JPH01321675A - 半導体光増幅器 - Google Patents
半導体光増幅器Info
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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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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
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。
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−
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
2にすればよい。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。
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 true JPH01321675A (ja) | 1989-12-27 |
JP2643319B2 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 |
---|---|
JP2643319B2 (ja) | 1997-08-20 |
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