(57)【要約】  本発明は、フォトニックチップの入力／出力での光ビーム形成、およびチップに結合された光のスペクトル拡大に関する。フォトニックチップ（１）は、基板（１０）上に支持された光導波層（１２）を含む。チップは、シリコンから作られる光導波構造（１２１）および結合表面格子（１２２）を含む。フォトニックチップは、結合表面格子（１２２）に面する側に前面（Ｆ１）を、基板（１０）に面する側に後面（Ｆ２）を有する。入射光ビームのモードサイズを変更するため、反射コリメーション構造（１６）が後面（Ｆ２）に一体化されている。結合表面格子（１２２）は、光導波構造（１２１）から光を受けて、反射コリメーション構造（１５）に向かう光ビームを形成するように設計されている。本発明はさらに、このようなチップを作成するための方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１０）によって支持された導光層（１２）を含むフォトニックチップ（１、２）であって、前記導光層は、表面結合アレイ（１２２）と光学的に結合された導光構造（１２１）を含み、前記フォトニックチップは、前記表面結合アレイの側に前面（Ｆ１）、および前記基板（１０）の側に後面（Ｆ２）を有するとともにコリメーション構造（１６）を含み、前記コリメーション構造（１６）は、前記表面結合アレイから前記構造に対して入射する光ビームのモードサイズを増大させるために前記後面（Ｆ２）のレベルで一体化され、前記表面結合アレイ（１２２）は、前記導光構造（１２１）から／へ光を受け／伝えて、前記後面のレベルで一体化された前記コリメーション構造（１５、１６）の方に向かう／から光を形成する／受けるように構成されているフォトニックチップ（１、２）において、前記コリメーション構造（１６）は、前記入射する光ビームを前記前面に向かって反射させるのに適した反射構造であることを特徴とする、フォトニックチップ（１、２）。
【請求項２】
前記基板（１０）は第１の誘電材料から作られる、請求項１に記載のフォトニックチップ（１、２）。
【請求項３】
前記後面（Ｆ２）は、前記第１の誘電材料の実効屈折率よりも高い実効屈折率の第２の誘電材料の層（１９）で被覆され、前記反射コリメーション構造は、前記第２の誘電材料の前記層に形成されている、請求項２に記載のフォトニックチップ。
【請求項４】
前記基板（１０）はシリコンから作られる、請求項１に記載のフォトニックチップ（２）。
【請求項５】
前記導光層（１２）は誘電材料の層（１１）上にあり、前記基板（１０）と前記誘電材料の層（１１）との間に反射防止層（２１）が挿入されている、請求項４に記載のフォトニックチップ。
【請求項６】
前記基板は、前記表面結合アレイ（１２２）と前記反射コリメーション構造（１６）との間の光路上に形成された空気または酸化物キャビティ（１８）を含む、請求項４に記載のフォトニックチップ。
【請求項７】
前記表面結合アレイは、前記フォトニックチップの前記後面（Ｆ２）の方に配向されているエッチング歯を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載のフォトニックチップ。
【請求項８】
前記表面結合アレイは、前記導光構造から／へ光を受け／伝えて、前記反射コリメーション構造に向けて／から６μｍ未満のモードサイズの光ビームを形成する／受けるように構成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載のフォトニックチップ。
【請求項９】
前記後面（Ｆ２）は、外部デバイスとのアライメントパターン（１７）を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載のフォトニックチップ。
【請求項１０】
前記導光構造は能動フォトニック部品（１２３）を含み、前記フォトニック部品に接続された電気的相互接続（１２５）が前記基板（１０）に形成されて前記後面に対して開いている、請求項１から９のいずれか一項に記載のフォトニックチップ。
【請求項１１】
前記導光層（１２）の上に前記導光構造と光学的に結合された利得構造（Ｓ）を含むハイブリッドシリコン集積レーザ（ＬＡ）をさらに含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のフォトニックチップ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のフォトニックチップと、前記フォトニックチップの前記後面に取り付けられて前記電気的相互接続に接続された電子チップ（ＰＥ）と、を含む電気光学装置。
【請求項１３】
請求項１から１０のいずれか一項に記載のフォトニックチップと光学的に結合された請求項１１に記載のフォトニックチップを含む電気光学装置。
【請求項１４】
基板（１０）によって支持された導光層（１２）を含むフォトニックチップ（１、２）であって、前面（Ｆ１）、および前記基板（１０）の側に後面（Ｆ２）を有する、フォトニックチップを製造するための方法であって、前記後面上の反射コリメーション構造（１６）の形成と、導光構造から光を受けて、前記反射コリメーション構造の方に向かう光ビームを形成し、それにより前記ビームが前記反射コリメーション構造によって前記前面に向かって反射するように構成された表面結合アレイ（１２２）の形成と、を含むことを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、オンチップ集積化フォトニクスの分野である。本発明は、外部デバイス、たとえば別のフォトニックチップ、光ファイバまたは光ファイバのセットと結合するため、または自由に伝播する光ビームを受ける／発するため、拡張モードサイズ、および潜在的に拡張スペクトル帯域を有する光ビームの、チップへ／からの入力／出力を有するフォトニックチップに関する。
【０００２】
本発明によるフォトニックチップは、シリコン基板上にＩＩＩ−Ｖ半導体材料からなる利得媒体を有するレーザなどの、１つまたは複数のハイブリッドレーザを集積することができる。このようなチップは、複数のハイブリッドレーザによって放出される波長のコームを別のフォトニックチップに供給することが意図されるか、または自由に伝播する光ビームを放出することが意図されているかのいずれかである。
【背景技術】
【０００３】
フォトニック集積回路を含むフォトニックチップは一般に、シリコンフォトニック技術用のＳＯＩ（「Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（絶縁体上シリコン）」）基板上に作成される。
【０００４】
この文脈において、レーザの利得材料を形成するＩＩＩ−Ｖ層をＳＯＩ基板上にスタックすることによってＩＩＩ−Ｖ／シリコンハイブリッド光源が形成される。レーザによって放出される光は、ＩＩＩ−Ｖ層の下にある、ＳＯＩ基板の表面シリコン層における導光構造と結合される。
【０００５】
導光構造は、受動部品（たとえば導波路、光合波器／分波器、共振リング）および能動部品（たとえば表面シリコン層のＰおよびＮドーピングによって形成される変調器）などのシリコンフォトニック部品を収容する。
【０００６】
フォトニックチップから光ファイバなどの外部デバイスに向かって光を抽出できるようにするため、シリコンフォトニクスにおいて最も一般的に用いられる部品は表面結合アレイである。このようなアレイは、一方で、フォトニックチップの導波路内を伝搬される光学モードのサイズを、標準シングルモードファイバ内を伝播する光学モードのサイズ、すなわち９．２μｍの直径に適合させ、他方で、フォトニックチップの平面内で誘導される伝搬から、チップの平面に準垂直でチップ基板と反対側の自由空間伝搬に切り替えることを可能にする。これは、基板の反対側のアレイをエッチングすることによって得られる。このような部品がたとえば、２０１０年８月１日、Ｘｉａ  Ｃｈｅｎらによる「Ａｐｏｄｉｚｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｃｏｕｐｌｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｔｏ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒｓ」、ＩＥＥＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＬＥＴＴＥＲＳ、ＶＯＬ．  ２２，  ＮＯ．  １５に記載されている。
【０００７】
シリコン技術において、この部品によりこのように、フォトニックチップの平面内の導波路からの光を、垂直と通常約８°の角度をなす劈開シングルモードファイバに結合することが可能になる。このような部品が、導波路から／へと誘導される光を受ける／伝えるため、そしてフォトニックチップのシリコン導波路と劈開シングルモードファイバとの間を結合する最適化された光に対応する、シングルモードファイバのモードサイズと同様の、９．２μｍに等しいモードサイズの光ビームを形成する／受けるために提案されている。表面結合アレイとシングルモードファイバとの間の幾何学的アライメントが最適であるとき、その損失は１から４光ｄＢである。さらなる１ｄＢの損失を引き起こす最適なアライメントに対する半径方向のずれとして特徴付けられるアレイ−ファイバのアライメント公差は、約２μｍである。
【０００８】
また、表面結合アレイのスペクトル帯域幅（損失が、たとえば１ｄＢ未満に限定される帯域として特徴付けられる）は狭く、一般に３０ｎｍ未満であることに留意すべきである。これはたとえば、２０ｎｍ間隔で複数の波長（たとえば４つの波長）を単一のファイバにおいて多重化して伝送しなければならない粗波長多重の用途（ＣＷＤＭ「Ｃｏａｒｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ（粗波長分割多重）」）において非常に限定的な点である。光信号はこの例において４×２０ｎｍのスペクトル帯域を有し、帯域の両端での損失はこのとき帯域の中心での損失に対して数ｄＢ増加する。一実施形態の一例において、表面結合アレイの伝送損失は、中心波長１２９０ｎｍで２．７ｄＢであるのに対し、中心波長１２９０ｎｍから２＊２０ｎｍだけ離れた波長１３３０ｎｍでは５．５ｄＢである。
【０００９】
この問題を解決するため、構造化シリコン層の上に追加の構造化窒化シリコン層を必要とする比較的複雑な表面結合アレイが提案されている。Ｓａｃｈｅｒ，  Ｗｅｓｌｅｙ  Ｄ．らによる「Ｗｉｄｅ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ａｎｄ  ｈｉｇｈ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｓｉ３Ｎ４−ｏｎ−ＳＯＩ  ｄｕａｌ−ｌｅｖｅｌ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｃｏｕｐｌｅｒ」という名称の記事、Ｏｐｔｉｃｓ  ｅｘｐｒｅｓｓ  ２２．９（２０１４）：１０９３８〜１０９４７を参照することができる。また、このタイプの解決策は偏光（たとえばＴＥ）に対してのみ機能し、フォトニックチップにおけるいかなる偏光をも結合するための解決策は提案されていない。
【００１０】
いわゆる突き合わせ結合の解決策のみが、あらゆる偏光に対して機能しながら、光学結合のスペクトル帯域を増加させることが可能である。しかしながら、これらの解決策には２つの大きな欠点がある。
【００１１】
これらでは、基板レベルでの部品のテストが不可能である。実際、チップを基板から切り離し（それらを分離し）、それからそれらの「突き合わせ」によってテストする必要がある。
【００１２】
一旦チップにおいて結合されると、２つのＴＥおよびＴＭチップ偏波に従ってあらゆる偏光を分解しなければならない。ＴＭ偏波を回転させてＴＥ偏波に変換しなければならない。これにより、フォトニックチップ上に偏光管理回路を追加する必要が生じ、これらの回路は波長依存損失を追加する。
【００１３】
図１に、絶縁体上シリコン基板上にＩＩＩ−Ｖ半導体ハイブリッドレーザ構造を集積しているフォトニックチップの概略断面図が表されている。フォトニックチップは、シリコン基板１０によって支持されて第１の層１３で被覆された導光層１２を含み、第１の層１３は、一般にＳｉＯ２からなり、ＩＩＩ−Ｖ半導体スタックとシリコン誘導層との間の接合界面として作用する。この層１３は任意選択であり、ＩＩＩ−Ｖスタックとの接合は直接実行されてもよい。導光層１２はフォトニック部品（導波路、表面結合アレイ、ＰＮ変調器など）を担持し、これらの製造は、たとえばエッチングによって絶縁体上シリコン層において実行される。このような場面において、導光層１２は、埋め込み酸化物層１１（ＢＯＸ）によってシリコン基板１０から分離されている。
【００１４】
フォトニックチップはＩＩＩ−Ｖ半導体シリコンハイブリッドレーザＬＡを集積している。レーザＬＡは、第１の層１３上に利得構造を含む。利得構造は、Ｎ層およびＰ層が電極Ｅと接触しているＩＩＩ−Ｖ材料の層のスタックＳを含む。レーザＬＡは、たとえば酸化シリコンまたは窒化シリコンからなる、第２のいわゆるカプセル化層１４においてカプセル化されている。カプセル化層１４は、レーザの電極Ｅ、ならびに電子チップの層１２の能動部品（変調器など）との電気的相互接続金属レベルを含む。この層は、マイクロエレクトロニクスにおいて用いられる製造プロセスにおいて「Ｂａｃｋ  Ｅｎｄ  Ｏｆ  Ｌｉｎｅ（配線工程）」（ＢＥＯＬ）として知られている。
【００１５】
フォトニックチップはこのように、カプセル化層１４の側に前面Ｆ１を、基板１０の側に後面Ｆ２を有する。
【００１６】
導光層１２は、レーザと光学的に結合されて、これによって放出される光を受け、フィルタリングして誘導する導光構造１２１を含む。導光層１２はまた、導光構造１２１からの光を受け、これからフォトニックチップの前面Ｆ１の方に向かう光ビームを形成するように構成された表面結合アレイ１２２を含む。導光構造は特に、ここでは長手断面に沿って表面結合アレイ１２２で表される導波路を含み、光は、図の平面におけるこれらの部品内を、たとえばここでは図１において表面結合アレイ１２２を備えたフォトニックチップから光を抽出することを伴うときＹ方向に伝播する。
【００１７】
導光構造はこのように、表面結合アレイ１２２によって形成される入力／出力ポートまで、様々な受動または能動フォトニック部品を含む。
【００１８】
カプセル化層１４は一般に、フォトニックチップの電気的相互接続金属レベルを含む。この層はしたがって、誘電材料およびエッチングされた金属線で形成されている。フォトニックチップの能動フォトニック部品（変調器、光検出器）を制御する、または読み取ることが意図された電子チップが一般に、フォトニックチップの前面上に取り付けられている。
【００１９】
チップ出力での光ビームのモードサイズを増大させるため、たとえば、表面結合アレイ１２２と光ファイバとの間のアライメント公差を増やして、アライメント作業を複雑にせず、特に低コストの受動的アライメント技法によって実行可能にするため、２０１６年７月、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ、Ｐａｃｋａｇｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ｖｏｌ．６、Ｎｏ．７におけるＳ．  Ｂｅｒｎａｂｅらによる記事「Ｏｎ−Ｂｏａｒｄ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ−Ｂａｓｅｄ  Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｓ  Ｗｉｔｈ  １−Ｔｂ／ｓ  Ｃａｐａｃｉｔｙ」において、フォトニックチップに固定された第１のレンズおよび光ファイバに固定された第２のレンズからなる２レンズシステムを用いることが提案された。このシステムは、この目的のために同じ位置に第２のレンズに面して光ファイバが挿入されているレンズコネクタを用いることができる。第１のレンズは、その一部がフォトニックチップと非常に正確にアラインされなければならず、それから強固にそれと接続されなければならない。チップ＋第１のレンズアセンブリ間および第２のレンズ＋ファイバアセンブリ間のアライメント公差はこのとき＋／−２０μｍに増加する。
【００２０】
表面結合アレイの出力で波長λおよびモードサイズＤｏ＝２＊ｗｏ＝９．２μｍの光源を拡大およびコリメートするため、第１のレンズの空気中の焦点距離はＦａｉｒ＝Ｄｉ．（π．ｗｏ／２λ）に等しくなければならず、Ｄｉは第１のレンズの出力での拡張ビームのサイズである。直径Ｄｉが約１００μｍの拡張コリメートビームを得るため、そして簡略化によって０°の垂直に対する表面結合アレイの出力角度を仮定すると、波長１．３１μｍで屈折率１．４５の石英ガラスからなる凸レンズは、約６００μｍの空気中の焦点距離に対応する約８６０μｍの厚さを有さねばならない。
【００２１】
フォトニックチップの表面結合アレイ１２２と前面Ｆ１との間にこのようなガラスの厚さを用いることは考えられない。実際、カプセル化層１４の厚さは一般にわずか約３μｍである。レンズはしたがって、このカプセル化層１４のレベルで一体化することができず、固定される前にフォトニックチップの前面上に非常に正確に（アライメント公差は２μｍのオーダーである）取り付けなければならない。
【００２２】
このレンズはたとえば、銅のマイクロピラーによってフォトニックチップに固定することができ、レンズとフォトニックチップとの間のギャップは、ポリマー材料からなる充填層で充填されている。このような固定プロセスでは、充填層は、表面結合アレイとレンズとの間の光ビームの光路上に配置される。このポリマー材料の層を導入すると、追加の損失が発生する。
【００２３】
最後に、このようなフォトニックチップ／レンズシステムの入力または出力での光ビームのスペクトル帯域は約３０ｎｍであり、これでは、たとえば４つのＣＷＤＭ型の波長の８０ｎｍ帯域にわたって多重化するこの解決策を実装することは不可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】Ｘｉａ  Ｃｈｅｎら、「Ａｐｏｄｉｚｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｃｏｕｐｌｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｔｏ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒｓ」、ＩＥＥＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＬＥＴＴＥＲＳ、ＶＯＬ．  ２２，  ＮＯ．  １５、２０１０年８月１日
【非特許文献２】Ｓａｃｈｅｒ，  Ｗｅｓｌｅｙ  Ｄ．ら、「Ｗｉｄｅ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ａｎｄ  ｈｉｇｈ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｓｉ３Ｎ４−ｏｎ−ＳＯＩ  ｄｕａｌ−ｌｅｖｅｌ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｃｏｕｐｌｅｒ」、Ｏｐｔｉｃｓ  ｅｘｐｒｅｓｓ  ２２．９（２０１４）：１０９３８〜１０９４７
【非特許文献３】Ｓ．  Ｂｅｒｎａｂｅら、「Ｏｎ−Ｂｏａｒｄ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ−Ｂａｓｅｄ  Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｓ  Ｗｉｔｈ  １−Ｔｂ／ｓ  Ｃａｐａｃｉｔｙ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ、Ｐａｃｋａｇｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ｖｏｌ．６、Ｎｏ．７、２０１６年７月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明の目的は、レンズとフォトニックチップとの複雑でコストのかかるアライメント作業をなくすことを可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、この目的のため、基板によって支持された導光層を含むフォトニックチップを提案し、導光層は、表面結合アレイと光学的に結合された導光構造を含む。フォトニックチップは、表面結合アレイの側に前面、および基板の側に後面を有する。フォトニックチップはさらにコリメーション構造を含み、これは、表面結合アレイからの上記構造に対する入射光ビームのモードサイズを増大させるために後面のレベルで一体化され、表面結合アレイは、導光構造から光を受けて、後面のレベルで一体化されたコリメーション構造の方に向かう光を形成するように構成されている。コリメーション構造は、表面結合アレイからの入射ビームを前面に向かって反射させるのに適した反射構造である。
【００２７】
このチップのいくつかの好ましいが非限定的な態様は次のとおりである。
【００２８】
基板は第１の誘電材料からなる。
【００２９】
後面は、第１の誘電材料の実効屈折率よりも高い実効屈折率の第２の誘電材料の層で被覆され、反射コリメーション構造は、第２の誘電材料の層に形成されている。
【００３０】
基板はシリコンからなる。
【００３１】
導光層は誘電材料の層上にあり、基板とこの誘電材料の層との間に反射防止層が挿入されている。
【００３２】
基板は、表面結合アレイと反射コリメーション構造との間の光路上に形成された空気または酸化物キャビティを含む。
【００３３】
表面結合アレイは、後面の方に配向されているエッチング歯を有する。
【００３４】
表面結合アレイは、導光構造から／へ光を受け／伝えて、反射コリメーション構造に向けて／から６μｍ未満のモードサイズの光ビームを形成する／受けるように構成されている。
【００３５】
後面は、外部デバイスとのアライメントパターンを有する。
【００３６】
導光構造は能動フォトニック部品を含み、フォトニック部品に接続された電気的相互接続が基板に形成されて後面に対して開いている。
【００３７】
フォトニックチップは、導光層の上に導光構造と光学的に結合された利得構造を含むハイブリッドシリコン集積レーザをさらに含む。
【００３８】
本発明はまた、能動フォトニックチップ、能動フォトニック部品への電気的相互接続、およびフォトニックチップの後面に取り付けられて電気的相互接続に接続された電子チップを含むフォトニックチップに関する。本発明はまた、本発明によるさらなるフォトニックチップと光学的に結合された集積ハイブリッドレーザを備えたフォトニックチップに関する。
【００３９】
本発明のさらなる態様、目的、利点および特徴は、添付の図面を参照して、非限定的な例によって与えられるその好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読むとより明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】すでに上で議論したが、シリコンレーザ構造上にハイブリッドＩＩＩ−Ｖ半導体を集積しているフォトニックチップの概略断面図である。
【図２】後面に一体型コリメーション構造、および後面のコリメーション構造の方に光を向ける表面結合アレイを有する本発明によるフォトニックチップの概略断面図である。
【図３】後面に一体型コリメーション構造、および後面のコリメーション構造の方に光を向ける表面結合アレイを有する本発明によるフォトニックチップの概略断面図である。
【図４】図２によるフォトニックチップの別のフォトニックチップとの結合を示す。
【図５ａ】図３によるフォトニックチップの代替実施形態を示す。
【図５ｂ】図３によるフォトニックチップの代替実施形態を示す。
【図６】図２によるフォトニックチップの代替実施形態を示す。
【図７ａ】図５ａにおけるフォトニックチップの一実施形態の一例を示す。
【図７ｂ】図５ａにおけるフォトニックチップの一実施形態の一例を示す。
【図７ｃ】図５ａにおけるフォトニックチップの一実施形態の一例を示す。
【図７ｄ】図５ａにおけるフォトニックチップの一実施形態の一例を示す。
【図７ｅ】図５ａにおけるフォトニックチップの一実施形態の一例を示す。
【図７ｆ】図５ａにおけるフォトニックチップの一実施形態の一例を示す。
【図７ｇ】図５ａにおけるフォトニックチップの一実施形態の一例を示す。
【図７ｈ】図５ａにおけるフォトニックチップの一実施形態の一例を示す。
【図７ｉ】図５ａにおけるフォトニックチップの一実施形態の一例を示す。
【図８ａ】図６におけるフォトニックチップの一実施形態の一例を示す。
【図８ｂ】図６におけるフォトニックチップの一実施形態の一例を示す。
【図８ｃ】図６におけるフォトニックチップの一実施形態の一例を示す。
【図８ｄ】図６におけるフォトニックチップの一実施形態の一例を示す。
【図８ｅ】図６におけるフォトニックチップの一実施形態の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明は、（フォトニックチップの出力または入力で）モードサイズが増大したフォトニックチップに関する。
【００４２】
図２および図３を参照すると、フォトニックチップ１、２は、基板１０によって支持され、任意選択の酸化シリコンの層１３（基板とレーザＩＩＩ−Ｖスタックとの間の接合界面として作用する）で被覆された導光層１２を含む。導光層は、結晶シリコン副層（ＳＯＩ基板からのシリコン）、ならびにアモルファスシリコン副層および／または窒化ケイ素副層を含むことができる。たとえばＳｉＯ２からなる誘電材料の層１１を、導光層１２と基板１０との間に挿入することができる。この層１１はまた、層１２の能動光学部品との金属相互接続レベルを含むことができる（図５ａおよび図５ｂ参照）。
【００４３】
基板１０はシリコン基板であり得る。可能な一実施形態において、基板１０は、誘電体層１１と基板１０との間、および該当すれば基板１０と空気との間の界面での光学損失を限定するという利点を有する誘電体基板、たとえばガラス基板である。さらなる可能な一実施形態において、基板１０は、空気または酸化物キャビティを含むシリコン基板であり、この実施形態は、フォトニックチップの入力／出力で拡張モードサイズを増大させるという利点を有する。
【００４４】
フォトニックチップ１、２は、界面層１３上に、または導光層１２と直接接触して、ＩＩＩ−Ｖ材料からなる利得構造を含むシリコン層ＬＡ上にハイブリッドＩＩＩ−Ｖ半導体を集積することができる。利得構造は、たとえばＩＩＩ−Ｖ材料の層のスタックＳ、および利得構造上に電気的接点を作るための２つの電極Ｅを含む。レーザＬＡは、たとえば酸化ケイ素、窒化ケイ素または酸化ケイ素と窒化ケイ素との混合物、またはＢＣＢ型ポリマーからなる第２のカプセル化層１４にカプセル化することができる。フォトニックチップはこのように、第２のカプセル化層１４の側に前面Ｆ１を、基板１０の側に後面Ｆ２を有する。
【００４５】
導光層は、一方では、レーザによって放出された光を受け、フィルタリングして誘導するためにレーザＬＡと、他方では、表面結合アレイ１２２と光学的に結合されたシリコン導光構造を含む。光路上の、レーザと表面結合アレイとの間にさらなる部品、たとえば変調器、および波長合波器が明らかに含まれ得る。また、レーザの両側にさらなる部品が明らかに存在し得る。
【００４６】
本発明の範囲内で、表面結合アレイ１２２は、導光構造から光を受け、これからフォトニックチップの後面Ｆ２の方に向かう光ビームを形成するように構成されている。アレイ１２２のこの構成によりこのように、光が基板１０の厚さ全体を通過することが可能になる。
【００４７】
フォトニックチップ１、２はコリメーション構造１５、１６をさらに含み、これは、後面Ｆ２のレベルで一体化され、表面結合アレイ１２２からの上記構造１５、１６に対する入射光ビームをコリメートしてそのモードサイズを増大させるように構成されている。ネットワーク１２２は実際、後面Ｆ２のレベルで一体化されたコリメーション構造１５、１６の方へ光ビームを向けるように構成されている。
【００４８】
後面に一体型コリメーション構造を備えたフォトニックチップは、チップに面して配置されたさらなる外部デバイス、たとえばフォトニックチップ、１つまたは複数の光ファイバを含むデバイスと光学的に結合されることが意図され、このデバイスは、チップ１、２に一体化されたコリメーション構造１５、１６の出力と同等のモードサイズの少なくとも１つの光入力および／または出力を含む。シングルモードファイバとの結合の場合、これは、たとえば９．２μｍのモードサイズ（シングルモードファイバのもの）から５０〜１００μｍに拡張されたモードサイズへの切り替えを可能にするいわゆる「拡張ビーム」コネクタの外部デバイスのために構成されることになるだろう。
【００４９】
後面に一体型コリメーション構造を備えたフォトニックチップは、たとえばＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ（光検出および測距））用途のためにレーザを集積するときに媒体において非誘導光を放出、または媒体において非誘導光を受けるために用いることもできる。
【００５０】
図２に表される第１の実施形態において、コリメーション構造は、フォトニックチップ１の後面上に形成されたレンズ１５であり、このレンズは、通過する光のモードサイズを変更する。レンズ１５は、通常はエッチングによって、キャップが後面上に形成されている球面ジオプタの形態をとる。レンズ１５はフレネルレンズであってもよい。レンズ１５は、特にレンズがシリコンから作られるとき、厚さλ／４の窒化シリコンの層などの反射防止層で被覆することができ、λは光ビームの波長である。
【００５１】
図３に表される第２の実施形態において、コリメーション構造１６は、その中で反射する光のモードサイズを変更するように構造化された反射構造である。コリメーション構造１６は通常、表面結合アレイ１２２からの入射光を前面Ｆ１に向けて反射させながら、反射光をコリメートする凹面球面鏡からなる。このような反射構造は、第１の実施形態のようにレンズを形成することによって、そしてこれを金属層、たとえば金、銀またはアルミニウムの層で被覆することによって作成することができる。後面上の反射コリメーション構造により、チップの前面からコリメートされた光ビームを抽出することが可能になる。
【００５２】
コリメーション構造をフォトニックチップに一体化することによって、本発明は、チップ上のレンズの精密なアライメントおよび固定というコストのかかるステップを廃止することを可能にする。フォトニックチップに一体化されたコリメーション構造によって、特に上記構造がウエハレベルで製造されること、より具体的には、上記構造の製造をフォトニックチップの製造プロセスに統合することができることが理解される。このようにフォトニックチップ上に複数のコリメーション構造を集合的に製造することが可能である。複数のコリメーション構造１５、１６と複数の表面結合アレイ１２２との間の１回のアライメント作業がこのとき必要である（ウエハレベルでのリソグラフィアライメント）。したがって、複数のチップおよびそのコリメーション構造を同じウエハ上で同時に製造することが可能であるため、複数のチップについて、複数のアライメントを実行する代わりに、１回のアライメントが必要となる。
【００５３】
また、コリメーション構造をフォトニックチップの後面Ｆ２のレベルで一体化することによって、本発明は、表面結合アレイ１２２と外部との間の光路が基板１０を介した通路を有することを保証することを可能にする。表面結合アレイ１２２とコリメーション構造１５、１６との間の光路は、０．５％未満の誤差で基板１０の厚さと近似することができる。厚さ７５０μｍのシリコン基板１０では、フォトニックチップの出力ビームの直径は約４０μｍまで拡張することができる。
【００５４】
図３における実施形態において、反射レンズ１６により、コリメートされたビームを前面Ｆ１に戻すことが可能になる。この構成は、フォトニックチップの後面Ｆ２上に電子チップを搭載することが求められる場面において特に興味深い。この場合、フォトニックチップの後面Ｆ２はアクセス不可能であり、反射レンズ１６によりこのとき、前面Ｆ１の側でコリメートされたビームを取り出すことが可能になる。この構成は、前面上でのコリメートされたビームの抽出により、導光層に存在する能動フォトニック部品のテストが容易になるという点で有利であることも証明している。
【００５５】
層１１と基板１０との間の界面を通過するとフレネル損失が観察される。これはＳｉＯ２層１１とシリコン基板１０で０．８ｄＢである。これらの損失を限定するため、本発明の可能な代替実施形態において、層１１と基板１０との間に反射防止層（たとえば厚さがλ／４の窒化ケイ素層、λは光ビームの波長に相当する）が配置される。層１１の材料として、ＳｉＯ２ではなく、窒化ケイ素またはＳｉＯ２の副層と窒化ケイ素の副層のスタックを採用することも可能である。層１１と基板１０との間の界面を通過する際の損失はこのように波長１．３１μｍで０．５ｄＢ未満になる。さらに、基板１０と空気との間の界面を通過する際の損失を低減するため、特に基板１０がシリコンから作られるとき、反射コリメーション構造１６を備えた第２の実施形態を採用することが好ましい。
【００５６】
さらなる代替実施形態において、基板１０として、誘電体基板、たとえば、通常ホウケイ酸ガラスから作られるガラス基板が選択される。このような誘電体基板により、層１１−基板１０の界面での光学損失を抑制し、該当すれば、基板１０−空気の界面でこれを低減することが可能になる。この代替実施形態は、第１の実施形態および第２の実施形態のいずれかにおいて用いることができる。厚さ５６０μｍのガラス基板では、フォトニックチップの出力ビーム径は約７０μｍに拡張することができることに留意すべきである。コリメーション構造のサジタルデプスＰ（図６参照）はこのとき、２つの実施形態について約４．６μｍである。
【００５７】
図６に表されるさらなる代替実施形態において、基板１０として、表面結合アレイ１２２とコリメーション構造１５、１６との間の光路上に、空気または酸化物キャビティ１８が（基板１０の直径Ｄの表面上にそれぞれエッチングによって、または局所的熱酸化によって）形成されている、たとえばシリコンから作られる基板が選択される。コリメーション構造１５、１６はこのとき、前面Ｆ１とは反対側で基板１０を覆う層１９に形成される。シリコンからなるこのような基板は、シリコンの熱伝導率を保持し（たとえばレーザが位置する点で）、コリメーション構造に向かって光が伝搬される点で屈折率１．４５のシリコン酸化物のみを用いることを可能にする。
【００５８】
コリメーション構造１５、１６のサジタルデプスＰを低減するよう、後者は、フォトニックチップ１、２の後面上に形成されて基板の実効屈折率よりも高い実効屈折率を有する層に具現化することができる。このように波長１．３１μｍで屈折率２の窒化ケイ素層を用いることが可能であり、サジタルデプスＰを約２μｍに限定することが可能になる。
【００５９】
図４において、図２によるフォトニックチップ１と図３による別のフォトニックチップ３の結合が表されている。他のフォトニックチップ３は、ＳＯＩ基板上に形成され、カプセル化層１４０（ここでは相互接続金属レベルを含む）で被覆され、ＳｉＯ２の埋め込み酸化物層１１０によって支持基板１００から分離された導光層１２０を含む。フォトニックチップ３は、カプセル化層１４０の側に前面Ｆ１０を、基板１００の側に後面Ｆ２０を有する。後面Ｆ２０のレベルでミラーレンズ１６０が一体化されている。このレンズ１６０は、本発明によるチップ１のレベルで一体化されたレンズ１５と同じ特性を有する。導光層１２０は、導波路１２１’および表面結合アレイ１２２’を含み、表面結合アレイ１２２’は、方向Ｘに、しかしアレイの歯が配向されている面の反対側のチップ面の方向に光を発する／受けるように構成されている（このようなアレイはたとえば、アレイのエッチング歯が９０ｎｍの深さにわたってエッチングされている厚さ１６０ｎｍのシリコン層において設計することができる）。
【００６０】
一実施形態のこの例に関して独占的であることなく、本発明によるチップは、後面Ｆ２上に他のチップ３とのアライメントパターン１７を有することができ、特定のアライメントパターン１７は、たとえば２つのチップ１、３の後面Ｆ２、Ｆ２０上のレンズ１５および１６０の機械的アライメントを確保するため、他のチップの後面上の相補パターン１７’と係合することが意図されている。
【００６１】
また、この図４において、たとえば銅のマイクロピラー２０によってフォトニックチップ３の前面Ｆ１０に固定された電子チップＰＥが表されている。チップＰＥは、チップ３の能動フォトニック部品を制御する、または読み取ることが意図され、したがって銅のマイクロピラー２０および層１４０を通過している金属レベル１２４によって、導光層１２０に形成されたこれらの能動フォトニック部品（たとえば変調器１２３を含む）に接続されている。
【００６２】
図５ａおよび図５ｂにおいて、図３によるフォトニックチップの２つの代替実施形態が表されている。これらの代替実施形態は、図５ａにおいて、基板１０は誘電材料から作られるのに対し、図５ｂにおいて、それは半導体材料、通常シリコンから作られ、反射防止層２１によって層１１から分離されている点において異なる。これらの２つの図において、基板１０は、基板の屈折率よりも高い屈折率の層１９、たとえば窒化シリコンの層で後面側が被覆されている。
【００６３】
これら２つの代替実施形態のそれぞれにおいて、表面結合アレイ１２２は、フォトニックチップの前面の方に配向されているのではなく、後面の方に配向されているエッチング歯を有する。表面結合アレイと後面上のコリメーション構造の光学結合はしたがって、より効率的である。この優れた結合効率により、ソース結合アレイと前面との間にミラーを配置する必要をなくすことが可能になる。
【００６４】
さらに、これら２つの図５ａおよび図５ｂにおいて、たとえば銅のマイクロピラー２０によってフォトニックチップの後面Ｆ２に固定された電子チップＰＥが表されている。このチップＰＥは、能動フォトニック部品を制御する、または読み取ることが意図され、特に基板１０を通過している電気的相互接続ビア１２５によって、導光層１２に形成されたこれらの能動フォトニック部品（たとえば変調器１２３を含む）に接続されている。
【００６５】
図６において、図２によるフォトニックチップの代替実施形態が表されている。上に示したように、基板１０として、表面結合アレイ１２２とコリメーション構造（ここではレンズ１５）との間の光路上に、空気または酸化物キャビティ１８が形成されているシリコン基板が選択される。レンズ１５はこのとき、前面Ｆ１の反対側で基板１０を覆っている層１９に形成されている。
【００６６】
拡張モードサイズだけでなく拡張スペクトル帯域も有する光ビームの入力／出力を備えたフォトニックチップを得るのに適している、本発明の好ましい代替実施形態において、表面結合アレイ１２２は、シングルモードファイバのサイズ（通常９．２μｍ）に対して縮小したモードサイズ（たとえば３μｍ）に適合するように設計されている。この代替実施形態において、表面結合アレイはしたがって、導光構造１２１から／へ誘導される光を受け／伝え、コリメーション構造に向かって／から６μｍ未満のモードサイズの光ビームを形成する／受けるように構成されている。
【００６７】
結合アレイのこのような設計は、後面上に一体型コリメーション構造を備えた本発明によるチップに限らず、このようなアレイが導波路から／へ誘導される光を受け／伝えて縮小したモードサイズの光ビームを形成する／受ける任意のフォトニックチップにおいて、特に前面または後面上に一体化された、または組み立てられたコリメーション構造を備えたフォトニックチップにおいて、さらに特には１つまたは複数のハイブリッドシリコンレーザを集積しているフォトニックチップ、または波長多重化を実行するチップにおいて適用することができることに留意すべきである。
【００６８】
以下の式は、表面結合アレイによる光波長λでの光放射の角度θの依存性を示している。
【００６９】
【数１】
2020520476.tif 000003
【００７０】
ここで、ｎ１１は誘電体層１１の屈折率、ｎｅｆｆは導光層１２の実効屈折率、Λはアレイピッチである。λに関してこの式を導出することによって、以下の式が得られる。
【００７１】
【数２】
2020520476.tif 000004
【００７２】
表面結合アレイの入力／出力での、コリメーション構造に向かう／からのビームのために目標とされるモードサイズＤｏ＝２＊ｗｏを縮小することによって、開口数ＮＡ、したがってネットワークの出力での光ビームの角度Φが増加する。
【００７３】
【数３】
2020520476.tif 000005
【００７４】
ここで
【００７５】
【数４】
2020520476.tif 000006
【００７６】
拡張された角度Φは、位相状態においてより多くの波長を含むことになる。このアレイに面する適切なレンズを配置することによって、「表面結合アレイ／レンズ」システムのスペクトル帯域がかなり拡張される。Ｄｏ＝３μｍでモードサイズを縮小したアレイの例をとると、スペクトル帯域はこのように約１００ｎｍに拡張され、９．２μｍの標準モードサイズのアレイではこれはわずか３２ｎｍである。
【００７７】
縮小モードサイズの表面結合アレイは、長さ（光伝搬の方向における）が短く、幅（光伝搬方向に直交）が短いという点において、およびアレイラインのエッチング深さが、近似計算から以下に例示されるように、それほど重要ではないという点において、標準アレイから物理的に区別される。
【００７８】
【表１】
2020520476.tif 000007
【００７９】
このアレイに面して、厚さが７５０μｍのシリコン基板１０を通過する拡張スペクトル帯域光ビームは、アパーチャＤ＝１３０μｍ、半径５４０μｍおよびＳＡＧ＝４μｍのレンズ１５によってコリメートされ、１２０μｍ（標準結合アレイを用いる４０μｍの代わりに）のモードサイズを有することができる。表面結合アレイのこの構成に対するこのレンズのアライメント公差は、９．２μｍの標準モードサイズの表面結合アレイについての＋／−２μｍから、モードサイズ３μｍの表面結合アレイについての＋／−０．５μｍに減少する。しかしながら、アライメントはリソグラフィで実行されるため、このようなアライメント公差の減少は完全に達成可能なままである。
【００８０】
本発明によるフォトニックチップ、より具体的には図３に表された第２の実施形態によるチップ、および図６に表された第１の実施形態によるチップの製造のための方法の２つの例を以下に説明する。
【００８１】
図７ａ〜図７ｉによって示す第１の例の範囲内で、この方法は、表面シリコン層とシリコン基板３０との間に挿入された埋め込み酸化物層１３を有するＳＯＩ基板の供給で、そしてフォトニック部品（導波路１２１、表面結合アレイ１２２、ＰＮ変調器１２３など）の、表面層の部分的または全体的局所エッチング、および変調器の場合は埋め込みによる製造で始まる（図７ａ）。この図において、光は変調器については図の平面に垂直に、そして導波路および表面結合アレイについては図の平面内を伝搬される。
【００８２】
続いて、誘電体材料から作られるＢＥＯＬカプセル化層１１の形成が行われ（図７ｂ）、この層は、導光層１２の能動フォトニック部品（ここでは変調器１２３）との電気的相互接続金属レベル１２４を含む。
【００８３】
カプセル化層１１上に、誘電体材料、たとえばＳｉＯ２から作られる基板１０が取り付けられ、続いて接合される（図７ｃ）。このステップでは、接合中に正確なアライメントは必要ない（コリメーション構造がまだ作成されていないため）。通常５０μｍと７５０μｍとの間の厚さを達成する必要があれば、基板１０の薄化を実行することができる。あるいは、基板とカプセル化層１１との間に接合後に挿入される反射防止層で被覆された、半導体材料、たとえばシリコンから作られる基板が用いられる。
【００８４】
続いて、基板１０上への窒化シリコンの層１９の堆積が行われ（図７ｄ）、続いて窒化シリコンの層にレンズ１５が形成される（図７ｅ）。レンズ１５の形成は、機械的エッチング、たとえばレーザ加工、またはドライケミカルエッチング（ＲＩＥ「Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ（反応性イオンエッチング）」として知られている）を含み、層１９の表面上に球面ジオプタを形成することができる。エッチングは、マスクを通して感光性樹脂に光を照射し、樹脂のボスおよびこのボスのクリープを形成した後に実行することができる。レンズ１５は、いわゆる「グレートーン」リソグラフィ技法によって製造することもできる。続いて、反射する光のモードサイズを変更するのに適した凹面球面鏡１６を形成するよう、レンズ１５上への金属層の堆積が行われる。レンズ１５はまた、特にサジタルデプスＳＡＧが高く、通常数十μｍより大きいとき、フレネルレンズであり得る。
【００８５】
続いて、たとえばレーザエッチングによる、基板１０を通るビアの形成、そしてこれらのビアの金属での充填が行われて（図７ｇ）電気的相互接続ビア１２５を形成し、これらは層１１に存在するビア１２４に接続され、能動フォトニック部品（変調器１２３など）を電子チップに接続することが可能になる。続いて、ウエハの回転およびシリコン基板３０の除去が行われる（図７ｈ）。表面結合アレイ１２２のエッチング歯はこのとき、後面の方に配向されている。
【００８６】
続いて、層１３上にＩＩＩ−Ｖ層のスタックＳを作成することによって、このアライメントを構築してレーザの利得媒体を形成することによって、電極Ｅを製造することによって、そして第２のカプセル化層１４を形成することによって、レーザＬＡが製造される（図７ｉ）。
【００８７】
本発明によるフォトニックチップを製造するための方法の第２の例を図８ａ〜図８ｆに示す。この方法は、表面シリコン層とシリコン基板３０との間に挿入された埋め込み酸化物層１３を有するＳＯＩ基板の供給で、そしてフォトニック部品（導波路、表面結合アレイ、ＰＮ変調器など）の、表面層の部分的または全体的局所エッチング、および変調器の場合は埋め込みによる製造で始まる（図８ａ）。続いて、誘電体材料から作られるＢＥＯＬカプセル化層１１の形成が行われる。この方法（図８ｂ）は、１つまたは複数の空気または酸化物キャビティ１８が形成されている、たとえばシリコン製の第２の基板１０を用いる。基板１０は、酸化ケイ素、窒化ケイ素または酸化ケイ素と窒化ケイ素との混合物の層１９で被覆されている。キャビティ１８は、シリコンのＴＭＡＨケミカルエッチング（誘電体層１９に対するシリコンの高度に選択的なエッチング）によって形成することができる。このキャビティのサイズは、たとえば５００μｍ×５００μｍである。キャビティは、１）シリコン基板に対する焦点距離を長くする、２）表面結合アレイとレンズ（続いて層１９に製造される）のリソグラフィアライメントを容易にする、ことを目的としている。実際、レンズと表面結合アレイとの間のアライメントは、シリコンによって（ただし窒化シリコンまたは酸化シリコンによってではなく）吸収される波長で実行される。このアライメントは次いで、表面結合アレイを含む導光層１２において作成されるアライメントパターン（図示せず）を用いて実行される。
【００８８】
２つの基板が接合される（図８ｃ）。層１９のドライエッチングによってレンズが形成される（図８ｄ）。構造の回転（表面結合アレイ１２２のエッチング歯はこのとき後面に配向されることがわかる）、シリコン基板３０の除去、および層１３上にＩＩＩ−Ｖ層のスタックＳを製造することによる、このアライメントを構築してレーザの利得媒体を形成することによる、電極Ｅを製造することによる、そして第２のカプセル化層１４を形成することによるレーザの製造が、続いて行われる（図８ｅ）。
【００８９】
上の説明において、層１１上に基板１０を接合した後、層１９および基板１０から形成されるレンズの実施形態を説明した。層１１上に基板１０を接合する前に、層１９および基板１０から形成されたスタックにレンズを作成することが明らかに可能である。このような場面において、レンズは表面結合アレイと１μｍまでの優れた精度でアラインすることができる。
【００９０】
本発明は、フォトニックチップに限定されるものではなく、その製造方法、特に複数のチップを同じウエハ上に集合的に製造するための方法にも及ぶ。この方法は、チップの後面のレベルでのコリメーション構造、および導光構造から光を受け、コリメーション構造に向かう光ビームを形成するように構成された表面結合アレイの形成を含む。
【００９１】
本発明は、本発明によるフォトニックチップ、およびモードサイズがフォトニックチップの入力／出力光ビームのモードサイズに適合し、たとえばシングルモードファイバ上にビームを再収束することを意図されたコリメーション構造を備えた外部デバイスを含むシステムにも及ぶ。
【００９２】
本発明はまた、シリコン基板上にＩＩＩ−Ｖ半導体材料から作られる利得媒体を有するレーザなどの、１つまたは複数のハイブリッドレーザを集積するのに適したようなフォトニックチップに関する。このフォトニックチップは、複数のレーザによって放出された波長のコームを、レーザを含まない別のフォトニックチップに供給することが意図され（たとえば図４参照）、または実際、自由に伝播する光ビームを放出することが意図されている。
【符号の説明】
【００９３】
１  フォトニックチップ
２  フォトニックチップ
３  フォトニックチップ
１０  シリコン基板
１１  埋め込み酸化物層
１２  導光層
１２１  導光構造
１２２  表面結合アレイ
１３  第１の層
１４  カプセル化層
ＬＡ  レーザ
Ｅ  電極
Ｓ  スタック
Ｆ１  前面
Ｆ２  後面
１５  コリメーション構造
１６  コリメーション構造
１７  アライメントパターン
１７’  相補パターン
１８  キャビティ
１９  層
２０  マイクロピラー
２１  反射防止層
３０  シリコン基板
１００  基板
１１０  埋め込み酸化物層
１２０  導光層
１２１’  導波路
１２２’  表面結合アレイ
１２３  変調器
１２４  金属レベル
１２５  電気的相互接続ビア
１４０  カプセル化層
１６０  レンズ
Ｆ１０  前面
Ｆ２０  後面
ＰＥ  電子チップ
Ｐ  サジタルデプス
【図１】
2020520476.tif 000008
【図２】
2020520476.tif 000009
【図３】
2020520476.tif 000010
【図４】
2020520476.tif 000011
【図５ａ】
2020520476.tif 000012
【図５ｂ】
2020520476.tif 000013
【図６】
2020520476.tif 000014
【図７ａ】
2020520476.tif 000015
【図７ｂ】
2020520476.tif 000016
【図７ｃ】
2020520476.tif 000017
【図７ｄ】
2020520476.tif 000018
【図７ｅ】
2020520476.tif 000019
【図７ｆ】
2020520476.tif 000020
【図７ｇ】
2020520476.tif 000021
【図７ｈ】
2020520476.tif 000022
【図７ｉ】
2020520476.tif 000023
【図８ａ】
2020520476.tif 000024
【図８ｂ】
2020520476.tif 000025
【図８ｃ】
2020520476.tif 000026
【図８ｄ】
2020520476.tif 000027
【図８ｅ】
2020520476.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月16日(2020.1.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板によって支持された導光層を含むフォトニックチップであって、前記導光層は、表面結合アレイと光学的に結合された導光構造を含み、前記フォトニックチップは、前記表面結合アレイの側に前面、および前記基板の側に後面を有するとともにコリメーション構造を含み、前記コリメーション構造は、前記表面結合アレイから前記構造に対して入射する光ビームのモードサイズを増大させるために前記後面のレベルで一体化され、
前記表面結合アレイは、前記導光構造から／へ光を受け／伝えて、前記後面のレベルで一体化された前記コリメーション構造の方に向かう／から光を形成する／受けるように構成され、
前記コリメーション構造は、前記入射する光ビームを前記前面に向かって反射させることが可能である反射構造である、フォトニックチップ。
【請求項２】
前記基板は第１の誘電材料から作られる、請求項１に記載のフォトニックチップ。
【請求項３】
前記後面は、前記第１の誘電材料の実効屈折率よりも高い実効屈折率を有する第２の誘電材料の層で被覆され、前記コリメーション構造は、前記第２の誘電材料の前記層に形成されている、請求項２に記載のフォトニックチップ。
【請求項４】
前記基板はシリコンから作られる、請求項１に記載のフォトニックチップ。
【請求項５】
前記導光層は誘電材料の層上にあり、前記基板と前記誘電材料の層との間に反射防止層が挿入されている、請求項４に記載のフォトニックチップ。
【請求項６】
前記基板は、前記表面結合アレイと前記コリメーション構造との間の光路上に形成された空気または酸化物キャビティを含む、請求項４に記載のフォトニックチップ。
【請求項７】
前記表面結合アレイは、前記フォトニックチップの前記後面の方に配向されているエッチング歯を有する、請求項１に記載のフォトニックチップ。
【請求項８】
前記表面結合アレイは、前記導光構造から／へ光を受け／伝えて、前記反射コリメーション構造に向けて／から６μｍ未満のモードサイズの光ビームを形成する／受けるように構成されている、請求項１に記載のフォトニックチップ。
【請求項９】
前記後面は、外部デバイスとのアライメントパターンを有する、請求項１に記載のフォトニックチップ。
【請求項１０】
前記導光構造は能動フォトニック部品を含み、前記能動フォトニック部品に接続された電気的相互接続が前記基板に形成されて前記後面に対して開いている、請求項１に記載のフォトニックチップ。
【請求項１１】
前記導光層の上に前記導光構造と光学的に結合された利得構造を含むハイブリッドシリコン集積レーザをさらに含む、請求項１に記載のフォトニックチップ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のフォトニックチップと、前記フォトニックチップの前記後面に取り付けられて前記電気的相互接続に接続された電子チップと、を含む電気光学装置。
【請求項１３】
請求項１に記載のフォトニックチップと光学的に結合された請求項１１に記載のフォトニックチップを含む電気光学装置。
【請求項１４】
基板によって支持された導光層を含むフォトニックチップであって、前面、および前記基板の側に後面を有する、フォトニックチップを製造するための方法であって、前記後面上の反射コリメーション構造を形成するステップと、導光構造から光を受けて、前記反射コリメーション構造の方に向かう光ビームを形成し、それにより前記ビームが前記反射コリメーション構造によって前記前面に向かって反射するように構成された表面結合アレイを形成するステップと、を含む方法。
【国際調査報告】
2020520476.tif 000029
2020520476.tif 000030
2020520476.tif 000031
2020520476.tif 000032
2020520476.tif 000033
2020520476.tif 000034