(57)【要約】【課題】光結合部と光増幅部の接続部における導電領域の幅が光結合部から光増幅部に向けて連続的に狭くなる部分を有さない場合と比較して、光結合効率がより高い半導体光増幅器を提供すること。【解決手段】基板上に形成されるとともに光を透過する導電領域と、導電領域の周囲に形成され光を透過しない非導電領域と、を含み、導電領域は、外部の光源部からの光が結合される光結合部を含む第１の領域、および第１の領域より狭い幅で接続部を介して第１の領域に接続されるとともに、光結合部に結合された光を基板の基板面に沿い予め定められた伝播方向に伝播し増幅するとともに、増幅された光を基板面と交差する方向に出射する光増幅部を含む第２の領域を備え、基板面に垂直な方向から見た場合の接続部における導電領域の幅が第１の領域から第２の領域に向けて連続的に狭くなる部分を有する。【選択図】図１
2020027899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されるとともに光を透過する導電領域と、
前記導電領域の周囲に形成され光を透過しない非導電領域と、を含み、
前記導電領域は、外部の光源部からの光が結合される光結合部を含む第１の領域、および前記第１の領域より狭い幅で接続部を介して前記第１の領域に接続されるとともに、前記光結合部に結合された光を前記基板の基板面に沿い予め定められた伝播方向に伝播し増幅するとともに、増幅された光を前記基板面と交差する方向に出射する光増幅部を含む第２の領域を備え、
前記基板面に垂直な方向から見た場合の前記接続部における前記導電領域の幅が前記第１の領域から前記第２の領域に向けて連続的に狭くなる部分を有する
半導体光増幅器。
【請求項２】
前記接続部における前記導電領域は曲線部を有し、当該曲線部の曲率半径が２０μｍ以上、５５μｍ以下である
請求項１に記載の半導体光増幅器。
【請求項３】
前記非導電領域の外形に沿ったメサ構造体をさらに含み、
前記接続部における前記導電領域の形状は前記メサ構造体の外形に沿った形状となっている
請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器。
【請求項４】
前記接続部における前記導電領域の曲率半径が前記接続部における前記メサ構造体の外形の曲率半径より大きい
請求項３に記載の半導体光増幅器。
【請求項５】
前記非導電領域は前記メサ構造体を予め定められた酸化長で酸化して形成された領域であり、
前記接続部における前記導電領域の曲率半径が、前記接続部における前記メサ構造体の外形の曲率半径に前記酸化長を加算したものとなっている
請求項３または請求項４に記載の半導体光増幅器。
【請求項６】
前記接続部における前記導電領域の幅が直線部と曲線部を含むテーパ状に変化する部分を有する
請求項３に記載の半導体光増幅器。
【請求項７】
前記接続部における前記メサ構造体の外形が鈍角をなしている
請求項６に記載の半導体光増幅器。
【請求項８】
前記接続部における前記メサ構造体の外形がステップ状に変化している
請求項３に記載の半導体光増幅器。
【請求項９】
前記非導電領域は前記メサ構造体を予め定められた酸化長で酸化して形成された領域であり、
前記接続部における前記導電領域の曲率半径が前記酸化長である
請求項８に記載の半導体光増幅器。
【請求項１０】
前記非導電領域が不純物の注入によって形成されている
請求項１に記載の半導体光増幅器。
【請求項１１】
前記非導電領域を内包するメサ構造体をさらに含み、
前記メサ構造体の外形が前記第１の領域から前記第２の領域にかけて一定の幅を有する  請求項１０に記載の半導体光増幅器。
【請求項１２】
前記光源部からの光のスポットが、前記第２の領域の前記伝播方向の中心軸上であって前記導電領域の幅が連続的に狭くなる部分に近接する位置に配置される
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
【請求項１３】
前記近接する位置が、前記スポットの少なくとも一部が前記導電領域の幅が連続的に狭くなる部分に挟まれる位置である
請求項１２に記載の半導体光増幅器。
【請求項１４】
前記第２の領域が単一モードの光導波路として構成され、
前記光源部からの光が単一モードの光であり、
前記第２の領域の幅が前記スポットの直径より小さい
請求項１２または請求項１３に記載の半導体光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光増幅器、特に分布ブラッグ反射鏡による導波路を用いた半導体光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、分布ブラッグ反射鏡導波路を用いた半導体光増幅器に関連して、基板上に形成された発光部と、発光部から基板の基板面に沿って延伸され、発光部より延伸方向の長さが長く、発光部から延伸方向に伝播する光を増幅するとともに延伸方向に沿って形成された光出射部から増幅された光を出射する光増幅部と、を有する半導体積層構造体を複数備え、複数の半導体積層構造体は、それぞれの光増幅部の延伸方向がお互いに略平行となるように配置された発光素子アレイが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−０３２７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、導電領域と導電領域の周囲に形成された非導電領域とを有する光結合部および光増幅部を備える構成において、光結合部と光増幅部の接続部における導電領域の幅が光結合部から光増幅部に向けて連続的に狭くなる部分を有さない場合と比較して、光結合効率がより高い半導体光増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために第１の態様の半導体光増幅器は、基板上に形成されるとともに光を透過する導電領域と、前記導電領域の周囲に形成され光を透過しない非導電領域と、を含み、前記導電領域は、外部の光源部からの光が結合される光結合部を含む第１の領域、および前記第１の領域より狭い幅で接続部を介して前記第１の領域に接続されるとともに、前記光結合部に結合された光を前記基板の基板面に沿い予め定められた伝播方向に伝播し増幅するとともに、増幅された光を前記基板面と交差する方向に出射する光増幅部を含む第２の領域を備え、前記基板面に垂直な方向から見た場合の前記接続部における前記導電領域の幅が前記第１の領域から前記第２の領域に向けて連続的に狭くなる部分を有するものである。
【０００６】
第２の態様の半導体光増幅器は第１の態様の半導体光増幅器において、前記接続部における前記導電領域は曲線部を有し、当該曲線部の曲率半径が２０μｍ以上、５５μｍ以下であるものである。
【０００７】
第３の態様の半導体光増幅器は第１の態様または第２の態様の半導体光増幅器において、前記非導電領域の外形に沿ったメサ構造体をさらに含み、前記接続部における前記導電領域の形状は前記メサ構造体の外形に沿った形状となっているものである。
【０００８】
第４の態様の半導体光増幅器は第３の態様の半導体光増幅器において、前記接続部における前記導電領域の曲率半径が前記接続部における前記メサ構造体の外形の曲率半径より大きいものである。
【０００９】
第５の態様の半導体光増幅器は第３の態様または第４の態様の半導体光増幅器において、前記非導電領域は前記メサ構造体を予め定められた酸化長で酸化して形成された領域であり、前記接続部における前記導電領域の曲率半径が、前記接続部における前記メサ構造体の外形の曲率半径に前記酸化長を加算したものとなっているものである。
【００１０】
第６の態様の半導体光増幅器は第３の態様の半導体光増幅器において、前記接続部における前記導電領域の幅が直線部と曲線部を含むテーパ状に変化する部分を有するものである。
【００１１】
第７の態様の半導体光増幅器は第６の態様の半導体光増幅器において、前記接続部における前記メサ構造体の外形が鈍角をなしているものである。
【００１２】
第８の態様の半導体光増幅器は第３の態様の半導体光増幅器において、前記接続部における前記メサ構造体の外形がステップ状に変化しているものである。
【００１３】
第９の態様の半導体光増幅器は第８の態様の半導体光増幅器において、前記非導電領域は前記メサ構造体を予め定められた酸化長で酸化して形成された領域であり、前記接続部における前記導電領域の曲率半径が前記酸化長であるものである。
【００１４】
第１０の態様の半導体光増幅器は第１の態様の半導体光増幅器において、前記非導電領域が不純物の注入によって形成されているものである。
【００１５】
第１１の態様の半導体光増幅器は第１０の態様の半導体光増幅器において、前記非導電領域を内包するメサ構造体をさらに含み、前記メサ構造体の外形が前記第１の領域から前記第２の領域にかけて一定の幅を有するものである。
【００１６】
第１２の態様の半導体光増幅器は第１の態様から第１１の態様のいずれかの態様の半導体光増幅器において、前記光源部からの光のスポットが、前記第２の領域の前記伝播方向の中心軸上であって前記導電領域の幅が連続的に狭くなる部分に近接する位置に配置されるものである。
【００１７】
第１３の態様の半導体光増幅器は第１２の態様の半導体光増幅器において、前記近接する位置が、前記スポットの少なくとも一部が前記導電領域の幅が連続的に狭くなる部分に挟まれる位置であるものである。
【００１８】
第１４の態様の半導体光増幅器は第１２または第１３の態様の半導体光増幅器において、前記第２の領域が単一モードの光導波路として構成され、前記光源部からの光が単一モードの光であり、前記第２の領域の幅が前記スポットの直径より小さいものである。
【発明の効果】
【００１９】
第１の態様の半導体光増幅器によれば、導電領域と導電領域の周囲に形成された非導電領域とを有する光結合部および光増幅部を備える構成において、光結合部と光増幅部の接続部における導電領域の幅が光結合部から光増幅部に向けて連続的に狭くなる部分を有さない場合と比較して、光結合効率がより高い半導体光増幅器が提供される、という効果を奏する。
【００２０】
第２の態様の半導体光増幅器によれば、曲線部における導電領域の曲率半径が２０μｍ未満、または５５μｍを越える場合と比較して、光結合部と外部光源との光結合効率がより向上する、という効果を奏する。
【００２１】
第３の態様の半導体光増幅器によれば、接続部における導電領域の形状がメサ構造体の外形と無関係な場合と比較して、導電領域にアール部が容易に形成される、という効果を奏する。
【００２２】
第４の態様の半導体光増幅器によれば、接続部における導電領域の曲率半径が接続部におけるメサ構造体の外形の曲率半径以下の場合と比較して、メサ構造体の外形に沿って導電領域にアール部が形成される、という効果を奏する。
【００２３】
第５の態様の半導体光増幅器によれば、非導電領域を不純物の注入によって形成する場合と比較して、導電領域および非導電領域が酸化狭窄層の形成と同時に形成される、という効果を奏する。
【００２４】
第６の態様および第７の態様の半導体光増幅器によれば、接続部における導電領域の幅が連続的に狭くなる部分を有する場合と比較して、導電領域を形成しやすい、という効果を奏する。
【００２５】
第８の態様および第９の態様の半導体光増幅器によれば、接続部におけるメサ構造体の外形がアール部を含む場合と比較してメサ構造体を形成しやすい、という効果を奏する。
【００２６】
第１０の態様の半導体光増幅器によれば、非導電領域を酸化して形成する場合と比較して非導電領域がより簡易に形成される、という効果を奏する。
【００２７】
第１１の態様の半導体光増幅器によれば、メサ構造体の外形が第１の領域から前記第２の領域にかけて変化する幅を有する場合と比較して、メサ構造体がより簡易に形成される、という効果を奏する。
【００２８】
第１２の態様の半導体光増幅器によれば、光源部からの光のスポットが、導電領域の幅が連続的に狭くなる部分から遠い位置に配置される場合と比較して、光結合部と外部光源との光結合効率がより向上する、という効果を奏する。
【００２９】
第１３の態様の半導体光増幅器によれば、光源部からの光のスポットを導電領域の幅が連続的に狭くなる部分に挟まれる位置から離間させて配置する場合と比較して、光結合部と外部光源との光結合効率がさらに向上する、という効果を奏する。
【００３０】
第１４の態様の半導体光増幅器によれば、第２の領域をマルチモードの光導波路として構成する場合と比較して、基板面と交差する方向に出射する出射光が効率よく生成される、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の実施の形態に係る半導体光増幅器の構成の一例を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る半導体光増幅器の、（ａ）は光結合部の構成の一例を示す平面図、（ｂ）はメサポストの曲率半径と光結合効率との関係を示すグラフである。
【図３】第１の実施の形態に係る半導体光増幅器の変形例における光結合部の構成の一例を示す平面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る半導体光増幅器の光結合部の構成の一例を示す平面図である。
【図５】比較例に係る半導体光増幅器の光結合部の構成の一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【００３３】
［第１の実施の形態］
図１および図２を参照して本実施の形態に係る半導体光増幅器１０について説明する。
図１（ａ）は半導体光増幅器１０の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿った断面図である。図１に示すように、半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＳＯＡ）１０は、光増幅部５０、および光結合部５２を備えている。光増幅部５０、および光結合部５２は一体として形成されており、光増幅部５０、および光結合部５２が一体として形成された半導体積層構造によりメサポスト１２が構成されている。
【００３４】
光増幅部５０は、光結合部５２に結合された光（種光）を増幅し、出射する機能を有する。本実施の形態に係る光増幅部５０は、一例としてＧａＡｓ系の分布ブラッグ反射鏡導波路（以下、「ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）導波路」）を用いた面出射型の光増幅部とされている。すなわち、光増幅部５０は、図１（ｂ）に示すように、基板３０の裏面に形成されたＮ電極４０、基板３０上に形成された下部ＤＢＲ３２、活性領域３４、上部ＤＢＲ３６、非導電領域６０、導電領域５８、およびＰ電極１８を含んで構成されている。
【００３５】
本実施の形態では、基板３０をｎ型のＧａＡｓ基板とし、Ｎ電極４０は基板３０の裏面に設けられている。一方、本実施の形態に係る下部ＤＢＲ３２はｎ型であり、上部ＤＢＲ３６はｐ型である。半導体光増幅器１０を駆動する際には、駆動用電源の正極をＰ電極１８に印加し、負極をＮ電極４０に印加し、Ｐ電極１８からＮ電極４０に駆動電流を流す。
しかしながら、基板３０、下部ＤＢＲ３２、上部ＤＢＲ３６の極性はこれに限られず、これらの極性を逆に、すなわち、基板３０をｐ型のＧａＡｓ基板とし、下部ＤＢＲ３２をｐ型、上部ＤＢＲ３６をｎ型としもよい。
【００３６】
下部ＤＢＲ３２は、以下で説明する上部ＤＢＲ３６と対になって、半導体光増幅器１０における発光に寄与する共振器を構成している。下部ＤＢＲ３２は、半導体光増幅器１０の発振波長をλ、媒質（半導体層）の屈折率をｎとした場合に、膜厚がそれぞれ０．２５λ／ｎとされかつ屈折率の互いに異なる２つの半導体層を交互に繰り返し積層して構成される多層膜反射鏡である。具体的な一例として、下部ＤＢＲ３２は、Ａｌ０．９０Ｇａ０．１Ａｓによるｎ型の低屈折率層と、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓによるｎ型の高屈折率層と、を交互に繰り返し積層することにより構成されている。
【００３７】
本実施の形態に係る活性領域３４は、例えば、下部スペーサ層、量子井戸活性領域、及び上部スペーサ層を含んで構成されてもよい（図示省略）。本実施の形態に係る量子井戸活性領域は、例えば、４層のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる障壁層と、その間に設けられた３層のＧａＡｓからなる量子井戸層と、で構成されてもよい。なお、下部スペーサ層、上部スペーサ層は、各々量子井戸活性領域と下部ＤＢＲ３２との間、量子井戸活性領域と上部ＤＢＲ３６との間に配置されることにより、共振器の長さを調整する機能とともに、キャリアを閉じ込めるためのクラッド層としての機能も有している。
【００３８】
活性領域３４上に設けられた非導電領域６０および導電領域５８はＰ型の酸化狭窄層、つまり電流狭窄層である。すなわち、非導電領域６０が酸化領域、導電領域５８が非酸化領域に対応している。本実施の形態では、上部ＤＢＲ３６を構成する多層膜のうちの１層を酸化させて非導電領域６０（酸化領域）が形成され、該１層の非導電領域６０以外の領域が酸化されていない導電領域５８（非酸化領域）となっている。非導電領域６０は、半導体光増幅器１０の製造工程において、少なくとも上部ＤＢＲの下部までメサ状に形成された半導体光増幅器を周囲から酸化処理を行うことにより形成される。導電領域５８と非導電領域６０との界面は酸化フロント５６を形成している。Ｐ電極１８からＮ電極４０に向かって流れる電流は、導電領域５８によって絞られる。なお、本実施の形態では非導電領域６０（酸化領域）を上部ＤＢＲ３６の１層に形成する形態を例示して説明するが、これに限られず上部ＤＢＲ３６の複数層に形成する形態としてもよいし、下部ＤＢＲ３２に形成する形態としてもよい。
【００３９】
上部ＤＢＲ３６は、膜厚がそれぞれ０．２５λ／ｎとされかつ屈折率の互いに異なる２つの半導体層を交互に繰り返し積層して構成される多層膜反射鏡である。具体的な一例として、上部ＤＢＲ３６は、Ａｌ０．９０Ｇａ０．１Ａｓによるｐ型の低屈折率層と、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓによるｐ型の高屈折率層と、を交互に繰り返し積層することにより構成されている。上部ＤＢＲ３６上には、光の出射面を保護する出射面保護層（図示省略）が設けられる場合もある。
【００４０】
本実施の形態に係る光結合部５２は、半導体光増幅器１０への入力光（種光）を生成する光源を結合する部位である。本実施の形態では、図示を省略する外部光源から光ファイバを介して入力光を伝播させ、該光ファイバの出力端を半導体光増幅器１０の光源部として機能する光結合部５２に結合させて入力光をＤＢＲ導波路に導入している。外部光源としては例えば面型発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ））を用いる。
【００４１】
光結合部５２も光増幅部５０と同様、非導電領域６０および導電領域５８を備えている。図１（ａ）に示すように、光結合部５２の導電領域５８は光増幅部５０の導電領域５８の幅を広げて（拡幅して）形成されており、光結合部５２の非導電領域６０も導電領域５８の拡幅に合わせて幅を広げられている。すなわち、光増幅部５０の導電領域５８と光結合部５２の導電領域５８、光増幅部５０の非導電領域６０と光結合部５２の非導電領域６０とは一体として形成されている。以下光結合部５２の導電領域を「第１の領域６８」、光増幅部５０の導電領域を「第２の領域７０」という場合がある。第１の領域６８と第２の領域７０との間には「接続領域６９」が形成されている。接続領域６９の詳細については後述する。
【００４２】
ところで、ＤＢＲ導波路を用いた半導体光増幅器は、上記のように半導体基板上に設けられた一対のＤＢＲと、一対のＤＢＲの間にある活性領域および共振器スペーサ層から構成されている。ＤＢＲに挟まれた領域は光導波路として機能し、このＤＢＲ導波路内へ入力された光は垂直方向に多重反射しながらスローライト伝播する。このとき、ＤＢＲの両側に設けられたＰ電極１８、Ｎ電極４０により活性領域３４へ電流を注入すると、入力光が増幅され、基板面に対して交差する方向であってかつ伝播光のＤＢＲ導波路の伝播方向前方に傾いた方向（斜め前方方向）へ増幅ビームが出力される。この斜め前方方向への出力光は順方向出力Ｌｆと呼ばれる場合がある。
【００４３】
つまり、Ｐ電極１８、Ｎ電極４０が設けられた半導体光増幅器１０の領域（Ｐ電極１８とＮ電極４０とで挟まれた領域）は光導波路と光増幅部としての機能を併せ持ち、増幅された光は基板３０の面に対して交差する方向に出射する。すなわちＤＢＲ導波路を用いた半導体光増幅器は面出射型の半導体光増幅器を構成している。一方、この増幅部への光入力は、エッチングによりＤＢＲの一部を除去することにより反射率が低減された光入射部（光結合部５２）を作成し、外部光を斜め入射させて結合し、光増幅部へ染み出した光を伝播させることで構成される。
【００４４】
この場合、外部光源からの光を導入する際の光の結合効率が問題となることが想定される。従来この光結合効率を上げることが検討され、光結合部における光結合効率は外部光源の光波長、外部光源を斜めに入射させる場合の入射角度、ＤＢＲのペア数等のパラメータに依存することが知られている。しかしながらこれらのパラメータは光結合効率以外の特性でほぼ決まってしまい、光結合効率を上げるためにだけ操作することができない。従って、光結合部における光結合効率の向上のための新たな手段が求められていた。本実施の形態に係る半導体光増幅器１０に係る光結合部５２は、このような課題に対応した構成となっている。
【００４５】
次に、図２を参照して、本実施の形態に係る光結合部５２についてより詳細に説明する。図２（ａ）に示すように光結合部５２は第１の領域６８、および第１の領域６８と第２の領域７０との間に配置された接続領域６９を備えている。第１の領域６８、接続領域６９、および第２の領域７０は各々導電領域５８の一部を構成している。
【００４６】
本実施の形態に係る接続領域６９では、図２（ａ）に示すように、第１の領域６８から第２の領域７０にかけてアール（曲線）部を有するように導電領域５８の幅が第１の領域６８から第２の領域７０に向けて連続的に狭くなる（連続的に変化する）部分を有している。そして、メサポスト１２の外形も接続領域６９のアール部に即したアール部を有している。これは、上述したように本実施の形態に係る導電領域５８が、メサポスト１２を水蒸気酸化して非導電領域６０を形成した結果形成されるものであることに起因している。
ここで、メサポスト１２の接続領域６９に対応する位置におけるアール部が点Ｃを中心とする曲率半径Ｒ１で形成されており、酸化長（メサポスト１２における酸化の深さ）をＬ１とすると、点Ｃを中心とする導電領域５８の曲率半径（すなわち、酸化フロント５６の曲率半径）は、（Ｒ１＋Ｌ１）となる。
【００４７】
ここで、光結合部５２における外部光源（図示省略）からの光の結合について考える。
上述したように、本実施の形態では外部光源からの光が一例として光ファイバ（図示省略）を介して光結合部５２に導入される。図２（ａ）に示すスポットＳＰは光ファイバからの外部光のスポットの位置を示している。図２（ａ）に示すように、本実施の形態ではスポットＳＰは接続領域６９の近くに照射されている。スポットＳＰの位置は、より具体的には、スポットＳＰの少なくとも一部が導電領域５８の幅が連続的に狭くなる部分に挟まれる位置としてもよい。またスポットＳＰの光軸は、図１（ｂ）に示すようにＤＢＲ導波路を斜めに進行するように傾斜されている。なお、図２（ａ）に示すスポットＳＰの位置は一例であって、これに限られず第１の領域６８のいずれの位置に照射してもよい。
【００４８】
本実施の形態では、光増幅部５０を伝播する伝播光が単一（シングル）モードとなるように構成されている。伝播光を単一モードとするためには、光増幅部５０の導波路を構成する導電領域５８の平面視での（基板３０に対して垂直な方向から見た）幅を２から３μｍ程度にする必要がある。なお、断面視での（基板３０に対して平行な方向から見た）伝播光は、図１（ｂ）に示すように下部ＤＢＲ３２と上部ＤＢＲ３６との間の反射で伝搬するため、伝播光の幅は１０μｍ程度となっている。なお、本実施の形態に係る光結合部５２の大きさは、一例として、メサポスト１２の外形で約１００μｍ×１００μｍとされている。
【００４９】
一方、光ファイバを介した外部光源からの種光も単一モードとされており、スポットＳＰの直径は数μｍとなっている。つまり、スポットＳＰの直径は、光導波路を構成する光増幅部５０における導電領域５８の幅より大きい。そのため本実施の形態に係る光結合部５２は光増幅部５０よりも幅が広くなるように形成されている。その上で、本実施の形態では第１の領域６８と第２の領域７０との間に、導電領域５８の幅が連続的に狭くなる接続領域６９を設けている。この接続領域６９の作用によって、本実施の形態に係る光結合部５２における外部光源の光結合効率の向上が図られている。
【００５０】
ここで、本実施の形態に係る接続領域６９の作用について検討する。図５は比較例に係る半導体光増幅器の接続領域６９を有しない光結合部８０を、スポットＳＰとともに示した図である。光結合部８０では導電領域５８がスポットＳＰの径より大きく拡幅されているので、スポットＳＰからの外部光を効率よく受けることが一応期待される。しかしながら、光結合部８０の導電領域５８は幅が連続的に狭くなる部分を意図的に設けていない（つまり、光結合部５２から光増幅部５０にかけてメサポスト１２の幅がステップ状に変化している。すなわち図２（ａ）に示す曲率半径Ｒ１がＲ１＝０となっている）ので、スポットＳＰからの光の伝播方向に対し垂直に配置された領域Ａｒの割合が多くなる。すると、スポットＳＰから光増幅部５０の方向に伝播する光のうち領域Ａｒで反射される光の割合が増加する。領域Ａｒで反射された光は光結合部５２内の酸化フロント５６で反射を繰り返し、最終的には光損失となる可能性が高い。従って、光結合部８０は光結合効率の向上において限界がある。なお、酸化フロント５６で光が反射するのは、一般に導電領域５８の屈折率が非導電領域６０の屈折率よりも高いためである。
【００５１】
これに対し、本実施の形態に係る光結合部５２では、図２（ａ）に示すように接続領域６９において導電領域５８の幅が連続的に狭くなる部分、すなわちアール部を有するように構成されている。このアール部によってスポットＳＰから光増幅部５０に向かう伝播光は導電領域５８に集中するように誘導される。すなわち、光結合部８０における領域Ａｒのような部分が少なくなるように構成されているので、第１の領域６８と第２の領域７０との堺での反射が低く抑えられている。このことによって光結合部５２における光結合効率の向上が図られている。なお、酸化の進行方向等の要因で、光結合部８０でもメサポスト１２の外形はステップ状に変化しているにもかかわらず、光結合部８０と光増幅部５０の接続部で導電領域５８がアール部を有することも想定される。従って、若干なりとも光結合効率の向上が期待できるため、目標とする光結合効率の程度によっては光結合部８０を採用してもよい。
【００５２】
図２（ｂ）は、メサポスト１２におけるアール部の曲率半径（図２（ａ）におけるＲ１）に対する光結合効率の変化の実験結果を示している。図２（ｂ）における光結合効率は、光増幅部５０に逆バイアスをかけ、光結合部５２から伝播した伝播光を光電変換し、変換電流の値から算出している。図２（ｂ）に示すように、光結合効率はメサポスト１２の曲率半径Ｒ１の特定の領域において特に向上する特性を示した。ここで、光結合効率は−７．２ｄＢ以上確保できれば光結合部５２と外部光源とは問題なく結合される。従って、図２（ｂ）から、メサポスト１２の曲率半径Ｒ１が５μｍ以上、４０μｍ以下であれば実用上問題のない結合効率が得られる。これは導電領域５８の曲率半径（Ｒ１＋Ｌ１）に換算すると、本実施の形態ではＬ１＝１５μｍなので、２０μｍ以上、５５μｍ以下となる。
【００５３】
ここで、図２（ｂ）において、メサポスト１２の曲率半径Ｒ１の特定の領域で光結合効率が向上するのは以下の理由によると考えられる。すなわち、曲率半径Ｒ１が小さい場合は図５に示す光結合部８０の構成に近づくので光結合効率が低下する。一方曲率半径Ｒ１が大きい場合には接続領域６９におけるアール部の占める割合が過剰となり、スポットＳＰからの光のうち光結合部５２の内部の側に向かう光の割合が増加するためと考えられる。なお、図２（ｂ）における曲率半径Ｒ１がＲ１＝０の場合は、メサポスト１２の外形における光結合部５２と光増幅部５０の接続部が直角となっている場合、すなわち光結合部５２から光増幅部５０にかけてメサポスト１２の外形がステップ状に変化している場合である。
【００５４】
＜第１の実施の形態の変形例＞
図３を参照して本実施の形態に係る半導体光増幅器について説明する。本実施の形態は、上記実施の形態に係る半導体光増幅器１０において光結合部５２を光結合部５２ａに置き換えた形態である。従って、半導体光増幅器自体の構成は図１に準ずるので必要な場合は図１を参照することとし、図示を省略する。
【００５５】
図３に示すように、光結合部５２ａでは、接続領域６９における導電領域５８の形状が直線部とアール部（曲線部）を含むテーパ形状とされている。光結合部５２ａではメサポスト１２の外形において光結合部５２と光増幅部５０との接続部が直線を組み合わせた形状となっている（接続領域６９に対応する位置でのメサポスト１２の外形の変化の角度θが鈍角となっている）。一方で光結合部５２ａに係る導電領域５８も上記実施の形態と同様、幅が徐々に変化する領域を有しているので、光結合部５２ａにおける光結合効率が向上する。
【００５６】
［第２の実施の形態］
図４を参照して本実施の形態に係る半導体光増幅器について説明する。上記各実施の形態では導電領域５８を、メサポスト１２を外側から酸化することによって形成していた。
これに対し本実施の形態に係る半導体光増幅器の導電領域はイオン注入（インプランテーション：Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）によって形成している。なお、半導体光増幅器自体の構成は図１に準ずるので必要な場合は図１を参照することとし、図示を省略する。
【００５７】
図４は本実施の形態に係る光結合部５２ｂを示した図である。図４に示すように光結合部５２ｂも上記実施の形態に係る光結合部（５２、５２ａ）のように第１の領域６８、接続領域６９、および第２の領域７０を備えている。しかしながら、光結合部５２ｂのメサポスト１２は上記実施の形態とは異なり、光結合部５２ｂから光増幅部５０にかけて一定の幅で形成されている。光結合部５２ｂは光結合部５２ｂから光増幅部５０にかけて連続する導電領域５８を有し、導電領域５８の幅は光結合部５２ｂで拡大されている。そして、メサポスト１２の外形と導電領域５８との間は不純物が注入された注入領域となっている。注入領域がすなわち非導電領域６０であり、導電領域５８と非導電領域６０との境界は注入フロント５７となっている。なお、注入領域は製造工程においてマスクを用いて形成する。
【００５８】
光結合部５２ｂでも接続領域６９において導電領域５８の幅が連続的に狭くなる部分を有している（アール部が設けられている）。このアール部の作用によって光結合部５２ｂにおいても外部光源との光結合効率が向上する。本実施の形態では導電領域５８をマスクで形成するので、メサポスト１２の形状と独立して接続領域６９における導電領域５８の形状が設定される。なお、本実施の形態ではメサポスト１２を有する半導体光増幅器を例示して説明したが、本実施の形態に係る半導体光増幅器では酸化処理を行わないので、メサポストを有さない、例えばプレーナ型の半導体光増幅器に適用した形態としてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１０      半導体光増幅器
１２      メサポスト
１８      Ｐ電極
３０      基板
３２      下部ＤＢＲ
３４      活性領域
３６      上部ＤＢＲ
４０      Ｎ電極
５０      光増幅部
５２、５２ａ、５２ｂ  光結合部
５６      酸化フロント
５７      注入フロント
５８      導電領域
６０      非導電領域
６８      第１の領域
６９      接続領域
７０      第２の領域
８０      光結合部
Ａｒ      領域
Ｃ        点
Ｌｆ      順方向出力
ＳＰ      スポット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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