JP2012069564A - 半導体光増幅器 - Google Patents

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Abstract

【課題】高い光出力を得ながらエネルギ変換効率を向上させることができる半導体光増幅器及びその製造方法を提供する。
【解決手段】活性層には、ＡｌＧａＩｎＡｓを含有する第１の活性層１と、第１の活性層１よりも光信号の出力側に位置し、ＧａＩｎＡｓＰを含有する第２の活性層２と、が設けられている。第１の活性層１と第２の活性層２とが互いにバットジョイント接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体光増幅器等に関する。
近年、データ通信量の増大に伴って、大容量で長距離伝送が可能なフォトニックネットワークの導入が進められている。フォトニックネットワークの大容量化及び長距離化に当たり、光送受信機内の光損失の補償や長距離光ファイバの伝送損失の補償等のために、光増幅器が用いられる。光増幅器としては、ファイバ光増幅器及び半導体光増幅器（ＳＯＡ：semiconductor optical amplifier）が挙げられる。ＳＯＡには、材料の選択によって、フォトニックネットワークで用いられる様々な波長の信号光の増幅が可能であるという利点がある。このため、各種フォトニックネットワークへの適用が進められている。
フォトニックネットワークに適用するＳＯＡには、高い光出力の他に、低い消費電力が強く要求される。ＳＯＡは、活性層への電流注入により、活性層で生じる誘導放出効果を利用して光利得を得る原理を用いており、その光出力は注入電流に大きく依存する。このため、高い光出力を実現しながら、消費電力を低減するには、なるべく低い注入電流で高い光出力を得ることが重要である。つまり、電流を介してＳＯＡに注入された電気エネルギを光エネルギに変換するエネルギ変換効率を高めることが重要である。
しかし、ＳＯＡのエネルギ変換効率は、フォトニックネットワークで既に実用化されているファイバ光増幅器と比較して極めて低い。そして、これまで、高い光出力を得ながら、ＳＯＡのエネルギ変換効率を向上させることを目的とした種々の技術が提案されている。
しかしながら、これらの技術によっても、高い光出力を得ながら、ＳＯＡのエネルギ変換効率を十分に向上させることは困難である。また、フォトニックネットワークへの適用に当たっては、光利得の偏波依存性の低減が重要であるが、これらの技術では、光利得の偏波依存性の低減が極めて困難である。
特開平３−２８４８９２号公報 特開平４−２１７３８２号公報 特開平７−１３５３７２号公報 特開平５−６７８４５号公報
本発明の目的は、高い光出力を得ながらエネルギ変換効率を向上させることができる半導体光増幅器等を提供することにある。
半導体光増幅器の一態様には、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層間に設けられ、光信号を伝搬する活性層と、前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層を介して前記活性層に電流を注入する電流注入部と、が設けられている。前記活性層には、ＡｌＧａＩｎＡｓを含有する第１の活性層と、前記第１の活性層よりも前記光信号の出力側に位置し、ＧａＩｎＡｓＰを含有する第２の活性層と、が設けられている。前記第１の活性層と前記第２の活性層とが互いにバットジョイント接合されている。
上記の半導体光増幅器等によれば、光利得の向上により消費電力の低減に寄与する第１の活性層及び光出力の向上に寄与する第２の活性層の相乗効果により、高い光出力を得ながらエネルギ変換効率を向上させることができる。
第１の実施形態に係る半導体光増幅器の構造を示す断面図である。 第１の実施形態における波長又はキャリア密度と材料利得ｇとの関係を示すグラフである。 第１の実施形態に係るＳＯＡを製造する方法を工程順に示す断面図である。 図３Ａに引き続き、ＳＯＡを製造する方法を工程順に示す断面図である。 ＳＯＡを製造する方法の工程を示す断面図である。 第２の実施形態に係る半導体光増幅器の構造を示す断面図である。 第３の実施形態に係る半導体光増幅器の構造を示す断面図である。 第４の実施形態に係る半導体光増幅器の構造を示す図である。 第４の実施形態に係るＳＯＡを製造する第１の方法を工程順に示す断面図である。 第４の実施形態に係るＳＯＡを製造する第２の方法を工程順に示す断面図である。 第５の実施形態に係る半導体光増幅器の構造を示す断面図である。 第６の実施形態に係る半導体光増幅器の構造を示す断面図である。 第６の実施形態における波長又はキャリア密度と材料利得ｇとの関係を示すグラフである。 第７の実施形態に係る光モジュールの構造を示す図である。 第８の実施形態に係る光通信システムの構造を示す図である。
（光出力とエネルギ変換効率との関係）
先ず、ＳＯＡにおける光出力とエネルギ変換効率との関係について説明する。一般的に、光増幅器のエネルギ変換効率は、（光増幅器で発生する光エネルギ）／（光増幅器に投入された電力）で定義される。通常、光増幅器は高い光出力時に光利得が減少する、所謂、利得飽和効果を持つ。このため、光増幅器の最大光出力としては、低出力時の光利得よりも３ｄＢの利得低下が生じるときの光出力である飽和光出力が用いられる。従って、実用上のエネルギ変換効率としては、（飽和光出力時に発生する光エネルギ）／（光増幅器に投入された電力）が重要な指標である。ここで、ＳＯＡの飽和光出力Ｐｓには、数１に示す関係がある。
Figure 2012069564
数１において、ｈνは信号光のエネルギ、ｄは活性層の厚さ、ｗは活性層の幅、Γは活性層の光閉じ込め係数、τは活性層内のキャリア寿命、Ａｇは活性層の微分利得係数である。数１から、飽和光出力Ｐｓを高めるには、光閉じ込め係数Γを小さくしたり、微分利得係数Ａgを小さくしたりすることが有効であるといえる。
その一方で、飽和光出力Ｐｓにおけるエネルギ変換効率ηには、数２に示す関係がある。
Figure 2012069564
数２において、ｇは活性層の材料利得、αはＳＯＡの内部損失である。また、材料利得ｇは、活性層のキャリア密度Ｎ及び活性層の透明化キャリア密度Ｎ0を用いて、数３のように表される。
Figure 2012069564
数２及び数３から、エネルギ変換効率ηを高めるには、内部損失αを低減したり、光閉じ込め係数Γを大きくしたり、微分利得係数Ａgを大きくしたりすることが有効であるといえる。
このように、飽和光出力Ｐｓ及びエネルギ変換効率ηは、光閉じ込め係数Γ及び微分利得係数Ａgに関し、トレードオフの関係になっている。このため、高い飽和光出力Ｐｓを得ながらエネルギ変換効率を向上させることが困難となっている。
本発明者らは、このような飽和光出力Ｐｓ及びエネルギ変換効率ηの関係に関し、鋭意検討を行った。そして、飽和光出力Ｐｓが、入力ポート側の構造よりも出力ポート側の構造の影響を受けやすいという性質に着目し、入力ポート側の構造を高エネルギ変換効率ηに有効なものとし、出力ポート側の構造を高飽和光出力Ｐｓに有効なものとすることにより、高い飽和光出力Ｐｓを得ながらエネルギ変換効率を向上させることができることに想到した。
以下、実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る半導体光増幅器の構造を示す断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面を示し、図１（ｃ）は、図１（ａ）中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を示す。
第１の実施形態に係る半導体光増幅器（ＳＯＡ）では、ｎ型ＩｎＰ層３上に、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１及びＧａＩｎＡｓＰ活性層２を含む導波路が形成され、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１及びＧａＩｎＡｓＰ活性層２上に、ｐ型ＩｎＰ層４が形成されている。即ち、ｎ型ＩｎＰ層３及びｐ型ＩｎＰ層４間に、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１及びＧａＩｎＡｓＰ活性層２を含む導波路が挟まれている。図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、このＳＯＡはメサ構造を有しており、導波路及びｐ型ＩｎＰ層４の両脇に障壁層９が形成されている。また、入力側端面に反射防止膜７が形成され、出力側端面に反射防止膜８が形成されている。ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１及びＧａＩｎＡｓＰ活性層２は互いにバットジョイントされており、これらの界面にバットジョイント接合部１０が存在する。そして、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１はバットジョイント接合部１０の入力側に位置し、ＧａＩｎＡｓＰ活性層２はバットジョイント接合部１０の出力側に位置している。また、ｎ型ＩｎＰ層３に接するカソード電極５、及びｐ型ＩｎＰ層４に接するアノード電極６が形成されている。
ここで、第１の実施形態に係るＳＯＡの動作について説明する。一般的に、ＳＯＡでは、半導体レーザのように活性層のキャリア密度がレーザ発振閾値でクランプされず、ＳＯＡは、半導体レーザよりも高いキャリア密度（例えば２×１０18ｃｍ-3〜４×１０18ｃｍ-3程度）で動作する。図２は、波長又は活性層のキャリア密度と材料利得ｇとの関係を示すグラフである。図２（ａ）には、ＩｎＰ基板上に形成された各バルク活性層の材料利得ｇのスペクトルを示し、図２（ｂ）には、材料利得ｇのキャリア密度依存性を示している。ＧａＩｎＡｓＰバルク活性層及びＡｌＧａＩｎＡｓバルク活性層のバンドギャップ波長はいずれも１４１０ｎｍであり、いずれにも−０．３０％の伸張歪が印加されている。
図２（ａ）には、活性層のキャリア密度Ｎが３．０×１０18ｃｍ-3の場合のスペクトルを示している。ここで、３．０×１０18ｃｍ-3のキャリア密度Ｎは、上記のように、一般的にＳＯＡが動作するキャリア密度の範囲内にある。そして、図２（ａ）に示すように、ＧａＩｎＡｓＰとＡｌＧａＩｎＡｓとの間の電子有効質量の差を反映して、ＡｌＧａＩｎＡｓバルク活性層の材料利得スペクトル（実線、破線）では、ＧａＩｎＡｓＰバルク活性層の材料利得スペクトル（一点鎖線、二点鎖線）と比較して、幅が狭いものの、ピーク強度が極めて高い。
図２（ｂ）には、波長が１３５０ｎｍの場合のキャリア密度依存性を示している。ここで、１３５０ｎｍの波長は、図２（ａ）に示すように、活性層のキャリア密度Ｎが３．０×１０18ｃｍ-3の場合の材料利得のピーク波長に近い波長である。そして、図２（ｂ）に示すように、ＡｌＧａＩｎＡｓバルク活性層の吸収が利得に転じる透明化キャリア密度Ｎ0は、ＧａＩｎＡｓＰバルク活性層のそれよりも高いものの、ＳＯＡが動作するキャリア密度（例えば２×１０18ｃｍ-3〜４×１０18ｃｍ-3程度）では、ＡｌＧａＩｎＡｓバルク活性層がＧａＩｎＡｓＰバルク活性層よりも極めて高い微分利得係数Ａg（曲線の傾きに相当）を示す。更に、約２．５×１０18ｃｍ-3以上のキャリア密度の範囲内では、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層の方が高い材料利得ｇを示す。
第１の実施形態では、上述のように、導波路の入力ポート側にＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１が位置し、出力ポート側にＧａＩｎＡｓＰ活性層２が位置している。従って、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１の、高いキャリア密度状態における大きな微分利得係数Ａgを利用して、高い材料利得ｇを得ることが可能である。また、ＧａＩｎＡｓＰ活性層２の、高いキャリア密度状態における小さな微分利得係数Ａgを利用して、高い飽和光出力Ｐｓを実現することも可能である。即ち、第１の実施形態によれば、高い飽和光出力Ｐｓを得ながらＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１における導波路の単位長さ当たりの利得を増大させることができる。また、利得が高いほど、活性層の長さを短縮することが可能であり、短縮の分だけ活性層に投入する電力を低減することが可能となる。従って、第１の実施形態によれば、高い飽和光出力Ｐｓを得ながら消費電力を低減することができる。
また、第１の実施形態では、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１及びＧａＩｎＡｓＰ活性層２の接合に、バットジョイント接合が用いられているため、原則的に入力側領域と出力側領域の間に作製上の制約がなく、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１及びＧａＩｎＡｓＰ活性層２の構造の設計自由度が高い。このため、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１、ＧａＩｎＡｓＰ活性層２、ｎ型ＩｎＰ層３及びｐ型ＩｎＰ層４等の構造の設計自由度の高さを生かした柔軟な設計が可能である。従って、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１及びＧａＩｎＡｓＰ活性層２間での導波モードの整合性の確保、及び偏波依存性の低減等を設計面で容易に達成することが可能である。
次に、第１の実施形態に係るＳＯＡを製造する方法について説明する。図３Ａ〜図３Ｂは、第１の実施形態に係るＳＯＡを製造する方法を工程順に示す断面図である。
先ず、図３Ａ（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板３ａ上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層３ｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１、及びｐ型ＩｎＰクラッド層４ａを、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ：metal-organic vapor phase epitaxy）法によりこの順で形成する。ｎ型ＩｎＰクラッド層３ｂの厚さは、例えば１．０μｍとする。ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１としては、例えば、厚さが１００ｎｍ、組成波長が１．４１μｍ、伸張歪の量が−０．３０％のＡｌ0.10Ｇａ0.41Ｉｎ0.49Ａｓバルク活性層を形成する。ｐ型ＩｎＰクラッド層４ａの厚さは、例えば２００ｎｍとする。ｎ型ＩｎＰクラッド層３ｂはｎ型ＩｎＰ基板３ａ上にエピタキシャル成長し、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１はｎ型ＩｎＰクラッド層３ｂ上にエピタキシャル成長し、ｐ型ＩｎＰクラッド層４ａはＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１上にエピタキシャル成長する。
次いで、図３Ａ（ｂ）に示すように、ｐ型ＩｎＰクラッド層４ａ上にマスク１１を形成する。マスク１１は、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１を残存させる領域及びその両側方に形成する。つまり、入力ポート側領域に形成する。マスク１１としては、例えばシリコン酸化物マスクを形成する。その後、マスク１１をエッチングマスクとして用いて、ウェットエッチング等により、ｐ型ＩｎＰクラッド層４ａ、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１、及びｎ型ＩｎＰクラッド層３ｂの一部の、マスク１１から露出している部分を除去する。つまり、出力ポート側領域の加工を行う。
その後、図３Ａ（ｃ）に示すように、マスク１１を成長マスクとして用いて、ｎ型ＩｎＰクラッド層３ｂ上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層３ｃ、ＧａＩｎＡｓＰ活性層２、及びｐ型ＩｎＰクラッド層４ｂを、例えばＭＯＶＰＥ法によりこの順で形成する。ＧａＩｎＡｓＰ活性層２としては、例えば、厚さが１２０ｎｍ、組成波長が１．４１μｍ、伸張歪の量が−０．３０％のＧａ0.40Ｉｎ0.60Ａｓ0.77Ｐ0.23バルク活性層を形成する。ｎ型ＩｎＰクラッド層３ｃの厚さは、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ活性層２下のｎ型ＩｎＰクラッド層３ｂ及び３ｃの総厚がＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１下のｎ型ＩｎＰクラッド層３ｂの厚さよりも薄くなるようにする。ＧａＩｎＡｓＰ活性層２は、ＭＯＶＰＥのバットジョイント成長法により形成し、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１とＧａＩｎＡｓＰ活性層２との間にバットジョイント接合部１０を形成する。また、例えば、ｐ型ＩｎＰクラッド層４ｂの表面をｐ型ＩｎＰクラッド層４ａの表面に揃える。続いて、マスク１１を除去する。ｎ型ＩｎＰ基板３ａ、ｎ型ＩｎＰクラッド層３ｂ、及びｎ型ＩｎＰクラッド層３ｃがｎ型ＩｎＰ層３に含まれる。
次いで、図３Ｂ（ｄ）に示すように、ｐ型ＩｎＰクラッド層４ａ及び４ｂ上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層４ｃ及びｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層４ｄを、例えばＭＯＶＰＥ法によりこの順で形成する。ｐ型ＩｎＰクラッド層４ａの厚さは、例えば２．０μｍとし、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層４ｄの厚さは、例えば５００ｎｍとする。ｐ型ＩｎＰクラッド層４ａ〜４ｃがｐ型ＩｎＰ層４に含まれる。
その後、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、入力ポートから出力ポートまで延びるストライプ状のマスク１２を、ＳＯＡの導波路のパターンに沿ってｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層４ｄ上に形成する。マスク１２としては、例えばシリコン酸化物マスクを形成する。続いて、マスク１２をエッチングマスクとして用いて、ウェットエッチング等により、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層４ｄ、ｐ型ＩｎＰクラッド層４ａ〜４ｃ、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１、ＧａＩｎＡｓＰ活性層２、ｎ型ＩｎＰクラッド層３ｂ、及びｎ型ＩｎＰクラッド層３ｃの一部の、マスク１２から露出している部分を除去する。つまり、導波路メサ構造を形成する。次いで、さらに、導波路メサ構造の両脇に障壁層９を形成する。この結果、導波路メサ構造の両側方に電流狭窄構造が形成される。障壁層９の形成では、例えば高抵抗（ＳＩ）−ＩｎＰ障壁層を再成長させる。その後、マスク１２を除去する。
続いて、図３Ｂ（ｅ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板３ａの裏面上にカソード電極５を形成し、ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層４ｄの表面上にアノード電極６を形成する。更に、入力ポート及び出力ポートの両側において劈開加工を行い、入力ポートの端面に反射防止膜７を形成し、出力ポートの端面に反射防止膜８を形成する。なお、例えば、入力ポートから出力ポートまでのＳＯＡの寸法は６００μｍとし、この方法におけるＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１の寸法は４００μｍとし、ＧａＩｎＡｓＰ活性層２の寸法は２００μｍとする。
このようにして、第１の実施形態に係るＳＯＡを製造することができる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態に係る半導体光増幅器の構造を示す断面図である。
第２の実施形態では、図５に示すように、ｎ型ＩｎＰ層３とＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１及びＧａＩｎＡｓＰ活性層２の間に、ｎ型ＩｎＰ層３よりも長波長、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１よりも短波長、ＧａＩｎＡｓＰ活性層２よりも短波長のバンドギャップ波長を有するガイド層２１及びｎ型ＩｎＰ層２２が形成されている。つまり、ｎ型ＩｎＰ層３とｎ型ＩｎＰ層２２との間にガイド層２１が挟まれている。ガイド層２１としては、例えば、組成波長が１．１μｍのｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層が用いられ、その厚さは５００ｎｍである。ｎ型ＩｎＰ層２２としては、例えばｎ型ＩｎＰ層３と同様のものが用いられ、その厚さは１００ｎｍである。他の構造は第１の実施形態と同様である。
このような第２の実施形態によれば、ガイド層２１の作用により、導波路の内部損失αｉ（ｉ＝１、２）を低減して利得、雑音指数を改善することができ、飽和光出力Ｐｓをより大きなものとすることができる。なお、ガイド層２１が導波路（ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１及びＧａＩｎＡｓＰ活性層２）と接していてもよい。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。図６は、第３の実施形態に係る半導体光増幅器の構造を示す断面図である。
第３の実施形態では、図６に示すように、ｎ型ＩｎＰ層３とＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１との間にＡｌＧａＩｎＡｓ分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ：Separate Confinement Heterostructure）層２３ａが形成され、ｐ型ＩｎＰ層４とＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１との間にＡｌＧａＩｎＡｓ ＳＣＨ層２３ｂが形成されている。また、ｎ型ＩｎＰ層３とＧａＩｎＡｓＰ活性層２との間にＧａＩｎＡｓＰ ＳＣＨ層２４ａが形成され、ｐ型ＩｎＰ層４とＧａＩｎＡｓＰ活性層２との間にＧａＩｎＡｓＰ ＳＣＨ層２４ｂが形成されている。ＡｌＧａＩｎＡｓ ＳＣＨ層２３ａ及び２３ｂとしては、例えば、組成波長が１．２μｍのｉ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層が用いられ、その厚さは１００ｎｍである。ＧａＩｎＡｓＰ ＳＣＨ層２４ａ及び２４ｂとしては、例えば、組成波長が１．２μｍのｉ−ＧａＩｎＡｓＰ層が用いられ、その厚さは５０ｎｍである。他の構造は第１の実施形態と同様である。
このような第３の実施形態によれば、ＳＣＨ層２２ａ、２２ｂの作用により、キャリアを導波路内に閉じ込めやすくすることができ、より活性層のキャリア密度が高まるため利得や雑音指数を改善することができる。
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。図７は、第４の実施形態に係る半導体光増幅器の構造を示す図である。
第４の実施形態では、図７（ａ）に示すように、バットジョイント接合部１０に障壁層２３が形成されている。つまり、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１及びＧａＩｎＡｓＰ活性層２間に障壁層２３が介在している。障壁層２３は、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１及びＧａＩｎＡｓＰ活性層２にバットジョイント接合されている。障壁層２３の材料としては、例えば、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、又はＡｌＧａＩｎＡｓが用いられる。但し、ＩｎＡｌＡｓ及びＩｎＧａＰとしては、それらの伝導帯エネルギレベルがＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１及びＧａＩｎＡｓＰ活性層２の伝導帯エネルギレベルよりも高くなるように組成調整されているものが用いられる。他の構造は第１の実施形態と同様である。
このような第４の実施形態では、図７（ｂ）に示すように、伝導帯ポテンシャルにおけるＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１及びＧａＩｎＡｓＰ活性層２間のオフセットにより生じる電子の拡散を防止することができる。従って、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１とＧａＩｎＡｓＰ活性層２との間でのキャリア密度の均一性を改善してより高性能なＳＯＡを実現することができる。
なお、障壁層２３の光信号の伝達方向における寸法は特に限定されないが、電子のトンネル伝導が生じない程度の厚さ、例えば５ｎｍ以上とすることが好ましい。
次に、第４の実施形態に係るＳＯＡを製造する方法について説明する。図８は、第４の実施形態に係るＳＯＡを製造する第１の方法を工程順に示す断面図である。また、図９は、第４の実施形態に係るＳＯＡを製造する第２の方法を工程順に示す断面図である。
第１の方法では、先ず、図８（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様にして、マスク１１をエッチングマスクとして用いた出力ポート側領域の加工までの処理を行う。次いで、マスク１１を成長マスクとして用いて、ｎ型ＩｎＰクラッド層３ｂ上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層３ｃ及び障壁層２３を、例えばＭＯＶＰＥ法によりこの順で形成する。障壁層２３は、ＭＯＶＰＥのバットジョイント成長法により形成する。ここでは、ＭＯＶＰＥ法の成長条件を調整することで、障壁層２３をＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１とのバットジョイント界面において局所的に厚く成長させることができる。この際に、図示しないが、障壁層２３の一部はｎ型ＩｎＰクラッド層３ｃ上にも薄く形成される。
その後、図８（ｂ）に示すように、マスク１１を成長マスクとして用いて、ｎ型ＩｎＰクラッド層３ｃ上に、ＧａＩｎＡｓＰ活性層２を、例えばＭＯＶＰＥ法によりこの順で形成する。ＧａＩｎＡｓＰ活性層２は、ＭＯＶＰＥのバットジョイント成長法により形成する。
続いて、図８（ｃ）に示すように、障壁層２３及びＧａＩｎＡｓＰ活性層２上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層４ｂを、例えばＭＯＶＰＥ法により形成する。そして、第１の実施形態と同様に、ｐ型ＩｎＰクラッド層４ｃの形成以降の処理を行う。
第２の方法では、先ず、図９（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様にして、マスク１１をエッチングマスクとして用いた出力ポート側領域の加工までの処理を行う。次いで、マスク１１を成長マスクとして用いて、ｎ型ＩｎＰクラッド層３ｂ上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層３ｃ、障壁層２３、及びｐ型ＩｎＰクラッド層４ｅを、例えばＭＯＶＰＥ法によりこの順で形成する。障壁層２３は、ＭＯＶＰＥのバットジョイント成長法により形成する。その後、マスク１１を除去する。
その後、図９（ｂ）に示すように、ｐ型ＩｎＰクラッド層４ａ及び４ｅ上にマスク１３を形成する。マスク１３は、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１及び障壁層２３を残存させる領域及びその両側方に形成する。マスク１３としては、例えばシリコン酸化物マスクを形成する。続いて、マスク１３をエッチングマスクとして用いて、ウェットエッチング等により、ｐ型ＩｎＰクラッド層４ｅ及び障壁層２３の、マスク１３から露出している部分を除去する。
次いで、図９（ｃ）に示すように、マスク１３を成長マスクとして用いて、ｎ型ＩｎＰクラッド層３ｃ上に、ＧａＩｎＡｓＰ活性層２及びｐ型ＩｎＰクラッド層４ｂを、例えばＭＯＶＰＥ法によりこの順で形成する。ＧａＩｎＡｓＰ活性層２は、ＭＯＶＰＥのバットジョイント成長法により形成する。その後、マスク１３を除去する。そして、第１の実施形態と同様に、ｐ型ＩｎＰクラッド層４ｃの形成以降の処理を行う。
このようにして、第４の実施形態に係るＳＯＡを製造することができる。特に、第１の方法では、障壁層２３の形成に伴ってｎ型ＩｎＰクラッド層３ｃとＧａＩｎＡｓＰ活性層２との間に薄い障壁層が形成されてＧａＩｎＡｓＰ活性層２への電流注入の妨げになる可能性があるが、第２の方法によれば、このような薄い障壁層の形成を未然に回避することができる。
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。図１０は、第５の実施形態に係る半導体光増幅器の構造を示す断面図である。
第５の実施形態では、図１０に示すように、アノード電極６に代えて、互いに絶縁分離された入力ポート側領域用のアノード電極１６ａ及び出力ポート側領域用のアノード電極１６ｂが設けられている。アノード電極１６ａはＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１の上方に位置し、アノード電極１６ｂはＧａＩｎＡｓＰ活性層２の上方に位置している。他の構成は、第１の実施形態と同様である。
このような第５の実施形態では、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１及びＧａＩｎＡｓＰ活性層２に、互いに独立して電流を注入することが可能である。上述のように、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１は材料利得ｇの向上に寄与するが、材料利得ｇは注入される電流の量が増加しても、ある電流値で飽和する。従って、それ以上の電流を注入しても材料利得ｇはほとんど増加しない。一方、ＧａＩｎＡｓＰ活性層２は飽和光出力Ｐｓの向上に寄与し、飽和光出力Ｐｓは注入される電流の量に対して飽和しない。従って、アノード電極１６ａ及びカソード電極５間に、材料利得ｇが飽和する程度の電流を流し、アノード電極１６ｂ及びカソード電極５間に、それ以上の電流を流せば、高い効率で飽和光出力Ｐｓを向上させることができる。また、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１の注入電流を入出力光強度に応じて調整すれば、効率的にＳＯＡの利得を調整することが可能となる。このとき、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１が高い微分利得係数Ａgを示すため、導波路の全体がＧａＩｎＡｓＰから構成され、一つのアノード電極が設けられたＳＯＡと比較して、より小さい駆動電流の変化で大きく利得を調整することが可能となる。
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。図１１は、第６の実施形態に係る半導体光増幅器の構造を示す断面図である。
第６の実施形態では、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１に代えて、ＡｌＧａＩｎＡｓ多重量子井戸（ＭＱＷ：multi quantum well）活性層３１が形成され、ＧａＩｎＡｓＰ活性層２に代えて、ＧａＩｎＡｓＰ ＭＱＷ活性層３２が形成されている。ＡｌＧａＩｎＡｓ ＭＱＷ活性層３１は、例えば、ＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層（伸張歪の量：０％、厚さ：５ｎｍ）とＡｌＧａＩｎＡｓバリア層（伸張歪の量：−０．８％、厚さ：１０ｎｍ）とが１０周期積層された構造を有しており、ＡｌＧａＩｎＡｓ ＭＱＷ活性層３１のフォトルミネッセンス波長（ＰＬ波長）は、例えば１．３１μｍである。また、ＧａＩｎＡｓＰ ＭＱＷ活性層３２は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ井戸層（伸張歪の量：０％、厚さ：５ｎｍ）とＧａＩｎＡｓＰバリア層（伸張歪の量：−０．８％、厚さ：１０ｎｍ）とが１０周期積層された構造を有しており、ＧａＩｎＡｓＰ ＭＱＷ活性層３２のＰＬ波長は、例えば１．３６μｍである。他の構造は、第１の実施形態と同様である。
図１２は、波長又は活性層のキャリア密度と材料利得ｇとの関係を示すグラフである。図１２（ａ）には、ＩｎＰ基板上に形成された各ＭＱＷ活性層の材料利得ｇのスペクトルを示し、図１２（ｂ）には、材料利得ｇのキャリア密度依存性を示している。
図１２（ａ）には、活性層のキャリア密度Ｎが３．０×１０18ｃｍ-3の場合のスペクトルを示している。ここで、３．０×１０18ｃｍ-3のキャリア密度Ｎは、上記のように、一般的にＳＯＡが動作するキャリア密度の範囲内にある。そして、図１２に示すように、第１の実施形態（図２（ａ））と同様に、ＧａＩｎＡｓＰとＡｌＧａＩｎＡｓとの間の電子有効質量の差を反映して、ＡｌＧａＩｎＡｓ ＭＱＷ活性層の材料利得スペクトル（実線、破線）では、ＧａＩｎＡｓＰ ＭＱＷ活性層の材料利得スペクトル（一点鎖線、二点鎖線）と比較して、幅が狭いものの、ピーク強度が極めて高い。
図１２（ｂ）には、波長が１３００ｎｍの場合のキャリア密度依存性を示している。ここで、１３００ｎｍの波長は、図１２（ａ）に示すように、活性層のキャリア密度Ｎが３．０×１０18ｃｍ-3の場合の材料利得のピーク波長に近い波長である。そして、図１２（ｂ）に示すように、第１の実施形態（図２（ｂ））と同様に、ＳＯＡが動作するキャリア密度（例えば２×１０18ｃｍ-3〜４×１０18ｃｍ-3程度）では、ＡｌＧａＩｎＡｓ ＭＱＷ活性層がＧａＩｎＡｓＰ ＭＱＷ活性層よりも極めて高い微分利得係数Ａgを示す。
従って、第１の実施形態と同様に、ＡｌＧａＩｎＡｓ ＭＱＷ活性層３１の、高いキャリア密度状態における大きな微分利得係数Ａgを利用して、高い材料利得ｇを得ることが可能である。また、ＧａＩｎＡｓＰ ＭＱＷ活性層３２の、高いキャリア密度状態における小さな微分利得係数Ａgを利用して、高い飽和光出力Ｐｓを実現することも可能である。従って、第１の実施形態と同様に、高い飽和光出力Ｐｓを得ながら消費電力を低減することができる。
また、ＭＱＷ活性層には、バルク活性層と比較して、低いキャリア密度での材料利得の立ち上がり改善等の有利な点があるため、第１の実施形態と比較してより高性能のＳＯＡを実現することが可能である。
なお、いずれの実施形態においても、各活性層の組成波長は特に限定されず、必要とされる利得波長帯に応じて適宜調整することができる。また、導波路に含まれる２つの活性層間で組成波長が相違していてもよい。更に、ＡｌxＧａyＩｎ(1-x-y)Ａｓ活性層については、Ａｌ組成ｘを０．０５以上０．５以下とすることが好ましい。光通信波長帯において、より確実に図２又は図１２に示す特性が得られるからである。
また、各活性層に印加する伸張歪の効果により、各活性層内の重い正孔及び軽い正孔のエネルギ準位を調整して、偏波無依存な利得を実現することができる。伸張歪の量は特に限定されず、例えば、０％〜−１．０％の範囲で適宜調整することができる。また、導波路に含まれる２つの活性層間で歪の量が相違していてもよい。
また、導波路に含まれる２つの活性層の厚さは、これらの活性層間における光導波モード整合を高めるために、相違していることが好ましいが、等しくてもよい。更に、２つの活性層の長さも特に限定されない。より高い出力が要求される場合には、光閉じ込め係数Γを小さく設計することが好ましく、この場合、利得飽和が生じる領域が長くなるため、ＧａＩｎＡｓＰ活性層を長くすることが好ましい。一方で、より高い利得が要求される場合には、光閉じ込め係数Γを大きく設計することが好ましく、この場合、利得飽和が生じる領域が短くなるため、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層を相対的に長くすることが好ましい。フォトニックネットワークに用いるＳＯＡに要求される光出力及び光利得の範囲を考慮すると、ＧａＩｎＡｓＰ活性層の長さは５０μｍ以上とすることが好ましい。
また、各活性層に、Ｎ及び／又はＳｂが含有されていてもよい。つまり、活性層の組成は、ＡｌＧａＩｎＡｓ又はＧａＩｎＡｓＰに限定されない。また、第６の実施形態では、２つの活性層が量子井戸構造を有しているが、一方の活性層のみが量子井戸構造を有していてもよい。
（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。第７の実施形態は、第１の実施形態に係る半導体光増幅器（ＳＯＡ）を備えた光モジュールである。図１３は、第７の実施形態に係る光モジュールの構造を示す図である。
第７の実施形態では、第１の実施形態に係る半導体光増幅器１０１のカソード電極５が、窒化アルミニウム等の高い熱伝導性を持つ材質からなるチップキャリア１０４上にＡｕＳｎはんだ等で接着されている。半導体光増幅器１０１のアノード電極６に金ワイヤ１１２が接続され、金ワイヤ１１２はモジュール筐体１０２に配置された通電用ピン（図示せず）に電気的に接続されている。また、カソード電極５は上記のＡｕＳｎはんだ等によりチップキャリア１０４上の電極（図示せず）に接続され、この電極はモジュール筐体１０２の通電用ピンに金ワイヤ等を介して接続されている。従って、モジュール筐体１０２の通電用ピンを通じて半導体光増幅器１０１に通電することが可能である。
チップキャリア１０４上には半導体光増幅器１０１の温度を検出するサーミスタ１０５が実装され、チップキャリア１０４はペルチェ素子１０３を介してモジュール筐体１０２に固定されている。ペルチェ素子１０３は半導体光増幅器１０１の通電により発生する熱をモジュール筐体１０２から放熱する。光モジュールの動作時には、外部の制御装置等により、サーミスタ１０５により検出される温度が所定の範囲内に収まるように、ペルチェ素子１０３の駆動電流が制御される。
また、増幅される信号光はモジュール筐体１０２に取り付けられた入力用光ファイバ１１２から、レンズ１０６、光アイソレータ１０７及びレンズ１０８を介して半導体光増幅器１０１の入力ポートに光結合される。また、増幅された信号光は半導体光増幅器１０１の出力ポートから、レンズ１０９、光アイソレータ１１０及びレンズ１１１を介して、モジュール筐体１０２に取り付けられた出力用光ファイバ１１３に光結合される。このように、本実施形態では、入出力の片側当たり２枚のレンズを共焦点配置で用いる光学系が採用され、レンズ間の平行ビーム領域に光アイソレータが挿入されており、半導体光増幅器１０１及びモジュール筐体１０２の外部で生じる反射信号光が遮断される。なお、半導体光増幅器１０１では、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１が入力ポート側に位置し、ＧａＩｎＡｓＰ活性層２が出力ポート側に位置している。
なお、半導体光増幅器１０１として、第２の実施形態〜第６の実施形態のいずれかが用いられてもよい。第５の実施形態の実施形態のように、２個のアノード電極１６ａ及び１６ｂが用いられる場合には、各アノード電極に個別に金ワイヤを接続し、個別の通電用ピンに接続すればよい。つまり、このような構成によれば、モジュール筐体１０２の外部からＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１への注入電流及びＧａＩｎＡｓＰ活性層２への注入電流を独立して制御することができる。
また、チップキャリア１０４、ペルチェ素子１０３、サーミスタ１０５等の材料及び形状は上記の例に限定されることはなく、種々の材料及び形状を採用することができる。入出力光ファイバとの光結合構成も上記の例に限定されることはなく、例えば、片側で１枚のレンズのみを使用したり、レンズファイバを使用したりしてもよい。また、光アイソレータを省略してもよい。
（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態について説明する。第８の実施形態は、第７の実施形態に係る光モジュールを備えた光通信システムである。図１４は、第８の実施形態に係る光通信システムの構造を示す図である。
第８の実施形態に係る光通信システムでは、光送信機１２０と光中継機１３０とが光ファイバ伝送路１５１で接続され、光中継機１３０と光受信機１４０とが光ファイバ伝送路１５２で接続されている。
光送信機１２０には、レーザ光源１２１、送信回路１２２及び光変調器１２３が設けられている。そして、レーザ光源１２１から射出されたＣＷ（強度一定）信号光が、送信回路１２２から出力された送信データに基づいて光変調器１２３によって変調され、変調信号光として出力される。つまり、光送信機１２０は、送信データを光信号に乗せて出力する。
光中継機１３０には、駆動回路１３２及び第７の実施形態に係る光モジュール１３１が設けられている。駆動回路１３２は、光モジュール１３１のモジュール筐体１０２に設けられた通電用ピンに駆動電流を供給する。従って、光ファイバ伝送路１５１を伝搬して強度が減衰した変調光信号の強度が、光中継機１３０内において駆動回路１３２から給電及び制御された光モジュール１３１によって増幅され、この増幅された信号光が光ファイバ伝送路１５２に入力される。
光受信機１４０には、光受信器１４１及び受信回路１４２が設けられている。そして、光ファイバ伝送路１５２を伝搬してきた信号光を光受信器１４１が電気信号に変換し、受信回路１４２が受信データを復号する。
このような光通信システムにおいて、光モジュール１３１内の半導体光増幅器１０１は、変調信号光の強度を増幅して光ファイバ伝送路１５１等で生じた光損失を補償し、変調光信号光の伝送距離を増大させる。このため、本実施形態によれば、少ない消費電力で光通信システムの伝送距離を増大させたり、高度で複雑な光通信システムにおける光損失を補償し、より高い伝送特性を実現したりすることが可能となる。
なお、光通信システムの構成が上記の例に限定されることはなく、第７の実施形態の光モジュールを種々の構成の光通信システムに用いることが可能であり、高性能及び低消費電力化を実現することができる。
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
ｎ型半導体層と、
ｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層間に設けられ、光信号を伝搬する活性層と、
前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層を介して前記活性層に電流を注入する電流注入部と、
を有し、
前記活性層は、
ＡｌＧａＩｎＡｓを含有する第１の活性層と、
前記第１の活性層よりも前記光信号の出力側に位置し、ＧａＩｎＡｓＰを含有する第２の活性層と、
を有し、
前記第１の活性層と前記第２の活性層とが互いにバットジョイント接合されていることを特徴とする半導体光増幅器。
（付記２）
ｎ型半導体層と、
ｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層間に設けられ、光信号を伝搬する活性層と、
前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層を介して前記活性層に電流を注入する電流注入部と、
を有し、
前記活性層は、
第１の活性層と、
前記第１の活性層よりも前記光信号の出力側に位置する第２の活性層と、
を有し、
前記第１の活性層と前記第２の活性層とが互いにバットジョイント接合されており、
所定のキャリア密度状態における前記第１の活性層の微分利得係数は前記第２の活性層の微分利得係数よりも大きいことを特徴とする半導体光増幅器。
（付記３）
前記活性層は、前記第１の活性層と前記第２の活性層との間に位置し、前記第１の活性層及び前記第２の活性層にバットジョイント接合された障壁層を有することを特徴とする付記１又は２に記載の半導体光増幅器。
（付記４）
前記障壁層は、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、及びＡｌＧａＩｎＡｓからなる群から選択された少なくとも一種を含有することを特徴とする付記３に記載の半導体光増幅器。
（付記５）
前記障壁層の前記光信号の伝搬方向における寸法は５ｎｍ以上であることを特徴とする付記３又は４に記載の半導体光増幅器。
（付記６）
前記第１の活性層又は前記第２の活性層の少なくとも一方が量子井戸構造を有していることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
（付記７）
前記第１の活性層又は前記第２の活性層の少なくとも一方に伸張歪が付加されていることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
（付記８）
前記第１の活性層の厚さ及び前記第２の活性層の厚さが互いに相違していることを特徴とする付記１乃至７のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
（付記９）
前記電流注入部は、前記第１の活性層及び前記第２の活性層に、個別に電流を注入する電極を有することを特徴とする付記１乃至８のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
（付記１０）
前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層は、ＩｎＰを含むことを特徴とする付記１乃至９のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
（付記１１）
前記第１の活性層及び前記第２の活性層と前記ｎ型クラッド層との間に形成されたガイド層を有し、
前記ガイド層のバンドギャップ波長は、
前記ｎ型クラッド層のバンドギャップ波長より小さく、
前記第１の活性層のバンドギャップ波長及び前記第２の活性層のバンドギャップ波長よりも大きいことを特徴とする付記１乃至１０のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
（付記１２）
前記活性層の両端面に形成された反射防止膜を有することを特徴とする付記１乃至１１のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
（付記１３）
前記第１の活性層及び前記第２の活性層の両側方に形成された半絶縁性半導体障壁層を有し、電流狭窄構造となっていることを特徴とする付記１乃至１２のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
（付記１４）
半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器の第１の活性層に信号光を入力する入力部と、
前記半導体光増幅器の第２の活性層から信号光を出力する出力部と
を有し、
前記半導体光増幅器は、
ｎ型半導体層と、
ｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層間に設けられ、光信号を伝搬する活性層と、
前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層を介して前記活性層に電流を注入する電流注入部と、
を有し、
前記活性層は、
ＡｌＧａＩｎＡｓを含有する第１の活性層と、
前記第１の活性層よりも前記光信号の出力側に位置し、ＧａＩｎＡｓＰを含有する第２の活性層と、
を有し、
前記第１の活性層と前記第２の活性層とが互いにバットジョイント接合されていることを特徴とする光モジュール。
（付記１５）
第１の信号光伝送路と、
前記第１の信号光伝送路を伝搬した信号光を増幅する光中継部と、
前記光中継部により増幅された信号光が伝搬する第２の信号光伝送路と、
を有し、
前記光中継部は、光モジュールを含み、
前記光モジュールは、
半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器の第１の活性層に信号光を入力する入力部と、
前記半導体光増幅器の第２の活性層から信号光を出力する出力部と
を有し、
前記半導体光増幅器は、
ｎ型半導体層と、
ｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層間に設けられ、光信号を伝搬する活性層と、
前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層を介して前記活性層に電流を注入する電流注入部と、
を有し、
前記活性層は、
ＡｌＧａＩｎＡｓを含有する第１の活性層と、
前記第１の活性層よりも前記光信号の出力側に位置し、ＧａＩｎＡｓＰを含有する第２の活性層と、
を有し、
前記第１の活性層と前記第２の活性層とが互いにバットジョイント接合されていることを特徴とする光通信システム。
１：ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層
２：ＧａＩｎＡｓＰ活性層
３：ｎ型ＩｎＰ層
４：ｐ型ＩｎＰ層
５：カソード電極
６、１６ａ、１６ｂ：アノード電極
１０：バットジョイント接合部
２３：障壁層
３１：ＡｌＧａＩｎＡｓ ＭＱＷ活性層
３２：ＧａＩｎＡｓＰ ＭＱＷ活性層
１０１：半導体光増幅器
１２０：光送信機
１３０：光中継機
１３１：光モジュール
１４０：光受信機

Claims (9)

  1. ｎ型半導体層と、
    ｐ型半導体層と、
    前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層間に設けられ、光信号を伝搬する活性層と、
    前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層を介して前記活性層に電流を注入する電流注入部と、
    を有し、
    前記活性層は、
    ＡｌＧａＩｎＡｓを含有する第１の活性層と、
    前記第１の活性層よりも前記光信号の出力側に位置し、ＧａＩｎＡｓＰを含有する第２の活性層と、
    を有し、
    前記第１の活性層と前記第２の活性層とが互いにバットジョイント接合されていることを特徴とする半導体光増幅器。
  2. ｎ型半導体層と、
    ｐ型半導体層と、
    前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層間に設けられ、光信号を伝搬する活性層と、
    前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層を介して前記活性層に電流を注入する電流注入部と、
    を有し、
    前記活性層は、
    第１の活性層と、
    前記第１の活性層よりも前記光信号の出力側に位置する第２の活性層と、
    を有し、
    前記第１の活性層と前記第２の活性層とが互いにバットジョイント接合されており、
    所定のキャリア密度状態における前記第１の活性層の微分利得係数は前記第２の活性層の微分利得係数よりも大きいことを特徴とする半導体光増幅器。
  3. 前記活性層は、前記第１の活性層と前記第２の活性層との間に位置し、前記第１の活性層及び前記第２の活性層にバットジョイント接合された障壁層を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体光増幅器。
  4. 前記障壁層は、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、及びＡｌＧａＩｎＡｓからなる群から選択された少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項３に記載の半導体光増幅器。
  5. 前記障壁層の前記光信号の伝搬方向における寸法は５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体光増幅器。
  6. 前記第１の活性層又は前記第２の活性層の少なくとも一方が量子井戸構造を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
  7. 前記第１の活性層又は前記第２の活性層の少なくとも一方に伸張歪が付加されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
  8. 半導体光増幅器と、
    前記半導体光増幅器の第１の活性層に信号光を入力する入力部と、
    前記半導体光増幅器の第２の活性層から信号光を出力する出力部と
    を有し、
    前記半導体光増幅器は、
    ｎ型半導体層と、
    ｐ型半導体層と、
    前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層間に設けられ、光信号を伝搬する活性層と、
    前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層を介して前記活性層に電流を注入する電流注入部と、
    を有し、
    前記活性層は、
    ＡｌＧａＩｎＡｓを含有する第１の活性層と、
    前記第１の活性層よりも前記光信号の出力側に位置し、ＧａＩｎＡｓＰを含有する第２の活性層と、
    を有し、
    前記第１の活性層と前記第２の活性層とが互いにバットジョイント接合されていることを特徴とする光モジュール。
  9. 第１の信号光伝送路と、
    前記第１の信号光伝送路を伝搬した信号光を増幅する光中継部と、
    前記光中継部により増幅された信号光が伝搬する第２の信号光伝送路と、
    を有し、
    前記光中継部は、光モジュールを含み、
    前記光モジュールは、
    半導体光増幅器と、
    前記半導体光増幅器の第１の活性層に信号光を入力する入力部と、
    前記半導体光増幅器の第２の活性層から信号光を出力する出力部と
    を有し、
    前記半導体光増幅器は、
    ｎ型半導体層と、
    ｐ型半導体層と、
    前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層間に設けられ、光信号を伝搬する活性層と、
    前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層を介して前記活性層に電流を注入する電流注入部と、
    を有し、
    前記活性層は、
    ＡｌＧａＩｎＡｓを含有する第１の活性層と、
    前記第１の活性層よりも前記光信号の出力側に位置し、ＧａＩｎＡｓＰを含有する第２の活性層と、
    を有し、
    前記第１の活性層と前記第２の活性層とが互いにバットジョイント接合されていることを特徴とする光通信システム。
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