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特表2024-538977高性能導波路インカプラとして部分的にメタライズされた格子
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-28
(54)【発明の名称】高性能導波路インカプラとして部分的にメタライズされた格子
(51)【国際特許分類】
G02B 5/18 20060101AFI20241018BHJP
G02B 27/02 20060101ALI20241018BHJP
【ＦＩ】
G02B5/18
G02B27/02 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024521269
(86)(22)【出願日】2022-09-27
(85)【翻訳文提出日】2024-06-04
(86)【国際出願番号】 US2022044807
(87)【国際公開番号】W WO2023064095
(87)【国際公開日】2023-04-20
(31)【優先権主張番号】63/256,261
(32)【優先日】2021-10-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】ヤン， チエンチー
(72)【発明者】
【氏名】バルガヴァ， サマース
【テーマコード（参考）】
2H199
2H249
【Ｆターム（参考）】
2H199CA23
2H199CA29
2H199CA30
2H199CA53
2H199CA66
2H199CA67
2H199CA82
2H199CA86
2H249AA03
2H249AA13
2H249AA44
2H249AA46
2H249AA50
2H249AA62
(57)【要約】
本開示の、メタライズされた部分を備えたデバイス構造を有する導波路、及びメタライズされた部分を備えたデバイス構造を有する導波路を形成する方法の実施形態が、本明細書に記載される。複数のデバイス構造は、デバイス部分とメタライズされた部分を有して形成される。複数のデバイス構造間に複数の間隙が配置されるように、メタライズされた部分は、デバイス部分の少なくともデバイス部分表面上方に配置される。
【選択図】図２Ａ
【選択図】図２Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、前記基板上方に配置された少なくとも１つの格子であって、前記少なくとも１つの格子が複数のデバイス構造を有し、前記複数のデバイス構造の隣接するデバイス構造がその間に間隙を画定し、前記複数のデバイス構造が、
約１．３～約３．８の屈折率を有するデバイス材料を含むデバイス部分、及び
前記デバイス部分上にのみ配置されたメタライズされた部分であって、前記メタライズされた部分が金属材料を含み、前記メタライズされた部分が、前記デバイス部分の第１の側壁と同一平面上にある第１のエッジを有する、メタライズされた部分
を有する、少なくとも１つの格子と
を備える、導波路。
【請求項2】
前記メタライズされた部分が、前記デバイス部分の上面にのみ配置されている、請求項１に記載の導波路。
【請求項3】
前記メタライズされた部分が、前記デバイス部分の上面から前記複数のデバイス構造の第２の側壁上の第１の点まで延び、前記第１の点が前記基板の底面から第１の距離にある、請求項１に記載の導波路。
【請求項4】
前記メタライズされた部分が、前記デバイス部分の上面から前記基板上の第２の点まで延び、前記第２の点が、前記複数のデバイス構造のうちの隣接するデバイス構造の前記第１の側壁から第２の距離だけ間隔を空けて配置されている、請求項１に記載の導波路。
【請求項5】
前記複数のデバイス構造が、前記基板の平面に対して約１０度と約１７０度との間のデバイス角度で配置される、請求項１に記載の導波路。
【請求項6】
前記金属材料が金属である、請求項１記載の導波路。
【請求項7】
前記金属材料が金属酸化物である、請求項１に記載の導波路。
【請求項8】
基板と、前記基板上方に配置された少なくとも１つの格子であって、前記少なくとも１つの格子が複数のデバイス構造を有し、前記複数のデバイス構造の隣接するデバイス構造がその間に間隙を画定し、前記複数のデバイス構造が、
約１．３～約３．８の屈折率を有するデバイス材料を含むデバイス部分、及び
前記デバイス部分の上面から第１の点又は第２の点まで延びるメタライズされた部分であって、前記メタライズされた部分が、前記デバイス部分の第１の側壁と同一平面上にある第１のエッジを有し、前記メタライズされた部分が金属材料を含む、メタライズされた部分と
を有し、
前記第１の点が前記複数のデバイス構造の第２の側壁上にあり、前記第１の点が前記基板の底面から第１の距離であり、
前記第２の点が前記基板上にあり、前記第２の点が、前記複数のデバイス構造のうちの前記隣接するデバイス構造の前記第１の側壁から第２の距離だけ間隔をあけて配置されている、少なくとも１つの格子と
を備える、導波路。
【請求項9】
前記複数のデバイス構造が、前記基板の平面に対して約１０度と約１７０度との間のデバイス角度で配置される、請求項８に記載の導波路。
【請求項10】
前記金属材料が、アルミニウム、銀、金、又は白金のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載の導波路。
【請求項11】
導波路の第１の側面上方に配向された光源と、前記導波路と
を備え、前記導波路が、
前記第１の側面及び前記光源とは反対側にある前記導波路の第２の側面上方に配置された少なくとも１つの格子であって、前記少なくとも１つの格子が複数のデバイス構造を有し、前記複数のデバイス構造の隣接するデバイス構造がその間に間隙を画定する、少なくとも１つの格子
を備え、前記複数のデバイス構造が、
約１．３～約３．８の屈折率を有するデバイス材料を含むデバイス部分、及び
前記デバイス部分の上面上にのみ配置されたメタライズされた部分であって、前記メタライズされた部分が金属材料を含み、前記メタライズされた部分が、前記デバイス部分の第１の側壁と同一平面上にある第１のエッジを有する、メタライズされた部分
を有する、光学システム。
【請求項12】
前記複数のデバイス構造が、前記導波路の前記第２の側面の平面に対して約１０度と約１７０度との間のデバイス角度で配置される、請求項１１に記載の導波路。
【請求項13】
前記メタライズされた部分が、前記デバイス部分の上面から前記複数のデバイス構造の第２の側壁上の第１の点まで延び、前記第１の点が前記導波路の底面から第１の距離にある、請求項１１に記載の導波路。
【請求項14】
前記メタライズされた部分が、前記デバイス部分の上面から前記導波路上の第２の点まで延び、前記第２の点が、前記複数のデバイス構造のうちの隣接するデバイス構造の前記第１の側壁から第２の距離だけ間隔を空けて配置されている、請求項１１に記載の導波路。
【請求項15】
前記少なくとも１つの格子のデューティサイクルが約２０％と約８０％との間であり、前記デューティサイクルが、前記デバイス構造の空間幅と前記デバイス構造のピッチとの間の比率である、請求項１１に記載の導波路。
【請求項16】
前記金属材料が金属を含む、請求項１１に記載の導波路。
【請求項17】
前記金属が、アルミニウム、銀、金、又は白金のうちの少なくとも１つを含む、請求項１６に記載の導波路。
【請求項18】
前記金属材料が金属酸化物である、請求項１１に記載の導波路。
【請求項19】
前記金属酸化物が酸化インジウムスズである、請求項１８に記載の導波路。
【請求項20】
前記メタライズされた部分が、前記デバイス部分の上面にのみ配置されている、請求項１１に記載の導波路。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［０００１］本開示の実施形態は、概して、拡張現実、仮想現実、及び複合現実のための光学デバイスに関する。より具体的には、本明細書に記載の実施形態は、メタライズされた部分を備えたデバイス構造を有する導波路、及びメタライズされた部分を備えたデバイス構造を有する導波路を形成する方法を提供する。
【背景技術】
【0002】
［０００２］仮想現実は、概して、ユーザが見かけ上の物理的存在を有する、コンピュータが生成した模擬環境であると考えられている。仮想現実体験は、３Ｄで生成され、ヘッドマウントディスプレイ（ｈｅａｄ－ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）（例えば、実際の環境に取って代わる仮想現実環境を表示するためのレンズとしてのニアアイディスプレイパネルを有する眼鏡又は他のウェアラブルディスプレイデバイス）で見ることができる。
【0003】
［０００３］しかしながら、拡張現実によって、ユーザが眼鏡又は他のＨＭＤデバイスのディスプレイレンズを通して周囲環境を見ることができるが、環境の一部として現れるように生成される仮想物体の画像も見ることができる体験が可能になる。拡張現実には、任意の種類の入力（例えば、音声入力及び触覚入力）や、ユーザが体験する環境を強化又は拡張する仮想画像、グラフィックス、及びビデオが含まれる場合がある。新たな技術として、拡張現実には多くの課題と設計上の制約がある。
【0004】
［０００４］そのような課題の１つは、周囲環境に重ね合わされた仮想画像を表示することである。拡張現実導波路結合器などの導波路結合器を含む光学デバイスは、画像の重ね合わせを補助するために使用される。生成された光は、光が光学デバイスを出て周囲環境に重なるまで、光学デバイスを伝搬する。光学デバイスは、基板上に配置されたデバイス構造を含む。しかし、既存の導波路は、望ましいカップリング効率（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を欠いている。したがって、当技術分野で必要とされているのは、カップリング効率を改善した導波路である。
【発明の概要】
【0005】
［０００５］１つの実施形態では、導波路が提供される。導波路は、基板と、基板上方に配置された少なくとも１つの格子とを含む。少なくとも１つの格子は、複数のデバイス構造を含む。複数のデバイス構造の隣接するデバイス構造は、その間に間隙を画定する。複数のデバイス構造は、約１．３～約３．８の屈折率を有するデバイス材料を含むデバイス部分と、デバイス部分上にのみ配置されたメタライズされた部分とを含む。メタライズされた部分は、金属材料を含む。
【0006】
［０００６］別の実施形態では、導波路が提供される。導波路は、基板と、基板上方に配置された少なくとも１つの格子とを含む。少なくとも１つの格子は、複数のデバイス構造を含む。複数のデバイス構造の隣接するデバイス構造は、その間に間隙を画定する。複数のデバイス構造は、約１．３～約３．８の屈折率を有するデバイス材料を含むデバイス部分と、デバイス部分の上面から第１の点又は第２の点まで延びるメタライズされた部分とを含む。メタライズされた部分は、金属材料を含む。第１の点は、複数のデバイス構造の側壁にある。第１の点は、基板の底面から第１の距離であり、第２の点は、複数のデバイス構造のうちの隣接するデバイス構造の側壁から第２の距離だけ間隔を空けて配置されている。
【0007】
［０００７］更に別の実施形態では、光学システムが提供される。光学システムは、導波路の第１の側面上方に配向された光源を含む。導波路は、第１の側面と光源の反対側にある導波路の第２の側面上方に配置された少なくとも１つの格子を含む。少なくとも１つの格子は、複数のデバイス構造を含む。複数のデバイス構造の隣接するデバイス構造は、その間に間隙を画定する。複数のデバイス構造は、約１．３～約３．８の屈折率を有するデバイス材料を含むデバイス部分と、前記デバイス部分の上面にのみ配置されたメタライズされた部分とを含む。メタライズされた部分は、金属材料を含む。
【0008】
［０００８］先ほど記載した本開示の特徴を詳しく理解できるように、上記で簡単に要約した本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、いくつかの実施形態が添付図面に示されている。しかし、添付図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施形態も許容され得ることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】［０００９］本明細書に記載の実施形態による導波路の概略上面図である。
【図2A】［００１０］本明細書に記載の実施形態による導波路の一部の概略断面図である。
【図2B】本明細書に記載の実施形態による導波路の一部の概略断面図である。
【図2C】本明細書に記載の実施形態による導波路の一部の概略断面図である。
【図3A】［００１１］本明細書に記載の実施形態による導波路の一部の概略上面図である。
【図3B】本明細書に記載の実施形態による導波路の一部の概略上面図である。
【図3C】本明細書に記載の実施形態による導波路の一部の概略上面図である。
【図4】［００１２］本明細書に記載の実施形態による、メタライズされた部分を備えたデバイス構造を有する導波路を形成する方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
［００１３］理解を容易にするため、可能な場合、図に共通する同一の要素を指し示すために同一の参照番号が使用された。１つの実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込むことができると考えられる。
【0011】
［００１４］本開示の実施形態は、概して、拡張現実、仮想現実、及び複合現実のための光学デバイスに関する。より具体的には、本明細書に記載の実施形態は、メタライズされた部分を備えたデバイス構造を有する導波路、及びメタライズされた部分を備えたデバイス構造を有する導波路を形成する方法を提供する。
【0012】
［００１５］１つの実施形態では、導波路は、基板と、基板上方に配置された少なくとも１つの格子とを含む。少なくとも１つの格子は、複数のデバイス構造を含む。複数のデバイス構造の隣接するデバイス構造は、その間に間隙を画定する。複数のデバイス構造は、約１．３～約３．８の屈折率を有するデバイス材料を含むデバイス部分と、デバイス部分の上面から第１の点又は第２の点まで延びるメタライズされた部分とを含む。メタライズされた部分は、金属材料を含む。第１の点は、複数のデバイス構造の側壁にある。第１の点は、基板の底面から第１の距離であり、第２の点は、複数のデバイス構造のうちの隣接するデバイス構造の側壁から第２の距離だけ間隔を空けて配置されている。
【0013】
［００１６］別の実施形態では、光学システムが提供される。光学システムは、導波路の第１の側面上方に配向された光源を含む。導波路は、第１の側面と光源の反対側にある導波路の第２の側面上方に配置された少なくとも１つの格子を含む。少なくとも１つの格子は、複数のデバイス構造を含む。複数のデバイス構造の隣接するデバイス構造は、その間に間隙を画定する。複数のデバイス構造は、約１．３～約３．８の屈折率を有するデバイス材料を含むデバイス部分と、前記デバイス部分の上面にのみ配置されたメタライズされた部分とを含む。メタライズされた部分は、金属材料を含む。
【0014】
［００１７］図１は、導波路１００の概略上面図である。以下に説明する導波路１００は例示的な光学デバイスであることを理解されたい。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態では、導波路１００は、拡張現実導波路結合器などの導波路結合器である。導波路１００は更に、光学感知（例えば、視線追跡能力）に利用される導波路でありうる。
【0015】
［００１８］導波路１００は、基板１０１の底面１０３上に配置された複数のデバイス構造１０２を含む。複数のデバイス構造１０２の一部１０５を図１に示す。デバイス構造１０２は、サブミクロンの寸法（例えば、ナノサイズの寸法）を有するナノ構造でありうる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態では、デバイス構造１０２の領域は、第１の格子１０４Ａ、第２の格子１０４Ｂ、及び第３の格子１０４Ｃなどの１つ以上の格子１０４に対応する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態では、導波路１００は、少なくとも、入力結合格子に対応する第１の格子１０４Ａと、出力結合格子に対応する第３の格子１０４Ｃとを含む導波路結合器である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる実施形態による導波路結合器は、中間格子に対応する第２の格子１０４Ｂを含む。基板１０１は、所望の波長又は波長範囲の光を適切に透過し、本明細書に記載の導波路１００の適切な支持体として機能することができれば、任意の適切な材料から形成されうる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態では、波長範囲は、約４００ｎｍと約２０００ｎｍとの間である。例えば、約４００ｎｍと約６５０ｎｍとの間である。基板の選択は、ケイ素（Ｓｉ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、溶融シリカ、石英、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、ダイヤモンド、窒化ガリウム（ＧａＮ）、又はサファイアを含む材料を含むがこれらに限定されない、任意の適切な材料の基板を含みうる。
【0016】
［００１９］図２Ａ～２Ｃは、導波路１００の格子１０４の一部１０５の概略断面図である。格子１０４は、複数のデバイス構造１０２を含む。図２Ａ～２Ｃは、格子１０４の部分１０５が導波路１００の第１の格子１０４ａ（例えば入力結合格子）に対応するように、図１の断面線１－１に沿って切り取られている。図２Ａ～２Ｃは、格子１０４ａの複数のデバイス構造１０２を示す。なお、図２Ａ～図２Ｃは第１の格子１０４ａに対応する部分１０５を示しているが、部分１０５は、第１の格子１０４ａに限定されず、第１の格子１０４ａ、第２の格子１０４ｂ、又は第３の格子１０４ｃのいずれかに対応しうる。複数のデバイス構造１０２は、基板１０１の底面１０３に配置されている。複数のデバイス構造１０２の各々は、デバイス部分２１６とメタライズされた部分２１７とを含む。メタライズされた部分は、金属上面２１０を含む。デバイス部２１６は、デバイス部分上面２２２を含む。複数のデバイス構造１０２は、複数の間隙２２０を画定する。複数の間隙２２０の各間隙は、基板１０１及び隣接するデバイス構造１０２によって画定される。複数の間隙２２０は、デバイス構造１０２の金属上面２１０から基板１０１の底面１０３まで延びている。複数のデバイス構造１０２の高さ２０８は、各デバイス構造１０２の金属上面２１０から基板１０１の底面１０３までの距離として定義される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態では、高さ２０８は、基板１０１全体で一定である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、高さ２０８は、基板１０１全体にわたって変化する。各デバイス構造１０２の高さ２０８は、約１０ｎｍと約２０００ｎｍとの間である。例えば、約１０ｎｍと約１ミクロンとの間である。
【0017】
［００２０］複数のデバイス構造１０２の各デバイス構造１０２は、構造幅２０２を有する。構造幅２０２は、高さ２０８に沿ったデバイス構造１０２の最大幅として定義される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態では、少なくとも１つの構造幅２０２は、別の構造幅２０２と異なっていてもよい。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、複数のデバイス構造１０２の各構造幅２０２は、他の各構造幅２０２と実質的に等しい。複数のデバイス構造１０２の各デバイス構造１０２は、空間幅２０４を有する。空間幅２０４は、隣接するデバイス構造１０２の各構造幅２０２間の距離として定義される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態では、少なくとも１つの空間幅２０４は、別の空間幅２０４と異なっていてもよい。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、複数のデバイス構造１０２の各空間幅２０４は、他の各空間幅２０４と実質的に等しい。
【0018】
［００２１］ピッチ２０６は、各デバイス構造１０２の空間幅２０４と構造幅２０２の和として定義される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態では、ピッチ２０６は、基板１０１全体で一定である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、ピッチ２０６は、基板１０１全体にわたって変化する。ピッチ２０６は、約１５０ｎｍと約１５００ｎｍとの間である。
【0019】
［００２２］導波路１００の１つ以上の格子１０４のデューティサイクルは、空間幅２０４対ピッチ２０６の比として定義される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態では、デューティサイクルは、基板１０１全体で一定である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、デューティサイクルは、基板１０１全体で変化する。デューティサイクルは、約５％と約９５％との間である。例えば、デューティサイクルは、約２０％と約８０％との間である。
【0020】
［００２３］複数のデバイス構造１０２は、デバイス角度θで形成される。デバイス角度θは、基板１０１の表面１０３とデバイス構造１０２の側壁２１２との間の角度である。図２Ａ及び図２Ｃに示すように、複数のデバイス構造１０２は、基板１０１の底面１０３に対して角度が付けられている。デバイス角度θは、約１０度と約１７０度との間（例えば約４０度から約１４０度）である。例えば、デバイス角度θは、約７０度から約１１０度である。図２Ｂに示すように、複数のデバイス構造１０２は、垂直である（すなわち、デバイス角度θは９０度である）。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態では、それぞれのデバイス角度θは、実質的に等しい。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、複数のデバイス構造１０２の少なくとも１つのそれぞれのデバイス角度θは、複数のデバイス構造１０２の別のデバイス角度θとは異なる。
【0021】
［００２４］ディスプレイなどの１つ以上の光源２２８のうちの１つは、導波路１００の伝搬方向に位置決めされうる。１つ以上の光源２２８は、ディスプレイ（例えば、マイクロディスプレイ）及び／又は発光デバイスを含むが、これらに限定されない。ディスプレイは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、又は導波路１００と動作可能なその他の任意のディスプレイを含むが、これらに限定されるものではない。発光デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、非ＶＣＳＥＬレーザ、又は任意の発光体を含むが、これらに限定されない。１つ以上の光源２２８は、導波路１００に光（例えば画像）を投射するように動作可能である。光源２２８は、波長又は波長範囲の光を透過する。波長範囲は、約４００ｎｍと約２０００ｎｍとの間である。例えば、約４００ｎｍと約６５０ｎｍとの間である。光源２２８は、図２Ａ～２Ｃに示されるように、複数のデバイス構造１０２が上部又は上方に配置される側とは反対側の基板１０１に光を方向付けるように、基板１０１の上面２１４の上に位置決めされる。したがって、光は複数のデバイス構造１０２の前に、基板１０１上に入射する。
【0022】
［００２５］図２Ａ～２Ｃに示す複数のデバイス構造１０２は、図１に示す導波路１００の第１の格子１０４Ａ、第２の格子１０４Ｂ、又は第３の格子１０４Ｃのいずれか１つに対応しうる。複数のデバイス構造１０２は、基板１０１の底面１０３及び基板１０１の上面２１４の一方又は両方に配置されうる。導波路１００の第３の格子１０４Ｃの実施形態では、複数のデバイス構造１０２は、導波路１００の光源２２８と同じ側に配置されうる。
【0023】
［００２６］各デバイス部分２１６は、デバイス厚さ２１８を含む。各デバイス部分２１６は、隣接するデバイス部分２１６と異なるデバイス厚さ２１８を有していても、同じデバイス厚さ２１８を有していてもよい。デバイス厚さ２１８は、約５ｎｍと約１９００ｎｍとの間である。例えば、デバイス厚さは約１７５ｎｍである。各メタライズされた部分２１７は、金属の厚さ２１９を含む。各メタライズされた部分２１７は、隣接するメタライズされた部分２１７と異なる金属の厚さ２１９又は同じ金属の厚さ２１９を有しうる。金属の厚さ２１９は、約１ｎｍよりも大きい。例えば、金属の厚さ２１９は、約２０ｎｍより大きい。
【0024】
［００２７］メタライズされた部分２１７は、反射性金属材料を含む。金属材料は、アルミニウム、銀、金、白金などの金属や、金属酸化物など、動作波長で高い反射率を提供できる他の金属材料が含まれるが、これらに限定されない。例えば、金属酸化物は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態では、デバイス部分２１６は酸化チタンであり、メタライズされた部分２１７はアルミニウムである。メタライズされた部分２１７は、光を反射し、導波路１００内に結合される光の基板１０１側へのインカップリング効率（ｉｎ－ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を高める。そのため、光源２２８に向かう逆方向の光の回折及び反射の発生を効果的に抑えることができ、よって、迷光やゴーストイメージングが低減される。例えば、メタライズされた部分２１７が導波路１００を通して回折光を導くように、１つ以上の光源２２８は、基板１０１の上面２１４にある像をデバイス構造１０２に導く。金属の厚さ２１９を厚くすると、メタライズされた部分の反射率が高くなり、光源に向かって逆回折される光をより多く遮断することになる。メタライズされた部分２１７は、少なくともデバイス部２１６のデバイス部分上面２２２上方に配置されている。いくつかの実施形態では、メタライズされた部分２１７は、図２Ａ及び図２Ｃに示すように、デバイス部分上面２２２にのみ接触している。
【0025】
［００２８］図２Ｂは、複数のデバイス構造１０２の第１の構成２０１Ａ及び第２の構成２０１Ｂを示す。第１の構成は破線２０３の右側にあり、複数のデバイス構造１０２の第２の構成２０１Ｂは破線２０３の左側にある。いくつかの実施形態では、メタライズされた部分２１７は、図２Ｂの第１の構成２０１Ａ及び第２の構成２０１Ｂに示されるように、デバイス部分上面２２２及び側壁２１２と接触している。第１の構成２０１Ａに示すように、メタライズされた部分２１７は、デバイス部分上面２２２から側壁２１２上の第１の点２２４まで延びている。第１の点２２４は、基板１０１の底面１０３から第１の距離２２６である。メタライズされた部分２１７は、基板１０１の底面１０３には接触しない。第２の構成２０１Ｂに示すように、メタライズされた部分２１７は、デバイス部分上面２２２から基板１０１の底面１０３上の第２の点２２５まで延びている。第２の点２２５は、隣接するデバイス構造１０２の側壁２１２から第２の距離２２７だけ間隔を空けて配置されている。第２の距離２２７は、基板の少なくとも一部にメタライズされた部分２１７がないような距離である。
【0026】
［００２９］メタライズされた部分２１７及びデバイス部分２１６は、導波路１００を通して複数の波長の光及び／又は複数の偏光方向の伝送を許容する一方で、動作波長及び動作偏光の効率的な結合を許容する（すなわち、動作波長及び動作偏光は伝送されない）。更に、メタライズされた部分２１７及びデバイス部分２１６は、導波路１００の視野を拡大できるように、広範囲の入射角の光を高効率でインカップリング（ｉｎｃｏｕｐｌｉｎｇ）できるようにする。例えば、視野は、約－２５度から約２５度である。
【0027】
［００３０］デバイス部分２１６は、デバイス材料を含む。デバイス部分２１６のデバイス材料の屈折率は、約１．３と約３．８との間である。デバイス部分２１６は、ケイ素、酸化チタン、酸化ニオブ、窒化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化スカンジウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、炭化ケイ素、又はこれらの組み合わせを含むデバイス材料を含むが、これらに限定されない。デバイス部分２１６の材料の屈折率を高めることにより、複数の間隙２２０内の空気とデバイス部分２１６との間のコントラストが許容される。コントラストは、導波路１００の効率を向上させうる。
【0028】
［００３１］図３Ａ～３Ｃは、導波路１００の格子１０４の一部１０５の概略上面図である。格子１０４は、複数のデバイス構造１０２を含む。複数のデバイス構造１０２は、基板１０１の底面１０３に配置されている。複数のデバイス構造１０２の各々は、デバイス部分２１６及びメタライズされた部分２１７（図２Ａ～２Ｃに示す）を有している。
【0029】
［００３２］図３Ａに示すように、複数のデバイス構造１０２は、フィン構造である。フィン構造は、平行な列３０２に配置されている。図３Ａの複数のデバイス構造１０２は矩形の断面を描いているが、デバイス構造１０２の断面形状は限定されない。図３Ｂに示すように、複数のデバイス構造１０２は、個別のデバイス構造１０２であってもよい。各デバイス構造１０２は、第１の方向及び第２の方向の両方において他のデバイス構造１０２に隣接しており、第１の方向は第２の方向に対して直角である。例えば、複数のデバイス構造１０２がそれぞれ第１の方向及び第２の方向に沿ってのみ配置されるように、複数のデバイス構造１０２は、図３Ｂに示されるように、ｘ方向及びｙ方向に沿って配置される。図３Ｂの複数のデバイス構造１０２は楕円形の断面を描いているが、デバイス構造１０２の断面形状は限定されない。図３Ｃに示すように、複数のデバイス構造１０２は、個別のデバイス構造１０２であってもよい。各デバイス構造１０２は、第１の方向及び第２の方向の両方において他のデバイス構造１０２に隣接しており、第１の方向は第２の方向に対して直角である。図３Ｃの複数のデバイス構造１０２は、図３Ｃに示す断面に限定されない。例えば、複数のデバイス構造１０２の断面は、その上に形成された導波路１００の複数の層を支持体するように動作可能な任意の形状でありうる。
【0030】
［００３３］図４は、本明細書に記載の実施形態による、メタライズされた部分２１７を備えたデバイス構造１０２を有する導波路１００を形成する方法のフロー図である。説明を容易にするために、方法４００は、図２Ａ～２Ｃに示される複数のデバイス構造１０２を参照して説明されるが、方法４００は、任意の形状のデバイス構造１０２を形成するために実行されうることが企図される。
【0031】
［００３４］工程４０１において、デバイス層が基板１０１上方に配置される。デバイス層は、デバイス材料を含む。デバイス材料は、液体材料注入キャスティングプロセス、スピンオンコーティングプロセス、液体スプレーコーティングプロセス、ドライパウダーコーティングプロセス、スクリーン印刷プロセス、ドクターブレーディンプロセス、ＰＶＤプロセス、ＣＶＤプロセス、ＦＣＶＤプロセス、ＰＥＣＶＤプロセス、又はＡＬＤプロセスを使用して配置される。デバイス材料は、ケイ素、酸化チタン、酸化ニオブ、窒化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化スカンジウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、炭化ケイ素、又はこれらの組み合わせを含むデバイス材料を含むが、これらに限定されない。デバイス層は、基板１０１の底面１０３上方に配置されている。
【0032】
［００３５］工程４０２において、複数のデバイス構造１０２が、メタライズされた部分２１７で形成される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態では、金属層がデバイス層上方に配置される。金属層は、金属材料を含む。金属材料は、アルミニウム、銀、金、白金などの金属や、金属酸化物など、動作波長で高い反射率を提供できる他の金属材料が含まれるが、これらに限定されない。例えば、金属酸化物は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）である。金属層は、液体材料注入キャスティングプロセス、スピンオンコーティングプロセス、液体スプレーコーティングプロセス、イオンビームスパッタリングプロセス、ドライパウダーコーティングプロセス、スクリーン印刷プロセス、ドクターブレーディンプロセス、ＰＶＤプロセス、イオンビームスパッタリング（ＩＢＳ）プロセス、ＣＶＤプロセス、ＦＣＶＤプロセス、ＰＥＣＶＤプロセス、又はＡＬＤプロセスを使用して配置される。複数のデバイス構造１０２は、ナノインプリントリソグラフィ、光リソグラフィ、イオンビームエッチング、反応性イオンエッチング、電子ビームエッチング、若しくは湿式エッチングプロセスのうちの１つ以上、又はこれらの組み合わせで形成される。
【0033】
［００３６］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態では、各デバイス構造１０２が、デバイス層に対応するデバイス部分２１６と、金属層に対応するメタライズされた部分２１７とを含むように、複数のデバイス構造１０２が形成される。別の実施形態では、デバイス部分２１６は、基板１０１からパターニングされる。例えば、基板１０１は、デバイス材料を含みうる。基板１０１は、図２Ｂの破線２０３の左側の第２の構成２０１Ｂに示されるように、デバイス部分２１６を備えた複数のデバイス構造１０２を形成するようにパターニングされうる。メタライズされた部分２１７は、複数のデバイス構造１０２を形成するために、基板１０１上に金属層を配置し、金属層及び基板１０１をパターニングすることによって、形成されうる。代替的には、基板１０１がパターニングされ、デバイス部分２１６のパターニング後にメタライズされた部分２１７が形成されうる。
【0034】
［００３７］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、複数のデバイス構造１０２は、ナノインプリントリソグラフィ、光リソグラフィ、イオンビームエッチング、反応性イオンエッチング、電子ビームエッチング、若しくはウェットエッチングプロセスのうちの１つ以上、又はこれらの組み合わせで形成される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態では、複数のデバイス構造１０２は、デバイス層に対応するデバイス部分２１６を含む。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、複数のデバイス構造１０２は、基板１０１のデバイス材料を含むデバイス部分２１６を含むように基板１０１からパターニングされる。複数の間隙２２０は、複数のデバイス構造１０２間に画定される。デバイス部分２１６が形成された後、金属材料がデバイス部分２１６の上方に角度付き堆積プロセスで配置され、メタライズされた部分２１７が形成される。角度付き堆積プロセスには、ＰＶＤ、ＩＢＳ、又はこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、角度付き堆積プロセスにより、デバイス部分２１６の少なくともデバイス部分上面２２２に金属材料が配置される。
【0035】
［００３８］メタライズされた部分２１７が少なくともデバイス部分２１６のデバイス部分上面２２２上方に配置され、図２Ａ及び図２Ｃに示すように、複数のデバイス構造１０２間に複数の間隙２２０が画定されるように、複数のデバイス構造１０２が形成される。第１の構成２０１Ａに示すように、メタライズされた部分２１７は、デバイス部分上面２２２から側壁２１２上の第１の点２２４まで延びている。第１の点２２４は、基板１０１の底面１０３から第１の距離２２６である。メタライズされた部分２１７は、基板１０１の底面１０３には接触しない。第２の構成２０１Ｂに示すように、メタライズされた部分２１７は、デバイス部分上面２２２から基板１０１の底面１０３上の第２の点２２５まで延びている。第２の点２２５は、隣接するデバイス構造１０２の側壁２１２から第２の距離２２７だけ間隔を空けて配置されている。第２の距離２２７は、基板の少なくとも一部にメタライズされた部分２１７がないような距離である。
【0036】
［００３９］要するに、本明細書では、メタライズされた部分を備えたデバイス構造を有する導波路、及びメタライズされた部分を備えたデバイス構造を有する導波路を形成する方法について記載されている。複数のデバイス構造は、デバイス部分とメタライズされた部分を有して形成される。複数のデバイス構造間に複数の間隙が配置されるように、メタライズされた部分は、デバイス部分の少なくともデバイス部分表面上方に配置される。デバイス部分上面に配置されるメタライズされた部分により、導波路を通した複数の波長光及び／又は複数の偏光方向の伝送が可能となる一方で、動作波長及び動作偏光の効率的な結合が可能となる。メタライズされた部分は、光を反射し、光が基板に向かって導波路内に結合するのを促進する反射性金属材料である。そのため、光源に向かう光の逆回折の発生を効果的に低減することができ、よって、迷光やゴーストイメージングが低減される。
【0037】
［００４０］以上の記述は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてもよく、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【国際調査報告】