JP5503319B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、半導体光増幅器を用いた光モジュールに関し、特に光通信システムにおいて用いられる半導体光増幅器を用いた光モジュールに関する。

光通信システムにおいて、光ファイバを介して光信号を遠方に伝送する場合には光信号の減衰が生じるため、適宜中継器を設けることによりこの光信号を増幅する必要がある。光信号を電気信号に変換せずに直接増幅できる中継器として、活性層中の誘導放出現象を利用した半導体光増幅器が注目されている。

半導体光増幅器は、光スイッチや交換器に組み込まれることにより損失補償をすることができるという特徴を有しており、光交換における損失補償器や光検出器の直前で用いる光前置増幅器としての利用も期待されているため、盛んに研究が進められている。

半導体光増幅器は、半導体レーザの両端面の端面反射率を、誘電体膜による無反射膜、窓端面構造、斜め導波路構造などの手段を用いて低減して用いられる。

しかしながら、上記のような光増幅器においては、一方の端面から入射された光を他方の端面から出射させる構成となっているため、両端面に光ファイバを光結合させることとなる。このため、このような光増幅器を備える光モジュール内には、上記の光結合に必要となるスペースを確保しなければならず、光モジュール全体としてのサイズが大型化してしまうという問題があった。

この問題を解決するために、一方の端面に無反射膜を施し、他方の端面に高反射膜を施して、一方の端面側の光ファイバから光信号を入出力する反射型構造が考案された（例えば、特許文献１参照）。

図１３は、上述の反射型光増幅器を用いた光通信システムの一部を模式的に示す図である。従来の光通信システムは、反射型光増幅器を備えた光モジュール１００と、入力光ファイバ１０１と、出力光ファイバ１０２と、入出力光ファイバ１０３と、光サーキュレータ１０４と、を備えている。

入力光ファイバ１０１を導波された入力光信号は、光サーキュレータ１０４を介して入出力光ファイバ１０３を導波されて光モジュール１００に入射される。光モジュール１００によって増幅された入力光信号は、出力光信号として入出力光ファイバ１０３を逆方向に導波され、光サーキュレータ１０４により出力光ファイバ１０２に送出される。

即ち、図１３に示した従来の光通信システムにおいては、入出力の光信号を分離するために光サーキュレータの使用が必須となる。

特開２００５−２２３９２３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来の光通信システムにおいて用いられる光サーキュレータは、高価である上に、挿入損失が大きいという欠点を有している。さらに、光サーキュレータは光増幅器に比べてサイズが大きく、汎用のバタフライパッケージ内に光増幅器と光サーキュレータを配置することが困難であった。また、両端面に無反射膜と高反射膜をそれぞれ施すことにより平均反射率が高くなり、利得の波長に対するリップルが大きくなるため、高いレベルの無反射膜が必要とされるという問題もあった。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、光通信システムにおいて光サーキュレータを用いずに入出力の光信号を分離することができる、小型かつ低コストの半導体光増幅器を用いた光モジュールを提供することを目的とする。

本発明の光モジュールは、反射型の半導体光増幅器を含んでなる光モジュールであって、前記半導体光増幅器は、半導体基板上に積層された活性層とクラッド層とを含み、入射された光を導波するとともに増幅する光導波路を備え、劈開によって形成された前方端面および後方端面にそれぞれ無反射膜および高反射膜が形成されており、前記光導波路は、前記前方端面側から前記後方端面側に向かって形成され、前記前方端面側から光が入射される入力導波路と、前記後方端面側から前記前方端面側に向かって形成され、前記前方端面側から光が出射される出力導波路と、からなり、前記入力導波路は、前記前方端面に対し直交する向きで形成された第１の直線部と、当該第１の直線部から延伸する第１の曲線部とを有し、前記出力導波路は、前記前方端面に対し直交する向きで形成された第２の直線部と、当該第２の直線部から延伸する第２の曲線部とを有し、前記第１の曲線部と前記第２の曲線部が前記後方端面近傍で所定の角度をなして連続的に結合しており、前記入力導波路を導波された光が、前記後方端面で反射されて前記出力導波路を導波されるようになっており、また、前記半導体光増幅器の前記入力導波路に入力される入力光信号を外部から導波する入力光ファイバと、前記半導体光増幅器の前記出力導波路から出力される出力光信号を外部へ導波する出力光ファイバと、前記半導体光増幅器の前記後方端面を透過した光を受光し、該受光した光に応じた受光信号を出力する受光部と、前記受光部から出力された前記受光信号を受け、該受光信号に応じた駆動信号を前記半導体光増幅器へ出力する駆動制御回路と、を備える構成を有している。

この構成により、光通信システムにおいて光サーキュレータを用いずに入出力の光信号を分離することが可能な半導体光増幅器を実現できる。さらに、本構成により、共振面を共に無反射膜で構成しているため、一方の端面側から光信号を入出力しているにも拘らず、利得のリップルを大幅に低減できる。
また、この構成により、汎用のバタフライパッケージ内で入出力の光信号を分離できるため、デバイスの小型化、低コスト化を実現できる。また、この構成により、半導体光増幅器の出力を一定にすることができる。

また、本発明の光モジュールにおいては、前記半導体光増幅器の前記入力導波路または前記出力導波路の少なくとも一方に窓領域を有する構成を有している。

従来は光導波路の入出力端が同一であり、無反射膜側に形成された該同一の入出力端のみに反射率低減構造を形成していたが、本発明では入出力端を独立させたため、入力端および出力端それぞれに反射率低減構造を形成することができる。従って、本発明は、無反射膜が残留反射率を有する場合であっても、利得の波長依存性に光共振器の存在に起因する特定波長のピークが出現することを従来よりも抑制できるため、広帯域の波長範囲に亘って安定した光増幅を実現できる。

さらに、本発明の光モジュールにおいては、前記半導体光増幅器の前記光導波路の前記活性層の上方に電極が形成されており、該電極が、少なくとも前記入力導波路および前記出力導波路ごとに分割されて設けられている構成を有している。また、本発明の光モジュールにおいては、前記電極が、さらに前記後方端面付近で前記半導体基板の長尺方向に分割されている構成を有している。

これらの構成により、光強度の増大に伴うキャリア密度の減少を緩和することにより、高い光増幅度と飽和強度を実現できる。

本発明は、光通信システムにおいて光サーキュレータを用いずに入出力の光信号を分離することができる、小型かつ低コストの半導体光増幅器を用いた光モジュールを提供するものである。

本発明の第１の実施形態に係る半導体光増幅器の構成を示す上面図 本発明の第１の実施形態に係る半導体光増幅器の構成を示す正面図、背面図 半導体光増幅器の他の構成例を示す上面図 上面電極の構成を示す斜視図 半導体光増幅器の光強度の波長特性を示すグラフ 本発明の第２の実施形態に係る半導体光増幅器の構成を示す上面図、側面図 本発明の第２の実施形態に係る半導体光増幅器の構成を示す正面図 本発明の第２の実施形態に係る半導体光増幅器の製造方法を示す工程図 本発明の第２の実施形態に係る半導体光増幅器の製造方法を示す工程図 本発明の第２の実施形態に係る半導体光増幅器の製造方法を示す工程図 半導体光増幅器の他の構成例を示す上面図 本発明に係る光モジュールの構成を示す上面図 従来の光通信システムの構成を示す模式図

以下、本発明に係る半導体光増幅器を用いた光モジュールの実施形態について、図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
本発明に係る半導体光増幅器の第１の実施形態を図１〜図４を用いて説明する。図１は半導体光増幅器１の概略構成を示す上面図であり、図２（ａ）は半導体光増幅器１の正面図、図２（ｂ）は背面図である。

半導体光増幅器１は、無反射膜２７ａが形成された前方端面２６ａおよび高反射膜２７ｂが形成された後方端面２６ｂを有しており、ｎ型の不純物がドープされた半導体基板であるｎ型ＩｎＰ基板１１と、ｎ型ＩｎＰ基板１１の（１００）結晶面である上面１１ａに形成されたメサ部１２と、を備えた反射型の半導体光増幅器である。

メサ部１２は、入射された光を導波するとともに増幅する光導波路を構成しており、例えば図１に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１１の長尺方向である＜０１１＞方向のストライプ状の第１の直線部１２ａおよび第２の直線部１２ｂと、第１および第２の直線部１２ａ、１２ｂからそれぞれ延伸する第１の曲線部１２ｃおよび第２の曲線部１２ｄと、からなる。第１の曲線部１２ｃと第２の曲線部１２ｄとは、後方端面２６ｂ近傍で所定の角度θをなして連続的に結合して形成されている。

ここで、第１の直線部１２ａと第１の曲線部１２ｃとは入力導波路１２０を構成しており、第２の直線部１２ｂと第２の曲線部１２ｄとは出力導波路１２１を構成している。第１の直線部１２ａの端面１３ａおよび第２の直線部１２ｂの端面１３ｂは前方端面２６ａに露出しており、第１および第２の曲線部１２ｃ、１２ｄの共通の端面１３ｃは後方端面２６ｂに露出している。

即ち、入力導波路１２０は、前方端面２６ａ側から後方端面２６ｂ側に向かって形成され、前方端面２６ａ側から光が入射されるようになっている。一方、出力導波路１２１は、後方端面２６ｂ側から前方端面２６ａ側に向かって形成され、前方端面２６ａ側から光が出射されるようになっている。ここで、入力導波路１２０を導波された光は、後方端面２６ｂで反射されて出力導波路１２１を導波されるようになっている。

所定の角度θは、第１の直線部１２ａから第１の曲線部１２ｃに入射された光が、後方端面２６ｂで反射されて再び第１の曲線部１２ｃに戻ることを妨げる角度であることが好ましい。

図２に示すように、メサ部１２においては、ｎ型ＩｎＰ基板１１に接し、ｎ型不純物の濃度が１．０×１０¹⁸ｃｍ⁻³であるｎ型の第１のクラッド層１４が形成されている。この第１のクラッド層１４の上側にノンドープのＩｎＧａＡｓＰからなる多重量子井戸構造からなる活性層１５が形成され、この活性層１５の上側に、ｐ型不純物の濃度が５〜７×１０¹⁷ｃｍ⁻³であるｐ型の第２のクラッド層１６が形成されている。

ｎ型ＩｎＰ基板１１の上面１１ａにおけるメサ部１２の外側には、ｎ型ＩｎＰ基板１１の上面１１ａに形成されたｐ型ＩｎＰからなるｐ型電流ブロック層１８と、ｐ型電流ブロック層１８の上面に形成されたｎ型ＩｎＰからなるｎ型電流ブロック層１９と、からなる電流ブロック部１７が積層されている。

メサ部１２の電流ブロック部１７に接する側面２０の傾斜角は、（１１１）Ｂ結晶面が露出する５４．７°の角度αに対して微少角度Δαだけ離れた角度に設定されている。本実施形態においては、この微少角度Δαは±（１°〜５°）に設定されている。なお、側面２０の傾斜角α＋Δαは、メサ部１２をエッチング処理にて形成する際のエッチング条件によって定まる。

ｐ型電流ブロック層１８の先端２１はメサ部１２の上面より上方に位置する。ｐ型電流ブロック層１８においては、ｐ型不純物としてＺｎまたはＣｄが採用されている。また、上側に位置するｎ型電流ブロック層１９においては、ｎ型不純物としてＳｉが採用されている。なお、ｎ型電流ブロック層１９のｎ型不純物の濃度は２×１０¹⁸ｃｍ⁻³である。

メサ部１２の上面と電流ブロック部１７との上面には、これらの上面を共通に覆う、ｐ型不純物の濃度が１．０×１０¹⁸ｃｍ⁻³であるｐ型の第３のクラッド層２２が形成されている。この第３のクラッド層２２の上側に、ＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層２３が形成されている。このコンタクト層２３の上面に上面電極２４が蒸着形成されている。さらに、ｎ型ＩｎＰ基板１１の下側には下面電極２５が蒸着形成されている。

以上のように構成された半導体光増幅器１の動作時においては、上面電極２４、下面電極２５を介して直流の駆動電流Ｉ_dがメサ部１２の活性層１５に注入された状態で、前方端面２６ａから入力導波路１２０の第１の直線部１２ａに光が入射される。

第１の直線部１２ａに入射された光は、第１の曲線部１２ｃに入射され、後方端面２６ｂで反射される。後方端面２６ｂで反射された光の大部分は第２の曲線部１２ｄを介して、第２の直線部１２ｂに入射され、前方端面２６ａから外部に出射される。

なお、半導体光増幅器１の他の構成例としては、図３（ａ）に示すように、入力導波路１２０および出力導波路１２１が前方端面２６ａに斜めに開口する構成であってもよく、この場合は、前方端面２６ａ側の反射率をさらに低減することができる。あるいは、入力導波路１２０または出力導波路１２１のいずれか一方のみが前方端面２６ａに斜めに開口する構成であってもよい。

また、入力導波路１２０と出力導波路１２１の幅を異ならせる構成であってもよく、例えば図３（ｂ）に示すように、出力導波路１２１の幅が前方端面２６ａに向かってテーパ状に広がっていてもよい。これにより、出力導波路１２１から出射される光のスポットサイズを制御することができるため、前方端面２６ａ側の反射率をさらに低減することができる。

なお、上面電極２４は、図４（ａ）に示すように、メサ部１２の上部を一様に覆うものであってもよいが、図４（ｂ）に示すような分割電極２４ａ、２４ｂからなっていてもよい。

図４（ｂ）に示した例においては、分割電極２４ａは、第１の直線部１２ａおよび第１の曲線部１２ｃの上部に形成され、分割電極２４ｂは、第２の直線部１２ｂおよび第２の曲線部１２ｄの上部に形成されている。

上面電極２４が図４（ａ）に示した形状である場合には、メサ部１２の活性層１５に注入される単位面積当たりの電流、即ち電流密度も前方端面２６ａと後方端面２６ｂとの間で一定である。一方、活性層１５内の光強度および光密度は、第１の直線部１２ａから第１の曲線部１２ｃ、第２の曲線部１２ｄ、第２の直線部１２ｂにかけて指数関数的に増大する。

このように、活性層１５に注入される電流密度が一定の場合には、第１の直線部１２ａから第２の直線部１２ｂに向かって光強度が増大することにより、それに伴ってキャリア密度も減少するため、第２の直線部１２ｂの前方端面２６ａ付近でキャリアが不足し、光出力の最大値が制限されるという現象が起こる。

そこで、例えば上面電極２４を図４（ｂ）の形状、即ち、上面電極２４が半導体光増幅器１の幅方向に２つの分割電極２４ａ、２４ｂに分割される形状とし、かつ、分割電極２４ｂから注入される電流の密度が、分割電極２４ａから注入される電流の密度よりも大となるように、不図示の外部電源から分割電極２４ａ、２４ｂに直流電流が注入されることにより、第２の直線部１２ｂの前方端面２６ａ付近のキャリアの不足を緩和することができる。さらに、分割電極２４ａ、２４ｂをｎ型ＩｎＰ基板１１の長尺方向に分割して、個々に電流制御する構成としてもよい。

あるいは、図４（ｃ）に示すように、上面電極２４が、後方端面２６ｂ付近でｎ型ＩｎＰ基板１１の長尺方向に分割された、分割電極２４ｃおよび２４ｄと、分割電極２４ｅと、からなる構成であってもよい。例えば、分割電極２４ｃは、第１の直線部１２ａの上部に形成され、分割電極２４ｄは、第２の直線部１２ｂの上部に形成され、分割電極２４ｅは、第１および第２の曲線部１２ｃ、１２ｄの上部に形成される。

以上説明したように、本実施形態の半導体光増幅器は、光が入射される入力導波路と、光を出射する出力導波路とが、前方端面に独立に開口することにより、光通信システムにおいて光サーキュレータを用いずに入出力の光信号を分離することが可能である。

また、本実施形態の半導体光増幅器は、メサ部の活性層に駆動電流を注入するための電極が入力導波路および出力導波路ごとに分割されて設けられることにより、光強度の増大に伴うキャリア密度の減少を緩和することができるため、高い光増幅度と飽和強度を実現することができる。

（第２の実施形態）
本発明に係る半導体光増幅器の第２の実施形態を図５〜図１１を用いて説明する。第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

第１の実施形態のように、前方端面にメサ部の端面が露出する形態では、前方端面に形成された無反射膜の残留反射率によって、出力光の光強度の波長特性Ｐ（λ）に図５（ｂ）に示すような大きな振動（変動）が重畳する場合がある。そこで、本実施形態においては、この問題を解決するために、メサ部の前方端面側の端面と前方端面との間に窓領域を設ける構成を採用する。

図６は半導体光増幅器２の概略構成を示す上面図（ａ）および側面図（ｂ）であり、図７は半導体光増幅器２の正面図である。

図６（ａ）に示すように、メサ部３２の前方端面２６ａ側の端面３３ａ、３３ｂと前方端面２６ａとの間には窓領域３２ａ、３２ｂが形成されている。つまり、図７に示すように、メサ部３２の端面３３ａ、３３ｂは、半導体光増幅器２の前方端面２６ａには露出していない。

一方、メサ部３２の後方端面２６ｂ側においては、窓領域は形成されておらず、第１および第２の曲線部１２ｃ、１２ｄの端面１３ｃは後方端面２６ｂに露出している。従って、メサ部３２の端面１３ｃの法線は、半導体光増幅器２の長尺方向に対して平行である。

さらに、メサ部３２の端面３３ａ、３３ｂは、＜０１１＞方向、即ち半導体光増幅器２の長尺方向に対して傾斜し、かつ、＜１００＞方向に対して傾斜している。従って、結果として、メサ部３２の端面３３ａ、３３ｂは、図６（ｂ）に示すように鋭角に形成されている。なお、メサ部３２における端面３３ａ、３３ｂの長尺方向に対する傾斜角βは、このメサ部３２をエッチング処理にて形成する際のエッチング条件によって定まる。

なお、メサ部３２の長尺方向と傾斜する端面３３ａ、３３ｂには、長尺なメサ部３２を斜め方向に切断した場合に対応するｎ型の第１のクラッド層１４、活性層１５、ｐ型の第２のクラッド層１６が露出している。

窓領域３２ａ、３２ｂにおいては、図７に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１１の上面１１ａの全面に亘って電流ブロック部１７が形成されている。この電流ブロック部１７におけるｎ型電流ブロック層１９の上面の全面に亘って、これらの上面を覆うｐ型の第３のクラッド層２２が形成されている。

以上のように構成された半導体光増幅器２の動作時においては、前方端面２６ａから入力導波路１２０の第１の直線部１２ａに入射された光は、第１の曲線部１２ｃを介して後方端面２６ｂで反射される。後方端面２６ｂで反射された光の大部分は第２の曲線部１２ｄを介して、第２の直線部１２ｂに入射される。

第２の直線部１２ｂにおいては、角度βだけ傾斜した端面３３ａ、３３ｂで光の一部が反射されるが、この反射光が第２の直線部１２ｂに戻ることはない。その結果、第１の直線部１２ａから第２の直線部１２ｂにかけての光導波路の長さで定まる発振波長で発振する光共振器が形成されることはない。

従って、この半導体光増幅器２の前方端面２６ａから出射される光の光強度の波長特性Ｐ（λ）に、図５（ｂ）に示すように、光共振器の存在に起因する特定波長の大きなピークが生じたり、特定波長間隔で光強度が大きく変動する現象が生じたりすることはない。その結果、図５（ａ）に示すように、広帯域の波長範囲内において大きな変動のない優れた光強度の波長特性Ｐ（λ）が得られる。

以下、本実施形態の半導体光増幅器２の製造方法の一例を図８〜図１０を用いて説明する。

図８（ａ）に示すように、（１００）結晶面を上面とする長方形に形成され、ｎ型の不純物がドープされたｎ型ＩｎＰ基板１１の上面に、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、層厚が０．５μｍでｎ型不純物の濃度が１．０×１０¹⁸ｃｍ⁻³であるｎ型の第１のクラッド層１４を形成する。このｎ型の第１のクラッド層１４の上面に、層厚が０．２μｍでノンドープのＩｎＧａＡｓＰからなる多重量子井戸構造の活性層１５を形成する。

この活性層１５の上側に、層厚が０．４５μｍでｐ型不純物の濃度が５〜７×１０¹⁷ｃｍ⁻³であるｐ型の第２のクラッド層１６を形成する。さらに、このｐ型の第２のクラッド層１６の上側に、層厚が０．１５μｍでｐ型不純物の濃度が５〜７×１０¹⁷ｃｍ⁻³であるｐ型のＩｎＧａＡｓＰからなるｐ型のキャップ層２８を形成する。次に、キャップ層２８の上側に、プラズマＣＶＤ等を用いて、層厚が８０ｎｍのＳｉＮｘからなるマスク２９を形成する。

さらに、図８（ｂ）に示すように、キャップ層２８の上側に形成されたマスク２９に対してフォトリソグラフィ技術を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板１１の長尺方向である＜０１１＞方向のストライプ状の第１および第２の直線部１２ａ、１２ｂと、第１および第２の直線部１２ａ、１２ｂから延伸する第１および第２の曲線部１２ｃ、１２ｄと、を形成するための形状にエッチングする。なお、図８（ｂ）にはエッチング後のマスクパターンとして２つの素子に相当する部分のみを示しているが、同様のマスクパターンが＜０１１＞方向に繰り返し形成されていてもよい。

このエッチングされたマスク２９における第１および第２の直線部１２ａ、１２ｂに対応する箇所の幅Ｓ_Wは、形成しようとする台形形状のメサ部３２における第１および第２の直線部１２ａ、１２ｂの実際の幅より若干広い幅に設定する。さらに、エッチングされたマスク２９の長尺方向の長さＳ_Lは、ｎ型ＩｎＰ基板１１の長尺方向の長さＬより短く設定され、前方端面２６ａ側に窓領域３２ａ、３２ｂを形成するために距離Ｌｃの余白が設けられている。

次に、エッチング液として、塩酸、過酸化水素水、水の混合液を使用し、上方からエッチングを実施して、図９の斜視図（ａ）、側面図（ｂ）、上面図（ｃ）に示すように、台形形状を有するメサ部３２を形成する。なお、ここでは、第１の直線部１２ａに対応する箇所の端部のみを図示している。

本実施形態の半導体光増幅器２においては、キャップ層２８およびエッチング条件を設定することによって、メサ部３２の側面２０の傾斜角を（１１１）Ｂ結晶面が露出する５４．７°の角度αに対して微少角度Δα＝±（１°〜５°）だけ離れた角度（α＋Δα）に設定している。

次に、マスク２９の長尺方向の端部２９ａの下側に形成されるメサ部３２の端面３３ａの形状を説明する。前述したように、マスク２９の端部２９ａの下側のキャップ層２８のエッチング速度は他の部分に比較して速いので、マスク２９の端部２９ａにおける角（コーナ）部分は側面、先端面の両方からエッチングされるので、エッチング量が多くなる。

その結果、メサ部３２の先端形状は、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、キャップ層２８の近傍部分が最もエッチング量が多く、ｎ型ＩｎＰ基板１１の上面１１ａ近傍部分が最もエッチング量が少なくなるため扁平角錐形状となる。

従って、メサ部３２の端面３３ａ、３３ｂは、ｎ型ＩｎＰ基板１１の上面１１ａに対して垂直でなく長尺方向に傾斜する。具体的には、メサ部３２の端面３３ａ、３３ｂは、＜１００＞方向に対して傾斜するとともに、＜０１１＞方向に対しても傾斜する。

なお、メサ部３２の端面３３ａ、３３ｂの長尺方向に傾斜する傾斜角βは、前述したメサ部３２の側面２０の傾斜角αと同様に、キャップ層２８およびエッチング条件を設定することによって、所定の範囲内において任意に設定可能である。

次に、図１０（ａ）に示すように、メサ部３２の周囲であるメサ部３２の各側面２０とｎ型ＩｎＰ基板１１の上面１１ａに囲まれる部分、およびメサ部３２の両端の各端面３３ａ、３３ｂとｎ型ＩｎＰ基板１１の上面１１ａに囲まれる部分（窓領域３２ａ、３２ｂ）、即ち先にエッチングされた部分に、電流ブロック部１７を生成させる。なお、図１０は、第１の直線部１２ａに対応する箇所の断面形状を示している。

具体的には、層厚が０．７μｍでＺｎを不純物とし、不純物の濃度が１×１０¹⁸ｃｍ⁻³であるｐ型電流ブロック層１８を前述した有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて形成する。さらに、このｐ型電流ブロック層１８の上側に、層厚が１．１５μｍでＳｉを不純物とし、不純物の濃度が２×１０¹⁸ｃｍ⁻³であるｎ型電流ブロック層１９を前述した有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて形成する。そして、このｐ型電流ブロック層１８とｎ型電流ブロック層１９とで電流ブロック部１７が構成される。

次に、図１０（ｂ）に示すように、メサ部３２におけるｐ型の第２のクラッド層１６の上側のキャップ層２８およびマスク２９を除去して、ｐ型の第２のクラッド層１６の上面を露出させる。

次に、図１０（ｃ）に示すように、メサ部３２の上面および電流ブロック部１７の上面に、これらの各上面を共通に覆う、ｐ型不純物の濃度が１．０×１０¹⁸ｃｍ⁻³であるｐ型の第３のクラッド層２２を形成する。この第３のクラッド層２２の上側に、ＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層２３を形成する。

図１０（ｄ）に示すように、このコンタクト層２３の上面に上面電極２４を蒸着形成し、さらに、ｎ型ＩｎＰ基板１１の下側に下面電極２５を蒸着形成する。このようにして形成された半導体ウエハを劈開することにより、前方端面２６ａおよび後方端面２６ｂを備えた素子に分離する。そして、前方端面２６ａおよび後方端面２６ｂにそれぞれ無反射膜２７ａおよび高反射膜２７ｂを形成することにより、半導体光増幅器２が製造される。

なお、半導体光増幅器２の他の構成例としては、図１１に示すように、出力導波路１２１の前方端面２６ａ側のみに窓領域を有する構成であってもよい。あるいは、入力導波路１２０の前方端面２６ａ側のみに窓領域を有する構成であってもよい。また、第１の実施形態と同様に、入力導波路１２０と出力導波路１２１の幅を異ならせる構成であってもよい。また、上面電極２４が第１の実施形態と同様に分割電極からなっていてもよい。

以上説明したように、本実施形態の半導体光増幅器は、メサ部の端面と前方端面との間に窓領域を有するため、無反射膜が残留反射率を有する場合であっても、利得の波長依存性に光共振器の存在に起因する特定波長のピークや特定波長間隔の光強度の変動が生じることを抑制できるため、広帯域の波長範囲に亘って安定した光増幅を実現できる。

（第３の実施形態）
第１または第２の実施形態の半導体光増幅器を備えた光モジュールの実施形態について図１２を用いて説明する。以下では、本実施形態の光モジュールが図１に示した第１の実施形態の半導体光増幅器１を備えた場合を例にとって説明する。図１２は本実施形態の光モジュールの概略構成を示す模式図である。

本実施形態の光モジュールは、パッケージ（筺体）４０の内部に、半導体光増幅器１の入力導波路１２０に入力される入力光信号をパッケージ４０の外部から導波する入力光ファイバ４１と、半導体光増幅器１の出力導波路１２１から出力される出力光信号をパッケージ４０の外部へ導波する出力光ファイバ４２と、入力光ファイバ４１および出力光ファイバ４２が挿通される２芯フェルール４３と、不図示のレンズホルダに保持された凸レンズ４５と、半導体光増幅器１の後方端面２６ｂで反射されずに透過した光を受光し、該受光した光に応じた受光信号をパッケージ４０の外部に出力する受光部４６と、を備えている。

２芯フェルール４３は２本のファイバ孔を備えており、入力光ファイバ４１および出力光ファイバ４２がそれぞれのファイバ孔に１本ずつ挿通され接着固定されている。２芯フェルール４３に挿通された入力光ファイバ４１および出力光ファイバ４２の中心軸間の距離は、例えば１２５μｍである。

なお、入力光ファイバ４１および出力光ファイバ４２の凸レンズ４５側の端面４１ａ、４２ａの反対側の端部には、光入出力用の不図示のコネクタがそれぞれ形成されている。そして、該コネクタを介して外部の光ファイバと入力光信号および出力光信号のやり取りが行われるようになっている。

凸レンズ４５は、入力光ファイバ４１から出射された入力光信号を半導体光増幅器１の入力導波路１２０に入射させるとともに、半導体光増幅器１の出力導波路１２１から出射された出力光信号を出力光ファイバ４２に入射させるように配置されている。

なお、入力光ファイバ４１および出力光ファイバ４２の端面４１ａ、４２ａと、半導体光増幅器１の前方端面２６ａとの距離、凸レンズ４５のレンズ位置および焦点距離は、前方端面２６ａにおける光のビーム径が適切な値（例えば、半導体光増幅器１の活性層１５の幅と同程度）となるように適宜調整すればよい。

また、図１２ではレンズ系が上記の凸レンズ４５の１枚のみで構成される例を示したが、半導体光増幅器１の入力導波路１２０および出力導波路１２１と入力光ファイバ４１および出力光ファイバ４２がそれぞれ光結合されるのであれば、複数枚のレンズで構成されていてもよい。

受光部４６は、例えばフォトダイオード等の受光素子からなり、半導体光増幅器１の後方端面２６ｂで反射されずに透過した光を集光して受光するようになっている。

なお、受光部４６と半導体光増幅器１の後方端面２６ｂとの間には適宜反射ミラー４８が配置されていてもよい。また、半導体光増幅器１の後方端面２６ｂから受光部４６へ到達する光路中に、入力光信号の波長と異なる波長の発振スペクトルおよび自然放出のスペクトル分布を取り除く光フィルタ４９が配置されていてもよい。

また、本実施形態の光モジュールは、受光部４６から出力された受光信号を受け、該受光信号に応じて、半導体光増幅器１の上面電極２４および下面電極２５に注入する駆動電流Ｉ_ｄ（駆動信号）を制御する駆動制御回路５０をさらに備えていてもよい。即ち、駆動制御回路５０は、駆動電流Ｉ_ｄを制御して半導体光増幅器１に出力することにより、半導体光増幅器１の出力を一定にできるようになっている。

以上のように構成された本実施形態の光モジュールの動作時においては、不図示のコネクタを介して入力光ファイバ４１に入射された入力光信号が、凸レンズ４５を介して半導体光増幅器１の第１の直線部１２ａに入射される。半導体光増幅器１には所定の駆動電流Ｉ_dが注入されているため、第１の直線部１２ａに入射された光は光導波路としてのメサ部１２を導波される過程でその強度が増幅される。そして、第２の直線部１２ｂを出射された光は凸レンズ４５によって集光され、出力光ファイバ４２に入射されて出力光信号として不図示のコネクタを介して外部に出力される。

なお、半導体光増幅器１の上面電極２４が図４（ｂ）または（ｃ）に示した形状である場合には、分割電極２４ａ、２４ｂ、または、分割電極２４ｃ、２４ｄ、２４ｅに注入される駆動電流それぞれを駆動制御回路５０が制御する構成とすればよい。

以上説明したように、本実施形態の光モジュールは、第１または第２の実施形態の半導体光増幅器を備えるため、光サーキュレータを用いずに入出力の光信号を分離することができる。

また、本実施形態の光モジュールは、上記の構成により光サーキュレータを用いずに入出力の光信号を分離することができるため、汎用のバタフライパッケージ内で入出力の光信号を分離でき、デバイスの小型化、低コスト化を実現することができる。

また、本実施形態の光モジュールは、半導体光増幅器の後方端面で反射されずに透過した光を受光し、該受光した光に応じた受光信号を出力する受光部を備えるため、駆動制御回路を用いて一定出力動作を実現することができる。

１、２ 半導体光増幅器
１１ ｎ型ＩｎＰ基板（半導体基板）
１２、３２ メサ部（光導波路）
１２ａ 第１の直線部（入力導波路）
１２ｂ 第２の直線部（出力導波路）
１２ｃ 第１の曲線部（入力導波路）
１２ｄ 第２の曲線部（出力導波路）
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 端面
１４ 第１のクラッド層
１５ 活性層
１６ 第２のクラッド層
２４ 上面電極
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ 分割電極
２５ 下面電極
２６ａ 前方端面
２６ｂ 後方端面
２７ａ 無反射膜
２７ｂ 高反射膜
３２ａ、３２ｂ 窓領域
３３ａ、３３ｂ 端面
４０ パッケージ（筺体）
４１ 入力光ファイバ
４２ 出力光ファイバ
４３ ２芯フェルール
４５ 凸レンズ
４６ 受光部
５０ 駆動制御回路
１２０ 入力導波路
１２１ 出力導波路

Claims (4)

1. 反射型の半導体光増幅器（１、２）を含んでなる光モジュールであって、
   前記半導体光増幅器は、
   半導体基板（１１）上に積層された活性層（１５）とクラッド層（１４、１６）とを含み、入射された光を導波するとともに増幅する光導波路（１２、３２）を備え、
   劈開によって形成された前方端面（２６ａ）および後方端面（２６ｂ）にそれぞれ無反射膜（２７ａ）および高反射膜（２７ｂ）が形成されており、
   前記光導波路は、前記前方端面側から前記後方端面側に向かって形成され、前記前方端面側から光が入射される入力導波路（１２０）と、
   前記後方端面側から前記前方端面側に向かって形成され、前記前方端面側から光が出射される出力導波路（１２１）と、からなり、
   前記入力導波路は、前記前方端面に対し直交する向きで形成された第１の直線部（１２ａ）と、当該第１の直線部から延伸する第１の曲線部（１２ｃ）とを有し、
   前記出力導波路は、前記前方端面に対し直交する向きで形成された第２の直線部（１２ｂ）と、当該第２の直線部から延伸する第２の曲線部（１２ｄ）とを有し、
   前記第１の曲線部と前記第２の曲線部が前記後方端面近傍で所定の角度をなして連続的に結合しており、
   前記入力導波路を導波された光が、前記後方端面で反射されて前記出力導波路を導波されるようになっており、
   また、
   前記半導体光増幅器の前記入力導波路に入力される入力光信号を外部から導波する入力光ファイバ（４１）と、
   前記半導体光増幅器の前記出力導波路から出力される出力光信号を外部へ導波する出力光ファイバ（４２）と、
   前記半導体光増幅器の前記後方端面を透過した光を受光し、該受光した光に応じた受光信号を出力する受光部（４６）と、
   前記受光部から出力された前記受光信号を受け、該受光信号に応じた駆動信号を前記半導体光増幅器へ出力する駆動制御回路（５０）と、を備える光モジュール。
2. 前記半導体光増幅器の前記入力導波路または前記出力導波路の少なくとも一方に窓領域（３２ａ、３２ｂ）を有する請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記半導体光増幅器の前記光導波路の前記活性層の上方に電極（２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ）が形成されており、該電極が、少なくとも前記入力導波路および前記出力導波路ごとに分割されて設けられている請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記電極が、さらに前記後方端面付近で前記半導体基板の長尺方向に分割されている請求項３に記載の光モジュール。

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