特開 2023-70170 フォトニック導波路構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023070170

(43)【公開日】2023-05-18

(54)【発明の名称】フォトニック導波路構造

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/365 20060101AFI20230511BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20230511BHJP

   G02B 6/122 20060101ALI20230511BHJP

【ＦＩ】

G02F1/365

G02B6/12 363

G02B6/122

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022177216

(22)【出願日】2022-11-04

(31)【優先権主張番号】63/263,595

(32)【優先日】2021-11-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/973,774

(32)【優先日】2022-10-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】502151820

【氏名又は名称】ヴァイアヴィ・ソリューションズ・インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｖｉａｖｉ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100169823

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 雄郎

(72)【発明者】

【氏名】ウィリアム ディー フック

【テーマコード（参考）】

2H147

2K102

【Ｆターム（参考）】

2H147AB36

2H147CD11

2H147EA02A

2H147EA03A

2H147EA05A

2H147EA12A

2H147EA12C

2H147EA13A

2H147EA13C

2H147EA14B

2H147EA14C

2H147EA18B

2H147EA25B

2H147FA09

2H147GA19

2K102AA24

2K102CA20

2K102CA28

2K102DD03

2K102DD05

2K102DD10

(57)【要約】      （修正有）

【課題】線形の光学的動作及び非線形の光学的動作を提供することができるフォトニック導波路構造を提供する。
【解決手段】フォトニック導波路構造が、積層構造の形に配置された少なくとも４つのフォトニック導波路層を含む。少なくとも４つのフォトニック導波路層のうちの第１フォトニック導波路層は、１つ以上の特定の非線形光学特性を有する第１アクティブ構造を含み、少なくとも４つのフォトニック導波路層のうちの第２フォトニック導波路層は、１つ以上の特定の線形光学特性を有する第２アクティブ構造を含む、第１アクティブ構造及び第２アクティブ構造は、１つ以上のスパッタリングプロセスを用いて形成され、第１アクティブ構造及び第２アクティブ構造の各々は、３５０ナノメートル（nm）から５０００nmまでの波長を有する光を透過させるように構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層構造の形に配置された少なくとも４つのフォトニック導波路層を具えたフォトニック導波路構造であって、
前記少なくとも４つのフォトニック導波路層のうちの第１フォトニック導波路層が、カー係数の閾値を満足するカー係数を有する第１アクティブ構造を含み、
前記少なくとも４つのフォトニック導波路層のうちの第２フォトニック導波路層が、伝搬損失パラメータの閾値を満足する伝搬損失パラメータを有する第２アクティブ構造を含む
フォトニック導波路構造。

【請求項2】

前記カー係数の閾値が１×１０^-18平方メートル／ワット以上である、請求項１に記載のフォトニック導波路構造。

【請求項3】

前記伝搬損失パラメータの閾値が０．５デシベル／センチメートル以下である、請求項１に記載のフォトニック導波路構造。

【請求項4】

前記第１アクティブ構造及び前記第２アクティブ構造の各々が、４２０ナノメートル（nm）から１６００nmまでの波長を有する光を透過させ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導波路構造。

【請求項5】

前記第１アクティブ構造及び前記第２アクティブ構造のそれぞれの厚さが５００ナノメートル以上である、請求項１に記載のフォトニック導波路構造。

【請求項6】

前記第１フォトニック導波路層及び前記第２フォトニック導波路層が、１つ以上のスパッタリングプロセスを用いて形成されている、請求項１に記載のフォトニック導波路構造。

【請求項7】

前記少なくとも４つのフォトニック導波路層が前記積層構造の形で基板上に配置され、
前記第１フォトニック導波路層が、前記積層構造内で前記第２フォトニック導波路層上に配置されている、請求項１に記載のフォトニック導波路構造。

【請求項8】

前記少なくとも４つのフォトニック導波路層が前記積層構造の形で基板上に配置され、
前記第２フォトニック導波路層が、前記積層構造内で前記第１フォトニック導波路層上に配置されている、請求項１に記載のフォトニック導波路構造。

【請求項9】

積層構造の形に配置された少なくとも４つのフォトニック導波路層を含むフォトニック導波路構造を具えた光デバイスであって、
前記少なくとも４つのフォトニック導波路層のうちの第１フォトニック導波路層が、カー係数の閾値を満足するカー係数を有する第１アクティブ構造を含み、
前記少なくとも４つのフォトニック導波路層のうちの第２フォトニック導波路層が、伝搬損失パラメータの閾値を満足する伝搬損失パラメータを有する第２アクティブ構造を含む
光デバイス。

【請求項10】

前記カー係数の閾値が６．２×１０^-19平方メートル／ワット以上である、請求項９に記載の光デバイス。

【請求項11】

前記伝搬損失パラメータの閾値が０．１デシベル／センチメートル以下である、請求項９に記載の光デバイス。

【請求項12】

前記第１アクティブ構造及び前記第２アクティブ構造の各々が、３５０ナノメートル（nm）から５０００nmまでの波長を有する光を透過させるように構成されている、請求項９に記載の光デバイス。

【請求項13】

前記第１アクティブ構造に含まれる材料が、前記第２アクティブ層に含まれない、請求項９に記載の光デバイス。

【請求項14】

前記第１アクティブ構造に含まれる材料が、前記第２アクティブ層に含まれる、請求項９に記載の光デバイス。

【請求項15】

前記第１アクティブ構造及び前記第２アクティブ構造のそれぞれの厚さが５００ナノメートル以上である、請求項９に記載の光デバイス。

【請求項16】

前記第１フォトニック導波路層及び前記第２フォトニック導波路層が、１つ以上のスパッタリングプロセスを用いて形成されている、請求項９に記載の光デバイス。

【請求項17】

積層構造の形に配置された少なくとも４つのフォトニック導波路層を具えたフォトニック導波路構造であって、
前記少なくとも４つのフォトニック導波路層のうちの第１フォトニック導波路層が、１つ以上の特定の非線形光学特性を有する第１アクティブ構造を含み、
前記少なくとも４つのフォトニック導波路層のうちの第２フォトニック導波路層が、１つ以上の特定の線形光学特性を有する第２アクティブ構造を含む
フォトニック導波路構造。

【請求項18】

前記１つ以上の特定の非線形光学特性が、１×１０^-18平方メートル／ワット以上のカー係数を含む、請求項１７に記載のフォトニック導波路構造。

【請求項19】

前記１つ以上の特定の線形光学特性が、０．５デシベル／センチメートル以下の伝搬損失パラメータを含む、請求項１７に記載のフォトニック導波路構造。

【請求項20】

前記第１アクティブ構造及び前記第２アクティブ構造の各々が、３５０ナノメートル（nm）から５０００nmまでの波長を有する光を透過させるように構成されている、請求項１７に記載のフォトニック導波路構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願
本願は、米国特許仮出願第６３／２６３５９５号、発明の名称”PHOTONIC TRANSMISSION STRUCTURE”、２０２１年１１月５日出願により優先権を主張し、この米国特許仮出願の内容全体を参照することによって本明細書中に含める。

【背景技術】

【0002】

背景
集積フォトニクスはフォトニクスの一部門であり、導波路及び他のフォトニックデバイスを集積構造として基板表面上に製造される。例えば、フォトニック集積回路（ＰＩＣ：photonic integrated circuit）は、半導体グレードの材料（例えば、シリコン、リン化インジウム、二酸化シリコンまたは窒化シリコンのような誘電体、等）をプラットフォームとして用いて、アクティブ（能動）及びパッシブ（受動）フォトニック回路を電子部品と共に単一（シングル）チップ上に集積する。集積の結果、複合フォトニック回路が、電子集積回路が電子を処理して伝達する方法と同様な方法で、光（例えば、光子）を処理して伝達することができる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

概要
一部の実現では、フォトニック導波路構造が、積層構造の形に配置された少なくとも４つのフォトニック導波路層を含み、これら少なくとも４つのフォトニック導波路層のうちの第１フォトニック導波路層は、カー（Kerr）係数の閾値を満足するカー係数を有する第１アクティブ構造を含み；これら少なくとも４つのフォトニック導波路層のうちの第２フォトニック導波路層は、伝搬損失パラメータの閾値を満足する伝搬損失パラメータを有する第２アクティブ構造を含む。

【0004】

一部の実現では、光デバイスがフォトニック導波路構造を含み、このフォトニック導波路構造は、積層構造の形に配置された少なくとも４つのフォトニック導波路層を含み、これら少なくとも４つのフォトニック導波路層のうちの第１フォトニック導波路層は、カー（Kerr）係数の閾値を満足するカー係数を有する第１アクティブ構造を含み；これら少なくとも４つのフォトニック導波路層のうちの第２フォトニック導波路層は、伝搬損失パラメータの閾値を満足する伝搬損失パラメータを有する第２アクティブ構造を含む。

【0005】

一部の実現では、フォトニック導波路構造が、積層構造の形に配置された少なくとも４つのフォトニック導波路層を含み、これら少なくとも４つのフォトニック導波路層のうちの第１フォトニック導波路層は、１つ以上の特定の非線形光学特性を有する第１アクティブ構造を含み；これら少なくとも４つのフォトニック導波路層のうちの第２フォトニック導波路層は、１つ以上の特定の線形光学特性を有する第２アクティブ構造を含む。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本明細書中に説明する光デバイスの一例の図である。

【図2】本明細書中に説明するフォトニック導波路層のアクティブ構造の材料例の一部の光学特性の表である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

詳細な説明
以下の実現例の詳細な説明は、添付した図面を参照する。異なる図面中の同じ参照番号は、同一または同様の要素を識別することがある。

【0008】

ＰＩＣが形成される際に、（例えば構成部品間の）空間が制限されることが多い。例えば、ＰＩＣの構成部品は一般にウェハー上の単一層内に形成され、このことがウェハー上に作成することのできる構成部品の総数を制限する。他の一例として、第１層内の一部の構成部品は（例えば、摂氏３００度（℃）よりも高い）高温に敏感な材料を含み得る。従って、第１層上に配置される第２層が高温の堆積プロセスを必要とする際に損傷し得る。第１層の構成部品の損傷は、第１層及び／またはＰＩＣの光学的挙動に悪影響を与え得る。さらに、高温処理の問題を回避するようにＰＩＣを設計することは、ＰＩＣ中に用いることができる材料の組合せの順序及び／または数に悪影響を与える。

【0009】

本明細書中に説明する一部の実現は、複数のフォトニック導波路層（例えば、積層構造の形に配置された少なくとも閾値の数、例えば４つのフォトニック導波路層）を垂直方向に集積した（例えば、フォトニック伝達構造の一種である）フォトニック導波路構造を提供する。このようにして、フォトニック導波路構造が、線形の光学的動作及び非線形の光学的動作の能力を共に有することができる。例えば、フォトニック導波路構造が、（例えば、フォトニック導波路構造が１つ以上の非線形の光学的動作を実行することを可能にする）１つ以上の特定の非線形光学特性を有する第１アクティブ構造を含む第１フォトニック導波路層を含むことができ、かつ（例えば、フォトニック導波路構造が１つ以上の線形の光学的動作を実行することを可能にする）１つ以上の特定の線形光学特性を有する第２アクティブ構造を含むことができる。フォトニック導波路構造内に複数のフォトニック導波路層を垂直方向に集積することは、複数の材料をフォトニック伝達構造内に、任意の順序で複数のフォトニック導波路層の形に集積することを可能にする。このことは、フォトニック導波路構造が、単一層のＰＩＣでは不可能である線形の光学的動作及び非線形の光学的動作を提供することを可能にする。

【0010】

一部の実現では、種々の形成技術を用いて材料をフォトニック導波路構造内に垂直方向に集積することができる。例えば、１つ以上のスパッタリングプロセスを用いて、フォトニック導波路構造の複数のフォトニック導波路層を形成することができる。これら１つ以上のスパッタリングプロセスに関連する処理温度は（例えば、摂氏３００度（℃）以下の）低温にすることができ、従って、これら１つ以上のスパッタリングプロセスは、高い処理温度（例えば、３００℃よりも高い、一般に５００℃よりも高い）による従来の堆積プロセスを用いてできる他の方法よりも、複数のフォトニック導波路層を損傷させにくい。このようにして、従来の堆積プロセスを用いた他の方法では（例えば、積層構造内の複数のフォトニック導波路層のうちの少なくとも１つを損傷させるであろう高い動作温度により）形成することができないフォトニック導波路構造を形成することができる。

【0011】

図１は、本明細書中に説明する光デバイスの一例の図である。光デバイスは、（例えば、１つ以上の線形の光学的動作及び／または１つ以上の非線形の光学的動作が可能である）ＰＩＣまたは同様な光デバイスとすることができる。光デバイス１００は、基板１０４上に配置された、図１に示すフォトニック導波路構造１０２のようなフォトニック伝達構造を含むことができる。図１にさらに示すように、フォトニック導波路構造１０２は、（フォトニック導波路層１０６－１～１０６－４として示す）複数のフォトニック導波路層１０６を含むことができる。本明細書中に説明する実現は、フォトニック導波路層を含むフォトニック導波路構造に指向しているが、考えられる実現は、線形光学及び／または非線形光学に関連して用いることができるフォトニック伝達層を含むあらゆるフォトニック伝達構造も含む。

【0012】

基板１０４は基板を含むことができ、この基板上に、図１に示す他の層及び／または構造が形成される。基板１０４は、ガラス基板、シリコン（Si）基板、またはゲルマニウム（Ge）基板のような透過性の基板とすることができる。一部の実現では、基板１０４が、屈折率の閾値を満足する（例えば、閾値以下である）屈折率を有することができる。例えば、屈折率の閾値は１．６以下とすることができる。

【0013】

一部の実現では、複数のフォトニック導波路層１０６を（例えば、基板１０４上に）積層構造の形に配置することができる。例えば、フォトニック導波路層１０６－１は基板１０４上に配置することができ、フォトニック導波路層１０６－２はフォトニック導波路層１０６－１上に配置することができ、フォトニック導波路層１０６－３はフォトニック導波路層１０６－２上に配置することができ、フォトニック導波路層１０６－４はフォトニック導波路層１０６－３上に配置することができ、等である。このように、複数のフォトニック導波路層１０６は「垂直方向に集積された」（例えば、図１に示すように基板１０４上に垂直方向に積層された）と言うことができる。一部の実現では、フォトニック導波路層１０６を基板１０４または他のフォトニック導波路層上に配置する際に、フォトニック導波路層１０６を基板１０４または他のフォトニック導波路層１０６上に直接配置することができ、あるいはその代わりに、フォトニック導波路層１０６と基板１０４または他のフォトニック導波路層１０６との間に配置された１つ以上の他の層上に配置することができる。

【0014】

一部の実現では、複数のフォトニック導波路層の数（例えば、量）が層数の閾値を満足することができる。即ち、（例えば、積層構造の形に配置された）複数のフォトニック導波路層１０６の数を、層数の閾値以上にすることができる。層数の閾値は、数ある例の中で特に、２以上、３以上、４以上、５以上、及び／または６以上とすることができる。例えば、図１に示すように、フォトニック導波路層のうちの少なくとも４つ（フォトニック導波路層１０６－１～１０６－４）を積層構造の形に配置することができる。

【0015】

各フォトニック導波路層１０６は、１つのアクティブ構造１０８及び１つ以上のクラッド構造１１０を含むことができる。例えば、図１に示すように、フォトニック導波路層１０６－１は、アクティブ構造１０８－１、クラッド構造１１０－１Ａ、及びクラッド構造１１０－１Ｂを含むことができ；フォトニック導波路層１０６－２は、アクティブ構造１０８－２、クラッド構造１１０－２Ａ、及びクラッド構造１１０－２Ｂを含むことができ；等である。アクティブ構造１０８は（例えば、導波路として）光を伝達するように構成することができる。１つ以上のクラッド構造１１０は、（例えば、アクティブ構造１０８内に）光を閉じ込めるように構成することができる。

【0016】

各フォトニック導波路層１０６内では、１つ以上のクラッド構造１１０のうちの１つのクラッド構造１１０上にアクティブ構造１０８を配置することができる。例えば、図１に示すように、アクティブ構造１０８－１がクラッド構造１１０－１Ａの表面（例えば、上面）上に直接配置されるように；あるいはその代わりに、アクティブ構造１０８－１とクラッド構造１１０－１Ａとの間に介在する１つ以上の層または構造上に配置されるように、アクティブ構造１０８－１をクラッド構造１１０－１Ａ上に配置することができる。一部の実現では、アクティブ構造１０８をフォトニック導波路層１０６内でクラッド構造１１０上に配置しないことができる。例えば、アクティブ構造１０８は、（例えば、その上に当該フォトニック導波路層１０６が配置される）基板１０４または他のフォトニック導波路層１０６上に（例えば、直接、あるいはその代わりに間接的に、介在する１つ以上の層または構造を介して）配置することができる。例えば、図１に関しては、（例えば、クラッド構造１１０－１Ａが存在しない際に）アクティブ構造１０８－１を基板１０４上に直接配置することができ、及び／または、（例えば、クラッド構造１１０－２Ａが存在しない際に）アクティブ構造１０８－２をフォトニック導波路層１０６－１上に直接配置することができる。

【0017】

各フォトニック導波路層１０６のアクティブ構造１０８は、（例えば、図１中に幅１１２－１～１１２－４として示す）幅１１２を有する平面（プレーナ）構造を具えることができ、この幅は基板１０４の幅１１４以下にすることができる。一部の実現では、各アクティブ構造１０８が（例えば、厚さ１１６－１～１１６－４として示す）厚さ１１６を有することができる。一部の実現では、厚さ１１６を、１００ナノメートル（nm）から２０００nmまで（例えば、１００nm以上かつ２０００nm以下）の厚さの範囲内にすることができる。それに加えて、あるいはその代わりに、厚さ１１６が厚さの閾値を満足することができる（例えば、厚さの閾値以上にすることができる）。例えば、図１中に示す各厚さ１１６－１～１１６－４を厚さの閾値以上にすることができる。厚さの閾値は、数ある例の中で特に、５００nm以上、６００nm以上、７００nm以上、７５０nm以上、８５０nm以上、及び／または１０００nmとすることができる。一部の実現では、厚さ１１６をほぼ一様にすることができる。例えば、厚さ１１６は、アクティブ構造１０８の表面（例えば、アクティブ構造１０８の上面）全体にわたって、百分率の閾値未満で変動することができる。例えば、図１中に示す厚さ１１６－１～１１６－４の各々が、百分率の閾値未満で変動することができる。百分率の閾値は、数ある例の中で特に、１％以下、２％以下、３％以下、及び／または５％以下とすることができる。

【0018】

図１は、アクティブ構造１０８（例えば、アクティブ構造１０８－１～１０８－４）のそれぞれの幅（例えば、幅１１２－１～１１２－４）を互いに同一または同様として示し、アクティブ構造１０８のそれぞれの厚さ（例えば、厚さ１１６－１～１１６－４）を互いに同一または同様として示しているが、各アクティブ構造１０８は、（例えば、他のアクティブ構造１０８の幅及び厚さと同一の、あるいは異なる）特定の幅１１２及び特定の厚さ１１６を有することができる。例えば、アクティブ構造１０８－３は、アクティブ構造１０８－４の幅１１２－４と同じ（例えば、ある許容誤差内で幅１１２－４に等しい、この許容誤差は１nm以下、２nm以下、３nm以下、５nm以下、及び／または１０nm以下とすることができる）幅１１２－３を有することができる。他の一例として、アクティブ構造１０８－３は、アクティブ構造１０８－１、１０８－２、及び１０８－４の厚さ１１６－１、１１６－２、及び１１６－４と異なる厚さ１１６－３を有することができる。

【0019】

各フォトニック導波路層１０６内では、１つ以上のクラッド構造１１０のうちの１つのクラッド構造１１０を、アクティブ構造１０８上に配置することができる。例えば、図１に示すように、クラッド構造１１０－１がアクティブ構造１０８－１の表面（例えば上面）上に直接配置されるように、あるいはその代わりに、クラッド構造１１０－１Ｂとアクティブ構造１０８－１との間に介在する１つ以上の層または構造上に配置されるように、クラッド構造１１０－１Ｂをアクティブ構造１０８－１上に配置することができる。アクティブ構造１０８の幅１１２が基板１０４の幅１１４よりも小さい際のような一部の実現では、クラッド構造１１０を他のクラッド構造１１０の１つ以上の部分上に（例えば、他のクラッド構造１１０の上面の１つ以上の部分上に）配置し、その上にアクティブ構造１０８を配置することができる。例えば、図１に示すように、クラッド構造１１０－１Ｂをクラッド構造１１０－１Ａの表面の１つ以上の部分上に配置することができる。その代わりに、フォトニック導波路層１０６が他のクラッド構造１１０を含まない際には、クラッド構造１１０を基板１０４の表面（例えば、基板１０４の上面）の１つ以上の部分上に配置することができ、あるいは、他のフォトニック導波路層１０６の表面の１つ以上の部分上に配置することができる。例えば、図１に関しては、（例えば、クラッド構造１１０－Ａが存在しない際に）クラッド構造１１０－１Ｂを基板１０４の１つ以上の部分上に直接配置することができ、及び／または、（例えば、クラッド構造１１０－２Ａが存在しない際に）クラッド構造１１０－２Ｂをフォトニック導波路層１０６－１上に直接配置することができる。

【0020】

各クラッド構造１１０は少なくとも酸化物で構成することができる。例えば、各クラッド構造１１０は、酸化物材料（例えば、二酸化シリコン（SiO₂）材料）を含むことができ、一部の実現では１つ以上の元素または物質（例えば、シリコン、酸素、及び／または他の物質）を含むことができる。それに加えて、あるいはその代わりに、各クラッド構造１１０は、数ある例の中で特に、少なくともポリマー材料（例えば、少なくともシロキサンポリマー材料または他のポリマー材料）あるいは少なくともエアークラッドで構成することができる。

【0021】

各アクティブ構造１０８は材料１１８で構成することができる。例えば、図１に示すように、アクティブ材料１０８－１は材料１１８－１で構成することができ、アクティブ材料１０８－２は材料１１８－２で構成することができ、等である。一部の実現では、各材料１１８を、ニオビウムであるカチオンを含む非アルカリ性酸化物溶液で構成することができる。ニオビウムであるカチオンを含む非アルカリ性酸化物溶液は、ニオビウムであるカチオンを含む非アルカリ性二元酸化物溶液；ニオビウムであるカチオンを含む非アルカリ性四元系酸化物溶液、またはニオビウムであるカチオンを含む非アルカリ性五元系酸化物溶液（等）のうちの少なくとも１つを含むことができる。例えば、材料１１８は、ニオビウム・タンタル酸化物（酸化タンタル・ニオブ）溶液、ニオビウム・チタニウム酸化物（酸化チタン・ニオブ）溶液、またはニオビウム・タンタル・チタニウム酸化物（酸化チタン・タンタル・ニオブ）溶液のうちの少なくとも１つを含むことができる。他の一例として、材料１１８は、ニオビウム・アルミニウム酸化物（酸化アルミニウム・ニオブ）溶液、ニオビウム・ストロンチウム酸化物（酸化ストロンチウム・ニオブ）溶液、ニオビウム・アルミニウム・ストロンチウム酸化物（酸化ストロンチウム・アルミニウム・ニオブ）溶液、ニオビウム・タンタル・アルミニウム酸化物（酸化アルミニウム・タンタル・ニオブ）溶液、ニオビウム・チタニウム・アルミニウム酸化物（酸化アルミニウム・チタニウム・ニオブ）溶液、ニオビウム・タンタル・ストロンチウム酸化物（酸化ストロンチウム・タンタル・ニオブ）溶液、ニオビウム・チタニウム・ストロンチウム酸化物（酸化ストロンチウム・チタニウム・ニオブ）溶液、ニオビウム・チタニウム・タンタル・アルミニウム酸化物（酸化アルミニウム・タンタル・チタニウム・ニオブ）溶液、ニオビウム・チタニウム・タンタル・ストロンチウム酸化物（酸化ストロンチウム・タンタル・チタニウム・ニオブ）溶液、ニオビウム・チタニウム・アルミニウム・ストロンチウム酸化物（酸化ストロンチウム・アルミニウム・チタニウム・ニオブ）溶液、ニオビウム・タンタル・アルミニウム・ストロンチウム酸化物（酸化ストロンチウム・アルミニウム・タンタル・ニオブ）溶液、またはニオビウム・チタニウム・タンタル・ストロンチウム酸化物（酸化ストロンチウム・タンタル・チタニウム・ニオブ）溶液、のうちの少なくとも１つを含むことができる。一部の実現では、材料１１８を、数ある例の中で特に、ニオビウムであるカチオンを含む非アルカリ性酸化物溶液、重水素化シリコン・オキシナイトライド（SiON:D）材料、窒化シリコン（Si₃N₄）材料、超シリコンリッチ窒化物（ウルトラシリコンリッチナイトライド：USRN:Si₇N₃）材料、五酸化タンタル（Ta₂O₅）材料、三硫化二ヒ素（As₂S₃）材料、二酸化チタニウム（TiO₂）材料、ヒ化ゲルマニウム・アルミニウム（AlGeAs）材料、結晶シリコン（c-Si）材料、アモルファス（非晶質）シリコン（a-Si）材料、水素化アモルファスシリコン（a-Si:H）材料、窒化物系材料、酸化物系材料、金属材料、または半導体材料、のうちの少なくとも１つで構成することができる。

【0022】

図１中に示す材料１１８の異なるパターン化及び陰影によって示すように、フォトニック導波路構造１０２内では、各材料１１８が他の材料と（例えば、材料組成の点で）異なることができる。例えば、材料１１８－１は、材料１１８－２、１１８－３、１１８－４のうちの少なくとも１つと異なることができる。一部の実現では、フォトニック導波路構造１０２内で、材料１１８を他の材料１１８と（例えば、材料組成の点で）同じにすることができる。例えば、材料１１８－１は、材料１１８－２、１１８－３、１１８－４のうちの少なくとも１つと同じにすることができる。

【0023】

一部の実現では、アクティブ構造１０８の材料１１８が、数ある例の中で特に、１つ以上の特定の非線形光学特性、１つ以上の特定の線形光学特性、特定の屈折率、及び／または（例えば、当該スペクトル範囲を透過させるように材料１１８を構成することができる）特定のスペクトル範囲のような複数の光学特性を有することができる。本明細書中にさらに説明するように、図２は、アクティブ構造１０８の材料１１８の例の複数の光学特性のうちの一部の光学特性の表を示す。

【0024】

アクティブ構造１０８の材料１１８の１つ以上の特定の非線形光学特性は、例えば、カー係数の閾値を満足するカー係数（ｎ2とも称される）を含むことができる。即ち、材料１１８はカー係数の閾値以上のカー係数を有することができる。カー係数の閾値は、数ある例の中で特に、５．０×１０^-19平方メートル／ワット
（外１）

以上、
（外２）

以上、
（外３）

以上、
（外４）

以上、
（外５）

以上、及び／または
（外６）

以上、及び／または
（外７）

以上とすることができる。一部の実現では、材料１１８が
（外８）

以上かつ
（外９）

以下のカー係数を有することができる。それに加えて、あるいはその代わりに、材料１１８の１つ以上の特定の非線形光学特性は、例えば、有効非線形パラメータの閾値を満足する有効非線形パラメータ（γとも称される）を含むことができる。即ち、材料１１８は、有効非線形パラメータの閾値以上の有効非線形パラメータを有することができる。有効非線形パラメータの閾値は、数ある例の中で特に、１ラジアン／ワット・メートル
（外１０）

以上、
（外１１）

以上、
（外１２）

以上、及び／または
（外１３）

以上とすることができる。一部の実現では、材料１１８が
（外１４）

以上かつ
（外１５）

以下の有効非線形パラメータを有することができる。

【0025】

材料１１８の１つ以上の特定の線形光学特性は、例えば、伝搬損失パラメータの閾値を満足する伝搬損失パラメータ（ａとも称される）を含むことができる。即ち、材料１１８は、伝搬損失パラメータの閾値以下の伝搬損失パラメータを有することができる。伝搬損失パラメータの閾値は、数ある例の中で特に、０．０８デシベル／センチメートル
（外１６）

以下、
（外１７）

以下、
（外１８）

以下、
（外１９）

以下、
（外２０）

以下、
（外２１）

以下、
（外２２）

以下、及び／または０．５５dB/cm以下とすることができる。フォトニック導波路構造の（例えば、異なる線形及び非線形の光学的動作をサポートすることができる複数の層を含む観点からの）実際の複雑性は、フォトニック導波路構造のアクティブ構造の材料が伝搬損失パラメータの閾値よりも大きい伝搬損失パラメータを有する際に制限される。従って、伝搬損失パラメータの閾値以下の伝搬損失パラメータを有する材料１１８を、フォトニック導波路層１０６のアクティブ構造１０８に含めることは、フォトニック導波路構造１０２の実際の複雑性を増加させることを可能にする。従って、このことは、より複雑性の低いフォトニック導波路構造が好ましくないことがある光デバイス１００内にフォトニック導波路構造１０２を含めることを可能にする。一部の実現では、材料１１８が、
（外２３）

以上かつ
（外２４）

以下の伝搬損失パラメータを有することができる。

【0026】

一部の実現では、アクティブ構造１０８の材料１１８の特定の屈折率（ｎとも称される）が屈折率の閾値を満足することができる。即ち、材料１１８は屈折率の閾値以上の屈折率を有することができる。屈折率の閾値は、数ある例の中で特に、（例えば、１５５０nmの波長を有する光に対して）１．９９以上、２．００以上、２．０２以上、２．０４以上、２．０７以上、２．０９以上、２．１２以上、及び／または２．１７以上とすることができる。一部の実現では、材料１１８の特定のスペクトル範囲を、材料１１８が透過させることができる光波長の範囲とすることができる（例えば、材料１１８は、このスペクトル範囲を有する光に対して透明にすることができ、あるいは、こうした光用の透過窓を提供することができる）。他の一例として、上記スペクトル範囲が、紫外光の１つ以上の部分（例えば、１００nmから３９９nmまでの波長を有する光の１つ以上の部分）、可視光の１つ以上の部分（例えば、４００nmから６９９nmまでの波長を有する光の１つ以上の部分）、及び／または赤外光の１つ以上の部分（例えば、７００nmから５０００nmまでの波長を有する光の１つ以上の部分）のような、紫外光～赤外光に関連する１つ以上の光の部分的範囲を含むことができる。

【0027】

一部の実現では、フォトニック導波路構造１０２が、複数のフォトニック導波路層１０６のうちの第１フォトニック導波路層１０６を含むことができ、第１フォトニック導波路層１０６は、１つ以上の特定の非線形光学特性を有する第１アクティブ構造１０８を含む（例えば、第１アクティブ構造１０８の第１材料１１８が１つ以上の特定の非線形光学特性を有することができる）。例えば、第１アクティブ構造１０８は、（上述した）有効非線形パラメータの閾値を満足する有効非線形パラメータを有することができ、及び／または（上述した）カー係数の閾値を満足するカー係数を有することができる。それに加えて、あるいはその代わりに、フォトニック導波路構造１０２は、複数のフォトニック導波路層１０６のうちの第２フォトニック導波路層１０６を含むことができ、第２フォトニック導波路層１０６は、１つ以上の特定の線形光学特性を有する第２アクティブ構造１０８を含む（例えば、第２アクティブ構造１０８の第２材料１１８が１つ以上の特定の線形光学特性を有することができる）。例えば、第２アクティブ構造１０８は、（上述した）伝搬損失パラメータの閾値を満足する伝搬損失パラメータを有することができる。従って、第１材料１１８は第２材料１１８と異なることができる。例えば、第１材料１１８は少なくとも五酸化タンタル材料で構成することができ、第２材料１１８は少なくとも窒化シリコン材料で構成することができる。このように、第１アクティブ構造１０８に含まれる材料１１８は第２アクティブ構造１０８に含めないことができ、その逆も成り立つ。その代わりに、第１材料１１８は第２材料１１８と同一または同様にすることができる。例えば、第１材料１１８及び第２材料１１８は、少なくとも非アルカリ性酸化物溶液で構成することができ、この非アルカリ性酸化物溶液はニオビウムであるカチオンを含む。このようにして、第１アクティブ構造１０８に含まれる材料１０８は、第２アクティブ構造１０８に含めることができる。

【0028】

一部の実現では、第１フォトニック導波路層１０６を第２フォトニック導波路層１０６上に（例えば、基板１０４上の）積層構造の形に配置することができる。例えば、第１フォトニック導波路層１０６はフォトニック導波路層１０６－３とすることができ、第２フォトニック導波路層１０６はフォトニック導波路層１０６－１またはフォトニック導波路層１０６－２とすることができる。その代わりに、第２フォトニック導波路層１０６は第１フォトニック層１０６上に（例えば、基板１０４上の）積層構造の形に配置することができる。例えば、第１フォトニック導波路層１０６はフォトニック導波路層１０６－１とすることができ、第２フォトニック導波路層１０６はフォトニック導波路層１０６－２、フォトニック導波路層１０６－３、またはフォトニック導波路層１０６－４とすることができる。

【0029】

一部の実現では、フォトニック導波路構造１０２を、１つ以上のマグネトロン・スパッタリングプロセス、１つ以上のイオンビーム・スパッタリングプロセス、１つ以上の反応性スパッタリングプロセス、１つ以上の交流（ＡＣ：alternating-current）スパッタリングプロセス、及び／または１つ以上の直流（ＤＣ：direct-current）スパッタリングプロセスのような１つ以上のスパッタリングプロセスを用いて形成することができる。例えば、フォトニック導波路層１０６－１は１つ以上のスパッタリングプロセスのうちの第１組を用いて基板上に形成することができ、フォトニック導波路層１０６－２は１つ以上のスパッタリングプロセスのうちの第２組を用いて基板上に形成することができ、フォトニック導波路層１０６－３は１つ以上のスパッタリングプロセスのうちの第３組を用いて基板上に形成することができ、等である。１つ以上のスパッタリングプロセスに関連する処理温度は、処理温度の閾値を満足することができる（例えば、処理温度の閾値以下にすることができる）。処理温度の閾値は、数ある例の中で特に、２００℃以下、２５０℃以下、２７５℃以下、及び／または３００℃以下にすることができる。一部の実現では、処理温度の閾値を、複数のフォトニック導波路層１０６のアクティブ構造１０８の光学特性に悪影響を与えることに関係する温度（例えば、アクティブ構造１０８のうちの少なくとも１つを損傷させ得る温度）未満にすることができる。このように、１つ以上のスパッタリングプロセスは「低温」プロセスであると考えることができる。

【0030】

従って、アクティブ構造１０８のうちの少なくとも１つは（例えば、複数のフォトニック導波路層のアクティブ構造１０８が１つ以上のスパッタリングプロセスを用いて形成されているので）アモルファス構造で構成することができる。例えば、アクティブ構造１０８は、１つ以上のスパッタリングプロセスによって形成された材料１１８で構成され、不均一構造または非結晶構造を有することができる。このことは、材料１１８が、本明細書中に説明する１つ以上の特定の光学特性を有することを可能にする。

【0031】

以上で示したように、図１は一例として提供する。他の例は、図１に関して説明したものと異なり得る。

【0032】

図２に、本明細書中に説明するフォトニック導波路層１０６のアクティブ構造１０８の材料１１８の一部の光学特性の表を示す。図２に示すように、表２００は、重水素化シリコン・オキシナイトライド（SiON:D）材料、窒化シリコン（Si₃N₄）材料、超シリコンリッチ窒化物（USRN:Si₇N₃）材料、五酸化タンタル（Ta₂O₅）材料、（例えば、酸化タンタル・ニオビウム（NbTaOx）溶液で表される、）ニオビウムであるカチオンを含む非アルカリ性酸化物溶液、三硫化二ヒ素（As₂S₃）材料、二酸化チタニウム（TiO₂）材料、ヒ化ゲルマニウム・アルミニウム（AlGeAs）材料、結晶シリコン（c-Si）材料、及びアモルファスシリコン（a-Si）材料についてのエントリを含む。各エントリは、屈折率（ｎとも称される、１５５０nmの波長を有する光に対して）、伝搬損失パラメータ（αとも称される）、カー係数（ｎ2とも称される）、有効非線形パラメータ（γとも称される）、及び波長透明性（例えば、材料１１８が紫外（ＵＶ：ultraviolet）光、可視（ＶＩＳ：visible）光、及び／または赤外（ＩＲ：infrared）光を透過させるか否かの指標）を示す。

【0033】

例えば、フォトニック導波路層１０６は、少なくとも窒化シリコン材料で構成されるアクティブ構造１０８を含むことができ、この窒化シリコン材料は、１．９９の屈折率、
（外２５）

の伝搬損失パラメータ、
（外２６）

のカー係数、
（外２７）

の有効非線形パラメータ、及び紫外光～赤外光の１つ以上の部分についての波長透明性を含むことができる。他の一例として、フォトニック導波路層１０６は、少なくとも五酸化タンタル材料で構成されるアクティブ構造１０８を含むことができ、この五酸化タンタル材料は、２．０９の屈折率、
（外２８）

の伝搬損失パラメータ、
（外２９）

のカー係数、
（外３０）

の有効非線形パラメータ、及び紫外光～赤外光の１つ以上の部分についての波長透明性を含むことができる。追加的な一例として、フォトニック導波路層１０６は、少なくとも非アルカリ性酸化物溶液で構成されるアクティブ構造１０８を含むことができ、この非アルカリ性酸化物溶液は、ニオビウムであるカチオンを含み、２．１７の屈折率、
（外３１）

の伝搬損失パラメータ、
（外３２）

のカー係数、
（外３３）

の有効非線形パラメータ、及び紫外光～赤外光の１つ以上の部分についての波長透明性を含むことができる。

【0034】

以上で示したように、図２は一例として提供する。他の例は、図２に関して説明したものと異なり得る。

【0035】

以上の開示は例示及び説明を提供するが、網羅的であること、あるいは開示した明確な形態に実現を限定することは意図していない。以上の開示を考慮して変形及び変更を行うことができ、あるいは上記の実現の実施より変形及び変更を得ることができる。

【0036】

本明細書中に用いる「材料Ｘ」または「溶液Ｘ」は、少なくとも閾値の百分率のＸが材料Ｘまたは溶液Ｘ中に含まれることを示し、ここにＸは窒化シリコンまたは酸化タンタル・ニオビウムのような化学組成である。閾値の百分率は、例えば１％以上、５％以上、１０％以上、２５％以上、５０％以上、７５％以上、８５％以上、９０％以上、９５％以上、及び／または９９％以上とすることができる。本明細書中に用いるように、材料または溶液を特定の化学名または化学式によって参照する際に、この溶液または材料は、この化学名によって示される化学量論的に正確な式の非化学量論的な変形を含み得る。

【0037】

本明細書中に用いる、閾値を満足するとは、その内容次第で、値が閾値よりも大きいこと、閾値以上であること、閾値未満であること、閾値以下であること、閾値に等しいこと、閾値に等しくないこと、等を称し得る。

【0038】

特徴の特定の組合せが、特許請求の範囲中に記載され、及び／または明細書中に開示されていても、これらの組合せは種々の実現の開示を限定することは意図していない。実際に、これらの特徴の多数は、特許請求の範囲中に具体的に記載されていない、及び／または明細書中に具体的に開示されていない方法で組み合わせることができる。以下に列挙する各従属請求項が１つの請求項のみに直接従属することがあるが、種々の実現の開示は、各独立請求項と、特許請求の範囲中の他のあらゆる請求項との組合せを含む。本明細書中に用いる、アイテムのリストのうちの「少なくとも１つ」を参照する語句は、これらのアイテムの単数を含めた任意の組合せを参照する。一例として、「ａ、ｂ、またはｃのうちの少なくとも１つ」は、ａ、ｂ、ｃ、ａ－ｂ、ａ－ｃ、ｂ－ｃ、及びａ－ｂ－ｃ、並びに複数の同じアイテムとの任意の組合せをカバーすることを意図している。

【0039】

本明細書中に用いるいずれの要素、または命令も、明示的断りのない限り、決定的または不可欠であるものと解釈すべきでない。また、本明細書中に用いる「ある」、「１つの」は、１つ以上のアイテムを含むことを意図し、「１つ以上の」と互換的に用いることができる。さらに、本明細書中に用いる「上記」は、この「上記」に関連して参照される１つ以上のアイテムを含むことを意図し、「１つ以上の」と互換的に用いることができる。さらに、本明細書中に用いる「一組の」は、１つ以上のアイテム（例えば、互いに関係のあるアイテム、互いに無関係のアイテム、あるいは関係するアイテムと無関係のアイテムとの組合せ）を含むことを意図し、「１つ以上の」と互換的に用いることができる。１つのアイテムしか意図していない所では、「１つのみ」または同様な文言を用いる。また、本明細書中に用いる「有する」、「有し」、「有している」等は、上限のないアイテムを意図している。さらに、「基づく」は、明示的断りのない限り「少なくとも部分的に基づく」を意味することを意図している。また、本明細書中に用いる「または／あるいは」は、連続して用いる際に包含的であることを意図し、明示的断りの（例えば、「...のいずれか」または「...のうちの１つのみ」と組み合わせて用いる場合で）ない限り、「及び／または」と互換的に用いることができる。さらに、「...の下」、「下方」、「最下部」、「...の上」、「上方」、「最上部」等のような空間的関係の用語は、本明細書中では、図面中に示す１つの要素または特徴と他の要素または特徴との関係の記述を容易にするために用いることがある。空間的関係の用語は、機器、装置、及び／または要素の使用中または動作中の異なる向きを、図面中に示す向きに加えて包含することを意図している。これらの機器等は他の向きにする（９０度回転させる、あるいは他の向きである）ことができ、本明細書中に用いる空間的関係の記述も、それに応じて同様に解釈することができる。

【図1】

【図2】

【外国語明細書】