特許 7259149 高チャネルカウントフォトニクスのための光再分布層

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-10

(45)【発行日】2023-04-18

(54)【発明の名称】高チャネルカウントフォトニクスのための光再分布層

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/42 20060101AFI20230411BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20230411BHJP

   H04B 10/07 20130101ALI20230411BHJP

【ＦＩ】

G02B6/42

G02B6/12 301

G02B6/12 331

H04B10/07

【請求項の数】 20

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020177750

(22)【出願日】2020-10-23

(65)【公開番号】P2022041794

(43)【公開日】2022-03-11

【審査請求日】2022-07-05

(31)【優先権主張番号】17/008,516

(32)【優先日】2020-08-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】522446306

【氏名又は名称】オープンライト フォトニクス インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＯｐｅｎＬｉｇｈｔ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ， Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】６８６８ Ｃｏｒｔｏｎａ Ｄｒｉｖｅ， Ｓｕｉｔｅ Ｃ， Ｇｏｌｅｔａ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９３１１７ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】ジョン・パーカー

【審査官】堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０８５４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２３２８７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０００－１７４３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５１２５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第１０６３７５８４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】国際公開第２０１３／１８５２１８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／１２ － ６／１４

Ｇ０２Ｂ ６／４２ － ６／４３

Ｈ０４Ｂ １０／００ － １０／９０

Ｈ０４Ｊ １４／００ － １４／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フォトニック集積回路（ＰＩＣ）であって、
第１のシリコン導波層を備えるデバイス層と、
誘電体層によって前記第１のシリコン導波層から分離されている第２のシリコン導波層と、
前記デバイス層に形成され、複数のそれぞれの波長で光を発するように構成された複数のレーザーを備える光送信機回路と、ここで、前記光送信機回路は、前記それぞれの波長に関連する複数のレーン間で前記複数のレーザーの各々からの光を分割し、前記それぞれのレーンに関連する変調光信号を生成するために前記複数のレーンの各々において前記光を光学的に変調し、複数の光送信機出力信号を生成するために前記複数の波長にわたって前記変調光信号を多重化するように構成され、
前記第２のシリコン導波層に形成され、前記光送信機回路に光学的に結合されており、各レーンに関連する前記変調光信号を前記レーンに関連するフォトダイオードに選択的に結合するように構成された光ループバック回路と
を備えるＰＩＣ。

【請求項2】

前記複数の波長は、少なくとも４つの波長を備え、前記変調光信号は、第１の多重化段および第２の多重化段で多重化され、ここで、前記第１の多重化段は、前記複数の波長の第１のサブセットにわたって前記変調光信号を第１の多重化光信号に多重化するように構成された第１のマルチプレクサと、前記複数の波長の第２のサブセットにわたって前記変調光信号を第２の多重化光信号に多重化するように構成された第２のマルチプレクサとを備え、前記第２の多重化段は、前記第１の多重化光信号および前記第２の多重化光信号を前記光送信機出力信号に多重化するように構成される、請求項１に記載のＰＩＣ。

【請求項3】

前記第２の多重化段は、光出力結合器を備える、請求項２に記載のＰＩＣ。

【請求項4】

各レーンにおける前記光は、前記レーンに関連する光変調器によって変調され、ここで、前記光変調器は、波長によってグループ化されて、第１の列に沿って配列されており、前記光送信機回路は、前記第１の多重化段の前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサを前記光変調器に結合する導波路と、前記第１の多重化段の前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサを前記第２の多重化段に結合する導波路とをさらに備える、請求項２に記載のＰＩＣ。

【請求項5】

前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサは、第２の列に配列されており、前記導波路は、前記第１の列と前記第２の列との間でのみ交差する、請求項４に記載のＰＩＣ。

【請求項6】

前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサは、前記第２の列に沿って交互に配置されている、請求項５に記載のＰＩＣ。

【請求項7】

前記複数の波長は、Ｎλ個の波長で構成され、前記複数のレーンは、Ｍ個のレーンで構成され、前記複数のレーンの各々について、前記レーンに関連する導波路交差の数は、

【数1】

を超えない、請求項５に記載のＰＩＣ。

【請求項8】

前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサは、各々が第２の列に沿ってまとめてグループ化されて、前記第２の列に配列されている、請求項４に記載のＰＩＣ。

【請求項9】

前記複数の波長は、Ｎλ個の波長で構成され、前記複数のレーンは、Ｍ個のレーンで構成され、前記複数のレーンの各々について、前記レーンに関連する導波路交差の数は、

【数2】

を超えない、請求項８に記載のＰＩＣ。

【請求項10】

前記第１のマルチプレクサが第１の行に配列され、前記第２のマルチプレクサが第２の行に配列されている、請求項４に記載のＰＩＣ。

【請求項11】

前記第１の多重化段の前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサを前記光変調器に結合する前記導波路は、それぞれ前記第１の行および前記第２の行について導波路の入れ子集合を形成する、請求項１０に記載のＰＩＣ。

【請求項12】

前記第１の多重化段の前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサを前記第２の多重化段に結合する前記導波路は、前記第１の行および前記第２の行間の軸を中心として対称的に構成される、請求項１１に記載のＰＩＣ。

【請求項13】

前記複数の波長は、Ｎλ個の波長で構成され、前記複数のレーンは、Ｍ個のレーンで構成され、前記複数のレーンの各々について、前記レーンに関連する導波路交差の数は、

【数3】

を超えない、請求項１２に記載のＰＩＣ。

【請求項14】

前記第１の多重化段の前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサを前記第２の多重化段に結合する前記導波路は、前記第１の行および前記第２の行間の軸を中心として非対称的に構成される、請求項１１に記載のＰＩＣ。

【請求項15】

前記複数の波長は、Ｎλ個の波長で構成され、前記複数のレーンは、Ｍ個のレーンで構成され、前記複数のレーンの各々について、前記レーンに関連する導波路交差の数は、

【数4】

を超えない、請求項１４に記載のＰＩＣ。

【請求項16】

前記デバイス層は、前記第１のシリコン導波層上に形成されたＩＩＩ－Ｖ族半導体構造を備える、請求項１に記載のＰＩＣ。

【請求項17】

送信機回路およびループバック回路を備える光トランシーバを製造するための方法であって、
前記ループバック回路を形成するためにシリコン・オン・インシュレータ基板のシリコン層をパターニングすることと、
誘電体層で被覆されたシリコン基板を、前記パターニングされたシリコン層上に、前記誘電体層を下にして接着することと、
前記誘電体層の上に第２のシリコン層を作成するために、注入欠陥の層に沿って前記シリコン基板を破断することと、
前記送信機回路の受動デバイス構造を形成するために前記第２のシリコン層をパターニングすることと、
前記送信機回路の能動デバイス構造を形成するために、前記パターニングされた第２のシリコン層に１つまたは複数のＩＩＩ－Ｖ族ダイを接着し、前記接着されたＩＩＩ－Ｖ族をパターニングすることと
を備える方法。

【請求項18】

フォトニック集積回路（ＰＩＣ）であって、
第１のシリコン導波層を備えるデバイス層と、
誘電体層によって前記第１のシリコン導波層から分離されている第２のシリコン導波層と、
前記デバイス層に形成され、４つのそれぞれの波長で光を発するように構成された４つのレーザーを備える光送信機回路と、ここで、前記光送信機回路は、１６個のレーンを作成するために、４つのレーン間で前記４つのレーザーの各々からの光を分割し、前記それぞれのレーンに関連する変調光信号を生成するために前記１６個のレーンの各々において前記光を光学的に変調し、４つの光送信機出力信号を生成するために前記４つの波長にわたって前記変調光信号を多重化するように構成され、
前記第２のシリコン導波層に形成され、前記光送信機回路に光学的に結合されており、各レーンに関連する前記変調光信号を前記レーンに関連するフォトダイオードに選択的に結合するように構成された光ループバック回路と
を備えるＰＩＣ。

【請求項19】

前記光送信機回路は、
列に沿って配列されている、前記変調光信号を生成するための光変調器と、
第１の行に沿って配列されており、前記４つの波長のうちの２つに関連する前記変調光信号を第１の多重化光信号に多重化するように構成された４つの第１のマルチプレクサ、および、第２の行に沿って配列されており、前記４つの波長のうちの残りの２つに関連する前記変調光信号を第２の多重化光信号に多重化するように構成された第２のマルチプレクサを備える第１の多重化段と、
前記第１の多重化光信号および前記第２の多重化光信号を前記光送信機出力信号に多重化するように構成された第２の多重化段と、
前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサを前記光変調器に結合する第１の導波路と、ここで、前記第１の導波路は、前記第１の行および前記第２の行について導波路の入れ子集合を形成し、
前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサを前記第２の多重化段に結合する第２の導波路と、ここで、前記第２の導波路は、前記第１の行および前記第２の行間の軸を中心として非対称的に構成される、
をさらに備える、請求項１８に記載のＰＩＣ。

【請求項20】

前記レーンの各々について、前記レーンに関連する導波路交差の数は、４つを超えない、請求項１９に記載のＰＩＣ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001]本開示は、一般に、高チャネルカウントフォトニック集積回路（ＰＩＣ）に関し、より具体的には、光トランシーバ回路に関する。

【背景技術】

【0002】

[0002]光通信ネットワークは、通信リンクの一端でデータを光信号に符号化するための、例えばレーザーおよび光変調器を含む光送信機と、他端で光信号からデータを再生するための、例えばフォトダイオードが実装される光受信機とを使用する。送信機および受信機は、多くの場合、通信ネットワークにおいてノードとして機能すべく光信号を送ることと受信することの両方を行うことができる光トランシーバを形成するために同じフォトニック回路に統合される。同じ光ファイバを介した、複数の通信チャネルに対応する複数の光信号の転送を容易にするために、トランシーバ回路は、複数の波長で光信号を生成し、それらをマルチチャネル出力信号に多重化し得る。さらに、各波長において、異なる光ファイバを介した異なる目的地への異なる送信機出力ポートにおける送信のために複数の光信号が生成され得る。例えば、トランシーバは、４つの多重化されたマルチチャネル光出力信号のために、４つの異なる波長に対して４つずつ、１６個の通信チャネルをサポートするように構成され得る。加えて、外部の光源および光検出器を必要とすることなしに送信機および受信機機能を試験するために、トランシーバ回路は、トランシーバがその通常の動作モード（または「ミッションモード」）から試験モードに切り替えられたときに、トランシーバ回路からフォトダイオードに光信号をルーティングするループバック経路を含み得る。増え続けるデータ量に対する容量のニーズを満たすためにチャネルカウントが増加するに伴い、トランシーバ回路は、特に自己試験機能を有するトランシーバにおいて、ますます複雑かつ高価になる。

【0003】

[0003]高チャネルカウント光トランシーバに関連する課題に対処する様々な実施形態が、添付の図面を参照して本明細書で説明される。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1A】[0004]様々な実施形態による、複数のデバイス層を含むＰＩＣのための例となる製造プロセスを、多層基板の一連の概略的な側断面図で、例示する。

【図1B】様々な実施形態による、複数のデバイス層を含むＰＩＣのための例となる製造プロセスを、多層基板の一連の概略的な側断面図で、例示する。

【図1C】様々な実施形態による、複数のデバイス層を含むＰＩＣのための例となる製造プロセスを、多層基板の一連の概略的な側断面図で、例示する。

【図1D】様々な実施形態による、複数のデバイス層を含むＰＩＣのための例となる製造プロセスを、多層基板の一連の概略的な側断面図で、例示する。

【図1E】様々な実施形態による、複数のデバイス層を含むＰＩＣのための例となる製造プロセスを、多層基板の一連の概略的な側断面図で、例示する。

【図2】[0005]一実施形態による、異なる波長ペアのためのマルチプレクサが、波長ごとに交互に、列に沿って配列されている、概略的な例となる送信機回路レイアウトである。

【図3】[0006]一実施形態による、異なる波長ペアのためのマルチプレクサが、波長ごとに空間的にグループ化されて、列に沿って配列されている、概略的な例となる送信機回路レイアウトである。

【図4】[0007]一実施形態による、異なる波長ペアのためのマルチプレクサが、マルチプレクサの後に対称的な導波路分布を伴って、２つのそれぞれの行に配列されている、概略的な例となる送信機回路レイアウトである。

【図5】[0008]一実施形態による、異なる波長ペアのためのマルチプレクサが、マルチプレクサの後に非対称的な導波路分布を伴って、２つのそれぞれの行に配列されている、概略的な例となる送信機回路レイアウトである。

【図6】[0009]一実施形態による、概略的な例となるループバック回路レイアウトである。

【発明を実施するための形態】

【0005】

[0010]本明細書で説明されているのは、共有レーザー光源を有する光トランシーバＰＩＣであり、これは、複数のレーンに関連する異なる通信チャネルのためにレーザー波長で光信号を作るために、変調によってデータが伝達される前に、個々のレーザーによって出力される光が複数のレーン間で分割されることを意味する。共有レーザー光源は、それが、レーザーの数と、それに関連するフットプリント、消費電力、およびコストとを大幅に低減させる点で、高チャネルカウントＰＩＣにとって有益である。例えば、４波長１６チャネルトランシーバは、多くの従来のトランシーバ回路で使用されていたような１６個のレーザーではなく、出力が４つのレーン間で各々分割される４つのレーザーが実装され得る。分割されたレーザー光の十分な光強度を達成するために、光は、変調の前に、通常レーザーより安価である半導体光増幅器（ＳＯＡ）によって増幅され得る。

【0006】

[0011]共有レーザー光源の使用は、一般に、大幅な光損失を引き起こす複数の導波路交差を伴う、レーザーから出力ポートにまたは自己試験モードではフォトダイオードに光学デバイス間で光をルーティングするためのより複雑な導波路構成という代償を伴う。導波路交差の数を最小限にする回路アーキテクチャおよび導波路レイアウトが望ましい。様々な実施形態によれば、共有レーザーを有する光トランシーバ内の導波路交差の数は、送信機および自己試験機能を２つ（またはそれより多くの）デバイス層間に分散することによって低減される。より具体的には、いくつかの実施形態では、トランシーバＰＩＣは、酸化物または他の誘電体層によって分離されている２つのシリコン導波層を含むシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板上に形成される。最上シリコン導波層は、それに接着された化合物半導体（例えばＩＩＩ－Ｖ族）構造の層とともに、第１のハイブリッドデバイス層を形成し、それは、レーザー、ＳＯＡ、光変調器、マルチプレクサ、および出力結合器、ならびに受信機のフォトダイオードを含む送信機回路を実装する。最下シリコン導波層は、第２のデバイス層として機能し、ここでは、受信機のフォトダイオードへのループバック経路が実装され、ここで、フォトダイオードの下にある回折格子結合器は、化合物半導体層に形成され得るフォトダイオードに面外で光を向ける。

【0007】

[0012]図１Ａ～１Ｅは、様々な実施形態による、複数のデバイス層を含むＰＩＣのための例となる製造プロセスを、多層基板の一連の側断面図で、例示する。複数のシリコン導波層を有する基板は、図１Ａに示される２つのシリコンベースの基板１００、１０２から作られている。一方の基板１００は、厚いシリコンハンドル１０４と、このハンドル１０４の上の埋め込み酸化物または（例えば、二酸化ケイ素の）他の誘電体層１０６と、誘電体層１０６の上の薄いシリコンデバイス層１０８とを含む普通のＳＯＩ基板である。もう一方の基板１０２は、酸化物（例えば二酸化ケイ素）または他の誘電体層１１２で被覆された厚いシリコン層１１０を含み、このシリコン層１１０の中で誘電体層１１２の近くに注入欠陥（implanted defect）の層１１４（例えば、水素を含む）を有する。

【0008】

[0013]図１Ｂに示されるように、多層ＰＩＣの最下シリコン導波層１１６として機能することとなるＳＯＩ基板１００のシリコンデバイス層１０８は、全チャネルのためのループバック経路と、光送信機回路からループバック回路におよびループバック回路から受信機まで光を結合するための光結合器とを含む光ループバック回路を形成するためにパターニングされる。このパターニングは、例えば、当業者に知られているフォトリソグラフィパターニングおよびエッチングプロセスを使用して実行され得、続いて、均一な厚さのデバイス層を形成するために、酸化物（例えば、二酸化ケイ素）または他の誘電体充填物１１８が塗布され得る。注入欠陥１１４を有する基板１０２は、図１Ｂに示されるように反転され、図１Ｃに示されるように、ＳＯＩ基板１０２のパターニングされたシリコンデバイス層１０８に、誘電体層１１２を下にして接着され得る。次いで、厚いシリコン層１１０が、最上シリコン導波層１２０として機能することとなる薄いシリコン層を所定の位置に残して、例えば、周知のスマート切断加工を使用して注入欠陥１１４の層に沿って破断され得る。支持部、例えばこのケースではＳＯＩ基板１００、に薄いシリコン層を転写（transfer）するための別のオプションはＢＥＳＯＩ（bond and etch back SOI）であり、ここでは、イオン注入による破断は使用されず、代わりに、転写されたシリコン基板が、所望の厚さに達するまで、エッチバックされる。

【0009】

[0014]図１Ｄは、最上シリコン導波層１２０と最下シリコン導波層１１６とを含む、結果として生じる多層構造１２２を示す。最下シリコン導波層１１６と同様に、最上シリコン導波層１２０は、例えば、（導波路のような）受動デバイス構造を形成するために、従来のフォトリソグラフィパターニングおよびエッチングプロセスによってパターニングされ、酸化物または他の誘電体充填物１２４で平坦化され得る。ゆえに、最上シリコン導波層１２０がパターニングされると、（例えば、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、もしくはアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）のような）ＩＩＩ－Ｖ族材料、または、精密な材料組成が異なる複数の副層を含むことが多い何らかの他の半導体化合物材料のダイは、（直接または間に薄い接着層を介して）最上シリコン導波層１２０に接着され、図１Ｅに例示される（例えば、レーザー、変調器、フォトダイオード、等のための）能動デバイス構造の層１２６を形成するためにフォトリソグラフィパターニングおよびエッチングプロセスによってパターニングされ得る。さらなる製造ステップは、（レーザー、増幅器、電界吸収変調器（ＥＡＭ）、およびフォトダイオードで使用されるダイオード構造のような）様々な光学的能動デバイス構造、ヒーター、または他の電気制御式デバイスを電気端子に接続するためのデバイスメタライゼーションおよび金属トレース、ビア、およびボンディングパッドを作成するために、いくつかのケースでは誘電体層と交互での、金属層の堆積およびパターニングを含む。集合的に、パターニングされた最上シリコン導波層１２０および化合物半導体層１２６は、光学デバイスの電気接続とともに、光送信機回路を実装する。

【0010】

[0015]様々な実施形態は、特に、最上シリコン導波層１２０に実装される送信機回路における、少ない数の導波路交差のために設計されたトランシーバ回路の有益なアーキテクチャを提供する。ループバック回路における導波路交差を最小限にすることは、ループバック回路がミッションモード中に使用されないため、通常さほど重要ではなく、ＰＩＣからのおよびそれへの結合損失がないこと、外部のチャネル損失または分散がないこと、およびマルチパス干渉を引き起こし得る外部反射がないことで、パフォーマンスが向上した状態で始まり、追加の損失に対する耐性が高まる。

【0011】

[0016]図２～５は、共有レーザーを有する多波長トランシーバの送信機回路の様々なレイアウトを例示する。具体的には、描写される例では、トランシーバは、４つのそれぞれの波長λ_０、λ_１、λ_２、およびλ_３で光を発する４つのレーザーを含み、４つのレーザーの各々からの光は、４つのレーン、計１６個のレーン、間で分割される。しかしながら、以下で説明される一般設計原理および各設計の１レーンあたりの、結果として生じる導波路交差の数は、より多いレーザーの数（Ｎ_λ個）と、より多いまたは少ないレーンの数（合計Ｍ個のレーン、１波長あたりｍ個のレーン、ここで、ｍ≧２、Ｍ＝ｍ・Ｎ_λである）とに一般化されることが可能であり、例示されるレイアウトを、異なる数のレーザーおよび／または１波長あたりのレーンに適合する（accommodate）ように拡張する方法は当業者には容易に明らかであろう。

【0012】

[0017]図２～５の送信機回路レイアウトでは、４つの波長にわたる多重化が２つの段で達成される。第１の段では、２×１マルチプレクサが、各々、波長の２つのペアのうちの１つのペアの２つの波長、例えばλ_０とλ_１またはλ_２とλ_３、にわたって光を組み合わせる。第２の段では、追加の２×１マルチプレクサが、各々、４つすべての波長を含む光送信機出力信号を生成するために、第１の段によって出力された部分的多重化光信号のうちの２つを組み合わせる。様々な実施形態によれば、出力信号を送信する光出力結合器は、第２の段のマルチプレクサの役割も担う。代替的に、各出力結合器に先立ち専用マルチプレクサを使用することも当然ながら可能である。より多い数の波長に適合するためには、原則として、追加のマルチプレクサ段が追加され得る。代替的に、より高次のマルチプレクサが使用され得る。以下に提供される導波路交差の数についての一般化された公式の目的上、第１の段のマルチプレクサは、各々、Ｎ_λ／２個の波長にわたって多重化するように構成されると想定される。例えば、８つの波長を使用するトランシーバの場合、第１の多重化段は、各々がλ_０～λ_３またはλ_４～λ_７のいずれかにわたって光を組み合わせる４×１マルチプレクサで構成され得る。

【0013】

[0018]図２～５は、第１段マルチプレクサの配列が異なる４波長１６レーントランシーバのためのレイアウトを提供しており、それらの入力導波路および出力導波路の導波路交差に影響を与える。

【0014】

[0019]図２は、一実施形態による、異なる波長ペアのためのマルチプレクサが、波長ごとに交互に列に沿って配列されている概略的な送信機回路レイアウト２００である。送信機回路は、４つの異なる波長λ_０、λ_１、λ_２、およびλ_３で光を発する４つのレーザー２０２を含む。レーザーは、例えば、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザーダイオードまたは分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザーであり得、エピタキシャルに成長したＩＩＩ－Ｖ族（例えば、ＧａＡｓまたはＩｎＰ）ダイ（本明細書では「エピダイ（epi die）」とも呼ぶ）で作成され得る。典型的に、別個の接着されたエピダイが、各レーザー波長に使用される。レーザー２０２の光出力信号は、各々、例えば、Ｙ接合の２段カスケード、マルチモード干渉計（ＭＭＩ）、または他のタイプの光学スプリッタにおいて、４つのレーン間で分割される。２つの分割段の間に位置している８つのＳＯＡ２０４は、十分な信号レベルを達成するために光を増幅する。ＳＯＡの追加の層も、光変調器２０６に先行して、第２の分割段に続いて光を増幅するが、これは、実際には多くの場合必要とされない。

【0015】

[0020]ハイブリッドシリコン化合物半導体ＰＩＣでは、４つのレーンに分割される２つのＳＯＡおよび１つのレーザー（合計で３つのダイオード）が４つのレーザー（合計で４つのダイオード）の代わりになることができ、ＳＯＡに必要とされるエピがレーザーのためのエピより小さく、必要とされるダイオードの総数がより少ないため、各波長に単一の共有レーザーを使用することは、製造コストを大幅に削減し得る。加えて、より少ない数のレーザーを使用することは、例えば、レーザーのフィルタのヒーターベースの波長制御が４つの独立したレーザーではなく単一のレーザーにのみ必要とされるため、例えば、調整可能なレーザーのための簡略化されたおよび低電力の電子制御回路により、消費電力を削減する。ＳＯＡ２０４の追加コストは、レーザー２０２より大幅に安価であり、通常、レーザーを共有することによって達成されるコスト削減分を消費しない。いくつかの実施形態では、レーザー２０２および各波長のための関連する（２つの）ＳＯＡ２０４は、同じエピダイで形成され、さらなるコスト削減を潜在的に提供する。他の実施形態では、別個のエピダイは、それぞれのデバイス機能について微調整される異なる副層構造を容易にするためにレーザー２０２およびＳＯＡ２０４に使用される。ＳＯＡ２０４の後に同じ波長のレーンをグループ化することで、単一の変調器エピダイが、各波長グループに使用されること（例えば、単一のエピダイで４つすべてのλ_０レーンに対してレーンを実装すること）を可能にし、これもまた、エピコストを大幅に削減する。

【0016】

[0021]送信機回路は、１６個のレーンの各々について光変調器２０６、すなわち波長λ_０で変調光信号を生成するための４つの光変調器２０６、λ_１のための４つの変調器２０６、λ_２のための４つの変調器、そしてλ_３のための４つの変調器、を含む。光変調器２０６は、例えば、一方または両方の干渉計アームにおいて位相シフタを含むＥＡＭによってまたはマッハツェンダー変調器（ＭＺＩ）によって実装され得る。次に、位相シフタは、例えば、干渉計アームを形成するシリコン導波路においてまたは接着されたＩＩＩ－Ｖ族導波路においてｐ－ｎまたはｐ－ｉ－ｎ接合によって実装され得る。

【0017】

[0022]変調器２０６によって出力される変調光信号は、各々が４つの波長に対応する４つのチャネルを含む光送信機出力信号に、上で示したように２つの段で、多重化される。第１の段では、８つの２×１マルチプレクサ２０８、２１０は、１６個の変調光信号を、８つの部分的多重化信号に部分的に組み合わせる。マルチプレクサ２０８、２１０は、波長λ_０およびλ_１に関連する２つのレーンにおける変調信号を組み合わせる１つのマルチプレクサ２０８と、波長λ_２およびλ_３に関連する２つのレーンにおける信号を組み合わせる１つのマルチプレクサ２１０とを各々が含むマルチプレクサのペアと考えられ得る。次いで、マルチプレクサ２０８、２１０の各ペアによって出力される部分的多重化信号は、第２の段において、示されるように、内在する多重化機能を処理する関連する出力結合器２１２によって、または、代替的に、出力結合器に先行する関連する第２段マルチプレクサによって組み合わせられる。例えば、任意の所与の波長に関連するレーンおよび変調器２０６の各セット内レーンおよび関連する変調器２０６に、列に沿ったそれらの配列順序で１から４の番号を付けることで、マルチプレクサ２０８、２１０の第１のペア２１４および関連する第１の出力結合器は、４つの波長に関連するレーンおよび変調器の４つのセットのうちの第１のレーンおよび第１の変調器に関連する変調光信号を組み合わせ、マルチプレクサ２０８、２１０の第２のペア２１６および関連する第２の出力結合器は、レーンおよび変調器の４つのセットのうちの第２のレーンおよび第２の変調器に関連する変調光信号を組み合わせ、以下同様である。マルチプレクサ２０８、２１０は、例えば、ＭＺＩによって実装され得る。４つよりも多くの波長を有するトランシーバについて、第１の段のマルチプレクサが、各々、２つよりも多くの波長にわたって光信号を組み合わせる場合、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）が代わりに使用され得る。出力結合器２１２は、例えば、単一モードファイバをアラインするためのエッチングされたシリコンＶ溝を有する回折格子結合器、エッチングターニングミラー（etch turning mirror）、またはスポットサイズコンバータであり得る。

【0018】

[0023]図２に（そして同じく図３～５に）示されるように、レーザー２０２はすべて、以降、参照を容易にするために任意に「列」と呼ばれる、単一のラインに沿って配列されている。関連するＳＯＡ２０４は、第２の列、すなわち第１の列に略平行な第２のライン、に沿って配列されている。１６個のレーンに関連する光変調器２０６は、それらが、レーザー２０２と、光変調器２０６によって出力信号が変調されるＳＯＡ２０４との近くに配置され得るように波長ごとに空間的にグループ化されて、（レーザー２０２およびＳＯＡ２０４の列に略平行な）第３の列に沿って配列されている。結果として、示されるように、レーザー出力をＳＯＡ入力におよびＳＯＡ出力を変調器入力に結合する導波路は、交差なしに配列されることができる。しかしながら、複数の波長にわたって変調光信号を多重化するためには、変調器２０６の列と、示されるように第４の列に配列され得る出力結合器２１２との間で導波路再分布が使用され、導波路交差（例えば、交差２１３）は不可避になる。導波路交差の数およびロケーションは、第１の段のマルチプレクサ２０８、２１０の特定の配列に依存する。

【0019】

[0024]レイアウト２００では、波長λ_０およびλ_１を組み合わせるマルチプレクサ２０８ならびに波長λ_２およびλ_３を組み合わせるマルチプレクサ２１０は、単一の列に沿って交互に配列されており、ここで、複数の波長についてのレーンのセットの第１から第４のレーンにそれぞれ関連するマルチプレクサ２０８、２１０の第１から第４のペア２１４、２１６、等は、順々に配列されている。この構成の結果として、導波路再分布は、変調器２０６と第１のマルチプレクサ段との間で完全に行われており、マルチプレクサ２０８、２１０の出力は、さらなる導波路交差なく出力結合器２１２に接続され得る。この構成は、追加の各レーンに対してマルチプレクサの追加のペアを加えることによって１波長あたりより多い数のレーンに、および、より高次のマルチプレクサを使用することによってより多い数の波長に率直に拡張されることができる。Ｎ_λ≧４個の波長および１波長あたりｍ≧２個のレーンでは、合計でＭ＝ｍ・Ｎ_λ個のレーンの場合、この設計での任意のレーンについての導波路交差の最大数Ｘ_ｍａｘは、次の通りである：

【数1】

Ｎ_λ＝４かつＭ＝１６の場合、図２に示されるように、所与のレーンに関連する導波路交差は最大で９つになる。（導波路交差は、それが、レーンのための変調器２０６と、変調器２０６によって出力される変調信号を受け取る出力結合器２１２との間の光経路に沿った場所ならどこで生じても、レーンに関連しているとみなされる。）

【0020】

[0025]図３は、一実施形態による、異なる波長ペアのためのマルチプレクサが、波長ごとに空間的にグループ化されて、列に沿って配列されている概略的な送信機回路レイアウト３００である。このレイアウト３００と図２のレイアウト２００との唯一の違いは、第１の多重化段を表す列内でのマルチプレクサ２０８、２１０の順番と、結果として生じる導波路構成である。ここでは、マルチプレクサ２０８、２１０のペア２１４、２１６、等は、分解されている。波長λ_０およびλ_１を組み合わせるすべてのマルチプレクサ２０８は、それらが関連付けられているレーンおよび変調器２０６と同様に順序付けられて、列の半分にまとめてグループ化されている。同様に、波長λ_２およびλ_３を組み合わせるすべてのマルチプレクサ２１０は、同じく、それらが関連付けられているレーンおよび変調器２０６と同様に順序付けられて、列の残りの半分にまとめてグループ化されている。示されるように、このレイアウトは、導波路再分布を引き起こし、結果的に、第１のマルチプレクサ段の前と後の両方に導波路交差が生じる。しかしながら、有益に、個々のレーンに対する導波路交差の最大数は、次の数だけであり：

【数2】

Ｎ_λ＝４かつＭ＝１６の場合、６になる。

【0021】

[0026]図４は、一実施形態による、異なる波長ペアのためのマルチプレクサ４０２、４０４が、マルチプレクサ４０２、４０４の後に対称的な導波路分布を伴って、２つのそれぞれの行に配列されている、概略的な送信機回路レイアウト４００である。波長λ_０およびλ_１を組み合わせるマルチプレクサ４０２は、１つの行にまとめてグループ化され、波長λ_２およびλ_３を組み合わせるマルチプレクサ４０４は、例えば、示されるように、第１の行と略平行なかつそれと水平にアラインされている別の行にまとめてグループ化される。「行」という用語は、マルチプレクサ４０２またはマルチプレクサ４０４のアライメントが、列に配列されているとされる変調器２０６、レーザー２０２、等のアライメントに対して略垂直の方向であることを表す。マルチプレクサ４０２、４０４が、図２および３のレイアウト２００、３００のマルチプレクサ２０８、２１０とは異なるレーンの組合せに関連する変調光信号を多重化することに留意されたい。例えば、レイアウト２００ではマルチプレクサ２０８、２１０の第１のペア２１４が、λ_０、λ_１、λ_２、およびλ_３に関連するセットの第１のレーンからその入力を受け取るが、レイアウト４００では第１の多重化段を構成する２つの行の第１の（最も左の）マルチプレクサ４０２、４０４が、それぞれ、λ_０に関連する第１のレーンを、λ_１に関連する最後のレーンと組み合わせ、λ_２に関連する第１のレーンを、λ_３に関連する第４の（最後の）レーンとを組み合わせる。同様に、２つの行の第２のマルチプレクサ４０２、４０４は、λ_０に関連する第２のレーンを、λ_１に関連する第３のレーンと組み合わせ、λ_２に関連する第２のレーンを、λ_３に関連する最後のレーンとを組み合わせ、以下同様である。この構成により、各行に沿ってマルチプレクサ４０２または４０４を光変調器２０６に結合する導波路４０６が入れ子になることが可能となり、これは、（例えば、最も左のマルチプレクサ４０２、４０４への入力を提供する導波路がそれぞれのセットにおいて最も外側の導波路となって）それぞれの行について導波路の入れ子集合を形成し、それらの間のあらゆる導波路交差を回避する。（しかしながら、導波路交差は、マルチプレクサ４０２、４０４を変調器２０６に結合する導波路４０６と、マルチプレクサ４０２、４０４を出力結合器２１２に結合する導波路４０８と間に存在する。）

【0022】

[0027]２つの最も左のマルチプレクサ４０２、４０４が、出力結合器２１２によって実装される第２の多重化段において出力が組み合わされるマルチプレクサのペアを形成しないことにさらに留意されたい。むしろ、一方の行の最も左のマルチプレクサ４０２および他方の行の最も右のマルチプレクサ４０４が、第１の（最も上の）出力結合器２１２に接続される第１のペアを形成し、第１の行の（左から）第２のマルチプレクサ４０２および第２の行の（左から）第３のマルチプレクサ４０４が、（上から）第２の出力結合器２１２に接続される第２のペアを形成し、第１の行の第３のマルチプレクサ４０２および第２の行の第２のマルチプレクサ４０４が、第３の出力結合器２１２に接続される第３のペアを形成し、第１の行の第４の（そして最後の）マルチプレクサ４０２および第２の行の第１のマルチプレクサ４０４が、最後の出力結合器２１２に接続される第４の（そして最後の）ペアを形成している。マルチプレクサ４０２、４０４のペアがそれらの関連する出力結合器２１２の順序で番号が付けられている場合、第１の行に沿ったマルチプレクサ４０２の順序は、第２の行に沿ったマルチプレクサ４０４の順序とは逆方向である。マルチプレクサ４０２、４０４を出力結合器２１２に結合する導波路４０８は、第１の行と第２の行との間の平行軸を中心として対称的に構成される。このレイアウト４００における個々のレーンに対する導波路交差の最大数は、図３のレイアウト３００の場合と同じであり：

【数3】

Ｎ_λ＝４かつＭ＝１６の場合、６になる。

【0023】

[0028]図５は、一実施形態による、異なる波長ペアのためのマルチプレクサ４０２、４０４が、マルチプレクサ４０２、４０４の後に非対称的な導波路分布を伴って、２つのそれぞれの行に配列されている、概略的な送信機回路レイアウト５００である。このレイアウト５００は、同じ出力結合器２１２に接続されているマルチプレクサ４０２、４０４のペアを形成するλ_０およびλ_１を結合するマルチプレクサ４０２ならびにλ_２およびλ_３を結合するマルチプレクサ４０４が水平にアラインされている点で、図４に描写されている先のレイアウト４００とは異なる。例えば、最も左のマルチプレクサ４０２、４０４は、出力が第１の出力結合器２１２によってそれぞれの送信機出力信号に多重化される第１のペア５０２を形成する。第１の多重化段に続くこの導波路再分布は、示されるように、マルチプレクサ４０２、４０４を出力結合器２１２に結合する導波路５０４の非対称構成で達成される。このレイアウト５００における個々のレーンに対する導波路交差の最大数は次の通りであり：

【数4】

Ｎ_λ＝４かつＭ＝１６の場合、４に等しく、これは、４つすべてのレイアウト２００、３００、４００、５００の中で最も少ない数である。

【0024】

[0029]様々な実施形態では、光トランシーバＰＩＣには、変調光信号を送信機の出力ポートではなく受信機に選択的にルーティングすることができるループバック回路を介して実装される自己試験機能が設けられている。出力結合器２１２に先行して多重化段を有する回路アーキテクチャでは、マルチプレクサ（例えば、２０８、２１０、４０２、４０４）は、この目的上、スイッチの役割も担う。例えば、送信機回路レイアウト２００、３００、４００、５００の各々において示されるように、マルチプレクサ２０８、２１０、４０２、４０４は各々、多重化光信号を出力結合器２１２のうちの１つに提供するミッションモードポートと、多重化信号をループバック回路に結合する結合器５１０（図５でラベル付けされている）に信号を提供する自己試験ポートという２つの出力ポートを有する。マルチプレクサ２０８、２１０、４０２、４０４を実装するＭＺＩまたはＡＷＧの干渉計アーム内の位相シフタが、２つのポート間で多重化信号を切り替えるために使用されることができる。

【0025】

[0030]送信機回路に使用されるものと同じシリコン導波層にループバック回路を実装することは、望ましくない導波路交差を追加するであろう。レイアウト２００、３００、４００では、単一のレーンに対する交差の最大数は同じままである（そして、追加の導波路交差は、導波路再分布の結果として生じるより少ない数の導波路交差を有するレーンに沿っている）が、レイアウト５００は、１レーンあたり４つ（すなわち、Ｍ／Ｎ_λ）のさらなる導波路交差の増加を経験することとなり、これは、４波長１６チャネルのケースでは、交差の数を倍増させる。別個の導波層でループバック機能性を実装することによって、本明細書によれば、そのようなさらなる導波路交差が回避されることができ、レイアウト５００を、交差によって誘起される光学的損失に関して一般的に好ましいものにする。（代替的なレイアウト２００、３００、４００が他の利点を提供し得ることに留意されたい。）

【0026】

[0031]図６は、一実施形態による、概略的な例となるループバック回路レイアウト６００である。描写されるループバック回路は、図５の送信機回路レイアウト５００とともに使用するために構成されており、したがって、送信機回路におけるマルチプレクサの自己試験出力ポートにおいて光結合器５１０の位置と一致する位置に光結合器６１０を含む。換言すると、光結合器６１０は、最下シリコン導波層１１６において、最上シリコン導波層１２０の光結合器５１０の真下に位置している。結合器５１０、６１０のペアは、例えば、一方が、上位層１２０中の面内光を最下層１１６に向かって真っ直ぐにリダイレクトし、他方が、面外光を受けて、それを導波層１１６の面にリダイレクトする２つの回折格子結合器によって形成され得る。代替的に、上位導波層１２０および最下位導波層１１６における２つのエバネッセント結合導波路部分（evanescently coupled waveguide section）は、協力して、結合器５１０、６１０の機能性を提供し得る。

【0027】

[0032]ループバック回路は、各信号の一部を分割してそれを回折格子結合器６１４に提供する光学スプリッタ６１２を、トランシーバ回路から受信される部分的多重化光信号の各々につき１つ含み得、回折格子結合器６１４は、ＰＩＣからの光を、例えば、光信号の発信元であるそれぞれのレーザー１０２を較正するために使用され得るスペクトラムアナライザのような較正機器に結合する。各スプリッタ６１２の他方の出力は、自己試験モードではオンにされるが、送信機で発生した光が受信機フォトダイオード６１８に到達してその動作に干渉するのを防ぐためにミッションモード中はオフにされる、例えば、ＭＺＩで実装される光スイッチ６１６（またはスイッチのカスケード）に接続されている。自己試験モードでは、光信号が、部分的多重化光信号の２つの波長の成分を分離するデマルチプレクサ６２０に渡される。結果として生じる１６個の逆多重化光信号は、例えば、回折格子結合器を介して、または、最初に最上シリコン層に再度結合し、次いで最上シリコン導波路をフォトダイオード６１８に結合することによって、通常最上シリコン導波層の上のＩＩＩ－Ｖ族層に形成されるフォトダイオード６１８に結合される。フォトダイオード６１８は、例えば、より高い、例えば典型的な非アバランシェフォトダイオードより２～１０倍高い、電気バイアスで動作するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）であり得、発生した電子および正孔ペアがより高い電気バイアスによって加速され、結晶格子に影響を及ぼすため、電気利得を提供し得、追加の電子および正孔キャリアを発生し、これは、受信した電気信号を増幅する。ＡＰＤは、測定された光信号における低振幅を補償するために使用され、光受信機内のはるかに大きくかつ電力消費がより高いＳＯＡ、または、光検出器６１８の後のトランスインピーダンス増幅器における高利得段の代わりなることができる。

【0028】

[0033]先の説明は、両方の導波層についての例となるレイアウトとともに、２つのシリコン導波層間で送信機およびループバック回路を分離する２層光トランシーバＰＩＣを作る方法を提供する。開示される２層構成は、低い数の導波路交差のために設計された送信機回路における導波路再分布とともに、複数のレーン間でレーザーを共有することを容易にし、これは、コスト、電力、およびサイズに関する有益を必然的に伴う。当業者が容易に認識することとなるように、特定の提案されたレイアウトは単なる例であり、（例えば、図４における対称的な導波路分布対図５における非対称的な導波路分布のような）基本的な設計原理および特性に依然として合致するデバイスおよび導波路の具体的な配列を修正するようにもそれから逸脱するようにも改良可能であり得る。

【0029】

[0034]番号が付された以下の実施例は、実例となる実施形態である：

【0030】

[0035]実施例1．フォトニック集積回路（ＰＩＣ）であって、第１のシリコン導波層を備えるデバイス層と、誘電体層によって第１のシリコン導波層から分離されている第２のシリコン導波層と、デバイス層に形成され、複数のそれぞれの波長で光を発するように構成された複数のレーザーを備える光送信機回路と、ここで、光送信機回路は、それぞれの波長に関連する複数のレーン間でレーザーの各々からの光を分割し、それぞれのレーンに関連する変調光信号を生成するためにレーンの各々において光を光学的に変調し、複数の光送信機出力信号を生成するために複数の波長にわたって変調光信号を多重化するように構成され、第２のシリコン導波層に形成され、光送信機回路に光学的に結合されており、各レーンに関連する変調光信号をレーンに関連するフォトダイオードに選択的に結合するように構成された光ループバック回路とを備える。

【0031】

[0036]実施例２．複数の波長は、少なくとも４つの波長を備え、変調光信号は、第１の多重化段および第２の多重化段で多重化され、ここで、第１の多重化段は、複数の波長の第１のサブセットにわたって変調光信号を第１の多重化光信号に多重化するように構成された第１のマルチプレクサと、複数の波長の第２のサブセットにわたって変調光信号を第２の多重化光信号に多重化するように構成された第２のマルチプレクサとを備え、第２の多重化段は、第１の多重化信号および第２の多重化信号を光送信機出力信号に多重化するように構成される、実施例１に記載のＰＩＣ。

【0032】

[0037]実施例３．第２の多重化段は、光出力結合器によって実装される、実施例２に記載のＰＩＣ。

【0033】

[0038]実施例４．各レーンにおける光は、レーンに関連する光変調器によって変調され、ここで、光変調器は、波長によってグループ化されて、第１の列に沿って配列されており、光送信機回路は、第１の多重化段の第１のマルチプレクサおよび第２のマルチプレクサを光変調器に結合する導波路と、第１の多重化段の第１のマルチプレクサおよび第２のマルチプレクサを第２の多重化段に結合する導波路とをさらに備える、実施例２または実施例３に記載のＰＩＣ。

【0034】

[0039]実施例５．第１の光マルチプレクサおよび第２の光マルチプレクサは、第２の列に配列されており、導波路は、第１の列と第２の列との間でのみ交差する、実施例４に記載のＰＩＣ。

【0035】

[0040]実施例６．第１の光マルチプレクサおよび第２の光マルチプレクサは、第２の列に沿って交互に配置されている、実施例５に記載のＰＩＣ。

【0036】

[0041]実施例７．複数の波長は、Ｎ_λ個の波長で構成され、レーンは、Ｍ個のレーンで構成され、レーンの各々について、レーンに関連する導波路交差の数は、

【数5】

を超えない、実施例５または実施例６に記載のＰＩＣ。

【0037】

[0042]実施例８．第１の光マルチプレクサおよび第２の光マルチプレクサは、各々が第２の列に沿ってまとめてグループ化されて、第２の列に配列されている、実施例４に記載のＰＩＣ。

【0038】

[0043]実施例９．複数の波長は、Ｎ_λ個の波長で構成され、レーンは、Ｍ個のレーンで構成され、レーンの各々について、レーンに関連する導波路交差の数は、

【数6】

を超えない、実施例８に記載のＰＩＣ。

【0039】

[0044]実施例１０．第１のマルチプレクサが第１の行に配列され、第２のマルチプレクサが第２の行に配列されている、実施例４に記載のＰＩＣ。

【0040】

[0045]実施例１１．第１の多重化段の第１のマルチプレクサおよび第２のマルチプレクサを光変調器に結合する導波路は、それぞれ第１の行および第２の行について導波路の入れ子集合を形成する、実施例１０に記載のＰＩＣ。

【0041】

[0046]実施例１２．第１の多重化段の第１のマルチプレクサおよび第２のマルチプレクサを第２の多重化段に結合する導波路は、行間の軸を中心として対称的にかつ行に対して平行に構成される、実施例１１に記載のＰＩＣ。

【0042】

[0047]実施例１３．複数の波長は、Ｎ_λ個の波長で構成され、レーンは、Ｍ個のレーンで構成され、レーンの各々について、レーンに関連する導波路交差の数は、

【数7】

を超えない、実施例１２に記載のＰＩＣ。

【0043】

[0048]実施例１４．第１の多重化段の第１のマルチプレクサおよび第２のマルチプレクサを第２の多重化段に結合する導波路は、行間の軸を中心として非対称的にかつ行に対して平行に構成される、実施例１１に記載のＰＩＣ。

【0044】

[0049]実施例１５．複数の波長は、Ｎ_λ個の波長で構成され、レーンは、Ｍ個のレーンで構成され、レーンの各々について、レーンに関連する導波路交差の数は、

【数8】

を超えない、実施例１４に記載のＰＩＣ。

【0045】

[0050]実施例１６．デバイス層は、第１のシリコン導波層上に形成されたＩＩＩ－Ｖ族半導体構造を備える、実施例１乃至１５のちのいずれか１つに記載のＰＩＣ。

【0046】

[0051]実施例１７．送信機回路およびループバック回路を備える光トランシーバを製造するための方法であって、ループバック回路を形成するためにシリコン・オン・インシュレータ基板のシリコン層をパターニングすることと、誘電体層で被覆されたシリコン基板を、パターニングされたシリコン層上に、誘電体層を下にして接着することと、誘電体層の上に第２のシリコン層を作成するために、注入欠陥の層に沿ってシリコン基板を破断することと、送信機回路の受動デバイス構造を形成するために第２のシリコン層をパターニングすることと、送信機回路の能動デバイス構造を形成するために、パターニングされた第２のシリコン層に１つまたは複数のＩＩＩ－Ｖ族ダイを接着し、接着されたＩＩＩ－Ｖ族をパターニングすることとを備える。

【0047】

[0052]実施例１８．フォトニック集積回路（ＰＩＣ）であって、第１のシリコン導波層を備えるデバイス層と、誘電体層によって第１のシリコン導波層から分離されている第２のシリコン導波層と、デバイス層に形成され、４つのそれぞれの波長で光を発するように構成された４つのレーザーを備える光送信機回路と、ここで、光送信機回路は、１６個のレーンを作成するために、４つのレーン間でレーザーの各々からの光を分割し、それぞれのレーンに関連する変調光信号を生成するために１６個のレーンの各々において光を光学的に変調し、４つの光送信機出力信号を生成するために４つの波長にわたって変調光信号を多重化するように構成され、第２のシリコン導波層に形成され、光送信機回路に光学的に結合されており、各レーンに関連する変調光信号をレーンに関連するフォトダイオードに選択的に結合するように構成された光ループバック回路とを備える。

【0048】

[0053]実施例１９．送信機回路は、列に沿って配列されている、変調光信号を生成するための光変調器と、第１の行に沿って配列されており、４つの波長のうちの２つに関連する変調光信号を第１の多重化光信号に多重化するように構成された４つの第１のマルチプレクサ、および、第２の行に沿って配列されており、４つの波長のうちの残りの２つに関連する変調光信号を第２の多重化光信号に多重化するように構成された４つの第２のマルチプレクサを備える第１の多重化段と、第１の多重化光信号および第２の多重化光信号を光送信機出力信号に多重化するように構成された第２の多重化段と、第１のマルチプレクサおよび第２のマルチプレクサを光変調器に結合する第１の導波路と、ここで、第１の導波路は、第１の行および第２の行について導波路の入れ子集合を形成し、第１のマルチプレクサおよび第２のマルチプレクサを第２の多重化段に結合する第２の導波路と、ここで、第２の導波路は、行間の軸を中心として非対称的にかつ行に対して平行に構成される、をさらに備える、実施例１８に記載のＰＩＣ。

【0049】

[0054]実施例２０．レーンの各々について、レーンに関連する導波路交差の数は、４つを超えない、実施例１９に記載のＰＩＣ。

【0050】

[0055]本発明の主題は、特定の例となる実施形態を参照して説明されているが、本発明の主題の広い範囲から逸脱することなくこれらの実施形態に対して様々な修正および変更がなされ得ることは明らかであろう。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味ではなく、例示的な意味で考慮されるべきである。
以下に本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
フォトニック集積回路（ＰＩＣ）であって、
第１のシリコン導波層を備えるデバイス層と、
誘電体層によって前記第１のシリコン導波層から分離されている第２のシリコン導波層と、
前記デバイス層に形成され、複数のそれぞれの波長で光を発するように構成された複数のレーザーを備える光送信機回路と、ここで、前記光送信機回路は、前記それぞれの波長に関連する複数のレーン間で前記レーザーの各々からの光を分割し、前記それぞれのレーンに関連する変調光信号を生成するために前記レーンの各々において前記光を光学的に変調し、複数の光送信機出力信号を生成するために前記複数の波長にわたって前記変調光信号を多重化するように構成され、
前記第２のシリコン導波層に形成され、前記光送信機回路に光学的に結合されており、各レーンに関連する前記変調光信号を前記レーンに関連するフォトダイオードに選択的に結合するように構成された光ループバック回路と
を備えるＰＩＣ。
［Ｃ２］
前記複数の波長は、少なくとも４つの波長を備え、前記変調光信号は、第１の多重化段および第２の多重化段で多重化され、ここで、前記第１の多重化段は、前記複数の波長の第１のサブセットにわたって前記変調光信号を第１の多重化光信号に多重化するように構成された第１のマルチプレクサと、前記複数の波長の第２のサブセットにわたって前記変調光信号を第２の多重化光信号に多重化するように構成された第２のマルチプレクサとを備え、前記第２の多重化段は、前記第１の多重化信号および前記第２の多重化信号を前記光送信機出力信号に多重化するように構成される、Ｃ１に記載のＰＩＣ。
［Ｃ３］
前記第２の多重化段は、光出力結合器によって実装される、Ｃ２に記載のＰＩＣ。
［Ｃ４］
各レーンにおける前記光は、前記レーンに関連する光変調器によって変調され、ここで、前記光変調器は、波長によってグループ化されて、第１の列に沿って配列されており、前記光送信機回路は、前記第１の多重化段の前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサを前記光変調器に結合する導波路と、前記第１の多重化段の前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサを前記第２の多重化段に結合する導波路とをさらに備える、Ｃ２に記載のＰＩＣ。
［Ｃ５］
前記第１の光マルチプレクサおよび前記第２の光マルチプレクサは、第２の列に配列されており、前記導波路は、前記第１の列と前記第２の列との間でのみ交差する、Ｃ４に記載のＰＩＣ。
［Ｃ６］
前記第１の光マルチプレクサおよび前記第２の光マルチプレクサは、前記第２の列に沿って交互に配置されている、Ｃ５に記載のＰＩＣ。
［Ｃ７］
前記複数の波長は、Ｎλ個の波長で構成され、前記レーンは、Ｍ個のレーンで構成され、前記レーンの各々について、前記レーンに関連する導波路交差の数は、

【数9】

を超えない、Ｃ５に記載のＰＩＣ。
［Ｃ８］
前記第１の光マルチプレクサおよび前記第２の光マルチプレクサは、各々が第２の列に沿ってまとめてグループ化されて、前記第２の列に配列されている、Ｃ４に記載のＰＩＣ。
［Ｃ９］
前記複数の波長は、Ｎλ個の波長で構成され、前記レーンは、Ｍ個のレーンで構成され、前記レーンの各々について、前記レーンに関連する導波路交差の数は、

【数10】

を超えない、Ｃ８に記載のＰＩＣ。
［Ｃ１０］
前記第１のマルチプレクサが第１の行に配列され、前記第２のマルチプレクサが第２の行に配列されている、Ｃ４に記載のＰＩＣ。
［Ｃ１１］
前記第１の多重化段の前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサを前記光変調器に結合する前記導波路は、それぞれ前記第１の行および前記第２の行について導波路の入れ子集合を形成する、Ｃ１０に記載のＰＩＣ。
［Ｃ１２］
前記第１の多重化段の前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサを前記第２の多重化段に結合する前記導波路は、前記行間の軸を中心として対称的にかつ前記行に対して平行に構成される、Ｃ１１に記載のＰＩＣ。
［Ｃ１３］
前記複数の波長は、Ｎλ個の波長で構成され、前記レーンは、Ｍ個のレーンで構成され、前記レーンの各々について、前記レーンに関連する導波路交差の数は、

【数11】

を超えない、Ｃ１２に記載のＰＩＣ。
［Ｃ１４］
前記第１の多重化段の前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサを前記第２の多重化段に結合する前記導波路は、前記行間の軸を中心として非対称的にかつ前記行に対して平行に構成される、Ｃ１１に記載のＰＩＣ。
［Ｃ１５］
前記複数の波長は、Ｎλ個の波長で構成され、前記レーンは、Ｍ個のレーンで構成され、前記レーンの各々について、前記レーンに関連する導波路交差の数は、

【数12】

を超えない、Ｃ１４に記載のＰＩＣ。
［Ｃ１６］
前記デバイス層は、前記第１のシリコン導波層上に形成されたＩＩＩ－Ｖ族半導体構造を備える、Ｃ１に記載のＰＩＣ。
［Ｃ１７］
送信機回路およびループバック回路を備える光トランシーバを製造するための方法であって、
前記ループバック回路を形成するためにシリコン・オン・インシュレータ基板のシリコン層をパターニングすることと、
誘電体層で被覆されたシリコン基板を、前記パターニングされたシリコン層上に、前記誘電体層を下にして接着することと、
前記誘電体層の上に第２のシリコン層を作成するために、注入欠陥の層に沿って前記シリコン基板を破断することと、
前記送信機回路の受動デバイス構造を形成するために前記第２のシリコン層をパターニングすることと、
前記送信機回路の能動デバイス構造を形成するために、前記パターニングされた第２のシリコン層に１つまたは複数のＩＩＩ－Ｖ族ダイを接着し、前記接着されたＩＩＩ－Ｖ族をパターニングすることと
を備える方法。
［Ｃ１８］
フォトニック集積回路（ＰＩＣ）であって、
第１のシリコン導波層を備えるデバイス層と、
誘電体層によって前記第１のシリコン導波層から分離されている第２のシリコン導波層と、
前記デバイス層に形成され、４つのそれぞれの波長で光を発するように構成された４つのレーザーを備える光送信機回路と、ここで、前記光送信機回路は、１６個のレーンを作成するために、４つのレーン間で前記レーザーの各々からの光を分割し、前記それぞれのレーンに関連する変調光信号を生成するために前記１６個のレーンの各々において前記光を光学的に変調し、４つの光送信機出力信号を生成するために前記４つの波長にわたって前記変調光信号を多重化するように構成され、
前記第２のシリコン導波層に形成され、前記光送信機回路に光学的に結合されており、各レーンに関連する前記変調光信号を前記レーンに関連するフォトダイオードに選択的に結合するように構成された光ループバック回路と
を備えるＰＩＣ。
［Ｃ１９］
前記送信機回路は、
列に沿って配列されている、前記変調光信号を生成するための光変調器と、
第１の行に沿って配列されており、前記４つの波長のうちの２つに関連する前記変調光信号を第１の多重化光信号に多重化するように構成された４つの第１のマルチプレクサ、および、第２の行に沿って配列されており、前記４つの波長のうちの残りの２つに関連する前記変調光信号を第２の多重化光信号に多重化するように構成された第２のマルチプレクサを備える第１の多重化段と、
前記第１の多重化光信号および前記第２の多重化光信号を前記光送信機出力信号に多重化するように構成された第２の多重化段と、
前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサを前記光変調器に結合する第１の導波路と、ここで、前記第１の導波路は、前記第１の行および前記第２の行について導波路の入れ子集合を形成し、
前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサを前記第２の多重化段に結合する第２の導波路と、ここで、前記第２の導波路は、前記行間の軸を中心として非対称的にかつ前記行に対して平行に構成される、
をさらに備える、Ｃ１８に記載のＰＩＣ。
［Ｃ２０］
前記レーンの各々について、前記レーンに関連する導波路交差の数は、４つを超えない、Ｃ１９に記載のＰＩＣ。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】