JPH03274530A - Semiconductor light amplifier - Google Patents
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
光フアイバ通信における光中継器あるいは受光器の前置
増幅器として用いられる光増幅装置に関し1
高利得の光増幅装置を提供可能とすることを目的とし
一導電型の半導体から成る第1クランド層(バンドギャ
ップ波長λcl)と、該第1クラッド層の一表面に形成
されたノンドープの半導体から成る帯状の層であって、
その延伸方向における一端面に波長λ3.の光が入射す
る光増幅層(バンドギャップ波長λ1)と、ノンドープ
の半導体から成り且つ該光増幅層から表出する該第1ク
ラッド層表面に形成された励起光用活性1i(バンドギ
ャップ波長λp)と、該光増幅層上から該励起光用活性
層上にわたって形成された反対導電型の半導体から成る
第2クラッド層(バンドギャップ波長λcz)と、該第
1クラッド層表面に平行且つ該光増幅層の延伸方向に交
差する方向における該励起充用活性層の両端面を反射面
として有する共振器または該両端面によって画定される
領域に設けられた回折格子を含んで成る共振器と、該第
1クラッド層および該第2クラッド層を挾んで互いに対
向するようにして設けられた一対の電極とを具備し且つ
前記各波長の間にλa≧λ8、〉λ2〉λ。1.λc2
なる関係があるように構成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding an optical amplification device used as an optical repeater or a preamplifier of a photoreceiver in optical fiber communication, 1. The purpose of this invention is to provide a high gain optical amplification device. a first cladding layer (bandgap wavelength λcl) made of a type semiconductor, and a band-shaped layer made of a non-doped semiconductor formed on one surface of the first cladding layer,
Wavelength λ3. an optical amplification layer (bandgap wavelength λ1) into which light enters; and an active layer 1i for excitation light (bandgap wavelength λp) formed on the surface of the first cladding layer made of a non-doped semiconductor and exposed from the optical amplification layer. ), a second cladding layer (bandgap wavelength λcz) made of a semiconductor of the opposite conductivity type formed from the optical amplification layer to the excitation light active layer, and a second cladding layer (bandgap wavelength λcz) that is parallel to the surface of the first cladding layer and that a resonator having both end faces of the excitation-filled active layer as reflective surfaces in a direction crossing the stretching direction of the amplification layer, or a resonator comprising a diffraction grating provided in a region defined by the end faces; and a pair of electrodes provided opposite to each other with the second cladding layer in between, and λa≧λ8, 〉λ2〉λ. 1. λc2
The structure is structured so that there is a relationship between the two.
本発明は、光フアイバ通信における光中継器等における
ように微弱な入力光の増幅、あるいはPINフォトダイ
オードのように応答周波数は高いが比較的低感度である
受光素子に対する入力光の増幅に用いられる半導体光増
幅装置に関する。The present invention is used to amplify weak input light such as in an optical repeater in optical fiber communication, or to amplify input light to a light receiving element such as a PIN photodiode which has a high response frequency but relatively low sensitivity. The present invention relates to a semiconductor optical amplifier.
〔従来の技術]
従来の半導体光増幅装置の構造は、基本的には通常の半
導体レーザと同一であり、レーザ共振器を構成する臂開
面に反射防止膜が設けられる点が異なる。外部からの入
射光は前記臂開面の一方から活性層内に入射し、活性層
内を進む間に増幅されて他方の臂開面から外部に射出さ
れる。光増幅の利得(g)をg≧1にするために必要な
反転分布は、活性層を介したpn接合にキャリヤを注入
することによって達成される点においても、半導体レー
ザの動作と同様である。[Prior Art] The structure of a conventional semiconductor optical amplification device is basically the same as that of a normal semiconductor laser, except that an antireflection film is provided on the open face of the arm constituting the laser resonator. Incident light from the outside enters the active layer through one of the arm openings, is amplified while traveling through the active layer, and is emitted to the outside through the other arm opening. The operation is similar to that of a semiconductor laser in that the population inversion required to make the optical amplification gain (g) g≧1 is achieved by injecting carriers into the pn junction via the active layer. .
(発明が解決しようとする課題〕
ところで、光増幅装置における光増幅層すなわち光導波
路は1基本導波モード特性を有することが必要である。(Problems to be Solved by the Invention) Incidentally, the optical amplification layer in the optical amplification device, that is, the optical waveguide, needs to have one fundamental waveguide mode characteristic.
また、増幅率の入射光偏波面依存性を低くするために、
導波路の断面が円形あるいは四角形のような面内対称性
を有することが望ましい。これらの理由から1例えば1
.3 μ−帯あるいは1.55μ−帯の、いわゆる長波
長光ファイバ通信に用いられる光増幅装置における光増
幅層は。In addition, in order to reduce the dependence of the amplification factor on the polarization plane of the incident light,
It is desirable that the cross section of the waveguide has in-plane symmetry such as a circle or a square. For these reasons, for example 1
.. What is the optical amplification layer in an optical amplification device used for so-called long wavelength optical fiber communication in the 3 μ-band or 1.55 μ-band?
その屈折率を3として、0.5μm程度以下の断面寸法
を有することが必要である。ちなみに5通常の半導体レ
ーザにおける活性層の断面寸法は1例えは幅2μm×厚
さ0.2μmであり、上記基本導波モード導波路として
の条件には合わない。When its refractive index is 3, it is necessary to have a cross-sectional dimension of about 0.5 μm or less. Incidentally, the cross-sectional dimensions of the active layer in a typical semiconductor laser are, for example, 2 μm wide x 0.2 μm thick, which does not meet the above-mentioned conditions for the fundamental waveguide mode.
上記寸法を有する光増幅層に対して5反転分布を生じさ
セるために注入電流を増加してゆくと。When the injection current is increased to produce 5 population inversion for the optical amplification layer having the above dimensions.
クラッド層における電圧降下による発熱が大きくなる。Heat generation due to voltage drop in the cladding layer increases.
また、活性層を含むメサストライプの両側に形成される
埋め込み層に流れる無効電流が増加するため、さらに発
熱が増加する。その結果、光増幅層の温度が上昇し、利
得が飽和してしまうに至る。一般に、半導体光増幅装置
には、高利得を得るために、半導体レーザの動作電流よ
りも大電流を流す必要があり、半導体光増幅装置の実用
化のためには、上記発熱の問題の解決が急務とされてい
た。Furthermore, since the reactive current flowing through the buried layers formed on both sides of the mesa stripe including the active layer increases, heat generation further increases. As a result, the temperature of the optical amplification layer increases and the gain becomes saturated. Generally, in order to obtain a high gain, it is necessary to run a current larger than the operating current of a semiconductor laser in a semiconductor optical amplifier, and in order to put the semiconductor optical amplifier into practical use, it is necessary to solve the above heat generation problem. It was considered an urgent task.
本発明は、従来の半導体光増幅装置におけるような電流
注入の代わりに、光励起により反転分布を起こさせるこ
とによって上記発熱の問題を解決し、高利得の半導体光
増幅装置を提供可能とすることを目的とする。The present invention solves the above heat generation problem by causing population inversion by optical excitation instead of current injection as in conventional semiconductor optical amplifiers, and makes it possible to provide a high-gain semiconductor optical amplifier. purpose.
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、一導電型の半導体から成る第1のクラッド
層(バンドギャップ波長λcl)と、該第1クランド層
の一表面に形成されたノンドープの半導体から成る帯状
の層であって、その延伸方向における一端面に波長λa
7の光が入射する光増幅層(バンドギャップ波長λa)
と、ノンドープの半導体から成り且つ該光増幅層から表
出する該第1クラッド層表面に形成された励起光用活性
層(バンドギャップ波長λa)と、該光増幅層上から該
励起光用活性層上にわたって形成された反対導電型の半
導体から成る第の2クラッド層(バンドギャップ波長λ
cm)と、該第1クランド層表面に平行且つ該光増幅層
の延伸方向に交差する方向における該励起光用活性層の
両端面を反射面として有する共振器と、該第1クラッド
層および該第2クラッド層を挾んで互いに対向するよう
に設けられた一対の電極とを具備し且つ前記各波長の間
にλa≧λ2..〉λa〉λCI+ λc2なる関係
があることを特徴とする本発明に係る半導体光増幅装置
。[Means for Solving the Problems] The above object consists of a first cladding layer (bandgap wavelength λcl) made of a semiconductor of one conductivity type, and a non-doped semiconductor formed on one surface of the first cladding layer. A band-shaped layer with a wavelength λa on one end surface in the stretching direction.
Optical amplification layer (bandgap wavelength λa) into which the light of No. 7 enters
an active layer for excitation light (bandgap wavelength λa) formed on the surface of the first cladding layer made of a non-doped semiconductor and exposed from the optical amplification layer; A second cladding layer (bandgap wavelength λ
cm), a resonator having both end faces of the active layer for excitation light as reflective surfaces in a direction parallel to the surface of the first cladding layer and intersecting the stretching direction of the optical amplification layer; and a pair of electrodes provided opposite to each other with the second cladding layer in between, and between the wavelengths λa≧λ2. .. A semiconductor optical amplifier device according to the present invention, characterized in that there is a relationship: 〉λa〉λCI+λc2.
または、上記において該励起充用活性層の両端面を反射
面として有する代わりに、少な(とも該第1クラッド層
と該励起光用活性層との間に形成された一導電型の半導
体から成るガイド層(バンドギャップ波長λa)と、該
第1クラッド層と該ガイド層との界面に該光増幅層の延
伸方向と交差する方向にピッチ八を以て形成された凹凸
から成る回折格子とを具備し且つ前記各波長の間にλa
≧λa□〉λa〉λ1〉λa、λcりなる関係があり且
つ前記ピッチΔは該励起光用活性層の屈折率をnとして
八・λ2/2nであることを特徴とする本発明に係る半
導体光増幅装置によって達成される。Alternatively, in the above, instead of having both end faces of the excitation light active layer as reflective surfaces, a guide made of a semiconductor of one conductivity type formed between the first cladding layer and the excitation light active layer may be used. layer (bandgap wavelength λa), and a diffraction grating made of unevenness formed at a pitch of 8 in a direction intersecting the stretching direction of the optical amplification layer at the interface between the first cladding layer and the guide layer, and λa between each wavelength
≧λa□〉λa〉λ1〉λa, λc, and the pitch Δ is 8·λ2/2n, where n is the refractive index of the active layer for excitation light. This is achieved by an optical amplification device.
第1図は本発明の原理説明図であって、同図(a)は要
部斜視図、同図(b)は同図(a)におけるX−X断面
図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle of the present invention, in which FIG. 1(a) is a perspective view of a main part, and FIG. 1(b) is a sectional view taken along line XX in FIG. 1(a).
図示のように1例えばn型半導体から成る下部クラッド
層3(バンドギャップ波長λcl)の−表面上に形成さ
れた。ノンドープの半導体から成るストライブ状の光増
幅層1 (バンドギャップ波長λa)と、光増幅層1の
延伸方向の両側に形成されたノンドープの半導体から成
る励起光用活性層2(バンドギャップ波長λ9)と、光
増幅層1および励起光用活性層2上に形成された9例え
ばp型半導体から成る上部クラッド層4(バンドギャッ
プ波長λa2)から成る。As shown in the figure, 1 is formed on the -surface of a lower cladding layer 3 (bandgap wavelength λcl) made of, for example, an n-type semiconductor. A striped optical amplification layer 1 (bandgap wavelength λa) made of a non-doped semiconductor, and an active layer 2 for excitation light (bandgap wavelength λ9) made of a non-doped semiconductor formed on both sides of the optical amplification layer 1 in the stretching direction. ), and an upper cladding layer 4 (bandgap wavelength λa2) made of, for example, a p-type semiconductor, formed on the optical amplification layer 1 and the active layer 2 for excitation light.
前記各層のバンドギャップ波長と光増幅層lの端面の一
方に入射する入射光の波長λa7との間には、λa≧λ
in>λa〉λa、λaなる関係があるので、入射光は
光増幅層1を導波路として進み。Between the bandgap wavelength of each layer and the wavelength λa7 of the incident light incident on one of the end faces of the optical amplification layer l, λa≧λ
Since there is a relationship such as in>λa>λa, λa, the incident light travels through the optical amplification layer 1 as a waveguide.
光増幅層1の他方の端面から射出される。The light is emitted from the other end face of the light amplifying layer 1.
励起光用活性層2を横切って、上部クラッド層4と下部
クラッド層3間に電流を流し、励起光用活性層2を発光
させる。この発光は、励起光用活性層2層の側面、すな
わち、臂開面5および6を反射面として、励起充用活性
層2および光増幅層1内部を往復しレーザ発振する。同
図(b)における符号7は、この発振光、すなわち、光
増幅層1を励起するための励起光である。A current is passed across the excitation light active layer 2 between the upper cladding layer 4 and the lower cladding layer 3 to cause the excitation light active layer 2 to emit light. This light emission travels back and forth within the excitation active layer 2 and the optical amplification layer 1 using the side surfaces of the excitation light active layer 2, that is, the arm opening surfaces 5 and 6 as reflecting surfaces, and oscillates as a laser. Reference numeral 7 in FIG. 2B indicates this oscillation light, that is, excitation light for exciting the optical amplification layer 1.
励起光7により、光増幅層1にキャリヤの反転分布が生
じる。その結果、前記入射光(λa7)の通過による誘
導放出が生じる。励起光7を充分強くすることにより、
光増幅層1における吸収損失を補うだけの誘導放出光が
射出されるので、光増幅層1の利得(g)、すなわち、
入射光強度(Pi、)に対する光増幅層1からの射出光
強度(P、、t )の比Pout /Pi−が1より大
きくなる。このようにして光増幅が行われる。The excitation light 7 causes population inversion of carriers in the optical amplification layer 1 . As a result, stimulated emission occurs due to the passage of the incident light (λa7). By making the excitation light 7 sufficiently strong,
Since stimulated emission light sufficient to compensate for absorption loss in the optical amplification layer 1 is emitted, the gain (g) of the optical amplification layer 1, that is,
The ratio Pout/Pi- of the intensity of the emitted light from the optical amplification layer 1 (P,,t) to the intensity of the incident light (Pi,) becomes greater than 1. Optical amplification is performed in this way.
上記のように1本発明においては、共通の二つのクラッ
ド層3および4の間に、光増幅層lと分離された励起光
用活性層2を設け、励起光用活性層2で発生するレーザ
光により反転分布を起こさせる。このレーザ光を発生さ
せるための電流は。As described above, in the present invention, the excitation light active layer 2 separated from the optical amplification layer 1 is provided between the two common cladding layers 3 and 4, and the laser generated in the excitation light active layer 2 is provided. Population inversion is caused by light. What is the current required to generate this laser light?
充分広い面積に対して注入される。したがって。Injected over a sufficiently large area. therefore.
クラッド層における電圧陣下は小さくなり、また。The voltage drop in the cladding layer is also smaller.
埋め込み層へ流れる無効電流も無(なるため、前記発熱
の問題が解消され、その結果、高利得の光増幅が可能と
なる。また、励起光用活性層2から成るレーザの共振器
内に光増幅層1が配置された構造であるため、高効率の
光励起が可能であり。There is also no reactive current flowing to the buried layer, which solves the problem of heat generation, and as a result, high-gain optical amplification is possible. Since the structure includes the amplification layer 1, highly efficient optical excitation is possible.
かつ、光励起は光増幅層lの延伸方向に沿った側面から
均等に行われるため、利得分布が均一になる。 さらに
1第2図に示すように、励起光用活性層2から成るレー
ザを1回折格子を共振器とするいわゆるDFB(Dis
t、ributed Feed−back)構造とした
場合には、励起光用活性層2の臂開面5および6間の距
離を実質的に任意に設定可能となり、光増幅装置の寸法
および形状に関する設計上の自由度が大きくなる。同図
において符号8は、光増幅層1の延伸方向に交差する方
向におけるピッチΔがΔ8λp/2n(nは励起光用活
性層2の屈折率)となるように形成された回折格子であ
る。また符号9で示すガイド層(バンドギャップ波長λ
a; λ2〉λa〉λC1+ λax)は9回折格子
8の形成にともなう再結合中心が、励起光用活性層2と
下部クラッド層3の界面に発生するのを避けるために設
けられるゆ
〔実施例〕
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。In addition, since the optical excitation is performed evenly from the side surfaces along the stretching direction of the optical amplification layer l, the gain distribution becomes uniform. Furthermore, as shown in FIG. 1, a laser consisting of an active layer 2 for excitation light is used as a so-called DFB (Discussion Block), which uses a diffraction grating as a resonator.
In the case of the structure (ributed feed-back), the distance between the arm opening surfaces 5 and 6 of the excitation light active layer 2 can be set substantially arbitrarily, and the design regarding the dimensions and shape of the optical amplification device can be adjusted. The degree of freedom increases. In the figure, reference numeral 8 denotes a diffraction grating formed so that the pitch Δ in the direction intersecting the stretching direction of the optical amplification layer 1 is Δ8λp/2n (n is the refractive index of the active layer 2 for excitation light). In addition, a guide layer indicated by reference numeral 9 (bandgap wavelength λ
a; λ2>λa>λC1+λax) is provided to prevent recombination centers from occurring at the interface between the excitation light active layer 2 and the lower cladding layer 3 due to the formation of the nine diffraction gratings 8. ] Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.
以下の図面において、既掲の図面におけるものと同じ部
分には同一符号を付しである。In the following drawings, the same parts as those in the previously shown drawings are designated by the same reference numerals.
第3図は本発明の詳細な説明図であって、(a)は要部
斜視図、(b)は(a)におけるX−X断面図である。FIG. 3 is a detailed explanatory diagram of the present invention, in which (a) is a perspective view of a main part, and (b) is a sectional view taken along line XX in (a).
図示の構造の形成方法の一例を説明する。An example of a method for forming the illustrated structure will be described.
例えば、n型の1nP基板(下部クラッド層3)の−表
面に、厚さ0.5 μmのノンドープの1nGaAsP
層(バンドギャップ波長λa・1.6μ蒙)と、厚さ0
.5μmのInPnツバ2フを順次エピタキシャル成長
させる。下部クラッド層3の不純物濃度はlXl018
cm−3程度である。For example, on the surface of an n-type 1nP substrate (lower cladding layer 3), non-doped 1nGaAsP with a thickness of 0.5 μm is applied.
layer (bandgap wavelength λa・1.6 μm) and thickness 0
.. Two 5 μm InPn flange layers are epitaxially grown one after another. The impurity concentration of the lower cladding layer 3 is lXl018
It is about cm-3.
次いで、前記1nPバッファ層上に5i02層を堆積し
、これを周知のりソゲラフ法によりパターンニングして
9幅0.5 μmのストライブ状のSi0gマスクを形
成する。この5iOzマスクから表出する前記1nPバ
ッファ層とInGaAsP層とを、前記InP基板が表
出するまで2周知の方法により、順次エツチングする。Next, a 5i02 layer is deposited on the 1nP buffer layer and patterned by the well-known glue sogelaf method to form a striped Si0g mask with a width of 0.5 μm. The 1nP buffer layer and InGaAsP layer exposed from this 5iOz mask are sequentially etched by a well-known method until the InP substrate is exposed.
その結果、前記inPバッファ層とノンドープのInG
aAsP層から成るメサストライプが形成される。この
メサストライプの下層の1nGaAsP層が光増幅層1
であり、その幅および厚さは共に0.5μ園である。As a result, the inP buffer layer and non-doped InG
A mesa stripe consisting of aAsP layer is formed. The 1nGaAsP layer below this mesa stripe is the optical amplification layer 1.
, and its width and thickness are both 0.5 μm.
次いで、前記5i02マスクを残した状態で、前記メサ
ストライプの両側に表出する前記1nP基板表面に1
ノンドープのInGaAsP (バンドギャップ波長
λa・1.3μm)から成る厚さ0.5μMの励起光用
活性層2および厚さ0.5μIのP型の1nP層を順次
エピタキシャル成長させる。これは+ InGaAsP
やInPが結晶表面には成長するが、絶縁層表面には成
長しない選択性を利用するものである。Next, with the 5i02 mask remaining, a 1nP substrate surface exposed on both sides of the mesa stripe is coated with 1.
A 0.5 μM thick excitation light active layer 2 made of non-doped InGaAsP (band gap wavelength λa·1.3 μm) and a 0.5 μM thick P-type 1nP layer are epitaxially grown in sequence. This is +InGaAsP
This method utilizes the selectivity that InP and InP grow on the surface of the crystal but not on the surface of the insulating layer.
次いで9前記SiO□マスクを除去したのち、前記In
Pバンファ層上およびP型1nP層上にわたる厚さ1゜
5μmのp型のInP層をエピタキシャル成長させる。Next, after removing the SiO□ mask 9, the In
A p-type InP layer with a thickness of 1.5 μm is epitaxially grown on the P-type buffer layer and the P-type 1nP layer.
その結果1光増幅層1および励起光用活性層2上には、
前記1nPバッファ層とp型InP層から成る厚さ2.
Ouvaの上部クラッド層4が形成される。 InP層
から成る下部クラッド層3および上部クラッド層4のバ
ンドギャップ波長λalおよびλaは0゜95μ論であ
り、λa〉λa〉λ。。As a result, on the optical amplification layer 1 and the excitation light active layer 2,
Thickness 2. consisting of the 1nP buffer layer and p-type InP layer.
An upper cladding layer 4 of OVA is formed. The bandgap wavelengths λal and λa of the lower cladding layer 3 and upper cladding layer 4 made of InP layers are 0°95μ theory, and λa>λa>λ. .
λaの関係が保たれている。上部クラッド層4の不純物
濃度はI XIO”CJl−3程度である。The relationship λa is maintained. The impurity concentration of the upper cladding layer 4 is about IXIO''CJl-3.
次いで、上部クラッド層4上に、p” 1nGaAsP
(不純物濃度2 XIO”cm−3)から成る厚さ0.
5μmのコンタクト層8をエピタキシャル成長させる。Next, on the upper cladding layer 4, p” 1nGaAsP
(Impurity concentration 2XIO”cm-3) with a thickness of 0.
A contact layer 8 of 5 μm is epitaxially grown.
そして、下部クランド層3を構成するInP基板を研磨
し、厚さ約100μmにする。Then, the InP substrate constituting the lower ground layer 3 is polished to a thickness of approximately 100 μm.
次いで1下部クランド層3の下面およびコンタクト層1
04の上面に、それぞれ、njvJ電極11およびP側
電極12を形成する。そして、上記各層から成る結晶を
1光増幅層1の延伸方向に沿った長さ(1,)が300
am、幅(W)が300 am程度の大きさに襞間す
る。なお5高さ(H)は約100μmである。Then the lower surface of the lower ground layer 3 and the contact layer 1
04, an njvJ electrode 11 and a P-side electrode 12 are formed, respectively. The length (1,) along the stretching direction of one optical amplification layer 1 is 300 mm.
am, and the width (W) is about 300 am. Note that the height (H) is approximately 100 μm.
そののち、上記襞間された結晶における光増幅層1の延
伸方向の端面に9反射防止膜を形成して光増幅装置が完
成する。この反射防止膜としては周知の5iN1 、S
iOxあるいは、UOXから成り、光学膜厚がλa1/
4である薄膜を用いればよい。これらは、一般にスパッ
タリング等の方法により形成されるため、それぞれの組
成がSi3N4. S+l)zあるいはAh(hの化学
量論的組成からずれていると推測されるので上記の表示
を用いた。Thereafter, an anti-reflection film 9 is formed on the end face of the folded crystal in the stretching direction of the optical amplifying layer 1, thereby completing the optical amplifying device. This antireflection film is made of well-known 5iN1, S
It consists of iOx or UOX, and the optical film thickness is λa1/
A thin film of 4 may be used. Since these are generally formed by a method such as sputtering, their respective compositions are Si3N4. The above expression was used because it is presumed that the stoichiometric composition of S+l)z or Ah(h) deviates from the stoichiometric composition.
第4図は本発明の他の実施例説明図であって。FIG. 4 is an explanatory diagram of another embodiment of the present invention.
上記襞間された結晶における光増幅層1の延伸方向に沿
った臂開面5および6に、高反射率の反射膜13を形成
した場合である。反射膜13としては。This is a case where a reflective film 13 with a high reflectance is formed on the arm opening surfaces 5 and 6 along the stretching direction of the optical amplification layer 1 in the folded crystal. As the reflective film 13.
例えば、金薄膜や周知の誘電体多層膜を適宜用いること
ができる。高反射率反射膜13を設けることにより、励
起光用活性層2から成るレーザの閾値電流(Iい)が、
臂開面5および6をそのまま共振器の反射面として用い
た場合に比べて低減される。For example, a thin gold film or a well-known dielectric multilayer film can be used as appropriate. By providing the high reflectance reflective film 13, the threshold current (I) of the laser consisting of the excitation light active layer 2 can be
This is reduced compared to the case where the arm opening surfaces 5 and 6 are directly used as the reflecting surfaces of the resonator.
第5図は本発明のさらに他の実施例説明図であって、励
起光用活性層2から成るレーザの共振器の反射面として
1回折格子8を設けた構造である。FIG. 5 is an explanatory diagram of still another embodiment of the present invention, which has a structure in which one diffraction grating 8 is provided as a reflection surface of a laser resonator made up of an active layer 2 for excitation light.
この構造の形成方法を説明する。A method for forming this structure will be explained.
下部クラッド層3となる1例えばn型1nP基板(不純
物濃度I XIO”cm−”程度)の−表面に2例えば
ピッチ(A)が0.2μmの凹凸から成る回折格子8を
形成する。上記ピッチは、前述のように八・λa/2n
である。上記回折格子8の形成は。A diffraction grating 8 consisting of unevenness with a pitch (A) of 0.2 μm, for example, is formed on the surface of, for example, an n-type 1nP substrate (with an impurity concentration of about IXIO cm − ), which will become the lower cladding layer 3 . As mentioned above, the above pitch is 8・λa/2n
It is. Formation of the above-mentioned diffraction grating 8.
周知の二元干渉露光法を用いるリソグラフ技術により行
えばよい。This may be performed by a lithographic technique using a well-known dual interference exposure method.
次いで、前記n型1nP基板表面に、n型!nGaAs
P(不純物濃度5 X 10”cm−’)から成る厚さ
約0.1μ■のガイド層9(バンドギャップ波長λb・
1.1μm)およびn型1nP(不純物濃度5 XIO
”cm−”)から成る厚さ約0.05μ−のエツチング
ストップ層15を順次エピタキシャル成長させる。Next, on the surface of the n-type 1nP substrate, n-type! nGaAs
A guide layer 9 with a thickness of about 0.1 μm (band gap wavelength λb・
1.1μm) and n-type 1nP (impurity concentration 5XIO
An etching stop layer 15 having a thickness of approximately 0.05 .mu.m is sequentially grown epitaxially.
次いで、第4図の実施例と同様にして、エツチングスト
ップ層15上に、ノンドープのInGaAsPから成る
厚さおよび幅が共に0.5μ閣の光増幅層1(バンドギ
ャップ波長λa・1.6μs)+ ノンドープのInG
aAsPから成る厚さ0.5μ蒙の励起光用活性層2(
バンドギャップ波長λa・1.3μm)、p型TnP(
不純物濃度I XIO”cm−3)から成る厚さ2μ蒙
の上部クラッド層4およびp″InGaAsP(不純物
濃度2 XIOlqcm−’)から成る厚さ0.5 μ
霞のコンタクト層10を順次エピタキシャル成長させる
。なお。Next, in the same manner as in the embodiment shown in FIG. 4, an optical amplification layer 1 made of non-doped InGaAsP and having a thickness and width of 0.5 μm (band gap wavelength λa/1.6 μs) is formed on the etching stop layer 15. + Non-doped InG
An active layer 2 for excitation light with a thickness of 0.5 μm made of aAsP (
bandgap wavelength λa・1.3 μm), p-type TnP (
An upper cladding layer 4 with a thickness of 2 μm consisting of an impurity concentration I
A hazy contact layer 10 is sequentially epitaxially grown. In addition.
光増幅層1を構成するメサストライプは、一般に。Generally, a mesa stripe forming the optical amplification layer 1 is formed.
回折格子8における個々の凹凸の延伸方向に平行に形成
するが、前記メサストライプと凹凸が多少交差するよう
に形成しても差支えない。また、エツチングストップ層
15は、この上にエピタキシャル成長したInGaAs
P層とその上に成長したInPバッファ層とを前記メサ
ストライプに加工する際のエツチングストッパとして機
能する。Although the individual irregularities in the diffraction grating 8 are formed parallel to the extending direction, the mesa stripes and the irregularities may be formed so as to intersect with each other to some extent. Further, the etching stop layer 15 is made of InGaAs epitaxially grown thereon.
It functions as an etching stopper when processing the P layer and the InP buffer layer grown thereon into the mesa stripes.
次いで、下部クラッド層3となるn型1nP基板を、厚
さ約100μmに研磨したのち、下部クラッド層3の下
面およびコンタクト層10の上面に、それぞれ、n側電
極11およびp(l!lii極12を形成する。Next, the n-type 1nP substrate that will become the lower cladding layer 3 is polished to a thickness of approximately 100 μm, and then the n-side electrode 11 and the p(l!lii electrode) are placed on the lower surface of the lower cladding layer 3 and the upper surface of the contact layer 10, respectively. form 12.
そして、上記各層から成る結晶を幅(−)および長さ(
L)共に300μ−程度の寸法に臂関し、光増幅層1の
延伸方向における陶装開面に反射防止膜(図示省略)を
形成して半導体光増幅装置が完成する。本実施例の構造
においても、上記各層のバンドギャップ波長間には、λ
a≧λ1〉λa>λa〉λ。3.λcm(λa、λaは
下部クラッド層3および上部クラッド層4のバンドギャ
ップ波長)なる関係が保たれている。Then, the width (-) and length (
L) An antireflection film (not shown) is formed on the open surface of the porcelain in the extending direction of the optical amplification layer 1, both having dimensions of about 300 μm, to complete the semiconductor optical amplification device. In the structure of this example as well, the bandgap wavelength of each layer is λ
a≧λ1>λa>λa>λ. 3. The relationship λcm (λa, λa are the bandgap wavelengths of the lower cladding layer 3 and the upper cladding layer 4) is maintained.
なお、第5図の実施例の構造においても、第4図に示す
高反射率の反射膜13を設けることにより。Note that in the structure of the embodiment shown in FIG. 5 as well, a reflective film 13 with a high reflectance shown in FIG. 4 is provided.
闇値電流(Iい)の低減効果が得られる。The effect of reducing dark value current (I) can be obtained.
第6図は、第3図または第5図に示す構造における励起
充用活性層2を多重量子井戸構造の層で構成した場合で
あり、第3図の実施例の変形として示しである。すなわ
ち、同図(a)における励起光用活性層2は、同図(b
)に示すように9例えばバンドギャップ波長λq+□1
.15 μI11.厚さIons(0,01u*)のI
nGaAsP層21とバンドギャップ波長λB□1.4
gm、厚さ10層mのInGaAsP層22とを交互に
各25層ずつ積層して構成される。これにより、全体の
層厚は0.5 μmとなる。FIG. 6 shows a case where the excitation charging active layer 2 in the structure shown in FIG. 3 or FIG. 5 is composed of a layer having a multi-quantum well structure, and is shown as a modification of the embodiment shown in FIG. 3. That is, the active layer 2 for excitation light in FIG.
) As shown in 9, for example, the bandgap wavelength λq+□1
.. 15 μI11. I of thickness Ions (0,01u*)
nGaAsP layer 21 and bandgap wavelength λB□1.4
gm and InGaAsP layers 22 having a thickness of 10 layers m are alternately laminated in 25 layers each. This results in a total layer thickness of 0.5 μm.
InGaAsP層21および22から成る多重量子井戸
層における発光波長は、より大きなバンドギャップ波長
(λoz□1.4am )のInGaAsP層22で決
まる。The emission wavelength in the multiple quantum well layer composed of InGaAsP layers 21 and 22 is determined by the InGaAsP layer 22 having a larger bandgap wavelength (λoz□1.4 am).
したがって、λa〉λa!・λa〉λCI+ λc2
.または、λa〉λ。・λa〉λ1〉λa、λaなる関
係が保たれている。Therefore, λa>λa!・λa>λCI+ λc2
.. Or λa>λ. - The relationship λa>λ1>λa, λa is maintained.
上記第6図の実施例のように多重量子井戸構造を用いる
ことにより、単一層から成る励起光用活性層を有する構
造に比べて2 レーザ発振の閾値電流(xth)が低(
1,かつ、光吸収損失が低い、したがって、光増幅層に
対する励起効率が向上される。By using a multiple quantum well structure as in the embodiment shown in FIG. 6 above, the threshold current (xth) for laser oscillation is lower (
1, and the optical absorption loss is low, so the excitation efficiency for the optical amplification layer is improved.
なお、上記各実施例における光増幅層工、励起光用活性
層2.上部クラッド層4その他の層を構成する半導体層
のいずれのエピタキシャル成長させる方法として9周知
の液相成長法や有機金属気相成長(MO−VPE)法を
適宜用いることができる。また2本発明は、上記各実施
例における半導体層の導電型を入れ換えた構造としても
成り立つことは言うまでもない。Note that the optical amplification layer and excitation light active layer 2. As a method for epitaxially growing any of the semiconductor layers constituting the upper cladding layer 4 and other layers, a well-known liquid phase epitaxy method or metal organic vapor phase epitaxy (MO-VPE) method can be appropriately used. It goes without saying that the present invention can also be applied to a structure in which the conductivity types of the semiconductor layers in each of the above embodiments are switched.
本発明によれば、光増幅層を光により励起する方法を採
っており、光増幅層が励起用レーザの共振器内に設けら
れているため、光増幅層の寸法に関係なく、高効率、か
つ、光増幅層に沿って均一な励起が行われ、高利得の光
増幅装置が提供可能となる。また、光助起用レーザの共
振器に回折格子を用いることにより、光増幅装置の形状
および寸法の設計上の自由度が同上可能となる。その結
果、光フアイバ通信における光中継器やPINダイオー
ド等の高速度受光素子の前置増幅器として好適な高利得
光増幅装置の実現に効果がある。According to the present invention, a method is adopted in which the optical amplification layer is excited by light, and since the optical amplification layer is provided within the resonator of the excitation laser, high efficiency and high efficiency are achieved regardless of the dimensions of the optical amplification layer. In addition, uniform excitation is performed along the optical amplification layer, making it possible to provide a high-gain optical amplification device. Further, by using a diffraction grating in the resonator of the optically assisted laser, the degree of freedom in designing the shape and dimensions of the optical amplification device can be increased. As a result, it is possible to realize a high-gain optical amplifier suitable as a preamplifier for high-speed light receiving elements such as optical repeaters and PIN diodes in optical fiber communications.
である。It is.
図において。In fig.
1は光増幅層、 2は励起光用活性層。1 is a light amplification layer, 2 is an active layer for excitation light.
3は下部クラッロ[4は上部クラッド層5と6は臂開面
、 7は励起光。3 is the lower cladding layer; 4 is the upper cladding layer 5 and 6 are the arm openings; 7 is the excitation light.
8は回折格子、 9はガイド層。8 is a diffraction grating, 9 is a guide layer.
10はコンタクト層、11と12は電極。10 is a contact layer, and 11 and 12 are electrodes.
13は高反射膜、15は工・ンチングストツブ層。13 is a high reflection film, and 15 is an engineering/inching stop layer.
21と22はInGaAsP層 である。21 and 22 are InGaAsP layers It is.
(し)
不不[B月の原理説日月5コ(岬/)2)第 2 二
本発日月の原J里説B月記(そ/)1)1 1 3
:’FeqJqnf台tl説B月匹コ(亙/)2)!
−+ 3
1
不発明/)実祇含II説明記(々/)I)(b)
不発明f)寅紬紮1説帆7ビ竹ρ斗)
7 b 記(shi) Fufu [B month's principle theory Sun Moon 5 Ko (Misaki/) 2) 2nd 2nd Sun Moon original theory J village theory B Moon diary (So/) 1) 1 1 3 :'FeqJqnf tl Theory B Tsukidariko (Wataru/) 2)!
-+ 3 1 Non-invention/) Jitsugi-kan II explanatory notes (various/) I) (b) Non-invention f) Tora Tsumugi 1 theory 7 Bitake pouto) 7 b notes
Claims (2)
ンドギャップ波長λ_c_1)と、 該第1クラッド層の一表面に形成されたノンドープの半
導体から成る帯状の層であって、その延伸方向における
一端面に波長λ_i_nの光が入射する光増幅層(バン
ドギャップ波長λ_a)と、ノンドープの半導体から成
り且つ該光増幅層から表出する該第1クラッド層表面に
形成された励起光用活性層(バンドギャップ波長λ_p
)と、該光増幅層上から該励起光用活性層上にわたって
形成された反対導電型の半導体から成る第2のクラッド
層(バンドギャップ波長λ_c_2)と、該第1クラッ
ド層表面に平行且つ該光増幅層の延伸方向に交差する方
向における該励起光用活性層の両端面を反射面として有
する共振器と、該第1クラッド層および該第2クラッド
層を挟んで互いに対向するように設けられた一対の電極
とを具備し且つ前記各波長の間に、 λ_a≧λ_i_n>λ_p>λ_c_1、λ_c_2
なる関係があることを特徴とする半導体光増幅装置。(1) A first cladding layer (bandgap wavelength λ_c_1) made of a semiconductor of one conductivity type, and a band-shaped layer made of a non-doped semiconductor formed on one surface of the first cladding layer, the stretching direction of which is an optical amplification layer (bandgap wavelength λ_a) on which light with a wavelength λ_i_n is incident on one end face of the optical amplification layer; and an excitation light active layer formed on the surface of the first cladding layer exposed from the optical amplification layer and made of a non-doped semiconductor. layer (bandgap wavelength λ_p
), a second cladding layer (bandgap wavelength λ_c_2) made of a semiconductor of the opposite conductivity type formed from the optical amplification layer to the excitation light active layer, and a second cladding layer (bandgap wavelength λ_c_2) parallel to the surface of the first cladding layer and A resonator having both end faces of the excitation light active layer as reflective surfaces in a direction intersecting the stretching direction of the optical amplification layer, and a resonator provided to face each other with the first cladding layer and the second cladding layer in between. and between each of the wavelengths, λ_a≧λ_i_n>λ_p>λ_c_1, λ_c_2
A semiconductor optical amplifier device characterized by having the following relationship.
光用活性層の両端面を反射面として有する代わりに、 少なくとも該第1クラッド層と該励起光用活性層との間
に形成された一導電型の半導体から成るガイド層(バン
ドギャップ波長λ_b)と、該第1クラッド層と該ガイ
ド層との界面に該光増幅層の延伸方向と交差する方向に
ピッチΛを以て形成された凹凸から成る回折格子 とを具備し且つ前記各波長の間に、 λ_a≧λ_i_n>λ_p>λ_b>λ_c_1、λ
_c_2なる関係があり且つ前記ピッチΛは該励起光用
活性層の屈折率をnとしてΛ=λ_p/2nであること
を特徴とする半導体光増幅装置。(2) In the semiconductor optical amplification device according to claim 1, instead of having both end surfaces of the active layer for excitation light as reflective surfaces, a layer formed between at least the first cladding layer and the active layer for excitation light is provided. A guide layer (bandgap wavelength λ_b) made of a semiconductor of one conductivity type, and unevenness formed at the interface between the first cladding layer and the guide layer with a pitch Λ in a direction intersecting the stretching direction of the optical amplification layer. and between the respective wavelengths, λ_a≧λ_i_n>λ_p>λ_b>λ_c_1, λ
_c_2, and the pitch Λ is Λ=λ_p/2n, where n is the refractive index of the active layer for excitation light.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7641190A JPH03274530A (en) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | Semiconductor light amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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JPH03274530A true JPH03274530A (en) | 1991-12-05 |
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ID=13604495
Family Applications (1)
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JP7641190A Pending JPH03274530A (en) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | Semiconductor light amplifier |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH03274530A (en) |
-
1990
- 1990-03-26 JP JP7641190A patent/JPH03274530A/en active Pending
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