半导体光放大器、光输出装置及距离计测装置的制作方法

本发明涉及半导体光放大器、光输出装置及距离计测装置，尤其是涉及使用基于分布布拉格反射镜的波导路的半导体光放大器、使用该半导体光放大器的光输出装置、以及距离计测装置。

背景技术：

在专利文献1中公开了一种发光元件阵列，该发光元件阵列与使用分布布拉格反射镜波导路的半导体光放大器关联地，具备多个半导体层叠结构体，该半导体层叠结构体具有形成在基板上的发光部、以及光放大部，该光放大部从发光部沿着基板的基板面延伸，延伸方向的长度比发光部长，该光放大部放大从发光部沿延伸方向传播的光并且从沿着延伸方向形成的光出射部射出放大后的光，多个半导体层叠结构体配置为各自的光放大部的延伸方向相互大致平行。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-032793号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

本公开的非定性的实施方式的一方案为，在使用分布布拉格反射镜波导路的半导体光放大器中，提供一种与导电区域的宽度均匀的情况相比而增大了预先决定的方向的光输出的半导体光放大器、光输出装置及距离计测装置。

用于解决问题的手段

[1]、根据本公开的一方案，提供一种半导体光放大器，其中，该半导体光放大器具备：光源部，其形成在基板上；以及光放大部，其具有从所述光源部沿着所述基板的基板面并沿预先决定的方向延伸而形成的导电区域、以及形成在所述导电区域的周围的非导电区域，该光放大部将从所述光源部沿所述预先决定的方向传播的传播光放大，并将放大后的所述传播光朝向与所述基板面交叉的出射方向射出，所述导电区域在从与所述基板面垂直的方向观察的情况下，具有第1区域和第2区域，该第1区域从所述光源部以预先决定的宽度延伸，该第2区域与所述第1区域连续，并且该第2区域被扩宽了所述预先决定的宽度，使所述传播光在与所述预先决定的方向交叉的方向上扩展。

[2]、在[1]的半导体光放大器中，所述第2区域的宽度也可以从所述第1区域的宽度呈锥状变化。

[3]、在[2]的半导体光放大器中，所述第2区域的形状也可以在从与所述基板面垂直的方向观察的情况下为矩形形状。

[4]、[1]至[3]中的任意一项的半导体光放大器还可以具备形成在所述基板上的第1导电型的第1半导体多层膜反射镜、所述第1半导体多层膜反射镜上的有源区域、以及所述有源区域上的第2导电型的第2半导体多层膜反射镜，所述非导电区域也可以是在所述第1半导体多层膜反射镜及所述第2半导体多层膜反射镜中的至少一方的一部分形成的氧化区域或离子注入区域。

[5]、在[4]的半导体光放大器中，所述半导体光放大器也可以为至少到达所述第2半导体多层膜反射镜的下部的台面型结构体，所述半导体光放大器也可以具有至少局部地沿着所述第2区域的外形。

[6]、[1]至[5]中的任意一项的半导体光放大器还可以具备在所述非导电区域的上部沿着所述导电区域而形成的电极。

[7]、在[6]的半导体光放大器中，所述电极也可以形成为覆盖所述第2区域的至少一部分。

[8]、根据本公开的另一方案，提供一种光输出装置，其中，该光输出装置具备：[1]至[7]中的任意一项的半导体光放大器；以及聚光部，其聚集从所述半导体光放大器射出的光。

[9]、根据本公开的另一方案，提供一种距离计测装置，其中，该距离计测装置具备：[1]至[7]中的任意一项的半导体光放大器；受光部，其接受从所述半导体光放大器射出并由被测定对象物反射后的反射光；以及计测部，其基于所述受光部接受到的反射光，计测距所述被测定对象物的距离。

发明的效果

根据[1]、[6]、[8]及[9]，起到如下效果：在使用分布布拉格反射镜波导路的半导体光放大器中，能够提供与导电区域的宽度均匀的情况相比增大了预先决定的方向的光输出的半导体光放大器、光输出装置及距离计测装置。

根据[2]，起到如下效果：与第2区域的宽度从第1区域的宽度呈阶梯状变化的情况相比，能够进一步降低返回光。

根据[3]，起到如下效果：与第2区域的形状在从与基板面垂直的方向观察的情况下呈三角形状的情况相比，更加容易抑制返回光。

根据[4]，起到如下效果：在包括形成在基板上的第1半导体多层膜反射镜、有源区域及第2半导体多层膜反射镜的半导体光放大器中，增大预先决定的方向的光输出。

根据[5]，起到如下效果：与半导体光放大器的外形不具有沿着第2区域的部分的情况相比，容易形成反射部。

根据[7]，起到如下效果：与电极形成为完全未覆盖第2区域的情况相比，进一步增大预先决定的方向的光输出。

附图说明

图1示出第1例示的实施方式的半导体光放大器的结构的一例，图1的(a)是俯视图，图1的(b)是剖视图。

图2是对第1例示的实施方式的半导体光放大器的扩宽部中的反射进行说明的图。

图3的(a)是示出第1例示的实施方式的半导体光放大器的光输出特性的曲线图，图3的(b)是示出比较例的半导体光放大器的光输出特性的曲线图。

图4的(a)、(b)是示出第1例示的实施方式的半导体光放大器的扩宽部的变形例的图。

图5的(a)是示出第2例示的实施方式的半导体光放大器的结构的一例的俯视图，图5的(b)是示出第1例示的实施方式的半导体光放大器的结构的一例的俯视图。

图6涉及第3例示的实施方式，图6的(a)是示出光加工装置的一例的框图，图6的(b)是示出距离计测装置的一例的框图。

图7示出比较例的半导体光放大器的结构，图7的(a)是俯视图，图7的(b)是剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本具体实施方式详细进行说明。

[第1例示的实施方式]

参照图1至图4对第1例示的实施方式的半导体光放大器10进行说明。图1的(a)是半导体光放大器10的俯视图，图1的(b)是沿着图1的(a)所示的a-a’线剖切的剖视图。如图1所示，半导体光放大器(semiconductoropticalamplifier：soa)10具备光放大部50、扩宽部62及光耦合部52。

光放大部50具有将由光耦合部52耦合的光(种子光)放大并射出的功能。光耦合部52是本发明的“光源部”的一例。作为一例，本例示的实施方式的光放大部50为使用gaas系的分布布拉格反射镜波导路(以下为“dbr(distributedbraggreflector)波导路”)的面出射型的光放大部。即，光放大部50构成为包括形成于基板30的背面的n电极40、形成在基板30上的下部dbr32、有源区域34、上部dbr36、非导电区域60、导电区域58及p电极18。

在本例示的实施方式中，将基板30设为n型的gaas基板，将n电极40设置于基板30的背面。另一方面，本例示的实施方式的下部dbr32为n型，上部dbr36为p型。在驱动半导体光放大器10时，将驱动用电源的正极施加于p电极18，将负极施加于n电极40，从p电极18向n电极40流动驱动电流。但是，基板30、下部dbr32、上部dbr36的极性不限于此，也可以使这些极性反转，即，将基板30设为p型的gaas基板，将下部dbr32设为p型，将上部dbr36设为n型。

下部dbr32与以下说明的上部dbr36成对，构成半导体光放大器10中的有助于发光的谐振器。下部dbr32是将2个半导体层交替地反复层叠而构成的多层膜反射镜，其中，在将半导体光放大器10的振荡波长设为λ且将介质(半导体层)的折射率设为n的情况下，该2个半导体层的膜厚分别为0.25λ/n且折射率互不相同。作为具体的一例，下部dbr32通过将基于al0.90ga0.1as的n型的低折射率层与基于al0.2ga0.8as的n型的高折射率层交替地反复层叠而构成。

本例示的实施方式的有源区域34例如也可以构成为包括下部间隔层、量子阱有源区域及上部间隔层(省略图示)。本例示的实施方式的量子阱有源区域例如也可以由屏障层和量子阱层构成，该屏障层由4层al0.3ga0.7as构成，该量子阱层由设置于屏障层之间的3层gaas构成。另外，下部间隔层、上部间隔层分别配置在量子阱有源区域与下部dbr32之间、量子阱有源区域与上部dbr36之间，由此，具有调整谐振器的长度的功能，并且，也具有作为用于封入载流子的包层的功能。

设置在有源区域34上的非导电区域60及导电区域58是p型的氧化狭窄层，即电流狭窄层。即，非导电区域60对应于氧化区域，导电区域58对应于非氧化区域。在本例示的实施方式中，使构成上部dbr36的多层膜中的1层氧化而形成非导电区域60(氧化区域)，该1层的非导电区域60以外的区域成为未被氧化的导电区域58(非氧化区域)。从p电极18朝向n电极40流动的电流被导电区域58节流。另外，在本例示的实施方式中，将非导电区域60(氧化区域)形成于上部dbr36的1层的方式作为例示来说明，但不限于此，也可以为形成于上部dbr36的多层的方式，也可以为形成于下部dbr32的方式。

在本例示的实施方式的半导体光放大器10中，导电区域58与非导电区域60的界面(以下，“氧化前锋(oxidationfront)56”)沿着从光耦合部52导入并在dbr波导路中传播的传播光的传播方向(从图1纸面的左侧朝向右侧的方向)延伸。此外，氧化前锋56的与光耦合部52相反的一侧的端面形成为沿着扩宽部62的外形的形状，该传播光在扩宽部62的内部反射而衰减(终止)。本例示的实施方式的扩宽部62构成为包括在如图1的(a)所示那样俯视的情况下(从与基板30垂直的方向观察的情况下)在与传播光的行进方向交叉的方向上被扩宽的氧化前锋56的端面。在半导体光放大器10的制造工序中，通过从周围对至少到上部dbr的下部为止形成为台面状的半导体光放大器进行氧化处理，形成非导电区域60。因此，在半导体光放大器10的外形中设置有沿着扩宽部62的外形的部分。之后详细叙述扩宽部62的作用等。另外，在本例示的实施方式中，将通过氧化而形成非导电区域60的方式作为例示来说明，但不限于此，例如也可以为通过离子注入等而形成的方式。

上部dbr36是将膜厚分别为0.25λ/n且折射率互不相同的2种半导体层交替地反复层叠而构成的多层膜反射镜。作为具体的一例，上部dbr36通过将基于al0.90ga0.1as的p型的低折射率层与基于al0.2ga0.8as的p型的高折射率层交替地反复层叠而构成。

本例示的实施方式的光耦合部52是将生成向半导体光放大器10输入的输入光(种子光)的光源耦合的部位。在本例示的实施方式中，从省略图示的外部光源经由光纤而传播输入光，使该光纤的输出端与作为半导体光放大器10的光源部而发挥功能的光耦合部52耦合，将输入光导入到dbr波导路。作为外部光源，例如使用面型发光激光器(vcsel：verticalcavitysufaceemittinglaser)。另外，在本例示的实施方式中，将从外部导入种子光的光源的方式作为例示来说明，但不限于此，也可以为如下方式：在半导体光放大器10的配置有光耦合部52的区域，将作为光源部发挥功能的例如vcsel等发光元件与半导体光放大器10一体地形成。

这里，对本例示的实施方式的dbr波导路进一步详细地进行说明。从光耦合部52导入的种子光在从纸面左侧朝向右侧的传播方向上传播。此时，如图1的(b)所示，传播光主要在下部dbr32、有源区域34、导电区域58、上部dbr36以具有规定的分布的方式传播。因此，“dbr波导路”构成为包括这些部分。而且，在本例示的实施方式中，在作为dbr波导路的一部分的导电区域58的端部形成有扩宽部62，在扩宽部62中，传播光被向与行进方向不同的方向反射，以不返回到来时的方向的方式终止。

即，由于非导电区域60是将导电区域58氧化而形成的，因此，与导电区域相比折射率下降。因此，包括导电区域58的dbr波导路的区域的等效折射率高于包括非导电区域60的dbr波导路的等效折射率，传播光在扩宽部62内的导电区域58与非导电区域60的界面(氧化前锋56)被反射。根据后述的原理，在扩宽部62内反射的传播光不会向来的方向(光耦合部52的方向)返回。

然而，使用dbr波导路的半导体光放大器由设置在半导体基板上的一对dbr和位于一对dbr之间的有源区域及谐振器间隔层构成。被dbr夹持的区域作为光波导路发挥功能，输入到该dbr波导路内的光一边沿倾斜方向进行多重反射一边进行慢光传播。此时，当通过设置于dbr的两侧的p电极18、n电极40向有源区域34注入电流时，输入光被放大，朝向与基板面交叉的方向且向传播光的dbr波导路的传播方向前方倾斜的方向(斜前方方向)输出放大光束(以下为“正向输出lf”)。另一方面，将在与输入侧相反的一侧的边界部反射、并且朝向与基板面交叉的方向且向传播光的dbr波导路的传播方向后方倾斜的方向(斜后方方向)输出的输出光称为“反向输出lr”。

即，设置有p电极18、n电极40的半导体光放大器10的区域(被p电极18和n电极40夹着的区域)同时具有作为光波导路和光放大部的功能，放大后的光朝向与基板30的面交叉的方向射出。即，使用dbr波导路的半导体光放大器构成面出射型的半导体光放大器。另一方面，制作通过蚀刻而去除dbr的一部分从而降低了反射率的光入射部(光耦合部52)，使外部光倾斜入射并耦合，或者沿横向汇聚光源(发光部)来作为半导体光放大器的一部分，使渗出的光向光放大部传播，由此构成向该放大部的光输入。

如上所述，在半导体光放大器10这样的使用dbr波导路的半导体光放大器中，除了正向输出lf之外，有时也输出包括出射方向与正向输出lf不同的反向输出lr在内的输出光。这里，半导体光放大器10的光输出的方向有2个是不方便的，希望集中于至少某一方，但在该情况下，最好集中于正向输出lf。这是因为，在反向输出lr的情况下，例如接受反向输出lr的光学系统与由光耦合部52耦合的光学系统容易引起配置上的干涉。另一方面，在正向输出lf的情况下，向远离光源的方向射出光，因此，例如难以产生光学系统的干涉。

但是，当由光耦合部52耦合而输入的光或者从汇聚的发光部输入的光在被dbr对夹着的区域传播、且通过与输入侧相反的一侧的边界部(氧化前锋56)中的反射而产生返回光时，半导体光放大器的动作变得不稳定，具有无法得到在正向上稳定的放大光输出这样的课题。

参照图7，对上述课题进一步详细进行说明。图7是与图1所示的半导体光放大器10同样地具备光放大部50及光耦合部52的比较例的半导体光放大器100。图7的(b)是沿着图7的(a)所示的c-c’线剖切的剖视图。另外，在以下的说明中，针对与半导体光放大器10同样的结构标注相同的标号并省略详细的说明。

如图7的(a)所示，半导体光放大器100具备以氧化前锋56为边界的导电区域58及非导电区域60。而且，导电区域58的与光耦合部52相反的一侧的端部64成为与传播光的传播方向正交的方向，即，端部64相对于传播光的传播方向未倾斜。

在具有以上结构的半导体光放大器100中，从光耦合部52入射的输入光向端部64的方向传播并被放大，并且，沿着相对于传播方向朝前方倾斜的方向作为正向输出lf而输出。另一方面，在端部64反射后的传播光作为返回光而向光耦合部52的方向返回，并且，沿着相对于传播方向朝后方倾斜的方向输出反向输出lr。在半导体光放大器100的情况下，如图7的(b)所示，反向输出lr在dbr波导路整体范围内被输出。因此，在比较例的半导体光放大器100中，传播光与返回光共存，在反向输出lr中分配光能，因此，正向输出lf减少。这是上述课题的产生机制。

针对上述课题，在本例示的实施方式中，在dbr波导路的端部设置有扩宽部，该扩宽部使半导体光放大器中的dbr波导路的传播光朝向与传播方向交叉的方向反射并衰减(终止)。由此，返回光在传播中途衰减，抑制了传播光与返回光的干涉，因此，在面出射型的半导体光放大器中，与不具有这样的扩宽部的情况相比，向反向输出lr分配的光能减少，转移到正向输出lf的光能增加，因此，提供增大了预先决定的方向的光输出(正向输出lf)的半导体光放大器。

即，如图1的(a)所示，使沿传播方向延伸的导电区域58的与光耦合部52相反的一侧的宽度扩大而形成扩宽部62。即，在从与基板30的面垂直的方向观察的情况下，半导体光放大器10的导电区域具备：导电区域58的从光耦合部52以预先决定的宽度延伸的第1区域68；以及导电区域58的与第1区域68连续且在与传播光的传播方向交叉的方向上扩宽的第2区域70。而且，扩宽部62内的氧化前锋56的端面、即，从与基板30的面垂直的方向观察的情况下的与第2区域70的内周相当的部分成为反射面。

这里，如图1的(a)所示，本例示的实施方式的扩宽部62具有锥部t。即，扩宽部62的与第2区域70的传播方向正交的方向的宽度从第1区域68的宽度(平滑地)呈锥状变化。通过呈锥状变化，例如与呈阶梯状变化的情况相比，返回光难以从第2区域70向第1区域68返回。这被认为是因为，与呈阶梯状变化的情况相比，dbr波导路的等效折射率的变化缓慢。另一方面，通过呈锥状变化，与呈阶梯状变化的情况相比，成为难以集中应力的构造，也具有难以受到裂纹等损伤这样的效果。此外，如上所述，半导体光放大器10的外形(芯片的外形)具有沿着第2区域70的部分，即，半导体光放大器10的外形也具有从光放大部50中的宽度扩宽的宽度的部分。

接着，参照图2至图4对扩宽部62进一步详细地进行说明。首先，参照图2，对扩宽部62的作用进行说明。图2是将图1的(a)中的扩宽部62的一部分放大后的图。传播光具有按照导电区域58的宽度而扩展的性质。因此，如图2所示，当导电区域58的宽度在第1区域68与第2区域70的边界(以下为“连接部”)扩大时，传播光在连接部扩展。即，如图2所示，从光耦合部52的方向传播的传播光通过连接部中的衍射作用而被扩大(扩展)。扩大后的传播光之后被扩宽部62的氧化前锋56反射，大部分在扩宽部62的第2区域内衰减。因此，能够有效地使返回光减少，稳定地增加正向输出lf。

图3的(a)示出半导体光放大器10的光输出特性。图3的(b)是为了比较而示出的比较例的半导体光放大器100的光输出特性。如图3的(b)所示，在半导体光放大器100中，反向输出lr相对于正向输出lf而成为主导，但如图3的(a)所示，半导体光放大器10的光输出大体成为正向输出lf，几乎观测不到反向输出lr。

另一方面，图4示出扩宽部62的变化。在本例示的实施方式中，如图2所示，将俯视下(从与基板30垂直的方向观察的情况下)呈大致矩形的扩宽部62作为例示而进行了说明，但不限于此。例如，也可以为图4的(a)所示那样的俯视下呈圆形的扩宽部62a。此外，在本例示的实施方式中，将俯视下的扩宽部62的宽度从第1区域68到第2区域70呈锥状扩大的方式作为例示而进行了说明，但不限于此。例如如图4的(b)所示，也可以为俯视下的宽度从连接部呈直线状变化的大致三角形状的扩宽部62b。

[第2例示的实施方式]

参照图5，对第2例示的实施方式的半导体光放大器10a进行说明。半导体光放大器10a是在上述例示的实施方式的半导体光放大器10中将p电极18置换为p电极18a的方式。因此，针对与半导体光放大器10同样的结构标注相同的标号，省略详细的说明。

首先，参照图5的(b)，对半导体光放大器10中的与传播光的反射相关的一个现象进行说明。即，在半导体光放大器10中，由于驱动电流，有时在p电极18的端部附近产生传播光的反射。即，如上所述，在使半导体光放大器10动作时，在p电极18与n电极40之间连接电源而流动驱动电流。这样，由于电流注入所引起的自发热而在位于p电极18的端部的边界x’的两侧产生温度差。即，以边界x’为界，p电极18所存在的一侧形成高温部，p电极18不存在的一侧形成低温部。通常，半导体的折射率具有温度依赖性，因此，当产生温度差时，产生折射率分布。传播光由于因该折射率分布而引起的所谓的热透镜效应而被反射，有时产生向与传播路径相反的方向返回这样的现象。该返回光在扩宽部62的近前产生，因此，传播光的一部分无法进入第2区域70，返回光增加，成为使反向输出lr增大的主要原因。

对此，在本例示的实施方式的半导体光放大器10a中，采用了使半导体光放大器10的p电极18延长至扩宽部62的内部的p电极18a。由此，边界x’向边界x移动，低温部与高温部的边界形成在扩宽部62的内部，因此，即便产生了因热透镜效应引起的传播光的反射，该反射所产生的反射波也示出与图2所示的第2区域的内部的反射波同样的行为。因此，抑制了反射波反向追溯第1区域68。其结果是，即便由于驱动电流而产生了热透镜效应，也抑制返回光，并抑制正向输出的lf的下降。

如以上那样，根据本例示的实施方式的半导体光放大器10a，能够使扩宽部62的效果更加有效，能够进一步增大正向输出lf。另外，p电极18a的边界x侧的端部的位置没有特别限定，但考虑到上述现象，期望在俯视下位于第2区域70的上部。此外，电极18a的形状也没有特别制约，在图5的(a)的例子中，将在边界x侧呈l字型弯折(换言之，加宽宽度)的方式作为例示而进行了说明，但不限于此，例如也可以为固定宽度的p电极18a。

[第3例示的实施方式]

接着，参照图6对第3例示的实施方式的光输出装置及距离计测装置进行说明。图6的(a)示出作为本发明的光输出装置的一例的光加工装置80的框图，图6的(b)示出距离计测装置90的框图。

如图6的(a)所示，光加工装置80具备半导体光放大器81及聚光用的透镜82。半导体光放大器81例如是上述例示的实施方式的半导体光放大器10(或者半导体光放大器10a)。如图6的(a)所示，从半导体光放大器81射出的光被透镜82聚集，作为输出光po而照射到加工对象物ob1，进行加工对象物ob1中的加工处理。

另一方面，如图6的(b)所示，距离计测装置90具备半导体光放大器91、测距传感器92及计测部93。半导体光放大器91例如是上述例示的实施方式的半导体光放大器10(或者半导体光放大器10a)。此外，测距传感器92例如由光电二极管等受光元件构成，计测部93以cpu、asic等半导体元件为中心而构成。

在距离计测装置90中，将从半导体光放大器91射出的投射光pt照射到被测定物ob2(例如人或物)，由被测定物ob2反射后的反射光作为接受光pr而向测距传感器92输入。输入到测距传感器92的接受光pr被转换成电信号，基于该电信号，在计测部93中执行预先决定的运算处理，例如对距离计测装置90与被测定物ob2的距离进行计测。

为了说明和描述的目而提供了本发明的实施例，其并非旨在穷举或将本发明限制为所公开的形式。显然，许多修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，由此使得本领域的其他技术人员能够理解本发明用于各种实施例并且具有适合于预期的特定用途的各种修改。本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。