JP2643319B2 - 半導体光増幅器 - Google Patents
半導体光増幅器Info
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- JP2643319B2 JP2643319B2 JP15561088A JP15561088A JP2643319B2 JP 2643319 B2 JP2643319 B2 JP 2643319B2 JP 15561088 A JP15561088 A JP 15561088A JP 15561088 A JP15561088 A JP 15561088A JP 2643319 B2 JP2643319 B2 JP 2643319B2
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- Japan
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- semiconductor optical
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、端面反射率の抑制によって、入力光波長変
動に対して、信号利得の変動が少なく、かつ、シングル
モードファイバとの結合損失も小さい半導体光増幅器に
関する。
動に対して、信号利得の変動が少なく、かつ、シングル
モードファイバとの結合損失も小さい半導体光増幅器に
関する。
半導体光増幅器は、長距離伝送系での中継器として用
いることによって、中継器の小型化、再生中継間隔の拡
大を可能にする。また、光検出器の直前で、光前置増幅
器として用いることによって、直接検波方式に比べて受
光レベルを改善できる。さらに、光変換における変換器
の損失補償器として用いることによって、OE,EO変換を
施すことなく、多チャネルの変換システムを実現できる
など多くの利点を有することから盛んに研究開発が進め
られている。
いることによって、中継器の小型化、再生中継間隔の拡
大を可能にする。また、光検出器の直前で、光前置増幅
器として用いることによって、直接検波方式に比べて受
光レベルを改善できる。さらに、光変換における変換器
の損失補償器として用いることによって、OE,EO変換を
施すことなく、多チャネルの変換システムを実現できる
など多くの利点を有することから盛んに研究開発が進め
られている。
従来の半導体光増幅器は半導体レーザをしきい値以下
にバイアスして用いる共振型と半導体レーザの両端面の
端面反射率をARコーティング、窓端面構造などの手段を
用いて抑制した進行波型に分けられる。入力光波長変動
に対する利得変動および入力光強度増加に対する利得飽
和が小さいことなどの点から、進行波型光増幅器は、共
振型半導体光増幅器に比べて有利である。しかし、この
ような特性のよい進行波型半導体光増幅器を得るために
は、端面反射率0.1％以下に抑える必要がある。しか
し、従来用いられてきたARコーティング技術のみで、所
望の端面反射率を再現性よく得ることは非常に困難であ
る。従って、端面反射率の抑制は、窓端面構造を有する
半導体光増幅器が有望である。第２図に従来例である窓
端面構造を持つ半導体光増幅器を示す。第２図の半導体
光増幅器の作製工程を次に説明する。
にバイアスして用いる共振型と半導体レーザの両端面の
端面反射率をARコーティング、窓端面構造などの手段を
用いて抑制した進行波型に分けられる。入力光波長変動
に対する利得変動および入力光強度増加に対する利得飽
和が小さいことなどの点から、進行波型光増幅器は、共
振型半導体光増幅器に比べて有利である。しかし、この
ような特性のよい進行波型半導体光増幅器を得るために
は、端面反射率0.1％以下に抑える必要がある。しか
し、従来用いられてきたARコーティング技術のみで、所
望の端面反射率を再現性よく得ることは非常に困難であ
る。従って、端面反射率の抑制は、窓端面構造を有する
半導体光増幅器が有望である。第２図に従来例である窓
端面構造を持つ半導体光増幅器を示す。第２図の半導体
光増幅器の作製工程を次に説明する。
まず、ｎ−InP基板１の上面にノンドープInGaAsP活性
層２、アンチメルトバック層（AMB層）３、ｐ−InPクラ
ッド層４を液相成長（LPE）法によりそれぞれ厚さ0.1μ
ｍ、0.01μｍ、１μｍの順に結晶成長した後、この多層
半導体結晶の活性領域15に相当する部分において、〔11
0〕方向に、深さ1.5μｍ、幅４μｍの２本の平行な円形
の溝12,13とそれによって挾まれる幅1.2μｍのメサスト
ライブ14を形成する。また、窓領域16に相当する部分に
おいて、溝12,13から連続し、メサストライプが存在し
ない幅４μｍ深さ1.5μｍの円形の溝10を形成する。窓
領域16の長さは50μｍである。次に上記半導体多層結晶
の上にメサストライプ14の上部を除いて、ｐ−InP電流
ブロック層５、ｎ−InP電流ブロック層６を、そして全
面にｐ−InP埋め込み層７、波長組成1.2μｍのp+−InGa
AsPコンタクト層８をそれぞれ、平坦部での厚さ１μ
ｍ、0.5μｍ、２μｍ、0.5μｍの順にLPE法により結晶
成長する。コンタクト層８の上には、CVD法により、厚
さ3000ÅのSiO2膜９を形成し、メサストライブ14の直上
部に相当する部分のSiO2膜９に窓を開ける。さらに、Si
O2膜９及びSiO2膜９の窓部を覆うようにCr/Auからなる
電極19を、ｎ−InP基板１の下にAuGeNiからなる電極11
を形成する。最後に、活性領域側15および窓領域側16の
端面にプラズマCVD法により、厚さ2200ÅのSiN膜17,18
を形成する。
層２、アンチメルトバック層（AMB層）３、ｐ−InPクラ
ッド層４を液相成長（LPE）法によりそれぞれ厚さ0.1μ
ｍ、0.01μｍ、１μｍの順に結晶成長した後、この多層
半導体結晶の活性領域15に相当する部分において、〔11
0〕方向に、深さ1.5μｍ、幅４μｍの２本の平行な円形
の溝12,13とそれによって挾まれる幅1.2μｍのメサスト
ライブ14を形成する。また、窓領域16に相当する部分に
おいて、溝12,13から連続し、メサストライプが存在し
ない幅４μｍ深さ1.5μｍの円形の溝10を形成する。窓
領域16の長さは50μｍである。次に上記半導体多層結晶
の上にメサストライプ14の上部を除いて、ｐ−InP電流
ブロック層５、ｎ−InP電流ブロック層６を、そして全
面にｐ−InP埋め込み層７、波長組成1.2μｍのp+−InGa
AsPコンタクト層８をそれぞれ、平坦部での厚さ１μ
ｍ、0.5μｍ、２μｍ、0.5μｍの順にLPE法により結晶
成長する。コンタクト層８の上には、CVD法により、厚
さ3000ÅのSiO2膜９を形成し、メサストライブ14の直上
部に相当する部分のSiO2膜９に窓を開ける。さらに、Si
O2膜９及びSiO2膜９の窓部を覆うようにCr/Auからなる
電極19を、ｎ−InP基板１の下にAuGeNiからなる電極11
を形成する。最後に、活性領域側15および窓領域側16の
端面にプラズマCVD法により、厚さ2200ÅのSiN膜17,18
を形成する。
しかし、従来の窓端面構造を有する半導体光増幅器
は、窓領域の長さ50μｍに対して、ｐ−InP埋め込み層
７の厚さが２μｍ程度と薄いから、第３図のように、窓
領域部分の電極によって、光が散乱され、シングルモー
ドファイバとの結合効率が悪い。従来の半導体光増幅器
にはこのような解決すべき課題があった。本発明の目的
は、その従来の課題を解決し、製作が容易で、シングル
モードファイバとの結合効率もよい、特性の優れた進行
液型半導体光増幅器を提供することにある。
は、窓領域の長さ50μｍに対して、ｐ−InP埋め込み層
７の厚さが２μｍ程度と薄いから、第３図のように、窓
領域部分の電極によって、光が散乱され、シングルモー
ドファイバとの結合効率が悪い。従来の半導体光増幅器
にはこのような解決すべき課題があった。本発明の目的
は、その従来の課題を解決し、製作が容易で、シングル
モードファイバとの結合効率もよい、特性の優れた進行
液型半導体光増幅器を提供することにある。
前述の課題を解決するために本発明が提供する手段
は、信号光に対して閉じ込め効果を有する活性領域を持
つ半導体光増幅器の活性領域が一方または両方の端面近
傍で途切れることによって形成された窓領域を有する半
導体光増幅器であって、前記信号光の波長をλ、前記活
性領域の途切れ部分から前記端面までの前記窓領域の長
さをlw、円周率をπ、前記活性領域の途切れ部分から前
記端面までの前記窓領域の屈折率をｎ、前記活性領域の
途切れ部分における活性層厚方向の前記信号光ビーム径
をW0とするとき、前記活性領域から電極までの距離がλ
lw/2πnW0より大きいことを特徴とする。
は、信号光に対して閉じ込め効果を有する活性領域を持
つ半導体光増幅器の活性領域が一方または両方の端面近
傍で途切れることによって形成された窓領域を有する半
導体光増幅器であって、前記信号光の波長をλ、前記活
性領域の途切れ部分から前記端面までの前記窓領域の長
さをlw、円周率をπ、前記活性領域の途切れ部分から前
記端面までの前記窓領域の屈折率をｎ、前記活性領域の
途切れ部分における活性層厚方向の前記信号光ビーム径
をW0とするとき、前記活性領域から電極までの距離がλ
lw/2πnW0より大きいことを特徴とする。
第４図は窓端面構造の反射率の一計算例（IEEEジャー
ナル・オブ・コンタムエレクトロニクス、（IEEE Journ
al of Quantum Electron.,QE−20（３）,1984,236））
であり、縦軸には窓端面による有効反射率（Reff）、横
軸には窓領域長（lw）を取っている。実線は方形導波路
についての計算例であり、点線はスラブ導波路による計
算例である。波長（λ）は1.55μｍ、窓領域を構成する
InPの屈折率（ｎ）は3.17としてある。活性層厚を0.1μ
ｍ程度とすると、活性層端での活性層厚方向のビーム径
（W0）は0.28μｍ程度となるが、第４図から、窓領域長
20μｍ程度でも端面反射率は１％以下にできる。窓側端
面での活性層厚方向のビーム径（W1）は、 W1＝λlw/πnW0 で与えられるが、上述の数値を用いると、W1＝11μｍが
得られる。従って、前記透明部分の直径を11μｍ以上に
設定し、活性層から電極までの距離をW1/2にすればよ
い。
ナル・オブ・コンタムエレクトロニクス、（IEEE Journ
al of Quantum Electron.,QE−20（３）,1984,236））
であり、縦軸には窓端面による有効反射率（Reff）、横
軸には窓領域長（lw）を取っている。実線は方形導波路
についての計算例であり、点線はスラブ導波路による計
算例である。波長（λ）は1.55μｍ、窓領域を構成する
InPの屈折率（ｎ）は3.17としてある。活性層厚を0.1μ
ｍ程度とすると、活性層端での活性層厚方向のビーム径
（W0）は0.28μｍ程度となるが、第４図から、窓領域長
20μｍ程度でも端面反射率は１％以下にできる。窓側端
面での活性層厚方向のビーム径（W1）は、 W1＝λlw/πnW0 で与えられるが、上述の数値を用いると、W1＝11μｍが
得られる。従って、前記透明部分の直径を11μｍ以上に
設定し、活性層から電極までの距離をW1/2にすればよ
い。
第１図は本発明の一実施例である窓端面構造を持つ半
導体光増幅器を示す斜視図、第３図はこの実施例の端面
部を示す断面図である。この実施例の作製工程を次に説
明する。
導体光増幅器を示す斜視図、第３図はこの実施例の端面
部を示す断面図である。この実施例の作製工程を次に説
明する。
まず、ｎ−InP基板１の上面にノンドープInGaAsP活性
層２、アンチメルトバック層（AMB層）３、ｐ−InPクラ
ッド層４を液相成長（LPE）法によりそれぞれ厚さ0.1μ
ｍ、0.01μｍ、１μｍの順に結晶成長した後、この多層
半導体結晶の活性領域15に相当する部分において、〔11
0〕方向に、深さ1.5μｍ、幅４μｍの２本の溝12,13と
それによって挾まれる幅1.2μｍのメサストライプ14を
形成する。また、窓領域16に相当する部分において、溝
12,13から連続し、メサストライブが存在しない幅４μ
ｍ深さ1.5μｍの溝10を形成する。窓領域16の長さは30
μｍである。次に上記半導体多層結晶の上にメサストラ
イプ14の上部を除いて、ｐ−InP電流ブロック層５、ｎ
−InP電流ブロック層６を、そして全面にｐ−InP埋め込
み層７、波長組成1.2μｍのp+−InGaAsPコンタクト層８
をそれぞれ、平坦部での厚さ１μｍ、0.5μｍ、６μ
ｍ、0.5μｍの順にLPE法により結晶成長した。ｐ−InP
埋め込み層７の厚さは端面でビーム径が11μｍとなるこ
とを考え、その半径5.5μｍ以上の６μｍとした。コン
タクト層８の上には、CVD法により、厚さ3000ÅのSiO2
膜９を形成し、メサストライプ14の直上部に相当する部
分のSiO2膜９に窓を開ける。さらに、SiO2膜９及び、Si
O2膜９の窓部を覆うようにCr/Auからなる電流19を、ｎ
−InP基板１の下にAuGeNiからなる電極11を形成する。
最後に、両端面にECRプラズマCVD法により、厚さ2200Å
のSiON膜17,18を形成する。
層２、アンチメルトバック層（AMB層）３、ｐ−InPクラ
ッド層４を液相成長（LPE）法によりそれぞれ厚さ0.1μ
ｍ、0.01μｍ、１μｍの順に結晶成長した後、この多層
半導体結晶の活性領域15に相当する部分において、〔11
0〕方向に、深さ1.5μｍ、幅４μｍの２本の溝12,13と
それによって挾まれる幅1.2μｍのメサストライプ14を
形成する。また、窓領域16に相当する部分において、溝
12,13から連続し、メサストライブが存在しない幅４μ
ｍ深さ1.5μｍの溝10を形成する。窓領域16の長さは30
μｍである。次に上記半導体多層結晶の上にメサストラ
イプ14の上部を除いて、ｐ−InP電流ブロック層５、ｎ
−InP電流ブロック層６を、そして全面にｐ−InP埋め込
み層７、波長組成1.2μｍのp+−InGaAsPコンタクト層８
をそれぞれ、平坦部での厚さ１μｍ、0.5μｍ、６μ
ｍ、0.5μｍの順にLPE法により結晶成長した。ｐ−InP
埋め込み層７の厚さは端面でビーム径が11μｍとなるこ
とを考え、その半径5.5μｍ以上の６μｍとした。コン
タクト層８の上には、CVD法により、厚さ3000ÅのSiO2
膜９を形成し、メサストライプ14の直上部に相当する部
分のSiO2膜９に窓を開ける。さらに、SiO2膜９及び、Si
O2膜９の窓部を覆うようにCr/Auからなる電流19を、ｎ
−InP基板１の下にAuGeNiからなる電極11を形成する。
最後に、両端面にECRプラズマCVD法により、厚さ2200Å
のSiON膜17,18を形成する。
このようにして作製した半導体光増幅器では、ｐ−In
P埋め込み層７の厚さがビームの半径より大きいので、
窓端面付近での電極による散乱がなくなり、セルフォッ
クレンズを用いた結合において結合効率3dBと良好な結
果が得られた。また、波長1.55μｍ強度−35dBmの入射
光に対して注入電流70mA時に18dBのファイバ間光増幅利
得を得た。さらに、このとき、入射光波長15Å（ファブ
リペローモードに対する自由スペクトルレンジ以上）掃
引した時の増幅率変化は2dBと非常に小さかった。これ
は、窓端面構造の採用によって、光増幅器の平均端面反
射率が0.1％以下に抑制された結果である。
P埋め込み層７の厚さがビームの半径より大きいので、
窓端面付近での電極による散乱がなくなり、セルフォッ
クレンズを用いた結合において結合効率3dBと良好な結
果が得られた。また、波長1.55μｍ強度−35dBmの入射
光に対して注入電流70mA時に18dBのファイバ間光増幅利
得を得た。さらに、このとき、入射光波長15Å（ファブ
リペローモードに対する自由スペクトルレンジ以上）掃
引した時の増幅率変化は2dBと非常に小さかった。これ
は、窓端面構造の採用によって、光増幅器の平均端面反
射率が0.1％以下に抑制された結果である。
なお、上記実施例においては、DC−PBH構造を用いて
作製した例を示したが、他の構造例えばBH構造などを用
いて構成しても良い。また用いる半導体材料もInP系に
限るものではない。さらに、上記実施例では、窓領域長
20μｍに対する例として６μｍの埋め込み層を採用した
が、更に反射率を低減するために窓領域長を例えば50μ
ｍ程度と長くした場合にはそれに対応した埋め込み層厚
を採用すれば良いことは明かである。また、上記実施例
においては、活性層幅と活性層厚の比が大きく、増幅利
得に入力偏波依存性があるが、これを軽減するために活
性層厚を厚くした場合にも同様にして、窓端面付近での
散乱がないように、設計できることは明かである。
作製した例を示したが、他の構造例えばBH構造などを用
いて構成しても良い。また用いる半導体材料もInP系に
限るものではない。さらに、上記実施例では、窓領域長
20μｍに対する例として６μｍの埋め込み層を採用した
が、更に反射率を低減するために窓領域長を例えば50μ
ｍ程度と長くした場合にはそれに対応した埋め込み層厚
を採用すれば良いことは明かである。また、上記実施例
においては、活性層幅と活性層厚の比が大きく、増幅利
得に入力偏波依存性があるが、これを軽減するために活
性層厚を厚くした場合にも同様にして、窓端面付近での
散乱がないように、設計できることは明かである。
半導体光増幅器において、最も基本的で、かつ、重要
な問題である端面反射率抑制の点で窓端面構造が有利で
あるが、従来の窓端面構造はシングルモードファイバの
結合効率が低くかった。本発明は、この点の改善して、
その結合効率を飛躍的に改善した窓端面構造の半導体光
増幅器を提供することができる。
な問題である端面反射率抑制の点で窓端面構造が有利で
あるが、従来の窓端面構造はシングルモードファイバの
結合効率が低くかった。本発明は、この点の改善して、
その結合効率を飛躍的に改善した窓端面構造の半導体光
増幅器を提供することができる。
第１図及び第２図はそれぞれ本発明の実施例及び従来例
である窓端面構造を有する進行波型半導体光増幅器の斜
視図であり、第３図は従来例の問題点を説明する図、第
４図は窓端面構造による反射率の計算例を示す図であ
る。 図において、１……ｎ−InP基板、２……ノンドープInG
aAsP活性層、３……アンチメルトバック層、４……ｐ−
InPクラッド層、５……ｐ−InP電流ブロック層、６……
ｎ−InP電流ブロック層、７……ｐ−InP埋め込み層、８
……p+−InGaAsPコンタクト層、９……SiO2膜、10,12,1
3……溝、11,19……電極、14……メサストライプ、15…
…活性領域、16……窓領域、17,18……無反射コーティ
ング膜、20……信号光である。
である窓端面構造を有する進行波型半導体光増幅器の斜
視図であり、第３図は従来例の問題点を説明する図、第
４図は窓端面構造による反射率の計算例を示す図であ
る。 図において、１……ｎ−InP基板、２……ノンドープInG
aAsP活性層、３……アンチメルトバック層、４……ｐ−
InPクラッド層、５……ｐ−InP電流ブロック層、６……
ｎ−InP電流ブロック層、７……ｐ−InP埋め込み層、８
……p+−InGaAsPコンタクト層、９……SiO2膜、10,12,1
3……溝、11,19……電極、14……メサストライプ、15…
…活性領域、16……窓領域、17,18……無反射コーティ
ング膜、20……信号光である。
Claims (1)
- 【請求項１】信号光に対して閉じ込め効果を有する活性
領域を持つ半導体光増幅器の活性領域が一方または両方
の端面近傍で途切れることによって形成された窓領域を
有する半導体光増幅器において、前記信号光の波長を
λ、前記活性領域の途切れ部分から前記端面までの前記
窓領域の長さをlw、円周率をπ、前記活性領域の途切れ
部分から前記端面までの前記窓領域の屈折率をｎ、前記
活性領域の途切れ部分における活性層厚方向の前記信号
光ビーム径をW0とするとき、前記活性領域から電極まで
の距離がλlw/2πnW0より大きいことを特徴とする半導
体光増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15561088A JP2643319B2 (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | 半導体光増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15561088A JP2643319B2 (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | 半導体光増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01321675A JPH01321675A (ja) | 1989-12-27 |
| JP2643319B2 true JP2643319B2 (ja) | 1997-08-20 |
Family
ID=15609785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15561088A Expired - Lifetime JP2643319B2 (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | 半導体光増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2643319B2 (ja) |
-
1988
- 1988-06-23 JP JP15561088A patent/JP2643319B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01321675A (ja) | 1989-12-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 12 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090502 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
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