KR20140112015A - 집적 서브-파장 격자 요소 - Google Patents

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KR20140112015A
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데이비드 에이 패탈
레이몬드 지 뷰솔레일
마르코 피오렌티노
폴 케슬러 로젠버그
테렐 모리스
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

집적 서브-파장 격자 요소는 광전 기판층 위에 형성된 투명층과, 상기 투명층 위에 배치된 격자층 내에 형성된 서브-파장 격자 요소를 포함한다. 서브-파장 격자 요소는 광전 기판층 내의 광전 구성요소의 활성 영역과 정렬하여 형성된다. 서브-파장 격자 요소는 상기 격자 요소와 상기 활성 영역 사이를 통과하는 광에 영향을 미친다. 집적 서브-파장 격자 요소를 형성하기 위한 방법이 또한 제공된다.

Description

집적 서브-파장 격자 요소{INTEGRATED SUB-WAVELENGTH GRATING ELEMENT}
광학 엔진은 통상적으로 높은 속도로 전자 데이터를 전송하는데 사용된다. 광학 엔진은 전기 신호를 광학 신호에 전송하고, 그 광학 신호를 송신하고, 광학 신호를 수신하고, 그 광학 신호를 다시 전기 신호로 변환하기 위한 하드웨어를 포함한다. 전기 신호는 전기 신호가 레이저와 같은 광학 소스 디바이스를 변조하는데 사용될 때 광학 신호로 변환된다. 소스로부터의 광은 이어서 광파이버와 같은 광학 송신 매체 내에 결합된다. 다양한 광학 송신 매체를 통해 광학 네트워크를 횡단하고 그 목적지에 도달한 후에, 광은 검출기와 같은 수신 디바이스 내에 결합된다. 검출기는 이어서 디지털 프로세싱 회로에 의한 사용을 위해 수신된 광학 신호에 기초하여 전기 신호를 생성한다.
광학 엔진을 사용하는 회로는 종종 광회로(photonic circuitry)라 칭한다. 광회로를 포함하는 다양한 구성요소들은 광학 도파로, 광학 증폭기, 레이저 및 검출기를 포함할 수 있다. 광회로에 사용되는 일 통상의 구성요소는 수직 공동 표면 발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser: VCSEL)이다. 통상적으로, 다수의 VCSEL이 단일 칩으로 형성되고, 광학 송신 회로를 위한 광원으로서 기능한다. VCSEL에 의해 방출된 광은 통상적으로 렌즈의 시스템을 사용하여 광학 송신 매체 내로 포커싱된다. 부가적으로, 광검출기와 같은 광 검출 디바이스가 종종 칩 내에 형성된다. 렌즈의 시스템은 또한 이들 광 검출 디바이스를 향해 광을 지향하는데 사용된다. 그러나, 이러한 렌즈 시스템의 제조 및 정렬은 비용이 들고 시간 소모적인 복잡한 프로세스이다.
첨부 도면은 본 명세서에 설명된 원리의 다양한 예를 도시하고 명세서의 부분이다. 도면은 단지 예일 뿐이고, 청구범위의 범주를 한정하는 것은 아니다.
도 1은 본 명세서에 설명된 원리의 일 예에 따른, 예시적인 광학 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 본 명세서에 설명된 원리의 일 예에 따른, 집적 서브-파장 격자 요소의 형성을 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 명세서에 설명된 원리의 일 예에 따른, 예시적인 서브-파장 격자 요소를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 명세서에 설명된 원리의 일 예에 따른, 광을 시준하기 위한 예시적인 집적 서브-파장 격자 요소를 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 명세서에 설명된 원리의 일 예에 따른, 광을 소정 각도로 시준하기 위한 예시적인 집적 서브-파장 격자 요소를 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 명세서에 설명된 원리의 일 예에 따른, 2개의 정확한 방향으로 투사된 2개의 시준된 빔으로 입사빔을 분할하기 위한 예시적인 집적 서브-파장 격자 요소를 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 명세서에 설명된 원리의 일 예에 따른, 예시적인 적층형 집적 서브-파장 격자 요소를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 명세서에 설명된 원리의 일 예에 따른, 다수의 광전 구성요소를 위한 다수의 서브-파장 격자를 갖는 예시적인 집적 회로칩을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 명세서에 설명된 원리의 일 예에 따른, 집적 서브-파장 격자 요소를 형성하기 위한 예시적인 방법을 도시하는 흐름도이다.
도면 전체에 걸쳐, 동일한 도면 부호는 유사하지만 반드시 동일한 것은 아닌 요소를 지시한다.
전술된 바와 같이, VCSEL 및 광검출기와 같은 다수의 광전 구성요소는 통상적으로 단일 칩으로 형성되고, 광학 송신 회로를 위한 광원 또는 수신기로서 기능한다. VCSEL인 광전 구성요소의 경우에, VCSEL에 의해 방출된 광은 이어서 렌즈의 시스템을 사용하여 광학 송신 매체 내로 포커싱된다. 그러나, 이러한 렌즈 시스템의 제조 및 정렬은 비용이 들고 시간 소모적인 복잡한 프로세스이다.
이러한 및 다른 문제에 비추어, 본 명세서는 광전 구성요소가 형성되는 칩 상에 일체화된 광학 요소용 방법 및 시스템을 개시한다. 광학 요소는 격자 요소와 같은 광의 전파에 영향을 미치는 요소를 칭한다. 특정 예시적인 예에 따르면, 투명층(즉, 산화물층)이 그 위에 형성된 광전 구성요소를 갖는 기판의 상부에 증착되어 있다. 격자층이 이어서 투명층의 상부에 형성된다. 서브-파장 격자 요소는 이어서 이들 서브-파장 격자 요소들이 광전 구성요소의 활성 영역과 정렬되도록 적절한 위치에서 이 격자층 내에 형성될 수 있다. 활성 영역은 광을 송신하거나 검출하는 광전 구성요소의 부분을 칭한다.
서브-파장 격자 요소는 격자들 사이의 간격이 격자 요소를 통해 통과하는 광의 파장보다 작은 것이다. 서브-파장 격자 요소는 전통적인 렌즈의 거동을 모방하도록 설계될 수 있다. 특히, 광이 원하는 바와 같이 시준되고, 포커싱되고, 분할되고, 굴곡되고, 재지향될 수 있다. 더욱이, 서브-파장 격자 요소의 평면형 성질에 기인하여, 부가의 격자층을 갖는 부가의 투명층이 VCSEL로부터 방출된 광에 대한 더 많은 제어를 허용하도록 적층될 수 있다.
본 명세서에 설명된 원리를 구체화하는 방법 및 시스템의 사용을 통해, 광학 요소는 그 위에 광전 구성요소가 형성되어 있는 집적 회로 상에 직접 제조될 수 있다. 따라서, VCSEL과 같은 광전 구성요소로부터 방출하는 광은 다양한 광학 송신 매체 내로 포커싱될 수 있고 또는 복잡하고 비용이 드는 렌즈 정렬 절차의 사용 없이 자유 공간 전파를 위해 구성될 수 있다. 부가적으로, 광은 이러한 비용이 드는 렌즈 정렬 절차 없이 광검출기와 같은 광전 구성요소 상에 포커싱될 수도 있다.
이하의 설명에서, 설명의 목적으로, 수많은 특정 상세가 본 발명의 시스템 및 방법의 철저한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 본 발명의 장치, 시스템 및 방법은 이들 상세 없이 실시될 수 있다는 것이 당 기술 분야의 숙련자에게 명백할 것이다. 명세서에서 "실시예" 또는 유사한 언어의 언급은 그 예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 설명된 바와 같이 포함되지만, 다른 예에 포함되지 않을 수도 있다는 것을 의미한다.
이제, 도면을 참조하면, 도 1은 광학 시스템(100)을 도시하는 도면이다. 특정 예시적인 예에 따르면, 광학 시스템(100)은 광전 구성요소(102)를 포함한다. 광전 구성요소는 VCSEL과 같은 소스 디바이스 또는 광검출기와 같은 수광 디바이스일 수 있다. 렌즈 시스템(106)은 통상적으로 광전 구성요소(102)와 광학 송신 매체(108) 사이에 광(110, 112)을 결합하는데 사용된다.
예를 들어, 광전 구성요소가 VCSEL인 경우에, 활성 영역(104)은 광(110)을 렌즈 시스템(106) 내로 투사한다. 렌즈 시스템(106)은 사전 결정된 방식으로 광에 영향을 미치도록 설계된 다수의 렌즈를 포함할 수 있다. 구체적으로, 렌즈 시스템(106)은 시스템 내의 렌즈의 곡률, 렌즈들 사이의 거리 및 광전 구성요소(102)의 성질을 포함하는 다양한 인자에 기초하여 광학 송신 매체(108) 내로 광(112)을 포커싱한다. 렌즈 시스템(106)의 사용은 광전 구성요소(102)와 광학 송신 매체(108) 사이의 렌즈 시스템의 정밀한 배치를 수반한다. 이 정밀성은 제조 프로세스를 복잡하게 하고 따라서 비용을 추가한다.
이 문제에 비추어, 본 명세서는 모놀리식 방식(monolithic manner)으로 칩 상에 직접 일체화될 수 있는 광학 요소를 제조하기 위한 방법 및 시스템을 개시한다. 따라서, 칩 자체는 칩의 설계 목적에 따라 광을 포커싱하는데 사용되는 광학 요소를 포함한다. 본 명세서 전체에 걸쳐 그리고 첨부된 청구범위에서, 용어 "서브-파장 격자 요소"는 격자 특징부들의 크기가 격자 요소를 통해 통과하기 위해 광의 파장보다 작은 광학 요소로서 해석되어야 한다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 집적 격자 요소의 형성을 도시하는 단면도이다. 도 2(a)는 광전 기판(216) 내에 형성된 VCSEL의 단면도(200)이다. 광전 기판(216)은 VCSEL 또는 광검출기와 같은 다수의 광전 구성요소가 형성되는 집적 회로칩의 부분이다. 특정 예시적인 예에 따르면, 광전 기판(216) 내에 형성된 VCSEL은 n-형 반도체 베이스층(202) 상에 형성된 다수의 n-형 브래그 반사경(Bragg reflector)(206)을 포함한다.
다수의 p-형 브래그 반사경(210)은 이어서 그 사이에 양자 우물(208)을 갖고 n-형 브래그 반사경(206) 위에 형성된다. p-형 브래그 반사경(210)은 부가의 기판층(204) 내에 형성된다. 금속 접점의 세트(도시 생략)가 p-형 브래그 반사경(210)과 n-형 브래그 반사경(206) 사이에 전류를 인가하는데 사용될 때, 광은 광전 기판(200)에 수직인 방향으로 VCSEL의 양자 우물(208)로부터 방출된다. 이 전기 신호를 변조함으로써, 광의 변조된 빔은 광의 방출된 빔을 통해 신호를 운반하는데 사용될 수 있다.
도 2(b)는 서브-파장 격자 요소가 그 위에 형성되어 있는 광전 기판(216)의 예시적인 단면도(220)를 도시하는 도면이다. 특정 예시적인 예에 따르면, 투명층(214)이 VCSEL 기판의 바로 위에 형성된다. 투명층(210)은 산화물 재료로 제조될 수 있다. 투명층(214)은 또한 평탄화층으로서 작용할 수도 있다. 구체적으로, 제조 프로세스의 결과로서, 광전 기판(216)의 상이한 영역이 상이한 평면 상에 있을 수도 있다. 예를 들어, VCSEL이 형성되는 광전 기판(216)의 위치는 광전 기판(216)의 다른 영역에 비교하여 상이한 평면 상에 있을 수도 있다.
격자층(212)은 이어서 투명층(214)의 상부에 형성된다. 에칭과 같은 다양한 제조 프로세스를 통해, 격자층 내에 정공이 특정 패턴으로 형성되어 서브-파장 격자 요소를 생성한다. 격자 특징부의 치수 및 간격을 비주기적으로 변경함으로써, 서브-파장 격자 요소는 렌즈로서 작용하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 서브-파장 격자 요소는 VCSEL로부터 나오는 광을 시준하도록 설계될 수 있다. 대안적으로, 서브-파장 격자 요소는 광을 포커싱하도록 구성될 수 있다. 광을 시준하는 것에 추가하여, 서브-파장 격자 요소는 VCSEL로부터 방출된 광빔을 분할하고 각각의 서브-빔을 특정 방향으로 재지향하도록 설계될 수 있다.
도 3은 서브-파장 격자 요소(300)의 예시적인 평면도를 도시하는 도면이다. 특정 예시적인 예에 따르면, 서브-파장 격자 요소(300)는 격자층(310) 내로 형성된 2차원 패턴이다. 격자층(310)은 실리콘 또는 게르마늄과 같은 단원소 반도체로 구성될 수 있다. 대안적으로, 격자층은 III-V족 반도체와 같은 화합물 반도체로 제조될 수도 있다. 로마 숫자 III 및 V는 원소 주기율표의 IIIa 및 Va 칼럼의 원소들을 표현한다.
전술된 바와 같이, 격자층(310)은 투명층(예를 들어, 210, 도 2)의 상부에 형성된다. 격자층(310) 재료는 기본 투명층보다 높은 굴절률을 갖도록 선택될 수 있다. 격자층과 투명층 사이의 이 비교적 높은 굴절률의 차이에 기인하여, 서브-파장 격자 요소는 고-콘트라스트 서브-파장 격자 요소라 칭할 수 있다.
격자 패턴은 상보형 금속 산화물 반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor: CMOS) 적합성 기술을 사용하여 서브-파장 패턴 요소를 형성하도록 격자층(310) 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 서브-파장 격자 요소(300)는 웨이퍼 본딩 또는 화학적 또는 물리적 기상 증착을 사용하여 투명층의 평면 표면 상에 격자층(310)을 증착함으로써 제조될 수 있다. 포토리소그래피 기술이 이어서 격자층(310)의 부분을 제거하여 아래의 투명층(304)을 노출하는데 사용될 수 있다. 격자층(310)의 부분을 제거하는 것은 다수의 격자 특징부(302)를 남겨둘 것이다. 도 3의 예에서, 격자 특징부(302)는 포스트(post)이다. 그러나, 몇몇 경우에, 격자 특징부는 홈일 수도 있다.
격자 특징부(302)의 중심들 사이의 거리는 격자 상수(308)라 칭한다. 격자 상수(308)는 서브-파장 격자 요소가 원하지 않는 방식으로 광을 산란하지 않도록 선택된다. 원하지 않는 산란은 격자 상수를 적절하게 선택함으로써 방지될 수 있다. 서브-파장 격자는 또한 비주기적일 수도 있다. 즉, 포스트의 직경 또는 홈의 폭과 같은 격자 특징부의 파라미터는 서브-파장 격자 요소(300)의 영역을 가로질러 다양할 수도 있다. 격자 특징부(302)의 치수(306) 및 격자 상수(308)의 길이는 서브-파장 격자 요소를 통해 이동하는 VCSEL에 의해 생성된 광의 파장보다 작다.
격자 상수(308) 및 격자 특징 파라미터는 서브-파장 격자 요소(300)가 특정 기능을 수행하도록 제조될 수 있도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 서브-파장 격자 요소(300)는 특정 방식으로 광을 포커싱하도록 설계될 수 있다. 대안적으로, 서브-파장 격자 요소(300)는 광을 시준하도록 설계될 수 있다. 부가적으로, 서브-파장 격자 요소는 특정 각도로 시준된 빔을 경사지게 할 수도 있다. 몇몇 경우에, 서브-파장 격자 요소는 광의 빔을 분할하거나 굴곡할 수도 있다. 서브-파장 격자 요소에 대한 더 많은 상세는 예를 들어 2011년 10월 27일 공개된 미국 특허 출원 공개 제 2011/0261856호에서 발견될 수 있다.
도 4는 광을 시준하기 위한 예시적인 집적 격자 요소(400)를 도시하는 단면도이다. 특정 예시적인 예에 따르면, 광전 구성요소(즉, VCSEL)의 활성 영역(402)으로부터 방출된 광은 투명층(406)을 통해 서브-파장 격자 요소(412)를 향해 투사된다. 서브-파장 격자 요소(412)는 활성 영역(402) 바로 위의 격자층(408) 내에 형성된다. VCSEL로부터 투사된 광(404)이 서브-파장 격자 요소를 통해 통과함에 따라, 이 광은 시준되게 된다(410). 시준된 광(410)은 이어서 자유 공간 또는 격자층(408)에 대해 위로 배치된 임의의 다른 광학 송신 매체를 통해 기준으로서 전파한다.
대안적으로, 광전 구성요소는 소스 디바이스일 수 있다. 이 경우, 광검출기가 집적 회로칩의 표면 내에 형성된다. 광검출기의 활성 영역은 광을 검출하고 광검출기 상에 충돌하는 광의 변조에 기초하여 교류 전기 신호를 생성하는 재료이다. 이러한 경우에, 서브-파장 격자 요소(412)는 시준된 광을 수용하고 그 광을 투명층(406)을 통해 광검출기의 활성 영역(402) 상에 포커싱하도록 설계될 수 있다.
도 5는 소정 각도로 광을 시준하기 위한 예시적인 집적 서브-파장 격자 요소(500)를 도시하는 단면도이다. 특정 예시적인 예에 따르면, 광전 구성요소의 활성 영역(502)으로부터 방출된 광은 투명층(504)을 통해 서브-파장 격자 요소(512)를 향해 투사된다. 서브-파장 격자 요소(512)는 활성 영역(502) 바로 위의 격자층(506) 내에 형성된다. VCSEL로부터 투사된 광(508)이 서브-파장 격자 요소(512)를 통해 통과함에 따라, 이 광은 시준되게 된다(510). 부가적으로, 시준된 광(510)은 상이한 각도로 재지향된다. 시준된 각형성된 광(510)은 이어서 자유 공간 또는 격자층(506)에 대해 위로 배치된 임의의 다른 광학 송신 매체를 통해 기준으로서 전파한다.
도 6은 2개의 정확한 방향으로 투사되는 2개의 시준된 빔으로 입사빔을 분할하는 예시적인 집적 서브-파장 격자 요소(600)를 도시하는 단면도이다. 특정 예시적인 예에 따르면, 광전 구성요소(즉, VCSEL)의 활성 영역(602)으로부터 방출된 광은 투명층(604)을 통해 서브-파장 격자 요소(612)를 향해 투사된다. 서브-파장 격자 요소(612)는 활성층(602) 바로 위의 격자층(608) 내에 형성된다. VCSEL로부터 투사된 광(608)이 서브-파장 격자 요소(612)를 통해 통과함에 따라, 이 광은 시준되게 된다(610). 부가적으로, 시준된 광(610)은 다수의 각도로 재지향된다. 시준된 각도 형성된 광(610)은 이어서 자유 공간 또는 격자층(606)에 대해 위로 배치된 임의의 다른 광학 송신 매체를 통해 기준으로서 전파한다.
광의 하나의 빔(610-1)은 제 1 각도로 전파되고, 반면에 광의 다른 빔(610-2)은 다른 각도로 전파된다. 이는 활성 영역(602)으로부터 방출되는 광에 의해 운반될 수 있는 광학 신호를 효과적으로 복제한다. 각각의 빔은 타겟 스폿(614)을 향해 정확하게 지향될 수 있다. 예를 들어, 광의 제 1 빔(610-2)은 제 1 타겟 스폿(614-1)을 향해 투사될 수 있고, 반면에 광의 제 2 빔(610-2)은 제 2 타겟 스폿(614-2)을 향해 투사된다. 타겟 스폿(614)은 각형성된 시준된 광(610)을 포커싱하거나 재지향하기 위한 부가의 서브-파장 격자 요소일 수 있다. 몇몇 경우에, 광(610)의 시준된 빔은 2개 초과의 빔으로 분할될 수도 있다.
도 7은 예시적인 적층형 집적 격자 요소(700)를 도시하는 도면이다. 특정 예시적인 예에 따르면, 부가의 격자층이 그 위에 형성되어 있는 부가의 투명층이 적층될 수 있다. 광이 각각의 격자 요소를 통해 통과함에 따라, 광은 최종 사전 결정된 구성에 도달하도록 더 수정될 것이다.
일 예에서, 광(714)은 광전 기판 내에 형성된 VCSEL의 활성 영역(702)으로부터 방출된다. 이 광은 제 1 투명층(704)을 통해 제 1 격자층(710) 내에 형성된 제 1 서브-파장 격자 요소(720)에 전파된다. 제 1 서브-파장 격자 요소(720)는 이어서 그 제 1 서브-파장 격자 요소(720)의 격자 패턴에 따라 광을 변형한다. 본 예에서, 제 1 서브-파장 격자 요소(720)의 격자 패턴은 광의 빔을 약간 팽창시킨다.
제 1 서브-파장 격자 요소(720)를 통해 통과한 후에, 광(716)은 제 1 격자층(710)의 상부에 형성된 제 2 투명층(706)을 통해 전파한다. 이 제 2 투명층(706)은 본질적으로 스페이서로서 작용한다. 광(716)은 제 2 격자층(712) 내에 형성된 제 2 서브-파장 격자 요소(722)에 도달할 때까지 제 2 투명층(706)을 통해 전파한다. 이 제 2 서브-파장 격자 요소(722)는 광의 빔을 시준하도록 설계된다.
제 2 서브-파장 격자 요소(722)를 통해 통과한 후에, 시준된 광은 제 2 격자층(712)에 인접하여 배치된 제 3 투명층(708)을 통해 이동한다. 일 예에서, 제 3 투명층(708)은 시준된 광(718)을 전파하도록 설계된 광학 송신 매체이다. 몇몇 경우에, 제 3 투명층(708)은 제 2 격자층(712) 상에 제조되지 않는 장비의 탈착 가능한 부분일 수도 있다. 오히려, 제 3 투명층(708)은 시준된 광(718)이 제 3 투명층(708) 내에 결합되게 하기 위해 제 2 격자층(712)에 대해 접할 수도 있다.
부가의 투명층 및 격자층은 부가의 적층하는 층들을 형성하는데 사용될 수도 있다. 일 예에서, 제 1 층은 2개 이상의 정확한 각도로 투사되는 2개의 시준된 빔으로 빔을 분할할 수 있다. 후속의 격자층은 제 1 격자층의 하나의 서브-파장 격자 요소에 대응하는 2개의 서브-파장 격자 요소를 포함할 수 있다. 제 2 층의 2개의 서브-파장 격자 요소의 각각은 시준된 빔을 직선화할 수도 있다. 후속의 격자층은 이어서 그 최종 격자층에 대해 위에 배치될 상이한 광학 송신 매체 내로 이들 빔의 각각을 포커싱하기 위한 2개의 서브-파장 격자 요소를 포함할 수 있다.
본 명세서 전체에 걸쳐 예시된 서브-파장 격자 요소 및 적층 구성은 본 명세서에 설명된 원리를 구체화하는 모든 구성의 철저한 도시가 되도록 의도된 것은 아니다. 다양한 다른 적층 조합이 원하는 광학 기능을 수행하도록 사용될 수도 있다. 부가적으로, 특정 칩이 칩 내에 형성된 광전 구성요소의 활성 영역과 정렬된 서브-파장 격자 요소의 어레이를 포함할 수도 있다. 이들 서브-파장 격자 요소의 각각은 설계 목적에 따라 다양할 수 있다.
도 8은 다수의 광전 구성요소(802)를 위한 다수의 서브-파장 격자 요소(808)를 갖는 예시적인 집적 회로칩(800)을 도시하는 도면이다. 특정 예시적인 예에 따르면, 광전 구성요소(802)의 어레이가 광전 기판(804) 내에 형성된다. 투명층(806)은 광전 구성요소(802)의 어레이를 커버한다. 서브-파장 격자(808)의 어레이가 투명층(806) 상에 배치된 격자층 내에 형성된다. 각각의 서브-파장 격자(808)는 광전 구성요소(802)의 활성 영역과 정렬하여 형성된다. 더욱이, 각각의 서브-파장 격자 요소(808)는 다양한 설계 목적을 만족시키기 위해 상이한 방식으로 그 대응 광전 구성요소(802)로부터 광에 영향을 미치도록 설계될 수 있다.
대응 서브-파장 격자 요소(808)를 갖는 광전 구성요소(802)의 어레이를 형성하는 것은 비용이 덜 들고, 더 콤팩트한 집적 회로를 제공한다. 이는 어떠한 복잡한 렌즈 시스템도 사용되지 않기 때문이다. 오히려, 광학 요소는 집적 회로칩 바로 위에 제조된다.
도 9는 집적 격자 요소를 형성하기 위한 예시적인 방법을 도시하는 흐름도이다. 특정 예시적인 실시예에 따르면, 방법은 광전 기판층 상에 투명층을 형성하는 단계(블록 902), 투명층 상에 격자층을 형성하는 단계(블록 904) 및 광전층 내의 광전 구성요소의 활성 영역과 정렬하여 격자층 내에 서브-파장 격자 요소를 형성하는 단계(블록 906)를 포함하고, 서브-파장 격자 요소는 활성 영역으로부터 방출된 광에 영향을 미친다.
결론적으로, 본 명세서에 설명된 원리를 구체화하는 방법 및 시스템의 사용을 통해, 광전 구성요소가 그 위에 형성되어 있는 집적 회로칩 상에 광학 요소가 직접 제조될 수 있다. 따라서, VCSEL과 같은 광전 구성요소로부터 방출하는 광이 다양한 광학 송신 매체 내에 포커싱될 수 있고 또는 복잡하고 비용이 드는 렌즈 정렬 절차의 사용 없이 자유 공간 전파를 위해 구성될 수 있다. 부가적으로, 광은 이러한 비용이 드는 렌즈 정렬 절차 없이 광검출기와 같은 광전 구성요소 상에 포커싱될 수 있다.
상기 설명은 설명된 원리의 예를 예시하고 설명하기 위해서만 제시되었다. 이 설명은 배타적이거나 개시된 임의의 정확한 형태에 이들 원리를 한정하도록 의도된 것은 아니다. 다수의 수정 및 변형이 상기 교시의 관점에서 가능하다.

Claims (15)

  1. 집적 서브-파장 격자 요소에 있어서,
    광전 기판층 위에 형성된 투명층과,
    상기 광전 기판층 내에 광전 구성요소의 활성 영역과 정렬하여 상기 투명층 상에 배치된 격자층 내에 형성된 서브-파장 격자 요소 - 상기 서브-파장 격자 요소는 상기 활성 영역과 상기 서브-파장 격자 요소 사이를 통과하는 광에 영향을 미침 - 를 포함하는
    집적 서브-파장 격자 요소.
  2. 제 1 항에 있어서,
    격자 패턴은 사전 결정된 방식으로 광에 영향을 미치기 위한 격자 특징 파라미터의 2차원, 비주기적 변형을 포함하는
    집적 서브-파장 격자 요소.
  3. 제 1 항에 있어서,
    격자 패턴은 상기 격자 요소가 상기 광을 시준하는 것, 상기 광을 포커싱하는 것, 상기 광을 분할하는 것, 상기 광을 굴곡하는 것 및 상기 광을 송신하는 것 중 하나를 행하게 하는
    집적 서브-파장 격자 요소.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명층은 산화물층을 포함하는
    집적 서브-파장 격자 요소.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전 기판층 내에 형성된 다수의 광전 구성요소와,
    상기 격자층 내에 형성된 다수의 서브-파장 격자 요소를 더 포함하고,
    상기 다수의 서브-파장 격자 요소는 상기 광전 구성요소의 활성 영역과 정렬하는
    집적 서브-파장 격자 요소.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 격자층에 인접하여 배치된 부가의 투명 이격층을 더 포함하되,
    상기 부가의 투명 이격층은 상기 격자층에 인접한 측에 대향하는 상기 투명 이격층의 측에 형성된 제 2 격자층을 포함하고, 상기 제 2 격자층은 상기 활성 영역과 정렬될 제 2 서브-파장 격자 요소를 포함하는
    집적 서브-파장 격자 요소.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전 요소 기판의 상기 활성 영역은 수직 공동 표면 발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL) 및 광 감지 디바이스 중 하나를 포함하는
    집적 서브-파장 격자 요소.
  8. 집적 서브-파장 격자 요소를 형성하기 위한 방법에 있어서,
    광전 기판층 위에 투명층을 형성하는 단계와,
    상기 투명층 상에 격자층을 형성하는 단계와,
    상기 광전층의 광전 구성요소의 활성 영역과 정렬하여 상기 격자층 내에 서브-파장 격자 요소를 형성하는 단계 - 상기 서브-파장 격자 요소는 상기 격자 요소와 상기 활성 영역 사이를 통과하는 광에 영향을 미침 - 를 포함하는
    집적 서브-파장 격자 요소를 형성하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    격자 패턴은 사전 결정된 방식으로 광에 영향을 미치기 위한 격자 특징 파라미터의 2차원, 평면형, 비주기적 변형을 포함하는
    집적 서브-파장 격자 요소를 형성하기 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    격자 패턴은 상기 광을 시준하는 것, 상기 광을 포커싱하는 것, 상기 광을 분할하는 것, 상기 광을 굴곡하는 것, 상기 광을 송신하는 것 중 하나를 행하도록 구성되는
    집적 서브-파장 격자 요소를 형성하기 위한 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 투명층은 산화물층을 포함하는
    집적 서브-파장 격자 요소를 형성하기 위한 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 광전 기판층 내에 다수의 광전 구성요소를 형성하는 단계와,
    상기 격자층 내로 다수의 서브-파장 격자 요소 ―상기 다수의 서브-파장 격자 요소는 상기 다수의 광전 구성요소의 활성 영역과 정렬됨― 를 에칭하는 단계를 더 포함하는
    집적 서브-파장 격자 요소를 형성하기 위한 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 격자층에 인접하여 부가의 투명 이격층을 배치하는 단계를 더 포함하되, 상기 부가의 투명 이격층은 상기 격자층에 인접한 측에 대향하는 상기 투명 이격층의 측에 형성된 제 2 격자층을 포함하고, 상기 제 2 격자층은 상기 활성 영역과 정렬될 제 2 서브-파장 격자 요소를 포함하는
    집적 서브-파장 격자 요소를 형성하기 위한 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 격자층은 상기 광이 광학 송신 매체를 통해 전파하도록 상기 광에 영향을 미치기 위한 것인
    집적 서브-파장 격자 요소를 형성하기 위한 방법.
  15. 집적 회로칩에 있어서,
    그 내부에 형성된 수직 공동 표면 발광 레이저(VCSEL)의 어레이를 포함하는 VCSEL 기판층과,
    상기 VCSEL 위에 형성된 평탄화 투명층과,
    그 내부에 형성된 서브-파장 격자 요소의 어레이를 포함하는 격자층 - 상기 서브-파장 격자 요소는 상기 VCSEL의 어레이의 활성 영역과 정렬됨 - 을 포함하고,
    상기 서브-파장 격자 요소는 상기 활성 영역으로부터 방출된 광에 영향을 미치기 위한 것인
    집적 회로칩.
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