JPH1146044A - 半導体光増幅素子 - Google Patents
半導体光増幅素子Info
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- JPH1146044A JPH1146044A JP9201830A JP20183097A JPH1146044A JP H1146044 A JPH1146044 A JP H1146044A JP 9201830 A JP9201830 A JP 9201830A JP 20183097 A JP20183097 A JP 20183097A JP H1146044 A JPH1146044 A JP H1146044A
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
- H01S5/164—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising semiconductor material with a wider bandgap than the active layer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ３０ｄＢ程度の高利得においてもリップルを
十分抑制でき、光結合損失の増加を最小限に抑え、かつ
素子端面の反射率を十分に下げる。 【解決手段】 光導波路型の活性層１２を有し、素子端
面１４近くで光導波路が途切れて窓領域１５が設けられ
ており、出力光の放射角が半値全幅ｌ５度以下となるよ
うに光導波路の一部がテーパ状導波路１６となってお
り、かつ素子端面１４の法線と光導波路の長手方向とが
６度以上の角度をなす。また、窓領域１５の長さが５０
μｍ以上８０μｍ以下のときは、素子端面１４の法線と
光導波路の長手方向とが５度以上であればよい。
十分抑制でき、光結合損失の増加を最小限に抑え、かつ
素子端面の反射率を十分に下げる。 【解決手段】 光導波路型の活性層１２を有し、素子端
面１４近くで光導波路が途切れて窓領域１５が設けられ
ており、出力光の放射角が半値全幅ｌ５度以下となるよ
うに光導波路の一部がテーパ状導波路１６となってお
り、かつ素子端面１４の法線と光導波路の長手方向とが
６度以上の角度をなす。また、窓領域１５の長さが５０
μｍ以上８０μｍ以下のときは、素子端面１４の法線と
光導波路の長手方向とが５度以上であればよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光通信技術にお
いて用いられ、光信号増幅あるいは光信号の消光の機能
を有する半導体光増幅素子の構造に関する。
いて用いられ、光信号増幅あるいは光信号の消光の機能
を有する半導体光増幅素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体光増幅素子（以下「ＳＯＡ：Ｓｅ
ｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉ
ｆｉｅｒ」と呼ぶ）は、光導波路型の光増幅媒体を有
し、光信号を電気変換することなく増幅する素子であ
る。半導体レーザと基本的な構造は共通であるが、素子
端面における光反射を無反射被覆などで抑制し、光共振
器構造とならないように設計されている。このため、キ
ャリア注入してもＳＯＡ自体のレーザ発振は抑えられ、
入力信号光による誘導放出で増幅光が出る仕組みとなっ
ている。素子端面で光反射率が十分抑制されていない
と、波長依存の利得振動（リップル）、すなわち波長の
数オングストロームの変動に伴う利得の微細な上下変動
が生じてしまう。このため、素子端面での反射率は通常
０．１％以下が要求される。これを達成するために、素
子端面の無反射被覆に加えて、素子端面での反射光が光
導波路に再結合しない構造を導入し、実効的に素子端面
の反射率を下げる構成が採られている。
ｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉ
ｆｉｅｒ」と呼ぶ）は、光導波路型の光増幅媒体を有
し、光信号を電気変換することなく増幅する素子であ
る。半導体レーザと基本的な構造は共通であるが、素子
端面における光反射を無反射被覆などで抑制し、光共振
器構造とならないように設計されている。このため、キ
ャリア注入してもＳＯＡ自体のレーザ発振は抑えられ、
入力信号光による誘導放出で増幅光が出る仕組みとなっ
ている。素子端面で光反射率が十分抑制されていない
と、波長依存の利得振動（リップル）、すなわち波長の
数オングストロームの変動に伴う利得の微細な上下変動
が生じてしまう。このため、素子端面での反射率は通常
０．１％以下が要求される。これを達成するために、素
子端面の無反射被覆に加えて、素子端面での反射光が光
導波路に再結合しない構造を導入し、実効的に素子端面
の反射率を下げる構成が採られている。
【０００３】素子端面の反射率を低下させるために、光
導波路構造が素子端面近くで途切れてなくなる窓領域を
設ける構成が、以下の文献１に提案されている。 文献１：「エレクトリック・レターズ Ｖｏｌ．２５」
第１２４１〜１２４２頁（１９８９年発行、著者：Ｉ．
Ｃｈａ等） また、光導波路のストライプ方向を素子端面の法線方向
から傾けた斜め端面構造が、以下の文献２に提案されて
いる。 文献２：「エレクトリック・レターズ Ｖｏｌ．２３」
第９９０〜９９１頁（１９８７年発行、著者：Ｃ．Ｅ．
Ｚａｈ等） さらに、近年では窓領域および斜め端面の両構造を併用
した報告例が多く、以下の文献３〜６等に開示されてい
る。 文献３：「オプティカル・アンプリファイアズ・アンド
・ゼア・アプリケーションズ’９４ ポスト・デッドラ
イン・ペーパーズ（ＯＡＡ’９４ Post-deadline Pape
rs）」ＰＤ４−２頁（１９９４年発行、著者：Ｗ．Ｈｕ
ｎｚｉｋｅｒ等） 文献４：「オプティカル・アンプリファイアズ・アンド
・ゼア・アプリケーションズ’９４ テクニカル・ダイ
ジェスト３４（ＯＡＡ’９４ Technical Digest34）」
ＷＤ１−１頁（１９９４年発行、著者：Ｌ．Ｆ．Ｔｉｅ
ｍｅｉｊｅｒ等） 文献５：「ヨーロピアン・カンファレンス・オン・オプ
ティカル・コミュニケーション’９６ プロシーディン
グ Ｖｏｌ．３（ＥＯＣＯ’９６ Proceeding Vol.
3）」ＷｅＤ．２．４頁（１９９６年発行、著者：Ｐ．
Ｄｏｕｓｓｉｅｒｅ等） 文献６：「ヨーロピアン・カンファレンス・オン・オプ
ティカル・コミュニケーション’９６ プロシーディン
グ Ｖｏｌ．４（ＥＯＣＯ’９６ Proceeding Vol.
4）」ＴｈＢ．２．５頁（１９９６年発行、著者：Ｓ．
Ｃｈｅｌｌｅｓ等） 文献３には、斜め研磨のシングルモードファイバ（ＳＭ
Ｆ）とＳＯＡとを直接光結合してファイバ間利得１０ｄ
Ｂ程度が得られることが開示されている。また文献４，
５，６は、レンズを用いてＳＭＦと光結合したモジュー
ルの報告例であり、これによるとファイバ間利得２０ｄ
Ｂ以上が実現されている。また文献４，５，６では、Ｓ
ＯＡ素子利得は３０ｄＢ程度と大きいが、斜め端面構造
と窓領域とによる反射率抑制で、利得リップルは１ｄＢ
以下に抑えられている。
導波路構造が素子端面近くで途切れてなくなる窓領域を
設ける構成が、以下の文献１に提案されている。 文献１：「エレクトリック・レターズ Ｖｏｌ．２５」
第１２４１〜１２４２頁（１９８９年発行、著者：Ｉ．
Ｃｈａ等） また、光導波路のストライプ方向を素子端面の法線方向
から傾けた斜め端面構造が、以下の文献２に提案されて
いる。 文献２：「エレクトリック・レターズ Ｖｏｌ．２３」
第９９０〜９９１頁（１９８７年発行、著者：Ｃ．Ｅ．
Ｚａｈ等） さらに、近年では窓領域および斜め端面の両構造を併用
した報告例が多く、以下の文献３〜６等に開示されてい
る。 文献３：「オプティカル・アンプリファイアズ・アンド
・ゼア・アプリケーションズ’９４ ポスト・デッドラ
イン・ペーパーズ（ＯＡＡ’９４ Post-deadline Pape
rs）」ＰＤ４−２頁（１９９４年発行、著者：Ｗ．Ｈｕ
ｎｚｉｋｅｒ等） 文献４：「オプティカル・アンプリファイアズ・アンド
・ゼア・アプリケーションズ’９４ テクニカル・ダイ
ジェスト３４（ＯＡＡ’９４ Technical Digest34）」
ＷＤ１−１頁（１９９４年発行、著者：Ｌ．Ｆ．Ｔｉｅ
ｍｅｉｊｅｒ等） 文献５：「ヨーロピアン・カンファレンス・オン・オプ
ティカル・コミュニケーション’９６ プロシーディン
グ Ｖｏｌ．３（ＥＯＣＯ’９６ Proceeding Vol.
3）」ＷｅＤ．２．４頁（１９９６年発行、著者：Ｐ．
Ｄｏｕｓｓｉｅｒｅ等） 文献６：「ヨーロピアン・カンファレンス・オン・オプ
ティカル・コミュニケーション’９６ プロシーディン
グ Ｖｏｌ．４（ＥＯＣＯ’９６ Proceeding Vol.
4）」ＴｈＢ．２．５頁（１９９６年発行、著者：Ｓ．
Ｃｈｅｌｌｅｓ等） 文献３には、斜め研磨のシングルモードファイバ（ＳＭ
Ｆ）とＳＯＡとを直接光結合してファイバ間利得１０ｄ
Ｂ程度が得られることが開示されている。また文献４，
５，６は、レンズを用いてＳＭＦと光結合したモジュー
ルの報告例であり、これによるとファイバ間利得２０ｄ
Ｂ以上が実現されている。また文献４，５，６では、Ｓ
ＯＡ素子利得は３０ｄＢ程度と大きいが、斜め端面構造
と窓領域とによる反射率抑制で、利得リップルは１ｄＢ
以下に抑えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年、レンズ系を用い
ずにＳＯＡ（半導体光増幅素子）をＳＭＦ（シングルモ
ードファイバ）と直接光結合する簡易なモジュール化が
求められている。例えば、ＳＭＦと容易に光結合するた
めに、ＳＯＡに光導波路の厚さまたは幅がテーパ状に変
化する光スポットサイズ拡大構造を設けて出力光の放射
角を狭める構成が試みられている。この光スポットサイ
ズ拡大構造を採用すると、窓領域のみによる反射率低減
効果は薄れるが、窓領域と斜め端面構造の併用による反
射率低減の効果は逆に著しくなる。このため光スポット
サイズ拡大構造では、窓領域形成に加えて斜め端面構造
を採用することが必須である。ところが、斜め端面構造
では、実装の際にＳＯＡ端とＳＭＦ先端との間隔に誤差
が生じると、この誤差が光軸ずれを生み、大きな光結合
損失増加を呼ぶという問題がある。
ずにＳＯＡ（半導体光増幅素子）をＳＭＦ（シングルモ
ードファイバ）と直接光結合する簡易なモジュール化が
求められている。例えば、ＳＭＦと容易に光結合するた
めに、ＳＯＡに光導波路の厚さまたは幅がテーパ状に変
化する光スポットサイズ拡大構造を設けて出力光の放射
角を狭める構成が試みられている。この光スポットサイ
ズ拡大構造を採用すると、窓領域のみによる反射率低減
効果は薄れるが、窓領域と斜め端面構造の併用による反
射率低減の効果は逆に著しくなる。このため光スポット
サイズ拡大構造では、窓領域形成に加えて斜め端面構造
を採用することが必須である。ところが、斜め端面構造
では、実装の際にＳＯＡ端とＳＭＦ先端との間隔に誤差
が生じると、この誤差が光軸ずれを生み、大きな光結合
損失増加を呼ぶという問題がある。
【０００５】そこで本発明の目的は、３０ｄＢ程度の高
利得においてもリップルを十分抑制できるように斜め角
を設定するとともに、光結合損失の増加を最小限に抑
え、かつ素子端面の反射率を十分に下げることにある。
利得においてもリップルを十分抑制できるように斜め角
を設定するとともに、光結合損失の増加を最小限に抑
え、かつ素子端面の反射率を十分に下げることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の特徴は、光導波路型の活性層を有し、素子
端面近くで該光導波路が途切れて窓領域が設けられてい
る半導体光増幅素子において、出力光の放射角が半値全
幅ｌ５度以下となるように該光導波路の少なくとも一部
の厚さまたは幅がテーパ状に変化しており、かつ該素子
端面の法線と該光導波路の長手方向とが６度以上の角度
をなすことにある。
に、本発明の特徴は、光導波路型の活性層を有し、素子
端面近くで該光導波路が途切れて窓領域が設けられてい
る半導体光増幅素子において、出力光の放射角が半値全
幅ｌ５度以下となるように該光導波路の少なくとも一部
の厚さまたは幅がテーパ状に変化しており、かつ該素子
端面の法線と該光導波路の長手方向とが６度以上の角度
をなすことにある。
【０００７】また本発明のもう一つの特徴は、光導波路
型の活性層を有し、素子端面近くで該光導波路が途切れ
て窓領域が設けられている半導体光増幅素子において、
出力光の放射角が半値全幅１５度以下となるように該光
導波路の少なくとも一部の厚さまたは幅がテーパ状に変
化しており、該窓領域の長さが５０μｍ以上８０μｍ以
下であり、かつ該素子端面の法線と該光導波路の長手方
向とが５度以上の角度をなすことにある。
型の活性層を有し、素子端面近くで該光導波路が途切れ
て窓領域が設けられている半導体光増幅素子において、
出力光の放射角が半値全幅１５度以下となるように該光
導波路の少なくとも一部の厚さまたは幅がテーパ状に変
化しており、該窓領域の長さが５０μｍ以上８０μｍ以
下であり、かつ該素子端面の法線と該光導波路の長手方
向とが５度以上の角度をなすことにある。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の半導体光増幅素子（ＳＯ
Ａ）の一実施形態が、図１（ａ）、（ｂ）に示されてい
る。この実施形態について以下に説明する。
Ａ）の一実施形態が、図１（ａ）、（ｂ）に示されてい
る。この実施形態について以下に説明する。
【０００９】本実施形態においては、シングルモードフ
ァイバ（ＳＭＦ）との良好な光結合を得るため、ＳＯＡ
に光導波路の厚さまたは幅がテーパ状に変化するテーパ
状導波路（光スポットサイズ拡大構造）１６を設け、出
力光の放射角を狭める構成が採用されている。このテー
パ状導波路１６の形状について以下に説明する。
ァイバ（ＳＭＦ）との良好な光結合を得るため、ＳＯＡ
に光導波路の厚さまたは幅がテーパ状に変化するテーパ
状導波路（光スポットサイズ拡大構造）１６を設け、出
力光の放射角を狭める構成が採用されている。このテー
パ状導波路１６の形状について以下に説明する。
【００１０】このテーパ状導波路の形状を決定するため
に、光スポットの縦横径が等しく窓領域長が２５μｍで
ある一般的なＳＯＡについて、ＳＭＦとの光結合損失
（見積もり値）と放射角との関係を求めた。その結果が
図２に示されている。なお、見積もりの計算は、全て光
フィールド分布をガウス分布に近似して行っており、以
下の説明においても同様である。図２によると、ＳＭＦ
との光結合損失を通常要求される３ｄＢ以下とするに
は、放射角が半値全幅（ＦＷＨＭ：Full Width ofHalf
Maximum）１５度以下とする必要があることがわかる。
に、光スポットの縦横径が等しく窓領域長が２５μｍで
ある一般的なＳＯＡについて、ＳＭＦとの光結合損失
（見積もり値）と放射角との関係を求めた。その結果が
図２に示されている。なお、見積もりの計算は、全て光
フィールド分布をガウス分布に近似して行っており、以
下の説明においても同様である。図２によると、ＳＭＦ
との光結合損失を通常要求される３ｄＢ以下とするに
は、放射角が半値全幅（ＦＷＨＭ：Full Width ofHalf
Maximum）１５度以下とする必要があることがわかる。
【００１１】ところが、テーパ状導波路１６を形成して
放射角を狭めた場合、素子端面での光反射率を下げるた
めに斜め端面構造にする必要がある。そこで、斜め端面
の角度と素子端面の反射率との関係を求めた。その結果
が図３に示されている。なお、このときの放射角は前記
条件を満たす半値全幅１３度、窓領域長は２５μｍ、無
反射膜（ＡＲ膜：Anti-Reflection膜）の反射率が１％
である。また、比較例として、放射角が半値全幅５０度
の場合についても図３に示されている。この結果による
と、放射角が狭い（半値全幅１３度）場合、斜め角０度
付近では窓領域による反射率低減の効果はほとんど無い
が、斜め角を増していくと反射率が急激に下がることが
分かる。ＳＯＡでは３０ｄＢ程度の利得が得られるが、
このとき利得リップルを１ｄＢ以下にするには反射率５
×１０-5とする必要がある。従って、図３より斜め角６
度以上とすればよいことがわかる。
放射角を狭めた場合、素子端面での光反射率を下げるた
めに斜め端面構造にする必要がある。そこで、斜め端面
の角度と素子端面の反射率との関係を求めた。その結果
が図３に示されている。なお、このときの放射角は前記
条件を満たす半値全幅１３度、窓領域長は２５μｍ、無
反射膜（ＡＲ膜：Anti-Reflection膜）の反射率が１％
である。また、比較例として、放射角が半値全幅５０度
の場合についても図３に示されている。この結果による
と、放射角が狭い（半値全幅１３度）場合、斜め角０度
付近では窓領域による反射率低減の効果はほとんど無い
が、斜め角を増していくと反射率が急激に下がることが
分かる。ＳＯＡでは３０ｄＢ程度の利得が得られるが、
このとき利得リップルを１ｄＢ以下にするには反射率５
×１０-5とする必要がある。従って、図３より斜め角６
度以上とすればよいことがわかる。
【００１２】一方、実装誤差による光結合損失の増加を
考慮すると、斜め角はなるべく小さく抑えた方がよい。
斜め端面構造では、斜めに研磨されたファイバ端部２３
とＳＯＡ端部２１とが、図４に示すようにスネルの法則
に従った配置に実装される。ところがこの場合、図示す
るように、実装後にＳＯＡ端部２１とファイバ端部２３
との間隔が設計値からずれると、光軸ずれが生じてしま
う。すなわち、ＳＯＡとＳＭＦとの距離誤差２４が生じ
ると、光軸２２が本来の位置のファイバの光軸２５では
なくずれた光軸２６とつながり、光軸ずれ２７が生じ
る。従って、素子長の製作精度などが光結合損失に影響
を及ぼす。図５は、放射角が１３度のＳＯＡを用い、Ｓ
ＯＡ端部とＳＭＦ端部との設計上の間隔が１０μｍであ
る場合に、５μｍの距離誤差が生じたときの光軸ずれに
起因する光結合損失増加（見積もり値）と斜め角度との
関係を示したものである。なお、距離誤差５μｍは、現
状の技術精度から一般的に起こり得る程度の誤差であ
る。図５より明らかなように、光結合損失の増加を抑え
るために斜め角はなるべく小さくし、その上で反射率を
下げることが望ましい。そのためには、窓領域長を長く
してやればよい。図６には、斜め端面の角度が０度、５
度、７度のときの窓領域長と反射率との関係が示されて
いる。この見積もり計算も、他と同様にガウス近似によ
り行っている。窓領域長が、文献１、４、６に示されて
いる２０〜３０μｍよりも長い５０μｍである場合、図
６に示されるように斜め角５度でも反射率は５×１０-5
と小さく、利得３０ｄＢに対しても利得リップルを１ｄ
Ｂ以下にすることができる。このときさらに斜め角を増
加すれば、リップルはより小さく抑えられる。なおか
つ、窓領域を長くした（２０→５０μｍ）ことによる光
結合損失増加は、図７に示すように０．５ｄＢ程度とご
く小さい。さらに、窓領域長を８０μｍまで長くしたと
しても、光結合損失増加は１ｄＢ以下である。
考慮すると、斜め角はなるべく小さく抑えた方がよい。
斜め端面構造では、斜めに研磨されたファイバ端部２３
とＳＯＡ端部２１とが、図４に示すようにスネルの法則
に従った配置に実装される。ところがこの場合、図示す
るように、実装後にＳＯＡ端部２１とファイバ端部２３
との間隔が設計値からずれると、光軸ずれが生じてしま
う。すなわち、ＳＯＡとＳＭＦとの距離誤差２４が生じ
ると、光軸２２が本来の位置のファイバの光軸２５では
なくずれた光軸２６とつながり、光軸ずれ２７が生じ
る。従って、素子長の製作精度などが光結合損失に影響
を及ぼす。図５は、放射角が１３度のＳＯＡを用い、Ｓ
ＯＡ端部とＳＭＦ端部との設計上の間隔が１０μｍであ
る場合に、５μｍの距離誤差が生じたときの光軸ずれに
起因する光結合損失増加（見積もり値）と斜め角度との
関係を示したものである。なお、距離誤差５μｍは、現
状の技術精度から一般的に起こり得る程度の誤差であ
る。図５より明らかなように、光結合損失の増加を抑え
るために斜め角はなるべく小さくし、その上で反射率を
下げることが望ましい。そのためには、窓領域長を長く
してやればよい。図６には、斜め端面の角度が０度、５
度、７度のときの窓領域長と反射率との関係が示されて
いる。この見積もり計算も、他と同様にガウス近似によ
り行っている。窓領域長が、文献１、４、６に示されて
いる２０〜３０μｍよりも長い５０μｍである場合、図
６に示されるように斜め角５度でも反射率は５×１０-5
と小さく、利得３０ｄＢに対しても利得リップルを１ｄ
Ｂ以下にすることができる。このときさらに斜め角を増
加すれば、リップルはより小さく抑えられる。なおか
つ、窓領域を長くした（２０→５０μｍ）ことによる光
結合損失増加は、図７に示すように０．５ｄＢ程度とご
く小さい。さらに、窓領域長を８０μｍまで長くしたと
しても、光結合損失増加は１ｄＢ以下である。
【００１３】以上のように、長さが通常の窓領域を有す
る光スポットサイズ拡大構造付きＳＯＡにおいて、リッ
プルを十分抑制しつつ３０ｄＢ以上の高い素子利得を得
るためには、斜め角が６度以上となるように設定すれば
よい。
る光スポットサイズ拡大構造付きＳＯＡにおいて、リッ
プルを十分抑制しつつ３０ｄＢ以上の高い素子利得を得
るためには、斜め角が６度以上となるように設定すれば
よい。
【００１４】また、一層の反射率低減をするには窓領域
長を５０〜８０μｍにすればよい。さらに、窓領域長を
５０〜８０μｍにすれば、十分反射率を下げつつ斜め角
を５度まで抑えられるので、大きな光軸ずれを生じる心
配がない。
長を５０〜８０μｍにすればよい。さらに、窓領域長を
５０〜８０μｍにすれば、十分反射率を下げつつ斜め角
を５度まで抑えられるので、大きな光軸ずれを生じる心
配がない。
【００１５】なお、本発明の構成と類似した窓領域およ
び斜め端面構造を有する文献３，４，５，６に関し、本
発明との相違点をここで明記しておく。
び斜め端面構造を有する文献３，４，５，６に関し、本
発明との相違点をここで明記しておく。
【００１６】まず文献４、６はレンズを用いてＳＯＡと
ＳＭＦとを光結合する構成であるため、本発明のように
ＳＯＡの出力光の放射角を特に狭くする必要がない。従
って、放射角に関しては具体的な記述はない。
ＳＭＦとを光結合する構成であるため、本発明のように
ＳＯＡの出力光の放射角を特に狭くする必要がない。従
って、放射角に関しては具体的な記述はない。
【００１７】文献５は、ＳＯＡの窓領域が２００μｍと
本発明の構造より大幅に長い。しかしながら、レンズを
用いてＳＭＦと光結合しているため、光結合損失の増加
が抑えられている。また、文献４、６と同様にレンズを
用いているため、本発明のように出力光の放射角を限定
する必要がない。
本発明の構造より大幅に長い。しかしながら、レンズを
用いてＳＭＦと光結合しているため、光結合損失の増加
が抑えられている。また、文献４、６と同様にレンズを
用いているため、本発明のように出力光の放射角を限定
する必要がない。
【００１８】文献３は本発明と同様にＳＯＡをファイバ
と直接光結合した例であるが、放射角についての具体的
な記述は無い。また、ＳＯＡの素子利得が２０ｄＢ程度
であるため、窓領域の長さを調整して最適化する必要は
なく、窓領域については記述されていない。
と直接光結合した例であるが、放射角についての具体的
な記述は無い。また、ＳＯＡの素子利得が２０ｄＢ程度
であるため、窓領域の長さを調整して最適化する必要は
なく、窓領域については記述されていない。
【００１９】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の具体的な実施
例を詳細に説明する。
例を詳細に説明する。
【００２０】〈実施例１〉図１（ａ）は、実施例１のＳ
ＯＡ（半導体光増幅素子）の光導波路形状を示す上面図
であり、そのａ−ａ’線断面図が図１（ｂ）である。本
実施例のＳＯＡは基板１１上に有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＶＰＥ：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）によ
り形成されたもので、波長１．５５μｍ帯の活性層１２
をクラッド層１３で埋め込んだ通常の埋め込み型（ＢＨ
型）ＬＤ構造である。活性層１２は、バルクＩｎＧａＡ
ｓＰ層からなり、厚さ３０００オングストローム、幅４
５００オングストロームの矩形断面で、増幅利得を偏光
に無依存とする形状である。クラッド層１３は、ｐ型Ｉ
ｎＰで埋め込みの厚さは５μｍである。クラッド層１３
上にはキャップ層１９およびｐ側電極１Ａが、活性層１
２下にはバッファ層１８がそれぞれ形成されている。さ
らに、素子全体の下面にはｎ側電極１Ｃが、素子全体の
上面にはパッシベーション膜１Ｂがそれぞれ形成されて
いる。
ＯＡ（半導体光増幅素子）の光導波路形状を示す上面図
であり、そのａ−ａ’線断面図が図１（ｂ）である。本
実施例のＳＯＡは基板１１上に有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＶＰＥ：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）によ
り形成されたもので、波長１．５５μｍ帯の活性層１２
をクラッド層１３で埋め込んだ通常の埋め込み型（ＢＨ
型）ＬＤ構造である。活性層１２は、バルクＩｎＧａＡ
ｓＰ層からなり、厚さ３０００オングストローム、幅４
５００オングストロームの矩形断面で、増幅利得を偏光
に無依存とする形状である。クラッド層１３は、ｐ型Ｉ
ｎＰで埋め込みの厚さは５μｍである。クラッド層１３
上にはキャップ層１９およびｐ側電極１Ａが、活性層１
２下にはバッファ層１８がそれぞれ形成されている。さ
らに、素子全体の下面にはｎ側電極１Ｃが、素子全体の
上面にはパッシベーション膜１Ｂがそれぞれ形成されて
いる。
【００２１】図１（ａ）に示すとおり、光導波路は活性
層１２の長手方向が端面法線から６度傾いた斜め端面構
造である。また、素子端面１４近くは、活性層が途切れ
てなくなって窓領域１５が設けられている。素子長は１
１００μｍで活性層１２の両端２００μｍは厚さが先端
にいくに従い徐々に（３０００オングストロームから８
００オングストロームに）薄くなる光スポットサイズ拡
大構造であるテーパ状導波路１６となっている。テーパ
状導波路１６により光導波路端１７での光スポットサイ
ズが広がり、ＳＭＦ（シングルモードファイバ）との良
好な光結合が容易に可能である。出射光の放射角は半値
全幅１３度である。窓領域１５の長さは５０μｍであ
る。両端面にはＳｉＮ膜による無反射（ＡＲ：Anti-Ref
lection）被覆が施されている。本実施例のＳＯＡは、
次の文献７に記述されている選択ＭＯＶＰＥ技術により
製造されている。 文献７：「オプティカル・ファイバー・コミュニケーシ
ョン・カンファレンス’９３ テクニカル・ダイジェス
ト ＴｈＫ１（ＯＦＣ’９３ Technical DigestThK
1）」第２１０〜２１２頁（１９９３年発行、著者：
Ｔ．Ｓａｓａｋｉ等） そこで、先端が１３度に斜め研磨されたＳＭＦが本実施
例のＳＯＡの両端に実装されるパッケージを用いて、Ｓ
ＯＡモジュールを製造した。ＳＭＦとＳＯＡの光結合は
良好になされ、光結合損失は片側３ｄＢに抑えられてい
る。モジュールの利得特性を評価したところ、注入電流
１５０ｍＡでモジュール利得２５ｄＢが得られた。片側
３ｄＢの光結合損失を考慮すると素子利得としては３０
ｄＢ以上であるが、このとき利得リップルはほとんど見
られなかった。すなわち素子端面での反射率が十分低く
抑えられていた。
層１２の長手方向が端面法線から６度傾いた斜め端面構
造である。また、素子端面１４近くは、活性層が途切れ
てなくなって窓領域１５が設けられている。素子長は１
１００μｍで活性層１２の両端２００μｍは厚さが先端
にいくに従い徐々に（３０００オングストロームから８
００オングストロームに）薄くなる光スポットサイズ拡
大構造であるテーパ状導波路１６となっている。テーパ
状導波路１６により光導波路端１７での光スポットサイ
ズが広がり、ＳＭＦ（シングルモードファイバ）との良
好な光結合が容易に可能である。出射光の放射角は半値
全幅１３度である。窓領域１５の長さは５０μｍであ
る。両端面にはＳｉＮ膜による無反射（ＡＲ：Anti-Ref
lection）被覆が施されている。本実施例のＳＯＡは、
次の文献７に記述されている選択ＭＯＶＰＥ技術により
製造されている。 文献７：「オプティカル・ファイバー・コミュニケーシ
ョン・カンファレンス’９３ テクニカル・ダイジェス
ト ＴｈＫ１（ＯＦＣ’９３ Technical DigestThK
1）」第２１０〜２１２頁（１９９３年発行、著者：
Ｔ．Ｓａｓａｋｉ等） そこで、先端が１３度に斜め研磨されたＳＭＦが本実施
例のＳＯＡの両端に実装されるパッケージを用いて、Ｓ
ＯＡモジュールを製造した。ＳＭＦとＳＯＡの光結合は
良好になされ、光結合損失は片側３ｄＢに抑えられてい
る。モジュールの利得特性を評価したところ、注入電流
１５０ｍＡでモジュール利得２５ｄＢが得られた。片側
３ｄＢの光結合損失を考慮すると素子利得としては３０
ｄＢ以上であるが、このとき利得リップルはほとんど見
られなかった。すなわち素子端面での反射率が十分低く
抑えられていた。
【００２２】〈実施例２〉実施例２は実施例１と同様の
構成で、窓領域長７０μｍ、斜め角５度のＳＯＡを製造
し、先端が１１度に研磨されたＳＭＦを用いてモジュー
ル化した。実施例１と同様にＳＭＦとＳＯＡの光結合は
良好になされ、光結合損失は片側３ｄＢに抑えられた。
モジュールの利得特性を評価したところ、実施例１と同
様に注入電流１５０ｍＡでモジュール利得２５ｄＢが得
られた。このときも利得リップルはほとんど見られなか
った。すなわち素子端面での反射率が十分低く抑えられ
ていた。
構成で、窓領域長７０μｍ、斜め角５度のＳＯＡを製造
し、先端が１１度に研磨されたＳＭＦを用いてモジュー
ル化した。実施例１と同様にＳＭＦとＳＯＡの光結合は
良好になされ、光結合損失は片側３ｄＢに抑えられた。
モジュールの利得特性を評価したところ、実施例１と同
様に注入電流１５０ｍＡでモジュール利得２５ｄＢが得
られた。このときも利得リップルはほとんど見られなか
った。すなわち素子端面での反射率が十分低く抑えられ
ていた。
【００２３】〈実施例３〉実施例３は実施例１と同様の
構成で、窓領域長２５μｍ、斜め角７度のＳＯＡを製造
し、先端が１５．４度に研磨されたＳＭＦを用いてモジ
ュール化した。実施例１と同様にＳＭＦとＳＯＡの光結
合は良好になされ、光結合損失は片側４ｄＢに抑えられ
た。モジュールの利得特性を評価したところ、注入電流
２００ｍＡでモジュール利得２５ｄＢが得られた。この
ときも利得リップルはほとんど見られなかった。すなわ
ち素子端部での反射率が十分低く抑えられていた。
構成で、窓領域長２５μｍ、斜め角７度のＳＯＡを製造
し、先端が１５．４度に研磨されたＳＭＦを用いてモジ
ュール化した。実施例１と同様にＳＭＦとＳＯＡの光結
合は良好になされ、光結合損失は片側４ｄＢに抑えられ
た。モジュールの利得特性を評価したところ、注入電流
２００ｍＡでモジュール利得２５ｄＢが得られた。この
ときも利得リップルはほとんど見られなかった。すなわ
ち素子端部での反射率が十分低く抑えられていた。
【００２４】
【発明の効果】以上に記述した通り、本発明の半導体光
増幅素子（ＳＯＡ）は、光導波路の厚さまたは幅がテー
パ状に変化しているので、スポットサイズが拡大してシ
ングルモードファイバ（ＳＭＦ）と直接光結合可能にな
っている。そして、斜め端面構造であるＳＯＡにおい
て、３０ｄＢ程度の高利得においても利得リップルを十
分抑制できるまで、反射率を下げることができた。さら
に、ＳＯＡ端とＳＭＦ先端との間の距離誤差による光軸
ずれを回避して光結合損失増加を防ぐことができた。
増幅素子（ＳＯＡ）は、光導波路の厚さまたは幅がテー
パ状に変化しているので、スポットサイズが拡大してシ
ングルモードファイバ（ＳＭＦ）と直接光結合可能にな
っている。そして、斜め端面構造であるＳＯＡにおい
て、３０ｄＢ程度の高利得においても利得リップルを十
分抑制できるまで、反射率を下げることができた。さら
に、ＳＯＡ端とＳＭＦ先端との間の距離誤差による光軸
ずれを回避して光結合損失増加を防ぐことができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の半導体光増幅素子の上面
図、図１（ｂ）は図１（ａ）のａ−ａ’線断面図であ
る。
図、図１（ｂ）は図１（ａ）のａ−ａ’線断面図であ
る。
【図２】放射角の半値全幅と光結合損失との関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図３】斜め端面構造の斜め角と素子端面での反射率と
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
【図４】ＳＯＡとＳＭＦとの光軸ずれを示す説明図であ
る。
る。
【図５】斜め端面構造の斜め角と光結合損失増加量との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図６】窓枠領域長さと素子端面での反射率との関係を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図７】窓枠領域長さと光結合損失との関係を示すグラ
フである。
フである。
１１ 基板（ｎ−ＩｎＰ） １２ 活性層（λ＝１．５５μｍ組成 ｕ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ） １３ クラッド層（ｐ−ＩｎＰ） １４ 素子端面 １５ 窓領域 １６ テーパ状導波路（ｕ−ＩｎＧａＡｓＰ） １７ 光導波路端 １８ バッファ層（ｎ−ＩｎＰ） １９ キャップ層（ｐ+−ＩｎＧａＡｓ） １Ａ ｐ側電極（Ａｕ／Ｔｉ） １Ｂ パッシベーション膜真（ＳｉＯ2膜） １Ｃ ｎ側電極（Ａｕ／Ｔｉ） ２１ ＳＯＡ端部 ２２ 斜めの光軸 ２３ 斜め研磨されたＳＭＦ端部 ２４ ＳＯＡとＳＭＦとの距離誤差 ２５ 正しく実装された場合の光軸 ２６ ＳＯＡ端部がずれた場合の光軸 ２７ 光軸ずれ
ａＡｓＰ） １３ クラッド層（ｐ−ＩｎＰ） １４ 素子端面 １５ 窓領域 １６ テーパ状導波路（ｕ−ＩｎＧａＡｓＰ） １７ 光導波路端 １８ バッファ層（ｎ−ＩｎＰ） １９ キャップ層（ｐ+−ＩｎＧａＡｓ） １Ａ ｐ側電極（Ａｕ／Ｔｉ） １Ｂ パッシベーション膜真（ＳｉＯ2膜） １Ｃ ｎ側電極（Ａｕ／Ｔｉ） ２１ ＳＯＡ端部 ２２ 斜めの光軸 ２３ 斜め研磨されたＳＭＦ端部 ２４ ＳＯＡとＳＭＦとの距離誤差 ２５ 正しく実装された場合の光軸 ２６ ＳＯＡ端部がずれた場合の光軸 ２７ 光軸ずれ
Claims (2)
- 【請求項１】 光導波路型の活性層を有し、素子端面近
くで該光導波路が途切れて窓領域が設けられている半導
体光増幅素子において、 出力光の放射角が半値全幅ｌ５度以下となるように該光
導波路の少なくとも一部の厚さまたは幅がテーパ状に変
化しており、かつ該素子端面の法線と該光導波路の長手
方向とが６度以上の角度をなすことを特徴とする半導体
光増幅素子。 - 【請求項２】 光導波路型の活性層を有し、素子端面近
くで該光導波路が途切れて窓領域が設けられている半導
体光増幅素子において、 出力光の放射角が半値全幅１５度以下となるように該光
導波路の少なくとも一部の厚さまたは幅がテーパ状に変
化しており、該窓領域の長さが５０μｍ以上８０μｍ以
下であり、かつ該素子端面の法線と該光導波路の長手方
向とが５度以上の角度をなすことを特徴とする半導体光
増幅素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9201830A JPH1146044A (ja) | 1997-07-28 | 1997-07-28 | 半導体光増幅素子 |
| EP98114009A EP0895326A1 (en) | 1997-07-28 | 1998-07-27 | Semiconductor optical amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9201830A JPH1146044A (ja) | 1997-07-28 | 1997-07-28 | 半導体光増幅素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1146044A true JPH1146044A (ja) | 1999-02-16 |
Family
ID=16447608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9201830A Pending JPH1146044A (ja) | 1997-07-28 | 1997-07-28 | 半導体光増幅素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0895326A1 (ja) |
| JP (1) | JPH1146044A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000002072A1 (fr) * | 1998-07-03 | 2000-01-13 | Nec Corporation | Module optique integre |
| US6487007B1 (en) | 1999-06-03 | 2002-11-26 | Fujitsu Limited | Polarization independent-type semiconductor optical amplifier |
| JP2003142777A (ja) * | 2001-11-02 | 2003-05-16 | Mitsubishi Electric Corp | 光半導体素子 |
| JP2007221172A (ja) * | 1999-06-03 | 2007-08-30 | Fujitsu Ltd | 偏波無依存型半導体光増幅器 |
| JP2011197453A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体光導波路素子、半導体光導波路アレイ素子、およびその製造方法 |
| JP2012503783A (ja) * | 2008-09-23 | 2012-02-09 | シンチューン エービー | 低反射レベルの光の抽出用導波管 |
| JP2012048036A (ja) * | 2010-08-27 | 2012-03-08 | Fujikura Ltd | 光導波路素子 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100433298B1 (ko) * | 1999-02-08 | 2004-05-27 | 삼성전자주식회사 | 스폿 사이즈 변환기가 집적된 반도체 광 증폭기의 제조 방법 |
| SE521023C2 (sv) * | 2000-07-07 | 2003-09-23 | Ericsson Telefon Ab L M | Optisk anordning samt framställning därav |
| US7203409B2 (en) * | 2004-08-16 | 2007-04-10 | Covega Corporation | Superluminescent diodes having high output power and reduced internal reflections |
| US11929592B2 (en) * | 2020-09-17 | 2024-03-12 | Marvell Asia Pte Ltd. | Silicon-photonics-based semiconductor optical amplifier with N-doped active layer |
| CN114530762B (zh) * | 2022-02-18 | 2024-10-29 | 中国科学院半导体研究所 | 一种半导体光放大器芯片 |
-
1997
- 1997-07-28 JP JP9201830A patent/JPH1146044A/ja active Pending
-
1998
- 1998-07-27 EP EP98114009A patent/EP0895326A1/en not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000002072A1 (fr) * | 1998-07-03 | 2000-01-13 | Nec Corporation | Module optique integre |
| US6487007B1 (en) | 1999-06-03 | 2002-11-26 | Fujitsu Limited | Polarization independent-type semiconductor optical amplifier |
| JP2007221172A (ja) * | 1999-06-03 | 2007-08-30 | Fujitsu Ltd | 偏波無依存型半導体光増幅器 |
| JP2003142777A (ja) * | 2001-11-02 | 2003-05-16 | Mitsubishi Electric Corp | 光半導体素子 |
| JP2012503783A (ja) * | 2008-09-23 | 2012-02-09 | シンチューン エービー | 低反射レベルの光の抽出用導波管 |
| US9921370B2 (en) | 2008-09-23 | 2018-03-20 | Syntune Ab | Waveguide for extraction of light at low levels of reflection |
| JP2011197453A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体光導波路素子、半導体光導波路アレイ素子、およびその製造方法 |
| JP2012048036A (ja) * | 2010-08-27 | 2012-03-08 | Fujikura Ltd | 光導波路素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0895326A1 (en) | 1999-02-03 |
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