JP2752066B2 - 半導体光素子 - Google Patents
半導体光素子Info
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は、半導体多重量子井戸構造のサブバンド間吸
収の吸収ピークが入射光パワーによってシフトする現象
を利用したもので、光双安定動作、光論理動作等の光機
能動作を有する半導体光素子に関する。 （従来の技術） 二重ヘテロ構造の層幅を、キャリアのドウ・ブロイ波
長よりも小さくした、所謂量子井戸構造は、バルク半導
体とは異なった光学的性質を有し、光双安定素子等の光
素子に広く使われている。このような光素子では通常励
起子吸収を用いている。以下従来例を引用しながらこれ
を説明する。 量子井戸、あるいは量子井戸を複数個積層した多重量
子井戸（MQW）構造は、室温で励起子吸収ピークが存在
するため、室温で励起子に由来した光学非線形が観測さ
れる（D.A.B,Miller et al.,Appl.Phys.Lett.41（８）6
79（1982））。これは、強光入力では、自由キャリアに
よるスクリーニング効果によって励起子が存在できなく
なり、励起子吸収による吸収ピークが飽和するためであ
る。 また、第11図に示すように、非線形吸収現象とファブ
リ・ペロー共振器の組み合わせにより光双安定動作が確
認されている（HM.Gibbs et al.,Appl.Phys.Lett.,41 2
21（1982））。 この光双安定特性はON状態では多数の電子正孔対が存
在するために、励起子が解離しており、OFF状態では励
起子が存在している。OFF状態からON状態へのスイッチ
ング時間は、励起子の解離時間により決まり、約400フ
ェムト秒と短かい。他方ON状態からOFF状態へのスイッ
チング時間は、電子・正孔対の再結合時間により決まり
数十ナノ秒と大きく、素子の高速化を防げている。 MQW構造の他の応用として、QCSE（Quantnm Confined
StarK Effect）と呼ばれる、電界印加による励起子吸収
ピークの長波化現象を用いたデバイスがある。この現象
を用いてSEED（Self Electro-optic Effect Device）と
呼ばれる光双安定素子（D.A.B Miller et al.,Appl.Phy
s.Lett 45 13（1984））などが提案されている。QCSEを
用いたこれらのデバイスは、吸収ピークをシフトさせる
ために電界を印加させている。 （発明が解決しようとする問題点） 以上述べてきたように、励起子吸収を用いた従来の半
導体光素子では電子・正孔対の再結合時間によって応答
速度がナノ秒程度制限されてしまう。また、励起子・吸
収ピークをシフトさせるために電界を印加させる必要が
ある。本発明は、このような従来技術の持つ欠点を考慮
して成されたものであり、ピコ秒程度の超高速動作を可
能とする、光双安定素子や光論理素子等の半導体光素子
を提供することを目的としている。 〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 本発明は、量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造で
のサブ・バンド間光学遷移における光学非線形性を利用
し、この光学非線形性を増大するために、励起サブバン
ド状態が基底サブバンド状態よりも実効的に広い量子井
戸幅に束縛されていることを特徴とする。 すなわち、量子井戸のポテンシャル形状が単純なスク
エア型ではなく、階段型やグレーディッド型などになっ
ている。又所定のキャリア濃度を得るために、量子井戸
領域や量子井戸と量子井戸をへだてているバリア領域な
どの一部あるいは全域にｎ型あるいはＰ型の不純物ドー
プがされている。 （作用） 本発明は、量子井戸のサブバンド間遷移において、多
体効果に由来する光学非線形が存在することを発見した
ことに基づくものである。以下にGaAs/AlGaAs量子井戸
を例にとり説明する。 第４図（ａ）に、不純物ドープしていない量子井戸の
伝導帯に形成された量子化エネルギー単位Ｅ0,E1を示
す。波動関数は積層方向に局在し、エネルギーは量子化
される。ヘテロ界面に平行な方向には自由に動きまわれ
る二次元電子系となっている。第４図（ｃ）にエネルギ
ーの積層方向の波数依存性を示す。量子化された各々の
エネルギー準位はサブバンドを形成する。また、GaAs量
子井戸層を挟むAlGaAsバリア層にだけ不純物をドープし
た場合の所謂変調ドープ量子井戸のポテンシャルを第４
図（ｂ）に示す。このポテンシャルは、電子−電子相互
作用を考慮してセルフ・コンシステントに求めることが
できる。変調ドープした量子井戸での量子化エネルギ
は、不純物ドープなしの時の量子化エネルギーとは異な
っている。変調ドープによって電子は量子井戸に供給さ
れ基底サブバンドから占有される。基底サブバンドから
励起サブバンドへの遷移が、サブバンド間遷移と呼ばれ
る。 第５図に量子井戸幅100Åの変調ドープAl0.5Ga0.5As/
GaAs量子井戸におけるサブバンド間遷移エネルギのシフ
ト量ΔＥ10を、基底サブバンド状態に存在する電子の割
合の関数として、様々な変調ドープ量による供給キャリ
ア濃度について示している。基底サブバンド状態に存在
する電子の割合とは、変調ドープによって基底サブバン
ドに供給された電子が、外部から量子井戸部に入射する
入力光によるサブバンド間遷移のために何割かの電子が
励起サブバンドを占有している状態を示している。すな
わち、第５図における横軸は入射光強度と見做すことが
できる量である。 従って第５図は、入射光強度が強くなると、サブバン
ド間吸収ピークが変化することを示している。これは、
多体効果による電子−電子相互作用が各サブバンドを占
有する電子の割合で異なるためである。 第６図に第５図の高キャリア濃度の場合から期待され
る光吸収の波長依存性を弱励起（入射強度が小さい）の
場合（）と、強励起との場合（）について示してい
る。吸収ピークが変化しているためある特定の波長、例
えば第６図のλ1を選んで光入射した場合、吸収係数の
入射光強度依存は第７図（ａ）のようになる。すなわち
吸収飽和が起こる。さらに、他の波長、たとえば第６図
のλ2を選んで光入射した場合、逆に吸収係数は入射光
強度をあげるとさらに増加し第７図（ｂ）のようにな
る。 良く知られているように（例えば、H.M.Gibbs,“Opti
cal Bistability",Academic Press,1985）このような吸
収係数の入射光強度依存性（光学非線形性）は、光双安
定素子や光論理素子へと応用ができる。たとえばλ＝λ
1の場合、ファブリ・ペロー共振器と組み合わせて、第
８図（ａ）のような光双安定動作が可能である。又、λ
＝λ2の場合は第８図（ｂ）のような光双安定動作がフ
ァブリ・ペロー共振器なしで可能である。ところで、こ
のようなサブバンド間遷移のキャリア緩和時間はピコ秒
程度で起こるために（L.C.West and S.J.Eglash,Appl.P
hys.Lett.,46,1156（1985））上記の光双安定動作はピ
コ秒で行なうことが出来る。 ここで、第５図に戻ると、この図に示したようなスク
ェア量子井戸の場合、吸収ピークの変化の大きさは1meV
程度である。第６図に示した特定波長の吸収特性の半値
幅は、量子井戸界面の形成に単原子層の幅程度のゆらぎ
が存在するとすれば通常〜10meVであるため、吸収ピー
クの変化量は〜10meVである事が望ましい。このことを
考慮して改良された量子井戸構造が第９図に示すような
本発明による“階段型”の量子井戸である。 第９図では基底サブバンド状態は狭い量子井戸（90
3）中に形成されているが、励起サブバンド状態は外側
の広い量子井戸（902〜904）によって専縛されている。
これは、励起サブバンドの量子化エネルギーＥ1が902と
903の伝導帯不連続エネルギよりも大きいためである。
多体効果、そのうちでも特に、ハートリからの寄与は量
子井戸巾に依存している。従って、たとえば第９図のう
ちに、基底サブバンド状態と励起サブバンド状態の有効
量子井戸幅を変えれば、サブバンド間遷移ピークを入射
光強度によって大きく変えられる。 第10図に、狭いGaAs井戸の幅が40Å，広い量子井戸巾
が200Å，外側のAlGaAsのAl組成0.5,内側のAlGaAsのAl
組成を0.26とした時の、サブバンド間遷移シフトを量子
井戸への様々な供給キャリア濃度の場合について示して
いる。キャリアは、変調ドープによって量子井戸内に導
入している高キャリア濃度では、ハートリ項の寄与が大
きくなり、高エネルギーへの吸収ピークシフトが起こ
る。1012cm-2のキャリア濃度では強入射光に対し7meVと
大きな吸収ピークシフトが起こることを示している。 以上のように、基底サブバンド状態と励起サブバンド
状態の有効閉じ込め幅を変えることにより、大きなサブ
・バンド間吸収ピークシフトが得られ、第７図で説明し
たように、大きな光学非線形性が得られる。 （実施例） 本発明の第一の実施例を第１図（ａ），（ｂ）に示
す。この図に示した構造は、例えばMBE成長法といっ
た、薄膜形成技術によって製作される。図中104〜106が
階段型量子井戸を形成し、103,107は光閉じ込めのため
に設けた層である。105は幅40ÅのGaAs層であり、104,1
06は幅80ÅのAl0.26Ga0.74As層であり、103,107は幅１
μｍのAl0.5Ga0.5As層であり、102,108はAl0.8Ga0.2As
クラッド層である。103と107層の一部には、ｎ型不純物
をドープしており、103a,107aとして第１図（ｂ）に示
した。103a,107aは105から180Å離れており、100Åの幅
で５×1017cm-2の不純物レベルまでｎ型ドープされてい
る。入射光は、ヘテロ界面に平行であり、ヘテロ界面に
垂直方向に分極成分をもっている。光入力端面と光出力
端面はへき開により形成され、ファブリペロー共振器を
成している。入射光の波長を第７図のように設定するこ
とにより第８図のような光双安定動作が得られる。 本実施例では、階段型量子井戸（104〜106）を一つだ
け設けているが、複数個であっても良い。又、ｎ型不純
物濃度プロファイルとして、103a,107aのような変調ド
ープを採用しているが、105の中に不純物濃度層を設け
たり、104,106の中にドープすることも可能である。103
a,107aは各々104,106に隣接して設けることもできる。 本発明による第２の実施例を第２図に示す。量子井戸
204はスクエア量子井戸ではなく連続的にAl組成を変化
させている（グレーディッド量子井戸）。図に示すよう
に、基底サブバンドＥ0と励起サブバンドＥ1は、各々異
なった空間閉じ込め幅で束縛されている。204の幅は150
Å、203と205はAl0.5Ga0.5As層であり、幅１μｍであ
る。グレーディッド量子井戸204の中心には、ｎ型不純
物が、単原子層の巾で1012cm-2のレベルにドープされて
いる。 第３図に第３の実施例を示す。304〜308が量子井戸構
造を形成する。305,307はAl0.3Ga0.7As層であり幅が80
Å,306はGaAs層であり層幅80Å,304,308はAl0.18Ga0.72
As層であり幅100Åである。303,309はAl0.5Ga0.5As層で
あり、第１図と同様に、303,309の一部に不純物ドーピ
ングを行なっている。基底サブバンド状態の波動関数は
311のように306層に最大振幅をもち、他の層ではすみや
かに減衰している。すなわち、基底状態の閉じ込めは30
6層で行なわれている。他方励起サブバンド状態の波動
関数は304層〜308層に広がっている。これは第１励起サ
ブバンドの量子化エネルギＥ1が、304層と306層の伝導
帯不連続エネルギよりも大きいために、電子は、305を
トンネル効果で通り抜けてしまうためである。この例か
ら分かるように、階段型量子井戸構造で単調にAl組成を
変化させる必要はない。 本発明においては、材料系はGaAs/AlGaAs系で説明し
たが、InP/InGaAsP系,GaAs/InGaAs系などの他の材料系
にも同様に適用できる。さらに、価電子帯に形成される
サブバンドを用いることもできる。又、素子としては光
双安定素子を用いて説明したが光論理素子等へも応用可
能である。 〔発明の効果〕 本発明による光双安定素子や光論理素子などの光素子
は超高速動作が可能である。
収の吸収ピークが入射光パワーによってシフトする現象
を利用したもので、光双安定動作、光論理動作等の光機
能動作を有する半導体光素子に関する。 （従来の技術） 二重ヘテロ構造の層幅を、キャリアのドウ・ブロイ波
長よりも小さくした、所謂量子井戸構造は、バルク半導
体とは異なった光学的性質を有し、光双安定素子等の光
素子に広く使われている。このような光素子では通常励
起子吸収を用いている。以下従来例を引用しながらこれ
を説明する。 量子井戸、あるいは量子井戸を複数個積層した多重量
子井戸（MQW）構造は、室温で励起子吸収ピークが存在
するため、室温で励起子に由来した光学非線形が観測さ
れる（D.A.B,Miller et al.,Appl.Phys.Lett.41（８）6
79（1982））。これは、強光入力では、自由キャリアに
よるスクリーニング効果によって励起子が存在できなく
なり、励起子吸収による吸収ピークが飽和するためであ
る。 また、第11図に示すように、非線形吸収現象とファブ
リ・ペロー共振器の組み合わせにより光双安定動作が確
認されている（HM.Gibbs et al.,Appl.Phys.Lett.,41 2
21（1982））。 この光双安定特性はON状態では多数の電子正孔対が存
在するために、励起子が解離しており、OFF状態では励
起子が存在している。OFF状態からON状態へのスイッチ
ング時間は、励起子の解離時間により決まり、約400フ
ェムト秒と短かい。他方ON状態からOFF状態へのスイッ
チング時間は、電子・正孔対の再結合時間により決まり
数十ナノ秒と大きく、素子の高速化を防げている。 MQW構造の他の応用として、QCSE（Quantnm Confined
StarK Effect）と呼ばれる、電界印加による励起子吸収
ピークの長波化現象を用いたデバイスがある。この現象
を用いてSEED（Self Electro-optic Effect Device）と
呼ばれる光双安定素子（D.A.B Miller et al.,Appl.Phy
s.Lett 45 13（1984））などが提案されている。QCSEを
用いたこれらのデバイスは、吸収ピークをシフトさせる
ために電界を印加させている。 （発明が解決しようとする問題点） 以上述べてきたように、励起子吸収を用いた従来の半
導体光素子では電子・正孔対の再結合時間によって応答
速度がナノ秒程度制限されてしまう。また、励起子・吸
収ピークをシフトさせるために電界を印加させる必要が
ある。本発明は、このような従来技術の持つ欠点を考慮
して成されたものであり、ピコ秒程度の超高速動作を可
能とする、光双安定素子や光論理素子等の半導体光素子
を提供することを目的としている。 〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 本発明は、量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造で
のサブ・バンド間光学遷移における光学非線形性を利用
し、この光学非線形性を増大するために、励起サブバン
ド状態が基底サブバンド状態よりも実効的に広い量子井
戸幅に束縛されていることを特徴とする。 すなわち、量子井戸のポテンシャル形状が単純なスク
エア型ではなく、階段型やグレーディッド型などになっ
ている。又所定のキャリア濃度を得るために、量子井戸
領域や量子井戸と量子井戸をへだてているバリア領域な
どの一部あるいは全域にｎ型あるいはＰ型の不純物ドー
プがされている。 （作用） 本発明は、量子井戸のサブバンド間遷移において、多
体効果に由来する光学非線形が存在することを発見した
ことに基づくものである。以下にGaAs/AlGaAs量子井戸
を例にとり説明する。 第４図（ａ）に、不純物ドープしていない量子井戸の
伝導帯に形成された量子化エネルギー単位Ｅ0,E1を示
す。波動関数は積層方向に局在し、エネルギーは量子化
される。ヘテロ界面に平行な方向には自由に動きまわれ
る二次元電子系となっている。第４図（ｃ）にエネルギ
ーの積層方向の波数依存性を示す。量子化された各々の
エネルギー準位はサブバンドを形成する。また、GaAs量
子井戸層を挟むAlGaAsバリア層にだけ不純物をドープし
た場合の所謂変調ドープ量子井戸のポテンシャルを第４
図（ｂ）に示す。このポテンシャルは、電子−電子相互
作用を考慮してセルフ・コンシステントに求めることが
できる。変調ドープした量子井戸での量子化エネルギ
は、不純物ドープなしの時の量子化エネルギーとは異な
っている。変調ドープによって電子は量子井戸に供給さ
れ基底サブバンドから占有される。基底サブバンドから
励起サブバンドへの遷移が、サブバンド間遷移と呼ばれ
る。 第５図に量子井戸幅100Åの変調ドープAl0.5Ga0.5As/
GaAs量子井戸におけるサブバンド間遷移エネルギのシフ
ト量ΔＥ10を、基底サブバンド状態に存在する電子の割
合の関数として、様々な変調ドープ量による供給キャリ
ア濃度について示している。基底サブバンド状態に存在
する電子の割合とは、変調ドープによって基底サブバン
ドに供給された電子が、外部から量子井戸部に入射する
入力光によるサブバンド間遷移のために何割かの電子が
励起サブバンドを占有している状態を示している。すな
わち、第５図における横軸は入射光強度と見做すことが
できる量である。 従って第５図は、入射光強度が強くなると、サブバン
ド間吸収ピークが変化することを示している。これは、
多体効果による電子−電子相互作用が各サブバンドを占
有する電子の割合で異なるためである。 第６図に第５図の高キャリア濃度の場合から期待され
る光吸収の波長依存性を弱励起（入射強度が小さい）の
場合（）と、強励起との場合（）について示してい
る。吸収ピークが変化しているためある特定の波長、例
えば第６図のλ1を選んで光入射した場合、吸収係数の
入射光強度依存は第７図（ａ）のようになる。すなわち
吸収飽和が起こる。さらに、他の波長、たとえば第６図
のλ2を選んで光入射した場合、逆に吸収係数は入射光
強度をあげるとさらに増加し第７図（ｂ）のようにな
る。 良く知られているように（例えば、H.M.Gibbs,“Opti
cal Bistability",Academic Press,1985）このような吸
収係数の入射光強度依存性（光学非線形性）は、光双安
定素子や光論理素子へと応用ができる。たとえばλ＝λ
1の場合、ファブリ・ペロー共振器と組み合わせて、第
８図（ａ）のような光双安定動作が可能である。又、λ
＝λ2の場合は第８図（ｂ）のような光双安定動作がフ
ァブリ・ペロー共振器なしで可能である。ところで、こ
のようなサブバンド間遷移のキャリア緩和時間はピコ秒
程度で起こるために（L.C.West and S.J.Eglash,Appl.P
hys.Lett.,46,1156（1985））上記の光双安定動作はピ
コ秒で行なうことが出来る。 ここで、第５図に戻ると、この図に示したようなスク
ェア量子井戸の場合、吸収ピークの変化の大きさは1meV
程度である。第６図に示した特定波長の吸収特性の半値
幅は、量子井戸界面の形成に単原子層の幅程度のゆらぎ
が存在するとすれば通常〜10meVであるため、吸収ピー
クの変化量は〜10meVである事が望ましい。このことを
考慮して改良された量子井戸構造が第９図に示すような
本発明による“階段型”の量子井戸である。 第９図では基底サブバンド状態は狭い量子井戸（90
3）中に形成されているが、励起サブバンド状態は外側
の広い量子井戸（902〜904）によって専縛されている。
これは、励起サブバンドの量子化エネルギーＥ1が902と
903の伝導帯不連続エネルギよりも大きいためである。
多体効果、そのうちでも特に、ハートリからの寄与は量
子井戸巾に依存している。従って、たとえば第９図のう
ちに、基底サブバンド状態と励起サブバンド状態の有効
量子井戸幅を変えれば、サブバンド間遷移ピークを入射
光強度によって大きく変えられる。 第10図に、狭いGaAs井戸の幅が40Å，広い量子井戸巾
が200Å，外側のAlGaAsのAl組成0.5,内側のAlGaAsのAl
組成を0.26とした時の、サブバンド間遷移シフトを量子
井戸への様々な供給キャリア濃度の場合について示して
いる。キャリアは、変調ドープによって量子井戸内に導
入している高キャリア濃度では、ハートリ項の寄与が大
きくなり、高エネルギーへの吸収ピークシフトが起こ
る。1012cm-2のキャリア濃度では強入射光に対し7meVと
大きな吸収ピークシフトが起こることを示している。 以上のように、基底サブバンド状態と励起サブバンド
状態の有効閉じ込め幅を変えることにより、大きなサブ
・バンド間吸収ピークシフトが得られ、第７図で説明し
たように、大きな光学非線形性が得られる。 （実施例） 本発明の第一の実施例を第１図（ａ），（ｂ）に示
す。この図に示した構造は、例えばMBE成長法といっ
た、薄膜形成技術によって製作される。図中104〜106が
階段型量子井戸を形成し、103,107は光閉じ込めのため
に設けた層である。105は幅40ÅのGaAs層であり、104,1
06は幅80ÅのAl0.26Ga0.74As層であり、103,107は幅１
μｍのAl0.5Ga0.5As層であり、102,108はAl0.8Ga0.2As
クラッド層である。103と107層の一部には、ｎ型不純物
をドープしており、103a,107aとして第１図（ｂ）に示
した。103a,107aは105から180Å離れており、100Åの幅
で５×1017cm-2の不純物レベルまでｎ型ドープされてい
る。入射光は、ヘテロ界面に平行であり、ヘテロ界面に
垂直方向に分極成分をもっている。光入力端面と光出力
端面はへき開により形成され、ファブリペロー共振器を
成している。入射光の波長を第７図のように設定するこ
とにより第８図のような光双安定動作が得られる。 本実施例では、階段型量子井戸（104〜106）を一つだ
け設けているが、複数個であっても良い。又、ｎ型不純
物濃度プロファイルとして、103a,107aのような変調ド
ープを採用しているが、105の中に不純物濃度層を設け
たり、104,106の中にドープすることも可能である。103
a,107aは各々104,106に隣接して設けることもできる。 本発明による第２の実施例を第２図に示す。量子井戸
204はスクエア量子井戸ではなく連続的にAl組成を変化
させている（グレーディッド量子井戸）。図に示すよう
に、基底サブバンドＥ0と励起サブバンドＥ1は、各々異
なった空間閉じ込め幅で束縛されている。204の幅は150
Å、203と205はAl0.5Ga0.5As層であり、幅１μｍであ
る。グレーディッド量子井戸204の中心には、ｎ型不純
物が、単原子層の巾で1012cm-2のレベルにドープされて
いる。 第３図に第３の実施例を示す。304〜308が量子井戸構
造を形成する。305,307はAl0.3Ga0.7As層であり幅が80
Å,306はGaAs層であり層幅80Å,304,308はAl0.18Ga0.72
As層であり幅100Åである。303,309はAl0.5Ga0.5As層で
あり、第１図と同様に、303,309の一部に不純物ドーピ
ングを行なっている。基底サブバンド状態の波動関数は
311のように306層に最大振幅をもち、他の層ではすみや
かに減衰している。すなわち、基底状態の閉じ込めは30
6層で行なわれている。他方励起サブバンド状態の波動
関数は304層〜308層に広がっている。これは第１励起サ
ブバンドの量子化エネルギＥ1が、304層と306層の伝導
帯不連続エネルギよりも大きいために、電子は、305を
トンネル効果で通り抜けてしまうためである。この例か
ら分かるように、階段型量子井戸構造で単調にAl組成を
変化させる必要はない。 本発明においては、材料系はGaAs/AlGaAs系で説明し
たが、InP/InGaAsP系,GaAs/InGaAs系などの他の材料系
にも同様に適用できる。さらに、価電子帯に形成される
サブバンドを用いることもできる。又、素子としては光
双安定素子を用いて説明したが光論理素子等へも応用可
能である。 〔発明の効果〕 本発明による光双安定素子や光論理素子などの光素子
は超高速動作が可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例を示す図、第２図および
第３図は本発明の第２および第３の実施例を示す図、第
４図はスクエア量子井戸の基底サブバンドＥ0と第一励
起サブバンドＥ1を示す図、第５図はスクエア量子井戸
のサブ・バンド間吸収シフトを示す図、第６図はサブ・
バンド間吸収の入射強度依存性を示す図、第７図はサブ
・バンド間吸収における光学非線形性を示す図、第８図
は本発明による双安定動作を示す図、第９図は階段型量
子井戸構造とサブ・バンド構造を示す図、第10図は階段
型量子井戸構造におけるサブ・バンド間光吸収のシフト
を示す図、第11図は励起子吸収の光学非線形吸収とファ
ブリ・ペロー共振器を用いた従来の光多重量子井戸光双
安定素子を示す図である。 104〜106,304〜308……階段型量子井戸構造、103,107,2
03,205,303,309……光導波層、204……グレーディッド
型量子井戸構造、103a,107a,204a,303a,309a……不純物
ドーピング・プロファイル、102,108,202,206,302,310
……クラッド層、207,311,906……基底サブバンドの波
動関数、208,312,907……第１励起サブ・バンドの波動
関数。
第３図は本発明の第２および第３の実施例を示す図、第
４図はスクエア量子井戸の基底サブバンドＥ0と第一励
起サブバンドＥ1を示す図、第５図はスクエア量子井戸
のサブ・バンド間吸収シフトを示す図、第６図はサブ・
バンド間吸収の入射強度依存性を示す図、第７図はサブ
・バンド間吸収における光学非線形性を示す図、第８図
は本発明による双安定動作を示す図、第９図は階段型量
子井戸構造とサブ・バンド構造を示す図、第10図は階段
型量子井戸構造におけるサブ・バンド間光吸収のシフト
を示す図、第11図は励起子吸収の光学非線形吸収とファ
ブリ・ペロー共振器を用いた従来の光多重量子井戸光双
安定素子を示す図である。 104〜106,304〜308……階段型量子井戸構造、103,107,2
03,205,303,309……光導波層、204……グレーディッド
型量子井戸構造、103a,107a,204a,303a,309a……不純物
ドーピング・プロファイル、102,108,202,206,302,310
……クラッド層、207,311,906……基底サブバンドの波
動関数、208,312,907……第１励起サブ・バンドの波動
関数。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．伝導帯に形成された、複数個のサブバンドを有する
量子井戸構造と、電子を該量子井戸構造に供給するため
の不純物ドープ層とを備え、前記サブバンドにおける基
底サブバンドの波動関数の空間閉じ込め幅が他のサブバ
ンドの波動関数の空間閉じ込め幅よりも狭くすることに
より、電子を前記サブバンド間で遷移させて、前記電子
の波動関数の閉じ込め幅を変化させることを特徴とする
半導体光素子。 ２．前記量子井戸構造は、順次積層された第１、第２、
および第３の半導体層により形成され、且つ第４および
第５の半導体層に挟まれており、第２の半導体層を基準
としたときの、第１の半導体との伝導帯の不連続エネル
ギをΔＥ12、第３の半導体層との伝導帯の不連続エネル
ギをΔＥ32、第４の半導体層との伝導帯の不連続エネル
ギをΔＥ42、第５の半導体層との伝導帯の不連続エネル
ギをΔＥ52とし、基底サブバンドの量子化エネルギをＥ
0、第１励起サブバンドの量子化エネルギをＥ1としたと
きに、 ０＜ΔＥ12≦ΔＥ32＜ΔＥ42≦ΔＥ52 Ｅ0＜ΔＥ12＜Ｅ1 が成立していることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の半導体光素子。 ３．前記量子井戸構造は、順次積層された第１、第２、
第３、第４、および第５の半導体層により形成され、且
つ第６および第７の半導体層に挟まれており、第３の半
導体層を基準としたときの、第１の半導体との伝導帯の
不連続エネルギをΔＥ13、第２の半導体層との伝導帯の
不連続エネルギをΔＥ23、第４の半導体層との伝導帯の
不連続エネルギをΔＥ43、第５の半導体層との伝導帯の
不連続エネルギをΔＥ53、第６の半導体層との伝導帯の
不連続エネルギをΔＥ63、第７の半導体層との伝導帯の
不連続エネルギをΔＥ73とし、基底サブバンドの量子化
エネルギをＥ0、第１励起サブバンドの量子化エネルギ
をＥ1としたときに、 ０＜ΔＥ13≦ΔＥ53＜（ΔＥ23、ΔＥ43、ΔＥ63或いは
ΔＥ73） Ｅ0＜ΔＥ13＜Ｅ1 が成立していることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の半導体光素子。 ４．前記量子井戸構造は、伝導帯の不連続エネルギが連
続的に変化していることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の半導体光素子。 ５．伝導帯に形成された、複数個のサブバンドを有する
量子井戸構造と、正孔を該量子井戸構造に供給するため
の不純物ドープ層とを備え、前記サブバンドにおける基
底サブバンドの波動関数の空間閉じ込め幅が他のサブバ
ンドの波動関数の空間閉じ込め幅よりも狭くすることに
より、正孔を前記サブバンド間で遷移させて、前記正孔
の波動関数の閉じ込め幅を変化させることを特徴とする
半導体光素子。 ６．前記量子井戸構造は、順次積層された第１、第２、
および第３の半導体層により形成され、且つ第４および
第５の半導体層に挟まれており、第２の半導体層を基準
としたときの、第１の半導体との価電子帯の不連続エネ
ルギをΔＥ12、第３の半導体層との価電子帯の不連続エ
ネルギをΔＥ32、第４の半導体層との価電子帯の不連続
エネルギをΔＥ42、第５の半導体層との価電子帯の不連
続エネルギをΔＥ52とし、基底サブバンドの量子化エネ
ルギをＥ0、第１励起サブバンドの量子化エネルギをＥ1
としたときに、 ０＜ΔＥ12≦ΔＥ32＜ΔＥ42≦ΔＥ52 Ｅ0＜ΔＥ12＜Ｅ1 が成立していることを特徴とする特許請求の範囲第５項
記載の半導体光素子。 ７．前記量子井戸構造は、順次積層された第１、第２、
第３、第４、および第５の半導体層により形成され、且
つ第６および第７の半導体層に挟まれており、第３の半
導体層を基準としたときの、第１の半導体との価電子帯
の不連続エネルギをΔＥ13、第２の半導体層との価電子
帯の不連続エネルギをΔＥ23、第４の半導体層との価電
子帯の不連続エネルギをΔＥ43、第５の半導体層との価
電子帯の不連続エネルギをΔＥ53、第６の半導体層との
価電子帯の不連続エネルギをΔＥ63、第７の半導体層と
の価電子帯の不連続エネルギをΔＥ73とし、基底サブバ
ンドの量子化エネルギをＥ0、第１励起サブバンドの量
子化エネルギをＥ1としたときに、 ０＜ΔＥ13≦ΔＥ53＜（ΔＥ23、ΔＥ43、ΔＥ63或いは
ΔＥ73） Ｅ0＜ΔＥ13＜Ｅ1 が成立していることを特徴とする特許請求の範囲第５項
記載の半導体光素子。 ８．前記量子井戸構造は、価電子帯の不連続エネルギが
連続的に変化していることを特徴とする特許請求の範囲
第５項記載の半導体光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62258412A JP2752066B2 (ja) | 1987-10-15 | 1987-10-15 | 半導体光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62258412A JP2752066B2 (ja) | 1987-10-15 | 1987-10-15 | 半導体光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01102437A JPH01102437A (ja) | 1989-04-20 |
| JP2752066B2 true JP2752066B2 (ja) | 1998-05-18 |
Family
ID=17319866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62258412A Expired - Fee Related JP2752066B2 (ja) | 1987-10-15 | 1987-10-15 | 半導体光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2752066B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6285227A (ja) * | 1985-10-09 | 1987-04-18 | Tokyo Inst Of Technol | 光回路機能素子 |
-
1987
- 1987-10-15 JP JP62258412A patent/JP2752066B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6285227A (ja) * | 1985-10-09 | 1987-04-18 | Tokyo Inst Of Technol | 光回路機能素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01102437A (ja) | 1989-04-20 |
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|---|---|---|---|
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