KR20180064318A - 분광계, 광자 집적 회로 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

일 양상에 따른 광자 집적 회로 장치는, 적어도 하나의 광 검출기를 포함하는 평면 검출기, 평면 검출기와 평행하게 배열되며, 제1 광 신호를 가이드하는 제1 집적 도파관을 포함하는 도파관 레이어, 도파관 레이어의 에지로부터 이격된 영역에서 제1 집적 도파관을 종결하기 위해 도파관 레이어 상에 형성된 캐비티 및 제1 집적 도파관에 의해 가이드된 제1 광 신호를 평면 검출기의 제1 광 검출기를 향해 반사시키도록 캐비티 내에 형성된 제1 반사면을 포함할 수 있다.

Description

분광계, 광자 집적 회로 장치 및 그 제조방법{SPECTROMETER, PHOTONIC INTEGRATED CIRCUIT DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
광자 집적 회로 장치 및 분광계 시스템과 관련된다. 보다 상세하게는, 광 신호가 집적(integrated) 도파관(waveguide)으로부터 이미지 검출기와 같은 적어도 하나의 광 검출기(photodetector)를 포함하는 평면 검출기에 결합되는 집적 광 장치와 관련된다.
집적 분광계(integrated spectrometers)와 같은 집적 광자 장치(integrated photonic devices)에서, 광자 회로는 이미지 검출기 상에 제공될 수 있다.
예를 들어, 복수의 격자 커플러(grating coupler)는 광 신호 검출을 위해 도파관(waveguide)으로부터의 광을 이미지 검출기의 방향으로 커플링시킬 수 있다.
US 6,226,083호는 분석중인 샘플로부터 반사된 광의 조성을 분석하기 위한 집적-광학 분광기(integrated-optic spectrometer)를 개시한다. 집적 광학 분광기는 산화 기판(oxidized substrate) 상에 제조된(fabricated) 도파관, 및 회절 격자 어레이 및 검출기 어레이를 포함한다. 검출기 어레이는 상이한 이산 파장의 분석을 가능하게 하도록, 도파관 상에 장착되어 격자 어레이에 의해 회절된 상이한 파장의 광을 수신한다.
회절 격자 각각은 일련의 회절 격자를 포함하고, 회절 격자에 의해 회절 되지 않는 파장의 광은 최적의 투과율을 갖도록 구성된다.
입력 광은 도파관을 통해 가이드되고 이산 파장은 회절 격자에 의해 포토 다이오드 검출기 어레이 상으로 회절 되며, 포토 다이오드 검출기 어레이는 조성을 결정하기 위해 이산 파장에서 광 강도를 순서대로 측정하고 동시에 도파관을 통해 회절 되지 않은 파장을 최적으로 전송한다.
이러한 종래 기술에서, 회절 격자는 정사각형 또는 직사각형의 형상을 가질 수 있고, 도파관 내의 광의 전파 방향에 직각인 격자 선들을 가지며, 그 결과 광은 도파관의 평면에 대략 수직인 방향인 도파관 밖, 예컨대 광 다이오드 검출기 어레이 방향으로 커플링 된다.
그러나, 이러한 종래 기술 시스템은 각각의 격자 커플러가 낮은 출력 커플링 효율을 가진다. 또한, 이는 개별 픽셀에 의해 검출된 신호에 대한 신호대 잡음비(signal to noise ratio)에 악 영향을 미칠 수 있다.
이에 따라, 격자 커플러의 커플링 효율을 증가시키기 위해서는 그 길이를 증가시킬 필요가 있을 수 있다.
그러나, 길이를 증가시키는 것은 포토 다이오드 검출기 어레이가 검출기 어레이의 개별 검출기 픽셀 장치가 충분히 커지도록, 예컨대, 격자들의 길이는 픽셀의 피치(pitch)와 일치하도록 선택되어야 함을 의미한다.
이는 상업적으로 이용 가능한 이미징 솔루션으로부터의 이미지 센서의 선택에 큰 제약을 가할 수 있으며, 값 비싼 커스텀 어레이의 개발이 필요할 수 있다.
집적 도파관으로부터 이미지 검출기로의 광 신호를 검출할 때, 광 신호의 양호하고 효율적인 커플링을 제공하는 것에 목적이 있다.
일 양상에 따른 광자 집적 회로 장치는, 적어도 하나의 광 검출기를 포함하는 평면 검출기, 평면 검출기와 평행하게 배열되며, 제1 광 신호를 가이드하는 제1 집적 도파관을 포함하는 도파관 레이어, 도파관 레이어의 에지로부터 이격된 영역에서 제1 집적 도파관을 종결하기 위해 도파관 레이어 상에 형성된 캐비티 및 제1 집적 도파관에 의해 가이드된 제1 광 신호를 평면 검출기의 제1 광 검출기를 향해 반사시키도록 캐비티 내에 형성된 제1 반사면을 포함할 수 있다.
여기서 평면 검출기는 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 검출기일 수 있다.
이때, 이미지 검출기는 전면조사 CMOS 이미지 검출기 또는 후면조사 CMOS 이미지 검출기일 수 있다.
또한, 캐비티는 금속 플러그로 적어도 부분적으로 채워져, 제1 반사면을 형성할 수 있다.
또한, 제1 반사면은 도파관 레이어의 평면의 법선에 대해 20도 내지 60도의 경사를 가질 수 있다.
제1 집적 도파관은, 제1 반사면을 향해 폭이 감소하는(tapered) 영역을 포함할 수 있다.
다른 양상에 따른 광자 집적 회로 장치는 도파관 레이어는 제2 광 신호를 가이드하는 제2 집적 도파관을 포함하고, 캐비티는 도파관 레이어의 에지로부터 이격된 영역에서 제2 집적 도파관을 종결하도록 배열되고, 제2 집적 도파관에 의해 제2 광신호가 평면 검출기의 제2 광 검출기를 향해 가이드될 때 제2 광 신호를 반사시키도록 캐비티내에 형성된 제2 반사면을 포함할 수 있다.
이때, 도파관 레이어는 제3 광 신호를 가이드하는 제3 집적 도파관 및 제4 광 신호를 가이드하는 제4 집적 도파관을 포함하고, 캐비티는 제3 집적 도파관 및 제4 집적 도파관을 종결하도록 형성되고, 제3 집적 도파관 및 제4 집적 도파관에 의해 제3 광 신호 및 제4 광 신호가 각각 평면 검출기의 제3 광 검출기 및 제4 광 검출기를 향해 가이드될 때, 제3 광 신호 및 제4 광 신호를 반사시키도록 캐비티내에 형성된 제3 반사면 및 제4 반사면을 포함할 수 있다.
또한, 제1 집적 도파관, 제2 집적 도파관, 제3 집적 도파관 및 제4 집적 도파관은 십자형(cross shape)으로 배열되고, 캐비티는 십자형의 교차점에 형성될 수 있다.
또한, 제1 집적 도파관, 제2 집적 도파관, 제3 집적 도파관 및 제4 집적 도파관은 서로 평행하게 배열되고, 제1 집적 도파관과 제2 집적 도파관은 서로 일렬로 배열되며, 제3 집적 도파관과 제4 집적 도파관은 서로 일렬로 배열되고, 캐비티는, 제1 집적 도파관, 제2 집적 도파관, 제3 집적 도파관 및 제4 집적 도파관을 종결하는 연장된 트렌치를 포함할 수 있다.
연장된 트렌치는 제1 집적 도파관, 제2 집적 도파관, 제3 집적 도파관 및 제4 집적 도파관에 수직하여 배치되고, 제1 집적 도파관 및 제2 집적 도파관은 연장된 트렌치의 대향면(opposite sides)에 배치되고, 제3 집적 도파관 및 제4 집적 도파관은 연장된 트렌치의 대향면에 배치될 수 있다.
또 다른 양상에 따른 광자 집적 회로 장치는, 입력 광 신호를 제1 집적 도파관, 제2 집적 도파관, 제3 집적 도파관 및 제4 집적 도파관 커플링 시키는 적어도 하나의 광 입력 커플러을 포함하고, 적어도 하나의 광 입력 커플러 각각은 광 입력 커플러 의 대향면에 놓이는 집적 도파관 세그먼트로 도파관 레이어 상에 입사되는 광을 커플링시킬 수 있다.
이때, 복수의 연장된 트렌치 및 복수의 광 입력 커플러는 서로 평행하게 배열되고, 광 입력 커플러 및 연장된 트렌치 사이에서 집적 도파관을 통해 이동하는 광의 스펙트럼을 조작하기 위해 집적 도파관에 배치거나 기능적으로 결합 된 복수의 광 신호 프로세서를 더 포함할 수 있다.
일 양상에 따른 분광계는 광자 집적 회로 장치를 포함할 수 있다.
일 양상에 따른 광자 집적 회로 장치 제조 방법은 매립 산화물 레이어, 도파관 레이어 및 클래딩 레이어를 포함하는 레이어 스택을 생성하는 단계, 제1 집적 도파관을 종결시키기 위해 도파관 레이어의 에지로부터 이격된 영역에서 도파관 레이어에 캐비티를 형성하는 단계, 캐비티 내에 제1 반사면을 생성하는 단계 및 제1 집적 도파관에 의해 제1 광 신호가 평면 검출기의 제1 광 검출기를 가이드 될 때 제1 광 신호를 반사시키도록 제1 반사면을 정렬시켜, 적어도 하나의 광 검출기를 포함하는 평면 검출기 상에 레이어 스택을 배열하는 단계를 포함하고, 도파관 레이어는 제1 광 신호를 가이드하는 제1 집적 도파관을 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 및 바람직한 측면은 첨부된 독립항 및 종속항에 개시된다. 종속항의 특징은 독립항의 특징 및 다른 종속항의 특징과 적절하게 결합될 수 있으며 청구 범위에서 명시적으로 제시된 것으로 제한되지 아니한다.
본 발명의 일 양상 및 다른 양상은 이하에 설명되는 실시예(들)로부터 명백해지고 설명 될 것이다.
광자 집적 회로 장치 및 분광기에 따르면 광 신호 검출 효율이 증가될 수 있으며, 소형 폼팩터로 구현될 수 있다.
도 1은 광자 집적 회로 장치의 일 예를 도시한다.
도 2는 이미지 센서 픽셀의 횡단면의 주사형 전자 현미경 사진에 금속 플러그로 형성된 구리 경사 출력 미러(a copper sloped output mirror)의 단면도를 도시한다.
도 3은 후면조사 이미지 검출기를 포함하는 광자 집적 회로 장치의 일 예를 도시한다.
도 4는 전면조사 이미지 검출기를 포함하는 광자 집적 회로 장치의 일 예를 도시한다.
도 5는 광 출력 결합 효율의 비교 그래프를 도시한 예시도이다.
도 6은 광자 집적 회로 장치의 다른 예로써, 4 개의 집적 도파관에 의해 형성된 십자형상의 교차부에 형성된 캐비티를 도시한다.
도 7은 광자 집적 회로 장치의 또 다른 예로써, 캐비티의 양측에 복수의 집적 도파관을 포함하는 연장된 캐비티를 도시한다.
도 8은 광자 집적 회로 장치의 집적 도파관 및 연장된 캐비티의 배열의 일 예를 도시한다.
도 9는 광자 집적 회로 장치의 또 다른 예로써, 집적 도파관의 폭이 반사면을 향해 감소하는 집적 도파관을 도시한다.
도 10은 광자 집적 회로 장치 제조 방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.
도 11은 광자 집적 회로 장치 제조 방법의 도파관 레이어에 캐비티를 형성하는 단계를 도시한 예시도이다.
도 12는 광자 집적 회로 장치 제조 방법의 캐비티 내에 시드 레이어를 증착하는 단계를 도시한 예시도이다.
도 13은 광자 집적 회로 장치 제조 방법의 캐비티를 금속 도금으로 충진하는 단계를 도시한 예시도이다.
도 14는 광자 집적 회로 장치 제조 방법의 캐비티 외부의 도금 금속을 제거하는 평탄화 공정을 적용하는 단계를 도시한 예시도이다.
본 발명은 특정 실시 예 및 특정 도면을 참조하여 설명될 것이나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 청구 범위에 의해서만 해석될 것이다. 개시된 도면들은 단지 개략적이며 비 제한적이다. 개시된 도면들에서 일부 장치들의 크기는 과장 될 수 있고, 예시적인 목적을 위해 실제크기로 그려지지 않을 수 있다. 또한, 치수 및 상대 치수는 본 발명의 실제수행에 대응하지 않을 수 있다.
또한, 상세한 설명 및 청구의 범위에서의 제1, 제2 등의 용어는 유사한 요소를 구별하기 위해 사용되고, 시간적으로, 공간적으로, 또는 임의의 다른 방식으로 순서를 기술하기 위한 것은 아니다.
사용된 용어는 적절한 상황하에서 교환 가능하고 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시 예는 본 명세서에 기재되거나 도시된 것 이외의 다른 순서로 작동할 수 있음을 이해해야 한다.
또한, 상세한 설명 및 청구 범위에서의 상부, 하부 등의 용어는 설명의 목적으로 사용되며, 반드시 상대적인 위치를 설명하는 데 사용되는 것은 아니다.
또한, 사용되는 용어는 적절한 환경 아래에서 교환 가능하고, 본 명세서에 설명 된 본 발명의 실시 예는 본 명세서에 설명되거나 도시된 것 이외의 다른 방향으로 작동할 수 있음을 이해해야 한다.
청구 범위에서 사용된 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 그 이후 열거 된 수단으로 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 명세서에서 "일 실시 예" 또는 "실시 예"는 본 실시 예와 관련하여 설명 된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 곳에서 "일 실시 예에서" 또는 "실시 예에서"라는 문구의 출현은 모두 반드시 동일한 실시 예를 지칭하는 것이 아니라, 동일한 실시 예를 지칭할 수 있다.
또한, 특정 특징들, 구조들 또는 특성들은 하나 이상의 실시 예들에서 본 개시 내용으로부터 당업자에게 명백한 바와 같이 임의의 적절한 방식으로 결합 될 수 있다.
유사하게, 본 발명의 예시적인 실시 예들의 설명에서, 본 발명의 다양한 특징들은 본 발명을 합리화하고 하나 또는 그 이상의 것들의 이해를 돕기 위해 때때로 단일의 실시 예, 도면 또는 그 설명으로 함께 그룹화된다는 것을 이해해야 한다.
그러나, 이 개시 방법은 청구된 발명이 각 청구항에 명시적으로 언급된 것보다 많은 특징을 요구한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려 이하의 청구 범위가 반영하는 바와 같이, 진보적인 양태는 단일한 전술 한 실시 형태의 모든 특징보다 적을 수 있다. 따라서, 상세한 설명에 이어지는 청구 범위는 상세한 설명에 명확하게 포함되며, 각 청구항은 본 발명의 개별적인 실시 예로서 독자적으로 기재된다.
또한, 본 명세서에 설명된 일부 실시 예는 다른 실시 예에 포함된 일부 특징을 포함 하나 다른 특징을 포함하지는 않지만, 다른 실시 예의 특징의 조합은 본 발명의 범위 내에 있고, 당업자가 이해할 수 있는 다른 실시 예를 형성하는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 개시된 청구항들에서 실시 예들은 임의의 구성이 임의의 조합으로 사용될 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시 예들은 이들 특정 세부 사항 없이도 실시될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 다른 예들에서 잘 알려진 방법, 구조 및 기술은 이 설명의 이해를 모호하게 하지 않기 위해 상세하게 도시되지 않았음을 이해해야 한다.
일 양상에 따른 광자 집적 회로 장치는 예컨대, 픽셀 어레이로 구성된 적어도 하나의 광 검출기를 포함하는 이미지 검출기를 포함하는 평면 검출기를 포함하고, 실질적으로 평면 검출기와 평행하게(제조 허용 오차 내에서 평행할 수 있음) 배열된 도파관 레이어를 포함할 수 있다.
또한, 도파관 레이어는 제1 광 신호를 가이드하기 위한 제1 집적 도파관을 포함할 수 있다.
캐비티는 도파관 레이어상에 도파관 레이어의 에지에서 이격된 영역에 형성될 수 있으며, 제1 집적 도파관을 종결시키는 것과 같이, 도파관 레이어의 주 평면을 외접하는 도파관 레이어의 원주 모서리로부터 연장될 수 있다.
제1 반사면은 제1 집적 도파관에 의해 가이드된 제1 광 신호를 평면 검출기의 제1 광 검출기를 향해 반사 시키도록 캐비티 상에 형성될 수 있다.
또한, 광자 집적 회로 장치의 평면 검출기는 픽셀의 어레이를 포함하는 이미지 검출기 일 수 있다. 예컨대, 평면 검출기는 적어도 하나의 광 검출기는 픽셀 어레이로 조직화된 복수의 픽셀에 대응할 수 있고, 도파관 레이어는 이미지 검출기의 상부에 모놀리식으로(monolithically) 집적 될 수 있다.
예를 들어, 집적 도파관과 평면 검출기의 예컨대, 이미지 검출기의 단일 대응 픽셀을 포함하는 광 검출기 사이의 높은 커플링 효율이 달성될 수 있다.
또한, 집적 도파관이 구현되는 레이어에 대응하는 제1 평면과 픽셀을 포함하는 이미지 검출기의 방향에 대응하는 제2 평면 사이에서, 제1 평면과 제2 평면은 서로에 대해 실질적으로 평행할 수 있으며, 이를 통해 광자 집적 회로 장치는 높은 광 커플링 효율을 가져올 수 있다.
또한, 광자 집적 회로 장치는, 도파관 및 이미지 검출기가 소형 폼팩터 집적 디바이스 상에서 공동으로 집적(co-integrated)됨으로써, 이미지 검출기의 픽셀을 포함할 수 있다.
예를 들어, 수백만 개의 광자 도파관의 출력은 동일한 칩상의 대응하는 이미지 검출기 픽셀에 의해 변환될 수 있으므로, 다수의 광자 칩(photonic chip)이 실현될 수 있다.
또한, 출력 격자 결합기와 비교할 때 광을 도파관으로부터 결합시키는데 약 2배 이상의 더 큰 효율을 가질 수 있다. 또한, 소형 장치로 구현될 수 있으며, 예컨대, 도파관으로부터 광을 가이드하기 위해 직경이 수 마이크로미터인 효율적인 출력 광 커플러, 예컨대, 약 15제곱 마이크로미터 영역상에 구현될 수 있다.
광자 집적 회로 장치는 도파관에 의해 도파된 광 신호의 전력의 대부분을 단일 픽셀로 결합함으로써 노이즈를 최소화할 수 있다.
또한, 광대역 출력 광 결합기가 광을 도파관으로부터 픽셀로 결합하는 집적 시스템에 적용됨으로써, 넓은 파장 범위에서 광을 커플 링시킬 수 있다.
또한, 광자 집적 회로 장치는 광 커플러가 표준 집적 회로 공정 단계들을 사용하여 광자 집적 회로 장치상에 구현될 수 있다.
광자 직접 회로 장치는 적어도 하나의 광 검출기(photodetector)를 포함하는 평면 검출기(planar detector)를 포함할 수 있다. 여기서, 광 검출기는 예컨대 픽셀 어레이(array of pixels)를 형성하는 복수의 픽셀을 포함하는 이미지 검출기(image detector)일 수 있다.
광자 집적 회로 장치는 평면 검출기에 실질적으로 평행하게 배치된 도파관 레이어(waveguide layer)를 포함할 수 있다. 여기서, 도파관 레이어는 평면 검출기에 평행 및/또는 이미지 검출기에 평행할 수 있다.
도파관 레이어는 적어도 하나의 제1 광 신호를 가이드하기 위한 적어도 하나의 제1 집적 도파관을 포함할 수 있다.
캐비티(cavity)는 제1 집적 도파관을 종결하기 위해 도파관 레이어의 에지(edge)로부터 이격된 영역에서 도파관 레이어 상에 형성될 수 있다.
반사면은 제1 집적 도파관에 의해 제1 광신호가 평면 검출기의 제1 광 검출기를 향해 가이드 될 때 제1 광 신호를 반사 시키도록 캐비티(cavity) 내에 형성될 수 있다.
도 1은 광자 집적 회로 장치를 도시한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 광자 집적 회로 장치(1)는 적어도 하나의 광 검출기(3)를 포함하는 평면 검출기(2)를 포함할 수 있다.
평면 검출기(2)는 광을 전자 신호로 변환하는 적어도 하나의 광 검출기(3)를 포함하는 적어도 하나의 반도체 장치 레이어(semiconductor device layer)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 평면 검출기(2)는 평면 장치 레이어 또는 레이어 스택을 포함하고, 내부에 구현된 적어도 하나의 광 검출기에 의해 광을 검출하도록 구현된 평면일 수 있다. 예컨대, 광 검출기(3)는 픽셀들의 어레이를 포함하는 이미지 검출기를 포함할 수 있다.
광자 집적 회로 장치(1)는 평면 검출기(2)에 실질적으로 평행하게 배열된 도파관 레이어(4)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도파관 레이어(4)는 픽셀 어레이에 실질적으로 평행하게 배열될 수 있다. 예컨대, 도파관 레이어(4)는 픽셀 어레이에 평행 및/또는 이미지 검출기의 주 평면(major plane)에 평행하게 배열될 수 있다.
이때, 이미지 검출기는 예컨대, CMOS 이미지 검출기를 포함할 수 있다.
예컨대, 이미지 검출기는 전면조사 이미지 센서(frontside-illuminated imager)일 수 있으며, 예컨대, 액티브 픽셀 영역의 상부에 금속 접촉(metal contact)을 포함할 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 금속 접촉 레이어는 액티브 픽셀 영역 및 도파관 레이어(4)의 사이에 배열될 수 있다.
또한, 이미지 검출기는 후면조사 이미지 센서(backside-illuminated imager)일 수 있고, 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 액티브 픽셀 영역의 상부에 금속 접촉을 포함하지 않을 수 있다.
이때, 이미지 검출기는 장치 내에 모놀리식으로(monolithically) 집적될 수 있으며, 도파관 레이어(4)는 이미지 검출기의 상부에 일체형으로 집적될 수 있다.
도 2는 이미지 센서 픽셀의 횡단면의 주사형 전자 현미경 사진에 금속 플러그로 형성된 구리 경사 출력 미러(a copper sloped output mirror)의 단면도를 도시한다.
도 2를 참조하면, 화살표(21)는 광자 집적 회로 장치(1)의 동작시에 광 신호의 전파 방향을 도시한다. 전면조사 이미지 센서의 픽셀의 액티브 영역(23)은 이미지 센서의 금속 접촉부를 형성하는 복수의 레이어, 예컨대, 알루미늄 접촉의 4개 레이어(24)의 아래에 형성될 수 있다.
도 5는 광 출력 결합 효율의 비교 그래프를 도시한 예시도이다.
도 5를 참조하면, 광 출력 커플링 효율, 예컨대, 도파관으로부터의 광 신호를 픽셀에 결합시키는 효율을 도시한다.
예를 들어, 전면조사 이미지 센서를 포함하는 예시적인 실시 예(51)와, 후방조사 이미지 센서를 포함하는 예시적인 실시 예(52) 사이의 비교로서, 전면 조사 이미지 센서에 대한 후면조사 이미지 센서의 실시예에서 출력 커플링 효율이 약 2.5 배 증가하는 것을 알 수 있다.
광자 집적 회로 장치(1)는 실리콘 온 인슐레이터 웨이퍼(silicon on insulator wafer)와 같은 기판 상에 레이어 스택을 포함 할 수 있다.
예를 들어, 레이어 스택은 SiO2 매립형 산화물(BOX, buried oxide) 레이어와 같은 매립형 산화물 레이어, 도파관 레이어 및 SiO2 레이어와 같은 클래딩 레이어(cladding layer)를 포함 할 수 있다. 예컨대, 매립형 산화물 레이어, 도파관 레이어 및 클래딩 레이어는 기판 상에 연속적으로 놓일 수 있다.
예를 들어, 캐비티(5)는 도파관 레이어(4)를 통해 토폴로지 홀(topological hole)을 형성하여 도파관 레이어(4)를 완전히 관통할 수 있다. 또한 캐비티(5)는 매립형 산화물 레이어, 클래딩 레이어 및/또는 기판을 적어도 부분적으로 관통 할 수 있다.
도파관 레이어(4)는 제1 광 신호를 가이드하기 위한 적어도 하나의 제1 집적 도파관(11)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 캐비티(5)는 홀, 트렌치 또는 압입으로 형성될 수 있으며, 제1 집적 도파관(11)을 종결시키기 위해 도파관 레이어(4)의 에지로부터 이격된 영역에서 도파관 레이어(4)에 형성될 수 있다.
따라서, 캐비티(5)는 이 영역에서 도파관과 교차할 수 있다. 예를 들어, 도파관 레이어(4)의 에지로부터 적어도 5% 또는 10%만큼 이격될 수 있으며, 도파관 레이어(4)의 최대 직경의 20% 내지 50 %의 범위에 있을 수 있다.
반사면(6)은 예컨대, 거울로 형성될 수 있으며, 제1 집적 도파관(11)에 의해 제1 광 신호가 가이드될 때, 제1 광 신호를 평면 검출기(3)의 제1 광 검출기(7)를 향해 반사 시키도록 캐비티(5)에 배치될 수 있다.
따라서, 도파관을 이동하는 광은 도파관을 빠져 나가 반사면(6)에서 반사되어, 주된 전파 선(principal line of propagation)으로부터 실질적인 이탈 없이 또한, 반사에 의해 실질적으로 변형되지 않고, 반사면(6)과 제1 광 검출기(7)의 활성 영역 사이의 굴절(refractive) 또는 회절 장치(diffractive elements)로 직접 진행할 수 있다.
예를 들어, 반사면(6)은 도파관의 도광(light-guiding) 코어 물질과 실질적으로 상이한 굴절률을 갖는 물질로서 캐비티(5)내에 형성될 수 있다. 따라서, 반사면(6)은 평면 검출기(2)의 제1 광 검출기(7)를 향해 도파관에서의 전력을 반사시키기 위한 집적 경사 출력 미러(integrated sloped output mirror)를 형성할 수 있다.
반사면(6)은 구리, 알루미늄, 금, 은, 티탄 및 탄탈과 같은 금속 또는 금속의 합금과 같은 적절한 반사 물질에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않으며 반사면은 또한 브래그 미러(Bragg mirror)를 형성하는 적어도 두 개의 상이한 유전체 물질의 주기적인 레이어에 의해 형성될 수 있다.
캐비티(5)는 반사면(6)을 형성하기 위해 부분적으로 플러그(plug)로 채워질 수 있다.
예를 들어, 캐비티(5)는 적절한 반사 충진 물질, 예컨대 구리, 알루미늄, 금, 은, 티탄 및 탄탈과 같은 금속 또는 금속의 합금으로 채워질 수 있다. 그러나, 이와 같이 캐비티(5)를 완전히 채우는 플러그에 한정되지 않으며, 예를 들어, 플러그는 중공(hollow)일 수 있다.
반사 물질은 또한 캐비티(5)에 의해 형성된 집적 도파관의 측면(facet)상에 코팅되거나 증착될 수 있다. 예를 들어, 반사 물질로서 반사 금속 등은 캐비티(5)의 경사진 표면상에 증착될 수 있다.
반사면(6)은 광 커플러 구조를 형성하는 경사진 반사면 일 수 있다. 경사진 반사면은 도파관 레이어(4)의 에지로부터 이격된 위치에서 집적 도파관 상에 형성되어 집적 도파관을 종결할 수 있다.
반사면(6)은 도파관 레이어(4)의 법선(normal) 방향, 예컨대, 수직 방향에 대해 20° 내지 60° 범위의 각도로 배향될 수 있고 집적 도파관 내를 진행하는 광을 제1 광 검출기(7)로 반사 시키도록 위치될 수 있다.
예를 들어, 반사면(6)은 도파관 레이어(4)의 평면에 대하여 미리 정해진 각도를 가질 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼의 전면에 대하여, 20 °내지 80 °의 범위 또는 30 ° 내지 70 °의 범위, 또는 40 ° 내지 60 °의 범위일 수 있으며, 일 예로, 45 °의 경사를 가질 수 있다.
예를 들어, 도 5는 도파관 레이어(4)의 법선에 대한 반사면(6)의 각도의 함수로서, 집적 도파관으로부터 픽셀로 결합되는 광 신호에 대한 광 결합 효율의 예시적인 그래프를 도시한다. 예컨대, 평면 검출기(2) 및 도파관 레이어(4)는 서로에 대하여 수직 방향으로 레이어될 수 있다.
이와 같이, 집적 경사 출력 미러를 형성하는 반사면(6)을 사용함으로써 종래의 격자 커플러에 비해 약 2배 높은 광 커플링 효율을 달성할 수 있다.
이러한 광 커플러는 종래의 격자 커플러에 비해 소형 일 수 있고, 광 신호의 대부분을 어레이의 단일 픽셀과 같은 단일 광 검출기에 결합할 수 있다.
따라서, 단일 도파관에 의해 가이드되는 광 신호가 복수의 픽셀에 걸쳐 분포되는 장치와 비교하여, 노이즈가 낮을 수 있다. 또한, 금속 반사면과 같은 반사면(6)은 광대역 신호를 커플링 할 수 있다. 예를 들어, 넓은 범위의 파장을 포함하는 광 신호는 집적 광 검출기에 효율적으로 커플링 될 수 있다.
또한, 도파관과 반사면(6) 사이에 비정질 실리콘 브릿지(amorphous silicon bridge)를 더 포함할 수 있다.
도 9는 광자 집적 회로 장치의 또 다른 예로써, 집적 도파관의 폭이 반사면을 향해 감소하는 집적 도파관을 도시한다.
도 9를 참조하면, 제1 집적 도파관(11)은 그 폭이 제1 반사면(6)을 향해 감소하는(tapered) 부분(91)을 가질 수 있다.
도파관 레이어(4)는 제2광 신호를 가이드하기 위한 제2 집적 도파관(12)을 포함할 수 있다. 제2 집적 도파관(12)은 캐비티(5)가 도파관 레이어(4)의 에지로부터 이격된 영역에서 제2 집적 도파관(12)을 종결하도록 배치될 수 있다.
제2 집적 광 도파관(12)에 의해 평면 검출기(2)의 제2 광 검출기(17)를 향해 가이드 될 때 제2 광 신호를 픽셀 배열의 두 번째 픽셀에 반사 시키도록 제2 반사면(16)이 캐비티(5) 내에 형성될 수 있다.
도파관 레이어(4)는 각각 제3 광 신호 및 제4 광 신호를 가이드하기 위한 제3 집적 도파관(13) 및 제4 집적 도파관(14)을 포함할 수 있다. 또한, 캐비티(5)는 도파관 레이어(4)의 에지로부터 이격된 영역에서 제3 집적 도파관(13) 및 제4 집적 도파관(14)을 종결 시키도록 배치될 수 있다.
또한, 제3 반사면(26) 및 제4 반사면(36)은 각각 제3 집적 도파관(13) 및 제4 집적 도파관(14)에 의해 각각 평면 검출기의 제3 광 검출기 및 제4 광 검출기를 향해 가이드 될 때 제3 광 신호 및 제4 광 신호를 각각 반사시키도록 캐비티(5) 내에 제공 될 수 있다.
예를 들어, 제1 반사면(6), 제2 반사면(16), 제3 반사면(26) 및/또는 제4 반사면(36)은 캐비티(5) 내의 금속 플러그의 거울 측면과 같은 캐비티 내의 플러그 물질의 측면에 의해 형성될 수 있다.
도 6은 광자 집적 회로 장치의 다른 예로써, 4 개의 집적 도파관에 의해 형성된 십자형상의 교차부에 형성된 캐비티를 도시한다.
도 6을 참조하면, 제1, 제2, 제3 및 제4 집적 도파관(11, 12, 13, 14)은, 캐비티(5)의 십자형의 교차부(intersection)에 형성되는 십자가 형태로 배열될 수 있다.
예를 들어, 제1 집적 도파관과 제2 집적 도파관은 서로 일직선 상에 배치 될 수 있고, 또한 제3 집적 도파관 및 제4 집적 도파관은 서로 일직선 상에 배치 될 수 있다.
또한, 제1 집적 도파관, 제2 집적 도파관은 서로의 선형 확장에서 일직선 상에 배치될 수 있으며, 제3 집적 도파관, 제4 집적 도파관은 서로의 선형 확장에서 일직선 상에 배치될 수 있다.
도 7은 광자 집적 회로 장치의 또 다른 예로써, 캐비티의 양측에 복수의 집적 도파관을 포함하는 연장된 캐비티를 도시한다.
도 7을 참조하면, 제1, 제2, 제3 및 제4 집적 도파관(11, 12, 13, 14)은 예를 들어, 제1 집적 도파관(11)과 제2 집적 도파관(12)은 일렬로 배치되고, 제3 집적 도파관(13)과 제4 집적 도파관(14)은 서로 일렬로 배치될 수 있다.
캐비티(5)는 제1, 제2, 제3 및 제4 집적 도파관(11, 12, 13, 14)을 종결하는 연장된 트렌치를 포함 할 수 있으며, 반사면(6)은 트렌치를 매립하는 플러그 물질 또는 트렌치의 경사진 면에 코팅되거나 증착된 반사 물질에 의해 형성될 수 있다.
따라서, 반사면(6, 16)은 대응하는 집적 도파관에 의해 가이드 될 때 제1, 제2, 제3 및 제4 광 신호를 평면 검출기(2)의 대응하는 광 검출기(3), 예컨대, 픽셀 어레이의 대응하는 픽셀을 향해 반사시킬 수 있다.
이와 같이, 제1 반사면(6) 및 제3 반사면(26)은 트렌치에 증착된 반사 물질과 같이 트렌치 내의 물질의 동일한 측면에 형성될 수 있다.
일 예로, 트렌치 내의 금속 플러그 및 제2 반사면(16) 및 제4 반사면(36)은 트렌치 내의 물질의 동일한 면에 의해 형성될 수 있다.
한편, 광자 집적 회로 장치(1)는 평행하게 배열된 복수의 추가 도파관을 포함 할 수 있으며, 연장된 트렌치가 복수의 다른 도파관과 교차하도록 유사한 방식으로 배치될 수 있고, 다른 도파관으로부터의 광 신호를 트렌치 내에 형성된 반사면에 대응하는 광 검출기(3), 예컨대 대응하는 픽셀로 가이드할 수 있다.
도 8은 광자 집적 회로 장치의 집적 도파관 및 연장된 캐비티의 배열의 일 예를 도시한다.
도 8을 참조하면, 연장된 트렌치는 적어도 45 °의 각도, 바람직하게는 제1, 제2, 제3 및 제4 집적 도파관(11, 12, 13, 14), 및 예를 들어 임의의 추가 집적 도파관에 대해 수직으로 배향 될 수 있다. 따라서, 도 8에 도시 된 바와 같이, 집적 도파관은 행(row)로 배열 될 수 있는 반면, 연장 된 트렌치는 열(column) 방향으로 배열 될 수 있다.
광자 집적 회로 장치(1)는 입력 광 신호를 분석할 수 있다. 광자 집적 회로 장치(1)는 입력 광 신호를 제1 집적 도파관(11), 제2 집적 도파관(12) 및/또는 임의의 다른 집적 도파관에 커플링시키기 위한 적어도 하나의 광 입력 커플러(81)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 광 입력 커플러(81)는 격자 커플러를 포함할 수 있으나, 여기에 제한되는 것은 아니다.
적어도 하나의 광 입력 커플러(81)는 서로 평행하게 배열되고 전술한 바와 같이 제1 집적 도파관 및 제2, 제3, 제4 집적 도파관(11, 12, 13, 14) 및/또는 추가 집적 도파관을 포함하는 복수의 집적 도파관에 실질적으로 수직으로 배열된 복수의 광 입력 커플러(81)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 동작시에, WO2015/128503에 개시된 바와 같은 라디에이션 가이드 시스템의 콜리메이터(collimator)는 입력된 광 신호를 콜리메이팅된 라디에이션 빔으로 콜리메이팅 할 수 있고, 빔 형성기(beam shaper)는 각각의 라인 형의 필드가 광 입력 커플러와 정렬되는 개별 라인 수의 라인 형상의 필드에 평행 방사선 빔의 전력(power)을 분배할 수 있다.
따라서, 광자 집적 회로(1)는 입력 광 신호를 제1, 제2, 제3 및/또는 제4 집적 도파관(11, 12, 13, 14)에 결합하기 위한 적어도 하나의 광 입력 커플러(81)를 포함 할 수 있으며, 광 입력 커플러(81)는 도파관 레이어(4) 상에 입사되는 광을 광 입력 커플러(81)의 대향면에 놓이는 집적 도파관 세그먼트로 결합하도록, 예컨대, 도파관 레이어(4)의 평면에서 한 방향을 따라 대향하는 변을 갖도록 적용될 수 있다.
따라서, 또는 각각의 광 입력 커플러(81)는 도파관 레이어(4)에 입사 된 광을 2 개의 반대 방향으로 집적 도파관에 동시에 커플링 시킬 수 있다. 예를 들어, 광 입력 커플러(81)의 대향면에 놓이는 집적 도파관의 2 개의 세그먼트로 분할하도록 집적 도파관에 결합될 수 있다.
광자 집적 회로 장치는 서로 평행하게 배열되고 복수의 집적 도파관에 실질적으로 수직인 복수의 연장된 트렌치를 포함할 수 있으며, 여기서 연장된 트렌치는 도파관 레이어에 캐비티(5)를 형성하여 집적 도파관을 종결시킬 수 있다.
집적 도파관에 의해 가이드 된 광을 평면 검출기(2)의 광 검출기(3)를 향해 예컨대, 픽셀 어레이의 픽셀 방향으로 반사시키기 위해 반사면(6)이 연장된 트렌치에 제공될 수 있다.
따라서, 열 방향으로 배열된 트렌치 및 행 방향으로 배열된 집적 도파관의 각각의 교차점에서, 광은 트렌치 양면의 아래쪽에 위치한 각각의 광 검출기(3)에 양쪽에서 커플링될 수 있다.
집적 도파관으로부터의 광 신호를 광 검출기(3)로 반사시키기 위한 광 출력 커플링 구조를 형성하는 복수의 연장된 트렌치 및 입력 광을 집적 도파관으로 커플링 시키기 위한 복수의 광 입력 결합기(81)는 병렬 배열로 교대로 형성될 수 있으며, 예컨대 교대로 열(columns)을 형성할 수 있다.
연장된 트렌치는 집적 도파관으로부터의 광을 연장된 트렌치 양편에 대응하는 광 검출기로 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 픽셀들 및 광 입력 커플러는 입력 광을 광 입력 커플러의 양측의 도파관 세그먼트로 결합시킬 수 있으며, 이를 통해 소형의 고효율 광 처리 시스템을 구현할 수 있다.
광자 집적 회로 장치는 공진기 및/또는 간섭계 구조와 같은 복수의 광 신호 프로세서(82)를 더 포함할 수 있으며,　광 입력 커플러(81)와 연장된 트렌치 사이의 집적 도파관을 통해 이동하는 광의 스펙트럼을 조작(manipulate)하기 위해 집적 도파관에 배열되고 및/또는 기능적으로(functionally) 결합될 수 있다. 따라서, 광 입력 커플러(81)가 실질적으로 동일한 입력 광을 수신하는 경우라 할지라도, 서로 다른 광 검출기는 서로 다르게 처리된 광 신호를 수신할 수 있다.
광 스펙트럼 분석 시스템은 광자 집적 회로 장치(1)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 광 스펙트럼 분석 시스템은 분광계, 예컨대, 집적 회로 분광계 시스템일 수 있다.
예를 들어, 분광계는 평면 검출기의 복수의 픽셀을 포함하는 복수의 광 검출기로부터 신호를 처리하고, 제1 광 검출기 및/또는 임의의 추가 광 검출기의 판독을 위한 프로세서를 포함할 수 있다.
또한, 프로세서는 스펙트럼 대역에 대응하는 함수와 같은 복수의 판독 신호를 분석할 수 있다. 예를 들어, 집적된 도파관을 통해 이동하는 광의 스펙트럼을 조작하는 것과 같이, 광자 집적 회로 장치의 집적 도파관에 제공되거나 및/또는 기능적으로 결합된 광자 신호 프로세서에 의해 상이한 광 검출기는 상이한 스펙트럼 내용을 갖도록 처리되는 광 신호를 수신할 수 있다.
예를 들어, 복수의 조합된 판독 신호를 분석하는 단계는 푸리에 변환 분광 분석 방법을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
도 10은 광자 집적 회로 장치 제조 방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.
광자 집적 회로 장치 제조 방법은 도 1에 도시된 광자 집적 회로 장치를 제조하는 방법일 수 있다.
광자 집적 회로 제조 방법은 레이어 스택을 형성하는 단계를 포함할 수 있다(101).
예를 들어, 레이어 스택은 매립 산화물 레이어, 도파관 레이어 및 클래딩 레이어를 포함할 수 있으며, 도파관 레이어는 제1 광 신호를 가이드하는 제1 집적 도파관을 포함할 수 있다.
광자 집적 회로 제조 방법은 또한 이 영역에서 제1 집적 도파관을 종결시키기 위해 도파관 레이어의 에지들로부터 이격된 영역에서 도파관 레이어에 캐비티를 형성하는 단계를 포함할 수 있다(102).
광자 집적 회로 장치 제조 방법은 캐비티에 제1 반사면을 형성하는 단계와, 적어도 하나의 광 검출기를 포함하는 평면 검출기 상에 레이어 스택을 배치하는 단계를 포함할 수 있다(103).
예컨대, 픽셀들의 어레이를 포함하는 이미지 검출기상에서, 제1 광 신호가 제1 집적 도파관에 의해 평면 검출기의 제1 광 검출기를 향해 가이드 될 때 제1 광 신호를 반사할 수 있도록 제1 반사면을 정렬하여 배치할 수 있다.
도 11은 광자 집적 회로 장치 제조 방법의 도파관 레이어에 캐비티를 형성하는 단계를 도시한 예시도이다.
도 11을 참조하면, 광자 집적 회로 장치 제조 방법(100)은 레이어 스택을 형성하는 단계를 포함할 수 있다(101).
예를 들어, 레이어 스택은 실리콘 온 인슐레이터(silicon-on-insulator) 웨이퍼와 같은 기판 상에 형성될 수 있다.
여기서, 레이어 스택은 매립 산화물 레이어(buried oxide layer)(42), 예컨대, SiO2와 같은 반도체 산화물 레이어, 도파관 레이어(4), 예컨대, 질화 실리콘과 같은 도파관 코어 물질 및 클래딩 레이어(41), 예컨대 SiO2와 같은 반도체 산화물을 포함할 수 있다.
따라서, 매립 산화물 레이어, 도파관 레이어 및 클래딩 레이어는 연속적으로 서로 중첩되어 기판상에 형성될 수 있으며, 예컨대, 도파관 레이어는 300nm의 두께를 가질 수 있다.
도파관 레이어(4)는 제1 광 신호를 가이드하는 제1 집적 도파관(11)을 포함할 수 있다.
광자 집적 회로 장치 제조 방법(100)은 또한 이 영역에서 제1 집적 도파관(11)을 종결시키기 위해 도파관 레이어의 에지로부터 이격된 영역에서 도파관 레이어에 캐비티(5)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다(102).
예를 들어, 캐비티(5)를 형성하는 단계는 경사진 반도체 산화물 에칭 프로세스를 포함할 수 있다.
일 예로, 캐비티를 형성하는 단계는 클래딩 레이어에 의해 형성된 상부면으로부터 매립 산화물 레이어를 향해 그리고 도파관 레이어를 통해 에칭하는 단계를 포함 할 수 있으며, 예컨대, 도파관 레이어의 법선(예컨대, 수직 방향)에 대해 20도 내지 60도 범위의 각도로 적어도 하나의 캐비티 벽(wall)을 형성하는 각도로 상부 표면으로부터 에칭하는 단계를 포함할 수 있다.
도 12는 광자 집적 회로 장치 제조 방법의 캐비티 내에 시드 레이어를 증착하는 단계를 도시한 예시도이다.
광자 집적 회로 장치 제조 방법(100)은 캐비티에 제1 반사면을 제공하는 단계를 포함할 수 있다(103).
예를 들어, 제1 반사면을 제공하는 단계는 캐비티(5)의 벽 상에 시드 레이어를 증착하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시드 레이어를 증착하는 단계는 캐비티와 같은 반사성 금속 시드 레이어, 예컨대 구리를 증착하는 단계를 포함할 수있다.
또한, 캐비티 벽 및 클래딩 레이어(41)의 상부 표면을 덮는 단계를 포함할 수 있다. 시드 레이어를 증착하는 단계는 탄탈 질화물, 탄탈 및 구리를 증착하는 단계를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 탄탈 질화물, 탄탈 및 구리를 연속적으로 증착할 수 있다.
예를 들어, 증착된 시드 레이어은 약 10nm 두께의 탄탈 질화물 레이어, 약 15nm 두께의 탄탈 레이어 및 약 100nm 두께의 구리 레이어를 포함할 수 있다.
도 13을 참조하면, 캐비티 내에 제1 반사면을 제공하는 단계는 금속(44)으로 캐비티를 채우는 단계를 더 포함할 수 있으며, 예컨대, 시드레이어(43) 위에 금속(44)으로 캐비티를 채울 수 있다.
예를 들어, 제1 반사면을 제공하는 것은 금속 도금을 포함할 수 있으며, 예컨대, 시드 레이어 위에 구리 도금을 할 수 있다.
제1 반사면을 제공하는 단계는 평탄화 공정을 적용하는 단계, 예컨대, 클래딩 레이어(41) 위의 금속(44)에 의해 형성된 상부 표면에 화학 기계적 평탄화(CMP, chemical-mechanical planarization)를 통해 평탄화를 수행할 수 있다.
예컨대, 도 14에 도시된 것과 같이 도금 금속(44) 및 캐비티(5) 외부로 연장되는 시드레이어(43)의 나머지 부분을 제거할 수 있다.
광자 집적 회로 장치 제조 방법(100)은 예컨대, 레이어 스택상에 전면 조사 CMOS 이미지 검출기 또는 후면 조사 CMOS 이미지 검출기와 같은 평면 검출기를 배치하는 단계(104)를 포함할 수 있다.
평면 검출기는 예컨대, 픽셀 어레이와 같은 적어도 하나의 광 검출기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도파관 레이어는 평면 검출기에 실질적으로 평행하게 배열 될 수 있다.
따라서, 제1 반사면은 평면 검출기의 제1 광신호가 제1 집적 도파관에 의해 제1 광 검출기쪽으로 가이드 될 때 제1 광 신호를 반사시키도록 정렬될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
1: 광자 집적 회로 장치
2: 평면 검출기
3: 광 검출기
4: 도파관 레이어
5: 캐비티
6: 반사면
16: 제2 반사면
26: 제3 반사면
36: 제4 반사면
11: 제1 집적 도파관
12: 제2 집적 도파관
13: 제3 집적 도파관
14: 제4 집적 도파관
24: 금속 접촉 레이어
41: 클래딩 레이어
42: 매립 산화물 레이어
81: 광 입력 커플러
82: 광 신호 프로세서

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 광 검출기를 포함하는 평면 검출기;
    상기 평면 검출기와 평행하게 배열되며, 제1 광 신호를 가이드하는 제1 집적 도파관을 포함하는 도파관 레이어;
    상기 도파관 레이어의 에지로부터 이격된 영역에서 상기 제1 집적 도파관을 종결하기 위해 상기 도파관 레이어 상에 형성된 캐비티; 및
    상기 제1 집적 도파관에 의해 가이드된 제1 광 신호를 상기 평면 검출기의 제1 광 검출기를 향해 반사시키도록 상기 캐비티 내에 형성된 제1 반사면;을 포함하는 광자 집적 회로 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 평면 검출기는 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 검출기인 광자 집적 회로 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이미지 검출기는 전면조사 CMOS 이미지 검출기 또는 후면조사 CMOS 이미지 검출기인 광자 집적 회로 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티는 금속 플러그로 적어도 부분적으로 채워져, 상기 제1 반사면을 형성하는 광자 집적 회로 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반사면은,
    상기 도파관 레이어의 평면의 법선에 대해 20도 내지 60도의 경사를 가지는 광자 집적 회로 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 집적 도파관은,
    상기 제1 반사면을 향해 폭이 감소하는(tapered) 영역을 포함하는 광자 집적 회로 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도파관 레이어는 제2 광 신호를 가이드하는 제2 집적 도파관을 포함하고,
    상기 캐비티는 상기 도파관 레이어의 에지로부터 이격된 영역에서 상기 제2 집적 도파관을 종결하도록 배열되고,
    상기 제2 집적 도파관에 의해 상기 제2 광신호가 상기 평면 검출기의 제2 광 검출기를 향해 가이드될 때 상기 제2 광 신호를 반사시키도록 상기 캐비티내에 형성된 제2 반사면을 포함하는 광자 집적 회로 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도파관 레이어는 제3 광 신호를 가이드하는 제3 집적 도파관 및 제4 광 신호를 가이드하는 제4 집적 도파관을 포함하고,
    상기 캐비티는 상기 제3 집적 도파관 및 상기 제4 집적 도파관을 종결하도록 형성되고,
    상기 제3 집적 도파관 및 상기 제4 집적 도파관에 의해 상기 제3 광 신호 및 상기 제4 광 신호가 각각 상기 평면 검출기의 제3 광 검출기 및 제4 광 검출기를 향해 가이드될 때, 상기 제3 광 신호 및 상기 제4 광 신호를 반사시키도록 상기 캐비티내에 형성된 제3 반사면 및 제4 반사면을 포함하는 광자 집적 회로 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 집적 도파관, 상기 제2 집적 도파관, 상기 제3 집적 도파관 및 상기 제4 집적 도파관은 십자형(cross shape)으로 배열되고, 상기 캐비티는 상기 십자형의 교차점에 형성되는 광자 집적 회로 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 집적 도파관, 상기 제2 집적 도파관, 상기 제3 집적 도파관 및 상기 제4 집적 도파관은 서로 평행하게 배열되고,
    상기 제1 집적 도파관과 상기 제2 집적 도파관은 서로 일렬로 배열되며, 상기 제3 집적 도파관과 상기 제4 집적 도파관은 서로 일렬로 배열되고,
    상기 캐비티는, 상기 제1 집적 도파관, 상기 제2 집적 도파관, 상기 제3 집적 도파관 및 상기 제4 집적 도파관을 종결하는 연장된 트렌치를 포함하는 광자 집적 회로 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연장된 트렌치는 상기 제1 집적 도파관, 상기 제2 집적 도파관, 상기 제3 집적 도파관 및 상기 제4 집적 도파관에 수직하여 배치되고,
    상기 제1 집적 도파관 및 상기 제2 집적 도파관은 상기 연장된 트렌치의 대향면(opposite sides)에 배치되고, 상기 제3 집적 도파관 및 상기 제4 집적 도파관은 상기 연장된 트렌치의 대향면에 배치되는 광자 집적 회로 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    입력 광 신호를 상기 제1 집적 도파관, 상기 제2 집적 도파관, 상기 제3 집적 도파관 및 상기 제4 집적 도파관 커플링 시키는 적어도 하나의 광 입력 커플러를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 광 입력 커플러 각각은 상기 광 입력 커플러의 대향면에 놓이는 집적 도파관 세그먼트로 상기 도파관 레이어 상에 입사되는 광을 커플링시키는 광자 집적 회로 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    복수의 상기 연장된 트렌치 및 복수의 상기 광 입력 커플러는 서로 평행하게 배열되고,
    광 입력 커플러 및 연장된 트렌치 사이에서 상기 집적 도파관을 통해 이동하는 광의 스펙트럼을 조작하기 위해 상기 집적 도파관에 배치거나 기능적으로 결합 된 복수의 광 신호 프로세서를 더 포함하는 광자 집적 회로 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 광자 집적 회로 장치를 포함하는 분광계.
  15. 매립 산화물 레이어, 도파관 레이어 및 클래딩 레이어를 포함하는 레이어 스택을 형성하는 단계;
    제1 집적 도파관을 종결시키기 위해 도파관 레이어의 에지로부터 이격된 영역에서 도파관 레이어에 캐비티를 형성하는 단계;
    상기 캐비티 내에 제1 반사면을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 집적 도파관에 의해 제1 광 신호가 평면 검출기의 제1 광 검출기를 가이드 될 때 상기 제1 광 신호를 반사시키도록 상기 제1 반사면을 정렬시켜, 적어도 하나의 광 검출기를 포함하는 평면 검출기 상에 상기 레이어 스택을 배열하는 단계;를 포함하고,
    상기 도파관 레이어는 제1 광 신호를 가이드하는 제1 집적 도파관을 포함하는 광자 집적 회로 장치 제조 방법.
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