JPH1174604A - 半導体導波路型光素子 - Google Patents
半導体導波路型光素子Info
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- JPH1174604A JPH1174604A JP23343797A JP23343797A JPH1174604A JP H1174604 A JPH1174604 A JP H1174604A JP 23343797 A JP23343797 A JP 23343797A JP 23343797 A JP23343797 A JP 23343797A JP H1174604 A JPH1174604 A JP H1174604A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 幅広い動作条件の下で低い偏波依存性で動作
し、しかも製作が容易な半導体導波路型光素子を提供す
る。 【解決手段】 本半導体導波路型光素子１０は、ＴＭモ
ード及びＴＥモードの光信号の利得に対して相互に異な
る偏波特性を有し、かつ直列に光接続された少なくとも
２個の電気的に独立した半導体光増幅部１２、１４を同
一基板１６上に備えた半導体導波路型光素子である。各
半導体光増幅器構造に注入する電流値を所定の関係に従
って調整することにより、素子の偏波依存性を抑制す
る。
し、しかも製作が容易な半導体導波路型光素子を提供す
る。 【解決手段】 本半導体導波路型光素子１０は、ＴＭモ
ード及びＴＥモードの光信号の利得に対して相互に異な
る偏波特性を有し、かつ直列に光接続された少なくとも
２個の電気的に独立した半導体光増幅部１２、１４を同
一基板１６上に備えた半導体導波路型光素子である。各
半導体光増幅器構造に注入する電流値を所定の関係に従
って調整することにより、素子の偏波依存性を抑制す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体導波路型光
素子に関し、更に詳細には、従来に比べて、幅広い条件
の下で偏波無依存動作が可能であって、しかも製作容易
な半導体導波路型光素子に関するものである。
素子に関し、更に詳細には、従来に比べて、幅広い条件
の下で偏波無依存動作が可能であって、しかも製作容易
な半導体導波路型光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体光増幅器等の半導体導波路型光素
子は、素子の活性層又はコア層の断面構造上から、ＴＥ
モード（基板に対し水平方向に電場を有するモード）と
ＴＭモード（基板に対して垂直方向に有するモード）と
の間で、活性層への光閉じ込め係数が異なるため、ＴＥ
モードの光信号とＴＭモードの光信号との間で利得が異
なる、いわゆる光信号増幅度の偏波依存性が大きいとい
う欠点を有している。そこで、従来は、活性層の断面構
造を等方化することにより両モード間の光閉じ込め係数
を均等化すること、或いは活性層に歪量子井戸を採用す
ること等により、両モードの利得特性を制御して、半導
体導波路型光素子の偏波依存性を抑制する対策が採られ
ている。例えば、半導体光増幅器の例として、Appl.phy
s.Lett.,62(8),826-828(1992)には、L.F.Tiemeijerらの
報告が記載されている。これは、ＴＥモード利得の大き
い圧縮歪量子井戸と、ＴＭモード利得の大きい引張り歪
量子井戸とを交互積層したものを活性層として用いるこ
とにより、全体の活性層利得を偏波無依存にする提案で
ある。
子は、素子の活性層又はコア層の断面構造上から、ＴＥ
モード（基板に対し水平方向に電場を有するモード）と
ＴＭモード（基板に対して垂直方向に有するモード）と
の間で、活性層への光閉じ込め係数が異なるため、ＴＥ
モードの光信号とＴＭモードの光信号との間で利得が異
なる、いわゆる光信号増幅度の偏波依存性が大きいとい
う欠点を有している。そこで、従来は、活性層の断面構
造を等方化することにより両モード間の光閉じ込め係数
を均等化すること、或いは活性層に歪量子井戸を採用す
ること等により、両モードの利得特性を制御して、半導
体導波路型光素子の偏波依存性を抑制する対策が採られ
ている。例えば、半導体光増幅器の例として、Appl.phy
s.Lett.,62(8),826-828(1992)には、L.F.Tiemeijerらの
報告が記載されている。これは、ＴＥモード利得の大き
い圧縮歪量子井戸と、ＴＭモード利得の大きい引張り歪
量子井戸とを交互積層したものを活性層として用いるこ
とにより、全体の活性層利得を偏波無依存にする提案で
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前掲のL.F.Ti
emeijerらの半導体光増幅器を含めて上述した従来の偏
波依存性抑制策によれば、特定の波長や特定の注入電流
値では、偏波無依存動作を達成することができるもの
の、それら特定領域外の波長や電流値では、依然として
偏波依存性を示す。また、従来の偏波依存性抑制策は、
非常に微妙で精緻な素子構造設計の上に成り立ってい
る。一方、結晶成長や微細加工等の光増幅器の製作工程
では、製作誤差等によりどうしても設計仕様と実際の製
品との間で材質、素子寸法等にズレが発生し、また面内
分布の非均一性を完全には解消することができない。そ
のために、設計通りに偏波依存性を抑制することが難し
く、また設計通りに素子を製作しようとすると、製品歩
留まりが低下する。
emeijerらの半導体光増幅器を含めて上述した従来の偏
波依存性抑制策によれば、特定の波長や特定の注入電流
値では、偏波無依存動作を達成することができるもの
の、それら特定領域外の波長や電流値では、依然として
偏波依存性を示す。また、従来の偏波依存性抑制策は、
非常に微妙で精緻な素子構造設計の上に成り立ってい
る。一方、結晶成長や微細加工等の光増幅器の製作工程
では、製作誤差等によりどうしても設計仕様と実際の製
品との間で材質、素子寸法等にズレが発生し、また面内
分布の非均一性を完全には解消することができない。そ
のために、設計通りに偏波依存性を抑制することが難し
く、また設計通りに素子を製作しようとすると、製品歩
留まりが低下する。
【０００４】そこで、本発明の目的は、幅広い動作条件
の下で低い偏波依存性で動作し、しかも製作が容易な半
導体導波路型光素子を提供することである。
の下で低い偏波依存性で動作し、しかも製作が容易な半
導体導波路型光素子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点を解決するために、異なる偏波依存性を有する半導体
光増幅器を直列に接続して形成し、各半導体光増幅器に
注入する電気量を制御することにより、それぞれの偏波
特性を調整し、全体として偏波無依存性にすることを着
想し、本発明を完成するに到った。
点を解決するために、異なる偏波依存性を有する半導体
光増幅器を直列に接続して形成し、各半導体光増幅器に
注入する電気量を制御することにより、それぞれの偏波
特性を調整し、全体として偏波無依存性にすることを着
想し、本発明を完成するに到った。
【０００６】上記目的を達成するために、本発明に係る
半導体導波路型光素子は、ＴＭモード及びＴＥモードの
光信号の利得に対して相互に異なる偏波特性を有し、か
つ直列に光接続された少なくとも２個の電気的に独立し
た半導体光増幅部を同一基板上に備えた半導体導波路型
光素子であって、各半導体光増幅部に注入する電流値を
所定の関係に従って調整することにより、光素子の偏波
依存性を抑制するようにしたことを特徴としている。
半導体導波路型光素子は、ＴＭモード及びＴＥモードの
光信号の利得に対して相互に異なる偏波特性を有し、か
つ直列に光接続された少なくとも２個の電気的に独立し
た半導体光増幅部を同一基板上に備えた半導体導波路型
光素子であって、各半導体光増幅部に注入する電流値を
所定の関係に従って調整することにより、光素子の偏波
依存性を抑制するようにしたことを特徴としている。
【０００７】本発明の各半導体光増幅部は、従来から構
成が既知の半導体光増幅器であって、電気的に相互に独
立して形成され、例えば、両モード間の光閉じ込め係数
を均等化するために等方化された断面構造の活性層、歪
量子井戸構造の活性層、ＴＥモード利得の大きい圧縮歪
量子井戸と、ＴＭモード利得の大きい引張り歪量子井戸
とを交互積層した活性層等を有するものを使用する。ま
た、独立した各半導体光増幅部は、活性層への光閉じ込
め係数がそれぞれ相互に異なることを特徴としている。
活性層の幅、膜厚、歪み等を変えることにより、活性層
への光閉じ込め係数は変わる。また、独立した各半導体
光増幅部は、活性層を規定する因子のうちの少なくとも
一つが相互にそれぞれ異なるように、選択成長法により
成膜された活性層を備えて、異なる光閉じ込め係数を有
する半導体光増幅部を構成することにより、異なる偏波
特性を示す活性層を構成する。活性層を規定する因子
は、例えば、厚さ、構成元素含有率及び歪みである。各
半導体光増幅部に注入する電流値を調整するための所定
の関係とは、実施形態例で説明するように、式（１）か
ら式（５）の関係である。
成が既知の半導体光増幅器であって、電気的に相互に独
立して形成され、例えば、両モード間の光閉じ込め係数
を均等化するために等方化された断面構造の活性層、歪
量子井戸構造の活性層、ＴＥモード利得の大きい圧縮歪
量子井戸と、ＴＭモード利得の大きい引張り歪量子井戸
とを交互積層した活性層等を有するものを使用する。ま
た、独立した各半導体光増幅部は、活性層への光閉じ込
め係数がそれぞれ相互に異なることを特徴としている。
活性層の幅、膜厚、歪み等を変えることにより、活性層
への光閉じ込め係数は変わる。また、独立した各半導体
光増幅部は、活性層を規定する因子のうちの少なくとも
一つが相互にそれぞれ異なるように、選択成長法により
成膜された活性層を備えて、異なる光閉じ込め係数を有
する半導体光増幅部を構成することにより、異なる偏波
特性を示す活性層を構成する。活性層を規定する因子
は、例えば、厚さ、構成元素含有率及び歪みである。各
半導体光増幅部に注入する電流値を調整するための所定
の関係とは、実施形態例で説明するように、式（１）か
ら式（５）の関係である。
【０００８】本発明の半導体導波路型光素子の構成によ
れば、独立した各半導体光増幅部が異なる偏波特性を有
して、前段の半導体光増幅部では、ＴＥモードの光信号
及びＴＭモードの光信号のいずれか一方の光信号を他方
の光信号より大きな増幅度で増幅し、後段の半導体光増
幅部では他方の光信号を一方の光信号より大きな増幅度
で増幅するので、これにより素子全体としての偏波依存
性を解消することができる。
れば、独立した各半導体光増幅部が異なる偏波特性を有
して、前段の半導体光増幅部では、ＴＥモードの光信号
及びＴＭモードの光信号のいずれか一方の光信号を他方
の光信号より大きな増幅度で増幅し、後段の半導体光増
幅部では他方の光信号を一方の光信号より大きな増幅度
で増幅するので、これにより素子全体としての偏波依存
性を解消することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の構成及び作用をより詳細に説
明する。実施形態例 本実施形態例は、本発明に係る半導体導波路型光素子の
実施形態例の一つであって、図１（ａ）、（ｂ）及び
（ｃ）は、それぞれ、半導体導波路型光素子の模式的層
構造を示す断面図、前段の半導体光増幅部の利得特性及
び後段の半導体光増幅部の利得特性を示す図である。
尚、本実施形態例は、本発明を説明するための一つの例
であって、本発明はこれに限定されるものでなく、例え
ばバッファ層、コンタクト層、電気絶縁性樹脂層等も必
ずしも必要ではない。本実施形態例の半導体光増幅器１
０は、図１（ａ）に示すように、それぞれ電気的に独立
した光増幅器層構造と電極とを有し、かつ直列に光接続
された２個の半導体光増幅部、即ち前段及び後段半導体
光増幅部１２及び１４から構成されている。光は、前段
半導体光増幅部１２（以下、簡単に前段増幅部１２と言
う）の受光面から受光、増幅され、次いで後段半導体光
増幅部１４（以下、簡単に後段増幅部１４と言う）で増
幅され、出射面から出射される。
図面を参照して、本発明の構成及び作用をより詳細に説
明する。実施形態例 本実施形態例は、本発明に係る半導体導波路型光素子の
実施形態例の一つであって、図１（ａ）、（ｂ）及び
（ｃ）は、それぞれ、半導体導波路型光素子の模式的層
構造を示す断面図、前段の半導体光増幅部の利得特性及
び後段の半導体光増幅部の利得特性を示す図である。
尚、本実施形態例は、本発明を説明するための一つの例
であって、本発明はこれに限定されるものでなく、例え
ばバッファ層、コンタクト層、電気絶縁性樹脂層等も必
ずしも必要ではない。本実施形態例の半導体光増幅器１
０は、図１（ａ）に示すように、それぞれ電気的に独立
した光増幅器層構造と電極とを有し、かつ直列に光接続
された２個の半導体光増幅部、即ち前段及び後段半導体
光増幅部１２及び１４から構成されている。光は、前段
半導体光増幅部１２（以下、簡単に前段増幅部１２と言
う）の受光面から受光、増幅され、次いで後段半導体光
増幅部１４（以下、簡単に後段増幅部１４と言う）で増
幅され、出射面から出射される。
【００１０】前段増幅部１２及び後段増幅部１４は、そ
れぞれ、半導体光増幅器として構成され、共通の基板１
６上に、順次、成膜されたバッファ層１８、下部クラッ
ド層２０を有し、それぞれ、偏波特性の異なる活性層２
２、２４を下部クラッド層２０上に備えている。前段増
幅部１２及び後段増幅部１４は、活性層２２、２４上
に、電気絶縁性樹脂層２６により電気的に相互に分離さ
れた上部クラッド層２８、３０、コンタクト層３２、３
４、及び上部電極３６、３８を備え、更に基板１６下面
には上部電極３６、３８に対向する共通の下部電極４０
を備えている。
れぞれ、半導体光増幅器として構成され、共通の基板１
６上に、順次、成膜されたバッファ層１８、下部クラッ
ド層２０を有し、それぞれ、偏波特性の異なる活性層２
２、２４を下部クラッド層２０上に備えている。前段増
幅部１２及び後段増幅部１４は、活性層２２、２４上
に、電気絶縁性樹脂層２６により電気的に相互に分離さ
れた上部クラッド層２８、３０、コンタクト層３２、３
４、及び上部電極３６、３８を備え、更に基板１６下面
には上部電極３６、３８に対向する共通の下部電極４０
を備えている。
【００１１】前段及び後段増幅部１２及び１４は、それ
ぞれの電極間で電流値Ｉ1、Ｉ2を注入することにより、
図１（ｂ）及び（ｃ）に示すような利得の偏波特性を示
すように設計されている。即ち、前段増幅部１２は、図
１（ｂ）に示すように、同じ注入電流値でＴＥモードの
利得がＴＭモードの利得よりΔＧ1 だけ大きくなるよう
に、後段半導体光増幅器１４は、図１（ｃ）に示すよう
に、同じ注入電流値でＴＭモードの利得がＴＥモードの
利得よりΔＧ2 だけ大きくなるように作製されている。
図１（ｂ）及び（ｃ）中、実線のグラフはＴＥモードの
利得特性を示し、破線のグラフはＴＭモードの利得特性
を示す。前段及び後段増幅部１２、１４の電流・利得特
性は、後述する実施例から判るように、例えば相互に異
なる幅の活性層を採用することにより、又は歪みを変え
て活性層自体の利得特性を調整することにより、制御す
ることができる。
ぞれの電極間で電流値Ｉ1、Ｉ2を注入することにより、
図１（ｂ）及び（ｃ）に示すような利得の偏波特性を示
すように設計されている。即ち、前段増幅部１２は、図
１（ｂ）に示すように、同じ注入電流値でＴＥモードの
利得がＴＭモードの利得よりΔＧ1 だけ大きくなるよう
に、後段半導体光増幅器１４は、図１（ｃ）に示すよう
に、同じ注入電流値でＴＭモードの利得がＴＥモードの
利得よりΔＧ2 だけ大きくなるように作製されている。
図１（ｂ）及び（ｃ）中、実線のグラフはＴＥモードの
利得特性を示し、破線のグラフはＴＭモードの利得特性
を示す。前段及び後段増幅部１２、１４の電流・利得特
性は、後述する実施例から判るように、例えば相互に異
なる幅の活性層を採用することにより、又は歪みを変え
て活性層自体の利得特性を調整することにより、制御す
ることができる。
【００１２】半導体光増幅器１０は、前段増幅部１２の
受光面で光を受光すると、入力光は、図１（ｂ）に示す
ような電流・利得特性に従って増幅され、更に後段増幅
部１４で図１（ｃ）に示すような電流・利得特性に従っ
て増幅される。よって、前段増幅部１２及び後段増幅部
１４に注入する電流値がそれぞれＩ1，Ｉ2であるとき、
半導体光増幅器１０全体のＴＥモード又はＴＭモードの
利得ＧM（Ｉ1，Ｉ2）（但し、ＭはそれぞれのモードＴ
Ｅ又はＴＭを意味する）は、前段増幅部１２又は後段増
幅部１４の利得Ｇm，M（Ｉm）（但し、ｍ＝１又は２、
ｍ＝１は前段増幅部１２を、ｍ＝２は後段増幅部１４を
意味する）を用いて、以下のように表される。 ＧTE（Ｉ1，Ｉ2）＝Ｇ1，TE（Ｉ1）＋Ｇ2，TE（Ｉ2） （１） ＧTM（Ｉ1，Ｉ2）＝Ｇ1，TM（Ｉ1）＋Ｇ2，TM（Ｉ2） （２） ここで、前段増幅部１２及び後段増幅部１４の利得の偏
波差を ΔＧm（Ｉm）＝Ｇm，TE（Ｉm）−Ｇm，TM（Ｉm） （３） （但し、ｍ＝１または２）とすると、偏波無依存にする
ためには ΔＧ1 （Ｉ1）＋ΔＧ2 （Ｉ2）＝０ （４） となれば良い。よって、この時、全体の利得Ｇは、以下
のようになる。 ΔＧ1 （Ｉ1）＝Ｇ1 ，TE（Ｉ1 ）−Ｇ1 ，TM（Ｉ1 ） ΔＧ2 （Ｉ2 ）＝Ｇ2 ，TE（Ｉ2 ）−Ｇ2 ，TM（Ｉ2 ） 式（４）から、 ΔＧ1 （Ｉ1）＝−ΔＧ2 （Ｉ2） Ｇ1 ，TE（Ｉ1 ）−Ｇ1 ，TM（Ｉ1 ） ＝−Ｇ2 ，TE（Ｉ2 ）＋Ｇ2 ，TM（Ｉ2 ） Ｇ1 ，TE（Ｉ1 ）＋Ｇ2 ，TE（Ｉ2 ） ＝Ｇ1 ，TM（Ｉ1 ）＋Ｇ2 ，TM（Ｉ2 ） Ｇ＝ＧTE（Ｉ1，Ｉ2）＝ＧTM（Ｉ1，Ｉ2） （５）
受光面で光を受光すると、入力光は、図１（ｂ）に示す
ような電流・利得特性に従って増幅され、更に後段増幅
部１４で図１（ｃ）に示すような電流・利得特性に従っ
て増幅される。よって、前段増幅部１２及び後段増幅部
１４に注入する電流値がそれぞれＩ1，Ｉ2であるとき、
半導体光増幅器１０全体のＴＥモード又はＴＭモードの
利得ＧM（Ｉ1，Ｉ2）（但し、ＭはそれぞれのモードＴ
Ｅ又はＴＭを意味する）は、前段増幅部１２又は後段増
幅部１４の利得Ｇm，M（Ｉm）（但し、ｍ＝１又は２、
ｍ＝１は前段増幅部１２を、ｍ＝２は後段増幅部１４を
意味する）を用いて、以下のように表される。 ＧTE（Ｉ1，Ｉ2）＝Ｇ1，TE（Ｉ1）＋Ｇ2，TE（Ｉ2） （１） ＧTM（Ｉ1，Ｉ2）＝Ｇ1，TM（Ｉ1）＋Ｇ2，TM（Ｉ2） （２） ここで、前段増幅部１２及び後段増幅部１４の利得の偏
波差を ΔＧm（Ｉm）＝Ｇm，TE（Ｉm）−Ｇm，TM（Ｉm） （３） （但し、ｍ＝１または２）とすると、偏波無依存にする
ためには ΔＧ1 （Ｉ1）＋ΔＧ2 （Ｉ2）＝０ （４） となれば良い。よって、この時、全体の利得Ｇは、以下
のようになる。 ΔＧ1 （Ｉ1）＝Ｇ1 ，TE（Ｉ1 ）−Ｇ1 ，TM（Ｉ1 ） ΔＧ2 （Ｉ2 ）＝Ｇ2 ，TE（Ｉ2 ）−Ｇ2 ，TM（Ｉ2 ） 式（４）から、 ΔＧ1 （Ｉ1）＝−ΔＧ2 （Ｉ2） Ｇ1 ，TE（Ｉ1 ）−Ｇ1 ，TM（Ｉ1 ） ＝−Ｇ2 ，TE（Ｉ2 ）＋Ｇ2 ，TM（Ｉ2 ） Ｇ1 ，TE（Ｉ1 ）＋Ｇ2 ，TE（Ｉ2 ） ＝Ｇ1 ，TM（Ｉ1 ）＋Ｇ2 ，TM（Ｉ2 ） Ｇ＝ＧTE（Ｉ1，Ｉ2）＝ＧTM（Ｉ1，Ｉ2） （５）
【００１３】予め、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すような
前段増幅部１２及び後段増幅部１４の偏波特性を測定し
て、確立する。次いで、所望の利得Ｇを設定し、確立し
た偏波特性から上記式を満足する電流値Ｉ1、Ｉ2を決定
し、決定した電流値を注入することにより、半導体光増
幅器１０の偏波無依存動作を達成できる。本半導体光増
幅器１０の利点は、実際に作製した各半導体光増幅部の
偏波特性が設計と異なっていても、注入電流を調整する
ことにより、素子の偏波無依存動作が可能となることで
ある。従って、素子製作工程中のウエハ面内分布に起因
して製品が設計通りに製作されていない場合であって
も、注入電流の調整により、偏波依存性が補償されるの
で、製品歩留まりの低下も低減できる。また、異なる波
長においても、上記式が成立するので、広い波長領域で
偏波無依存動作を行うことができる。同様のことは、入
力光強度や、動作温度等により偏波特性が影響される場
合にも、注入電流の調整により偏波無依存動作を可能に
できる。すなわち、本発明に係る半導体導波路型光素子
は、非常に幅広い条件及び状態の下で、偏波無依存動作
が可能であるという特長を有する。以下に、実施例を挙
げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的
かつ詳細に説明する。
前段増幅部１２及び後段増幅部１４の偏波特性を測定し
て、確立する。次いで、所望の利得Ｇを設定し、確立し
た偏波特性から上記式を満足する電流値Ｉ1、Ｉ2を決定
し、決定した電流値を注入することにより、半導体光増
幅器１０の偏波無依存動作を達成できる。本半導体光増
幅器１０の利点は、実際に作製した各半導体光増幅部の
偏波特性が設計と異なっていても、注入電流を調整する
ことにより、素子の偏波無依存動作が可能となることで
ある。従って、素子製作工程中のウエハ面内分布に起因
して製品が設計通りに製作されていない場合であって
も、注入電流の調整により、偏波依存性が補償されるの
で、製品歩留まりの低下も低減できる。また、異なる波
長においても、上記式が成立するので、広い波長領域で
偏波無依存動作を行うことができる。同様のことは、入
力光強度や、動作温度等により偏波特性が影響される場
合にも、注入電流の調整により偏波無依存動作を可能に
できる。すなわち、本発明に係る半導体導波路型光素子
は、非常に幅広い条件及び状態の下で、偏波無依存動作
が可能であるという特長を有する。以下に、実施例を挙
げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的
かつ詳細に説明する。
【００１４】実施例１ 本実施例は、本発明に係る半導体光増幅器の実施例の一
つであって、図２は本実施例の前段及び後段増幅部の活
性層の幅を示す模式図である。本実施例の半導体光増幅
器５０は、それぞれ、ＩｎＰ半導体基板、ＩｎＰ上部ク
ラッド層及びＩｎＰ下部クラッド層、バンドギャップエ
ネルギーが１．３μmの波長に相当するＩｎＧａＡｓＰ
からなる膜厚１．０μｍの活性層を有する半導体光増幅
器層構造を備え、かつ直列に接続された前段増幅部５２
及び後段増幅部５４から構成されている。本実施例の前
段及び後段増幅部５２及び５４の活性層５６、５８に
は、従来技術として前述した既知の偏波無依存タイプの
半導体光増幅器で採用されているものを用いる。従来の
偏波無依存タイプの半導体光増幅器で偏波無依存動作を
するときの活性層幅をＷ0とすると、図２に示すよう
に、本実施例の前段増幅部５２の活性層５６の幅Ｗ1を
Ｗ0より大きく、かつ後段増幅部５４の活性層５８の幅
Ｗ 2をＷ0より小さくする（Ｗ1＞Ｗ0＞Ｗ2）。
つであって、図２は本実施例の前段及び後段増幅部の活
性層の幅を示す模式図である。本実施例の半導体光増幅
器５０は、それぞれ、ＩｎＰ半導体基板、ＩｎＰ上部ク
ラッド層及びＩｎＰ下部クラッド層、バンドギャップエ
ネルギーが１．３μmの波長に相当するＩｎＧａＡｓＰ
からなる膜厚１．０μｍの活性層を有する半導体光増幅
器層構造を備え、かつ直列に接続された前段増幅部５２
及び後段増幅部５４から構成されている。本実施例の前
段及び後段増幅部５２及び５４の活性層５６、５８に
は、従来技術として前述した既知の偏波無依存タイプの
半導体光増幅器で採用されているものを用いる。従来の
偏波無依存タイプの半導体光増幅器で偏波無依存動作を
するときの活性層幅をＷ0とすると、図２に示すよう
に、本実施例の前段増幅部５２の活性層５６の幅Ｗ1を
Ｗ0より大きく、かつ後段増幅部５４の活性層５８の幅
Ｗ 2をＷ0より小さくする（Ｗ1＞Ｗ0＞Ｗ2）。
【００１５】活性層幅が大きい場合、ＴＥモードの光閉
じ込め係数が相対的に大きくなるので、前段増幅部５２
の利得の偏波特性は、図１（ｂ）に示すようなものとな
る。同様に、後段増幅部５４では、ＴＥモードの光閉じ
込め係数が相対的に小さくなるので、図１（ｃ）に示す
利得の偏波特性となる。従って、例えばＷ0＝１．０μ
ｍの時、前段及び後段増幅部５２、５４の活性層５６、
５８の幅Ｗ1 、Ｗ2 をそれぞれＷ1＝１．３μｍ、Ｗ2＝
０．７μｍとし、それぞれに注入する電流値Ｉ1，Ｉ2を
調整することによって、偏波無依存が実現できる。更
に、本実施例では、前段増幅部５２の活性層５６と後段
増幅部５４の活性層５８とを接続する接続領域５９がテ
ーパ状に形成されているので、接続境界面での光損失を
小さくする点で、有効である。尚、本実施例の半導体光
増幅器５０は、異なる活性層幅の２つの独立した半導体
光増幅部、即ち前段増幅部５２及び後段増幅部５４で構
成されているが、活性層幅の異なる３個以上の半導体光
増幅部で構成されていても良い。
じ込め係数が相対的に大きくなるので、前段増幅部５２
の利得の偏波特性は、図１（ｂ）に示すようなものとな
る。同様に、後段増幅部５４では、ＴＥモードの光閉じ
込め係数が相対的に小さくなるので、図１（ｃ）に示す
利得の偏波特性となる。従って、例えばＷ0＝１．０μ
ｍの時、前段及び後段増幅部５２、５４の活性層５６、
５８の幅Ｗ1 、Ｗ2 をそれぞれＷ1＝１．３μｍ、Ｗ2＝
０．７μｍとし、それぞれに注入する電流値Ｉ1，Ｉ2を
調整することによって、偏波無依存が実現できる。更
に、本実施例では、前段増幅部５２の活性層５６と後段
増幅部５４の活性層５８とを接続する接続領域５９がテ
ーパ状に形成されているので、接続境界面での光損失を
小さくする点で、有効である。尚、本実施例の半導体光
増幅器５０は、異なる活性層幅の２つの独立した半導体
光増幅部、即ち前段増幅部５２及び後段増幅部５４で構
成されているが、活性層幅の異なる３個以上の半導体光
増幅部で構成されていても良い。
【００１６】実施例２ 本実施例は、本発明に係る半導体光増幅器の別の実施例
であって、図３は本実施例の前段及び後段増幅部の活性
層の層構成を示す模式図である。本実施例の半導体光増
幅器６０は、それぞれ、ＩｎＰからなる半導体基板、Ｉ
ｎＰからなる上部及び下部クラッド層、次に述べる活性
層構造を有する半導体光増幅器層構造を備え、かつ直列
に接続された前段増幅部６２及び後段増幅部６４から構
成されている。
であって、図３は本実施例の前段及び後段増幅部の活性
層の層構成を示す模式図である。本実施例の半導体光増
幅器６０は、それぞれ、ＩｎＰからなる半導体基板、Ｉ
ｎＰからなる上部及び下部クラッド層、次に述べる活性
層構造を有する半導体光増幅器層構造を備え、かつ直列
に接続された前段増幅部６２及び後段増幅部６４から構
成されている。
【００１７】前段及び後段増幅部６２、６４の活性層６
６、６８は、ＩｎＧａＡｓＰからなる膜厚１．３μｍの
井戸層と、ＩｎＧａＡｓＰからなる膜厚１．１μｍの障
壁層とを交互に積層した多重量子井戸構造として構成さ
れている。更に、図３に示すように、前段増幅部６２の
活性層６６は引張り歪多重量子井戸構造上に圧縮歪量子
井戸構造を積層したものとして構成され、一方、後段増
幅部６４の活性層６８は引張り歪多重量子井戸構造のみ
で構成されている。後段増幅部６４の活性層６８は、本
半導体光増幅器６０の活性層ストライプ形成時に、フォ
トリソグラフィとエッチングにより、後段増幅部６４の
領域から圧縮歪量子井戸構造を除去することにより、形
成される。
６、６８は、ＩｎＧａＡｓＰからなる膜厚１．３μｍの
井戸層と、ＩｎＧａＡｓＰからなる膜厚１．１μｍの障
壁層とを交互に積層した多重量子井戸構造として構成さ
れている。更に、図３に示すように、前段増幅部６２の
活性層６６は引張り歪多重量子井戸構造上に圧縮歪量子
井戸構造を積層したものとして構成され、一方、後段増
幅部６４の活性層６８は引張り歪多重量子井戸構造のみ
で構成されている。後段増幅部６４の活性層６８は、本
半導体光増幅器６０の活性層ストライプ形成時に、フォ
トリソグラフィとエッチングにより、後段増幅部６４の
領域から圧縮歪量子井戸構造を除去することにより、形
成される。
【００１８】本実施例の前段増幅部６２では、活性層６
６が圧縮歪及び引張り歪多重量子井戸構造で構成されて
いるので、ＴＥモードとＴＭモードの両方を増幅するも
のの、圧縮歪多重量子井戸構造の井戸数が５個（図３で
は４個のみ図示）、引張り歪多重量子井戸の井戸数が３
個（図３では２個のみ図示）なので、ＴＥモードの利得
が相対的に大きくなる。一方、後段増幅部６４の活性層
６８は引張り歪多重量子井戸構造として構成されている
ので、主にＴＭモードを増幅する。よって、半導体光増
幅器６０全体では、前段増幅部６２及び後段増幅部６４
に注入する電流値Ｉ1とＩ2を調整することにより、偏波
無依存動作を実現することができる。
６が圧縮歪及び引張り歪多重量子井戸構造で構成されて
いるので、ＴＥモードとＴＭモードの両方を増幅するも
のの、圧縮歪多重量子井戸構造の井戸数が５個（図３で
は４個のみ図示）、引張り歪多重量子井戸の井戸数が３
個（図３では２個のみ図示）なので、ＴＥモードの利得
が相対的に大きくなる。一方、後段増幅部６４の活性層
６８は引張り歪多重量子井戸構造として構成されている
ので、主にＴＭモードを増幅する。よって、半導体光増
幅器６０全体では、前段増幅部６２及び後段増幅部６４
に注入する電流値Ｉ1とＩ2を調整することにより、偏波
無依存動作を実現することができる。
【００１９】実施例３ 本実施例は、本発明に係る半導体光増幅器の更に別の実
施例であって、図４（ａ）は本実施例の半導体光増幅器
の活性層を成膜する際のマスクパターンを示す図であ
り、図４（ｂ）は本実施例の前段及び後段増幅部の活性
層の模式的断面図である。本実施例の半導体光増幅器７
０は、それぞれ、ＩｎＰからなる半導体基板、ＩｎＰか
らなる上部及び下部クラッド層、次に述べる活性層構造
を有する半導体光増幅器層構造を備え、かつ直列に接続
された前段増幅部７２及び後段増幅部７４から構成され
ている。
施例であって、図４（ａ）は本実施例の半導体光増幅器
の活性層を成膜する際のマスクパターンを示す図であ
り、図４（ｂ）は本実施例の前段及び後段増幅部の活性
層の模式的断面図である。本実施例の半導体光増幅器７
０は、それぞれ、ＩｎＰからなる半導体基板、ＩｎＰか
らなる上部及び下部クラッド層、次に述べる活性層構造
を有する半導体光増幅器層構造を備え、かつ直列に接続
された前段増幅部７２及び後段増幅部７４から構成され
ている。
【００２０】前段及び後段増幅部７２、７４の活性層７
６、７８は、ＩｎＧａＡｓＰからなる膜厚１．３μｍの
井戸層と、ＩｎＧａＡｓＰからなる膜厚１．１μｍの障
壁層とを交互に積層した引張り歪多重量子井戸構造とし
て構成されている。更に、前段増幅部７２の活性層７６
は、後段増幅部７４の活性層７８より、膜厚が厚く、Ｉ
ｎの含有率が増加するように形成されたいるので、歪み
が引っ張り方向から圧縮方向に変化している。よって、
本実施例の半導体光増幅器７０では、ＴＥモードが前段
増幅部７２で、ＴＭモードが後段増幅部７４でそれぞれ
増幅されるので、半導体光増幅器７０全体では、前段及
び後段増幅部７２、７４に注入する電流値Ｉ1とＩ2を調
整することにより、偏波無依存動作を実現することがで
きる。
６、７８は、ＩｎＧａＡｓＰからなる膜厚１．３μｍの
井戸層と、ＩｎＧａＡｓＰからなる膜厚１．１μｍの障
壁層とを交互に積層した引張り歪多重量子井戸構造とし
て構成されている。更に、前段増幅部７２の活性層７６
は、後段増幅部７４の活性層７８より、膜厚が厚く、Ｉ
ｎの含有率が増加するように形成されたいるので、歪み
が引っ張り方向から圧縮方向に変化している。よって、
本実施例の半導体光増幅器７０では、ＴＥモードが前段
増幅部７２で、ＴＭモードが後段増幅部７４でそれぞれ
増幅されるので、半導体光増幅器７０全体では、前段及
び後段増幅部７２、７４に注入する電流値Ｉ1とＩ2を調
整することにより、偏波無依存動作を実現することがで
きる。
【００２１】本半導体光増幅器７０の活性層の形成方法
を説明する。図４（ａ）に示すように、基板上の前段増
幅部７２の活性層形成領域８０の両側に誘電体膜８２、
例えばＳｉＯ2 膜を成膜する。次いで、誘電体膜８２を
マスクとしてＭＯＣＶＤ法により活性層をエピタキシャ
ル成長すると、誘電体膜８２が成長防止膜として働くた
め、そのマスク効果により、前段増幅部７２では後段増
幅部７４に比べ、活性層の膜厚が増加し、活性層中のＩ
ｎの含有率が増加する。これにより、引張り歪多重量子
井戸構造からなる活性層は、歪が引張り方向から多少圧
縮方向に変化する。尚、図４（ａ）中、８４は後段増幅
部７４の活性層形成領域である。よって、このマスクパ
ターン付けされた基板に、引張り歪多重量子井戸構造を
成長させると、前段増幅部７２において成長する量子井
戸構造は、上述したように、後段増幅部７４に比べ圧縮
方向へ歪がシフトする。
を説明する。図４（ａ）に示すように、基板上の前段増
幅部７２の活性層形成領域８０の両側に誘電体膜８２、
例えばＳｉＯ2 膜を成膜する。次いで、誘電体膜８２を
マスクとしてＭＯＣＶＤ法により活性層をエピタキシャ
ル成長すると、誘電体膜８２が成長防止膜として働くた
め、そのマスク効果により、前段増幅部７２では後段増
幅部７４に比べ、活性層の膜厚が増加し、活性層中のＩ
ｎの含有率が増加する。これにより、引張り歪多重量子
井戸構造からなる活性層は、歪が引張り方向から多少圧
縮方向に変化する。尚、図４（ａ）中、８４は後段増幅
部７４の活性層形成領域である。よって、このマスクパ
ターン付けされた基板に、引張り歪多重量子井戸構造を
成長させると、前段増幅部７２において成長する量子井
戸構造は、上述したように、後段増幅部７４に比べ圧縮
方向へ歪がシフトする。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、相互に異なる偏波特性
を有し、かつ直列に光接続された少なくとも２個の電気
的に独立した半導体光増幅部を同一基板上に備えた半導
体導波路型光素子を構成し、各半導体光増幅部に注入す
る電流値を調整することにより、素子の偏波依存性を抑
制している。本発明では、たとえ設計通り製作されてい
ない素子であっても、電流値の調整により偏波無依存動
作を実現できるので、製品歩留まりが従来の素子に比べ
て向上する。
を有し、かつ直列に光接続された少なくとも２個の電気
的に独立した半導体光増幅部を同一基板上に備えた半導
体導波路型光素子を構成し、各半導体光増幅部に注入す
る電流値を調整することにより、素子の偏波依存性を抑
制している。本発明では、たとえ設計通り製作されてい
ない素子であっても、電流値の調整により偏波無依存動
作を実現できるので、製品歩留まりが従来の素子に比べ
て向上する。
【図１】図１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、
半導体導波路型光素子の模式的層構造を示す断面図、前
段の半導体光増幅部の利得特性及び後段半導体光増幅部
の利得特性を示す図である。
半導体導波路型光素子の模式的層構造を示す断面図、前
段の半導体光増幅部の利得特性及び後段半導体光増幅部
の利得特性を示す図である。
【図２】実施例１の前段及び後段増幅部の活性層の幅を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図３】実施例２の前段及び後段増幅部の活性層の層構
成を示す模式図である。
成を示す模式図である。
【図４】図４（ａ）は本実施例の半導体光増幅器の活性
層を成膜する際のマスクパターンを示す図であり、図４
（ｂ）は本実施例の前段及び後段増幅部の活性層の模式
的断面図である。
層を成膜する際のマスクパターンを示す図であり、図４
（ｂ）は本実施例の前段及び後段増幅部の活性層の模式
的断面図である。
１０ 半導体光増幅器の実施形態例 １２ 前段半導体光増幅部 １４ 後段半導体光増幅部 １６ 基板 １８ バッファ層 ２０ 下部クラッド層 ２２、２４ 活性層 ２６ 電気絶縁性樹脂層 ２８、３０ 上部クラッド層 ３２、３４ コンタクト層 ３６、３８ 上部電極 ４０ 下部電極 ５０ 実施例１の半導体光増幅器 ５２、６２、７２ 前段半導体光増幅部 ５４、６４、７４ 後段半導体光増幅部 ５６、５８、６６、６８、７６、７８ 活性層 ５９ 接続領域 ６０ 実施例２の半導体光増幅器 ７０ 実施例３の半導体光増幅器 ８０ 前段半導体光増幅部の活性層形成領域 ８２ 誘電体膜 ８４ 後段半導体光増幅部の活性層形成領域
Claims (4)
- 【請求項１】 ＴＭモード及びＴＥモードの光信号の利
得に対して相互に異なる偏波特性を有し、かつ直列に光
接続された少なくとも２個の電気的に独立した半導体光
増幅部を同一基板上に備えた半導体導波路型光素子であ
って、 各半導体光増幅部に注入する電流値を所定の関係に従っ
て調整することにより、光素子の偏波依存性を抑制する
ようにしたことを特徴とする半導体導波路型光素子。 - 【請求項２】 各半導体光増幅部の活性層への光閉じ込
め係数が、それぞれ相互に異なることを特徴とする請求
項１に記載の半導体導波路型光素子。 - 【請求項３】 各半導体光増幅部は、活性層を規定する
因子のうちの少なくとも一つがそれぞれ相互に異なるよ
うに、選択成長法により成膜された活性層を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体導波路型光素
子。 - 【請求項４】 活性層を規定する因子は、厚さ、構成元
素含有率及び歪みであることを特徴とする請求項３に記
載の半導体導波路型光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23343797A JPH1174604A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 半導体導波路型光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23343797A JPH1174604A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 半導体導波路型光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1174604A true JPH1174604A (ja) | 1999-03-16 |
Family
ID=16955035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23343797A Pending JPH1174604A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 半導体導波路型光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1174604A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002017454A1 (fr) * | 2000-08-22 | 2002-02-28 | Alcatel | Amplificateur optique a semi-conducteur |
| KR100353419B1 (ko) * | 2000-03-10 | 2002-09-18 | 삼성전자 주식회사 | 편광 무의존 반도체 광증폭기 |
| JP4444368B1 (ja) * | 2009-07-30 | 2010-03-31 | 古河電気工業株式会社 | 集積型半導体レーザ素子および半導体レーザモジュールならびに光伝送システム |
| US8861954B2 (en) | 2010-12-27 | 2014-10-14 | Hitachi, Ltd. | Burst-mode receiver equipped with optical amplifier, method for controlling optical amplifier, and system |
-
1997
- 1997-08-29 JP JP23343797A patent/JPH1174604A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100353419B1 (ko) * | 2000-03-10 | 2002-09-18 | 삼성전자 주식회사 | 편광 무의존 반도체 광증폭기 |
| WO2002017454A1 (fr) * | 2000-08-22 | 2002-02-28 | Alcatel | Amplificateur optique a semi-conducteur |
| FR2813448A1 (fr) * | 2000-08-22 | 2002-03-01 | Cit Alcatel | Amplificateur optique a semi-conducteur |
| US6751015B2 (en) | 2000-08-22 | 2004-06-15 | Avanex Corporation | Semiconductor optical amplifier |
| JP4444368B1 (ja) * | 2009-07-30 | 2010-03-31 | 古河電気工業株式会社 | 集積型半導体レーザ素子および半導体レーザモジュールならびに光伝送システム |
| WO2011013480A1 (ja) * | 2009-07-30 | 2011-02-03 | 古河電気工業株式会社 | 集積型半導体レーザ素子および半導体レーザモジュールならびに光伝送システム |
| JP2011035060A (ja) * | 2009-07-30 | 2011-02-17 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 集積型半導体レーザ素子および半導体レーザモジュールならびに光伝送システム |
| US8457169B2 (en) | 2009-07-30 | 2013-06-04 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Integrated semiconductor laser element, semiconductor laser module, and optical transmission system |
| US8861954B2 (en) | 2010-12-27 | 2014-10-14 | Hitachi, Ltd. | Burst-mode receiver equipped with optical amplifier, method for controlling optical amplifier, and system |
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