特許 7438283 非線形周波数変換素子を有する、ヘテロジニアスに統合したフォトニックプラットフォーム

(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】2024-02-15

(45)【発行日】2024-02-26

(54)【発明の名称】非線形周波数変換素子を有する、ヘテロジニアスに統合したフォトニックプラットフォーム

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/377 20060101AFI20240216BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20240216BHJP

   G02B 6/122 20060101ALI20240216BHJP

   G02B 6/13 20060101ALI20240216BHJP

【ＦＩ】

G02F1/377

G02B6/12 301

G02B6/12 371

G02B6/122 311

G02B6/13

【請求項の数】 18

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022123388

(22)【出願日】2022-08-02

(65)【公開番号】P2023181956

(43)【公開日】2023-12-25

【審査請求日】2022-08-29

(31)【優先権主張番号】17/838,325

(32)【優先日】2022-06-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】522194599

【氏名又は名称】ネクサス・フォトニクス・インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ミン・トラン

(72)【発明者】

【氏名】ティン・コムリェノヴィッチ

【審査官】堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】特表２０２１－５１３６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００２／０１３１１５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００４－２１２５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００５／０９９０５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１０－５０４５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０７４３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２８４２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２０８３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５

１／２１－７／００

Ｇ０２Ｂ ６／１２－６／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

デバイスであって、
共通の基板上に製造される第１の要素、第２の要素、および第３の要素を備え、
前記第１の要素が第１の光モードをサポートする能動導波路構造物を備え、前記第２の要素が第２の光モードをサポートする受動導波路構造物を備え、前記第３の要素が、前記第１の要素に少なくとも部分的に突き合わせ結合されて、中間光モードをサポートする中間導波路構造物を備え、
前記第２の要素が少なくとも１つの非線形部分を有し、周波数変換をサポートし、
前記第２の要素および第３の要素のうちの少なくとも１つの先細導波路構造物が、前記第２の光モードと前記中間光モードのうちの１つとの間の効率的な断熱変換を容易にし、
前記中間光モードのいずれかと前記第１の光モードとの間で断熱変換が生じず、
前記第１の要素、第２の要素、および第３の要素の相互の位置合わせが、前記第１の要素、第２の要素、および第３の要素を製造する処理ステップの期間中に形成される層間の正確な位置合わせを容易にするリソグラフィ用位置合わせマークを使用して規定される、デバイス。

【請求項2】

前記第３の要素が、前記第３の要素の堆積前の平坦化によって実現される、前記第２の要素の平坦な上面を直接覆う、請求項１に記載のデバイス。

【請求項3】

第１の要素と第３の要素との間の界面が、反射を最小化するように最適化された角度で傾けられている、請求項１に記載のデバイス。

【請求項4】

前記第２の要素の前記非線形部分が、少なくとも２つの電極を備え、前記少なくとも２つの電極が、前記少なくとも２つの電極によって印可される電場によって引き起こされる前記周波数変換を最大化するように構成される、請求項１に記載のデバイス。

【請求項5】

前記電極が、前記共通の基板の底面に平行な平面内で、前記受動導波路構造物中の受動導波路のコアから横方向にオフセットされる、請求項４に記載のデバイス。

【請求項6】

前記電極が、前記共通の基板の底面に垂直な平面内で、前記受動導波路構造物中の受動導波路のコアから垂直方向にオフセットされる、請求項４に記載のデバイス。

【請求項7】

前記第２の要素の前記非線形部分が、それぞれアノード及びカソードを実現する少なくとも２つの電極のグループを備え、各グループ内の電極が、前記周波数変換を最適化するように選択されるピッチで分離される、請求項４に記載のデバイス。

【請求項8】

アノード及びカソードを実現する２つの電極のグループが、くし型電極である、請求項７に記載のデバイス。

【請求項9】

前記第２の要素の前記非線形部分が、前記周波数変換を向上させるように構成された共振構造物を備える、請求項１に記載のデバイス。

【請求項10】

前記第２の要素の中の前記共振構造物が少なくとも２つの電極を備える、請求項９に記載のデバイス。

【請求項11】

前記第２の要素の前記非線形部分が、前記周波数変換を向上させるように構成されたらせんベース遅延構造物を備える、請求項１に記載のデバイス。

【請求項12】

前記第２の要素の中の前記らせんベース遅延構造物が少なくとも２つの電極を備える、請求項１１に記載のデバイス。

【請求項13】

前記第２の要素の前記非線形部分が、位相整合を調整し前記周波数変換を向上させるように構成された少なくとも１つのフォトニックベースの調整要素としての追加の電極を備える、請求項１に記載のデバイス。

【請求項14】

前記第２の要素の前記非線形部分の中の前記共振構造物が少なくとも１つのフォトニックベースの調整要素としての追加の電極を備える、請求項９に記載のデバイス。

【請求項15】

前記第２の要素の前記非線形部分の中の前記らせんベース遅延構造物がフォトニックベースの調整要素としての追加の電極を備える、請求項１１に記載のデバイス。

【請求項16】

前記第１の要素がＧａＡｓレーザを備え、
前記第２の要素がＳｉＮ導波路構造物を備え、
前記第３の要素が、ＳｉＮより低い屈折率を有する材料を備え、前記第１の要素と前記第２の要素との間に効率的な光結合を実現し、
前記ＧａＡｓレーザからの出力の少なくとも一部分が、前記第２の要素で周波数２逓倍される、請求項１に記載のデバイス。

【請求項17】

前記第２の要素の前記非線形部分が、前記周波数２逓倍を向上させるように構成された共振構造物を備える、請求項１６に記載のデバイス。

【請求項18】

前記第１の要素がＩｎＰレーザを備え、
前記第２の要素がＳｉＮ導波路構造物を備え、
前記第３の要素が、ＳｉＮより低い屈折率を有する材料を備え、前記第１の要素と前記第３の要素との間に効率的な光結合を実現し、
前記ＩｎＰレーザからの出力の少なくとも一部分が、前記第２の要素で周波数２逓倍される、請求項１に記載のデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体レーザに関する。より詳細には、本発明の一定の実施形態は、周波数変換のために非線形素子で光学的に結合される異種の材料を使用して、ヘテロジニアスに統合されたレーザの性能改善に関する。

【背景技術】

【0002】

フォトニック集積回路（ＰＩＣ）または集積光回路は、複数のフォトニック機能を統合しており、そのため、電子集積回路に類似するデバイスである。その２つの間の主な違いは、フォトニック集積回路が、光学的搬送波に与えられる情報信号のための機能を提供することである。フォトニック集積回路で最も商業的に利用される材料プラットフォームは、リン化インジウム（ＩｎＰ）であって、これによって、同じチップ上で、様々な光学的に能動的および受動的な機能の統合が可能になる。多くの現行のＰＩＣがＩｎＰプラットフォームで実現されているが、電子集積回路のために既に行われていた投資を活用する、以前の材料についてのいくつかの優れた特性および優れた処理能力に起因して、過去十年で、ＰＩＣを実現するためにＩｎＰではなくむしろシリコンを使用することにおいて、かなりの調査が行われてきた。

【0003】

ＰＩＣにシリコンを使用することにおける最大の問題は、シリコンが、電気的にポンピングされる源を提供するのを困難にさせる間接遷移型材料であるということである。この問題は、別個のプロセスにおいて異種の材料から作られた２つ以上のチップを備えるＰＩＣを組み立てることによって一般的に解決される。そのような手法は、パッケージング費用を増加させ、小型化の制限をもたらす、非常に精細な位置合わせが必要となることに起因して、困難である。遷移型問題を解決する別の手法は、２つの異種の材料を結合し、それらを一緒に処理して、異種の材料の大きな部片または全ウェハを結合する期間中に正確な位置合わせをする必要をなくすこと、および大量生産を可能にすることである。本開示では、「ハイブリッド」という用語を使用して、別個に処理した部品の正確な組立を含む第１の手法を記載し、「ヘテロジニアス（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ）」という用語を使用して、２つの材料を結合し、次いで、結合された結果を処理して、導波路および対象の他の構成要素を規定する後者の手法を記載する。

【0004】

異種の材料間で光信号を伝達するため、ヘテロジニアス手法では、異種の材料の実効モード屈折率が一致して効率的なパワー伝達が実現するまで、徐々にその寸法が減少するテーパを利用する。この手法は、材料がシリコンおよびＩｎＰの場合と同様の屈折率を有するときに、一般的に良好に働く。たとえば、ＳｉＮとＧａＡｓまたはＩｎＰ間などといった、実効屈折率が大きく異なる場合に、テーパ端寸法の要件が法外になり、効率的なパワー伝達を制限する。具体的には、良好な結合を実現するために、（数十ナノメートルの程度の）極度に小さいテーパ端幅が必要になる場合がある。そのような寸法を達成するのは、複雑で法外な費用となる可能性がある。

【0005】

ＩｎＰおよびシリコンベースのＰＩＣは多くの現在の要望に対処するが、それらにはいくつかの制限がある。とりわけ、材料の吸収が損失を増加させることにより動作波長範囲が制限されること、および、ＰＩＣが取り扱うことができる最大光強度したがって光パワーの制限があることが挙げられる。これらの制限に対処するために、ＳｉＮ、ＬｉＮｂＯ_３、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＡｌＮなどといった、代替の導波路材料が考えられている。一般的に、そのような誘電体導波路はより大きい遷移エネルギーを有し、このことによって、より短い波長でのより良好な大パワーの取扱いおよび透明度を実現するが、一般的にそのような材料は、より小さい屈折率も有する。たとえば、約５ｅＶのバンドギャップを有するＳｉＮは約２の屈折率を有し、ＡｌＮは約６ｅＶのバンドギャップおよび約２の屈折率を有し、約８．９ｅＶのバンドギャップを有するＳｉＯ_２は約１．４４の屈折率を有する。比較して、ＩｎＰとＧａＡｓ両方の屈折率は、＞３である。このことによって、テーパ手法が困難になる。

【0006】

代替のハイブリッド手法は、既に述べた欠点、すなわち、正確な位置合わせをする必要があり、それに対応して、複雑なパッケージングおよび小型化の制限がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】米国特許第１０，８５９，７６４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記で議論した問題に対する最近の手法は、極度に小さいテーパ幅の必要がなく使用されるヘテロジニアスプロセスを可能にするように、モード変換器と組み合わされる突き合わせ結合を採用する特許文献１において提示された。本発明は、この方法で突き合わせ結合を採用し、直接注入光源の周波数を変換するために使用される非線形素子を含むＰＩＣに向けられている。複数の非線形素子を利用することができ、いくつかの実施形態では、第２の高調波発生によって、他の手法では達成するのが困難であるまたは不可能である場合さえある、ある光学波長での、チップ規模の光源の性能が可能になる。

【課題を解決するための手段】

【0009】

１つの例は、約７７５ｎｍで放出する同様の狭線幅発生源を実現するために２倍にされた周波数である、約１５５０ｎｍで動作するＩｎＰ狭線幅レーザ（１Ｈｚと同じほどまたはさらに低い線幅は、ＩｎＰおよびＳｉＮを利用して呈示されている）のチップ規模統合である。能動材料としてＩｎＰに基づいたそのような発生源のポンプ波長は、非常に広い範囲（典型的には１２００ｎｍ～１８００ｎｍであるが、さらに広くてよい）で調整することが可能である。より短い波長に影響を及ぼす本質的により高い損失に起因して、ＳｉＮ導波路を利用する（典型的には、６３０ｎｍ～１１００ｎｍ波長範囲での直接放出をサポートするが、より広くてもよい）ＧａＡｓベースのポンプで同様のレベルの性能を達成するのは困難である。

【0010】

第２の例は、５２０ｎｍと６３０ｎｍの間で放出する入手可能な発生源における緑－黄色ギャップを対象とする。ＧａＮベースの利得媒質のバンドギャップをより長い波長にシフトすることに関する問題点に起因して、この波長領域は、（レーザ発生源とは反対に）市販のＬＥＤ発生源だけで、直接放出要素でサポートするのは非常に困難である。しかし、波長「ギャップ」領域は、ＧａＡｓからの直接放出が非常に高い効率で生じる、１０４０ｎｍと１２６０ｎｍの間で動作するＧａＡｓ発生源の出力を周波数２逓倍することによって、アクセスすることができる。

【0011】

好適には、非線形素子とチップ規模レベルで統合した高性能ポンプを使用して、周波数２逓倍以外のタイプの非線形変換を利用することによって、同様の様式で、他の波長範囲をアクセスすることができる。

【0012】

特に、下で記載される実施形態は、周波数変換のため非線形素子に依存する高性能レーザの作成に必要な、光結合構造物および導波路の詳細な設計に関係する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態によるデバイスを示す、断面図である。

【図2】本発明のいくつかの実施形態によるデバイスの上から見た断面図である。

【図3】本発明のいくつかの実施形態による３つのデバイスの端面断面図である。

【図4】本発明のいくつかの実施形態による２つのデバイスの上から見た断面図である。

【図5】本発明のいくつかの実施形態による２つのデバイスの上から見た断面図である。

【図6】本発明のいくつかの実施形態による３つのデバイスの上から見た断面図である。

【図7】本発明の２つの実施形態によるフォトニック集積回路（ＰＩＣ）ベースレーザを図示する図である。

【図8】本発明の３つの他の実施形態によるフォトニック集積回路（ＰＩＣ）ベースレーザを図示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

ここで記載されるのは、ウェハ結合および異種の材料の堆積を使用するフォトニック集積回路の実現のためのプラットフォームの実施形態であって、ここでは、モード変換および突き合わせ結合方式の使用によって光結合が改善され、光源の出力が、周波数変換のための非線形素子に効率的に結合される。

【0015】

以下の詳細な記載では、その部分を形成する添付の図面への参照が行われ、添付の図面では、全体を通して同様の数値は同様の部分を示しており、本開示の主題を実施できる実施形態が例として示される。他の実施形態を利用することができ、本開示の範囲から逸脱することなく、構造的または論理的変更を行うことができることを理解されたい。したがって、以下の詳細な記載は、限定する意味でとらえるべきでなく、実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって規定される。

【0016】

本記載は、頂部／底部、入／出、上／下などといった視点ベースの記載を使用する場合がある。そのような記載は、単に議論を容易にするために使用され、本明細書に記載される実施形態の用途を何らかの特定の向きに限定する意図はない。本記載は、「一実施形態では」、または「実施形態では」という語句を使用する場合があり、これらは、各々が、同じまたは異なる実施形態の１つまたは複数のことを言ってよい。さらに、本開示の実施形態で使用する「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」などの用語は、同意語である。

【0017】

本開示の目的では、「Ａおよび／またはＢ」という語句は、（Ａ）、（Ｂ）、または（ＡおよびＢ）を意味する。本開示の目的では、「Ａ、Ｂ、および／またはＣ」という語句は、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（ＡおよびＢ）、（ＡおよびＣ）、（ＢおよびＣ）、または（Ａ、Ｂ、およびＣ）を意味する。

【0018】

「と結合された」という用語ならびにその派生形が本明細書で使用される場合がある。「結合された」は、以下のうちの１つまたは複数を意味してよい。「結合された」は、２つ以上の要素が、直接的に物理、電気、または光学接触することを意味してよい。しかし、「結合された」は、２つ以上の要素が、互いに間接的に接触するが、依然として互いに協働する、または相互作用することも意味することができ、互いに結合すると言われる要素の間に１つまたは複数の他の要素が結合または接続されることを意味することができる。「直接的結合」という用語は、２つ以上の要素が、それらの表面の少なくとも部分で直接接触することを意味する。「突き合わせ」という用語は、「端面」または軸方向結合を意味する通常の意味で本明細書中で使用される。ここでは、対象の要素の間に、最小またはゼロの軸方向オフセットが存在する。軸方向オフセットは、たとえば、典型的には高反射性または反射防止機能を実現するために使用される薄いコーティング層などといった、何らかの種類の薄い介在層が要素間に形成される場合に、ゼロよりもわずかに大きくなってよい。２つの導波路構造または要素の軸は、それらが突き合わせ結合していると正確に記載するには、同一線上にある必要がないことに留意されたい。言い換えると、要素間に界面が、いずれかの軸に対して垂直となる必要がない。下で議論される図２の実施形態は、そのような可能性の例示である。

【0019】

「能動デバイス」、「能動構造物」、さもなくば「能動」素子、部品、または構成要素という用語を本明細書で使用する場合がある。能動と呼ばれるデバイスまたはデバイスの一部は、直接の光の発生、増幅、減衰、変調、および／または検出を行うことができる。これは、「受動デバイス」によって意味するものと対照的である。「受動デバイス」の原則的な機能は、光を閉じ込めるおよび導く、および／または、分割、組合せ、フィルタ処理を行う、および／または、受動デバイスに一般的に関連する他の機能性である。いくつかの受動デバイスは、たとえば、変調を実現できる熱効果または同様の効果を使用して実装される位相調節などといった、能動デバイスの機能性と重複する機能を実現することができる。純粋に材料の組成またはデバイス構造に基づいた、「能動」と「受動」の間の絶対的な差異を考えるべきではない。たとえば、シリコンデバイスは、変調または低波長の放射の検出のある種の条件下で能動と考えることができるが、ほとんどの他の状況で受動と考えることができる。能動デバイスまたは受動デバイスのいずれかが、非線形特性を有する要素、セクション、および／または部分を備えることができる。非線形特性は、当技術分野で知られており、下に記載されるような周波数変換に利用することができる。

【0020】

図１は、異種の材料間の効率的な結合のために突き合わせ結合およびモード変換を利用し、周波数変換のために非線形素子を利用する統合フォトニックデバイス１００の概略断面図である。例示的な断面図は、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、石英、サファイア、ガラス、ＧａＮ、シリコンオンインシュレータ、または当技術分野で知られている他の材料などといった、半導体および誘電体処理用の任意の好適な基板であってよい基板１０５を含む。示される実施形態では、第２の材料の層１０４は、当技術分野で知られている技法を使用して、基板１０５の上面に、堆積、成長、転写、結合、または他の方法で取り付けられる。層１０４の主な目的は、コアとして１０２で光導波路を形成するのに必要な場合、（下で議論される）層１０２のための光学的クラッドを実現することである。光導波路は、光波を閉じ込めるために、２つのより低い屈折率の層間により高い屈折率のコアを置くことによって一般的に実現される。いくつかの実施形態では、層１０４が省略され、基板１０５自体がクラッドとして働く。

【0021】

層１０２は、当技術分野で知られている技法を使用して、存在する場合には層１０４の上、および／または、基板１０５の上に、堆積、成長、転写、結合、または他の方法で取り付けられる。層１０２の屈折率は、存在する場合には層１０４の屈折率より大きく、層１０４が存在しない場合、層１０２の屈折率は、基板１０５の屈折率より大きい。一実施形態では、層１０２の材料は、限定しないが、ＳｉＮ、ＳｉＮＯ_ｘ、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、（ドープ）ＳｉＯ_２、ＬｉＮｂＯ_３、およびＡｌＮのうちの１つまたは複数を含むことができる。いくつかの実施形態では、他の通常の誘電体材料を層１０２用に使用することができる。他の実施形態では、半導体材料を層１０２用に使用することができる。いくつかの実施形態では、層１０２の屈折率は、１．４４と２．５の間である。層１０４と層１０２のいずれかまたは両方を、当技術分野で一般的なように、パターン形成、エッチング、または再堆積することができる。層１０２は、本開示の請求項中で第２の要素と呼ばれる、受動導波路構造物用のコアである。

【0022】

その屈折率が層１０２の屈折率より小さい層１０８が、（下でより詳細に記載されるが、）層１０２の上を覆い、層１０１および１０３の下に配されて、層１０２の上面を平坦化する働きをする。いくつかの実施形態では、層１０８の上面の平面性は、化学機械研磨（ＣＭＰ）または他のエッチング、化学的および／もしくは機械的研磨方法によって実現される。他の実施形態では、たとえば層１０８の材料がスピンオンガラス、ポリマ、フォトレジスト、または他の好適な材料である場合に、層１０８が堆積される方法の本質的な性質のために、平坦性が実現される。平坦化を制御して、（図１に示されるように）層１０２の上に、所望の、典型的には非常に低い薄さの層を残すこと、または層１０２の上面のレベルより上方のすべての材料を除去すること（図示せず）ができる。層１０８が層１０２の上に残される場合、その目標の厚さは、１０ｎｍから数百ｎｍの範囲にある。平坦化プロセス（たとえば、ＣＭＰ）の典型的な（当技術分野で一般的な）ヘテロジニアス性に起因して、実際の厚さは、ウェハにわたって、目標の厚さから±１００ｎｍを超えて変わる場合がある。いくつかの実施形態では、スピンオン材料が使用されて平坦化を行い、次いで、エッチバックして、典型的なＣＭＰプロセスと比較して改善した全ウェハ均一性がもたらされる。

【0023】

層１０１は、対応する上面（１０８、１０２）の全体または部分の上に結合される。層１０１は、本開示の請求項中で第１の要素と呼ばれる、能動導波路構造物のコアを備える。

【0024】

結合は、当技術分野で知られているように、直接の分子結合であってよく、または、たとえば金属層もしくはポリマフィルムなどといった結合を容易にする追加材料を使用することができる。層１０１が一般的に能動領域と呼ばれるものを形成し、層１０１自体は、限定しないが、ＧａＡｓおよびＧａＡｓベースの三元および四元物質、ＩｎＰおよびＩｎＰベースの三元および四元物質、または直接光放出を実現するのに好適な任意の他の材料を含む１つまたは複数の材料から構成することができる。いくつかの実施形態の層１０１は、多層化され、能動デバイスについて当技術分野で知られているように、光学的閉込めと電気的閉込めの両方ならびに電気的接触を一緒に実現するサブレイヤを備える。さらに別の実施形態では、層１０１は、電気的閉込めおよび／または光学的閉込めならびに１つもしくは複数の電気的接触を実現するために、より低い層１０２、１０８、１０４および／または１０５を使用する。いくつかの実施形態中の層１０１のサブレイヤが垂直閉込め（図１中の上下）を実現する一方で、（図１の切片に垂直な面の）横方向閉込めは、能動デバイス製造の分野で知られているような少なくとも１つのエッチングによって実現される。

【0025】

いくつかの実施形態では、層１０１は、発光を行い増幅するため、効率的に電気的ポンピングをすることができる。本発明は、層１０１および層１０２中に形成される導波路間の効果的な光結合を可能にする。層１０２の材料によって、広帯域の透明度、高強度の取扱い、温度による相偏移、歪みもしくは他の調整機構、組合せ、分割、フィルタ処理、および／または、当技術分野で知られている他のものなどのさらなる機能性を実現することができる。いくつかの実施形態では、層１０２の特性のうちの１つは、周波数変換のために利用することができる、十分な大きさの非線形性である。その非線形性は、層１０２が形成される材料の固有の特性であってよいが、そのうちの１つが図１に示される電極１０９を実装すると拡張することができる。図３～図６を用いてより詳細に説明されるように、少なくとも２つのそのような電極が一般的に利用される。電極は、性能をさらに最適化するため、たとえば熱的調整などといった、位相調整要素を実現するために使用することもできる。いくつかの実施形態では、電極は、位相または強度の変調を実現するために使用することもできる。いくつかの実施形態では、非線形性は、効率的に第二高調波発生を実現する。他の実施形態では、非線形性は、効率的に第三高調波発生を実現する。さらに他の実施形態では、限定しないが、４つの波の混合、光パラメトリック発振、ラマンおよび／またはブリルアン効果を含む異なる周波数変換方式が利用される。

【0026】

効率的な結合が層１０３によって容易にされ、層１０６が存在する場合には層１０６によって容易にされる。層１０３は、本開示の請求項中では中間要素と呼ばれる、中間導波路構造物のコアである。

【0027】

任意選択の層１０６は、層１０１と層１０３との間の界面において、反射防止コーティングまたは高反射性コーティングのいずれかとして主に働く。層１０３は、中間導波路層として働き、中間導波路層は、いくつかの実施形態では、そのため層１０１がコアを実現する導波路によってサポートされる光モードの形状（線１５０によって描かれる）を受け入れ、層１０１が、モード形状１５１として効率的に形状を捕捉し、それをモード形状１５２、最終的に１５３に徐々に伝達する。モード形状１５３は、層１０２がコアを実現する導波路に効率的に結合される。モード形状１５３は、次いで、層１０２中の非線形性を使用して、異なる周波数で動作するモード１５４に効率的に周波数変換される。いくつかの実施形態では、モード１５４の周波数は、モード１５３の周波数のほぼ２倍である。他の実施形態では、モード１５４の周波数は、モード１５３の周波数のほぼ３倍である。さらに他の実施形態では、モード１５３とモード１５４の周波数の間の異なる関係が生成される。

【0028】

層１０３の屈折率は、モード形状１５０の効率的な結合を容易にして、層１０２および／または１０３に作られるテーパ構造物を利用することによって、モードをモード形状１５３を有するものに効率的に変形するように設計することができる。いくつかの実施形態では、層１０３の屈折率は、１．５と２の間である。層１０３の厚さは、最適化パラメータであって、いくつかの実施形態では、厚さは、４００ｎｍと２０００ｎｍの間である。本発明以前、すなわち中間層１０３がない場合、テーパ端幅についての要件は、上記で議論したように、問題であった。しかし、中間層１０３を使用することによって、テーパ端幅への厳しい要件が著しく低減され、非常に大きい屈折率材料（層１０１中のたとえばＧａＡｓ）と小さい屈折率材料（層１０２中のたとえばＳｉＮ）との間の効率的な伝達が可能になる。

【0029】

層１０１および１０２それぞれの中の導波路によってサポートされる光モード間の差異は、モード形状の観察によって明らかであっても明らかでなくともよいが、１００％未満のモードの重ね合わせおよびモード１５０と１５３の間の垂直オフセット（図１）が（中間層１０３がない場合）著しい光損失をもたらす場合がある。いくつかの場合で、１ｄＢまでの損失は許容できるが、それ以上の損失は許容できないと考えることができる。他の場合では、３ｄＢの損失レベルが選択された基準であってよい。層１０３の機能は、不完全なモードの重ね合わせに起因する光損失を、所与の用途における許容可能レベルであると決定されるものより下に保つことである。

【0030】

１０３および／または１０２中に具体化される導波路用の上クラッド層１０７は周囲の空気であってよく（クラッド材料が実際には堆積されないことを意味する）、または、限定しないがポリマ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＯＮ_ｘなどを含む、図１に示されるような任意の他の意図的に堆積した好適な材料であってよい。いくつかの実施形態では、層１０７と層１０８のために同じ材料が使用される。（図示しない）いくつかの実施形態では、層１０７のクラッド機能性は複数の堆積で実現することができる。たとえば、１つの材料が、層１０２中に形成されるコアによって導かれるモード１５３用のクラッドを実現し、別の材料が、層１０３中に形成されるコアによって導かれるモード１５１用のクラッドを実現する。すべての場合に、クラッド材料の屈折率は、モードを導くためのコアを実現する材料の屈折率より低い。さらに別の実施形態では（図示しない）、層１０３は、設計によって、その屈折率がより低いことにより、層１０２およびモード１５３および１５４に対してクラッド機能性を実現することができる。

【0031】

層１０９は、層１０２の少なくとも一部分にわたって電場を実現し、図３～図６を用いてより詳細に記載されるように、その非線形効果を容易にする、またはより効率的にするため堆積された導電材料である。いくつかの実施形態では、層１０９が存在せず、材料１０２は、印可される電場の必要なしに、効率的な非線形効果を本質的に実現する。他の実施形態では、追加の導電電極が堆積されて調整機能を実現し、非線形効果を最適化する（ここでは図示せず、しかし図６を用いて記載される）。

【0032】

様々な処理ステップ期間中に形成される層間の正確な位置合わせを容易にするために、１つまたは複数のリソグラフィ用位置合わせマーク（この断面図には図示されないが、たとえば、図２中の２４０および以下の記載を参照のこと）が存在する。

【0033】

いくつかの実施形態では、層１０８が存在せず、層１０１の両方が結合され、層１０３が、非平坦層１０２の上に堆積される。そのような実施形態では、平坦化ステップがない。

【0034】

図２は、移行区域の中へと拡大した、本発明の１つの実施形態による統合フォトニックデバイス２００の上面図を描いており、ここでは、透過率および背面反射の両方を制御するため、異種材料間の境界が角度を持っている。（明示的に異なって規定されない限り）機能層２０１から２０７は、図１に関して記載されたような機能層１０１から１０７に対応する。

【0035】

（少なくとも１つの横方向エッチングによって規定され、図示されない）能動層２０１によってサポートされる光モード２５０は、存在する場合には任意選択のコーティング層２０６を通して、層２０３の中へと導かれる。層２０３は、光モード２５２をサポートし、モード２５３をサポートする層２０２への効率的な結合のためにモードを変換する働きをする。層２０６は、高い反射機能を実現することができる、または代わりに、反射防止コーティングとして機能するように設計されると、低い反射を容易にすることができる。層２０１および２０２によってサポートされるモード間の結合を容易にするため、図の最も左に示される層２０２の幅と比較して端部２１１の比較的狭い幅によって示されるように、層２０２の寸法は、層２０１に向かって先細にされる。テーパ寸法についての要件は、層２０３が存在することに起因して、最高で数百ナノメートルまで著しく緩和されることが計算されている。たとえば、１００ナノメートルより大きい端幅について、２０１と２０２の間の屈折率の差異が１より大きい場合でさえ、２０１と２０２の間の７０％以上の結合効率を達成することができる。対照的に、層２０３がない場合、層２０１は、そのモードが層２０２の中へと直接結合できるように、先細にされなければならず、層２０１のテーパ端（図示せず）の寸法は、同様の結合効率のために１００ナノメートルよりはるかに小さくなければならない。別の実施形態では、テーパは、層２０２中の代わりに層２０３中に作成される（図示せず）。さらに別の実施形態では、テーパは、高度に効率的な結合のため、層２０２と２０３の両方の中で作成される。いくつかの実施形態では、層２０２および２０３中の前記テーパは、より効率的な結合を容易にするため、１つより多いエッチング深さを利用することを意味する多段テーパであってよい。

【0036】

加えて、いくつかの実施形態では、層２０１、２０６および／または２０３間の界面のうちの１つまたは複数が、対応する背面反射を減らすために角度を持っている。

【0037】

角度２２０は、構造物２０１の内側の波の伝播の方向の接線と、２０１の出射面（層２０６が存在しない場合、２０６および／または２０３が合致するその界面）との間の角度である。角度２２０は、主に、層２０１によってサポートされるモードの背面反射が、２０６および／または２０３が合致する界面に到達するときに、その背面反射を制御するように利用され、その正確な値は、数値的または実験的な最適化の結果である。いくつかの実施形態では、角度は、０°～８０°の範囲である。

【0038】

角度２３０は、構造物２０１の内側の波の伝播の方向と、２０３によって形成される導波路の角度との間の角度である。前記角度は、層２０１および２０３によってサポートされるモード間の結合効率のための最適化パラメータであり、角度２２０ならびに／または層２０１および２０３ならびにそれらそれぞれのクラッド中の使用される材料の屈折率の選択に関係する。いくつかの実施形態では、角度は、０°～８０°の範囲である。

【0039】

２０６および／または２０１に対する界面における、構造物２０１の内側の波の伝播の方向によって規定される軸と、導波路２０３の中心との間の正確な垂直位置合わせ（図２における上下）が最適化パラメータであって、そのようなオフセットは、正（図２中の上）、負（図２中の下）、および／または０に実質的に等しい（オフセットなし）であってよい。そのような最適化は、角度２３０を最適化することとともに、変化の性能を最大化するため、数値ソフトウェアで実施するのが簡単である。

【0040】

本発明以前、すなわち中間層１０３／２０３がない場合、層１０１／２０１と層１０２／２０２の間の直接伝達のためのテーパ端幅についての要件は、問題があった。しかし、いくつかの実施形態では角度のある界面ではあるが、層１０１／２０１に突き合わせ結合される中間層１０３／２０３を使用することによって、テーパ端幅への厳しい要件が著しく低減され、非常に大きい屈折率材料（１０１／２０１中のたとえばＧａＡｓおよび／またはＩｎＰベースの層など）と小さい屈折率材料（層１０２／２０２中のたとえばＳｉＮ、ＬｉＮｂＯ３、または同様のものなど）との間の効率的な伝達が可能になる。層２０３は、誘電体、ポリマ、および／または任意の他の好適な材料を含むことができる。突き合わせ結合される界面では、要素１０１／２０１および１０３／２０３にサポートされる光モードの間に断熱変換は生じない。層１０３／２０３および／または層１０２／２０２は、導かれる光波の経路指定を制御するために曲げ（図示せず）を含むことができる。様々な処理ステップ期間中に形成される層間の正確な位置合わせを容易にするために、１つまたは複数のリソグラフィ用位置合わせマーク２４０が存在する。

【0041】

図３は、非線形相互作用が最適化される領域における、端面断面図３００、３３０、および３６０中に示される本発明の３つの実施形態を描く。

【0042】

前記非線形性は、層３０２が形成される材料の固有の特性であってよく、効率を最大化するため、層３０２の幾何学的寸法を設計することに最適化が関係する場合がある。非線形性は、やはりまたは代わりに、電場を印可してより強い非線形性を誘起させるため電極３０９ａおよび３０９ｂを設けることによって設計することができる。いくつかの実施形態（図示せず）では、電極３０９ａおよび３０９ｂが存在せず、層３０２の本質的な材料特性が効率的な非線形効果を実現する。

【0043】

図１を用いて記載されるように、そこに形成される受動導波路についてコア機能を実現する層３０２は、たとえば層１０４、１０７、および１０８といった複数のサブレイヤを備えることができるクラッド材料３０７によって囲まれる。いくつかの実施形態では、クラッドは基板３０５の上に存在する。図示しない他の実施形態では、基板３０５は、層３０２の中に形成される導波路についてのクラッドの少なくとも一部分として働くことができる。

【0044】

図３００に示される実施形態では、電圧が電極の両端間に印加されるときに電場を発生させるために、２つの電極が導波路の幅の両端間に横方向に配置される。図３３０に示される実施形態では、電圧が電極の両端間に印加されるときに電場を発生させるために、２つの電極が導波路の深さの両端間に縦方向に配置される。いくつかの実施形態では、基板３０５は、導電性であって、導波路３０２における電場の強度を向上させるように働く。図３６０に示される実施形態では、図３３０中の状況と同様に、電圧が電極の両端間に印加されるときに電場を発生させるために、２つの電極が縦方向に配置されるが、図３６０では、両方の電極はウェハの同じ側に（示されるように上部に）位置決めされる接点を有する。

【0045】

同様の機能性を実現する様々な他の実施形態は、層１０２中の導電率の利用を含む、層１０２中に規定される受動導波路のコアの両端間に最適化した電場を印可するという目的をもって想定することができる。

【0046】

図４は、非線形相互作用が最適化される領域における、上面図４００および４５０中に示される本発明の２つの実施形態を描く。これらの実施形態では、非線形性を向上させること、および、擬似位相整合を実現することの両方のために、周期的な電極が使用される。周期的な電極のピッチは、当業者には知られているように、基本周波数および変換後周波数において擬似位相整合および／または（共振器の場合に）共振条件にしたがい、周波数変換を最適化するべきである。

【0047】

図４００に示される実施形態では、２つの電極グループが利用される。白で示される電極４０９ａの１つのグループがアノードを実現し、黒で示される別のグループ、４０９ｂがカソードを実現する。グループは、一方のタイプの電極が導波路４０２の一方の側、たとえば示されるようにその上にあり、黒で示される他方のタイプが反対側に（示されるようにその下に）あるように位置決めされる。

【0048】

図４５０に示される実施形態では、やはり２つの電極グループが利用されるが、異なる配置である。電極のグループ４０９ａがアノードを実現し、他のグループ４０９ｂがカソードを実現するが、２つのグループは、相互嵌合する周期的な構成で位置決めされる。示される実施形態では、相互嵌合は、導波路４０２の両側（上部および底部）に存在するが、他の場合には、相互嵌合が片側だけにあってよい。各グループの電極間のピッチは、周波数変換が最適化されるようにまた選択される。

【0049】

図５は、非線形相互作用が最適化される領域における、上面図５００および５５０中に示される本発明の２つの実施形態を描く。これらの実施形態では、下で記載されるように、光ポンプ信号と周波数変換信号の間の相互作用長が増加し、より効率的な非線形周波数生成がもたらされる。

【0050】

図５００に示される実施形態では、典型的にはらせん形にレイアウトされる、より長い導波路構造物５０２を設計することによって、相互作用長が増加される。周波数変換用に最適化した領域中の導波路構造物は、図３および図４に示される電極構成のいずれかを使用して実装することができる。いくつかの実施形態では、導波路の交差を回避するべきであって、図５００に描かれるような２重らせんが利用される。光ポンプ信号（λ_ｐ）が導波路構造物５０２に入力ポート５０５で入り、光ポンプ信号（λ_ｐ）が導波路構造物５０２に沿って伝播すると、導波路材料の非線形性を利用して、周波数変換信号（λ_ＮＬ）が生成され、ポンプ信号と同じ方向に伝播する。ポンプ信号と周波数変換信号の両方が出力５０６に存在し、それらの正確なパワー比率は、非線形プロセスの効率によって規定される。他の実施形態（図示せず）では、構造物の密度（合計長対合計面積）を増加させるために、交差を使用する場合がある。さらに他の実施形態では、製造に最も好適な他の幾何形状が設計される。

【0051】

図５５０に示される実施形態では、たとえばリング共振器、レーストラック共振器、または同様のものなどといった共振構造物を使用して、共振器の実効キャビティ長および／または共振器の内側のパワーの蓄積を使用するポンプ信号と周波数変換信号の間の相互作用を増加させる。変換効率という観点での性能の最適化を目的として、たとえば、（図５５０に示されるような）アドドロップ共振器５７０、全通過共振器（図示せず）、単一リングを有する複数の（２つ以上の）結合領域、および／または、（１つまたは複数の結合点を有する）複数リング設計などといった、様々な共振器構造を利用することができる。周波数変換用に最適化した領域中の共振器５７０の導波路構造物は、図３および図４に示される電極構成のいずれかを使用して実装することができる。光ポンプ信号（λ_ｐ）が導波路構造物５５２に入力ポート５５５で入り、光ポンプ信号（λ_ｐ）が導波路構造物５５２に沿って伝播すると、共振器５７０に少なくとも部分的に結合される。正確な結合強度は、デバイス効率についての最適化パラメータであって、非結合部分が出力５５６で構造物を離れる。共振器の内側の非線形性およびパワーの蓄積を利用して、共振器５７０の内側に周波数変換信号（λ_ＮＬ）が生成され、結合した光ポンプと同じ方向に伝播する。周波数変換信号は、バス導波路５５３へと効率的に結合し、出力ポート５５７で構造物を離れる。ポンプ信号の一部がやはり出力ポート５５７に存在する場合があるが、出力ポート５５７は、主に、周波数変換信号のための出力として働き、その目的用に最適化される。同様に、出力ポート５５６が周波数変換信号の部分をやはり有する場合があるが、出力ポート５５６は、主に、任意の残りの非変換ポンプ信号のための出力として働き、その目的用に最適化される。最適化は、一般的に、共振器の波長感度結合比率を調整することによって行われる。

【0052】

図４に示される２つの周期的な電極パターンの場合のいずれかを利用して、図５の相互作用長を増やした設計の非線形効果を最適化することができるが、図５５０には、１つだけが明示的に示される。短い点線の矢印が（非線形素子と統合された直接放出レーザによって規定される）光ポンプ（λ_ｐ）の方向を示し、長い点線の矢印が周波数変換信号（λ_ＮＬ）の方向を示す。当業者には知られているように、共振器手法の場合には、結合構造の最適化によってより高い効率を容易にすることができる。

【0053】

図６は、非線形相互作用が最適化される領域における、上面図６００、６３０および６６０中に示される本発明の３つの実施形態を描く。これらの実施形態では、受動導波路中の非線形効果は、調整要素を使用して最適化され、位相整合条件が改善されると、より効率的な非線形周波数生成がもたらされる。

【0054】

図６００では、（たとえば図３および層３０２を用いて記載されるように）層６０２中で実現される最適化した導波路を有するデバイスおよび少なくとも１つの調整要素６１０が示され、調整要素６１０は、位相整合制御を可能にする。そのようなデバイスは、図３～図５を用いて記載されるように、追加の電極（図示せず）を含むことができる。

【0055】

図６３０では、（図５００に示されるものと同様に）層６３２中で実現される最適化した導波路を有するらせん状幾何形状を有するデバイスおよび少なくとも１つの調整要素６４０が示され、調整要素６４０は、位相整合制御を可能にする。そのようなデバイスは、図３～図５を用いて記載されるように、追加の電極（図示せず）を含むことができる。

【0056】

図６６０では、（図５５０に示されるものと同様に）層６６２中で実現される最適化した導波路を有する共振構造を有するデバイスおよび少なくとも１つの調整要素６７０が示され、調整要素６７０は、位相整合制御を可能にする。そのようなデバイスは、図３～図５を用いて記載されるように、追加の電極（図示せず）を含むことができる。

【0057】

フォトニックベースの調整器を設計する技術分野で知られているように、すべての場合で、調整器は、よりよい効率または他の所望の特性を実現するために、レイアウト、長さ、および／または配置の点で最適化することができる。いくつかの実施形態では、熱調整効果が利用される。

【0058】

図７中の図７００および図７５０は、本発明を利用するフォトニック集積回路（ＰＩＣ）ベースのレーザの２つの実施形態を描く。両方の実施形態で、独立型レーザが共振器ベースの非線形素子に結合される。独立型レーザの定義は、何ら追加の要素なしでレーザとして動作するレーザであって、レーザキャビティを形成する１つまたは複数の利得要素およびミラーを備えることを意味し、いくつかの実施形態では、前記ミラーは、単一周波数レーザを作るため単一縦モードを選択するように働くこともできる。他の実施形態では、単一周波数（ＤＦＢ）レーザを実現するために、利得要素中に格子が形成される。さらに別の実施形態では、前記ミラーは調整可能であって、広範囲に調整可能なレーザが作られる。

【0059】

図７００は、非線形周波数変換を実現にする非線形共振器構造に結合される独立型レーザを利用する実施形態を示す。完全に結合した場合には、図で示される方位で、共振器の右に出力されるパワーはないが、ほとんどの場合では、共振器に入射するパワーのうちのごく一部は、消光比が無限大ではないために、右に伝送される。共振器に結合された信号が周波数変換され、共振器の第２の結合ポートで外へと結合される（示されるように右下に出力される）。同様の機能性を、共振器へのただ１つの結合ポート（図示せず）で、または共振器への３つ以上の結合点（図示せず）で実現することができる。位相調整器は、ＰＩＣのより高い性能を容易にするために含む場合がある任意選択の要素である。

【0060】

図７５０では、全体の配置構成は図７００中のものと同様であるが、この場合には、意図的な欠陥または一般的な製造上の不完全性のいずれかに起因して、共振器からのポンプ波長の後方散乱が存在し、いずれの場合にも、共振器にレーザの注入ロックがもたらされる。そのような注入ロックは、共振器の品質因子が十分に高いと仮定して、レーザの線幅を改善することが示されている。現代の半導体処理によってサポートされる高Ｑ共振器を用いて、数桁またはさらに大きい線幅の改善が呈示されている。一般的な動作は、図７００で示されるデバイスと同様であって、デバイスは、一般的により狭い線幅を有して図７５０で示される。位相調整器は、ＰＩＣのより高い性能を容易にするために含む場合がある任意選択の要素である。

【0061】

図８中の図８００、図８３０、および図８６０は、本発明を利用するフォトニック集積回路（ＰＩＣ）ベースのレーザの３つの実施形態を描く。すべてのこれらの実施形態において、図７で示された実施形態とは対照的に、非線形素子はレーザキャビティの一部である。位相調整器は、すべての実施形態において、ＰＩＣのより高い性能を容易にすることができる任意選択の要素である。

【0062】

図８００では、共振器中の意図的な欠陥または一般的な製造上の不完全性に起因して、非線形共振器がミラーのうちの１つとして利用され、利得要素への背面反射がもたらされる。キャビティを完成させるために必要な第２のミラーは、格子、ループミラー、リング共振器、および／または、それらの様々な組合せを含む複数の方法で実現することができる。

【0063】

図８３０では、２つの別個のミラーが使用されて、利得と一緒にキャビティを形成する。両方のミラーは、たとえば、光ポンプ（λ_ｐ）用の高反射率および周波数変換信号（λ_ＮＬ）用の低反射率といった、光応答を実現するように設計することができる。この方法では、周波数変換信号の効率を引き出すのと同時に、レーザしきい値を最適化することができる。非線形素子が２つのミラーの間に挿入され、効率的な周波数変換を実現する。これらのミラーは、ＰＩＣベースのレーザの波長調整を実現するために、調整可能であってよい。

【0064】

図８６０では、図８３０に示されたデバイス中のものと同様の配置構成が利用されるが、広帯域調整および／またはより高い変換効率をサポートするために、複数の非線形共振器素子が利用される。

【0065】

これらの例示の実施形態は、本発明を利用するＰＩＣベースのレーザのほんのいくつかの例を教示しており、多くの他の同様の配置構成を想定することができることを理解されたい。さらに、そのようなＰＩＣベースのレーザを複数の他の構成要素と組み合わせて、様々なフィルタ処理要素、増幅器、モニタフォトダイオード、変調器、および／または、他のフォトニック構成要素などといったさらなる機能性またはより良好な性能を実現することができる。

【0066】

本発明の実施形態は、多くの利点を提供する。統合プラットフォームによって、周波数変換のために非線形性を使用することにより、自然の直接放出レーザにとって困難である波長で動作するための、より高い性能および／または能力を実現する複数の材料から作られるＰＩＣの拡張可能な製造が可能になる。さらに、プラットフォームは、典型的なＳｉ導波路ベースまたはＩｎＰ導波路ベースのＰＩＣと比較して大きい光パワーを取り扱うことが可能である。

【0067】

以前の手法は、ＩＩＩ／Ｖ半導体能動デバイス（１０１）から受動デバイス（１０２）に光モードを伝達するためにテーパ構造物が一般的に使用されてきた。ここでは、化合物半導体領域の幅は、サブミクロンサイズに断熱的に先細にされる。しかし、屈折率の差異が拡大すると、必要なテーパ端の幅は、急激に数十ナノメートルサイズに減少する。本発明は、突き合わせ結合方式を展開し、化合物半導体導波路（図１中の１０１）中の非常に小さいテーパサイズの必要性をなくす。このことによって、そのような構造物の製造が容易になる。

【0068】

他の手法は、予め製造した光能動デバイスの受動導波路へのダイ取付けに依拠している。これは、典型的なダイボンディング機が実現できるもの典型的には超えている、非常に厳しい位置合わせ精度を必要とする。この態様は、このプロセスのスループットならびに光結合の性能を制限する。

【0069】

本発明は、典型的には、（図１を用いて記載されるような）誘電体導波路を有するキャリアウェハ上の化合物半導体材料の全体的な部片のウェハ結合、およびその後の、当技術分野で知られているような半導体製造プロセスからなるプロセスフローを利用する。そのことによって、典型的なフォトリソグラフィステップを介した能動導波路と受動導波路の間の光学的位置合わせを正確に規定することが可能になり、正確な物理的位置合わせの必要がなくなる。前記フォトリソグラフィベースの位置合わせによって、ウェハ規模の技法を使用した拡張可能な製造が可能になる。

【0070】

異種の材料間の効率的な光伝達が、モード変換器（中間導波路）と組み合わせた突き合わせ結合手法を使用することによって容易になり、現行の従来技術の工具を用いて解決し製造するのが難しい狭いテーパ端の必要をなくす。

【0071】

能動層と受動層中のモード間の光結合が相互の関係であり、したがって、図１を例に取ると、構造物は、領域１０１から領域１０２への光の伝達を容易にするが、領域１０２から領域１０１に逆の方向への伝達も容易にするように構成できることを理解されたい。それらの数または向きに制限がない複数のそのような変化を、好適に構成したＰＩＣ上で実現できることを理解されたい。

【0072】

いくつかの実施形態では、能動デバイスは、その間に誘電体がない基板への直接接触に起因して、より効率的な熱シンクのために基板を利用することができる。

【0073】

いくつかの実施形態では、能動デバイスは、たとえば分布帰還型（ＤＦＢ）レーザまたは同様の構成要素のため、たとえば、レーザキャビティの内部に形成される波長選択可能な構成要素を作成するために使用することができる、誘電体層を有するハイブリッド導波路構造物を生み出す。

【0074】

本明細書に記載される光デバイスの実施形態は、限定しないが、様々な計算用および／または家庭用電子デバイス／機器、通信システム、センサ、および検知システムを含む、様々な他のデバイスおよびシステムの中に組み込むことができる。

【0075】

本開示は例示的な実施形態のほんの少しの例を教示しており、本開示を読めば当業者が本発明の多くの変形形態を容易に考案できること、本発明の範囲は、以下の請求項によって規定されるべきであることを理解されたい。

【符号の説明】

【0076】

１００ 統合フォトニックデバイス
１０１ 層、機能層、領域
１０２ 材料、層、機能層、領域、ＩＩＩ／Ｖ半導体能動デバイス
１０３ 層、中間層、機能層
１０４ 第２の材料の層、層、機能層
１０５ 基板、層、機能層
１０６ 層、機能層
１０７ 層、機能層
１０８ 層
１０９ 電極、層
１５０ 線、モード形状、モード
１５１ モード形状、モード
１５２ モード形状、モード
１５３ モード形状、モード
２０１ 構造物、機能層
２０２ 層、機能層
２０３ 層、機能層、導波路、中間層
２０４ 機能層
２０５ 機能層
２０６ 機能層、コーティング層
２０７ 機能層
２１１ 端部
２２０ 角度
２３０ 角度
２５０ 光学モード
２５２ 光モード
２５３ モード
３０２ 層、導波路
３０５ 基板
３０７ クラッド材料
３０９ａ 電極
３０９ｂ 電極
４０２ 導波路
４０９ａ 電極
４０９ｂ 電極
５０２ 導波路構造物
５０３ 層
５０５ 入力ポート
５０６ 出力
５５２ 導波路構造物
５５３ バス導波路
５５５ 入力ポート
５５６ 出力、出力ポート
５５７ 出力ポート
５７０ アドドロップ共振器
６０２ 層
６１０ 調整要素
６３２ 層
６４０ 調整要素
６６２ 層
６７０ 調整要素

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】