專利名稱：：將稀土摻雜放大器集成到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明的公開內(nèi)容通常涉及諸如單片集成結(jié)構(gòu)的光子結(jié)構(gòu)中光學(xué)信號(hào)的固態(tài)放大。本公開內(nèi)容更具體地涉及在光子和/或電光結(jié)構(gòu)中提供稀土摻雜增益區(qū)域及其使用。專利的交叉引用下述美國(guó)專利的公開內(nèi)容在此被并入作為參考(A)美國(guó)專利6,292,288，Akasaka等，2001年9月18日，{簡(jiǎn)單摘要多個(gè)半導(dǎo)體激光器一起被多路復(fù)用(multiplex)來泵浦摻鉺光纖以獲得平坦的功率輸出}；(B)...為了避免前端聚集，本交叉引用部分的后續(xù)部分列于本公開內(nèi)容的末尾，在復(fù)述專利權(quán)利要求之前的部分。還引用了另外的非專利材料。
背景技術(shù)：
：分立的光纖通常用作現(xiàn)代光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的主要構(gòu)建單元。這些光纖經(jīng)常形成具有圓柱形芯剖面以及圍繞該芯的一個(gè)或多個(gè)圓柱殼形的包層剖面，所有這些均由柔性材料制成。芯與包層設(shè)有不同折射率，從而鼓勵(lì)光學(xué)信號(hào)沿著光纖傳播，該傳播通常利用了全反射。理論上，光學(xué)信號(hào)通過光纖應(yīng)該可以行進(jìn)非常遠(yuǎn)的距離。然而，真實(shí)世界中的光纖呈現(xiàn)損耗和色散。因此，經(jīng)真實(shí)世界光纖行進(jìn)的光學(xué)信號(hào)喪失光學(xué)信號(hào)強(qiáng)度和/或波形完整性。這些信號(hào)經(jīng)常需要被周期性地放大，且這種信號(hào)的信號(hào)內(nèi)容(例如波形)需要頻繁地再成形(reshape)或再生(regenerate)，典型地采用所謂O-E-O模塊。通常，O-E-O模塊首先將減弱和/或失真的光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電學(xué)形式，隨后修復(fù)(recondition)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)(O-E轉(zhuǎn)換)并接著例如使用電調(diào)制激光來再生該信號(hào)返回到光學(xué)形式(E-O轉(zhuǎn)換)，由此產(chǎn)生新生的信號(hào)。沿傳統(tǒng)光纖連接通常每50公里左右就發(fā)生這種O-E-O過程。除了O-E-O再處理之外，簡(jiǎn)單的光學(xué)放大(無轉(zhuǎn)換和波形修復(fù))還可以發(fā)生在傳統(tǒng)的光纖連接上，通常是發(fā)生在較短的傳輸間隔內(nèi)。用于提供這種僅光學(xué)放大的關(guān)鍵元件之一為所謂的摻鉺光纖放大器(EDFA)。EDFA被廣泛地用于光纖光學(xué)遠(yuǎn)程通信產(chǎn)業(yè)，包括用于長(zhǎng)距離網(wǎng)絡(luò)和城域網(wǎng)絡(luò)。顧名思義，EDFA通常包含芯摻鉺(Er)的分立的光纖。Er摻雜致使被摻雜的光纖剖面作為增益介質(zhì)。當(dāng)使用例如來自合適波長(zhǎng)的激光的外部泵浦能量泵浦這種增益介質(zhì)時(shí)，光纖中適當(dāng)波長(zhǎng)的光學(xué)信號(hào)可以被放大。除了EDFA之外，在該產(chǎn)業(yè)中也用到所謂的半導(dǎo)體光學(xué)放大器(SOA)，特別是對(duì)于光纖布局經(jīng)常不超過幾百英里的城域網(wǎng)絡(luò)。本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，SOA處理的光學(xué)信號(hào)的量子噪聲水平相對(duì)于由EDFA產(chǎn)生的量子噪聲水平是非常高的。這根本地限制了可以配備SOA的應(yīng)用情形。在傳統(tǒng)EDFA中，通過適當(dāng)耦合的泵浦激光將能量添加到輸入的光學(xué)信號(hào)中。泵浦激光通常為固體激光器的形式，工作波長(zhǎng)約為980nm。最近，業(yè)界已經(jīng)開始采用新型EDFA，即所謂的拉曼泵浦EDFA，又稱為摻鉺拉曼放大器或EDRA。EDRA趨于呈現(xiàn)遠(yuǎn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)EDFA的性能，且人們認(rèn)為EDRA可以將僅光學(xué)的信息傳送距離延長(zhǎng)到幾百英里長(zhǎng)的光纖或更遠(yuǎn)，而無需信號(hào)再生。不同于標(biāo)準(zhǔn)EDFA，這些拉曼放大器(EDRA)使用激光頻率比信號(hào)頻率高約一個(gè)光學(xué)聲子頻率的泵浦激光。換而言之，對(duì)于用于長(zhǎng)距離光纖光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的中心波長(zhǎng)約1.5μm的標(biāo)準(zhǔn)C波段，所需要的泵浦激光的波長(zhǎng)比承載信息的波長(zhǎng)短約100nm(即，這種情形下約1.4μm)。人們認(rèn)為，聲子相互作用和非線性介質(zhì)行為產(chǎn)生所觀察到的信號(hào)強(qiáng)度增益。盡管更新的拉曼放大器(EDRA)的性能非常好，但分立的EDRA放大器模塊的成本趨于非常高，遠(yuǎn)高于目前已經(jīng)較昂貴的分立的EDFA模塊。另外，傳統(tǒng)的EDRA以及EDFA都遭受物理尺寸非常大且功耗高的缺點(diǎn)。當(dāng)用于1.5μm的C波段信息傳輸應(yīng)用時(shí)，傳統(tǒng)EDRA和EDFA的增益介質(zhì)典型地均為摻鉺(Er)的分立的光纖?？捎啥鄠€(gè)不同波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器定義泵浦源，這些激光器被一起多路復(fù)用以覆蓋遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)所要求的寬波段范圍?？梢蕴峁└鞣N調(diào)制，從而在所使用的頻率段的整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)獲得平坦的功率輸出。這些調(diào)制可包含調(diào)整不同波長(zhǎng)的泵浦激光和/或配置增益平坦波長(zhǎng)濾波器(增益均衡器)。最近，人們已經(jīng)研究了摻鉺聚合物材料(有機(jī)化合物)并提出了基于這些摻鉺聚合物的光學(xué)放大器。這些提議包括建議制造平面波導(dǎo)，其中使用摻鉺聚合物制造該平面波導(dǎo)以提供尺寸小、低廉且易于量產(chǎn)并可以與其它平面光學(xué)元件(例如平面波導(dǎo))單片集成以執(zhí)行不同功能的器件，即所謂的光子集成芯片。這些提議存在缺點(diǎn)。聚合物基材料趨于不穩(wěn)定且不可靠，這是由于其有機(jī)材料本質(zhì)所致(例如，這些材料趨于具有嵌有孔洞的大的無序分子鏈，這些孔洞會(huì)從環(huán)境俘獲氣體和/或釋放或吸附氣體，導(dǎo)致聚合物基放大器對(duì)于諸如溫度和/或濕度變化的環(huán)境變化非常敏感)。由于這些缺點(diǎn)，該產(chǎn)業(yè)仍然缺乏提供集成光學(xué)信號(hào)放大器而不承受通常與分立形式的EDRA和EDFA相關(guān)的高成本、大模塊尺寸和高功耗的實(shí)用方法。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的公開內(nèi)容，可以提供用于改善現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和方法。更具體地，根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)方面，提供了一種單片集成器件，包含(a)基板，和(b)與基板集成的基本上是無機(jī)的稀土摻雜半導(dǎo)體層(REDS層)，其中REDS層被圖形化以定義一個(gè)或多個(gè)光學(xué)放大結(jié)構(gòu)，這些光學(xué)放大結(jié)構(gòu)分別包含(b.1)用于接收或輸出第一光學(xué)信號(hào)的至少第一I/O端口，和(b.2)用于接收形式為電泵浦能量和/或光泵浦能量中至少一種的泵浦能量的至少一個(gè)泵浦能量接收端口。在具體一組實(shí)施方案中，這些光放大結(jié)構(gòu)中至少一個(gè)為拉曼型放大器，其中相應(yīng)的泵浦能量接收端口(b.2a)被構(gòu)造成用于接收拉曼型泵浦能量，該拉曼型泵浦能量的有效頻率比在相應(yīng)I/O端口供給的光學(xué)信號(hào)的信號(hào)頻率高約一個(gè)光學(xué)聲子頻率。根據(jù)本公開內(nèi)容的另一方面，REDS層(稀土摻雜半導(dǎo)體層)被圖形化以進(jìn)一步定義一個(gè)或多個(gè)光學(xué)處理元件，例如多個(gè)波導(dǎo)(WG，或者更具體地，可以分別處理不同波長(zhǎng)而提供波長(zhǎng)域多路復(fù)用和多路分離(demultiplexing)的陣列波導(dǎo)(AWG))、光柵、相移調(diào)制器、以及光學(xué)、電學(xué)和/或機(jī)械(MEM)控制的空間多路復(fù)用器和/或多路分離器。使用半導(dǎo)體基增益介質(zhì)(例如適當(dāng)?shù)負(fù)诫s了一種或多種稀土元素的單晶硅)替代有機(jī)基增益介質(zhì)，則可以提供與諸如AWG等的另外光學(xué)處理功能集成的穩(wěn)定和可靠的光學(xué)放大。因此，可以提供一種具有良好可靠性和穩(wěn)定性的集成、固態(tài)、平面光學(xué)器件，該器件可以采用電泵浦能量和/或光泵浦能量，其中后者可以為拉曼泵浦或非拉曼泵浦。如果使用拉曼泵浦，該器件可以被構(gòu)造成再成形(修復(fù))被放大光束中包含的光學(xué)信息，通常如O-E-O模塊那樣包括電學(xué)放大工具、電信號(hào)修復(fù)以及光信號(hào)再生工具。根據(jù)本公開內(nèi)容另外方面可以看出，諸如硅和/或氧化硅和/或其它半導(dǎo)體和/或其化合物的無機(jī)材料可以集成地形成為單片或其它集成器件的一部分以定義光學(xué)增益介質(zhì)，該光學(xué)增益介質(zhì)摻鉺(Er摻雜)以用于例如1.5μm傳輸波段，和/或摻其它稀土元素例如Nd+或Yb+以分別用于1.34μm或1.3μm波段。形成稀土摻雜半導(dǎo)體區(qū)域的制備方法可包含稀土元素的表面等離子體沉積、和/或在氣相沉積工藝(例如CVD、ALD等)中夾雜(inclusion)稀土元素、和/或?qū)⑾⊥猎財(cái)U(kuò)散、和/或離子注入到用作光學(xué)增益區(qū)域的材料區(qū)域中。另外，可通過分別使用更易溶解的稀土化合物(例如ErO)，其中這些稀土化合物可以與其基體材料形成更易溶解的絡(luò)合物(例如Er-O-Si＝Si＝..)，由此可以增大摻入基體材料(例如Si或SiO2)的稀土元素(例如Er)的濃度。另外或者備選地，可通過將稀土元素俘獲在非晶層(例如非晶硅和/或非晶氧化硅或非晶氮化硅)之下或之間，從而減小特別是由于快速熱退火等激活稀土摻雜劑(例如Er)而引起的向外擴(kuò)散，由此可以增大摻入基體材料(例如單晶或多晶Si或SiO2)的稀土元素(例如Er)的濃度。根據(jù)本公開內(nèi)容的另外方面可以看出，光學(xué)增益區(qū)域可集成在脊形波導(dǎo)、肋形波導(dǎo)等內(nèi)，且后者可定義放大波導(dǎo)、放大陣列波導(dǎo)(AWG)、放大光學(xué)開關(guān)、以及可以用于光子集成應(yīng)用的其它適當(dāng)小尺寸的光學(xué)或電光元件。可以看出，可以采用各種光學(xué)增益介質(zhì)泵浦方法，包括電流注入(用于產(chǎn)生電激發(fā)發(fā)光或電致發(fā)光)、使用980nm激光泵浦和/或使用拉曼泵浦。可以看出，可以使用各種泵浦能量注入配置，包括非平行注入(這包括使泵浦光束沿與平行于且嚴(yán)格地與信號(hào)束方向一致的方向不同的任何方向傳播)，更具體地，使泵浦光束通常垂直于承載信息的信號(hào)光束傳播，并在增益介質(zhì)內(nèi)以非平行的方式反復(fù)地來回反彈該泵浦光束，從而增大泵浦光束、信號(hào)光束和可獲得的濃度的稀土原子這三者之間發(fā)生的信號(hào)放大交互作用的數(shù)目。更具體地，可以使用金屬或其它鏡面(mirror)以提供泵浦能量穿過增益介質(zhì)的多次內(nèi)部反射，由此增大泵浦效率并減小泵浦-信號(hào)干擾，且由此產(chǎn)生具有改善信噪比的、容易提取的輸出信號(hào)束。根據(jù)本公開內(nèi)容另外方面可以看出，一體形成的光學(xué)增益區(qū)域可以用于制造有源而非無源多路復(fù)用/多路分離(MUX/DEMUX)元件，使得這些通常有損耗的元件可以變得基本上沒有損耗或者甚至提供大于1的增益。具有增益元件的這種改進(jìn)的MUX/DEMUX可適合用于創(chuàng)建城域光學(xué)網(wǎng)絡(luò)而無需其它類型的更大或更昂貴的放大器(例如分立的EDFA、SOA等)。根據(jù)本公開內(nèi)容形成的器件可以用于單波長(zhǎng)工作或多通道波分工作，可以具有/不具有集成的MUX/DEMUX功能?？梢钥闯稣w形成的光學(xué)增益區(qū)域可以用于單片形成摻鉺平面放大器(EDPA)或摻鉺平面拉曼放大器(EDPRA)以用于即時(shí)(on-the-fly)光學(xué)信號(hào)再生(即，無需O-E-O轉(zhuǎn)換)，還可用于消除集成光子元件和模塊中的無源波導(dǎo)損耗。根據(jù)本公開內(nèi)容制作的器件可獲得緊湊的尺寸、量產(chǎn)成本低、且具有和由相似半導(dǎo)體材料(例如僅摻雜提供電學(xué)導(dǎo)電性的摻雜劑的Si、SiO2等)制作的電子集成電路相關(guān)的可靠性和一致性優(yōu)點(diǎn)。可以看出，根據(jù)本公開內(nèi)容制作的器件可適用于光子、電子和/或電光功能性的芯片上集成(on-chipintegration)，從而提高整體有效性而基本上不犧牲器件性能。根據(jù)本公開內(nèi)容的用于量產(chǎn)集成光學(xué)和/或電光器件的方法可包含步驟(a)將一種或多種稀土元素以適當(dāng)濃度摻入到硅和/或氧化硅并且/或者摻入到其它半導(dǎo)體和/或且介電化合物中，其中當(dāng)半導(dǎo)體和/或半導(dǎo)體化合物區(qū)域被生長(zhǎng)、或以其它方式直接形成于單片集成器件上時(shí)、或者當(dāng)這些區(qū)域形成以用于隨后被鍵合到單片集成器件時(shí)，發(fā)生該摻入，且其中該摻入在集成器件內(nèi)相應(yīng)地定義了一個(gè)或多個(gè)光學(xué)增益區(qū)域；(b)在集成器件內(nèi)定義各個(gè)信號(hào)輸入端口，用于將輸入光學(xué)信號(hào)接收到該一個(gè)或多個(gè)光學(xué)增益介質(zhì)區(qū)域的相應(yīng)區(qū)域內(nèi)；(c)在集成器件內(nèi)定義各個(gè)泵浦能量接收工具，用于將泵浦能量接收到該一個(gè)或多個(gè)光學(xué)增益介質(zhì)區(qū)域的相應(yīng)區(qū)域內(nèi)；以及(d)在集成器件內(nèi)定義各個(gè)信號(hào)輸出裝置，用于從該一個(gè)或多個(gè)光學(xué)增益介質(zhì)區(qū)域的相應(yīng)區(qū)域輸出光學(xué)信號(hào)。該制造過程可進(jìn)一步包含形成適當(dāng)?shù)谋闷帜芰恳龑?dǎo)裝置，用于將輻射的泵浦能量和/或注入的電流引導(dǎo)到該一個(gè)或多個(gè)光學(xué)增益介質(zhì)區(qū)域內(nèi)，從而促進(jìn)泵浦能量、輸入光學(xué)信號(hào)和摻入的稀土元素之間的相互作用。摻入該一種或多種稀土元素可包括提供一種或多種接合劑，例如氧，以增強(qiáng)稀土元素(例如Er)與基體材料(例如單晶Si)之間的鍵合，和/或包括提供一個(gè)或多個(gè)俘獲層(例如非晶Si和/或非晶氧化硅)以減小摻入的稀土元素的向外擴(kuò)散，和/或提供一個(gè)或多個(gè)快速熱處理步驟以激活基體材料各個(gè)部分內(nèi)所摻入的稀土元素。通過下述詳細(xì)描述，本公開內(nèi)容的其它方面將變得顯而易見。下文中的詳細(xì)描述部分參考了附圖，其中圖1為具有肋形波導(dǎo)的傳統(tǒng)SOI(絕緣體上硅)集成器件的剖面?zhèn)纫晥D；圖2A為示出了本公開內(nèi)容制造工藝中第一步驟的剖面?zhèn)纫晥D，其中具有第二折射率η’1的SiO2層被一體提供在具有不同的第一折射率η’0的Si基板上，且該第一步驟可選地包含表面摻入工藝，該工藝將一種或多種稀土元素?fù)饺朐撗趸鑼拥纳媳砻?，并?或者該步驟可選地包含注入工藝，該工藝將稀土摻雜劑注入到該氧化硅層的更深部分；圖2B為示出了本公開內(nèi)容制造工藝中繼續(xù)圖2A的步驟的第二步驟的剖面?zhèn)纫晥D，其中具有第三折射率η’2的第二Si層被一體形成(或者分別在隨后被鍵合)在該SiO2層上以提供集成SOI器件，且其中第二步驟可選地包含在使用氣相沉積(例如PVD、CVD、ALD)外延或其它方法形成第二Si層時(shí)將稀土摻雜劑摻入該第二Si層；圖2C為示出了本公開內(nèi)容制造工藝中繼續(xù)圖2B的步驟的第三步驟的剖面?zhèn)纫晥D，其中稀土摻雜劑可選地被注入或另外以其它方法(例如擴(kuò)散、生長(zhǎng))摻入到第二Si層；圖2D為示出了本公開內(nèi)容制造工藝中繼續(xù)圖2C的步驟的第四步驟的剖面?zhèn)纫晥D，其中第二Si層被圖形化以定義包含光學(xué)增益區(qū)域的肋形或其它波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；圖3為示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的集成器件的示意性俯視圖，包括電學(xué)和/或光學(xué)可泵浦的光學(xué)增益區(qū)域，且其中該可泵浦的光學(xué)增益區(qū)域被用于在集成器件中定義各種有用的結(jié)構(gòu)，例如AWG、光學(xué)開關(guān)等；以及圖4為示出根據(jù)本公開內(nèi)容的另一個(gè)集成器件的剖面?zhèn)纫晥D，該集成器件具有附著到該器件上或者一體形成在該器件中的金屬或其它反射層，用于將穿過光學(xué)增益區(qū)域的光學(xué)泵浦輻射反射分布。具體實(shí)施例方式圖1為傳統(tǒng)SOI(絕緣體上硅)集成器件100的介紹性方框圖和剖面?zhèn)纫晥D的組合，集成器件100的上硅層已經(jīng)被圖形化以定義一對(duì)肋形光學(xué)波導(dǎo)。肋部分被標(biāo)記成140和142。集成電子器件電路示意性地被示成存在于區(qū)域130中或在區(qū)域130附近。更具體地，所示器件100構(gòu)造成具有單晶硅基板105，其具有各自第一折射率η0以及各自第一厚度D05。二氧化硅層110通過熱生長(zhǎng)或以其它方式形成在基板105上以提供第二層，其具有各自第二折射率η1和各自第二厚度D10。多晶硅層120(可以是或包含非晶材料)例如通過化學(xué)氣相沉積(CVD)或其它方式被提供于層110頂部上，從而提供又一個(gè)區(qū)域，其具有各自第三折射率η2和各自第三厚度D20。備選地，層120可能開始時(shí)是單獨(dú)生長(zhǎng)的單晶硅層，隨后通過公知的晶片鍵合和層分離技術(shù)鍵合到附有介電層(110)的基板(105)上。層120的原始的第三厚度D20的一部分可能由于平整化(例如CMP)、蝕刻或其它制造工藝而消失。所使用的各種制造工藝形成了如圖所示的向上凸起的肋140和142。在又一個(gè)實(shí)施方案中，硅層120可以是單晶，可以通過例如注入氧(SIMOX工藝)而提供掩埋氧化硅層110。重要的在于形成絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)存在許多種可能的方法。諸如場(chǎng)效應(yīng)晶體管等的各種電子元件可制作在示意性所示的區(qū)域130內(nèi)，可以使用第一和第二半導(dǎo)體層105、120以及中間介電層110作為形成這些電學(xué)功能元件130的基底。關(guān)于如何有效地將元件130的電學(xué)功能與由諸如集成的肋結(jié)構(gòu)140和142提供的光學(xué)功能集成，已經(jīng)存在許多各種提議。肋部分140和142定義更大的肋形光學(xué)波導(dǎo)的各個(gè)部分，其中這些光學(xué)波導(dǎo)可以用于限制和引導(dǎo)經(jīng)過這些部分的光子信號(hào)傳輸。為了方便，標(biāo)記這些更大的“波導(dǎo)”的參考數(shù)字(140和142)與用于標(biāo)記其各個(gè)向上凸起的肋部分的參考數(shù)字相同(其中肋部分是指層120向上凸起高度分別為H1和H2的部分)。由于信號(hào)周圍的區(qū)域的有效折射率不同，所以出現(xiàn)對(duì)傳輸?shù)墓庾有盘?hào)的限制。更具體地，波導(dǎo)140理解成包含其各個(gè)向上凸起的肋140，其中肋140的高度尺度為H1，有效寬度尺度為W1。波導(dǎo)140理解成進(jìn)一步包含肋下深度尺度D1，如圖所示。肋形波導(dǎo)區(qū)域中材料的有效折射率(例如硅層120的η2)以及圍繞肋形波導(dǎo)的材料的有效折射率(即，層110的η1和從上方圍繞的肋140的η3，其中頂部圍繞材料可以是空氣、或氧化硅、或氮化硅)之間的不同趨于導(dǎo)致適當(dāng)注入的光學(xué)信號(hào)被限制在肋與其正下方的區(qū)域內(nèi)，由145處的三個(gè)箭頭符號(hào)大體示出了這個(gè)區(qū)域。順便提及，上方圍繞材料，示成圍繞肋部分140，可以定義可選的包層141的一部分。符號(hào)145是用于粗略介紹。光學(xué)強(qiáng)度分布和限制在毗鄰的肋形波導(dǎo)142中更精確地示出。可以看出，肋形波導(dǎo)142具有各自高度H2、寬度W2、深度D2、及其與第一波導(dǎo)的第一肋部分140(包層141所覆蓋的部分)的分隔距離S12。虛線等強(qiáng)度線用于表示可由第二波導(dǎo)142限制和傳輸?shù)南拗乒鈱W(xué)信號(hào)150的不同強(qiáng)度區(qū)域。通常在肋與層120的主體相交附近的芯區(qū)域151中發(fā)現(xiàn)光子信號(hào)150的強(qiáng)度最大部分。通常，絕大部分信號(hào)的濃度和強(qiáng)度被維持在由強(qiáng)度輪廓線153所示的光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)介質(zhì)的物理邊界。在一些情形中，小部分信號(hào)強(qiáng)度可能超越(泡騰)跨過該材料邊界，并進(jìn)入由外圍強(qiáng)度輪廓線155所示的毗鄰區(qū)域內(nèi)。具體光學(xué)信號(hào)的具體行為取決于各種因子，包括但不限于信號(hào)波長(zhǎng)、信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)模式、信號(hào)傳導(dǎo)材料中及其周圍的有效折射率數(shù)值的分布、信號(hào)傳導(dǎo)材料的線性度等。圖2A提供了根據(jù)本公開內(nèi)容的第一結(jié)構(gòu)200的剖面?zhèn)纫晥D。所示結(jié)構(gòu)200(基板加電介質(zhì))為制造半成品，正被制成用于支持在制造過程結(jié)束時(shí)的第一光子信號(hào)250的引導(dǎo)的傳輸(其中信號(hào)250用虛線強(qiáng)度輪廓線表示，峰值強(qiáng)度位于核心區(qū)域251)。結(jié)構(gòu)200的基板205可包括單晶硅，或者可包括具有單晶或另一種晶體結(jié)構(gòu)的另外類型的半導(dǎo)體(例如SiGe、GaAs)。另外，基板205可由適用于制作微型光學(xué)和/或光電器件的其它剛性支持材料(例如金屬、陶瓷等)制成。結(jié)構(gòu)200的介電層210可以是熱生長(zhǎng)的二氧化硅，或者可以為旋轉(zhuǎn)涂覆玻璃或其它肋形的電絕緣和/或光學(xué)可用的材料，這些材料包含但不限于二氧化硅、氮化硅和氮氧化硅。包含但不限于二氧化硅、氮化硅和氮氧化硅的電絕緣和/或光學(xué)可用材料的非晶表面區(qū)域可被沉積(通過CVD或其它方式)在層210的頂部上(未單獨(dú)示出)，以提供俘獲稀土元素的功能，這將在下文中進(jìn)一步解釋。如果光子信號(hào)250被完全在接著形成的層220內(nèi)(見圖2C)引導(dǎo)，則層210頂部應(yīng)該被適當(dāng)?shù)仄交?例如通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)、蝕刻和/或其它方法)以提供良好的反射和/或折射而不失真。盡管未示出，在一些實(shí)施方案中可將等厚或圖形化的反射金屬(例如鋁、金等)膜夾置在層205和210之間(或者設(shè)于基板205之下)，用于提供反射光學(xué)性能和/或可選的導(dǎo)電性能。在一些情形中，介電層210可用于傳導(dǎo)光學(xué)信號(hào)，在這種情況下，層210的厚度必須制成相當(dāng)大，例如大于5微米(例如約7至10微米)，從而將光學(xué)信號(hào)包含在介電層內(nèi)。另外，如果是這種情況，則可以不需要上硅層220(圖2B)以提供光學(xué)信號(hào)的限制傳輸。然而，在絕對(duì)部分情形中，當(dāng)存在接著將形成的上硅層220(圖2B)時(shí)，層210的厚度可以非常小，例如為約1微米或更小的量級(jí)。和圖1的傳統(tǒng)情形不同，圖2A的制造半成品200可調(diào)整成包含將例如鉺(Er)、鐿(Yb)、釹(Nd)等的稀土元素?fù)饺虢Y(jié)構(gòu)200的適當(dāng)部分(例如215和/或其它部分)。(Er、Yb、Nd等的)摻入位置以及摻入的濃度可取決于待傳輸?shù)墓鈱W(xué)信號(hào)(例如250)位置與方式、所需要的目標(biāo)增益或傳播損耗的減小、以及相應(yīng)基體材料(例如層210的SiO2)中可獲得的有效(光學(xué)激活的)稀土元素濃度。對(duì)于光子信號(hào)將傳輸穿過例如220的硅層的情形(如圖2B所示)，稀土摻入過程221可以使用高能深度注入至層220內(nèi)，使得這樣摻入的稀土元素225陷在表面下很深的位置。另外，富稀土元素的層220的至少一部分(例如頂部表面部分)可以形成為非晶硅或非晶電介質(zhì)(例如SiO2)等，從而為待摻入的稀土元素提供更高的摻雜濃度。在一個(gè)實(shí)施方案中，相對(duì)薄的非晶電介質(zhì)和/或相對(duì)薄的非晶半導(dǎo)體的交疊層與多晶半導(dǎo)體層(例如N型或P型多晶硅)一起沉積，提供俘獲稀土元素的功能。在形成非晶俘獲層之后，通過執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)快速熱退火步驟，摻入的稀土元素可以被光學(xué)激活(例如有效地結(jié)合到基體材料)。在一個(gè)實(shí)施方案中，各個(gè)快速熱退火包括使用IR燈和/或微波發(fā)射器，快速將表面溫度提高導(dǎo)約900℃至1200℃并保持約30秒以下(例如10秒以下)至幾分鐘?？焖贌嵬嘶鹂梢灾率箵饺氲南⊥猎?例如單獨(dú)的Er或者作為接合化合物例如Er2O3的一部分)有效地結(jié)合到周圍的基體材料(例如硅或氧化硅)，從而隨后提供光學(xué)增益功能和/或光學(xué)信號(hào)修復(fù)功能。諸如在215、225(圖2C)等所示的摻入稀土元素濃度可根據(jù)所摻入的稀土元素在基體材料中的固溶度而變化。對(duì)于各種稀土原子在支持層(例如220和/或210)基體材料中的可工作的濃度通常為約1018原子/cm3(10E+18原子/cm3)或更大的量級(jí)。更高的濃度是理想的。被使用的有效濃度將取決于要獲得的增益以及其它適當(dāng)?shù)目紤]，包括以提供增益、分布的方式將摻入的稀土原子有效地結(jié)合到其基體材料。為了把稀土摻雜劑牢固地結(jié)合在基體材料中從而在激活熱退火時(shí)或者隨著時(shí)間推移不會(huì)向外擴(kuò)散并適當(dāng)?shù)胤植荚诨w中，其一種方法是將氧和/或其它接合劑分布地添加到基體材料中，從而產(chǎn)生諸如Er-O-Si的接合絡(luò)合物，而不是純粹試圖保持Er原子自身溶解在基體材料的固體基質(zhì)內(nèi)。如果使用氧接合劑作為固溶度增強(qiáng)劑，Er濃度可達(dá)到約5×1019原子/cm3。增強(qiáng)固溶度的另一種方法是，在氣相沉積、旋轉(zhuǎn)涂覆或其它方法形成基體材料時(shí)，將由接合劑以及稀土元素組成的化合物(例如Er2O3)混合到基體材料中。再一種方法是形成一個(gè)或多個(gè)非晶俘獲層。(該非晶俘獲層技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)兼?zhèn)?。該技術(shù)有助于更好地將稀土元素俘獲到基體材料中，但和完全由單晶或多晶材料形成的基體相比又使基體的光學(xué)品質(zhì)退化)?？焖贌嵬嘶鸹蚱渌夹g(shù)可用于光學(xué)激活接合絡(luò)合物(例如Er-O-Si)。在接合/稀土化合物(例如Er2O3)被混合到正在形成的基體材料時(shí)，可以同時(shí)混入相對(duì)較純形式的稀土元素(例如Er)。備選地或另外，接合劑(例如氧、氮、硫等)可通過離子注入被添加，或者可以來源于CVD載氣。因此，可以獲得不同的接合劑(例如氧)與稀土元素(例如Er)之比，即使接合/稀土化合物(例如Er2O3)的化學(xué)配比可能表明不是如此。通過使用適當(dāng)?shù)囊环N或多種接合劑用于形成稀土接合絡(luò)合物(例如Er-O-Si)，可以增大被牢固嵌入在基體材料內(nèi)且在熱激發(fā)時(shí)或者隨著時(shí)間推移(長(zhǎng)時(shí)間-在器件的工作壽命期間，可能長(zhǎng)于5-10年)不會(huì)向外擴(kuò)散的Er摻雜原子的數(shù)量，在該情況下，與簡(jiǎn)單地僅將元素形式的Er(或其它稀土元素之一)單獨(dú)混合到固溶度通常有限的基體材料(例如硅)中而得到的有效稀土濃度進(jìn)行相對(duì)比較，就可以看出這種增大。當(dāng)通過使用一種或多種增大固溶度的技術(shù)(例如，通過混合諸如Er2O3、ErN和/或ErS的接合/稀土化合物以及非晶材料俘獲)而增大牢固地?fù)饺氲南⊥猎氐臐舛葧r(shí)，增益介質(zhì)存在更多的稀土原子與信號(hào)以及泵浦輻射發(fā)生相互作用。濃度增大的稀土元素可實(shí)現(xiàn)更有效的光學(xué)放大機(jī)制。如前所述，在諸如硅的基體材料中保持更多Er原子的另外或備選方法為，使用非晶形式的基體(例如非晶硅或非晶氧化硅等)作為一個(gè)或多個(gè)中間俘獲層(薄)和/或作為蓋層(厚)作為基底層，由此阻止稀土元素(例如Er)從基體材料向外擴(kuò)散。非晶材料的光學(xué)透射性能不如由相同基體材料的單晶形式的光學(xué)透射性能，但是通過將相對(duì)薄的非晶形式的層與相對(duì)厚的非非晶形式的層交織則可以對(duì)此進(jìn)行折衷。與簡(jiǎn)單的非非晶形式的基體材料的標(biāo)準(zhǔn)固溶度極限相比，使用非晶基體材料和/或接合絡(luò)合物中的一種或兩種可以允許將更高濃度的稀土原子(例如鉺原子)牢固地保持在基體材料中。因此，通過使用能更好地接合到基體材料的稀土/接合化合物(例如ErO、ErN、ErS)和/或使用非晶俘獲層，可以將有效濃度更高的稀土原子摻入基體材料(例如硅)中。在基體材料絡(luò)合物中形成適當(dāng)?shù)姆@和/或接合區(qū)域之后，通過下述方法可以達(dá)到更高濃度的稀土元素一種或多種稀土元素的附加的高能注入，接著快速熱退火以促進(jìn)附加的稀土部分的分布擴(kuò)散和激活，其中該部分甚至可以從毗鄰的上邊界或下邊界進(jìn)入。在上述內(nèi)容情況下且現(xiàn)在參考圖2B，示出了接著圖2A制作的制造半成品201的剖面?zhèn)纫晥D。在接著的制造步驟221中，形成可以提供光波導(dǎo)功能且可選地可以提供導(dǎo)電功能的基體材料層220。在一組實(shí)施方案中，形成的新層220包括硅和/或其它半導(dǎo)體材料，其它半導(dǎo)體材料為例如SiGe或III-V族化合物，例如GaAs、GaAlAs、InP、InGaAs、InGaAsP等。形成的新層220可另外或備選地由例如二氧化硅的其它光學(xué)介電材料組成。新層220的形成可以發(fā)生在遠(yuǎn)離基板205和電介質(zhì)210的初始組合的位置，隨后新層220可以通過已知的晶片鍵合技術(shù)被鍵合到該組合上。鑒于此，新層220可以單獨(dú)生長(zhǎng)為單晶層，之后可選地覆蓋了非晶Si或非晶SiO2層(以提供稀土俘獲功能)。使用上述的濃度增大技術(shù)，可以將一種或多種稀土元素被摻入到該單獨(dú)生長(zhǎng)或以其它方式添加上去的新層220中。在一組實(shí)施方案中，層220的折射率(η’2)大于層210的折射率(η’1)并大于空氣或?qū)⒃谏院筇峁┑目蛇x包層(圖2D中的235)的折射率(η’3)。因此提供了光學(xué)波導(dǎo)通道。將新層220附著到基板205和電介質(zhì)210的初始組合的方法包括直接晶片鍵合或芯片鍵合，和/或使用氣相沉積技術(shù)例如化學(xué)氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)或包含物理氣相沉積(PVD)的其它沉積形式和/或用于形成絕緣體結(jié)構(gòu)上半導(dǎo)體(SemOI)的其它適當(dāng)方法。非晶沉積和非非晶沉積之間的交替可通過已知技術(shù)實(shí)現(xiàn)，以促進(jìn)形成基體材料的各自非晶及非非晶形式。在形成新層220時(shí)可以使用備選的掩模226，以排除在最終形成的集成器件(圖2D的204)的特定區(qū)域中形成波導(dǎo)材料(220)和/或稀土摻雜(RED)形式的新層220。如圖2B中在221所示，形成光學(xué)波導(dǎo)通道層220可包含在用于形成層220一實(shí)施方案的氣相沉積氣氛中夾雜一種或多種稀土元素(和/或稀土化合物)。如果采用其它方法(例如選擇性原子層沉積或ALD)制作層220，則可以通過其它方式夾雜一種或多種稀土元素。在形成時(shí)(221)摻入稀土元素(例如Er)，可以在光學(xué)波導(dǎo)通道層220的所有深度中形成濃度均勻的稀土原子，或者備選地，認(rèn)為適當(dāng)?shù)南⊥翝舛瓤梢允?平滑地或離散地分級(jí)地)逐漸變化的。在采用快速熱退火時(shí)，附加的稀土元素可以從介電層210上的先前摻入稀土元素的頂層215’向上擴(kuò)散。接著參考圖2C，示出了在光學(xué)波導(dǎo)通道層220’已經(jīng)形成足夠厚度(H3+D3+…)以支持計(jì)劃的肋形和/或脊形結(jié)構(gòu)之后繼續(xù)的半成品結(jié)構(gòu)202的剖面?zhèn)纫晥D。更具體地，如果肋形波導(dǎo)之一(見圖2D的243)具有肋高度H3和深度D3，則預(yù)圖形化的形式220’應(yīng)該具有足夠的厚度(H3+D3+…)，其中“+…”因子表示由于平整化和/或蝕刻所致的材料損耗。在一組實(shí)施方案中，預(yù)圖形化的厚度(H3+D3+…)約為1至10微米。在這個(gè)制作階段(圖2C)，可以執(zhí)行附加的和/或備選的稀土注入和/或表面沉積222。表面沉積之后可進(jìn)行后續(xù)的快速熱驅(qū)至下部材料220中?？蛇x的離子注入可配置成在各個(gè)適當(dāng)深度，例如在D251提供一種或多種期望濃度的摻入稀土元素，在深度水平225提供更高濃度的稀土元素(例如Er)。這個(gè)深度水平225可與計(jì)劃的并將引導(dǎo)光學(xué)信號(hào)250的芯濃度區(qū)域251大致對(duì)準(zhǔn)?？梢愿鶕?jù)需要等厚或采樣掩模進(jìn)行稀土元素注入和/或表面摻入222，之后進(jìn)行快速熱退火。例如在227示意性示出的摻入圖形化掩模因此是可選的?？蛇x的掩模227可用于保護(hù)計(jì)劃的集成電子器件區(qū)域230’受到光學(xué)摻雜劑(稀土和/或其它)的污染。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，導(dǎo)電和/或光學(xué)波導(dǎo)通道220’可包含一種或多種半導(dǎo)體(例如Si、SiGe、GaAs等)和一種或多種光學(xué)摻雜劑(例如Er、Yb、Nd等)和/或提供導(dǎo)電的摻雜劑(例如砷、磷和硼)。在光學(xué)/電學(xué)引導(dǎo)通道層220’為單晶的備選實(shí)施方案中，可以采用公知的SIMOX工藝通過注入氧和/或氮，形成絕緣層210和/或一個(gè)或多個(gè)非常薄的稀土俘獲/接合層(未明確地示出)。在將新層220’晶片鍵合到介電層210上之前，結(jié)合基板205的熱氧化，可以提供更厚形式的介電層210。接著參考圖2D，示出了制造半成品結(jié)構(gòu)的后續(xù)形式204的剖面?zhèn)纫晥D。在步驟234，使用等離子體蝕刻或其它蝕刻和/或其它圖形化方法，形成期望的光波導(dǎo)肋和/或脊和/或其它適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電的光學(xué)部分和/或光學(xué)波導(dǎo)通道220”被圖形化形成肋243、244、245等的同時(shí)，根據(jù)需要對(duì)集成電子器件區(qū)域230”進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈g刻，例如用于制作晶體管、二極管(包括光電二極管)等。各種掩模228可用于確定總體結(jié)構(gòu)204不同區(qū)域中的圖案。如果需要?jiǎng)t可采用適當(dāng)?shù)目蛇x掩模，在步驟235中提供另外的電絕緣和/或光學(xué)包層。電學(xué)隔離和/或光學(xué)鈍化的包層可包括氧化硅、氮化硅或其它適當(dāng)?shù)牟牧?。在一些?shí)施方案中，光學(xué)肋無需任何包層，可以采用空氣作為適當(dāng)?shù)恼凵渎式橘|(zhì)以減小成本和工藝復(fù)雜度。可以通過和減法蝕刻相對(duì)的選擇性沉積光學(xué)波導(dǎo)通道材料而另外或備選地形成例如所示243、244和245的光學(xué)波導(dǎo)肋。選擇性添加的波導(dǎo)通道材料可通過上述方法摻入稀土元素。圖2D的結(jié)果產(chǎn)品示成包含兩個(gè)緊靠的波導(dǎo)肋243和244，肋間隔距離為S34。各個(gè)波導(dǎo)寬度W3和W4可以相同或不同，取決于各個(gè)光學(xué)信號(hào)250和257的計(jì)劃的限制配置。波導(dǎo)肋高度H3/H4和波導(dǎo)通道深度D3/D4類似地可以相同或不同，因?yàn)楦髯缘牟▽?dǎo)肋取決于計(jì)劃的限制輪廓和不同光學(xué)信號(hào)250和257之間的可能的相互作用。可在結(jié)構(gòu)204中調(diào)整稀土摻雜分布，以適應(yīng)各個(gè)信號(hào)及其相互作用區(qū)域的光學(xué)信號(hào)芯(例如251)的不同預(yù)計(jì)位置。在圖2D的說明性的示例中，肋243和244可定義所謂的3dB耦合器的部分或者Y形光學(xué)結(jié)的部分。信號(hào)250和257之一可代表泵浦能量而另一個(gè)代表輸送信息的信號(hào)，或者兩個(gè)信號(hào)都為交叉調(diào)制的信息信號(hào)。適當(dāng)?shù)男盘?hào)放大和/或交叉調(diào)制可開始于交疊區(qū)域258，其中這些信號(hào)相互交叉并與稀土摻雜的光學(xué)通道介質(zhì)交叉(220”)。對(duì)于Y形結(jié)的情形，當(dāng)Y形結(jié)相互靠近時(shí)，各個(gè)光學(xué)信號(hào)250和257的芯(例如251)應(yīng)該相交并同時(shí)與高濃度稀土水平225’交疊。盡管未在圖2D中示出，可以在光學(xué)/電學(xué)傳導(dǎo)通道220”中提供各種垂直隔離區(qū)域(例如溝槽隔離)，用于在層220”的不同導(dǎo)通區(qū)域之間提供更佳的隔離。這些隔離區(qū)域可填充了氧化硅、氮化硅或其它適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)隔離材料或結(jié)構(gòu)。另外，如果需要，可在包層235的頂部上或者直接在波導(dǎo)肋243、244(未示出包層)上提供光學(xué)反射金屬層(例如鋁、金等)以提供光學(xué)反射功能。相同或不同的金屬層還可提供導(dǎo)電的功能和/或產(chǎn)生電場(chǎng)的功能，以用于在需要時(shí)形成光學(xué)相移調(diào)制器(例如受溫度調(diào)制)和/或電路。圖3為根據(jù)本公開內(nèi)容的集成電路和光路的示意性俯視圖。在器件300中示意性示出的結(jié)構(gòu)為示范性用途，當(dāng)在諸如這里所述的絕緣體上半導(dǎo)體(SemOI)配置中可使用稀土摻雜半導(dǎo)體材料時(shí)，可以有利地獲得這些用途。項(xiàng)目301代表可耦合到單片或其它方式的集成器件300的輸入光纖。可以使用各種光纖至芯片的耦合機(jī)制。圖3示出了光學(xué)聚焦機(jī)制302(用彈簧狀圖形示出)，被用于將光纖301的輸出光束聚焦到芯片上波導(dǎo)303內(nèi)。這是示范性的示意表示。實(shí)際的光纖至芯片耦合方案可包含標(biāo)準(zhǔn)光纖尾纖(pigtail)連接，例如通過使用具有或不具有光學(xué)模式匹配/轉(zhuǎn)換的UV可固化指數(shù)匹配的流體(UV膠)，使用光纖與微透鏡的組合和/或使用用于耦合的以透鏡為尖端的光纖端部，將該光纖粗端耦合(buttcoupling)到芯片上波導(dǎo)。波導(dǎo)303的相對(duì)端(右側(cè))被示意性示成有效地將所傳輸?shù)男盘?hào)經(jīng)另一個(gè)光學(xué)耦合器304耦合到輸出光纖305。在一個(gè)實(shí)施方案中，使用一種或多種前述濃度增大技術(shù)，整個(gè)光學(xué)引導(dǎo)/電學(xué)傳導(dǎo)通道320被等厚摻雜了Er和/或其他稀土元素。然而，到處都示出被激活的稀土原子的摻入將使器件300其它方面的說明變得模糊。因此，將第一組富Er區(qū)域321a-321b示成設(shè)于波導(dǎo)303的輸入側(cè)，用于放大所提供的C波段輸入信號(hào)311，該輸入信號(hào)311從輸入光纖301被導(dǎo)入到波導(dǎo)303的左側(cè)。換而言之，輸入信號(hào)311在所示示例中具有自左到右的傳播方向。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過設(shè)于子區(qū)域321a附近的電學(xué)傳導(dǎo)(例如，金屬的)電極371和372，將電泵浦能量輸入到富Er子區(qū)域321a的半導(dǎo)體材料內(nèi)。該電學(xué)傳導(dǎo)的電極371和372可相對(duì)地設(shè)于波導(dǎo)肋(303)的側(cè)壁上并且/或者這些電學(xué)傳導(dǎo)電極可沿波導(dǎo)303的上/下邊界和/或其周圍的材料相對(duì)地或以其它方式設(shè)置。在所示示例中，電極371接地，而電極372由耦合到芯片300VCC電壓源的電流源驅(qū)動(dòng)。在富Er子區(qū)域321中流動(dòng)的電流可以提供載流子注入和后續(xù)的放大能量，用于放大沿富稀土波導(dǎo)303的光學(xué)限制和引導(dǎo)部分傳播的輸入信息信號(hào)311。電學(xué)傳導(dǎo)電極371和372可沿波導(dǎo)303整個(gè)長(zhǎng)度延伸，或者電荷泵浦375和這些電極的重復(fù)拷貝可沿波導(dǎo)303整個(gè)長(zhǎng)度提供。然而，到處都示出這些部件將使器件300其它方面的說明變得模糊。因此，電泵浦方面僅在子區(qū)域321a中示出，作為范例用于說明如何實(shí)施對(duì)供給的輸入信號(hào)311的電學(xué)驅(qū)動(dòng)放大。如果需要，電流源375當(dāng)然可以被電學(xué)調(diào)制，從而在信號(hào)311的光學(xué)載體上編碼強(qiáng)度調(diào)制的信號(hào)。被電學(xué)放大的光學(xué)信號(hào)341可備選地或另外地被從供給光學(xué)泵浦信號(hào)315獲得的光子泵浦能量增強(qiáng)(boost)和/或修復(fù)。在圖3中，光學(xué)信號(hào)341被示成沿波導(dǎo)303朝向第二富Er區(qū)域322繼續(xù)。(再次，目的是表示整個(gè)光學(xué)/電學(xué)傳導(dǎo)通道320等厚摻雜了Er和/或其它稀土元素。然而，到處都示出會(huì)使說明變得模糊。因此，示意圖中示出了分離的區(qū)域321a、321b和322)。第二、富稀土元素區(qū)域322被示成接收從供給光學(xué)泵浦信號(hào)例如315收到的光子泵浦能量。泵浦信號(hào)315被示成從第二光纖305輸入，經(jīng)適當(dāng)?shù)墓饫w至芯片耦合裝置(例如尾纖耦合器)304被耦合到波導(dǎo)303右側(cè)之后沿自右向左的方向傳播。自右向左傳播的泵浦信號(hào)315與富Er區(qū)域322并與對(duì)向傳播的信息信號(hào)341相互作用，由此提供進(jìn)一步的放大和/或信號(hào)修復(fù)并由此產(chǎn)生自左向右傳播的光學(xué)輸出信號(hào)319。光學(xué)輸出信號(hào)319沿自左向右方向被耦合到波導(dǎo)303之外并耦合到輸出光纖305內(nèi)。通過Y型耦合器304或其它方式可以實(shí)現(xiàn)這種耦合。輸出光學(xué)信號(hào)319(例如C波段信號(hào))并非必須沿引入泵浦信號(hào)319的相同光纖305傳播。除了共用的經(jīng)過波導(dǎo)303的傳播之外，這些信號(hào)還可以沿不同光纖和/或其它通道傳播。在一個(gè)實(shí)施方案中，光學(xué)泵浦信號(hào)315被允許繼續(xù)沿路徑316從區(qū)域322進(jìn)入富Er區(qū)域321a、321b，使得波導(dǎo)303的整個(gè)長(zhǎng)度被由泵浦信號(hào)316供給的光子能量泵浦。在替代實(shí)施方案中，可以出于多個(gè)原因中的任何一個(gè)將外流泵浦信號(hào)316選擇性地引導(dǎo)遠(yuǎn)離區(qū)域321，這些原因包括，如果需要，向輸出信號(hào)319提供調(diào)制放大。應(yīng)該指出，泵浦信號(hào)315流動(dòng)的方向與信息承載信號(hào)311、341和319相反。因此，無需特殊要求即可過濾出該泵浦信號(hào)同時(shí)提取信息信號(hào)319。在替代實(shí)施方案中，泵浦信號(hào)可以沿與信息承載光學(xué)信號(hào)相同的方向流動(dòng)。在又一個(gè)實(shí)施方案中，從波導(dǎo)303兩端供給泵浦信號(hào)，且泵浦信號(hào)同時(shí)沿與信息承載光學(xué)信號(hào)相同及相對(duì)的方向流動(dòng)。波導(dǎo)303可構(gòu)造成雙向地承載光學(xué)信息信號(hào)，即同時(shí)自左向右和自右向左。在任一情況下，可以使用泵浦與信號(hào)束的光學(xué)隔離。圖3通過另外的示例示出了所謂的陣列波導(dǎo)(AWG)如何可以適用這里所公開的技術(shù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，AWG可用于頻域多路復(fù)用或多路分離。多個(gè)輸入波長(zhǎng)可以被分離成分別承載供特定用戶使用的信息的單個(gè)波長(zhǎng)，或者備選地，來自不同用戶的多個(gè)波長(zhǎng)可以被組合到單個(gè)通信路徑內(nèi)，以進(jìn)入單個(gè)光纖進(jìn)行傳輸。相移調(diào)制器可備選地被包含在各個(gè)波導(dǎo)內(nèi)用于另外的精細(xì)控制，后者的一個(gè)或多個(gè)相移調(diào)制器(例如，溫度調(diào)制)可由集成電子器件330控制。接著可以適當(dāng)?shù)厥褂孟嘁戚敵?。除了示意性示出的AWG350之外，圖3的底部更為通常地示出了單片器件300的富稀土部分如何可以用于提供損耗減小或增益大于一的光學(xué)和/或電光功能。由于器件300的電/光波導(dǎo)通道320是等厚和/或選擇性地富Er和/或其它稀土元素，引導(dǎo)和/或其它方式處理光波穿過單片器件300富稀土元素部分320的所有光學(xué)和/或電光元件(例如AWG350)，根據(jù)需要，可以使其信號(hào)損耗減小和/或可呈現(xiàn)一或一以上的增益和/或基于選擇性的或連續(xù)的基礎(chǔ)提供脈沖形狀的修復(fù)(例如，如果使用拉曼模式工作)。分別基于連續(xù)的或者選擇性調(diào)制的基礎(chǔ)，使用一種或多種供給數(shù)量的適當(dāng)波長(zhǎng)的泵浦能量，可以分別泵浦各個(gè)光學(xué)和/或電光元件(例如AWG350)的富稀土元素介質(zhì)，從而提供預(yù)期的信號(hào)放大和/或修復(fù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，泵浦能量可包含被反向和/或正交引導(dǎo)的輻射能量345或其它非平行傳播的輻射能量(未示出)，其中術(shù)語(yǔ)“非平行傳播的”在此被理解為應(yīng)用于例如345的任何輻射能量，其在富稀土元素的介質(zhì)320(例如富Er)中的傳播方向與設(shè)于器件300內(nèi)相應(yīng)元件(例如AWG350)中大多數(shù)信息承載光學(xué)信號(hào)的輸入至輸出流向顯著不同。更具體地，如果對(duì)于器件300的信息承載光學(xué)信號(hào)(例如信號(hào)311)設(shè)定自左向右流向(沿+X方向)，則對(duì)于至少大多數(shù)注入的輻射泵浦能量345而言，其在富稀土元素介質(zhì)中的傳播方向應(yīng)該為與自左向右方向顯著不同的方向。例如，如圖3示例所示(其中，沿±Z軸從器件300的頂部觀察該器件)，泵浦能量的傳播方向可以沿自右向左的方向和/或沿上/下的方向(大致的±Y方向)。輻射泵浦能量可以備選或另外地沿大致±Z方向傳播。輻射泵浦能量的內(nèi)部反射路徑可包含三維的之字形或旋轉(zhuǎn)盤旋形(螺旋狀)路徑。輻射泵浦能量的這種非平行傳播路徑使得可以從器件300中容易地提取最終的信息輸出信號(hào)，所提取的信息信號(hào)(例如319)內(nèi)沒有泵浦能量345的干擾或混合，或者該干擾或混合基本上很小。集成器件300的光學(xué)或/電光元件(可以為單片集成器件)并不限于波導(dǎo)(例如303)和AWG(例如350)。器件300的賦予稀土元件可進(jìn)一步包含(a)空間域或波長(zhǎng)域的其它光學(xué)信號(hào)多路分離器，例如在360示意性所示，(b)光學(xué)信號(hào)多路復(fù)用器，例如在370示意性所示(輸出示成被固有地放大)，(c)光學(xué)相位調(diào)制器(未明確示出)，(d)光學(xué)信號(hào)交叉調(diào)制器(未明確示出)，(e)光柵(未示出)，(f)波長(zhǎng)路由器(提供波分信號(hào)操縱)，(g)星形耦合器，(h)矩陣開關(guān)等等。如果需要，可以在單片器件300的外圍提供諸如在346所示示例的固定和/或可移動(dòng)和/或可調(diào)鏡面(例如MEM鏡面)，并將其置于毗鄰富稀土元素的電學(xué)/光學(xué)傳導(dǎo)通道320。備選或另外，這種鏡面可設(shè)于器件300邊界的內(nèi)部，例如設(shè)于暴露富稀土元素的電學(xué)/光學(xué)傳導(dǎo)通道320的蝕刻形成的溝槽內(nèi)。這些鏡面可以用于使泵浦能量沿非平行傳播方向來回地反彈。更具體地，內(nèi)嵌鏡面346被示成通常沿圖3的上下方向(±Y)反射泵浦能量345，并引導(dǎo)反射泵浦能量回到富稀土元素的波導(dǎo)通道320，以改善(優(yōu)化)從輻射泵浦能量信號(hào)345到被放大的信息信號(hào)(例如311)的能量傳遞。該放大可以是拉曼型和/或非拉曼型。備選或另外，例如在375所示的電流注入器可以分布在富稀土元素的波導(dǎo)通道320附近，用于提供另外的或者備選的泵浦能量。圖4為實(shí)施方案400的剖面?zhèn)纫晥D，其中至少沿SOI結(jié)構(gòu)的頂部和底部主要表面提供了反射鏡面。更具體地，集成光學(xué)放大器件400包含正交泵浦的摻Er拉曼放大器(ERDA)，稍后將詳細(xì)說明其結(jié)構(gòu)?！?00”系列中使用的相同的數(shù)字表示和“200”系列以及其后所述各圖中描述的先前元件相對(duì)應(yīng)的元件。集成光學(xué)器件400為具有多個(gè)金屬層的多層器件。基板405被理解成由單晶硅和/或另一種光學(xué)等級(jí)的材料組成，并置于第一介電層410下方。層410由光學(xué)等級(jí)的二氧化硅和/或適當(dāng)?shù)牧硪环N光學(xué)等級(jí)的介電材料組成。除了多晶硅或非晶硅和/或單晶硅之外，基板405可備選或另外地由其它合適的半導(dǎo)體(例如Ge)或半導(dǎo)體化合物(例如，諸如GaAs、GaAlAs、InP、InGaAs、InGaAsP的III-V族化合物，或者諸如ZnS、ZnSb的II-VI族化合物等)制成。在圖4的實(shí)施方案中，第一光學(xué)波導(dǎo)/電學(xué)傳導(dǎo)通道420形成于介電層410上方。根據(jù)上文的描述，第一光學(xué)/電學(xué)通道420是富稀土元素的(例如，富Er)。該光學(xué)/電學(xué)通道420可以根據(jù)上文給出的描述而被圖形化和/或其它方式構(gòu)造，從而提供可能需要的各種無源和/或有源光學(xué)元件，包括AWG、其它光學(xué)多路復(fù)用器、多路分離器、空間域和波長(zhǎng)域路由器、開關(guān)和/或電學(xué)驅(qū)動(dòng)的光學(xué)相位調(diào)制器。如需要，集成電子器件(未示出)可以進(jìn)一步被引入富稀土元素的電學(xué)/光學(xué)通道420以提供控制信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施方案中，例如由III-V族半導(dǎo)體化合物組成的分離單片集成器件435被鍵合(例如倒裝片鍵合)，或者以其它方式可工作地耦合到第一器件400的底部?？梢钥闯?，在第二器件435內(nèi)制造多個(gè)電學(xué)驅(qū)動(dòng)的激光二極管431、432和433，用于將泵浦能量415向上注入到第一器件400內(nèi)。盡管未明確地示出，激光二極管431、432和433可由設(shè)于第一器件400內(nèi)的集成電子器件(未示出，但可理解成例如由硅基電子電路組成)控制。在第一光學(xué)/電學(xué)通道420頂部上提供了第一鏡面反射(例如金屬)層461，用于提供光學(xué)反射功能和/或可選的電學(xué)互連功能。至少在第一反射金屬層441上方提供第二可選介電層462，用于保護(hù)金屬免受化學(xué)蝕刻和/或不需要的電學(xué)接觸，其中該第二可選介電層462可由二氧化硅、氮化硅和/或其它合適的材料組成。用于提供光學(xué)反射功能和/或電學(xué)互連功能的第二鏡面反射(例如金屬)層441設(shè)于基板405下方。在所示實(shí)施方案中，該第二鏡面反射層441夾在可選的介電層440和442之間。視各個(gè)用途的情況，介電層和/或金屬層440、441、442中的一個(gè)或多個(gè)可以被單片集成為器件400的一部分，或者可以被接合或以其它方式設(shè)成毗鄰器件400的底部。對(duì)于第一鏡面層461的可選電介質(zhì)462的情形，第二鏡面層441的可選介電層440、442可由適當(dāng)?shù)牟牧辖M成，并可以提供可能需要的氣密封和/或電絕緣功能。在一些實(shí)施方案中，介電層440、442和/或461中的多個(gè)可以省略，或者可以提供另外的介電層(例如，介于461和富稀土元素層420之間)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從圖4理解到，反射金屬層441(底部)和461(頂部)可用做以適當(dāng)角度施加的光子束的鏡面。(如果需要，可以提供其它反射或折射裝置，根據(jù)圖示將泵浦信號(hào)三維地限制在非平行的泵浦路徑內(nèi)。)第一開口445設(shè)于底部鏡面組合440-442中，用于允許外部產(chǎn)生的泵浦信號(hào)415相對(duì)于組合461-462形成的反射鏡面基本上正交地但成略微傾斜的角度(例如，偏離法線0.5°至5°)進(jìn)入。泵浦信號(hào)415因此如416所示以之字形方式來回反彈穿過富稀土元素的通道區(qū)域420。泵浦信號(hào)可以如418所示垂直向上地穿過頂部鏡面組合461-462的開口465。泵浦信號(hào)415在富稀土元素層420內(nèi)沿基本上非平行傳播方向(416)傳播的同時(shí)，包含光學(xué)輸入信號(hào)411的信息在信息信號(hào)輸入端口402處沿平行于鏡面結(jié)構(gòu)的方向被供給。放大的輸出信號(hào)414經(jīng)信息信號(hào)輸出端口404從通道420的相對(duì)端輸出。由于包含信號(hào)411-414的信息以及泵浦信號(hào)415相互沿基本上非平行的方向傳播，兩者之間的干擾相對(duì)小并可以單獨(dú)提取輸出信息信號(hào)414。在所示示例中，注入的泵浦信號(hào)415被引導(dǎo)成沿與輸入信號(hào)414方向(+X)相反的方向(-X)前進(jìn)，使得放大的輸出信號(hào)414可以被容易地提取，而不在輸出端口404附近混雜有泵浦信號(hào)。除了底側(cè)泵浦端口405之外，可以另外提供頂側(cè)泵浦端口465以用做頂部鏡面結(jié)構(gòu)461-462內(nèi)的開口。相對(duì)于鏡面結(jié)構(gòu)440-442基本上正交但成略微傾斜的角度地施加外部泵浦信號(hào)417。盡管未完全示出，可以理解，外部泵浦信號(hào)417將類似于416以之字形方式，然而是沿自左向右的前進(jìn)方向，曲折穿過富稀土元素的增益介質(zhì)450。泵浦信號(hào)417可被定向成也沿+Y方向前進(jìn)，使得泵浦信號(hào)417在遠(yuǎn)離信息信號(hào)輸出端口404的位置出射或終止?？梢耘帕泄怆姸O管431-433以提供適用于具體應(yīng)用的不同泵浦能量和/或組合能量強(qiáng)度。如果需要，出射能量418可以級(jí)聯(lián)到另外器件例如400中。頂側(cè)泵浦信號(hào)417可來自這種前后串聯(lián)的其它器件。泵浦能量入射/出射端口445/465可以置成使得多個(gè)器件例如400可工作地相互堆疊以共用公共泵浦能量。鑒于前述內(nèi)容，圖4可采用各種進(jìn)一步增強(qiáng)的技術(shù)。示例性地，電流源475可以被一體包含在器件400，和/或可以使用諸如462的反射金屬層作為電極，用于將泵浦電流注入到富稀土元素的增益層420內(nèi)。通過沿所示器件400的側(cè)邊(+Y、-Y軸)提供的其它導(dǎo)體，可以使泵浦電流的這個(gè)或這些電路閉合。本公開內(nèi)容應(yīng)被認(rèn)為是說明而非限制下文權(quán)利要求中主張的主題的范圍、本質(zhì)或精神。許多調(diào)整和變化對(duì)于在研究本公開內(nèi)容之后的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是明顯易懂的，包括使用這里所描述的元件的等效功能和/或結(jié)構(gòu)替代、使用這里所描述的耦合的等效功能耦合和/或使用這里所描述的步驟的等效功能步驟。這種非本質(zhì)的變化被認(rèn)為是落在這里所考慮的范圍之內(nèi)。此外，如果給出具體裝置或步驟的多個(gè)示例，且這些給定示例之間和/或之外的外推鑒于本公開內(nèi)容是顯而易見的，則本公開內(nèi)被認(rèn)為有效地公開并因此覆蓋至少這些外推。專利的交叉引用(續(xù)前)(B)美國(guó)專利6,624,927，Wong等，2003年9月23日，{簡(jiǎn)單摘要基于光纖的具有錐形監(jiān)視配置的拉曼放大器的設(shè)計(jì)}；(C)美國(guó)專利6,624,928，Masum-Thomas等，2003年9月23日，{簡(jiǎn)單摘要在波長(zhǎng)小于和大于光纖水峰的雙泵浦，利用拉曼散射實(shí)現(xiàn)放大}；(D)美國(guó)專利6,657,777，Meli等，2003年12月2日，{簡(jiǎn)單摘要EDFA加非線性光纖用于拉曼放大-各個(gè)波長(zhǎng)或子帶需要被放大且可以利用半導(dǎo)體激光器進(jìn)行泵浦}；(E)美國(guó)專利6,657,778，Motoshima，2003年12月2日，{簡(jiǎn)單摘要和美國(guó)專利6657777相似，DEMUX加單個(gè)通道放大和MUX以形成拉曼放大-各個(gè)波長(zhǎng)或通道需要被放大和泵浦}(F)美國(guó)專利6,631,028，Islam，2003年10月7日，{簡(jiǎn)單摘要與美國(guó)專利6657777及美國(guó)專利6657778相似}；(G)美國(guó)專利6,618,192，Islam等，2003年9月9日，{簡(jiǎn)單摘要多個(gè)拉曼放大器串聯(lián)以獲得更高功率輸出}；(H)美國(guó)專利6,646,788，Islam等，2003年11月11日，{簡(jiǎn)單摘要多個(gè)拉曼放大器堆疊在一起通過不同放大器的不同放大而獲得平坦增益}；(I)美國(guó)專利6,587,606，Evans，2003年7月1日，{簡(jiǎn)單摘要使用特殊光纖的色散補(bǔ)償再生器-同時(shí)補(bǔ)償正色散和負(fù)色散以形成孤立子傳播，從而控制信號(hào)形狀}；(J)美國(guó)專利6,611,369，Matsushita等，2003年8月26日，{簡(jiǎn)單摘要增益介質(zhì)為特殊光纖，為不同偏振的光產(chǎn)生不同的速度。信號(hào)在穿過具有增益介質(zhì)的這些光纖時(shí)被放大}；(K)美國(guó)專利6,556,339，Smith等，2003年4月29日，{簡(jiǎn)單摘要垂直于信號(hào)光束的拉曼泵浦-固態(tài)拉曼增益介質(zhì)(激光)，例如硝酸鋇、鎢酸鉀、鎢酸鈣、金剛石、SiC和GaP-泵浦光束在棱鏡/鏡面之間多次反射以實(shí)現(xiàn)有效拉曼激發(fā)}；(L)美國(guó)專利6,600,597，Beeson，2003年7月29日，{簡(jiǎn)單摘要使用光子晶體類型(全息毛細(xì)管光纖)拉曼增益介質(zhì)的EDFA型放大器-泵浦光束和信號(hào)光束沿相反方向且光柵用于隔離泵浦光束和信號(hào)光束}；(M)美國(guó)專利6,603,595，Welch，2003年8月5日，{簡(jiǎn)單摘要與美國(guó)專利6600597相似}；(N)美國(guó)專利6,178,036，Yao，2001年1月23日，{簡(jiǎn)單摘要僅用于旁帶放大的基于布里淵散射的放大器}；(O)美國(guó)專利4,394,623，Kurnit，1983年7月19日，{簡(jiǎn)單摘要安裝在環(huán)形腔內(nèi)的光纖毛細(xì)管中的拉曼增益}；(P)美國(guó)專利5,796,906，Narayanan等，1998年8月18日，{簡(jiǎn)單摘要輸入/輸出具有單模而中間部分具有多模(可以為不同尺寸)的陷波濾波器可以用于增益平坦EDFA，該多模擴(kuò)展到更高階模式并在相關(guān)波長(zhǎng)產(chǎn)生額外損耗}；(Q)美國(guó)專利4,523,315，Stone，1985年6月11日，{簡(jiǎn)單摘要使用氣體(H2、O2、N2)相擴(kuò)散到光纖中的拉曼增益介質(zhì)}；(R)美國(guó)專利6,603,785，Yoshida等，2003年8月5日，{簡(jiǎn)單摘要半導(dǎo)體多量子阱激光器結(jié)構(gòu)專利}；(S)美國(guó)專利6,643,308，Tsukiji等，2003年11月4日，{簡(jiǎn)單摘要在諧振器中使用衍射光柵以抑制注入電流的半導(dǎo)體泵浦激光器設(shè)計(jì)}；(T)美國(guó)專利6,519,082，Ghera等，2003年2月11日，{簡(jiǎn)單摘要用于拉曼放大器的XPU受控反饋系統(tǒng)}；(U)美國(guó)專利4,575,645，Komine，1986年3月11日，{簡(jiǎn)單摘要通過將激光分離成相干光束并使其沿不同方向穿過相同介質(zhì)而產(chǎn)生拉曼散射和放大的單個(gè)單元}；(V)美國(guó)專利4,913,507，Stamnitz等，1990年4月3日，{簡(jiǎn)單摘要錐形光纖物理收縮改變光密度以產(chǎn)生非線性光學(xué)現(xiàn)象}。相關(guān)其它公開的交叉引用出于參考的目的，在此還引用了下述非專利公開，這些公開的各個(gè)概念也被包含在本申請(qǐng)中(A)A.Polman等，″Incorporationofhighconcentrationsoferbiumincrystalsilicon″，AppliedPhysicsLetters，Vol.62(5)pp.507-509，2/1/1993；(B)W.X.Ni等，″Er/OandEr/FdopingduringmolecularbeamepitaxialgrowthofSilayersforefficient1.54umlightemission″，AppliedPhysicsLetters，Vol.70(25)pp.3383-3385，6/23/1997；(C)Liu，X&Lee，B，“AfastandstablemethodforRamanamplifierpropagationequitions”O(jiān)PTICSEXPRESSVol.11，No.18，pp.2163-2l76(2003)；(D)Emori，Y&Namiki，S，“DemonstrationofbroadbandRamanamplifiersapromisingapplicationofhigh-powerpumpingunit”FURUKAWAREVIEWNo.19，pp.59-62(2000)；(E)L.H.Slooff等，“Rare-earthdopedpolymersforplanaropticalamplifiers”，JournalofAppliedPhysicsVol91(7)pp.3955-3980.April1，2002-{注解這是綜述文獻(xiàn)}；(F)A.Polman，“Erbiumdopedplanaramplifiers”，Proc.10thEuropeanConferenceonIntegratedOptics(ECIO)Paderborn，Germany，April，2001，p.75(2001)；以及(G)M.Krishnaswamy等，“OpticalPropertiesofPolymerWaveguidesDispensedonanErbium/YtterbiumCodopedGlass”IEEEJOURNALOFSELECTEDTOPICSINQUANTUMELECTRONICS，VOL.2，NO.2，JUNE1996pp.373-37。保留專利之外的權(quán)利、沖突的解決以及術(shù)語(yǔ)的解釋在本公開內(nèi)容合法公布之后，本專利申請(qǐng)的所有人不反對(duì)其他人出于理解本發(fā)明的公開內(nèi)容以及促進(jìn)有用的藝術(shù)和科學(xué)的有限目的而復(fù)制本公開內(nèi)容中包含的文字和圖形材料。然而本申請(qǐng)的所有人并不放棄與所公開材料可能存在法律關(guān)聯(lián)的任何其它權(quán)利，包含但不限于，本公開內(nèi)容所提供的任何計(jì)算機(jī)程序列表或原圖或其它作品的版權(quán)、與本公開內(nèi)容所提供的新創(chuàng)術(shù)語(yǔ)或原圖相關(guān)的商標(biāo)或商業(yè)外觀權(quán)利、以及本公開內(nèi)容中包含的其它的以其它方式受保護(hù)或可由此衍生的主題。如果任何公開內(nèi)容在此引入作為參考且這種引入的公開內(nèi)容部分或整體與本公開內(nèi)容沖突，則就沖突的范圍、和/或范圍更大的公開內(nèi)容、和/或范圍更大的術(shù)語(yǔ)定義，以本公開內(nèi)容為準(zhǔn)。如果這些引入的公開內(nèi)容相互之間部分或整體沖突，則就該沖突的范圍，以在后公開的公開內(nèi)容為準(zhǔn)。除非明確地另外聲明，普通術(shù)語(yǔ)在其表達(dá)的各自上下文中具有相應(yīng)的普通含意，普通術(shù)語(yǔ)在相關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)以及其表達(dá)的各自上下文中具有相應(yīng)的正常含意。鑒于上述公開內(nèi)容的一般概念和具體實(shí)施方案，保護(hù)范圍旨在由所附權(quán)利要求定義。提出的權(quán)利要求不應(yīng)被認(rèn)為是將申請(qǐng)人的權(quán)利限制于所公開的權(quán)利要求，還包括依照35U.S.C.§120和/或35U.S.C.§251提出的一個(gè)或多個(gè)另外申請(qǐng)所文字上主張的主題。權(quán)利要求1.一種單片集成器件(300、400)，包含(a)基板(205、405)；以及(b)與所述基板集成的稀土摻雜半導(dǎo)體層(220、320、420)，其中所述稀土摻雜半導(dǎo)體層包含一種或多種稀土元素，且其中所述稀土摻雜半導(dǎo)體層被圖形化以定義一個(gè)或多個(gè)光學(xué)信號(hào)放大和/或修復(fù)結(jié)構(gòu)(244、303、350-370、485)，所述結(jié)構(gòu)分別具有(b.1)用于接收各自第一光學(xué)輸入信號(hào)(311、411)的至少第一光學(xué)信號(hào)端口(302、402)；和(b.2)用于接收形式為電泵浦能量(375、475)和/或光泵浦能量(315、415)中至少一種的泵浦能量的至少一個(gè)泵浦能量接收裝置(305、445)，其中接收到的泵浦能量可工作地耦合到所述稀土摻雜半導(dǎo)體層的一個(gè)或多個(gè)稀土元件，由此為所述第一光學(xué)輸入信號(hào)提供光學(xué)信號(hào)放大和/或光學(xué)信號(hào)修復(fù)。2.權(quán)利要求1所述的集成器件(300、400)，其中所述第一光學(xué)信號(hào)端口還可以用于輸出各自第一光學(xué)輸出信號(hào)(319)。3.權(quán)利要求1所述的集成器件(300、400)，其中一個(gè)或多個(gè)所述光學(xué)信號(hào)放大和/或修復(fù)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含(b.3)至少一個(gè)光學(xué)信號(hào)輸出端口(304、404)，用于輸出各自第一光學(xué)輸出信號(hào)(319、414)。4.權(quán)利要求1所述的集成器件(300、400)，其中對(duì)于至少一個(gè)所述光學(xué)信號(hào)放大和/或修復(fù)結(jié)構(gòu)所述接收到的泵浦能量(345)的傳播方向不平行于所述各自第一光學(xué)輸出信號(hào)(341)的輸出方向。5.權(quán)利要求1所述的集成器件(300、400)，其中對(duì)于至少一個(gè)所述光學(xué)信號(hào)放大和/或修復(fù)結(jié)構(gòu)在相應(yīng)的接收到的泵浦能量為有效頻率比在相應(yīng)第一光學(xué)信號(hào)端口(302、402)供給的光學(xué)信號(hào)的信號(hào)頻率高約一個(gè)光學(xué)聲子頻率的拉曼型泵浦能量，且所述至少一個(gè)泵浦能量接收裝置(305、445)構(gòu)造成用于接收所述拉曼型泵浦信號(hào)的情況下，發(fā)生拉曼型放大。6.權(quán)利要求1所述的集成器件(300、400)，其中所述光學(xué)信號(hào)放大和/或修復(fù)結(jié)構(gòu)包含下述至少一個(gè)(b.3a)肋形或脊形波導(dǎo)(245)；(b.3b)陣列波導(dǎo)組(350)；(b.3c)光學(xué)多路復(fù)用器(360)；(b.3d)光學(xué)多路分離器(370)；(b.3e)光學(xué)相位調(diào)制器；(b.3f)光學(xué)信號(hào)交叉調(diào)制器；(b.3g)光學(xué)光柵；(b.3h)光學(xué)空間或波長(zhǎng)路由器；(b.3i)光學(xué)星形耦合器；(b.3j)光學(xué)矩陣開關(guān)。7.權(quán)利要求1所述的集成器件(300、400)，其中(b.3)稀土摻雜半導(dǎo)體層(220、320、420)的所述一種或多種稀土元素包含下述至少一種(b.3a)鉺；(b.3b)鐿；和(b.3c)釹。8.權(quán)利要求1所述的集成器件(300、400)，其中(b.3)稀土摻雜半導(dǎo)體層(220、320、420)的所述一種或多種稀土元素包含具有適合預(yù)定應(yīng)用的光子波長(zhǎng)發(fā)射的有效濃度的一種或多種稀土元素，其中所述有效濃度提供顯著的信號(hào)放大或信號(hào)修復(fù)效果。9.權(quán)利要求7所述的集成器件(300、400)，其中(b.3a)所述鉺被摻入稀土摻雜半導(dǎo)體層以定義富鉺區(qū)域，該區(qū)域的鉺濃度是，鉺原子與基體材料中的其它原子的比例至少為10-5。10.一種制造集成光學(xué)或電光器件的方法，包含(a)將一種或多種稀土元素?fù)饺?214、221、222)集成結(jié)構(gòu)的第一光學(xué)波導(dǎo)層(220、320、420)，從而在所述第一光學(xué)波導(dǎo)層內(nèi)定義一個(gè)或多個(gè)光學(xué)增益介質(zhì)區(qū)域；(b)定義各自的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)信號(hào)輸入裝置(302、402)，所述光學(xué)信號(hào)輸入裝置位于或可工作地耦合到所述富稀土第一光學(xué)波導(dǎo)層，用于接收相應(yīng)的輸入光學(xué)信號(hào)(311、411)，并用于可工作地將相應(yīng)接收到的輸入光學(xué)信號(hào)朝所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)增益介質(zhì)區(qū)域傳播；以及(c)定義各自的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)泵浦能量輸入裝置(305、405)，所述光學(xué)泵浦能量輸入裝置位于或可工作地耦合到所述富稀土第一光學(xué)波導(dǎo)層，用于接收相應(yīng)的泵浦能量輻射并用于可工作地將相應(yīng)接收到的泵浦能量輻射朝所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)增益介質(zhì)區(qū)域傳播。11.權(quán)利要求10所述的制造方法，其中所述第一光學(xué)波導(dǎo)層包含第一半導(dǎo)體和第一介電材料中至少一個(gè)。12.權(quán)利要求10所述的制造方法，進(jìn)一步包括(d)定義各自的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)輸出裝置(404)，所述信號(hào)輸入裝置位于或可工作地耦合到所述富稀土第一光學(xué)波導(dǎo)層，用于從所述富稀土第一光學(xué)波導(dǎo)層輸出相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)。13.權(quán)利要求10所述的制造方法，其中(a.1)所述摻入一種或多種稀土元素包括將一種或多種待摻入的稀土元素分別注入或沉積(214)到在形成所述第一光學(xué)波導(dǎo)層之前形成的支持層(210)內(nèi)和/或上，其中所述支持層用于支持隨后形成的第一光學(xué)波導(dǎo)層。14.權(quán)利要求10所述的制造方法，其中(a.1)所述摻入一種或多種稀土元素包含在用于形成所述第一光學(xué)波導(dǎo)層的沉積流體(液體或氣體)中的一種或多種待摻入的稀土元素夾雜(221)。15.權(quán)利要求10所述的制造方法，其中(a.1)所述摻入一種或多種稀土元素包含，在形成所述第一光學(xué)波導(dǎo)層之后，將一種或多種待摻入的稀土元素注入或沉積(222)到所述第一光學(xué)波導(dǎo)層內(nèi)和/或上。16.權(quán)利要求10所述的制造方法，其中(b.1)所述定義各自的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)信號(hào)輸入裝置包括蝕刻或以其它方式圖形化(234)所述第一光學(xué)波導(dǎo)層。17.權(quán)利要求16所述的制造方法，其中(b.1a)所述蝕刻或以其它方式圖形化(234)所述第一光學(xué)波導(dǎo)層包括，形成能夠限制性地傳播光子信號(hào)穿過所述第一光學(xué)波導(dǎo)層的富稀土部分的一個(gè)或多個(gè)波導(dǎo)。18.一種將泵浦能量耦合(315、375、345)到平面的富稀土光學(xué)波導(dǎo)通道(320)的方法，其中所述通道限制性地沿分別具有通常沿第一線性方向(X)延伸的一個(gè)或多個(gè)傳播路徑(303)傳播一個(gè)或多個(gè)光子信號(hào)(341)，所述耦合方法包括(a)沿非平行的方向引導(dǎo)至少一個(gè)輻射泵浦束(415)，在所述通道的各個(gè)區(qū)域與所述一個(gè)或多個(gè)光子信號(hào)(341)的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)傳播路徑以非平行的方式交叉，所述通道充分地富稀土以對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)穿過的光子信號(hào)提供放大效果和波形修復(fù)效果中的至少一個(gè)。19.權(quán)利要求18所述的耦合方法，進(jìn)一步包含(b)反射(346、441、461)所述被引導(dǎo)的至少一個(gè)輻射泵浦束(415)，使得所述反射泵浦束在所述通道的各個(gè)區(qū)域與所述一個(gè)或多個(gè)光子信號(hào)(341)的所述一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)傳播路徑交叉多于一次，所述通道充分地富稀土以對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)穿過的光子信號(hào)提供放大效果和波形修復(fù)效果中的至少一個(gè)。20.權(quán)利要求19所述的耦合方法，其中所述反射賦予所述至少一個(gè)輻射泵浦束非平行的之字形路徑(416)。21.權(quán)利要求19所述的耦合方法，其中所述反射導(dǎo)致所述至少一個(gè)輻射泵浦束遵從三維螺旋狀路徑。22.將一種或多種稀土元素?fù)饺牖旧蠟槠矫娴墓鈱W(xué)波導(dǎo)通道(220)內(nèi)的方法，其中所述通道主要由諸如半導(dǎo)體的無機(jī)基體材料組成，所述方法包括(a)將接合劑(氧)引入到所述光學(xué)波導(dǎo)通道的基體材料(硅)內(nèi)，其中所述接合劑可以在所述基體材料的原子與至少一個(gè)所述一種或多種稀土元素之間形成接合絡(luò)合物。23.權(quán)利要求22所述的摻入方法，其中所述接合劑包括氧、氮、硫和氟中至少一種。24.權(quán)利要求22所述的摻入方法，其中所述接合劑作為包括至少一種所述摻入的一種或多種稀土元素的化合物(Er2O3)的一部分而被引入。25.權(quán)利要求22所述的摻入方法，進(jìn)一步包括(b)由非晶層俘獲所述一種或多種稀土元素中至少一種。26.權(quán)利要求25所述的摻入方法，其中所述非晶層選自由非晶硅、非晶氧化硅、非晶氮化硅和非晶氮氧化硅組成的組。27.權(quán)利要求22所述的摻入方法，其中(a.1)所述被引入的接合劑和相應(yīng)的一種或多種摻入的稀土元素在引導(dǎo)光波(250)的預(yù)計(jì)的芯強(qiáng)度水平(252)處具有相對(duì)升高的濃度(225)。全文摘要公開了一種集成器件，其包含基板和與該基板集成的稀土摻雜半導(dǎo)體層(REDS層)。該REDS層被圖形化以定義一個(gè)或多個(gè)光學(xué)放大結(jié)構(gòu)，各個(gè)光學(xué)放大結(jié)構(gòu)具有用于接收或輸出第一光學(xué)信號(hào)的第一I/O端口，并具有用于接收形式為電泵浦能量和/或光泵浦能量中至少一種的泵浦能量的至少一個(gè)泵浦能量接收端口。在具體一組實(shí)施方案中，至少一個(gè)光放大結(jié)構(gòu)為拉曼型放大器，其中相應(yīng)的泵浦能量接收端口被構(gòu)造成用于接收拉曼型泵浦能量，該拉曼型泵浦能量的有效頻率比在相應(yīng)I/O端口供給的光學(xué)信號(hào)的信號(hào)頻率高約一個(gè)光學(xué)聲子頻率。還公開了制造REDS層的方法，包括在絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu)中提供這種層，以及用于增大摻入稀土原子的有效的長(zhǎng)時(shí)間濃度的方法。此外，公開了非平行泵浦技術(shù)。文檔編號(hào)H01S3/063GK1985418SQ200580008191公開日2007年6月20日申請(qǐng)日期2005年2月11日優(yōu)先權(quán)日2004年2月13日發(fā)明者湯寅生申請(qǐng)人:湯寅生