(57)【要約】【課題】外部共振型レーザーに使われるスーパールミネッセンスダイオードをＳＬＤ領域及びＳＯＡ領域に分けてしきい電流が低く且つ出力が従来のＳＬＤより２倍程度高い光源を提供する。【解決手段】本発明に係るスーパーミネッセンスダイオードが集積された反射型光増幅器は、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）領域と、前記ＳＬＤ領域から生成された光を増幅するためのＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）領域とを有する基板と、前記基板上で前記ＳＬＤ領域及び前記ＳＯＡ領域にわたって延長され、前記ＳＯＡ領域でテーパー形状を有する活性層を含む埋め込み型異種接合構造（Buried Heterostructure）の光導波路と、前記活性層の周囲に形成され、前記活性層以外への電流流れを遮断し、互いに異なる導電型の半導体層が積層された電流遮断層と、前記光導波路及び前記電流遮断層上に形成されたクラッド層とを含む。【選択図】図１
2009152605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）領域と、前記ＳＬＤ領域から生成された光を増幅するためのＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）領域とを有する基板と、
前記基板上で前記ＳＬＤ領域及び前記ＳＯＡ領域にわたって延長され、前記ＳＯＡ領域でテーパー形状を有する活性層を含む埋め込み型異種接合構造（Buried Heterostructure)の光導波路と、
前記活性層の周囲に形成され、前記活性層以外への電流流れを遮断し、互いに異なる導電型の半導体層が積層された電流遮断層と、
前記光導波路及び前記電流遮断層上に形成されたクラッド層と、
を含む光増幅器が集積されたスーパーミネッセンスダイオード。
【請求項２】
前記基板と前記光導波路との間に形成された受動導波路層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器が集積されたスーパーミネッセンスダイオード。
【請求項３】
前記ＳＬＤ領域の活性層と前記ＳＯＡ領域の活性層とが異種の活性層からなることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器が集積されたスーパーミネッセンスダイオード。
【請求項４】
前記光導波路は、前記ＳＯＡ領域の幅が狭く形成されるリッジ（ridge）構造で形成されることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器が集積されたスーパーミネッセンスダイオード。
【請求項５】
前記ＳＯＡ領域の幅は、放射光モードの大きさを考慮して計算されることを特徴とする請求項４に記載の光増幅器が集積されたスーパーミネッセンスダイオード。
【請求項６】
前記電流遮断層は、第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層との積層構造からなることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器が集積されたスーパーミネッセンスダイオード。
【請求項７】
前記ＳＬＤ領域の活性層は、応力緩和多重量子井戸構造からなることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器が集積されたスーパーミネッセンスダイオード。
【請求項８】
前記ＳＯＡ領域の活性層は、応力緩和バルク構造からなることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器が集積されたスーパーミネッセンスダイオード。
【請求項９】
前記クラッド層上に形成されたオーミック（ohmic）層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器が集積されたスーパーミネッセンスダイオード。
【請求項１０】
前記ＳＬＤ領域の入射断面が高反射コーティングされることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器が集積されたスーパーミネッセンスダイオード。
【請求項１１】
前記ＳＯＡ領域の出射断面が無反射コーティングされることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器が集積されたスーパーミネッセンスダイオード。
【請求項１２】
前記ＳＯＡ領域のリッジ（ridge）導波路の幅は、７〜１０μｍであることを特徴とする請求項４に記載の光増幅器が集積されたスーパーミネッセンスダイオード。
【請求項１３】
請求項１に記載の光増幅器が集積されたスーパーミネッセンスダイオードが平板型光回路（Planar Lightwave Circuit:ＰＬＣ）にＴＯカン（TO can）で実装された外部共振レーザー。
【請求項１４】
請求項１に記載の光増幅器が集積されたスーパーミネッセンスダイオードが平板型光回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）プラットフォームにフリップチップ方式で実装された外部共振レーザー。
【請求項１５】
前記平板型光回路は、前記平板型光回路の光導波路上に形成されたブラッグ格子（bragg grating）と、前記ブラッグ格子の温度を制御するためのヒーター電極とを含むことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の外部共振レーザー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スーパーミネッセンスダイオードに関し、特にスーパールミネッセンスダイオードと光増幅器を１つのプラットフォームで形成した２−セクション（section）スーパールミネッセンスダイオードに関する。
【０００２】
本発明は、韓国情報通信部及び情報通信研究振興院のＩＴ源泉技術開発事業の一環として行った研究から導き出されたものである［課題管理番号：２００６−Ｓ−０７３−０２、課題人：携帯端末機用ナノフレキシブル光電配線モジュール］。
【背景技術】
【０００３】
経済的なＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）加入者網システムを具現するためには、安定的で且つ価格効率的な光源の開発が必須である。特に、ＷＤＭ加入者網システムは、加入者毎に特定の波長が指定され、通信が行われるので、指定された波長に関係なく、加入者毎に同一の光源を提供することができる波長独立（wavelength independent）光源に対する研究が行われなければならない。
【０００４】
このような波長独立光源研究の一環として、最近波長ロックされたファブリ・ペローレーザーダイオード（Wavelength Locked Fabry Perot-Laser Diode：ＷＬＦＰ−ＬＤ）、反射型半導体光増幅器（Reflective Semiconductor Optical Amplifier：ＲＳＯＡ）及び平板型光回路を利用した外部共振レーザー（Planar Lightwave Circuit-External Cavity Laser：ＰＬＣ−ＥＣＬ）に関する研究が活発に進行されている。
【０００５】
これらのうちＷＬＦＰ−ＬＤとＲＳＯＡを利用した再変調（remodulation）構造は、注入される光源の特性によって左右されるだけでなく、直接変調が可能なデータレートが１．２５Ｇｂ／ｓに制限される短所がある。
【０００６】
このような点から、窮極的なＷＤＭ光加入者網の光源は、経済的で且つ２．５Ｇｂ／ｓ以上の直接変調が可能なＰＬＣ−ＥＣＬが注目されている。
【０００７】
ＥＣＬは、シリコーン基板の上に形成されたシリカ及びポリマー導波路に格子（grating）を形成し、光源である半導体レーザーがハイブリッド（hybrid）集積される構造である。
ＥＣＬの光源である半導体レーザーは、出射面の反射度が０．１％以下に発振をしてはならないし、低電流動作で高い出力を有する素子でなければならない。
【０００８】
したがって、このような条件を満足する光源として、ＦＰ−ＬＤ（Fabry Perot-Laser Diode）とＳＬＤ（Super Luminescent Diode）が挙げられるが、通常広い帯域幅を有するＳＬＤが主に使われている。
【０００９】
一般的なＳＬＤは、出射断面の反射度を低減するために、活性層や光導波路を７度乃至１０度傾けて製作している。このようにすれば、出射断面の反射度を減らすことができるが、しきい電流が増加し、動作電流が増加するため、ＷＤＭ−ＰＯＮ（Passive Optical Network）用光源として適していない。したがって、ＳＬＤを無反射及び高反射コーティングされたファブリ・ペロー程度の特性を有する光源への研究が活発に進行されている。
【００１０】
一方、通常ＳＬＤが高出力で動作するためにＳＯＡが単一集積される研究が進行されている。最近の研究結果によれば、ＳＬＤにＳＯＡを単一集積する場合、ＳＬＤの出力が２倍位増加することが明らかになった。このようなＳＬＤは、しきい電流が非常に高いため、ＰＬＣ−ＥＣＬ、特にＷＤＭ−ＰＯＮ用ＰＬＣ−ＥＣＬの光源として適していない。
【００１１】
したがって、しきい電流が低く、且つ出力が一般的なＳＬＤより２倍程度高いＳＬＤの開発が要求される。
【特許文献１】米国特許登録ＵＳ７，０４６，４３５Ｂ２
【非特許文献１】Narrow  beam  1.3μmsuperluminescent  diode  with  butt-jointed  selectively  grown  spot  size  converter：ELECTRONICS  LETTERS  ２４ｔｈ  April  １９９７Vol．３３, Ｎｏ．９
【非特許文献２】High-Power  1.5μm  InGaAsＰ/InＰ  Straind  Quantum  Wells  Integrated  Superluminescent  Light  Source  with  Titled  Structure：Jpn.Ｊ.Appl.Phys.Vol.４０(２００１)ｐｐ.４００９−４０１０  Part１,No.６Ａ,June２００１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、ＰＬＣ−ＥＣＬに使われる光源であるＳＬＤにＳＯＡを単一集積し、しきい電流が低く且つ出力が従来のＳＬＤに比べて２倍程度高い光源を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の目的は、１．２５Ｇｂｐ／ｓ以上の高周波変調特性に優れたＳＬＤ及びＳＯＡの単一集積素子と前記素子を利用した外部共振レーザーを提供することにある。
【００１４】
本発明のその他の目的は、下記の説明及び本発明の一実施例によって把握されることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の一実施例に係る光増幅器が集積されたスーパーミネッセンスダイオードは、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）領域と、前記ＳＬＤ領域から生成された光を増幅するためのＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）領域とを有する基板と、前記基板上で前記ＳＬＤ領域及び前記ＳＯＡ領域にわたって延長され、前記ＳＯＡ領域でテーパー形状を有する活性層を含む埋め込み型異種接合構造（Buried Heterostructure）の光導波路と、前記活性層の周囲に形成され、前記活性層以外への電流流れを遮断し、互いに異なる導電型の半導体層が積層された電流遮断層と、前記光導波路及び前記電流遮断層上に形成されたクラッド層とを含む。
【００１６】
好ましくは、前記基板と前記光導波路との間に形成された受動導波路層をさらに含み、前記ＳＬＤ領域の活性層と前記ＳＯＡ領域の活性層とが異種の活性層からなり、前記光導波路は、前記ＳＯＡ領域の幅が狭く形成されるリッジ（ridge）構造で形成される。
【００１７】
また、本発明の一実施例に係る外部共振レーザーは、本発明の一実施例に係る光増幅器が集積されたスーパーミネッセンスダイオードが平板型光回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）にＴＯカン（ＴＯ can）で実装される。
【００１８】
また、本発明の他の実施例に係る外部共振レーザーは、本発明の一実施例に係る光増幅器が集積されたスーパーミネッセンスダイオードが平板型光回路（Planar Lightwave Circuit:PLC）プラットフォームにフリップチップ方式で実装される。
【００１９】
好ましくは、前記平板型光回路は、前記平板型光回路の光導波路上に形成されたブラッグ格子（bragg grating）と、前記ブラッグ格子の温度を制御するためのヒーター電極とを含む。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、ＰＬＣ−ＥＣＬに使われるＳＬＤにＳＯＡを単一集積し、しきい電流が低く且つ出力が従来ＳＬＤより２倍程度高い光源を提供することができる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
下記で本発明を説明するにあたって、関連された公知の機能または構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にすることができると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。そして、後述する用語は、本発明での機能を考慮して定義された用語であって、これは、使用者、運用者の意図または慣例などによって変わることができる。それで、本明細書全般の内容に基づいて定義されなければならない。
【００２２】
ＷＤＭ−ＰＯＮ  ＯＬＴ（Optical Line Terminal）及びＯＮＵ（Optical Network Unit）に使われるＳＬＤの活性層は、偏光依存性がある圧縮応力緩和多重量子井戸構造（Multiple Quantum Well:ＭＱＷ）を有し、ＳＯＡは、偏光依存性がない応力緩和バルク構造を有するという点から差異があるだけで、成長層と光導波路を形成する構造は同一である。
【００２３】
したがって、以下で説明する本発明は、このようなＷＤＭ−ＰＯＮ  ＯＬＴ及びＯＮＵに使われるＳＬＤにＳＯＡを単一集積し、しきい電流が低く且つ出力が通常のＳＬＤより２倍程度高い光源を提供する。また、ＳＬＤにＳＯＡを単一集積し、１．２５Ｇｂｐ／ｓ以上の高周波変調特性に優れた素子及び前記素子を利用した外部共振レーザーを提供する。
【００２４】
一方、このような単一集積素子のしきい電流を低減するためには、チップサイズを最小化しなければならない。したがって、このためにＳＬＤを埋め込み型異種接合（Buried Heterostructure、以下、ＢＨという）構造で製作することが好ましい。これは、ＢＨ構造がＢＲＳ（Buried Ridge Stripe）構造より活性層以外への電流流れを遮断する特性に優れていて、低電流特性及び高性能を発揮するからである。
【００２５】
また、単一集積素子の内部反射を低減し、出力を高め、放射光の大きさを大きくするために、光導波路の先端をテーパー形状で製作する。この時、テーパー先端の幅（通常０．１μｍ以下）が少ないほど特性に優れている。
【００２６】
以下、本発明を説明するにあたって、従来技術との比較及び説明の便宜のために、本発明に係るＳＯＡが集積されたＳＬＤを２−section ＳＬＤと言う。
以下、本発明の好ましい実施例を添付の図面を参照して詳しく説明する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施例に係る２−section ＳＬＤの概路図である。
図１を参照すれば、本発明の一実施例に係る２−section ＳＬＤは、ｎ−ＩｎＰ基板１１、前記ｎ−ＩｎＰ基板１１の下部に形成されたｎ型電極２２、前記ｎ−ＩｎＰ基板１１上に形成された受動導波路１２、前記受動導波路１２上に形成された光導波路、前記光導波路上に形成されたｐ型オーミック層１８、前記ｐ型オーミック層１８上に間隔を置いてＳＬＤ領域及びＳＯＡ領域にそれぞれ形成されたｐ型ＳＬＤ電極２１及びｐ型ＳＯＡ電極２３を含む。
【００２８】
前記光導波路は、ＢＨ構造の活性層１４、１９及び電流遮断層を含み、前記電流遮断層は、ｐ−ＩｎＰ電流遮断層１５及びｎ−ＩｎＰ電流遮断層１６を含む。また、前記ＢＨ構造の活性層１４、１９のうちＳＯＡ領域の活性層１９は、テーパー形状で形成されており、ＳＬＤ領域の活性層１４は、直線構造であり、ＳＯＡ領域と当接する部分では曲がった構造を有する。前記電流遮断層１５、１６は、活性層１４、１９以外への電流流れを遮断する。
【００２９】
一方、活性層１４、１９の周辺に漏れる寄生容量を低減するために、前記光導波路の周囲の電流遮断層１５、１６及び基板１１の一部を選択エッチングし、トレンチチャンネル２４を形成することが好ましい。
【００３０】
また、シリカ導波路や光ファイバーなどとの結合効率を高めるために、ＳＯＡ領域の幅がさらに狭いリッジ（ridge）形態で構成することが好ましい。前記リッジ導波路の幅は、一般的なフォト作業及び選択的エッチング作業で調節が可能なので、リッジ幅による放射光の大きさを調節することができるようになる。前記ＳＯＡ領域の導波路の幅は、シリカ導波路との結合効率を最大にすることができるように、７〜１０μｍであることが好ましい。
【００３１】
一方、２−section ＳＬＤの出射断面には、反射度を低減するための無反射コーティング２６を施し、入射断面には、利得を高めるために高反射コーティング２５を施すことが好ましい。
【００３２】
前記活性層１４、１９のうちＳＬＤ領域の活性層１４は、応力緩和多重量子井戸構造で構成し、ＳＯＡ領域の活性層１９は、偏光無依存姓を有する応力緩和バルク構造で構成することが好ましい。
【００３３】
図２は、図１に示された２−section ＳＬＤの光導波路の長手方向の縦断面図である。
図２を参照すれば、本発明に係る２−section ＳＬＤの出射断面には、反射度を低減するための無反射コーティング２６が施され、入射断面には、素子の利得を高めるために高反射コーティング２５が施されていることが分かる。
【００３４】
一方、導波路を大きい角度で傾けるほど入／出射面で反射率が低くなり、曲がった導波路領域での損失が大きいため、利得が減少する。したがって、この時、発生する損失を最小化するために、活性層の下方に受動導波路１２を形成する。これにより、光の結合効率を高めることができる利点がある。
【００３５】
本発明では、活性層の幅は、１〜１．５μｍであり、曲がった導波路からテーパー形状の先端までの幅が１〜１．５μｍから０．１μｍ以下に減少し、モード大きさを変換することができるようにした。
【００３６】
図２は、すべての導波路が活性層からなる場合であり、ＳＬＤ領域が直線及び曲がった活性層であって４６０μｍ、ＳＯＡ領域がテーパー形状領域であって３００μｍ、進行光が受動導波路と結合する領域が４０μｍである。
【００３７】
図３は、本発明の他の実施例に係る２−section ＳＬＤを示す概路図である。図３に示された２−section ＳＬＤは、基本的に図１に示された２−section ＳＬＤと同一であるが、ＳＯＡ領域が異種の活性層からなる構造である。
【００３８】
異種の活性層は、ＳＬＤ領域にＳＯＡの活性層がバットカップリング（butt-coupling）形態に成長された構造であって、ＳＬＤ領域と類似な発振波長を有するバルク型の引張変形（tensile strain）または変形（strain）がない構造である。
【００３９】
図４は、図３に示された２−section ＳＬＤの光導波路の長手方向の縦断面図である。図４を参照すれば、基本的に図２に示された２−section ＳＬＤと同一であるが、ＳＯＡ領域の活性層が異種で構成されていることが分かる。
【００４０】
一方、上記のような実施例に係る２−section ＳＬＤを受動導波路１２を形成することなく構成することもできるが、これを図５及び図６に示す。
【００４１】
まず、図５を参照すれば、図１に示された２−section ＳＬＤと基本的に同一の構成を有する。すなわちＳＬＤ領域とＳＯＡ領域の活性層が同種からなり、但し、受動導波路がない構造である。
【００４２】
一方、図６を参照すれば、図３に示された２−section ＳＬＤと基本的に同一の構成を有する。すなわちＳＬＤ領域とＳＯＡ領域の活性層が異種からなり、但し、受動導波路がない構造である。
【００４３】
上記のように、本発明に係る２−section ＳＬＤは、受動導波路１２を形成してもよく、形成しなくてもよい。
【００４４】
図７は、本発明に係る２−section ＳＬＤを利用して形成された外部共振レーザーを示す例示図である。
図７を参照すれば、ＳＯＡが集積された２−section ＳＬＤを利用してＴＯ  ｃａｎ３５を形成し、これをシリカまたはポリマーＰＬＣの上に形成されたブラッグ格子（Bragg grating）３２と結合してＥＣＬを形成したことが分かる。ヒーター電極３３は、ブラッグ格子３２の温度を制御するためのものである。
【００４５】
図８は、外部共振レーザーを形成する他の例であって、図７の構成と同一のＰＬＣの上にフリップチップ（flip-chip）ボンディングされた２−section ＳＬＤを利用したＥＣＬの構造を示す。
このように、本発明に係る２−section ＳＬＤを利用してＥＣＬを製作する場合、低電流及び高出力で動作するＥＣＬを製作することができる利点がある。
【００４６】
以上において説明した本発明は、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、上述した実施例及び添付された図面に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施例に係る２−section ＳＬＤの概路図である。
【図２】図１に示された２−section ＳＬＤの光導波路の長手方向の縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施例に係る２−section ＳＬＤを示す概路図である。
【図４】図３に示された２−section ＳＬＤの光導波路の長手方向の縦断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施例に係る２−section ＳＬＤを示す概路図である。
【図６】本発明のさらに他の実施例に係る２−section ＳＬＤを示す概路図である。
【図７】本発明に係る２−section ＳＬＤを利用して形成された外部共振レーザーを示す例示図である。
【図８】本発明に係る２−section ＳＬＤを利用して形成された他の外部共振レーザーを示す例示図である。
【符号の説明】
【００４８】
１１  ｎ−ＩｎＰ基板
１２  受動導波路（ＩｎＧａＡｓＰ）
１３  ｎ−ＩｎＰクラッド層
１４  ＳＬＤ領域の活性層
１５  ｐ−ＩｎＰ電流遮断層
１６  ｎ−ＩｎＰ電流遮断層
１７  ｐ−ＩｎＰクラッド層
１８  ｐ−ＩｎＧａＡｓオーミック層
１９  ＳＯＡ領域のテーパー形状活性層
２０  バット（butt）境界領域
２１  ｐ型ＳＬＤ電極
２２  ｎ型電極
２３  ｐ型ＳＯＡ電極
２４  チャンネル       
２５  高反射コーティング面
２６  無反射コーティング面
２７  リッジ導波路
２８  シリカまたはポリマーＰＬＣプラットフォーム
２９  シリカまたはポリマー導波路
３０  シリカまたはポリマーの下部閉じ込め層
３１  シリカまたはポリマーの上部閉じ込め層
３２  シリカまたはポリマーブラッグ格子
３３  ヒーター電極
３４  ２−section ＳＬＤ／Ｒ−ＳＯＡ
３５  ＴＯ can 
【図１】
2009152605.tif 000003
【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】
2009152605.tif 000009
【図８】
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