(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成された光吸収層及び光増幅層と、
前記光吸収層及び前記光増幅層上に形成された上部クラッド層と、
を有し、
前記光吸収層を形成している半導体材料のバンドギャップは、前記光増幅層を形成している半導体材料のバンドギャップよりも広く、
前記光吸収層を形成している半導体材料のバンドギャップと前記光増幅層を形成している半導体材料のバンドギャップとの差は、０．１２ｅＶ以上であり、
前記光増幅層に一定の電流を流した状態で、前記光吸収層に流れる電流量を制御することにより、光利得を変化させるものであることを特徴とする半導体光増幅器。
【請求項２】
前記光吸収層と前記光増幅層は光の伝搬方向に接続されることにより光導波路を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体光増幅器。
【請求項３】
前記光吸収層と前記光増幅層は前記半導体基板と垂直の方向に積層され、前記光吸収層と前記光増幅層との間にチャネル層を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体光増幅器。
【請求項４】
前記半導体基板の裏面に設けられた共通電極と、
前記光増幅層が設けられている光増幅領域において、前記上部クラッド層を介して設けられた光増幅層電極と、
前記光吸収層が設けられている光吸収領域において、前記上部クラッド層を介して設けられた光吸収層電極と、
を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体光増幅器。
【請求項５】
前記光吸収層の端面より光が入射し、前記光増幅層の端面より光が出射するものであることを特徴とする請求項４に記載の半導体光増幅器。
【請求項６】
前記半導体基板の裏面に設けられた光吸収層電極又は光増幅層電極と、
前記上部クラッド層を介して設けられた光増幅層電極又は光吸収層電極と、
前記チャネル層と接続される共通電極と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体光増幅器。
【請求項７】
前記チャネル層の厚さは、３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の半導体光増幅器。
【請求項８】
前記光吸収層と前記光増幅層はともにＩｎＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＡｓを含む材料により形成されており、
前記光吸収層と前記光増幅層とは組成比が異なるものであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の半導体光増幅器。
【請求項９】
前記光吸収層は、歪量が０．７６％以下の伸張歪みが加えられていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の半導体光増幅器。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器に入射する光の光量を測定する第１の光検出器と、
前記半導体光増幅器から出射する光の光量を測定する第２の光検出器と、
前記第１の光検出器及び第２の光検出器により検出された光量に基づき前記光吸収層に流す電流量を算出する光利得制御回路と、
前記光吸収層に流す電流量に基づき前記光吸収層に電流を流す光吸収層駆動回路と、
を有することを特徴とする光増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光増幅器及び光増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の通信需要の飛躍的な増大に伴い、通信事業者の基地局と加入者宅間におけるデータ転送を担うアクセス系ネットワークにおいても、大容量で高速なフォトニックネットワークが広がっている。次世代光アクセス系ネットワークの方式としては、従来からの時分割多重（ＴＤＭ：Time Division Multiplex）方式から、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex）方式が検討され実用化されつつある。
【０００３】
このようなＷＤＭ方式に用いられる素子として、半導体光増幅器（ＳＯＡ： Semiconductor Optical Amplifier）がある。ＳＯＡは、現在数多く用いられている光ファイバ増幅器モジュールと比較して極めてシンプルな構造の光増幅器であり、大きさや増幅波長帯域の広さといった面で優位性を有している。このため、次期アクセス系ネットワーク等の各種フォトニックネットワークへの適用が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２８７２３７号公報
【特許文献２】特開２００２−１５１７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようにフォトニックネットワークに適用されるＳＯＡは、外部からの制御信号に応じてＳＯＡ利得を調整する利得制御動作が要求される。ＳＯＡの光利得は一般に駆動電流に応じて増加するため、ＳＯＡの光利得制御は主に駆動電流を制御し調整することにより行われる。このようなＳＯＡをＷＤＭ方式において用いる場合、波長の異なる複数の信号光を一括して増幅することが求められている。
【０００６】
図１に基づき、ＳＯＡを適用したＷＤＭシステムについて説明する。このＷＤＭシステムでは、送信機３１０と受信機３２０とが光ファイバによるファイバ伝送路３３０により接続されているものである。送信機３１０は、複数の変調器集積レーザ３１１を有しており、これらの変調器集積レーザ３１１は、アレイ導波路回折格子型（ＡＷＧ：Arrayed-Waveguide Grating）合波器３１２に接続されており、ＡＷＧ合波器３１２は、ファイバ伝送路３３０と接続されている。複数の変調器集積レーザ３１１は、各々の変調器集積レーザ３１１ごとに発振波長が異なっている。即ち、各々の変調器集積レーザ３１１における発振波長は、λ１、λ２、・・・、λｎと相互に異なる波長となっている。ＡＷＧ合波器３１２では、複数の変調器集積レーザ３１１において各々変調された波長の異なる光を合波し、ファイバ伝送路３３０に波長多重された信号（ＷＤＭ信号）として送信する。この際、各々の変調器集積レーザ３１１の出力は略均一になるように調整されている。ファイバ伝送路３３０を介し伝達されたＷＤＭ信号は、受信機３２０において受信される。受信機３２０において受信されたＷＤＭ信号は、ＳＯＡ３２１によって各波長の光信号における光強度を一括で増幅した後、ＡＷＧ光分波器３２２により、ＷＤＭ信号を波長ごとの光信号に分波する。分波された波長ごとの光信号は、各々の波長ごとに対応して設けられた複数の光検出器３２３に入力され、各々の波長ごとの光信号は電気信号に変換される。
【０００７】
このようなＷＤＭシステムでは、ＳＯＡ３２１における光利得の信号光波長依存性または偏波依存性が強いと、各々の光検出器３２３に入力される光信号の光強度に大きなレベル差が生じてしまい、ＷＤＭ信号全体において均一な伝送特性が得られなくなる。即ち、通常のＳＯＡ３２１では、光利得を変化させた場合、光利得の信号光波長依存性が大きく変化するため、上述したＷＤＭシステムにおいて、通常のＳＯＡ３２１を用いて駆動電流を変化させて増幅率を変化させると、波長により増幅率が大きく異なる場合がある。このようにＳＯＡ３２１における増幅率が波長により大きく異なると、ＳＯＡ３２１より出射された光の光強度が、波長ごとに大きく異なってしまう。このように波長ごとの光強度が大きく異なると、光検出器３２３において、各々の波長ごとの光信号を正確に検出ならびに復調することができなくなる場合が生じる。
【０００８】
具体的に図２に基づき説明する。図２は、ＳＯＡ３２１において、駆動電流が５０ｍＡと、２５０ｍＡの場合における波長と光利得との関係を示すものである。尚、ＷＤＭの波長帯域は、１２９０ｎｍ〜１３１０ｎｍであるものとする。ＷＤＭ波長帯域の中心波長である１３００ｎｍにおいて、駆動電流が５０ｍＡの場合と、駆動電流が２５０ｍＡの場合における光利得の差は１９ｄＢであり、駆動電流を変化させることにより、光利得を大きく変化させることができる。
【０００９】
しかしながら、駆動電流が２５０ｍＡの場合、ＷＤＭの波長帯域である波長が１２９０ｎｍ〜１３１０ｎｍの範囲内における最大利得と最小利得の差で定義される利得偏差は、１．０ｄＢであるのに対し、駆動電流が５０ｍＡの場合における利得偏差は、８．６ｄＢである。このように光利得を変化させるため駆動電流を変化させた場合に、ＷＤＭ波長帯域内における利得偏差が変化し、ある駆動電流値では大きな利得偏差が生じてしまう。そのため、ＷＤＭ波長帯域内において、波長ごとに光利得が大きく異なってしまう。これにより、ＳＯＡ３２１から出射される光強度が高くなりすぎてしまう場合や低すぎる場合が生じ、このような場合には、光検出器３２３におけるダイナミックレンジを超えてしまい、正確に光信号を検出することができず、誤りなく光信号の復調を行うことができない。
【００１０】
より詳しく図３に基づき説明する。例えば、図３（ａ）に示すように、ＳＯＡ３２１に入力するＷＤＭ波長帯域における光信号が、波長がλ１、λ２、λ３、λ４の場合について考える。この場合、λ１、λ２、λ３、λ４の光信号の強度差は、ＳＯＡ３２１に入力する際に３ｄＢ以下であっても、ＳＯＡ３２１の光利得が波長依存性を有していると、ＳＯＡ３２１から出射されたλ１、λ２、λ３、λ４の光信号の強度差が、大きく変化してしまう。例えば、図３（ｂ）に示すように、ＳＯＡ３２１の駆動電流が２５０ｍＡである場合では、ＳＯＡ３２１により増幅された後のλ１、λ２、λ３、λ４の光信号の強度差は、約４ｄＢ以下である。これに対し、図３（ｃ）に示すように、ＳＯＡ３２１の駆動電流が５０ｍＡである場合では、ＳＯＡ３２１により増幅された後のλ１、λ２、λ３、λ４の光信号の強度差は、１０ｄＢを超えてしまう。このように光信号の強度差が１０ｄＢを超えるような場合では、光検出器３２３に入射する光信号の光強度が、光検出器３２３におけるダイナミックレンジを超えてしまい、正確に光信号を電気信号に変換して復調することができなくなる場合が生じる。
【００１１】
このように、光信号を増幅した際に、波長帯域内における光信号の強度差が大きくなってしまうのは、ＳＯＡ３２１において、光利得を変化させるため駆動電流を変化させると、ＷＤＭの波長帯域における利得偏差が大きく変化してしまう場合等に起因するものである。
【００１２】
このため、ＷＤＭ信号を増幅するＳＯＡ３２１は、光利得を変化させた場合において、ＷＤＭ波長帯域における利得偏差が小さいもの、即ち、光利得を変化させた場合において、ＷＤＭ波長帯域における波長依存性が低い半導体光増幅器及び光増幅装置が望まれている。
【００１３】
また、上記において、ＳＯＡ駆動電流の変化に伴う利得の波長依存性の変化について詳しく説明したが、実際には利得の偏波依存性もＳＯＡ駆動電流に応じて変動し、信号光の偏波状態がランダムであることから、信号光の偏波状態に依存して、ＳＯＡの出力レベルの偏差は、さらに拡大する可能性がある。よって、偏波依存性が低い半導体光増幅器及び光増幅装置も望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本実施の形態の一観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成された光吸収層及び光増幅層と、前記光吸収層及び前記光増幅層上に形成された上部クラッド層と、を有し、前記光吸収層を形成している半導体材料のバンドギャップは、前記光増幅層を形成している半導体材料のバンドギャップよりも広く、前記光吸収層を形成している半導体材料のバンドギャップと前記光増幅層を形成している半導体材料のバンドギャップとの差は、０．１２ｅＶ以上であり、前記光増幅層に一定の電流を流した状態で、前記光吸収層に流れる電流量を制御することにより、光利得を変化させるものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
開示の半導体光増幅器及び光増幅装置によれば、光利得を変化させた場合においても、ＷＤＭの波長帯域における利得偏差が常に小さく、ＷＤＭ波長帯域における増幅特性の波長依存性を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】半導体光増幅器を用いたＷＤＭシステムの構造図
【図２】通常の半導体光増幅器における波長と光利得の相関図
【図３】通常の半導体光増幅器における光利得の波長依存性の説明図
【図４】第１の実施の形態における半導体光増幅器の構造図
【図５】第１の実施の形態における半導体光増幅器の説明図
【図６】光吸収層における光利得・吸収スペクトル
【図７】歪みが加えられた光吸収層における光吸収スペクトル（１）
【図８】歪みが加えられた光吸収層における光吸収スペクトル（２）
【図９】歪みが加えられた光吸収層における光吸収スペクトル（３）
【図１０】光吸収層における歪量と偏波間損失差の相関図
【図１１】第１の実施の形態における半導体光増幅器の波長と光利得の相関図
【図１２】第１の実施の形態における半導体光増幅器の光利得の波長依存性の説明図
【図１３】第１の実施の形態における半導体光増幅器の製造工程図（１）
【図１４】第１の実施の形態における半導体光増幅器の製造工程図（２）
【図１５】第１の実施の形態における半導体光増幅器の製造工程図（３）
【図１６】第１の実施の形態における半導体光増幅器の製造工程図（４）
【図１７】第１の実施の形態における半導体光増幅器の製造工程図（５）
【図１８】第１の実施の形態における半導体光増幅器の製造工程図（６）
【図１９】第１の実施の形態における半導体光増幅器の製造工程図（７）
【図２０】第１の実施の形態における半導体光増幅器の製造工程図（８）
【図２１】第１の実施の形態における半導体光増幅器の製造工程図（９）
【図２２】第１の実施の形態における半導体光増幅器の製造工程図（１０）
【図２３】第１の実施の形態における半導体光増幅器の製造工程図（１１）
【図２４】第１の実施の形態における半導体光増幅器の波長と光利得の相関図
【図２５】第２の実施の形態における半導体光増幅器の構造図
【図２６】第２の実施の形態における半導体光増幅器の製造工程図（１）
【図２７】第２の実施の形態における半導体光増幅器の製造工程図（２）
【図２８】第２の実施の形態における半導体光増幅器の製造工程図（３）
【図２９】第２の実施の形態における半導体光増幅器の製造工程図（４）
【図３０】第２の実施の形態における半導体光増幅器の製造工程図（５）
【図３１】第２の実施の形態における半導体光増幅器の製造工程図（６）
【図３２】第２の実施の形態における半導体光増幅器の製造工程図（７）
【図３３】第３の実施の形態における光増幅装置の構造図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施するための形態について、以下に説明する。
【００１８】
〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態における半導体光増幅器について説明する。
【００１９】
（半導体光増幅器の構造）
最初に、図４に基づき本実施の形態における半導体光増幅器の構造について説明する。尚、図４（ａ）は、本実施の形態における半導体光増幅装置において、光の進行方向に沿った面の断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）における破線４Ａ−４Ｂにおいて切断した断面図、図４（ｃ）は、図４（ａ）における破線４Ｃ−４Ｄにおいて切断した断面図である。
【００２０】
本実施の形態における半導体光増幅器は、ｎ−ＩｎＰ基板１１上には下部クラッド層となるｎ−ＩｎＰクラッド層１２が形成されている。このｎ−ＩｎＰクラッド層１２上の光増幅領域３１には、光増幅層１３が形成されており、光吸収領域３２には、光吸収層１４が形成されている。また、光増幅層１３及び光吸収層１４上には、上部クラッド層となるｐ−ＩｎＰクラッド層１５及びｐ−ＧａＩｎＡｓ層からなるコンタクト層１６が形成されている。コンタクト層１６を介しｐ−ＩｎＰクラッド層１５上の光増幅領域３１には、光増幅層電極となるＳＯＡ電極１７が形成されており、光吸収領域３２には、光吸収層電極１８が形成されており、ｎ−ＩｎＰ基板１１の裏面には、共通電極１９が形成されている。尚、ＳＯＡ電極１７及び光吸収層電極１８は、アノード電極であり、共通電極１９はカソード電極となる。
【００２１】
本実施の形態に半導体光増幅器は、光増幅領域３１は、約１０００μｍ形成されており、光吸収領域３２は、約３５０μｍ形成されており、全体の長さは、約１３５０μｍである。また、光増幅層１３及び光吸収層１４の側面には、高抵抗のＳＩ（Semi-insulating）−ＩｎＰ電流狭窄層２０が設けられている。更に、信号光が入射する光吸収領域３２側の端面には、反射防止膜２１が設けられており、信号光が出射する光増幅領域３１側の端面には、反射防止膜２２が設けられている。
【００２２】
ここで、光増幅層１３は、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ歪ＭＱＷ（Multiple Quantum Well；多重量子井戸）光増幅層であり、バンドギャップ波長が約１．５５μｍとなるように組成比が調整されたｉ−ＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層及びバリア層（図示せず）の組み合わせにより形成されている。この光増幅層１３のバンドギャップは約０．８ｅＶである。また、光吸収層１４は、バンドギャップ波長が約１．３１μｍとなるように組成比が調整されたｉ−ＩｎＧａＡｓＰにより形成されており、この光吸収層１４のバンドギャップは約０．９４７ｅＶである。また、光吸収層１４には、引張り歪みが加えられており、この歪量は、−０．４２％である。尚、光吸収層１４は、光増幅層１３のバンドギャップよりも広く、ｎ−ＩｎＰ基板１１、ｎ−ＩｎＰクラッド層１２及びｐ−ＩｎＰクラッド層１５のバンドギャップよりも狭い材料により形成されている。本実施の形態における半導体光増幅器では、アノード電極及びカソード電極を介し順方向にバイアス電流を流すことにより、光吸収層１４に効率的に自由キャリアを溜めることができる。
【００２３】
図５は、光増幅層１３及び光吸収層１４における光の利得・吸収スペクトルを示す。図５は、電流注入により自由キャリアが蓄積された状態の光増幅層１３と、同じく、電流注入により自由キャリアが蓄積された状態の光吸収層１４における光の利得・吸収スペクトルを示すものである。光吸収層１４では、光吸収層１４のバンドギャップ波長である１．３１μｍ前後では、光利得を生じるが、波長が約１．５０μｍ以上の光については、自由キャリア吸収効果により平坦な吸収スペクトルを有している。従って、この波長領域内の光は光吸収層１４において吸収される。尚、波長が約１．５０μｍの光と波長が１．３１μｍの光との差に対応するバンドギャップの差は、約０．１２ｅＶである。一方、光増幅層１３では、光増幅層１３のバンドギャップ波長である１．５５μｍ前後では、光利得を生じている。従って、本実施の形態における半導体光半導体装置では、波長が１．５５μｍの光は、光増幅層１３においては増幅されるが、光吸収層１４においては吸収される。
【００２４】
次に、図６に基づき光吸収層１４における電流注入特性について説明する。図６は、一例として、ＩｎＰ基板上に作製したバンドギャップ波長が、１．３０μｍのＧａＩｎＡｓＰ吸収層（バンドギャップ：０．９５４ｅＶ、長さ：３５０μｍ）における吸収スペクトルの注入電流依存性を示すものである。図の縦軸は光の利得・吸収量であり、正の値は利得、負の値は吸収を表す。図に示されるように、約１．５μｍ以上の波長領域においては、自由キャリア吸収効果による光の吸収量は波長に依存することなく略一定であり、また、注入される電流量が増加するに伴い、光の吸収量が増加する傾向にある。
【００２５】
本実施の形態における半導体光増幅器では、光吸収層１４における光の吸収は、信号光として用いられる波長帯域の光を波長によらず均一に吸収することができるものであることが好ましい。よって、波長が１．５μｍの光は、バンドギャップが０．８２７ｅＶにおける光であることから、光吸収層１４のバンドギャップは、信号光となる波長の光のエネルギーよりも、０．１２ｅＶ以上高いものであることが好ましい。即ち、光吸収層１４に用いられる材料のバンドギャップよりも０．１２ｅＶ以上低いエネルギーに対応する波長の光であれば、ＷＤＭ信号光として使用される数１０ｎｍの幅の波長帯域において、光の波長に依存することなく均一に吸収することができる。
【００２６】
このように、光吸収層１４では、電流注入により自由キャリア（電子及び正孔）が蓄積可能であり、この自由キャリアの密度は、注入される電流量を調節することにより変化させることができる。一般に半導体層に高密度の自由キャリアが発生すると、キャリアプラズマ吸収や荷電子帯間吸収により、広い波長領域にわたって光吸収効果が生じる。この光吸収効果は、半導体層におけるバンドギャップのエネルギーよりも所定量以上低いエネルギーに対応する光において、広い領域において略均一な吸収スペクトルを有している。よって、ＷＤＭ信号光に用いられる波長帯域においても、波長に依存することなく略均一に吸収させることができ、光吸収層１４への電流注入量を調整することにより、光吸収量を制御することが可能である。
【００２７】
次に、本実施の形態における半導体光増幅器の光吸収層１４で生じる光吸収の偏波依存性について説明する。光導波路のＴＥ／ＴＭ導波モードに対する光吸収層１４における光閉じ込め係数を各々ΓＴＥ、ΓＴＭとし、光吸収層１４に電流注入することにより生じる材料光吸収量をαＴＥ、αＴＭとすると、下記の（１）に示す式を満たしている必要がある。
【００２８】
ΓＴＥ×αＴＥ＝ΓＴＭ×αＴＭ・・・・・・（１）
【００２９】
一般に歪みのないバルク光吸収層が示す自由キャリア吸収による材料光吸収は偏波依存性がなく、αＴＥ＝αＴＭであるため、歪みのないバルク光吸収層を用いる際には、ΓＴＥ＝ΓＴＭとなる断面形状が正方形となる導波路構造を採用する必要がある。しかしながら、半導体光増幅器において、このような構造とすることは、製作トレランスや光増幅層１３との整合性との観点から困難である。よって、半導体レーザやＳＯＡにおいては、ΓＴＥ＞ΓＴＭとし、光吸収層１４に歪みを加えて光吸収層１４におけるバンド構造の異方性を誘起し、光吸収における偏波依存性を調整することにより、αＴＥ＜αＴＭとし、上記（１）に示す式を満たす方法が考えられる。この方法では、製作トレランスや光増幅層１３との整合性との観点における問題はなく、また、設計自由度が高く、良好な特性を有するＳＯＡを得ることが可能である。このように、本実施の形態における半導体光増幅器においては、光吸収層１４において歪みを加えることにより、偏波無依存となる光吸収層１４を得ることが可能である。
【００３０】
次に、本実施の形態における半導体光増幅器における光吸収層１４の偏波無依存について説明する。図７〜図９は、結晶歪みが加えられた光吸収層１４における損失増大特性を示すものである。具体的には、電流を注入していない状態の光損失を基準として、電流注入時に生じた光損失変化を導波路光吸収量α（ｃｍ−１）の増大量として規格化したものである。実際に生じた損失変化量ΔＧと導波路光吸収変化量Δαは形成される素子の長さがＬの場合、下記の（２）に示す式の関係を有している。
【００３１】
ΔＧ＝ｅｘｐ（Δα×Ｌ）・・・・・・（２）
【００３２】
また、光吸収層１４は、バンドギャップ波長が１．３０〜１．３１μｍの材料により形成されている。ここで、図７は、光吸収層１４に加えられた歪み量が、−０．７６％の場合であり、図８は、光吸収層１４に加えられた歪量が、−０．４２％の場合であり、図９は、光吸収層１４に加えられた歪量が、＋１．０％の場合である。尚、歪量が負の値は伸張歪みを示すものであり、歪み量が正の値は圧縮歪みを示すものとする。
【００３３】
図７に示される歪量が−０．７６％の場合では、ＴＥ偏波に対しＴＭ偏波の損失増加量が、全体的に約０．５ｃｍ−１高くなっており、ＴＥ偏波の場合とＴＭ偏波の場合で損失量が異なっている。また、図８に示される歪量が−０．４２％の場合では、ＴＥ偏波とＴＭ偏波との損失増加量は殆ど相違がなく、偏波依存性を有していないものと考えられる。更に、図９に示される歪量が＋１．０％の場合では、ＴＭ偏波に対しＴＥ偏波の損失増加量が、全体的に２〜３ｃｍ−１高くなっており、ＴＥ偏波の場合とＴＭ偏波の場合で損失量が大きく異なっている。
【００３４】
これらの結果に基づき得られた光吸収層１４における歪量と偏波間損失差との関係を図１０に示す。尚、偏波間損失差の値は波長が１５８０ｎｍの場合の値に基づくものである。この図に示されるように、光吸収層１４における歪量と偏波間損失差とは直線的な相関関係を有している。従って、光吸収層１４における歪量を調整することにより、偏波間損失差の値を調整することが可能である。偏波間損失差は、低い程好ましいことから、光吸収層１４における歪量ｈは、−０．６７％≦ｈ≦０％であることが好ましく、更には、歪量は−０．４２％≦ｈ≦０％であることが好ましい。
【００３５】
次に、本実施の形態における半導体光増幅器の光利得及びスペクトルについて説明する。図１１は、本実施の形態における半導体光増幅器において、光増幅層１３における駆動電流を２５０ｍＡとし、光吸収層１４における駆動電流を変化させた場合の波長と光利得の関係を示すものである。図に示されるように、光吸収層１４における駆動電流を０ｍＡ、１００ｍＡ、２００ｍＡと増加させることにより、ＷＤＭ波長帯域における光利得は、波長に依存することなく低下する。即ち、本実施の形態における半導体光増幅器においては、光増幅層１３の駆動電流を一定の値とし、光吸収層１４の駆動電流を制御することにより、波長に依存することなく所望の光利得を得ることができる。
【００３６】
このことをより詳しく図１２に基づき説明する。例えば、図１２（ａ）に示すように、本実施の形態における半導体光増幅器に入力するＷＤＭの波長帯域における光信号において、波長がλ１、λ２、λ３、λ４の光信号を用いた場合について考える。この場合、本実施の形態における半導体光増幅器により増幅される増幅率を変化させても、λ１、λ２、λ３、λ４の光信号の強度差は略一定の範囲内の値となる。即ち、半導体光増幅器における光利得に依存することなく、λ１、λ２、λ３、λ４の光信号の強度差は一定の範囲内の値となる。例えば、図１２（ｂ）に示すように、光吸収層１４の駆動電流が０ｍＡである場合では、半導体光増幅器により増幅された後のλ１、λ２、λ３、λ４の光信号の強度差は、約４ｄＢ以下となる。また、図１２（ｃ）に示すように、光吸収層１４の駆動電流が２００ｍＡである場合では、半導体光増幅器により増幅された後のλ１、λ２、λ３、λ４の光信号の強度差は、約４ｄＢ以下となる。このように、本実施の形態における光半導体光増幅器においては、光吸収層１４の駆動電流を制御することにより、波長に依存することなく、光信号の光利得を変化させることができるため、半導体光増幅器から出射される信号光の強度差が一定の範囲内となる。よって、増幅された光信号における光強度は、光検出器におけるダイナミックレンジを超えることがなく、正確に光信号を電気信号に変換し復調することができる。
【００３７】
また、本実施の形態における半導体光増幅装置では、光利得制御速度は、光吸収層１４内におけるキャリア寿命で決まるが、このキャリア寿命はナノ秒オーダの値であるため、非常に高速に制御を行うことができる。
【００３８】
（半導体光増幅器の製造方法）
次に、本実施の形態における半導体光増幅器の製造方法について説明する。
【００３９】
最初に、図１３に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により、ｎ−ＩｎＰ基板１１上に、ｎ−ＩｎＰクラッド層１２、光増幅層１３、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５ａをエピタキシャル成長させて形成する。この際、形成されるｎ−ＩｎＰクラッド層１２の膜厚は５００ｎｍであり、光増幅層１３の膜厚は１００ｎｍであり、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５ａの膜厚は、１００ｎｍである。尚、光増幅層１３は、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ歪ＭＱＷ光増幅層であり、発光波長が１．５５μｍとなるように組成比等が調節されて形成される。
【００４０】
次に、図１４に示すように、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５ａ上の光増幅領域３１が形成される領域に、ＳｉＯ２マスク４１を形成する。具体的には、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５ａ上に、ＳｉＯ２膜を形成し、形成されたＳｉＯ２膜上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、光増幅領域３１が形成される領域のＳｉＯ２膜上にレジストパターンを形成する。この後、このレジストパターンをマスクとして、レジストパターンの形成されていない領域におけるＳｉＯ２膜をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により除去する。この後、レジストパターンを除去することにより、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５ａ上の光増幅領域３１が形成される領域に、ＳｉＯ２マスク４１が形成される。よって、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５ａ上の光吸収領域３２が形成される領域には、ＳｉＯ２マスク４１は形成されない。
【００４１】
次に、図１５に示すように、ＳｉＯ２マスク４１の形成されていない領域、即ち、光吸収領域３２が形成される領域において、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５ａ及び光増幅層１３をウエットエッチングにより除去する。
【００４２】
次に、図１６に示すように、ＳｉＯ２マスク４１の形成されていない領域、即ち、光吸収領域３２が形成される領域において、ｎ−ＩｎＰクラッド層１２上に、光吸収層１４及びｐ−ＩｎＰクラッド層１５ｂを形成する。尚、光吸収層１４及びｐ−ＩｎＰクラッド層１５ｂは、ＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させることにより形成する。このような形成方法は、バットジョイント成長法とも呼ばれる。この際、形成される光吸収層１４は、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ歪光吸収層であり、組成波長は１．３１μｍ、歪量は−０．４２％、膜厚は１００ｎｍである。また、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５ｂの膜厚は、１００ｎｍである。これにより、ＳｉＯ２マスク４１の形成されていない領域、即ち、光吸収領域３２が形成される領域には、光吸収層１４及びｐ−ＩｎＰクラッド層１５ｂが形成される。
【００４３】
次に、図１７に示すように、ＳｉＯ２マスク４１を除去した後、ＭＯＣＶＤ等によるエピタキシャル成長により、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５ａ及び１５ｂ上にｐ−ＩｎＰクラッド層１５ｃを形成し、更に、コンタクト層１６を形成する。形成されるｐ−ＩｎＰクラッド層１５ｃの膜厚は、２μｍであり、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５ａ、１５ｂ及び１５ｃによりｐ−ＩｎＰクラッド層１５が形成される。また、コンタクト層１６は、ｐ−ＧａＩｎＡｓ層であり、膜厚は５００μｍである。尚、図１７における破線１７Ａ−１７Ｂにおいて切断した断面図を図１８（ａ）に示し、破線１７Ｃ−１７Ｄにおいて切断した断面図を図１８（ｂ）に示す。即ち、図１７に示す工程において、図１８（ａ）は、光吸収領域３２における断面図であり、図１８（ｂ）は、光増幅領域３１における断面図である。
【００４４】
次に、図１９に示すように、ＳｉＯ２マスク４２を形成する。具体的には、コンタクト層１６上に、ＳｉＯ２膜を形成し、形成されたＳｉＯ２膜上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、後述するメサが形成される所定の領域のＳｉＯ２膜上にレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンをマスクとして、レジストパターンの形成されていない領域におけるＳｉＯ２膜をＲＩＥにより除去する。この後、レジストパターンを除去することにより、コンタクト層１６上の所定の領域に、ＳｉＯ２マスク４２が形成される。尚、図１９（ａ）は、光吸収領域３２における断面図であり、図１９（ｂ）は、光増幅領域３１における断面図である。
【００４５】
次に、図２０に示すように、ＳｉＯ２マスク４２が形成されていない領域において、コンタクト層１６、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ歪ＭＱＷ光増幅層１３または光吸収層１４、ｎ−ＩｎＰクラッド層１２の一部をＲＩＥにより除去する。これにより、ＳｉＯ２マスク４２が形成されている領域には、メサ４３が形成される。また、メサ４３を形成している光増幅層１３及び光吸収層１４により、本実施の形態における半導体光増幅器における光導波路が形成される。尚、図２０（ａ）は、光吸収領域３２における断面図であり、図２０（ｂ）は、光増幅領域３１における断面図である。
【００４６】
次に、図２１に示すように、メサ４３の両側に、絶縁性のＳＩ−ＩｎＰ電流狭窄層２０をＭＯＣＶＤによりエピタキシャル成長させることにより形成する。このＳＩ−ＩｎＰ電流狭窄層２０は、コンタクト層１６の表面と同じ高さになるように形成する。尚、図２１（ａ）は、光吸収領域３２における断面図であり、図２１（ｂ）は、光増幅領域３１における断面図である。
【００４７】
次に、図２２に示すように、ＳｉＯ２マスク４２を除去し、光増幅領域３１におけるコンタクト層１６上にＳＯＡ電極１７を形成し、光吸収領域３２におけるコンタクト層１６上に光吸収層電極１８を形成し、ｎ−ＩｎＰ基板１１の裏面に共通電極１９を形成する。尚、図２２（ａ）は、光吸収領域３２における断面図であり、図２２（ｂ）は、光増幅領域３１における断面図である。
【００４８】
次に、図２３に示すように、チップに分離した後、光吸収領域３１側における端面、即ち、信号光が入射する面に、反射防止膜２１を形成し、光増幅領域３２側における端面、即ち、信号光が出射する面に、反射防止膜２２を形成する。反射防止膜２１及び２２は、誘電体多層膜により形成されており、ともに信号光における波長の光の反射率が０．１％以下となるものである。尚、図２３は、図２２における破線２２Ａ−２２Ｂにおいて切断した断面における工程図であり、図１３から図１７における面と同じ断面における工程図である。
【００４９】
このように形成された半導体光増幅器は、光増幅領域３１における長さが約１０００μｍであり、光吸収領域３２における長さが約３５０μｍであり、全体の長さが１３５０μｍである。
【００５０】
図２４には、上述した製造方法により作製された本実施の形態における半導体光増幅器における波長と光利得の関係を示す。尚、図２４は、光増幅層１３に、６０ｍＡを流した状態で、光吸収層１４に流れる電流を０〜５０ｍＡと変化させた場合における波長と光利得の関係を示すものである。図に示されるように、光吸収層１４に流れる電流を変化させることにより、半導体光増幅器における光利得を約８ｄＢ変化させることができる。また、本実施の形態における半導体光増幅装置においては、光吸収層１４に流れる電流を変化させた場合においても、波長に対する光利得の曲線形状は略同じ形状であり、波長に依存することなく光利得を変化させることができる。即ち、光利得を変化させた場合における波長依存性は殆どない。
【００５１】
更に、１５４０ｎｍから１５７０ｎｍの領域内では、光利得を変化させた場合の波長依存性は極めて低いため、この波長領域をＷＤＭ波長帯域として用いた場合、このＷＤＭ波長帯域における波長の光は、波長に依存することなく略同一の光利得を得ることができる。
【００５２】
以上より、本実施の形態における半導体光増幅器では、信号光が入射する側に光吸収層１４を設け、信号光が出射する側に光増幅層１３を設けた構造のものである。本実施の形態における半導体光増幅器においては、ＳＯＡ電極１７と共通電極１９を介し光増幅層１３に一定の電流を流した状態で、光吸収層電極１８と共通電極１９を介し光吸収層１４に流れる電流を制御することができる。これにより、波長に依存することなく略均一に光利得を変化させることができる。
【００５３】
尚、本実施の形態における半導体光増幅器は、上述した半導体光増幅装置に限定されるものではない。また、光吸収層及び光増幅層の組成、組成比、歪量、膜厚、クラッド層、コンタクト層、電流狭窄層の構造、組成、組成比、配置についても、本実施の形態における半導体光増幅器としての効果が得られる範囲で適宜変更可能である。例えば光増幅層に適当な結晶歪を加える従来技術（例えば、特開平４−２７１８３号等）を適用して、光増幅層で生じる光利得を偏波に依らず一定とすることが可能である。他に光増幅層並びに吸収層の材料として、ＧａＩｎＡｓＰに代えてＡｌＧａＩｎＡｓを用いることにより、高温環境下でも高い特性を得ることができる。具体的には、光増幅層を発光波長が１．５５μｍとなるように組成比等が調節されたＡｌＧａＩｎＡｓ歪ＭＱＷにより形成し、光吸収層をバンドギャップ波長が約１．３１μｍとなるように組成比が調整されたＡｌＧａＩｎＡｓにより形成する。尚、ＡｌＧａＩｎＡｓを用いた場合における膜厚、歪み等は、ＧａＩｎＡｓＰの場合と略同様である。更には、本実施の形態における半導体光増幅器により増幅される光の波長帯域は、１．５５μｍ帯、１．３μｍ帯、または、１．５５μｍ帯、１．３μｍ帯以外の波長帯域においても適用可能である。
【００５４】
更に、光導波路となる光吸収層または光増幅層の端面を、光導波路に対して垂直な面に対し、斜めに傾いた形状で形成した構造や、光導波路の先端に各種テーパ構造を形成した構造とすることも可能である。これらの構造にすることにより、半導体光増幅器における端面反射率を低減させることができ、光ファイバとの結合効率を高めることができる。また、本実施の形態における半導体光増幅器は、半導体レーザ、光導波路、光変調器、光検出器、光カプラ、光フィルタ等と同一基板上に形成することも可能であり、これにより、より高機能な光集積素子を作製することが可能である。
【００５５】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態とは異なる構造の半導体光増幅器である。
【００５６】
（半導体光増幅器の構造）
図２５に基づき本実施の形態における半導体光増幅器について説明する。尚、図２５（ａ）は、本実施の形態における半導体光増幅装置において、光の進行方向に沿った面の断面図であり、図２５（ｂ）は、図２５（ａ）における破線２５Ａ−２５Ｂにおいて切断した断面図である。
【００５７】
本実施の形態における半導体光増幅器は、ｐ−ＩｎＰ基板１１１上に、ｐ−ＩｎＰクラッド層１１２、光吸収層１１３、ｎ−ＩｎＰチャネル層１１４、光増幅層１１５、ｐ−ＩｎＰクラッド層１１６、コンタクト層１１７が積層形成されたものである。尚、ｐ−ＩｎＰクラッド層１１２は下部クラッド層と称する場合があり、ｐ−ＩｎＰクラッド層１１６は上部クラッド層と称する場合がある。また、ｐ−ＩｎＰ基板１１１の裏面には、光吸収層電極１１８が設けられており、コンタクト層１１７に接して光増幅層電極となるＳＯＡ電極１１９が設けられている。更に、ｎ−ＩｎＰチャネル層１１４上には共通電極１２０が設けられており、ｎ−ＩｎＰチャネル層１１４と接続されている。具体的には、共通電極１２０は、後述する第２のＳＩ−ＩｎＰ電流狭窄層１３２の一部が除去された部分に形成されている。また、光吸収層１１３及び光増幅層１１５は光導波路を形成するように形成されており、光吸収層１１３の両側には、第１のＳＩ−ＩｎＰ電流狭窄層１３１が設けられており、光増幅層１１５の両側には、第２のＳＩ−ＩｎＰ電流狭窄層１３２が設けられている。尚、光吸収層１１３及び光増幅層１１５により光導波路が形成されるため、光導波路の単一モード性を保持するためにｎ−ＩｎＰチャネル層１１４の厚さは、３００ｎｍ以下の厚さとなるように形成されている。また、ＳＯＡ電極１１９及び光吸収層電極１１８は、アノード電極であり、共通電極１２０はカソード電極となる。
【００５８】
本実施の形態に半導体光増幅器は、全体の長さが約１０００μｍで形成されており、更に、信号光が入射する側の端面には、反射防止膜１４１が設けられており、信号光が出射する側の端面には、反射防止膜１４２が設けられている。
【００５９】
ここで、光増幅層１１５は、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ歪ＭＱＷ光増幅層であり、バンドギャップ波長が約１．５５μｍとなるように組成比が調整されたｉ−ＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層及びバリア層（図示せず）の組み合わせにより形成されており、バンドギャップは約０．８ｅＶである。また、光吸収層１１３は、バンドギャップ波長が約１．３１μｍとなるように組成比が調整されたｉ−ＩｎＧａＡｓＰにより形成されており、バンドギャップは約０．９４７ｅＶである。
【００６０】
また、光吸収層１１３には、引張り歪みが加えられており、この歪み量は、−０．４２％である。尚、光吸収層１１３は、光増幅層１１５のバンドギャップよりも広く、ｐ−ＩｎＰ基板１１１、ｐ−ＩｎＰクラッド層１１２及び１１６のバンドギャップよりも狭い材料により形成されている。本実施の形態では、アノード電極及びカソード電極を介し順方向にバイアス電流を流すことにより、効率的に光吸収層１１３に自由キャリアを溜めることができる。
【００６１】
本実施の形態における半導体光増幅器は、ＳＯＡ電極１１９と共通電極１２０との間に一定の電流を流した状態で、光吸収層電極１１８と共通電極１２０との間に流れる電流を制御することができる。これにより、本実施の形態における半導体光増幅器における光利得を制御することができる。
【００６２】
（半導体光増幅器の製造方法）
次に、本実施の形態における半導体光増幅器の製造方法について説明する。
【００６３】
最初に、図２６に示すように、ｐ−ＩｎＰ基板１１１上に、ｐ−ＩｎＰクラッド層１１２、光吸収層１１３、ｎ−ＩｎＰチャネル層１１４ａ、光増幅層１１５、ｐ−ＩｎＰクラッド層１１６、コンタクト層１１７を形成する。これらの層は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、エピタキシャル成長させることにより形成する。この際、形成されるｐ−ＩｎＰクラッド層１１２の膜厚は５００ｎｍであり、ｎ−ＩｎＰチャネル層１１４ａの膜厚は１００ｎｍであり、ｐ−ＩｎＰクラッド層１１６の膜厚は２μｍである。光吸収層１１３は、バンドギャップ波長が１．３１μｍとなるように組成比等が調整されたｉ−ＧａＩｎＡｓＰ歪み光吸収層であり、膜厚は１００ｎｍである。光増幅層１１５は、バンドギャップ波長が１．５５μｍとなるように組成比等が調整されたｉ−ＧａＩｎＡｓＰ歪ＭＱＷ光増幅層であり、膜厚は１００ｎｍである。また、コンタクト層１１７は、ｐ−ＧａＩｎＡｓからなる層であり、膜厚は５００ｎｍである。
【００６４】
次に、図２７に示すように、コンタクト層１１７上に、ＳｉＯ２マスク１５１を形成する。具体的には、コンタクト層１１７上に、ＳｉＯ２膜を形成し、形成されたＳｉＯ２膜上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ＳｉＯ２膜上おける後述するメサが形成される所定の領域にレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンをマスクとして、レジストパターンの形成されていない領域におけるＳｉＯ２膜をＲＩＥにより除去する。更に、レジストパターンを除去することにより、コンタクト層１１７上の所定の領域に、ＳｉＯ２マスク１５１が形成される。
【００６５】
次に、図２８に示すように、ＳｉＯ２マスク１５１の形成されていない領域において、コンタクト層１１７、ｐ−ＩｎＰクラッド層１１６、光増幅層１１５、ｎ−ＩｎＰチャネル層１１４ａ、光吸収層１１３、ｐ−ＩｎＰクラッド層１１２の一部を除去する。具体的には、ＲＩＥ等のドライエッチングにより除去する。これにより、ＳｉＯ２マスク１５１が形成されている領域には、メサ１５２が形成される。本実施の形態における半導体光増幅器における光導波路はメサ１５２を形成する光増幅層１１５及び光吸収層１１３により形成される。
【００６６】
次に、図２９に示すように、メサ１５２の両側に、絶縁性の第１のＳＩ−ＩｎＰ電流狭窄層１３１、ｎ−ＩｎＰチャネル層１３３、絶縁性の第２のＳＩ−ＩｎＰ電流狭窄層１３２をＭＯＣＶＤによりエピタキシャル成長させることにより形成する。この際、ｎ−ＩｎＰチャネル層１３３の位置がｎ−ＩｎＰチャネル層１１４ａの位置と一致するように形成する。ｎ−ＩｎＰチャネル層１３３とｎ−ＩｎＰチャネル層１１４ａとは同じ高さ位置で接触しており、ｎ−ＩｎＰチャネル層１３３とｎ−ＩｎＰチャネル層１１４ａとにより、ｎ−ＩｎＰチャネル層１１４が形成される。また、第２のＳＩ−ＩｎＰ電流狭窄層１３２の表面は、コンタクト層１１７の表面と高さが一致するように形成する。
【００６７】
次に、図３０に示すように、コンタクト層１１７及び第２のＳＩ−ＩｎＰ電流狭窄層１３２上の所定の領域に、ＳｉＯ２マスク１５３を形成する。具体的には、ＳｉＯ２マスク１５１を除去した後、コンタクト層１１７及び第２のＳＩ−ＩｎＰ電流狭窄層１３２上に、ＳｉＯ２膜を形成する。この後、形成されたＳｉＯ２膜上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、所定の領域のＳｉＯ２膜上にレジストパターンを形成する。尚、この場合における所定の領域とは、後述する共通電極１２０が形成される領域に開口部を有する領域である。この後、レジストパターンをマスクとして、レジストパターンの形成されていない領域において、ＳｉＯ２膜をＲＩＥにより除去する。更に、レジストパターンを除去することにより、コンタクト層１１７及び第２のＳＩ−ＩｎＰ電流狭窄層１３２上の所定の領域に、ＳｉＯ２マスク１５３が形成される。
【００６８】
次に、図３１に示すように、ＳｉＯ２マスク１５３が形成されていない領域において、第２のＳＩ−ＩｎＰ電流狭窄層１３２を除去する。具体的には、ＳｉＯ２マスク１５３をマスクとして、ウエットエッチングを行うことにより、ＳｉＯ２マスク１５３が形成されていない領域の第２のＳＩ−ＩｎＰ電流狭窄層１３２を除去する。このウエットエッチングは、ｎ−ＩｎＰチャネル層１１４の表面が露出するまで行う。
【００６９】
次に、図３２に示すように、ＳｉＯ２マスク１５３を除去し、ウエットエッチングによりｎ−ＩｎＰチャネル層１１４の表面が露出している領域に共通電極１２０を形成する。また、ｐ−ＩｎＰ基板１１１の裏面に光吸収層電極１１８を形成し、コンタクト層１１７上にＳＯＡ電極１１９を形成する。
【００７０】
次に、チップに分離した後、信号光が入射する側の端面に、反射防止膜１４１を形成し、信号光が出射する側の端面に、反射防止膜１４２を形成する。反射防止膜１４１及び１４２は、誘電体多層膜により形成されており、ともに信号光における波長の光の反射率が０．１％以下となるものである。これにより、図２５に示す本実施の形態における半導体光増幅器を作製することができる。
【００７１】
このように形成された半導体光増幅器は、全体の長さが１０００μｍであり、第１の実施の形態における半導体光増幅器と略同等の特性を得ることができる。また、本実施の形態における半導体光増幅器は、光吸収層１１３と光増幅層１１５とは積層された構造となっているため、第１の実施の形態における半導体光増幅器よりも小型化にすることが可能である。
【００７２】
尚、本実施の形態においては、ｐ−ＩｎＰ基板１１１上に、ｐ−ＩｎＰクラッド層１１２、光吸収層１１３、ｎ−ＩｎＰチャネル層１１４、光増幅層１１５、ｐ−ＩｎＰクラッド層１１６を形成した構造の半導体光増幅器について説明した。しかしながら、本実施の形態における半導体光増幅器は、ｐ−ＩｎＰ基板上に、ｐ−ＩｎＰクラッド層、光増幅層、ｎ−ＩｎＰチャネル層、光吸収層、ｐ−ＩｎＰクラッド層を形成した構造であってもよい。この場合、光吸収層電極とＳＯＡ電極の配置は逆となる。但し、製造工程等を考慮した場合、本実施の形態において説明した図２５に示す構造であることが好ましい。
【００７３】
また、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００７４】
〔第３の実施の形態〕
次に、図３３に基づき第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態または第２の実施の形態における半導体光増幅器を有する光増幅装置である。半導体光増幅器２０１における信号光の入力側及び出力側には、不図示のレンズ等が設けられており、後述する光ファイバに結合されている。
【００７５】
本実施の形態における光増幅装置は、入力した光信号を増幅して出力するものである。本実施の形態における光増幅装置においては、光ファイバ２１０より入力した信号光は、光カプラ２２０により分岐され、光ファイバ２１１を介し光検出器２２１に入射する光と、光ファイバ２１２を介し半導体光増幅器２０１に入射する光とに分けられる。第１の光検出器である光検出器２２１は、入射光のパワーモニターを行うものであり、光検出器２２１において入射した光の強度に応じて電気信号が発生し、この電気信号は光利得制御回路２３０に送られる。光利得制御回路２３０では、光検出器２２１から送られた電気信号、後述する光検出器２５１から送られた電気信号及び外部からの外部制御信号に基づき、最適となる光増幅層駆動電流（ＳＯＡ電流）と光吸収層駆動電流を算出する。算出された光増幅層駆動電流に基づく制御信号は、光利得制御回路２３０よりＳＯＡ駆動回路２３１に送られ、ＳＯＡ駆動回路２３１において制御された光増幅層駆動電流が半導体光増幅器２０１に流される。また、算出された光吸収層駆動電流に基づく制御信号は、光利得制御回路２３０より光吸収層駆動回路２３２に送られ、光吸収層駆動回路２３２において制御された光吸収層駆動電流が半導体光増幅器２０１に流される。半導体光増幅器２０１では、流される光増幅層駆動電流及び光吸収層駆動電流に対応して、光ファイバ２１２より不図示のレンズ等を介し入射した信号光を増幅し、不図示のレンズ等を介し光ファイバ２４０に出射する。光ファイバ２４０に出射された信号光は、光カプラ２５０において分岐され、光ファイバ２４１を介し光検出器２５１に入力する光と、光ファイバ２４２を介し光増幅装置より出力される光とに分けられる。第２の光検出器である光検出器２５１は、出射光のパワーモニターを行うものであり、光検出器２５１に入射した光の強度に応じて電気信号が発生し、この電気信号は光利得制御回路２３０に送られる。
【００７６】
また、本実施の形態における光増幅装置では、半導体光増幅器２０１にはサーミスタ等の温度センサ部２０２及び熱電冷却素子等の温度調整部２０３が設けられている。温度センサ部２０２では、半導体光増幅器２０１の温度を測定しモニタすることができ、温度センサ部２０２において測定された温度情報は、電気信号に変換され、温度制御回路２３３に送られる。温度制御回路２３３では、温度センサ部２０２から送られた電気信号に基づき半導体光増幅器２０１が一定の温度となるように温度調整部２０３の制御を行う。具体的には、温度制御回路２３３からの制御信号が温度調整部２０３に送られ、温度調整部２０３は制御信号に基づき半導体光増幅器２０１が一定の温度となるように冷却または加熱を行う。
【００７７】
本実施の形態における光増幅装置では、ＷＤＭ信号を含む多種の信号光に対し、光利得を一定にする制御や、出射される信号光を一定にする制御等の様々な利得制御を行うことができる。
【００７８】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００７９】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成された光吸収層及び光増幅層と、
前記光吸収層及び前記光増幅層上に形成された上部クラッド層と、
を有し、
前記光吸収層を形成している半導体材料のバンドギャップは、前記光増幅層を形成している半導体材料のバンドギャップよりも広く、
前記光吸収層を形成している半導体材料のバンドギャップと前記光増幅層を形成している半導体材料のバンドギャップとの差は、０．１２ｅＶ以上であることを特徴とする半導体光増幅器。
（付記２）
前記光吸収層と前記光増幅層は光の伝搬方向に接続されることにより光導波路を形成することを特徴とする付記１に記載の半導体光増幅器。
（付記３）
前記光吸収層と前記光増幅層は前記半導体基板と垂直の方向に積層され、前記光吸収層と前記光増幅層との間にチャネル層を有することを特徴とする付記１に記載の半導体光増幅器。
（付記４）
前記半導体基板の裏面に設けられた共通電極と、
前記光増幅層が設けられている光増幅領域において、前記上部クラッド層を介して設けられた光増幅層電極と、
前記光吸収層が設けられている光吸収領域において、前記上部クラッド層を介して設けられた光吸収層電極と、
を有することを特徴とする付記２に記載の半導体光増幅器。
（付記５）
前記光吸収層の端面より光が入射し、前記光増幅層の端面より光が出射するものであることを特徴とする付記４に記載の半導体光増幅器。
（付記６）
前記半導体基板の裏面に設けられた光吸収層電極又は光増幅層電極と、
前記上部クラッド層を介して設けられた光増幅層電極又は光吸収層電極と、
前記チャネル層と接続される共通電極と、
を有することを特徴とする付記３に記載の半導体光増幅器。
（付記７）
前記チャネル層の厚さは、３００ｎｍ以下であることを特徴とする付記３に記載の半導体光増幅器。
（付記８）
前記チャネル層はＩｎＰを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記３に記載の半導体光増幅器。
（付記９）
前記光吸収層及び前記光増幅層の端面において、光が入射する端面及び光が出射する端面には、反射防止膜が設けられていることを特徴とする付記３に記載の半導体光増幅器。
（付記１０）
前記光増幅層に一定の電流を流した状態で、前記光吸収層に流れる電流量を制御することにより、光利得を変化させるものであることを特徴とする付記１から９のいずれかに記載の半導体光増幅器。
（付記１１）
前記光吸収層と前記光増幅層はともに同じ元素を含む材料により形成されており、
前記光吸収層と前記光増幅層とは組成比が異なるものであることを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の半導体光増幅器。
（付記１２）
前記光吸収層と前記光増幅層はともにＩｎＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＡｓを含む材料により形成されており、
前記光吸収層と前記光増幅層とは組成比が異なるものであることを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の半導体光増幅器。
（付記１３）
前記光増幅層は、多重量子井戸構造であることを特徴とする付記１から１２のいずれかに記載半導体光増幅器。
（付記１４）
前記光吸収層は、歪量が０．７６％以下の伸張歪みが加えられていることを特徴とする付記１から１３のいずれかに記載の半導体光増幅器。
（付記１５）
前記半導体基板は、ＩｎＰを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記１から１４のいずれかに記載の半導体光増幅器。
（付記１６）
前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層は、ＩｎＰを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記１から１５のいずれかに記載の半導体光増幅器。
（付記１７）
付記１から１６のいずれかに記載の半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器に入射する光の光量を測定する第１の光検出器と、
前記半導体光増幅器から出射する光の光量を測定する第２の光検出器と、
前記第１の光検出器及び第２の光検出器により検出された光量に基づき前記光吸収層に流す電流量を算出する光利得制御回路と、
前記光吸収層に流す電流量に基づき前記光吸収層に電流を流す光吸収層駆動回路と、
を有することを特徴とする光増幅装置。
（付記１８）
前記光利得制御回路は、さらに、前記第１の光検出器及び第２の光検出器により検出された光量に基づき前記光増幅層に流す電流量を算出するものであって、
前記光増幅層に流す電流量に基づき前記光増幅層に電流を流す光増幅層駆動回路を有することを特徴とする付記１７に記載の光増幅装置。
【符号の説明】
【００８０】
１１        ｎ−ＩｎＰ基板
１２        ｎ−ＩｎＰクラッド層
１３        光増幅層
１４        光吸収層
１５        ｐ−ＩｎＰクラッド層
１６        コンタクト層
１７        ＳＯＡ電極（光増幅層電極）
１８        光吸収層電極
１９        共通電極
２０        ＳＩ−ＩｎＰ電流狭窄層
２１        反射防止膜
２２        反射防止膜
３１        光増幅領域
３２        光吸収領域
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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