JP2003195238A - Reflective multi-layer film for semiconductor spatial light modulator - Google Patents

Reflective multi-layer film for semiconductor spatial light modulator

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JP2003195238A
JP2003195238A JP2003002261A JP2003002261A JP2003195238A JP 2003195238 A JP2003195238 A JP 2003195238A JP 2003002261 A JP2003002261 A JP 2003002261A JP 2003002261 A JP2003002261 A JP 2003002261A JP 2003195238 A JP2003195238 A JP 2003195238A
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JP
Japan
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layer
multilayer film
refractive index
crystal axis
axis direction
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Application number
JP2003002261A
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Japanese (ja)
Inventor
Chiyoujitsuriyo Suzuki
朝実良 鈴木
Yoshinori Takeuchi
喜則 武内
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an element capable of improving the utilization efficiency of light and performing a high-speed operation and a low voltage operation in a spatial light modulator used in an optical information processing technique. <P>SOLUTION: To obtain a reflective multi-layer film, a first material of a low impurity content and a second material of the low impurity content whose refractive index is different from that of the first material are alternately laminated along an appropriate first crystal axis direction. An electro-optical effect is induced by an electric field applied from an optional crystal axis direction including the first crystal axis direction, and an optical refractive index to light made incident from the first crystal axis direction is changed. Since the electro-optical effect is induced by the electric field applied from the optional direction of the element and the optical refractive index to the light made incident from the first crystal axis direction is changed, the interference conditions of the reflective multi-layer film are destroyed, the reflection spectrum is changed by applied voltage and the reflectance is changed at a certain specified wavelength. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高度な高速処理を
行う光情報処理システムの重要な構成要素となる光書き
込み型空間光変調器や、投射型ディスプレイに代表され
る反射型空間光変調器への応用を目的とした反射多層膜
の反射スペクトル制御に関するものであり、特に高速
化、素子動作の安定化、光の高利用効率化、変調可能な
光周波数領域の拡大を容易に達成できるような半導体反
射多層膜の構造設計に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical writing type spatial light modulator, which is an important component of an optical information processing system for performing high-speed high-speed processing, and a reflection type spatial light modulator represented by a projection display. It is related to the control of the reflection spectrum of a reflective multilayer film for the purpose of application to, and in particular, it is possible to easily achieve high speed, stabilization of device operation, high light utilization efficiency, and expansion of the optical frequency range that can be modulated. The present invention relates to the structural design of a simple semiconductor reflective multilayer film.

【0002】[0002]

【従来の技術】空間光変調器は、光の空間的強度分布や
位相分布を変調して、2次元並列情報を光に乗せる機能
を有する素子である。この空間光変調器、特に、2次元
並列情報を光によって書込み、且つ光によって読み出す
ことのできる光書込み式の空間光変調器は、光演算シス
テムや光情報処理システムにおけるキーデバイスの一つ
である。
2. Description of the Related Art A spatial light modulator is an element having a function of modulating spatial intensity distribution and phase distribution of light and putting two-dimensional parallel information on the light. This spatial light modulator, in particular, an optical writing type spatial light modulator capable of writing and reading two-dimensional parallel information by light is one of the key devices in an optical arithmetic system and an optical information processing system. .

【0003】この空間光変調器の変調方法にはさまざま
な方式が提案されているが、高速による応答を可能にす
るためには、半導体の利用が最も適していると考えられ
る。半導体によるデバイスは、作製する上でも技術が確
立されており、特に化合物半導体においては光学材料と
して優れた特性を持つものも多く、都合がいい。このた
め、化合物半導体を反射多層膜として利用する反射型の
空間光変調器が提案されており、実際に作製もなされて
いる。
Various methods have been proposed for the modulation method of this spatial light modulator, but it is considered that the use of a semiconductor is most suitable for enabling a high-speed response. A device made of a semiconductor has a well-established technique for manufacturing, and many compound semiconductors are particularly convenient because they have excellent characteristics as an optical material. Therefore, a reflective spatial light modulator using a compound semiconductor as a reflective multilayer film has been proposed and actually manufactured.

【0004】このような反射型空間光変調器としては反
射多層膜を利用し且つバルクにおけるフランツ−ケルデ
ッシュ効果や多重量子井戸における量子シュタルク効果
を用いたものがある。多重量子井戸を利用せず、単なる
バルクにおけるフランツ−ケルディシュ効果を利用して
吸収端をずらすことを考えた場合、電圧印加によって吸
収端のずれる範囲が狭く変調度は小さい。さらには多重
量子井戸によって得られるほどの急峻な吸収端が得られ
ないため、十分な吸収端制御ができない。以上の理由か
ら、反射型空間光変調器の吸収端制御層には、多重量子
井戸を用いた量子シュタルク効果が用いられることが多
い(特許文献1、2、3参照)。以下、現在、試作また
は生産されており、多重量子井戸における量子シュタル
ク効果を用いた従来までの反射型空間光変調器について
説明する。図4は従来の反射型空間光変調器の構成を示
す側面図である。
As such a reflection type spatial light modulator, there is one using a reflective multilayer film and using the Franz-Keldesh effect in the bulk or the quantum Stark effect in the multiple quantum well. Considering shifting the absorption edge by simply using the Franz-Keldysh effect in the bulk without using the multiple quantum well, the range in which the absorption edge is displaced by voltage application is narrow and the modulation degree is small. Further, since the absorption edge as steep as that obtained by the multiple quantum well cannot be obtained, sufficient absorption edge control cannot be performed. For the above reasons, the quantum Stark effect using multiple quantum wells is often used in the absorption edge control layer of the reflective spatial light modulator (see Patent Documents 1, 2, and 3). Hereinafter, a conventional reflection-type spatial light modulator, which is currently in trial manufacture or produced and uses the quantum Stark effect in a multiple quantum well, will be described. FIG. 4 is a side view showing the configuration of a conventional reflective spatial light modulator.

【0005】この反射型空間光変調器は、下部電極40
6を形成した半導体基板401と上部電極405との間
に、高反射多層膜402、多重量子井戸光吸収制御層
(以下、単に多重量子井戸層という)403、低反射多
層膜404を下から上へ順次積層した構成になってい
る。ここで、低反射多層膜404の反射率は10%〜2
0%程度、高反射多層膜402の反射率はほぼ100%
である。
This reflective spatial light modulator has a lower electrode 40.
6, a high-reflection multilayer film 402, a multi-quantum well light absorption control layer (hereinafter simply referred to as “multi-quantum well layer”) 403, and a low-reflection multi-layer film 404 are provided from the bottom to the top between the semiconductor substrate 401 on which 6 is formed and the upper electrode 405. It is configured to be sequentially laminated. Here, the reflectance of the low-reflection multilayer film 404 is 10% to 2
0%, the reflectance of the highly reflective multilayer film 402 is almost 100%
Is.

【0006】上部電極405の側から入射した光は低反
射多層膜404と高反射多層膜402との間で反射を繰
り返すとともに、低反射多層膜404側から反射光40
8として出射する。上部電極405と下部電極406と
の間に電圧を印加しない状態では、多重量子井戸層40
3での吸収はほとんどなく、全体としてQ値の高い共振
器として働く。この結果、入射した光のほとんどが反射
され、高い反射率で反射光408が得られる。
The light incident from the side of the upper electrode 405 is repeatedly reflected between the low reflection multilayer film 404 and the high reflection multilayer film 402, and the reflected light 40 from the low reflection multilayer film 404 side.
8 is emitted. When no voltage is applied between the upper electrode 405 and the lower electrode 406, the multiple quantum well layer 40
There is almost no absorption at 3, and it works as a resonator with a high Q value as a whole. As a result, most of the incident light is reflected, and the reflected light 408 is obtained with high reflectance.

【0007】次に、上部電極405と下部電極406と
の間に電圧を印加すると、多重量子井戸層403の実効
バンドギャップが変化し、励起子吸収ピークの吸収端が
長波長側へシフトする。多重量子井戸の励起子吸収ピー
クを共振器の共振波長近傍の短波長側に設定しておく
と、共振波長に励起子吸収ピークが重なってくる。すな
わち、多重量子井戸層403が光吸収層として働くよう
になる。このため、共振器のQ値が低下し、反射率は低
くなる。この励起子吸収ピークのシフト量は印加電圧の
大きさによって制御されるので、電圧によって反射光4
08の強度を変えることができる。以上のような動作原
理によって、印加電圧の変化による反射率の制御ができ
る。
Next, when a voltage is applied between the upper electrode 405 and the lower electrode 406, the effective band gap of the multiple quantum well layer 403 changes, and the absorption edge of the exciton absorption peak shifts to the long wavelength side. When the exciton absorption peak of the multiple quantum well is set on the short wavelength side near the resonance wavelength of the resonator, the exciton absorption peak overlaps the resonance wavelength. That is, the multiple quantum well layer 403 works as a light absorption layer. Therefore, the Q value of the resonator is lowered and the reflectance is lowered. Since the shift amount of the exciton absorption peak is controlled by the magnitude of the applied voltage, the reflected light 4
The intensity of 08 can be changed. Based on the above operation principle, the reflectance can be controlled by changing the applied voltage.

【0008】[0008]

【特許文献1】特開平5−501923号公報[Patent Document 1] JP-A-5-501923

【特許文献2】特開平5−506518号公報[Patent Document 2] JP-A-5-506518

【特許文献3】特開平5−273504号公報[Patent Document 3] JP-A-5-273504

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成は課題を有している。まず、上記の反射型空間光変
調器が有する技術的課題について説明する。上記のよう
に、量子シュタルク効果を利用して材料の吸収端を変化
させ、光の吸収を利用することによって反射率の変化を
誘起する方法を用いる場合、光の吸収を大きくとるため
損失が大きくなってしまい、発熱も生じる。逆に、光の
利用効率を上げるために光吸収量を少なくするなどして
しまうと反射率の変化量が減少してしまい、高いコント
ラスト比が得られなくなってしまう。
However, the above configuration has a problem. First, the technical problems of the reflective spatial light modulator will be described. As described above, when the method of inducing the change of the reflectance by changing the absorption edge of the material by utilizing the quantum Stark effect and utilizing the absorption of light, the loss of light is large because the absorption of light is large. And it also generates heat. On the contrary, if the light absorption amount is reduced in order to improve the light utilization efficiency, the change amount of the reflectance decreases, and a high contrast ratio cannot be obtained.

【0010】また、材料の面にも課題がある。化合物半
導体の中でも基板や他の材料との格子整合もとれ、熱的
にも比較的安定で、結晶成長においてもその結晶性が優
れている材料としては、GaAs,InPを基板とし
た、(Ga,Al,In)As系や(Ga,Al,I
n)P系のIII−V族化合物半導体があげられる。し
かし、それらの代表的材料の吸収端はどれも赤外光領域
にあり、可視光領域では吸収が大きいため、光の利用効
率を極端に低下させてしまう。すなわち、これらの材料
を使って可視光領域で吸収端制御を行うことは不可能で
ある。吸収端制御による反射型空間光変調器を可視光領
域に適合させようとすれば、構成する材料系を根本的に
変えなければならない。
There is also a problem in terms of materials. Among the compound semiconductors, GaAs and InP are used as the substrate as a material which has a good lattice match with the substrate and other materials, is relatively stable in terms of heat, and has excellent crystallinity in crystal growth. , Al, In) As and (Ga, Al, I)
n) P-based III-V group compound semiconductors. However, the absorption edges of these typical materials are all in the infrared light region, and since the absorption is large in the visible light region, the light utilization efficiency is extremely reduced. That is, it is impossible to control the absorption edge in the visible light region using these materials. In order to adapt the reflection-type spatial light modulator with absorption edge control to the visible light region, the constituent material system must be fundamentally changed.

【0011】さらに、上記のような光吸収層を利用した
反射型空間光変調器には作製する上での課題もある。こ
の構造では共振器長に相当する膜厚を有した光吸収層を
作製する必要があり、多重量子井戸層403を構成する
各半導体層が極めて薄いため、各半導体層を多数積層し
なければならない。このため、素子作製に膨大な工数が
かかることになる。さらに、上記のように低反射多層膜
404の層と高反射多層膜層404のとの間に多重量子
井戸403を作製する場合、多重量子井戸403を含む
共振器を作るためには高い製作精度が要求され、膜厚や
不純物濃度などの制御を高精度に行わなくてはならな
い。
Further, the reflective spatial light modulator using the above-mentioned light absorption layer has a problem in manufacturing. In this structure, it is necessary to form a light absorption layer having a film thickness corresponding to the cavity length, and since each semiconductor layer forming the multiple quantum well layer 403 is extremely thin, a large number of semiconductor layers must be stacked. . Therefore, it takes a huge number of man-hours to manufacture the device. Further, when the multiple quantum well 403 is formed between the layer of the low reflection multilayer film 404 and the high reflection multilayer film layer 404 as described above, high fabrication accuracy is required to form a resonator including the multiple quantum well 403. Therefore, the film thickness and the impurity concentration must be controlled with high accuracy.

【0012】吸収端制御層の利用は、共振器構造作製に
あたり、各半導体層の膜厚を設計値に厳密に一致させる
必要性の他に、光の利用効率や作製するまでの工程数を
考えると決して好ましい方式ではない。さらに吸収端制
御に適した材料もその多くが可視光領域で利用できない
ものばかりである。しかしながら、現在までのところ、
高反射多層膜402および低反射多層膜404の反射ス
ペクトルそのものを変化させることはむずかしいと考え
られていたため、吸収端制御層の利用による上記の変調
方式が主流となってきた。
The use of the absorption edge control layer requires the thickness of each semiconductor layer to exactly match the design value when manufacturing the resonator structure, as well as the utilization efficiency of light and the number of manufacturing steps. And by no means the preferred method. Furthermore, most of the materials suitable for controlling the absorption edge cannot be used in the visible light region. However, so far,
Since it has been considered difficult to change the reflection spectra themselves of the high-reflection multilayer film 402 and the low-reflection multilayer film 404, the above-mentioned modulation method using the absorption edge control layer has become mainstream.

【0013】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、本発明は、上記のような従来の技術
の抱える課題を解決し、なおかつ高速応答性、可視光に
おける高利用効率化、低電圧駆動を同時に達成するよう
な空間光変調器用反射多層膜を実現することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to solve the problems of the conventional techniques as described above, and also to provide high-speed response and high utilization in visible light. It is an object of the present invention to realize a reflective multilayer film for a spatial light modulator that simultaneously achieves efficiency and low voltage driving.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明では、大きく分けて二種類の構成の反射多層膜
を提案している。
In order to achieve this object, the present invention proposes a reflective multilayer film having two types of constructions.

【0015】第1の構成の反射多層膜は三つの部位から
構成されている。すなわち、第1、第3の反射多層膜層
とそれらに挟まれ、屈折率変化層として働く第2の反射
多層膜層である。第1の反射多層膜層は第1の電極に接
したp型化合物半導体基板に接し、第1の化合物半導体
層と、第1の化合物半導体層とは屈折率とバンドギャッ
プエネルギーが異なる第2の化合物半導体層との、それ
ぞれにp型不純物を添加したものを、目的波長の4分の
1の膜厚となるように交互に積層させた構造からなる。
第2の反射多層膜層は不純物含有量が極端に低く、前記
第1の反射多層膜を構成している二種類の化合物半導体
層のうちどちらか一方の化合物半導体層と、前述した二
種類の化合物半導体層のどちらのバンドギャップエネル
ギーよりも低いバンドギャップエネルギーを有し、かつ
屈折率が異なる第3の化合物半導体層とを交互に積層す
ることによって構成されている。このとき第3の化合物
半導体層の膜厚は0.5から4原子層程度と非常に薄く
しておき、第1または第2の化合物半導体層の膜厚は任
意でよい。さらに、第2の反射多層膜層全体としての膜
厚は0より大きく、目的波長の3/4以下の範囲に定め
ておけばよい。第3の反射多層膜層は、第2の電極に接
し、前記第1の化合物半導体層と、第1の化合物半導体
層とは屈折率とバンドギャップエネルギーが異なる第2
の化合物半導体層それぞれにn型不純物を添加したもの
を、目的波長の4分の1の膜厚となるように交互に積層
させた構造からなる。
The reflective multilayer film of the first structure is composed of three parts. That is, it is a first reflective multilayer film layer and a third reflective multilayer film layer and a second reflective multilayer film layer sandwiched between them and acting as a refractive index changing layer. The first reflective multilayer film layer is in contact with the p-type compound semiconductor substrate which is in contact with the first electrode, and the first compound semiconductor layer and the first compound semiconductor layer have different refractive indices and bandgap energies. It has a structure in which p-type impurities are added to the compound semiconductor layer and the compound semiconductor layer is alternately laminated to have a film thickness of ¼ of the target wavelength.
The second reflective multilayer film layer has an extremely low content of impurities, and one of the two types of compound semiconductor layers forming the first reflective multilayer film and the above-mentioned two types of compound semiconductor layers. It is configured by alternately stacking a third compound semiconductor layer having a bandgap energy lower than either bandgap energy of the compound semiconductor layer and having a different refractive index. At this time, the film thickness of the third compound semiconductor layer may be made extremely thin, such as 0.5 to 4 atomic layers, and the film thickness of the first or second compound semiconductor layer may be arbitrary. Furthermore, the film thickness of the second reflective multilayer film layer as a whole may be set to a value larger than 0 and not more than 3/4 of the target wavelength. The third reflective multilayer film layer is in contact with the second electrode, and the first compound semiconductor layer and the first compound semiconductor layer have different refractive indices and bandgap energies.
Each of the compound semiconductor layers to which an n-type impurity is added is alternately laminated to have a film thickness of ¼ of the target wavelength.

【0016】このとき、第1の反射多層膜層と第2の反
射多層膜層の隣接部にあたる化合物半導体層どうしは互
いに屈折率とバンドギャップエネルギーが異なる化合物
半導体層に、第3の反射多層膜層と第2の反射多層膜の
隣接部にあたる化合物半導体層どうしも互いに屈折率と
バンドギャップエネルギーが異なる化合物半導体層にし
ておく。また、この条件を満たしていれば、第1の反射
多層膜を構成している化合物半導体層のうちの任意の一
層か又は第3の反射多層膜を構成している化合物半導体
層のうちの任意の一層が目的波長の4分の1以外の膜厚
になっていても良いし、p型不純物の添加されている部
位とn型不純物の添加されている部位との配置は逆にな
っていてもよい。さらには、第2の反射多層膜は第1ま
たは第2の化合物半導体層を数原子層単位で交互に積層
する短周期超格子によって構成してあってもかまわな
い。
At this time, the compound semiconductor layers adjacent to the first reflective multilayer film layer and the second reflective multilayer film layer are compound semiconductor layers having different refractive indexes and bandgap energies, and the third reflective multilayer film. The compound semiconductor layers corresponding to the layer and the adjacent portion of the second reflective multilayer film are also compound semiconductor layers having different refractive indexes and band gap energies. Further, as long as this condition is satisfied, any one of the compound semiconductor layers forming the first reflective multilayer film or any one of the compound semiconductor layers forming the third reflective multilayer film. May have a film thickness other than a quarter of the target wavelength, and the arrangement of the p-type impurity added portion and the n-type impurity added portion may be reversed. Good. Furthermore, the second reflective multilayer film may be formed of a short period superlattice in which the first or second compound semiconductor layers are alternately laminated in units of several atomic layers.

【0017】これら第1、第2、第3の反射多層膜を順
次積層し、電界を印加することにより第2の反射多層膜
層で起きる量子シュタルク効果を、吸収ピークの制御と
してではなく、吸収係数の変化に伴う屈折率変化のため
の手段として用いることで反射スペクトルの形状変化を
生じさせ、反射率の制御を行う。以上のような構造によ
って本発明の第1の構成の反射多層膜が構成されてい
る。
The first, second, and third reflective multilayer films are sequentially laminated, and the quantum Stark effect that occurs in the second reflective multilayer film layer by applying an electric field is not absorbed but controlled as an absorption peak. It is used as a means for changing the refractive index according to the change of the coefficient, thereby causing the shape change of the reflection spectrum and controlling the reflectance. The reflective multilayer film having the first configuration of the present invention is configured by the above structure.

【0018】第2の種類の反射多層膜は不純物をほとん
ど含まず、屈折率とバンドギャップエネルギーが異なる
二種類の材料によって構成される多層膜に対して任意の
方向に電極を取ることによって構成されている。この場
合においては、電気光学効果による屈折率変化と多層膜
内での多重反射による作用光路長の増大とを利用してい
る。入射光の位相状態を反射多層膜の各層において変化
させ、印加電界がなければ反射多層膜内で干渉し合うは
ずの無数の反射光成分に対する干渉条件を印加電界によ
って様々に変えることにより反射率変化の制御が実現さ
れる。
The second type of reflective multilayer film contains almost no impurities and is formed by taking electrodes in an arbitrary direction with respect to a multilayer film composed of two types of materials having different refractive indexes and band gap energies. ing. In this case, a change in the refractive index due to the electro-optic effect and an increase in the working optical path length due to multiple reflection within the multilayer film are used. The reflectance changes by changing the phase state of the incident light in each layer of the reflective multilayer film, and by changing the interference conditions for the innumerable reflected light components that would otherwise interfere in the reflective multilayer film depending on the applied electric field. Control is realized.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、含有不純物量が少ない第1の材料と前記第1の材料
とは屈折率が異なり、含有不純物量が少ない第2の材料
とを適正な第1の結晶軸方向に沿って交互に積層し、第
1の結晶軸方向を含めた任意の結晶軸方向から印加する
電界によって電気光学効果が誘起され、第1の結晶軸方
向から入射する光に対する光学屈折率が変化することを
特徴とする反射多層膜としたものであり、素子の任意の
方向から印加する電界によって電気光学効果が誘起さ
れ、第1の結晶軸方向から入射する光に対する光学屈折
率が変化することにより、反射多層膜の干渉条件が崩
れ、反射スペクトルが印加電圧によって変化し、ある特
定の波長においては反射率が変化するという作用を有す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The invention according to claim 1 of the present invention is the second material containing a small amount of impurities and the first material containing a small amount of impurities, and the first material having a different refractive index. Are alternately laminated along the proper first crystal axis direction, and an electro-optical effect is induced by an electric field applied from an arbitrary crystal axis direction including the first crystal axis direction. The reflective multi-layer film is characterized in that the optical refractive index with respect to the light incident from the element changes, and the electro-optic effect is induced by the electric field applied from any direction of the element, and the incident from the first crystal axis direction. By changing the optical refractive index of the reflected light, the interference condition of the reflective multilayer film is broken, the reflection spectrum is changed by the applied voltage, and the reflectance is changed at a specific wavelength.

【0020】本発明の請求項2に記載の発明は、不純物
量が比較的少ない第1の半導体層と前記第1の半導体層
とは屈折率とバンドギャップエネルギーが異なり、不純
物量が比較的少ない第2の半導体層とを交互に積層した
半導体多層膜層に対し、積層方向に印加する電界によっ
て電気光学効果が誘起され、多層膜の積層方向に入射、
進行、反射する光に対する光学屈折率が変化することを
特徴とする反射多層膜としたものであり、積層方向に電
界印加することで効率よく電気光学効果を誘起し、低電
圧での反射率変化を実現できるという作用を有する。
According to a second aspect of the present invention, the first semiconductor layer having a relatively small amount of impurities and the first semiconductor layer have a different refractive index and bandgap energy, and the amount of impurities is relatively small. The electro-optical effect is induced by the electric field applied in the stacking direction on the semiconductor multilayer film layer in which the second semiconductor layers are alternately stacked, and the light is incident in the stacking direction of the multilayer film.
This is a reflective multilayer film characterized by a change in the optical refractive index with respect to light that travels and is reflected. By applying an electric field in the stacking direction, the electro-optical effect is efficiently induced, and the reflectance changes at low voltage. Has the effect of realizing.

【0021】本発明の請求項3に記載の発明は、第1の
半導体層の半導体がAly Ga1-yP(1≧y>0.
5)であり、第2の半導体層の半導体がGax Al1-x
P(1≧x>0.5)であることを特徴とする請求項2
記載の反射多層膜としたものであり、反射多層膜として
Aly Ga1-y P(1≧y>0.5)とGax Al1-x
P(1≧x>0.5)といった化合物半導体を用い、近
赤外光から可視光領域において反射率制御を行えるとい
う作用を有する。
According to a third aspect of the present invention, the semiconductor of the first semiconductor layer is Al y Ga 1-y P (1 ≧ y> 0.
5), and the semiconductor of the second semiconductor layer is Ga x Al 1-x
3. P (1 ≧ x> 0.5).
The reflective multilayer film described above is used, and as the reflective multilayer film, Al y Ga 1-y P (1 ≧ y> 0.5) and Ga x Al 1-x are used.
Using a compound semiconductor such as P (1 ≧ x> 0.5), it has the effect of controlling the reflectance in the near-infrared light to visible light region.

【0022】以下、本発明の実施の形態について、図1
から図3を参照しながら説明する。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
3 to FIG. 3 will be described.

【0023】(実施の形態1)図1は本発明の第1の実
施の形態における反射光強度変調用の反射多層膜の断面
図である。図1において、101はp型不純物がドープ
されたp−GaP基板、102はp型不純物がドープさ
れたp−Aly Ga1-y P層、103はp型不純物がド
ープされたp−Gax Al1-x P層であり、xは下記の
式(1)、yは下記の式(2)で表される範囲にある。 1≧x>0.5 ……………(1) 1≧y>0.5 ……………(2)
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view of a reflective multilayer film for modulating reflected light intensity according to a first embodiment of the present invention. In Figure 1, p-GaP substrate with a p-type impurity is doped 101, 102 p-Al y Ga 1-y P layer p-type impurity-doped, 103 p-Ga of the p-type impurity-doped x Al 1-x P layer, where x is in the range represented by the following formula (1) and y is in the range represented by the following formula (2). 1 ≧ x> 0.5 ………… (1) 1 ≧ y> 0.5 ………… (2)

【0024】104はp−Aly Ga1-y P層102で
始まり、p−Aly Ga1-y P層102で終わるp−G
x Al1-x P/Aly Ga1-y P多層膜、105は不
純物のキャリア濃度が1015〜1016cm-3と極めて低
いi−Gax Al1-x P層、106は前記のi−Gax
Al1-x P層105と同様に不純物のキャリア濃度が1
15〜1016cm-3と極めて低いi−Inz Ga1-z
層でzは下記の式(3)で表される範囲にある。 1≧z>0 ……………(3)
[0024] 104 p-Al y Ga 1-y begins with P layer 102, p-Al y Ga ending in 1-y P layer 102 p-G
a x Al 1-x P / Al y Ga 1-y P multilayer film 105 is very low i-Ga x Al 1-x P layer and 10 15 ~10 16 cm -3 carrier concentration of impurities, 106 is the I-Ga x
As with the Al 1-x P layer 105, the impurity carrier concentration is 1
I-In z Ga 1-z P is extremely low at 0 15 to 10 16 cm -3
In the layer, z is in the range represented by the following formula (3). 1 ≧ z> 0 ……………… (3)

【0025】107は不純物のキャリア濃度が極めて低
いi−Gax Al1-x P層105を障壁層とし、同じく
不純物のキャリア濃度が極めて低いi−Inz Ga1-z
P層106を井戸層とするように構成されたi−Gax
Al1-x P/Inz Ga1-zP多重量子井戸層である。
また、このi−Gax Al1-x P/Inz Ga1-z P多
重量子井戸層107はその実効バンドギャップエネルギ
ーが入射光113の波長に相当するエネルギーよりもわ
ずかに大きくなるようにし、なおかつ多重量子井戸作製
時にi−Gax Al1-x P層105とi−Inz Ga
1-z P層106との間にある格子定数の差によって転位
などが生じないように各々の膜厚を設定しておく。例え
ば、入射光113をHe−Neレーザーに仮定し、i−
Gax Al 1-x P層105に対してx=1、i−In
GaP層106に対してz=1を仮定た場合、He−N
eレーザー波長のλ=632.8nm(=1.95e
V)に対しては、i−GaP層105の膜厚を20〜1
00Åの間の任意の値にし、i−InP層106の膜厚
を10Å以下にすればよい。
107 has an extremely low impurity carrier concentration.
I-GaxAl1-xUsing the P layer 105 as a barrier layer,
I-In with extremely low carrier concentration of impuritieszGa1-z
I-Ga configured to use the P layer 106 as a well layerx
Al1-xP / InzGa1-zIt is a P multiple quantum well layer.
In addition, this i-GaxAl1-xP / InzGa1-zP many
The quantum well layer 107 has its effective band gap energy.
Is less than the energy corresponding to the wavelength of the incident light 113.
Small size, and multiple quantum well fabrication
Sometimes i-GaxAl1-xP layer 105 and i-InzGa
1-zThe dislocation due to the difference in lattice constant between the P layer 106 and
Each film thickness is set so that such problems do not occur. example
For example, assuming that the incident light 113 is a He-Ne laser, i-
GaxAl 1-xX = 1 for the P layer 105, i-In
If z = 1 is assumed for the GaP layer 106, He-N
e Laser wavelength λ = 632.8 nm (= 1.95e
V), the film thickness of the i-GaP layer 105 is 20 to 1
The film thickness of the i-InP layer 106 is set to an arbitrary value between 00Å
Should be less than 10Å.

【0026】108はn型不純物がドープされたn−A
y Ga1-y P層、109はn型不純物がドープされた
n−Gax Al1-x P層で、110はn−Aly Ga
1-y P層108で始まり、n−Gax Al1-x P層10
9で終わるn−Gax Al1-xP/Aly Ga1-y P多
層膜、111は下部電極、112は上部電極である。p
−Aly Ga1-y P層102、p−Gax Al1-x P層
103、n−Aly Ga 1-y P層108、n−Gax
1-x P層109はそれぞれ反射多層膜を形成する半導
体層であり、それらの膜厚は目的波長の1/4の膜厚と
なるように設定する。また、上部電極112は円筒型ま
たは透明電極であり、n−Gax Al1-xP/Aly
1-y P多層膜110の最上部において、入射光113
及び出射光114が遮断及び吸収されずに多層膜内に侵
入していける構造にする。下部電極111の形状は任意
である。また、下部電極111はp型不純物濃度が10
20cm-3程度のp++−GaPであってもよく、上部電極
112直下のn−Gax Al 1-x P層109はn型不純
物濃度が1020cm-3程度のn++−Gax Al1-x Pで
あってもよい。以上のように構成された光強度変調用反
射多層膜について、図1を参照しながらその動作を説明
する。
Reference numeral 108 denotes n-A doped with n-type impurities.
lyGa1-yP layer, 109 was doped with n-type impurities
n-GaxAl1-xIn the P layer, 110 is n-AlyGa
1-yStarting at the P layer 108, n-GaxAl1-xP layer 10
N-Ga ending with 9xAl1-xP / AlyGa1-yP many
A layer film, 111 is a lower electrode, and 112 is an upper electrode. p
-AlyGa1-yP layer 102, p-GaxAl1-xP layer
103, n-AlyGa 1-yP layer 108, n-GaxA
l1-xEach of the P layers 109 is a semiconductor that forms a reflective multilayer film.
Body layers, and their thickness is 1/4 of the target wavelength
To be set. Further, the upper electrode 112 has a cylindrical shape.
Or a transparent electrode, n-GaxAl1-xP / AlyG
a1-yAt the top of the P multilayer film 110, the incident light 113
And the emitted light 114 is not blocked or absorbed and penetrates into the multilayer film.
Make the structure accessible. The shape of the lower electrode 111 is arbitrary
Is. The lower electrode 111 has a p-type impurity concentration of 10
20cm-3Degree p++-May be GaP, upper electrode
N-Ga under 112xAl 1-xThe P layer 109 is an n-type impurity
Material concentration is 1020cm-3Degree n++-GaxAl1-xAt P
It may be. An optical intensity modulation counter configured as described above.
The operation of the multilayer film will be described with reference to FIG.
To do.

【0027】まず、電圧印加が無い状態の多層膜内での
光の反射/透過の特性を説明する。p−Gax Al1-x
P/Aly Ga1-y P多層膜104及びn−Gax Al
1-xP/Aly Ga1-y P多層膜110においては、多
層膜の光波長に対する反射率変化、すなわち反射スペク
トルの形状は複数のピーク及びバレイを持ち、目的波長
付近におけるピークが最も反射率が高く、目的波長に対
して単純なミラーとして働く。なお、目的波長付近での
ピークは二種類の材料の屈折率差に依存する幅を持つ。
いま、i−Gax Al1-x P層105とi−Inz Ga
1-z P層106との膜厚の合計が実効目的波長の4分の
1であれば、i−Gax Al1-x P層105とi−In
z Ga1-z P層106は反射多層膜内の任意の一層であ
るにすぎないので、反射スペクトルの形状には影響を与
えない。ところが、その合計の膜厚が0から実効目的波
長の4分の3の間にあるとき、反射スペクトルにおける
目的波長付近のメインピーク内にバレイが現れる。ま
た、その位置とバレイの深さは合計の膜厚を任意に設定
することによって一意的に決めることができる。
First, the characteristics of light reflection / transmission in the multilayer film in the absence of voltage application will be described. p-Ga x Al 1-x
P / Al y Ga 1-y P multilayer film 104 and the n-Ga x Al
In 1-x P / Al y Ga 1-y P multilayer film 110, the reflectance changes with respect to a light of a wavelength of the multilayer film, i.e. the shape of the reflection spectrum has a plurality of peaks and valleys, the most reflection peak in the vicinity of the target wavelength It has a high efficiency and acts as a simple mirror for the target wavelength. The peak near the target wavelength has a width depending on the refractive index difference between the two types of materials.
Now, the i-Ga x Al 1-x P layer 105 and the i-In z Ga layer are formed.
If the total thickness of the 1-z P layer 106 and the 1-z P layer 106 is 1/4 of the effective target wavelength, the i-Ga x Al 1-x P layer 105 and the i-In
Since the z Ga 1 -z P layer 106 is merely an arbitrary layer in the reflective multilayer film, it does not affect the shape of the reflection spectrum. However, when the total film thickness is between 0 and 3/4 of the effective target wavelength, a valley appears in the main peak near the target wavelength in the reflection spectrum. Further, the position and the depth of the valley can be uniquely determined by arbitrarily setting the total film thickness.

【0028】次に上部電極112と、下部電極111と
の間に素子全体としてのpn接合に対して逆方向電圧を
印加する。p−Gax Al1-x P/Aly Ga1-y P多
層膜104にはp型の不純物が比較的多く含まれている
ため、この部位での抵抗は低く、n−Gax Al1-x
/Aly Ga1-y P多層膜110においても同様である
ため、印加した逆方向電圧のほとんどはi−Gax Al
1-x P/Inz Ga1- z P多重量子井戸層107にかか
る。この逆方向電圧の印加によって、前述のi−Gax
Al1-x P/Inz Ga1-z P多重量子井戸層107の
吸収端が量子シュタルク効果によって長波長側にシフト
する。このときの吸収端のシフトと同時にi−Gax
1-x P/Inz Ga1-z P多重量子井戸層107全体
としての実効屈折率も大きく変化する。
Next, a reverse voltage is applied between the upper electrode 112 and the lower electrode 111 to the pn junction of the entire device. Because the p-Ga x Al 1-x P / Al y Ga 1-y P multilayer film 104 includes a relatively large number of p-type impurity, the resistance at this site is low, n-Ga x Al 1 -x P
/ Al y Ga 1-y for P is the same in the multilayer film 110, most of the applied reverse voltage i-Ga x Al
The 1-x P / In z Ga 1- z P multiple quantum well layer 107. By applying this reverse voltage, the above-mentioned i-Ga x
The absorption edge of the Al 1-x P / In z Ga 1-z P multiple quantum well layer 107 shifts to the long wavelength side due to the quantum Stark effect. At the same time as the shift of the absorption edge at this time, i-Ga x A
The effective refractive index of the l 1 -x P / In z Ga 1 -z P multiple quantum well layer 107 as a whole also changes greatly.

【0029】反射多層膜を構成している二種類の材料の
うち、ある任意の一層の膜厚変化、すなわち実効光学長
の変化は反射スペクトルに対して大きな影響を与える。
前述のように量子シュタルク効果によって吸収端がシフ
トし、同時に実効屈折率が変化た場合、実効光学長が変
わった事に等価となる。実効光学長の変化が反射スペク
トルに与える影響は大きいので逆方向電圧の印加によっ
て反射スペクトルの形状が大きく変化する。このとき、
反射スペクトルにおける前述したようなバレイや鋭い立
ち上がりを持った部分は変化の影響を受けやすいので、
その部分の波長に相当する入射光113はその強度を変
えて反射光114となる。この強度変化はi−Gax
1-x P/Inz Ga1-z P多重量子井戸層107にお
ける屈折率変化量に比例し、この屈折率変化量は印加電
圧に依存する。以上によって、印加電圧の変化にともな
った反射光強度の制御が可能となる。このときの具体的
な変調度としては、pn接合への印加電圧が15Vのと
き、反射率は0.1%から30%まで変化する。その変
化量は30%になり、変調伝達関数MTFは0.99が
得られる。
A change in the film thickness of any one of the two materials constituting the reflective multilayer film, that is, a change in the effective optical length, has a great influence on the reflection spectrum.
As described above, when the absorption edge shifts due to the quantum Stark effect and the effective refractive index changes at the same time, it is equivalent to a change in the effective optical length. Since the change of the effective optical length has a great influence on the reflection spectrum, the shape of the reflection spectrum is largely changed by applying the reverse voltage. At this time,
The part of the reflection spectrum that has a valley or a sharp rise as described above is susceptible to changes, so
Incident light 113 corresponding to the wavelength of that portion changes its intensity to become reflected light 114. This intensity change is i-Ga x A
The 1-x P / In z Ga 1-z P multiple quantum well layer 107 is proportional to the change amount of the refractive index, and the change amount of the refractive index depends on the applied voltage. As described above, it becomes possible to control the intensity of the reflected light according to the change of the applied voltage. As a specific modulation degree at this time, when the voltage applied to the pn junction is 15 V, the reflectance changes from 0.1% to 30%. The amount of change is 30%, and the modulation transfer function MTF is 0.99.

【0030】上記実施の形態は、p型領域とn型領域と
の配置を入れ替えても逆電圧の方向が変わるだけで動作
原理は同じである。さらには、p−Gax Al1-x P/
Al y Ga1-y P多層膜層104とn−Gax Al1-x
P/Aly Ga1-y P多層膜110において、基本的に
は開始層と終端層との制約はない。
In the above embodiment, the p-type region and the n-type region are
Operates only by changing the direction of the reverse voltage even if the arrangement of
The principle is the same. Furthermore, p-GaxAl1-xP /
Al yGa1-yP multilayer film layer 104 and n-GaxAl1-x
P / AlyGa1-yIn the P multilayer film 110, basically
Has no restrictions on the start and end layers.

【0031】また、i−Gax Al1-x P/Inz Ga
1-z P多重量子井戸層107において、i−Inz Ga
1-z P層106はそのバンドギャップエネルギーがGa
Pバルクのバンドギャップエネルギーより小さく、前述
の格子不整合に対する膜厚の制限を越えていない半導体
材料であればどんなものでもよく、二元、三元、四元の
混晶であっても良い。
Further, i-Ga x Al 1-x P / In z Ga
In the 1-z P multiple quantum well layer 107, i-In z Ga
The band gap energy of the 1-z P layer 106 is Ga.
Any semiconductor material may be used as long as it is smaller than the bandgap energy of P bulk and does not exceed the film thickness limitation for the above-mentioned lattice mismatch, and may be a binary, ternary, or quaternary mixed crystal.

【0032】さらに、i−Gax Al1-x P/Inz
1-z P多重量子井戸層107は、高濃度の不純物が添
加されたpn接合を有する単一の半導体材料であって良
く、それによって多重量子井戸を作製しないでも良くな
り、作製にあたっての工程数が減り、作りやすい。な
お、pn接合を有する単一の半導体材料としては、In
z Ga1-z P(1≧z>0)、Inz Al1-z P(1≧
z>0)、GaAsz 1-z (1≧z>0)、AlAs
z 1-z (1≧z>0)があげられる。
Further, i-GaxAl1-xP / InzG
a1-zThe P-multiple quantum well layer 107 has a high concentration of impurities added.
A single semiconductor material with added pn junction
Therefore, it is not necessary to make multiple quantum wells.
Therefore, the number of steps for manufacturing is reduced and it is easy to manufacture. Na
As a single semiconductor material having a pn junction, In
zGa1-zP (1 ≧ z> 0), InzAl1-zP (1 ≧
z> 0), GaAszP 1-z(1 ≧ z> 0), AlAs
zP1-z(1 ≧ z> 0).

【0033】(実施の形態2)図2は本発明の第2の実
施の形態における反射光強度変調用の反射多層膜の断面
図である。図2において、201はp型不純物がドープ
されたp−GaP基板、202はp型不純物がドープさ
れたp−Aly Ga1-y P層、203はp型不純物がド
ープされたp−Gax Al1-x P層でx,yはそれぞれ
前記実施の形態1に記載した式(1)、式(2)の範囲
にある。204はp−Aly Ga1-y P層202で始ま
り、p−Aly Ga1-y P層203で終わるp−Gax
Al1-xP/Aly Ga1-y P多層膜、205は不純物
のキャリア濃度が1015〜1016cm-3と極めて低いi
−Gax Al1-x P層、206は前記のi−Gax Al
1- x P層205と同様に不純物のキャリア濃度が1015
〜1016cm-3と極めて低いi−Aly Ga1-y P層で
ある。207は不純物のキャリア濃度が極めて低いi−
Gax Al1-x P層205と、同じく不純物のキャリア
濃度が極めて低いi−Aly Ga1-y P層206とを交
互に積層した短周期超格子層である。この短周期超格子
層207は複数の原子層を積層した短周期多重量子井戸
構造を有している。この実施の形態では、i−Gax
1-x P層205の膜厚をm原子層、i−Aly Ga
1-y P層206の膜厚をn原子層として、おのおのの膜
厚が下記の式(4)の条件に合うように積層する。 m+n=14 …………(4) ただし、m,nは奇数である。また、このi−Gax
1-x P/Aly Ga1- y P短周期超格子層207の合
計膜厚は0より大きく、目的波長の4分の3以下になる
ようにする。
(Second Embodiment) FIG. 2 is a cross-sectional view of a reflective multilayer film for modulating the intensity of reflected light in the second embodiment of the present invention. In FIG. 2, p-GaP substrate with a p-type impurity is doped 201, 202 p-Al y Ga 1-y P layer p-type impurity-doped, 203 p-Ga of the p-type impurity-doped In the x Al 1-x P layer, x and y are in the ranges of the formulas (1) and (2) described in the first embodiment, respectively. 204 p-Al y start with Ga 1-y P layer 202, p-Al y Ga ending in 1-y P layer 203 p-Ga x
Al 1-x P / Al y Ga 1-y P multilayer film, 205 a carrier concentration of impurity is extremely low, 10 15 ~10 16 cm -3 i
-Ga x Al 1-x P layer, 206 is the above-mentioned i-Ga x Al
Like the 1- xP layer 205, the impurity carrier concentration is 10 15
Is extremely low i-Al y Ga 1-y P layer to 10 16 cm -3. 207 is an i-, which has an extremely low carrier concentration of impurities.
And Ga x Al 1-x P layer 205, which is also a short-period superlattice layer formed by alternately laminating a very low i-Al y Ga 1-y P layer 206 is a carrier concentration of impurities. The short period superlattice layer 207 has a short period multiple quantum well structure in which a plurality of atomic layers are stacked. In this embodiment, i-Ga x A
film thickness m atomic layers of l 1-x P layer 205, i-Al y Ga
The thickness of the 1-y P layer 206 is an n-atom layer, and the 1-y P layer 206 is laminated so that each film thickness satisfies the condition of the following expression (4). m + n = 14 (4) However, m and n are odd numbers. In addition, this i-Ga x A
The total thickness of l 1-x P / Al y Ga 1- y P short-period superlattice layer 207 is greater than 0, to be less than or equal to 3/4 of the target wavelength.

【0034】208はn型不純物がドープされたn−A
y Ga1-y P層、209はn型不純物がドープされた
n−Gax Al1-x P層で、210はn−Aly Ga
1-y P層208で始まり、n−Gax Al1-x P層20
9で終わるn−Gax Al1-xP/Aly Ga1-y P多
層膜層、211は下部電極、212は上部電極である。
p−Aly Ga1-y P層202、p−Gax Al1-x
層203、n−Aly Ga1-y P層208、n−Gax
Al1-x P層209はそれぞれ反射多層膜を形成する半
導体層であり、それらの膜厚は目的波長の1/4の膜厚
となるように設定する。また、上部電極212は円筒型
または透明電極であり、n−Gax Al1- x P/Aly
Ga1-y P多層膜210の最上部において、入射光21
3及び出射光214が遮断及び吸収されずに多層膜内に
侵入していける構造にする。下部電極211の形状は任
意である。また、下部電極211はp型不純物濃度が1
20cm-3程度のp++−GaPであってもよく、上部電
極直下のn−Gax Al1-xP層209はn型不純物濃
度が1020cm-3程度のn++−Gax Al1-x Pであっ
てもよい。以上のように構成された光強度変調用反射多
層膜について、図2を参照しながらその動作を説明す
る。この構成において、前記第1の実施の形態と異なる
ところは屈折率変化層に関する部分だけであり、その他
の特性は第1の実施の形態と同様になる。
Reference numeral 208 is an n-A doped with an n-type impurity.
l y Ga 1-y P layer, 209 is a n-Ga x Al 1-x P layer n-type impurity is doped, 210 n-Al y Ga
Starting with the 1-y P layer 208, the n-Ga x Al 1-x P layer 20
N-Ga x Al 1-x P / Al y Ga 1-y P multilayer film ending with 9, the lower electrode 211, 212 denotes an upper electrode.
p-Al y Ga 1-y P layer 202, p-Ga x Al 1 -x P
Layer 203, n-Al y Ga 1 -y P layer 208, n-Ga x
The Al 1-x P layers 209 are semiconductor layers forming the reflective multilayer films, respectively, and the film thicknesses thereof are set to be ¼ of the target wavelength. The upper electrode 212 is cylindrical, or transparent electrode, n-Ga x Al 1- x P / Al y
At the top of the Ga 1 -y P multilayer film 210, incident light 21
3 and the emitted light 214 are allowed to enter the multilayer film without being blocked and absorbed. The shape of the lower electrode 211 is arbitrary. The lower electrode 211 has a p-type impurity concentration of 1
0 20 cm -3 of about may be a p ++-GAP, the n-Ga x Al 1-x P layer 209 is n-type impurity concentration immediately below the upper electrode 10 20 cm -3 of about n ++ - It may be Ga x Al 1-x P. The operation of the reflective multilayer film for light intensity modulation configured as described above will be described with reference to FIG. In this structure, only the part relating to the refractive index changing layer is different from the first embodiment, and other characteristics are the same as those of the first embodiment.

【0035】この屈折率変化層に相当し、おのおのの膜
厚が上記式(4)の条件に合うように積層せしめられて
構成されたi−Gax Al1-x P/Aly Ga1-y P短
周期超格子層207においては、バルクとしては間接遷
移型半導体であるにもかかわらず、原子オーダーでの短
周期構造が形成されているため、直接遷移型半導体のよ
うな振る舞いをしたり、屈折率がバルクの場合よりも大
きくなるという特性のあることが報告されている。[A
ppl.Phys.Lett.,Vol.62,No
1,p81−83 Asahi et al.]このこ
とから、屈折率の変化率が同じ場合であってもその変化
量は必然的に大きくなる。また、i−Ga x Al1-x
/Aly Ga1-y P短周期超格子層207において、電
界が印加されることによる光学的物性の非線形的変化も
生じることが期待できる。このi−Gax Al1-x P/
Aly Ga1-y P短周期超格子層207において、大き
な屈折率変化が生じれば第1の実施の形態のところでも
述べたように、反射スペクトルにおけるメインピーク内
に存在しているバレイ部分が、印加電圧の変化に伴って
移動し、反射率強度の制御が可能となる。
Corresponding to this refractive index changing layer, each film
Be laminated so that the thickness meets the condition of the above formula (4)
Configured i-GaxAl1-xP / AlyGa1-yP short
In the periodic superlattice layer 207, it is indirectly transferred as a bulk.
Despite being a transfer type semiconductor, it is short on the atomic order.
Since the periodic structure is formed, it is not a direct transition semiconductor.
Behaves or has a higher refractive index than the bulk
It has been reported that it has the characteristic of becoming harder. [A
ppl. Phys. Lett. , Vol. 62, No
1, p81-83 Asahi et al. ]this child
Therefore, even if the rate of change of the refractive index is the same, the change
The quantity will inevitably be large. In addition, i-Ga xAl1-xP
/ AlyGa1-yIn the P short period superlattice layer 207,
The nonlinear changes in optical properties due to the applied field
Can be expected to occur. This i-GaxAl1-xP /
AlyGa1-yIn the P short period superlattice layer 207,
If a large change in refractive index occurs, even in the first embodiment
As mentioned, within the main peak in the reflection spectrum
The valley portion existing in the
It is possible to move and control the reflectance intensity.

【0036】この場合においても、p型領域とn型領域
との配置の入れ替えは自由であり、p−Gax Al1-x
P/Aly Ga1-y P多層膜層204とn−Gax Al
1-xP/Aly Ga1-y P多層膜210において、基本
的には開始層と終端層との制約はない。
Also in this case, the arrangement of the p-type region and the n-type region can be interchanged freely, and p-Ga x Al 1-x
P / Al y Ga 1-y P multilayer film 204 and the n-Ga x Al
In 1-x P / Al y Ga 1-y P multilayer film 210, there is no limitation of the initiation layer and the end layer basically.

【0037】(実施の形態3)図3は本発明の第3の実
施の形態における反射光強度変調用の反射多層膜の見取
り図である。図3において、301は不純物をほとんど
含まないGaP基板、302は不純物濃度が1016cm
-3以下と極めて低いi−Aly Ga1-y P層、303は
同じく不純物濃度が極めて低いi−Gax Al1-x P層
であり、xとyについてはそれぞれ前述の式(1)およ
び式(2)によって範囲を指定してある。304はi−
Aly Ga1-y P層302とi−Gax Al1-x P層3
03とを<100>結晶軸307の方向へ積層すること
によって構成されるGax Al1- x P/Aly Ga1-y
P多層膜層である。305は下部電極で、形状としては
任意である。一方、306は上部電極であるが、上部電
極306は円筒型または透明電極であり、n−Gax
1-x P/Aly Ga1-y P多層膜304の最上部にお
いて、入射光313及び出射光314が遮断及び吸収さ
れずに多層膜内に侵入していける構造にする。307か
ら311は結晶軸の方位を表したもので、それぞれ、3
07が<001>結晶軸、308が<100>結晶軸、
309が<010>結晶軸、310が<110>結晶
軸、311が(外1)結晶軸である。また、312が
(001)平面である。
(Third Embodiment) FIG. 3 is a schematic view of a reflective multilayer film for modulating reflected light intensity according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 3, 301 is a GaP substrate containing almost no impurities, and 302 is an impurity concentration of 10 16 cm.
-3 extremely low i-Al y Ga 1-y P layer, 303 is also extremely low i-Ga x Al 1-x P layer impurity concentration, x respectively for y of the aforementioned formula (1) And the range is specified by the equation (2). 304 is i-
Al y Ga 1-y P layer 302 and i-Ga x Al 1-x P layer 3
And 03 <100> formed by laminating in the direction of the crystal axis 307 Ga x Al 1- x P / Al y Ga 1-y
P is a multilayer film layer. A lower electrode 305 has an arbitrary shape. On the other hand, although 306 is an upper electrode, the upper electrode 306 is a cylindrical type or a transparent electrode, and n-Ga x A
In the top of the l 1-x P / Al y Ga 1-y P multilayer film 304, incident light 313 and output light 314 is a structure forward to once again enters the multilayer film without being blocked and absorbed. 307 to 311 represent the orientations of crystal axes, and are 3 and 3, respectively.
07 is the <001> crystal axis, 308 is the <100> crystal axis,
309 is a <010> crystal axis, 310 is a <110> crystal axis, and 311 is a (outer 1) crystal axis. Further, 312 is a (001) plane.

【外1】 [Outer 1]

【0038】この下部電極305と上部電極306との
間に電圧印加がなければ、Gax Al1-x P/Aly
1-y P多層膜304は反射多層膜として作用する。下
部電極305と上部透明電極306との間に電圧を印加
すると、Gax Al1-x P/Aly Ga1-y P多層膜3
04の<001>結晶軸307方向へ平行に入る光に対
し、電気光学効果が誘起される。結晶内を進む光の電界
成分は直行する二つの方向成分に分割されるが、本実施
の形態の場合、この二つの方向は図4で示した<110
>結晶軸310方向と(外1)結晶軸311方向とであ
る。たとえば、i−Gax Al1-x P層303を光が通
過する場合を考えると、<110>結晶軸310方向の
屈折率は下記の式(5)のようになる。 屈折率 =no −1/2no 3 γ41E …………(5) ここで、no はi−Gax Al1-x P層303の印加電
圧のない状態での屈折率、Eはこの層にかかっている電
界の大きさ、γ41は閃亜鉛鉱型結晶の電気光学定数を表
す。また、(外1)結晶軸311方向の屈折率は下記の
式(6)のようになる。 屈折率 =no +1/2no 3 γ41E …………(6)
[0038] If there is no voltage applied between the lower electrode 305 and upper electrode 306, Ga x Al 1-x P / Al y G
The a 1-y P multilayer film 304 acts as a reflective multilayer film. When a voltage is applied between the lower electrode 305 and the upper transparent electrode 306, Ga x Al 1-x P / Al y Ga 1-y P multilayer film 3
The electro-optic effect is induced with respect to the light that is parallel to the <001> crystal axis 307 of 04. The electric field component of the light traveling in the crystal is divided into two orthogonal direction components. In the case of the present embodiment, these two directions are <110 shown in FIG.
> Crystal axis 310 direction and (outer 1) crystal axis 311 direction. For example, considering the case where light passes through the i-Ga x Al 1-x P layer 303, the refractive index in the <110> crystal axis 310 direction is as in the following formula (5). Here refractive index = n o -1 / 2n o 3 γ 41 E ............ (5), n o is i-Ga x Al 1-x refractive index in the absence of applied voltage P layer 303, E Is the magnitude of the electric field applied to this layer, and γ 41 is the electrooptic constant of the zinc blende type crystal. Further, the refractive index in the (outer 1) crystal axis 311 direction is expressed by the following equation (6). Refractive index = n o + 1 / 2n o 3 γ 41 E ............ (6)

【0039】i−Gax Al1-x P層303を光が通過
した直後には、これら二種類の屈折率変化を受けた成分
が合流する。一方、i−Gax Al1-x P層303の端
面で反射し、i−Gax Al1-x P層303内に戻って
くる光はもう一度上記のような屈折率変化を受ける。こ
こで、i−Gax Al1-x P層303の端面から入って
くる光を考えた場合、この光は隣のi−Aly Ga1-y
P層302で屈折率変化による位相のずれを生じてお
り、必ずしもi−Gax Al1-x P層303の端面で反
射する光とは位相が一致しない。
Immediately after the light passes through the i-Ga x Al 1-x P layer 303, these two types of components that have undergone a change in the refractive index merge. On the other hand, it is reflected at the end face of the i-Ga x Al 1-x P layer 303, light returning into the i-Ga x Al 1-x P layer 303 is subjected again refractive index change as described above. Here, i-Ga x Al 1- x when considering incoming light from the end surface of the P layer 303, the light is next i-Al y Ga 1-y
A phase shift occurs due to a change in the refractive index in the P layer 302, and the phase does not necessarily match the phase of the light reflected by the end surface of the i-Ga x Al 1-x P layer 303.

【0040】このように、電気光学効果が誘起されると
この二つの軸に対する屈折率及び屈折率変化量が異な
り、入射光311の位相状態はGax Al1-x P/Al
y Ga 1-y P多層膜304を多重反射していくうちにず
れていく。このずれのため、反射条件が崩れ、反射多層
膜としての機能を失い、反射スペクトルが変化する。ち
なみに、下部電極305と上部電極306とにかける電
圧Vに対して生じる二つの光学軸間の位相差Γを数式で
表すと、下記の式(7)のようになる。 Γ=(2π/λ)(l/d)no 3 γ41V …………(7) ただしλは光の波長である。
In this way, when the electro-optic effect is induced
The refractive index and the amount of change in refractive index with respect to these two axes are different.
And the phase state of the incident light 311 is GaxAl1-xP / Al
yGa 1-yWhile the P multilayer film 304 is multiply reflected,
Going away. Due to this shift, the reflection condition is broken and the reflection multilayer
The function as a film is lost and the reflection spectrum changes. Chi
By the way, the voltage applied to the lower electrode 305 and the upper electrode 306 is
The phase difference Γ between the two optical axes generated with respect to the pressure V is
If expressed, it becomes like the following formula (7).         Γ = (2π / λ) (l / d) no 3γ41V ………… (7) Where λ is the wavelength of light.

【0041】入射光311の光路長lは多重反射を繰り
返す回数によって異なり、多重反射の回数が多いほど光
路長は長くなるなで、多重反射の回数が多いほど、位相
のずれは大きくなる事を示している。また、側面電極3
05にかける電圧の大きさによっても、位相差Γは変化
するので、印加電圧による反射スペクトルの制御が可能
となる。
The optical path length l of the incident light 311 depends on the number of times of multiple reflections repeated. The more the number of multiple reflections, the longer the optical path length. Therefore, the greater the number of multiple reflections, the greater the phase shift. Shows. Also, the side electrode 3
Since the phase difference Γ also changes depending on the magnitude of the voltage applied to 05, the reflection spectrum can be controlled by the applied voltage.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、可視光領域で透明なGax Al1-xP/Aly Ga
1-y P多層膜を材料として選ぶことによって、可視光領
域で使用可能な半導体反射型空間光変調器が実現する。
また、従来、困難とされていた反射多層膜自体の屈折率
変化を利用できるような構成を考案することによって印
加電界制御による反射型空間光変調器が実現し、共振器
構造を必要としないため、作製上の手間も同時に省け
る。
As described in the foregoing, in the present invention, transparent in the visible light region Ga x Al 1-x P / Al y Ga
A semiconductor reflective spatial light modulator usable in the visible light region is realized by selecting the 1-yP multilayer film as a material.
In addition, a reflective spatial light modulator by controlling the applied electric field was realized by devising a structure that can utilize the refractive index change of the reflective multilayer film itself, which was conventionally difficult, and does not require a resonator structure. Also, the time and effort for manufacturing can be saved at the same time.

【0043】さらに、電圧制御型の反射型空間光変調器
でもあるため、反射多層膜下部には基板と電極しかな
く、p−i−nフォトダイオードなどとの積層を可能に
するだけの余地があり、より多くの付加機能を設けるこ
とが可能である。
Further, since it is also a voltage control type reflection type spatial light modulator, there is only a substrate and an electrode under the reflection multilayer film, and there is room to enable stacking with a pin photodiode or the like. Yes, it is possible to provide more additional functions.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態にかかる反射型空間
光変調器の構成を示す断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a reflective spatial light modulator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態にかかる反射型空間
光変調器の構成を示す断面図
FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of a reflective spatial light modulator according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施の形態にかかる反射型空間
光変調器の構成を示す見取り図
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a reflective spatial light modulator according to a third embodiment of the present invention.

【図4】従来技術による反射型空間光変調器の構成を示
す断面図
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a reflective spatial light modulator according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 p−GaP基板 102 p−Aly Ga1-y P層 103 p−Gax Al1-x P層 104 p−Gax Al1-x P/Aly Ga1-y P多層
膜 105 i−Gax Al1-x P層 106 i−Inz Ga1-z P層 107 i−Gax Al1-x P/Inz Ga1-z P多重
量子井戸層 108 n−Gax Al1-x P/Aly Ga1-y P多層
膜、 109 n−Gax Al1-x P層 111、211 下部電極 112、212 上部電極
101 p-GaP substrate 102 p-Al y Ga 1- y P layer 103 p-Ga x Al 1- x P layer 104 p-Ga x Al 1- x P / Al y Ga 1-y P multilayer film 105 i- Ga x Al 1-x P layer 106 i-In z Ga 1-z P layer 107 i-Ga x Al 1-x P / In z Ga 1-z P multiple quantum well layer 108 n-Ga x Al 1-x P / Al y Ga 1-y P multilayer film, 109 n-Ga x Al 1 -x P layer 111 and 211 lower electrode 112, 212 upper electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H079 AA02 AA12 BA01 BA04 CA02 DA16 EA28 EB06 GA05 HA12 HA15 HA16    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 2H079 AA02 AA12 BA01 BA04 CA02                       DA16 EA28 EB06 GA05 HA12                       HA15 HA16

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 含有不純物量が少ない第1の材料と前記
第1の材料とは屈折率が異なり、含有不純物量が少ない
第2の材料とを適正な第1の結晶軸方向に沿って交互に
積層し、第1の結晶軸方向を含めた任意の結晶軸方向か
ら印加する電界によって電気光学効果が誘起され、第1
の結晶軸方向から入射する光に対する光学屈折率が変化
することを特徴とする反射多層膜。
1. A first material having a small content of impurities and a second material having a different refractive index from each other and having a small content of impurities are alternately arranged along an appropriate first crystal axis direction. And an electro-optical effect is induced by an electric field applied from any crystal axis direction including the first crystal axis direction.
A reflective multi-layer film, wherein the optical refractive index with respect to light incident from the crystal axis direction of is changed.
【請求項2】 不純物量が比較的少ない第1の半導体層
と前記第1の半導体層とは屈折率とバンドギャップエネ
ルギーが異なり、不純物量が比較的少ない第2の半導体
層とを交互に積層した半導体多層膜層に対し、積層方向
に印加する電界によって電気光学効果が誘起され、多層
膜の積層方向に入射、進行、反射する光に対する光学屈
折率が変化することを特徴とする反射多層膜。
2. A first semiconductor layer having a relatively small amount of impurities and a second semiconductor layer having a relatively small amount of impurities, which have different refractive indices and bandgap energies, are alternately laminated. An electro-optical effect is induced in the laminated semiconductor multilayer film layer by an electric field applied in the stacking direction, and the optical refractive index for light incident, advancing, or reflected in the stacking direction of the multilayer film changes. .
【請求項3】 第1の半導体層の半導体がAly Ga
1-y P(1≧y>0.5)であり、第2の半導体層の半
導体がGax Al1-x P(1≧x>0.5)であること
を特徴とする請求項2記載の反射多層膜。
3. The semiconductor of the first semiconductor layer is Al y Ga.
1-y P (1 ≧ y> 0.5) and the semiconductor of the second semiconductor layer is Ga x Al 1-x P (1 ≧ x> 0.5). The reflective multilayer film described.
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