[发明专利]半导体光放大器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请包含与2010年6月30日向日本专利局提交的日本专利申请JP2010-149345中公开的相关主题并要求其优先权，将其全部内容通过引用并入此处。

技术领域

本发明涉及一种半导体光放大器。

背景技术

近来，在利用具有阿秒(attosecond)时标或飞秒(femtosecond)时标的脉冲时间的激光的先进科学领域的研究中，超短脉冲和超高功率激光器被积极使用。此外，由GaN化合物半导体构成并且具有405nm频带的发光波长的高功率超短脉冲激光二极管器件已经有望用作容积光盘系统的光源，所述容积光盘系统有望成为取代蓝光光盘系统的下一代光盘系统，所述二极管器件或者有望用作医疗领域、生物成像领域等所要求的光源。

作为超短脉冲和超高功率激光器，例如已知有钛/蓝宝石激光器。这种钛/蓝宝石激光器为昂贵且大型的固体激光源，这是抑制该技术的传播的主要因素。如果通过使用激光二极管或激光二极管器件来实现超短脉冲和超高功率激光器，那么，可实现显著小型化、价格降低和高稳定性，期望这成为促使超短脉冲和超高功率激光器在这些领域中的广泛应用的突破。

同时，在通信系统领域，自从1960年代开始，一直在积极研究激光二极管器件的短脉冲。作为在激光二极管器件中产生短脉冲的方法，已知的有增益开关方法、损耗开关方法(Q开关方法)和锁模法。在这些方法中，通过将激光二极管器件与半导体放大器、非线性光学器件、光纤等结合而追求高输出。锁模还分为主动锁模和被动锁模。为基于主动锁模而产生光脉冲，外部振荡器通过使用反射镜或透镜而构成，并且对激光二极管器件施加更高频率(RF)调制。同时，在被动锁模中，通过利用具有多电极结构的激光二极管器件，通过简单的直流驱动即可产生光脉冲。

在激光源中，一个大的挑战是获得高功率。作为对来自激光源的光进行放大的装置，半导体光放大器(SOA)已受到积极的研究。光放大器是一种直接放大处于光状态下的光信号而不将光信号转换为电信号的放大器。光放大器具有不含谐振器的激光结构，并且通过放大器的光增益而放大入射光。

过去，开发光放大器主要用于光通信。于是，关于半导体光放大器在405nm频带的实际应用，几乎没有在先的例子。例如，基于日本未经审查的专利申请公开5-067845号，已知有一种在1.5μm频带的半导体光放大器，该半导体光放大器使用GaInAsP化合物半导体并且具有锥形脊状条纹结构。在在先的日本未经审查的专利申请公开5-067845号公开的技术中，在半导体光放大器中，光导宽度从满足单模条件的窄的输入侧光导向输出侧光导以锥形缓慢地扩展。从而，模场随着光导宽度而扩展，以便提高半导体光放大器的最大输出。

发明内容

然而，通过本发明的发明人的研究，了解到如下内容。即，在由GaN化合物半导体构成的半导体光放大器中，即使在输出侧的光导宽度变宽，输出的近场图像的宽度仍未得到扩大，并且比光导宽度窄。前述的事实可导致半导体光放大器的最大输出的增加被抑制，并导致从半导体光放大器输出的激光的不稳定性。

因此，在本发明中，首先，期望提供一种由GaN化合物半导体构成的可实现更大的光输出的半导体光放大器。其次，还期望提供一种半导体光放大器，其中不会发生从半导体光放大器输出的激光不稳定的情况。

根据用于实现前述第一和第二目的的本发明的第一实施方式～第三实施方式，提供了一种半导体光放大器，该半导体光放大器包括：层叠结构，其中依次层叠具有第一导电类型并且由GaN化合物半导体构成的第一化合物半导体层、具有由GaN化合物半导体构成的光放大区(载流子非注入区、增益区)的第三化合物半导体层、以及具有不同于第一导电类型的第二导电类型并且由GaN化合物半导体构成的第二化合物半导体层；第二电极，其形成于第二化合物半导体层上；以及第一电极，其电连接于第一化合物半导体层，其中，所述层叠结构具有脊状条纹结构。当在光出射端面中的脊状条纹结构的宽度为W_out，并且在光入射端面中的脊状条纹结构的宽度为W_in时，满足W_out＞W_in。

在根据用于实现前述第一目的的本发明的第一实施方式的半导体光放大器中，从光出射端面起，沿半导体光放大器的轴线而在层叠结构的内部区域中设置有载流子非注入区。

在根据用于实现第二目的的本发明的第二实施方式的半导体光放大器中，第二电极的宽度窄于脊状条纹结构的宽度。