JPH08236868A - Planar type semiconductor light amplifier element - Google Patents
Planar type semiconductor light amplifier elementInfo
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- JPH08236868A JPH08236868A JP7040017A JP4001795A JPH08236868A JP H08236868 A JPH08236868 A JP H08236868A JP 7040017 A JP7040017 A JP 7040017A JP 4001795 A JP4001795 A JP 4001795A JP H08236868 A JPH08236868 A JP H08236868A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、面型半導体光増幅素子
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a planar semiconductor optical amplifier device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光インターコネクションは高速性、並列
性を有する光を信号伝送に用いることで、従来の配線技
術が直面している問題（例えば、信号遅延）を解決しよ
うとするものである。光インターコネクション用の基本
素子としては、例えば、光源としての半導体レーザ、減
衰した信号光を直接増幅する光増幅器などがある。2. Description of the Related Art Optical interconnection is intended to solve problems (eg, signal delay) faced by conventional wiring techniques by using light having high speed and parallelism for signal transmission. Examples of basic elements for optical interconnection include a semiconductor laser as a light source and an optical amplifier that directly amplifies attenuated signal light.
【０００３】光増幅器としては、ストライプ型半導体光
増幅素子が知られている。光増幅器は利得帯域が広いこ
とが必要である。この利得帯域は素子構造帯域（光共振
器帯域）と活性層材料の持つ材料利得帯域とによって決
まる。As an optical amplifier, a stripe type semiconductor optical amplification element is known. The optical amplifier needs to have a wide gain band. This gain band is determined by the element structure band (optical resonator band) and the material gain band of the active layer material.
【０００４】通常の半導体レーザと同等な共振器構造を
有する共振器型のストライプ型半導体光増幅素子の場
合、その利得帯域の半値幅はオングストローム程度と非
常に狭く、入力信号光との波長同調が非常に困難であ
る。このため、共振効果を低減することが重要になり、
現在ではこの共振効果を抑えた進行波型のストライプ型
半導体光増幅素子が主流となっている。In the case of a resonator type stripe type semiconductor optical amplifier device having a resonator structure equivalent to that of an ordinary semiconductor laser, the half band width of its gain band is very narrow, about angstrom, and wavelength tuning with the input signal light is possible. Very difficult. Therefore, it is important to reduce the resonance effect,
At present, a traveling wave type stripe type semiconductor optical amplifier device that suppresses this resonance effect is predominant.
【０００５】進行波型のストライプ型半導体光増幅素子
の場合でも、その波長同調領域を拡大するためには、材
料利得帯域の大きな材料を活性層に用いることが望まし
い。通常、これは単一量子構造の量子井戸活性層を高注
入状態で使用することによりある程度実現している。し
かし、低注入状態における量子井戸活性層の材料利得帯
域はバルク活性層のそれよりも狭いので、その低電力
化、低発熱化には限界がある。Even in the case of a traveling wave type stripe semiconductor optical amplifier, it is desirable to use a material having a large material gain band for the active layer in order to expand the wavelength tuning region. Usually, this is achieved to some extent by using a quantum well active layer having a single quantum structure in a highly injected state. However, since the material gain band of the quantum well active layer in the low injection state is narrower than that of the bulk active layer, there is a limit to the reduction of power and heat generation.
【０００６】また、ストライプ型半導体光増幅素子に
は、大きな入力光に対しても増幅率（利得）が低下せ
ず、一定以上の高増幅率が維持されることが要求され
る。一般的には、入力光の増大に伴ってキャリアが消費
されるので利得は減少する。この利得減少（飽和現象）
の起こり難さは、利得が未飽和時と比較して３ｄＢ減少
する出力（飽和出力パワー）によって表現される。Further, the stripe type semiconductor optical amplifier device is required to maintain a high amplification factor above a certain level without lowering the amplification factor (gain) even for a large input light. Generally, the gain is reduced because the carriers are consumed as the input light increases. This gain reduction (saturation phenomenon)
The difficulty of occurrence of is expressed by an output (saturated output power) in which the gain is reduced by 3 dB as compared with the case where the gain is not saturated.
【０００７】従来のバルク活性層を用いたストライプ型
半導体光増幅素子では、飽和出力パワーを増大させるた
めに、キャリアの高注入状態を用いていた。これは、キ
ャリアの高注入状態では、オージェ効果などによってキ
ャリア寿命が減少し、注入キャリア密度に対する微分利
得が減少する結果、飽和出力が増大するからである。In the conventional stripe type semiconductor optical amplifier device using the bulk active layer, a high carrier injection state is used in order to increase the saturation output power. This is because in the high carrier injection state, the carrier lifetime is reduced due to the Auger effect and the differential gain with respect to the injected carrier density is reduced, resulting in an increase in the saturation output.
【０００８】一方、単一量子井戸構造の量子井戸活性層
を用いたストライプ型半導体光増幅素子は、量子井戸活
性層の階段状状態密度を反映して、バルク活性層よりも
飽和出力を増大することができるが、光との結合が非常
に弱い。On the other hand, the stripe type semiconductor optical amplifier device using the quantum well active layer having the single quantum well structure has a higher saturation output than that of the bulk active layer, reflecting the stepwise state density of the quantum well active layer. It can, but it has very weak coupling with light.
【０００９】高注入状態を実現する方法としては、端面
反射率を低減する方法や、光閉じ込め係数を減じる方法
や、素子長を短くする方法などがある。特に、現在は、
高利得を得るために素子長は短くせず、その代わりに、
端面反射率の低減によってこれを実現している。As a method of realizing the high injection state, there are a method of reducing the end face reflectance, a method of reducing the light confinement coefficient, a method of shortening the element length, and the like. Especially now
Do not shorten the device length to obtain high gain, instead,
This is achieved by reducing the end face reflectance.
【００１０】なお、高注入状態で素子長を拡大すると、
特に、バルク活性層を用いた場合には、消費電力や発熱
量が増大する。また、シングルパスでの利得が大きくな
るので、共鳴効果が増長される。このため、端面反射率
（残留反射率）を十分に低減できないと、利得の周波数
特性にリップルが現れ使い勝手が悪くなる。このような
不都合は、歩留まりの低下、使用条件の制限につなが
る。If the element length is increased in the high injection state,
Particularly, when the bulk active layer is used, power consumption and heat generation amount increase. Further, since the gain in the single pass becomes large, the resonance effect is enhanced. For this reason, if the end face reflectance (residual reflectance) cannot be sufficiently reduced, ripples appear in the frequency characteristic of gain and usability deteriorates. Such inconvenience leads to a decrease in yield and a restriction on use conditions.
【００１１】次に、以上の従来のストライプ型光半導体
増素子を踏まえ、最近になって現れた新しい光増幅器で
ある面型半導体光増幅素子について、今後予想される問
題について説明する。Next, based on the above-mentioned conventional stripe type optical semiconductor amplifying element, a problem which is expected in the future will be explained about a surface type semiconductor optical amplifying element which is a new optical amplifier which has recently appeared.
【００１２】面型半導体光増幅素子では、活性層の厚さ
が数μｍオーダーに制限される。このような薄い活性層
で大きな利得を得るには、共振器構造を利用した共振器
型（ファブリペロ型、共鳴型）の面型半導体光増幅素子
が有効である。In the surface-type semiconductor optical amplifier device, the thickness of the active layer is limited to the order of several μm. To obtain a large gain with such a thin active layer, a resonator type (Fabry-Perot type, resonance type) surface-type semiconductor optical amplifier device utilizing a resonator structure is effective.
【００１３】この場合、共振器を形成する反射ミラーの
反射率を大きくする必要があるが、共振器のＱ値を大き
くすると、利得帯域が狭くなるという問題がある。利得
帯域内に共振波長を設定する必要があるので、利得帯域
は広いことが望ましい。利得帯域を広くするには、共振
器長を短くすれば良いが、この場合、活性層が薄くなっ
た分だけ利得が減少するという問題がある。In this case, it is necessary to increase the reflectance of the reflection mirror forming the resonator. However, if the Q value of the resonator is increased, the gain band becomes narrower. Since it is necessary to set the resonance wavelength within the gain band, it is desirable that the gain band is wide. In order to widen the gain band, it is sufficient to shorten the resonator length, but in this case, there is a problem that the gain decreases as the active layer becomes thinner.
【００１４】利得帯域を広くすることは、共振器型の面
型半導体光増幅素子のみならず、進行波型の面型半導体
光増幅素子にとっても、その利得帯域の拡大という意味
で非常に重要なことである。Widening the gain band is very important not only for the resonator-type surface-type semiconductor optical amplifier device but also for the traveling-wave-type surface-type semiconductor optical amplifier device in the sense of expanding the gain band. That is.
【００１５】また、面型半導体光増幅素子は、多次元集
積化して用いることが予想されるので、低電力で動作す
ること、つまり、低電力化が要求される。しかし、従来
の活性層材料（バルク活性層）では、高注入時に広い材
料利得帯域を確保することはできるが、低電力化に伴う
低電流注入時に広い材料利得帯域を確保することは困難
であるという問題がある。Further, since it is expected that the surface-type semiconductor optical amplifier element will be used by being multidimensionally integrated, it is required to operate at low power, that is, to reduce power consumption. However, with the conventional active layer material (bulk active layer), it is possible to secure a wide material gain band at the time of high injection, but it is difficult to secure a wide material gain band at the time of low current injection accompanying low power consumption. There is a problem.
【００１６】上述したように、面型半導体光増幅素子の
活性層の厚さは非常に薄い。このため、利得増大のため
に高注入状態で使用することも想定される。共振器型の
面型半導体光増幅素子でも、共振器型のストライプ型光
半導体増幅素子の場合と同様に、高注入状態では、共振
器内部の光強度が増大する。このため、バルク活性層を
用いた従来の共振器型のストライプ型光半導体増幅素子
は、飽和出力が大きく低下するという問題がある。As described above, the thickness of the active layer of the surface-type semiconductor optical amplifier device is very thin. Therefore, it is assumed that the device is used in a high injection state to increase the gain. Even in the resonator type surface semiconductor optical amplifier element, the light intensity inside the resonator increases in the high injection state, as in the case of the resonator type stripe optical semiconductor amplifier element. Therefore, the conventional resonator type stripe type optical semiconductor amplifying device using the bulk active layer has a problem that the saturation output is greatly reduced.
【００１７】飽和出力の低下は大きなＱ値を必要とする
共振器型の面型半導体光増幅素子にとって、その特性を
左右する重大な問題である。すなわち、温度特性が変化
したり、温度変化および注入レベルの変動に伴って利得
スペクトルが変化（利得ピークの大きさおよび波長の変
化）するという問題がある。The decrease in the saturation output is a serious problem that affects the characteristics of a resonator type surface-type semiconductor optical amplifier device that requires a large Q value. That is, there is a problem that the temperature characteristics change or the gain spectrum changes (changes in gain peak size and wavelength) with changes in temperature and changes in injection level.
【００１８】また、単一量子井戸構造の量子井戸活性層
を用いた場合には、飽和出力は比較的大きいが、利得部
の厚さが薄いため、十分大きな利得を得ることは難しく
なると思われる。したがって、特にパワーを必要とする
場合には飽和出力の増大（拡大）が重要である。When a quantum well active layer having a single quantum well structure is used, the saturation output is relatively large, but it is difficult to obtain a sufficiently large gain because the gain portion is thin. . Therefore, it is important to increase (expand) the saturation output especially when power is required.
【００１９】[0019]
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の面
型光半導体増幅素子は、利得の増大を図ろうとすると、
利得帯域が狭くなり、また、利得帯域の拡大を図ろうと
する、利得が減少するとう問題があった。さらに、利得
増大のために高注入状態で使用すると、飽和出力が大き
く低下するという問題があった。As described above, in the conventional surface-type optical semiconductor amplifier device, when it is attempted to increase the gain,
There is a problem that the gain band is narrowed and the gain is reduced in an attempt to expand the gain band. Furthermore, when used in a high injection state for increasing the gain, there is a problem that the saturation output is greatly reduced.
【００２０】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、高利得、広利得帯域お
よび大飽和出力を同時に実現可能な面型光半導体増幅素
子を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a surface-type optical semiconductor amplifier device capable of simultaneously achieving high gain, wide gain band and large saturation output. It is in.
【００２１】[0021]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る面型半導体光増幅素子は、活性層が
複数の量子井戸からなり、前記複数の量子井戸のうち少
なくとも１つの量子井戸は他の量子井戸と異なる量子エ
ネルギー準位を有するとともに、増幅動作波長に対応す
るエネルギーが前記複数の量子井戸の最低の量子エネル
ギー準位以上かつ前記複数の量子井戸の最高の量子エネ
ルギー準位以下に設定されていることを特徴とする。In order to achieve the above object, in a surface-type semiconductor optical amplifier device according to the present invention, an active layer comprises a plurality of quantum wells, and at least one of the plurality of quantum wells is used. The quantum well has a quantum energy level different from other quantum wells, and the energy corresponding to the amplification operation wavelength is equal to or higher than the lowest quantum energy level of the plurality of quantum wells and the highest quantum energy level of the plurality of quantum wells. It is characterized in that it is set below the rank.
【００２２】ここで、異なる量子準位エネルギーを持つ
量子井戸は、量子井戸層の組成や、量子バリア層の組成
を変えたり、量子井戸層の幅、量子井戸層の深さを変え
ることによって得られる。Quantum wells having different quantum level energies are obtained by changing the composition of the quantum well layer or the composition of the quantum barrier layer, or changing the width of the quantum well layer or the depth of the quantum well layer. To be
【００２３】[0023]
【作用】量子井戸はバルクと比べて利得係数が大きい
（特に低注入時）。また、増幅動作波長（入力光波長）
に対応するエネルギーを複数の量子井戸の最低の量子エ
ネルギー準位以上かつ複数の量子井戸の最高の量子エネ
ルギー準位以下に設定すれば、隣り合った利得スペクト
ルからの寄与により低注入状態でも利得はそれほど減少
しない。したがって、本発明に係る面型半導体光増幅素
子は、従来のバルク活性層を用いた面型半導体光増幅素
子よりも、高い利得が得られ、しかも、低電力化が容易
である。[Function] The quantum well has a larger gain coefficient than that of the bulk (especially at low injection). Also, the amplification operation wavelength (input light wavelength)
If the energy corresponding to is set above the lowest quantum energy level of multiple quantum wells and below the highest quantum energy level of multiple quantum wells, the gain from the adjacent gain spectra will contribute to the gain even in the low injection state. Does not decrease so much. Therefore, the surface-type semiconductor optical amplifier element according to the present invention can obtain a higher gain and can easily reduce the power consumption as compared with the conventional surface-type semiconductor optical amplifier element using the bulk active layer.
【００２４】異なる量子準位エネルギーを持つ量子井戸
はそれぞれ異なる利得ピーク波長を持つ。したがって、
本発明に係る面型半導体光増幅素子にように、活性層を
構成する複数の量子井戸のうち少なくとも１つの量子井
戸が他の量子井戸と異なる量子エネルギー準位を持って
いれば、活性層のトータルな利得帯域は、異なる量子エ
ネルギー準位の量子井戸の各利得帯域の重ね合わせとな
るので、広いものとなる。Quantum wells having different quantum level energies have different gain peak wavelengths. Therefore,
As in the surface-type semiconductor optical amplifier device according to the present invention, if at least one quantum well of the plurality of quantum wells forming the active layer has a quantum energy level different from that of other quantum wells, The total gain band is wide because it is a superposition of the gain bands of the quantum wells having different quantum energy levels.
【００２５】量子井戸は階段状の状態密度分布を有して
いるため、利得の周波数特性に平坦部ができ、注入電流
が増大しても、利得の低下が起き難い。したがって、本
発明に係る面型半導体光増幅素子は、バルク活性層を用
いた従来の面型半導体光増幅素子よりも、高注入状態に
おける飽和出力の増大（拡大）を容易に実現できるよう
になる。Since the quantum well has a stepwise state density distribution, a flat portion is formed in the frequency characteristic of the gain, and even if the injection current increases, the decrease in the gain hardly occurs. Therefore, the surface-type semiconductor optical amplifier device according to the present invention can easily realize an increase (enlargement) of the saturation output in the high injection state as compared with the conventional surface-type semiconductor optical amplifier device using the bulk active layer. .
【００２６】[0026]
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。 （第１の実施例）図１は、本発明の第１の実施例に係る
共振器型の面型半導体光増幅素子の構造を示す断面図で
ある。Embodiments will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a resonator type surface-type semiconductor optical amplifier device according to the first embodiment of the present invention.
【００２７】図中、１４はｎ型ＧａＡｓ基板を示してお
り、このｎ型ＧａＡｓ基板１４上にはｎ型ＧａＡｓバッ
ファ層１５を介してｎ型ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓＤＢＲ
共振器１６が設けられている。In the figure, 14 indicates an n-type GaAs substrate, and on this n-type GaAs substrate 14, an n-type AlGaAs / GaAs DBR is provided via an n-type GaAs buffer layer 15.
A resonator 16 is provided.
【００２８】このｎ型ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓＤＢＲ共
振器１６上にはｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１２、Ｉｎ
ＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸活性層１１、ｐ型ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層１３が順次設けられている。On the n-type AlGaAs / GaAs DBR resonator 16, an n-type AlGaAs cladding layer 12 and In are formed.
GaAs / GaAs quantum well active layer 11, p-type AlGa
The As clad layer 13 is sequentially provided.
【００２９】このＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸活性
層１１は複数のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸により
構成され、少なくとも１つのＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量
子井戸は他のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸と異なる
量子エネルギー準位を持っている。The InGaAs / GaAs quantum well active layer 11 is composed of a plurality of InGaAs / GaAs quantum wells, and at least one InGaAs / GaAs quantum well has a quantum energy level different from that of other InGaAs / GaAs quantum wells. .
【００３０】異なる量子準位エネルギーを持つＩｎＧａ
Ａｓ／ＧａＡｓ量子井戸は、ＧａＡｓ量子井戸層の組成
や、ＩｎＧａＡｓ量子バリア層の組成を変えたり、Ｇａ
Ａｓ量子井戸層の幅、ＧａＡｓ量子井戸層の深さを変え
ることによって得られる。InGa having different quantum level energies
For the As / GaAs quantum well, the composition of the GaAs quantum well layer and the composition of the InGaAs quantum barrier layer are changed, and
It is obtained by changing the width of the As quantum well layer and the depth of the GaAs quantum well layer.
【００３１】なお、各ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸
の量子エネルギー準位は１つでも良いし、複数でも良
い。また、増幅動作波長に対応するエネルギーは複数の
ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸の最低の量子エネルギ
ー準位以上かつ複数のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸
の最高の量子エネルギー準位以下に設定されている。The InGaAs / GaAs quantum well may have one quantum energy level or a plurality of quantum energy levels. The energy corresponding to the amplification operation wavelength is set to be equal to or higher than the lowest quantum energy level of the plurality of InGaAs / GaAs quantum wells and equal to or lower than the highest quantum energy level of the plurality of InGaAs / GaAs quantum wells.
【００３２】また、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸活
性層１１はｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１２、ｐ型Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層１３とともにダブルヘテロ構造を形
成している。The InGaAs / GaAs quantum well active layer 11 is composed of an n-type AlGaAs cladding layer 12 and a p-type Al.
A double hetero structure is formed together with the GaAs cladding layer 13.
【００３３】ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３上にはｐ
型ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓＤＢＲ共振器１７が設けられ
ており、このｐ型ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓＤＢＲ共振器
１７にはｐ側電極１８が設けられている。また、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１４にはｎ側電極１９が設けられている。On the p-type AlGaAs cladding layer 13, p
A type AlGaAs / GaAsDBR resonator 17 is provided, and a p-side electrode 18 is provided in the p-type AlGaAs / GaAsDBR resonator 17. In addition, n-type G
An n-side electrode 19 is provided on the aAs substrate 14.
【００３４】なお、本実施例の場合、発光素子である面
型半導体レーザと異なり、発振することを必要としな
い。このように構成された共振器型の面型半導体光増幅
素子によれば以下のような効果が得られる。In the case of this embodiment, unlike the surface type semiconductor laser which is a light emitting element, it is not necessary to oscillate. The resonator-type surface-type semiconductor optical amplifier device having the above structure has the following effects.
【００３５】量子井戸はバルクと比べて利得係数が大き
い（特に低注入時）。また、本実施例の場合、増幅動作
波長に対応するエネルギーは複数のＩｎＧａＡｓ／Ｇａ
Ａｓ量子井戸の最低の量子エネルギー準位以上かつ複数
のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸の最高の量子エネル
ギー準位以下に設定されているので、隣り合った利得ス
ペクトルからの寄与により低注入状態でも利得はそれほ
ど減少しない。The quantum well has a larger gain coefficient than the bulk (especially when the injection is low). Further, in the case of the present embodiment, the energy corresponding to the amplification operation wavelength is a plurality of InGaAs / Ga.
Since it is set above the lowest quantum energy level of the As quantum well and below the highest quantum energy level of a plurality of InGaAs / GaAs quantum wells, the gain is not so great even in the low injection state due to the contribution from the adjacent gain spectra. Does not decrease.
【００３６】したがって、本実施例の共振器型の面型半
導体光増幅素子は、バルク活性層を用いた従来の共振器
型の面型半導体光増幅素子よりも、高い利得が得られ
る。さらに、低電力化が容易に行なえるので、多次元集
積化が可能となる。Therefore, the resonator-type surface-type semiconductor optical amplifier element of this embodiment can obtain a higher gain than the conventional resonator-type surface-type semiconductor optical amplifier element using the bulk active layer. Furthermore, since power consumption can be easily reduced, multidimensional integration becomes possible.
【００３７】また、異なる量子準位エネルギーを持つ量
子井戸はそれぞれ異なる利得ピーク波長を持つ。したが
って、本実施例の共振器型の面型半導体光増幅素子のよ
うに、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸活性層１１を構
成する複数の量子井戸のうち少なくとも１つの量子井戸
が他の量子井戸と異なる量子エネルギー準位を持ってい
れば、例えば、量子井戸が３つの場合であれば、図４に
示すように、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸活性層１
１のトータルな利得帯域１は、３つの量子井戸の利得帯
域２の重ね合わせとなるので、広いものとなる。Quantum wells having different quantum level energies have different gain peak wavelengths. Therefore, like the resonator-type surface-type semiconductor optical amplifier device of the present embodiment, at least one quantum well of the plurality of quantum wells forming the InGaAs / GaAs quantum well active layer 11 is different from other quantum wells. If it has an energy level, for example, if there are three quantum wells, as shown in FIG. 4, the InGaAs / GaAs quantum well active layer 1
The total gain band 1 of 1 is wide because it is the superposition of the gain bands 2 of the three quantum wells.
【００３８】また、量子井戸は階段状の状態密度分布を
有しており、このため、利得の周波数特性に平坦部がで
き、注入電流が増大しても、利得の低下が起き難い。し
たがって、本実施例の共振器型の面型半導体光増幅素子
は、従来のバルク活性層を用いた面型半導体光増幅素子
よりも、高注入状態における飽和出力の増大（拡大）を
容易に実現できるようになる。 （第２の実施例）図２は、本発明の第２の実施例に係る
共振器型の面型半導体光増幅素子の構造を示す断面図で
ある。Further, the quantum well has a stepwise state density distribution, so that a flat portion is formed in the frequency characteristic of gain, and it is difficult for the gain to decrease even if the injection current increases. Therefore, the resonator type surface-type semiconductor optical amplifier device of the present embodiment can easily realize an increase (enlargement) of the saturation output in the high injection state as compared with the conventional surface-type semiconductor optical amplifier device using the bulk active layer. become able to. (Second Embodiment) FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a resonator type planar semiconductor optical amplifier device according to a second embodiment of the present invention.
【００３９】なお、以下の図において、図１の共振器型
の面型半導体光増幅素子と対応する部分には図１と同一
符号を付してあり、詳細な説明は省略する。本実施例の
共振器型の面型半導体光増幅素子が第１の実施例のそれ
と異なる点は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓＤＢＲ共振
器１７の代わりに、誘電体多層膜ミラー２２を用いたこ
とにある。In the following figures, parts corresponding to those of the resonator type surface-type semiconductor optical amplifier element of FIG. 1 are designated by the same reference numerals as those in FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted. The resonator type surface-type semiconductor optical amplifier device of the present embodiment is different from that of the first embodiment in that a dielectric multilayer film mirror 22 is used in place of the p-type AlGaAs / GaAs DBR resonator 17. .
【００４０】すなわち、本実施例の共振器型の面型半導
体光増幅素子は、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３上
に、ＧａＡｓコンタクト層２１を介して誘電体多層膜ミ
ラー２２が設けられた構成になっている。That is, the resonator type surface-type semiconductor optical amplifier device of this embodiment has a structure in which the dielectric multilayer mirror 22 is provided on the p-type AlGaAs cladding layer 13 via the GaAs contact layer 21. ing.
【００４１】このように構成された共振器型の面型半導
体光増幅素子でも、第１の実施例と同様な効果が得られ
るのはもちろんのこと、以下のような効果が得られる。
すなわち、誘電体多層膜ミラーはＤＢＲ共振器よりも反
射率の高い波長帯域が広いので、誘電体多層膜ミラーは
ＤＢＲ共振器よりも設計や作成が容易であり、これによ
り、プロセスマージンが拡大するという効果が得られ
る。 （第３の実施例）図３は、本発明の第３の実施例に係る
進行波器型の面型半導体光増幅素子の構造を示す断面図
である。The resonator-type surface-type semiconductor optical amplifier device having the above-described structure not only provides the same effects as those of the first embodiment, but also provides the following effects.
That is, since the dielectric multilayer mirror has a wider wavelength band having a higher reflectance than the DBR resonator, the dielectric multilayer mirror is easier to design and manufacture than the DBR resonator, and thus the process margin is expanded. The effect is obtained. (Third Embodiment) FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a traveling wave device type surface-type semiconductor optical amplifier device according to a third embodiment of the present invention.
【００４２】本実施例の進行波器型の面型半導体光増幅
素子が第１の実施例の共振器型の面型半導体光増幅素子
と異なる点は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓＤＢＲ共振
器１６、ｐ型ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓＤＢＲ共振器１７
の代わりに、それぞれ、下部誘電体多層膜ＡＲコート３
２、上部誘電体多層膜ＡＲコート３３を用いたことにあ
る。The difference between the traveling wave type surface-type semiconductor optical amplifier element of the present embodiment and the resonator-type surface-type semiconductor optical amplifier element of the first embodiment is that the n-type AlGaAs / GaAs DBR resonators 16, p are provided. Type AlGaAs / GaAs DBR resonator 17
Instead of the lower dielectric multilayer film AR coat 3
2. The upper dielectric multilayer AR coat 33 is used.
【００４３】すなわち、本実施例の進行波器型の半導体
光増幅素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１４にｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層１５に達する開口部が形成され、この開口部に
より露出したｎ型ＧａＡｓバッファ層１５の表面には下
部誘電体多層膜ＡＲコート３２が設けられ、一方、ｐ型
ＡｌＧａＡｓクラッド層１３上にはＧａＡｓコンタクト
層３１を介して上部誘電体多層膜ＡＲコート３３が設け
られた構成になっている。That is, in the traveling wave type semiconductor optical amplifier device of this embodiment, an opening reaching the n-type GaAs buffer layer 15 is formed in the n-type GaAs substrate 14, and the n-type GaAs buffer exposed by this opening. A lower dielectric multilayer AR coat 32 is provided on the surface of the layer 15, while an upper dielectric multilayer AR coat 33 is provided on the p-type AlGaAs cladding layer 13 via a GaAs contact layer 31. Has become.
【００４４】このように構成された進行波器型の面型半
導体光増幅素子でも、第１の実施例と同様な効果が得ら
れるのはもちろんのこと、以下のような効果が得られ
る。すなわち、本実施例の面型半導体光増幅素子は進行
波器型であるので、面倒な共振器の設計が不要になる。
したがって、共振器に係る問題（例えば、共振器の構造
不良や組成不良）に起因する信頼性および歩留まりの低
下は原理的に起こらない。The traveling-wave device type surface-type semiconductor optical amplifier device having the above-mentioned structure can obtain the same effects as those of the first embodiment, and can also obtain the following effects. That is, since the surface-type semiconductor optical amplifier device of this embodiment is a traveling wave device type, a troublesome resonator design is not necessary.
Therefore, in principle, a decrease in reliability and yield due to a problem related to the resonator (for example, a structure defect or a composition defect of the resonator) does not occur.
【００４５】また、素子全体の信号利得帯域は共振器帯
域と材料利得帯域との積で決まるが、本実施例の場合、
共振器がないので共振器帯域に起因する帯域狭化がな
く、容易に広い利得帯域が得られる。The signal gain band of the entire device is determined by the product of the resonator band and the material gain band. In the case of this embodiment,
Since there is no resonator, there is no band narrowing due to the resonator band, and a wide gain band can be easily obtained.
【００４６】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、上記実施例では、素子を構成
する材料としてＡｌＧａＡｓ系の半導体を用いた場合に
ついて説明したが、他の材料、例えば、 III-V族半導
体、 II-VI族半導体またはこれらの組み合わせを用いて
も良い。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-mentioned embodiment, the case where the AlGaAs semiconductor is used as the material for forming the element has been described. However, other materials such as III-V group semiconductor, II-VI group semiconductor, or a combination thereof are used. Is also good.
【００４７】また、第２の実施例では、上側に誘電体多
層膜ミラーを設けたが、その代わりに、下側に誘電体多
層膜ミラーを設けても良い。この場合、誘電体多層膜ミ
ラーは、図３の面型半導体光増幅素子のように、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１４に開口部を設け、この開口部により露出
したｎ型ＧａＡｓバッファ層１５の表面に設けられる。
さらにまた、上側および下側の両側に誘電体多層膜ミラ
ーを設けても良い。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施できる。Further, in the second embodiment, the dielectric multilayer mirror is provided on the upper side, but instead, the dielectric multilayer mirror may be provided on the lower side. In this case, the dielectric multi-layer film mirror has an n-type G-like structure as in the surface-type semiconductor optical amplifier device of FIG.
An opening is provided in the aAs substrate 14 and is provided on the surface of the n-type GaAs buffer layer 15 exposed by the opening.
Furthermore, dielectric multilayer mirrors may be provided on both the upper and lower sides. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
【００４８】[0048]
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、活
性層に複数の量子井戸を用い、これら量子井戸のうち少
なくとも１つの量子井戸は他の量子井戸と異なる量子エ
ネルギー準位とし、さらに、増幅動作波長に対応するエ
ネルギーを複数の量子井戸の最低の量子エネルギー準位
以上かつ最高の量子エネルギー準位以下に設定すること
により、高利得、広利得帯域および大飽和出力を満たす
面型半導体光増幅素子を実現できるようになる。As described above in detail, according to the present invention, a plurality of quantum wells are used in the active layer, and at least one of these quantum wells has a quantum energy level different from that of other quantum wells. Furthermore, by setting the energy corresponding to the amplification operation wavelength to be higher than the lowest quantum energy level and lower than the highest quantum energy level of a plurality of quantum wells, a surface type that satisfies high gain, wide gain band and large saturation output can be obtained. A semiconductor optical amplifier device can be realized.
【図１】本発明の第１の実施例に係る共振器型の面型半
導体光増幅素子の構造を示す断面FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a resonator type surface-type semiconductor optical amplifier device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施例に係る共振器型の面型半
導体光増幅素子の構造を示す断面図FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a resonator type surface-type semiconductor optical amplifier device according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第３の実施例に係る進行波器型の半導
体光増幅素子の構造を示す断面図FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a traveling wave device type semiconductor optical amplifier device according to a third embodiment of the present invention.
【図４】本発明の効果を説明するための波長と利得との
関係を示す特性図FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between wavelength and gain for explaining the effect of the present invention.
１…全ての量子井戸を組み合わせた利得帯域 ２…個々の量子井戸の利得帯域 １１…ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸活性層 １２…ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層 １３…ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層 １４…ｎ型ＧａＡｓ基板 １５…ｎ型ＧａＡｓバッファ層 １６…ｎ型ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓＤＢＲ共振器 １７…ｐ型ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓＤＢＲ共振器 １８…ｐ側電極 １９…ｎ側電極 ２２…誘電体多層膜ミラー ３１…ＧａＡｓコンタクト層 ３２…下部誘電体多層膜ＡＲコート ３３…上部誘電体多層膜ＡＲコート 1 ... Gain band combining all quantum wells 2 ... Gain band of individual quantum wells 11 ... InGaAs / GaAs quantum well active layer 12 ... n-type AlGaAs cladding layer 13 ... p-type AlGaAs cladding layer 14 ... n-type GaAs substrate 15 ... n-type GaAs buffer layer 16 ... n-type AlGaAs / GaAs DBR resonator 17 ... p-type AlGaAs / GaAs DBR resonator 18 ... p-side electrode 19 ... n-side electrode 22 ... dielectric multilayer mirror 31 ... GaAs contact layer 32 ... lower dielectric Multilayer AR coating 33 ... Upper dielectric multilayer AR coating
Claims (1)
体光増幅素子であって、前記複数の量子井戸のうち少な
くとも１つの量子井戸は他の量子井戸と異なる量子エネ
ルギー準位を有するとともに、増幅動作波長に対応する
エネルギーが前記複数の量子井戸の最低の量子エネルギ
ー準位以上かつ前記複数の量子井戸の最高の量子エネル
ギー準位以下に設定されていることを特徴とする面型半
導体光増幅素子。1. A planar semiconductor optical amplifier device having an active layer comprising a plurality of quantum wells, wherein at least one quantum well of the plurality of quantum wells has a quantum energy level different from other quantum wells. An area corresponding to an amplification operation wavelength is set to be equal to or higher than the lowest quantum energy level of the plurality of quantum wells and equal to or lower than the highest quantum energy level of the plurality of quantum wells. Amplifying element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7040017A JPH08236868A (en) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | Planar type semiconductor light amplifier element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7040017A JPH08236868A (en) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | Planar type semiconductor light amplifier element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08236868A true JPH08236868A (en) | 1996-09-13 |
Family
ID=12569146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7040017A Pending JPH08236868A (en) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | Planar type semiconductor light amplifier element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08236868A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8374205B2 (en) | 2010-11-02 | 2013-02-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Vertical cavity surface emitting laser and image forming apparatus |
| JP2018511799A (en) * | 2015-03-13 | 2018-04-26 | コンチネンタル アドヴァンスド ライダー ソリューションズ ユーエス エルエルシーＣｏｎｔｉｎｅｎｔａｌ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｌｉｄａｒ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ＵＳ， ＬＬＣ | Beam steering LADAR sensor |
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1995
- 1995-02-28 JP JP7040017A patent/JPH08236868A/en active Pending
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