JP2006514445A - 改良された発光装置のシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

改良された発光装置は、光学活性元素がドープされたＳｉナノ結晶からなる導波路を含んでよい。改良された発光装置は、チップ−チップ間およびオンチップ配線に適している。

Description

本願は、発光装置及び発光装置を用いた光通信システムに関する。

近年のコンピュータ装置は、プロセッサー、メモリ装置、及びコントローラを含む異なるタイプの様々な集積回路（ＩＣ）チップを含む。コンピュータ内のオンチップ及びチップ−チップ間配線は、典型的には金属ワイヤーでなされている。ＩＣチップがより集積されるにつれて、ワイヤーは更に細くなり更に間隔が接近する。これは、ワイヤーの抵抗をより高くし、ワイヤー間の電気容量をより高くする結果となる。抵抗と電気容量の増加は、ワイヤーを通って伝達される電気信号を減少させる。この信号の減少により、ＩＣチップ及びコンピュータ装置全体としてのパフォーマンスが減少する。

この問題を解決するために、光源及び導波路を用いたオンチップ及びチップ−チップ間の光配線が提案されている。光配線システムにおいて、ＩＣチップからの電気信号は、光源から発光される光信号に変換される。そして光は導波路を伝達して検出器に達し、検出器において受光された光は電気信号に逆に変換される。光配線中の光の速さはワイヤー中の電子の流れよりも早く、光配線の長さに直線的に比例する。また、光配線は配線が長くなるにつれて、電気的配線よりも電力の消費が少なくなる。

従来の光配線システムは、一般的に、ＩＣチップと完全には一体として形成されていない光源を必要とする。これは、ＩＣチップの形成に典型的に用いられる材料であるＳｉ及びＳｉＧｅが間接バンドギャップを有しているため、一体化した光源の形成に適しているとは考えられていないからである。その代わりに、直接バンドギャップ半導体からなる外部光源が、従来の光配線システムに典型的に用いられている。これらの光源は、ＩＣチップ上に他のデバイスと同様に独立してパッケージされ、導波路に位置合わせされている。これはオンチップ、あるいはチップ−チップ間光配線システムを、比較的高価及び複雑にしている。

チップ−チップ間配線をより複雑にするのは、ＩＣチップ上に形成される限られた数の導体パッドである。ＩＣチップが精巧さを増すにつれ、より大きなビット数及び他の用途のための入出力に対応するために、ますます多くの入出力リードが必要となる。

本発明の複数の実施例は、限定的なものではなく、例示的なものとして図示され、添付図面中の同一参照番号の数字は、同様な部分を示す。

本発明の複数の実施例は一般的に、改良された発光装置及びそのような装置を使用した光通信システムのシステム及び方法に導かれる。本発明の複数の実施例は、一般的に相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）デジタル回路技術に一般的に使われるＳｉ基板の上に直接作られた導波路装置から構成される。これらの実施形態は、Ｓｉナノ結晶からなる導波路とＳｉＯ２フィルム内の他の光学的に活性な元素（例えば、希土類元素）との組み合わせから構成されてよい。同一基板上に直接デバイスを製造するのに関連する費用は、ここのデバイスを購入し、組み立てるのに関連する費用よりも著しく低い。光源と光導波路の間を結合することは、これらの要素が同一のモノリシック基板上に集積されるために簡素化される。

多くの元素及び化合物が本明細書の全体にわたって言及されている。元素及び化合物を特定するために使われる記号及び名称にいくらか変化があることが認識される。表１には元素の一覧、表記されている元素に対応する原子番号、及び元素を特定するために本明細書にわたって使用される略称を示す。

図１（Ａ）は、光学的に活性な元素（例えば、Ｅｒ）がＳｉナノ結晶により間接的に励起されることを示すバンドギャップ図である。Ｓｉナノ結晶１１０は、光学的あるいは電子的に励起されて電子−ホール対１２０を生成しうる。電子−ホール対（例えば、電子−ホール対１２０）は再結合して、エネルギーを１つのＥｒ３＋イオン（例えば、オージェ過程を経由して）に移転しうる。例えば、１つのＳｉナノ結晶１１０が１つのフォトンを吸収したときに、それは光学的に励起される。吸収されたフォトンは、Ｓｉナノ結晶１１０内でエキシトンの生成を引き起こす。エキシトンはＥｒ原子１３０を励起することにより、何も放射せずに再結合しうる。バルクのＳｉと異なり、バンドギャップ１４０がバンドギャップ１５０よりも大きいので、Ｓｉナノ結晶１１０とのオージェ過程は可逆ではない。

図１（Ｂ）は、Ｅｒ原子１３０に対応するバンドギャップ図である。Ｓｉナノ結晶１１０からのオージェ電子をＥｒ原子１３０が吸収したときに、Ｅｒ原子１３０の内殻電子は一時的にエネルギーレベル１６０からエネルギーレベル１７０に移動する。続いて電子は、エネルギーレベル１８０に移動し、「緩和」と呼ばれる過程によってフォトンを放射せずに熱的にエネルギーを消滅させる。最終的に、電子はより低いエネルギーレベル１６０に戻り、Ｅｒ原子１３０は電子のエネルギーレベルの変化を補償するためにフォトン１９０を放射する。図示した実施例の中で、フォトン１９０は約１．５μｍの波長を有する。

図１によって示された励起過程はＥｒ原子に限定されるものではなく、代わりに、様々な光学的に活性な元素によっても可能である。特に、希土類元素の原子が光源を提供するＳｉナノ結晶と共に使用されてよい。ランタン（Ｚ＝５７）からルテチウム（Ｚ＝７１）の元素は希土類元素として知られている。これらの元素の電子の立体配置の相違は、ほとんど外殻で発生するため、希土類元素は類似の特性を示す。希土類元素はまた、ランタニドまたはランタノイドとしても知られている。

図２は、本発明のある態様にしたがって実施される発光装置２００を示す図である。発光装置２００は、基板２１０、誘電体層２２０、光学活性層２３０、及び光共振器２４０を含む。本発明のいくつかの実施例においては、基板２１０は浮遊帯半導体材料から製造される。浮遊帯という用語は、その内部で結晶が成長する坩堝の壁に、成長する結晶が接触しない結晶成長の種類を指す。浮遊帯半導体材料の例は、Ｓｉ、Ｇｅ、及びＳｉＧｅを含む。本発明の図示した実施例において、誘電体層２２０はＳｉＯ２で構成されている。本発明の代わりの実施例においては、誘電体層２２０は異なる材料により構成されてよい。

光学活性層２３０は、光学活性元素の原子（例えば、希土類元素の原子）に近接近したＳｉナノ結晶を含む。上述したように、Ｓｉナノ結晶及び光学活性元素の原子は光源として使用されうる。光学活性層２３０は、Ｓｉナノ結晶と１つの希土類元素の原子の薄い層であり、本発明のある実施例において光源及び導波路を共に形成する。本発明の代わりの実施例においては、誘電体はフッ化物あるいはフッ素をドープした二酸化珪素であってよい。光学活性層（例えば、光学活性層２３０）は、希土類をドープしたフッ化物（例えば、エルビウムドープフッ化物）または希土類をドープしたフッ素を含む二酸化ケイ素である。

本発明の他の代わりの実施例においては、１つ以上のドーパントが光学活性原子を供給するために使用される。例えば、本発明のある実施例において、光学活性層２３０はエルビウム（Ｚ＝６８）とツリウム（Ｚ＝６９）の双方の原子に近接近したＳｉナノ結晶を含む。本発明のまだ他の代わりの実施例において、光学活性層２３０はエルビウム（Ｚ＝６８）とイットリウム（Ｚ＝７０）の双方の原子に近接近したＳｉナノ結晶を含む。本発明のある実施例においては、光学活性層２３０はツリウム（Ｚ＝６９）とホルミウム（Ｚ＝６７）がコドープされる。本発明の更に代わりの実施例においては、光学活性層２３０は、Ｔｍ-（Ｚ＝６９）、Ｈｏ-（Ｚ＝６７）、及びＥｕ-（Ｚ＝６３）がコドープされる。コドープという用語は、１つ以上のドーパントがドープされた１つの層あるいは領域を指す。

ＳｉリッチなＳｉＯ２の化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、および／またはイオン打ち込み、および／またはＳｉドープしたＳｉＯ２のスパッタ蒸着のような標準的なＣＭＯＳ技術が、光学活性層２３０を形成するのに用いられてよい。ＳｉＯｘの薄い層が、例えば５分から３０分の期間、高温（例えば、１１００℃）でアニール処理をすることにより、Ｓｉナノ結晶に変換されてもよい。高温アニール処理により、２から５ナノメートルの範囲内の密接な大きさの分布を有するＳｉナノ結晶が生成されるのが示されている。

本発明のいくつかの実施例においては、光学活性層２３０は、ＳｉＯ２の２つの層（例えば、誘電体層２２０と２５０）の間に堆積されてもよい。ＳｉＯ２層は屈折の低い指数を有するので、シリコンナノ結晶の領域に光が閉じ込められる。誘電体層２２０および２５０は、本発明のある実施例において、ＣＶＤおよび／または熱酸化のような標準的なＣＭＯＳ技術を用いて形成されてよい。

光共振器２４０は、光学活性層２３０からの光の放射を増幅する手段を提供する。光共振器という用語は、光を増幅するために閉じ込める共振器を設置することを指す。これは、例えば、振動する電磁場を（少なくとも部分的に）含むように反射表面で光学活性領域を取り囲むことによってなされうる。図２に図解した実施例において、導波路の各末端に分布ブラッグ格子を有する誘電体層２５０および／または光学活性層２３０にリッジ型導波路構造を作ることによって、光共振器２４０は形成される。分布ブラッグ反射構造は、誘電体層２５０および／または光学活性層２３０の中にリソグラフィーおよびドライエッチング技術を用いてエッチングにより形成してよい。

本発明のある実施例において、光学活性層２３０は波長λを有した光を放射する。本発明のある実施例において、格子歯２５６および２５８はλ／２の間隔をあけてブラッグ反射器を形成してよい。分布ブラッグ反射器は、反射表面から後方散乱される放射の建設的干渉をもたらす導波路部分を指す。ブラッグ反射器は当業者には公知であり、本発明の実施例にどのように関連するかについて以外には、さらに詳述はしない。

図３は、Ｅｒ濃度に対する光学ゲインの計算値、またはＳｉナノ結晶に対するＥｒイオンの比に対しての、光学ゲインの計算値を示す対数グラフである。破線３１０は、光活性層（例えば、図２に示す層２３０）の中のＥｒイオンによる光ゲインの寄与を示す。例えば、参照数字３２０で示されるように、０．１ａｔ．％の濃度において、平均して１０００原子のナノ結晶ごとにほぼＥｒイオン１つとなる。参照数字３３０で参照されるように、濃度がＳｉナノ結晶あたり１つのＥｒイオンの濃度に近づくにつれて、励起しやすいＥｒ濃度の最大値は、Ｓｉナノ結晶のために上回りうる。

点線３４０は、Ｅｒと連結していないＳｉナノ結晶中のエキシトンによる、吸収の光ゲインへの寄与を示す。Ｅｒ濃度が高くなるにつれ、Ｓｉナノ結晶がＥｒイオンと連結する可能性も同様に増加する。実線３５０は、２つのゲインの寄与の合計を示す。参照番号３６０に示すように、賞味の光ゲインはＥｒの濃度範囲が１ａｔ．％あるいはＳｉナノ結晶あたり１イオンくらいで達成され得る。一方、光ゲインの曲線３００は、光学活性元素としてＥｒの使用に基づいて計算されており、当業者は他の光学活性元素（例えば、他の希土類元素）に基づいて、同様のゲイン曲線が計算されうることを認識するであろう。

図４は、光学的ポンピングとして用いられる本発明のある実施例にしたがって実施される発光装置４００を示す図である。本発明のある実施例においては、光源（例えば、低価格のＬＥＤ）が導波路４１０の上面にフォトンを導く。光学活性層４２０は、光学活性元素（例えば、Ｅｒ、Ｐｒ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｃｅ、Ｔｍなど）の原子の近接近にＳｉナノ結晶を含む。光共振器（図示されてない）は、光学活性層４２０から放射された光を反射する。反射された光は、参照番号４３０に示すように、導波路４１０を通って伝達する。

図５は、電気的励起として用いられる本発明のある実施例にしたがって実施される発光装置５００を示す図である。本発明のある実施例において、発光装置５００は、基板５１０、誘電体層５２０および５３０、並びに光学活性層５４０を含む。更に、発光装置５００は、電気接点５５０および５６０を含む。本発明のある実施例において、電気接点５５０および５６０は電気的に光学活性層５４０を励起するために使われる。例えば、電気接点５５０および５６０を用いて、発光装置５００と電気信号とがつながれる。電気信号は光学活性層５４０を励起して、光を放出させる。本発明のある実施例においては、光は光共振器（図示しない）において反射される。反射光は、図５に示す発光装置５００の斜視図に対して垂直の方向に、光学活性層５４０を通って伝達する。

図６は、本発明のある実施例にしたがって導波路（光学的活性層を含む）の作成を示す図である。半導体材料から製造される基板６１０は、参照番号６１０によって与えられる。本発明のある実施例においては、誘電体層６２０は基板６１０の上面に形成される。本発明のある実施例においては、誘電体層６２０は、ＣＶＤおよび／または熱酸化のような標準的なＣＭＯＳ技術を用いて形成してよい。

本発明のある実施例においては、光学活性層６３０は、誘電体層６２０の上面にＳｉリッチなＳｉＯｘの薄い層を堆積することにより形成されてよい。光学活性層６３０は、ＣＶＤ、イオン打ち込み、および／またはスパッタ蒸着などの標準的なＣＭＯＳ技術によって堆積されてよい。本発明のある実施例においては、ＳｉＯｘの薄い膜は、高温（例えば、１１００℃）アニールを用いてＳｉナノ結晶に変換される。

本発明のある実施例においては、導波路６４０はリソグラフィーおよびドライエッチングを使用してエッチングされる。光共振器（図示せず）は、導波路６４０の上面にある導波路構造の各末端における分布ブラッグ反射器をエッチングすることにより形成されてよい。本発明のある実施例においては、誘電体層６５０は導波路６４０の上に形成される。本発明のある実施例においては、誘電体層６５０は、光学活性層６３０から光散乱による損失を低減する。

図７は、本発明のある実施例にしたがって実施されるチップ−チップ間配線システム７００を示す平面図である。チップ−チップ間配線システム７００は、光検出器７７０および７８０に加えて、ＩＣチップ７１０および７２０、光ファイバー７３０および７４０、発光装置７５０および７６０を含む。光検出器７７０および７８０は、入射する光を検出し、ある場合には、検出された光を電気信号に変換する広範囲の装置を示す。光検出器にＳｉ、Ｇｅ、あるいはＳｉＧｅを用いることが、モノリシックな解決をするために望ましい。ゲルマニウムはその検出感度が、およそ１．５５μｍよりも短い波長、まさしくエルビウムによって放射される波長に限定される。そのため、他の希土類元素（あるいは希土類元素を含む化合物）が望ましい。光ファイバーおよび光検出器は当業者にとって公知であり、本発明の実施形態にどのように関与するのかを除いて更に詳細には述べない。図示された実施形態において光ファイバーはＩＣチップ７１０とＩＣチップ７２０とを結合しているが、当業者は、広範囲の光の複数の経路がこれらのチップの間の光を結合するのに使用されることをよく理解するであろう。更には、光検出器のほかに、他の光学部品がサブシステムで使用されてもよい。本発明のある実施例において、発光装置７５０および７６０は、図２に示した発光装置２００といくらか類似した構造を有していてよい。

ＩＣチップ７１０は、光源（例えば、ＬＥＤ）あるいは電源（例えば、導線）を使用して、発光装置７５０を励起させる。放射される光は、変調光がＩＣチップ７１０からのデジタルまたはアナログ情報を伝達するために変調されてもよい。変調された光は光ファイバー７４０に結合される。光ファイバー７４０は、光検出器７８０に変調された光を伝達する。本発明のある実施例において、光検出器７８０は、変調された光をＩＣチップ７２０によって使用される電気信号に変換する。

図８は、本発明のある実施例にしたがって実施される、オンチップ配線システム８００のブロック図である。オンチップ配線システム８００は、ＩＣチップ８１０の他の部品として同じ基板に加工された発光装置８２０および８３０と共に、ＩＣチップ８１０を含む。本発明のある実施例において、発光装置８２０及び８３０は、希土類元素（例えば、図２に示した層２３０）がドープされたＳｉナノ結晶と光共振器（例えば、図２に示した光共振器２４０）とからなる光学活性層をそれぞれ含んでよい。

発光装置８２０および８３０は、光通信において、光経路８６０および８７０を介して光検出器８５０および８４０と各々共にある。本発明のある実施例において、光経路８６０および８７０は光ファイバーである。本発明の他の実施形態においては、光経路８６０および８７０は、ＩＣチップ８１０と同じ基板上に形成された光導波路である。

ＩＣチップ８１０は、通信システム８００を介してデジタルおよび／またはアナログの符号化された情報を伝達する。本発明のある実施例において、発光装置８２０はソース（例えば、低価格ＬＥＤ）によって光学的に励起され、装置８２０に光を放射させる。本発明の他の実施形態においては、発光装置は電気的に励起されてもよい。放射される光は、情報を運ぶために変調されてもよい。変調された光は、光経路８６０を介して光検出器８５０に伝達される。本発明のある実施例において、光検出器８５０は、ＩＣチップ８１０によって更に処理するために、変調された光を電気信号に変換する。

「一つの実施例」または「ある実施例」への本明細書の参照が、実施例に関して説明された特定の特徴、構造または特性が本発明の少なくとも1つの実施例に含まれているのを意味することを理解すべきである。それゆえ、本明細書の様々な部分の「ある実施例」または「一つの実施例」または「代わりの実施例」への２以上の参照が、必ずしも全て同一の実施例を参照しているわけではないことが強調され、理解されるべきである。更には、特定の特徴、構造または特性が、本発明の１つ以上の実施例に適するように組み合わせれてもよい。

同様に、発明の典型的な実施例の以上の記述では、様々な進歩性の面の1つ以上の理解に役立つ情報開示の能率化のために、ただ一つの実施例、図、またはその記述で、発明の様々な特徴が、時々共に分類されることについて理解すべきである。しかしながら、この情報開示の方法は、各請求項に明示的に記載されているよりも多くの特徴を請求項に記載されている発明が必要とするという意図を反映することを示すものとは解釈されない。むしろ、続いて記載される請求項が反映するように、進歩性の面が以上で開示されたただ一つの実施例の全ての特徴以下にある。それゆえ、詳細な説明に続く請求の範囲は、各請求項が本発明の個々の実施例としてそれ自身に基づいて、詳細な説明の記載に明示的に組み込まれる。

（Ａ）は光学的に活性な元素（例えば、Ｅｒ）がＳｉナノ結晶により間接的に励起されることを示すバンドギャップ図であり、（Ｂ）はＥｒ原子１３０に対応するバンドギャップ図である。 本発明のある態様にしたがって実施される発光装置２００を示す図である。 Ｅｒ濃度に対する光学ゲインの計算値、またはＳｉナノ結晶に対するＥｒイオンの比に対しての、光学ゲインの計算値を示す対数グラフである。 光学的ポンピングとして用いられる本発明の一実施例にしたがって実施される発光装置４００を示す図である。 電気的励起として用いられる本発明の一実施例にしたがって実施される発光装置５００を示す図である。 本発明の一実施例にしたがって導波路（光学的活性層を含む）の作成を示す図である。 本発明の一実施例にしたがって実施されるチップ−チップ間配線システム７００を示す平面図である。 本発明の一実施例にしたがって実施される、オンチップ配線システム８００のブロック図である。

Claims (45)

1. 発光装置であって、
   半導体材料から形成される基板と、
   前記基板の上面に形成される誘電体層と、
   Ｓｉナノ結晶を含む光学活性層であって、前記光学活性層は、希土類元素がドープされ、前記誘電体層の中に形成される光学活性層と、および
   前記光学活性層と光通信をする光共振器とを備える
   発光装置。
2. 前記光共振器が、
   前記光学活性層の上面に堆積されたもう一つの誘電体層を有し、
   前記もう一つの誘電体層が、前記光学活性層から放射された光を反射する複数の離間した格子歯を有する
   請求項１に記載の発光装置。
3. 前記もう一つの誘電体層が、前記光学活性層の屈折率とは異なる屈折率を有する誘電体材料を含む複数の離間した格子歯を有する
   請求項２に記載の発光装置。
4. 前記光学活性層が、ある１つの波長の光の放射が可能であり、
   前記光学活性層から放射される光を反射する複数の離間した格子歯を有する前記もう一つの誘電体層は、第２の格子歯から前記波長の２分の１の間隔離れている第１の格子歯を含む、
   請求項２に記載の発光装置。
5. 光を反射する離間した格子歯を有する前記もう一つの誘電体層は、
   前記第１の格子歯と前記第２の格子歯の間の領域の外部にあり、前記第１の格子歯から前記波長である１つの波長の間隔だけ離れている第３の格子歯
   を有する請求項４に記載の発光装置。
6. 半導体材料から形成されている前記基板が、シリコンから形成されている基板を有する請求項１に記載の発光装置。
7. 半導体材料から形成されている前記基板が、ＳｉＧｅから形成されている基板を有する請求項１に記載の発光装置。
8. 前記基板の上面に形成された前記誘電体層が、フッ化物の層を有する請求項１に記載の発光装置。
9. 前記基板の上面に形成された前記誘電体層が、フッ素がドープされたＳｉＯ２の層を有する請求項１に記載の発光装置。
10. Ｓｉナノ結晶を含む前記光学活性層に、プラセオジミウムがドープされている請求項１に記載の発光装置。
11. 前記光学活性層が、１．３μｍの波長を有する光を発光可能である請求項１０に記載の発光装置。
12. Ｓｉナノ結晶を含む前記光学活性層に、ホルミウムがドープされている請求項１に記載の発光装置。
13. 前記光学活性層が、１．２μｍの波長を有する光を発光可能である請求項１２に記載の発光装置。
14. Ｓｉナノ結晶を含む前記光学活性層に、イッテルビウムがドープされている請求項１に記載の発光装置。
15. 前記光学活性層が、９８０ｎｍの波長を有する光を発光可能である請求項１４に記載の発光装置。
16. Ｓｉナノ結晶を含む前記光学活性層に、セリウムがドープされている請求項１に記載の発光装置。
17. 前記光学活性層が、６２０ｎｍの波長を有する光を発光可能である請求項１６に記載の発光装置。
18. Ｓｉナノ結晶を含む前記光学活性層に、ツリウムがドープされている請求項１に記載の発光装置。
19. 前記光学活性層が、１．４μｍの波長を有する光を発光可能である請求項１８に記載の発光装置。
20. 希土類元素がドープされている前記光学活性層が、２以上のドーパントの原子がコドープされている光学活性層を有し、
    前記２以上のドーパントの一つが希土類元素である
    請求項１に記載の発光装置。
21. 前記光共振器は、前記光学活性層中にエッチングされた、複数の離間した格子歯を有する請求項１に記載の発光装置。
22. 前記光学活性層の側面にあり、電気通信における第１の導電接点と、
    前記光学活性層の他方の面にあり、電気通信における第２の導電接点と
    を更に有し、
    前記第１の導電接点および前記第２の導電接点は、前記光学活性層を電気的に励起できる
    請求項１に記載の発光装置。
23. 前記光学活性層から放射された光を光学的に変調する、前記光共振器と光通信する変調装置
    を更に備える請求項１に記載の発光装置。
24. 希土類元素がドープされた前記光学活性層が、希土類元素を含む化合物がドープされた光学活性層
    を有する請求項１に記載の発光装置。
25. 発光装置を製造する方法であって、
    半導体材料からなる基板を提供する段階と、
    前記基板の上面に誘電体層を形成する段階と、
    前記誘電体層の上面に希土類元素がドープされたＳｉナノ結晶を含む光学活性層を形成する段階と、
    前記光学活性層からの光を捕捉する前記光学活性層の上面に光共振器を形成する段階と
    を備える発光装置を製造する方法。
26. 前記光学活性層から放射される光を反射する前記光学活性層の上面の前記光共振器を形成する段階が、
    前記光学活性層の上面にもう一つの誘電体層を堆積する段階と、
    前記光学活性層から放射される光を反射する第１の反射面と第２の反射面とを供給するために、前記もう一つの誘電体層中に第１の格子歯のセットと第２の格子歯のセットとをエッチングする段階
    を有する請求項２５に記載の方法。
27. 前記誘電体層の上面に光学活性層を形成する段階が、
    前記誘電体層の上面にＳｉＯ２の層を堆積する段階と、
    Ｓｉナノ結晶を形成するために前記堆積された層をアニールする段階と、
    イオン打ち込みによりＳｉナノ結晶の層の中に希土類元素の原子を打ち込む段階
    を有する請求項２５に記載の方法。
28. 希土類元素の原子を打ち込む段階が、 Ｓｉナノ結晶の層中にプラセオジミウムの原子を打ち込む段階を有する請求項２７に記載の方法。
29. 希土類元素の原子を打ち込む段階が、 Ｓｉナノ結晶の層中にホルミウムの原子を打ち込む段階を有する請求項２７に記載の方法。
30. 希土類元素の原子を打ち込む段階が、 Ｓｉナノ結晶の層中にイッテルビウムの原子を打ち込む段階を有する請求項２７に記載の方法。
31. 希土類元素の原子を打ち込む段階が、 Ｓｉナノ結晶の層中にセリウムの原子を打ち込む段階を有する請求項２７に記載の方法。
32. 希土類元素の原子を打ち込む段階が、 Ｓｉナノ結晶の層中にツリウムの原子を打ち込む段階を有する請求項２７に記載の方法。
33. システムであって、
    希土類元素がドープされたＳｉナノ結晶の光学活性層と、前記光学活性層によって放射された光を反射する光共振器とを含む発光装置を有する、半導体基板から形成された第１の集積回路（ＩＣ）チップと、
    前記発光装置と第１の光経路の末端が光学的に連結された光経路と、
    第２の光経路の末端が光学的に光検出器と連結された第２のＩＣチップと
    を備えるシステム。
34. 希土類元素がドープされたＳｉナノ結晶の光学活性層と前記光学活性層によって放射された光を閉じ込める光共振器を有する前記発光装置が、
    下側の誘電体層と上側の誘電体層との間に存在する、希土類元素がドープされているＳｉナノ結晶の光学活性層を有し、
    前記光共振器は、前記光学活性層から放射された光を反射する、前記上側の誘電体層にエッチングされた離間した格子歯によって形成される
    請求項３３に記載のシステム。
35. 希土類元素がドープされたＳｉナノ結晶の前記光学活性層が、プラセオジミウムがドープされたＳｉナノ結晶の光学活性層を有する請求項３４に記載のシステム。
36. 希土類元素がドープされたＳｉナノ結晶の前記光学活性層が、ホルミウムがドープされたＳｉナノ結晶の光学活性層を有する請求項３４に記載のシステム。
37. 希土類元素がドープされたＳｉナノ結晶の前記光学活性層が、イッテルビウムがドープされたＳｉナノ結晶の光学活性層を有する請求項３４に記載のシステム。
38. 希土類元素がドープされたＳｉナノ結晶の前記光学活性層が、セリウムがドープされたＳｉナノ結晶の光学活性層を有する請求項３４に記載のシステム。
39. 希土類元素がドープされたＳｉナノ結晶の前記光学活性層が、ツリウムがドープされたＳｉナノ結晶の光学活性層を有する請求項３４に記載のシステム。
40. 前記発光装置を光学的に励起する、前記発光装置と光通信する発光ダイオードを更に備える請求項３３に記載のシステム。
41. 前記発光装置に電気的に接続された駆動部を更に備える請求項３３に記載のシステム。
42. システムであって、
    希土類元素がドープされたＳｉナノ結晶の光学活性層と、半導体基板上に形成された前記光学活性層から放射された光を閉じ込める光共振器とを有する発光装置と、
    前記発光装置と光通信をする第１の末端を有する光ファイバー
    を備えるシステム。
43. 前記半導体基板上に形成された励起源をさらに備え、 前記励起源は、前記発光装置から光を放射させる請求項４２に記載のシステム。
44. 前記発光装置から放射される光を受信して前記光ファイバーの第２の末端と光通信する光検出器を更に備える請求項４３に記載のシステム。
45. 前記発光装置から放射された光を変調する前記半導体基板上に形成された変調装置を更に備える請求項４４に記載のシステム。

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