半導体発光素子およびそれを用いた光パルス試験器
【課題】複数の波長帯の光を発光可能であり、特に、複数の異なる波長帯の光を各々複数の縦モードで発振可能で、高出力且つ高歩留まりで製造可能な半導体発光素子およびそれを用いた小型且つ低価格な光パルス試験器を提供する。
【解決手段】１．５５μｍ帯に利得波長λ1を有するＭＱＷ活性層１３ａと１．３μｍ帯に利得波長λ2を有するＭＱＷ活性層１３ｂが、光の導波方向に沿って結合導波層１９を介して光学的に結合されて、利得波長λ1、λ2の長さの順に直列に配置され、結合導波層１９は１．３μｍより短い組成波長を有し、結合導波層１９近傍に、短い利得波長λ2のブラッグ波長を有する回折格子２０が形成された構成を有している。
【解決手段】１．５５μｍ帯に利得波長λ1を有するＭＱＷ活性層１３ａと１．３μｍ帯に利得波長λ2を有するＭＱＷ活性層１３ｂが、光の導波方向に沿って結合導波層１９を介して光学的に結合されて、利得波長λ1、λ2の長さの順に直列に配置され、結合導波層１９は１．３μｍより短い組成波長を有し、結合導波層１９近傍に、短い利得波長λ2のブラッグ波長を有する回折格子２０が形成された構成を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子およびそれを用いた光パルス試験器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の分野において、複数波長の光を出力するシステムが用いられている。そして、例えば２波長のレーザ光を出力するシステムの場合には、各波長用に製作された２つの半導体レーザを用意し、各半導体レーザからの出力光を合波して出力する構成としていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、光通信用の光源として、１つの素子で１．３μｍ帯から１．５μｍ帯までの波長差の大きな光を出射する集積型の半導体レーザが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０９２６６号公報
【特許文献２】特開平１１−６８２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された構成においては、光学部品の点数が多く、各光学部品の光軸を調整するための機構構造が複雑であり、小型化および低価格化の実現が困難であった。
【０００６】
また、特許文献２に開示された半導体レーザは、単一の縦モードで発振する分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed-FeedBack）レーザであり、例えば、光パルス試験器に用いられた場合には、コヒーレントノイズの増大による測定精度の低下を引き起こす恐れがあった。
【０００７】
このような問題を解決するため、本出願人は先の出願（特願２００９−０３４０８０）において、複数の波長帯の光を各々複数の縦モードで発振可能な半導体発光素子を開示した。この発明によって上述のような従来技術の問題点は解決されたが、さらなる研究の結果、より低価格化を可能にする製造容易性の改善や、光パルス試験器の性能のさらなる向上に直結する光出力の増大を実現する、より好ましい構造を発明するに至った。
【０００８】
すなわち本発明は上述の従来技術の問題点を解決すると同時に、製造容易性の改善（あるいは歩留まりの向上）および光出力の向上を実現した半導体発光素子およびそれを用いた光パルス試験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】
【０００９】
本発明の半導体発光素子は、半導体基板上に、劈開によって形成された第１の光出射端面と第２の光出射端面とを有し、前記第１の光出射端面に開口し第１の利得波長を有する第１の多重量子井戸型活性層と前記第２の光出射端面に開口し第２の利得波長を有する第２の多重量子井戸型活性層とそれらを光学的に結合させる結合導波路層とが光の導波方向に結合され、前記第１の多重量子井戸層の上方に第１の電極を、前記第２の多重量子井戸層の上方に第２の電極を、前記半導体基板の底面に第３の電極を備えている半導体発光素子において、前記第１の利得波長は前記第２の利得波長より長く、前記結合導波路層近傍に、前記第２の利得波長に相当するブラッグ波長を有する回折格子が形成され、前記第１の電極と前記第３の電極との通電によって前記第１の多重量子井戸型活性層で生成された光が、前記第１の光出射端面と前記第２の光出射端面とで構成される共振器で発振し、前記第２の電極と前記第３の電極との通電によって前記第２の多重量子井戸型活性層で生成された光が、前記回折格子と前記第２の光出射端面とで構成される共振器で発振し、ともに前記第２の光出射端面から出射される構成を有している。
【００１０】
この構成により、１つの素子で複数の波長帯の光を各々複数の縦モードで発振させることができる。
【００１１】
本発明の半導体発光素子は、前記第２の光出射端面から出射される光に対する反射率が、前記第１の光出射端面から出射される光に対する反射率より低く形成された構成を有していてもよい。
【００１２】
本発明の半導体発光素子は、前記第１の利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、前記第２の利得波長が１．２８〜１．３４μｍである構成を有していてもよい。
【００１３】
この構成により、１つの素子で１．３μｍ帯および１．５５μｍ帯の光を複数の縦モードで発振させることができる。
【００１４】
本発明の半導体発光素子は、前記結合導波路層が、前記第２の利得波長と同じかまたはより短い組成波長を有するバルク型構造であるである構成を有していてもよい。
【００１５】
この構成により、高い製造歩留まりで作製でき、かつ高出力特性を得ることが出来る。
【００１６】
本発明の半導体発光素子は、前記結合導波路層の上方に、前記第１の電極および前記第２の電極から拡散してくるキャリアの前記結合導波路層への流入を防止するキャリアブロック層が設けられていてもよい。
【００１７】
この構成により結合導波路層へのキャリア流入が抑えられ、自由キャリア吸収による光出力の減少を防ぐことができ、高出力動作が実現される。
【００１８】
本発明の光パルス試験器は、上記のいずれかの半導体発光素子、および、該半導体発光素子に光パルスを発するためのパルス状の駆動電流を印加する発光素子駆動回路を有し、該半導体発光素子の前記第２の光出射端面から出射された前記光パルスを被測定光ファイバに出力する発光部と、前記被測定光ファイバからの前記光パルスの戻り光を電気信号に変換する受光部と、前記受光部によって変換された電気信号に基づいて前記被測定光ファイバの損失分布特性を解析する信号処理部と、を備える構成を有している。
【００１９】
この構成により、複数の波長帯の光を複数の縦モードで発振可能な半導体発光素子を備えるため、小型且つ低価格な光パルス試験器を実現できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、複数の異なる波長帯の光を各々複数の縦モードで発振可能であり、高出力動作が可能でかつ製造容易な半導体発光素子およびそれを用いた小型且つ低価格な光パルス試験器を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体発光素子の構成を示す断面図
【図２】本発明の第２の実施形態の半導体発光素子の構成を示す断面図
【図３】本発明の第３の実施形態の光パルス試験器の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る半導体発光素子およびそれを用いた光パルス試験器の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
本発明に係る半導体発光素子の第１の実施形態を図１に示す。図１は、第１の実施形態の半導体発光素子１０を光の伝搬方向に沿って切断した断面図である。
【００２４】
半導体発光素子１０は、図１に示すように、例えば、ｎ型ＩｎＰ（インジウム・リン）からなるｎ型半導体基板１１と、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２と、利得波長λ1を有するＩｎＧａＡｓＰ（インジウム・ガリウム・砒素・リン）からなる第１の多重量子井戸型の活性層１３ａを有する第１の利得領域Ｉと、利得波長λ2（＜λ1）を有するＩｎＧａＡｓＰからなる第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂを有する第２の利得領域ＩＩと、λ2よりさらに短い組成波長を有するＩｎＧａＡｓＰからなるバルク型結合導波路層１９を有する結合導波路領域ＩＩＩを備える。
【００２５】
ここで、利得波長とは、後述する複数の縦モードの発振波長のうち所望の縦モードのピーク波長を示すものとする。本実施形態では、利得波長λ1、λ2として光パルス試験器で用いる波長１．５５μｍ、１．３μｍを例にして説明する。なお、利得波長λ1、λ2は、それぞれ１．５２≦λ1≦１．５８、１．２８≦λ2≦１．３４の範囲内の値であってもよい。またその時の結合導波路層１９の組成波長λｊは１．０５≦λｊ≦１．２７であっても良い（上記λ1、λ2、λｊの単位はいずれもμｍ）。なお組成波長とは、半導体混晶のバンドギャップエネルギーを光の波長で表したもので、混晶組成の表現方法の一つである。
【００２６】
第１の多重量子井戸型の活性層１３ａ、結合導波路層１９，第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂは、光の導波方向に沿って配置され、バットジョイント構造により光学的に結合されている。なお、ここで言う第１の多重量子井戸型の活性層１３ａおよび第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂは、多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造とそれを挟む光分離閉じ込め（ＳＣＨ：Separate Confinement Heterostructure）層を含んでいる。
【００２７】
また、第１の多重量子井戸型の活性層１３ａおよび第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂの上面にはｐ型ＩｎＰクラッド層１４、ｐ型ＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・砒素）からなるコンタクト層１５ａ、１５ｂがこの順にそれぞれ積層されている。結合導波路層１９の上面にはｐ型ＩｎＰクラッド層１４が形成されている。
【００２８】
また、ｎ型半導体基板１１の下面には下部電極１６、コンタクト層１５ａおよび１５ｂ上には第１の利得領域Ｉ用の第１の上部電極１７ａおよび第２の利得領域ＩＩ用の第２の上部電極１７ｂが蒸着形成されている。
【００２９】
また、第１の活性層１３ａおよび第２の活性層１３ｂは、劈開によって形成された第１の光出射端面１０ａおよび第２の光出射端面１０ｂをそれぞれ有する。第１の光出射端面１０ａには高反射（ＨＲ）コート１８ａが、第２の光出射端面１０ｂには低反射（ＬＲ）コート１８ｂがそれぞれ施されており、第２の光出射端面１０ｂから出射される光に対する反射率が、第１の光出射端面１０ａから出射される光に対する反射率より低くなっている。
【００３０】
ここで、ＨＲコート１８ａが施された第１の光出射端面１０ａ側の反射率は９０％以上、ＬＲコート１８ｂが施された第２の光出射端面１０ｂ側の反射率は１〜１０％程度とすることが好ましい。
【００３１】
さらに、結合導波路部１９近傍に、第２の利得波長λ2近傍のブラッグ波長λgおよび１００ｃｍ-1以上の結合係数κを有する回折格子２０が形成されている。
【００３２】
ここで、結合係数κとは、回折格子が形成された導波路を光が単位距離だけ伝搬する際に反射される光の割合を示すパラメータである。この結合係数κが大きいと、最大反射率が増大するとともに反射帯域が拡がり、複数の縦モードの発振が生じる。なお、上記のようにκ≧１００ｃｍ-1である本実施形態の回折格子２０においては、回折格子２０の光の導波方向の長さＬが２００μｍ程度あれば反射率は９０％以上となる。なお図１では結合導波路層１９の長さと回折格子の長さＬが一致して描かれているが、必ずしも一致する必要はなく、結合導波路の一部に回折格子があっても良い。
【００３３】
結合導波路層１９はバルク結晶で作製されるため、第１の多重量子井戸型の活性層１３ａとの界面である第１のバットジョイント結合部１９ａおよび第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂとの界面である第２のバットジョイント結合部１９ｂは、ともに多重量子井戸型結晶とバルク結晶との接合となり、しかも先に多重量子井戸型結晶を成長した後でバルク型結晶を成長させるので、多重量子井戸構造を後からバットジョイント成長させるときに生じやすい結晶の這い上がりや歪み、欠陥の問題が生じにくく、界面での過剰反射や光の吸収損失の増大を回避でき、高歩留まりや光出力の向上が達成できる。
【００３４】
さらに結合導波路層１９の組成波長は第１の利得波長λ1および第２の利得波長λ2よりも短いため、遷移による吸収損失が抑えられ、高出力動作が可能となる。
【００３５】
なお、回折格子２０が形成される位置は、図１に示したように結合導波路層１９の下方であってもよく、あるいは結合導波路層１９の上方のｐ型ＩｎＰクラッド層１４内であってもよい（図示せず）。また、第１の利得領域Ｉの第１の光出射端面１０ａ近傍にもブラッグ波長１．５５μｍの回折格子が形成されていてもよい。
【００３６】
以下、本発明に係る半導体発光素子１０の製造方法の一例を図１を参照しながら説明する。
【００３７】
まず、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いてｎ型ＩｎＰからなるｎ型半導体基板１１上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２をエピタキシャル成長形成する。
【００３８】
次に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２の上面に、利得波長が１．５５μｍとなるＩｎＧａＡｓＰからなる第１の多重量子井戸型の活性層１３ａを成長形成する。
【００３９】
次に、第１の多重量子井戸型の活性層１３ａの上にＳｉＯ2またはＳｉＮｘからなる絶縁膜（図示せず）をプラズマＣＶＤ法等により数１０ｎｍ堆積し、さらにその上にフォトレジスト（図示せず）を塗布する。
【００４０】
続いて、フォトリソグラフィにより、第２の利得領域ＩＩおよび結合導波路領域ＩＩＩ側のレジストを取り除き、エッチング処理により、レジストで覆われていない領域の絶縁膜を除去する。
【００４１】
さらに、残っているレジストを剥離したのち、絶縁膜をマスクとするエッチング処理により、絶縁膜に覆われていない領域の第１の多重量子井戸型の活性層１３ａを除去する。
【００４２】
次に、上述のようにエッチングによって露出した領域のｎ型ＩｎＰクラッド層１２の上に、利得波長が１．３μｍとなるＩｎＧａＡｓＰからなる第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂを、第１の多重量子井戸型の活性層１３ａと連続するようにバットジョイント成長させる。第１の多重量子井戸型の活性層１３ａ上には絶縁膜が成長阻害マスクとして存在しているため、第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂは成長阻害マスクの無い領域にのみ選択的に成長形成される。
【００４３】
次いで再びＳｉＯ2またはＳｉＮｘの絶縁膜（図示せず）を全面に形成し、さらにフォトリソグラフィで第１の利得領域Ｉおよび第２の利得領域ＩＩのみを覆うように成形した後、露出した部分の第２の多重量子井戸型の活性層をエッチングにより除去する。
【００４４】
次に、フォトレジスト（図示せず）または電子ビームレジスト（図示せず）をｎ型ＩｎＰクラッド層１２の結合導波路領域ＩＩＩであって、光の導波方向の長さＬに亘る表面に塗布する。そして、レジストが塗付された結合導波路領域ＩＩＩに干渉露光法または電子ビーム描画法によって回折格子パターン露光を行い、現像およびウェットエッチングによって高さ０．１μｍ程度の回折格子２０を作製する。ここで、回折格子２０のピッチは組成波長を考慮しながら利得波長１．３μｍに対応するピッチに設定する。組成波長が１．２５μｍであれば約０．２μｍとすればよい。
【００４５】
次に、結合導波路領域ＩＩＩに組成波長が１．２５μｍのバルク型ＩｎＧａＡｓＰ結晶をバットジョイント成長させる。
【００４６】
次に、第１の利得領域Ｉおよび第２の利得領域ＩＩに残った絶縁膜を剥離してから、全面にｐ型ＩｎＰクラッド層１４の一部を成長形成する。さらに、新たに絶縁膜（図示せず）をｐ型ＩｎＰクラッド層１４の上面に堆積させ、その上にフォトレジスト（図示せず）を塗布する。
【００４７】
そして、導波路となるメサ構造を作製するために、フォトリソグラフィによりレジストをストライプ状に残し、その両側を除去する。さらに、一定幅の線状に残ったレジストをマスクとして、絶縁膜の両側をエッチング処理により除去する。
【００４８】
続いて残ったレジストを剥離除去して、絶縁膜をマスクとするエッチングを行い、メサ構造（図示せず）を形成する。こうしてストライプ状の第１の多重量子井戸型の活性層１３ａ、結合導波路層１９、第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂが連続してストライプ状に形成され、導波路のコアとなる。
【００４９】
次に、絶縁膜を成長阻害マスクとして利用して、第１の多重量子井戸型の活性層１３ａ、結合導波路層１９、第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂを含むメサ構造の両側にｐ型ＩｎＰからなる埋め込み層（図示せず）とｎ型ＩｎＰからなる埋め込み層（図示せず）を順に形成する。この後、絶縁膜を除去して全面に再びｐ型ＩｎＰクラッド層１４を成長形成し、さらにその上にｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層１５を形成する。
【００５０】
そして、コンタクト層１５上の第１の利得領域Ｉおよび第２の利得領域ＩＩに、各々Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔからなる第１の上部電極１７ａおよび第２の上部電極１７ｂを蒸着する。結合導波路領域ＩＩＩへは電極を形成しないが、これはレジスト（図示せず）によるリフトオフ法やメタルマスク（図示せず）法などを適宜用いればよい。
【００５１】
そして、蒸着した電極をエッチングマスクとして、電極の形成されていない結合導波路領域ＩＩＩのコンタクト層１５を除去する。
【００５２】
さらに、ｎ型半導体基板１１の下面側を研磨してＡｕ、Ｇｅ、Ｐｔからなる下部電極１６を蒸着し、半導体ウエハを完成する。
【００５３】
次に、この半導体ウエハを所定位置で劈開し、チップ化する。さらに第１の利得領域Ｉ側の第１の光出射端面１０ａに反射率９０％以上の高反射（ＨＲ）コート１８ａを形成し、第２の利得領域ＩＩ側の第２の光出射端面１０ｂに反射率１〜１０％程度の低反射（ＬＲ）コート１８ｂを形成する。これで本実施形態の半導体発光素子１０が完成する。
【００５４】
次に、以上のように構成された本実施形態の半導体発光素子１０の動作について説明する。
【００５５】
第１の利得領域Ｉ用の第１の上部電極１７ａと下部電極１６との間に電流が注入された場合には、第１の多重量子井戸型の活性層１３ａの内部が発光状態となる。
【００５６】
第１の多重量子井戸型の活性層１３ａで生成された１．５５μｍ帯の光は、組成波長が１．２５μｍの結合導波路層１９および利得波長が１．３μｍの第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂでは吸収されず、且つ、１．３μｍのブラッグ波長λgを有する回折格子２０で反射されずに、第１の多重量子井戸型の活性層１３ａ、結合導波路層１９および第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂに沿って伝搬する。
【００５７】
従って、第１の多重量子井戸型の活性層１３ａで生成された１．５５μｍ帯の光は、第１の光出射端面１０ａと第２の光出射端面１０ｂで構成された共振器において、１．５５μｍ帯の複数の縦モードで発振し、ＬＲコート１８ｂが形成された第２の光出射端面１０ｂから出射される。
【００５８】
一方、第２の利得領域ＩＩ用の第２の上部電極１７ｂと下部電極１６との間に電流が注入された場合には、第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂの内部が発光状態となる。
【００５９】
第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂで生成された１．３μｍ帯の光は、第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂおよび結合導波路層１９に沿って伝搬する。この１．３μｍの光は、１．３μｍのブラッグ波長λgを有する回折格子２０で９０％以上反射されるため、利得波長が１．５５μｍの第１の多重量子井戸型の活性層１３ａにおける光吸収を抑制することができる。
【００６０】
従って、第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂで生成された１．３μｍ帯の光は、回折格子２０と第２の光出射端面１０ｂで構成された共振器において、１．３μｍ帯の複数の縦モードで発振し、ＬＲコート１８ｂが形成された第２の光出射端面１０ｂから出射される。
【００６１】
なお、第１の上部電極１７ａおよび第２の上部電極１７ｂと下部電極１６との間に同時に電流が印加されてもよく、この場合には、第２の光出射端面１０ｂから１．３μｍ帯および１．５５μｍ帯の光が同時に出射される。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態の半導体発光素子は、結合導波路領域ＩＩＩに回折格子を有することにより、１．３μｍ帯および１．５５μｍ帯の波長帯の光を複数の縦モードで発振させることができる。
【００６３】
なお本実施形態ではｎ型ＩｎＰクラッド層１２を用いたが、この部分を組成波長が結合導波路層１９とＩｎＰの中間（例えば０．９５μｍ）となるようなｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラッドとすることも可能である。この構造であれば、光の分布を全体的にｎ型クラッド層側へ引き寄せることができ、吸収損失の高いｐ型ＩｎＰへの分布を減らして導波損失を抑えられるので、より高出力化が可能である。
【００６４】
（第２の実施形態）
本発明に係る半導体発光素子の第２の実施形態について図面を用いて説明する。第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００６５】
図２は、第２の実施形態の半導体発光素子３０を光の伝搬方向に沿って切断した断面図である。
【００６６】
半導体発光素子３０は、図２に示すように、上述した第１の実施形態の構成に加え、結合導波路領域ＩＩＩにおいて、結合導波路層３１の上方にｐ型ＩｎＰキャリアブロック層３２ａを介してｎ型ＩｎＰキャリアブロック層３２ｂが形成されている。
【００６７】
本実施形態においても、第１の利得領域Ｉに通電すれば第１の利得波長λ１のレーザ光が、第２の利得領域ＩＩに通電すれば第２の利得波長λ２のレーザ光が発振し、ともに第２の出射端面３０ｂから出射される。
【００６８】
また本実施形態においても、結合導波路層３１と第１の多重量子井戸型の活性層１３ａとの界面３１ａ、および結合導波路層３１と第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂとの界面３１ｂは、ともに多重量子井戸型結晶とバルク型結晶とのバットジョイントであるので、結晶性で損失も少なく、且つ良好な高い製造性を有する構造となっている。
【００６９】
加えて本実施形態においては、結合導波路層３１の上方にｐ型ＩｎＰキャリアブロック層３２ａを介してｎ型ＩｎＰキャリアブロック層３２ｂが形成されており、このｐｎ接合によって、第１の利得領域Ｉまたは第２の利得領域ＩＩへ通電する際に結合導波路領域ＩＩＩへ漏れてくるリーク電流を抑える構成となっている。この構成により、結合導波路層３１内における自由キャリアによる吸収損失の増大を抑制することができ、大電流駆動時の高出力動作が可能となる。
【００７０】
本実施形態における結合導波路層３１は第１の実施形態における結合導波路層１９と同様に、第２の利得波長λ２より大きくＩｎＰのバンドギャップエネルギーよりは小さな組成波長（例えば１．２５μｍ）を有するＩｎＧａＡｓＰのバルク型結晶で構成されるが、ｎ型にドーピングされていても良い。
【００７１】
なお、以上の実施形態においては利得領域をＩ、ＩＩの２領域として説明してきたが、これに限られるものではない。さらに利得領域を有する構成とし、３つ以上の波長帯の光を発振・出射する構成としてもよい。
【００７２】
（第３の実施形態）
複数の異なる波長帯の光を複数の縦モードで発振可能な第１または第２の実施形態の半導体発光素子１０、３０は、光パルス試験器の光源として用いることができる。以下、半導体発光素子１０または半導体発光素子３０を備えた光パルス試験器の実施形態について図面を用いて説明する。
【００７３】
図３に示すように、第３の実施形態の光パルス試験器は、半導体発光素子１０、３０および半導体発光素子１０、３０に光パルスを発するためのパルス状の駆動電流を印加する発光素子駆動回路２を有し、半導体発光素子１０、３０の第２の光出射端面１０ｂ、３０ｂから出射された光パルスを被測定光ファイバ３に出力する発光部１と、被測定光ファイバ３からの光パルスの戻り光を電気信号に変換する受光部４と、受光部４によって変換された電気信号に基づいて被測定光ファイバ３の損失分布特性を解析する信号処理部５と、を備える。
【００７４】
なお、信号処理部５は、発光素子駆動回路２が半導体発光素子１０、３０に駆動電流を印加するタイミングを制御する。
【００７５】
さらに、本実施形態の光パルス試験器は、発光部１からの光パルスをバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６に出力するとともに、被測定光ファイバ３からの戻り光を受光部４に出力する光カプラ７と、被測定光ファイバ３と光結合する光コネクタ８と、信号処理部５の処理結果を表示する表示部９と、を備える。
【００７６】
次に、以上のように構成された本実施形態の光パルス試験器の動作を説明する。なお、以下の説明においては、本実施形態の光パルス試験器は半導体発光素子１０を備えているものとする。
【００７７】
まず、発光素子駆動回路２によって、半導体発光素子１０の第１の利得領域Ｉ（または第２の利得領域ＩＩ）にパルス状の駆動電流が印加されることにより、発光部１から１．５５μｍ帯（または１．３μｍ帯）の光パルスが出力される。
【００７８】
そして、発光部１から出力された光パルスが、光カプラ７、ＢＰＦ６、光コネクタ８を経て、被測定光ファイバ３に入射される。被測定光ファイバ３に入射された光パルスは、戻り光となって光カプラ７を介して受光部４に受光される。
【００７９】
戻り光は、受光部４によって電気信号に変換され、信号処理部５に入力される。そして、信号処理部５によって、被測定光ファイバ３の損失分布特性が算出される。算出された損失分布特性は表示部９に表示される。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態の光パルス試験器は、１つの素子で複数の異なる波長帯の光を複数の縦モードで発振可能な半導体発光素子を備えるため、小型化および低価格化を実現できる。
【符号の説明】
【００８１】
１ 発光部
２ 発光素子駆動回路
３ 被測定光ファイバ
４ 受光部
５ 信号処理部
１０、３０ 半導体発光素子
１０ａ、３０ａ 第１の光出射端面
１０ｂ、３０ｂ 第２の光出射端面
１３ａ、３３ａ 第１の多重量子井戸型の活性層
１３ｂ、３３ｂ 第２の多重量子井戸型の活性層
１８ａ 高反射（ＨＲ）コート
１８ｂ 低反射（ＬＲ）コート
１９、３１ 結合導波路層
１９ａ、３１ａ 第１のバットジョイント結合部
１９ｂ、３１ｂ 第２のバットジョイント結合部
２０ 回折格子
３２ａ ｎ型ＩｎＰキャリアブロック層
３２ｂ ｐ型ＩｎＰキャリアブロック層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子およびそれを用いた光パルス試験器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の分野において、複数波長の光を出力するシステムが用いられている。そして、例えば２波長のレーザ光を出力するシステムの場合には、各波長用に製作された２つの半導体レーザを用意し、各半導体レーザからの出力光を合波して出力する構成としていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、光通信用の光源として、１つの素子で１．３μｍ帯から１．５μｍ帯までの波長差の大きな光を出射する集積型の半導体レーザが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０９２６６号公報
【特許文献２】特開平１１−６８２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された構成においては、光学部品の点数が多く、各光学部品の光軸を調整するための機構構造が複雑であり、小型化および低価格化の実現が困難であった。
【０００６】
また、特許文献２に開示された半導体レーザは、単一の縦モードで発振する分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed-FeedBack）レーザであり、例えば、光パルス試験器に用いられた場合には、コヒーレントノイズの増大による測定精度の低下を引き起こす恐れがあった。
【０００７】
このような問題を解決するため、本出願人は先の出願（特願２００９−０３４０８０）において、複数の波長帯の光を各々複数の縦モードで発振可能な半導体発光素子を開示した。この発明によって上述のような従来技術の問題点は解決されたが、さらなる研究の結果、より低価格化を可能にする製造容易性の改善や、光パルス試験器の性能のさらなる向上に直結する光出力の増大を実現する、より好ましい構造を発明するに至った。
【０００８】
すなわち本発明は上述の従来技術の問題点を解決すると同時に、製造容易性の改善（あるいは歩留まりの向上）および光出力の向上を実現した半導体発光素子およびそれを用いた光パルス試験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】
【０００９】
本発明の半導体発光素子は、半導体基板上に、劈開によって形成された第１の光出射端面と第２の光出射端面とを有し、前記第１の光出射端面に開口し第１の利得波長を有する第１の多重量子井戸型活性層と前記第２の光出射端面に開口し第２の利得波長を有する第２の多重量子井戸型活性層とそれらを光学的に結合させる結合導波路層とが光の導波方向に結合され、前記第１の多重量子井戸層の上方に第１の電極を、前記第２の多重量子井戸層の上方に第２の電極を、前記半導体基板の底面に第３の電極を備えている半導体発光素子において、前記第１の利得波長は前記第２の利得波長より長く、前記結合導波路層近傍に、前記第２の利得波長に相当するブラッグ波長を有する回折格子が形成され、前記第１の電極と前記第３の電極との通電によって前記第１の多重量子井戸型活性層で生成された光が、前記第１の光出射端面と前記第２の光出射端面とで構成される共振器で発振し、前記第２の電極と前記第３の電極との通電によって前記第２の多重量子井戸型活性層で生成された光が、前記回折格子と前記第２の光出射端面とで構成される共振器で発振し、ともに前記第２の光出射端面から出射される構成を有している。
【００１０】
この構成により、１つの素子で複数の波長帯の光を各々複数の縦モードで発振させることができる。
【００１１】
本発明の半導体発光素子は、前記第２の光出射端面から出射される光に対する反射率が、前記第１の光出射端面から出射される光に対する反射率より低く形成された構成を有していてもよい。
【００１２】
本発明の半導体発光素子は、前記第１の利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、前記第２の利得波長が１．２８〜１．３４μｍである構成を有していてもよい。
【００１３】
この構成により、１つの素子で１．３μｍ帯および１．５５μｍ帯の光を複数の縦モードで発振させることができる。
【００１４】
本発明の半導体発光素子は、前記結合導波路層が、前記第２の利得波長と同じかまたはより短い組成波長を有するバルク型構造であるである構成を有していてもよい。
【００１５】
この構成により、高い製造歩留まりで作製でき、かつ高出力特性を得ることが出来る。
【００１６】
本発明の半導体発光素子は、前記結合導波路層の上方に、前記第１の電極および前記第２の電極から拡散してくるキャリアの前記結合導波路層への流入を防止するキャリアブロック層が設けられていてもよい。
【００１７】
この構成により結合導波路層へのキャリア流入が抑えられ、自由キャリア吸収による光出力の減少を防ぐことができ、高出力動作が実現される。
【００１８】
本発明の光パルス試験器は、上記のいずれかの半導体発光素子、および、該半導体発光素子に光パルスを発するためのパルス状の駆動電流を印加する発光素子駆動回路を有し、該半導体発光素子の前記第２の光出射端面から出射された前記光パルスを被測定光ファイバに出力する発光部と、前記被測定光ファイバからの前記光パルスの戻り光を電気信号に変換する受光部と、前記受光部によって変換された電気信号に基づいて前記被測定光ファイバの損失分布特性を解析する信号処理部と、を備える構成を有している。
【００１９】
この構成により、複数の波長帯の光を複数の縦モードで発振可能な半導体発光素子を備えるため、小型且つ低価格な光パルス試験器を実現できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、複数の異なる波長帯の光を各々複数の縦モードで発振可能であり、高出力動作が可能でかつ製造容易な半導体発光素子およびそれを用いた小型且つ低価格な光パルス試験器を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体発光素子の構成を示す断面図
【図２】本発明の第２の実施形態の半導体発光素子の構成を示す断面図
【図３】本発明の第３の実施形態の光パルス試験器の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る半導体発光素子およびそれを用いた光パルス試験器の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
本発明に係る半導体発光素子の第１の実施形態を図１に示す。図１は、第１の実施形態の半導体発光素子１０を光の伝搬方向に沿って切断した断面図である。
【００２４】
半導体発光素子１０は、図１に示すように、例えば、ｎ型ＩｎＰ（インジウム・リン）からなるｎ型半導体基板１１と、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２と、利得波長λ1を有するＩｎＧａＡｓＰ（インジウム・ガリウム・砒素・リン）からなる第１の多重量子井戸型の活性層１３ａを有する第１の利得領域Ｉと、利得波長λ2（＜λ1）を有するＩｎＧａＡｓＰからなる第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂを有する第２の利得領域ＩＩと、λ2よりさらに短い組成波長を有するＩｎＧａＡｓＰからなるバルク型結合導波路層１９を有する結合導波路領域ＩＩＩを備える。
【００２５】
ここで、利得波長とは、後述する複数の縦モードの発振波長のうち所望の縦モードのピーク波長を示すものとする。本実施形態では、利得波長λ1、λ2として光パルス試験器で用いる波長１．５５μｍ、１．３μｍを例にして説明する。なお、利得波長λ1、λ2は、それぞれ１．５２≦λ1≦１．５８、１．２８≦λ2≦１．３４の範囲内の値であってもよい。またその時の結合導波路層１９の組成波長λｊは１．０５≦λｊ≦１．２７であっても良い（上記λ1、λ2、λｊの単位はいずれもμｍ）。なお組成波長とは、半導体混晶のバンドギャップエネルギーを光の波長で表したもので、混晶組成の表現方法の一つである。
【００２６】
第１の多重量子井戸型の活性層１３ａ、結合導波路層１９，第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂは、光の導波方向に沿って配置され、バットジョイント構造により光学的に結合されている。なお、ここで言う第１の多重量子井戸型の活性層１３ａおよび第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂは、多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造とそれを挟む光分離閉じ込め（ＳＣＨ：Separate Confinement Heterostructure）層を含んでいる。
【００２７】
また、第１の多重量子井戸型の活性層１３ａおよび第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂの上面にはｐ型ＩｎＰクラッド層１４、ｐ型ＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・砒素）からなるコンタクト層１５ａ、１５ｂがこの順にそれぞれ積層されている。結合導波路層１９の上面にはｐ型ＩｎＰクラッド層１４が形成されている。
【００２８】
また、ｎ型半導体基板１１の下面には下部電極１６、コンタクト層１５ａおよび１５ｂ上には第１の利得領域Ｉ用の第１の上部電極１７ａおよび第２の利得領域ＩＩ用の第２の上部電極１７ｂが蒸着形成されている。
【００２９】
また、第１の活性層１３ａおよび第２の活性層１３ｂは、劈開によって形成された第１の光出射端面１０ａおよび第２の光出射端面１０ｂをそれぞれ有する。第１の光出射端面１０ａには高反射（ＨＲ）コート１８ａが、第２の光出射端面１０ｂには低反射（ＬＲ）コート１８ｂがそれぞれ施されており、第２の光出射端面１０ｂから出射される光に対する反射率が、第１の光出射端面１０ａから出射される光に対する反射率より低くなっている。
【００３０】
ここで、ＨＲコート１８ａが施された第１の光出射端面１０ａ側の反射率は９０％以上、ＬＲコート１８ｂが施された第２の光出射端面１０ｂ側の反射率は１〜１０％程度とすることが好ましい。
【００３１】
さらに、結合導波路部１９近傍に、第２の利得波長λ2近傍のブラッグ波長λgおよび１００ｃｍ-1以上の結合係数κを有する回折格子２０が形成されている。
【００３２】
ここで、結合係数κとは、回折格子が形成された導波路を光が単位距離だけ伝搬する際に反射される光の割合を示すパラメータである。この結合係数κが大きいと、最大反射率が増大するとともに反射帯域が拡がり、複数の縦モードの発振が生じる。なお、上記のようにκ≧１００ｃｍ-1である本実施形態の回折格子２０においては、回折格子２０の光の導波方向の長さＬが２００μｍ程度あれば反射率は９０％以上となる。なお図１では結合導波路層１９の長さと回折格子の長さＬが一致して描かれているが、必ずしも一致する必要はなく、結合導波路の一部に回折格子があっても良い。
【００３３】
結合導波路層１９はバルク結晶で作製されるため、第１の多重量子井戸型の活性層１３ａとの界面である第１のバットジョイント結合部１９ａおよび第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂとの界面である第２のバットジョイント結合部１９ｂは、ともに多重量子井戸型結晶とバルク結晶との接合となり、しかも先に多重量子井戸型結晶を成長した後でバルク型結晶を成長させるので、多重量子井戸構造を後からバットジョイント成長させるときに生じやすい結晶の這い上がりや歪み、欠陥の問題が生じにくく、界面での過剰反射や光の吸収損失の増大を回避でき、高歩留まりや光出力の向上が達成できる。
【００３４】
さらに結合導波路層１９の組成波長は第１の利得波長λ1および第２の利得波長λ2よりも短いため、遷移による吸収損失が抑えられ、高出力動作が可能となる。
【００３５】
なお、回折格子２０が形成される位置は、図１に示したように結合導波路層１９の下方であってもよく、あるいは結合導波路層１９の上方のｐ型ＩｎＰクラッド層１４内であってもよい（図示せず）。また、第１の利得領域Ｉの第１の光出射端面１０ａ近傍にもブラッグ波長１．５５μｍの回折格子が形成されていてもよい。
【００３６】
以下、本発明に係る半導体発光素子１０の製造方法の一例を図１を参照しながら説明する。
【００３７】
まず、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いてｎ型ＩｎＰからなるｎ型半導体基板１１上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２をエピタキシャル成長形成する。
【００３８】
次に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２の上面に、利得波長が１．５５μｍとなるＩｎＧａＡｓＰからなる第１の多重量子井戸型の活性層１３ａを成長形成する。
【００３９】
次に、第１の多重量子井戸型の活性層１３ａの上にＳｉＯ2またはＳｉＮｘからなる絶縁膜（図示せず）をプラズマＣＶＤ法等により数１０ｎｍ堆積し、さらにその上にフォトレジスト（図示せず）を塗布する。
【００４０】
続いて、フォトリソグラフィにより、第２の利得領域ＩＩおよび結合導波路領域ＩＩＩ側のレジストを取り除き、エッチング処理により、レジストで覆われていない領域の絶縁膜を除去する。
【００４１】
さらに、残っているレジストを剥離したのち、絶縁膜をマスクとするエッチング処理により、絶縁膜に覆われていない領域の第１の多重量子井戸型の活性層１３ａを除去する。
【００４２】
次に、上述のようにエッチングによって露出した領域のｎ型ＩｎＰクラッド層１２の上に、利得波長が１．３μｍとなるＩｎＧａＡｓＰからなる第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂを、第１の多重量子井戸型の活性層１３ａと連続するようにバットジョイント成長させる。第１の多重量子井戸型の活性層１３ａ上には絶縁膜が成長阻害マスクとして存在しているため、第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂは成長阻害マスクの無い領域にのみ選択的に成長形成される。
【００４３】
次いで再びＳｉＯ2またはＳｉＮｘの絶縁膜（図示せず）を全面に形成し、さらにフォトリソグラフィで第１の利得領域Ｉおよび第２の利得領域ＩＩのみを覆うように成形した後、露出した部分の第２の多重量子井戸型の活性層をエッチングにより除去する。
【００４４】
次に、フォトレジスト（図示せず）または電子ビームレジスト（図示せず）をｎ型ＩｎＰクラッド層１２の結合導波路領域ＩＩＩであって、光の導波方向の長さＬに亘る表面に塗布する。そして、レジストが塗付された結合導波路領域ＩＩＩに干渉露光法または電子ビーム描画法によって回折格子パターン露光を行い、現像およびウェットエッチングによって高さ０．１μｍ程度の回折格子２０を作製する。ここで、回折格子２０のピッチは組成波長を考慮しながら利得波長１．３μｍに対応するピッチに設定する。組成波長が１．２５μｍであれば約０．２μｍとすればよい。
【００４５】
次に、結合導波路領域ＩＩＩに組成波長が１．２５μｍのバルク型ＩｎＧａＡｓＰ結晶をバットジョイント成長させる。
【００４６】
次に、第１の利得領域Ｉおよび第２の利得領域ＩＩに残った絶縁膜を剥離してから、全面にｐ型ＩｎＰクラッド層１４の一部を成長形成する。さらに、新たに絶縁膜（図示せず）をｐ型ＩｎＰクラッド層１４の上面に堆積させ、その上にフォトレジスト（図示せず）を塗布する。
【００４７】
そして、導波路となるメサ構造を作製するために、フォトリソグラフィによりレジストをストライプ状に残し、その両側を除去する。さらに、一定幅の線状に残ったレジストをマスクとして、絶縁膜の両側をエッチング処理により除去する。
【００４８】
続いて残ったレジストを剥離除去して、絶縁膜をマスクとするエッチングを行い、メサ構造（図示せず）を形成する。こうしてストライプ状の第１の多重量子井戸型の活性層１３ａ、結合導波路層１９、第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂが連続してストライプ状に形成され、導波路のコアとなる。
【００４９】
次に、絶縁膜を成長阻害マスクとして利用して、第１の多重量子井戸型の活性層１３ａ、結合導波路層１９、第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂを含むメサ構造の両側にｐ型ＩｎＰからなる埋め込み層（図示せず）とｎ型ＩｎＰからなる埋め込み層（図示せず）を順に形成する。この後、絶縁膜を除去して全面に再びｐ型ＩｎＰクラッド層１４を成長形成し、さらにその上にｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層１５を形成する。
【００５０】
そして、コンタクト層１５上の第１の利得領域Ｉおよび第２の利得領域ＩＩに、各々Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔからなる第１の上部電極１７ａおよび第２の上部電極１７ｂを蒸着する。結合導波路領域ＩＩＩへは電極を形成しないが、これはレジスト（図示せず）によるリフトオフ法やメタルマスク（図示せず）法などを適宜用いればよい。
【００５１】
そして、蒸着した電極をエッチングマスクとして、電極の形成されていない結合導波路領域ＩＩＩのコンタクト層１５を除去する。
【００５２】
さらに、ｎ型半導体基板１１の下面側を研磨してＡｕ、Ｇｅ、Ｐｔからなる下部電極１６を蒸着し、半導体ウエハを完成する。
【００５３】
次に、この半導体ウエハを所定位置で劈開し、チップ化する。さらに第１の利得領域Ｉ側の第１の光出射端面１０ａに反射率９０％以上の高反射（ＨＲ）コート１８ａを形成し、第２の利得領域ＩＩ側の第２の光出射端面１０ｂに反射率１〜１０％程度の低反射（ＬＲ）コート１８ｂを形成する。これで本実施形態の半導体発光素子１０が完成する。
【００５４】
次に、以上のように構成された本実施形態の半導体発光素子１０の動作について説明する。
【００５５】
第１の利得領域Ｉ用の第１の上部電極１７ａと下部電極１６との間に電流が注入された場合には、第１の多重量子井戸型の活性層１３ａの内部が発光状態となる。
【００５６】
第１の多重量子井戸型の活性層１３ａで生成された１．５５μｍ帯の光は、組成波長が１．２５μｍの結合導波路層１９および利得波長が１．３μｍの第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂでは吸収されず、且つ、１．３μｍのブラッグ波長λgを有する回折格子２０で反射されずに、第１の多重量子井戸型の活性層１３ａ、結合導波路層１９および第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂに沿って伝搬する。
【００５７】
従って、第１の多重量子井戸型の活性層１３ａで生成された１．５５μｍ帯の光は、第１の光出射端面１０ａと第２の光出射端面１０ｂで構成された共振器において、１．５５μｍ帯の複数の縦モードで発振し、ＬＲコート１８ｂが形成された第２の光出射端面１０ｂから出射される。
【００５８】
一方、第２の利得領域ＩＩ用の第２の上部電極１７ｂと下部電極１６との間に電流が注入された場合には、第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂの内部が発光状態となる。
【００５９】
第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂで生成された１．３μｍ帯の光は、第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂおよび結合導波路層１９に沿って伝搬する。この１．３μｍの光は、１．３μｍのブラッグ波長λgを有する回折格子２０で９０％以上反射されるため、利得波長が１．５５μｍの第１の多重量子井戸型の活性層１３ａにおける光吸収を抑制することができる。
【００６０】
従って、第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂで生成された１．３μｍ帯の光は、回折格子２０と第２の光出射端面１０ｂで構成された共振器において、１．３μｍ帯の複数の縦モードで発振し、ＬＲコート１８ｂが形成された第２の光出射端面１０ｂから出射される。
【００６１】
なお、第１の上部電極１７ａおよび第２の上部電極１７ｂと下部電極１６との間に同時に電流が印加されてもよく、この場合には、第２の光出射端面１０ｂから１．３μｍ帯および１．５５μｍ帯の光が同時に出射される。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態の半導体発光素子は、結合導波路領域ＩＩＩに回折格子を有することにより、１．３μｍ帯および１．５５μｍ帯の波長帯の光を複数の縦モードで発振させることができる。
【００６３】
なお本実施形態ではｎ型ＩｎＰクラッド層１２を用いたが、この部分を組成波長が結合導波路層１９とＩｎＰの中間（例えば０．９５μｍ）となるようなｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラッドとすることも可能である。この構造であれば、光の分布を全体的にｎ型クラッド層側へ引き寄せることができ、吸収損失の高いｐ型ＩｎＰへの分布を減らして導波損失を抑えられるので、より高出力化が可能である。
【００６４】
（第２の実施形態）
本発明に係る半導体発光素子の第２の実施形態について図面を用いて説明する。第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００６５】
図２は、第２の実施形態の半導体発光素子３０を光の伝搬方向に沿って切断した断面図である。
【００６６】
半導体発光素子３０は、図２に示すように、上述した第１の実施形態の構成に加え、結合導波路領域ＩＩＩにおいて、結合導波路層３１の上方にｐ型ＩｎＰキャリアブロック層３２ａを介してｎ型ＩｎＰキャリアブロック層３２ｂが形成されている。
【００６７】
本実施形態においても、第１の利得領域Ｉに通電すれば第１の利得波長λ１のレーザ光が、第２の利得領域ＩＩに通電すれば第２の利得波長λ２のレーザ光が発振し、ともに第２の出射端面３０ｂから出射される。
【００６８】
また本実施形態においても、結合導波路層３１と第１の多重量子井戸型の活性層１３ａとの界面３１ａ、および結合導波路層３１と第２の多重量子井戸型の活性層１３ｂとの界面３１ｂは、ともに多重量子井戸型結晶とバルク型結晶とのバットジョイントであるので、結晶性で損失も少なく、且つ良好な高い製造性を有する構造となっている。
【００６９】
加えて本実施形態においては、結合導波路層３１の上方にｐ型ＩｎＰキャリアブロック層３２ａを介してｎ型ＩｎＰキャリアブロック層３２ｂが形成されており、このｐｎ接合によって、第１の利得領域Ｉまたは第２の利得領域ＩＩへ通電する際に結合導波路領域ＩＩＩへ漏れてくるリーク電流を抑える構成となっている。この構成により、結合導波路層３１内における自由キャリアによる吸収損失の増大を抑制することができ、大電流駆動時の高出力動作が可能となる。
【００７０】
本実施形態における結合導波路層３１は第１の実施形態における結合導波路層１９と同様に、第２の利得波長λ２より大きくＩｎＰのバンドギャップエネルギーよりは小さな組成波長（例えば１．２５μｍ）を有するＩｎＧａＡｓＰのバルク型結晶で構成されるが、ｎ型にドーピングされていても良い。
【００７１】
なお、以上の実施形態においては利得領域をＩ、ＩＩの２領域として説明してきたが、これに限られるものではない。さらに利得領域を有する構成とし、３つ以上の波長帯の光を発振・出射する構成としてもよい。
【００７２】
（第３の実施形態）
複数の異なる波長帯の光を複数の縦モードで発振可能な第１または第２の実施形態の半導体発光素子１０、３０は、光パルス試験器の光源として用いることができる。以下、半導体発光素子１０または半導体発光素子３０を備えた光パルス試験器の実施形態について図面を用いて説明する。
【００７３】
図３に示すように、第３の実施形態の光パルス試験器は、半導体発光素子１０、３０および半導体発光素子１０、３０に光パルスを発するためのパルス状の駆動電流を印加する発光素子駆動回路２を有し、半導体発光素子１０、３０の第２の光出射端面１０ｂ、３０ｂから出射された光パルスを被測定光ファイバ３に出力する発光部１と、被測定光ファイバ３からの光パルスの戻り光を電気信号に変換する受光部４と、受光部４によって変換された電気信号に基づいて被測定光ファイバ３の損失分布特性を解析する信号処理部５と、を備える。
【００７４】
なお、信号処理部５は、発光素子駆動回路２が半導体発光素子１０、３０に駆動電流を印加するタイミングを制御する。
【００７５】
さらに、本実施形態の光パルス試験器は、発光部１からの光パルスをバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６に出力するとともに、被測定光ファイバ３からの戻り光を受光部４に出力する光カプラ７と、被測定光ファイバ３と光結合する光コネクタ８と、信号処理部５の処理結果を表示する表示部９と、を備える。
【００７６】
次に、以上のように構成された本実施形態の光パルス試験器の動作を説明する。なお、以下の説明においては、本実施形態の光パルス試験器は半導体発光素子１０を備えているものとする。
【００７７】
まず、発光素子駆動回路２によって、半導体発光素子１０の第１の利得領域Ｉ（または第２の利得領域ＩＩ）にパルス状の駆動電流が印加されることにより、発光部１から１．５５μｍ帯（または１．３μｍ帯）の光パルスが出力される。
【００７８】
そして、発光部１から出力された光パルスが、光カプラ７、ＢＰＦ６、光コネクタ８を経て、被測定光ファイバ３に入射される。被測定光ファイバ３に入射された光パルスは、戻り光となって光カプラ７を介して受光部４に受光される。
【００７９】
戻り光は、受光部４によって電気信号に変換され、信号処理部５に入力される。そして、信号処理部５によって、被測定光ファイバ３の損失分布特性が算出される。算出された損失分布特性は表示部９に表示される。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態の光パルス試験器は、１つの素子で複数の異なる波長帯の光を複数の縦モードで発振可能な半導体発光素子を備えるため、小型化および低価格化を実現できる。
【符号の説明】
【００８１】
１ 発光部
２ 発光素子駆動回路
３ 被測定光ファイバ
４ 受光部
５ 信号処理部
１０、３０ 半導体発光素子
１０ａ、３０ａ 第１の光出射端面
１０ｂ、３０ｂ 第２の光出射端面
１３ａ、３３ａ 第１の多重量子井戸型の活性層
１３ｂ、３３ｂ 第２の多重量子井戸型の活性層
１８ａ 高反射（ＨＲ）コート
１８ｂ 低反射（ＬＲ）コート
１９、３１ 結合導波路層
１９ａ、３１ａ 第１のバットジョイント結合部
１９ｂ、３１ｂ 第２のバットジョイント結合部
２０ 回折格子
３２ａ ｎ型ＩｎＰキャリアブロック層
３２ｂ ｐ型ＩｎＰキャリアブロック層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（１１）上に、
劈開によって形成された第１の光出射端面（１０ａ、３０ａ）と第２の光出射端面（１０ｂ、３０ｂ）とを有し、前記第１の光出射端面に開口し第１の利得波長を有する第１の多重量子井戸型活性層（１３ａ）と前記第２の光出射端面に開口し第２の利得波長を有する第２の多重量子井戸型活性層（１３ｂ）とそれらを光学的に結合させる結合導波路層（１９、３１）とが光の導波方向に結合され、前記第１の多重量子井戸層の上方に第１の電極（１７ａ）を、前記第２の多重量子井戸層の上方に第２の電極（１７ｂ）を、前記半導体基板の底面に第３の電極（１６）を備えている半導体発光素子において、
前記第１の利得波長は前記第２の利得波長より長く、
前記結合導波路層近傍に、前記第２の利得波長に相当するブラッグ波長を有する回折格子（２０）が形成され、
前記第１の電極と前記第３の電極との通電によって前記第１の多重量子井戸型活性層で生成された光が、前記第１の光出射端面と前記第２の光出射端面とで構成される共振器で発振し、前記第２の電極と前記第３の電極との通電によって前記第２の多重量子井戸型活性層で生成された光が、前記回折格子と前記第２の光出射端面とで構成される共振器で発振し、ともに前記第２の光出射端面から出射されることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２の光出射端面の反射率が、前記第１の光出射端面の反射率より低く形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１の利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、
前記第２の利得波長が１．２８〜１．３４μｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記結合導波路層は、前記第２の利得波長と同じかまたはより短い組成波長を有するバルク型構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記結合導波路層の上方に、前記第１の電極および前記第２の電極から拡散してくるキャリアの前記結合導波路層への流入を防止するキャリアブロック層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体発光素子、および、該半導体発光素子に光パルスを発するためのパルス状の駆動電流を印加する発光素子駆動回路（２）を有し、該半導体発光素子の前記第２の光出射端面から出射された前記光パルスを被測定光ファイバ（３）に出力する発光部（１）と、
前記被測定光ファイバからの前記光パルスの戻り光を電気信号に変換する受光部（４）と、
前記受光部によって変換された電気信号に基づいて前記被測定光ファイバの損失分布特性を解析する信号処理部（５）と、を備える光パルス試験器。
【請求項１】
半導体基板（１１）上に、
劈開によって形成された第１の光出射端面（１０ａ、３０ａ）と第２の光出射端面（１０ｂ、３０ｂ）とを有し、前記第１の光出射端面に開口し第１の利得波長を有する第１の多重量子井戸型活性層（１３ａ）と前記第２の光出射端面に開口し第２の利得波長を有する第２の多重量子井戸型活性層（１３ｂ）とそれらを光学的に結合させる結合導波路層（１９、３１）とが光の導波方向に結合され、前記第１の多重量子井戸層の上方に第１の電極（１７ａ）を、前記第２の多重量子井戸層の上方に第２の電極（１７ｂ）を、前記半導体基板の底面に第３の電極（１６）を備えている半導体発光素子において、
前記第１の利得波長は前記第２の利得波長より長く、
前記結合導波路層近傍に、前記第２の利得波長に相当するブラッグ波長を有する回折格子（２０）が形成され、
前記第１の電極と前記第３の電極との通電によって前記第１の多重量子井戸型活性層で生成された光が、前記第１の光出射端面と前記第２の光出射端面とで構成される共振器で発振し、前記第２の電極と前記第３の電極との通電によって前記第２の多重量子井戸型活性層で生成された光が、前記回折格子と前記第２の光出射端面とで構成される共振器で発振し、ともに前記第２の光出射端面から出射されることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２の光出射端面の反射率が、前記第１の光出射端面の反射率より低く形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１の利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、
前記第２の利得波長が１．２８〜１．３４μｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記結合導波路層は、前記第２の利得波長と同じかまたはより短い組成波長を有するバルク型構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記結合導波路層の上方に、前記第１の電極および前記第２の電極から拡散してくるキャリアの前記結合導波路層への流入を防止するキャリアブロック層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体発光素子、および、該半導体発光素子に光パルスを発するためのパルス状の駆動電流を印加する発光素子駆動回路（２）を有し、該半導体発光素子の前記第２の光出射端面から出射された前記光パルスを被測定光ファイバ（３）に出力する発光部（１）と、
前記被測定光ファイバからの前記光パルスの戻り光を電気信号に変換する受光部（４）と、
前記受光部によって変換された電気信号に基づいて前記被測定光ファイバの損失分布特性を解析する信号処理部（５）と、を備える光パルス試験器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１９２８５６（Ｐ２０１１−１９２８５６Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５８６１０（Ｐ２０１０−５８６１０）
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
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