JP6072226B2 - 導波管およびエバネッセント場結合フォトニック検出器を提供する方法および装置 - Google Patents

導波管およびエバネッセント場結合フォトニック検出器を提供する方法および装置 Download PDF

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Description

本明細書で開示された実施形態は、概して、電子デバイス(例えば、半導体デバイス)の分野に関し、より詳細には、電子フォトニックデバイスに関する。
光伝送は、個別の集積回路チップ間での通信(チップ間接続)および同一チップ上のコンポーネント内の通信(チップ内接続)用の手段として使用されることがある。光電子デバイスとしても知られている電子フォトニックデバイスは、光を生成し、制御しおよび/もしくは検出することが可能な電子デバイスの一種である。電子フォトニックデバイスは、電子的機能およびフォトニック機能の双方を含む。より多く要求される通信帯域幅、エネルギー消費、半導体デバイスなどの電子デバイス用の性能規準に対して、電子フォトニック集積回路とよばれる電子フォトニックデバイスの一種を形成するために、フォトニックデバイスは、ますます光/電気回路と一体化される。
例えば、半導体産業においては、フォトニックデバイスは、チップ内の通信、コンピュータボードのチップ間の通信およびコンピュータボード間の通信を含む種々の用途を有する。光相互接続を介するチップトゥチップ(chip−to−chip)通信においては、回路ボード上の各チップは、フォトニック−電子的送受信器回路でインターフェイス接続することができ、二つのチップは、光導波管を介して動作可能に接続される。同様に、光導波管は、一体化された光源およびフォトニック検出器の間など、チップ内のコンポーネントを接続するために使用されてもよい。電子フォトニックデバイスの別の利点は、純粋な光機能、純粋な電気機能および光電子機能を実施する素子が、相補的金属酸化物半導体(CMOS)半導体製造プロセスなどの既存の製造プロセスを利用して、同一もしくは異なる基板上に、同時に形成できることである。
図1は、従来の電子フォトニックデバイス100の一例のブロック図を示す。電子フォトニックデバイス100は、シングルチップもしくは基板上の集積回路又は個別の基板上のデバイスなどの素子を動作可能なように接続するために使用されてもよい。
電子フォトニックデバイス100は、光ビームを生成するように構成された光源120を含む。光源120は、例えば、レーザ(ハイブリッドシリコンレーザもしくはガリウム砒素レーザなど)、コヒーレント発光ダイオード(LED)、スーパールミネッセントダイオードもしくは本技術分野で既知の他の適切な光源などのコヒーレント光源であってもよい。コヒーレント光源は、典型的には、均質かつ同位相である狭い波長帯域を有する光源である。光源120は、約1200nmから1550nmの範囲内の波長を有する光ビームを出力するように構成されてもよい。
光導波管(光導波路)130は、光源120の光ビームを、PIN接合を有する光リング共振器などの変調器140へと接続する。変調器140は、受信された電子データ145で受信された光ビームを変調し、別の導波管150に沿って変調された光データを出力する。変調器140は、光ビームが同一の電子フォトニックシステム内の別の変調器140によって既に変調されたときなどは、変調なしで光ビームを通過させることもできる。
フォトニック検出器160は、変調された光ビームを受信して集光するように構成された半導体材料162(ゲルマニウム(Ge)、シリコンゲルマニウム(SiGe)、インジウムガリウム砒素(InGaAs)、インジウムホスフェイト(InP)もしくは他の適切な材料)を含む。電気的応答は、変調された光データの波長のエネルギーの受信に応じて電気応答を生成して、受信された光データ用の外部電気接続を提供する一つ以上の電極164に伝送される。
図2Aおよび図2Bは、其々、光導波管150a、150bの二つの実施例の断面図を示す。光導波管150a、150bの双方は、其々、内部コア152a、152bおよび外部クラッド154a、154bを含む。
光導波管150a(図2A)は、楕円形状の光導波管である。光導波管150aは、単一モードもしくは複数モード光ファイバもしくは他のフォトニックデバイス(例えば、光源120、フォトニック検出器160など)が形成される基板もしくはチップから分離された他の素子などの光ファイバとして形成されうる典型的導波管である。外部コア154aは、例えば、二酸化シリコン(SiO)材料であってもよい。内部コア152aは、例えば、GeOなどの不純物がドープされたSiOなどのシリコン(Si)材料であって、外部クラッド154aと比較すると、典型的には非常に小さい寸法を有する。例えば、内部コア152aは、約9μmの半径を有するが、外部クラッド154aは、約125μmの半径を有することがある。
光導波管150b(図2B)は、長方形の導波管である。光導波管150bは、シリコン基板、シリコンオンインシュレータ(SOI)基板もしくはリソグラフィー処理を利用するプリント回路基板(PCB)などの半導体上に形成されうる典型的集積光導波管である。例えば、外部クラッド154bとして機能するSiO基板上に形成された集積光導波管150bは、例えば、シリコン(Si)材料で形成された長方形の内部コア152bを有してもよい。内部コア152bは、約300nmの直径を有するが、外部クラッド154bは、光導波管150bが形成され、約1μmもしくはことによると更に大きい直径を有しうるより大きい基板のうちの一部である。
導波管150a、150bを通る光ビームの導波性は、より高い屈折率の内部コア152a、152bとより低い屈折率の外部クラッド154a、154bとの間の界面における光ビームの電磁波の内部反射を通して生じる。内部コア152a、152bは、外部クラッド154a、154bを形成する材料の屈折率よりも大きい屈折率を有する材料で形成される。内部コア152a、152bの屈折率は、外部クラッド154a、154bの屈折率よりもわずかに(例えば、1%)高いか、または、より大きい内部全反射(TIR)を提供するために、顕著に高い(“高コントラスト導波管”と称される)ことがある。例えば、内部コア152a、152bは、約3.5の屈折率を有するシリコン(Si)材料で形成されるが、外部クラッド154a、154bは、約1.5の屈折率を有する二酸化シリコン(SiO)材料で形成されてもよい。
外部クラッド154a、154bは、内部コア152a、152bの屈折率よりも低い屈折率を有する任意の材料で形成することができることを理解されたい。例えば、約1.0の屈折率を有する大気は、Si内部コアを有する光導波管150用の外部クラッドとして利用することができ、それによってクラッドは、個別の材料を使用する必要がない。光導波管130、150(図1)の双方は、図2Aおよび図2Bに関連して上述されたものと類似もしくは異なる特性を有してもよいことを理解されたい。
図3Aおよび図3Bは、光導波管150とフォトニック検出器160a、160bの間の光接続の二つの全体図を示す。図3Aは、フォトニック検出器160aを、このフォトニック検出器160aへと突合せ結合された光導波管150と共に示す。フォトニック検出器用の突合せ(butt−coupled)接続は、最小の相互接続長を必要とする。しかしながら、光導波管150とフォトニック検出器160aの半導体材料の間の異なる屈折率は、光ビーム由来のエネルギーが光導波管150へと反射することを引き起こす可能性がある。例えば、光導波管150は、約1.5の屈折率を有するSiで構成され、フォトニック検出器160aは、約4.34の屈折率を有する例えばGeで構成されてもよい。この反射は、“リターンロス(反射損失)”として知られ、フォトニック検出器160aによって受信される光信号の強度を減少するのに加えて、光源120(図1)の動作と干渉する可能性がある。
図3Bは、フォトニック検出器部分160bおよび160bで構成されるフォトニック検出器160bにエバネッセント結合された光導波管150を有するフォトニック検出器160bを示す。フォトニック検出器部分160b、160bは、光導波管150を包囲するが、其々距離d、dによって光導波管150から分離される。エバネッセント結合においては、光導波管150内の光ビームの伝達によって生成されるエバネッセント場(即ち、図5Bの内部コア152bと外部クラッド154bの間の境界において形成される近接場定常波(near−field standing wave)が完全に減衰する前にフォトニック検出器部分160b、160bに到達するように、光導波管150は、フォトニック検出器部分160b、160bに近接して配置される。光導波管150からのエバネッセント場の強度がフォトニック検出器部分160b、160bによって検出される前に、完全に減少しないように、距離d、dは、十分に小さくなければならない。例えば、距離d、dは、約10μm以下であってもよい。光導波管150由来のエバネッセント(evanescent)場は、フォトニック検出器部分160b、160b上で伝搬波モードを生じさせ、それによって、光導波管150からの波をフォトニック検出器部分160b、160bへと接続(もしくは結合)する。
エバネッセント結合されたフォトニック検出器160bは、突合せ結合されたフォトニック検出器160a(図3A)よりも低いリターンロスを有するが、典型的には、突合せ結合されたフォトニック検出器160aよりも長い経路長(例えば、約50μm以上)を必要とする。これは、フォトニック検出器160b用に必要とされるフットプリントを増加させ、それによって、電子フォトニックデバイス100(図1)の全体寸法も増加させる。
したがって、低いリターンロスを有し、しかも短い経路長を有する、光導波管とフォトニック検出器の間の光接続を提供することが望ましい。
従来の電子フォトニックデバイスのブロック図である。 従来の光導波管の断面図を示す。 従来の光導波管の断面図を示す。 光導波管およびフォトニック検出器用の従来の光接続の全体図を示す。 光導波管およびフォトニック検出器用の従来の光接続の全体図を示す。 本明細書で記述された実施形態に従う、光接続の全体図を示す。 本明細書で記述された実施形態に従う、光接続における光路の全体図を示す。 本明細書で記述された実施形態に従う、別の光接続における光路の全体図を示す。
以下の詳細な説明においては、本発明の種々の実施形態に対して参照がなされる。これらの実施形態は、当業者がそれらを実践することが可能なほど十分詳細に記述される。他の実施形態が使用されてもよく、種々の構造的、論理的および電気的変更がなされてもよいことを理解されたい。さらには、種々のプロセスが記述される場合には、プロセスのステップは、特に記述されない限り、具体的に記述される以外の順序で生じてもよいことを理解されたい。
本明細書で記述された実施形態は、光導波管で生じる曲げ損失として知られる現象を利用する。光ビームが光導波管内を伝送するとき、エバネッセント波と称される近接場定常波が、光導波管の内部コアと外部クラッドの間の境界に形成される。光導波管内に曲げが生じるとき、内部コアと外部クラッドとの間の境界の外に位置するエバネッセント波の一部は、同一の角速度を維持するために、内部コアの内部に位置する波の一部よりも速く伝送しなければならない。“臨界半径”として称される点において、エバネッセント波は、導波管内部の波の一部と同一の角速度を維持するために其々の媒体において十分速く伝送できず、この部分のエネルギーは、曲がった導波管から離れて放射状方向に導波管から外側へと伝搬する。
曲げ損失は、典型的には、光導波管設計における障害と考えられる。しかしながら、以下に記述される実施形態は、光導波管とフォトニック検出器の間の接続を提供するために、この現象をさらに激化させて、利用する。
図4は、光導波管(光導波路)410とフォトニック検出器420の間の光接続400の全体図を示す。光接続400は、例えば、シリコン基板、シリコンオンインシュレータ(SOI)基板、二酸化シリコン(SiO)基板、もしくはプリント回路基板(PCB)などの基板上に形成されてもよい。あるいは、光接続400の素子は、複数の個別の基板(例えば、Si、Si、SOIもしくは他の適切な基板)上に形成されてもよい。
光導波管410は、内部コア412および外部クラッド414を含み、基板(例えば、フォトニック検出器420と共通の基板)へと一体化されてもよいし、または、例えば、単一モードもしくはデュアルモード光ファイバであってもよい。内部コア412は、例えば、Si材料で形成されてもよいし、約300nmの幅を有してもよい。外部クラッド414は、例えば、SiOで形成されてもよい。内部コア412は、既知のプロセスを利用して外部クラッド414内にパターン化されてもよい。
フォトニック検出器420は、以下に記述されるように、光導波管410からの光波の受信によって電気的応答を生成する、ゲルマニウム(Ge)、シリコンゲルマニウム(SiGe)、インジウムガリウム砒素(InGaAs)、インジウムホスフェイト(InP)もしくは他の適切な材料などの半導体材料で構成される。フォトニック検出器420は、少なくとも一つの電極430を含み、電極430は、例えば、アルミニウム、銅、チタンなどの金属で構成されてもよい。フォトニック検出器420は、ウェーハ接着および、相補的金属酸化物半導体(CMOS)半導体製造プロセスなどの他の既存の製造プロセスを利用して作製されてもよい。
光導波管410の動作可能なように接続された端は、θの角度で曲げられ、対応する曲率半径はrである。光導波管410の曲げ部分は、リソグラフィープロセスを利用して形成されてもよい。曲率半径rは、光導波管410の曲げにそって一定であってもよいし、または、角度θの関数として変化してもよい。曲率半径rが十分に小さく(即ち、“臨界半径”以下であり)、それによって、光導波管410内の十分に急峻な曲げを生成する場合には、光導波管410からのエバネッセント波が光導波管410を離れて、フォトニック検出器420に向かって放射状に伝搬する。導波管410の臨界半径は、内部コア412の幅、内部コア412および外部クラッド414の材料および其々の屈折率に依存する。例えば300nm幅のSi内部コア412とSiO外部クラッドを含む光導波管410に対して、半径rは、1μm以下であってもよい。
図5は、光接続400におけるフォトニック検出器420へと光導波管410から放射状に伝搬するエバネッセント波の経路の全体図を示す。
フォトニック検出器420を形成するために使用される半導体材料は、伝搬されたエバネッセント波を共通点(例えば、電極430)へと反射するように形成されてもよい。半導体材料は、例えば、電子ビームリソグラフィーなどのリソグラフィープロセスを利用してもしくはエッチング技術を通して形成されてもよい。フォトニック検出器420の反射端(反射エッジ)425は、望ましくは、光導波管410から 約5−15μmの範囲内にあり、小型のフォトニック検出器420を可能としながら、伝搬されたエバネッセント波の波長に対して適切な経路長を提供する。
フォトニック検出器420によって受信された放射状に伝搬されたエバネッセント波は、端425から電極430に向かって、実質的に一定の角度θで反射することができる。例えば、フォトニック検出器420の反射端425は、電極430に向かって約20°の角度でエバネッセント波を反射するように形成されてもよい。他の実施形態においては、角度θは、光導波管410からその距離の関数として変化してもよい。光導波管410に比較的近接した(即ち、10μm以内の)電極430に対して、共通点を選択することによって、より円滑な反射端425を提供する。なぜなら複雑な反射点は必要とされないからである。
光ビームの反射率をより促進するために、フォトニック検出器420は、周囲の基板よりも高い屈折率を有する材料で形成されてもよい。例えば、約4.34の屈折率を有するゲルマニウム(Ge)フォトニック検出器420は、約1.5の屈折率を有するSiOの基板内で使用されてもよい。他の材料は、InP、SiGe、GaAsおよび他の適切な材料などのフォトニック検出器420を形成するために使用されてもよい。
図6は、フォトニック検出器520の別の実施形態において、光接続500における光路の全体図を示す。フォトニック検出器520は、曲げ損失によって光導波管410から放射状に伝搬されたエバネッセント波を反射するために、図4に関連して上述された端(エッジ)425に類似する形状の反射端(反射エッジ)525を含む。さらには、フォトニック検出器520の底部は、内部コア414からの残存する光ビームをフォトニック検出器520へと結合するために、光導波管410の終端418へと突合せ結合される。光ビームは、フォトニック検出器520の別の反射端(反射エッジ)527から反射され、共通点(例えば、電極430)に到達する前に数回反射されてもよい。フォトニック検出器520は、ウェーハ接着および相補的金属酸化物半導体(CMOS)半導体製造プロセスなどの他の既存の製造プロセスを利用して作製されてもよい。
図4−図6に関連して記述されたように、光導波管410および/もしくはフォトニック検出器420、520を含む光接続は、種々の電子フォトニックデバイスで使用されてもよい。例えば、光接続は、複数のメモリ素子(例えば、一つ以上のコアもしくはDRAM、SDRAM、SRAM、ROMもしくは他のタイプのソリッドステートもしくはスタティックメモリ素子)を接続するために、少なくとも一つの光源120および変調器140(図1)を含むチップ間もしくはチップ内システムで使用される可能性がある。
上記の記述および図面は、本明細書で記述された特徴および利点を達成する特定の実施形態の例示としてのみ考えるべきである。特定のプロセス、コンポーネントおよび構造に対する改変および置換を行うことができる。例えば、上記の実施形態に関連して特に記述された以外の適切なタイプの半導体材料およびメモリ素子が使用されてもよいことを理解されたい。したがって、本発明の実施形態は、前述の記述および図面によって限定されるものとして考えられるべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定されると考えられるべきである。

Claims (12)

  1. 光ビームを伝送するように構成された光導波管であって、その一部に曲げ部分を含み当該曲げ部分から放射状に伝播するエバネッセント波を外部に出力する光導波管と、
    前記光導波管に動作可能なように接続されたフォトニック検出器であって、前記光導波管の前記曲げ部分から外部に放射状に伝播された前記エバネッセント波を他の光導波管を介することなく受信するフォトニック検出器と、を含み、
    前記フォトニック検出器は、前記放射状に伝播された前記エバネッセント波を反射して共通点へ集光するような形状とされた少なくとも一つの反射端を含んで構成されている、
    ことを特徴とする光接続。
  2. 前記共通点は電極の位置である、ことを特徴とする請求項1に記載の光接続。
  3. 前記光導波管は、第一の屈折率を有する材料で構成される内部コアと、第二の屈折率を有する材料で構成される外部クラッドと、を含む、ことを特徴とする請求項1に記載の光接続。
  4. 前記第一の屈折率は前記第二の屈折率よりも大きい、ことを特徴とする請求項3に記載の光接続。
  5. 前記内部コアは、約300nmから500nmの範囲内の幅を有する、ことを特徴とする請求項3に記載の光接続。
  6. 前記光導波管の前記曲げ部分は、約1μmの曲率半径を有する、ことを特徴とする請求項5に記載の光接続。
  7. 前記内部コアはシリコンを含み、前記外部クラッドは二酸化シリコンを含む、ことを特徴とする請求項3に記載の光接続。
  8. 前記光導波管および前記フォトニック検出器は、共通基板上に集積される、ことを特徴とする請求項1に記載の光接続。
  9. 前記光導波管は、
    前記共通基板上に形成された第一の材料で構成された外部クラッドと、
    前記第一の材料内に形成された第二の材料で構成された内部コアと、
    を含む、ことを特徴とする請求項8に記載の光接続。
  10. 前記光導波管は、前記フォトニック検出器の部分へと突合せ結合された終端をさらに含む、ことを特徴とする請求項1に記載の光接続。
  11. 前記光導波管の前記終端に突合せ結合された前記フォトニック検出器の前記部分は、前記共通点へと前記終端から脱漏した光ビームを反射するように構成された第二の反射端を含む、ことを特徴とする請求項10に記載の光接続。
  12. 前記第二の反射端で反射された前記脱漏した光ビームは、前記反射端でさらに反射されて前記共通点に達する、ことを特徴とする請求項11に記載の光接続。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8995805B2 (en) * 2012-04-20 2015-03-31 Micron Technology, Inc. Method and apparatus providing a coupled photonic structure
KR101677118B1 (ko) * 2015-03-11 2016-11-18 주식회사 폴스랩 벤딩 손실을 이용한 광 파워 모니터 장치
KR102599514B1 (ko) 2018-04-12 2023-11-06 삼성전자주식회사 광 검출기 구조체
CN108447877A (zh) * 2018-05-16 2018-08-24 广东省半导体产业技术研究院 平面型光敏器件及其制作方法
CN108511468A (zh) * 2018-05-16 2018-09-07 广东省半导体产业技术研究院 光敏器件及其制作方法
FI130454B (en) 2019-05-24 2023-09-06 Exfo Oy Separation of data traffic from optical communication fiber
US11067765B2 (en) * 2019-11-27 2021-07-20 Cisco Technology, Inc. Evanescent coupling of photodiode with optical waveguide
CN112349803B (zh) * 2020-10-30 2022-09-09 武汉光谷信息光电子创新中心有限公司 一种锗硅光电探测器

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2290680A1 (fr) * 1974-11-11 1976-06-04 Western Electric Co Dispositif de prelevement d'energie dans une fibre optique
US3982123A (en) * 1974-11-11 1976-09-21 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Optical fiber power taps
US4398794A (en) * 1980-02-20 1983-08-16 General Dynamics, Pomona Division Dual directional tap coupler
CN85106205A (zh) * 1985-08-15 1987-03-04 Bicc有限公司 光导纤维的连接
CN85106206A (zh) * 1985-08-15 1987-03-04 Bicc有限公司 光导纤维的连接
US4824199A (en) * 1987-02-13 1989-04-25 Raychem Corp. Optical fiber tap utilizing reflector
US4904036A (en) 1988-03-03 1990-02-27 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Subassemblies for optoelectronic hybrid integrated circuits
GB8828505D0 (en) * 1988-12-07 1989-01-11 Bicc Plc Optical fibre monitoring
FR2676126B1 (fr) * 1991-04-30 1993-07-23 France Telecom Dispositif optoelectronique a guide optique et photodetecteur integres.
JP3828982B2 (ja) * 1997-04-14 2006-10-04 三菱電機株式会社 半導体受光素子
US6353250B1 (en) * 1997-11-07 2002-03-05 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Semiconductor photo-detector, semiconductor photo-detection device, and production methods thereof
JP3152907B2 (ja) * 1998-12-10 2001-04-03 沖電気工業株式会社 半導体受光素子及びその製造方法
JP2000269539A (ja) * 1999-03-15 2000-09-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 受光素子およびその製造方法
JP2001296456A (ja) * 2000-04-12 2001-10-26 Toyo Commun Equip Co Ltd 光カプラ
US6525347B2 (en) * 2001-03-12 2003-02-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Photodetector and unit mounted with photodetector
DE60200132T2 (de) 2001-03-29 2004-08-26 Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw Sich verjüngender Wellenleiter (Taper) mit lateralen strahlbegrenzenden Rippenwellenleitern
US20030026515A1 (en) 2001-08-01 2003-02-06 Motorola, Inc. Monolithic tunable wavelength multiplexers and demultiplexers and methods for fabricating same
JP2003307603A (ja) * 2002-02-15 2003-10-31 Omron Corp 光学素子及び当該素子を用いた光学部品
US20040022495A1 (en) 2002-03-15 2004-02-05 Shapiro Andrew P. Directional integrated optical power monitor and optional hermetic feedthrough
JP3964768B2 (ja) * 2002-10-01 2007-08-22 日本電信電話株式会社 光モジュール
US7120350B2 (en) * 2003-03-14 2006-10-10 Intel Corporation Integrated waveguide photodetector
US6991892B2 (en) * 2003-03-17 2006-01-31 Intel Corporation Methods of making an integrated waveguide photodetector
US7598527B2 (en) 2004-01-20 2009-10-06 Binoptics Corporation Monitoring photodetector for integrated photonic devices
US7298949B2 (en) 2004-02-12 2007-11-20 Sioptical, Inc. SOI-based photonic bandgap devices
WO2006066611A1 (en) * 2004-12-24 2006-06-29 Pirelli & C. S.P.A. Photodetector in germanium on silicon
EP1853954A4 (en) * 2005-03-01 2011-01-19 Exfo Electro Optical Eng Inc METHOD AND APPARATUS FOR EXTRACTING THE LIGHT OF AN OPTICAL WAVEGUIDE
US7343060B2 (en) * 2005-03-04 2008-03-11 Fuji Xerox Co., Ltd. Light transmission and reception module, sub-mount, and method of manufacturing the sub-mount
US7613369B2 (en) 2006-04-13 2009-11-03 Luxtera, Inc. Design of CMOS integrated germanium photodiodes
US7529460B2 (en) * 2007-03-13 2009-05-05 Micron Technology, Inc. Zinc oxide optical waveguides
US8269303B2 (en) 2008-03-07 2012-09-18 Nec Corporation SiGe photodiode
KR101470997B1 (ko) * 2008-05-13 2014-12-09 가부시키가이샤 플래너즈 랜드 반사 집광형 수광기와 공간광통신용 수광장치
US7802927B2 (en) * 2008-05-30 2010-09-28 Corning Cable Systems Llc Bent optical fiber couplers and opto-electrical assemblies formed therefrom
US8290325B2 (en) * 2008-06-30 2012-10-16 Intel Corporation Waveguide photodetector device and manufacturing method thereof
JP2010186097A (ja) * 2009-02-13 2010-08-26 Oki Electric Ind Co Ltd 光共振器、及びこれを用いた流体用光学センサ
JP2011053595A (ja) 2009-09-04 2011-03-17 Kokuyo Co Ltd レーザポインタ
JP5204059B2 (ja) * 2009-09-04 2013-06-05 日本電信電話株式会社 光検出器の製造方法
US8340479B2 (en) 2010-01-14 2012-12-25 Oracle America, Inc. Electro-optic modulator with inverse tapered waveguides
US8909021B2 (en) 2010-02-01 2014-12-09 Hitachi, Ltd. Semiconductor optical device
JP5394966B2 (ja) * 2010-03-29 2014-01-22 日本オクラロ株式会社 半導体受光素子及びその製造方法
US8633067B2 (en) * 2010-11-22 2014-01-21 International Business Machines Corporation Fabricating photonics devices fully integrated into a CMOS manufacturing process
US8995805B2 (en) * 2012-04-20 2015-03-31 Micron Technology, Inc. Method and apparatus providing a coupled photonic structure

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