JPH07202348A - 半導体光増幅素子 - Google Patents
半導体光増幅素子Info
- Publication number
- JPH07202348A JPH07202348A JP44794A JP44794A JPH07202348A JP H07202348 A JPH07202348 A JP H07202348A JP 44794 A JP44794 A JP 44794A JP 44794 A JP44794 A JP 44794A JP H07202348 A JPH07202348 A JP H07202348A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- quantum well
- light
- semiconductor
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ２つの波長帯域の光を同時に増幅し、かつ偏
波無依存である半導体光増幅素子を提供する。 【構成】 この半導体光増幅素子は、基板の上に、下部
クラッド層，量子井戸構造を有する活性層、および上部
クラッド層がこの順序で積層され、上部クラッド層の上
に上部電極が、また基板の裏側に下部電極が装荷され、
かつ、光の入出射端面に無反射コーティング層が形成さ
れている半導体光増幅素子において、活性層Ａの量子井
戸構造は、量子井戸層１と、量子井戸層１の上面および
下面にそれぞれ接触して形成され、電子および重い正孔
に対しては障壁として作用し、また軽い正孔に対しては
量子井戸として作用する一対の中間障壁層２ａ，２ｂ
と、各中間障壁層２ａ，２ｂに接触して形成され、量子
井戸層１を形成する半導体の禁制帯エネルギーよりも高
い禁制帯エネルギーを有する半導体で形成された一対の
障壁層３ａ，３ｂとから成る層構造またはその層構造を
周期的に配列した層構造をなしている。活性層Ａとクラ
ッド層の間に光キャリア分離閉じ込め層を介装するとよ
り好適である。
波無依存である半導体光増幅素子を提供する。 【構成】 この半導体光増幅素子は、基板の上に、下部
クラッド層，量子井戸構造を有する活性層、および上部
クラッド層がこの順序で積層され、上部クラッド層の上
に上部電極が、また基板の裏側に下部電極が装荷され、
かつ、光の入出射端面に無反射コーティング層が形成さ
れている半導体光増幅素子において、活性層Ａの量子井
戸構造は、量子井戸層１と、量子井戸層１の上面および
下面にそれぞれ接触して形成され、電子および重い正孔
に対しては障壁として作用し、また軽い正孔に対しては
量子井戸として作用する一対の中間障壁層２ａ，２ｂ
と、各中間障壁層２ａ，２ｂに接触して形成され、量子
井戸層１を形成する半導体の禁制帯エネルギーよりも高
い禁制帯エネルギーを有する半導体で形成された一対の
障壁層３ａ，３ｂとから成る層構造またはその層構造を
周期的に配列した層構造をなしている。活性層Ａとクラ
ッド層の間に光キャリア分離閉じ込め層を介装するとよ
り好適である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体光増幅素子に関
し、更に詳しくは、２つの波長域の光を同時に増幅する
ことができ、しかもＴＥモード光とＴＭモード光のいず
れに対しても動作する偏波無依存の半導体光増幅素子に
関する。
し、更に詳しくは、２つの波長域の光を同時に増幅する
ことができ、しかもＴＥモード光とＴＭモード光のいず
れに対しても動作する偏波無依存の半導体光増幅素子に
関する。
【０００２】
【従来の技術】減衰した光信号を増幅する手段として
は、伝搬する光信号を一旦電気信号に変換してその電気
信号を電気的に増幅したのち、その増幅信号を再び光信
号に変換する方法と、伝搬する光信号それ自体を直接増
幅する方法とがある。そして、後者の方法には、光伝搬
の媒質として、希土類元素がドーピングされている光フ
ァイバを用いる方法と、半導体材料を用いる方法との２
通りがある。
は、伝搬する光信号を一旦電気信号に変換してその電気
信号を電気的に増幅したのち、その増幅信号を再び光信
号に変換する方法と、伝搬する光信号それ自体を直接増
幅する方法とがある。そして、後者の方法には、光伝搬
の媒質として、希土類元素がドーピングされている光フ
ァイバを用いる方法と、半導体材料を用いる方法との２
通りがある。
【０００３】ここで、半導体材料を用いる光増幅素子
は、本質的には、半導体レーザとほとんど同じ層構造を
なしている。具体的には、半導体材料から成る基板の上
に、下部クラッド層，活性層，上部クラッド層がこの順
序で積層されて成り、上部クラッド層の上に上部電極
を、また基板の裏面に下部電極を装荷し、光の入出射端
面に無反射コーティングを形成した構造であり、前記上
部クラッドから活性層に所定値の電流注入を行って活性
層を伝搬している光の増幅を行う素子である。
は、本質的には、半導体レーザとほとんど同じ層構造を
なしている。具体的には、半導体材料から成る基板の上
に、下部クラッド層，活性層，上部クラッド層がこの順
序で積層されて成り、上部クラッド層の上に上部電極
を、また基板の裏面に下部電極を装荷し、光の入出射端
面に無反射コーティングを形成した構造であり、前記上
部クラッドから活性層に所定値の電流注入を行って活性
層を伝搬している光の増幅を行う素子である。
【０００４】上記した半導体光増幅素子の場合、光増幅
時に利得を得ることが可能になる光の波長は、前記した
活性層を構成する半導体材料における禁制帯エネルギー
によって略決定される。すなわち、バルク型半導体から
成る従来の光増幅素子においては、１つの素子は１つの
波長域の光しか増幅することができない。具体的にいえ
ば、現在の光通信では、通常、1.３μｍ波長帯域と1.５
５μｍ波長帯域の２つの波長帯域の光が信号用として用
いられているが、例えば、1.５５μｍ波長帯域の光の増
幅ができるように製造した光増幅素子の場合、1.３μｍ
波長帯域の光を増幅することはできないということにな
る。
時に利得を得ることが可能になる光の波長は、前記した
活性層を構成する半導体材料における禁制帯エネルギー
によって略決定される。すなわち、バルク型半導体から
成る従来の光増幅素子においては、１つの素子は１つの
波長域の光しか増幅することができない。具体的にいえ
ば、現在の光通信では、通常、1.３μｍ波長帯域と1.５
５μｍ波長帯域の２つの波長帯域の光が信号用として用
いられているが、例えば、1.５５μｍ波長帯域の光の増
幅ができるように製造した光増幅素子の場合、1.３μｍ
波長帯域の光を増幅することはできないということにな
る。
【０００５】一方、高い利得を得るために、最近では、
前記した活性層を禁制帯エネルギーが小さく、厚みが電
子のド・ブロイ波長程度に薄い半導体の層をその半導体
の禁制帯エネルギーよりも大きい禁制帯エネルギーを有
する半導体で挟み込んだものを基本単位とするいわゆる
量子井戸構造で形成することが行なわれはじめている。
前記した活性層を禁制帯エネルギーが小さく、厚みが電
子のド・ブロイ波長程度に薄い半導体の層をその半導体
の禁制帯エネルギーよりも大きい禁制帯エネルギーを有
する半導体で挟み込んだものを基本単位とするいわゆる
量子井戸構造で形成することが行なわれはじめている。
【０００６】ところで、上記した量子井戸構造において
は、電子および正孔のエネルギー準位は量子化されると
ともに、電子および正孔が半導体の非常に薄い層領域内
の量子井戸に閉じ込められている。また、この量子井戸
構造においては、バルク半導体にみられる重い正孔と軽
い正孔の縮退は解消していて、それぞれの正孔に対する
量子化エネルギー準位が分離して存在している。
は、電子および正孔のエネルギー準位は量子化されると
ともに、電子および正孔が半導体の非常に薄い層領域内
の量子井戸に閉じ込められている。また、この量子井戸
構造においては、バルク半導体にみられる重い正孔と軽
い正孔の縮退は解消していて、それぞれの正孔に対する
量子化エネルギー準位が分離して存在している。
【０００７】今、量子井戸構造を単一量子井戸構造と
し、この量子井戸構造にキャリア注入した場合について
考えると、そのキャリア注入レベルが低いときには、量
子井戸構造では、電子の最低次量子化エネルギー準位
（以後、Ｅ１という）から重い正孔の最低次量子化エネ
ルギー準位（以後、ＨＨ１という）への遷移（以後、Ｅ
１−ＨＨ１遷移という）が起こる。そして、この量子井
戸構造を伝搬していた光は、図１の実線で示したよう
に、前記Ｅ１−ＨＨ１遷移に対応する波長（これを、λ
1 とする）の位置でピーク値を有する利得分布曲線をも
って増幅され、この利得が充分に大きい場合は、波長λ
1 の光が誘導放出される。
し、この量子井戸構造にキャリア注入した場合について
考えると、そのキャリア注入レベルが低いときには、量
子井戸構造では、電子の最低次量子化エネルギー準位
（以後、Ｅ１という）から重い正孔の最低次量子化エネ
ルギー準位（以後、ＨＨ１という）への遷移（以後、Ｅ
１−ＨＨ１遷移という）が起こる。そして、この量子井
戸構造を伝搬していた光は、図１の実線で示したよう
に、前記Ｅ１−ＨＨ１遷移に対応する波長（これを、λ
1 とする）の位置でピーク値を有する利得分布曲線をも
って増幅され、この利得が充分に大きい場合は、波長λ
1 の光が誘導放出される。
【０００８】しかし、上記した誘導放出現象において
も、Ｅ１−ＨＨ１遷移後に基づく利得が不充分な場合に
は、この遷移に対応する波長λ1 の光は発振しない。そ
して、キャリア注入レベルを高めることにより、量子井
戸構造では、更に電子の第２次量子化エネルギー準位
（以後、Ｅ２という）から重い正孔の第２次量子化エネ
ルギー準位（以後、ＨＨ２という）への遷移（以後、Ｅ
２−ＨＨ２遷移という）が起こり、ここを伝搬している
光は、図１の破線で示したように、前記したＥ２−ＨＨ
２遷移に対応する波長（これを、λ2 とする。λ2 ＜λ
1 ）の位置でもピーク値を有する利得分布曲線をもって
増幅され、この利得が充分に大きい場合は、波長λ2 の
光が誘導放出される。
も、Ｅ１−ＨＨ１遷移後に基づく利得が不充分な場合に
は、この遷移に対応する波長λ1 の光は発振しない。そ
して、キャリア注入レベルを高めることにより、量子井
戸構造では、更に電子の第２次量子化エネルギー準位
（以後、Ｅ２という）から重い正孔の第２次量子化エネ
ルギー準位（以後、ＨＨ２という）への遷移（以後、Ｅ
２−ＨＨ２遷移という）が起こり、ここを伝搬している
光は、図１の破線で示したように、前記したＥ２−ＨＨ
２遷移に対応する波長（これを、λ2 とする。λ2 ＜λ
1 ）の位置でもピーク値を有する利得分布曲線をもって
増幅され、この利得が充分に大きい場合は、波長λ2 の
光が誘導放出される。
【０００９】ここで、この単一量子井戸構造が、あるキ
ャリア注入レベル下においてＴＥモード光とＴＭモード
光に対して示す利得スペクトルの概略を図２に示す。図
中、実線はＴＥモード光の利得スペクトルを示し、破線
はＴＭモード光の利得スペクトルを表す。図２から明ら
かなように、重い空孔が関与するＥ１−ＨＨ１遷移（波
長λ1 の場合）は、伝搬する光がＴＥモード光である場
合にその光に利得のピーク値を与え、ＴＭモード光には
利得を与えない。そして、伝搬する光がＥ１のエネルギ
ー準位から軽い正孔の最低次量子化エネルギー準位（以
後、ＬＨ１という）への遷移（以後、Ｅ１−ＬＨ１遷移
という）に対応する波長（これをλ3 とする）の光であ
る場合には、その光がＴＥモード光，ＴＭモード光のい
ずれであっても、その光には利得のピーク値が与えられ
ている。
ャリア注入レベル下においてＴＥモード光とＴＭモード
光に対して示す利得スペクトルの概略を図２に示す。図
中、実線はＴＥモード光の利得スペクトルを示し、破線
はＴＭモード光の利得スペクトルを表す。図２から明ら
かなように、重い空孔が関与するＥ１−ＨＨ１遷移（波
長λ1 の場合）は、伝搬する光がＴＥモード光である場
合にその光に利得のピーク値を与え、ＴＭモード光には
利得を与えない。そして、伝搬する光がＥ１のエネルギ
ー準位から軽い正孔の最低次量子化エネルギー準位（以
後、ＬＨ１という）への遷移（以後、Ｅ１−ＬＨ１遷移
という）に対応する波長（これをλ3 とする）の光であ
る場合には、その光がＴＥモード光，ＴＭモード光のい
ずれであっても、その光には利得のピーク値が与えられ
ている。
【００１０】波長λ1 と波長λ3 を比較すると、λ3 ＜
λ1 であるため、この単一量子井戸構造においては、Ｔ
Ｅモード光に対する利得の方がＴＭモード光に対する利
得よりも大きくなる。すなわち、通常の単一量子井戸構
造においては、ＴＥモード光とＴＭモード光に対する利
得が相違していて、偏波依存性が発現する。
λ1 であるため、この単一量子井戸構造においては、Ｔ
Ｅモード光に対する利得の方がＴＭモード光に対する利
得よりも大きくなる。すなわち、通常の単一量子井戸構
造においては、ＴＥモード光とＴＭモード光に対する利
得が相違していて、偏波依存性が発現する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、半導体光増
幅素子における上記した問題、すなわち、バルク型半導
体から成る光増幅素子の場合は２つの波長帯域の光を同
時に増幅することができず、また、量子井戸構造の活性
層を有する半導体光増幅素子の場合は偏波依存性を有し
ているという問題を解決し、２つの波長帯域の光に対し
ても同時に光増幅動作を行い、しかも、ＴＥモード光と
ＴＭモード光のいずれに対しても動作する偏波無依存の
半導体光増幅素子の提供を目的とする。
幅素子における上記した問題、すなわち、バルク型半導
体から成る光増幅素子の場合は２つの波長帯域の光を同
時に増幅することができず、また、量子井戸構造の活性
層を有する半導体光増幅素子の場合は偏波依存性を有し
ているという問題を解決し、２つの波長帯域の光に対し
ても同時に光増幅動作を行い、しかも、ＴＥモード光と
ＴＭモード光のいずれに対しても動作する偏波無依存の
半導体光増幅素子の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記した目
的を達成するために、鋭意研究を重ねる過程で以下の着
想を得るに至った。すなわち、まず、図１においてキャ
リア注入レベルが低い場合には、波長λ1で利得ピーク
値が得られ、この波長の光が発振している。この状態
で、例えば入・出射端面に無反射コーティングを施すこ
とにより、波長λ1 における発信を抑制すると、量子井
戸構造におけるキャリア密度は増大して、その利得分布
曲線は、結果として図１の破線で示したキャリア注入レ
ベルが高い状態になり、波長λ 2 の場合に対応する利
得、換言すればＥ２−ＨＨ２遷移に対応する高い利得を
示す。すなわち、この状態における量子井戸構造は、Ｅ
１−ＨＨ１遷移に対応する利得とＥ２−ＨＨ２遷移に対
応する利得とが同時に発現する利得媒質として機能する
ことになる。
的を達成するために、鋭意研究を重ねる過程で以下の着
想を得るに至った。すなわち、まず、図１においてキャ
リア注入レベルが低い場合には、波長λ1で利得ピーク
値が得られ、この波長の光が発振している。この状態
で、例えば入・出射端面に無反射コーティングを施すこ
とにより、波長λ1 における発信を抑制すると、量子井
戸構造におけるキャリア密度は増大して、その利得分布
曲線は、結果として図１の破線で示したキャリア注入レ
ベルが高い状態になり、波長λ 2 の場合に対応する利
得、換言すればＥ２−ＨＨ２遷移に対応する高い利得を
示す。すなわち、この状態における量子井戸構造は、Ｅ
１−ＨＨ１遷移に対応する利得とＥ２−ＨＨ２遷移に対
応する利得とが同時に発現する利得媒質として機能する
ことになる。
【００１３】また、図２において、量子井戸構造におけ
るＨＨ１とＬＨ１を同程度のエネルギー準位にすること
ができれば、図２の破線で示した軽い正孔が関与する遷
移に基づくＴＭモード光に対する利得は、重い正孔が関
与する遷移に基づくＴＥモード光に対する利得に近似す
ることになる。したがって、そのような量子井戸構造
は、ＴＥモード光とＴＭモード光のいずれに対しても略
同程度の利得を示すことになるので、偏波無依存の利得
媒質として機能することができる。
るＨＨ１とＬＨ１を同程度のエネルギー準位にすること
ができれば、図２の破線で示した軽い正孔が関与する遷
移に基づくＴＭモード光に対する利得は、重い正孔が関
与する遷移に基づくＴＥモード光に対する利得に近似す
ることになる。したがって、そのような量子井戸構造
は、ＴＥモード光とＴＭモード光のいずれに対しても略
同程度の利得を示すことになるので、偏波無依存の利得
媒質として機能することができる。
【００１４】そして、上記したＨＨ１とＬＨ１とを同程
度のエネルギー準位にすることは、量子井戸構造におい
て、重い正孔と軽い正孔の閉じ込め状態を適正に制御す
ることによって可能になる。本発明者は、上記した着想
を基礎にして量子井戸構造の層構造について検討を加
え、その結果、後述する層構造は上記着想を実現するこ
とができるとの知見を得、本発明の半導体光増幅素子を
開発するに至った。
度のエネルギー準位にすることは、量子井戸構造におい
て、重い正孔と軽い正孔の閉じ込め状態を適正に制御す
ることによって可能になる。本発明者は、上記した着想
を基礎にして量子井戸構造の層構造について検討を加
え、その結果、後述する層構造は上記着想を実現するこ
とができるとの知見を得、本発明の半導体光増幅素子を
開発するに至った。
【００１５】すなわち、本発明の半導体光増幅素子は、
基板の上に、下部クラッド層，量子井戸構造を有する活
性層、および上部クラッド層がこの順序で積層され、前
記上部クラッド層の上に上部電極が、また前記基板の裏
側に下部電極が装荷され、かつ、光の入出射端面に無反
射コーティング層が形成されている半導体光増幅素子に
おいて、前記活性層の量子井戸構造は、量子井戸層と、
前記量子井戸層の上面および下面にそれぞれ接触して形
成され、電子および重い正孔に対しては障壁として作用
し、また軽い正孔に対しては量子井戸として作用する一
対の中間障壁層と、前記各中間障壁層に接触して形成さ
れ、前記量子井戸層を形成する半導体の禁制帯エネルギ
ーよりも高い禁制帯エネルギーを有する半導体で形成さ
れた一対の障壁層とから成る層構造またはその層構造を
周期的に配列した層構造をなしていることを特徴とす
る。
基板の上に、下部クラッド層，量子井戸構造を有する活
性層、および上部クラッド層がこの順序で積層され、前
記上部クラッド層の上に上部電極が、また前記基板の裏
側に下部電極が装荷され、かつ、光の入出射端面に無反
射コーティング層が形成されている半導体光増幅素子に
おいて、前記活性層の量子井戸構造は、量子井戸層と、
前記量子井戸層の上面および下面にそれぞれ接触して形
成され、電子および重い正孔に対しては障壁として作用
し、また軽い正孔に対しては量子井戸として作用する一
対の中間障壁層と、前記各中間障壁層に接触して形成さ
れ、前記量子井戸層を形成する半導体の禁制帯エネルギ
ーよりも高い禁制帯エネルギーを有する半導体で形成さ
れた一対の障壁層とから成る層構造またはその層構造を
周期的に配列した層構造をなしていることを特徴とす
る。
【００１６】本発明の半導体光増幅素子において、基
板，下部クラッド層，活性層，上部クラッド層はいずれ
も半導体材料で構成されていて、上部クラッド層の上面
と基板の裏面に電流注入用の上部電極と下部電極がそれ
ぞれ装荷され、また光の入出射端面に無反射コーティン
グ層が形成されていることは、従来構造と変わらない。
しかしながら、その活性層が後述する量子井戸構造をな
していることを最大の特徴とする。
板，下部クラッド層，活性層，上部クラッド層はいずれ
も半導体材料で構成されていて、上部クラッド層の上面
と基板の裏面に電流注入用の上部電極と下部電極がそれ
ぞれ装荷され、また光の入出射端面に無反射コーティン
グ層が形成されていることは、従来構造と変わらない。
しかしながら、その活性層が後述する量子井戸構造をな
していることを最大の特徴とする。
【００１７】ここで、活性層近傍の層構造の１例を図３
に示す。図において、活性層Ａは、厚みｔ1 の量子井戸
層１と、この量子井戸層１を挟んで配置され、厚みがい
ずれもｔ2 である一対の中間障壁層２ａ，２ｂと、これ
ら中間障壁層２ａ，２ｂのそれぞれに積層され、厚みが
ｔ3 である一対の障壁層３ａ，３ｂとから成る。そして
この活性層Ａは下部クラッド層４ａと上部クラッド層４
ｂとで挟まれていて、ここに伝搬する光が閉じ込められ
るようになっている。
に示す。図において、活性層Ａは、厚みｔ1 の量子井戸
層１と、この量子井戸層１を挟んで配置され、厚みがい
ずれもｔ2 である一対の中間障壁層２ａ，２ｂと、これ
ら中間障壁層２ａ，２ｂのそれぞれに積層され、厚みが
ｔ3 である一対の障壁層３ａ，３ｂとから成る。そして
この活性層Ａは下部クラッド層４ａと上部クラッド層４
ｂとで挟まれていて、ここに伝搬する光が閉じ込められ
るようになっている。
【００１８】上記した層構造において、上下に位置する
一対の障壁層３ａ，３ｂは、量子井戸層１を形成する半
導体の禁制帯エネルギーよりも高い禁制帯エネルギーを
有する半導体で構成されていて、そのことによって、量
子井戸層１と後述する中間障壁層２ａ，２ｂの中に電子
および正孔の全体を閉じ込める働きをする。中間障壁層
２ａ，２ｂは、それを構成する半導体における伝導帯と
重い正孔の価電子帯のエネルギー準位が前記した障壁層
３ａ，３ｂを構成する半導体における伝導帯と重い正孔
の価電子帯のエネルギー準位と略同レベルにあり、か
つ、軽い正孔の価電子帯のエネルギー準位が量子井戸層
１の軽い正孔の価電子帯のエネルギー準位と略同レベル
にある。
一対の障壁層３ａ，３ｂは、量子井戸層１を形成する半
導体の禁制帯エネルギーよりも高い禁制帯エネルギーを
有する半導体で構成されていて、そのことによって、量
子井戸層１と後述する中間障壁層２ａ，２ｂの中に電子
および正孔の全体を閉じ込める働きをする。中間障壁層
２ａ，２ｂは、それを構成する半導体における伝導帯と
重い正孔の価電子帯のエネルギー準位が前記した障壁層
３ａ，３ｂを構成する半導体における伝導帯と重い正孔
の価電子帯のエネルギー準位と略同レベルにあり、か
つ、軽い正孔の価電子帯のエネルギー準位が量子井戸層
１の軽い正孔の価電子帯のエネルギー準位と略同レベル
にある。
【００１９】したがって、この層構造における厚み方向
のエネルギー準位は、図４で示したようになっている、
なお、図４において、エネルギー準位ａは、厚み方向に
おける伝導帯のそれを表し、エネルギー準位ｂは軽い正
孔に対する価電子帯の厚み方向におけるエネルギー準位
を表し、エネルギー準位ｃは重い正孔に対する価電子帯
の厚み方向におけるエネルギー準位を表す。
のエネルギー準位は、図４で示したようになっている、
なお、図４において、エネルギー準位ａは、厚み方向に
おける伝導帯のそれを表し、エネルギー準位ｂは軽い正
孔に対する価電子帯の厚み方向におけるエネルギー準位
を表し、エネルギー準位ｃは重い正孔に対する価電子帯
の厚み方向におけるエネルギー準位を表す。
【００２０】したがって、この中間障壁層２ａ，２ｂ
は、電子と重い正孔に対しては障壁層として機能し、か
つ軽い正孔に対しては量子井戸として機能することにな
る。このような機能を有する層構造は、用いる半導体材
料の種類と成膜層の厚みを制御することによって形成す
ることができる。例えば、基板としてＩｎＰを用いた場
合、活性層Ａの量子井戸層１としてはＩｎＧａＡｓまた
はＩｎＧａＡｓＰが用いられ、中間障壁層２ａ，２ｂと
しては、ＩｎＧａＡｓまたはＧａＡｓが用いられ、更に
障壁層３ａ，３ｂとしてはＩｎＧａＰまたはＩｎＧａＡ
ｓＰが用いられる。
は、電子と重い正孔に対しては障壁層として機能し、か
つ軽い正孔に対しては量子井戸として機能することにな
る。このような機能を有する層構造は、用いる半導体材
料の種類と成膜層の厚みを制御することによって形成す
ることができる。例えば、基板としてＩｎＰを用いた場
合、活性層Ａの量子井戸層１としてはＩｎＧａＡｓまた
はＩｎＧａＡｓＰが用いられ、中間障壁層２ａ，２ｂと
しては、ＩｎＧａＡｓまたはＧａＡｓが用いられ、更に
障壁層３ａ，３ｂとしてはＩｎＧａＰまたはＩｎＧａＡ
ｓＰが用いられる。
【００２１】上記した材料で量子井戸層１，中間障壁層
２ａ，２ｂを形成した場合には、量子井戸層１の厚みｔ
1 ，中間障壁層２ａ，２ｂの厚みｔ2 は、それぞれ、６
ｎｍ≦ｔ1 ≦１０ｎｍ，３ｎｍ≦ｔ2 ≦７ｎｍに設定さ
れる。ｔ1 値が上記した範囲から逸脱すると、例えば1.
３μｍ波長帯域と1.５５μｍ波長帯域の２つの波長帯域
の光を同時に増幅することが困難になる。好ましいｔ 1
値は７〜９ｎｍである。
２ａ，２ｂを形成した場合には、量子井戸層１の厚みｔ
1 ，中間障壁層２ａ，２ｂの厚みｔ2 は、それぞれ、６
ｎｍ≦ｔ1 ≦１０ｎｍ，３ｎｍ≦ｔ2 ≦７ｎｍに設定さ
れる。ｔ1 値が上記した範囲から逸脱すると、例えば1.
３μｍ波長帯域と1.５５μｍ波長帯域の２つの波長帯域
の光を同時に増幅することが困難になる。好ましいｔ 1
値は７〜９ｎｍである。
【００２２】またｔ2 値が上記した範囲から逸脱する
と、上記した２つの波長帯域における偏波無依存性が崩
れるようになる。好ましいｔ2 値は４〜６ｎｍである。
また、本発明の層構造は、歪みが加わっている半導体は
その歪量に対応して伝導帯と価電子帯におけるエネルギ
ー準位が変化するという公知の事実に基づき、基板に対
して各層間の歪量を制御することによっても形成するこ
とができる。
と、上記した２つの波長帯域における偏波無依存性が崩
れるようになる。好ましいｔ2 値は４〜６ｎｍである。
また、本発明の層構造は、歪みが加わっている半導体は
その歪量に対応して伝導帯と価電子帯におけるエネルギ
ー準位が変化するという公知の事実に基づき、基板に対
して各層間の歪量を制御することによっても形成するこ
とができる。
【００２３】例えば、基板を構成する半導体の格子定数
をａｓ，この上に積層されていく各層を構成する半導体
の格子定数をａとし、両者間の歪量εを、ε＝１００×
（ａ−ａｓ）／ａｓ：％で表し、基板としてＩｎＰを用
いた場合には、量子井戸層１をＩｎＧａＡｓで構成し、
かつその歪量εｗを−１％≦εｗ≦１％に制御し、同時
に、中間障壁層２ａ，２ｂをＧａＡｓで構成し、かつ障
壁層３ａ，３ｂをＩｎＧａＰで構成し、その歪量εｂを
０％≦εｂ≦２％に制御すればよい。
をａｓ，この上に積層されていく各層を構成する半導体
の格子定数をａとし、両者間の歪量εを、ε＝１００×
（ａ−ａｓ）／ａｓ：％で表し、基板としてＩｎＰを用
いた場合には、量子井戸層１をＩｎＧａＡｓで構成し、
かつその歪量εｗを−１％≦εｗ≦１％に制御し、同時
に、中間障壁層２ａ，２ｂをＧａＡｓで構成し、かつ障
壁層３ａ，３ｂをＩｎＧａＰで構成し、その歪量εｂを
０％≦εｂ≦２％に制御すればよい。
【００２４】上記量子井戸層１と障壁層３ａ，３ｂの基
板材料に対する歪量がいずれも上記した範囲から逸脱す
ると、例えば、1.３μｍ波長帯域と1.５５μｍ波長帯域
の２つの波長帯域の光を同時に増幅することが困難にな
る。また、偏波依存性が非常に大きくなってしまう。と
ころで、量子井戸構造を有する活性層の厚みは非常に薄
いので、光はここに閉じ込もりにくいという問題があ
る。このような問題に対しては、通常、活性層とクラッ
ド層の間に、光キャリア分離閉じ込め層（ＳＣＨ層：Se
parate Confinement Heterostructure Layer)を介装す
ることが行われている。
板材料に対する歪量がいずれも上記した範囲から逸脱す
ると、例えば、1.３μｍ波長帯域と1.５５μｍ波長帯域
の２つの波長帯域の光を同時に増幅することが困難にな
る。また、偏波依存性が非常に大きくなってしまう。と
ころで、量子井戸構造を有する活性層の厚みは非常に薄
いので、光はここに閉じ込もりにくいという問題があ
る。このような問題に対しては、通常、活性層とクラッ
ド層の間に、光キャリア分離閉じ込め層（ＳＣＨ層：Se
parate Confinement Heterostructure Layer)を介装す
ることが行われている。
【００２５】図５は、本発明における活性層近傍の別の
層構造を示し、この層構造においては上記したＳＣＨ層
を介装することにより、光の閉じ込め効果を高めている
という点でより好適なものである。すなわち、この層構
造においては、活性層Ａと下部クラッド層４ａの間に下
部光キャリア分離閉じ込め層（以下、下部ＳＣＨ層とい
う）４'aが介装され、また活性層Ａと上部クラッド層４
ｂの間に上部光キャリア分離閉じ込め層（以下、上部Ｓ
ＣＨ層という）４'bが介装されている。
層構造を示し、この層構造においては上記したＳＣＨ層
を介装することにより、光の閉じ込め効果を高めている
という点でより好適なものである。すなわち、この層構
造においては、活性層Ａと下部クラッド層４ａの間に下
部光キャリア分離閉じ込め層（以下、下部ＳＣＨ層とい
う）４'aが介装され、また活性層Ａと上部クラッド層４
ｂの間に上部光キャリア分離閉じ込め層（以下、上部Ｓ
ＣＨ層という）４'bが介装されている。
【００２６】これら下部ＳＣＨ層４'a，上部ＳＣＨ層
４'bは、いずれも活性層Ａの屈折率と上部，下部クラッ
ド層４ａ，４ｂの屈折率の中間の値の屈折率を有してい
て、伝搬する光を活性層Ａの方に集めて、量子井戸構造
への光の閉じ込め効率を高める働きをする。なお、本発
明の活性層の層構造は図３で示した構造に限定されるも
のではなく、図３の活性層Ａが上下方向に複数個周期的
に積み重ねられた構造になっていてもよい。
４'bは、いずれも活性層Ａの屈折率と上部，下部クラッ
ド層４ａ，４ｂの屈折率の中間の値の屈折率を有してい
て、伝搬する光を活性層Ａの方に集めて、量子井戸構造
への光の閉じ込め効率を高める働きをする。なお、本発
明の活性層の層構造は図３で示した構造に限定されるも
のではなく、図３の活性層Ａが上下方向に複数個周期的
に積み重ねられた構造になっていてもよい。
【００２７】本発明の半導体光増幅素子において、上記
した活性層Ａの上・下に位置する上部クラッド層４ｂ，
下部クラッド層４ａ，下部ＳＣＨ層４'a，上部ＳＣＨ層
４'bは、いずれも活性層Ａを伝搬する光を閉じ込める働
きをし、それらを構成する材料としては、例えば、上
部，下部のＳＣＨ層については、ＩｎＰに格子整合した
ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝1.０５μｍ）、また上部，下部
クラッド層については、ＩｎＰなどをあげることができ
る。
した活性層Ａの上・下に位置する上部クラッド層４ｂ，
下部クラッド層４ａ，下部ＳＣＨ層４'a，上部ＳＣＨ層
４'bは、いずれも活性層Ａを伝搬する光を閉じ込める働
きをし、それらを構成する材料としては、例えば、上
部，下部のＳＣＨ層については、ＩｎＰに格子整合した
ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝1.０５μｍ）、また上部，下部
クラッド層については、ＩｎＰなどをあげることができ
る。
【００２８】また、本発明の半導体光増幅素子は、例え
ば常用のＭＯＣＶＤ法を適用して、基板の上に各層を構
成する半導体をエピタキシャル成長させて所望厚みの薄
層を積層して所定の層構造を形成し、基板の裏面には例
えばＡｕＧｅＮｉ／Ａｕを蒸着して下部電極を装荷し、
また上部クラッドの上面には例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを
蒸着して上部電極を装荷して製造することができる。
ば常用のＭＯＣＶＤ法を適用して、基板の上に各層を構
成する半導体をエピタキシャル成長させて所望厚みの薄
層を積層して所定の層構造を形成し、基板の裏面には例
えばＡｕＧｅＮｉ／Ａｕを蒸着して下部電極を装荷し、
また上部クラッドの上面には例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを
蒸着して上部電極を装荷して製造することができる。
【００２９】そして、その半導体光増幅素子の入・出射
端面には、使用する２つの波長帯域に対応して設定され
る適正な屈折率の２層薄膜から成る無反射コーティング
層が形成されている。具体的には、ＳｉＯx ,ＳｉＮx
から成る各薄層を積層した２層薄膜がコーティングされ
る。また、活性層Ａに電流を注入するストライプが活性
層Ａを構成する半導体の劈開端面に対して直角方向から
例えば約７〜８°傾くように上部クラッド４ｂに上部電
極を装荷することにより、入・出射端における２つの波
長帯域の光の反射率を低くすることもできる。
端面には、使用する２つの波長帯域に対応して設定され
る適正な屈折率の２層薄膜から成る無反射コーティング
層が形成されている。具体的には、ＳｉＯx ,ＳｉＮx
から成る各薄層を積層した２層薄膜がコーティングされ
る。また、活性層Ａに電流を注入するストライプが活性
層Ａを構成する半導体の劈開端面に対して直角方向から
例えば約７〜８°傾くように上部クラッド４ｂに上部電
極を装荷することにより、入・出射端における２つの波
長帯域の光の反射率を低くすることもできる。
【００３０】
【作用】図３で示した活性層Ａの層構造において、各層
は図４で示したようなエネルギー準位を有しているの
で、電子は全て量子井戸層１の伝導帯に閉じ込められ
る。また、重い正孔は厚みｔ1 の量子井戸層１の価電子
帯に閉じ込められ、その量子化エネルギーは衰退する。
は図４で示したようなエネルギー準位を有しているの
で、電子は全て量子井戸層１の伝導帯に閉じ込められ
る。また、重い正孔は厚みｔ1 の量子井戸層１の価電子
帯に閉じ込められ、その量子化エネルギーは衰退する。
【００３１】しかし、軽い正孔は量子井戸層１の価電子
帯（図３のｃ）に閉じ込められるだけではなく、略同じ
エネルギー準位にある中間障壁層の価電子帯（図３の
ｂ）にまで広がった状態で閉じ込められる。すなわち、
軽い正孔は、全体の厚みが（ｔ 1 ＋２ｔ2 ）の領域の中
に閉じ込められることになる。したがって、軽い正孔に
作用する閉じ込めポテンシャルは弱くなり、軽い正孔の
量子化エネルギーは小さくなる。
帯（図３のｃ）に閉じ込められるだけではなく、略同じ
エネルギー準位にある中間障壁層の価電子帯（図３の
ｂ）にまで広がった状態で閉じ込められる。すなわち、
軽い正孔は、全体の厚みが（ｔ 1 ＋２ｔ2 ）の領域の中
に閉じ込められることになる。したがって、軽い正孔に
作用する閉じ込めポテンシャルは弱くなり、軽い正孔の
量子化エネルギーは小さくなる。
【００３２】ところで、量子化エネルギーは対象量子の
実効質量に反比例する。したがって、同じエネルギー準
位にある場合には、軽い正孔の量子化エネルギーの方が
重い正孔の量子化エネルギーよりも大きくなる。しかし
ながら、上記した層構造においては、軽い正孔が閉じ込
められる領域（ｔ1 ＋２ｔ2 ）は、重い正孔が閉じ込め
られる領域（ｔ1 ）よりも広いので、軽い正孔と重い正
孔との質量差に基づく量子化エネルギーの差は緩和され
る。すなわち、上記した領域におけるＨＨ１とＬＨ１は
近似してくる。
実効質量に反比例する。したがって、同じエネルギー準
位にある場合には、軽い正孔の量子化エネルギーの方が
重い正孔の量子化エネルギーよりも大きくなる。しかし
ながら、上記した層構造においては、軽い正孔が閉じ込
められる領域（ｔ1 ＋２ｔ2 ）は、重い正孔が閉じ込め
られる領域（ｔ1 ）よりも広いので、軽い正孔と重い正
孔との質量差に基づく量子化エネルギーの差は緩和され
る。すなわち、上記した領域におけるＨＨ１とＬＨ１は
近似してくる。
【００３３】したがって、この層構造においては、図２
に関して説明したように、ＴＥモード光とＴＭモード光
に対する利得は略同程度になるため、偏波無依存性が発
現するようになる。また、活性層Ａの層構造は、Ｅ１−
ＨＨ１遷移に対応する波長λ1 の光での発振を抑制する
と、図１に関して説明したように、活性層Ａ内のキャリ
ア濃度が増大し、結果として、キャリア注入レベルが高
い状態と同じになるため、Ｅ２−ＨＨ２遷移に対応する
波長λ2 における利得を波長λ1 における利得と同程度
またはそれよりも大きくすることができる。すなわち、
波長λ1 の光と波長λ2 の光のいずれをも増幅すること
ができる。
に関して説明したように、ＴＥモード光とＴＭモード光
に対する利得は略同程度になるため、偏波無依存性が発
現するようになる。また、活性層Ａの層構造は、Ｅ１−
ＨＨ１遷移に対応する波長λ1 の光での発振を抑制する
と、図１に関して説明したように、活性層Ａ内のキャリ
ア濃度が増大し、結果として、キャリア注入レベルが高
い状態と同じになるため、Ｅ２−ＨＨ２遷移に対応する
波長λ2 における利得を波長λ1 における利得と同程度
またはそれよりも大きくすることができる。すなわち、
波長λ1 の光と波長λ2 の光のいずれをも増幅すること
ができる。
【００３４】
実施例１ ＭＯＣＶＤ法で図６で示した構造の半導体光増幅素子を
製造した。すなわち、ＩｎＰから成る基板５の上に、同
じくＩｎＰから成る厚み１μｍの下部クラッド層４ａ，
ＩｎＰに格子整合し、λｇ＝1.０５μｍで、ＩｎＧａＡ
ｓＰから成る厚み２００ｎｍの下部ＳＣＨ層４'a，後述
する活性層Ａ，下部ＳＣＨ層４'aと同じ組成で厚みが２
００ｎｍの上部ＳＣＨ層４'b，ＩｎＰから成る厚み2.５
μｍの上部クラッド層４ｂ，ＩｎＧａＡｓから成る厚み
0.２μｍのキャップ層６をこの順序で成膜したのちキャ
ップ層６の上面に常用のホトリソグラフィーとエッチン
グ処理を施して上部クラッド層をリッジ型にし、つい
で、キャップ層６の部分以外の個所をポリイミド樹脂か
ら成る絶縁層７で被覆し、全体の上面にＴｉ／Ｐｔ／Ａ
ｕから成る上部電極８ａを装荷し、また基板５の裏面に
ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕから成る下部電極８ｂを装荷した。
そして、素子の両端面には、ＳｉＯx ／ＳｉＮx から成
る無反射コーティング層を形成した。
製造した。すなわち、ＩｎＰから成る基板５の上に、同
じくＩｎＰから成る厚み１μｍの下部クラッド層４ａ，
ＩｎＰに格子整合し、λｇ＝1.０５μｍで、ＩｎＧａＡ
ｓＰから成る厚み２００ｎｍの下部ＳＣＨ層４'a，後述
する活性層Ａ，下部ＳＣＨ層４'aと同じ組成で厚みが２
００ｎｍの上部ＳＣＨ層４'b，ＩｎＰから成る厚み2.５
μｍの上部クラッド層４ｂ，ＩｎＧａＡｓから成る厚み
0.２μｍのキャップ層６をこの順序で成膜したのちキャ
ップ層６の上面に常用のホトリソグラフィーとエッチン
グ処理を施して上部クラッド層をリッジ型にし、つい
で、キャップ層６の部分以外の個所をポリイミド樹脂か
ら成る絶縁層７で被覆し、全体の上面にＴｉ／Ｐｔ／Ａ
ｕから成る上部電極８ａを装荷し、また基板５の裏面に
ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕから成る下部電極８ｂを装荷した。
そして、素子の両端面には、ＳｉＯx ／ＳｉＮx から成
る無反射コーティング層を形成した。
【００３５】この素子における活性層Ａの層構造は、図
３で示したような単一量子井戸構造になっている。すな
わち、障壁層３ａ，３ｂはいずれもＩｎＡｓ0.186 Ｐ
0.814 から成り、基板のＩｎＰに対する歪量εｂは＋0.
６％であり、その厚みは３０ｎｍである。中間障壁層２
ａ，２ｂはいずれもＧａＡｓから成り、基板５であるＩ
ｎＰに対する歪量は−3.６７％であり、その厚みは５ｎ
ｍである。更に、量子井戸層１はＩｎ 0.532 Ｇａ0.468
Ａｓから成り、基板５のＩｎＰに対する歪量εｗは０％
であり、その厚みは８ｎｍである。
３で示したような単一量子井戸構造になっている。すな
わち、障壁層３ａ，３ｂはいずれもＩｎＡｓ0.186 Ｐ
0.814 から成り、基板のＩｎＰに対する歪量εｂは＋0.
６％であり、その厚みは３０ｎｍである。中間障壁層２
ａ，２ｂはいずれもＧａＡｓから成り、基板５であるＩ
ｎＰに対する歪量は−3.６７％であり、その厚みは５ｎ
ｍである。更に、量子井戸層１はＩｎ 0.532 Ｇａ0.468
Ａｓから成り、基板５のＩｎＰに対する歪量εｗは０％
であり、その厚みは８ｎｍである。
【００３６】この活性層Ａのバンド構造を、伝導帯に関
しては図７に、価電子帯に関しては図８にそれぞれ示
す。図７において、電子の最低次量子化エネルギー準位
はＥ１で、電子の２次量子化エネルギー準位はＥ２で示
してある。図７から明らかなように、この層構造におい
て、電子は全て量子井戸層１に閉じ込められる。
しては図７に、価電子帯に関しては図８にそれぞれ示
す。図７において、電子の最低次量子化エネルギー準位
はＥ１で、電子の２次量子化エネルギー準位はＥ２で示
してある。図７から明らかなように、この層構造におい
て、電子は全て量子井戸層１に閉じ込められる。
【００３７】一方、図８において、実線は重い正孔に関
するバンド構造を示し、また破線は軽い正孔に関するバ
ンド構造を示す。図８から明らかなように、ＨＨ１とＬ
Ｈ１とは略同じエネルギー準位にあり、またＨＨ２とＬ
Ｈ２も同じエネルギー準位にある。したがって、この層
構造において、重い正孔は量子井戸層１にだけ閉じ込め
られるが、軽い正孔は量子井戸層１とその両側に位置す
る中間障壁層２ａ，２ｂにも閉じ込められる。すなわ
ち、軽い正孔の閉じ込め可能な領域は広くなっている。
するバンド構造を示し、また破線は軽い正孔に関するバ
ンド構造を示す。図８から明らかなように、ＨＨ１とＬ
Ｈ１とは略同じエネルギー準位にあり、またＨＨ２とＬ
Ｈ２も同じエネルギー準位にある。したがって、この層
構造において、重い正孔は量子井戸層１にだけ閉じ込め
られるが、軽い正孔は量子井戸層１とその両側に位置す
る中間障壁層２ａ，２ｂにも閉じ込められる。すなわ
ち、軽い正孔の閉じ込め可能な領域は広くなっている。
【００３８】この素子（素子長６００μｍ，キャップ層
６の幅２μｍ）の上部電極８ａから３００ｍＡの電流を
注入し、波長1.３μｍのＴＥモード光およびＴＭモード
光と波長1.５５μｍのＴＥモード光およびＴＭモード光
を活性層に入射してそれぞれの場合の利得を測定した。
波長1.３μｍの場合、ＴＥモード光では3.５ｄＢ，ＴＭ
モード光では3.８ｄＢの利得が得られ、波長1.５５μｍ
の場合、ＴＥモード光では4.２ｄＢ，ＴＭモード光では
4.９ｄＢの利得が得られた。
６の幅２μｍ）の上部電極８ａから３００ｍＡの電流を
注入し、波長1.３μｍのＴＥモード光およびＴＭモード
光と波長1.５５μｍのＴＥモード光およびＴＭモード光
を活性層に入射してそれぞれの場合の利得を測定した。
波長1.３μｍの場合、ＴＥモード光では3.５ｄＢ，ＴＭ
モード光では3.８ｄＢの利得が得られ、波長1.５５μｍ
の場合、ＴＥモード光では4.２ｄＢ，ＴＭモード光では
4.９ｄＢの利得が得られた。
【００３９】実施例２ 図３で示した単一量子井戸構造において、障壁層３ａ，
３ｂと中間障壁層２ａ，２ｂは実施例１と同じにして、
量子井戸層１の厚みを変化させて素子を製造した。得ら
れた素子につき、Ｅ１−ＨＨ１遷移，Ｅ１−ＬＨ１遷
移，Ｅ２−ＨＨ２遷移、およびＥ２−ＬＨ２遷移を起こ
すときの遷移波長を測定した。その結果を図９に示し
た。
３ｂと中間障壁層２ａ，２ｂは実施例１と同じにして、
量子井戸層１の厚みを変化させて素子を製造した。得ら
れた素子につき、Ｅ１−ＨＨ１遷移，Ｅ１−ＬＨ１遷
移，Ｅ２−ＨＨ２遷移、およびＥ２−ＬＨ２遷移を起こ
すときの遷移波長を測定した。その結果を図９に示し
た。
【００４０】図９から明らかなように、Ｅ１−ＨＨ１遷
移とＥ２−ＨＨ２遷移はともに波長1.５５μｍ付近で起
こっており、またＥ２−ＨＨ２遷移とＥ２−ＬＨ２遷移
はともに波長1.３μｍ付近で起こっている。したがっ
て、この層構造を両波長域で偏波依存の少ない増幅媒質
にしようとした場合、量子井戸層１の厚みｔ1 は８ｎｍ
付近に設定することが好適になる。
移とＥ２−ＨＨ２遷移はともに波長1.５５μｍ付近で起
こっており、またＥ２−ＨＨ２遷移とＥ２−ＬＨ２遷移
はともに波長1.３μｍ付近で起こっている。したがっ
て、この層構造を両波長域で偏波依存の少ない増幅媒質
にしようとした場合、量子井戸層１の厚みｔ1 は８ｎｍ
付近に設定することが好適になる。
【００４１】実施例３ 図３で示した単一量子井戸構造において、障壁層３ａ，
３ｂと量子井戸層１は実施例１と同じにして、中間障壁
層２ａ，２ｂの厚みを変化させて素子を製造した。得ら
れた素子につき、Ｅ１−ＨＨ１遷移，Ｅ１−ＬＨ１遷
移，Ｅ２−ＨＨ２遷移、およびＥ２−ＬＨ２遷移を起こ
すときの遷移波長を測定した。その結果を図１０に示し
た。
３ｂと量子井戸層１は実施例１と同じにして、中間障壁
層２ａ，２ｂの厚みを変化させて素子を製造した。得ら
れた素子につき、Ｅ１−ＨＨ１遷移，Ｅ１−ＬＨ１遷
移，Ｅ２−ＨＨ２遷移、およびＥ２−ＬＨ２遷移を起こ
すときの遷移波長を測定した。その結果を図１０に示し
た。
【００４２】図１０から明らかなように、Ｅ１−ＨＨ１
遷移とＥ２−ＨＨ２遷移はともに波長1.５５μｍ付近で
起こっており、またＥ２−ＨＨ２遷移とＥ２−ＬＨ２遷
移はともに波長1.３μｍ付近で起こっている。しかし、
後者の場合、中間障壁層２ａ，２ｂの厚みが変化する
と、前者の場合に比べて、Ｅ２−ＬＨ２遷移とＥ２−Ｈ
Ｈ２遷移を導く遷移波長間の開きが大きくなって偏波無
依存性が低下する。
遷移とＥ２−ＨＨ２遷移はともに波長1.５５μｍ付近で
起こっており、またＥ２−ＨＨ２遷移とＥ２−ＬＨ２遷
移はともに波長1.３μｍ付近で起こっている。しかし、
後者の場合、中間障壁層２ａ，２ｂの厚みが変化する
と、前者の場合に比べて、Ｅ２−ＬＨ２遷移とＥ２−Ｈ
Ｈ２遷移を導く遷移波長間の開きが大きくなって偏波無
依存性が低下する。
【００４３】したがって、この層構造を両波長域で偏波
依存の少ない増幅媒質にしようとした場合、中間障壁層
２ａ，２ｂの厚みｔ1 は５ｎｍ付近に設定することが好
適になる。 実施例４ 図１１は、他の実施例素子を示す平面図である。この素
子の断面構造は実施例１の素子と同じであるが、電流を
注入するためのストライプ９が劈開端面に対して、７°
傾いて形成されている。
依存の少ない増幅媒質にしようとした場合、中間障壁層
２ａ，２ｂの厚みｔ1 は５ｎｍ付近に設定することが好
適になる。 実施例４ 図１１は、他の実施例素子を示す平面図である。この素
子の断面構造は実施例１の素子と同じであるが、電流を
注入するためのストライプ９が劈開端面に対して、７°
傾いて形成されている。
【００４４】ストライプの幅を３μｍ，素子長６００μ
ｍとし、注入電流を３５０ｍＡにして利得を測定した。
波長1.３μｍの光の場合、ＴＥモード光では６ｄＢ，Ｔ
Ｍモード光では6.７ｄＢの利得が得られ、波長1.５５μ
ｍの場合、ＴＥモード光では8.１ｄＢ，ＴＭモード光で
は９ｄＢの利得が得られた。
ｍとし、注入電流を３５０ｍＡにして利得を測定した。
波長1.３μｍの光の場合、ＴＥモード光では６ｄＢ，Ｔ
Ｍモード光では6.７ｄＢの利得が得られ、波長1.５５μ
ｍの場合、ＴＥモード光では8.１ｄＢ，ＴＭモード光で
は９ｄＢの利得が得られた。
【００４５】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
半導体光増幅素子は、２つの波長帯域の光を同時に増幅
することができ、しかも偏波無依存である。したがっ
て、現在、光通信に使用されている1.３μｍ波長帯域の
光と1.５５μｍ波長帯域の光を増幅する際に、それらの
波長帯域ごとに対応した素子を選定することなく、同じ
素子で対処することができる。しかも、偏波制御も不要
となるので、非常に簡便な構造で各種の光機能モジュー
ルを組立てることができる。
半導体光増幅素子は、２つの波長帯域の光を同時に増幅
することができ、しかも偏波無依存である。したがっ
て、現在、光通信に使用されている1.３μｍ波長帯域の
光と1.５５μｍ波長帯域の光を増幅する際に、それらの
波長帯域ごとに対応した素子を選定することなく、同じ
素子で対処することができる。しかも、偏波制御も不要
となるので、非常に簡便な構造で各種の光機能モジュー
ルを組立てることができる。
【００４６】このことは、活性層の量子井戸構造におい
て、量子井戸層と障壁層との間に、更に、電子および重
い正孔に対しては障壁として作用し、また軽い正孔に対
しては量子井戸として作用する中間障壁層を介在させた
ことがもたらす効果である。
て、量子井戸層と障壁層との間に、更に、電子および重
い正孔に対しては障壁として作用し、また軽い正孔に対
しては量子井戸として作用する中間障壁層を介在させた
ことがもたらす効果である。
【図１】あるキャリア注入レベルにおける単一量子井戸
構造のＴＥモード光に対する利得スペクトルの概略を示
すグラフである。
構造のＴＥモード光に対する利得スペクトルの概略を示
すグラフである。
【図２】通常の単一量子井戸構造におけるＴＥモード光
とＴＭモード光に対する利得スペクトルの概略を示すグ
ラフである。
とＴＭモード光に対する利得スペクトルの概略を示すグ
ラフである。
【図３】本発明素子の断面構造において活性層近傍の断
面構造の１例を示す断面図である。
面構造の１例を示す断面図である。
【図４】図３の活性層におけるバンド構造を示すグラフ
である。
である。
【図５】活性層近傍の別の層構造を示す断面図である。
【図６】本発明素子を示す斜視図である。
【図７】図６の素子の活性層における伝導帯のバンド構
造を示すグラフである。
造を示すグラフである。
【図８】図６の素子の活性層における価電子帯のバンド
構造を示すグラフである。
構造を示すグラフである。
【図９】量子井戸層の厚みと遷移波長との関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図１０】中間障壁層の厚みと遷移波長との関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図１１】本発明の他の実施例素子を示す平面図であ
る。
る。
Ａ 活性層 １ 量子井戸層 ２ａ，２ｂ 中間障壁層 ３ａ，３ｂ 障壁層 ４ａ 下部クラッド層 ４ｂ 上部クラッド層 ４'a 下部光キャリア分離閉じ込め層 ４'b 上部光キャリア分離閉じ込め層 ５ 基板 ６ キャップ層 ７ 絶縁層 ８ａ 上部電極 ８ｂ 下部電極 ９ ストライプ
Claims (4)
- 【請求項１】 基板の上に、下部クラッド層，量子井戸
構造を有する活性層、および上部クラッド層がこの順序
で積層され、前記上部クラッド層の上に上部電極が、ま
た前記基板の裏側に下部電極が装荷され、かつ、光の入
出射端面には無反射コーティング層が形成されている半
導体光増幅素子において、 前記活性層の量子井戸構造は、量子井戸層と、前記量子
井戸層の上面および下面にそれぞれ接触して形成され、
電子および重い正孔に対しては障壁として作用し、また
軽い正孔に対しては量子井戸として作用する一対の中間
障壁層と、前記各中間障壁層に接触して形成され、前記
量子井戸層を形成する半導体の禁制帯エネルギーよりも
高い禁制帯エネルギーを有する半導体で形成された一対
の障壁層とから成る層構造またはその層構造を周期的に
配列した層構造をなしていることを特徴とする半導体光
増幅素子。 - 【請求項２】 前記下部クラッド層と前記活性層の間に
下部光キャリア分離閉じ込め層が介装され、前記上部ク
ラッド層と前記活性層の間に上部光キャリア閉じ込め層
が介装されている請求項１の半導体光増幅素子。 - 【請求項３】 前記基板がＩｎＰから成り、前記量子井
戸層がＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰから成り、前
記中間障壁層がＩｎＧａＡｓまたはＧａＡｓから成り、
前記障壁層がＩｎＧａＰまたはＩｎＧａＡｓＰから成る
請求項１または２の半導体光増幅素子。 - 【請求項４】 前記基板の格子定数をａｓとし、前記量
子井戸層、および前記障壁層の格子定数をそれぞれ、ａ
1 およびａ3 とし、前記量子井戸層、および前記障壁層
の前記基板に対するそれぞれの歪量を、εｗ＝１００×
（ａ1 −ａｓ）／ａｓ，εｂ＝１００×（ａ3 −ａｓ）
／ａｓで表したとき、前記基板はＩｎＰから成り、前記
量子井戸層は−１％≦εｗ≦１％で、かつ厚み６〜１０
ｎｍのＩｎＧａＡｓから成り、前記中間障壁層は厚み３
〜７ｎｍのＧａＡｓから成り、前記障壁層は、０％≦ε
ｂ≦２％で、かつ厚み５〜１００ｎｍのＩｎＧａＰから
成る請求項１または２の半導体光増幅素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP44794A JP3316289B2 (ja) | 1994-01-07 | 1994-01-07 | 半導体光増幅素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP44794A JP3316289B2 (ja) | 1994-01-07 | 1994-01-07 | 半導体光増幅素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07202348A true JPH07202348A (ja) | 1995-08-04 |
| JP3316289B2 JP3316289B2 (ja) | 2002-08-19 |
Family
ID=11474057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP44794A Expired - Fee Related JP3316289B2 (ja) | 1994-01-07 | 1994-01-07 | 半導体光増幅素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3316289B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009224691A (ja) * | 2008-03-18 | 2009-10-01 | Fujitsu Ltd | 半導体光増幅器及びその製造方法並びに半導体光集積素子 |
| JP2012138726A (ja) * | 2010-12-27 | 2012-07-19 | Hitachi Ltd | 光アンプを備えたバースト受信機，光アンプ制御方法、および、システム |
| JP2015109365A (ja) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | アンリツ株式会社 | 半導体光増幅器 |
| JP2017028330A (ja) * | 2016-11-09 | 2017-02-02 | アンリツ株式会社 | 半導体光増幅器 |
-
1994
- 1994-01-07 JP JP44794A patent/JP3316289B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009224691A (ja) * | 2008-03-18 | 2009-10-01 | Fujitsu Ltd | 半導体光増幅器及びその製造方法並びに半導体光集積素子 |
| JP2012138726A (ja) * | 2010-12-27 | 2012-07-19 | Hitachi Ltd | 光アンプを備えたバースト受信機，光アンプ制御方法、および、システム |
| US8861954B2 (en) | 2010-12-27 | 2014-10-14 | Hitachi, Ltd. | Burst-mode receiver equipped with optical amplifier, method for controlling optical amplifier, and system |
| JP2015109365A (ja) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | アンリツ株式会社 | 半導体光増幅器 |
| JP2017028330A (ja) * | 2016-11-09 | 2017-02-02 | アンリツ株式会社 | 半導体光増幅器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3316289B2 (ja) | 2002-08-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20080291952A1 (en) | Optical semiconductor device | |
| US7859745B2 (en) | Semiconductor optical amplifying device, semiconductor optical amplifying system and semiconductor optical integrated element | |
| EP0390167B1 (en) | Semiconductor laser device having plurality of layers for emitting lights of different wavelengths and method of driving the same | |
| JPH0794833A (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
| US5488507A (en) | Semiconductor optical amplifier having reduced polarization dependence | |
| US7542201B2 (en) | Semiconductor optical amplification device and optical integrated circuit | |
| US6992813B1 (en) | Optical amplifying device | |
| KR20120123116A (ko) | 광전자 소자 | |
| JPH07297485A (ja) | 半導体レーザ装置，及びその製造方法 | |
| JPH07135372A (ja) | 半導体光増幅器およびその製造方法 | |
| JP3316289B2 (ja) | 半導体光増幅素子 | |
| US7081643B2 (en) | Gain-clamped semiconductor optical amplifier having horizontal lasing structure and manufacturing method thereof | |
| JP2924811B2 (ja) | 半導体光集積素子とその製造方法 | |
| EP0444709B1 (en) | Semiconductor laser element having a plurality of layers emitting lights of different wavelengths, and its driving method | |
| US6999485B2 (en) | Semiconductor optical device | |
| EP0660473B1 (en) | Quantum-well type semiconductor laser device having multi-layered quantum-well layer | |
| JP3527061B2 (ja) | 分布帰還型半導体レーザ | |
| JP2003124574A (ja) | 光半導体装置及びその製造方法 | |
| JP2957264B2 (ja) | 半導体レーザ素子及びその駆動方法 | |
| JPH0837344A (ja) | 半導体レーザ型光増幅器 | |
| JP3046454B2 (ja) | 量子井戸型半導体発光素子 | |
| JPH1197790A (ja) | 半導体レーザ | |
| JPH05136528A (ja) | 半導体レーザ素子及びその駆動方法 | |
| JP3139774B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JPH08288592A (ja) | 集積化半導体光デバイスおよびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 6 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080607 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 7 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090607 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090607 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100607 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100607 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110607 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |