JP2810065B2 - 光変調器 - Google Patents
光変調器Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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- G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
- G02F1/01725—Non-rectangular quantum well structures, e.g. graded or stepped quantum wells
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学変調器あるいは光双安定動作をする光変
調器に係り、特に光のオン／オフ比の高い変調に好適な
光変調器の構造に関する。
調器に係り、特に光のオン／オフ比の高い変調に好適な
光変調器の構造に関する。
オン／オフ比の高い変調法として、アプライド・フイ
ジクス・レター50巻16号（1987年）第1098頁から第1100
頁（Appl,Phys.Lett.50（16）,1987,pp1098−110）にお
いて、障壁層挿入型の半導体量子井戸構造（以下PIQW）
を用いることが提案されている。この方法について、第
４図により簡単に説明する。
ジクス・レター50巻16号（1987年）第1098頁から第1100
頁（Appl,Phys.Lett.50（16）,1987,pp1098−110）にお
いて、障壁層挿入型の半導体量子井戸構造（以下PIQW）
を用いることが提案されている。この方法について、第
４図により簡単に説明する。
第４図中、符号41はGaAs井戸，符号42はAlGaAs挿入障
壁層，符号43は AlGaAs障壁層，符号44は基底状態の電子の波動関数，符
号45は励起状態の正孔の波動関数を示す。
壁層，符号43は AlGaAs障壁層，符号44は基底状態の電子の波動関数，符
号45は励起状態の正孔の波動関数を示す。
第４図（ａ）は電界０の場合のバンド図である。基底
状態にある電子と正孔の波動関数は重なつており、一定
のエネルギーE0で鋭く強い励起子吸収を生ずる。
状態にある電子と正孔の波動関数は重なつており、一定
のエネルギーE0で鋭く強い励起子吸収を生ずる。
電界≠０（第４図（ｂ））では、バンドが傾くため実
効的なバンドギヤツプEg＊は減少する。井戸の底から測
つた電子と正孔の準位は上昇するが、上記Eg＊の減少の
方が大きいために、吸収ピークは低エネルギー側にシフ
トする。同時に電子と正孔の基底状態の波動関数は互い
に逆方向に偏移するので、その重なりも減少する。量子
井戸の中央部に設けられた薄い障壁層は、上記波動関数
の偏移を大きくためのものである。
効的なバンドギヤツプEg＊は減少する。井戸の底から測
つた電子と正孔の準位は上昇するが、上記Eg＊の減少の
方が大きいために、吸収ピークは低エネルギー側にシフ
トする。同時に電子と正孔の基底状態の波動関数は互い
に逆方向に偏移するので、その重なりも減少する。量子
井戸の中央部に設けられた薄い障壁層は、上記波動関数
の偏移を大きくためのものである。
上記従来技術では、挿入障壁層のバリア高さに対する
配慮が十分ではなかつた。すなわち、弱い電界（50KV
/cm）の場合は、基底状態の波動関数が挿入障壁層を透
過し、エネルギーの高い井戸の方にも存在するという問
題があつた。そのため電子と正孔の基底状態の波動関数
の重なりを十分小さくするには、強い電界が必要であつ
た。
配慮が十分ではなかつた。すなわち、弱い電界（50KV
/cm）の場合は、基底状態の波動関数が挿入障壁層を透
過し、エネルギーの高い井戸の方にも存在するという問
題があつた。そのため電子と正孔の基底状態の波動関数
の重なりを十分小さくするには、強い電界が必要であつ
た。
本発明の目的は、弱い電界下でも、高いオン／オフ比
が得られる量子井戸構造を提案することにある。
が得られる量子井戸構造を提案することにある。
上記目的は、PIQWにおける井戸層を非混晶半導体とし
て、かつ挿入障壁層である半導体に含まれる広いバンド
ギヤツプを有する半導体の組成を0.5以上とすることに
より、達成される。
て、かつ挿入障壁層である半導体に含まれる広いバンド
ギヤツプを有する半導体の組成を0.5以上とすることに
より、達成される。
挿入障壁層における広いバンドギヤツプを持つ半導体
の組成を0.5以上としたことにより、該挿入障壁層のバ
リアは、十分高くなる。例えば、GaAs/AlGaAsではバン
ド不連続がAlAsの組成をｘとすると,x＞0.45の場合 1.247x＋1.147（ｘ−0.45）２（eV） であり、ｘが0.5以上なら626meV以上のバンド不連続に
なる。価電子帯と伝導帯の配分をミラーらの43:57とす
ると、バリア高さは伝導帯で357meV以上になる。そのた
め弱い電界下でも、基底状態の波動関数が挿入障壁層を
透過して、エネルギーの高い井戸の方に存在する確率は
小さくなる。従つて、基底状態の電子と正孔の波動関数
の重なりは、電界を印加することにより急激に減少す
る。
の組成を0.5以上としたことにより、該挿入障壁層のバ
リアは、十分高くなる。例えば、GaAs/AlGaAsではバン
ド不連続がAlAsの組成をｘとすると,x＞0.45の場合 1.247x＋1.147（ｘ−0.45）２（eV） であり、ｘが0.5以上なら626meV以上のバンド不連続に
なる。価電子帯と伝導帯の配分をミラーらの43:57とす
ると、バリア高さは伝導帯で357meV以上になる。そのた
め弱い電界下でも、基底状態の波動関数が挿入障壁層を
透過して、エネルギーの高い井戸の方に存在する確率は
小さくなる。従つて、基底状態の電子と正孔の波動関数
の重なりは、電界を印加することにより急激に減少す
る。
一方、電界が印加されていない場合は０であつた基底
状態の電子と励起状態の正孔間で波動関数の重なり（禁
制遷移）が、電界印加により高エネルギー側に生ずる。
状態の電子と励起状態の正孔間で波動関数の重なり（禁
制遷移）が、電界印加により高エネルギー側に生ずる。
それゆえ、上記基底状態の重なりが作る吸収（励起子
吸収）は、電界印加により急激に小さくなり、主要な吸
収ピークは高エネルギー側にシフトするので、変調光の
波長をフラツトバンドにおける上記励起子吸収ピークの
位置に設定することにより、大きな吸収変化を得ること
ができる。電界の効果を十分得るには、挿入障壁層にお
ける広いバンドギヤツプを持つ半導体の組成は１に近い
方が望ましい。
吸収）は、電界印加により急激に小さくなり、主要な吸
収ピークは高エネルギー側にシフトするので、変調光の
波長をフラツトバンドにおける上記励起子吸収ピークの
位置に設定することにより、大きな吸収変化を得ること
ができる。電界の効果を十分得るには、挿入障壁層にお
ける広いバンドギヤツプを持つ半導体の組成は１に近い
方が望ましい。
以下、本発明の実施例を図により説明する。
第１図は本発明の実施例を示したものである。第１図
において符号11はｎ＋−GaAs基板、符号12はｎ＋−GaAs
バツファ一層、符号131はｎ＋−AlGaAs層、符号132はAl
GaAs層である。AlGaAs層におけるAlの組成は0.5であ
る。符号14は30周期のPIQW、符号15はGaAsキヤツプ層で
ある。PIQW14の構成は、GaAs井戸層141が17原子層,AlAs
挿入障壁層142が３原子層、AlAs障壁層143が32原子層で
ある。符号161はAuのシヨツトキー電極、符号162はAuGe
オーミツク電極である。
において符号11はｎ＋−GaAs基板、符号12はｎ＋−GaAs
バツファ一層、符号131はｎ＋−AlGaAs層、符号132はAl
GaAs層である。AlGaAs層におけるAlの組成は0.5であ
る。符号14は30周期のPIQW、符号15はGaAsキヤツプ層で
ある。PIQW14の構成は、GaAs井戸層141が17原子層,AlAs
挿入障壁層142が３原子層、AlAs障壁層143が32原子層で
ある。符号161はAuのシヨツトキー電極、符号162はAuGe
オーミツク電極である。
次に動作について説明する。電界が印加されていない
場合（第２図（ａ））は、電子の基底状態の波動関数21
と正孔の基底状態の波動関数22は重なつているが、電子
の波動関数21と正孔の励起状態の波動関数23は重なつて
いない。それゆえ、電子と正孔の基底状態間のエネルギ
ー差E0で吸収が生ずる。それが第３図の実線33である。
ただし第３図では励起子の効果を無視している。
場合（第２図（ａ））は、電子の基底状態の波動関数21
と正孔の基底状態の波動関数22は重なつているが、電子
の波動関数21と正孔の励起状態の波動関数23は重なつて
いない。それゆえ、電子と正孔の基底状態間のエネルギ
ー差E0で吸収が生ずる。それが第３図の実線33である。
ただし第３図では励起子の効果を無視している。
電界が印加されると、電子の基底状態の波動関数21
は、低エネルギー側の井戸1410に偏移する。AlAs挿入障
壁層142のバリアが高いため、波動関数21が挿入障壁層1
42を透過して高エネルギー側の井戸1411に存在する確率
は、印加電界が弱くても小さくなる。そのため第３図の
破線34及び35で示した様に、50kV/cm以下の電界でも、
基底状態間の重なりによる吸収31は十分小さくなり（〜
1/10）、また主要な吸収はE0より高エネルギー側の禁制
遷移による吸収32へとシフトする。従つて、E0における
吸収の変化は、弱い電界下でも大きくなる。
は、低エネルギー側の井戸1410に偏移する。AlAs挿入障
壁層142のバリアが高いため、波動関数21が挿入障壁層1
42を透過して高エネルギー側の井戸1411に存在する確率
は、印加電界が弱くても小さくなる。そのため第３図の
破線34及び35で示した様に、50kV/cm以下の電界でも、
基底状態間の重なりによる吸収31は十分小さくなり（〜
1/10）、また主要な吸収はE0より高エネルギー側の禁制
遷移による吸収32へとシフトする。従つて、E0における
吸収の変化は、弱い電界下でも大きくなる。
本実施例では、垂直入射型で説明したが、本発明はこ
れに限ることはなく、導波路型でもよい。
れに限ることはなく、導波路型でもよい。
以上の様に本発明によれば、高い光のオン／オフ比が
低電界強度でも得られるので、バイアス電圧を低くで
き、シヨツトキー電極を用いる場合でも耐圧に注意する
必要がない、また他のデバイスとの集積化も容易にな
る、などの効果がある。
低電界強度でも得られるので、バイアス電圧を低くで
き、シヨツトキー電極を用いる場合でも耐圧に注意する
必要がない、また他のデバイスとの集積化も容易にな
る、などの効果がある。
第１図は本発明の一実施例を示す略式断面図、第２図は
本発明を説明するバンド図、第３図は本発明を説明する
吸収スペクトルを示す図、第４図は従来例を説明するバ
ンド図である。 14……障壁層挿入型量子井戸、21……基底状態の電子の
波動関数、22……基底状態の正孔の波動関数、23……励
起状態の正孔の波動関数、31……基底状態間の重なりに
よる吸収、32……基底状態の電子と励起状態の正孔の重
なりによる吸収、41……GaAs井戸、42……AlGaAs挿入障
壁層、43……AlGaAs障壁層、44……基底状態の電子の波
動関数、45……励起状態の正孔の波動関数、142……AlA
s挿入障壁層、143……AlAs障壁層、1410,1411……GaAs
井戸。
本発明を説明するバンド図、第３図は本発明を説明する
吸収スペクトルを示す図、第４図は従来例を説明するバ
ンド図である。 14……障壁層挿入型量子井戸、21……基底状態の電子の
波動関数、22……基底状態の正孔の波動関数、23……励
起状態の正孔の波動関数、31……基底状態間の重なりに
よる吸収、32……基底状態の電子と励起状態の正孔の重
なりによる吸収、41……GaAs井戸、42……AlGaAs挿入障
壁層、43……AlGaAs障壁層、44……基底状態の電子の波
動関数、45……励起状態の正孔の波動関数、142……AlA
s挿入障壁層、143……AlAs障壁層、1410,1411……GaAs
井戸。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/00 - 1/025 G02F 1/29 - 3/02 H01L 31/14 H01L 31/10 H01S 3/18
Claims (1)
- 【請求項１】AlGaAsの薄層を該AlGaAsのバンドギャップ
より狭いバンドギャップを有するGaAsで挟んだ構造を井
戸とし、該GaAsのバンドギャップより広いバンドギャッ
プを有する半導体層を障壁層とした単一もしくは多重の
障壁層挿入型量子井戸構造膜を有し、該障壁層挿入型量
子井戸構造膜に電界を印加することにより該障壁層挿入
型量子井戸構造膜の光学吸収及び屈折率を変化させる光
変調器において、前記AlGaAsに含まれるAlAsの組成が0.
5以上であることを特徴とする光変調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63249854A JP2810065B2 (ja) | 1988-10-05 | 1988-10-05 | 光変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63249854A JP2810065B2 (ja) | 1988-10-05 | 1988-10-05 | 光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0297921A JPH0297921A (ja) | 1990-04-10 |
| JP2810065B2 true JP2810065B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=17199175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63249854A Expired - Fee Related JP2810065B2 (ja) | 1988-10-05 | 1988-10-05 | 光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2810065B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR0148597B1 (ko) * | 1994-11-23 | 1998-10-15 | 정선종 | 왜곡 성장층을 이용한 금속/반도체 접합 쇼트키 다이오드 광소자 |
-
1988
- 1988-10-05 JP JP63249854A patent/JP2810065B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，Ｖｏｌ．５０ Ｎｏ．１６ ｐｐ．１０９８〜１１００ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0297921A (ja) | 1990-04-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |