JP2019536297A - 単一チップ内に活性コア及びドープされたクラッドを有する固体光増幅器 - Google Patents

Abstract

固定光増幅器が開示されている。固定光増幅器は、アクティブコアと、ドープされたクラッドと、を１つのチップ内に有する。アクティブ光コアは、基板上に形成されている構造内のドープされたクラッドを通過する。ＬＥＤ等の発光構造は、光コア内、及び／又は、光コアに隣接して形成されている。クラッドは、例えば、エルビウム、又は、他の希土類元素又は金属がドープされている。いくつかの例示的な装置および形成方法が提供される。【選択図】図７

Description

以下は一般に、光通信ネットワークで使用される光学部品に関し、特に、光信号を増幅することができる光デバイスに関する。

エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）又はプラセオジムドープファイバ増幅器（ＰＤＦＡ）は、それぞれ、１５５０ｎｍ又は１３１０ｎｍの波長ウィンドウの光ネットワークに広く用いられている。図１は、従来技術のＥＤＦＡ又はＰＤＦＡに典型的に含まれる複数の光学部品を示す。ポンプレーザ光源１０２からの光パワーは、波長分割多重（ＷＤＭ）カプラ１０４によって入力信号１０１と結合される。次いで、結合された入力信号及びポンプレーザ光は、そのコアにエルビウム又はプラセオジムイオンがドープされたファイバ１０３の部分を通過する。ポンプレーザ光は、エルビウムドープ（又はプラセオジムドープ）ファイバ１０３に埋め込まれたエルビウム又はプラセオジムイオンをより高いエネルギー準位に励起する。次いで、光入力信号１０１は、誘導放出を誘起し、増幅され、出力信号が生成される。しかし、増幅された自然放出（ＡＳＥ）ノイズも同時に発生し、増幅された入力信号１０１にノイズが生成される。従って、出力信号１０６は、増幅された入力信号と、ＡＳＥノイズ成分と、からなる。エルビウムドープ又はプラセオジムドープファイバ１０３の後に、アイソレータ１０５が位置する。このアイソレータ１０５は、下流の光ファイバ及び他の構成要素からの後方散乱パワーがＥＤＦＡ又はＰＤＦＡに再入射するのを防止することを意図している。この望ましくない後方散乱パワーは、さもなければ増幅され、これによりＥＤＦＡ（又はＰＤＦＡ）の通常の特性及び性能を妨害する。また、図１には、ポンプレーザ監視ポート１０７が示されている。

図２Ａは、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の動作原理を示す。図は、シリカガラス中のＥｒ^３＋イオンのＥ_０、Ｅ_１、Ｅ_２と標識された３つのエネルギー準位を示す。エネルギー準位の各々は、例えば、”Erbium-Doped Fiber Amplifiers, Fundamentals and Technology”, Chapters 8 and 9, P.C. Becker, N. A. Olsson and J. R. Simpson, Academic Press,1999に記載されるように、Ｓｔａｒｋ分割プロセスを通して、複数の準位又は帯域に分割される。エネルギー準位の任意の２つの間の差は、そのエネルギー準位の遷移に対応する光子の波長（又は波長範囲）でラベル付けされる。上向きの矢印は、エルビウムイオンを、指示されたより高いエネルギー準位に励起するために、ＥＤＦＡがポンピングされ得る波長を示す。例えば、１４８０ｎｍのポンプレーザを使用して、Ｅ_０レベルからＥ_１レベルまでエルビウムイオンを励起することができる。そのライフタイムは非常に長く、１０ｍｓｅｃのオーダーであり、Ｅ_０レベルとＥ_１レベルとの間の反転分布が誘導放出に適している。Ｅ_１からＥ_０までの下向きの矢印は、自然放出及び誘導放出によって放出され、入力信号を増幅する光子の波長範囲を表す。Ｅ_１及びＥ_０エネルギー準位は、帯域に分割されるので、図２に１５２０〜１５６０ｎｍとして示すように、ある範囲の波長を増幅することができる。

同様に、９８０ｎｍのポンプレーザを用いて、エルビウムイオンをＥ_０レベルからＥ_２レベルに励起することができる。Ｅ_２レベルに上昇したイオンは、非放射自然放出プロセスを介して、Ｅ_１レベルに急速に遷移する。Ｅ_１レベルからＥ_０レベルへのこれらのイオンの遷移は、誘導放出を介して、１５２０〜１５６０ｎｍの範囲の入力信号の増幅をもたらす。様々な理由から、９８０ｎｍでのポンピングは、１４８０ｎｍでのポンピングよりも効率的である。

可視光を含む９８０ｎｍ未満の波長のポンプ源を使用することもできる。図２Ｂは、Ｅｒ^３＋イオンのエネルギー準位のより完全な図を示している。波長スケールは、Ｅｒ^３＋イオンが所与のエネルギー準位から基底状態に遷移するときに放出される光の波長に対応する。エネルギー準位図は、Ｅｒ^３＋イオンが約１５００ｎｍから４００ｎｍ未満までの光を吸収できることを示す。低波長ポンプ源（すなわち、９８０ｎｍ未満）は、エルビウムイオンを図２Ａに示されるよりも高いエネルギー準位に励起するが、誘導放出を介して入力信号を増幅するための全体的なプロセスは同様である。また、異なる波長範囲の入力信号に対して、異なる希土類元素、又は、様々な金属を含む他の材料を、対応する異なるポンプ源要件と共に使用することができる。例えば、１３１０ｎｍの波長範囲で入力信号を増幅するために、プラセオジムイオンは、適切な波長範囲にあるエネルギー準位遷移を有する。可視光の入力信号を増幅することも、ポンピング波長が入力光の波長より短く、かつ、適切なドーパントが使用される限り、物理的に実施可能である。広帯域増感剤は、ドーパント材料の活性化の助剤としても使用することができる。（広帯域増感剤の詳細は、例えば、”Broadband Sensitizers For Erbium-Doped Planar Optical Amplifiers: Review”, A. Polman and F. van Veggel, Journal of Optical Society of America B, Vol.21, Iss.5, May 2004に見ることができる。）

携帯電話で行われているように、空間を節約し、ネットワーク制御センタの性能を向上させるために、より多くの構成要素が、同じ制限された体積を有する個々の光モジュールに組込まれている。別々の光ファイバ部品間のファイバスプライシングは、扱いにくく、空間を占有する。したがって、複数の光学部品を単一のパッケージに一体化することが非常に望ましい。図１に示すように、従来技術のＥＤＦＡ及びＰＤＦＡは、典型的には別個のＷＤＭカプラ及びアイソレータ構成要素を利用し、曲げ半径に制限のある長さのドープファイバ（典型的には１０〜２０メートルの長さ）をも組み込む。さらに、ポンプレーザ源は、外部部品であるか、又は、ＥＤＦＡハウジングに一体化されなければならない。このようなことを検討することは、ドープされたファイバの使用に基いて典型的な従来技術の光増幅器によって達成し得るサイズ（及びコスト）の低減を制限することになる。半導体光増幅器（ＳＯＡ）は、サイズの利点を提供することができるが、典型的にはより高いレベルの増幅された自然放出（ＡＳＥ）ノイズ、及び、様々な非線形挙動により、性能が制限される。したがって、ドープされたファイバ（又はより一般的には、ドープされた導波路）光増幅器の複数の構成要素が、半導体光増幅器の性能制限なしに、可能な限り少ない構成部品又は要素に物理的に一体化されることが望ましい。

光増幅器は、基板と、基板上に形成され、光入力部から光出力部への光路を提供する光コアと、を備える。１つ以上の発光構造は、光コア内、及び／又は、光コアに隣接して、基板上に形成される。１つ以上のクラッド層は、光コア及び発光構造が配置される基板上に形成される。１つ以上のクラッド層は、光コアの屈折率よりも低い屈折率を有する。１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料でドープされる。電気接点は、発光構造に接続されている。発光構造は、印加された電圧差に応じて、１つ以上のドープされたクラッド層の少なくとも一部を照射する。ドーパント元素又はドーパント材料は、発光構造によって第１の波長範囲の波長よりも短い波長の光で照射されたときに、第１の波長範囲内の光を発光する。

他の実施例において、光増幅器は、基板と、基板上に形成され、光入力部から光出力部への光路を提供する光コアと、を備える。１つ以上の発光構造は、光コア内及び／又は光コアに隣接して基板上に形成されている。光コア及び発光構造に沿ったクラッドは、光コアの屈折率よりも低い屈折率を有する。クラッドには、１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料がドープされる。電気接点は、発光構造に接続されている。発光構造は、印加された電圧差に応じて、１つ以上のドープされたクラッド層の少なくとも一部を照射する。ドーパント元素又はドーパント材料は、発光構造によって第１の波長範囲の波長よりも短い波長の光で照射されたときに、第１の波長範囲内の光を発光する。

光増幅器を形成する方法は、第１の基板上に発光エピタキシャル層を成長させるステップと、パターン化された光コアと、光コア内及び／又は光コアに隣接する発光構造と、を発光エピタキシャル層から形成するステップと、を備える。１つ以上のクラッド層は、パターン化された光コア上に１つ以上のクラッド層を堆積される。１つ以上のクラッド層は、光コアの屈折率よりも低い屈折率を有し、１つ以上のクラッド層は、１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料でドープされる。ドーパント元素又はドーパント材料は、第１の波長範囲の波長よりも短い波長の光によって照射されると、第１の波長範囲内の光を発光する。１つ以上のクラッド層上に、発光構造と接触する第１セットの電気接続部が作製される。第１セットの電気接続部の上に第２の基板を形成される。第１の基板上に形成されたパターン化された光コアから第１の基板が除去される。第１の基板を除去することによって露出された表面上に、発光構造と接触する第２の組の電気接続部が作製される。

さらなる光増幅器を形成する方法は、基板の第１の表面上に発光エピタキシャル層を成長させるステップと、パターン化された光コアと、光コア内及び／又は光コアに隣接する発光構造と、を発光エピタキシャル層から形成するステップと、を備える。クラッドは、光コア及び発光構造に沿って堆積される。クラッドは、光コアの屈折率よりも低い屈折率を有し、１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料でドープされる。ドーパント元素又はドーパント材料は、第１の波長範囲の波長よりも短い波長の光によって照射されると、第１の波長範囲内の光を発光する。発光構造上に、発光構造と接触する第１セットの電気接続部が作製される。基板の第２の表面上に又は第２の表面を貫通させて、発光構造と電気的に接触する第２セットの電気接続部が作製される。

様々な態様、利点、特徴、及び、実施形態は、その例示的な実施例の以下の説明に含まれ、その説明は、添付の図面と併せて解釈されるべきである。本明細書で参照されるすべての特許、特許出願、論文、他の刊行物、文書、及び物品は、すべての目的のために、その全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。また、組み込まれた刊行物、文書又は物のいずれかと本出願との間の用語の定義又は使用における矛盾又は矛盾の範囲内で、本出願のものを優先するものとする。

光信号を増幅するために使用されるエルビウムドープ（又はプラセオジムドープ）ファイバ増幅器（それぞれＥＤＦＡ又はＰＤＦＡ）を示す。 エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の動作原理を示す。 Ｅｒ^３＋イオンのエネルギー準位のより完全な図を示す。 一実施形態の導波路レイアウト及びルーティングを示す。 図３Ａに示されるような実施形態の例示的な製造プロセスを示す。 図３Ａに示される実施形態の断面図を示す。 図３Ａに示される実施形態の一部の拡大図を示す。 典型的なＬＥＤエピタキシャル構造を示す。 図６Ａに示すＬＥＤエピタキシャル構造のエネルギーバンドを示す。 導波路を取り囲んで散在する発光領域を有する別の実施形態を示す。 図７に示す実施形態の断面図を示す。 導波路コア内にＬＥＤエピタキシャル構造を組み込んだ、図１１Ａにも示されている、追加の実施形態の断面図を示している。 図９に示される実施形態の一部分の拡大図を示す。 図９に示される実施形態の上面図を示し、導波路レイアウト及びルーティング、並びに波長板の包含を描写する。 図１１Ａに示されるような実施形態の例示的な製造プロセスを示す。 隣接する導波路からの、及び隣接する導波路への光の結合を含む、図１１Ａに示されるものと同様の実施形態において使用され得るような、波長板の詳細図を示す。 共通のクラッドによって囲まれたオフセット２コア構造を利用する偏光回転子の使用を示す。 偏光依存損失を低減するために、入力ポートで偏光回転子を利用する別の実施形態を示す。 は、図１３に示す実施形態で使用されるような偏光回転子の斜視図である。

以下に説明する技術はドープされたファイバ（又はより一般的にはドープされた導波路）光増幅器の複数の構成要素を、単一の光増幅器チップとして物理的に一体化するが、半導体光増幅器の性能制限はない。

図３Ａは、ポンプ光を放出し、入力信号のための導波路コアとしても働く活性コア３０５を有する第１セットの例示的な実施形態を示す。活性コアは、希土類元素又は別の適切なドーパント材料でドープされたクラッド内に埋め込まれている。入力信号は、入力光ファイバ３０１によって伝送され、活性コア３０５及びその周囲のクラッド３０６によって形成される平面導波路の端縁３０３に結合される。活性コア３０５は、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ、又は、ＩｎＧａＮ化合物半導体材料（以下に説明する）などの材料に基づく発光ダイオード（ＬＥＤ）エピタキシャル構造などの発光構造を有し、その屈折率（約２．１〜３．８）は、一般に、クラッド３０６の屈折率よりも高い。（以下の記載では、簡略化のためＬＥＤの実施形態について言及するが、より一般的には、これは、概して発光構造として解釈され得る。）クラッド３０６は、エルビウム、プラセオジム、ツリウム、イッテルビウム、ネオジム、又は、それらの組合せなどの希土類元素でドープされる。また、ドーパント材料は、金属、又は、適切な波長又は波長範囲で光を発することができる他の何らかの材料であってもよい。活性コア３０５内の全てのエピタキシャル層の合計厚さ（図４においてＴで示される）は、数ミクロンである。エルビウムは、他の希土類元素又は他のドーパント材料に対する一般性及び適用性を失うことなく、以下の説明においてドープされた希土類元素の例として用いられる。より一般的には、クラッドのドーパント元素又は材料は、ＬＥＤ又は他の発光構造によって第１の波長範囲の波長よりも短い波長の光で照射されたときに、第１の波長範囲内の光を放出するように選択される。ここで、多くの一般的な用途では、第１の波長範囲が４００ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲である。エルビウムは、代表的なドーパント材料として以下の議論の多くで使用されるが、他の希土類元素及び他の金属を含み、これらに限定されない、他のドーパント材料も、本発明の範囲内である。

図３Ａの例に示されるように、活性コア３０５は、平面チップ３００内で、矢印３１１ａ〜３１１ｆによって示されるように、かなりの数の巻きを介して、時計回り方向にループ状になる。次に、活性コア３０５は、３１２ａで反転する。次に、出力光ファイバ３２８に結合されたチップ縁３１７の端点に到達するまで、矢印３１２ｂから３１２ｄで示すように、一連の反時計回りのループを通って進行する。活性コアの全有効長は、数十センチメートル、さらには１０メートルとすることができる。活性コア３０５の屈折率（ＲＩ）は、クラッド３０６の屈折率（典型的には、約１．４５〜約２．０１の範囲のクラッド屈折率）よりも高い（有意に高いか、又はわずかに高いかのいずれか）ので、光パワーは、活性コア３０５内に閉じ込められる。活性コア３０５は、１３００〜１６００ｎｍの動作波長に対して、１ミクロン、又は、サブミクロンのオーダーの断面寸法を有する。そのループの光路に沿った活性コア３０５の寸法は、有効な光パワー閉じ込めの要求及び要件に基づいて変更することができる。例えば、３１２ａのような鋭いターンでは、より強力なパワーの閉じ込めが必要とされる。このため、コア寸法は、そこでわずかに大きくなければならない。３１１ａ〜３１１ｄによって示されるように、真っ直ぐな部分では活性コア３０５からクラッド３０６内に、（後述する）そこに埋め込まれたエルビウムイオンの誘導放出を誘起するために、より多くの光パワーが拡散されることが望ましい。したがって、活性コア４０１〜４０７の幅（図４でＷによって示される）は、サブミクロンまでより小さくすべきである。

図４は、図３Ａの「切断線」Ａ−Ａの断面図を示す。図３Ａの活性コア（３０５）ループは、図４において、断面４０１〜４０７として示される。図３Ａの周囲のクラッド３０６は、図４において、４２１、４２２によって示される。（製造方法の説明で後述するように）活性コア及びクラッドから構成される１つ又は複数の薄層は、基板４１０に接合される。正の「点接触」電極は、４４１、４４２によって例示されるように、活性ＬＥＤコアループ３０５のｐ側上に分散して堆積され、活性ＬＥＤコアループ３０５に正の電圧を供給するための正の端子電極４４５に相互接続される。同様に、負の「点接触」電極は、４５１、４５２によって例示されるように、活性ＬＥＤコアループ３０５のｎ側上に分散して堆積され、負の端子電極４５５に相互接続されて、活性ＬＥＤコアループ３０５に負の電圧を供給する。

活性コア４０１〜４０７の断面は、上部クラッド４２１及び下部クラッド４２２によって取り囲まれている。上部クラッド４２１及び下部クラッド４２２は、ＳｉＯ_２（約１．４５のＲＩ）、広帯域増感剤としてＳｉナノ結晶を有するシリコンリッチＳｉＯ_ｘ、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ（約１．４５〜約２．０１の範囲のＲＩ）、又は、エルビウムイオン（又は他の希土類イオン）でドープされたポリマーなどのホスト材料（好ましくはアモルファス状態又はナノクラスタ状態）から構成される。したがって、クラッド材料の屈折率（ＲＩ）は、約１．４５〜約２．０１の範囲とすることができる。活性コア４０１〜４０７は、約９８０ｎｍ又は１４８０ｎｍの波長、又は、シリカ（又はＳｉＯｘＮｙ）ホスト材料に埋め込まれたＥｒ^３＋イオン（又は他のドーパント材料）を励起する可視光及び紫外（ＵＶ）範囲の別の波長で、ポンプ光を放出する。Ｅｒ^３＋イオン（又は他のドーパント材料）を所望のエネルギー準位にポンプすることができる限り、可視波長並びに近赤外及びＵＶ波長も実施可能である。ポンピング波長が信号波長よりもはるかに短い場合、広帯域増感剤は、光学活性ドーパントからの光の放出を増強するために、クラッド内の光学活性ドーパント材料に埋め込まれる（又は共存する）ことが必要とされ得る。（例えば、”Broadband Sensitizers For Erbium-Doped Planar Optical Amplifiers： Review”, A. Polman and F. van Veggel, Journal of Optical Society of America B, Vol. 21, Iss. 5, May 2004を参照）。異なる入力信号波長の増幅のために他の希土類元素又は他のドーパントが使用される場合には、ポンプ光波長は、使用されるドーパントの種類及び意図された入力信号波長範囲と適合性がなければならない。さらに、可視光の入力信号を増幅することも、ポンピング波長が入力光のそれよりも著しく短く、適切なドーパント及び増感剤がクラッドに使用される限り、物理的に実施可能である。

活性コアは、ＩｎＧａＡｓ（約３．４のＲＩ）、ＩｎＧａＡｓＰ（約３．６のＲＩ）、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ（約２．１のＲＩ）、又は効率的な発光のための直接バンドギャップを有する他の半導体材料を含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体などの直接バンドギャップ半導体材料から構成することができる。したがって、クラッド材料のＲＩは、一般に、約１．４５〜約２．０１の範囲とすることができる。また、活性コアのＲＩは、一般に、約２．１〜約３．８の範囲とすることができる。活性コア材料及びクラッド材料を適切に選択することによって、（強い閉じ込めを有する）高屈折率コントラスト導波路及び（弱い閉じ込めを有する）低屈折率コントラスト導波路の両方を構築することができる。

図３Ａの活性コアループ３０５に沿って伝播する入力信号光は、基本モードを形成し、そのエバネッセント場は、クラッド内の励起Ｅｒ^３＋イオンの誘導放出を誘起するために、クラッド３０６内に侵する。このため、誘導放出光子が活性コアループ３０５内に結合して戻され、基本モードを増幅する。信号光の光子エネルギーは、ＬＥＤの量子井戸（ＱＷ）材料、又は、ヘテロ接合ＬＥＤ構造における活性層のバンドギャップエネルギーよりも小さいので、活性コア３０５における信号光の吸収損失は無視できる。さらに、誘電体クラッドは、ポンプ光と同様に入力信号光の吸収が非常に少ないので、クラッドによって引き起こされる光損失は非常に低い。

図５は、図３Ａの挿入図３４０の拡大図である。負電極５０１は、活性コア部分５１１〜５１５の上部に分散され、導電性トレース５０４によって電気的に相互接続される。クラッド部５３０〜５３５は、コア部５１１〜５１５によって形成されるコアアレイに交互配置される。なお、活性コア部５１２に示される上矢印と、活性コア部５１３に示される下矢印と、は信号光の伝播方向を例示している。活性コア部５１２内を伝播する基本モードの電界分布５２１は、その光パワーの大部分がコア内に閉じ込められているが、そのエバネッセント電界５２３がクラッド５３２内に侵入して、励起されたＥｒ^３＋イオンの誘導放出を誘起し、これによりその電界強度を高める。活性コア部５１３内を下方向（矢印５１８参照）に伝播する信号光も、同様となる。クラッド材料の屈折率は、活性コアの屈折率よりも低いので、クラッド内のエルビウムイオンからの増幅自然放出（ＡＳＥ）ノイズの基本モードへの結合は非常に制限される。

図６Ａ、図６Ｂは、典型的なＬＥＤエピタキシャル構造及びそれに対応するエネルギーバンドの一例を示す。（これらの図では、位置軸が図３Ｂ又は図４において下向きに対応し、図６Ａの上向き軸が横向きに対応する）。図６Ａにおいて、ＩｎＧａＰのような組成を有するエッチングストップ層６０２は、初期に、ウエハ基板６０１の上部に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）又は分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）を用いて成長される。次に、Ｎ型化合物半導体層６０５を成長させ、続いて量子井戸（ＱＷ）又は多重ＱＷ層６０７を成長させる。最後に、ＱＷ層６０７の上にＰ型層６０９が追加される。所望の発光波長に応じて、化合物材料の組成が選択される。９８０ｎｍ付近の発光については、（Ｉｎ_ｘＧａ_１-ｘ）_０．５Ａｓ_０．５の組成を有するＱＷ化合物材料が選択され、１４８０ｎｍの発光については、組成（Ｉｎ_ｘＧａ_１-ｘ）_０．５（Ａｓ_ｙＰ_１-ｙ）_０．５の化合物が選択される。より低い波長のポンプ光については、ＡｌＩｎＧａＰを６３０ｎｍの発光に使用することができ、ＩｎＧａＮを４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲の発光に使用することができ、ＡｌＩｎＧａＮを３７０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲の発光に使用することができる。（より詳しくは、例えば、“Chapter 1 of Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits”, L. Coldren, S. Corzine, and M. Mashanovitch, 2nd Edition, Wiley Publishing, 2012, and Chapter 4 of Introduction to Solid-State Lighting, A. Zukauskas, M. Shur, and R. Gaska, Wiley Publishing, 2002を参照。）図６Ｂは、図６Ａに示されるエピタキシャル構造に対応するエネルギーバンドギャップを示す。多重ＱＷ ＬＥＤは、６５％〜９５％の可視光範囲で高い量子効率の発光を有する。

図３Ａ、図４、図５に示すような実施形態の材料構造を製造するための製造プロセスの例示的な手順を図３Ｂに示す。
１．次のエピタキシャル層に類似した格子定数を持つＧａＡｓ等の半導体ウエハを選択する。
２．有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）又は分子線エピタキシ（ＭＢＥ）のいずれかによって、ＩｎＧａＰなどの組成を有するエッチングストップ層をウエハ上に成長させる。
３．次いで、連続的なＭＯＣＶＤ又はＭＢＥプロセスによって、ＬＥＤエピタキシャル構造（全体の厚さが約１〜４ミクロン）を成長させる。典型的なＬＥＤ構造の一例を図６Ａに示す。
４．図３Ａ、図４、図５に示すように、フォトリソグラフィを使用し、次いで、化学気相エッチング又はウェットエッチングを使用して、螺旋状の活性コアループ３０５を形成する。
５．化学蒸着又は物理的スパッタリングのいずれかを利用して、図４に１つ又は複数の下部クラッド層４２２として示されるエルビウムドープのＳｉＯ_２層（約１０ミクロンの厚さを有する）を、パターン化された活性コアループの上に堆積する。
６．リソグラフィ、エッチング、及び、金属堆積の手順を使用して、活性コアループのｐ側に接触するように下部クラッドを通って延在する正電極を作製する。金属トレースは、全ての正電極を相互接続するために使用される。これらの金属トレースは光パワーを散逸させ得るので、それらの幅は最小化されるべきである。
７．クラッド及び活性コア（半導体ウエハが好ましい）の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する新しい基板を、エポキシ又は冶金学的に下部クラッドに結合する。新しい基板は、導電性又は非導電性材料であってもよい。
８．ステップ２に示すエッチングストップ層でエッチングが停止するまで、ウェット化学エッチングを使用して、元のウエハ（この例では、上記のステップ１で説明したＧａＡｓ）を除去する。
９．ステップ５と同じプロセスを用いて、（図４に示されるように）上部又は上部のエルビウムドープされた１つ又は複数のクラッド層４２１を堆積する。
１０．ステップ６と同じプロセスを用いて、ｎ側ＬＥＤ活性コアのための負電極及びそれらの電気的相互接続を作成する。
１１．完成したウエハを、約１０ｍｍ×１０ｍｍの寸法を有する個々の光増幅器チップにダイシングする。
図３Ｂの処理手順及び列挙された詳細は、例示的なプロセスとして意図されており、可能な変形を包括しているわけではない。図３Ｂ（以下の図１１Ｂ）では、説明のために、「ステップ」として言及されているが、実際の処理ではこれらの列挙されたプロセスフェーズのいずれもが、複数のサブステップを含み得るか、又は逆に、いくつかの「ステップ」が単一の処理動作で組み合わされてもよく、その結果、「ステップ」はプロセスが実際にどのように実行されるかを限定しているわけではない。

実際には、正及び負の「点接触」電極を、クラッド層３０６（図３Ａに示され、また、図４、図５により詳細に示される）を介して狭い活性コアループ３０５に適切に接着するように作製することは実施可能であるが、いくつかのプロセスフローでは困難となり得る。図７は、「点接触」電極を回避する別の一組の実施形態を示し、その放出領域及び導波路コアは、ウエハから作製された同じＬＥＤエピタキシャル構造から画定又は作成される。第１に、コアループ７０５及びポンプ光放出領域（例えば、斜線領域７１１、７１２、７１３）は、平面ＬＥＤエピタキシャル構造から作製される。（図８の参照番号８１４、８１６によって示されるように、ハッチングされていない領域は、ここではクラッドによって覆われている）。電極パッド７２１〜７２８は、それぞれ、電気ワイヤボンディングのために、ポンプ放出領域７１１、７１２、７１３の上に作製される。相互接続金属部、すなわちトレース（図では７５１として示されている）は、ポンプ放出領域７１１上に拡散する有効な電流を確実にすることを意図している。次に、エルビウムがドープされたクラッドが、ポンプ放出領域７１１、７１２、７１３を除いて、コアループ７０５を取り囲むように堆積される。放出領域は、ポンプ光の良好な結合のために、クラッド領域に近接している限り、コアループ内に挿入されてもよく、又は任意に配置されてもよい（例えば、放出領域７１５、７１６）。ポンプ放出光子は、コア７０５内のＬＥＤ構造のバンドギャップエネルギー以下のエネルギーを有するので、コアによる吸収は制限される。したがって、ポンプ光子は、放出領域からより遠くに位置するクラッド領域に到達する前に、コアを数回横切ることができる。いくつかの光子がコア７０５によって吸収される場合、それらは「リサイクル」される可能性が高く、コアから再放出される。ポンプ放出領域からのポンプ光の抽出を最大にするために、放出領域とクラッド領域との間の界面は、項目７７０、７７１、７７２によって図示されるように、成形又はテクスチャ加工されてもよく、又は、項目７７０、７７１、７７２によって図示される構造が与えられてもよい。

図８は、切断線Ｂ-Ｂで切り取った図７の断面図である。項目８３１、８３３は、複数のコア断面を示し、項目８１４、８１６は、コア部８３１、８３３の上に位置する、それらに対応する上側エルビウムドープクラッドである。ポンプ放出領域は、８１１、８１２、８１３で示され、対応する上面電極パッドは、それぞれ、８２６、８２７、８２３で示されている。それらの下側電極パッドは、それぞれ、８３６、８３７、８３８で示されている。下部クラッド層８４０は、基板８１０に結合される。放出領域８１１から放出されたポンプ光は、まず８４６で示す位置でクラッド層に入射し、内部のエルビウムイオンを励起する。次いで、吸収されなかった光子は、次のコア８３６を貫通して、クラッド層８４７などの次の部位に到達する。他の２つの放出領域８１２、８１３からのポンプ放出は、同様に挙動する。ポンプ光が増幅器チップ８００から漏れるのを防止するために、ミラー又は反射コーティング８５１、８５３が、それぞれ、放出領域８１１、８１３の外縁に適用されてもよい。

図７、図８に示す実施形態の製造プロセスは、図３Ａ、図４、図５に示す実施形態について、上述し、かつ、図３Ｂに示したプロセスと同様とすることができる。

図９、図１１Ａは、「点接触」電極の使用に関連する製造上の問題を回避するのに役立ち得る、更なる別の組の実施形態を示す。図１１Ａは、光増幅器チップ１１００の上面図を示し、図９は、図１１Ａの切断線Ｃ―Ｃで取った断面図である。図１０は、図９の挿入図９２０の拡大図である。図４、図８にも示されるように、Ｔは、ＬＥＤエピタキシャル層の全厚さを表し、Ｗは、活性導波路コアの幅である。典型的には、Ｔは、数ミクロンのオーダーであり、Ｗは、約１ミクロンである。したがって、Ｔ／Ｗ（アスペクト比と称する）は、１のオーダーであるか、又はそれよりわずかに大きい。しかしながら、図９、図１０、図１１Ａに示す実施形態では、Ｔは、約５〜１０ミクロンであり、Ｗは、約１ミクロン又はサブミクロンである。（以下の製造プロセスの説明で説明するように）全厚さＴは、元のウエハ基板９００から、又はその上に成長したＮ型エピタキシャル層９０１と、９０２で表されるヘテロ接合ＬＥＤ構造内の発光量子井戸又は活性層と、Ｐ型層９０３と、活性コア９３１、９３２内の対応する層とを含む。従って、Ｔは、典型的には、Ｗよりも１桁大きく、その結果、アスペクト比は、１０のオーダーである。さらに、典型的なＬＥＤ構造層の屈折率に基づいて、ＱＷの屈折率は、一般に、構造内で最も高い屈折率であり、その屈折率は、ＱＷからの距離と共に減少する。したがって、ＱＷ層に向かう弱い光閉じ込めが存在する。この種の幾何学的形状及び屈折率分布により、活性コア９３１、９３３、及び、それらのそれぞれのクラッド９４７、９４０は、図１０の項目１０１２によって図式的に示されるように、楕円形状の基本モードのパワー密度分布を有するスラブ導波路のように作用する。パワー密度分布は、その長軸が活性コアスラブ１００１（すなわち、図１０に示されるＸ軸）に沿って位置する状態で、そのピークパワーポイントをＱＷ１００２に位置合わせする。

なお、図９、図１０において、９０１で表されるＮ型エピタキシャル層、及び活性コア９３１、９３３の下半分は、基板９００の上に成長又は形成されていることに留意されたい。基板材料は、導電性であっても非導電性であってもよい。基板９００が導電性である場合、図９に示されるように、Ｎ型エピタキシャル層への電気接続は、基板の裏側に形成されてもよい。一方、基板９００が非導電性である場合、Ｎ型エピタキシャル層の下側への電気接続を確立するためには、エッチングプロセス（又は他の何らかの適切なプロセス）を使用して、基板材料を貫通するビア又はスルーホールを形成することが必要である。

基本モードの電力分布１０１２は、ＴＥモード（主に図１０のＸ軸に沿った電界）及びＴＭモード（主にＹ軸に沿った電界）と称される、２つの誘電分極を生じると言うことができる。クラッド層９４７、９４０内のエルビウムイオンから活性コア９３１、９３３内への誘導放出の結合係数は、ＴＥモードとＴＭモードとの間でわずかに異なることが予想される。よって、ＴＥモード及びＴＭモードのゲイン（光増幅における）もわずかに異なる。したがって、増幅は、偏光依存性を有し、これは多くの用途にとって負の効果となり得る。これを改善するために、図１１Ａに示すように、１８０度の位相シフト（半波長シフトとも呼ばれる）波長板１１０８を、コアループ１１０５のほぼ中間点に追加されたスロット１１０２に挿入してもよい。このため、入力ポート１１０１で光増幅器チップに入り、出力ポート１１２０に伝播するときに増幅される信号は、増幅ループの半分（すなわち、波長板１１０８から出力ポート１１２０）に対して「交換」された２つの偏光を有する。コアループ１１０５に沿った波長板１１０８のその位置は、光増幅器チップ１１００の偏光依存性を最小にするように最適化することができる。加えて、波長板は、必要に応じて、又は所望に応じて、本明細書に記載される他の実施形態に同様に導入されてもよい。

波長板１１０８は、厚さがわずか数百ミクロンであるが、図１１Ａの挿入図１１３０の拡大図である図１２Ａに示すように、入射導波路と出射導波路との間に結合損失を引き起こす。図１２Ａに示すように、結合損失は、波長板１１０８（図１２Ａに項目１２０５として示す）の両側の導波路の幾何学的形状を変更することによって低減することができる。図１２Ａに示される実施形態では、入射導波路１２２１及び出射導波路１２２２の導波路コア端１２１１、１２１２をそれぞれテーパ状にすることにより、２つの導波路コア端１２１１、１２１２の間の波長板１２０５のスロット１２０２の軸方向距離（ｓで示された）に対する結合損失の感度が低くなる（例えば、“Highly Efficient Coupling Semiconductor Spot-Size Converter with an InP/InAlAs Multiple-Quantum-Well Core”, N. Yoshimoto, et al., Applied Optics, Vol. 34, No.6, Feb. 1995を参照）。テーパ付き導波路コア端１２１１、１２１２と波長板１２０５との間にあるクラッド材料は、波長板への光の結合及び波長板からの光の結合を改善する。導波路モードのための他のビーム拡大方法（例えば、“Arrayed Waveguide Collimator for Integrating Free-Space Optics on Polymer Waveguide Devices”, J. S. Shin, et al., Optics Express 23801, Vol. 22, No. 20, Oct. 2014を参照）も、波長板１２０５に入る前に、本実施形態の範囲内にある。

図１２Ｂは、共通のクラッド１２５７によって囲まれたオフセット２コア構造を利用する偏光回転子の実施形態の一例（“Silicon Photonic Circuit with Polarization Diversity”, H. Fukuda, et al., Optics Express 4872, Vol. 16, No. 7, March 2008を参照）を示す。ランダム偏光を有する入力信号は、第１のコア１２５１の入力ポート１２５０に送出され、ＴＥ及びＴＭで示される２つのモードに結合される。各モードは、第１のコアの屈折率（ＲＩ）よりも小さい屈折率（ＲＩ）を有する第２のコアを通過する際に、複屈折によって変換される。第２のコア１２５６を適切な長さにすると、ＴＥモードは、ＴＭモードに変換され、ＴＭモードは、第１のコア１２５１の出力ポート１２５８でＴＥモードに変換される。図１２Ｂに示される従来技術の実施形態のような偏光回転子は、図１１Ａ、１２Ａに示される波長板構造を置き換えるために使用され得る。

図１３、図１４は、上記で説明され、図１１Ａ（及び図９、図１０）に示された光増幅器チップ１１００の偏光依存性を管理するための別の方法を利用する、別のセットの実施形態を示す。図１３では、図１１Ａの波長板１１０８が除去され、その代わりに偏光結合器又は混合構造１３０８が、入力ポート１１０１と活性コアループ１１０５の開始部との間に追加され、そのような偏光結合又は混合構造が必要又は所望に応じて本明細書に提示される他の実施形態において同様に使用され得ることを除いて、図１１Ａと同一である。（偏光結合器１３０８の上面図が図１４に示される。入力ポート１１０１に発射される信号光は、２つの偏光モード、すなわちＴＥモードのようなモード（主にｙ軸に沿った電界）及びＴＭモードのようなモード（主にｘ軸に沿った電界）に分解することができる。）両方のモードは、偏光スプリッタ１４０２によって２つの光路１４０７（ＴＭモードを搬送）、１４０８（ＴＥモードを搬送）に分割されるまで、導波路部１４０１に沿って伝播する。ＴＥモードは、図１４に例示されるように、偏光回転子１４０９によってＴＭモードに変換される。その後、光路１４０７、１４０８における２つのＴＭモードは、それぞれ、連結器１４１５によって結合され、活性コアループ１１０５の始めの部分に結合される。したがって、ＴＭモードのみが伝播し、フル活性コアループ１１０５を介して増幅される。同様に、偏光結合器１３０８は、ランダム偏光を有する入力信号を、主にＴＥモードを搬送する信号に変換するためにも使用することができる。

図９、図１０、図１１Ａに示される実施形態、及び、図１３、図１４に示される同様の実施形態は、図７、図８の実施形態に示されるＬＥＤ発光領域と同様のＬＥＤ（又はより一般的には他の発光構造）発光領域を備える。なお、これらのＬＥＤ発光領域９１１、９１２、９１３（図９参照）は、ポンプ電力を増加させるために使用されるが、（図３Ａに示す実施形態のように）活性コア９３１、９３３自体が発光するため、これらを除去することができることは言及する価値があるだろう。したがって、図９、図１０、図１１Ａの実施形態（及び、図１３、図１４の実施形態）では、正の電流拡散金属層９０８が、活性コア９３１、９３３、及び、ＬＥＤ発光領域９１１、９１２、９１３を備える、ＬＥＤ構造のＰ型層の上に直接堆積させることができる。また、電流拡散層９０８は、クラッド領域の上に適用されてもよい。この電流拡散層９０８は、基本モードの電力分布から比較的遠く離れているので、信号電力をあまり散逸させない。負電流拡散金属層９２１は、基板が導電性材料である場合、元のウエハ基板９００の裏側に堆積される。正極接続ワイヤ９１５、負極接続ワイヤ９２５は、それぞれ、ボンディングパッド９０９、９２４にボンディングされ、ＬＥＤ構造に電圧及び電流を供給する。基板９００が非導電性材料である場合、上述のように、負電極接続をＮ型エピタキシャル層に形成できるように、基板を貫通するビア又はスルーホールを形成しなければならない。

図９、図１０、図１１Ａに示される実施形態の材料構造、及び、図１３、図１４に示される同様の実施形態を製造するための製造プロセスの例示的な手順を図１１Ｂに示す。
１．次のエピタキシャル層に似た格子定数を持つＧａＡｓ等の半導体ウエハを選択する。
２．図６Ａに示すＬＥＤ構造を有するように、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）又は分子線エピタキシ（ＭＢＥ）のいずれかによって、ウエハ上にＮ型層、ＱＷ層を成長させ、次いで、Ｐ型層を成長させる。
３．図９、図１０、図１１Ａに示すように、フォトリソグラフィを使用し、次いで、化学気相エッチング又はウェットエッチングを使用して、螺旋状の活性コアループ１１０５（及びＬＥＤ発光領域）、その対応する溝、及び、波長板の後の挿入のためのスロット１１０２を作成する。
４．化学蒸着又は物理的スパッタリングのいずれかを利用して、このクラッド材料が活性コアループのＮ型層と同じ高さになるまで、エルビウムドープＳｉＯ_２層を溝に堆積させる。
５．正の電流が拡散するように金属層を堆積させ、次にそのボンドパッドを堆積させる。
６．負の電流拡散のために、金属層をウエハ基板の裏面に堆積し、次いで、（単数又は複数）ボンドパッドを堆積する。（上述のように、ウエハ基板が非導電性材料である場合、負のボンドパッドとＮ型エピタキシャル層との間に電気接続を確立するために、基板材料を貫通するビア又はスルーホールを形成しなければならない。）
７．完成したウエハを、約１０ｍｍ×１０ｍｍの寸法を有する個々の光増幅器チップにダイシングし、次いで、波長板１１０８を挿入する。
上記の図３Ｂと同様に、図１１Ｂは、一例として意図されており、変形及び代替が採用されてもよく、図１１Ｂにおける「ステップ」の使用は、説明の目的のためである。

図３Ａ、図４、図５、図７、図８に記載された実施形態における上部及び底部クラッド層は、図９、図１０、図１１Ａ、図１３、図１４に記載された実施形態には必要とされないことに留意されたい。これは、（図９、図１０、図１１Ａ、図１３、図１４に示す実施形態の）活性コア及びその周囲のクラッドがスラブ導波管のように作用するからである。このため、元の基板ウエハを除去し、次いで新しいウエハをＬＥＤエピタキシャル構造に接合する必要がない。

前述の詳細な説明は、例示及び説明の目的のために提示されている。本発明を包括的に扱ったり、又は、開示される正確な形態に限定することを意図するものではない。上記説明の観点から多くの変更及び変形が可能である。記載された実施形態は、含まれる原理及びそれらの実際の適用を最もよく説明するために選択され、それによって、他の当業者が企図する特定の使用に適したものとして、様々な実施形態を、様々な変更を伴って、最良に利用することを可能にする。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定されることが意図される。

前述の詳細な説明は、例示及び説明の目的のために提示されている。本発明を包括的に扱ったり、又は、開示される正確な形態に限定することを意図するものではない。上記説明の観点から多くの変更及び変形が可能である。記載された実施形態は、含まれる原理及びそれらの実際の適用を最もよく説明するために選択され、それによって、他の当業者が企図する特定の使用に適したものとして、様々な実施形態を、様々な変更を伴って、最良に利用することを可能にする。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定されることが意図される。
以下の項目は、国際出願時の請求の範囲に記載の要素である。
（項目１）
基板と、
前記基板上に形成され、光入力部から光出力部への光路を提供する光コアと、
前記光コア内、及び／又は、前記光コアに隣接して、前記基板上に形成された１つ以上の発光構造と、
前記光コア及び前記発光構造が配置される前記基板上に形成される１つ以上のクラッド層であって、前記光コアの屈折率よりも低い屈折率を有し、１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料がドープされる前記１つ以上のクラッド層と、
前記発光構造に接続される電気接点であって、前記電気接点に印加された電圧差に応じて、前記発光構造が前記１つ以上のドープされたクラッド層の少なくとも一部を照射する、前記電気接点と、
を備え、
前記ドーパント元素又はドーパント材料は、前記発光構造によって第１の波長範囲の波長よりも短い波長の光で照射されたときに、前記第１の波長範囲内の光を発光する、光増幅器。
（項目２）
前記発光構造は、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を備える、項目１に記載の光増幅器。
（項目３）
前記ＬＥＤ構造は、１つ以上の量子井戸を備える、項目２に記載の光増幅器。
（項目４）
前記発光構造は、前記光コアの少なくとも一部内に形成される、項目１に記載の光増幅器。
（項目５）
前記発光構造は、前記光コアの少なくとも一部に隣接して前記基板上に形成され、前記１つ以上のクラッド層によって前記光コアから分離されている、項目１に記載の光増幅器。
（項目６）
前記第１の波長範囲は、４００ｎｍ〜３０００ｎｍである、項目１に記載の光増幅器。
（項目７）
前記１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料は、１つ以上の希土類元素又は金属を含む、項目１に記載の光増幅器。
（項目８）
前記１つ以上の希土類元素は、エルビウムを含む、項目７に記載の光増幅器。
（項目９）
前記１つ以上の希土類元素は、プラセオジム、ツリウム、イッテルビウム、又は、ネオジムのうちの１つ以上の元素を含む、項目７に記載の光増幅器。
（項目１０）
前記光コアは、前記基板上に形成されるに際し、前記光路の隣接する部位が互いに反対方向に延びるように、それ自体がループバックする螺旋型の幾何学的形状を有する、項目１に記載の光増幅器。
（項目１１）
前記１つ以上のクラッド層は、広帯域増感剤を備える、項目１に記載の光増幅器。
（項目１２）
前記光入力部から前記光出力部への前記光路内に波長板をさらに備える、項目１に記載の光増幅器。
（項目１３）
前記光入力部から前記光出力部への前記光路内に偏光回転子をさらに備える、項目１に記載の光増幅器。
（項目１４）
前記光増幅器は、さらに、前記光入力部と前記光コアの少なくとも一部位との間に偏光結合構造を備え、
前記偏光結合構造は、前記光入力部に入射する光の偏光が単一の偏光に結合されるようにする偏光回転子を備える、項目１に記載の光増幅器。
（項目１５）
基板と、
前記基板上に形成され、光入力部から光出力部への光路を提供する光コアと、
前記光コア内、及び／又は、前記光コアに隣接して、前記基板上に形成された１つ以上の発光構造と、
前記光コア及び前記発光構造に沿ったクラッドであって、前記光コアの屈折率よりも低い屈折率を有し、１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料でドープされる前記クラッドと、
前記発光構造に接続される電気接点であって、前記電気接点に印加された電圧差に応じて、前記発光構造が前記ドープされたクラッドの少なくとも一部を照射する、前記電気接点と
を備え、
前記ドーパント元素又はドーパント材料は、前記発光構造によって第１の波長範囲の波長よりも短い波長の光で照射されたときに、前記第１の波長範囲内の光を発光する、光増幅器。
（項目１６）
前記発光構造は、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を備える、項目１５に記載の光増幅器。
（項目１７）
前記ＬＥＤ構造は、１つ以上の量子井戸を備える、項目１６に記載の光増幅器。
（項目１８）
前記発光構造は、前記光コアの少なくとも一部内に形成される、項目１５に記載の光増幅器。
（項目１９）
前記発光構造は、前記光コアの少なくとも一部に隣接して前記基板上に形成され、前記クラッドによって前記光コアから分離されている、項目１５に記載の光増幅器。
（項目２０）
前記第１の波長範囲は、４００ｎｍ〜３０００ｎｍである、項目１５に記載の光増幅器。
（項目２１）
前記１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料は、１つ以上の希土類元素又は金属を含む、項目１５に記載の光増幅器。
（項目２２）
前記１つ以上の希土類元素は、エルビウムを含む、項目２１に記載の光増幅器。
（項目２３）
前記１つ以上の希土類元素は、プラセオジム、ツリウム、イッテルビウム、又は、ネオジムのうちの１つ以上を含む、項目２１に記載の光増幅器。
（項目２４）
前記光入力部から前記光出力部への前記光路内に波長板をさらに備える、項目１５に記載の光増幅器。
（項目２５）
前記光入力部から前記光出力部への前記光路内に偏光回転子をさらに備える、項目１５に記載の光増幅器。
（項目２６）
前記光増幅器は、さらに、前記光入力部と前記光コアの少なくとも一部位との間に偏光結合構造を備え、
前記偏光結合構造は、前記光入力部に入射する光の偏光が単一の偏光に結合されるようにする偏光回転子を備える、項目１５に記載の光増幅器。
（項目２７）
前記クラッドは、広帯域増感剤を含む、項目１５に記載の光増幅器。
（項目２８）
前記光コアは、前記基板上に形成されるに際し、前記光路の隣接する部位が互いに反対方向に延びるように、それ自体がループバックする螺旋型の幾何学的形状を有する、項目１５に記載の光増幅器。
（項目２９）
光増幅器を形成する方法であって、
第１の基板上に発光エピタキシャル層を成長させるステップと、
パターン化された光コアと、前記光コア内及び／又は前記光コアに隣接する発光構造と、を前記発光エピタキシャル層から形成するステップと、
前記パターン化された光コア上に１つ以上のクラッド層を堆積させるステップであって、前記１つ以上のクラッド層は、前記光コアの屈折率よりも低い屈折率を有し、前記１つ以上のクラッド層は、１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料でドープされ、前記ドーパント元素又はドーパント材料は、第１の波長範囲の波長よりも短い波長の光によって照射されると、前記第１の波長範囲内の光を発光する、前記ステップと、
前記１つ以上のクラッド層上に、前記発光構造と接触する第１セットの電気接続部を作製するステップと、
前記第１セットの電気接続部の上に第２の基板を形成するステップと、
前記第１の基板上に形成された前記パターン化された光コアから前記第１の基板を除去するステップと、
前記第１の基板を除去することによって露出された表面上に、前記発光構造と接触する第２の組の電気接続部を作製するステップと、
備える、光増幅器を形成する方法。
（項目３０）
前記方法は、さらに、
前記第２の組の電気接続部を作製する前に、前記第１の基板を除去することによって露出された前記表面上に１つ又は複数の追加クラッド層を形成するステップを備え、
前記第２の組の電気接続は、前記１つ又は複数の追加クラッド層の上に形成され、
前記１つ又は複数の追加クラッド層は、前記光コアの屈折率よりも低い屈折率を有し、
前記１つ又は複数の追加クラッド層は、１つ以上の希土類元素又は他のドーパント材料でドープされる、項目２９に記載の方法。
（項目３１）
前記方法は、さらに、
前記発光エピタキシャル層を成長させる前に前記第１の基板上にエッチングストップ層を形成するステップを備え、
前記発光エピタキシャル層は、前記エッチングストップ層上に成長する、項目２９に記載の方法。
（項目３２）
前記発光構造は、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を備える、項目２９に記載の方法。
（項目３３）
前記ＬＥＤ構造は、１つ以上の量子井戸を備える、項目３２に記載の方法。
（項目３４）
前記発光構造は、前記光コアの少なくとも一部内に形成される、項目２９に記載の方法。
（項目３５）
前記発光構造は、前記光コアの少なくとも一部に隣接して前記第１の基板上に形成され、前記１つ以上のクラッド層によって前記光コアから分離されている、項目２９に記載の方法。
（項目３６）
前記第１の波長範囲は、４００ｎｍ〜３０００ｎｍである、項目２９に記載の方法。
（項目３７）
前記１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料は、１つ以上の希土類元素又は金属を含む、項目２７に記載の方法。
（項目３８）
前記１つ以上の希土類元素は、エルビウムを含む、項目３７に記載の方法。
（項目３９）
前記１つ以上の希土類元素は、プラセオジム、ツリウム、イッテルビウム、又はネオジムのうちの１つ以上を含む、項目３７に記載の方法。
（項目４０）
前記パターン化された光コア及び前記発光構造は、エッチングプロセスで形成される、項目２９に記載の方法。
（項目４１）
前記１つ以上のクラッド層は、化学蒸着プロセスで堆積される、項目２９に記載の方法。
（項目４２）
前記１つ以上のクラッド層は、スパッタリングプロセスで堆積される、項目２９に記載の方法。
（項目４３）
光増幅器を形成する方法であって、
基板の第１の表面上に発光エピタキシャル層を成長させるステップと、
パターン化された光コアと、前記光コア内及び／又は前記光コアに隣接する発光構造と、を前記発光エピタキシャル層から形成するステップと、
前記光コア及び前記発光構造に沿ってクラッドを堆積させるステップであって、前記クラッドは、前記光コアの屈折率よりも低い屈折率を有し、前記クラッドは、１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料でドープされ、前記ドーパント元素又はドーパント材料は、第１の波長範囲の波長よりも短い波長の光によって照射されると、前記第１の波長範囲内の光を発光する、前記ステップと、
前記発光構造上に、前記発光構造と接触する第１セットの電気接続部を作製するステップと、
前記基板の第２の表面上に又は前記第２の表面を貫通させて、前記発光構造と電気的に接触する第２セットの電気接続部を作製するステップと、
を備える光増幅器の形成方法。
（項目４４）
前記基板は、導電性であり、
前記第２セットの電気接続部は、前記基板の前記第２の表面上に形成される、項目４３に記載の方法。
（項目４５）
前記第２セットの電気接続部は、前記基板を貫通し、これにより、前記発光構造に接触する、項目４３に記載の方法。
（項目４６）
前記発光構造は、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を備える、項目４３に記載の方法。
（項目４７）
前記ＬＥＤ構造は、１つ以上の量子井戸を備える、項目４６に記載の方法。
（項目４８）
前記発光構造は、前記光コアの少なくとも一部内に形成される、項目４３に記載の方法。
（項目４９）
前記発光構造は、前記光コアの少なくとも一部に隣接して前記基板の第１表面上に形成され、前記クラッドによって前記光コアから分離されている、項目４３に記載の方法。
（項目５０）
前記第１の波長範囲は、４００ｎｍ〜３０００ｎｍである、項目４３に記載の方法。
（項目５１）
前記１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料は、１つ以上の希土類元素又は金属を含む、項目４３に記載の方法。
（項目５２）
前記１つ以上の希土類元素は、エルビウムを含む、項目５１に記載の方法。
（項目５３）
前記１つ以上の希土類元素は、プラセオジム、ツリウム、イッテルビウム、又はネオジムのうちの１つ以上を含む、項目５１に記載の方法。
（項目５４）
前記パターン化された光コア及び前記発光構造は、エッチングプロセスで形成される、項目４３に記載の方法。
（項目５５）
前記クラッドは、化学蒸着プロセスで堆積される、項目４３に記載の方法。
（項目５６）
前記クラッドは、スパッタリングプロセスで堆積される、項目４３に記載の方法。

Claims (56)

1. 基板と、
   前記基板上に形成され、光入力部から光出力部への光路を提供する光コアと、
   前記光コア内、及び／又は、前記光コアに隣接して、前記基板上に形成された１つ以上の発光構造と、
   前記光コア及び前記発光構造が配置される前記基板上に形成される１つ以上のクラッド層であって、前記光コアの屈折率よりも低い屈折率を有し、１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料がドープされる前記１つ以上のクラッド層と、
   前記発光構造に接続される電気接点であって、前記電気接点に印加された電圧差に応じて、前記発光構造が前記１つ以上のドープされたクラッド層の少なくとも一部を照射する、前記電気接点と、
   を備え、
   前記ドーパント元素又はドーパント材料は、前記発光構造によって第１の波長範囲の波長よりも短い波長の光で照射されたときに、前記第１の波長範囲内の光を発光する、光増幅器。
2. 前記発光構造は、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を備える、請求項１に記載の光増幅器。
3. 前記ＬＥＤ構造は、１つ以上の量子井戸を備える、請求項２に記載の光増幅器。
4. 前記発光構造は、前記光コアの少なくとも一部内に形成される、請求項１に記載の光増幅器。
5. 前記発光構造は、前記光コアの少なくとも一部に隣接して前記基板上に形成され、前記１つ以上のクラッド層によって前記光コアから分離されている、請求項１に記載の光増幅器。
6. 前記第１の波長範囲は、４００ｎｍ〜３０００ｎｍである、請求項１に記載の光増幅器。
7. 前記１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料は、１つ以上の希土類元素又は金属を含む、請求項１に記載の光増幅器。
8. 前記１つ以上の希土類元素は、エルビウムを含む、請求項７に記載の光増幅器。
9. 前記１つ以上の希土類元素は、プラセオジム、ツリウム、イッテルビウム、又は、ネオジムのうちの１つ以上の元素を含む、請求項７に記載の光増幅器。
10. 前記光コアは、前記基板上に形成されるに際し、前記光路の隣接する部位が互いに反対方向に延びるように、それ自体がループバックする螺旋型の幾何学的形状を有する、請求項１に記載の光増幅器。
11. 前記１つ以上のクラッド層は、広帯域増感剤を備える、請求項１に記載の光増幅器。
12. 前記光入力部から前記光出力部への前記光路内に波長板をさらに備える、請求項１に記載の光増幅器。
13. 前記光入力部から前記光出力部への前記光路内に偏光回転子をさらに備える、請求項１に記載の光増幅器。
14. 前記光増幅器は、さらに、前記光入力部と前記光コアの少なくとも一部位との間に偏光結合構造を備え、
    前記偏光結合構造は、前記光入力部に入射する光の偏光が単一の偏光に結合されるようにする偏光回転子を備える、請求項１に記載の光増幅器。
15. 基板と、
    前記基板上に形成され、光入力部から光出力部への光路を提供する光コアと、
    前記光コア内、及び／又は、前記光コアに隣接して、前記基板上に形成された１つ以上の発光構造と、
    前記光コア及び前記発光構造に沿ったクラッドであって、前記光コアの屈折率よりも低い屈折率を有し、１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料でドープされる前記クラッドと、
    前記発光構造に接続される電気接点であって、前記電気接点に印加された電圧差に応じて、前記発光構造が前記ドープされたクラッドの少なくとも一部を照射する、前記電気接点と
    を備え、
    前記ドーパント元素又はドーパント材料は、前記発光構造によって第１の波長範囲の波長よりも短い波長の光で照射されたときに、前記第１の波長範囲内の光を発光する、光増幅器。
16. 前記発光構造は、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を備える、請求項１５に記載の光増幅器。
17. 前記ＬＥＤ構造は、１つ以上の量子井戸を備える、請求項１６に記載の光増幅器。
18. 前記発光構造は、前記光コアの少なくとも一部内に形成される、請求項１５に記載の光増幅器。
19. 前記発光構造は、前記光コアの少なくとも一部に隣接して前記基板上に形成され、前記クラッドによって前記光コアから分離されている、請求項１５に記載の光増幅器。
20. 前記第１の波長範囲は、４００ｎｍ〜３０００ｎｍである、請求項１５に記載の光増幅器。
21. 前記１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料は、１つ以上の希土類元素又は金属を含む、請求項１５に記載の光増幅器。
22. 前記１つ以上の希土類元素は、エルビウムを含む、請求項２１に記載の光増幅器。
23. 前記１つ以上の希土類元素は、プラセオジム、ツリウム、イッテルビウム、又は、ネオジムのうちの１つ以上を含む、請求項２１に記載の光増幅器。
24. 前記光入力部から前記光出力部への前記光路内に波長板をさらに備える、請求項１５に記載の光増幅器。
25. 前記光入力部から前記光出力部への前記光路内に偏光回転子をさらに備える、請求項１５に記載の光増幅器。
26. 前記光増幅器は、さらに、前記光入力部と前記光コアの少なくとも一部位との間に偏光結合構造を備え、
    前記偏光結合構造は、前記光入力部に入射する光の偏光が単一の偏光に結合されるようにする偏光回転子を備える、請求項１５に記載の光増幅器。
27. 前記クラッドは、広帯域増感剤を含む、請求項１５に記載の光増幅器。
28. 前記光コアは、前記基板上に形成されるに際し、前記光路の隣接する部位が互いに反対方向に延びるように、それ自体がループバックする螺旋型の幾何学的形状を有する、請求項１５に記載の光増幅器。
29. 光増幅器を形成する方法であって、
    第１の基板上に発光エピタキシャル層を成長させるステップと、
    パターン化された光コアと、前記光コア内及び／又は前記光コアに隣接する発光構造と、を前記発光エピタキシャル層から形成するステップと、
    前記パターン化された光コア上に１つ以上のクラッド層を堆積させるステップであって、前記１つ以上のクラッド層は、前記光コアの屈折率よりも低い屈折率を有し、前記１つ以上のクラッド層は、１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料でドープされ、前記ドーパント元素又はドーパント材料は、第１の波長範囲の波長よりも短い波長の光によって照射されると、前記第１の波長範囲内の光を発光する、前記ステップと、
    前記１つ以上のクラッド層上に、前記発光構造と接触する第１セットの電気接続部を作製するステップと、
    前記第１セットの電気接続部の上に第２の基板を形成するステップと、
    前記第１の基板上に形成された前記パターン化された光コアから前記第１の基板を除去するステップと、
    前記第１の基板を除去することによって露出された表面上に、前記発光構造と接触する第２の組の電気接続部を作製するステップと、
    備える、光増幅器を形成する方法。
30. 前記方法は、さらに、
    前記第２の組の電気接続部を作製する前に、前記第１の基板を除去することによって露出された前記表面上に１つ又は複数の追加クラッド層を形成するステップを備え、
    前記第２の組の電気接続は、前記１つ又は複数の追加クラッド層の上に形成され、
    前記１つ又は複数の追加クラッド層は、前記光コアの屈折率よりも低い屈折率を有し、
    前記１つ又は複数の追加クラッド層は、１つ以上の希土類元素又は他のドーパント材料でドープされる、請求項２９に記載の方法。
31. 前記方法は、さらに、
    前記発光エピタキシャル層を成長させる前に前記第１の基板上にエッチングストップ層を形成するステップを備え、
    前記発光エピタキシャル層は、前記エッチングストップ層上に成長する、請求項２９に記載の方法。
32. 前記発光構造は、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を備える、請求項２９に記載の方法。
33. 前記ＬＥＤ構造は、１つ以上の量子井戸を備える、請求項３２に記載の方法。
34. 前記発光構造は、前記光コアの少なくとも一部内に形成される、請求項２９に記載の方法。
35. 前記発光構造は、前記光コアの少なくとも一部に隣接して前記第１の基板上に形成され、前記１つ以上のクラッド層によって前記光コアから分離されている、請求項２９に記載の方法。
36. 前記第１の波長範囲は、４００ｎｍ〜３０００ｎｍである、請求項２９に記載の方法。
37. 前記１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料は、１つ以上の希土類元素又は金属を含む、請求項２７に記載の方法。
38. 前記１つ以上の希土類元素は、エルビウムを含む、請求項３７に記載の方法。
39. 前記１つ以上の希土類元素は、プラセオジム、ツリウム、イッテルビウム、又はネオジムのうちの１つ以上を含む、請求項３７に記載の方法。
40. 前記パターン化された光コア及び前記発光構造は、エッチングプロセスで形成される、請求項２９に記載の方法。
41. 前記１つ以上のクラッド層は、化学蒸着プロセスで堆積される、請求項２９に記載の方法。
42. 前記１つ以上のクラッド層は、スパッタリングプロセスで堆積される、請求項２９に記載の方法。
43. 光増幅器を形成する方法であって、
    基板の第１の表面上に発光エピタキシャル層を成長させるステップと、
    パターン化された光コアと、前記光コア内及び／又は前記光コアに隣接する発光構造と、を前記発光エピタキシャル層から形成するステップと、
    前記光コア及び前記発光構造に沿ってクラッドを堆積させるステップであって、前記クラッドは、前記光コアの屈折率よりも低い屈折率を有し、前記クラッドは、１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料でドープされ、前記ドーパント元素又はドーパント材料は、第１の波長範囲の波長よりも短い波長の光によって照射されると、前記第１の波長範囲内の光を発光する、前記ステップと、
    前記発光構造上に、前記発光構造と接触する第１セットの電気接続部を作製するステップと、
    前記基板の第２の表面上に又は前記第２の表面を貫通させて、前記発光構造と電気的に接触する第２セットの電気接続部を作製するステップと、
    を備える光増幅器の形成方法。
44. 前記基板は、導電性であり、
    前記第２セットの電気接続部は、前記基板の前記第２の表面上に形成される、請求項４３に記載の方法。
45. 前記第２セットの電気接続部は、前記基板を貫通し、これにより、前記発光構造に接触する、請求項４３に記載の方法。
46. 前記発光構造は、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を備える、請求項４３に記載の方法。
47. 前記ＬＥＤ構造は、１つ以上の量子井戸を備える、請求項４６に記載の方法。
48. 前記発光構造は、前記光コアの少なくとも一部内に形成される、請求項４３に記載の方法。
49. 前記発光構造は、前記光コアの少なくとも一部に隣接して前記基板の第１表面上に形成され、前記クラッドによって前記光コアから分離されている、請求項４３に記載の方法。
50. 前記第１の波長範囲は、４００ｎｍ〜３０００ｎｍである、請求項４３に記載の方法。
51. 前記１つ以上のドーパント元素又はドーパント材料は、１つ以上の希土類元素又は金属を含む、請求項４３に記載の方法。
52. 前記１つ以上の希土類元素は、エルビウムを含む、請求項５１に記載の方法。
53. 前記１つ以上の希土類元素は、プラセオジム、ツリウム、イッテルビウム、又はネオジムのうちの１つ以上を含む、請求項５１に記載の方法。
54. 前記パターン化された光コア及び前記発光構造は、エッチングプロセスで形成される、請求項４３に記載の方法。
55. 前記クラッドは、化学蒸着プロセスで堆積される、請求項４３に記載の方法。
56. 前記クラッドは、スパッタリングプロセスで堆積される、請求項４３に記載の方法。

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