JPH02170143A - 光増幅素子 - Google Patents
光増幅素子Info
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- JPH02170143A JPH02170143A JP32559788A JP32559788A JPH02170143A JP H02170143 A JPH02170143 A JP H02170143A JP 32559788 A JP32559788 A JP 32559788A JP 32559788 A JP32559788 A JP 32559788A JP H02170143 A JPH02170143 A JP H02170143A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/1053—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
- H01S5/1064—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying width along the optical axis
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- 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〕
本発明は光通信用及び光計測用に使用される広帯域の光
増幅機能をもつ進行波形光増幅素子に関するものである
。
増幅機能をもつ進行波形光増幅素子に関するものである
。
〔従来の技術・発明が解決しようとする課題〕進行波型
光増幅器は、ファブリペロ−型光増幅器の両端面反射率
を著しく抑圧することにより、端面間での共振特性のな
い半導体自信のバンド構造か有する広帯域な増幅特性を
有する。両端面の反射率を低下させる為には、−役向に
反射防止膜を形成することにより達成される。第6図(
a)〜(C)、第7図に従来の光増幅素子の構造例を示
す。
光増幅器は、ファブリペロ−型光増幅器の両端面反射率
を著しく抑圧することにより、端面間での共振特性のな
い半導体自信のバンド構造か有する広帯域な増幅特性を
有する。両端面の反射率を低下させる為には、−役向に
反射防止膜を形成することにより達成される。第6図(
a)〜(C)、第7図に従来の光増幅素子の構造例を示
す。
これらの図において、符号lはn形InP基板、2はn
形GarnAs光ガイド層、3はノンドープGa1nA
sP活性層、4はp形InPクラ。
形GarnAs光ガイド層、3はノンドープGa1nA
sP活性層、4はp形InPクラ。
ド層、5はp形Ga1nAsP電極層、6はp形InP
電流狭搾層、7はn形1nP電流狭搾層、8はp形オー
ミック電極、12はn形オーミック電極、13は入力端
AR膜、14は出力側AR膜である。第6図に示す従来
素子構造においては、反射防止膜13.14の形成によ
り端面の反射率を01%以下に制御する必要かある。こ
の条件を満足する反射防止膜の形成には、屈折率で±O
O6以内、膜厚て±4%以内の変動で設定値に制御する
必要がある。しかし最適屈折率か素子の活性層厚のバラ
ツキ等によって0゜05程度変化するため、反射率を0
.1%以下に制御することは非常に困難であった。また
、第7図に示す素子構造においては、導波路と端面との
間に角度θをもたぜることによりファブリ・ペロモート
を抑圧することか可能となる。そのため反射防止膜13
14による反射率を5%程度以下に制御すれば良くなり
、反射防止膜形成の条件はかなり簡単となる。しかし端
面と導波路か0の角度をなしているため、ファイバとの
結合で高い結合効率を得ることは難しい。
電流狭搾層、7はn形1nP電流狭搾層、8はp形オー
ミック電極、12はn形オーミック電極、13は入力端
AR膜、14は出力側AR膜である。第6図に示す従来
素子構造においては、反射防止膜13.14の形成によ
り端面の反射率を01%以下に制御する必要かある。こ
の条件を満足する反射防止膜の形成には、屈折率で±O
O6以内、膜厚て±4%以内の変動で設定値に制御する
必要がある。しかし最適屈折率か素子の活性層厚のバラ
ツキ等によって0゜05程度変化するため、反射率を0
.1%以下に制御することは非常に困難であった。また
、第7図に示す素子構造においては、導波路と端面との
間に角度θをもたぜることによりファブリ・ペロモート
を抑圧することか可能となる。そのため反射防止膜13
14による反射率を5%程度以下に制御すれば良くなり
、反射防止膜形成の条件はかなり簡単となる。しかし端
面と導波路か0の角度をなしているため、ファイバとの
結合で高い結合効率を得ることは難しい。
本発明は、これらの従来の光増幅器の欠点を解決するた
めになされたもので、反射防止膜の形成条件が緩和でき
、ファイバとの結合で高い結合効率を得ることのできる
光増幅素子を提供することを目的とする。
めになされたもので、反射防止膜の形成条件が緩和でき
、ファイバとの結合で高い結合効率を得ることのできる
光増幅素子を提供することを目的とする。
」1記の目的達成のために、本発明の光増幅素子では、
2つの端面のうち、例えば出力側の端面近傍の活性層の
幅をテーパ状に拡げて形成し、光を拡げて導波し、合わ
せて反射防止膜の形成によって導波路を進行する光の反
射率を低減することにヨリファプリ・ペロモートを抑圧
している。導波路端面から導波路に戻る反射光の割合か
少ない程端面の反射防止膜形成条件は簡単になる。以下
、本発明の原理について説明する。
2つの端面のうち、例えば出力側の端面近傍の活性層の
幅をテーパ状に拡げて形成し、光を拡げて導波し、合わ
せて反射防止膜の形成によって導波路を進行する光の反
射率を低減することにヨリファプリ・ペロモートを抑圧
している。導波路端面から導波路に戻る反射光の割合か
少ない程端面の反射防止膜形成条件は簡単になる。以下
、本発明の原理について説明する。
第3図の1次元導波路中を伝播するビームをカラスビー
ムとして定義すると、導波路端からの長さZに応して電
界分布E(Z)は (]) である。ここで と表される。
ムとして定義すると、導波路端からの長さZに応して電
界分布E(Z)は (]) である。ここで と表される。
そこで第4図の様にZくOて半導体導波路か構成されて
おり、Z−0〜Q/2までは導波路と同じ組成を持つ半
導体てZ−Q/2て空気と接する場合を考える。この場
合、Z=C/2に半導体端面か形成されていることによ
り反射率を有する。
おり、Z−0〜Q/2までは導波路と同じ組成を持つ半
導体てZ−Q/2て空気と接する場合を考える。この場
合、Z=C/2に半導体端面か形成されていることによ
り反射率を有する。
従って半導体導波路中(Z<0)を」1記(1)で示さ
れる様な電界か進行してきた場合、Z−ρ/2の端面(
反射率γ)で反射された電界が再び導波路と結合される
割合は第3図でZ−0て反射されて再び導波路と結合す
る割合(端面反射率γ)と比へて次式で定義されるηた
け変化する。
れる様な電界か進行してきた場合、Z−ρ/2の端面(
反射率γ)で反射された電界が再び導波路と結合される
割合は第3図でZ−0て反射されて再び導波路と結合す
る割合(端面反射率γ)と比へて次式で定義されるηた
け変化する。
(3)式の結果を第5図に示す。この結果より第4図の
様に半導体端面近くで導波路の拡がりを有する構造を持
たせることにより端面反射率を減少さぜることがてきる
。
様に半導体端面近くで導波路の拡がりを有する構造を持
たせることにより端面反射率を減少さぜることがてきる
。
第1図(a)〜(c)と第2図とはそれぞれTnP/G
a1nAsP系材料による本発明の実施例を示ず図であ
る。これらの図において符号9は直線導波領域、10は
出力側テーパ導波領域、11は入力側テーパ導波領域で
ある。なお、これらの図において第6図と同一符号は同
一構成要素を示す。
a1nAsP系材料による本発明の実施例を示ず図であ
る。これらの図において符号9は直線導波領域、10は
出力側テーパ導波領域、11は入力側テーパ導波領域で
ある。なお、これらの図において第6図と同一符号は同
一構成要素を示す。
本発明の発光ダイオードを得るには、1回目の成長とt
、て液相成長法(L P E )及び気相成長法(■P
E MO−CVD)又は分子線エピタキシー(MBE
)法等により、n形InP基板1」二にn形GaTnA
s光ガイド層(λ: ]、33μm2、ノンドープGa
TnAsP活性層(λ:1.5μm組成)p形1nPク
ラット層4、p形Ga1nAsP電極層(λ 11μm
組成)5を成長する。次に、RF2極スパッタ又はCV
D法等によりSin。
、て液相成長法(L P E )及び気相成長法(■P
E MO−CVD)又は分子線エピタキシー(MBE
)法等により、n形InP基板1」二にn形GaTnA
s光ガイド層(λ: ]、33μm2、ノンドープGa
TnAsP活性層(λ:1.5μm組成)p形1nPク
ラット層4、p形Ga1nAsP電極層(λ 11μm
組成)5を成長する。次に、RF2極スパッタ又はCV
D法等によりSin。
もしくはSiN等の薄膜をp形Ga1nAsP電極層5
の全表面に形成する。
の全表面に形成する。
第1図(a)〜(c)の素子は光入力側から直線状に<
110>方向に沿ってストライプrll 4〜511m
で長さ280μm、続いて長さ20μmを中12〜15
tt mになる様にテーパ状に拡げて形成した。
110>方向に沿ってストライプrll 4〜511m
で長さ280μm、続いて長さ20μmを中12〜15
tt mになる様にテーパ状に拡げて形成した。
また第2図の素子は<110>方向に沿って先入カイ則
巾8〜10μmから巾か4〜57.zmになるまでテー
パ状に形成し、続いて直線状に4〜5μm[11で27
5μm、続いて長さ20μmを巾8〜10μmになる様
にテーパ状に拡げて形成した。その後、このS10.ス
トライブ薄膜もしくはSINストライブ薄膜をマスクと
して利用し、ブロムメタノール4%溶液により5,4.
3.2の各層を基板1に達するまてエツチングして逆メ
サ状の積層体を形成する。次に、2回目の成長としてL
PEにより、エツチングにより取り除いた部分に口形1
n P層6、及びn形InP層7の電流狭搾用埋め込
み成長を行った。こうして得たウェハの−1−面にはA
u−Zuを蒸着してp形オーミック電極8を形成し、ま
た基板1側には全体の厚みか80μm程度になるまで研
磨したのちAu−GeN1を蒸着し、n形オーミック電
極12を全面に形成した。こうして得た素子の各層の構
成は第1図、第2図の状態において、次の通りであり、
各結晶層はTnPの格子定数に合致している。
巾8〜10μmから巾か4〜57.zmになるまでテー
パ状に形成し、続いて直線状に4〜5μm[11で27
5μm、続いて長さ20μmを巾8〜10μmになる様
にテーパ状に拡げて形成した。その後、このS10.ス
トライブ薄膜もしくはSINストライブ薄膜をマスクと
して利用し、ブロムメタノール4%溶液により5,4.
3.2の各層を基板1に達するまてエツチングして逆メ
サ状の積層体を形成する。次に、2回目の成長としてL
PEにより、エツチングにより取り除いた部分に口形1
n P層6、及びn形InP層7の電流狭搾用埋め込
み成長を行った。こうして得たウェハの−1−面にはA
u−Zuを蒸着してp形オーミック電極8を形成し、ま
た基板1側には全体の厚みか80μm程度になるまで研
磨したのちAu−GeN1を蒸着し、n形オーミック電
極12を全面に形成した。こうして得た素子の各層の構
成は第1図、第2図の状態において、次の通りであり、
各結晶層はTnPの格子定数に合致している。
] : S n t’−プロ形1nP基板、厚み80μ
mキャリア密度3 x 10 l OGm −3EPD
5x ] Q”ci−’ 2 n形Ga1nAsP光ガイド層 厚み01μm、Snトープ キャリア密度5 X 1017crrt−33n形Ga
1nAsP活性層 厚みO,1〜02μm、ノンドープ 4 p形1nP結晶層、厚み1. 5μmZnドープ、
キャリア密度5 x 1017 c IN−35:p形
Ga1nAsP電極層、厚み0.7μmZnトープ、キ
ャリア密度5 X 10 ”am−36p形rnP電流
狭搾層、厚みと1.5μmZnドープ、キャリア密度1
×10ドl c m −37=n形1nP電流狭搾層2
厚みユ15μmSnドープ キャリア密度lX1017
CrI−3その後、この素子を全長300μm2幅は4
00μm 一定のベレットに分割して、AuSnノ\ン
タによりヒートシンク上にマウントし、155μmの波
長の光に対して反射率か以下に示す値となる様なSin
、とT i O2の多層膜からなる反射防止膜13.1
4を施した。
mキャリア密度3 x 10 l OGm −3EPD
5x ] Q”ci−’ 2 n形Ga1nAsP光ガイド層 厚み01μm、Snトープ キャリア密度5 X 1017crrt−33n形Ga
1nAsP活性層 厚みO,1〜02μm、ノンドープ 4 p形1nP結晶層、厚み1. 5μmZnドープ、
キャリア密度5 x 1017 c IN−35:p形
Ga1nAsP電極層、厚み0.7μmZnトープ、キ
ャリア密度5 X 10 ”am−36p形rnP電流
狭搾層、厚みと1.5μmZnドープ、キャリア密度1
×10ドl c m −37=n形1nP電流狭搾層2
厚みユ15μmSnドープ キャリア密度lX1017
CrI−3その後、この素子を全長300μm2幅は4
00μm 一定のベレットに分割して、AuSnノ\ン
タによりヒートシンク上にマウントし、155μmの波
長の光に対して反射率か以下に示す値となる様なSin
、とT i O2の多層膜からなる反射防止膜13.1
4を施した。
第1図(a)〜(c)の素子は活性域の幅は直線状の導
波路で15〜2μm、テーパ状に拡がった導波路出力端
で6〜7μmであった。この時閾値電流が30mAであ
り、同一 ウェハ上でテーパ状に拡がりを持たない同一
キャビティ長を有するL Dの閾値電流18m八と比へ
て闇値」−昇か見られた。これは出射端面側の反射率か
低減したことに起因する。
波路で15〜2μm、テーパ状に拡がった導波路出力端
で6〜7μmであった。この時閾値電流が30mAであ
り、同一 ウェハ上でテーパ状に拡がりを持たない同一
キャビティ長を有するL Dの閾値電流18m八と比へ
て闇値」−昇か見られた。これは出射端面側の反射率か
低減したことに起因する。
更に両端面に反射率が05%になる条件で反射防止膜を
蒸着することにより、バイアス電流50mAで素子利得
約20dBが得られた。
蒸着することにより、バイアス電流50mAで素子利得
約20dBが得られた。
尚、上記の実施例ではn形1nP基板を用いた例につい
て説明したがp形InP基板を使用しても効果は同して
あり、その場合は各構造において口形領域と口形領域を
入れ替えれば良い。また、実施例ではB Hタイプ、埋
め込み形発光タイオートについて述べたかDCPBHも
しくはVSB等のタイプでも同様の効果を得ることか出
来る。
て説明したがp形InP基板を使用しても効果は同して
あり、その場合は各構造において口形領域と口形領域を
入れ替えれば良い。また、実施例ではB Hタイプ、埋
め込み形発光タイオートについて述べたかDCPBHも
しくはVSB等のタイプでも同様の効果を得ることか出
来る。
また、実施例では波長155μmのInP−GalnA
s系の半導体について説明したか、他の波長域及びこの
例とは異なる半導体を用いたインコヒーレン]・発光素
子についても(GaAs−Ga aAQAs系等)、本発明が応用できることは明らかで
ある。
s系の半導体について説明したか、他の波長域及びこの
例とは異なる半導体を用いたインコヒーレン]・発光素
子についても(GaAs−Ga aAQAs系等)、本発明が応用できることは明らかで
ある。
更に埋め込み構造としては、■−■族単結晶エピタキシ
ャル層で埋め込む構造だけでなく、活性部を含むメサ構
造をポリイミド等の有機物質や低融点ガラス等で埋め込
む構造も有用である。
ャル層で埋め込む構造だけでなく、活性部を含むメサ構
造をポリイミド等の有機物質や低融点ガラス等で埋め込
む構造も有用である。
以上述へたごとく、本発明によれば、光増幅素子の例え
ば光出力側端面近傍の活性層幅をテーパ状に拡げ、更に
反射防止膜を形成することにより、端面から活性部への
光の戻りを防止し、ファブリ・ペローモードを抑圧した
光増幅素子か得られるという利点かある。本発明によれ
ば、ファブリ・ペローモードの抑圧を端面近傍の処理で
補強したので、反射防止膜形成条件を緩和することかで
きる。
ば光出力側端面近傍の活性層幅をテーパ状に拡げ、更に
反射防止膜を形成することにより、端面から活性部への
光の戻りを防止し、ファブリ・ペローモードを抑圧した
光増幅素子か得られるという利点かある。本発明によれ
ば、ファブリ・ペローモードの抑圧を端面近傍の処理で
補強したので、反射防止膜形成条件を緩和することかで
きる。
このため、素子の製作歩留りか向」ニし、生産性も向上
するという利点かある。また、本発明によれば、光入出
力端面を先導波路と垂直な端面に形成できるので、ファ
イバとのれ1□合の際に輔すれかなく、効率良く光結合
入力か得られる。
するという利点かある。また、本発明によれば、光入出
力端面を先導波路と垂直な端面に形成できるので、ファ
イバとのれ1□合の際に輔すれかなく、効率良く光結合
入力か得られる。
第1図(a)〜(c)は本発明の一実施例を示す図であ
って、第1図(a)は光増幅素子の平面図、第1図(b
)は第1図(a)のA、−A線断面図、第1図(c)は
第1図(a)の13−B線断面図である。第2図は本発
明の別の実施例を示す平面図である。第3図、第4図、
第5図は本発明の詳細な説明するだめの図であって、第
3図はZ−=0で端面を有している通常の半導体導波路
の構成図、第4図は端面かZ−12/2に存在し、Z<
Qで通常の半導体導波路構造を有し、0≦2≦Q/2で
導波路の拡がりを示している半導体導波路の構成図、第
5図は第4図に示す様な導波路構造に拡がりを有した場
合において反射率の変化する割合を夕の距離に対して調
べた結果を示す図である。第6図(a)〜(c)は従来
の光増幅素子の構造例を示す図であって、第6図(a)
は光増幅素子の平面図、第6図(b)は第6図(a)の
A−A線断面図、第6図(c)は第6図(a)のB−B
線断面図である。第7図は別の従来の光増幅素子の構造
例を示す平面図である。 1− n形1nP基板、2− n形Ga1nAsP光ガ
イド層、3・・・ノンドープGaTnAsP活性層、4
p形1nPクラッド層、5 ・p形Ga1nAsP電
極層、6・・・p形1nP電流狭搾層、7n形InP電
流狭搾層、8・p形オーミック電極、9・・・直線導波
領域、1o・出力側テーパ導波領域、11 入力端テー
パ導波領域、12・・n形オーミック電極、13・・・
入力側AR膜、1/I 出力側ΔR膜。
って、第1図(a)は光増幅素子の平面図、第1図(b
)は第1図(a)のA、−A線断面図、第1図(c)は
第1図(a)の13−B線断面図である。第2図は本発
明の別の実施例を示す平面図である。第3図、第4図、
第5図は本発明の詳細な説明するだめの図であって、第
3図はZ−=0で端面を有している通常の半導体導波路
の構成図、第4図は端面かZ−12/2に存在し、Z<
Qで通常の半導体導波路構造を有し、0≦2≦Q/2で
導波路の拡がりを示している半導体導波路の構成図、第
5図は第4図に示す様な導波路構造に拡がりを有した場
合において反射率の変化する割合を夕の距離に対して調
べた結果を示す図である。第6図(a)〜(c)は従来
の光増幅素子の構造例を示す図であって、第6図(a)
は光増幅素子の平面図、第6図(b)は第6図(a)の
A−A線断面図、第6図(c)は第6図(a)のB−B
線断面図である。第7図は別の従来の光増幅素子の構造
例を示す平面図である。 1− n形1nP基板、2− n形Ga1nAsP光ガ
イド層、3・・・ノンドープGaTnAsP活性層、4
p形1nPクラッド層、5 ・p形Ga1nAsP電
極層、6・・・p形1nP電流狭搾層、7n形InP電
流狭搾層、8・p形オーミック電極、9・・・直線導波
領域、1o・出力側テーパ導波領域、11 入力端テー
パ導波領域、12・・n形オーミック電極、13・・・
入力側AR膜、1/I 出力側ΔR膜。
Claims (1)
- 半導体基板上に形成された入射光に対して増幅特性を有
する導波路型半導体光増幅素子において、2つの端面の
うち片方もしくは両端面の近傍において活性層幅をテー
パ状に拡げ、その両端面に反射防止膜が形成されている
ことを特徴とする光増幅素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32559788A JPH02170143A (ja) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | 光増幅素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32559788A JPH02170143A (ja) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | 光増幅素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02170143A true JPH02170143A (ja) | 1990-06-29 |
Family
ID=18178657
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32559788A Pending JPH02170143A (ja) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | 光増幅素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02170143A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006024665A (ja) * | 2004-07-07 | 2006-01-26 | Ricoh Printing Systems Ltd | アレイ型半導体レーザ装置 |
-
1988
- 1988-12-23 JP JP32559788A patent/JPH02170143A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006024665A (ja) * | 2004-07-07 | 2006-01-26 | Ricoh Printing Systems Ltd | アレイ型半導体レーザ装置 |
JP4704703B2 (ja) * | 2004-07-07 | 2011-06-22 | 株式会社リコー | アレイ型半導体レーザ装置 |
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