JP2734214B2 - Nonlinear optical element - Google Patents

Nonlinear optical element

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JP2734214B2
JP2734214B2 JP3024228A JP2422891A JP2734214B2 JP 2734214 B2 JP2734214 B2 JP 2734214B2 JP 3024228 A JP3024228 A JP 3024228A JP 2422891 A JP2422891 A JP 2422891A JP 2734214 B2 JP2734214 B2 JP 2734214B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、超高速光通信や、光信
号処理を可能にする非線形光学素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-linear optical element which enables ultra-high-speed optical communication and optical signal processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】光情報処理や光通信においては、光に信
号を乗せるために光変調を行なったり、光演算を行なう
等の光制御をする必要がある。現在実用に供されてい
る、これらのシステムにおいては、電気信号によって制
御を行なう方式(電気−光制御方式)が用いられてい
る。即ち、光源である半導体レーザを電流によって直接
変調したり、あるいは、半導体や誘電体材料への電圧の
印加による屈折率や吸収の変化を用いて光変調、光演算
を行なっている。
2. Description of the Related Art In optical information processing and optical communication, it is necessary to perform optical control such as optical modulation or optical operation in order to put a signal on light. In these systems that are currently in practical use, a method of performing control using electric signals (electric-light control method) is used. That is, light modulation and light calculation are performed by directly modulating a semiconductor laser as a light source with a current, or by using a change in a refractive index or absorption due to application of a voltage to a semiconductor or a dielectric material.

【0003】この電気信号による制御方式では、素子自
体の速度や電気信号と被制御光間の速度不整合等によっ
て処理速度が制限され、処理速度をサブナノ秒程度以上
にすることは極めて困難である。このため、この従来の
電気−光制御方式による処理速度の限界を打破する方式
として、光信号によって光変調や光演算を行なう、いわ
ゆる光−光制御方式が検討されつつある。この光−光制
御方式では、CR時定数による制限がないので、超高速
化が図れる可能性があるという特徴がある。
In this control method using electric signals, the processing speed is limited by the speed of the element itself or the speed mismatch between the electric signal and the light to be controlled, and it is extremely difficult to make the processing speed about sub-nanosecond or more. . Therefore, a so-called light-light control method in which light modulation or light operation is performed by an optical signal is being studied as a method for overcoming the processing speed limit of the conventional electric-light control method. This light-light control method has a feature that there is a possibility that an ultra-high speed can be achieved because there is no limitation by the CR time constant.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】光で光を制御する光素
子の動作特性は、その光素子に用いられる光学非線形材
料に大きく依存する。材料の光学非線形性の大きさは、
その材料のχ(3) の値として表わされる。光素子に要求
される特性として、上記の様な高速性とともに、低い光
パワーで動作可能という低パワー性がある。これらを実
現するために、光励起に対する緩和時間τが短く(高速
性)、また大きなχ(3) (低パワー性)を示す非線形光
学材料が要求される。ところが一般に大きなχ(3) を有
する非線形光学材料は、大きなτの値を示す。また同じ
材料でも光波長等の使用条件が異なれば、その光学非線
形発現に関与する物理現象が異なるが、大きなχ(3)
示す物理現象はやはり大きなτを示すのが一般的であ
る。これに関する詳細な説明はR.A.フィッシャー
編、オプチカル・フェイズ・コンジュゲイション(Op
tical phase conjugation)
(アカデミック・プレス、1983年)の第10章に見
られる。
The operating characteristics of an optical element that controls light with light largely depend on the optical nonlinear material used for the optical element. The magnitude of the optical nonlinearity of a material is
It is expressed as the value of χ (3) for that material. The characteristics required of the optical element include a low power property of being operable with a low optical power, in addition to the high speed property as described above. In order to realize these, a nonlinear optical material that has a short relaxation time τ for optical excitation (high speed) and a large χ (3) (low power) is required. However, a nonlinear optical material having a large χ (3) generally shows a large value of τ. If the same material is used under different conditions such as the light wavelength, the physical phenomena involved in the optical nonlinearity are different. However, the physical phenomena showing a large χ (3) also generally show a large τ. A detailed description of this can be found in R.A. A. Fisher, Optical Phase Conjugation (Op
physical phase conjugation)
(Academic Press, 1983) in Chapter 10.

【0005】種々の非線形材料と非線形現象の組み合わ
せの中でも、半導体材料中に光によって電子/正孔プラ
ズマを生成する方法は大きなχ(3) を示すことが知られ
ている。これは、制御光により価電子帯の電子を伝導帯
へ励起する結果、その半導体の屈折率が変化する現象で
ある(バンドフィリング効果)。しかし、この現象の緩
和時間は、GaAsのような直接遷移型の半導体の場合
でも10-9秒以上で、超高速信号処理等の応用に対して
不十分である(オプチカル・フェイズ・コンジュゲイシ
ョン、第10章(前出))。
[0005] Among various combinations of non-linear materials and non-linear phenomena, it is known that a method of generating electron / hole plasma by light in a semiconductor material exhibits a large χ (3) . This is a phenomenon in which the control light excites electrons in the valence band into the conduction band, resulting in a change in the refractive index of the semiconductor (band filling effect). However, the relaxation time of this phenomenon is 10 -9 seconds or more even in the case of a direct transition type semiconductor such as GaAs, which is insufficient for applications such as ultra-high-speed signal processing (optical phase conjugation). , Chapter 10 (supra)).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】そこで、p−i−n構
造のi層を光学非線形性を示す非線形半導体導波路と
し、このp−i−n構造に逆バイアスの高電界を加える
ことにより、前記非線形導波路内で発生した電子/正孔
プラズマを導波路外へ掃引することにより、前記の緩和
時間を実行的に短縮することが考えられる。しかし、こ
の場合は導波路形成のためのヘテロ接合面においてバン
ドが不連続であるため、その不連続面にキャリアが蓄積
される。いわゆるパイル・アップ効果のため、高電界を
かけてもキャリア掃引があまり効率的には行なわれない
という問題があった。
Accordingly, the i-layer having the pin structure is a nonlinear semiconductor waveguide exhibiting optical nonlinearity, and a high reverse bias electric field is applied to the pin structure. By sweeping the electron / hole plasma generated in the nonlinear waveguide to the outside of the waveguide, it is conceivable to shorten the relaxation time effectively. However, in this case, since the band is discontinuous at the heterojunction surface for forming the waveguide, carriers are accumulated on the discontinuous surface. Due to the so-called pile-up effect, there is a problem that carrier sweeping is not performed efficiently even when a high electric field is applied.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の非線形光学素子
は、エネルギーバンドギャップの狭いi型半導体を、そ
れより大きいバンドギャップのn型及びp型半導体層で
挟んだpin型ダブルヘテロ構造の半導体導波路を有
し、半導体導波路のi層に光励起で電子/正孔プラズマ
を生成することによりバンドフィーリング効果を誘起
し、前記p層及びn層に電極を有し逆バイアス電圧を印
加することにより前記電子/正孔プラズマを高速に導波
路外に掃引する非線形光学素子であって、pinヘテロ
構造のn層側に近いヘテロ面の外側にn型の高不純物濃
度層、またpinヘテロ構造のp層側に近いヘテロ面の
外側にp型の高不純物濃度層を形成することを特徴とす
る。この高不純物濃度層は、デルタ(δ)ドープ層、3
角ドープ層、ガウスドープ層またはより広い領域への一
様ドープ層であることを特徴とする。
A non-linear optical element according to the present invention.
Is an i-type semiconductor with a narrow energy band gap.
N-type and p-type semiconductor layers with larger band gaps
With pin-type double heterostructure semiconductor waveguide sandwiched
Then, an electron / hole plasma is excited in the i-layer of the semiconductor waveguide by photoexcitation.
Induces the band-feeling effect by generating
The p-layer and the n-layer have electrodes, and a reverse bias voltage is applied.
To guide the electron / hole plasma at high speed
Non-linear optical element that sweeps out of the road,
N-type high impurity concentration outside the hetero surface near the n-layer side of the structure
Layer and the hetero surface near the p layer side of the pin hetero structure
Forming a p-type high impurity concentration layer on the outside.
You. The high impurity concentration layer includes a delta (δ) doped layer,
It is characterized in that it is a corner-doped layer, a Gaussian-doped layer or a uniformly doped layer over a larger area.

【0008】[0008]

【作用】半導体における価電子帯から伝導帯への電子の
光励起に基因する3次の光学非線形定数χ(3) の表記
は、D.A.B.ミラー他により与えられている(D.
A.B.ミラー他、オプチックス・コミュニケーション
(Optics Communication)誌、第
35巻、2号、221ページ〜226ページ、1980
年)。この文献の(11)式がχ(3) を与えるが、この
表記には明らかにタイプエラーがある。そこで同文献と
本質的には同じ方法でχ(3) を求めると下記の数式1と
なる。
The description of the third-order optical nonlinear constant χ (3) due to the photoexcitation of electrons from the valence band to the conduction band in a semiconductor is given in D. A. B. Given by Miller et al. (D.
A. B. Miller et al., Optics Communications, Vol. 35, No. 2, pp. 221-226, 1980
Year). Equation (11) of this document gives χ (3) , but this notation clearly has a typographical error. Therefore, when χ (3) is obtained by essentially the same method as in the same document, the following equation 1 is obtained.

【0009】 [0009]

【0010】上記の数式においてeは電子の電荷、hは
プランク定数、moは電子の有効質量、pは価電子帯と
伝導帯の間の双極子モーメント、ωg =Eg /(h/2
π)、Eg はバンドギャップ、μは電子と成孔の有効質
量に対する還元質量、T1 およびT2 はそれぞれ電子の
縦緩和時間と横緩和時間である。また、ここでは、上記
の文献の解析を拡張してポンプ光(制御光)の角周波数
ωp と信号光(被制御光)の角周波数ωs が異なる場合
も考慮している。また、ここでは非線形屈折率変化を考
慮しているので、χ(3) の実数部だけを求めた。つま
り、光励起による物質の屈折率変化の大きさは非線形屈
折率を用いて、下記の数式2で与えられる。
In the above equation e is the electron charge, h is Planck's constant, m o is the dipole moment between the electron effective mass, p is the valence band and the conduction band, ω g = E g / ( h / 2
π), E g are the band gap, μ is the reduced mass relative to the effective mass of electrons and pores, and T 1 and T 2 are the longitudinal and transverse relaxation times of the electron, respectively. Further, here, the angular frequency omega s of the angular frequency omega p and the signal light of the pump light to extend the analysis of the above references (control light) (controlled light) is also considered differ. In addition, since the nonlinear refractive index change is considered here, only the real part of χ (3) was obtained. That is, the magnitude of the change in the refractive index of a substance due to light excitation is given by the following equation 2 using the nonlinear refractive index.

【0011】 n=n0 +n2 I (2) ここでn0 が線形の屈折率、n2 Iが光強度Iによる屈
折率の変化分を示している。このn2 は非線形屈折率と
呼ばれ、上記χ(3) とは下記の数式3の関係がある(単
位はcgs系である)。
N = n 0 + n 2 I (2) where n 0 indicates a linear refractive index, and n 2 I indicates a change in the refractive index due to the light intensity I. This n 2 is called a non-linear refractive index, and has a relationship with the above χ (3) according to the following formula 3 (unit is a cgs system).

【0012】 [0012]

【0013】以上より、半導体における価帯子帯から伝
導帯への電子の光励起により発現する非線形屈折率変化
は、以下のように解釈できる。エネルギーがバンドギャ
ップより大きい波長の光を半導体に照射すると、光吸収
に伴い価電子帯から伝導帯へ多数の電子が励起される。
しかし、伝導帯に電子がたまるにつれ、価電子帯から伝
導帯への励起はより困難になる(バンドフィリング効
果)。この効果がχ(3) として表わされる。そしてχ
(3) の実数部は数式2及び数式3を通して、その半導体
の屈折率に関係している。ここで光吸収による価電子帯
から伝導帯への励起のスピードは極めて速い(数百f
s)。つまり、非線形屈折率は光が半導体に入射した瞬
間に発現すると考えてよい。この非線形現象を光素子に
応用した時、その光素子の動作速度を制限するのは、光
照射を中止した後にも既に励起されたキャリアがすぐに
は消滅しないことによる。これは数式1中のT1 (縦緩
和時間もしくはキャリアの再結合時間)の大きさによ
る。T1 は直接遷移の半導体でも10ns以上であるた
め、χ(3) は0.1GHz以上の光強度の変動には追従
できない。
From the above, the nonlinear refractive index change caused by photoexcitation of electrons from the valence band to the conduction band in a semiconductor can be interpreted as follows. When a semiconductor is irradiated with light having a wavelength whose energy is larger than the band gap, a large number of electrons are excited from the valence band to the conduction band with light absorption.
However, as electrons accumulate in the conduction band, excitation from the valence band to the conduction band becomes more difficult (band-filling effect). This effect is expressed as χ (3) . And χ
The real part of (3) is related to the refractive index of the semiconductor through Equations 2 and 3. Here, the speed of excitation from the valence band to the conduction band by light absorption is extremely high (several hundred f
s). That is, it can be considered that the nonlinear refractive index appears at the moment when light enters the semiconductor. When this nonlinear phenomenon is applied to an optical device, the operation speed of the optical device is limited because carriers that have already been excited do not disappear immediately after the light irradiation is stopped. This depends on the magnitude of T 1 (longitudinal relaxation time or carrier recombination time) in Equation 1. Since T 1 is 10 ns or more even in a semiconductor of direct transition, χ (3) cannot follow a fluctuation in light intensity of 0.1 GHz or more.

【0014】上記の問題を解決するために、非線形性は
キャリアが励起されている(空間的)部分にのみ発現す
ることに着目する。通常この種の非線形現象のスピード
限界は、上記のようにキャリアの再結合時間とされてい
る。しかし何らかの方法でキャリア(電子もしくは正
孔)を信号光の光路外へ掃引してしまえば、信号光はこ
のキャリアの影響をもはや受けないので、キャリアの掃
引時間程度で非線形性も消滅する。キャリアを空間的に
掃引するには、直流電界(磁界でもよい)を半導体に印
加すればよい)高純度のドープされていないGaAsを
例にとると、電界強度が数KV/cmの時、電子のドリ
フト速度として室温でも107 cm/s以上が可能であ
る。もし、光路幅が1μm程度であると電子を掃引する
のに必要な時間は約10psとなる。このようにすれ
ば、光素子は約100GHzで動作可能である。
In order to solve the above-mentioned problem, attention is paid to the fact that the non-linearity appears only in a (spatial) portion where carriers are excited. Usually, the speed limit of this kind of nonlinear phenomenon is the carrier recombination time as described above. However, if the carriers (electrons or holes) are swept out of the optical path of the signal light by any method, the signal light is no longer affected by the carriers, and the nonlinearity disappears in about the carrier sweep time. In order to sweep carriers spatially, a DC electric field (or a magnetic field) may be applied to the semiconductor. For example, in the case of high-purity undoped GaAs, when the electric field strength is several KV / cm, the electron The drift speed can be 10 7 cm / s or more even at room temperature. If the optical path width is about 1 μm, the time required for sweeping electrons is about 10 ps. In this way, the optical device can operate at about 100 GHz.

【0015】上記直流電界を印加する方法として最も簡
単で確実な方法は、上記アンドープの非線形性を示す半
導体を、p及びnドープした半導体でサンドイッチ状に
することにより、いわゆるp−i−n構造を形成し、そ
れに逆バイアス電界をかければよい。この場合、i層を
非線形性を示すとともに、p及びn層より屈折率の高い
半導体で構成し、i層が導波路のガイド層になるように
注意しなければならない。このようにすれば、非線形導
波路に効率良く直流電界の印加が可能であるが、導波路
型非線形素子の場合、より導波特性を得るため、及び光
吸収層と導波層を一致させるために、導波路層にバンド
ギャップの狭いヘテロ構造を用いることになる。
The simplest and most reliable method of applying the DC electric field is to form a semiconductor having a non-linearity of undoped by sandwiching the semiconductor with p- and n-doped semiconductors to form a so-called pin structure. Is formed, and a reverse bias electric field may be applied thereto. In this case, care must be taken that the i-layer shows a non-linear property and is made of a semiconductor having a higher refractive index than the p- and n-layers, and that the i-layer becomes a guide layer of the waveguide. In this way, a DC electric field can be efficiently applied to the nonlinear waveguide. However, in the case of the waveguide type nonlinear element, the waveguide layer is made to coincide with the light absorbing layer to obtain more waveguide characteristics. Therefore, a hetero structure having a narrow band gap is used for the waveguide layer.

【0016】p−i−n構造中にヘテロ構造があると、
バンド不連続面(すなわち導波路層のエッジ)にキャリ
アがトラップされ、電界を印加したもにもかかわらず、
キャリアが導波路層からスムーズに外に出ない。この問
題を解決するために、本発明の非線形光学素子では、n
層に近い方のヘテロ面の外側にはn型の、p層側にはp
型の高不純物濃度層、例えばデルタドープ層を設け、前
記バンド不連続の大きさを低減している。
If there is a hetero structure in the pin structure,
Carriers are trapped in the band discontinuity plane (ie, the edge of the waveguide layer), and despite the application of an electric field,
Carriers do not go out of the waveguide layer smoothly. In order to solve this problem, in the nonlinear optical element of the present invention, n
The n-type is provided outside the hetero surface closer to the layer, and the p-type
A high impurity concentration layer of a mold type, for example, a delta doped layer is provided to reduce the size of the band discontinuity.

【0017】[0017]

【実施例】次に本発明の非線形光学素子について、図面
を用いて詳しく説明する。図1は、本発明の一実施例の
模式的な図である。同素子は、n+ −GaAs基板(N
d〜1019/cc)上にn−AlGaAs層2(Nd
1017/cc、Gaの組成比x=0.4)を4μm、i
−AlGaAsクラッド層3(x〜0.4)を1.0、
i−GaAs導波層4を0.5μm、i−AlGaAs
クラッド層5(x〜0.4)を0.15μm、p−Al
GaAs6(Na 〜1017/cc、x=0.4)を0.
85μmの厚さでMBE成長し、エッチングにより、導
波路のリブ層6を形成したものである。導波層はi−G
aAs4で、リブにより、リブ下のi−GaAs4層中
に導波モードが形成される。i−AlGaAs5層中に
は、i−GaAs層4とのヘテロ接合から50A(オン
グストローム)隔れた所に1014/cm2 p型デルタド
ープ層7が形成され、i−AlGaAs層3中の同様の
位置にも同様の面濃度のn型デルタドープ層8が形成さ
れている。
Next, a non-linear optical element of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of the present invention. The device is an n + -GaAs substrate (N
d−10 19 / cc) on the n-AlGaAs layer 2 (N d ~
10 17 / cc, Ga composition ratio x = 0.4) is 4 μm, i
The AlGaAs cladding layer 3 (x to 0.4) is 1.0,
0.5 μm of i-GaAs waveguide layer 4 and i-AlGaAs
0.15 μm clad layer 5 (x to 0.4), p-Al
GaAs6 (N a -10 17 / cc, x = 0.4)
The rib layer 6 of the waveguide is formed by MBE growth with a thickness of 85 μm and etching. Waveguide layer is i-G
In aAs4, the rib forms a waveguide mode in the i-GaAs4 layer below the rib. In the i-AlGaAs 5 layer, a 10 14 / cm 2 p-type delta-doped layer 7 is formed at a distance of 50 A (angstrom) from the heterojunction with the i-GaAs layer 4, and the same as in the i-AlGaAs layer 3. An n-type delta-doped layer 8 having a similar surface concentration is formed at the position.

【0018】AlGaAsとGaAsの屈折率差は5%
程度あるのに対し、ドーピングによる屈折率変化は無視
できるほど小さい(1%以下)ため、デルタドープは光
導波特性に、ほとんど影響しない。このため、ヘテロ構
造特有の高い光の閉じ込め係数Γ〜0.6が達成された
が、これは非線形素子では重要なことである。これに対
し、電極9及びn+ −GaAs1の間に逆バイアスのか
け、i−GaAs4(導波層)中に励起光により光キャ
リア生じた場合のふるまいに関しては、デルタドープ層
7と8は大きな影響を及ぼす。この様子を図2に示す。
The refractive index difference between AlGaAs and GaAs is 5%
On the other hand, the change in the refractive index due to doping is so small as to be negligible (1% or less), so that the delta doping hardly affects the optical waveguide characteristics. As a result, a high light confinement coefficient Γ-0.6 unique to the heterostructure was achieved, which is important for a nonlinear element. On the other hand, the delta-doped layers 7 and 8 have a large effect on the behavior when a reverse bias is applied between the electrode 9 and the n + -GaAs 1 and photocarriers are generated in the i-GaAs 4 (waveguide layer) by the excitation light. Effect. This is shown in FIG.

【0019】図2(a)は、図1の素子の逆バイアス電
界印加時のバンド図である。参考のために、図1の素子
で、デルタドープ層7,8がない場合のバンド図を図2
(b)に示す。同図において、中心のi−GaAs層が
図1のi−GaAs4(導波層)に相当する。導波され
てくる光により同層中に電子/正孔プラズマが励起され
ることにより、同導波路の屈折率が変化し、これを利用
することにより、光−光制御素子が構成できる。屈折率
変化は、上記電子/正孔プラズマが導波路内に残留する
時間接続するが、本素子はp−i−n構造のi層を導波
路にし、逆バイアスをかけることにより、導波路からす
ばやくプラズマを掃引することにより、早い応答速度
(非線形屈折率の立ち下がり)を得ようとするものであ
る。ところが、デルタドープ層がないと、図2(b)よ
り明らかなように、導波路形成のためのヘテロ接合のバ
ンド不連続により、キャリアがパイルアップされてしま
う。もちろん高電界で加速されたキャリアはバンド不連
続を飛び込えていくが、一定量のキャリアはヘテロジャ
ンクション間にとらえられ、これが前記非線形屈折率変
化の立ち下がり時間を遅くしてしまう。
FIG. 2A is a band diagram of the device of FIG. 1 when a reverse bias electric field is applied. For reference, FIG. 2 shows a band diagram of the device of FIG. 1 in the case where the delta doped layers 7 and 8 are not provided.
(B). In the figure, the central i-GaAs layer corresponds to i-GaAs4 (waveguide layer) in FIG. Excitation of the electron / hole plasma in the same layer by the guided light changes the refractive index of the waveguide, and a light-light control element can be configured by using this. The refractive index change is connected during the time when the electron / hole plasma remains in the waveguide. However, the present device uses the i-layer having the pin structure as a waveguide, and applies a reverse bias to the waveguide. By quickly sweeping the plasma, a fast response speed (falling of the nonlinear refractive index) is to be obtained. However, without the delta-doped layer, carriers are piled up due to band discontinuity of the heterojunction for forming the waveguide, as is apparent from FIG. 2B. Of course, the carriers accelerated by the high electric field jump into the band discontinuity, but a certain amount of carriers are caught between the heterojunctions, which delays the fall time of the nonlinear refractive index change.

【0020】これに対して、本発明のデルタドープ層を
接つ非線形光学素子の場合、図2(a)より明らかなよ
うに、デルタドープにより、電子及び正孔のパイルアッ
プとなるバンド不連続が取りのぞかれている。このた
め、励起光により発生した電子と正孔の大半が、印加さ
れた電界により素早く導波層外へ掃引されるため、非線
形屈折率変化も印加電界に対応する速度で立ち下がり、
高速応答が可能となる。
On the other hand, in the case of the nonlinear optical element having the delta-doped layer according to the present invention, as shown in FIG. 2 (a), the band discontinuity which causes pileup of electrons and holes is eliminated by delta doping. Has been peeped. For this reason, most of the electrons and holes generated by the excitation light are quickly swept out of the waveguide layer by the applied electric field, so that the nonlinear refractive index change also falls at a speed corresponding to the applied electric field,
High-speed response is possible.

【0021】以上本発明の非線形光学素子の一実施例に
ついて説明したが、本発明は本実施例に限定されるもの
ではない。本実施例では、デルタドープによりバンド不
連続を軽減したが、これはバンド不連続の軽減するドー
プなら、いかなるドーピングプロファイルでもよい。例
を挙げると、3角ドープ、ガウス型ドープ、またより広
い範囲の一様ドープでもよい。
Although the embodiment of the nonlinear optical element of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment. In the present embodiment, band discontinuity is reduced by delta doping. However, any doping profile that reduces band discontinuity may be used. For example, triangular doping, Gaussian doping, or a wider range of uniform doping.

【0022】本実施例ではGaAs系半導体を例とした
が、これはいかなる半導体でも同様の例をあげることが
できる。光通信で重要な波長では、InGaAsPやI
nGaAs系の素子で、本発明が適用できることはいう
までもない。
In the present embodiment, a GaAs-based semiconductor is taken as an example, but the same example can be applied to any semiconductor. At wavelengths important in optical communication, InGaAsP and I
It goes without saying that the present invention can be applied to an nGaAs-based element.

【0023】また本実施例においては、バンド不連続面
は1対であるが、より複雑な構造の場合は複数対のバン
ド不連続面が現われる。この場合でも、本発明がそのま
ま適用できる。
In this embodiment, the number of band discontinuous surfaces is one. However, in the case of a more complicated structure, a plurality of pairs of band discontinuous surfaces appear. Even in this case, the present invention can be applied as it is.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上のように、本発明によればバンド不
連続によりキャリアのパイルアップを軽減し非線形光学
素子の応答速度を増大させることが可能である。
As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the carrier pileup due to band discontinuity and increase the response speed of the nonlinear optical element.

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

【図1】本発明の一実施例の模式図である。FIG. 1 is a schematic view of one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の作用を説明するためのエネルギーバン
ド図である。図2(a)は図1の非線形光学素子に逆バ
イアス電界をかけた時のバンド図であり、図2(b)は
デルタドープ層がない素子の場合のバンド図である。
FIG. 2 is an energy band diagram for explaining the operation of the present invention. FIG. 2A is a band diagram when a reverse bias electric field is applied to the nonlinear optical element of FIG. 1, and FIG. 2B is a band diagram of an element without a delta doped layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n+ −GaAs基板 2 n−AlGaAs層 3 i−AlGaAsクラッド層 4 i−GaAs導波層 5 i−AlGaAsクラッド層 6 p−AlGaAsリブ層 7 p型デルタドープ層 8 n型デルタドープ層 9 電極Reference Signs List 1 n + -GaAs substrate 2 n-AlGaAs layer 3 i-AlGaAs cladding layer 4 i-GaAs waveguide layer 5 i-AlGaAs cladding layer 6 p-AlGaAs rib layer 7 p-type delta-doped layer 8 n-type delta-doped layer 9 electrode

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】エネルギーバンドギャップの狭いi型半導
体を、それより大きいバンドギャップのn型及びp型半
導体層で挟んだpin型ダブルヘテロ構造の半導体導波
路を有し、半導体導波路のi層に光励起で電子/正孔プ
ラズマを生成することによりバンドフィーリング効果を
誘起し、前記p層及びn層に電極を有し逆バイアス電圧
を印加することにより前記電子/正孔プラズマを高速に
導波路外に掃引する非線形光学素子であって、pinヘ
テロ構造のn層側に近いヘテロ面の外側にn型の高不純
物濃度層、またpinヘテロ構造のp層側に近いヘテロ
面の外側にp型の高不純物濃度層を形成することを特徴
とする非線形光学素子。
1. An i-type semiconductor having a narrow energy band gap.
The body is made of n-type and p-type
Semiconductor waveguide with pin-type double heterostructure sandwiched between conductor layers
And an electron / hole pump in the i-layer of the semiconductor waveguide by photoexcitation.
Creates a feeling of band by generating plasma
Induced, the p-layer and the n-layer have electrodes, and have a reverse bias voltage.
The electron / hole plasma at high speed by applying
A nonlinear optical element that sweeps out of a waveguide,
N-type high impurity outside the hetero surface near the n-layer side of the terrorist structure
Concentration layer and heterostructure near the p-layer side of the pin heterostructure
Features a p-type high impurity concentration layer formed outside the surface
Nonlinear optical element.
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