JP2000244074A - Traveling-wave semiconductor optical amplifier - Google Patents

Traveling-wave semiconductor optical amplifier

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JP2000244074A
JP2000244074A JP4085399A JP4085399A JP2000244074A JP 2000244074 A JP2000244074 A JP 2000244074A JP 4085399 A JP4085399 A JP 4085399A JP 4085399 A JP4085399 A JP 4085399A JP 2000244074 A JP2000244074 A JP 2000244074A
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JP
Japan
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active layer
layer
light
strained
bulk active
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Takeshi Morito
健 森戸
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Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To widen a range wherein variation in light-confinement coefficient ratio ΓTE/ΓTM between polarized waves to that in the width of active layer is gentle while a basic mode condition is maintained, in a traveling-wave semiconductor light amplifier. SOLUTION: In a traveling-wave semiconductor light amplifier, a strained bulk active layer 1 comprising bulk crystal into which tensile stress is introduced is provided, optical resonance due to reflection at a gap between a light-incident end surface and a light-emitting end surface is suppressed, signal light having the wave length almost equal to that of a band gap of the strained bulk active layer 1 is made incident from the light-incident end surface, current is injected into the strained bulk active layer 1 to amplify the signal light by induced emission effect, and the amplified signal light is emitted from the light-emitting end surface. In this amplifier, two surfaces vertical to the layer-thickness direction of the strained bulk active layer 1 are sandwiched between single clad layers 2 and 3 respectively.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は進行波型半導体光増
幅装置に関するものであり、特に、偏波間利得差を低減
して偏波無依存化した波長多重(WDM:Wavele
ngth Division Multiplexin
g)通信方式に用いる進行波型半導体光増幅装置に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a traveling-wave type semiconductor optical amplifier, and more particularly, to a wavelength-division multiplexing (WDM) in which the gain difference between polarizations is reduced to make it polarization independent.
Nthth Division Multiplexin
g) The present invention relates to a traveling wave type semiconductor optical amplifier used for a communication system.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、通信需要の飛躍的な増大に対して
波長の異なる複数の信号光を多重化して一本の光ファイ
バで同時に伝送させる波長多重通信システムの開発が進
んでいる。この波長多重通信システムにおいては、合
波、分波のために数多くの光部品が使用されるため、各
光部品の損失によって光信号が減衰することになる。
2. Description of the Related Art In recent years, a wavelength division multiplexing communication system has been developed in which a plurality of signal lights having different wavelengths are multiplexed and transmitted simultaneously through one optical fiber in response to a dramatic increase in communication demand. In this wavelength division multiplexing communication system, since many optical components are used for multiplexing and demultiplexing, an optical signal is attenuated due to loss of each optical component.

【0003】この様な減衰を補償するために光増幅器が
使用されるが、従来の光ファイバシステムの場合と比較
して非常に数多くの光増幅器が必要とされるために、光
増幅器は小型で低消費電力動作が可能であることが要求
される。
[0003] Optical amplifiers are used to compensate for such attenuation. However, since an extremely large number of optical amplifiers are required as compared with the conventional optical fiber system, the optical amplifiers are small in size. It is required that low power consumption operation be possible.

【0004】この様な損失補償用光増幅器としては、小
型で低消費電力動作が可能な進行波型半導体光増幅器が
期待されているが、この様にインラインで使用される光
増幅器には利得の偏波依存性が小さいことが要求される
ので、以下において、半導体光増幅器(SOA:Sem
iconductor Optical Amplif
ier)における利得の偏波依存性を説明する。
As such a loss compensating optical amplifier, a traveling-wave semiconductor optical amplifier which is small in size and capable of operating with low power consumption is expected. However, such an optical amplifier used in-line has a low gain. Since the polarization dependence is required to be small, a semiconductor optical amplifier (SOA: Sem:
iconic Optical Amplif
The polarization dependence of the gain in (ier) will be described.

【0005】TE偏光とTM偏光に対する半導体光増幅
の単一透過内部利得(以下、単に内部利得の表記する)
i TE,TM (dB)は、TE偏光とTM偏光に対する光
閉じ込め係数ΓTE,TM 、TE偏光及びTM偏光に対する
材料利得gTE,TM 、及び、活性領域長Lを用いて、下記
の式(1)で表される。 Gi TE,TM (dB)=10log10{exp(ΓTE,TM ・gTE,TM ・L)} ・・・(1)
[0005] Single transmission internal gain of semiconductor optical amplification for TE polarized light and TM polarized light (hereinafter simply referred to as internal gain)
G i TE, TM (dB) is, TE light confinement coefficient gamma TE for polarized light and TM polarized light, TM, material gain for TE and TM polarizations g TE, TM and, by using the active region length L, the following formula It is represented by (1). G i TE, TM (dB) = 10log 10 {exp (Γ TE, TM · g TE, TM · L)} ··· (1)

【0006】これより、偏波間利得差ΔGi TE-TM (d
B)は、下記の式(2)として導出される。 ΔGi TE-TM (dB)=Gi TE(dB)−Gi TM(dB) =Gi TE(dB){1−Gi TM(dB)/Gi TE(dB)} =Gi TE(dB){1−(gTM/gTE)/(ΓTE/ΓTM)} ・・・(2)
Accordingly, the gain difference between polarizations ΔG i TE-TM (d
B) is derived as the following equation (2). ΔG i TE-TM (dB) = G i TE (dB) −G i TM (dB) = G i TE (dB) {1−G i TM (dB) / G i TE (dB)} = G i TE (DB) {1- (g TM / g TE ) / (Γ TE / Γ TM )} (2)

【0007】この偏波間利得差ΔGi TE-TM (dB)を
ある許容値a(dB)以下に抑えるためには、上記の式
(2)から、 ABS(ΔGi TE-TM (dB))≦a(dB) したがって、 1−a(dB)/Gi TE(dB)≦(gTM/gTE)/(ΓTE/ΓTM)≦1+a (dB)/Gi TE(dB) ・・・(3) の条件を満たすように、偏波間の材料利得比gTM/gTE
と、偏波間の光閉じ込め係数比ΓTE/ΓTMを制御する必
要があることが理解される。なお、本願明細書において
は、明細書作成の都合上、xの絶対値をABS(x)と
表すものであり、したがって、ABS(ΔG
i TE-TM (dB))はΔGi TE -TM (dB)の絶対値を
表す(以下、同じ)。
In order to suppress the inter-polarization gain difference ΔG i TE-TM (dB) to a certain allowable value a (dB) or less, from the above equation (2), ABS (ΔG i TE-TM (dB)) ≦ a (dB) Therefore, 1−a (dB) / G i TE (dB) ≦ (g TM / g TE ) / (Γ TE / Γ TM ) ≦ 1 + a (dB) / G i TE (dB) • The material gain ratio between polarizations g TM / g TE so as to satisfy the condition (3)
It is understood that the optical confinement coefficient ratio Γ TE / Γ TM between the polarizations needs to be controlled. In the specification of the present application, the absolute value of x is expressed as ABS (x) for convenience of preparing the specification, and therefore, ABS (ΔG
i TE-TM (dB)) represents the absolute value of ΔG i TE -TM (dB) (the same applies hereinafter).

【0008】この式(3)を考察すると、偏波間利得差
ΔGi TE-TM (dB)の許容値a(dB)が同じでも、
必要な内部利得Gi TE(dB)が大きくなるほど、a
(dB)/Gi TE(dB)は小さくなるので、(gTM
TE)/(ΓTE/ΓTM)を1に一層近づけるように厳し
い制御が要求されることになる。
Considering this equation (3), even if the allowable value a (dB) of the gain difference ΔG i TE-TM (dB) between polarizations is the same,
As the required internal gain G i TE (dB) increases, a
Since (dB) / G i TE (dB) becomes smaller, (g TM /
Strict control is required to make g TE ) / (Γ TE / Γ TM ) closer to 1.

【0009】また、半導体光増幅器における利得を完全
に偏波無依存化するためには、即ち、ΔGi TE-TM (d
B)=0にするためには、上記の式(2)から、 (gTM/gTE)/(ΓTE/ΓTM)=1 したがって、 (gTM/gTE)=(ΓTE/ΓTM) ・・・(4) とする必要があることが理解される。
Further, in order to make the gain in the semiconductor optical amplifier completely polarization-independent, ie, ΔG i TE-TM (d
In order to make B) = 0, from the above equation (2), (g TM / g TE ) / (Γ TE / Γ TM ) = 1 Therefore, (g TM / g TE ) = (Γ TE / Γ TM ) (4)

【0010】次に、半導体光増幅器の活性層の材料利得
TM,TE が等方的か非等方的かを基準にして、利得を偏
波無依存化するための種々のアプローチを考察する。 まず、活性層の材料利得が等方的な場合を考察する
と、活性層に無歪バルクを用いると材料利得は等方的
に、即ち、gTE=gTMになる。この場合、半導体光増幅
器の利得を偏波無依存化するためには、上記の式(4)
に基づいて、TE偏光及びTM偏光に対する光り閉じ込
め係数が等しくなるように、即ち、ΓTE=ΓTMになるよ
うに光導波路を設計すれば良い。例えば、光通信用半導
体レーザとして実績のある埋込(BH)型の光導波路構
造の場合には、活性層の断面形状を矩形形状にすること
で偏波間の光閉じ込め係数ΓTE,ΓTMを等しくすること
ができる。
Next, various approaches for making the gain polarization independent on the basis of whether the material gain g TM, TE of the active layer of the semiconductor optical amplifier is isotropic or anisotropic will be considered. . First, considering the case where the material gain of the active layer is isotropic, the material gain is isotropic, that is, g TE = g TM when a non-strained bulk is used for the active layer. In this case, in order to make the gain of the semiconductor optical amplifier polarization independent, the above equation (4) is used.
Based on the above, the optical waveguide may be designed so that the optical confinement coefficients for TE polarized light and TM polarized light are equal, that is, Γ TE = Γ TM . For example, in the case of a buried (BH) type optical waveguide structure that has been proven as a semiconductor laser for optical communication, the cross-sectional shape of the active layer is made rectangular so that the optical confinement coefficients Γ TE and Γ TM between polarizations can be increased. Can be equal.

【0011】次に、活性層の材料利得gTM,TE が非等
方的な場合を考察すると、活性層に歪を導入すると、材
料利得を非等方的に、即ち、gTE≠gTMにすることがで
きる。仮に、導入した歪の効果でTM偏光に対する材料
利得がTE偏光に対する材料利得のk倍、即ち、gTM
TE=kになったと想定すると、TE偏光に対する光閉
じ込め係数をTM偏光に対する光閉じ込め係数のk倍に
した時、即ち、ΓTE/ΓTM=kにした時に、半導体光増
幅器の利得は偏波無依存となる。
Next, considering the case where the material gain g TM, TE of the active layer is anisotropic, when strain is introduced into the active layer, the material gain is anisotropic, that is, g TE ≠ g TM Can be Assuming that the material gain for the TM polarized light is k times the material gain for the TE polarized light, that is, g TM /
Assuming that g TE = k, when the optical confinement coefficient for TE polarized light is k times the optical confinement coefficient for TM polarized light, that is, when Γ TE / Γ TM = k, the gain of the semiconductor optical amplifier becomes polarized. Wave-independent.

【0012】したがって、上述のBH型の光導波路構造
の場合に、光通信用半導体レーザにおいて典型的な偏平
な活性層断面形状であっても、両偏波間の光閉じ込め係
数比ΓTE/ΓTMを補償するように活性層に歪を導入して
偏波間の材料利得比gTM/g TEを制御すれば、利得を偏
波無依存にすることができる。
Therefore, the above-described BH type optical waveguide structure
In the case of semiconductor lasers for optical communications
Optical confinement between both polarizations
Number ratioΓTE/ ΓTMIntroduce strain into the active layer to compensate for
Material gain ratio g between polarizationsTM/ G TEControl the gain
Wave-independent.

【0013】この様な偏波無依存化のための上記の及
びの2つのアプローチ対する具体的な実現方法がいく
つか提案されているので、ここで、夫々の提案について
結晶成長と作製プロセスの容易性を検討して下記の表1
としてまとめた。
Several specific methods for realizing such polarization-independent methods have been proposed in response to the above two approaches. Here, each of the proposals will facilitate crystal growth and fabrication processes. Table 1 below considering the nature
As a summary.

【表1】 なお、この表1において、初めの2つは矩型無歪バルク
活性層、3番目は歪活性層、及び、残りの4つは歪MQ
W(多重量子井戸)活性層を用いたものである。
[Table 1] In Table 1, the first two are rectangular non-strained bulk active layers, the third is a strained active layer, and the remaining four are strained MQs.
It uses a W (multiple quantum well) active layer.

【0014】この内、矩型無歪バルク活性層は無歪のバ
ルク結晶であるので結晶成長に関しては最も容易であ
り、制御パラメータは活性層の組成と層厚の2つであ
る。しかし、基本モード導波条件を維持するためには、
0.5μm程度の活性層幅を0.1μm以下の単位で高
精度に加工する技術が要求されるので、製作プロセスに
関しては極めて難しくなる{例えば、B.Mersal
i et.al,Electron.Lett.,vo
l.26,pp.124−125,1990(CNET
〔1〕)、S.Tsuji et.al,Electr
on.Lett.,vol.27,pp.941−94
3,1991(Hitachi〔2〕)、P.Dous
siere et.al,OAA’91,pp.69−
72(Alcatel〔3〕)、及び、T.Ito e
t.al,OECC’97,PDP,pp.2−3(N
TT〔4〕)参照}。
Among them, the rectangular strain-free bulk active layer is the bulk crystal having no strain, so that crystal growth is the easiest, and the control parameters are the composition and thickness of the active layer. However, to maintain the fundamental mode waveguide condition,
Since a technique for processing an active layer width of about 0.5 μm in units of 0.1 μm or less with high precision is required, the manufacturing process becomes extremely difficult. Mersal
i et. al, Electron. Lett. , Vo
l. 26, pp. 124-125, 1990 (CNET
[1]), S.P. Tsuji et. al, Electr
on. Lett. , Vol. 27, pp. 941-94
3, 1991 (Hitachi [2]); Dous
sieret et. al, OAA'91, pp. 69-
72 (Alcatel [3]); Itoe
t. al, OECC'97, PDP, pp. 2-3 (N
TT [4])).

【0015】なお、矩型無歪バルク活性層の場合にも、
SiO2 マスク等を選択成長マスクとして選択成長させ
る場合には、結晶成長に関する制御パラメータは活性層
の組成と層厚の2つ以外に加わる可能性がある他、結晶
成長が若干困難になる{例えば、S.Kitamura
et.al,IEEE Photon.Techno
l.Lett.,vol.6,pp.173−175,
1994(NEC〔5〕)参照}。
[0015] In the case of a rectangular non-strained bulk active layer,
When a selective growth is performed using a SiO 2 mask or the like as a selective growth mask, the control parameters relating to crystal growth may be added to a factor other than the composition and thickness of the active layer, and crystal growth may be slightly difficult. , S.P. Kitamura
et. al, IEEE Photon. Techno
l. Lett. , Vol. 6, pp. 173-175,
1994 (NEC [5]).

【0016】一方、歪MQW活性層を用いた場合には、
光導波路の設計自由度が高く、光通信用半導体レーザに
おいて典型的な活性層幅である1.5μm程度でも可能
であるので製作プロセスは容易になるが、結晶成長自体
は難しくなる。
On the other hand, when a strained MQW active layer is used,
The optical waveguide has a high degree of freedom in design, and can be formed even with a typical active layer width of about 1.5 μm in a semiconductor laser for optical communication. Therefore, the manufacturing process becomes easy, but the crystal growth itself becomes difficult.

【0017】即ち、歪MQW活性層を成長させる場合に
は、まず、井戸層(ウエル層)、障壁層(バリア層)、
及び、光閉じ込め層(SCH層)の各々について組成と
層厚を制御しなければならず、結晶成長のための制御パ
ラメータが6つに増える{例えば、M.Joma e
t.al,Appl.Phys.Lett.vol.6
2,pp.121−122,1993(OKI
〔7〕)、T.Ito et.al,IEEE Pho
ton.Technol.Lett.,vol.10,
pp.657−659,1998(NTT〔8〕)、
K.Magari et.al,IEEE Photo
n.Technol.Lett.,vol.2,pp.
556−558,1991(NTT
That is, when growing a strained MQW active layer, first, a well layer (well layer), a barrier layer (barrier layer),
In addition, the composition and layer thickness of each optical confinement layer (SCH layer) must be controlled, and the number of control parameters for crystal growth increases to six. Joma e
t. al, Appl. Phys. Lett. vol. 6
2, pp. 121-122, 1993 (OKI
[7]); Ito et. al, IEEE Pho
ton. Technol. Lett. , Vol. 10,
pp. 657-659, 1998 (NTT [8]),
K. Magari et. al, IEEE Photo
n. Technol. Lett. , Vol. 2, pp.
556-558, 1991 (NTT

〔9〕)、A.E.
Kelly et.al,Electron.Let
t.,vol.32,pp.1835−1836,19
96(BT〔10〕)、及び、A.Godefroy
et.al,IEEE Photon.Techno
l.Lett.,vol.7,pp.473−475,
1995(CNET〔14〕)参照}。
[9]), A.I. E. FIG.
Kelly et. al, Electron. Let
t. , Vol. 32, pp. 1835-1836, 19
96 (BT [10]); Godefroy
et. al, IEEE Photon. Techno
l. Lett. , Vol. 7, pp. 473-475,
1995 (CNET [14]).

【0018】特に、MQW活性層を用い、圧縮・引張歪
を組み合わせる場合には、成長パラメータは8つに増え
る{例えば、A.Mathur et.al,App
l.Phys.Lett.vol.61,pp.284
5−2847,1992(USC〔11〕)、S.Du
bovitsky et.al,IEEE Photo
n.Technol.Lett.,vol.6,pp.
176−178,1994(同じく、USC〔1
1〕)、L.F.Tiemeijer et.al,E
COC’92,pp.911−914(Philips
〔12〕)、L.F.Tiemeijer et.a
l,Appl.Phys.Lett.vol.62,p
p.826−828,1993(同じく、Philip
s〔12〕)、及び、M.A.Newkirk et.
al,IEEE Photon.Technol.Le
tt.,vol.4,pp.406−408,1993
(ATT〔13〕)参照}。
In particular, when the MQW active layer is used and the compression / tensile strain is combined, the growth parameter increases to eight. Mathur et. al, App
l. Phys. Lett. vol. 61 pp. 284
5-2847, 1992 (USC [11]); Du
bovitsky et. al, IEEE Photo
n. Technol. Lett. , Vol. 6, pp.
176-178, 1994 (also USC [1
1]); F. Tiemeier et. al, E
COC '92, pp. 911-914 (Philips
[12]); F. Tiemeier et. a
1, Appl. Phys. Lett. vol. 62, p
p. 826-828, 1993 (also Philip
s [12]) and M.S. A. Newkirk et.
al, IEEE Photon. Technol. Le
tt. , Vol. 4, pp. 406-408, 1993
(ATT [13])}.

【0019】また、遷移波長は量子効果により井戸層、
障壁層の層厚、組成に対して敏感に変化するので、例え
ば、井戸層の層厚はサブnm単位での制御が必要とな
り、さらに、結晶に歪を導入すると結晶成長自体が困難
になる。
The transition wavelength is determined by the quantum effect due to the well layer,
Since the thickness and composition of the barrier layer change sensitively, for example, the thickness of the well layer needs to be controlled in sub-nm units. Further, if strain is introduced into the crystal, the crystal growth itself becomes difficult.

【0020】これらに対して、歪バルク活性層を用いる
場合には、活性層幅が1.0μm程度であるので、矩型
無歪バルク活性層に比べて作製プロセスはずっと容易に
なり、この場合の結晶成長に関する制御パラメータ数
は、活性層、光閉じ込め層の各々についての組成と層厚
の4つになる{例えば、J.Y.Emery et.a
l,ECOC’96,vol.3,pp.165−16
8(Alcatel〔6〕)、及び、J.Y.Emer
y et.al,Electron.Lett.,vo
l.33,No.12,pp.1083−1084,1
997(同じく、Alcatel〔6〕)参照}。
On the other hand, when a strained bulk active layer is used, the width of the active layer is about 1.0 μm, so that the fabrication process is much easier than that of a rectangular unstrained bulk active layer. There are four control parameters for the crystal growth of the active layer and the optical confinement layer, that is, the composition and the layer thickness. Y. Emery et. a
1, ECOC'96, vol. 3, pp. 165-16
8 (Alcatel [6]) and Y. Emer
y et. al, Electron. Lett. , Vo
l. 33, no. 12, pp. 1083-10884, 1
997 (also Alcatel [6])}.

【0021】この歪バルク活性層の場合には、量子効果
を用いていないので、層厚の制御は歪MQW活性層の場
合ほど厳しくなく、また、結晶に歪を導入するものの、
歪量は歪MQW活性層の場合より小さくても良いもので
ある。したがって、以上を総合的に判断すると、歪バル
ク活性層は最も製作し易い構造であると考えられる。
In the case of the strained bulk active layer, since the quantum effect is not used, the control of the layer thickness is not as strict as in the case of the strained MQW active layer, and although the strain is introduced into the crystal,
The amount of strain may be smaller than that of the strained MQW active layer. Therefore, judging comprehensively from the above, it is considered that the strained bulk active layer has the structure that is most easily manufactured.

【0022】ここで、図9を参照して、このAlcat
el(アルカテール)による歪バルク活性層を用いたB
H構造の進行波型半導体光増幅器を説明する。 図9参照 図9は、進行波型半導体光増幅器の概略的斜視図であ
り、前半分においては活性層の状態を表す様に、p型I
nP埋込層37、n型InP電流ブロック層38、p型
InPクラッド層36,39、p型InGaAsコンタ
クト層40、SiO2 膜41、及び、p側電極42の図
示を省略している。
Here, referring to FIG. 9, this Alcat
B using strained bulk active layer by el (Alcatorre)
The H-wave traveling-wave semiconductor optical amplifier will be described. FIG. 9 is a schematic perspective view of a traveling-wave type semiconductor optical amplifier. In the first half, the p-type I
The illustration of the nP buried layer 37, the n-type InP current blocking layer 38, the p-type InP cladding layers 36 and 39, the p-type InGaAs contact layer 40, the SiO 2 film 41, and the p-side electrode 42 is omitted.

【0023】この進行波型半導体光増幅器においては、
厚さ200nmのInGaAsP歪バルク活性層34の
上下に厚さ100nmのInGaAsP光閉じ込め(S
CH:Separate Confinement H
eterostructure)層33,35を設けた
構造になっている。なお、ストライプ状のInGaAs
P歪バルク活性層34の光軸は光入出力端面と7°の傾
き角で交わっている。
In this traveling wave type semiconductor optical amplifier,
Optical confinement of the 100 nm thick InGaAsP layer above and below the 200 nm thick InGaAsP strained bulk active layer 34 (S
CH: Separate Confinement H
(Electrostructure) layers 33 and 35 are provided. In addition, stripe-shaped InGaAs
The optical axis of the P-strain bulk active layer 34 intersects the light input / output end face at an inclination angle of 7 °.

【0024】この様にすることによって、TE偏光とT
M偏光間の光閉じ込め係数比を小さくすることができ、
歪バルク活性層のストライプ幅が1.0μmの場合に
は、0.16%の引張歪を導入するだけで偏波間利得差
が低減されるので、一方の端面から入射した信号入力光
46は偏波に依存することなく増幅されて増幅出力光4
7として出力される。なお、両方の端面には誘電体多層
膜からなる無反射コート膜(AR膜)44,45が設け
られているので、信号入力光46の共振は抑制される。
By doing so, the TE polarization and T
It is possible to reduce the light confinement coefficient ratio between M polarized lights,
When the stripe width of the strained bulk active layer is 1.0 μm, the gain difference between polarizations is reduced only by introducing a tensile strain of 0.16%, so that the signal input light 46 incident from one end face is polarized. Amplified output light 4 that is amplified without relying on waves
7 is output. In addition, since antireflection coating films (AR films) 44 and 45 made of a dielectric multilayer film are provided on both end surfaces, resonance of the signal input light 46 is suppressed.

【0025】[0025]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この進行波型
半導体光増幅器の様に、厚い歪バルク活性層を光閉じ込
め層で挟んだSCH構造の場合には、活性層幅Wa が広
くなると高次モードが立ち易くなるという問題がある。
[0008] However, as the traveling-wave semiconductor optical amplifier, when the sandwiched SCH structure thick strained bulk active layer in the optical confinement layer is high when the active layer width W a is wider There is a problem that the next mode becomes easy to start.

【0026】例えば、有限要素法を用いたセミベクトル
解析によれば、1.55nm波長組成で200nmの層
厚の歪バルク活性層を1.18nm波長組成で100n
mの層厚の光閉じ込め層で挟んだAlcatelの場合
に、基本モードのみの導波とするには歪バルク活性層の
幅Wa を0.9μm以下にしなければならないことを示
している。
For example, according to the semi-vector analysis using the finite element method, a strained bulk active layer having a thickness of 200 nm and a composition of 1.55 nm has a thickness of 100 nm with a composition of 1.18 nm.
When the sandwiched Alcatel a light confinement layer in the layer thickness of m, to the waveguide of only the fundamental mode indicates that it must width W a of the strained bulk active layer below 0.9 .mu.m.

【0027】さらに、同解析によると、歪バルク活性層
の幅Wa が0.9μm以下にした場合、偏波間の光閉じ
込め係数比ΓTE/ΓTM及び偏波間利得差ΔGTM-TE が大
きく変化し、ある歪量で偏波間利得差比ΔGi TE-TM
一定値範囲に抑えるためには、歪バルク活性層の幅Wa
をある範囲に制御しなければならないので、この事情を
図10を参照して説明する。
Furthermore, According to the analysis, when the width W a of the strained bulk active layer is below 0.9 .mu.m, the light confinement coefficient ratio gamma TE / gamma TM and polarization dependent gain difference .DELTA.G TM-TE polarized waves is large changes, in order to suppress the polarization dependent gain difference ratio ΔG i TE-TM constant value range in a certain amount of distortion, the width W a of the strained bulk active layer
Must be controlled within a certain range, and this situation will be described with reference to FIG.

【0028】図10(a)参照 図10(a)は、偏波間の光閉じ込め係数比ΓTE/ΓTM
の活性層幅依存性を示す図であり、活性層幅Wa が0.
9μm以下に狭くなるにしたがって偏波間の光閉じ込め
係数比ΓTE/ΓTMが急激に低下し、活性層幅Wa が約
0.3μmにおいてΓTE=ΓTMとなる。
FIG. 10 (a) shows the optical confinement coefficient ratio 偏TE / Γ TM between the polarized waves.
It is a diagram showing the active layer width dependency, the active layer width W a is 0.
9μm drops according rapidly optical confinement factor ratio gamma TE / gamma TM polarizations narrows below the active layer width W a is gamma TE = gamma TM at about 0.3 [mu] m.

【0029】図10(b)参照 図10(b)は、内部利得が25dBとなる電流値にお
ける偏波間利得差ΔG i TE-TM の活性層幅依存性を示す
図であり、製作プロセスが相対的に容易な活性層幅Wa
が大きな側において、偏波間利得差ΔGi TE-TM をある
許容値、例えば、ABS(a(dB))≦0.5dBと
するためには、図から明らかなように、活性層幅W
a 0.8μm±0.1μmの範囲に制御する必要があ
る。したがって、歪バルク活性層を用いても従来の構造
のままではかなりの高精度の加工技術が要求されること
になる。
Referring to FIG. 10B, FIG. 10B shows the relationship between the current value at which the internal gain becomes 25 dB.
Difference ΔG between polarizations i TE-TMShows active layer width dependence
FIG. 14 is a diagram showing an active layer width W in which the manufacturing process is relatively easy.a
Is larger, the gain difference between polarizations ΔGi TE-TMIs
Allowable value, for example, ABS (a (dB)) ≦ 0.5 dB
To do this, as is apparent from the figure, the active layer width W
aIt is necessary to control within the range of 0.8μm ± 0.1μm.
You. Therefore, even if a strained bulk active layer is used,
If it is left as it is, quite high precision processing technology is required
become.

【0030】したがって、本発明は、基本モード導波条
件を維持しながら、活性層幅の変化に対する偏波間の光
閉じ込め係数比ΓTE/ΓTMの変化の穏やかな範囲を広く
することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to widen a gentle range of a change in the optical confinement coefficient ratio Γ TE / Γ TM between polarizations with respect to a change in the active layer width while maintaining the fundamental mode waveguide condition. I do.

【0031】[0031]

【課題を解決するための手段】ここで、この図1を参照
して本発明における課題を解決するための手段を説明す
る。なお、図1(a)は上面図であり、また、図1
(b)は光軸方向に沿った概略的断面図である。 図1参照 (1)本発明は、引張歪を導入したバルク結晶からなる
歪バルク活性層1を有し、光入射端面5と光出射端面6
との間における反射による光の共振を抑制し、歪バルク
活性層1のバンド・ギャップ波長とほぼ等しい波長の信
号光7を光入射端面5から入射し、歪バルク活性層1に
電流注入して誘導放出効果により信号光7を増幅し、光
出射端面6から増幅した信号光8を出射する進行波型半
導体光増幅装置において、歪バルク活性層1の層厚方向
に垂直な二つの面がそれぞれ単一のクラッド層2,3で
挟まれていることを特徴とする。
Here, means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a top view, and FIG.
(B) is a schematic sectional view along the optical axis direction. See FIG. 1. (1) The present invention has a strained bulk active layer 1 made of a bulk crystal in which a tensile strain is introduced, and has a light incident end face 5 and a light output end face 6.
The signal light 7 having a wavelength substantially equal to the band gap wavelength of the distorted bulk active layer 1 is incident from the light incident end face 5, and current is injected into the distorted bulk active layer 1. In the traveling wave type semiconductor optical amplifier in which the signal light 7 is amplified by the stimulated emission effect and the amplified signal light 8 is emitted from the light emitting end face 6, two surfaces perpendicular to the thickness direction of the strained bulk active layer 1 are respectively formed. It is characterized by being sandwiched between single cladding layers 2 and 3.

【0032】この様に、歪バルク活性層1に光閉じ込め
層、即ち、SCH層を設けることなく、直接クラッド層
と接するようにすることによって、高次モードが立ちに
くくなり、その結果、基本モード導波条件を維持しなが
ら活性層幅Wa の変化に対する偏波間の光閉じ込め係数
比ΓTE/ΓTMの変化の穏やかな範囲を広くすることがで
き、それによって、偏波間利得差ΔGi TE-TM をある許
容値a(dB)以下にするための活性層幅Wa の範囲を
広くすることができ、製作プロセス条件を緩和すること
ができる。なお、本願明細書において、「単一のクラッ
ド層2,3」とは、全体構成においてクラッド層として
作用するp側クラッド層全体及びn側クラッド層全体
が、それぞれ単一工程で堆積された単一層を意味するこ
とは勿論のこと、堆積工程が多段工程であっても、母体
材料が同一の場合には工程的に複数の層から構成されて
も単一のクラッド層2,3とするものである。
As described above, the optical confinement layer, that is, the SCH layer is not provided on the strained bulk active layer 1 so that the strained bulk active layer 1 comes into direct contact with the clad layer, so that a higher-order mode is hardly generated. It is possible to widen a gentle range of the change of the optical confinement coefficient ratio Γ TE / Γ TM between the polarizations with respect to the change of the active layer width W a while maintaining the waveguide condition, whereby the inter-polarization gain difference ΔG i TE it is possible to widen the range of the active layer width W a to below the allowable value a (dB) in the -TM, can be relaxed fabrication process conditions. In the specification of the present application, the “single cladding layers 2 and 3” refer to a single cladding layer in which the entire p-side cladding layer and the entire n-side cladding layer acting as cladding layers in the entire configuration are deposited in a single step. It means a single clad layer 2 or 3, even if it is composed of a plurality of layers in the case where the base material is the same, even if the deposition process is a multi-step process, as a matter of course. It is.

【0033】例えば、有限要素法を用いたセミベクトル
解析によれば、1.55nm波長組成で200nmの層
厚のInGaAsPからなる歪バルク活性層1をInP
クラッド層で直接挟んだ場合に、基本モードのみの導波
とするには歪バルク活性層1の幅が1.2μm以下で良
いことを示しており、この場合の偏波間の光閉じ込め係
数比ΓTE/ΓTMがほぼ一定の領域が拡がる。
For example, according to the semi-vector analysis using the finite element method, the strained bulk active layer 1 made of InGaAsP having a wavelength composition of 1.55 nm and a thickness of 200 nm is formed by InP.
This shows that the width of the strained bulk active layer 1 may be 1.2 μm or less in order to make only the fundamental mode waveguide when directly sandwiched by the cladding layers. In this case, the light confinement coefficient ratio between the polarizations 波TE / Γ TM region having an almost constant spreads.

【0034】因に、内部利得が25dBとなる電流値に
おける偏波間利得差ΔGi TE-TM を0.5dB以下とす
るためには、活性層幅Wa 0.8μm±0.4μmの範
囲に制御すれば良く、活性層幅Wa の許容度が従来の4
倍になる。
In order to make the gain between polarizations ΔG i TE-TM at 0.5 dB or less at a current value at which the internal gain is 25 dB, the active layer width W a must be within a range of 0.8 μm ± 0.4 μm. may be controlled, tolerance of the active layer width W a is a conventional 4
Double.

【0035】(2)また、本発明は、上記(1)におい
て、歪バルク活性層1の層厚が175〜250nmであ
り、且つ、導入した歪量が−0.13〜−0.23%で
あることを特徴とする。
(2) Further, according to the present invention, in the above (1), the layer thickness of the strained bulk active layer 1 is 175 to 250 nm, and the introduced strain amount is -0.13 to -0.23%. It is characterized by being.

【0036】この様に、歪バルク活性層1の層厚が17
5〜250nmであり、且つ、導入した歪量が−0.1
3〜−0.23%である場合、SCH層を設けないこと
による効果が顕著になるので、図2乃至図6を参照し
て、歪バルク活性層1の層厚d a を100nm〜300
nmの範囲で変えた場合の偏波間の光閉じ込め係数比Γ
TE/ΓTMの活性層幅依存性、及び、偏波間利得差ΔGi
TE-TM の 活性層幅依存性を説明する。
As described above, the layer thickness of the strained bulk active layer 1 is 17
5 to 250 nm, and the introduced strain amount is -0.1
If 3 to -0.23%, do not provide SCH layer
2 to 6, since the effect of
And the layer thickness d of the strained bulk active layer 1 aFrom 100 nm to 300
Optical confinement coefficient ratio between polarizations when changed in the range of nm
TE/ ΓTMOf active layer width and gain difference ΔG between polarizationsi
TE-TMOf the active layer width will be described.

【0037】図2(a)参照 図2(a)は、歪バルク活性層の層厚da が100nm
の場合の偏波間の光閉じ込め係数比ΓTE/ΓTMの活性層
幅依存性を示す図であり、SCH層を設けない場合、S
CH層を設けた場合に比べて偏波間の光閉じ込め係数比
ΓTE/ΓTMがほぼ一定の領域は拡がっているが、SCH
層を設けない場合にもかなり広い範囲でほぼ一定になっ
ている。
[0037] FIGS. 2 (a) see FIG. 2 (a), the layer thickness d a of the strained bulk active layer is 100nm
FIG. 9 is a diagram showing the dependence of the optical confinement coefficient ratio 偏TE / Γ TM between the polarizations on the active layer width in the case of FIG.
Although the region where the optical confinement coefficient ratio Γ TE / Γ TM between polarizations is almost constant is wider than that in the case where the CH layer is provided, the SCH
Even when no layer is provided, it is almost constant over a considerably wide range.

【0038】図2(b)参照 図2(b)は歪バルク活性層の層厚da が100nmの
場合の、内部利得が25dBとなる電流値における偏波
間利得差ΔGi TE-TM の活性層幅依存性を示す図であ
り、SCH層を設けない場合、SCH層を設けた場合に
比べて偏波間利得差ΔGi TE-TM を0.5dB以下とす
るための活性層幅Wa の範囲が若干拡がっているが、S
CH層を設けない場合にも1.0μm±0.4μmとい
うかなり広い範囲で0.5dB以下となっている。
[0038] FIG. 2 (b) when the layer thickness d a of the reference view. 2 (b) is strained bulk active layer is 100 nm, the activity of the polarization dependent gain difference ΔG i TE-TM at a current value that internal gain is 25dB is a diagram showing a layer width dependency, the case without the SCH layer, the active layer width W a to the less than 0.5dB polarization dependent gain difference ΔG i TE-TM as compared with the case of providing the SCH layer Although the range is slightly expanded, S
Even when the CH layer is not provided, the value is 0.5 dB or less in a considerably wide range of 1.0 μm ± 0.4 μm.

【0039】図3(a)参照 図3(a)は、歪バルク活性層の層厚da が150nm
の場合の偏波間の光閉じ込め係数比ΓTE/ΓTMの活性層
幅依存性を示す図であり、この場合も、SCH層を設け
ない場合、SCH層を設けた場合に比べて偏波間の光閉
じ込め係数比Γ TE/ΓTMがほぼ一定の領域は拡がってい
るが、SCH層を設けない場合にもかなり広い範囲でほ
ぼ一定となっている。
FIG. 3A shows the thickness d of the strained bulk active layer.aIs 150 nm
Optical confinement coefficient ratio between polarizations in the case of ΓTE/ ΓTMActive layer
FIG. 5 is a diagram showing width dependence, in which a SCH layer is also provided.
When there is no optical closing between the polarizations compared to the case where the SCH layer is provided
Constriction coefficient ratio Γ TE/ ΓTMBut the area that is almost constant is expanding
However, even when the SCH layer is not provided,
It is constant.

【0040】図3(b)参照 図3(b)は歪バルク活性層の層厚da が150nmの
場合の、内部利得が25dBとなる電流値における偏波
間利得差ΔGi TE-TM の活性層幅依存性を示す図であ
り、この場合も、SCH層を設けない場合、SCH層を
設けた場合に比べて偏波間利得差ΔGi TE-TM を0.5
dB以下とするための活性層幅Wa の範囲が若干拡がっ
ているが、SCH層を設けない場合にも1.0μm±
0.3μmというかなり広い範囲で0.5dB以下とな
っている。
[0040] see FIG. 3 (b) FIG. 3 (b) when the layer thickness d a of the strained bulk active layer is 150 nm, the polarization dependent gain difference ΔG i TE-TM activity at a current value that internal gain is 25dB FIG. 5 is a diagram showing the layer width dependency. In this case, too, when the SCH layer is not provided, the inter-polarization gain difference ΔG i TE-TM is 0.5
Although the scope of the active layer width W a to a dB or less has spread slightly, 1.0 .mu.m ± even if not provided SCH layer
It is 0.5 dB or less in a very wide range of 0.3 μm.

【0041】図4(a)参照 図4(a)は、歪バルク活性層の層厚da が200nm
の場合の偏波間の光閉じ込め係数比ΓTE/ΓTMの活性層
幅依存性を示す図であり、この場合には、SCH層を設
けない場合、SCH層を設けた場合に比べて偏波間の光
閉じ込め係数比ΓTE/ΓTMがほぼ一定の領域の拡がりが
顕著になり、SCH層を設けない場合には偏波間の光閉
じ込め係数比ΓTE/ΓTMがほぼ一定の領域がかなり狭く
なっている。
[0041] FIGS. 4 (a) see FIG. 4 (a), the layer thickness d a of the strained bulk active layer is 200nm
FIG. 4 is a diagram showing the dependence of the optical confinement coefficient ratio Γ TE / Γ TM between polarizations on the active layer width in the case of (1). In this case, when the SCH layer is not provided, the polarization the spread of light confinement coefficient ratio gamma TE / gamma TM region having an almost constant becomes remarkable, quite narrow region having an almost constant light confinement coefficient ratio gamma TE / gamma TM polarizations in the case without the SCH layer Has become.

【0042】図4(b)参照 図4(b)は歪バルク活性層の層厚da が200nmの
場合の、内部利得が25dBとなる電流値における偏波
間利得差ΔGi TE-TM の活性層幅依存性を示す図であ
り、この場合には、SCH層を設けない場合、SCH層
を設けた場合に比べて偏波間利得差ΔGi TE-TM を0.
5dB以下とするための活性層幅Wa の範囲が拡がって
いるが、SCH層を設けない場合には0.8μm±0.
1μmとかなり狭くなっている。
[0042] refer to FIG. 4 (b) FIG. 4 (b) when the layer thickness d a of the strained bulk active layer is 200 nm, the polarization dependent gain difference ΔG i TE-TM activity at a current value that internal gain is 25dB FIG. 6 is a diagram illustrating the layer width dependency. In this case, when the SCH layer is not provided, the gain difference between polarizations ΔG i TE-TM is set to 0.
Although the range of the active layer width W a to the 5dB below has spread, 0.8 [mu] m ± the case without the SCH layer 0.
It is as narrow as 1 μm.

【0043】図5(a)参照 図5(a)は、歪バルク活性層の層厚da が250nm
の場合の偏波間の光閉じ込め係数比ΓTE/ΓTMの活性層
幅依存性を示す図であり、この場合には、SCH層を設
けない場合、SCH層を設けた場合に比べて偏波間の光
閉じ込め係数比ΓTE/ΓTMがほぼ一定の領域の拡がりが
顕著になり、SCH層を設けない場合には偏波間の光閉
じ込め係数比ΓTE/ΓTMがほぼ一定の領域がかなり狭く
なっている。
[0043] FIGS. 5 (a) see FIG. 5 (a), the layer thickness d a of the strained bulk active layer is 250nm
FIG. 4 is a diagram showing the dependence of the optical confinement coefficient ratio Γ TE / Γ TM between polarizations on the active layer width in the case of (1). In this case, when the SCH layer is not provided, the polarization the spread of light confinement coefficient ratio gamma TE / gamma TM region having an almost constant becomes remarkable, quite narrow region having an almost constant light confinement coefficient ratio gamma TE / gamma TM polarizations in the case without the SCH layer Has become.

【0044】図5(b)参照 図5(b)は歪バルク活性層の層厚da が250nmの
場合の、内部利得が25dBとなる電流値における偏波
間利得差ΔGi TE-TM の活性層幅依存性を示す図であ
り、この場合には、SCH層を設けない場合、SCH層
を設けた場合に比べて偏波間利得差ΔGi TE-TM を0.
5dB以下とするための活性層幅Wa の範囲が若干拡が
っているが、その絶対値は0.7μm±0.2μmと狭
くなるので、SCH層を設けないことによる効果が得ら
れる上限となる。なお、SCH層を設けない場合には
0.7μm±0.1μmとかなり狭くなっている。
[0044] see FIG. 5 (b) FIG. 5 (b) when the layer thickness d a of the strained bulk active layer is 250 nm, the polarization dependent gain difference ΔG i TE-TM activity at a current value that internal gain is 25dB FIG. 6 is a diagram illustrating the layer width dependency. In this case, when the SCH layer is not provided, the gain difference between polarizations ΔG i TE-TM is set to 0.
Although the scope of the active layer width W a of the order to 5dB below has spread somewhat, since the absolute value is small as 0.7 [mu] m ± 0.2 [mu] m, the upper limit the effect of not providing the SCH layer is obtained . When the SCH layer is not provided, the width is considerably narrowed to 0.7 μm ± 0.1 μm.

【0045】図6(a)参照 図6(a)は、歪バルク活性層の層厚da が300nm
の場合の偏波間の光閉じ込め係数比ΓTE/ΓTMの活性層
幅依存性を示す図であり、この場合には、SCH層を設
けない場合、SCH層を設けた場合に比べて偏波間の光
閉じ込め係数比ΓTE/ΓTMがほぼ一定の領域の拡がてい
るが、その絶対的な拡がりは狭くなっている。
[0045] FIGS. 6 (a) see FIG. 6 (a), the layer thickness d a of the strained bulk active layer is 300nm
FIG. 4 is a diagram showing the dependence of the optical confinement coefficient ratio Γ TE / Γ TM between polarizations on the active layer width in the case of (1). In this case, when the SCH layer is not provided, the polarization Although the light confinement coefficient ratio Γ TE / Γ TM has an almost constant expansion, the absolute expansion is narrow.

【0046】図6(b)参照 図6(b)は歪バルク活性層の層厚da が300nmの
場合の、内部利得が25dBとなる電流値における偏波
間利得差ΔGi TE-TM の活性層幅依存性を示す図であ
り、この場合には、SCH層を設けない場合、SCH層
を設けた場合に比べて偏波間利得差ΔGi TE-TM を0.
5dB以下とするための活性層幅Wa の範囲が若干拡が
っているが、その絶対値は0.75μm±0.15μm
と狭く、SCH層を設けないことによる実用上の効果は
期待できなくなる。なお、SCH層を設けない場合には
0.7μm±0.1μmとかなり狭くなっている。
[0046] FIG. 6 (b) see FIG. 6 (b) when the layer thickness d a of the strained bulk active layer is 300 nm, the polarization dependent gain difference ΔG i TE-TM activity at a current value that internal gain is 25dB FIG. 6 is a diagram illustrating the layer width dependency. In this case, when the SCH layer is not provided, the gain difference between polarizations ΔG i TE-TM is set to 0.
Although the scope of the active layer width W a of the order to 5dB below has spread slightly, the absolute value thereof is 0.75 .mu.m ± 0.15 [mu] m
Therefore, the practical effect of not providing the SCH layer cannot be expected. When the SCH layer is not provided, the width is considerably narrowed to 0.7 μm ± 0.1 μm.

【0047】以上を総合的に判断すると、歪バルク活性
層1の層厚da が100nm、或いは、150nm等の
175nm以下の場合には、SCH層があっても活性層
幅W a の許容度は十分大きく、一方、歪バルク活性層の
層厚da が300nm等の250nm超の場合、SCH
層がなくても活性層幅Wa の許容度は小さいので、歪バ
ルク活性層1の層厚da としては、175〜250nm
の範囲が好適であり、その場合の、歪量は、−0.13
〜−0.23%が好適である。
Judging comprehensively from the above, the strain bulk activity
Layer thickness d of layer 1aIs 100 nm or 150 nm
In the case of 175 nm or less, the active layer
Width W aIs sufficiently large, while the strained bulk active layer
Layer thickness daIs greater than 250 nm, such as 300 nm, the SCH
Active layer width W even without layeraThe tolerance of the
Layer thickness d of luk active layer 1a175 to 250 nm
Is preferable, and in that case, the distortion amount is −0.13.
~ -0.23% is preferred.

【0048】[0048]

【発明の実施の形態】ここで、図7及び図8を参照し
て、本発明の実施の形態を説明するが、まず、図7を参
照して本発明の実施の形態の進行波型半導体光増幅器の
概略的構成を説明する。 図7参照 図7は本発明の進行波型半導体光増幅器の概略的斜視図
であり、前半分においては活性層の状態を表す様に、p
型InP埋込層15、n型InP電流ブロック層16、
p型InPクラッド層14,17、p型InGaAsコ
ンタクト層18、SiO2 膜19、及び、p側電極20
の図示を省略している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Here, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8. First, referring to FIG. 7, a traveling-wave type semiconductor according to an embodiment of the present invention will be described. A schematic configuration of the optical amplifier will be described. FIG. 7 is a schematic perspective view of a traveling-wave semiconductor optical amplifier according to the present invention. In the first half, p represents a state of an active layer.
-Type InP buried layer 15, n-type InP current block layer 16,
p-type InP cladding layers 14 and 17, p-type InGaAs contact layer 18, SiO 2 film 19, and p-side electrode 20
Are not shown.

【0049】まず、n型InP基板11上に、MOCV
D法(有機金属気相成長法)を用いて、例えば、厚さ
が、180nmのn型InPバッファ層12、引張歪量
が−0.13〜−0.23%で、且つ、厚さが175〜
250nmの1.55μm波長組成のInGaAsP歪
バルク活性層13、及び、p型InPクラッド層14を
順次堆積させる。
First, the MOCV is placed on the n-type InP substrate 11.
Using Method D (metal organic chemical vapor deposition), for example, an n-type InP buffer layer 12 having a thickness of 180 nm, a tensile strain amount of −0.13 to −0.23%, and a thickness of 175-
An InGaAsP strained bulk active layer 13 having a wavelength composition of 1.55 μm of 250 nm and a p-type InP clad layer 14 are sequentially deposited.

【0050】次いで、SiO2 膜を全面に堆積させたの
ち、ダイレクトコンタクト露光方式を用いて、劈開面と
なる面に対して長軸が、例えば、7°傾き、且つ、幅が
0.6〜1.4μmのストライプ状の形状にパターニン
グし、このストライプ状のSiO2 マスク(図示せず)
を用いて、C2 6 +H2 +O2 を用いた反応性イオン
エッチング(RIE)によって、n型InPバッファ層
12に達するまでメサエッチングを行い、活性層幅Wa
が0.6〜1.4μmのストライプ状メサを形成する。
Then, after depositing an SiO 2 film on the entire surface, the major axis is inclined by, for example, 7 ° with respect to the plane to be the cleavage plane and the width is set to 0.6 to This is patterned into a stripe shape of 1.4 μm, and this stripe-shaped SiO 2 mask (not shown)
Is performed by reactive ion etching (RIE) using C 2 H 6 + H 2 + O 2 until the n-type InP buffer layer 12 is reached, and the active layer width W a
Forms a stripe-shaped mesa of 0.6 to 1.4 μm.

【0051】次いで、SiO2 マスクを選択成長マスク
としても用いて、ストライプ状メサの側壁にp型InP
埋込層15及びn型InP電流ブロック層16を選択成
長させる。次いで、SiO2 マスクを除去したのち、全
面にp型InPクラッド層17及びp型InGaAsコ
ンタクト層18を順次堆積させる。
Next, using the SiO 2 mask as a selective growth mask, p-type InP
The buried layer 15 and the n-type InP current block layer 16 are selectively grown. Next, after removing the SiO 2 mask, a p-type InP cladding layer 17 and a p-type InGaAs contact layer 18 are sequentially deposited on the entire surface.

【0052】次いで、全面にSiO2 膜19を堆積させ
たのち、ストライプ状メサに投影的に重なる開口部を形
成したのち、p側電極20を形成するとともに、n型I
nP基板11の裏面にはn側電極21を形成する。
Next, an SiO 2 film 19 is deposited on the entire surface, an opening is formed so as to project on the stripe-shaped mesa, and then a p-side electrode 20 is formed, and an n-type I
On the back surface of the nP substrate 11, an n-side electrode 21 is formed.

【0053】次いで、劈開面に沿って劈開したのち、劈
開面に誘電体多層膜を堆積させて無反射コート膜22,
23とすることによって、進行波型半導体増幅器の基本
構成が完成する。なお、p型InPクラッド層14及び
p型InPクラッド層17を合わせたものが、本願で言
う所の「単一のクラッド層」であり、また、n型InP
バッファ層12が薄い場合には、n型InPバッファ層
12及びn型InP基板11を合わせたものが、本願で
言う所の「単一のクラッド層」となる。
Next, after cleaving along the cleavage plane, a dielectric multilayer film is deposited on the cleavage plane to form an anti-reflection coating film 22,
By setting to 23, the basic configuration of the traveling wave semiconductor amplifier is completed. The combination of the p-type InP clad layer 14 and the p-type InP clad layer 17 is a “single clad layer” in the present application,
When the buffer layer 12 is thin, the combination of the n-type InP buffer layer 12 and the n-type InP substrate 11 becomes a “single cladding layer” in the present application.

【0054】この進行波型半導体光増幅器においては、
劈開面、即ち、光入射端面と光出射端面には無反射コー
ト膜22,23が設けられているので、光入射端面と光
出射端面との間における反射による光の共振は抑制さ
れ、1.55μm近傍の信号入力光24をInGaAs
P歪バルク活性層14において誘導放出効果により増幅
し、光出射端面から増幅した増幅出力光25として出射
する。
In this traveling wave type semiconductor optical amplifier,
Since the non-reflection coating films 22 and 23 are provided on the cleavage plane, that is, the light incident end face and the light output end face, light resonance due to reflection between the light incident end face and the light output end face is suppressed. The signal input light 24 near 55 μm is converted to InGaAs.
The light is amplified by the stimulated emission effect in the P-strained bulk active layer 14 and is emitted as amplified output light 25 from the light emitting end face.

【0055】次に、図8を参照して、本発明の実施の形
態の作用効果を説明する。 図8参照 図8は、InGaAsP歪バルク活性層13の層厚da
を200nmとした場合の、内部利得が25dBとなる
電流値における偏波間利得差ΔGi TE-TM の絶対値AB
S(ΔGi TE-TM )の活性層幅依存性を異なった引張歪
量毎の実測値を示したもので、歪量が大きくなるにした
がって偏波間利得差の絶対値ABS(ΔGi TE-TM )が
小さくなり、引張歪が−0.21%の場合に活性層幅依
存性が最も小さくなり、活性層幅Wa が0.6〜1.4
μmの広い範囲において偏波間利得差の絶対値ABS
(ΔGi TE-TM )は0.5〜0.7dBになっている。
Next, the operation and effect of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8 See FIG. 8, the layer thickness d a of the InGaAsP strained bulk active layer 13
Is 200 nm, the absolute value AB of the inter-polarization gain difference ΔG i TE-TM at a current value at which the internal gain is 25 dB
This figure shows the measured values of the active layer width dependence of S (ΔG i TE-TM ) for different tensile strain amounts. As the strain amount increases, the absolute value ABS (ΔG i TE− TM) is reduced, tensile strain is smallest active layer width dependency in the case of -0.21%, the active layer width W a is 0.6 to 1.4
Absolute ABS of gain difference between polarizations over a wide range of μm
(ΔG i TE-TM ) is 0.5 to 0.7 dB.

【0056】なお、歪量が0%(無歪)及び−0.11
%の場合には、活性層幅Wa により偏波間利得差ΔGi
TE-TM が1dB程度異なっているが、実際の疑似ランダ
ム偏波光による最大・最小利得測定では端面の残留反射
によるリップルや光結合の経時変化などの影響も受ける
ので、偏波間利得差ΔGi TE-TM の活性層幅依存性は小
さいものと考えられる。
The distortion amount was 0% (no distortion) and -0.11.
% Of the cases, polarization dependent gain difference .DELTA.G i by the active layer width W a
Although TE-TM is different about 1 dB, the actual of the maximum and minimum gain measurement with a pseudo-random polarized light also affected, such as aging of the ripples and the optical coupling due to residual reflection of the end face, polarization gain difference .DELTA.G i TE It is considered that the active layer width dependence of -TM is small.

【0057】なお、光導波モード解析では、活性層幅W
a が1.4μmでは高次モードが存在するとの予測を得
たが、今回の評価の範囲では、特性上で特に問題は認め
られなかったので、活性層幅Wa としては、1.4μm
までの許容される。
In the optical waveguide mode analysis, the active layer width W
Although a got predicted that there is a higher-order mode at 1.4 [mu] m, in the range of this evaluation, the particular problem was observed on the properties, the active layer width W a, 1.4 [mu] m
Up to acceptable.

【0058】上述の様に、引張歪活性層に導入する歪量
を調整することで、製作プロセスにおける活性層幅Wa
の揺らぎに対するトレランスの大きな利得偏波無依存の
半導体光増幅器を実現できることを確認することができ
た。
As described above, by adjusting the amount of strain introduced into the tensile strain active layer, the active layer width W a in the manufacturing process is adjusted.
It has been confirmed that a gain-polarization-independent semiconductor optical amplifier having a large tolerance to the fluctuation of the optical signal can be realized.

【0059】以上、本発明の実施の形態を説明してきた
が、本発明は実施の形態に記載した構成・条件に限られ
るものではなく、各種の変更が可能である。例えば、上
記の実施の形態においては、半導体光増幅器を光長距離
通信用ファイバにおける減衰が少ないように、その活性
層を1.55μm波長組成としているが、1.3μm波
長組成等の他の組成でも良いものである。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configurations and conditions described in the embodiments, and various modifications are possible. For example, in the above embodiment, the active layer of the semiconductor optical amplifier has a 1.55 μm wavelength composition so that the attenuation in the optical long-distance communication fiber is small, but other compositions such as a 1.3 μm wavelength composition are used. But it's good.

【0060】また、上記の実施の形態においては、In
GaAsP/InP系光増幅器として説明しているが、
活性層に所定量の引張歪を導入できる活性層とクラッド
層との組合せであれば、GaAs/AlGaAs系等の
他の化合物半導体を用いても良いものである。
Further, in the above embodiment, In
Although described as a GaAsP / InP optical amplifier,
Other compound semiconductors such as GaAs / AlGaAs may be used as long as the combination of the active layer and the cladding layer can introduce a predetermined amount of tensile strain into the active layer.

【0061】また、上記の実施の形態においては、n型
InPバッファ層をn側クラッド層としているが、n型
InPクラッド層を設けずに、n型InP基板上にIn
GaAsP歪活性層を直接成長させ、n型InP基板を
n側クラッド層としても良いものである。
In the above embodiment, the n-type InP buffer layer is used as the n-side cladding layer. However, the n-type InP cladding layer is not provided, and the n-type InP buffer layer is formed on the n-type InP substrate.
The GaAsP strained active layer may be directly grown, and the n-type InP substrate may be used as the n-side cladding layer.

【0062】また、上記の実施の形態においては、スト
ライプ状メサの側部に電流ブロック層を設けて電流狭窄
を行っているが、必ずしも必須のものではなく、Feド
ープInP高抵抗層等を用いても良いものである。
In the above-described embodiment, the current constriction is performed by providing the current block layer on the side of the stripe-shaped mesa. However, the current confinement is not indispensable. It is a good thing.

【0063】[0063]

【発明の効果】本発明によれば、ストライプ状の引張歪
バルク活性層の層厚方向に垂直な二つの面に、SCH層
を介することなくクラッド層を設けているので、基本モ
ード導波条件を維持しながら、活性層幅の変化に対する
偏波間の光閉じ込め係数比ΓTE/ΓTMの変化の穏やかな
範囲を広くすることができ、それによって、所定の値の
偏波間利得差ΔGi TE-TM にするための活性層幅Wa
許容範囲を広くすることができ、製作プロセスにけるト
レランスが大きくなるので、高性能の偏波無依存性の進
行波型半導体光増幅器を実現することができ、ひいて
は、波長多重光通信システムの実用化に寄与するところ
が大きい。
According to the present invention, the cladding layer is provided on two surfaces perpendicular to the layer thickness direction of the striped tensile-strained bulk active layer without the SCH layer interposed therebetween. , The gentle range of the change in the optical confinement coefficient ratio Γ TE / Γ TM between the polarizations with respect to the change in the active layer width can be increased, whereby the gain difference ΔG i TE between the predetermined values can be increased. it is possible to widen the allowable range of the active layer width W a to the -TM, since tolerance to kick the fabrication process is increased, to achieve a high performance polarization-dependence of the traveling-wave semiconductor optical amplifier This greatly contributes to the practical application of the wavelength division multiplexing optical communication system.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.

【図2】歪バルク活性層の層厚da が100nmの場合
の特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram when a layer thickness da of a strained bulk active layer is 100 nm.

【図3】歪バルク活性層の層厚da が150nmの場合
の特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram when a layer thickness da of a strained bulk active layer is 150 nm.

【図4】歪バルク活性層の層厚da が200nmの場合
の特性図である。
[Figure 4] a strained bulk active layer thickness d a is a characteristic diagram in the case of 200 nm.

【図5】歪バルク活性層の層厚da が250nmの場合
の特性図である。
5 is a characteristic diagram when the layer thickness d a of the strained bulk active layer is 250 nm.

【図6】歪バルク活性層の層厚da が300nmの場合
の特性図である。
[6] of the strained bulk active layer thickness d a is a characteristic diagram in the case of 300 nm.

【図7】本発明の実施の形態の進行波型半導体光増幅器
の概略的斜視図である。
FIG. 7 is a schematic perspective view of a traveling-wave semiconductor optical amplifier according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態における作用効果の説明図
である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of an operation and effect in the embodiment of the present invention.

【図9】従来の進行波型半導体光増幅器の概略的斜視図
である。
FIG. 9 is a schematic perspective view of a conventional traveling wave type semiconductor optical amplifier.

【図10】従来の進行波型半導体光増幅器における問題
点の説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a problem in a conventional traveling-wave semiconductor optical amplifier.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 歪バルク活性層 2 単一のクラッド層 3 単一のクラッド層 4 埋込層 5 光入射端面 6 光出力端面 7 信号光 8 増幅した信号光 11 n型InP基板 12 n型InPバッファ層 13 InGaAsP歪バルク活性層 14 p型InPクラッド層 15 p型InP埋込層 16 n型InP電流ブロック層 17 p型InPクラッド層 18 p型InGaAsコンタクト層 19 SiO2 膜 20 p側電極 21 n側電極 22 無反射コート膜 23 無反射コート膜 24 信号入力光 25 増幅出力光 31 n型InP基板 32 n型InPバッファ層 33 InGaAsP光閉じ込め層 34 InGaAsP歪バルク活性層 35 InGaAsP光閉じ込め層 36 p型InPクラッド層 37 p型InP埋込層 38 n型InP電流ブロック層 39 p型InPクラッド層 40 p型InGaAsコンタクト層 41 SiO2 膜 42 p側電極 43 n側電極 44 無反射コート膜 45 無反射コート膜 46 信号入力光 47 増幅出力光REFERENCE SIGNS LIST 1 strained bulk active layer 2 single clad layer 3 single clad layer 4 buried layer 5 light incident end face 6 light output end face 7 signal light 8 amplified signal light 11 n-type InP substrate 12 n-type InP buffer layer 13 InGaAsP Strained bulk active layer 14 p-type InP cladding layer 15 p-type InP buried layer 16 n-type InP current blocking layer 17 p-type InP cladding layer 18 p-type InGaAs contact layer 19 SiO 2 film 20 p-side electrode 21 n-side electrode 22 None Reflection coating film 23 Non-reflection coating film 24 Signal input light 25 Amplified output light 31 n-type InP substrate 32 n-type InP buffer layer 33 InGaAsP light confinement layer 34 InGaAsP strain bulk active layer 35 InGaAsP light confinement layer 36 p-type InP cladding layer 37 p-type InP buried layer 38 n-type InP current blocking layer 39 p InP cladding layer 40 p-type InGaAs contact layer 41 SiO 2 layer 42 p-side electrode 43 n-side electrode 44 antireflection coating film 45 non-reflective coating film 46 signal input light 47 amplified output light

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 引張歪を導入したバルク結晶からなる歪
バルク活性層を有し、光入射端面と光出射端面との間に
おける反射による光の共振を抑制し、前記歪バルク活性
層のバンド・ギャップ波長とほぼ等しい波長の信号光を
前記光入射端面から入射し、前記歪バルク活性層に電流
注入して誘導放出効果により前記信号光を増幅し、前記
光出射端面から前記増幅した信号光を出射する進行波型
半導体光増幅装置において、前記歪バルク活性層の層厚
方向に垂直な二つの面がそれぞれ単一のクラッド層で挟
まれていることを特徴とする進行波型半導体光増幅装
置。
1. A strained bulk active layer comprising a bulk crystal in which a tensile strain has been introduced, wherein resonance of light due to reflection between a light incident end face and a light emitting end face is suppressed, and a band of the strained bulk active layer is suppressed. A signal light having a wavelength substantially equal to the gap wavelength is incident from the light incident end face, current is injected into the strained bulk active layer to amplify the signal light by a stimulated emission effect, and the amplified signal light is emitted from the light emitting end face. A traveling wave type semiconductor optical amplifying device, wherein two surfaces perpendicular to the thickness direction of the strained bulk active layer are sandwiched by a single cladding layer. .
【請求項2】 上記歪バルク活性層の層厚が175〜2
50nmであり、且つ、上記導入した歪量が−0.13
〜−0.23%であることを特徴とする請求項1記載の
進行波型半導体光増幅装置。
2. The strained bulk active layer having a thickness of 175 to 2
50 nm, and the introduced strain amount is -0.13.
2. The traveling-wave semiconductor optical amplifier according to claim 1, wherein the value is .about.-0.23%.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002171027A (en) * 2000-12-01 2002-06-14 Fujitsu Ltd Semiconductor optical amplifier

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