JP6240738B2 - 半導体光増幅器 - Google Patents
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また、本発明に係る半導体光増幅器では、前記量子準位制御層は、さらに、電子の基底量子準位を前記主量子井戸層の伝導帯端側から前記量子準位制御層の伝導帯端に近づけるように、あるいは一致させるように制御している構成であってもよい。
また、本発明に係る半導体光増幅器では、前記量子準位制御層は、さらに、電子の基底量子準位を前記量子準位制御層の伝導帯端側から前記主量子井戸層の伝導帯端に近づけるように、あるいは一致させるように制御している構成であってもよい。
また、本発明に係る半導体光増幅器では、前記複合量子井戸層がInP/AlGaInAsまたはGaAs/AlGaInPからなる構成であってもよい。
また、本発明に係る半導体光増幅器では、前記複合量子井戸層がGaAs/InGaAsPからなる構成であってもよい。
また、本発明の請求項12の半導体光増幅器では、前記複合量子井戸層がInP/AlGaInAsまたはGaAs/AlGaInPからなる構成であってもよい。
また、本発明の請求項13の半導体光増幅器では、前記複合量子井戸層がGaAs/InGaAsPからなる構成であってもよい。
まず、本発明の第1の実施形態としてのSOA1の構成について説明する。図1はSOA1の構成を示す斜視図であり、図2はSOA1の要部の構造を示す拡大断面図である。
まず、有機金属気相成長(MOVPE)法を用いてn型InPからなるn型半導体基板11上に、n型InPからなるn型クラッド層12、これに引き続きInGaAsPからなるSCH層13をエピタキシャル成長する。なお、このSCH層13のバンドギャップはn型クラッド層12と障壁層142の間の範囲にある。
f1(dQLC)=0.24×dQLC−1.9 ・・・・・(1)
f2(dQLC)=0.24×dQLC−2.95 ・・・・・(2)
f3(dQLC)=0.25×dQLC−2.0 ・・・・・(3)
f4(dQLC)=0.2×dQLC−4.0 ・・・・・(4)
続いて、本発明における第2の実施形態としてのSOA2について図面を参照しながら説明する。なお、第1の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
図8は、SOA3のバンド構造の要部を模式的に示す図である。図8に示す例では、量子準位制御層143において伸張歪により価電子帯の軽いホール帯端Elhと重いホール帯端Ehhの縮退が解け、軽いホール帯端Elhが重いホール帯端Ehhより高エネルギー側にシフトしている。また、主量子井戸層144は無歪であるため、主量子井戸層144においては軽いホール帯端Elhと重いホール帯端Ehhは縮退している。
図9は、SOA4のバンド構造の要部を模式的に示す図である。図9に示す例では、量子準位制御層143において伸張歪により価電子帯の軽いホール帯端Elhと重いホール帯端Ehhの縮退が解け、軽いホール帯端Ehhが重いホール帯端Elhより高エネルギー側にシフトしている。また、主量子井戸層144においても、伸張歪により軽いホール帯端Elhが重いホール帯端Ehhより高エネルギー側へシフトすることにより価電子帯の縮退が解けている。
f5(dQLC)=0.06×dQLC−0.67 ・・・・・(5)
f6(dQLC)=0.04×dQLC−1.38 ・・・・・(6)
f7(dQLC)=0.432×dQLC−2.32 ・・・・・(7)
f8(dQLC)=0.2×dQLC−4.0 ・・・・・(8)
図11は、第5の実施形態としてのSOA5のバンド構造の要部を模式的に示す図である。この構成は第4の実施形態の変形構造である。図11に示す例では、量子準位制御層143において圧縮歪により価電子帯の軽いホール帯端Elhと重いホール帯端Ehhの縮退が解け、重いホール帯端Ehhが軽いホール帯端Elhより高エネルギー側にシフトしている。また、主量子井戸層144においては、伸張歪により軽いホール帯端Elhが重いホール帯端Ehhより高エネルギー側へシフトすることにより価電子帯の縮退が解けている。
11 n型半導体基板(基板)
14,24 活性層
141,241,341,441 複合量子井戸層
142 障壁層
143,443a,443b 量子準位制御層
144 主量子井戸層
Claims (13)
- 障壁層(142)と複数の半導体層からなる複合量子井戸層(141,241,341,441)とを有し、当該障壁層と当該複合量子井戸層とが交互に積層されてなる量子井戸の活性層(14,24)が基板(11)上に形成された半導体光増幅器(1〜5)において、
前記複合量子井戸層の前記複数の半導体層は、当該複合量子井戸層内の量子準位を制御する少なくとも1層の量子準位制御層(143,443a,443b)と、当該量子準位制御層よりもバンドギャップの小さい少なくとも1層の主量子井戸層(144)とからなり、
電子の基底量子準位と前記障壁層の伝導帯端とのエネルギー差は電子のオーバーフローを抑制するように十分に大きく設定され、
前記主量子井戸層が前記基板に対して伸張歪を有し、
前記量子準位制御層は、
前記複合量子井戸層内の軽いホールの基底量子準位を重いホールの基底量子準位に近づけるように制御し、
前記重いホールの基底量子準位と前記軽いホールの基底量子準位がともに前記主量子井戸層の重いホール帯端と前記量子準位制御層の重いホール帯端との間に位置し、
かつ電子−重いホール間の再結合効率よりも電子−軽いホール間の再結合効率が高いことを特徴とする半導体光増幅器。 - 障壁層(142)と複数の半導体層からなる複合量子井戸層(141,241,341,441)とを有し、当該障壁層と当該複合量子井戸層とが交互に積層されてなる量子井戸の活性層(14,24)が基板(11)上に形成された半導体光増幅器(1〜5)において、
前記複合量子井戸層の前記複数の半導体層は、当該複合量子井戸層内の量子準位を制御する少なくとも1層の量子準位制御層(143,443a,443b)と、当該量子準位制御層よりもバンドギャップの小さい少なくとも1層の主量子井戸層(144)とからなり、
電子の基底量子準位と前記障壁層の伝導帯端とのエネルギー差は電子のオーバーフローを抑制するように十分に大きく設定され、
前記主量子井戸層が前記基板に対して伸張歪を有し、
前記量子準位制御層は、
前記複合量子井戸層内の軽いホールの基底量子準位を重いホールの基底量子準位に近づけるように制御し、
かつ電子−重いホール間の再結合効率よりも電子−軽いホール間の再結合効率が高く、
前記量子準位制御層が前記基板に対して圧縮歪を有することを特徴とする半導体光増幅器。 - 障壁層(142)と複数の半導体層からなる複合量子井戸層(141,241,341,441)とを有し、当該障壁層と当該複合量子井戸層とが交互に積層されてなる量子井戸の活性層(14,24)が基板(11)上に形成された半導体光増幅器(1〜5)において、
前記複合量子井戸層の前記複数の半導体層は、当該複合量子井戸層内の量子準位を制御する少なくとも1層の量子準位制御層(143,443a,443b)と、当該量子準位制御層よりもバンドギャップの小さい少なくとも1層の主量子井戸層(144)とからなり、
電子の基底量子準位と前記障壁層の伝導帯端とのエネルギー差は電子のオーバーフローを抑制するように十分に大きく設定され、当該量子準位制御層及び当該主量子井戸層のうち、少なくとも1層が前記基板に対して伸張歪を有し、
前記量子準位制御層は、
前記複合量子井戸層内の軽いホールの基底量子準位を重いホールの基底量子準位に近づけるように制御し、
かつ電子−重いホール間の再結合効率よりも電子−軽いホール間の再結合効率が高く、
前記複合量子井戸層の前記複数の半導体層が1層の前記主量子井戸層及び1層の前記量子準位制御層からなることを特徴とする半導体光増幅器。 - 障壁層(142)と複数の半導体層からなる複合量子井戸層(141,241,341,441)とを有し、当該障壁層と当該複合量子井戸層とが交互に積層されてなる量子井戸の活性層(14,24)が基板(11)上に形成された半導体光増幅器(1〜5)において、
前記複合量子井戸層の前記複数の半導体層は、当該複合量子井戸層内の量子準位を制御する少なくとも1層の量子準位制御層(143,443a,443b)と、当該量子準位制御層よりもバンドギャップの小さい少なくとも1層の主量子井戸層(144)とからなり、
電子の基底量子準位と前記障壁層の伝導帯端とのエネルギー差は電子のオーバーフローを抑制するように十分に大きく設定され、当該量子準位制御層のうち、少なくとも1層が前記基板に対して伸張歪を有し、
前記量子準位制御層は、
前記複合量子井戸層内の軽いホールの基底量子準位を重いホールの基底量子準位に近づけるように制御し、
かつ電子−重いホール間の再結合効率よりも電子−軽いホール間の再結合効率が高く、
前記主量子井戸層が前記基板に対して圧縮歪を有することを特徴とする半導体光増幅器。 - 障壁層(142)と複数の半導体層からなる複合量子井戸層(141,241,341,441)とを有し、当該障壁層と当該複合量子井戸層とが交互に積層されてなる量子井戸の活性層(14,24)が基板(11)上に形成された半導体光増幅器(1〜5)において、
前記複合量子井戸層の前記複数の半導体層は、当該複合量子井戸層内の量子準位を制御する少なくとも1層の量子準位制御層(143,443a,443b)と、当該量子準位制御層よりもバンドギャップの小さい少なくとも1層の主量子井戸層(144)とからなり、
電子の基底量子準位と前記障壁層の伝導帯端とのエネルギー差は電子のオーバーフローを抑制するように十分に大きく設定され、当該量子準位制御層のうち、少なくとも1層が前記基板に対して伸張歪を有し、
前記量子準位制御層は、
前記複合量子井戸層内の軽いホールの基底量子準位を重いホールの基底量子準位に近づけるように制御し、
かつ電子−重いホール間の再結合効率よりも電子−軽いホール間の再結合効率が高く、
前記主量子井戸層が前記基板に対して無歪であることを特徴とする半導体光増幅器。 - 前記量子準位制御層は、さらに、前記電子の基底量子準位を前記主量子井戸層の伝導帯端側から前記量子準位制御層の伝導帯端に近づけるように、あるいは一致させるように制御していることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の半導体光増幅器。
- 前記量子準位制御層は、さらに、前記電子の基底量子準位を前記量子準位制御層の伝導帯端側から前記主量子井戸層の伝導帯端に近づけるように、あるいは一致させるように制御していることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の半導体光増幅器。
- 前記複合量子井戸層の前記複数の半導体層は、複数の前記量子準位制御層と、少なくとも1層以上の前記主量子井戸層とからなり、少なくとも2層以上の当該量子準位制御層が、少なくとも1層以上の当該主量子井戸層を両側から挟むように積層されたことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項4もしくは請求項5のいずれか一項に記載の半導体光増幅器。
- 前記複合量子井戸層の前記複数の半導体層は、複数の前記量子準位制御層と、少なくとも1層以上の前記主量子井戸層とからなり、前記障壁層と複数の当該量子準位制御層の間に、少なくとも1層以上の当該主量子井戸層を配置するように積層されたことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項4もしくは請求項5のいずれか一項に記載の半導体光増幅器。
- ほぼ偏波無依存の増幅動作を実現することを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の半導体光増幅器。
- 前記複合量子井戸層がIII−V族混晶であるInGaAsPからなることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の半導体光増幅器。
- 前記複合量子井戸層がInP/AlGaInAsまたはGaAs/AlGaInPからなることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の半導体光増幅器。
- 前記複合量子井戸層がGaAs/InGaAsPからなることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の半導体光増幅器。
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