KR20040088501A - 비결정 실리콘 합금 기질의 집적된 스폿-사이즈 컨버터 - Google Patents
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Abstract
제 1 스폿-사이즈를 갖는 적어도 하나의 광섬유에 광학적으로 결합되기에 적합한 광 소자로서, 상기 광 소자는, 적어도 하나의 광 컴포넌트; 및 상기 적어도 하나의 광 컴포넌트와 적어도 하나의 광섬유 사이에 광학적으로 결합되는 그레이디드 인덱스 렌즈(graded index lens)를 포함하며, 상기 그레이디드 인덱스 렌즈는 상기 적어도 하나의 광 컴포넌트에서 제 1 스폿 사이즈로의 광 전송들을 변환하도록 적응된다.
Description
Ⅲ-Ⅴ형 반도체 화합물 소자들은 통상, 전달 매체들로서 광섬유들을 이용하는 광통신망들에 사용된다. 이러한 소자들은 각각 적어도 하나의 광섬유에 연결될 수 있다. 이러한 광-전자 소자들과 광섬유들간의 전송에서 효율적인 전력 커플링을 달성하는 것이 바람직하다.
그러나, 이러한 반도체 소자들은 통상 작은 모드 사이즈들(예를 들어, 횡방향으로 약 1㎛ 이하)을 가질 수 있다. 이러한 상대적으로 작은 모드 사이즈의 반도체 소자는 광섬유들과의 커플링을 손상시켜서, 광 네트워크에서 상당 부분의 광 전력 비용 손실들을 초래할 수 있다. 또한, 유리 섬유의 모드 형상은 대개 대칭적인 반면에, 상기한 반도체 소자의 모드 형상은 대개 비대칭적일 수 있다. 이러한 형상의 불일치는 손실들을 초래할 수도 있다.
따라서, 광 컴포넌트들과 광섬유들간의 광 커플링을 제공하기 위한 개선된시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 일반적으로 광-전자 소자(opto-electronic device)들에 관한 것으로서, 특히 광-전자 소자들에 사용하기 적합한 스폿 사이즈(spot-size) 컨버터들에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스폿-사이즈 컨버터를 포함하는 광 시스템의 횡단면도를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 N2/SiH4비를 가변시킴으로써 이루어질 수 있는 일련의 a-SiNX막들의 굴절률, 및 PECVD 프로세스들에서 SiH4+CH4+H2가스 혼합물을 이용하여 이루어질 수 있는 a-SiCX막들의 굴절률을 각각 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 추진된 고유 모드(eigenmode) 및 전개 모드를 도시한다.
제 1 스폿-사이즈를 갖는 적어도 하나의 광섬유에 광학적으로 결합되기에 적합한 광 소자로서, 상기 광 소자는, 적어도 하나의 광 컴포넌트; 및 상기 적어도 하나의 광 컴포넌트와 적어도 하나의 광섬유 사이에 광학적으로 결합되는 그레이디드 인덱스 렌즈(graded index lens: 경사 굴절률 렌즈)를 포함하며, 상기 그레이디드 인덱스 렌즈는 상기 적어도 하나의 광 컴포넌트에서 제 1 스폿 사이즈로의 광 전송들을 변환하도록 적용된다.
첨부된 도면들과 연계된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명을 통해 본 발명을 용이하게 이해할 수 있으며, 도면 부호들은 그 부분들을 지시한다.
본 발명의 도면들과 설명들은 본 발명의 명확한 이해를 위해 적절한 엘리먼트들을 도시하도록 간략화되었으며, 명확함을 위해 통상의 광-전자 소자들, 반도체 광도파관들 및 이와 관련된 제조 방법들에서 발견할 수 있는 많은 다른 엘리먼트들을 생략하였다. 통상의 당업자들은 본 발명을 구현하기 위해 다른 엘리먼트들이 바람직할 수 있고, 또한 다른 엘리먼트들이 요구될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 그러나, 그러한 엘리먼트들은 종래기술에 공지되어 있고 본 발명의 이해를 보다 용이하게 하지 않기 때문에, 그러한 엘리먼트들에 대한 설명은 본 발명에 제공되지 않는다. 본 명세서는 통상의 당업자들에게 공지된 그러한 소자들, 도파관(waveguide)들, 및 방법들에 대한 모든 변형들 및 변경들에 관련되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 Ⅲ-Ⅴ형 반도체 소자 대 광섬유의 스폿-사이즈 변환(conversion)은, 굴절률이 반도체 소자에 일치하는 모드의 피크 근처에서 가장 높고 횡방향 위치의 함수로서 그 피크값으로부터 점진적으로 감소하는, 그레이디드 인덱스(GRIN) 렌즈와 같은 집적 렌즈를 이용하여 달성될 수 있다. 상기한 렌즈는 특히, 횡방향 모드(transverse mode) 프로파일에 대해 반도체 도파관으로부터 발산되는 빛을 캡쳐하도록 작용할 수 있다: 횡방향 영역에서 작은 스폿 사이즈 영역 때문에, 빛은 광각(wide-angle) 방사 패턴으로 도파관에서 발산되어 통상 효율적으로 빛을 캡쳐하기가 어렵다. 그러나, 상기한 렌즈를 이용하면 광각 횡방향 방사 패턴은 협각(narrower angle) 방사 패턴으로 변환될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, a-Si 기질의 함금 물질이 집적된2차식(guadratic)-그레이디드 인덱스(GRIN) 렌즈가 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, Ⅲ-Ⅴ형 반도체 화합물 소자를 커플링하기 위한 도파관들과 광섬유들과의 스폿-사이즈 컨버터들을 형성하기 위해, a-Si 기질의 합금 물질들이 이용될 수 있다. 물론, 다른 적절한 물질들이 상기한 GRIN 렌즈를 제조하는데 사용될 수 있다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스폿-사이즈 변환을 포함하는 시스템(10)이 도시된다. 시스템(10)은 일반적으로 소자 영역(A), 스폿-사이즈 컨버터 영역(B), 및 도파관 영역(C)을 포함한다. 도 1은 소자 영역(A)과 도파관 영역(C) 사이에 광학적으로 삽입된 스폿-사이즈 컨버터 영역(B)을 도시하지만, 이것은 도시를 위한 목적일 뿐 이에 한정되지 않는다. 즉, 도파관 영역(C)은 소자 영역(A)과 스폿-사이즈 컨버터 영역(B) 사이에 삽입될 수 있다. 또한, 이하의 설명에서 명확해지는 것처럼, 도파관 영역(C)이 생략될 수도 있다.
소자 영역(A)은 일반적으로 예를 들어, 반도체 레이저와 같은 액티브 소자, 또는 도파관 기질의 분할기(splitter)/결합기(combiner)와 같은 패시브 소자와 같이, 하나 이상의 Ⅲ-Ⅴ형 반도체 화합물 기질의 광 소자들을 포함할 수 있다. 본 발명은 예시적인 목적만으로 이에 한정됨이 없이, 단일 액티브 소자에 관해 추가로 설명할 것이다. 상기한 소자는, 예를 들어 InP 기판(20)상에 형성되며 이들 사이에 삽입된 InGaAsP 코어(50)를 갖는 InP 층들(30, 40)을 포함할 수 있다. 오버코트 유전체 층(70)이 제공될 수 있지만, 제공되지 않을 수도 있다. 상기한 소자들의 제조 및 동작은 현존하는 기술분야의 통상의 기술을 가진 당업자들이라면 잘 이해할 수 있다. 영역(A)는 약 1㎛ 이하의 크기의 코어(50)와 일치하는 스폿-사이즈를 가질 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 약 5㎛ 이상의 크기의 스폿-사이즈를 갖는 광섬유에 영역(A)를 광학적으로 결합하는 것이 바람직할 수 있다.
스폿-사이즈 컨버터 영역(B)은 일반적으로, 영역(A)의 Ⅲ-Ⅴ형 반도체 화합물 기질의 광 컴포넌트의 코어(50)에 광학적으로 결합되는, 적층된 그레이디드 인덱스(GRIN) 렌즈(60)를 포함한다. 상술한 바와 같이, 컨버터 영역(B)은 영역(A) 대신에 또는 영역(A)에 부가되어, 도파관 영역(C)과 광학적으로 결합될 수 있다. 스폿-사이즈 컨버터 영역(B)은 소자 영역(A)의 스폿-사이즈(예를 들어, 약 1㎛ 이하), 및 광학적으로 통신할 수 있는 광섬유와 일치하는 스폿-사이즈(예를 들어, 약 5㎛ 이상) 사이에서 횡단하는 광 전송들을 변환하도록 작용한다. GRIN 렌즈(60)는 예를 들어, 코어의 n= 3.5에서 그 최외각 에지들의 n=3.3로 가변되는 그레이디드 인덱스(경사 굴절률) 프로파일을 가질 수 있다. 유전체 층(70)은 영역(B)를 오버코팅할 수 있고, n=3.3과 같이, GRIN 렌즈(60)의 최외각 에지의 대략적인 굴절률을 가질 수 있다. 물론, 다른 굴절률의 값들이 사용될 수 있다: 횡방향에 따른 위치에서 굴절률이 2차식 가변(quadratic variation)되는 것을 고려할 수 있음.
현존하는 기술의 통상의 당업자는 이러한 컨버터 영역(B)을 이용하여 매우 효율적인 횡방향 모드 변환을 달성할 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, n=3.5의 굴절률을 갖는 표준 InGaAsP 0.2㎛ 액티브 영역 코어(50)과 n=3.17의 굴절률을 갖는 3㎛의 상부 및 하부 InP 클래딩(cladding)은 다음과 같은 대략적인 굴절률 프로파일을 갖는 횡방향 그레이디드 인덱스(GRIN) 렌즈상에서 발생되는 전송들을 제공할 수 있다:
여기서, n(x)는 횡방향 위치의 함수로서 굴절률, n(0)는 중심 굴절률, 및 g는 렌즈 곡률로서 다음과 같이 주어진다.
여기서, a는 코어와 클래딩 사이의 거리(렌즈 반경), Δn=[n2(0)-n2 c]/n2(0)로서 상대 굴절률이다. 렌즈(60) 에지 굴절률과 동일한 n=3.3의 유전체 오버코트(70)를 사용하면, 강한 반사와 모드 파괴를 초래할 수도 있는 렌즈와 공기 사이의 큰 굴절률 스텝(index step)을 방지할 수 있다. 현존하는 기술분야의 통상의 당업자는 GRIN 렌즈(60)가 예를 들어, 원하는 모드 확장 및 그레이디드 인덱스 프로파일에 상응하는 길이를 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 시스템(10)에 상응하는 필드 세기 플롯(plot)들이 도시된다. InP/InGaAsP/InP 도파관의 고유 모드(eigenmode)는 0.85㎛의 FWHM(Full Width Half Maximum) 빔 웨이스트(beam waist)를 가질 수 있다. 비결정 실리콘 GRIN 렌즈(60)의 필드 세기 맵은 3.1㎛의 빔 웨이스트를 갖는 확장 모드를 가질 수 있다. 추진되는 고유 모드는 도 3a에 도시되고 확장 모드는 도 3b에 도시된다. 도 3b의 우측 하부상의 리플(ripple)들은 예를 들어, 렌즈/기판 계면으로부터의 반사들에 해당한다.
도 1을 다시 참조하면, 도파관 영역(C)은 일반적으로 영역(A)의 코어(50), 및 소자 영역(A)이 광 통신될 수 있는 적어도 하나의 광섬유 사이에서 광학적으로 결합되는 a-Si 물질 기질의 합금 도파관을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 도파관 영역(C)은 생략될 수 있고, 예를 들어, 영역들(A, B) 사이에 광학적으로 삽입될 수도 있다. 도파관 영역(C)은 GRIN 렌즈(60)의 코어의 굴절률과 최외각 에지의 굴절률 사이의 굴절률, 예를 들어 n=3.5 내지 n=3.3의 굴절률을 가질 수 있다. 도파관 영역(C)은 GRIN 렌즈(60)와 영역(C)의 계면(65)에서 GRIN 렌즈(60)의 굴절률 프로파일과 통계적으로 관련된 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 도파관 영역(C)은 GRIN 렌즈(60)와 도파관 영역(C) 사이의 계면(65)에서 GRIN 렌즈(60)의 굴절률 프로파일의 대략 평균의 굴절률을 가질 수 있다. 도파관 영역(C)은 하나 이상의 광섬유들과 결합되기에 적합한 계면(85)을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 영역(B) 및/또는 영역(C)는 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PECVD)을 이용하여, a-Si:H 또는 a-Si:F 합금과 같은 a-Si 기질의 합금 물질로 제조될 수 있다. 이러한 PECVD 증착 a-Si 물질들의 경우, 1.55㎛의 오퍼레이팅 파장에서 광 흡수가 바람직하게 낮기 때문에, 현존하는 기술분야의 통상의 당업자들이 이해할 수 있는 것처럼, 낮은 손실과 양호한 광 전송 특성들을 유도할 수 있다. 비결정 실리콘의 광학 특성들(가시광선 및 IR 근처 파장들에서 굴절률과 광 흡수를 포함함)은 게르마늄, 탄소, 질소, 또는 다른 원소들과 1차 증착 가스를 합금시킴으로써 가변될 수 있고, 상기 물질은 예를 들어 붕소 또는 인으로 용이하게 도핑될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 영역(B) 및/또는 영역(C)를 형성하는데 이용될 수 있는 비결정 실리콘(a-Si) 기질의 합금 물질들은 a-SiCX(0<x<1), a-SiNy(0<y<1.33), a-SiOZ(0<Z<2), 및 a-SiGeW(0<W<1)와 같은, a-Si:H 및 a-Si:F 기질의 합금들을 포함할 수 있다.
상기 a-Si 기질의 영역들은 광섬유들에 결합되기 위해 Ⅲ-Ⅴ형 반도체 화합물 기질의 소자들과의 용이한 집적 및 상호접속을 제공할 수 있다. 이것은 예를 들어 다음과 같은 몇가지 특성들로부터 유발된다: 1550㎚에서 약 0.2cm-1의 낮은 광 손실, 혼합물 관리를 통한 광범위한 굴절률의 조절력(tunability), Ⅲ-Ⅴ형 반도체 도파관들의 굴절률을 일치시키고 원한다면 이를 상당히 초과하게 하는 능력, 및 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PECVD) 기술들을 통해 높은 품질, 낮은-스트레스의 적층 구조물들 증착시키는 능력. 커플링 손실을 감소시키는 것과 더불어, 굴절률-일치된(index-matched) 스폿-사이즈 컨버터는 또한 계면 반사를 줄이고, 예를 들어 아날로그 채널의 부식과 같은 표유 광-유도(stray light-induced) 소자의 성능 저하를 감소시키도록 작용할 수 있다. 추가로, 이러한 물질들은 예를 들어, InP에 비해 양호한 선택성을 제공하는 불소-기질의 플라즈마를 이용하여 에칭될 수 있다.
또한, 이러한 PECVD 막들을 사용하면, 혼합물과 경사 굴절률을 통해 스폿-사이즈 컨버터들의 설계시 많은 유동성(flexibility)을 제공한다. 표 1은 2.4 내지 3.7 범위의 굴절률을 갖는 막들이 적절한 가스들과 그 유속들의 선택을 통해 어떻게 단일 시스템에서 증착될 수 있는지를 나타내는 예들이다.
<표 1>
물질 | 가스 | 막의 N/Si, C/Si 비 | 굴절률 |
실리콘이 많은 질화물 | SiH4, N2 | 0.05 - 1.0 | 2.4 - 3.7 |
탄화 실리콘 | SiH4, CH4 | 0 - 1.0 | 2.6 - 3.7 |
도 2a를 참조하면, a-SiCX를 포함하는 도파관을 형성하기 위해 PECVD 프로세스에서 사용되는 CH4대 SiH4비의 함수로서 달성될 수 있는 굴절률들을 나타내는 그래프가 도시된다. 또한, 도 2b를 참조하면, a-SiNX를 포함하는 물질을 형성하기 위해 PECVD 프로세스에서 사용되는 N2대 SiH4비의 함수로서 달성될 수 있는 굴절률들을 나타내는 그래프가 도시된다. 이러한 범위의 굴절률들에 대하여, 1.5㎛ 영역에서 매우 낮은 광 손실(예를 들어, 약 0.5dB/cm 이하)을 갖는 막들을 성장시킬 수 있다.
원하는 프로파일에 따라 소스 가스들의 유속들을 예를 들어, 연속적으로 가변시킴으로써, 미리 정의되는 수직형 그레이디드 인덱스 프로파일을 갖는 층이 증착될 수 있다. 퍼센트 범위내로 정밀한 굴절률 제어를 위해, 베이스라인 혼합물의 재생력을 개선시키도록 소스 가스들(예, SiH4및 N2)의 사전 혼합(premixing)이 이용될 수 있다. 베이스라인 혼합물에 비해 정확한 경사 굴절률을 제공하도록, 부가적인 가변 소스로서, SiH4또는 N2에 대한, 적당한 크기의 정밀 플로우(precision flow) 컨트롤러가 사용될 수 있다.
PECVD 막들은 통상 2㎛ 두께 미만일 수 있지만, 스폿-사이즈 컨버터 영역(B)은 5-10㎛ 범위의 층 두께들을 요구할 수 있다. 그러나, 이러한 PECVD 프로세스들은 높은 증착율(~5㎛/hr)을 달성할 수 있고, 예를 들어 압력 및 불활성 가스 희석과 같은 증착 파라미터들을 조절함으로써, 막의 스트레스를 늘렸다가 줄어들도록 광범위하게 조절할 수 있기 때문에, 일반적으로 박막 어플리케이션들에 적합하다.
본 발명을 구현하는데 사용되는 칩의 갈라진 에지(예, 계면 65 또는 85)에서 모드 특성들의 향상된 제어가 요구된다면, 그레이디드 인덱스(GRIN) 렌즈(60)는 예를 들어, 종방향으로 모드 확장/수축을 위한 최적의 포인트에 해당하는 포인트에서 에칭될 수 있다. 그 후, 굴절률-일치된 a-Si 도파관 영역(C)은 예를 들어, 광섬유와의 커플링을 위해 확장 모드 형상을 유지하도록 이러한 에칭된 칩 에지에 증착될 수 있다.
현존하는 기술분야의 통상의 당업자들이 알 수 있는 것처럼, 이러한 그레이디드 인덱스 렌즈는 예를 들어, 하부 기판에 비해, 주로 수직 방향으로의 모드 확장을 제공할 수 있다. 수직 방향의 이러한 확장은 현존하는 기술의 통상의 당업자에게 공지된 측방향으로 모드를 확장하기 위한 다른 종래의 기술들을 향상시킬 수 있다. 이러한 기술들은 예를 들어, "스폿-사이즈 컨버터를 포함하는 반도체 광 컴포넌트"라는 발명의 명칭의 미국특허 번호 제6,253,009호에 개시된 바와 같이, 액티브 및 패시브 도파관들의 테이퍼링(tapering)을 포함하며, 상기 미국특허의 전체 명세서는 본 발명에 참조로 포함될 수 있다. 또한, 횡방향 모드를 제한하지 않도록 점진적으로 줄어드는 액티브 도파관 폭을 갖는 반면 패시브 도파관의 폭은 다소 일정하게 더 급속히 증가되는 댐핑된(damped) 수직 커플링 영역을 형성하기 위해, 액티브 및 패시브 도파관들이 중첩될 수 있다. 횡방향 모드가 제한되지 않는 경우, 예를 들어 종래의 버트(butt) 커플링 기술들과 비교하여, 패시브 가이드로의 개선된 중계(transit)를 나타낼 수 있다.
그러한 경우, 수직 및 측방향 모드 확장이 다소 별개로 제공될 수 있는 경우, 확장 모드 형상이 아날로그식으로 변경될 수 있기 때문에, 모드 형상 불일치들과 관련된 손실들 또한 적어도 부분적으로 경감될 수 있다.
본 발명의 사상 또는 범주를 벗어남이 없이, 본 발명의 장치 및 방법에서 다양한 변형 및 변경들이 이루어질 수 있음은 통상의 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 본 발명에 제공되는 상기한 변형 및 변경들을 포함하며, 이들은 첨부된 청구항들 및 그 등가물들의 범주내에 있다.
Claims (27)
- 제 1 스폿-사이즈를 갖는 적어도 하나의 광섬유에 광학적으로 결합되기에 적합한 광 소자로서,적어도 하나의 광 컴포넌트; 및상기 적어도 하나의 광 컴포넌트와 적어도 하나의 광섬유 사이에 광학적으로 결합되는 그레이디드 인덱스 렌즈(graded index lens) - 상기 그레이디드 인덱스 렌즈는 상기 적어도 하나의 광 컴포넌트에서 상기 제 1 스폿-사이즈로 광 전송들을 변환하도록 적응됨 -를 포함하는 광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 스폿-사이즈는 약 5㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 2 항에 있어서, 상기 광 컴포넌트는 약 1㎛ 이하의 제 2 스폿-사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 3 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광 컴포넌트는 적어도 하나의 Ⅲ-Ⅴ형 반도체 화합물 기질의 광 컴포넌트를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 4 항에 있어서, 상기 그레이디드 인덱스 렌즈는 상기 광섬유에서 상기 제 2 스폿-사이즈로 광 전송들을 변환하도록 추가로 적응되는 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 그레이디드 인덱스 렌즈는 횡방향 위치의 함수로서 2차식으로(guadratically) 가변되는 인덱스 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 6 항에 있어서, 상기 그레이디드 인덱스 렌즈의 최외각 에지에서의 굴절률은 적어도 하나의 다른 횡방향 위치에서의 굴절률 보다 작은 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 그레이디드 인덱스 렌즈는 적어도 하나의 비결정 실리콘 기질의 합금 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 8 항에 있어서, 상기 비결정 실리콘 기질의 합금 물질은 적어도 하나의 a-Si:H 또는 a-Si:F 기질의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 8 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 비결정 실리콘 기질의 합금 물질은,a-SiCX(0<x<1), a-SiNy(0<y<1.33), a-SiOZ(0<Z<2), 및 a-SiGeW(0<W<1)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 그레이디드 인덱스 렌즈에 광학적으로 결합되는 적어도 하나의 도파관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 11 항에 있어서, 상기 그레이디드 인덱스 렌즈는 제 1 및 제 2 굴절률을 가지며, 상기 도파관은 상기 그레이디드 인덱스 렌즈의 제 1 굴절률 보다 더 크고 상기 그레이디드 인덱스 렌즈의 제 2 굴절률 보다 더 작은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 11 항에 있어서, 상기 그레이디드 인덱스 렌즈는 굴절률 프로파일을 가지며, 상기 도파관은 상기 그레이디드 인덱스 렌즈의 굴절률 프로파일의 평균과 대략적으로 동일한 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 11 항에 있어서, 상기 그레이디드 인덱스 렌즈 및 도파관은 각각 적어도 하나의 비결정 실리콘 기질의 합금 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 11 항에 있어서, 상기 그레이디드 인덱스 렌즈 및 도파관은 각각 적어도하나의 a-Si:H 또는 a-Si:F 기질의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 15 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 비결정 실리콘 기질의 합금 물질은, a-SiCX(0<x<1), a-SiNy(0<y<1.33), a-SiOZ(0<Z<2), 및 a-SiGeW(0<W<1)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 그레이디드 인덱스 렌즈는 2차식(quadratic) 그레이디드 인덱스 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 적어도 상기 그레이디드 인덱스 렌즈에 인접한 클래딩을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 18 항에 있어서, 상기 그레이디드 인덱스 렌즈는 횡방향 위치의 함수로서인 굴절률 n(x)를 가지며,여기서 n(0)는 중심 굴절률이고, g는인 렌즈 곡률이며, a는 렌즈 반경, 상대 굴절률 Δn=[n2(0)-n2 c]/n2(0)이고, nc는 상기 클래딩의 굴절률인 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 그레이디드 인덱스 렌즈는 적어도 부분적으로 측방향으로 테이퍼링되는 것을 특징으로 하는 광 소자.
- 제 1 스폿-사이즈를 갖는 적어도 하나의 광 소자를 제 2 스폿-사이즈를 갖는 적어도 하나의 광섬유에 광학적으로 결합시키는 방법으로서,상기 적어도 하나의 광 소자에 집적되기 위하여, 상기 제 1 스폿-사이즈에서 제 2 스폿-사이즈로 광 전송들을 변환하도록 적응되는 그레이디드 인덱스 렌즈를 형성하는 단계 - 상기 그레이디드 인덱스 렌즈는 상기 적어도 하나의 광 소자와 광섬유 사이에서 광학적으로 결합되도록 적응됨 -를 포함하는 광 소자와 광섬유의 광학적 결합 방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 그레이디드 인덱스 렌즈의 형성 단계는 적어도 하나의 비결정 실리콘 기질의 합금 물질을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자와 광섬유의 광학적 결합 방법.
- 제 22 항에 있어서, 상기 비결정 실리콘 기질의 합금 물질은 적어도 하나의 a-Si:H 또는 a-Si:F 기질의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자와 광섬유의 광학적 결합 방법.
- 제 22 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 비결정 실리콘 기질의 합금 물질은,a-SiCX(0<x<1), a-SiNy(0<y<1.33), a-SiOZ(0<Z<2), 및 a-SiGeW(0<W<1)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자와 광섬유의 광학적 결합 방법.
- 제 22 항에 있어서, 상기 그레이디드 인덱스 렌즈의 형성 단계는, 상기 비결정 실리콘 기질의 합금 물질을 가변 방식으로 플라즈마 강화 화학적 기상 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자와 광섬유의 광학적 결합 방법.
- 제 21 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 그레이디드 인덱스 렌즈는 적어도 부분적으로 측방향으로 테이퍼링되는 것을 특징으로 하는 광 소자와 광섬유의 광학적 결합 방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 그레이디드 인덱스 렌즈의 형성 단계는,적어도 하나의 베이스라인 굴절률을 상기 그레이디드 인덱스 렌즈에 제공하기 위한 적어도 제 1 가스; 및횡방향 위치의 함수로서 상기 적어도 하나의 베이스라인 굴절률을 가변시키기 위한 적어도 제 2 가스를 이용하는, 플라즈마 강화 화학적 기상 증착 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자와 광섬유의 광학적 결합 방법.
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