．４μｍの物理的シフトに対応する。
【数１】
2016535864.tif 000003
十分に長く遊離された長さによって、導波路ポート４１０は、下記で更に詳細に説明されるような受動的及び／又は能動的な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータ技術を使用して、数ミクロンの距離にわたって、そして実際にはさらに数十ミクロン以上の距離にわたって容易に位置を変えられ得る。
【００２５】
特に、実施例は、１つの変位可能な導波路に限定されないとともに、ＰＩＣの中では、１つを超える導波路が遊離されて物理的に位置を変えられ得る。図４Ｂは、例えば、一実施例による、複数の変位可能な光導波路ポート４３１を有するエシェル格子ＷＤＭ４０２の平面図である。この実施例では、導波路ポート４１１が基板１０５に固定される一方、ポート４３１のそれぞれは、基板１０５及び結合器４２０と比較して、変位距離Ｄにわたって変位可能である。図４Ａにおいて例示された単一の変位可能な導波路ポートに関して説明されたように、各光導波路ポート４３１は、結合器の面４２０Ａから自由空間ギャップＧだけ離された端面４３２Ａを有する。ＷＤＭ４０２は、例えば、設計された間隔を維持しながら、ポート４３１を一斉に変位距離Ｄにわたって動かすことにより温度補償され得る。
【００２６】
更なる実施例において、光結合器の全ての導波路ポートは、その結合器が固定される基板と比較して、変位可能である。例えば、図４Ａ及び図４Ｂにおいて例示された実施例は、導波路ポート４１０が導波路ポート４３１の各々と同様に変位可能であるように、結合され得る。そのような実施例において、導波路ポート４３１は、例えば、結合器の１つだけの端部において達成される変位距離を越えて、全体の効果的な変位距離Ｄを達成するように、導波路ポート４１０とは独立したグループとして物理的に位置を変えられ得る。さらに他の実施例において、たとえ光結合器が基板と比較した変位を可能にするように基板から遊離され得るとしても、その場合に、結合器の導波路ポートは、同様に基板から遊離され得るか、又は基板に完全に固定され得る。
【００２７】
変位可能な導波路は、他のＷＤＭ要素を使用する光結合器と同様に結合され得る。例えば、図５において例示された実施例において、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）ＷＤＭ５０１は、第１の（例えば、入力）結合器５２２の中に光学的に結合される物理的に変位可能な導波路ポート４１０を含む。ＡＷＧ５２４は、第１の結合器５２２を、第２の（例えば、出力）結合器５２３と光学的に結合する。ＡＷＧ５２４の中の経路長における変化は、導波路ポート４３０における波長依存の強め合う干渉をもたらす。基板１０５に対する導波路ポート４１０の変位は、この場合も先と同様に、結合器５２２（それは、この実例において基板１０５に固定される）の投入点を変更する。ＡＷＧ  ＷＤＭ５０１の１つ又は複数の光学パラメータ（例えば、ＲＩ）が温度依存性を有しているそれらの実施例に関して、物理的な導波路ポートの変位は、様々な装置設計パラメータに依存しながら、いくらかの所定の温度範囲にわたる非熱的な動作を可能にし得る。
【００２８】
実施例において、変位可能な光導波路は、基板と比較して、受動的に位置を変えられることになる。受動的変位は、導波路それ自身の遊離された区間内部の、及び／又は遊離された導波路区間に対する被覆の、一様でない若しくは非対称的なストレスによって行われ得る。遊離された部材は、遊離された部材におけるストレスを緩和するように、予測どおりに引っ張られる。断熱化（athermalization）の実施例に関して、遊離された導波路及び／又はその周囲の被覆におけるひずみεは、熱ドリフトをキャンセルするために、光結合器の波長依存性
【数２】
2016535864.tif 000004
を補償する温度に対する所望の依存性
【数３】
2016535864.tif 000005
を有するよう設計されることができる。図６Ａは、一実施例による、結合器４２０と光学的に結合される受動的に変位可能な導波路４１０を有するエシェル格子ｍｕｘ／ｄｅ−ｍｕｘ６０１の平面図である。ＷＤＭ６０１は、以前に説明されたＷＤＭ４０１の全ての属性及び特徴を含み得る。更に図示されたように、第１の材料の導波路４１０は、１つ又は複数の組成的に区別可能な被覆材料６２５によって、第１及び第２の材料の温度に応じて遊離された導波路区間ＬＲにおける偏向を引き起こすように、非対称的に被覆される。被覆材料６２５は、導波路材料の熱膨張係数（coefficient  of  thermal  expansion：ＣＴＥ）と異なる容積測定の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有し得る。例えば、導波路４１０がシリコンである場合に、被覆材料６２５は、下記のものに限定されないが、アルミニウム、又はシリコンと十分に異なるＣＴＥを有する別の金属のような、シリコン以外の材料であり得る。図６Ａにおいて更に例示されたように、導波路４１０と被覆材料６２５の両方は、それらの横方向の幅の下方に広がるエッチングされた空間１４０によって基板１０５から遊離される。
【００２９】
図６Ｂは、横方向に変位可能な導波路の実施例による、図６Ａにおいて示されたｃ−ｃ’ラインに沿った受動的に変位可能な導波路の横断面図である。そのような実施例に関して、遊離された導波路区間の少なくとも一部分の側部側壁は、反対側の側壁より更に大きい範囲まで、被覆材料６２５によって覆われる。より具体的には、第１の側部導波路側壁６１５Ｄは、反対の側壁６１５Ｅが有するものよりかなり大きな厚みの被覆材料６２５を有する。そのような異方性蒸着のための多くの技術が知られており、実施例はこの点で限定されない。特に、光モードが導波路４１０を通して伝播される追加の制限に対して、有利な実施例において、非対称的な被覆は多層スタックになる。図６Ｃにおいて例示された代表的な実施例において、被覆材料６２５は、介在する内側の被覆材料６２７によって光導波路４１０から離される外側の被覆材料６２９を含む。内側の被覆材料６２７は、導波路材料に対する屈折率差を提供し、そしてもし外側の被覆材料６２９が導波路４１０との直接的な接触状態に配置されたならば発生するであろう光モード１７０の散乱を減少させるためのものである。導波路４１０がシリコンであるそのような一実施例において、内側の被覆材料６２７は、この場合も先と同様に、アルミニウム又は他の適切な金属である外側の被覆材料６２９を伴う、二酸化ケイ素又は窒化ケイ素であり得る。導波路４１０がＳＯＩ基板のシリコン素子層である場合に、その場合に等方性シリカエッチ（isotropic  silica  etch）が多層の被覆を損なわずに被覆加工された導波路構造を選択的に遊離するために使用され得るので、窒化ケイ素は、内側の被覆材料６２７として特に有利である。
【００３０】
２０ｎｍのチャネル間隔Δλ及び約２０μｍのポート間隔ｐとともに１３１０ｎｍのλｃを有するとして上記で説明されたエシェル格子ＷＤＭにおいて、代表的な４０℃の範囲にわたる非熱的な動作を達成するために、約０．６μｍ／℃の導波路端面変位速度が必要とされる。この偏向の速度は、５μｍの幅Ｗと５μｍのｚ方向の高さを有するとともに、例えば、２００〜２５０μｍの遊離された長手方向の区間ＬＲに沿って配置された、約０．５μｍの厚さの窒化ケイ素の内側の被覆材料６２７及び約２μｍの厚さのアルミニウムの外側の被覆材料６２９を備えるシリコン導波路の受動的な変位によって達成され得る。
【００３１】
実施例において、変位可能な光導波路は、基板と比較して、能動的に位置を変えられることになる。能動的変位は、基板の上方に配置されるとともに、光導波路に対して機械的又は電気的に結合される微小電気機械アクチュエータによって行われ得る。図７Ａは、一実施例による、能動的に変位可能な導波路４１０を有するエシェル格子ＷＤＭ７０１の平面図である。ＷＴＤＭ７０１は、以前に説明されたＷＤＭ４０１の全ての属性及び特徴を含み得る。ＷＤＭ７０１は、ＭＥＭＳアクチュエータ７２５を更に含み、それは、導波路４１０の遊離された部分と物理的に結合される移動可能なシャトル７７６を含む。シャトル７７６は、シャトル７７６との間に配置された横方向のスプリング結合器を有する選択されたアンカーポイント７６５は別として、基板１０１に固定されていない（例えば、基板１０１から遊離されている）。図７Ａにおいて示されたように、エッチングされた空間１４０は、シャトル７７６及び導波路４１０の遊離された領域の下に伸びる。シャトル７７６は、基板１０５に物理的に固定されている対応する固定された容量性の駆動部材と静電気的に結合するように構成される移動可能な容量性の駆動部材７８０を更に含む。アクチュエータ７２５が静電気的なくし形駆動部として例示される一方、そのようなＭＥＭＳアクチュエータが、ミクロンの、そしてさらに数十ミクロンの横方向のシャトル変位を容易に達成するということが知られているので、他のアクチュエータの設計が同じく可能である（例えば、可変容量性のギャップ、又はさらに誘導的な駆動部を使用する）。
【００３２】
印加された駆動電圧に応じて遊離された容量性の部材に静電気的に結合するのに十分に小さい距離だけ離された遊離された容量性の駆動部材を例えば含むＭＥＭＳアクチュエータに関して、駆動電圧は、例えば導波路４３０の間の光モードの結合を変更するために、ＷＤＭ７０１の動作の間に、リアルタイムで能動的に修正され得る。図７Ｂは、いくらかの温度範囲（例えばＷＤＭ２０１について説明された４０℃の範囲）にわたって断熱化しているＷＤＭ７０１の代表的な実施例による、ＭＥＭＳベースの光導波路作動システム７０２の機能ブロック図である。システム７０２は、例えばＷＤＭ７０１と一緒に基板１０５に集積化され得る温度センサ７８３を含む。温度センサ７８３からの出力は、例えばフィードフォワード制御ループの一部分として、制御器７８０に入力される。少なくとも温度に基づいて、制御器７８０は、例えば温度に関連付けられた既知の光結合器波長シフトを補償するために、ＭＥＭＳアクチュエータ７２５に対してＭＥＭＳアクチュエータ駆動信号（例えば、電圧レベル）を出力する。ＭＥＭＳアクチュエータ７２５は、ＭＥＭＳアクチュエータ駆動信号に基づいて導波路４１０を変位させ、それにより、結合器のモード投入位置を再配置する。更なる実施例において、システム７０２は、ＷＤＭ７０１と制御器７８０との間のフィードバック制御ループを更に含み得る。例えば、光／電気変換器（optical-to-electrical converter）は、導波路ポート４３０の光出力を制御器７８０と通信可能に結合する。
【００３３】
更なる実施例において、上記で説明された導波路の物理的変位は、モノリシックの光学フィルタ設計において使用され得る。例えば、熱ドリフトと無関係である、上記の構造によってＰＩＣの導波路を変位させる能力は、モノリシックの光学フィルタの通過帯域を調節するために使用され得る。例えば、ＭＥＭＳアクチュエータは、例えば、第１の導波路物理的位置と関連付けられた第１の中心波長から第２の導波路物理的位置と関連付けられた第２の中心波長に光学フィルタの通過帯域を変えるのに必要とされるアクチュエータ駆動信号に変換されるべきであるあらゆる任意の命令信号入力に基づく制御により、システム７０２によって駆動され得る。したがって、光学パラメータのドリフト補償（例えば、非熱的なＷＤＭ動作）との関連で、多くの構造及び技術が上記で説明された一方、そのような補償を実行可能にする同じ物理的−光学的変換器構造は、他のＰＩＣアプリケーションに容易に適応する。
【００３４】
図８Ａは、一実施例による、モノリシックの物理的に変位可能な光導波路及び隣接するフォトニック素子を含むＰＩＣを作動させる方法８０１を例示するフローチャートである。方法８０１は、基板と比較して、そして基板上に集積化されたフォトニック素子と比較して、第１の位置にある光導波路端部を有する動作８０４から始まる。動作８０６において、導波路が第１の位置にあるときに、光モードが光導波路を通して伝播される。そのモードは、自由空間ギャップを横断し、そして第１の方法においてフォトニック素子と相互に作用する。例えば、第１の中心波長の光は、フォトニック素子の中に結合するとともに、第１の投入点、そして第１の出力導波路ポートのような第１の行き先と関連付けられた第１の経路に沿って、フォトニック素子を横断する。動作８０８において、フォトニック素子と光モードとの間の相互作用は、基板と、そしてフォトニック素子と比較して、第２の位置に光導波路を物理的に変位させることにより調節される。この第２の位置において、導波路を通して伝播された光モードは、自由空間ギャップを横断し、そして第２の方法においてフォトニック素子と相互に作用する。例えば、フォトニック素子の中に結合された第１の中心波長の光は、第２の投入点と関連付けられた第２の経路に沿って、フォトニック素子を横断する。フォトニック素子の状態に応じて、第２の経路は、第１の行き先、又は第２の出力導波路ポートのような第２の行き先のいずれかと更に関連付けられ得る。
【００３５】
図８Ｂは、モノリシックの物理的に変位可能な光導波路及び隣接するフォトニック素子を含むＰＩＣを製造する方法８０２を例示するフローチャートである。方法８０２は、代表的なＷＤＭ４０１、５０１、６０１、及び７０１の構造において、上記で説明された特徴を形成するように実行され得る。方法８０２は、動作８１０において、シリコンＳＯＩ基板のようなＳＯＩ基板を受容することから始まる。動作８２０において、半導体素子層は、光結合器のようなフォトニック素子にパターニングされ、（フォトニック素子と同時、又はフォトニック素子がパターニングされる前、又はフォトニック素子がパターニングされた後に）関心をひく光導波路が、半導体素子層内に同様にパターニングされる。フォトニック素子は、あらゆる従来のリソグラフィ及び異方性のエッチング工程によってパターニングされ得る。
【００３６】
動作８３０において、導波路の端部とフォトニック素子と間の半導体素子層を通るトレンチが形成される。トレンチ形成は、フォトニック素子の導波路パターニングのうちの１つ若しくは複数と同時に（すなわち、同じエッチングマスクによって）実行され得るか、又は、別個のマスクされたエッチとして導波路とフォトニック素子のパターニングの後で実行され得る。動作８４０において、素子層を部分的に切り取り、フォトニック素子に隣接した導波路の端部を遊離するように、ＳＯＩ誘電体層の部分が除去される（エッチングされる）。代表的な実施例において、動作８３０においてエッチングされたトレンチに隣接する導波路の端部区間を露出するとともに、マスク開口部がトレンチとオーバラップするマスクによって、切り取りエッチ動作８４０が実行される。更なる実施例において、方法８０１は、受動的及び／又は能動的に遊離された導波路を偏向させる構造を製造するステップを含む。一実施例において、導波路のＣＴＥと異なるＣＴＥを有する材料は、導波路がパターニングされた後で、導波路の上方に非対称的に蒸着される。そのような一実施例において、一方の側部側壁が、もう一方の側部側壁より厚くなるように、金属が一方向的に蒸着される。別の実施例において、誘電体層が、金属層と導波路の側部側壁との間に蒸着される。別の実施例において、半導体素子層は、例えば、導波路及び／又はフォトニック素子をパターニングするために使用される同じマスクによって、導波路に物理的に結合されたＭＥＭＳアクチュエータに更にパターニングされる。更なる実施例において、ＭＥＭＳアクチュエータの少なくとも一部分は、動作８４０において、導波路端面の遊離と同時に遊離される。更なる実施例において、遊離動作８４０の前に、パッシベーション層が、遊離された導波路端部をカプセル化するシェルを形成するように、パッシベーション層に対して選択的な遊離動作８４０によって、導波路及びフォトニック素子の上方に蒸着される。
【００３７】
図９は、一実施例による、物理的に変位可能な入力導波路を備えたモノリシックのＷＤＭ受信機を有するＰＩＣを含む光受信モジュールを使用するモバイルコンピューティングプラットフォーム及びデータサーバマシンを例示する。サーバマシン９０６は、例えば、電子データ処理のためにラックの中に配置されて一緒にネットワーク化されたあらゆる数の高性能コンピューティングプラットフォームを含むあらゆる商用サーバであるかもしれず、それは、代表的な実施例において集積システム９１０を含む。モバイルコンピューティングプラットフォーム９０５は、電子データ表示、電子データ処理、ワイヤレス電子データ伝送、又は同様のもののそれぞれに対して構成されたあらゆる携帯機器であり得る。例えば、モバイルコンピューティングプラットフォーム９０５は、タブレット、スマートフォン、ラップトップコンピュータなどのうちのいずれかであり得るとともに、表示画面（例えば、容量性タッチスクリーン、誘導性タッチスクリーン、抵抗性タッチスクリーン）、チップレベル又はパッケージレベルの集積システム９１０、及びバッテリ９１５を含み得る。
【００３８】
実施例によれば、集積システム９１０の中に配置されたか否かに拘らず、拡張された表示９２０において更に例示されたように、又は単体でパッケージ化されたチップとして、パッケージ化されたモノリシックＰＩＣ９０４は、物理的に変位可能な入力導波路を含む。更なる実施例において、変位可能な導波路は、非熱的なＷＤＭ動作を提供するように、少なくとも２０℃、そして有利に約４０℃かそれ以上の温度範囲にわたって、温度に応じて変位可能である。光ケーブル（optical wire）９５３は、例えば、上部の結合又は端部の結合によって、単一の光ビームをモノリシックに集積化された光導波路２１０に入力する。その場合に、選択された波長は、光導波路２１０の遊離された端部の物理的位置に応じて、光デマルチプレクサ９１８によって、同様に基板１０５上に配置された複数の出力光導波路９０５Ａ〜９０５Ｎに出力するように分離される。例えば、出力光導波路９０５Ａ〜９０５Ｎは、それぞれ、低電圧光検出器９０１Ａ〜９０１Ｎの中に更に結合され、低電圧光検出器９０１Ａ〜９０１Ｎのそれぞれは、例えば、ＭＳＭ又はｐｉｎフォトダイオード構造を含む。光検出器９０１Ａ〜９０１Ｎは、後段の集積回路９９９に順番に電気的に結合され、集積回路９９９は、例えば、電圧源及びセンス回路を更に含み得る。特定の実施例において、電圧源及びセンス回路は、同様に基板１０５上に配置されるとともに、光検出器が動かされる電圧レベル以上の電圧レベルで電源供給されるＣＭＯＳトランジスタによって実施される。光検出器９０１Ａ〜９０１Ｎがここで説明されたＧｅ  ＡＰＤ（ゲルマニウムアバランシュフォトダイオード）を使用する実施例において、光検出器９０１Ａ〜９０１Ｎ及び回路９９９の両方は、同じ作動電圧（例えば、わずか３．３Ｖ）で電源供給される。本明細書の他の場所で説明されたように、実施例において、デマルチプレクサ９１８は、エシェル格子ＷＤＭ２０１、又はエシェル格子ＷＤＭ５０１、又はＡＷＴＧ  ＷＴＤＭ３０１などの１つ又は複数の実施例に関して説明された特徴のうちの１つ又は複数を含む。
【００３９】
図１０は、本開示のいくつかの実装例による、電子コンピューティング装置１０００の機能ブロック図である。コンピューティング装置１０００は、例えばプラットフォーム１００５又はサーバマシン１００６の内部で発見されることができるとともに、
下記のものに限定されないが、ここで論じられたようにローカルな階層間の相互接続を組み込み得るプロセッサ１００４（例えば、アプリケーションプロセッサ）、及び少なくとも１つの通信チップ１００６のような複数のコンポーネントをホスト（host）するマザーボード１００２を更に含む。実施例において、プロセッサ１００４、１つ若しくは複数の通信チップ１００６、又は同様のもののうちの少なくとも１つ。プロセッサ１００４は、物理的に及び／又は電気的に、マザーボード１００２と結合され得る。いくつかの実例において、プロセッサ１００４は、プロセッサ１００４の中にパッケージ化された集積回路ダイを含む。概して、“プロセッサ”又は“マイクロプロセッサ”という用語は、レジスタ及び／若しくはメモリからの電子データを、その電子データをレジスタ及び／若しくはメモリに記憶され得る他の電子データに変換するように処理するあらゆる装置、又は装置の部分のことを指し得る。
【００４０】
様々な実例において、１つ又は複数の通信チップ１００６は、同様に、物理的に及び／又は電気的に、マザーボード１００２と結合され得る。更なる実装例において、通信チップ１００６は、プロセッサ１００４の一部であり得る。そのアプリケーションに応じて、コンピューティング装置１０００は、物理的に及び／又は電気的にマザーボード１００２と結合されるかもしれないし、又は結合されないかもしれない、他のコンポーネントを含み得る。これらの他のコンポーネントは、下記のものに限定されないが、揮発性メモリ（例えば、ＤＲＡＭ）、不揮発性メモリ（例えば、ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、グラフィックプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ、暗号プロセッサ、チップセット、アンテナ、タッチスクリーンディスプレイ、タッチスクリーンコントローラ、バッテリ、オーディオコーデック、ビデオコーデック、電力増幅器、全地球測位システム（ＧＰＳ）装置、コンパス、加速度計、ジャイロスコープ、スピーカ、カメラ、そして、（ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）などのような）大容量記憶装置、又は同様のものを含む。
【００４１】
通信チップ１００６は、コンピューティング装置１０００に対する及びコンピューティング装置１０００からのデータの転送のための無線通信を可能にし得る。“無線”という用語及びその派生語は、非固形の媒体を介した変調された電磁放射の使用を通してデータを通信し得る回路、装置、システム、方法、技術、通信チャネルなどを説明するために使用される。いくつかの実施例ではそうしないかもしれないが、その用語は関連する装置が少しのケーブルも含まないことを意味しない。通信チップ１００６は、本明細書の他の場所で説明された無線標準又はプロトコルを含むがそれに限定されず、多数の無線標準又はプロトコルのうちのどれでも実装し得る。論じられたように、コンピューティング装置１０００は、複数の通信チップ１００６を含み得る。例えば、第１の通信チップは、Ｗｉ−Ｆｉ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）のような近距離無線通信のために設けられ、第２の通信チップは、ＧＰＳ、ＥＤＧＥ、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ、Ｅｖ−ＤＯ、及び他のもののような長距離無線通信のために設けられる。
【００４２】
ここで明らかにされる特定の特徴が様々な実装例を参照して説明された一方、この説明は限定的に解釈されることを意図していない。したがって、本開示が関係する当業者にとって明白である他の実装例と同様に、ここで説明された実装例の様々な修正は、本開示の精神及び範囲の中に含まれるとみなされる。
【００４３】
下記の実例は、特定の代表的な実施例と関係がある。
【００４４】
１つ又は複数の第１の実施例において、モノリシックフォトニック集積回路（ＰＩＣ）は、基板と、基板の第１の領域の上方に配置されたフォトニック素子と、基板の第２の領域の上方に配置された光導波路とを含む。フォトニック素子から遠い導波路の第１の部分は、基板に物理的に固定され、フォトニック素子に最も近い導波路の第２の部分は、基板に、及びフォトニック素子に、物理的に固定されていない。
【００４５】
１つ又は複数の第１の実施例の推進において、フォトニック素子は光結合器を備え、結合器を通るモードの横断は、結合器と比較した、遊離された第２の導波路部分の端部の物理的位置に依存している。
【００４６】
１つ又は複数の第１の実施例の推進において、フォトニック素子は光結合器及び複数の第２の導波路を備える。遊離された第２の導波路部分は、基板及び結合器と比較して、第２の導波路の間のモードの結合を変えるのに十分な物理的変位を受けることになる。
【００４７】
１つ又は複数の第１の実施例の推進において、フォトニック素子は温度依存性を有する。遊離された第２の導波路区間は、温度依存性を少なくとも部分的に補償するために、基板及びフォトニック素子と比較して、一定の偏向を受けることになる。
【００４８】
１つ又は複数の第１の実施例の推進において、フォトニック素子は光結合器及び複数の第２の導波路を備え、光結合器は、第２の導波路及び結合器の投入点と関連付けられた、温度に依存している中心周波数を有する。遊離された第２の導波路区間は、投入点を温度に応じて再配置することにより、基板と比較して、所定の温度範囲にわたって温度依存性を補償するのに十分な一定の変位を受けることになる。
【００４９】
１つ又は複数の第１の実施例の推進において、遊離された第２の導波路区間は第１の材料を備える。遊離された第２の導波路区間の少なくとも一部分は、１つ若しくは複数の第２の材料によって、第１及び第２の材料の温度に応じて基板及びフォトニック素子と比較した遊離された第２の導波路区間における偏向を引き起こすように、非対称的に被覆されるか、又は、遊離された第２の導波路区間は、基板の第３の領域の上方に配置された微小電気機械アクチュエータと更に結合される。
【００５０】
１つ又は複数の第１の実施例の推進において、遊離された第２の導波路区間は第１の材料を備え、遊離された第２の導波路区間の少なくとも一部分の側部側壁は、１つ又は複数の第２の材料によって被覆される。
【００５１】
１つ又は複数の第１の実施例の推進において、ＰＩＣは、基板の第３の領域の上方に配置された微小電気機械アクチュエータを更に含む。アクチュエータは、遊離された第２の導波路区間に添付された遊離された容量性の部材と、基板に添付されるとともに、駆動電圧に応えて遊離された容量性の部材に静電気的に結合するのに十分に小さい距離だけ遊離された容量性の部材から間隔を空けられる固定された容量性の部材とを更に備える。
【００５２】
１つ又は複数の第１の実施例の推進において、遊離された第２の導波路区間の端部は、入力の光導波路により伝播されるべき中心周波数の半分の整数倍を有する自由空間ギャップだけフォトニック素子から離される。
【００５３】
１つ又は複数の第１の実施例の推進において、遊離された第２の導波路区間若しくはフォトニック素子のうちの少なくとも１つの端面が非直角的に曲げられるか、又は、反射防止膜（ＡＲＣ）が遊離された第２の導波路の端部に配置されるか、又は、遊離された第２の導波路区間の端部上の点が光結合器の隣接した側壁上の点から１．０μｍより小さく間隔を空けられる、のうちの少なくとも１つである。
【００５４】
１つ又は複数の第２の実施例において、モノリシック光波長分割マルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＷＤＭ）は、基板と、基板の第１の領域の上方に配置された光結合器と、基板の第２の領域の上方に配置された第１の光導波路とを含む。第１の光導波路の第１の端部は、光結合器の第１の端部と光学的に結合されるとともに、複数の第２の光導波路が基板の第３の領域の上方に配列され、複数の第２の光導波路のそれぞれは、光結合器の第２の端部と光学的に結合される第１の端部を有する。第１の導波路端部のうちの少なくとも１つは、自由空間ギャップだけ、基板から、及び光結合器から離される遊離された端部である。
【００５５】
１つ又は複数の第２の実施例の推進において、光結合器、第１の光導波路、及び第２の光導波路は、結晶シリコンである。光結合器は、平面導波路と、エシェル格子又はアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）とを備える。遊離された端部を有する導波路の第１の区間は基板に機械的に固定され、遊離された端部を有する導波路の第２の区間は基板から物理的に遊離されるとともに、自由空間ギャップだけ光結合器から離される。
【００５６】
１つ又は複数の第２の実施例の推進において、第２の区間の少なくとも一部分は、１つ又は複数の第２の材料によって、第２の材料とシリコンの導波路の熱膨張率の間の差に応じて基板と及び光結合器と比較した第２の区間に沿った機械的な偏向を引き起こすように、非対称的に被覆される。
【００５７】
１つ又は複数の第２の実施例の推進において、第２の区間は、基板の第４の領域の上方に配置された微小電気機械アクチュエータと更に結合される。
【００５８】
１つ又は複数の第２の実施例の推進において、遊離された端部及び光結合器の最も近い端面が第１の光導波路により伝播されるべき中心周波数の半分の整数倍に寸法指定されるファブリペローキャビティを定義するか、又は、遊離された端部の端面若しくは光結合器の端面が非直角的に曲げられるか、又は、反射防止膜（ＡＲＣ）が遊離された端部に配置されるか、又は、遊離された端部上の点が光結合器の最も近い端面から１．０μｍより小さく間隔を空けられる、のうちの少なくとも１つである。
【００５９】
１つ又は複数の第３の実施例において、ＰＩＣは、１つ又は複数の第２の実施例において見られるような光ＷＤＭと、基板の上方に配置されるとともに、第２の光導波路の第２の端部と光学的に結合される複数の光検出器又は複数のレーザとを含む。
【００６０】
１つ又は複数の第４の実施例において、電子装置は、プロセッサと、メモリと、プロセッサ及びメモリのうちの少なくとも１つと通信可能に結合される光受信モジュールチップとを含む。光受信モジュールチップは、１つ又は複数の第３の実施例のＰＩＣを更に含む。
【００６１】
１つ又は複数の第５の実施例において、フォトニック集積回路を製造する方法は、誘電体層の上方に配置された半導体素子層を有する基板を受容するステップを含む。当該方法は、光導波路と交差するフォトニック素子に素子層をパターニングするステップを含む。当該方法は、導波路の端部とフォトニック素子と間の素子層を通るトレンチを形成するステップを含む。当該方法は、長手方向の区間の端部部分に沿って横方向の幅の下を完全に切り取り、フォトニック素子に隣接した導波路の端部を機械的に遊離するように誘電体層の部分を取り除くステップを含む。
【００６２】
１つ又は複数の第５の実施例の推進において、当該方法は、端部部分の周囲に被覆材料を非対称的に形成するステップを更に含む。被覆材料は、導波路の遊離された端部における温度に依存している偏向を引き起こすように素子層の熱膨張率と異なる熱膨張率を有する。
【００６３】
１つ又は複数の第５の実施例の推進において、被覆材料を形成するステップは、端部部分の第１の側部側壁上に、第１の側部側壁の反対側の端部部分の第２の側部側壁上のものより大きい厚さの金属層を蒸着するステップを更に含む。
【００６４】
１つ又は複数の第５の実施例の推進において、被覆材料を形成するステップは、金属層と第１の側部側壁と間に誘電体層を蒸着するステップを更に含む。
【００６５】
１つ又は複数の第５の実施例の推進において、当該方法は、長手方向の区間の端部部分と物理的に結合された静電気アクチュエータに素子層をパターニングするステップを更に含む。
【００６６】
発明の実施例は、そのように説明された代表的な実施例に限定されず、添付された請求項の範囲からはずれることなく修正及び変更して実施することができる、ということが認識されることになる。例えば、前述の実施例は、特徴の具体的な組み合わせを含み得る。しかしながら、前述の実施例はこの点に関して限定されず、様々な実装例において、前述の実施例は、そのような特徴のサブセットだけを請け負うこと、そのような特徴の異なる順序を請け負うこと、そのような特徴の異なる組み合わせを請け負うこと、及び／又は、明白に記載されたそれらの特徴より追加の特徴を請け負うことを含み得る。したがって、範囲は、添付された請求項を参照して、そのような請求項が権利を与えられる等価物の完全な範囲とともに決定されるべきである。
【図１Ａ】
2016535864.tif 000006
【図１Ｂ】
2016535864.tif 000007
【図１Ｃ】
2016535864.tif 000008
【図２】
2016535864.tif 000009
【図３Ａ】
2016535864.tif 000010
【図３Ｂ】
2016535864.tif 000011
【図４Ａ−４Ｂ】
2016535864.tif 000012
【図５】
2016535864.tif 000013
【図６Ａ】
2016535864.tif 000014
【図６Ｂ】
2016535864.tif 000015
【図６Ｃ】
2016535864.tif 000016
【図７Ａ】
2016535864.tif 000017
【図７Ｂ】
2016535864.tif 000018
【図８Ａ】
2016535864.tif 000019
【図８Ｂ】
2016535864.tif 000020
【図９】
2016535864.tif 000021
【図１０】
2016535864.tif 000022
【国際調査報告】
2016535864.tif 000023
2016535864.tif 000024