JPH081974B2 - 光増幅装置 - Google Patents

光増幅装置

Info

Publication number
JPH081974B2
JPH081974B2 JP14364492A JP14364492A JPH081974B2 JP H081974 B2 JPH081974 B2 JP H081974B2 JP 14364492 A JP14364492 A JP 14364492A JP 14364492 A JP14364492 A JP 14364492A JP H081974 B2 JPH081974 B2 JP H081974B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical waveguide
waveguide means
optical
luminescence
radiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP14364492A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH05175592A (ja
Inventor
リ− ベントン ジャネット
コンラッド ジャコブソン デ−ル
ク−パ− キマ−リング ライオネル
ミシェル ユルゲン
ミロ ポエト ジョン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AT&T Corp
Original Assignee
AT&T Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AT&T Corp filed Critical AT&T Corp
Publication of JPH05175592A publication Critical patent/JPH05175592A/ja
Publication of JPH081974B2 publication Critical patent/JPH081974B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
    • H10H20/826—Materials of the light-emitting regions comprising only Group IV materials
    • H10H20/8262—Materials of the light-emitting regions comprising only Group IV materials characterised by the dopants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/50—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1608—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth erbium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1628—Solid materials characterised by a semiconducting matrix
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3068—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure deep levels

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、放射線の自然放出或
いは誘導放出を利用する光・電子デバイスを包含する、
光デバイスの分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来困難であった単一のチップ上への光
学的機能及び電子的機能の統合が、高い利用性を持つシ
リコン（Ｓｉ）を基体とするレーザー、発光ダイオード
（ＬＥＤ）、或いは光増幅器によって極めて容易になる
と考えられるので、これまで長い間、これら高い利用性
を持つデバイスを手にいれることが切望されてきた。更
に、Ｓｉは熱伝導性が高いことによって動作上の利点が
得られる。しかし、これまで、Ｓｉを基体とするＬＥ
Ｄ、レーザー或いは光増幅器、特に商業的見地から重要
な波長（例えば、約１．３μｍまたは１．５μｍ）で動
作するデバイスを得るための努力は、成功していなかっ
た。
【０００３】「アプライド・フィジックス・レターズ
（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）」
誌の１９８３年、第４３巻、第９４３頁に記載されてい
る、エイチ・エンネン（Ｈ．Ｅｎｎｅｎ）氏らの論文に
は、ＬＥＤ及びレーザーを造るための半導体基質中にお
ける希土類元素（ＲＥ）イオンの電位について言及され
ている。エルビューム（Ｅｒ）は、それが、中でも、光
ファイバー通信において特に重要な約１．５４μｍの波
長で、Ｓｉ内にルミネセンスを示すので、将来有望な候
補とされている材料である。例えば、「アプライド・フ
ィジックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）」誌の１９８５年、第４６巻、第
３８１頁に記載されている、エイチ・エンネン氏らの論
文を参照することができる。最近、Ｅｒをドーピングし
たＳｉ中に酸素が含有されることによって、Ｅｒのフォ
ト・ルミネセンスが増加することが観察された（「ジャ
パニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジック
ス（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｐｈｙｓｉcs」誌の１９９０年、第２９巻、第
Ｌ５２４頁に記載されている、ピー・エム・ファベネッ
ク（Ｐ．Ｍ．Ｆａｖｅｎｎｅｃ）氏らの論文参照）。こ
れらの研究では、分子線結晶成長（ＭＢＥ）法による成
長途中の基盤または既に成長済みの基盤への注入によっ
て、ＥｒがＳｉ中に加えられていた。更に、背景材料は
米国特許第５，０３９，１９０号の中に見い出すことが
できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、熱心な努力が
払われてその結果幾らかの進歩が得られているにも拘ら
ず、少なくとも部分的には、観察されるフォト・ルミネ
センスがそのようなデバイスで維持されるには余りに弱
いという事実が有るので、この技術はＳｉ基体にＲＥが
注入されたＬＥＤやレーザー或いは光増幅器の研究では
未だ成功していない。従って、Ｓｉ中に酸素を混入する
ことによって得られるフォト・ルミネセンス以上に、Ｒ
ＥドープＳｉからのフォト・ルミネセンスを増大するた
めの手段を見つけだすことが実質的に重要であろうと思
われる。本発明はそのような手段を開示するものであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は請求項に定義さ
れているとおりのものであり、例えば本発明の装置は、
光デバイス、代表的には誘導放出を利用するデバイス
（即ち、レーザーまたは光増幅器）を有するが、しかし
発光ダイオード（ＬＥＤ）を除外するものではない。
【０００６】本発明によるデバイスは、所定の波長の電
磁放射線を導くか或いはまた閉じ込めるように適用され
た、希土類元素（望ましくは、エルビューム(Ｅｒ)、プ
ラセオジューム(Ｐｒ)及びネオジューム(Ｎｄ)のうちの
何れか一つまたは幾つか）が注入されたＳｉ基体プレー
ナ形手段を具備する。このようなプレーナ形手段を、こ
こでは集合的にプレーナ形導波路手段と呼ぶ。この導波
路手段は、従来技術における希土類元素を注入したツォ
クラスキー法成長（ＣＺ）法Ｓｉを含む、類似する従来
の希土類元素を注入したＳｉと比較してルミネセンスが
増大する。
【０００７】より特定的には、この導波路手段はまた、
波長λsの信号放射線を導くように適用されている。ゲ
イン・デバイスはまた、導波路手段中の少なくとも幾つ
かの希土類元素がルミネセンスと関連する励起電子状態
への電子的遷移を受けるようにするための手段を有す
る。例えば、この電子的遷移を引き起こす前記手段は、
導波路手段中に前記波長λsより短い波長λp（λp ＜
λs）を持つポンピング放射線を印加するための手段を
有する。しかし、好ましい実施例では、上記の電子的遷
移を引き起こす前記手段は、順方向にバイアスされたｐ
ｎ接合または他の適当な接合機構の手段、例えばホット
・キャリヤーを用いて衝突励起或いはなだれ降伏を生じ
る手段によって非平衡電荷担体を注入するための手段を
有する。
【０００８】上記Ｓｉ基体導波路材料は、代表的には９
０％を超える原子百分率のＳｉ、或いはＳｉとＧｅを有
する、代表的には（ドーピング或いは非ドーピングの）
単結晶Ｓｉ基体と一体であることができる単結晶材料で
ある。特に、この導波路 材料にはまた、一個またはそ
れ以上の低質量元素（酸素を除く原子数が９以下の元
素）、好ましくはここでは「コー・ドーパント」と呼ば
れるＣ、ＮまたはＦが含有されるが、なおベリリューム
（Ｂｅ）を除外するものではない。このコー・ドーパン
トが存在することによって、類似な従来の材料と比較し
て実質的に高いルミネセンスを得ることができる。現在
の好ましい実施例では、導波路材料は更にルミネセンス
を更に増大するのに有効な量の酸素を含有する。
【０００９】ここで、ルミネセンスは、通常は、本発明
による材料と関連する構成成分、例えば上記コー・ドー
パントまたは酸素を欠いている点以外は本発明の材料と
同等な（比較用）材料があるときは、このような例の材
料との間で比較される。本発明者らは、１０％の改善で
も実質的に価値があると考えるが、しかし代表的にはこ
こでは５０％を超え、或いは更に１００％を超えるフォ
ト・ルミネセンスの相当に高い改善を考えている。
【００１０】
【作用】本発明の現在の好ましい実施例では、ルミネセ
ンスを生じる元素（例えば、Ｅｒ+3）の励起は電荷注入
によって行なわれる。この結果得られるルミネセンス
は、従って電子ルミネセンスであり、周知な現象であ
る。導波路手段を電気的に「ポンピング」するための手
段は周知であり、代表的には、この手段には導波路手段
中にｐｎ接合を形成するドーピング手段が包含され、更
には導波路手段のｐ領域及びｎ領域にそれぞれ電気的な
接続を行ない、それらの間で電流が流れることができる
ようにする手段が包含される。
【００１１】
【実施例】顕著な態様を持つ本発明は、適切なコー・ド
ーパントによって、Ｓｉを基体とする導波路手段中の希
土類元素（代表的には、Ｅｒ、Ｐｒ及びＮｄのうちの何
れか一つまたは幾つかの元素）に基づくルミネセンスを
増強する。これらの希土類元素は、それらのルミネセン
ス・スペクトルには光ファイバー通信に特に重要なそれ
ぞれ約１．５４μｍ及び１．３μｍの波長が含まれてい
るので、特に有益である。周知の如く、これら種々の希
土類元素は極めて類似する特性を有する。従って、概し
て、或る希土類元素、例えばＥｒで観察されるルミネセ
ンス効果が同様に他の希土類元素でも観察されるものと
考えることができる。
【００１２】コー・ドーピングは、適当に整形されてい
るＳｉ基体またはＳｉ含有基体中へイオン注入を行なう
ことによって達成することができる。しかし、適当にド
ーピングされたＳｉ或いはＳｉＧｅ合金を得る成長法
（例えば、ＭＢＥ法）を含めて、他の手段によるコー・
ドーピングを利用することもできる。
【００１３】本発明者らが行なった例では、Ｅｒを最高
５．２５ＭｅＶのエネルギーで通例のＳｉウェーハ中へ
注入した。標準的な計算によれば、この最高エネルギー
によってウェーハの表面から約１．５μｍの深さ位置で
最大のＥｒ濃度が得られる。この実施例では、更に他に
種々の元素が、約１．５μｍの深さ位置で最大のイオン
濃度となるように選択されたイオン・エネルギーで注入
された。注入が完了した後、それらのウェーハが真空炉
内で焼きなましされた。それらＳｉウェーハのうちの幾
つかは、相当な（約１０18ｃｍ-3に達する）濃度の酸素
を含有することが知られているツォクラスキー（ＣＺ）
法成長による材料が使用された。残りのＳｉウェーハ
は、酸素を殆ど含有しないことが知られているフローテ
ィング・ゾーン（ＦＺ）法成長による材料が使用され
た。
【００１４】図１は、Ｅｒと共に表示された元素を注入
されたＳｉサンプルに関するフォト・ルミネセンス（Ｐ
Ｌ）のデータ（１．５３７μｍ）を示す。注入された全
元素の最高濃度は１０18ｃｍ-3であり、全サンプルが９
００℃で３０分間アニールされた。点線１０は、コー・
ドーパントを含有していないＥｒドープ（ＣＺ法成長）
ＳｉからのＰＬに相当する。図１は、ＥｒドープＳｉ中
に存在することによってルミネセンスを大幅に増大させ
る結果を生じる低質量元素（Ｃ、Ｎ及びＦが含まれる。
Ｂｅであってもよい）が幾つか存在する有るという、驚
くべき且つ思いがけない事実を明らかにしている。ＦＺ
法成長による材料でも相当に増加することが観察されて
いる（棒グラフ１１１、１２１及び１３１を参照）が、
ＣＺ法（即ち、酸素を含有する）成長による材料での増
加量が実質的に大きい（棒グラフ１１０、１２０及び１
３０を参照）。従って、本発明による好ましいデバイス
には、有効な量の希土類元素及び酸素以外の低質量元素
に加えて、ＰＬ放出を更に増大させるのに有効な酸素を
含有させることができる。ホウ素（Ｂ）及び硫黄（Ｓ）
のような元素によってもまた、ＥｒドープＣＺ法成長Ｓ
ｉからのＰＬ強度より高いＰＬ強度が得られるが、この
ＰＬ強度は酸素含有材料中では十分に高くはない。この
理由は、ホウ素Ｂ及び硫黄Ｓがここでの好ましいコー・
ドーパントの中には含まれていないためである。
【００１５】図１のデータは、ＰＬをアルゴン・イオン
・レーザーからの１５０ｍＷ（このサンプルでは１００
ｍＷ／ｃｍ2に相当する）の４８８ｎｍ放射線で励起
し、そのルミネセンスを市販の０．７５ｍモノクロメー
タ及び冷却式ゲルマニューム・ディテクターを用いて測
定することによって得られたデータである。なお、これ
らのデータは、４．２Ｋで得られたデータである。しか
し、室温でも、相応する強度が実質的に同等な程度で得
られるものと思われる。
【００１６】周知の如く、光導波路は第一の有効屈折率
を持つ「コア」領域を有し、このコア領域が上記第一有
効屈折率より低い第二有効屈折率を持つ「クラッド」領
域によって包囲されている。プレーナ形Ｅｒドープガラ
ス導波路手段を含むプレーナ形光導波路が知られてい
る。例えば、米国特許出願第０７／５７９，１１８号を
参照することができ、本技術を実施するための参照に供
される。
【００１７】本発明による装置で使用するのに適する導
波路手段の一例は、図２に模式的に図示されているよう
なリッジ導波路であり、この図２中、数字２１はＳｉ基
盤であり、２２はコア層（例えば、Ｓｉの有効屈折率よ
り大きい有効屈折率を有する少なくとも９０％の原子百
分率を持つＳｉＧｅ合金層）であり、２３はクラッド
層、例えばＳｉＯ2層或いはＳｉ層である。数字２４は
放射線の縦方向導波作用を行なうリッジである。本発明
によるデバイスでは、少なくともコア層２２の一部（代
表的には、リッジ２４の最下層にある部分）が、適当な
希土類元素イオン及び一つまたは幾つかのコー・ドーパ
ントを注入されていることが十分に認められるであろ
う。このような光導波路は公知な製法によって作製する
ことができる。
【００１８】種々の材料系が、プレーナ形光導波路に使
用されている。それらの中には、ヒ化ガリウム（ＧａＡ
ｓ）及びその関連体であるＡｌＧａＡｓのようなＩＩＩ
族-Ｖ族化合物半導体が有る。ＩＩＩ族-Ｖ族化合物半導
体を光利得デバイスを作製するために使用することがで
きるという事実から見れば、代表的にはそれらの熱伝導
度は比較的に低く、放散することができるポンピング・
エネルギー（放射線または電流）を制限している。他
方、Ｓｉは比較的に高い熱伝導度を持ち、本発明による
比較的に長い（例えば、１ｃｍ台の）デバイスを構築す
ることを可能にしている。これによって、中でも、ここ
での関心事となっている一つまたは幾つかの波長を持つ
信号放射線に対して顕著な利得を与えることができるデ
バイスの設計及び作製を容易にすることが期待されてい
る。
【００１９】図３は、本発明による電気的にポンピング
される光・電子デバイス３０を模式的に図示している。
１．５５μｍの放射線を強度変調するのに適し、同様な
構造を持つデバイスが、アール・ディ・ラボー（Ｒ．
Ｄ．Ｌａｖｅａｕ）氏らによって、「エレクトロニクス
・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ）」誌の第２６（２０）巻、１６５３頁から１６５５
頁に開示されている。図３中、数字３１は（例えば、ｎ
+にドーピングされた）単結晶Ｓｉ基盤であり、３２は
（例えば、ｎにドーピングされた）エピタキシャルＳｉ
最下層側クラッド層であり、３３は（例えば、ｐにドー
ピングされたＧｅ0.2Ｓｉ0.8の）エピタキシャルＳｉＧ
ｅ合金コア層であり、３４は（例えば、ｎにドーピング
された）エピタキシャルＳｉの最上層側クラッド層であ
る。層３５、３６、３７はこのデバイスの電気的ポンピ
ングを容易にする金属電極層であり、これらによって或
る振幅の放射線がこのデバイスに印加される。コア層３
３は希土類元素及び本発明によるコー・ドーパントを含
有し、且つ任意に酸素を含有することもできることが、
十分に認められるであろう。同様に、電気的ポンピング
が行なわれる本発明の実施例は、必ずしも図３に図示さ
れているような三端子デバイスのみに関わるものではな
く、二端子ｐｎ構造デバイスもまた有用性が有ることが
十分に認められるであろう。そのようなデバイスは、一
つまたは複数のコー・ドーパントの注入を包含するよう
に改変した従来の一般的な製法によって作製することが
できる。
【００２０】図４は、本発明による光ファイバー伝送シ
ステムの例の一部４０を模式的に示す図であり、放射線
は、何らかの発生手段（図示せず）から光ファイバー４
１を介して、本発明のプレーナ形プレーナ形光増幅器４
３の適当にドーピングされたコア中に放射線を印加する
ように作用する、（例えば、球面レンズのような収束手
段を有する）光結合手段４２を有する増幅手段へ伝送さ
れる。プレーナ形光増幅器４３内で、放射線が誘導放出
によって増幅され、ポンピング・エネルギーがポンピン
グ源４７（代表的には電力源）から得られる。光結合手
段４４は、増幅された放射線を、利用手段、例えばｎ個
の光ファイバー４６１乃至４６ｎに印加されるｎ個の出
力に分割するように作用するスター・カプラー４５へ印
加するように動作する。それらの信号は、上記光ファイ
バー４６１ないし４６ｎを介して、何らかの適当な利用
手段、例えば加入者構内の光ディテクターへ伝送され
る。
【００２１】本発明による増幅手段は、光コンピュータ
手段で利用することができる。更にまた、本発明による
デバイスは、放射線発生源、即ちレーザー或いはＬＥＤ
としての作用を奏することができる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればＳ
ｉ中に酸素を混入することによって得ることができるフ
ォト・ルミネセンス以上に、ＲＥがドーピングされたＳ
ｉからのフォト・ルミネセンスを増大する手段が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】種々の元素をコー・ドーパントとして有する、
Ｅｒ含有Ｓｉからのフォト・ルミネセンスの実験データ
を示すグラフである。
【図２】プレーナ形導波路の一例を模式的に示す図であ
る。
【図３】本発明による電気的励起デバイスの一例を模式
的に示す図である。を示す図である。
【図４】本発明による通信システムに直接関係する部分
を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０ コー・ドーパントが含有されていない、エルビ
ューム（Ｅｒ）ドープ・ＣＺ法成長によるシリコン（Ｓ
ｉ）からのフォト・ルミネセンス（ＰＬ）強度レベル １１０ ＣＺ法成長による炭素（Ｃ）ドープ材料のＰ
Ｌ強度を表わす棒グラフ １１１ ＦＺ法成長による炭素ドープ材料のＰＬ強度
を表わす棒グラフ １２０ ＣＺ法成長による窒素（Ｎ）ドープ材料のＰ
Ｌ強度を表わす棒グラフ １２１ ＦＺ法成長による窒素ドープ材料のＰＬ強度
を表わす棒グラフ １３０ ＣＺ法成長による弗素（Ｆ）ドープ材料のＰ
Ｌ強度を表わす棒グラフ １３１ ＦＺ法成長による弗素ドープ材料のＰＬ強度
を表わす棒グラフ ２１ シリコン基盤 ２２ コア層 ２３ クラッド層 ２４ リッジ ３０ 光・電子デバイス ３１ 単結晶シリコン基盤 ３２ エピタキシャル・シリコン最下層側クラッド層 ３３ エピタキシャル・シリコン・ゲルマニューム
（ＳｉＧｅ）合金コア層 ３４ エピタキシャル・シリコン最上層側クラッド層 ３５ 金属電極層 ３６ 金属電極層 ３７ 金属電極層 ４０ 光ファイバー伝送システム ４１ 光ファイバー ４２ 光結合手段 ４３ プレーナ形光増幅器 ４４ 光結合手段 ４５ スター・カプラー ４６１ 光ファイバー ４６ｎ 光ファイバー ４７ ポンピング源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ａ Ｈ０１Ｓ 3/10 Ｚ 3/18 (72)発明者 デ−ル コンラッド ジャコブソン アメリカ合衆国 07840 ニュ−ジャ−ジ − ハケッツタウン、キャッツワンプ ロ −ド 107 (72)発明者 ライオネル ク−パ− キマ−リング アメリカ合衆国 02142 マサチュ−セッ ツ ケンブリッジ、ケンブリッジ パ−ク ウェイ 75−アパ−トメント イ−702 (72)発明者 ユルゲン ミシェル アメリカ合衆国 02139 マサチュ−セッ ツ ケンブリッジ、ハ−ヴァ−ド ストリ −ト 284−アパ−トメント 31 (72)発明者 ジョン ミロ ポエト アメリカ合衆国 07901 ニュ−ジャ−ジ − サミット、マディソン アヴェニュ− 18 (56)参考文献 特開 昭62−268169（ＪＰ，Ａ)

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エルビューム（Ｅｒ）、プラセオジュー
    ム（Ｐｒ）及びネオジューム（Ｎｄ）から成るグループ
    から選択された希土類元素（ＲＥ）を含有する材料を有
    し、波長λsの信号放射線に導波作用を行なう光導波路
    手段（３２、３３、３４）を有し、更にこの光導波路手
    段（３２、３３、３４）中の少なくとも幾つかの前記Ｒ
    Ｅにルミネセンスに関連している励起電子状態への電子
    的遷移を受けさせるための手段（３５、３６、３７）を
    含むデバイス（３０）を有する光増幅装置において、 ａ）前記光導波路手段が、シリコン（Ｓｉ）及びシリコ
    ン・ゲルマニューム（ＳｉＧｅ）合金から成るグループ
    から選択された半導体材料を含有しているコア領域（３
    ３）を有するプレーナ形導波路手段であり、 ｂ）前記コア領域が、更に、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）及
    び弗素（Ｆ）から成るグループの元素のうちの少なくと
    も一つの、コー・ドーパントと呼ばれる元素を含有し、
    前記光導波路手段に関連しているルミネセンスが、前記
    コー・ドーパントを含有していない点以外は前記光導波
    路手段と同等に構成されている比較用光導波路手段に関
    連しているルミネセンスより実質的に高いこと、 を特徴とする光増幅装置。
  2. 【請求項２】 前記コア領域が、更に酸素を含有し、実
    質的に酸素を含有していない点以外は前記光導波路手段
    と同一の比較用光導波路手段と比較されたとき、その酸
    素の量が増大したルミネセンスが得られるのに有効な量
    であることを特徴とする、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記少なくとも一つのコー・ドーパント
    が、前記比較用光導波路手段に関連しているルミネセン
    ス強度の二倍のルミネセンス強度となるのに十分な量で
    存在していることを特徴とする、請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記光導波路手段が、単結晶Ｓｉから成
    る基体と一体に構成されていることを特徴とする、請求
    項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記ＲＥに前記電子的遷移を受けさせる
    ための前記手段が、前記コア領域に前記波長λsより短
    い波長λp（λp ＜ λs）の電磁放射線を印加する手段
    を有することを特徴とする、請求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記ＲＥに電子的遷移を受けさせるため
    の前記手段が、ｐｎ接合を形成するように構成されたｎ
    形不純物ドーピング部分とｐ形不純物ドーピング部分と
    から成る前記光導波路手段を有し、更に、前記ｐｎ接合
    を横断して電流が流れることができるように、前記ｎ形
    不純物ドーピング部分と前記ｐ形不純物ドーピング部分
    とに電気的接続を行なう手段を有することを特徴とす
    る、請求項４記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記デバイスが、前記信号放射線のため
    の光空洞共振器を形成するように適用された反射手段を
    有するレーザーであることを特徴とする、請求項１記載
    の装置。
  8. 【請求項８】 更に、前記光導波路手段のコア領域に前
    記信号放射線を印加する手段、及び前記光導波路手段か
    ら放射線利用手段へ前記信号放射線を与えるた手段を有
    し、且つ、前記デバイスが光増幅器であることを特徴と
    する、請求項１記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記ＲＥがＥｒであり、且つ、前記波長
    λsがほぼ１．５５μｍに等しいことを特徴とする、請
    求項２記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記デバイスが、発光ダイオード構成
    のｐｎホモ接合構造を有するレーザーであることを特徴
    とする、請求項６記載の装置。
JP14364492A 1991-06-06 1992-05-11 光増幅装置 Expired - Lifetime JPH081974B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/711,243 US5107538A (en) 1991-06-06 1991-06-06 Optical waveguide system comprising a rare-earth Si-based optical device
US711243 1991-06-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05175592A JPH05175592A (ja) 1993-07-13
JPH081974B2 true JPH081974B2 (ja) 1996-01-10

Family

ID=24857304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP14364492A Expired - Lifetime JPH081974B2 (ja) 1991-06-06 1992-05-11 光増幅装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5107538A (ja)
EP (1) EP0517440B1 (ja)
JP (1) JPH081974B2 (ja)
DE (1) DE69201013T2 (ja)

Families Citing this family (75)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4022090A1 (de) * 1989-12-18 1991-06-20 Forschungszentrum Juelich Gmbh Elektro-optisches bauelement und verfahren zu dessen herstellung
DE4011860A1 (de) * 1990-04-09 1991-10-10 Siemens Ag Halbleiterelement mit einer silizium-schicht
JP2755471B2 (ja) * 1990-06-29 1998-05-20 日立電線株式会社 希土類元素添加光導波路及びその製造方法
FR2675592B1 (fr) * 1991-04-22 1993-07-16 Alcatel Nv Amplificateur optique dans le domaine spectral 1,26 a 1,34 mum.
FR2685135B1 (fr) * 1991-12-16 1994-02-04 Commissariat A Energie Atomique Mini cavite laser pompee optiquement, son procede de fabrication et laser utilisant cette cavite.
US5322813A (en) * 1992-08-31 1994-06-21 International Business Machines Corporation Method of making supersaturated rare earth doped semiconductor layers by chemical vapor deposition
US5369657A (en) * 1992-09-15 1994-11-29 Texas Instruments Incorporated Silicon-based microlaser by doped thin films
US5384795A (en) * 1992-09-15 1995-01-24 Texas Instruments Incorporated Light emission from rare-earth element-doped CaF2 thin films by electroluminescence
JPH06203959A (ja) * 1992-09-30 1994-07-22 Texas Instr Inc <Ti> エレクトロルミネセンスによりＮｄでドープされたＣａＦ２薄膜から発光せしめる装置および方法
US5259046A (en) * 1992-10-01 1993-11-02 At&T Bell Laboratories Article comprising an optical waveguide containing a fluorescent dopant
JPH087286B2 (ja) * 1992-10-28 1996-01-29 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション 光導波管装置
EP0720754B1 (en) * 1993-09-21 1997-11-19 Bookham Technology Limited An electro-optic device
US5491768A (en) * 1994-07-27 1996-02-13 The Chinese University Of Hong Kong Optical waveguide employing modified gallium arsenide
WO1996015550A1 (en) * 1994-11-10 1996-05-23 Lawrence Semiconductor Research Laboratory, Inc. Silicon-germanium-carbon compositions and processes thereof
US5548128A (en) * 1994-12-14 1996-08-20 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Direct-gap germanium-tin multiple-quantum-well electro-optical devices on silicon or germanium substrates
KR100377716B1 (ko) * 1998-02-25 2003-03-26 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 광학적 방사를 위해 희토류 원소로 도핑된 실리콘 구조체 및 방사방법
US6233070B1 (en) 1998-05-19 2001-05-15 Bookham Technology Plc Optical system and method for changing the lengths of optical paths and the phases of light beams
FR2789496B1 (fr) 1999-02-10 2002-06-07 Commissariat Energie Atomique Dispositif emetteur et guide de lumiere, avec une region active de silicium contenant des centres radiatifs, et procede de fabrication d'un tel dispositif
US6255669B1 (en) * 1999-04-23 2001-07-03 The University Of Cincinnati Visible light emitting device formed from wide band gap semiconductor doped with a rare earth element
US6351578B1 (en) * 1999-08-06 2002-02-26 Gemfire Corporation Thermo-optic switch having fast rise-time
EP1081812A1 (en) * 1999-09-02 2001-03-07 STMicroelectronics S.r.l. Semiconductor device for electro-optic applications, method for manufacturing said device and corresponding semiconductor laser device
JP2001135893A (ja) 1999-11-05 2001-05-18 Fujitsu Ltd 光半導体装置および光電子集積回路装置
WO2001040540A1 (en) * 1999-12-02 2001-06-07 Tegal Corporation Improved reactor with heated and textured electrodes and surfaces
US6506289B2 (en) 2000-08-07 2003-01-14 Symmorphix, Inc. Planar optical devices and methods for their manufacture
US6734453B2 (en) 2000-08-08 2004-05-11 Translucent Photonics, Inc. Devices with optical gain in silicon
US6533907B2 (en) 2001-01-19 2003-03-18 Symmorphix, Inc. Method of producing amorphous silicon for hard mask and waveguide applications
US7469558B2 (en) * 2001-07-10 2008-12-30 Springworks, Llc As-deposited planar optical waveguides with low scattering loss and methods for their manufacture
US7404877B2 (en) * 2001-11-09 2008-07-29 Springworks, Llc Low temperature zirconia based thermal barrier layer by PVD
US7290407B1 (en) 2001-12-19 2007-11-06 Jesse Chienhua Shan Triangle-shaped planar optical waveguide having reduced scattering loss
US20030175142A1 (en) * 2002-03-16 2003-09-18 Vassiliki Milonopoulou Rare-earth pre-alloyed PVD targets for dielectric planar applications
US6884327B2 (en) 2002-03-16 2005-04-26 Tao Pan Mode size converter for a planar waveguide
US7378356B2 (en) * 2002-03-16 2008-05-27 Springworks, Llc Biased pulse DC reactive sputtering of oxide films
US6924510B2 (en) 2002-05-06 2005-08-02 Intel Corporation Silicon and silicon/germanium light-emitting device, methods and systems
US8404376B2 (en) 2002-08-09 2013-03-26 Infinite Power Solutions, Inc. Metal film encapsulation
US7993773B2 (en) 2002-08-09 2011-08-09 Infinite Power Solutions, Inc. Electrochemical apparatus with barrier layer protected substrate
US8021778B2 (en) 2002-08-09 2011-09-20 Infinite Power Solutions, Inc. Electrochemical apparatus with barrier layer protected substrate
US8431264B2 (en) 2002-08-09 2013-04-30 Infinite Power Solutions, Inc. Hybrid thin-film battery
US8236443B2 (en) 2002-08-09 2012-08-07 Infinite Power Solutions, Inc. Metal film encapsulation
US20070264564A1 (en) 2006-03-16 2007-11-15 Infinite Power Solutions, Inc. Thin film battery on an integrated circuit or circuit board and method thereof
US8445130B2 (en) 2002-08-09 2013-05-21 Infinite Power Solutions, Inc. Hybrid thin-film battery
US8394522B2 (en) 2002-08-09 2013-03-12 Infinite Power Solutions, Inc. Robust metal film encapsulation
WO2004021532A1 (en) * 2002-08-27 2004-03-11 Symmorphix, Inc. Optically coupling into highly uniform waveguides
KR100691168B1 (ko) 2003-02-27 2007-03-09 섬모픽스, 인코포레이티드 유전 장벽층 필름
US7238628B2 (en) * 2003-05-23 2007-07-03 Symmorphix, Inc. Energy conversion and storage films and devices by physical vapor deposition of titanium and titanium oxides and sub-oxides
US8728285B2 (en) 2003-05-23 2014-05-20 Demaray, Llc Transparent conductive oxides
WO2005002006A2 (en) * 2003-06-30 2005-01-06 University Of Cincinnati Impurity-based electroluminescent waveguide amplifier and methods for amplifying optical data signals
JP2005116709A (ja) * 2003-10-06 2005-04-28 Sony Corp 半導体集積回路装置およびその製造方法
US7440180B2 (en) * 2004-02-13 2008-10-21 Tang Yin S Integration of rare-earth doped amplifiers into semiconductor structures and uses of same
JP2006133723A (ja) * 2004-10-08 2006-05-25 Sony Corp 光導波モジュール及び光・電気複合デバイス、並びにこれらの製造方法
US7959769B2 (en) 2004-12-08 2011-06-14 Infinite Power Solutions, Inc. Deposition of LiCoO2
DE602005017512D1 (de) 2004-12-08 2009-12-17 Symmorphix Inc Abscheidung von licoo2
EP1829115A1 (en) * 2004-12-24 2007-09-05 Pirelli & C. S.p.A. Photodetector in germanium on silicon
US7037806B1 (en) * 2005-02-09 2006-05-02 Translucent Inc. Method of fabricating silicon-on-insulator semiconductor substrate using rare earth oxide or rare earth nitride
JP2006332137A (ja) * 2005-05-23 2006-12-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 発光素子
US7838133B2 (en) * 2005-09-02 2010-11-23 Springworks, Llc Deposition of perovskite and other compound ceramic films for dielectric applications
EP2469584A1 (en) * 2005-12-09 2012-06-27 Semequip, Inc. Method of implanting ions
WO2007137157A2 (en) * 2006-05-18 2007-11-29 Massachusetts Institute Of Technology Extrinsic gain laser and optical amplification device
EP2067163A4 (en) 2006-09-29 2009-12-02 Infinite Power Solutions Inc MASKING FLEXIBLE SUBSTRATES AND RESTRICTING MATERIALS TO APPLY BATTERY LAYERS TO THESE
US8197781B2 (en) 2006-11-07 2012-06-12 Infinite Power Solutions, Inc. Sputtering target of Li3PO4 and method for producing same
US7919402B2 (en) * 2006-12-06 2011-04-05 Semequip, Inc. Cluster ion implantation for defect engineering
US8144392B2 (en) * 2007-02-12 2012-03-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Waveguide amplifier in a sputtered film of erbium-doped gallium lanthanum sulfide glass
TWI474382B (zh) * 2007-04-11 2015-02-21 山米奎普公司 用於缺陷工程的簇離子植入
US9334557B2 (en) 2007-12-21 2016-05-10 Sapurast Research Llc Method for sputter targets for electrolyte films
US8268488B2 (en) 2007-12-21 2012-09-18 Infinite Power Solutions, Inc. Thin film electrolyte for thin film batteries
JP5705549B2 (ja) 2008-01-11 2015-04-22 インフィニット パワー ソリューションズ， インコーポレイテッド 薄膜電池および他のデバイスのための薄膜カプセル化
US8350519B2 (en) 2008-04-02 2013-01-08 Infinite Power Solutions, Inc Passive over/under voltage control and protection for energy storage devices associated with energy harvesting
US8906523B2 (en) * 2008-08-11 2014-12-09 Infinite Power Solutions, Inc. Energy device with integral collector surface for electromagnetic energy harvesting and method thereof
KR101613671B1 (ko) 2008-09-12 2016-04-19 사푸라스트 리써치 엘엘씨 전자기 에너지에 의해 데이터 통신을 하는 통합 도전성 표면을 가진 에너지 장치 및 그 통신 방법
US8508193B2 (en) 2008-10-08 2013-08-13 Infinite Power Solutions, Inc. Environmentally-powered wireless sensor module
KR101792287B1 (ko) 2009-09-01 2017-10-31 사푸라스트 리써치 엘엘씨 집적된 박막 배터리를 갖는 인쇄 회로 보드
RU2407109C1 (ru) * 2009-10-05 2010-12-20 Учреждение Российской академии наук Институт физики микроструктур РАН Полупроводниковый светоизлучающий прибор
US20110300432A1 (en) 2010-06-07 2011-12-08 Snyder Shawn W Rechargeable, High-Density Electrochemical Device
JP5831165B2 (ja) 2011-11-21 2015-12-09 富士通株式会社 半導体光素子
CN103219646A (zh) * 2013-03-21 2013-07-24 常州镭赛科技有限公司 光放大器
CN110429474B (zh) * 2019-07-31 2021-05-14 天津工业大学 一种全四族硅基c波段半导体激光器

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3319134A1 (de) * 1983-05-26 1985-05-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 8000 München Optoelektronisches bauelement, insbesondere eine laserdiode oder eine leuchtdiode
JPS60114811A (ja) * 1983-11-28 1985-06-21 Hitachi Ltd 光導波路およびその製造方法
US4575919A (en) * 1984-05-24 1986-03-18 At&T Bell Laboratories Method of making heteroepitaxial ridge overgrown laser
GB8724736D0 (en) * 1987-10-22 1987-11-25 British Telecomm Optical fibre
US5023885A (en) * 1988-09-20 1991-06-11 Siemens Aktiengesellschaft External optical resonator for a semiconductor laser
US4962995A (en) * 1989-06-16 1990-10-16 Gte Laboratories Incorporated Glasses for high efficiency erbium (3+) optical fiber lasers, amplifiers, and superluminescent sources
JPH0373934A (ja) * 1989-08-15 1991-03-28 Fujitsu Ltd 光増幅器
US5005175A (en) * 1989-11-27 1991-04-02 At&T Bell Laboratories Erbium-doped fiber amplifier
US5027079A (en) * 1990-01-19 1991-06-25 At&T Bell Laboratories Erbium-doped fiber amplifier
JPH0644645B2 (ja) * 1990-03-30 1994-06-08 ホーヤ株式会社 光導波路型レーザ媒体及び光導波路型レーザ装置
US5039190A (en) * 1990-09-07 1991-08-13 At&T Bell Laboratories Apparatus comprising an optical gain device, and method of producing the device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH05175592A (ja) 1993-07-13
EP0517440A2 (en) 1992-12-09
US5107538A (en) 1992-04-21
EP0517440B1 (en) 1994-12-28
EP0517440A3 (en) 1993-01-20
DE69201013T2 (de) 1995-05-11
DE69201013D1 (de) 1995-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH081974B2 (ja) 光増幅装置
Thaik et al. Photoluminescence spectroscopy of erbium implanted gallium nitride
Pavesi Silicon‐based light sources for silicon integrated circuits
US5077143A (en) Silicon electroluminescent device
US20070263690A1 (en) Method for Locally Modifying Electronic and Optoelectronic Properties of Crystalline Materials and Devices Made From Such Materials
US6570187B1 (en) Silicon light-emitting device and method for the production thereof
EP0261875B1 (en) Rare earth doped semiconductor laser
US6828598B1 (en) Semiconductor device for electro-optic applications, method for manufacturing said device and corresponding semiconductor laser device
Wong et al. Silicon integrated photonics begins to revolutionize
CN101557074A (zh) 硅基锗电注入激光器及制作方法
Reed et al. Erbium-doped silicon and porous silicon for optoelectronics
JP3079093B2 (ja) 希土類元素をド―プしたバイポーラ構造
Ho et al. Observation of optical gain in Er-doped GaN epilayers
Nuese et al. cw laser diodes and high‐power arrays of In x Ga1− x As for 1.06‐μm emission
Dahal et al. Near infrared photonic devices based on Er-doped GaN and InGaN
Helm et al. Efficient silicon based light emitters
Zavada et al. Near infrared photonic devices based on Er-doped GaN and InGaN
Bondarenko et al. Luminescence of erbium-doped porous silicon.
Jantsch et al. Status, Hopes and Limitations for the Si: Er-based 1.54 μm Emitter
RU2362243C1 (ru) Способ формирования полупроводниковой кремниевой наноструктуры для лазера с оптической накачкой и оптический усилитель на ее основе
Lourenço et al. Crystalline-silicon-based infra-red LEDs and routes to laser diodes
Pavesi Optical gain in silicon and the quest for a silicon injection laser
Mathews et al. Observation of amplified spontaneous emission in GeSn waveguides at room temperature
Seo et al. Rare-earth-doped nanocrystalline silicon: excitation and de-excitation mechanisms and implications for waveguide amplifier applications
Dahal et al. 1.54 μm emitter and optical amplifier based on Er doped InGaN/GaN

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080110

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090110

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090110

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100110

Year of fee payment: 14

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110110

Year of fee payment: 15

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110110

Year of fee payment: 15

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120110

Year of fee payment: 16

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130110

Year of fee payment: 17

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130110

Year of fee payment: 17