JP2001264711A - 光制御用半導体素子の量子井戸構造 - Google Patents
光制御用半導体素子の量子井戸構造Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電界誘起屈折率変化を用いた干渉型光スイッ
チ・光変調機能を有する半導体素子の小型化、低電圧
化、デジタル的な大きな屈折率変化を呈する光制御用半
導体素子の量子井戸構造を提供する。 【解決手段】 量子井戸構造は、ＩｎＰ基板に格子整合
するＩｎx Ｇａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５３）の組成である
第１の半導体層（いわゆる井戸層）と、これよりバンド
ギャップの大きなＩｎy Ａｌ1-y Ａｓ（ｙ＝０．５２）
の組成である第２の半導体層（障壁層）との積層構造よ
りなっている。第１および第２の半導体層によって、ポ
テンシャルプロファイルを有する量子井戸構造（伝導帯
と価電子帯）が構成されている。矩形量子井戸Ｒの内側
には、それぞれ第２の半導体層で２つの薄い障壁層Ｂが
設けられている。
チ・光変調機能を有する半導体素子の小型化、低電圧
化、デジタル的な大きな屈折率変化を呈する光制御用半
導体素子の量子井戸構造を提供する。 【解決手段】 量子井戸構造は、ＩｎＰ基板に格子整合
するＩｎx Ｇａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５３）の組成である
第１の半導体層（いわゆる井戸層）と、これよりバンド
ギャップの大きなＩｎy Ａｌ1-y Ａｓ（ｙ＝０．５２）
の組成である第２の半導体層（障壁層）との積層構造よ
りなっている。第１および第２の半導体層によって、ポ
テンシャルプロファイルを有する量子井戸構造（伝導帯
と価電子帯）が構成されている。矩形量子井戸Ｒの内側
には、それぞれ第２の半導体層で２つの薄い障壁層Ｂが
設けられている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体量子井戸に
おける電界誘起屈折率変化を用いた光スイッチ・光変調
器などの光制御用半導体素子を構成するための量子井戸
構造に関するものである。
おける電界誘起屈折率変化を用いた光スイッチ・光変調
器などの光制御用半導体素子を構成するための量子井戸
構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、通常の光スイッチ・光変調器は、
半導体バルクや矩形量子井戸を用いて構成されている
が、これらにおいては、外部から電界を加えることによ
り屈折率変化は単調に起こる。
半導体バルクや矩形量子井戸を用いて構成されている
が、これらにおいては、外部から電界を加えることによ
り屈折率変化は単調に起こる。
【０００３】図８は従来の光スイッチ・光変調器の電界
に対する屈折率の変化を示す特性図、図９は図８の屈折
率の変化を用いて干渉型変調器を作製した場合の変調特
性図である。
に対する屈折率の変化を示す特性図、図９は図８の屈折
率の変化を用いて干渉型変調器を作製した場合の変調特
性図である。
【０００４】図８から明らかなように、電界が増すにつ
れて屈折率が単調に増加する。
れて屈折率が単調に増加する。
【０００５】そして、図９から明らかなように、ＯＮ／
ＯＦＦが周期的に現れる。
ＯＦＦが周期的に現れる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、光ス
イッチにおいてはクロス状態とバー状態が（変調器にお
いてはオン状態とオフ状態が）印加電圧に対して周期的
に入れ替わり、最適な動作をさせるためには印加電圧を
精密に制御する必要があった。
イッチにおいてはクロス状態とバー状態が（変調器にお
いてはオン状態とオフ状態が）印加電圧に対して周期的
に入れ替わり、最適な動作をさせるためには印加電圧を
精密に制御する必要があった。
【０００７】図１０は通常の矩形量子井戸構造における
吸収スペクトルの変化を示す図であり、矩形量子井戸で
は、電圧（電界）を印加した際に吸収端が長波長側にシ
フトする。従って、電圧印加時に動作波長において吸収
の増加が起こらないように、吸収端波長を動作波長より
かなり短波長側に設定する必要があり、動作波長におい
て必要な屈折率変化を得るためには素子長を長くする必
要があった。
吸収スペクトルの変化を示す図であり、矩形量子井戸で
は、電圧（電界）を印加した際に吸収端が長波長側にシ
フトする。従って、電圧印加時に動作波長において吸収
の増加が起こらないように、吸収端波長を動作波長より
かなり短波長側に設定する必要があり、動作波長におい
て必要な屈折率変化を得るためには素子長を長くする必
要があった。
【０００８】図１１（ａ）は通常の矩形量子井戸構造に
おける電界印加に伴う吸収係数変化、図１１（ｂ）は通
常の矩形量子井戸構造における電界印加に伴う屈折率変
化を示す図であり、通常の矩形量子井戸構造では、電圧
を印加することにより、吸収係数が増加する部分と減少
する部分があり、屈折率変化としては両者が打ち消しあ
い非常に小さくなる。また、吸収係数が増加する部分と
減少する部分が吸収端付近に存在する。
おける電界印加に伴う吸収係数変化、図１１（ｂ）は通
常の矩形量子井戸構造における電界印加に伴う屈折率変
化を示す図であり、通常の矩形量子井戸構造では、電圧
を印加することにより、吸収係数が増加する部分と減少
する部分があり、屈折率変化としては両者が打ち消しあ
い非常に小さくなる。また、吸収係数が増加する部分と
減少する部分が吸収端付近に存在する。
【０００９】屈折率変化Δｎと吸収係数変化Δαとはク
ラマース・クロニッヒの関係
ラマース・クロニッヒの関係
【００１０】
【数１】
【００１１】で結ばれているため、吸収変化の相殺は屈
折率変化を小さくすることになる。これら２つの理由に
より、半導体バルクや矩形量子井戸では動作波長におい
て大きな屈折率変化を得るのが困難であり、十分な屈折
率変化を得るためには素子長を長くする必要があった。
折率変化を小さくすることになる。これら２つの理由に
より、半導体バルクや矩形量子井戸では動作波長におい
て大きな屈折率変化を得るのが困難であり、十分な屈折
率変化を得るためには素子長を長くする必要があった。
【００１２】電界誘起屈折率変化を用いた光スイッチ・
光変調器では、動作速度がＣＲ時定数で制限されるた
め、素子長が長く大きなキャパシタンスを有する光スイ
ッチ・光変調器では、高速動作が困難である。この制限
を打ち破るために進行波電極構造が広く用いられている
が、構造が複雑になるという欠点がある。
光変調器では、動作速度がＣＲ時定数で制限されるた
め、素子長が長く大きなキャパシタンスを有する光スイ
ッチ・光変調器では、高速動作が困難である。この制限
を打ち破るために進行波電極構造が広く用いられている
が、構造が複雑になるという欠点がある。
【００１３】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たもので、電界誘起屈折率変化を用いた干渉型光スイッ
チ・光変調特性を有する半導体素子の小型化、低電圧
化、デジタル的な大きな屈折率変化を呈する光制御用半
導体素子の量子井戸構造を提供することを目的とする。
たもので、電界誘起屈折率変化を用いた干渉型光スイッ
チ・光変調特性を有する半導体素子の小型化、低電圧
化、デジタル的な大きな屈折率変化を呈する光制御用半
導体素子の量子井戸構造を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕光制御用半導体素子の量子井戸構造において、半
導体基板上に第１の半導体層とこの第１の半導体層より
バンドギャップエネルギーの大きな第２の半導体層とを
積層した矩形量子井戸の井戸の内側に第２の半導体層で
構成された薄い障壁層を複数個形成した量子井戸構造を
有し、電界誘起屈折率変化を利用した干渉型光スイッチ
・光変調機能を具備することを特徴とする。
成するために、 〔１〕光制御用半導体素子の量子井戸構造において、半
導体基板上に第１の半導体層とこの第１の半導体層より
バンドギャップエネルギーの大きな第２の半導体層とを
積層した矩形量子井戸の井戸の内側に第２の半導体層で
構成された薄い障壁層を複数個形成した量子井戸構造を
有し、電界誘起屈折率変化を利用した干渉型光スイッチ
・光変調機能を具備することを特徴とする。
【００１５】〔２〕上記〔１〕記載の光制御用半導体素
子の量子井戸構造において、前記障壁層は２個又は３個
であることを特徴とする。
子の量子井戸構造において、前記障壁層は２個又は３個
であることを特徴とする。
【００１６】〔３〕上記〔１〕記載の光制御用半導体素
子の量子井戸構造において、ゼロ電界で電子とホールの
波動関数の重なり積分が大きくなるようにするととも
に、小電界印加により前記重なり積分が急激に減少する
ように量子井戸の幅、障壁層の位置、障壁層の厚さを設
定したことを特徴とする。
子の量子井戸構造において、ゼロ電界で電子とホールの
波動関数の重なり積分が大きくなるようにするととも
に、小電界印加により前記重なり積分が急激に減少する
ように量子井戸の幅、障壁層の位置、障壁層の厚さを設
定したことを特徴とする。
【００１７】〔４〕上記〔３〕記載の光制御用半導体素
子の量子井戸構造において、前記重なり積分が減少する
分、他の状態間での重なりが生じないように量子井戸の
幅、障壁層の位置、障壁層の厚さを設定したことを特徴
とする。
子の量子井戸構造において、前記重なり積分が減少する
分、他の状態間での重なりが生じないように量子井戸の
幅、障壁層の位置、障壁層の厚さを設定したことを特徴
とする。
【００１８】〔５〕上記〔３〕又は〔４〕記載の光制御
用半導体素子の量子井戸構造において、前記現象がある
電界の前後で急峻に起こり、その前後で吸収係数は吸収
端から短波長側の広い範囲に渡って急激に減少し、それ
により、屈折率は吸収端の長波長側の外において大きく
かつデジタル的に低下するように量子井戸の幅、障壁層
の位置、障壁層の厚さを設定したことを特徴とする。
用半導体素子の量子井戸構造において、前記現象がある
電界の前後で急峻に起こり、その前後で吸収係数は吸収
端から短波長側の広い範囲に渡って急激に減少し、それ
により、屈折率は吸収端の長波長側の外において大きく
かつデジタル的に低下するように量子井戸の幅、障壁層
の位置、障壁層の厚さを設定したことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００２０】図１は本発明の実施の形態を示すＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＡｌＡｓ系の結合量子井戸（ＣＱＷ）の積層
構造を示す図、図２は電界の印加による量子井戸構造の
動作を示す図である。
Ａｓ／ＩｎＡｌＡｓ系の結合量子井戸（ＣＱＷ）の積層
構造を示す図、図２は電界の印加による量子井戸構造の
動作を示す図である。
【００２１】この量子井戸構造は、ＩｎＰ基板に格子整
合するＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．５３）の組成であ
る第１の半導体層（いわゆる井戸層）と、これよりバン
ドギャップの大きなＩｎy Ａｌ1-y Ａｓ（ｙ＝０．５
２）の組成である第２の半導体層（障壁層）との積層構
造より成っている。なお、第１・第２の半導体層の組成
としては、他に例えばＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ層、ＩｎＧ
ａＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ層というものが考えられるが、これらには限定
されない。第１および第２の半導体層によって、図１に
示すポテンシャルプロファイルを有する量子井戸構造
（伝導帯と価電子帯）が構成されている。矩形量子井戸
Ｒの内側には、それぞれ第２の半導体層で２つの薄い障
壁層Ｂが設けられている。本実施形態では、左側の井戸
の幅を４．７ｎｍ、中央の井戸の幅を３．８ｎｍ、右側
の井戸の幅を５．６ｎｍ、また障壁層は全て２．７ｎｍ
とした。 次に、本実施形態に係る量子井戸構造の動作
について説明する。
合するＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．５３）の組成であ
る第１の半導体層（いわゆる井戸層）と、これよりバン
ドギャップの大きなＩｎy Ａｌ1-y Ａｓ（ｙ＝０．５
２）の組成である第２の半導体層（障壁層）との積層構
造より成っている。なお、第１・第２の半導体層の組成
としては、他に例えばＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ層、ＩｎＧ
ａＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ層というものが考えられるが、これらには限定
されない。第１および第２の半導体層によって、図１に
示すポテンシャルプロファイルを有する量子井戸構造
（伝導帯と価電子帯）が構成されている。矩形量子井戸
Ｒの内側には、それぞれ第２の半導体層で２つの薄い障
壁層Ｂが設けられている。本実施形態では、左側の井戸
の幅を４．７ｎｍ、中央の井戸の幅を３．８ｎｍ、右側
の井戸の幅を５．６ｎｍ、また障壁層は全て２．７ｎｍ
とした。 次に、本実施形態に係る量子井戸構造の動作
について説明する。
【００２２】この量子井戸においては、図２（ａ）に示
すように、印加電界０ｋＶ／ｃｍの時は、電子１−ヘビ
ーホール１（Ｃ１−ＨＨ１）および電子２−ヘビーホー
ル２（Ｃ２−ＨＨ２）の波動関数の重なり積分が大きい
ため、図３に示すように、吸収端付近にそれぞれに対応
する吸収ピークがある。しかしながら、１５０ｋＶ／ｃ
ｍの外部電界を加えることにより、図２（ｂ）に示すよ
うに、波動関数の重なりが無くなり、対応する吸収ピー
クは消失する。電界印加時には、図３に示すように、電
子３−ヘビーホール１（Ｃ３−ＨＨ１）のようなゼロ電
界時には存在しなかった吸収ピークが現れるが、これら
はすべて、ゼロ電界時の吸収端よりも短波長側に現れ
る。これらの結果、図３に示すように、電界を印加する
ことにより、吸収端が短波長側にシフトすることにな
り、広い波長範囲にわたって吸収が一様に減少すること
になる。
すように、印加電界０ｋＶ／ｃｍの時は、電子１−ヘビ
ーホール１（Ｃ１−ＨＨ１）および電子２−ヘビーホー
ル２（Ｃ２−ＨＨ２）の波動関数の重なり積分が大きい
ため、図３に示すように、吸収端付近にそれぞれに対応
する吸収ピークがある。しかしながら、１５０ｋＶ／ｃ
ｍの外部電界を加えることにより、図２（ｂ）に示すよ
うに、波動関数の重なりが無くなり、対応する吸収ピー
クは消失する。電界印加時には、図３に示すように、電
子３−ヘビーホール１（Ｃ３−ＨＨ１）のようなゼロ電
界時には存在しなかった吸収ピークが現れるが、これら
はすべて、ゼロ電界時の吸収端よりも短波長側に現れ
る。これらの結果、図３に示すように、電界を印加する
ことにより、吸収端が短波長側にシフトすることにな
り、広い波長範囲にわたって吸収が一様に減少すること
になる。
【００２３】図４は印加電界を４５ｋＶ／ｃｍから１８
０ｋＶ／ｃｍまで４５ｋＶ／ｃｍ毎に変化させた際の吸
収スペクトルを表している。４５ｋＶ／ｃｍおよび９０
ｋＶ／ｃｍでは吸収スペクトルに大きな変化は見られな
いが、９０ｋＶ／ｃｍから１３５ｋＶ／ｃｍに電界を変
化させると、上記の吸収減少が起こっていることがわか
る。１３５ｋＶ／ｃｍ以上では大きな吸収スペクトル変
化は見られない。すなわち、この量子井戸構造において
は、印加電界が９０ｋＶ／ｃｍから１３５ｋＶ／ｃｍの
範囲にあるときのみ大きな吸収変化が得られ、それ以外
ではほとんど変化しない。
０ｋＶ／ｃｍまで４５ｋＶ／ｃｍ毎に変化させた際の吸
収スペクトルを表している。４５ｋＶ／ｃｍおよび９０
ｋＶ／ｃｍでは吸収スペクトルに大きな変化は見られな
いが、９０ｋＶ／ｃｍから１３５ｋＶ／ｃｍに電界を変
化させると、上記の吸収減少が起こっていることがわか
る。１３５ｋＶ／ｃｍ以上では大きな吸収スペクトル変
化は見られない。すなわち、この量子井戸構造において
は、印加電界が９０ｋＶ／ｃｍから１３５ｋＶ／ｃｍの
範囲にあるときのみ大きな吸収変化が得られ、それ以外
ではほとんど変化しない。
【００２４】上記吸収変化の結果生じる、波長１．５５
μｍにおける屈折率変化の様子を、図５に示す。上記吸
収変化を反映し、印加電界が９０ｋＶ／ｃｍから１３５
ｋＶ／ｃｍの範囲（図５中に矢印で図示）にある時のみ
屈折率が急峻に変化し、それより小さな電界範囲および
大きな電界範囲では屈折率変化はほとんど起こらない。
すなわち、印加電界に対してデジタル的な屈折率変化を
実現できる。また、吸収端波長と動作波長が１５０ｎｍ
も離れているにもかかわらず、屈折率変化の絶対値も
０．０１以上という非常に大きな値が得られており、こ
れは吸収係数が吸収端付近で一様に減少することにより
もたらされた結果である。
μｍにおける屈折率変化の様子を、図５に示す。上記吸
収変化を反映し、印加電界が９０ｋＶ／ｃｍから１３５
ｋＶ／ｃｍの範囲（図５中に矢印で図示）にある時のみ
屈折率が急峻に変化し、それより小さな電界範囲および
大きな電界範囲では屈折率変化はほとんど起こらない。
すなわち、印加電界に対してデジタル的な屈折率変化を
実現できる。また、吸収端波長と動作波長が１５０ｎｍ
も離れているにもかかわらず、屈折率変化の絶対値も
０．０１以上という非常に大きな値が得られており、こ
れは吸収係数が吸収端付近で一様に減少することにより
もたらされた結果である。
【００２５】本発明の量子井戸構造を用いて、図６に示
すようなマッハーツェンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅ
ｒ）干渉型光変調器を構成する。ここで、図６（ａ）は
その光変調器の上面図、図６（ｂ）はその位相変調領域
の断面図である。
すようなマッハーツェンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅ
ｒ）干渉型光変調器を構成する。ここで、図６（ａ）は
その光変調器の上面図、図６（ｂ）はその位相変調領域
の断面図である。
【００２６】ここで、このマッハーツェンダー干渉型光
変調器は、図６（ａ）に示すように、光入力ポート４、
光出力ポート５、１×２光分波器１、２×１光合波器
３、位相変調領域２を有している。その位相変調領域２
は、図６（ｂ）に示すように、ｎ型のＩｎＰ基板１１上
にｎ−ＩｎＡｌＡｓ下部クラッド層１２、層膜厚０．１
６μｍの本発明に係るＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ非対
称三重結合量子井戸構造６周期で構成されるアンドープ
のガイド層１３、ｐ−ＩｎＡｌＡｓ上部クラッド層１
４、そして最上部にオーミックコンタクトを取るための
ｐ−ＩｎＧａＡｓ層１５を積層した構造とする。また、
光閉じ込め係数、ビルトインポテンシャル、位相変調領
域の長さはそれぞれ０．２、０．５Ｖ、３００μｍと仮
定した。この位相変調領域の長さ３００μｍは従来の矩
形量子井戸を用いた光変調器・光スイッチと比較すると
数分の１から１０分の１程度のサイズである。
変調器は、図６（ａ）に示すように、光入力ポート４、
光出力ポート５、１×２光分波器１、２×１光合波器
３、位相変調領域２を有している。その位相変調領域２
は、図６（ｂ）に示すように、ｎ型のＩｎＰ基板１１上
にｎ−ＩｎＡｌＡｓ下部クラッド層１２、層膜厚０．１
６μｍの本発明に係るＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ非対
称三重結合量子井戸構造６周期で構成されるアンドープ
のガイド層１３、ｐ−ＩｎＡｌＡｓ上部クラッド層１
４、そして最上部にオーミックコンタクトを取るための
ｐ−ＩｎＧａＡｓ層１５を積層した構造とする。また、
光閉じ込め係数、ビルトインポテンシャル、位相変調領
域の長さはそれぞれ０．２、０．５Ｖ、３００μｍと仮
定した。この位相変調領域の長さ３００μｍは従来の矩
形量子井戸を用いた光変調器・光スイッチと比較すると
数分の１から１０分の１程度のサイズである。
【００２７】図７は、上記したマッハーツェンダー干渉
型光変調器のバイアス電圧と出力光（相対単位）との関
係を示したものである。電圧を０．８５Ｖから１．５５
Ｖまで０．７Ｖ変化させるだけで、出力光パワーが９０
％から１０％まで減少し、電圧０．８５Ｖ以下ではＯＮ
状態が、１．５５Ｖ以上ではＯＦＦ状態が保持されると
いう、デジタル的な動作が実現できる。
型光変調器のバイアス電圧と出力光（相対単位）との関
係を示したものである。電圧を０．８５Ｖから１．５５
Ｖまで０．７Ｖ変化させるだけで、出力光パワーが９０
％から１０％まで減少し、電圧０．８５Ｖ以下ではＯＮ
状態が、１．５５Ｖ以上ではＯＦＦ状態が保持されると
いう、デジタル的な動作が実現できる。
【００２８】このように、本発明によれば、低電圧動作
光スイッチのためのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ／Ｉｎ
Ｐ非対称三重結合量子井戸構造を提供することができ
る。
光スイッチのためのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ／Ｉｎ
Ｐ非対称三重結合量子井戸構造を提供することができ
る。
【００２９】なお、上記実施例では、障壁層は２個設け
るようにしたが、３個であってもよいが、ゼロ電界で電
子とホールの波動関数の重なり積分が減少する分、他の
状態間での重なりが生じると効果が減じるので、そのよ
うな準位が発生しないようにすることが望ましいので、
障壁層は複数でもその数は少数とする。
るようにしたが、３個であってもよいが、ゼロ電界で電
子とホールの波動関数の重なり積分が減少する分、他の
状態間での重なりが生じると効果が減じるので、そのよ
うな準位が発生しないようにすることが望ましいので、
障壁層は複数でもその数は少数とする。
【００３０】これらの変化がある特定の電界の前後で急
峻におこり、その前後で吸収係数は吸収端から短波長側
の広い範囲に渡って急激に減少し、それにより、屈折率
は特に吸収端の長波長側の外において大きくかつデジタ
ル的に低下するように井戸の幅、障壁層の位置、障壁層
の厚さを設計した。
峻におこり、その前後で吸収係数は吸収端から短波長側
の広い範囲に渡って急激に減少し、それにより、屈折率
は特に吸収端の長波長側の外において大きくかつデジタ
ル的に低下するように井戸の幅、障壁層の位置、障壁層
の厚さを設計した。
【００３１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００３２】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
よれば、以下のような効果を奏することができる。
【００３３】（Ａ）屈折率変化を用いる光スイッチ・光
変調特性を有する光制御用半導体素子の小型化、低電圧
化を可能にする。また、光制御用半導体素子の小型化に
伴う高速化（２０〜５０Ｇｂｐｓ）が期待できる。
変調特性を有する光制御用半導体素子の小型化、低電圧
化を可能にする。また、光制御用半導体素子の小型化に
伴う高速化（２０〜５０Ｇｂｐｓ）が期待できる。
【００３４】（Ｂ）デジタル的な電圧対光変調（スイッ
チ）特性が可能となり、動作電圧の精密な制御が不要と
なる。
チ）特性が可能となり、動作電圧の精密な制御が不要と
なる。
【００３５】（Ｃ）吸収端から離れても大きな屈折率変
化があるので、半導体光スイッチ／変調器の低挿入損失
化を図ることができる。
化があるので、半導体光スイッチ／変調器の低挿入損失
化を図ることができる。
【図１】本発明の実施の形態を示すＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓ系の結合量子井戸（ＣＱＷ）の積層構造を示す
図である。
ＡｌＡｓ系の結合量子井戸（ＣＱＷ）の積層構造を示す
図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す電界の印加による量
子井戸構造の動作を示す図である。
子井戸構造の動作を示す図である。
【図３】量子井戸構造の波長対吸収係数特性を示す図で
ある。
ある。
【図４】量子井戸構造の波長対吸収スペクトルを示す図
である。
である。
【図５】電界に対する屈折率の変化を示す図である。
【図６】本発明の量子井戸構造を用いたマッハーツェン
ダー干渉型光変調器の構成図である。
ダー干渉型光変調器の構成図である。
【図７】図６のマッハーツェンダー干渉型光変調器のバ
イアス電圧と出力光（相対単位）との関係を示す図であ
る。
イアス電圧と出力光（相対単位）との関係を示す図であ
る。
【図８】従来の光スイッチ・光変調器の電界に対する屈
折率の変化を示す特性図である。
折率の変化を示す特性図である。
【図９】図８の屈折率の変化を用いて干渉型変調器を作
製した場合の変調特性図である。
製した場合の変調特性図である。
【図１０】通常の矩形量子井戸構造における吸収スペク
トルの変化を示す図である。
トルの変化を示す図である。
【図１１】通常の矩形量子井戸構造における、電界印加
に伴う吸収係数変化および屈折率変化を示す図である。
に伴う吸収係数変化および屈折率変化を示す図である。
１ １×２光分波器 ２ 位相変調領域 ３ ２×１光合波器 ４ 光入力ポート ５ 光出力ポート １１ ｎ型のＩｎＰ基板 １２ ｎ−ＩｎＡｌＡｓ下部クラッド層 １３ アンドープのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ非対
称三重結合量子井戸ガイド層 １４ ｐ−ＩｎＡｌＡｓ上部クラッド層 １５ ｐ−ＩｎＧａＡｓ層
称三重結合量子井戸ガイド層 １４ ｐ−ＩｎＡｌＡｓ上部クラッド層 １５ ｐ−ＩｎＧａＡｓ層
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板上に第１の半導体層と該第１
の半導体層よりバンドギャップエネルギーの大きな第２
の半導体層とを積層した矩形量子井戸の井戸の内側に第
２の半導体層で構成された薄い障壁層を複数個形成した
量子井戸構造を有し、電界誘起屈折率変化を利用した干
渉型光スイッチ・光変調特性を具備することを特徴とす
る光制御用半導体素子の量子井戸構造。 - 【請求項２】 請求項１記載の光制御用半導体素子の量
子井戸構造において、前記障壁層は２個又は３個である
ことを特徴とする光制御用半導体素子の量子井戸構造。 - 【請求項３】 請求項１記載の光制御用半導体素子の量
子井戸構造において、ゼロ電界で電子とホールの波動関
数の重なり積分が大きくなるようにするとともに、小電
界印加により前記重なり積分が急激に減少するように量
子井戸の幅、障壁層の位置、障壁層の厚さを設定したこ
とを特徴とする光制御用半導体素子の量子井戸構造。 - 【請求項４】 請求項３記載の光制御用半導体素子の量
子井戸構造において、前記重なり積分が減少する分、他
の状態間での重なりが生じないように量子井戸の幅、障
壁層の位置、障壁層の厚さを設定したことを特徴とする
光制御用半導体素子の量子井戸構造。 - 【請求項５】 請求項３又は４記載の光制御用半導体素
子の量子井戸構造において、前記現象がある電界の前後
で急峻に起こり、その前後で吸収係数は吸収端から短波
長側の広い範囲に渡って急激に減少し、それにより、屈
折率は吸収端の長波長側の外において大きくかつデジタ
ル的に低下するように量子井戸の幅、障壁層の位置、障
壁層の厚さを設定したことを特徴とする光制御用半導体
素子の量子井戸構造。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000074201A JP2001264711A (ja) | 2000-03-16 | 2000-03-16 | 光制御用半導体素子の量子井戸構造 |
| PCT/JP2001/000706 WO2001069307A1 (fr) | 2000-03-16 | 2001-02-01 | Structure a puits quantique de dispositif a semi-conducteur de commande de lumiere |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000074201A JP2001264711A (ja) | 2000-03-16 | 2000-03-16 | 光制御用半導体素子の量子井戸構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001264711A true JP2001264711A (ja) | 2001-09-26 |
Family
ID=18592293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000074201A Pending JP2001264711A (ja) | 2000-03-16 | 2000-03-16 | 光制御用半導体素子の量子井戸構造 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001264711A (ja) |
| WO (1) | WO2001069307A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012098533A (ja) * | 2010-11-02 | 2012-05-24 | Fujitsu Optical Components Ltd | 光送信器及び光伝送装置 |
| US10727370B2 (en) | 2016-01-08 | 2020-07-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optical device including three-coupled quantum well structure having asymmetric multi-energy levels |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07128622A (ja) * | 1993-11-02 | 1995-05-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体量子井戸構造 |
-
2000
- 2000-03-16 JP JP2000074201A patent/JP2001264711A/ja active Pending
-
2001
- 2001-02-01 WO PCT/JP2001/000706 patent/WO2001069307A1/ja active Application Filing
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012098533A (ja) * | 2010-11-02 | 2012-05-24 | Fujitsu Optical Components Ltd | 光送信器及び光伝送装置 |
| US10727370B2 (en) | 2016-01-08 | 2020-07-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optical device including three-coupled quantum well structure having asymmetric multi-energy levels |
| US11476385B2 (en) | 2016-01-08 | 2022-10-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optical device including three-coupled quantum well structure having asymmetric multi-energy levels |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2001069307A1 (fr) | 2001-09-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20021203 |