JPH02263488A - 半導体レーザ増幅器と光伝送路と光分岐器と光合波器 - Google Patents

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、半導体レーザ増幅器とそれを用いた光伝送路
、光分岐器、及び光合波器に関する。

従来の技術 光フアイバー通信では光信号が光フアイバー内で減衰す
るため、途中で信号を増幅する必要がある。また、光ニ
ューラルネットワーク、光ファジーコンピュータ等の光
情報処理分野でも、光演算部や光接続部を通る度毎に光
信号が減衰するため、信号を増幅する必要がある。この
ような目的に使用できるものとして、半導体レーザ増幅
器が開発されている。

第９図は、従来の半導体レーザ増幅器の主要な構成部分
の断面図を示す。１００１は禁制帯幅が０．８エレクト
ロンボルトのＩｎＧａＡｓＰより成る半導体活性層で、
Ｐ形１ｎＰクラッド層１００２とＮ形ＩｎＰクラッド層
１００３に挟まれている。光入射面１００４と光出射面
１００５はへきかいにより形成される。定電流源１００
６を用いてＰＮ接合の順方向に電流を流す。注入する電
流が大きすぎるとこの素子は自らレーザ発振するので、
電流量はレーザ発振に必要な電流値（以下、しきい値電
流と呼ぶ。）よりも若干低い値に設定する。従ってこの
素子はレーザ発振はできないが、外部から入射された光
に対しては利得を持つようになる。この時、波長的１．
６ミクロンの光から成る光信号１００７が図のように光
入射面１００４に入射すると、半導体活性層１００１内
で増幅され光出射面１００５より光出力１００８として
出射される。増幅率はおよそ１０倍から１００倍程度で
あり、約１ギガヘルツ程度の応答速度が得られる。光入
射面１００４と光出射面１００５に低反射膜を形成する
と、しきい値電流が上昇するので、注入電流の値を大き
くできる。この時、半導体活性層１００１内のキャリア
密度が高くなり、高い利得と短いキャリア寿命が得られ
るので、増幅率と応答速度を、向上させることができる
。この素子は光を直接増幅しているので、光信号を一度
電気信号に戻して増幅してから再び光信号に戻す方式に
比べ構成が簡単である。また、半導体レーザと構造が類
似しているため、従来半導体レーザに用いられていた製
造技術が利用でき制作が容易である。さらに他の素子と
の集積も容易である。

集積の例として、導波路との集積化（アイーイーΦイ一
番イー　ジャーナル・オブ争カンタム・エレクトロニク
ス、第ＱＥ−２３号、第６巻、１０２１−１０２６頁）
や、導波路と光分岐器と集積した無損失の光スィッチ（
アイ・イー・イー　フォーティーンス・ヨーロピアン・
コンファレンス・オン・オプティカル・コミュニケーシ
ョン、パート２．２９−３２頁）等がある。

光伝送路の伝送距離を伸ばすために、半導体レーザ増幅
器を線形な中継器として用いる方法がすでに提唱されて
いる。アイ会イー・イーφイージャーナル・オブ書カン
タム拳エレクトロニクス、第ＱＥ−１８号、第１０巻、
　１５Ｅ３０−１５６８頁に示された例の場合、光入出
射面の反射率を６％に下げたＡｌＧａＡｓ半導体レーザ
増幅器２個とシングルモードファイバーとを結合して伝
送距離を数１０倍もしくはそれ以上に伸ばせることを示
した。

一方、光ニューラルネットワークは人間の脳や眼の情報
処理手法をチップ上に作り込み、パターン認識などのあ
いまいな情報を扱ったり判断させようとするものである
。その構成は、例えば日経エレクトロニクス１９８８年
７月号６６−７１頁の第６図のように発光ダイオードア
レイとＴ＋１マトリックスとフォトダイオードアレイと
コンピュータ制御部より成る。情報は電気信号Ｖ＋＋　
　Ｈ，Ｖ２、θと、発光ダイオードアレイからＴ１マト
リックスを経てフォトダイオードアレイに至る光信号と
で構成されるループをぐるぐると回り、ある解に収束す
る。

また、光分岐器は１本の光伝送路を通ってきた光信号を
複数の光伝送路に分配させるためのもので、一方、光合
波器は複数の光伝送路を通ってきた光信号を一本の光伝
送路に集合させるためのものである。後者の場合、後で
再び分離させるために、各光信号の波長は異なっている
のが通例である。従来の光分岐器と光合波器の例として
は、アイ・イー轡イー・イー　ジャーナルΦオプ・カン
タム・エレクトロニクス、第ＱＥ−１７号、第６巻、９
７４−９８１頁の第２図に示したような光ファイバー　
ガラス板、プリズム、光学フィルタ回折格子等を組み合
わせたものや、アイ・イー・イー轡イー　ジャーナル・
オブ・カンタム・エレクトロニクス、第ＱＥ−１７号、
第６巻、９８２−９８７頁に示したような方向性結合器
、或はアイ・イー−イー・イー　ジャーナル・オブ・カ
ンタム・エレクトロニクス、第Ｑ　Ｅ　−１４号、第１
０巻、７４９−７５５頁に示したようなＹ型光導波路等
がある。

発明が解決しようとする課題 ところが、半導体レーザ増幅器は光信号−自然放出光ビ
ート雑音、自然放出光−自然放出光ビート雑音、増幅さ
れた光信号のシ日ット雑音、自然放出光ショット雑音等
の雑音を発生するという問題がある。

従って、半導体レーザ増幅器を持つ光伝送路においては
信号−雑音比が著しく劣化するので、誤り率を考慮する
と伝送距離をあまり伸ばせないという問題があった。ま
た、信号光の波長でのみ透過率が高い光学フィルターを
半導体レーザ増幅器の出射側に配置して、雑音が一光伝
送路に入り込むのを抑えるという手段も考案されている
が、この構成の場合、半導体レーザ増幅器の周囲の構成
が複雑なる、信号光の波長がなんらかの要因で変化した
ときに光学フィルターでの透過率が大きく変化してしま
う等の問題があった。

一方、光ニューラルネットワークでは、光信号は発光ダ
イオードアレイからＴ　＋　」マトリックスを経てフォ
トダイオードアレイに至る過程で相当減衰するため、コ
ンピュータ制御部には信号を電気的に増幅し直すという
負担がかかっている。この負担を軽減するため、光の増
幅器を用いて光信号の損失を無くす必要があるが、逆に
これを用いることによって信号−雑音比が劣化すると誤
りの原因となる。従って、信号−雑音比が劣化しない光
の増幅器が必要とされている。

一方、光分岐器、光合波器には数デシベルから１０数デ
シベルの挿入損失があるため、多段に接続した場合光信
号が急激に減少してしまうという問題があった。このた
め、挿入損失が無い光分岐器、光合波器が必要とされて
いるが、分岐や合波の際に信号−雑音比が劣化すると検
出誤りの原因となる。従って、挿入損失が無く信号−雑
音比が劣化しない光分岐器や光合波器が必要とされてい
る。

課題を解決するための手段 本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので
あり、その主要部となる半導体レーザ増幅器は、半導体
基体上の少なくとも一部に選択的に形成された第１のク
ラッド層上に、直接遷移型の半導体活性層と半導体光吸
収層とが選択的に形成され、それらの上にそれぞれ第２
のクラッド層と第３のクラッド層とが形成され、前記半
導体基体上と前記第２のクラッド層にはそれぞれオーミ
ック電極層が形成されており、少なくとも前記第１と第
２のクラッド層の側面の一部からなる光入射面には第１
の低反射膜が形成され、少なくとも前記第１・と第３の
クラッド層の側面の一部からなる光出射面には第２の低
反射膜が形成されているという構成を少なくとも持つ。

尚、半導体活性層と半導体光吸収層の屈折率はそれぞれ
を覆うクラッド層の屈折率より高く、禁制帯幅はクラッ
ド層より狭い。また、半導体光吸収層の禁制帯幅は半導
体活性層の禁制帯幅と同じ或は狭い。このような構成に
おいて、半導体活性層にはオーミック電極層を通じてし
きい値電流よりも小さい電流が供給され、外部より来る
光信号は光入射面より入射し半導体活性層と半導体光吸
収層を順次通り、光出射面より出射される。

また本発明による光伝送路は、上記の構成の半導体レー
ザ増幅器に、前記半導体レーザ増幅器のオーミック電極
層に接続され順方向電流を供給する電源と、前記半導体
レーザ増幅器の光入射面と光出射面のそれぞれに集光す
るように配置された第１と第２の集光手段と、前記第１
と第２の集光手段にそれぞれ光学的に結合された第１と
第２の光導波路とが少なくとも付加されて成る構成を持
また本発明による光分岐器は、上記の構成の半導体レー
ザ増幅器が複数個集積されて成る半導体レーザ増幅器ア
レイに、前記半導体レーザ増幅器の光入射面に片方の端
面が対向するようにそれぞれ配置された複数の光導波路
と、前記光導波路の他方の端を集束して成る光分岐点が
少なくとも付加されて成る構成を持つ。

また本発明による光合波器は、上記の構成の半導体レー
ザ増幅器が複数個集積されて成る半導体レーザ増幅器ア
レイに、前記半導体レーザ増幅器の光出射面に片方の端
面が対向するようにそれぞれ配置された複数の光導波路
と、前記光導波路の他方の端を集束して成る光分岐点が
少なくとも付加されて成る構成を持つ。

作用 上記の構成による半導体レーザ増幅器においては、半導
体活性層より発生する雑音は、半導体光吸収層で効果的
に吸収される。また、半導体光吸収層は強い光が注入さ
れると吸収が飽和し、注入光の波長での光の減衰が選択
的に低下する。この特性を用いると、半導体活性層内で
増幅された光信号は、光強度が高いので半導体光吸収層
で一部は吸収されるものの大部分が透過する。従って、
半導体活性層を通過した光信号の信号−雑音比は半導体
光吸収層を通ることによって大幅に改善される。

また上記の構成による光伝送路においては半導体レーザ
増幅器による信号−雑音比の劣化がほとんど無いので、
伝送距離を十分に伸ばすことができる。あるいは、光ニ
ューロネットワーク等の、損失が大きく且つ距離の短い
光伝送路においては、信号−雑音比を劣化させずに光信
号の損失を無くしたりする事が容易に行える。また、半
導体光吸収層での光の減衰は常に光信号の波長で選択的
に低下するようになっているため、光信号の波長が変動
しても増幅率の変動を小さく抑えられる。

また上記の構成による光分岐器、光合波器においては、
光の入射出射及び分岐、合波部分での結合損失が、半導
体レーザ増幅器により補われるため、挿入損失が無く且
つ信号−雑音比が劣化しない。

実施例 第１図は、本発明による半導体レーザ増幅器の第１の実
施例を示す断面図である。第１図（ａ）は、第畦図（ｂ
）及び（ｃ）のｃ−ｃ’間での断面図、第１図（ｂ）及
び（Ｃ）は、それぞれ第１図（ａ）のＡ−Ａ’間及びＢ
−Ｂ’間での断面図である。１０１は禁制帯幅０．９５
エレクトロンボルト、厚さ０．３ミクロンのＩ　ｎＧａ
Ａｓ　Ｐ半導体活性層、１０２は禁制帯幅０．９５エレ
クトロンボルト、厚さ０．　３ミクロンのＩ　ｎＧａＡ
ｓＰ半導体吸収層、１０３．１０４は禁制帯幅約１゜１
エレクトロンボルト、厚さ０．　１ミクロンの■ｎＧａ
Ａｓ　Ｐから成るＮ型クラッド層、１０５は禁制帯幅約
１．１エレクトロンボルト、厚さ０゜５ミクロンのＩ　
ｎＧａＡｓ　Ｐから成るＮ型クラッド層、工０６は厚さ
１ミクロンのＰ型ＩｎＰクラッドＪｉ、１０７は厚み幅
共に２ミクロンのＮ型Ｉｎｐｍ、ｔｏｓはＰ型ＩｎＰよ
り成る半導体基体、１０９．１１０はそれぞれ金と錫の
合金から成るＮ型オーミック金属及び金と亜鉛の合金か
ら成るＰ型オーミック金属、１１Ｌ１１２は厚さ２２３
ナノメートルの酸化珪素から成る低反射膜である。酸化
珪素の屈折率が１．４６、注入光の感じる半導体レーザ
増幅器の屈折率（以下、等価屈折率と呼ぶ。）がほぼ３
．４であることを考慮すると低反射膜１１Ｌ１１２の反
射率は１．３ミクロンの光に対してほぼ５％になる。Ｎ
型オーミック金属１０９とＰ型オーミック金属１１０に
は定電流源１１３が接続され、ＰＮ接合の順方向に約２
０ミリアンペアの定常電流が流れるようになっている。

Ｎ型ＩｎＰ層１０７は（ｂ）、（ｃ）図から判るように
、帯状になっており、これらの図面で見て横方向の等価
屈折率（光の感じる屈折率）がこの層の下で一番大きく
なるようにしである。

また、上下方向の等価屈折率は（ｂ）図では半導体活性
層１０１、（ｃ）図ではＮ型クラッド層１０５で一番大
きくなるようにしである。また、半導体吸収層１０２の
ある領域では、この層で等価屈折率は一番大きくなる。

これらの屈折率分布により低反射膜１１１より注入され
る、波長１．３ミクロンの注入光１１４は、Ｎ型ＩｎＰ
層１０７の直下の半導体活性層１０１、半導体吸収層１
０２、Ｎ型クラッド層１０５に主に閉じこめられて導波
され出射光１１５として出射される。尚、特許請求の範
囲第２項との整合性についてふれておくと、第２のクラ
ッド層と第３のクラッド層は本実施例の場合、　（ａ）
図に於けるＮ型クラッド層１０５のＢ−Ｂ’の破線の左
及び右にそれぞれ対応する。また、第２導電型のオーミ
ック電極層はＮ型ＩｎＰ層１０７とＮ型オーミック金属
１０９に、第１導電型のオーミック電極層はＰ型オーミ
ック金属１１０にそれぞれ対応する。

この素子に注入された光は、まず半導体活性層１０１に
入り約１０００倍程度に増幅される。ところがこの時、
　「発明が解決しようとする課題」の冒頭で述べたよう
な各種の雑音が発生する。

これらの雑音は、半導体活性層中に注入されたキャリア
のうち増幅に寄与しなかったものが、約１ナノ秒程度の
寿命を経た後に発光を伴う再結合をする事に基づくもの
である。キャリアのエネルギーは分布を持つので、生じ
る光の波長は禁制帯幅で決まる波長より若干短く且つ約
１００オングストロームの幅を持つ。従来の半導体レー
ザ増幅器の場合、この雑音が信号と一緒に出力されてし
まい、信号−雑音比が著しく劣化していた。一方、本発
明の素子においては、光は引続き半導体吸収層１０２に
入射する。半導体吸収層１０２は、その禁制帯幅が半導
体活性層と同じあるいは小さく設定されると、上記の波
長の光を良く吸収する。

吸収係数は約１０００ｃｍ”程度もあるので、光は数１
０ミクロンこの層を通過するだけで、数１０分の１に減
衰してしまう。もちろん、信号も吸収されるが、半導体
吸収層１０２は強い光が注入されると吸収が飽和し、注
入光の波長での光の減衰が選択的に低下するという性質
がある。光信号は光強度が高いので、この特性を用いて
減衰率を小さくすることができる。よって、光信号は一
部は吸収されるものの大部分が透過する。従って、半導
体活性層１０１を通過した光信７号の信号−雑音比は半
導体光吸収層１０２を通ることによって大幅に改善され
る。

本発明における半導体レーザ増幅器の第２の実施例は、
第１図の低反射膜１１Ｌ１１２を酸化珪素ではなく厚さ
１６３ナノメートルの窒化珪素にして、反射率を１．３
ミクロンの光に対して１％以下になるようにしたものを
用いて説明できる。

第１の実施例の場合、注入光１１４の光強度が大きすぎ
た時には、低反射膜１１１で小量の光が反射され半導体
吸収層１０２で減衰を受けた後、半導体活性層１０１で
増幅され低反射膜１１２に到達する。この光は一部が外
部に出射され注入光１１４の来た経路を逆戻りして光源
の動作に悪影響を与える。また、低反射膜１１２で再び
反射された光は注入光１１４と干渉しあうので、線形増
幅器としての線形応答特性を劣化させる原因となる。

第２の実施例では、低反射膜１１Ｌ１１２の反射率が小
さいため、上記したような問題を抑制することができる
。

第２図は、本発明による半導体レーザ増幅器の第３の実
施例を示す断面図である。第２図（ａ）は、第２図（ｂ
）のＢ−Ｂ’間での断面図、第２図（ｂ）は、第２図（
ａ）のＡ−Ａ”間での断面図である。２０１は禁制帯幅
０．９５エレクトロンボルト、厚さ０．２ミクロンのＩ
ｎＧａＡｓＰ半導体活性層、２０２は禁制帯幅１．１エ
レクトロンボルト、厚さ０．　２ミクロンのＩ　ｎＧａ
ＡｓＰ半導体吸収層、２０３．２０４は厚さ２ミクロン
のＩｎＰから成るＰ型クラッド層、２０５は厚さ１ミク
ロンのＩｎＰから成るＮ型クラッド層、２０６は禁制帯
幅０．９５エレクトロンボルト、厚さ０．　２ミクロン
のＰ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、２０７は半絶縁性
ＩｎＰより成る半導体基体、２０８．２０９はそれぞれ
金と亜鉛の合金から成るＰ型オーミック金属及び金と錫
の合金から成るＮ型オーミック金属、２１０．２１１は
厚さ２２３ナノメートルの酸化珪素から成る低反射膜で
ある。酸化珪素の屈折率が１．４６、半導体レーザ増幅
器の等価屈折率がほぼ３．４であることを考慮すると低
反射膜２１０．２１１の反射率は１．３ミクロンの光に
対してほぼ５％になる。

半導体活性層２０１、半導体吸収層２０２、Ｐ型クラッ
ド層２０３．２０４、Ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
２０６はエツチングにより（ａ）図のように、帯状にな
っており、それらの側面は、Ｐ型ＩｎＰ埋め込み層２１
２．２１３七Ｎ型ＩｎＰ埋め込み層２１４．２１５で覆
われている。Ｎ型オーミック金属２０９とＰ型オーミッ
ク金属２０８には図示していない定電流源が接続され、
ＰＮ接合の順方向に約２０ミリアンペアの定常電流が流
されている。半導体活性層２０１と半導体吸収層２０２
の屈折率はそれらを囲む層の屈折率より大きいので、波
長１．３ミクロンの注入光２１６は、半導体活性層２０
１、半導体吸収層２０２に主に閉じこめられて導波され
出射光２１７として出射される。尚、特許請求の範囲第
２項との整合性についてふれておくと、第２導電型のオ
ーミック電極層はＰ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２０
６とＰ型オーミック金属２０８に、第１導電型のオーミ
ック電極層はＮ型オーミック金ｆｆ２０９にそれぞれ対
応する。この素子に注入された光は、まず半導体活性層
２０１に入り約１０００倍程度に増幅される。この時、
発生する雑音は、半導体吸収層２０２にで吸収されてし
まう。この層の禁制帯幅は発生する雑音の光子エネルギ
ーよりも約０．１エレクトロンボルト小さいので、本発
明による半導体レーザ増幅器の第１の実施例より効率よ
く雑音を吸収できる。またこの層では信号も吸収される
が、第１の実施例と同様に、強い光が注入されると吸収
が飽和し、その光の波長での光の減衰が選択的に低下す
るという性質を利用して減衰率を小さくすることができ
る。よって、光信号は一部は吸収されるものの大部分が
透過する。従って、半導体活性層を通過した光信号の信
号−雑音比は半導体光吸収層を通ることによって大幅に
改善される。

第３図は本発明による光伝送路の１実施例を示す断面図
である。３０１は、本発明による半導体レーザ増幅器の
第１の実施例と同一の構造であるが、低反射膜１１１．
１１２が延長され、それぞれ３０２．３０３と成ってい
る点と、半導体基体１０８が横方向に延長され３０４と
成っている点が異なっている。３０５．３０６は導波路
であり、第１図（Ｃ）からＰ型オーミック金属１１０を
取り去った構造と同一の構造をしている。３０７．３０
８はポリイミドであり、注入光３０９、出射光３１０を
、それぞれ半導体レーザ増幅器３０１と導波路３０６に
効率よく結合させる働きを持つ。

半導体レーザ増幅器３０１には、図示していない定電流
源が接続され、ＰＮ接合の順方向に約２０ミリアンペア
の定常電流が流されている。信号光である波長１．３ミ
クロンの光に対して導波路３０５．３０Ｂは数−数１０
インバースセンチメートル（ａｍ−’）の伝送損失を持
つ。しかし、信号光が半導体レーザ増幅器３０１を通過
する七信号−雑音比を劣化させることなく増幅されるの
で、伝送距離を数−数１０倍に伸ばすことができる。

また、この伝送路を光ニューロネットワークに適用した
場合ＮＴＩＩマトリックスで大きな光強度の損失がある
ものの、この伝送路により信号−雑音比を劣化させずに
、光信号の損失を補う事が容易に行える。また、半導体
光吸収層での光の減衰は常に光信号の波長で選択的に低
下するようになっているため、光信号の波長が変動して
も増幅率の変動を小さく抑えられる。

第４図は本発明による光伝送路の他の実施例を示すブロ
ック図である。４０１は、本発明による半導体レーザ増
幅器の第３の実施例と同一の構造である。４０２は、半
導体レーザ増幅器４０１のＰＮ接合の順方向に約２０ミ
リアンペアの定常電流を流すための定電流源である。４
０３．４０４はレンズであり、それぞれシングルモード
ファイバー４０５と半導体レーザ増幅器４０１、シング
ルモードファイバー４０８と半導体レーザ増幅器４０１
を光学的に結合している。これらは固定冶具４０７によ
り固定されている。シングルモードファイバー４０５は
約１０キロメートルの長さがあり、波長１．３ミクロン
の信号光４０８は数１０分の１に減衰する。ところがこ
の光は、半導体レーザ増幅器４０１に入射するため、信
号−雑音比を劣化させずに、光信号の減衰を補う事が出
来、再びシングルモードファイバー４０６により長距離
伝送できる。

第５図は本発明による光分岐器の１実施例を示すブロッ
ク図である。５０１は、半導体レーザ増幅器アレイであ
り、本発明による半導体レーザ増幅器の第２の実施例と
同一の構造のもの５０２．５０３．５０４．５０５．５
０６をＰ型ＴｎＰ基板上を共通のものとして５個並列に
集積したものである。各半導体レーザ増幅器には、ＰＮ
接合の順方向に約２０ミリアンペアの定常電流を流すた
めの定電流源５０７．５０８．５０９．５１ｏ１５１１
が接続されている。５１２．５１３．５１４．５１５．
５１６はシングルモードファイバーであり、これらから
出射された光信号はレンズ５１７．５１８．５１９．５
２０．５２１により集光され、半導体レーザ増幅器５０
２．５０３．５０４．５０５．５０６にそれぞれ入射さ
れる。５２２は融着により形成された光分岐点である。

以上の部分が本発明による光分岐器とそれに用いる電源
の構成である。光信号はシングルモードファイバー５２
３と光コネクタ−５２４を順次通って、光分岐点５２２
で各ファイバーに分配される。この際、各光信号は分配
されたことと光分岐点５２２での結合損失により、数１
０分の１に減衰する。

しかしこの直後に、各半導体レーザ増幅器に入射するた
め、信号−雑音比を劣化させずに、光信号の減衰を補う
事が出来、再びシングルモードファイバー５２５．５２
８．５２７．５２８．５２９により長距離伝送できる。

尚、出射光５３０．５３１．５３２．５３３．５３４は
レンズ５３５．５３６．５３７．５３８．５３９により
集光され各ファイバーに結合されている。半導体レーザ
増幅器アレイ、レンズ、光分岐点は図示されていない固
定治具に固定されている。

第６図は本発明による光分岐器の他の実施例を示す上面
図である。６０１．８０２．６０３は、半導体レーザ増
幅器であり、本発明による半導体レーザ増幅器の第１の
実施例と同一の構造のものをＰ型ＩｎＰ基板上を共通の
ものとして３個並列に集積したものである。各半導体レ
ーザ増幅器には、ＰＮ接合の順方向に約２０ミリアンペ
アの定常電流を流すための図示されていない定電流源が
接続されている。６０４．６０５．６０６は導波路であ
り、第１図（Ｃ）からＰ型オーミック金属１１０を取り
去った構造と同一の構造をしている。

但し、湾曲部を持ち光分岐点６０７で集束している点が
異なっている。６０８は溝である。Ａ−Ａ′における断
面は第３図の構造をｘ−ｘ’を結ぶ線で分断した左側の
部分とほぼ同一の構造をしている。相違点はポリイミド
３０７が無いことである。光信号は光ファイバー６０９
を通ってきてレンズ６１０により集光され、光分岐器に
注入される。光分岐器の内部では、光分岐点６０７で各
導波路に分配される。この際、各光信号は分配されたこ
とと光分岐点６０７での結合損失により、数１０分の１
に減衰する。しかしこの直後に、各半導体レーザ増幅器
に入射するため、信号−雑音比を劣化させずに、光信号
の減衰を補う事が出来、レンズ６１１．６１２．６１３
を用いて、光ファイバー６１４．６１５．６１θにより
長距離伝送できる。上記の構成は図示されていない固定
治具に固定されている。

第７図は本発明による光合波器の１実施例を示すブロッ
ク図である。７０１は、半導体レーザ増幅器アレイであ
り、本発明による半導体レーザ増幅器の第２の実施例と
同一の構造の増幅器７０２．７０３、７０４、７０５、
７０Ｂを、　Ｐ型ＩｎＰ基板上を共通のものとして５個
並列に集積したものである。各半導体レーザ増幅器には
、ＰＮ接合の順方向に約２０ミリアンペアの定常電流を
流すための定電流源７０７．７０８．７０９．７１０゜
７１１が接続されている。７１２．７１３．７１４．７
１５．７１６はシングルモードファイバーであり、これ
らから出射された光信号はレンズ７１７．７１８．７１
９．７２０，７２１により集光され、半導体レーザ増幅
器７０２．７０３．７０４．７０５．７０８にそれぞれ
入射される。シングルモードファイバー７２２．７２３
．７２４．７２５．７２６と、融着により形成された光
合波点７２７より成る部分は、能動素子を含まないとい
う点で従来の光合波器の構成と類似している。

従って、この構成だけだと各光信号は光合波点７２７で
の結合損失により、数１０分の１に減衰する。しかし本
実施例においては、光信号７２８．７２９．７３０，７
３１．７３２は、まず各半導体レーザ増幅器に入射する
ため、信号−雑音比を劣化させずに光信号を数１０から
数１００倍に増幅するので、光合波点７２７での減衰を
補う事が出来、再びシングルモードファイバー７３３に
より長距離伝送できる。尚、７３４．７３５．７３Ｅｌ
、７３７．７３８はレンズであり半導体レーザ増幅器ア
レイ７０１からの出射光を各ファイバーに結合している
。尚、半導体レーザ増幅器アレイ、レンズ、光分岐点は
図示されていない固定治具に固定されている。

第８図は本発明による光合波器の他の実施例を示す上面
図である。８０１．８０２．８０３は、半導体レーザ増
幅器であり、本発明による半導体レーザ増幅器の第１の
実施例と同一の構造のものをＰ型ＩｎＰ基板上を共通の
ものとして３個並列に集積したものである。各半導体レ
ーザ増幅器には、ＰＮ接合の順方向に約２０ミリアンペ
アの定常電流を流すための図示されていない定電流源が
接続されている。８０４．８０５．８０６は導波路であ
り、第１図（Ｃ）からＰ型オーミック金属１１０を取り
去った構造と同一の構造をしている。

但し、湾曲部を持ち光合波点８０７で集束している点が
異なっている。８０８は溝である。Ａ−Ａ′における断
面は第３図の構造をＹ−Ｙ’を結ぶ線で分断した右側の
部分とほぼ同一の構造をしている。相違点はポリイミド
３０７が無いことである。光信号は光ファイバー８０９
．８１０．８１１を通ってきてレンズ８１２．８１３．
８１４により集光され、光合波器に注入される。各光信
号は、光合波点８０７での結合損失により、数１０分の
１に減衰する。しかしこの直前に、各半導体レーザ増幅
器により、信号−雑音比を劣化させずに、光信号を数１
０倍に増幅する事ができるので、この減衰を補う事が出
来る。従って、光信号は無損失で合波され、レンズ８１
５、光ファイバー８１６を通って伝送されて行く。尚、
上記の構成は図示されていない固定治具に固定されてい
る。

発明の効果 本発明によれば、波長フィルター等を用いて雑音成分を
遮断せずとも、容易に信号−雑音比の劣化の少ない半導
体レーザ増幅器を得ることができる。また、なんらかの
要因で光信号の波長が変わったとしても、半導体光吸収
層での光の減衰は常に光信号の波長で選択的に低下する
ようになっているため、増幅率の変動を小さく抑えられ
る。

また本発明によれば、信号−雑音比の劣化をほとんど起
こさずに伝送距離を十分に伸ばすことができる光伝送路
を提供できる。また、損失が大きく且つ距離の短い光伝
送路においては、信号−雑音比を劣化させずに光信号の
損失を無くす事が容易に行える。また、半導体光吸収層
での光の減衰は常に光信号の波長で選択的に低下するよ
うになっているため、光源から出る光信号の波長が変動
しても増幅率の変動を小さく抑えられる。

また本発明によれば、光の入射出射及び分岐、合波部分
での結合損失が、半導体レーザ増幅器により補われるた
め、挿入損失が無く且つ信号−雑音比が劣化しない光分
岐器、光合波器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体レーザ増幅器の１実施例を
示す断面図、第２図は本発明による半導体レーザ増幅器
の他の実施例を示す断面図、第３図は本発明による光伝
送路の１実施例を示す断面図、第４図は本発明による光
伝送路の他の実施例を示すブロック図、第５図は本発明
による光分岐器の１実施例を示すブロック図、第６図は
本発明による光分岐器の他の実施例を示す上面図、第７
図は本発明による光合波器の１実施例を示すブロック図
、第８図は本発明による光合波器の他の実施例を示す上
面図、第９図は従来の半導体レーザ増幅器の１例を示す
断面図である。 １０１ｓ＊＊ＩｎＧａＡｓＰ半導体活性層、１０２＊拳
＊ＩｎＧａＡｓＰ半導体吸収層、１０３．１０４．１０
５−−−Ｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層、　１０６−−
−Ｐ型ＩｎＰクラツド層、　１０７・・・Ｎ型１ｎＰ層
、１０８・φφ半導体基体、１０９・・・Ｎ型オーミッ
ク金属、　１１０１１・会Ｐ型オーミック金属、１１１
．１１２−争・低反射膜、１１３・＠一定電流源、１１
４−・・注入光、　１１５−−１出射光、　２０１ｓ＊
＊ＩｎＧａＡｓＰ半導体活性層、２０２ｓ＊＊ＩｎＧａ
ＡｓＰ半導体吸収層、２０３．２０４−−−Ｐ型クラッ
ド層、　２０５・・φＮＮツク９１１層　２０６φ・・
Ｐ型１　ｎＧａＡｓ　Ｐコンタクト層、２０７−・・半
絶縁性ＩｎＰ半導体基体、２０８・・φＰ型オーミック
金属、２０９・・・Ｎ型オーミック金属、２１０．２１
１・・・低反射膜、２１２．２１３−−−Ｐ型ＩｎＰ埋
め込み層、２１４．２１５・・・Ｎ型ＩｎＰ埋め込み層
、２１６・赤。 注入光、２１７・・・出射光、３０１−・・半導体レー
ザ増幅器、３０２．３０３・・・低反射膜、３０４−・
・半導体基体、３０５．３０８・Φ・導波路、　３０７
、３０８Ｉ　・　・ポリイ　ミド、３０９・・φ注入光
、３１０・・φ出射光、４０１−・・半導体レーザ増幅
器、４０２１１−・定電流源、４０３．４０４−ｍ−レ
ンズ、４０５．４０８・−−シングルモードファイバー
　４０７−−・固定治具、４０８・・・信号光、４０９
−・Φ出射光、５０１・・番手導体レーザ増幅器アレイ
、５０２．５０３．５０４．５０５．５０６・拳・半導
体レーザ増幅器、５０７．５０８．５０９．５１０．５
１１・番・定電流源、５１２．５１３．５１４．５１５
．５１Ｅ３・・ψシングルモードファイバー　５１７．
５１８．５１９．５２０．５２１−・番レンズ、５２２
−・φ光分岐点、５２３・・・シングルモードファイバ
ー　５２４・・・光コネクタ−５２５，５２６，５２７
，５２８，５２９φ・・シングルモードファイバー　５
３０．５３１．５３２．５３３．５３４嗜・・出射光、
　５３５、５３６、５３７、５３８、５３９−・・レン
ズ、６０１．６０２．６０３φ番・半導体レーザ増幅器
、６０４．８０５．６０６・・番導波路、６０７１１・
−光分岐点、θ０８ψ・Φ溝、６０９拳・・光ファイバ
ー　θ１０１６１１．６１２．６１３Ｉ・・レンズ、８
１４．８１５．６１６φ・・光ファイバー　７０１・・
・半導体レーザ増幅器アレイ、７０２．７０３．７０４
．７０５．７０６・・・半導体Ｑ−ザ増幅器、７０７．
７０８．７０９．７１０１７１１・壷・定電流源、　７
１２、７１３、７１４、７１５、７１６拳・・シングル
モードファイバー　７１７．７１８．７１９．７２０，
７２１・・・レンズ、７２２．７２３．７２４．７２５
．７２６−・・シングルモードファイバー　７２７・・
・光合波点、７２８．７２９．７３０．７３１．７３２
・・・光信号、７３３・φ・シングルモードファイバー
７３４．７３５．７３８．７３７．７３８・・・レンズ
、８０１．８０２．８０３φ番・半導体レーザ増幅器、
８０４．８０５．８０６命・拳導波路、　８０７・　・
・光合波点、　８０８、溝、　８０９．８１０．８１１
・Φ拳光ファイバー　８１２．８１３．８１４．８１５
・・・レンズ、８１６・・・光ファイバー

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. （１）直接遷移型の半導体活性層及び前記半導体活性層
   の一部或は全部を覆って成り前記半導体活性層より大き
   い禁制帯幅を持つ第１と第２のクラッド層及び前記第１
   と第２のクラッド層をそれぞれ覆って成る第１と第２の
   電極層を少なくとも持つ第１の半導体領域と、前記第１
   の半導体領域に隣接し前記半導体活性層と同じ或は小さ
   い禁制帯幅を持つ半導体光吸収層を少なくとも持つ第２
   の半導体領域と、前記第１と第２の半導体領域の端面に
   それぞれ形成された第１と第２の低反射膜とを少なくと
   も持つことを特徴とする半導体レーザ増幅器。
2. （２）半導体基体と、前記半導体基体の１主面上の少な
   くとも一部に選択的に形成され第１の禁制帯幅と第１の
   屈折率と第１の導電型を持つ第１のクラッド層と、前記
   第１のクラッド層の１主面上の一部に選択的に形成され
   た第２の禁制帯幅と第２の屈折率を持つ直接遷移型の半
   導体活性層と、前記第１のクラッド層の前記主面上で前
   記半導体活性層で覆われていない部分の少なくとも一部
   に選択的に形成された第３の禁制帯幅と第３の屈折率を
   持つ半導体光吸収層と、少なくとも前記半導体活性層の
   主面を覆って成り第４の禁制帯幅と第４の屈折率と第２
   の導電型を持つ第２のクラッド層と、少なくとも前記半
   導体光吸収層の主面を覆って成り第５の屈折率を持つ第
   ３のクラッド層と、前記第２のクラッド層上に形成され
   た第２導電型のオーミック電極層と、前記半導体基体上
   に形成された第１導電型のオーミック電極層と、少なく
   とも前記第１と第２のクラッド層の側面の一部からなる
   光入射面に形成された第１の低反射膜と、少なくとも前
   記第１と第３のクラッド層の側面の一部からなる光出射
   面に形成された第２の低反射膜とを少なくとも持つ構成
   において、前記第２の禁制帯幅が前記第１と第４の禁制
   帯幅より小さく、前記第２の屈折率が前記第１と第４の
   屈折率より大きく、前記第３の屈折率が前記第１と第５
   の屈折率より大きく、前記第３の禁制帯幅が前記第２の
   禁制帯幅と同じもしくは小さいことを特徴とする半導体
   レーザ増幅器。
3. （３）第１と第２の低反射膜の反射率が入出力される波
   長に対して１％以下であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項又は第２項記載の半導体レーザ増幅器。
4. （４）直接遷移型の半導体活性層及び前記半導体活性層
   の一部或は全部を覆って成り前記半導体活性層より大き
   い禁制帯幅を持つ第１と第２のクラッド層及び前記第１
   と第２のクラッド層をそれぞれ覆って成る第１と第２の
   電極層を少なくとも持つ第１の半導体領域と、前記第１
   の半導体領域に隣接し前記半導体活性層と同じ或は小さ
   い禁制帯幅を持つ半導体光吸収層を少なくとも持つ第２
   の半導体領域と、前記第１と第２の半導体領域の端面に
   それぞれ形成された第１と第２の低反射膜とを少なくと
   も持つことを特徴とする半導体レーザ増幅器に、前記第
   １と第２の電極層とに接続された電源と、前記第１と第
   ２の低反射膜にそれぞれ対向して配置された第１と第２
   の集光手段と、前記第１と第２の集光手段にそれぞれ接
   続されて成る第１と第２の光導波路とが少なくとも付加
   されて成ることを特徴とする光伝送路。
5. （５）半導体基体と、前記半導体基体の１主面上の少な
   くとも一部に選択的に形成され第１の禁制帯幅と第１の
   屈折率と第１の導電型を持つ第１のクラッド層と、前記
   第１のクラッド層の１主面上の一部に選択的に形成され
   た第２の禁制帯幅と第２の屈折率を持つ直接遷移型の半
   導体活性層と、前記第１のクラッド層の前記主面上で前
   記半導体活性層で覆われていない部分の少なくとも一部
   に選択的に形成された第３の禁制帯幅と第３の屈折率を
   持つ半導体光吸収層と、少なくとも前記半導体活性層の
   主面を覆って成り第４の禁制帯幅と第４の屈折率と第２
   の導電型を持つ第２のクラッド層と、少なくとも前記半
   導体光吸収層の主面を覆って成り第５の屈折率を持つ第
   ３のクラッド層と、前記第２のクラッド層上に形成され
   た第２導電型のオーミック電極層と、前記半導体基体上
   に形成された第１導電型のオーミック電極層と、少なく
   とも前記第１と第２のクラッド層の側面の一部からなる
   光入射面に形成された第１の低反射膜と、少なくとも前
   記第１と第３のクラッド層の側面の一部からなる光出射
   面に形成された第２の低反射膜とを少なくとも持つ構成
   において、前記第２の禁制帯幅が前記第１と第４の禁制
   帯幅より小さく、前記第２の屈折率が前記第１と第４の
   屈折率より大きく、前記第３の屈折率が前記第１と第５
   の屈折率より大きく、前記第３の禁制帯幅が前記第２の
   禁制帯幅と同じもしくは小さいことを特徴とする半導体
   レーザ増幅器に、前記第１導電型のオーミック電極層と
   前記第２導電型のオーミック電極層とに接続された電源
   と、前記光入射面と前記光出射面にそれぞれ対向して配
   置された第１と第２の集光手段と、前記第１と第２の集
   光手段にそれぞれ接続されて成る第１と第２の光導波路
   とが少なくとも付加されて成ることを特徴とする光伝送
   路。
6. （６）第１と第２の光導波路が光ファイバーであること
   を特徴とする特許請求の範囲第４項又は第５項記載の光
   伝送路。
7. （７）第１と第２の低反射膜の反射率が入出力される波
   長に対して１％以下であることを特徴とする特許請求の
   範囲第４項、第５項、第６項のいずれかに記載の光伝送
   路。
8. （８）直接遷移型の半導体活性層及び前記半導体活性層
   の一部或は全部を覆って成り前記半導体活性層より大き
   い禁制帯幅を持つ第１と第２のクラッド層及び前記第１
   と第２のクラッド層をそれぞれ覆って成る第１と第２の
   電極層を少なくとも持つ第１の半導体領域と、前記第１
   の半導体領域に隣接し前記半導体活性層と同じ或は小さ
   い禁制帯幅を持つ半導体光吸収層を少なくとも持つ第２
   の半導体領域と、前記第１と第２の半導体領域の端面に
   それぞれ形成された第１と第２の低反射膜とを少なくと
   も持つことを特徴とする半導体レーザ増幅器が複数個集
   積されて成る半導体レーザ増幅器アレイに、前記第１の
   低反射膜に一端面が対向するようにそれぞれ配置された
   複数の光導波路と、前記光導波路を集束して成る光分岐
   点を少なくとも付加して成ることを特徴とする光分岐器
   。
9. （９）半導体基体と、前記半導体基体の１主面上の一部
   に選択的に形成され第１の禁制帯幅と第１の屈折率と第
   １の導電型を持つ第１のクラッド層と、前記第１のクラ
   ッド層の１主面上の一部に選択的に形成された第２の禁
   制帯幅と第２の屈折率を持つ直接遷移型の半導体活性層
   と、前記第１のクラッド層の前記主面上で前記半導体活
   性層で覆われていない部分の少なくとも一部に選択的に
   形成された第３の禁制帯幅と第３の屈折率を持つ半導体
   光吸収層と、少なくとも前記半導体活性層の主面を覆っ
   て成り第４の禁制帯幅と第４の屈折率と第２の導電型を
   持つ第２のクラッド層と、少なくとも前記半導体光吸収
   層の主面を覆って成り第５の屈折率を持つ第３のクラッ
   ド層と、前記第２のクラッド層上に形成された第２導電
   型のオーミック電極層と、前記半導体基体上に形成され
   た第１導電型のオーミック電極層と、少なくとも前記第
   １と第２のクラッド層の側面の一部からなる光入射面に
   形成された第１の低反射膜と、少なくとも前記第１と第
   ３のクラッド層の側面の一部からなる光出射面に形成さ
   れた第２の低反射膜とを少なくとも持つ構成において、
   前記第２の禁制帯幅が前記第１と第４の禁制帯幅より小
   さく、前記第２の屈折率が前記第１と第４の屈折率より
   大きく、前記第３の屈折率が前記第１と第５の屈折率よ
   り大きく、前記第３の禁制帯幅が前記第２の禁制帯幅と
   同じもしくは小さいことを特徴とする半導体レーザ増幅
   器が複数個集積されて成る半導体レーザ増幅器アレイに
   、前記光入射面に一端面が対向するようにそれぞれ配置
   された複数の光導波路と、前記光導波路を集束して成る
   光分岐点を少なくとも付加して成ることを特徴とする光
   分岐器。
10. （１０）半導体レーザ増幅器と光導波路と光分岐点が半
    導体基体上に集積されて成ることを特徴とする特許請求
    の範囲第８項又は第９項記載の光分岐器。
11. （１１）第１と第２の低反射膜の反射率が入出力される
    波長に対して１％以下であることを特徴とする特許請求
    の範囲第８項、第９項、第１０項のいずれかに記載の光
    分岐器。
12. （１２）直接遷移型の半導体活性層及び前記半導体活性
    層の一部或は全部を覆って成り前記半導体活性層より大
    きい禁制帯幅を持つ第１と第２のクラッド層及び前記第
    １と第２のクラッド層をそれぞれ覆って成る第１と第２
    の電極層を少なくとも持つ第１の半導体領域と、前記第
    １の半導体領域に隣接し前記半導体活性層と同じ或は小
    さい禁制帯幅を持つ半導体光吸収層を少なくとも持つ第
    ２の半導体領域と、前記第１と第２の半導体領域の端面
    にそれぞれ形成された第１と第２の低反射膜とを少なく
    とも持つことを特徴とする半導体レーザ増幅器が複数個
    集積されて成る半導体レーザ増幅器アレイに、前記第２
    の低反射膜に一端面が対向するようにそれぞれ配置され
    た複数の光導波路と、前記光導波路を集束して成る光分
    岐点を少なくとも付加して成ることを特徴とする光合波
    器。
13. （１３）半導体基体と、前記半導体基体の１主面上の一
    部に選択的に形成され第１の禁制帯幅と第１の屈折率と
    第１の導電型を持つ第１のクラッド層と、前記第１のク
    ラッド層の１主面上の一部に選択的に形成された第２の
    禁制帯幅と第２の屈折率を持つ直接遷移型の半導体活性
    層と、前記第１のクラッド層の前記主面上で前記半導体
    活性層で覆われていない部分の少なくとも一部に選択的
    に形成された第３の禁制帯幅と第３の屈折率を持つ半導
    体光吸収層と、少なくとも前記半導体活性層の主面を覆
    って成り第４の禁制帯幅と第４の屈折率と第２の導電型
    を持つ第２のクラッド層と、少なくとも前記半導体光吸
    収層の主面を覆って成り第５の屈折率を持つ第３のクラ
    ッド層と、前記第２のクラッド層上に形成された第２導
    電型のオーミック電極層と、前記半導体基体上に形成さ
    れた第１導電型のオーミック電極層と、少なくとも前記
    第１と第２のクラッド層の側面の一部からなる光入射面
    に形成された第１の低反射膜と、少なくとも前記第１と
    第３のクラッド層の側面の一部からなる光出射面に形成
    された第２の低反射膜とを少なくとも持つ構成において
    、前記第２の禁制帯幅が前記第１と第４の禁制帯幅より
    小さく、前記第２の屈折率が前記第１と第４の屈折率よ
    り大きく、前記第３の屈折率が前記第１と第５の屈折率
    より大きく、前記第３の禁制帯幅が前記第２の禁制帯幅
    と同じもしくは小さいことを特徴とする半導体レーザ増
    幅器が複数個集積されて成る半導体レーザ増幅器アレイ
    に、前記光出射面に一端面が対向するようにそれぞれ配
    置された複数の光導波路と、前記光導波路を集束して成
    る光分岐点を少なくとも付加して成ることを特徴とする
    光合波器。
14. （１４）半導体レーザ増幅器と光導波路と光分岐点が半
    導体基体上に集積されて成ることを特徴とする特許請求
    の範囲第１２項又は第１３項記載の光合波器。
15. （１５）第１と第２の低反射膜の反射率が入出力される
    波長に対して１％以下であることを特徴とする特許請求
    の範囲第１２項、第１３項、第１４項のいずれかに記載
    の光合波器。