JPH0335582A - 光利得媒体，光増幅器及び同調可能半導体レーザー - 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】

〔発明の技術分野〕 本発明は、広帯域半導体光利得媒体に関しており、その
半導体光増幅器および同調可能な半導体レーザーにおけ
る応用にも関している。 〔従来技術とその問題点〕 電気通信システムを光通信システムで置き換えると、光
増幅器が、対応する電気的増幅器と同様に非常に重要に
なることがある。将来の光通信システムではおそらく幾
つかの異なる周波数で信号を伝送するので、広い周波数
範囲にわたり利得を与える半導体光増幅器−が非常に望
ましい。広範な周波数範囲に対して同調可能であるよう
に、広い周波数範囲にわたる利得を有する半導体レーザ
ーは、さらに優れた価値がある。該同調可能半導体レー
ザーは、光ホモダインおよびヘテロゲイン検出構成を実
行するため木に使用することができる。 Ｍｉｌｌｅｒによる米国特許第４，７９４，３４６号”
ＢｒｏａｄＡａｎｄ　　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　
０ｐｔｉｃａｌ　　Ａｍｐｌｉｆｌｉｒ　５ｔｒｕｃｔ
ｕｒ−ｅ″では、２段の半導体光利得媒体を有する広帯
域半導体光増幅器を開示している。各段では、周波数ス
ペクトルの相異なる、ただし隣接する部分からの光信号
を増幅し、それにより広い連続周波数範囲をもたらして
いる。それとは対照的に、半導体光利得媒体は、本発明
の実施例に依ると、ＩｎＧａＡｓＰ素材またはＩＩＩ−
Ｖ素材系から作られた１段のみを高濃度ｎ型不純物導入
して広い周波数範囲を得ている。 一般に、先行技術のへテロ接合１１［−Ｖ半導体レーザ
ーの半導体光利得媒体は、Ｐ型不純物導入されているか
全く不純物導入されていない。この規則の例外について
は、Ｎ、Ｔａｍａｒｉ氏により、Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈ
ｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓνｏ１．４０、ｋ２、（１９
８２年１月）のＴｉｎ　Ｄｏｐｉｎｇｏｆ　Ａｃｔｉｖ
ｅ　Ｒｅｇｉｏｎ　ｉｎ　ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ　Ｌ
ａ５ｅｒｓの中に述べられている。Ｔａｍａｒｉ氏は、
高速拡散特性により接合位置を誤配置しがちなＰ型不純
物Ｚｎ、の存在下でｐ−ｎ接合の位置を正確かつ再現可
能なように配置するために、半導体光利得媒体を高濃度
ｎ型不純物導入処理した。Ｔａｍａｒｉ氏は、闇値電流
密度等の半導体光利得媒体の特性変化を避けるために、
半導体光利得媒体の不純物導入を４　ＸＩＯ”ｃｍ−’
に制限することを提唱した。それとは対照的に、本発明
では、特性の１つ、すなわち利得帯域幅を変えるために
、半導体光利得媒体を特に高濃度ｎ型不純物導入ピング
した。　Ｔａｍａｒｉ氏は、高濃度ｎ型不純物導入の、
禁止帯ポテンシャルまたは擬フエルミ準位の間隔（ｓｅ
ｐａｒａ　Ｌｉｏｎ）に及ぼす影響については開示して
いない。また、Ｔａｍａｒｉ氏は、半導体光利得媒体の
高濃度ｎ型不純物導入利得帯域幅を増大させることにつ
いても示唆していない。 〔発明の目的〕 発明の目的は、広い周波数範囲にわたる光信号の増幅で
ある。 〔発明の概要〕 本発明は、増大した利得帯域幅を有する半導体光利得媒
体にあり、伝導帯および価電子帯の間の有効禁止帯エネ
ルギー間隔を減少させ、伝導帯および価電子帯の擬フェ
ル

【準位間の間隔を、利得媒体の高濃度不純物導入によ
り増大させて作られる。ＩＩＩ−Ｖ素材系から構成され
る利得媒体の禁止帯幅は、高濃度の自由キャリヤにより
引き起こされた禁止帯幅の縮小や、高濃度ｎ型不純物導
入によるバンドテーリング（ｂａｎｄｔａｉｌｉｎｇ）
　（ハンドのすそひき）により減少した。これは、利得
範囲の低エネルギ一端を伸張した。ＩＩＩ−Ｖ利得媒体
を高濃度ｎ型不純物導入すると、所定注入キャリヤ濃度
に対する擬フエルミ準位の間隔が増大した。これは、使
用装置の利得範囲の高エネルギ一端を伸張した。高濃度
電子状態の伝導帯および低濃度正孔状態の価電子帯を有
する素材系を使用すると、禁止帯のポテンシャルを減ら
して、擬フエルミ準位の間隔を増大させるために、利得
媒体は、ＩＩＩ−Ｖ素材系と逆に、高濃度ｎ型不純物導
入するのではなく、高濃度ｐ型不純物導入しなければな
らない。 本発明の応用には、光増幅器とおよび同調可能半導体レ
ーザーを含む。光増幅器では、増大した利得帯域幅から
広帯域アンプが生まれた。同調可能半導体レーザーでは
、増大利得帯域幅１こよりレーザーの同調範囲が広がっ
た。 〔発明の実施例〕 発明を明確に示し記述するために、図面および説明の詳
細は、熟練技術者が発明を理解しその実施例を作成する
のに充分な程度に限定した。 １１１−Ｖ半導体光利得媒体の高濃度ｎ型不純物導入、
すなわち本発明の１実施例では、第１図に示すように、
有効禁止帯幅エネルギーが減少し擬フエルミ準位の間隔
が増大した。この２つの結果により、各々、第２Ａ図に
示すように、利得曲線の高エネルギーおよび低エネルギ
一端が伸張した。 最終結果は、第２Ｂ図に示すように、利得帯域幅が増大
したことである。 第１図は、光増幅器または半導体レーザー・チップなど
のデバイスの活性層の電子および正札状態密度に対する
、伝導帯の電子エネルギー（曲線Ｉおよび２）および価
電子帯の正孔エネルギー（曲線３および４）のグラフで
ある。実線の曲線■および３は、不純物導入していない
利得媒体についての、各々、伝導帯および価電子帯を表
す。 不純物導入していない媒体の有効禁止帯エネルギー間隔
９は、伝導帯の一番下から価電子帯の一番上７に及んで
いる。 破線の曲線２および４は、それぞれ高い注入キャリヤ濃
度を有する高濃度ｎ型不純物導入した利得媒体について
の、伝導帯および価電子帯を表す。 点線部分の曲線１１で示された伝導帯エネルギーの減少
は、高濃度ｎ型不純物導入により創り出されたバンドの
すそ（ｂａｎｄｔａｉ　Ｉ）状態により引き起こされた
。（高濃度ｎ型不純物導入がバンドのすそを創り出す様
子および高キャリヤ濃度が禁止帯幅を小さくする様子に
関する詳細な情報については、ニューヨーク：アカデく
ツタ・プレス（１９７８年）、の３章を参照されたい。 ）高濃度ｎ型純物導入は、有効禁止幅エネルギー間隔を
間隔９から間隔２２に減少させた。有効禁止幅エネルギ
ー間隔は、ｐ型不純物導入・レベルがｎ型不純物導入・
レヘルの分数である限り許容される半導体光利得媒体の
ｐ型不純物導入により、さらに間隔２４まで減らずこと
ができる。−点大鎖線１３は、高濃度ｐ型純物導入によ
り引き起こされたバンドのすそ状態を示す。 第２Ａ図の上半分は、様々な注入電流レベヘルにおける
、装置作動中の利得を示す一群の利得曲線を表している
。第２Ａ図の下半分は、様々な注入電流における利得媒
体の吸収曲線を示す。装置が作動していない場合、すな
わち注入電流がゼロのときには、曲線４６に示すような
吸収だけが起こる。第１図の有効禁止帯エネルギー間隔
２２は、第２Ａ図に示す及び吸収曲線の低エネルギ一端
３５を定義する。というのも、第１図に示す伝導帯の最
下位６と価電子帯の最上位８の間に電子または正孔状態
がないからである。電子および正札状態がないと、有効
禁止帯エネルギー間隔２２以下のエネルギーにおいて、
吸収および利得がゼロになる。 したがって、有効禁止帯エネルギー間隔２２の減少は、
第２Ａ図に示す利得および吸収曲線の低エネルギー１ｉ
３５を左に移動させて、媒体利得を呈する周波数範囲の
下限が低くなる。 半導体光利得媒体の高濃度ｎ型不純物導入は、第１図に
示す擬フエルミ準位の間隔２３．２５、および２７を増
大させることにより、第２Ａ図に示す利得曲線の高エネ
ルギ一端を伸張する。ｎ型不純物導入は伝導帯の平衡電
子数を増加させるので、平衡フェルミ準位１５は、ｎ型
不純物導入レベルの増加とともに伝導帯においてより高
くなる。ｎ型不純物導入レベルの増加とともに、注入電
流ｒ、、　ＩＮ、および■３に各々対応した電子擬フェ
ルご準位１６．１７、および１８は、伝導帯においてよ
り高い方へ移動し、対応する正孔擬フエルミ準位１６．
１７および１８は価電子帯のより低い方へ移動する。そ
の理由は、電子および正孔の密度が、平衡状態１５より
も上で増加するからである。正孔擬フエルミ準位１６．
１７、および１８に対する、電子擬フエルミ準位１６．
１７、および１８の変動は、擬フエルミ準位の間隔２３
．２５、および２７を増加させる。 第２Ａ図に示す利得曲線４７．４９、および５１の、各
々の高エネルギ一端（周波数上限）３７．３９、および
４１は、第１図に示す擬フエルミ（Ｖ位の隔たり２３．
２５、および２７に等しくなる。擬フエルミ準位の隔た
りが弐Ｆｃ−Ｆｖ＞Ｅ＝ｈ＃に従って光子放出エネルギ
ーを越えると、半導体利得媒体は利得を現す。 ここで、Ｆｃは電子の擬フエルミ準位のポテンシャル、
Ｆνは正孔の擬フエルミ準位のポテンシャル、およびＥ
−ｈｙは光子エネルギーである。（この式の詳細説明に
ついては、　Ｉｌ、Ｃ，Ｃａ５ｅｙおよびＭ、Ｂ。 Ｐａｎ１ｓｈ著、”Ｈｅｔｅｒｏｓｔｖｕｃｆｕｒｅ　
Ｌｖａｓｅｒ　ＰａｒｔＡ：Ｆｕｎｄａｍｅｕｔａｌ　
Ｐｒ１ｎｃｉｐｌｅｓ　、ニューヨーク：アカデミツク
・プレス（１９７８年）のｌ１８頁を参照下さい。） 第３Ａ図は、各種レベルのｎおよびｐ不純物導入を有す
る１、３μｍ波長のＩｎＧａＡｓＰ半導体光利得媒体に
ついて、縦軸に利得帯域幅（最大値の半分での全幅二手
値幅）　　（ｅＶ）　、横軸に公称放射再結合電流密度
（４７０１１１２μｍ）の理論値を示す。公称再結めに
必要な電流密度である。丸、四角、および一角の記号は
、各々、不純物導入密度１　ｘｌＯＩ７ｃｍ−”Ｉｘｌ
Ｏ”ｃｍ−３、および５　ｘｌＯ”ｃｍ−’を示す。自
記号はｐ−不純物導入左および黒記号はｎ−不純物導入
を表す。所定の電流密度では、利得帯域幅は、ｎ型不純
物導入が高くなるにつれて増加し、ｐ型不純物導入が高
くなるにつれて減少する傾向にある。 第３Ｂ図は、各種レベルのｎおよびｐ不純物導入を有す
る１、３μｍ波長のＩｎＧａＡｓＰ半導体光利得媒体に
ついての、縦軸に利得帯域幅（最大値の半分での全幅）
　　（ｅＶ）　、横軸に公称全再結合電流密度（４７０
ｍ２μ−の理論値を示す。全再結合電流密度は、オージ
ェ（Ａｕｇｅｒ）再結合の影響を含む点において、放射
再結合電流密度と異なる。オージェ再結合は、再結合し
た電子・正孔対の再結合エネルギーが別のキャリヤをよ
り高いエネルギーに励起することにより、消費される場
合に、起こる。 み 禁止帯幅の狭いＩＩＩ−Ｖ化合物では、放射斧結合の他
にオージェ再結合を含めなければならない。 というのも、利得媒体の禁止帯幅が減少するにつれて、
このプロセスの起こる確率が高くなるからである。正孔
の分ｊｊｌｆ　（ｓｐｌｉｔ−ｏｆｆ）価電子帯への励
起が最も望ましいプロセスであるから、オージェ再結合
はｐ型不純物導入よりもｎ型不純物導入で少ない。（オ
ージェ再結合に関する詳細情報については、Ｒｏｂｅｒ
ｔ、０１ｓｈａｎｓｋｙ他著の、ＩＥＥＩＥ　Ｊｏｍａ
ｌｏｆＱｕａｎｔｕｍ　Ｅｌｅｔｒｏｍｉｃｓ、Ｖｏｌ
、　ＱＢ−２０、（１９８５）の８３８−８５４頁、に
おける’Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｒａｄｉａｔ
ｉｖｅａｎｄ　Ｎｏｎ−Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　Ｒｅｃｏ
Ｊｉｎａｔｉｏｎ　Ｒａｔｅｓ　１ｎＧａＡｓＰａｎｄ
　　ＡｌＧａＡｓ　　Ｌｉｇｈｔ　　５ｏｕｒｃｅ”７
１ＥＥＨＱｕａｎｔｕｍ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、
　Ｖｏｌ、ロＥ−２１　（１９８５）の８３８−９８４
頁にある“Ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ
ｅ　Ｄｃｐｅｎｄｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｓ
ｈｏｌｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｏｆ　ａ　ＩｎＧａＡｓ　
Ｐ　Ｌａ５ｅｒ　、参照）。 第３Ｂ図の丸、四角、および三角の記号は、各々、不純
物導入密度１　ｘｌＯ１７ｃｍ−’、１　ｘｌＯ”ｃｍ
−３、および５　ｘｌＯ”ｃｓ＋−’、を示す。自記号
はｐ型不純物導入および黒記号はｎ型不純物導入を表す
。所定の電流密度では、利得帯域幅は、ｎ型不純物導入
が高くなるにつれて増加し、ｐ型不純物導入が高くなる
につれて減少する傾向にある。オージェ効果により、高
濃度ｎ型不純物導入に対する帯域幅の増加は、第３Ａ図
よりも第３Ｂ図においてずっと顕著である。第３Ａ図お
よび３Ｂ図のデータを作成するために用いた理論的計算
の方法については、（：ａｓｅｙおよびＰａｎ１ｓｈ著
の前記文書の３章に述べられている。 本発明の実施例では、光波長１．３μｍ”１．５μｍで
動作するすべての■−■素材、もっと具体的にはＩｎＧ
ａＡｓＰから作った半導体光増幅器または半導体レーザ
ー・チップに対して広い利得幅を与えている。すべての
ＩＩＩ−Ｖ素材において、伝導帯の状態密度は価電子帯
の状態密度よりもずっと小さいので、高濃度ｎ型不純物
導入により大きな利得帯域幅になる。逆に、価電子帯の
低状態密度および伝導帯の高状態密度を有する素材系を
用いたならば、利得媒体の高濃度ｐ型不純物導入により
利得帯域幅が増大する。 本発明の応用には、第４Ａ図に装置１００として示す光
増幅器おりよび半導体レーザー・チップ、および第４Ｂ
図および４Ｃ図の装置１００を含む。 この特定の構造は１つの例であるが、他の半導体レーザ
ーまたは光増幅器の構造をもとることができる。半導体
光利得媒体１１３は、所定幅および厚さのストランプを
成し、レーザー・チップの中に埋め込まは幅２００μｍ
で長さ３００μｍである。半導体光利得媒体１１３は、
長さ３００ｔＩ１１、幅２μｍ、厚さ約、２μｍである
。レーザー・チップには第４Ｂ図回折格子１０５に最も
近い端面１０６の一端だけに反射防止膜が摂しであるが
、光増幅器・チップではたいてい両方の面１１０および
１１２に反射防止膜が皮覆してあり、この点まにおいて
、レーザー・チップは光増幅器・チップと異なっている
。本発明に依れば、光増幅器および半導体レーザーは、
半導体光利得媒体が１１１−Ｖ素材で作られているとき
に半導体光利得媒体が高濃度ｎ型不純物導入されるとい
う事実を除き、先行技術の光増幅器および半導体レリー
ザーと同様な方法で製造される。しかし、電子の高状態
密度の伝導帯および正孔の低状態密度の価電子帯を有す
る素材系を用いる場合（ＩＩＩ−Ｖ素材の場合の逆）に
は、半導体光利得媒体１１３は高濃度ｎ型不純物導入さ
れるはずである。 提示された発明を実施するためには、多くの狭いストラ
イプ素子構造のいずれかでも用いることができる。（各
種の狭いストライプ素子構造の概要については、Ｇ、Ｐ
、　ＡｇｒａｗａｌおよびＮ、に、　Ｄｕｔｔａ共著、
“Ｌｏｎｇ　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒ　Ｌａ５ｅｒｓ”。 Ｖａｎ　Ｎｏ５ｔｒａｎｄ　Ｒｅ１ｎｈｏｌｄ　Ｃｏ、
、　ニューヨーク州、（１９８６年）の５章を参照）そ
の−例として、利得範囲の中心が波長１．３μｍである
。第４Ａ図に示す１つの推奨構造の構成について述べる
。ｎ型不純物導入したＩｎＰ基板１１５上に、初期エピ
タキシャル成長において、ＩｎＧａＡｓ　Ｐ＆１１戒系
の少なくとも３つの層１１４．１１３　、および１１７
が成長する。これらの層１１４．１１３および１１７で
は、格子が基板１１５と整合しいてる。第一の層１１４
は活性１１３よりも広い禁止帯幅を有するｎ型不純物導
入閉じ込め層である。第二の層１１３は、波長１．３μ
ｍに対応する禁止帯幅の高濃度ｎ型不純物導入された活
性層である。第三の層１１７は、１１４　と同様な閉し
込め層であるがｐ型不純物導入されている。ストライプ
１１９は光りソグラフィで定義され、メサ・ストライプ
がエツチング形成される。このエツチング・プロセスは
、層１１４．１１３　、および１１７のシールドされて
いない部分を除去して、メサ構造を残す。メサ幅は、活
性層のストライプ幅を決定する０次に、第二エビキシ中
タル成長では、メサストライプ両側のエツチングされた
部分が、半絶縁ＩｎＰ層１２１および１２３で充填され
る０次にウェファ−の上下に接点が取り付けられる。最
後に、ウェファ−から指定長さのチップ１００を切り取
るが、この長さにより活性層ストライプの長さが決まる
。 本発明を実施して同調可能レーザーを作る場合、半導体
レーザー・チップは第４Ｂ図に示すような外部同調キャ
ビティの中に入れられる。反射防止膜を有する面１０６
は、しＸ−ザー・チップ１００の出力を平衡にするレン
ズ１０３とに回折格子に面している０回折格子は、選ば
れた波長（エネルギー）の光を反射してレーザー・チッ
プ１００の方へ戻している。この反射光は、レーザー・
チップ１００で再増幅される。この再増幅された光の一
部は、出力面１０７を通り外部同調キャビティ１０１を
去り、その残りはさらに増幅される。（外部キャビティ
半導体レーザーの詳細説明については、０１ｓｓｏｎ他
著、“Ｐｅｒｆｏｒｕｎａｎｃｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｖ
ｉｓｔｉｃｓ　ｏｆｌ、５　ｐｍ　Ｅｘｔｅｒｎａｌ　
Ｃａｖｉｔｙ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｌａ５ｅ
ｒｓｆｏｒ　Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｃｏ
ｎ＋５ｕｎｉ　ｃａｔｉｏｎ”　Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　
Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈａｏｌｏｎｇｙ、　Ｖｏ
ｌ　ＬＴ−５、Ｎα４．１９８７年４月号、５１０頁を
参照のこと）第４Ｂ図の外部キャビティ１０１の分布フ
ィードバック損失は、第２Ａ図に示す損失曲線４３によ
り表される。第４Ｂ図の半導体レーザー・チップ１００
は、レーザー・チップ１００の利得が外部キャビティ１
０１の損失を越えたときに、外部キャビティ１０１の中
でレーザー光線を発する。したがって、第２Ａ図に示す
利得曲線５１に対応する注入電流Ｉ３により駆動される
レーザー・チップ１００は、利得と損失曲線が交差する
点５３および５９の間のエネルギーにおいて、外部キャ
ビティ１０１の中でレーザー光線を発する。同様に、利
得曲線４９に対応する注入■２は、交点５５および５７
の間のエネルギーにおいてレーザー光線を発する。しか
し、利得曲線４９７に対応する注入電流Ｉ、の場合、交
点６１により定まる１つのエネルギー周波数だけでレー
ザー光線の発生が起こる。曲線４５により表されるレー
ザー・チップ１００の分布フィードバック損失は、反射
防止膜１０６により異なる。膜の反射率が低ければ低い
ほど、レーザー・チップ１００の損失はそれだけ大きく
なる。レーザー・チップ１００の損失曲線４５は利得曲
線の最大高さを制限するので、レーザー・チップ１００
の損失はできる限り大きくなければならない。レーザー
・チップ１００が■３よりも大きな電流で駆動される場
合には、利得が損失曲線４５を越えることはなく、シス
テムは交点６３で定まるエネルギーにおいてレーザー光
線を発射する。 多値の注入電流に対する外部同調キャビティ１０１内部
の半導体レーザー・チップ１００の同調範囲を表す曲線
は、第２Ａおよび第２Ｂ図から得ることができる。注入
電流がＩ３のときには、同調範囲は点５３から点５９に
及ぶ。注入電流が１２のときには、同調範囲は点５５か
ら点５７に及ぶ。注入電流が１１のときには、レーザー
は点６１だけでレーザー光線を発射する。利得帯域幅が
増大すれば、明らかに、それだけ同調範囲が広くなる。 本発明を光増幅器として適用するときは、第４Ａおよび
第４Ｃ図に示すアンプ・チップ１００は、２つの面１１
０および１１２上に反射防止膜を有する。 アンプ・チップ１００は、増幅する光学信号の光軸上に
置かれる。光は、光フアイバー１２９を通り、レンズ１
２５により面１１０において活性層１１３上に焦点が合
わせられる。増幅された光は、面１１２から出て、レン
ズ１２７により集められ、別の光ファイバーに焦点が合
わせられる。光は、第２Ａ図に示す媒体の利得が、ファ
イバー１２９からアンプ・チップ１００およびアンプ・
チップ１００からファイバー１３１までの、結合損失を
含むすべての損失よりも大きければ増幅される。これら
の損失は、単に伝送損失であり、分布フィードバック損
失ではない。光増幅器の利得および吸収曲線は、レーザ
ー・チップに対して第２Ａ図に示す曲線と同しである。 しかし、光学アンプは外部キャビティ内部にないので、
キャビティ損失曲線４３の意味するところを、分布フィ
ードバック損失から分布イ云送損失に変えなければなら
ない。したがって、利得が損失よりも高くなっても、レ
ーザー光線の発射は起こらない。レーザー光線の発射は
、アンプ動作中は望ましくない。利得が、第２Ｂ図の曲
線４５で与えられるチップ損失を越えるとレーザー発射
が起こり、増幅動作は停止する。 所定注入電流における光増幅器の利得範囲は、利得が分
布伝送損失を越えるエネルギー範囲に及ぶ。光増幅器を
注入電流■２で駆動する場合は、利得範囲は点５５から
点５７に及ぶ、同様に、光増幅器を注入電流Ｉ３で駆動
する場合は、利得範囲は点５３から５９に及ぶ。同調可
能レーザーについて前述したように、利得幅により決ま
る光帯域幅は、高濃度ｎ型不純物導入の活性層１１３を
有するＩＩＩ−Ｖ光増幅器で広い。 〔発明の効果］ 以上詳述したように、本発明では、■＝Ｖ半導を高濃度
不純物導入した半導体光利得媒体を用いることにより、
従来にはない広帯域光増幅を可能としている。また、本
発明の半導体光利得媒体を有する素子の組み立ては従来
技術による工程が多くあり、容易である。 また、本発明の光増幅素子は一段構成である特長も有す
る。したがって、高濃度不純物導入の効果を発見して用
いた本発明は実用に供して有益である。 ２、【図面の簡単な説明】 第１図は半導体光利得媒体の伝導帯と価電子帯の状態密
度（横軸）に対してエネルギ（縦軸）プロットしたグラ
フである。 第２Ａ図は注入電流の種々の値に対応するフォトン・エ
ネルギ（横軸）対利得と吸収（縦軸）をプロットしたグ
ラフである。 第２Ｂ図は第２Ａ図から誘導された図で、注入電流（縦
軸）対動作中の利得媒体の利得領域（しを有する１、３
μｍ波長１ｎＧａＡｓ　Ｐ半導体光利得媒体に対する公
称反射再結合電流密度（４７ｃｍ２μｍ）（横軸）対利
得帯域幅の理論値（半値幅）（ｅν）有する１、３μｍ
波長１ｎＧａＡｓ　Ｐ半導体光利得媒体に対する全再結
合電流密度（Ａ／ｃｍ”μｍ）　（横軸）対利得帯域幅
の理論値を示す図である。 第３Ａ図及び第３Ｂ図において、丸、四角、三角印は不
純物濃度（不純物導入・レベル）ｌ　ｘｌｏ”ｃｍ”’
、ＩにＩＩＱＩＩ＋。、−３、及び１　ｘｌＯ”　ｃｍ
−３をそれぞれ示す。中あきの印はｐ型不純物導入を、
中黒はｎ型不純物導入を示す。 第４Ａ図は半導体レーザー・チップあるいは光増幅器の
構造図である。 第４Ｂ図は第４Ａ図の半導体レーザー・チップを格子を
有する外部空洞に配置して威る可同調半導体レーザーの
構成図である。 第４Ｃ図は、光伝送回路内に第４Ａ図の光微雨幅器を用
いて成る光増幅システムの構成図である。 １．２，１１：伝送帯の電子エネルギー曲線３．４，１
３：価電子帯の正孔エネルギー曲線４３．４５：損失曲
線 ４６：吸収曲線 ４７．４９．５１：利得曲線 １００：　レーザー・チップ（あるいはアンプ・チップ
） １０１：外部同調空洞 １０５：回折格子 １１３：活性層 １２９、１１３：光ファイバー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、後記（イ）及至（ハ）より成る半導体光利得媒体。 （イ）伝導帯。 （ロ）価電子帯。 （ハ）前記半導体光利得媒体の高濃度不純物導入により
   、前記伝導帯と前記価電子帯の それぞれの擬フェルミ・レベル間の間隔 を広げ、前記伝導帯と前記価電子帯間の 有効禁止帯エネルギー間隔を狭める手段。 ２、前記半導体光利得媒体がIII−Ｖ素材より成り、前
   記高濃度不純物導入が高濃度ｎ型不純物導入である請求
   項１記載の半導体光利得媒体。 ３、後記（イ）及至（ハ）より成る活性領域を有する光
   増幅器。 （イ）伝導帯。 （ロ）価電子帯。 （ハ）前記活性領域の高濃度不純物導入により、前記伝
   導帯と前記価電子帯のそれぞ れの擬フェルミ・レベル間の間隔を広げ、 前記伝導帯と前記価電子帯間の有効禁止 帯エネルギー間隔を狭める手段。 ４、前記光増幅器がIII−Ｖ素材系から組み立てられ、
   前記活性領域の高濃度不純物導入が高濃度ｎ型不純物導
   入である請求項３記載の光増幅器。 ５、後記（イ）及至（ハ）より成る活性領域を有する同
   調可能半導体レーザー。 （イ）伝導帯。 （ロ）価電子帯。 （ハ）前記活性領域の高濃度不純物導入により、前記伝
   導帯と前記価電子帯のそれぞれの擬 フェルミ・レベル間の間隔を広げ、前記伝 導帯と前記価電子間の有効禁止帯エネル ギー間隔を狭める手段。 ６、前記半導体レーザーがIII−Ｖ素材から組み立てら
   れ、前記活性領域の高濃度不純物導入が高濃度ｎ型不純
   物導入である請求項５記載の同調可能半導体レーザー。