半導体発光素子の駆動方法、発光装置、および当該発光装置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な半導体発光素子を高光出力で動作させることが出来る半導体発光素子の駆動方法、発光装置、および当該発光装置を用いた小型且つ高性能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を有する活性層１３ａと１．３μｍ帯に利得波長λ2を有する活性層１３ｂが、光の導波方向に沿っ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、短い利得波長λ2を有する活性層１３ｂ近傍、且つ、活性層１３ａと活性層１３ｂのバットジョイント結合部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が形成された構成が形成された半導体発光素子の駆動方法であって、活性層１３ａへ駆動電流を印加するときに、活性層１３ｂへ漏れ電流が流れ込まないように、活性層１３ｂの上方に設けられた上部電極と半導体基板の底面に設けられた下部電極とを短絡する。
【解決手段】１．５５μｍ帯に利得波長λ1を有する活性層１３ａと１．３μｍ帯に利得波長λ2を有する活性層１３ｂが、光の導波方向に沿っ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、短い利得波長λ2を有する活性層１３ｂ近傍、且つ、活性層１３ａと活性層１３ｂのバットジョイント結合部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が形成された構成が形成された半導体発光素子の駆動方法であって、活性層１３ａへ駆動電流を印加するときに、活性層１３ｂへ漏れ電流が流れ込まないように、活性層１３ｂの上方に設けられた上部電極と半導体基板の底面に設けられた下部電極とを短絡する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の駆動方法、発光装置、および当該発光装置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】
これに対し本願出願人は、このような複雑な光学系を要さずに構成される２波長レーザ光源として、利得波長の大きく異なる複数の活性層を直列につなぎ、かつ内部に回折格子を配置して各波長が独立に発振を実現することで単体のチップから複数波長のレーザ光を出射できる半導体発光素子を提案している（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】特願２００９−３４０８０号（特開２０１０−１９２６０１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２に開示された構成においては、長波側の活性層に駆動電流を印加して発振させた際に、隣接する短波側の活性層へ漏れキャリアが流入し、これが自由キャリア吸収を引き起こして出力が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、複数の互いに異なる利得波長を有する活性層を直列に接続した半導体発光素子において、長波の活性層で放出及び増幅された光が短波の活性層を通過する際に長波の活性層から漏れてくるキャリアによって吸収され光出力が低下することを抑制するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体発光素子の駆動方法は、
当該半導体発光素子は、
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てなり、
半導体基板上に、異なる波長帯域に利得波長を有する複数の活性層が、光の導波方向に前記第１の光出射端面から前記第２の光出射端面に向かって前記利得波長の長さの順に光学的に結合されて配置され、前記半導体基板の底面に下部電極が形成されるとともに前記複数の活性層の各々の上方に該複数の活性層の各々に駆動電流を印加するための複数の上部電極が形成され、隣接する２つの活性層のうち、短い利得波長を有する活性層近傍で、且つ、該２つの活性層の境界面近傍に、該短い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ており、
最も長い利得波長を有する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、短い利得波長を有する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でなる、
前記半導体発光素子の駆動方法であって、
前記複数の活性層のうちの１つへ駆動電流を印加するときに、当該駆動電流が印加される活性層に隣接するより短い利得波長を有する活性層へ漏れ電流が流れ込まないように、該短い利得波長を有する活性層の上方に設けられた前記上部電極と前記半導体基板の底面に設けられた前記下部電極とを短絡することを特徴としている。
【０００８】
この駆動方法により、長波側の活性層へ印加した駆動電流の一部が隣接する短波側の活性層へ漏れだし、長波側の活性層が放出する光を吸収して発振出力を低下させることを防ぐことが出来る。
【０００９】
また、本発明の半導体発光素子の駆動方法は、前記半導体発光素子の前記第２の光出射端面から出射される光に対する反射率が、前記半導体発光素子の前記第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。
【００１０】
また、本発明の半導体発光素子の駆動方法は、前記複数の活性層が、第１の活性層および第２の活性層からなり、前記第１の活性層の前記利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、前記第２の活性層の前記利得波長が１．２８〜１．３４μｍである構成を有している。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。
【００１１】
また、本発明の半導体発光素子の駆動方法は、前記複数の活性層が、第１の活性層、第２の活性層および第３の活性層からなり、前記第１の活性層の前記利得波長が１．６０〜１．６５μｍであり、前記第２の活性層の前記利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、前記第３の活性層の前記利得波長が１．２８〜１．３４μｍである構成を有している。この構成により、１つの素子で１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯および１．６２５μｍ帯の光を複数の縦モードで発振させることができる。
【００１２】
本発明の発光装置は、
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てなり、
半導体基板上に、異なる波長帯域に利得波長を有する複数の活性層が、光の導波方向に前記第１の光出射端面から前記第２の光出射端面に向かって前記利得波長の長さの順に光学的に結合されて配置され、前記半導体基板の底面に下部電極が形成されるとともに前記複数の活性層の各々の上方に該複数の活性層の各々に駆動電流を印加するための複数の上部電極が形成され、隣接する２つの活性層のうち、短い利得波長を有する活性層近傍で、且つ、該２つの活性層の境界面近傍に、該短い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ており、
最も長い利得波長を有する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、短い利得波長を有する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半導体発光素子と、
前記複数の活性層の各々に駆動電流を印加し、前記複数の活性層のうちの１つへ駆動電流を印加するときに、当該駆動電流が印加される活性層に隣接するより短い利得波長を有する活性層へ漏れ電流が流れ込まないように、該短い利得波長を有する活性層の上方に設けられた前記上部電極と前記半導体基板の底面に設けられた前記下部電極とを短絡する発光素子駆動回路と、を有している。
【００１３】
この構成により、長波側の活性層へ印加した駆動電流の一部が隣接する短波側の活性層へ漏れだし、長波側の活性層が放出する光を吸収して発振出力を低下させることを防いだ発光装置を実現できる。
【００１４】
また、本発明の発光装置は、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。
【００１５】
また、本発明の発光装置は、前記複数の活性層が、第１の活性層および第２の活性層からなり、前記第１の活性層の前記利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、前記第２の活性層の前記利得波長が１．２８〜１．３４μｍである構成を有している。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。
【００１６】
また、本発明の発光装置は、前記複数の活性層が、第１の活性層、第２の活性層および第３の活性層からなり、前記第１の活性層の前記利得波長が１．６０〜１．６５μｍであり、前記第２の活性層の前記利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、前記第３の活性層の前記利得波長が１．２８〜１．３４μｍである構成を有している。この構成により、１つの素子で１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯および１．６２５μｍ帯の光を複数の縦モードで発振させることができる。
【００１７】
本発明の光パルス試験器は、請求項５乃至８のいずれかに記載の発光装置であって、前記半導体発光素子が光パルスを発するよう、前記発光素子駆動回路が印加する前記駆動電流がパルス状であり、前記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、前記発光装置と、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、を有している。
【００１８】
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高出力で動作させられるので、小型且つ高性能な光パルス試験器を実現できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、複数の波長帯の光を発光可能な半導体発光素子を高光出力で動作させることが出来る半導体発光素子の駆動方法、発光装置、および当該発光装置を用いた小型且つ高性能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】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態の発光装置を示す図
【図２】本発明の第１の実施形態の発光装置の別の態様を示す図
【図３】本発明の第２の実施形態の発光装置を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態の発光装置の別の態様を示す図
【図５】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
【図６】本発明の第１の実施形態の発光装置の半導体発光素子の特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る半導体発光素子の駆動方法、発光装置、および発光装置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。
【００２２】
（第１の実施形態）
本発明に係る発光装置の第１の実施形態を図１および図２に示す。発光装置５０は、半導体発光素子１０と発光素子駆動回路２とから構成されている。
【００２３】
半導体発光素子１０は、図１および図２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の活性層１３ｂを有する第２の利得領域ＩＩと、を備える。
【００２４】
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。
【００２５】
あるいは１．２８〜１．３４、１．４７〜１．５０、１．５２〜１．５５、１．６０〜１．６５の各波長範囲からの任意の組み合わせであってもよい（ただしλ1＞λ2として選択する。単位はμｍ）。
【００２６】
第１の活性層１３ａと第２の活性層１３ｂは、光の導波方向に沿って配置され、バットジョイント手法により光学的に結合されている。なお、ここで言う第１の活性層１３ａおよび第２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の活性層１３ａおよび第２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１５がこの順に積層されている。
【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１５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、半導体発光素子１０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、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２の第２の利得領域ＩＩにおいて、第１の活性層１３ａと第２の活性層１３ｂのバットジョイント結合部１９近傍に、１．３μｍ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】
なお、回折格子２０が形成される位置は、図１に示したように第２の活性層１３ｂの下方であってもよく、あるいは第２の活性層１３ｂ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近傍にも回折格子が形成されていてもよい。
【００３３】
このような構造を有する半導体発光素子の製造方法については、特許文献２に詳細に述べられている。
【００３４】
発光素子駆動回路２は、所望する波長を発振させるために対応する上部電極と下部電極の間に駆動電流を印加する機能を有するとともに、その他の上部電極を下部電極とショートさせる機能を有する（詳細は後述）。
【００３５】
次に、以上のように構成された本実施形態の発光装置５０における半導体発光素子１０の駆動方法について説明する。
【００３６】
まず動作を述べると、第１の利得領域Ｉ用の第１の上部電極１７ａと下部電極１６との間に駆動電流が印加された場合には、第１の活性層１３ａの内部が発光状態となる。第１の活性層１３ａで生成された１．５５μｍ帯の光は、利得波長が１．３μｍの第２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の活性層１３ａおよび第２の活性層１３ｂに沿って伝搬する。当該第１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。
【００３７】
上記したように、第１の利得領域Ｉ用の第１の上部電極１７ａと下部電極１６との間に駆動電流が印加された場合には、第１の活性層１３ａの内部が発光状態となる。しかし第１の上部電極１７ａと第２の上部電極１７ｂの間の分離抵抗が有限であるため、電流の一部は第２の活性層１３ｂへと漏れてくる。
【００３８】
そこで本発明の駆動方法では、図１に示すように、第１の利得領域Ｉを発光させる際に、第２の上部電極１７ｂと下部電極１６とをショートさせる。これにより第１の利得領域Ｉからの漏れ電流が第２の利得領域ＩＩを流れることで生じるキャリアによる光吸収が抑制され、第１の利得領域Ｉの発光によるレーザ光出力が向上する。
【００３９】
これにより図６に示すように、特に高電流時における１．５５μｍ光出力の飽和が大きく改善され、高出力動作が実現される。端面出力が２００ｍＷ以上得られているので、光パルス試験器の代表例である光タイムドメインリフレクトメータ（Optical Time Domain Reflectometer）に用いた場合、ダイナミックレンジとして３５ｄＢ以上の高性能が得られる。
【００４０】
一方、図２に示すように、第２の利得領域ＩＩ用の第２の上部電極１７ｂと下部電極１６との間に駆動電流が印加された場合には、第２の活性層１３ｂの内部が発光状態となる。
【００４１】
第２の活性層１３ｂで生成された１．３μｍ帯の光は、第２の活性層１３ｂ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の活性層１３ａにおける光吸収は抑制されている。従って、第２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。
【００４２】
この場合には第２の活性層１３ｂで生成された１．３μｍ帯の光はほとんど第１の活性層１３ａへ侵入しないため、図６に示すように第１の上部電極１７ａをショートした効果は前記の場合に比べて小さくなる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態の発光装置における半導体発光素子の駆動方法は、一方の上部電極と下部電極との間で駆動電流を印加する際に他方の上部電極を下部電極にショートすることで光出力の飽和を抑制し高光出力化を実現する。特に長波側の光を発振させる時に短波側の上部電極をショートさせることで大きな効果が得られる。
【００４４】
（第２の実施形態）
本発明に係る発光装置の第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。本実施形態では、利得波長λ1、λ2、λ3として光パルス試験器で用いる波長１．６２５μｍ、１．５５μｍ、１．３μｍを例にして説明する。なお、利得波長λ1、λ2、λ3は、それぞれ１．６０≦λ1≦１．６５、１．５２≦λ2≦１．５８、１．２８≦λ3≦１．３４の範囲内の値であってもよい。
【００４５】
あるいは１．２８〜１．３４、１．４７〜１．５０、１．５２〜１．５５、１．６０〜１．６５の各波長範囲からの任意の組み合わせであってもよい（ただしλ1＞λ2＞λ3として選択する。単位はμｍ）。
【００４６】
図３および図４は、本発明に係る発光装置の第２の実施形態を示す図である。発光装置５１は、半導体発光素子３０と発光素子駆動回路２とから構成されている。
【００４７】
半導体発光素子３０は、図３および図４に示すように、利得波長λ1が１．６２５μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる第１の活性層３３ａを有する第１の利得領域Ｉと、利得波長λ2が１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる第２の活性層３３ｂを有する第２の利得領域ＩＩと、利得波長λ3が１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる第３の活性層３３ｃを有する第３の利得領域ＩＩＩと、を備える。
【００４８】
第１の活性層３３ａ、第２の活性層３３ｂおよび第３の活性層３３ｃは、光の導波方向に沿ってこの順に配置され、バットジョイント手法によりそれぞれが光学的に結合されている。なお、ここで言う第１の活性層３３ａ、第２の活性層３３ｂおよび第３の活性層３３ｃは、ＭＱＷ構造とそれを挟むＳＣＨ層を含んでいる。
【００４９】
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１５上には第１の利得領域Ｉ用の第１の上部電極３７ａ、第２の利得領域ＩＩ用の第２の上部電極３７ｂおよび第３の利得領域ＩＩＩ用の第３の上部電極３７ｃが蒸着形成されている。
【００５０】
また、半導体発光素子３０は、劈開によって形成された第１の光出射端面３０ａおよび第２の光出射端面３０ｂをそれぞれ有する。第１の実施形態と同様に、第１の光出射端面３０ａにはＨＲコート１８ａが、第２の光出射端面３０ｂにはＬＲコート１８ｂがそれぞれ施されている。
【００５１】
さらに、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２の第２の利得領域ＩＩにおいて、第１の活性層３３ａと第２の活性層３３ｂのバットジョイント結合部３９ａ近傍に、１．５５μｍのブラッグ波長λgaおよび１００ｃｍ-1以上の結合係数κを有する回折格子４０ａが形成されている。ここで、回折格子４０ａのピッチは約０．２４μｍである。
【００５２】
同様に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２の第３の利得領域ＩＩＩにおいて、第２の活性層３３ｂと第３の活性層３３ｃのバットジョイント結合部３９ｂ近傍に、１．３μｍのブラッグ波長λgbおよび１００ｃｍ-1以上の結合係数κを有する回折格子４０ｂが形成されている。
【００５３】
なお、回折格子４０ａ、４０ｂが形成される位置は、上記および図２に示したように第２の活性層３３ｂおよび第３の活性層３３ｃの下方であってもよく、第２の活性層３３ｂおよび（または）第３の活性層３３ｃ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３０ａ近傍に回折格子が形成されていてもよい。
【００５４】
次に、以上のように構成された本実施形態の発光装置５１における半導体発光素子３０
の駆動方法について説明する。
【００５５】
まず動作を述べると、図３に示すように、第１の利得領域Ｉ用の第１の上部電極３７ａと下部電極１６との間に駆動電流が印加された場合には、第１の活性層３３ａの内部が発光状態となる。第１の活性層３３ａで生成された１．６２５μｍ帯の光は、利得波長が１．５５μｍの第２の活性層３３ｂおよび利得波長が１．３μｍの第３の活性層３３ｃでは吸収されず、且つ、１．５５μｍのブラッグ波長λgaを有する回折格子４０ａおよび１．３μｍのブラッグ波長λgbを有する回折格子４０ｂで反射されずに、第１の活性層３３ａ、第２の活性層３３ｂおよび第３の活性層３３ｃに沿って伝搬する。第１の活性層３３ａで生成された１．６２５μｍ帯の光は、第１の光出射端面３０ａと第２の光出射端面３０ｂで構成された共振器において、１．６２５μｍ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３０ｂから出射される。
【００５６】
上記したように、第１の利得領域Ｉ用の第１の上部電極３７ａと下部電極１６との間に駆動電流が印加された場合には、第１の活性層３３ａの内部が発光状態となる。しかし第１の上部電極３７ａと第２の上部電極３７ｂの間の分離抵抗が有限であるため、電流の一部は第２の活性層３３ｂへと漏れてくる。
【００５７】
そこで本発明の駆動方法では、第１の利得領域Ｉを発光させる際に、第２の上部電極３７ｂと下部電極１６とをショートさせる。これにより第１の利得領域Ｉからの漏れ電流が第２の利得領域ＩＩを流れることで生じるキャリアによる光吸収が抑制され、第１の利得領域Ｉの発光によるレーザ光出力が向上する。第２の上部電極３７ｂをショートさせるとともに第３の上部電極３７ｃも下部電極１６とショートさせても良いが、第１の利得領域Ｉに隣接する第２の上部電極３７ｂをショートさせることが効果を得る上で肝要であることは明らかである。
【００５８】
これにより、特に高電流時における１．６２５μｍ光出力の飽和が大きく改善され、高出力動作が実現される。
【００５９】
一方、図４に示すように、第２の利得領域ＩＩ用の第２の上部電極３７ｂと下部電極１６との間に駆動電流が印加された場合には、第２の活性層３３ｂの内部が発光状態となる。第２の活性層３３ｂで生成された１．５５μｍ帯の光は、１．５５μｍのブラッグ波長λgaを有する回折格子４０ａで９０％以上反射されるため、利得波長が１．６２５μｍの第１の活性層３３ａにおける光吸収を抑制することができる。また、第２の活性層３３ｂで生成された１．５５μｍ帯の光は、利得波長が１．３μｍの第３の活性層３３ｃでは吸収されず、且つ、１．３μｍのブラッグ波長λgbを有する回折格子４０ｂで反射されずに、第２の活性層３３ｂおよび第３の活性層３３ｃに沿って伝搬する。第２の活性層３３ｂで生成された１．５５μｍ帯の光は、回折格子４０ａと第２の光出射端面３０ｂ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３０ｂから出射される。
【００６０】
第１の実施形態で述べたごとく、この場合も共振器の一部として光が往復する第３の活性層３３ｃへの漏れ電流を抑えるために、第３の上部電極３７ｃを下部電極１６とショートする。これにより１．５５μｍ帯光の光出力が特に高電流時に大きく改善される。同時に第１の上部電極３７ａも下部電極１６とショートしても良いが、効果は第３の上部電極のショートの方が大きい。
【００６１】
一方、第３の利得領域ＩＩＩ用の第３の上部電極３７ｃと下部電極１６との間に電流が印加された場合には、第３の活性層３３ｃの内部が発光状態となる（不図示）。
【００６２】
第３の活性層３３ｃで生成された１．３μｍ帯の光は、１．３μｍのブラッグ波長λgbを有する回折格子４０ｂで９０％以上反射されるため、利得波長が１．６２５μｍの第１の活性層３３ａおよび利得波長が１．５５μｍの第２の活性層３３ｂにおける光吸収を抑制することができる。第３の活性層３３ｃで生成された１．３μｍ帯の光は、回折格子４０ｂと第２の光出射端面３０ｂ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３０ｂから出射される。従って、第１の実施形態で述べたとおり第１の上部電極３７ａおよび第２の上部電極３７ｂをショートさせることで光出力は改善されるが効果は小さい。またその場合、第３の利得領域ＩＩＩに隣接する第２の上部電極３７ｂをショートさせることが肝要であることは言うまでもない。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態の発光装置における半導体発光素子の駆動方法は、１つの上部電極と下部電極との間で駆動電流を印加する際に、その他の上部電極を下部電極にショートすることで光出力の飽和を抑制し高光出力化を実現する。特に長波側の光を発振させる時に短波側で隣接する上部電極をショートさせることで大きな効果が得られる。
【００６４】
（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の実施形態の発光装置５０、５１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、発光装置５０、５１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。
【００６５】
図５に示すように、第３の実施形態の光パルス試験器５５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に出力する発光装置である発光部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。
【００６６】
この第３の実施形態における発光素子駆動回路２’は、第１及び第２の実施形態における発光素子駆動回路２とは異なり、パルス状の駆動電流を印加するようになっている。
【００６７】
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。
【００６８】
さらに、本実施形態の光パルス試験器５５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。
【００６９】
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５５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５５は半導体発光素子１０を備えているものとする。
【００７０】
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、第２の上部電極１７ｂ（または第１の上部電極１７ａ）は下部電極１６とショートされることにより、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。
【００７１】
またこのとき発光させていない利得領域については上下の電極がショートされている。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
以上説明したように、本実施形態の光パルス試験器５５は、１つの素子で複数の異なる波長帯の光を高光出力で発振可能な半導体発光素子を備えるため、小型化および高性能化を実現できる。
【符号の説明】
【００７５】
１ 発光部（発光装置）
２、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の活性層
１３ｂ、３３ｂ 第２の活性層
１８ａ 高反射（ＨＲ）コート
１８ｂ 低反射（ＬＲ）コート
１９、３９ａ、３９ｂ バットジョイント結合部（境界面）
２０、４０ａ、４０ｂ 回折格子
３３ｃ 第３の活性層
５０、５１ 発光装置
５５ 光パルス試験器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の駆動方法、発光装置、および当該発光装置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】
これに対し本願出願人は、このような複雑な光学系を要さずに構成される２波長レーザ光源として、利得波長の大きく異なる複数の活性層を直列につなぎ、かつ内部に回折格子を配置して各波長が独立に発振を実現することで単体のチップから複数波長のレーザ光を出射できる半導体発光素子を提案している（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】特願２００９−３４０８０号（特開２０１０−１９２６０１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２に開示された構成においては、長波側の活性層に駆動電流を印加して発振させた際に、隣接する短波側の活性層へ漏れキャリアが流入し、これが自由キャリア吸収を引き起こして出力が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、複数の互いに異なる利得波長を有する活性層を直列に接続した半導体発光素子において、長波の活性層で放出及び増幅された光が短波の活性層を通過する際に長波の活性層から漏れてくるキャリアによって吸収され光出力が低下することを抑制するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体発光素子の駆動方法は、
当該半導体発光素子は、
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てなり、
半導体基板上に、異なる波長帯域に利得波長を有する複数の活性層が、光の導波方向に前記第１の光出射端面から前記第２の光出射端面に向かって前記利得波長の長さの順に光学的に結合されて配置され、前記半導体基板の底面に下部電極が形成されるとともに前記複数の活性層の各々の上方に該複数の活性層の各々に駆動電流を印加するための複数の上部電極が形成され、隣接する２つの活性層のうち、短い利得波長を有する活性層近傍で、且つ、該２つの活性層の境界面近傍に、該短い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ており、
最も長い利得波長を有する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、短い利得波長を有する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でなる、
前記半導体発光素子の駆動方法であって、
前記複数の活性層のうちの１つへ駆動電流を印加するときに、当該駆動電流が印加される活性層に隣接するより短い利得波長を有する活性層へ漏れ電流が流れ込まないように、該短い利得波長を有する活性層の上方に設けられた前記上部電極と前記半導体基板の底面に設けられた前記下部電極とを短絡することを特徴としている。
【０００８】
この駆動方法により、長波側の活性層へ印加した駆動電流の一部が隣接する短波側の活性層へ漏れだし、長波側の活性層が放出する光を吸収して発振出力を低下させることを防ぐことが出来る。
【０００９】
また、本発明の半導体発光素子の駆動方法は、前記半導体発光素子の前記第２の光出射端面から出射される光に対する反射率が、前記半導体発光素子の前記第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。
【００１０】
また、本発明の半導体発光素子の駆動方法は、前記複数の活性層が、第１の活性層および第２の活性層からなり、前記第１の活性層の前記利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、前記第２の活性層の前記利得波長が１．２８〜１．３４μｍである構成を有している。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。
【００１１】
また、本発明の半導体発光素子の駆動方法は、前記複数の活性層が、第１の活性層、第２の活性層および第３の活性層からなり、前記第１の活性層の前記利得波長が１．６０〜１．６５μｍであり、前記第２の活性層の前記利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、前記第３の活性層の前記利得波長が１．２８〜１．３４μｍである構成を有している。この構成により、１つの素子で１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯および１．６２５μｍ帯の光を複数の縦モードで発振させることができる。
【００１２】
本発明の発光装置は、
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てなり、
半導体基板上に、異なる波長帯域に利得波長を有する複数の活性層が、光の導波方向に前記第１の光出射端面から前記第２の光出射端面に向かって前記利得波長の長さの順に光学的に結合されて配置され、前記半導体基板の底面に下部電極が形成されるとともに前記複数の活性層の各々の上方に該複数の活性層の各々に駆動電流を印加するための複数の上部電極が形成され、隣接する２つの活性層のうち、短い利得波長を有する活性層近傍で、且つ、該２つの活性層の境界面近傍に、該短い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ており、
最も長い利得波長を有する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、短い利得波長を有する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半導体発光素子と、
前記複数の活性層の各々に駆動電流を印加し、前記複数の活性層のうちの１つへ駆動電流を印加するときに、当該駆動電流が印加される活性層に隣接するより短い利得波長を有する活性層へ漏れ電流が流れ込まないように、該短い利得波長を有する活性層の上方に設けられた前記上部電極と前記半導体基板の底面に設けられた前記下部電極とを短絡する発光素子駆動回路と、を有している。
【００１３】
この構成により、長波側の活性層へ印加した駆動電流の一部が隣接する短波側の活性層へ漏れだし、長波側の活性層が放出する光を吸収して発振出力を低下させることを防いだ発光装置を実現できる。
【００１４】
また、本発明の発光装置は、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。
【００１５】
また、本発明の発光装置は、前記複数の活性層が、第１の活性層および第２の活性層からなり、前記第１の活性層の前記利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、前記第２の活性層の前記利得波長が１．２８〜１．３４μｍである構成を有している。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。
【００１６】
また、本発明の発光装置は、前記複数の活性層が、第１の活性層、第２の活性層および第３の活性層からなり、前記第１の活性層の前記利得波長が１．６０〜１．６５μｍであり、前記第２の活性層の前記利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、前記第３の活性層の前記利得波長が１．２８〜１．３４μｍである構成を有している。この構成により、１つの素子で１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯および１．６２５μｍ帯の光を複数の縦モードで発振させることができる。
【００１７】
本発明の光パルス試験器は、請求項５乃至８のいずれかに記載の発光装置であって、前記半導体発光素子が光パルスを発するよう、前記発光素子駆動回路が印加する前記駆動電流がパルス状であり、前記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、前記発光装置と、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、を有している。
【００１８】
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高出力で動作させられるので、小型且つ高性能な光パルス試験器を実現できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、複数の波長帯の光を発光可能な半導体発光素子を高光出力で動作させることが出来る半導体発光素子の駆動方法、発光装置、および当該発光装置を用いた小型且つ高性能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】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態の発光装置を示す図
【図２】本発明の第１の実施形態の発光装置の別の態様を示す図
【図３】本発明の第２の実施形態の発光装置を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態の発光装置の別の態様を示す図
【図５】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
【図６】本発明の第１の実施形態の発光装置の半導体発光素子の特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る半導体発光素子の駆動方法、発光装置、および発光装置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。
【００２２】
（第１の実施形態）
本発明に係る発光装置の第１の実施形態を図１および図２に示す。発光装置５０は、半導体発光素子１０と発光素子駆動回路２とから構成されている。
【００２３】
半導体発光素子１０は、図１および図２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の活性層１３ｂを有する第２の利得領域ＩＩと、を備える。
【００２４】
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。
【００２５】
あるいは１．２８〜１．３４、１．４７〜１．５０、１．５２〜１．５５、１．６０〜１．６５の各波長範囲からの任意の組み合わせであってもよい（ただしλ1＞λ2として選択する。単位はμｍ）。
【００２６】
第１の活性層１３ａと第２の活性層１３ｂは、光の導波方向に沿って配置され、バットジョイント手法により光学的に結合されている。なお、ここで言う第１の活性層１３ａおよび第２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の活性層１３ａおよび第２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１５がこの順に積層されている。
【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１５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、半導体発光素子１０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、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２の第２の利得領域ＩＩにおいて、第１の活性層１３ａと第２の活性層１３ｂのバットジョイント結合部１９近傍に、１．３μｍ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】
なお、回折格子２０が形成される位置は、図１に示したように第２の活性層１３ｂの下方であってもよく、あるいは第２の活性層１３ｂ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近傍にも回折格子が形成されていてもよい。
【００３３】
このような構造を有する半導体発光素子の製造方法については、特許文献２に詳細に述べられている。
【００３４】
発光素子駆動回路２は、所望する波長を発振させるために対応する上部電極と下部電極の間に駆動電流を印加する機能を有するとともに、その他の上部電極を下部電極とショートさせる機能を有する（詳細は後述）。
【００３５】
次に、以上のように構成された本実施形態の発光装置５０における半導体発光素子１０の駆動方法について説明する。
【００３６】
まず動作を述べると、第１の利得領域Ｉ用の第１の上部電極１７ａと下部電極１６との間に駆動電流が印加された場合には、第１の活性層１３ａの内部が発光状態となる。第１の活性層１３ａで生成された１．５５μｍ帯の光は、利得波長が１．３μｍの第２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の活性層１３ａおよび第２の活性層１３ｂに沿って伝搬する。当該第１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。
【００３７】
上記したように、第１の利得領域Ｉ用の第１の上部電極１７ａと下部電極１６との間に駆動電流が印加された場合には、第１の活性層１３ａの内部が発光状態となる。しかし第１の上部電極１７ａと第２の上部電極１７ｂの間の分離抵抗が有限であるため、電流の一部は第２の活性層１３ｂへと漏れてくる。
【００３８】
そこで本発明の駆動方法では、図１に示すように、第１の利得領域Ｉを発光させる際に、第２の上部電極１７ｂと下部電極１６とをショートさせる。これにより第１の利得領域Ｉからの漏れ電流が第２の利得領域ＩＩを流れることで生じるキャリアによる光吸収が抑制され、第１の利得領域Ｉの発光によるレーザ光出力が向上する。
【００３９】
これにより図６に示すように、特に高電流時における１．５５μｍ光出力の飽和が大きく改善され、高出力動作が実現される。端面出力が２００ｍＷ以上得られているので、光パルス試験器の代表例である光タイムドメインリフレクトメータ（Optical Time Domain Reflectometer）に用いた場合、ダイナミックレンジとして３５ｄＢ以上の高性能が得られる。
【００４０】
一方、図２に示すように、第２の利得領域ＩＩ用の第２の上部電極１７ｂと下部電極１６との間に駆動電流が印加された場合には、第２の活性層１３ｂの内部が発光状態となる。
【００４１】
第２の活性層１３ｂで生成された１．３μｍ帯の光は、第２の活性層１３ｂ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の活性層１３ａにおける光吸収は抑制されている。従って、第２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。
【００４２】
この場合には第２の活性層１３ｂで生成された１．３μｍ帯の光はほとんど第１の活性層１３ａへ侵入しないため、図６に示すように第１の上部電極１７ａをショートした効果は前記の場合に比べて小さくなる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態の発光装置における半導体発光素子の駆動方法は、一方の上部電極と下部電極との間で駆動電流を印加する際に他方の上部電極を下部電極にショートすることで光出力の飽和を抑制し高光出力化を実現する。特に長波側の光を発振させる時に短波側の上部電極をショートさせることで大きな効果が得られる。
【００４４】
（第２の実施形態）
本発明に係る発光装置の第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。本実施形態では、利得波長λ1、λ2、λ3として光パルス試験器で用いる波長１．６２５μｍ、１．５５μｍ、１．３μｍを例にして説明する。なお、利得波長λ1、λ2、λ3は、それぞれ１．６０≦λ1≦１．６５、１．５２≦λ2≦１．５８、１．２８≦λ3≦１．３４の範囲内の値であってもよい。
【００４５】
あるいは１．２８〜１．３４、１．４７〜１．５０、１．５２〜１．５５、１．６０〜１．６５の各波長範囲からの任意の組み合わせであってもよい（ただしλ1＞λ2＞λ3として選択する。単位はμｍ）。
【００４６】
図３および図４は、本発明に係る発光装置の第２の実施形態を示す図である。発光装置５１は、半導体発光素子３０と発光素子駆動回路２とから構成されている。
【００４７】
半導体発光素子３０は、図３および図４に示すように、利得波長λ1が１．６２５μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる第１の活性層３３ａを有する第１の利得領域Ｉと、利得波長λ2が１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる第２の活性層３３ｂを有する第２の利得領域ＩＩと、利得波長λ3が１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる第３の活性層３３ｃを有する第３の利得領域ＩＩＩと、を備える。
【００４８】
第１の活性層３３ａ、第２の活性層３３ｂおよび第３の活性層３３ｃは、光の導波方向に沿ってこの順に配置され、バットジョイント手法によりそれぞれが光学的に結合されている。なお、ここで言う第１の活性層３３ａ、第２の活性層３３ｂおよび第３の活性層３３ｃは、ＭＱＷ構造とそれを挟むＳＣＨ層を含んでいる。
【００４９】
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１５上には第１の利得領域Ｉ用の第１の上部電極３７ａ、第２の利得領域ＩＩ用の第２の上部電極３７ｂおよび第３の利得領域ＩＩＩ用の第３の上部電極３７ｃが蒸着形成されている。
【００５０】
また、半導体発光素子３０は、劈開によって形成された第１の光出射端面３０ａおよび第２の光出射端面３０ｂをそれぞれ有する。第１の実施形態と同様に、第１の光出射端面３０ａにはＨＲコート１８ａが、第２の光出射端面３０ｂにはＬＲコート１８ｂがそれぞれ施されている。
【００５１】
さらに、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２の第２の利得領域ＩＩにおいて、第１の活性層３３ａと第２の活性層３３ｂのバットジョイント結合部３９ａ近傍に、１．５５μｍのブラッグ波長λgaおよび１００ｃｍ-1以上の結合係数κを有する回折格子４０ａが形成されている。ここで、回折格子４０ａのピッチは約０．２４μｍである。
【００５２】
同様に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２の第３の利得領域ＩＩＩにおいて、第２の活性層３３ｂと第３の活性層３３ｃのバットジョイント結合部３９ｂ近傍に、１．３μｍのブラッグ波長λgbおよび１００ｃｍ-1以上の結合係数κを有する回折格子４０ｂが形成されている。
【００５３】
なお、回折格子４０ａ、４０ｂが形成される位置は、上記および図２に示したように第２の活性層３３ｂおよび第３の活性層３３ｃの下方であってもよく、第２の活性層３３ｂおよび（または）第３の活性層３３ｃ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３０ａ近傍に回折格子が形成されていてもよい。
【００５４】
次に、以上のように構成された本実施形態の発光装置５１における半導体発光素子３０
の駆動方法について説明する。
【００５５】
まず動作を述べると、図３に示すように、第１の利得領域Ｉ用の第１の上部電極３７ａと下部電極１６との間に駆動電流が印加された場合には、第１の活性層３３ａの内部が発光状態となる。第１の活性層３３ａで生成された１．６２５μｍ帯の光は、利得波長が１．５５μｍの第２の活性層３３ｂおよび利得波長が１．３μｍの第３の活性層３３ｃでは吸収されず、且つ、１．５５μｍのブラッグ波長λgaを有する回折格子４０ａおよび１．３μｍのブラッグ波長λgbを有する回折格子４０ｂで反射されずに、第１の活性層３３ａ、第２の活性層３３ｂおよび第３の活性層３３ｃに沿って伝搬する。第１の活性層３３ａで生成された１．６２５μｍ帯の光は、第１の光出射端面３０ａと第２の光出射端面３０ｂで構成された共振器において、１．６２５μｍ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３０ｂから出射される。
【００５６】
上記したように、第１の利得領域Ｉ用の第１の上部電極３７ａと下部電極１６との間に駆動電流が印加された場合には、第１の活性層３３ａの内部が発光状態となる。しかし第１の上部電極３７ａと第２の上部電極３７ｂの間の分離抵抗が有限であるため、電流の一部は第２の活性層３３ｂへと漏れてくる。
【００５７】
そこで本発明の駆動方法では、第１の利得領域Ｉを発光させる際に、第２の上部電極３７ｂと下部電極１６とをショートさせる。これにより第１の利得領域Ｉからの漏れ電流が第２の利得領域ＩＩを流れることで生じるキャリアによる光吸収が抑制され、第１の利得領域Ｉの発光によるレーザ光出力が向上する。第２の上部電極３７ｂをショートさせるとともに第３の上部電極３７ｃも下部電極１６とショートさせても良いが、第１の利得領域Ｉに隣接する第２の上部電極３７ｂをショートさせることが効果を得る上で肝要であることは明らかである。
【００５８】
これにより、特に高電流時における１．６２５μｍ光出力の飽和が大きく改善され、高出力動作が実現される。
【００５９】
一方、図４に示すように、第２の利得領域ＩＩ用の第２の上部電極３７ｂと下部電極１６との間に駆動電流が印加された場合には、第２の活性層３３ｂの内部が発光状態となる。第２の活性層３３ｂで生成された１．５５μｍ帯の光は、１．５５μｍのブラッグ波長λgaを有する回折格子４０ａで９０％以上反射されるため、利得波長が１．６２５μｍの第１の活性層３３ａにおける光吸収を抑制することができる。また、第２の活性層３３ｂで生成された１．５５μｍ帯の光は、利得波長が１．３μｍの第３の活性層３３ｃでは吸収されず、且つ、１．３μｍのブラッグ波長λgbを有する回折格子４０ｂで反射されずに、第２の活性層３３ｂおよび第３の活性層３３ｃに沿って伝搬する。第２の活性層３３ｂで生成された１．５５μｍ帯の光は、回折格子４０ａと第２の光出射端面３０ｂ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３０ｂから出射される。
【００６０】
第１の実施形態で述べたごとく、この場合も共振器の一部として光が往復する第３の活性層３３ｃへの漏れ電流を抑えるために、第３の上部電極３７ｃを下部電極１６とショートする。これにより１．５５μｍ帯光の光出力が特に高電流時に大きく改善される。同時に第１の上部電極３７ａも下部電極１６とショートしても良いが、効果は第３の上部電極のショートの方が大きい。
【００６１】
一方、第３の利得領域ＩＩＩ用の第３の上部電極３７ｃと下部電極１６との間に電流が印加された場合には、第３の活性層３３ｃの内部が発光状態となる（不図示）。
【００６２】
第３の活性層３３ｃで生成された１．３μｍ帯の光は、１．３μｍのブラッグ波長λgbを有する回折格子４０ｂで９０％以上反射されるため、利得波長が１．６２５μｍの第１の活性層３３ａおよび利得波長が１．５５μｍの第２の活性層３３ｂにおける光吸収を抑制することができる。第３の活性層３３ｃで生成された１．３μｍ帯の光は、回折格子４０ｂと第２の光出射端面３０ｂ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３０ｂから出射される。従って、第１の実施形態で述べたとおり第１の上部電極３７ａおよび第２の上部電極３７ｂをショートさせることで光出力は改善されるが効果は小さい。またその場合、第３の利得領域ＩＩＩに隣接する第２の上部電極３７ｂをショートさせることが肝要であることは言うまでもない。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態の発光装置における半導体発光素子の駆動方法は、１つの上部電極と下部電極との間で駆動電流を印加する際に、その他の上部電極を下部電極にショートすることで光出力の飽和を抑制し高光出力化を実現する。特に長波側の光を発振させる時に短波側で隣接する上部電極をショートさせることで大きな効果が得られる。
【００６４】
（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の実施形態の発光装置５０、５１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、発光装置５０、５１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。
【００６５】
図５に示すように、第３の実施形態の光パルス試験器５５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に出力する発光装置である発光部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。
【００６６】
この第３の実施形態における発光素子駆動回路２’は、第１及び第２の実施形態における発光素子駆動回路２とは異なり、パルス状の駆動電流を印加するようになっている。
【００６７】
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。
【００６８】
さらに、本実施形態の光パルス試験器５５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。
【００６９】
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５５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５５は半導体発光素子１０を備えているものとする。
【００７０】
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、第２の上部電極１７ｂ（または第１の上部電極１７ａ）は下部電極１６とショートされることにより、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。
【００７１】
またこのとき発光させていない利得領域については上下の電極がショートされている。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
以上説明したように、本実施形態の光パルス試験器５５は、１つの素子で複数の異なる波長帯の光を高光出力で発振可能な半導体発光素子を備えるため、小型化および高性能化を実現できる。
【符号の説明】
【００７５】
１ 発光部（発光装置）
２、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の活性層
１３ｂ、３３ｂ 第２の活性層
１８ａ 高反射（ＨＲ）コート
１８ｂ 低反射（ＬＲ）コート
１９、３９ａ、３９ｂ バットジョイント結合部（境界面）
２０、４０ａ、４０ｂ 回折格子
３３ｃ 第３の活性層
５０、５１ 発光装置
５５ 光パルス試験器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子の駆動方法にして、
当該半導体発光素子は、
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てなり、
半導体基板上に、異なる波長帯域に利得波長を有する複数の活性層が、光の導波方向に前記第１の光出射端面から前記第２の光出射端面に向かって前記利得波長の長さの順に光学的に結合されて配置され、前記半導体基板の底面に下部電極が形成されるとともに前記複数の活性層の各々の上方に該複数の活性層の各々に駆動電流を印加するための複数の上部電極が形成され、隣接する２つの活性層のうち、短い利得波長を有する活性層近傍で、且つ、該２つの活性層の境界面近傍に、該短い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ており、
最も長い利得波長を有する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、短い利得波長を有する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でなる、
前記半導体発光素子の駆動方法であって、
前記複数の活性層のうちの１つへ駆動電流を印加するときに、当該駆動電流が印加される活性層に隣接するより短い利得波長を有する活性層へ漏れ電流が流れ込まないように、該短い利得波長を有する活性層の上方に設けられた前記上部電極と前記半導体基板の底面に設けられた前記下部電極とを短絡することを特徴とする半導体発光素子の駆動方法。
【請求項２】
前記半導体発光素子の前記第２の光出射端面から出射される光に対する反射率が、前記半導体発光素子の前記第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ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の駆動方法。
【請求項３】
前記半導体発光素子の前記複数の活性層が、第１の活性層および第２の活性層からなり、
前記第１の活性層の前記利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、
前記第２の活性層の前記利得波長が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の駆動方法。
【請求項４】
前記半導体発光素子の前記複数の活性層が、第１の活性層、第２の活性層および第３の活性層からなり、
前記第１の活性層の前記利得波長が１．６０〜１．６５μｍであり、
前記第２の活性層の前記利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、
前記第３の活性層の前記利得波長が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の駆動方法。
【請求項５】
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てなり、
半導体基板上に、異なる波長帯域に利得波長を有する複数の活性層が、光の導波方向に前記第１の光出射端面から前記第２の光出射端面に向かって前記利得波長の長さの順に光学的に結合されて配置され、前記半導体基板の底面に下部電極が形成されるとともに前記複数の活性層の各々の上方に該複数の活性層の各々に駆動電流を印加するための複数の上部電極が形成され、隣接する２つの活性層のうち、短い利得波長を有する活性層近傍で、且つ、該２つの活性層の境界面近傍に、該短い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ており、
最も長い利得波長を有する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、短い利得波長を有する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半導体発光素子と、
前記複数の活性層の各々に駆動電流を印加し、前記複数の活性層のうちの１つへ駆動電流を印加するときに、当該駆動電流が印加される活性層に隣接するより短い利得波長を有する活性層へ漏れ電流が流れ込まないように、該短い利得波長を有する活性層の上方に設けられた前記上部電極と前記半導体基板の底面に設けられた前記下部電極とを短絡する発光素子駆動回路と、を有することを特徴とする発光装置。
【請求項６】
前記半導体発光素子の前記第２の光出射端面から出射される光に対する反射率が、前記半導体発光素子の前記第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ことを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】
前記半導体発光素子の前記複数の活性層が、第１の活性層および第２の活性層からなり、
前記第１の活性層の前記利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、
前記第２の活性層の前記利得波長が１．２８〜１．３４μｍであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記半導体発光素子の前記複数の活性層が、第１の活性層、第２の活性層および第３の活性層からなり、
前記第１の活性層の前記利得波長が１．６０〜１．６５μｍであり、
前記第２の活性層の前記利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、
前記第３の活性層の前記利得波長が１．２８〜１．３４μｍであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の発光装置。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれかに記載の発光装置であって、前記半導体発光素子が光パルスを発するよう、前記発光素子駆動回路が印加する前記駆動電流がパルス状であり、前記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、前記発光装置と、
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、を備えた光パルス試験器。
【請求項１】
半導体発光素子の駆動方法にして、
当該半導体発光素子は、
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てなり、
半導体基板上に、異なる波長帯域に利得波長を有する複数の活性層が、光の導波方向に前記第１の光出射端面から前記第２の光出射端面に向かって前記利得波長の長さの順に光学的に結合されて配置され、前記半導体基板の底面に下部電極が形成されるとともに前記複数の活性層の各々の上方に該複数の活性層の各々に駆動電流を印加するための複数の上部電極が形成され、隣接する２つの活性層のうち、短い利得波長を有する活性層近傍で、且つ、該２つの活性層の境界面近傍に、該短い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ており、
最も長い利得波長を有する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、短い利得波長を有する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でなる、
前記半導体発光素子の駆動方法であって、
前記複数の活性層のうちの１つへ駆動電流を印加するときに、当該駆動電流が印加される活性層に隣接するより短い利得波長を有する活性層へ漏れ電流が流れ込まないように、該短い利得波長を有する活性層の上方に設けられた前記上部電極と前記半導体基板の底面に設けられた前記下部電極とを短絡することを特徴とする半導体発光素子の駆動方法。
【請求項２】
前記半導体発光素子の前記第２の光出射端面から出射される光に対する反射率が、前記半導体発光素子の前記第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ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の駆動方法。
【請求項３】
前記半導体発光素子の前記複数の活性層が、第１の活性層および第２の活性層からなり、
前記第１の活性層の前記利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、
前記第２の活性層の前記利得波長が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の駆動方法。
【請求項４】
前記半導体発光素子の前記複数の活性層が、第１の活性層、第２の活性層および第３の活性層からなり、
前記第１の活性層の前記利得波長が１．６０〜１．６５μｍであり、
前記第２の活性層の前記利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、
前記第３の活性層の前記利得波長が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の駆動方法。
【請求項５】
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てなり、
半導体基板上に、異なる波長帯域に利得波長を有する複数の活性層が、光の導波方向に前記第１の光出射端面から前記第２の光出射端面に向かって前記利得波長の長さの順に光学的に結合されて配置され、前記半導体基板の底面に下部電極が形成されるとともに前記複数の活性層の各々の上方に該複数の活性層の各々に駆動電流を印加するための複数の上部電極が形成され、隣接する２つの活性層のうち、短い利得波長を有する活性層近傍で、且つ、該２つの活性層の境界面近傍に、該短い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ており、
最も長い利得波長を有する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、短い利得波長を有する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半導体発光素子と、
前記複数の活性層の各々に駆動電流を印加し、前記複数の活性層のうちの１つへ駆動電流を印加するときに、当該駆動電流が印加される活性層に隣接するより短い利得波長を有する活性層へ漏れ電流が流れ込まないように、該短い利得波長を有する活性層の上方に設けられた前記上部電極と前記半導体基板の底面に設けられた前記下部電極とを短絡する発光素子駆動回路と、を有することを特徴とする発光装置。
【請求項６】
前記半導体発光素子の前記第２の光出射端面から出射される光に対する反射率が、前記半導体発光素子の前記第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ことを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】
前記半導体発光素子の前記複数の活性層が、第１の活性層および第２の活性層からなり、
前記第１の活性層の前記利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、
前記第２の活性層の前記利得波長が１．２８〜１．３４μｍであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記半導体発光素子の前記複数の活性層が、第１の活性層、第２の活性層および第３の活性層からなり、
前記第１の活性層の前記利得波長が１．６０〜１．６５μｍであり、
前記第２の活性層の前記利得波長が１．５２〜１．５８μｍであり、
前記第３の活性層の前記利得波長が１．２８〜１．３４μｍであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の発光装置。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれかに記載の発光装置であって、前記半導体発光素子が光パルスを発するよう、前記発光素子駆動回路が印加する前記駆動電流がパルス状であり、前記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、前記発光装置と、
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、を備えた光パルス試験器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−６４９２１（Ｐ２０１２−６４９２１Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１３１３２（Ｐ２０１１−１１３１３２）
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
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