JPH01321675A - 半導体光増幅器 - Google Patents

半導体光増幅器

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JPH01321675A
JPH01321675A JP15561088A JP15561088A JPH01321675A JP H01321675 A JPH01321675 A JP H01321675A JP 15561088 A JP15561088 A JP 15561088A JP 15561088 A JP15561088 A JP 15561088A JP H01321675 A JPH01321675 A JP H01321675A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。
〔従来の技術〕
半導体光増幅器は、長距離伝送系での中継器として用−
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、光装置増幅器
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、光交換における交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
ャネルの交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金しきい値以下に
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f: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
飽和が小さい仁となどの点から、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ココ−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、端面反射率の抑制には、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InGaA
sP活性層2、アンチメルトバック層(AMB層)3、
p−InPクラッド層4t−液相成長(LPE)法によ
シそれぞれ厚さ01μm、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1
5に相当する部分において、(110)方向に、深さ1
.5μm1m4μm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50μ飢である。次に上記半導
体多層結晶の1跨メサストライプ14の上部を除いて、
p−InP電流ブロック45、n−1nPtnPtツブ
ロック、そして全面にp−InP埋め込み層7、波長組
成1.2μmのp+−InGaAsP:=zyタク)1
8 をそ’FLぞれ、平坦部での厚さ1μm、o、sμ
m、2μ仇、0.5μmの順にLPE法によシ結晶成長
する。コンタクト層8の上には、CVD法により、厚さ
3000AのSio2膜9を形成し、メサストライプ1
4の直上部に相当する部分の5i02膜9に窓を開ける
。さらに、5i02膜9及び8i0□膜9の窓部を覆う
ようにCr/Auからなる電極19を、n −I n 
P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flI116
の端面にプラズマCVD法によシ、厚さ2200Aの8
iN膜17,18を形成する。
〔発明が解決しようとする課題〕
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、裏作が容易で、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
波型半導体光増幅器を提供することにある。
〔課題を解決するだめの手段〕
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
IWs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
W。とするとき、前記活性領域から電極までの距離がλ
lw/2πn W oよシ大きいことを特徴とする。
〔作用〕
第4図は窓端面構造の反射率の一計算例(IEEEジャ
ーナル暑オブ・コンタムエレクトロニクス、(IEEE
 Journal of Quantum EIect
ron、、QE−20(3)、1984,236))で
あシ、縦軸には窓端面による有効反射率(几en)、横
軸には窓領域長(1w)を取っている。実線は方形導波
路についての計算例であシ、点線はスラブ導波路による
計算例である。波長(λ)は155μ情、窓領域を構成
するInPの屈折率(n)は3.17としである。活性
層厚を0.1μm程度とすると、活性層端での活性層厚
方向のビーム径(We)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−ム径
(Wl)は、 Wl=λlw/yrnW。
で与えられるが、上述の数値を用いると、Wl=W1/
2にすればよい。
〔実施例〕
第1図1″j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。
まず、n−InP基板1の上面にノンドープInG a
 A s P活性層2、アンチメルトバラ/層(AMB
層)3、p−InPクラッド層4を液相成長(LPE)
法によシそれぞれ厚さ0.1μm%0.01μm、1μ
m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、〔11o〕方向に、深
さ15μm、幅4/jffiの2本の溝12.13とそ
れによって挾まれる幅L2μm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、
@12,13から連続し、メサストライプが存在しない
幅4μm深さL5μmの溝1゜を形成する。窓領域16
の長さは30μm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電流電流ソロ22層5−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12/jfflのp+−InGaAsP
コンタクト層8をそれぞれ、平坦部での厚さ1μm、α
5pm、6μm、0.5pfrL O順にLPE法によ
シ結晶成長した。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6μ情とした。コンタクト層8の上には、
CVD法IC1、厚さ300′OXのSiO□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5
i02膜9に窓を開ける。さらに、8i0□膜9及び、
5in2膜9の窓部を覆うようにOr/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、両端面にECRプラズ
マCVD法によシ、厚さ2200Aの5iON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シ大きいので、
窓端間付近での電極による散乱がなくなシ、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−35d
Bmの入射光に対して注入電流79mA時に13dB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15人(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槽構造ど
を用いて構成しても良い。また用いる半導体材料もIn
P系に限るものではない。さらに、上記実施例では、窓
領域長20μ惰に対する例として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50μm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
間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。
〔発明の効果〕
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、この点を改善して、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。
【図面の簡単な説明】
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
視図であシ、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 −I n P基板、2・・・
ノンドープInGaAsP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電流電流クロッ2層・・・n−InP電流
電流クロッ2層・・・p−InP埋め込み層、+3 ・
−p+−InGaAsPコンタクト層、9・・・8i0
□膜、10,12.13・・・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。 代理人 弁理士  本 庄 伸 介 1・−n −fnP苓倣 2−t :、、ドーマ’ In Ga AsP  ;i
4’i 47・−p−1nP理ハ2み層 +o 、12.13、−;に 11.19・−電格 14・−メサストライプ 15−;f; 4家軸j奴 16−−−二f#j八 へ7.113−−一然反村クーデ4シヂ蟻20−/! 
JIit 第1図 1−=n−1nP基板 2・−ノシドー7’ In GaAsP 584主層7
−ρ−1nP理/)込み噌 10.12,13−;工 11.19・−・電荀! 14−−−−メサストライプ +5−− ふS性乍−鐵 16−・隻頌琢 17.18・・・声、〃()ギコーー?櫂、シワ−11
20−・・−信号を 第2図 1−−−n−1nP婆販 2−−−7 :、ドープ夏n Ga As P ;f;
 &T。 7−−−ρ−夏nP 理、1込み層 n、19−9材t 15−−− ;14す領琢 16−・・−鼠領域 1B−−−一烈反潰τコープ4;り・ 20−−・−イS (オー 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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
    W_0とするとき、前記活性領域から電極までの距離が
    λlw/2πnW_0より大きいことを特徴とする半導
    体光増幅器。
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