JP2902501B2 - 光変調半導体装置 - Google Patents
光変調半導体装置Info
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- G—PHYSICS
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に係り、特に
屈折率変化を用いて光ビームを変調する半導体装置に関
する。
屈折率変化を用いて光ビームを変調する半導体装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】光コンピューティング、光スイッチング
及び光相互接続の３つの分野では、光ビームの変調を必
要としている。光コンピューティング及び光相互接続の
分野では、その表面と垂直な方向に伝播する光ビームに
影響を与える半導体デバイス及びアレイの出現により関
心が高まっている。このようなデバイスは、一般に”サ
ーフィス・ノーマル”（surface-normal：表面垂直）デ
バイスと呼ばれている。表面垂直デバイスへの関心が高
いのは、このデバイスがコンパクトでアレイ製造が可能
となるからであり、またこのデバイスへの及びこのデバ
イスからの光結合が簡便な方法で行えるからである。
及び光相互接続の３つの分野では、光ビームの変調を必
要としている。光コンピューティング及び光相互接続の
分野では、その表面と垂直な方向に伝播する光ビームに
影響を与える半導体デバイス及びアレイの出現により関
心が高まっている。このようなデバイスは、一般に”サ
ーフィス・ノーマル”（surface-normal：表面垂直）デ
バイスと呼ばれている。表面垂直デバイスへの関心が高
いのは、このデバイスがコンパクトでアレイ製造が可能
となるからであり、またこのデバイスへの及びこのデバ
イスからの光結合が簡便な方法で行えるからである。
【０００３】最近バラエティに富んだ表面垂直光変調器
が出現している。最初の表面垂直光変調器の中には、半
導体量子井戸の電気吸収効果（electroabsorption）に
基づくものがあった。即ち、その半導体量子井戸材料の
光学的吸収係数を電気的に変化させることによって、そ
の変調器の表面を照射する光ビームが半導体量子井戸に
よって吸収され、または大きな吸収なしにその変調器を
透過させる。その結果、変調器からの出力する光信号
は、その変調器に入力する電気信号の光ヴァージョンと
なる。半導体量子井戸材料を用い電気吸収効果の原理に
基づいた高速表面垂直光変調器の一例は、米国特許第
４，５２５，６８７号に開示されている。
が出現している。最初の表面垂直光変調器の中には、半
導体量子井戸の電気吸収効果（electroabsorption）に
基づくものがあった。即ち、その半導体量子井戸材料の
光学的吸収係数を電気的に変化させることによって、そ
の変調器の表面を照射する光ビームが半導体量子井戸に
よって吸収され、または大きな吸収なしにその変調器を
透過させる。その結果、変調器からの出力する光信号
は、その変調器に入力する電気信号の光ヴァージョンと
なる。半導体量子井戸材料を用い電気吸収効果の原理に
基づいた高速表面垂直光変調器の一例は、米国特許第
４，５２５，６８７号に開示されている。
【０００４】電気吸収効果を用いた変調器が温度に敏感
であることは、デバイス及びシステム設計にとってある
程度マイナスである。これらの変調器が光ビームを吸収
するとき、吸収過程によって変調器は熱力学的効果を生
ずる。このことは半導体量子井戸電気吸収効果変調器に
とって特に都合が悪い。なぜならば光ビームの波長は量
子井戸材料の吸収バンド端近くの波長に調整されるから
である。吸収バンド端は温度変化にきわめて敏感であ
る。吸収過程によって変調器が熱を持つことは、半導体
量子井戸材料での吸収バンド端のシフトを引き起こし、
光ビームの波長が変調器の吸収バンド端と一致しなくな
る。その結果、変調器は光ビームを変調することができ
なくなる。
であることは、デバイス及びシステム設計にとってある
程度マイナスである。これらの変調器が光ビームを吸収
するとき、吸収過程によって変調器は熱力学的効果を生
ずる。このことは半導体量子井戸電気吸収効果変調器に
とって特に都合が悪い。なぜならば光ビームの波長は量
子井戸材料の吸収バンド端近くの波長に調整されるから
である。吸収バンド端は温度変化にきわめて敏感であ
る。吸収過程によって変調器が熱を持つことは、半導体
量子井戸材料での吸収バンド端のシフトを引き起こし、
光ビームの波長が変調器の吸収バンド端と一致しなくな
る。その結果、変調器は光ビームを変調することができ
なくなる。
【０００５】他の問題は、吸収によって生ずる変調器の
電気キャリアの発生である。電気キャリアは印加電界を
遮る傾向があるために、キャリア密度が十分に高いレベ
ルに達すると変調が停止してしまう。また、キャリア発
生は半導体材料の光吸収係数を低下させる傾向もある。
このことが半導体電気吸収効果変調器の低輝度光ビーム
への応用を制限している。
電気キャリアの発生である。電気キャリアは印加電界を
遮る傾向があるために、キャリア密度が十分に高いレベ
ルに達すると変調が停止してしまう。また、キャリア発
生は半導体材料の光吸収係数を低下させる傾向もある。
このことが半導体電気吸収効果変調器の低輝度光ビーム
への応用を制限している。
【０００６】このような電気吸収効果変調器に対して、
光変調器は光ビームの透過を制御するために半導体材料
の屈折率変化を利用するように設計されている。これら
のデバイスは光吸収過程を必要としないことから、電気
吸収効果変調器の上記問題は回避される。屈折率変化を
用いた光変調器は入射光ビームを吸収しない。そのため
に変調過程において熱的及び電気的効果は回避され、高
輝度変調が可能となる。さらに、変調器が透過及び反射
の状態間でスイッチされるために、屈折率変化を用いた
変調器の方がシステム構築に有利であることが分かる。
この変調器において光ビームの損失は実際上存在しな
い。従って、屈折率変化を採用した変調器は、２個の検
出器によって読むことが可能となる。即ち、反射光信号
を測定する検出器と透過光信号を測定する他の検出器と
であり、そのことがシステムの融通性を向上させること
にもなる。
光変調器は光ビームの透過を制御するために半導体材料
の屈折率変化を利用するように設計されている。これら
のデバイスは光吸収過程を必要としないことから、電気
吸収効果変調器の上記問題は回避される。屈折率変化を
用いた光変調器は入射光ビームを吸収しない。そのため
に変調過程において熱的及び電気的効果は回避され、高
輝度変調が可能となる。さらに、変調器が透過及び反射
の状態間でスイッチされるために、屈折率変化を用いた
変調器の方がシステム構築に有利であることが分かる。
この変調器において光ビームの損失は実際上存在しな
い。従って、屈折率変化を採用した変調器は、２個の検
出器によって読むことが可能となる。即ち、反射光信号
を測定する検出器と透過光信号を測定する他の検出器と
であり、そのことがシステムの融通性を向上させること
にもなる。
【０００７】屈折率変化を採用した表面垂直変調器を実
現しようとする従来の試みは、十分な成功が得られたと
はいえない。変調の深さが、第１近似で、半導体材料の
屈折率変化とその厚さとの積に比例するからである。屈
折率変化は、半導体材料の選択とそれに印加される電界
の大きさとに依存する。入手できる技術論文から、この
ような屈折率形変調器に一般に用いられる半導体材料の
厚さは、同じ変調能力を有する吸収形変調器の半導体材
料の厚さより５〜１０倍厚いことが分かる。
現しようとする従来の試みは、十分な成功が得られたと
はいえない。変調の深さが、第１近似で、半導体材料の
屈折率変化とその厚さとの積に比例するからである。屈
折率変化は、半導体材料の選択とそれに印加される電界
の大きさとに依存する。入手できる技術論文から、この
ような屈折率形変調器に一般に用いられる半導体材料の
厚さは、同じ変調能力を有する吸収形変調器の半導体材
料の厚さより５〜１０倍厚いことが分かる。
【０００８】典型的な半導体屈折率形変調器は、応用物
理レターズ、第５１巻、Ｎｏ．２３、ｐｐ．１８７６−
８（１９８７）及び同じく第５３巻、Ｎｏ．８、ｐｐ．
６３７−９（１９８８）に開示されている。実際には、
表面垂直変調器の半導体層に対して垂直方向に制御電界
をかけることが望ましい。その際、表面垂直屈折率形変
調器に対する印加電圧は表面垂直電気吸収効果形変調器
が同程度の変調能力を発揮するときの印加電圧に比べて
かなり高いことが報告されている。
理レターズ、第５１巻、Ｎｏ．２３、ｐｐ．１８７６−
８（１９８７）及び同じく第５３巻、Ｎｏ．８、ｐｐ．
６３７−９（１９８８）に開示されている。実際には、
表面垂直変調器の半導体層に対して垂直方向に制御電界
をかけることが望ましい。その際、表面垂直屈折率形変
調器に対する印加電圧は表面垂直電気吸収効果形変調器
が同程度の変調能力を発揮するときの印加電圧に比べて
かなり高いことが報告されている。
【０００９】上記１９８７年の論文に記載された屈折率
形変調器は、ＧａＡｓおよびＡｌＡｓの半導体層が３０
周期積層された誘電体ミラーから構成される。これら３
０周期の半導体層の各々の厚さは、その各々の屈折率の
４倍で除された所定波長の値に等しい。このようなミラ
ーは前記所定波長近傍のある範囲の波長光に対して高い
反射率を有する。しかし、この波長範囲の端で変調器は
突然に透過状態となる。このミラーの挟む接触部を通し
て、その半導体層に垂直に電界が印加される。この電界
印加によってＧａＡｓ層の屈折率変化が引き起こされ、
それがミラーの反射特性をわずかにシフトさせる。ミラ
ーの反射波長範囲の端近傍に波長調整された光ビーム
は、ミラーの反射特性のシフトによって変調される。
形変調器は、ＧａＡｓおよびＡｌＡｓの半導体層が３０
周期積層された誘電体ミラーから構成される。これら３
０周期の半導体層の各々の厚さは、その各々の屈折率の
４倍で除された所定波長の値に等しい。このようなミラ
ーは前記所定波長近傍のある範囲の波長光に対して高い
反射率を有する。しかし、この波長範囲の端で変調器は
突然に透過状態となる。このミラーの挟む接触部を通し
て、その半導体層に垂直に電界が印加される。この電界
印加によってＧａＡｓ層の屈折率変化が引き起こされ、
それがミラーの反射特性をわずかにシフトさせる。ミラ
ーの反射波長範囲の端近傍に波長調整された光ビーム
は、ミラーの反射特性のシフトによって変調される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
デバイスにおいて適度な変調を得ようとすれば、５０〜
１００Ｖオーダーの印加電圧で動作させる必要があっ
た。このような印加電圧はあまりに高圧であり、光コン
ピューティング及び光相互接続を実現する上での問題と
なっていた。
デバイスにおいて適度な変調を得ようとすれば、５０〜
１００Ｖオーダーの印加電圧で動作させる必要があっ
た。このような印加電圧はあまりに高圧であり、光コン
ピューティング及び光相互接続を実現する上での問題と
なっていた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は光変調器が導電
形を交互に変化させたドーパント層をヘテロ界面で積層
した周期的半導体ヘテロ構造として実現され、本発明に
よる屈折率変化形光変調器において低電圧動作が達成さ
れる。側面ドープ接触層は変調器ヘテロ構造の各側面上
に形成される。各側面ドープ接触層は、同じ導電形の全
てのドーパント層と選択的に接触し、変調器ヘテロ構造
内でインターリーブ接触構造を形成する。これによっ
て、接触層を介して印加された電圧は周期的半導体ヘテ
ロ構造の各層にわたって等しく現れ、それにより所望電
界強度を得るのに必要な電圧を大きく低下させることが
できる。
形を交互に変化させたドーパント層をヘテロ界面で積層
した周期的半導体ヘテロ構造として実現され、本発明に
よる屈折率変化形光変調器において低電圧動作が達成さ
れる。側面ドープ接触層は変調器ヘテロ構造の各側面上
に形成される。各側面ドープ接触層は、同じ導電形の全
てのドーパント層と選択的に接触し、変調器ヘテロ構造
内でインターリーブ接触構造を形成する。これによっ
て、接触層を介して印加された電圧は周期的半導体ヘテ
ロ構造の各層にわたって等しく現れ、それにより所望電
界強度を得るのに必要な電圧を大きく低下させることが
できる。
【００１２】本発明の一実施例における変調器は、Ｇａ
Ａｓ及びＡｌＡｓ半導体層の周期的構造を用いて実現さ
れる。ドーパント層はヘテロ界面での標準的デルタドー
ピング技術を用いて形成され、導電形をｐ形からｎ形の
間で交互に変化させる。
Ａｓ及びＡｌＡｓ半導体層の周期的構造を用いて実現さ
れる。ドーパント層はヘテロ界面での標準的デルタドー
ピング技術を用いて形成され、導電形をｐ形からｎ形の
間で交互に変化させる。
【００１３】他の実施例における変調器は、同じ印加電
界に対してより大きな屈折率変化を達成するために、狭
バンドギャップ材料で量子井戸の採用された周期的構造
において実現される。
界に対してより大きな屈折率変化を達成するために、狭
バンドギャップ材料で量子井戸の採用された周期的構造
において実現される。
【００１４】本発明の原理にしたがって表面垂直半導体
光変調器が実現される。この変調器は低電圧で動作する
利点がある。即ち、低電圧で半導体材料の屈折率の変化
を引き起こし、それによって照射光ビームを変調する。
本変調器は入射光ビームを吸収しないから、不都合な熱
的及び電気的効果を回避できる。
光変調器が実現される。この変調器は低電圧で動作する
利点がある。即ち、低電圧で半導体材料の屈折率の変化
を引き起こし、それによって照射光ビームを変調する。
本変調器は入射光ビームを吸収しないから、不都合な熱
的及び電気的効果を回避できる。
【００１５】本発明による半導体光変調器において、異
なる屈折率を有する２つの半導体材料を交互に順次積層
成長させ、各層がある所定波長の約１／４の厚さを有す
る周期的構造の半導体ミラーを形成する。その際、デル
タドープ層が各ヘテロ界面に挿入される。各デルタドー
プ層の導電形は１つのヘテロ界面から次の界面へ交互に
なる。側面オーミック接触層は、半導体ヘテロ構造のｎ
形デルタドープ層に対して一方のエッジに沿って選択的
に形成され、ｐ形デルタドープ層に対して他方のエッジ
に沿って選択的に形成される。インターリーブオーミッ
ク接触層構造は変調器内に形成される。通常の低電圧を
側面接触層に印加することによって、それらの層で屈折
率変化が生じ、そのミラーは照射光ビームの反射及び透
過による変調動作を行う。
なる屈折率を有する２つの半導体材料を交互に順次積層
成長させ、各層がある所定波長の約１／４の厚さを有す
る周期的構造の半導体ミラーを形成する。その際、デル
タドープ層が各ヘテロ界面に挿入される。各デルタドー
プ層の導電形は１つのヘテロ界面から次の界面へ交互に
なる。側面オーミック接触層は、半導体ヘテロ構造のｎ
形デルタドープ層に対して一方のエッジに沿って選択的
に形成され、ｐ形デルタドープ層に対して他方のエッジ
に沿って選択的に形成される。インターリーブオーミッ
ク接触層構造は変調器内に形成される。通常の低電圧を
側面接触層に印加することによって、それらの層で屈折
率変化が生じ、そのミラーは照射光ビームの反射及び透
過による変調動作を行う。
【００１６】デルタドーピングは”原子層ドーピング”
という用語と同義である。デルタドーピング層について
は実施例において説明されるが、半導体材料の薄い高ド
ープ層はデルタドープ層に置き換えてもよい。薄い高ド
ープ層はドーパント原子の単一層より厚いと考えられ
る。
という用語と同義である。デルタドーピング層について
は実施例において説明されるが、半導体材料の薄い高ド
ープ層はデルタドープ層に置き換えてもよい。薄い高ド
ープ層はドーパント原子の単一層より厚いと考えられ
る。
【００１７】変調器は標準的なエピタキシャルプロセス
技術、例えば分子線エピタキシー及び有機金属化学気相
成長のような気相エピタキシーなどにより製造される。
本発明によるデバイスを実現するための半導体層成長、
不純物ドーピング、原子層又はデルタ不純物ドーピン
グ、フォトリソグラフィー及び接触金属形成を含む製造
技術は、当業者に周知である。
技術、例えば分子線エピタキシー及び有機金属化学気相
成長のような気相エピタキシーなどにより製造される。
本発明によるデバイスを実現するための半導体層成長、
不純物ドーピング、原子層又はデルタ不純物ドーピン
グ、フォトリソグラフィー及び接触金属形成を含む製造
技術は、当業者に周知である。
【００１８】
【実施例】図１は、本発明による半導体変調器構造の一
実施例を示す模式的断面構成図である。本実施例の変調
器は波長λｓの入射光ビーム１９を変調する。本実施例
の特定構造及び組成において、光ビーム１９の波長λｓ
は１．０６μｍに選定される。本実施例の構造はノンド
ープＧａＡｓ基板１０上にエピタキシャル成長によって
形成される。半導体層の周期的積層によって誘電体ミラ
ーが形成される。この周期的積層は、広いバンドギャッ
プ層１１、ドーパント層δｐ、狭いバンドギャップ層１
２、及びドーパント層δｎの一連のペア層で構成され
る。層１１はＡｌＡｓ、層δｐはＢｅ，Ｍｇ，Ｃ，Ｚｎ
及びＧｅ等のｐ形ドーパント材料、層δｎはＳｉ，Ｓ
ｎ，Ｓｅ，及びＳ等のｎ形ドーパント材料である。領域
１３は上記一連のペア層が複数周期的に積層されて構成
される。層１４及び１５は、この周期的積層の最終ペア
の層である。層１４は、その下にδｎ層、その上にδｐ
層を伴う広いバンドギャップ層である。層１５は狭いバ
ンドギャップ層である。
実施例を示す模式的断面構成図である。本実施例の変調
器は波長λｓの入射光ビーム１９を変調する。本実施例
の特定構造及び組成において、光ビーム１９の波長λｓ
は１．０６μｍに選定される。本実施例の構造はノンド
ープＧａＡｓ基板１０上にエピタキシャル成長によって
形成される。半導体層の周期的積層によって誘電体ミラ
ーが形成される。この周期的積層は、広いバンドギャッ
プ層１１、ドーパント層δｐ、狭いバンドギャップ層１
２、及びドーパント層δｎの一連のペア層で構成され
る。層１１はＡｌＡｓ、層δｐはＢｅ，Ｍｇ，Ｃ，Ｚｎ
及びＧｅ等のｐ形ドーパント材料、層δｎはＳｉ，Ｓ
ｎ，Ｓｅ，及びＳ等のｎ形ドーパント材料である。領域
１３は上記一連のペア層が複数周期的に積層されて構成
される。層１４及び１５は、この周期的積層の最終ペア
の層である。層１４は、その下にδｎ層、その上にδｐ
層を伴う広いバンドギャップ層である。層１５は狭いバ
ンドギャップ層である。
【００１９】反射効果を制御しまた層１５を保護するた
めに、反射防止コーティングを設けも良い。反射コーテ
ィング材料の使用は自由であるから図示されていない。
反射は層１５の膜厚を慎重に選ぶことによって制御され
得る。実験例からすれば、層１５の厚さは９００Ａ（オ
ングストローム）に選定され、それは周期的に積層され
た狭いバンドギャップ層の厚さより若干厚くなってい
る。図１に示す構造において、広いバンドギャップ層は
約８３５Ａの厚さを有し、狭いバンドギャップ層は約７
１５Ａの厚さを有する。３０周期のペア層が基板１０上
に成長されている。各ドーピング層は、約１０13ｃｍ-2
のキャリア密度を生じるように堆積される。
めに、反射防止コーティングを設けも良い。反射コーテ
ィング材料の使用は自由であるから図示されていない。
反射は層１５の膜厚を慎重に選ぶことによって制御され
得る。実験例からすれば、層１５の厚さは９００Ａ（オ
ングストローム）に選定され、それは周期的に積層され
た狭いバンドギャップ層の厚さより若干厚くなってい
る。図１に示す構造において、広いバンドギャップ層は
約８３５Ａの厚さを有し、狭いバンドギャップ層は約７
１５Ａの厚さを有する。３０周期のペア層が基板１０上
に成長されている。各ドーピング層は、約１０13ｃｍ-2
のキャリア密度を生じるように堆積される。
【００２０】ヘテロ構造を成長させた後、エッチングに
よってメサ構造を実現する。一例としてメサ構造の寸法
は約２００μｍ平方である。このメサ構造を実現するに
は、標準的なフォトリソグラフィ及びエッチング技術が
適している。実験において、Ｈ2Ｏ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ3ＰＯ4
が６４：２０：１６の溶液を用いて、図１に示すような
外側に広がった側面エッジを有するメサ構造を形成し
た。
よってメサ構造を実現する。一例としてメサ構造の寸法
は約２００μｍ平方である。このメサ構造を実現するに
は、標準的なフォトリソグラフィ及びエッチング技術が
適している。実験において、Ｈ2Ｏ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ3ＰＯ4
が６４：２０：１６の溶液を用いて、図１に示すような
外側に広がった側面エッジを有するメサ構造を形成し
た。
【００２１】ドーピング層へのオーミック接触を取るた
めに、メサ構造の側面エッジ上に通常の選択的ドーピン
グ接触部が堆積される。特に、接触部２１は層δｐとオ
ーミック接触し、接触部１７は層δｎとオーミック接触
する。リード線１６及び１８は、それぞれ接触部２１及
び１７でこの変調器に電圧を印加するためのものであ
る。実験例において、ｐ形接触部は亜鉛のようなｐ形ド
ーパントでドープされた金のような金属を用いて製造さ
れる。ｎ形接触部はスズのようなｎ形ドーパントでドー
プされた金のような金属を用い、同様の方法で製造され
る。接触部１７及び２１の製造には標準的な金属堆積技
術が用いられる。そして、適当な時間及び温度（例えば
４４０℃で１分間）で合金化（アロイング）を行い、ド
ープ層の選択的接触を達成する。接触部２１に接した領
域では、層δｐが接触部２１とオーミック接触を形成
し、層δｎは接触部２１とｐｎ接触を形成する。接触部
１７に接した領域では、層δｎが接触部１７とオーミッ
ク接触を形成し、層δｐは接触部１７とｐｎ接触を形成
する。
めに、メサ構造の側面エッジ上に通常の選択的ドーピン
グ接触部が堆積される。特に、接触部２１は層δｐとオ
ーミック接触し、接触部１７は層δｎとオーミック接触
する。リード線１６及び１８は、それぞれ接触部２１及
び１７でこの変調器に電圧を印加するためのものであ
る。実験例において、ｐ形接触部は亜鉛のようなｐ形ド
ーパントでドープされた金のような金属を用いて製造さ
れる。ｎ形接触部はスズのようなｎ形ドーパントでドー
プされた金のような金属を用い、同様の方法で製造され
る。接触部１７及び２１の製造には標準的な金属堆積技
術が用いられる。そして、適当な時間及び温度（例えば
４４０℃で１分間）で合金化（アロイング）を行い、ド
ープ層の選択的接触を達成する。接触部２１に接した領
域では、層δｐが接触部２１とオーミック接触を形成
し、層δｎは接触部２１とｐｎ接触を形成する。接触部
１７に接した領域では、層δｎが接触部１７とオーミッ
ク接触を形成し、層δｐは接触部１７とｐｎ接触を形成
する。
【００２２】図２は、実質的ゼロバイアス下での本実施
例のエネルギバンド図である。図２において、各層の厚
さは、その層を構成する半導体材料の屈折率の４倍で除
された所定波長の関数で決定される。この所定波長λは
光ビーム１９の波長より短く選定されることが望まし
い。しかしながら、光ビーム１９は周期的積層の層厚を
設計する際に用いられる所定波長より短い波長を示すこ
とは考えられる。
例のエネルギバンド図である。図２において、各層の厚
さは、その層を構成する半導体材料の屈折率の４倍で除
された所定波長の関数で決定される。この所定波長λは
光ビーム１９の波長より短く選定されることが望まし
い。しかしながら、光ビーム１９は周期的積層の層厚を
設計する際に用いられる所定波長より短い波長を示すこ
とは考えられる。
【００２３】図３は、２つの異なった電圧に応じた本実
施例の反射特性のシフトによる波長に対する微分透過特
性を示すグラフである。微分透過特性は、印加電圧１
（Ｖ）および−１（Ｖ）に応じた変調器の反射特性のシ
フトにより生じる。このデバイスでは、波長１．０５８
５μｍで最大の相対透過変化率（約１６％）が生じてい
る。微分透過式の分子で定義される透過率の最大変化は
波長１．０６μｍで４．６％であった。
施例の反射特性のシフトによる波長に対する微分透過特
性を示すグラフである。微分透過特性は、印加電圧１
（Ｖ）および−１（Ｖ）に応じた変調器の反射特性のシ
フトにより生じる。このデバイスでは、波長１．０５８
５μｍで最大の相対透過変化率（約１６％）が生じてい
る。微分透過式の分子で定義される透過率の最大変化は
波長１．０６μｍで４．６％であった。
【００２４】ある印加電界に対する屈折率の変化量を増
大させるために、量子井戸は周期的積層の各ペアの狭い
バンドギャップ層に含まれても良い。図４には多重量子
井戸構造が示されており、そこでは量子井戸が広いバン
ドギャップ層（ＡｌＧａＡｓ）により分離されたＧａＡ
ｓ層によって形成されている。図４に示す構造におい
て、狭いバンドギャップ量子井戸は約９２Ａの厚さを有
し、広いバンドギャップバリア層は約３５Ａの厚さを有
している。
大させるために、量子井戸は周期的積層の各ペアの狭い
バンドギャップ層に含まれても良い。図４には多重量子
井戸構造が示されており、そこでは量子井戸が広いバン
ドギャップ層（ＡｌＧａＡｓ）により分離されたＧａＡ
ｓ層によって形成されている。図４に示す構造におい
て、狭いバンドギャップ量子井戸は約９２Ａの厚さを有
し、広いバンドギャップバリア層は約３５Ａの厚さを有
している。
【００２５】本発明による変調器の基本的特徴は接触部
へ印加された電圧が各周期層にわたって同一に現れるこ
とである。従って、光ビームを変調するに十分な屈折率
変化を生じさせる電界強度は、従来の構造に比べてはる
かに小さい電圧で達成できる。
へ印加された電圧が各周期層にわたって同一に現れるこ
とである。従って、光ビームを変調するに十分な屈折率
変化を生じさせる電界強度は、従来の構造に比べてはる
かに小さい電圧で達成できる。
【００２６】なお、半導体ヘテロ構造を製造するため
に、本実施例ではＧａＡｓ／ＡｌＡｓ材料系を用いた
が、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌ
Ａｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｓＳｂ
／ＧａＡｌＡｓＳｂ、およびＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ等
のＩＩＩ−Ｖ族半導体系から選択された材料でも良い。
これらの半導体系において、それらの層にはＧａＡｓま
たはＩｎＰ基板が格子整合し適している。ひずみ層が基
板材料上に成長すると、非整合も考えられる。また、本
発明によるデバイス構造をＩＩ−ＶＩ族およびＩＶ族の
化合物半導体まで拡張することも考えられる。
に、本実施例ではＧａＡｓ／ＡｌＡｓ材料系を用いた
が、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌ
Ａｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｓＳｂ
／ＧａＡｌＡｓＳｂ、およびＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ等
のＩＩＩ−Ｖ族半導体系から選択された材料でも良い。
これらの半導体系において、それらの層にはＧａＡｓま
たはＩｎＰ基板が格子整合し適している。ひずみ層が基
板材料上に成長すると、非整合も考えられる。また、本
発明によるデバイス構造をＩＩ−ＶＩ族およびＩＶ族の
化合物半導体まで拡張することも考えられる。
【００２７】なお、図１において、より効率的に変調器
を通して光を透過させるために、基板に浅い凹部２０を
エッチング形成することが望ましい。
を通して光を透過させるために、基板に浅い凹部２０を
エッチング形成することが望ましい。
【００２８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
る半導体装置は低電圧で十分な屈折率変化を得ることが
でき、入射光を反射又は透過させることができる。
る半導体装置は低電圧で十分な屈折率変化を得ることが
でき、入射光を反射又は透過させることができる。
【図１】本発明による半導体変調器構造の一実施例を示
す模式的断面構成図である。
す模式的断面構成図である。
【図２】実質的ゼロバイアス下での本実施例のエネルギ
バンド図である。
バンド図である。
【図３】２つの異なった電圧に応じた本実施例の反射特
性のシフトによる波長に対する微分透過特性を示すグラ
フである。
性のシフトによる波長に対する微分透過特性を示すグラ
フである。
【図４】実質的ゼロバイアス下での他の実施例のエネル
ギバンド図である。
ギバンド図である。
１０ ノンドープＧａＡｓ基板 １７、２１ 接触部 １９ 光ビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キース ダブリュ．グーセン アメリカ合衆国 07747 ニュージャー ジィ、アバディーン、デボラ レーン 18 (72)発明者 ウィリアム ワイ．ジャン アメリカ合衆国 07076 ニュージャー ジィ、スコッチ プレインズ、ゲリー コート ４ (56)参考文献 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．51 Ｎｏ．23（1987年）ｐｐ．1876〜1878 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．50 Ｎｏ．23（1987年）ｐｐ．915〜917
Claims (7)
- 【請求項１】 複数の半導体層ペアを有し、前記半導体
層の各ペアは第１屈折率を有する第１半導体層（１
１）、第１デルタドーピング層（δｐ）、第２屈折率を
有する第２半導体層（１２）、および第２デルタドーピ
ング層（δｎ）からなり、前記第１屈折率は前記第２屈
折率とは異なり、前記第１デルタドーピング層（δｐ）
は前記第２デルタドーピング層（δｎ）と反対の導電形
を有する、メサ形成された光変調半導体装置において、 前記第１及び第２半導体層に垂直に電界が印加されるよ
うに、前前記メサの側面上に第１及び第２の電気接触層
（２１，１７）が形成され、 前記第１電気接触層（２１）は、前記第１デルタドーピ
ング層（δｐ）と類似の導電形のドーパント材料を含
み、各ペアにおける第１電気接触層（２１）と前記第１
デルタドーピング層（δｐ）との間にオーミック接触を
形成し、 前記第２電気接触層（１７）は、前記第２デルタドーピ
ング層（δｎ）と類似の導電形のドーパント材料を含
み、各ペアにおける第２電気接触層（１７）と前記第２
デルタドーピング層（δｎ）との間にオーミック接触を
形成する、 ことを特徴とする所定波長の光ビームの反射および透過
を行う光変調半導体装置。 - 【請求項２】 前記第１半導体層は、第１層厚及び第１
屈折率を有し、該第１層厚と第１屈折率との積が１／４
と前記所定波長との積に等しく、 前記第２半導体層は、第２層厚及び第２屈折率を有し、
該第２層厚と第２屈折率との積が１／４と前記所定波長
との積に等しい、 ことを特徴とする請求項１記載の光変調半導体装置。 - 【請求項３】 前記第１半導体層の層平面に実質的に垂
直に光ビームを方向付ける手段を更に有することを特徴
とする請求項１記載の半導体装置。 - 【請求項４】 前記第１及び第２半導体層は、ＩＩＩ−
Ｖ族半導体系から選択された半導体材料よりなることを
特徴とする請求項１記載の光変調半導体装置。 - 【請求項５】 前記第１及び第２半導体層は、ＧａＡｌ
Ａｓ系から選択された化合物よりなることを特徴とする
請求項４記載の光変調半導体装置。 - 【請求項６】 前記第１及び第２半導体層は、ＩｎＧａ
ＡｌＡｓ系から選択された化合物よりなることを特徴と
する請求項４記載の光変調半導体装置。 - 【請求項７】 前記第１及び第２半導体層は、ＩｎＧａ
ＡｓＰ系から選択された化合物よりなることを特徴とす
る請求項４記載の光変調半導体装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/526,084 US5093695A (en) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | Controllable semiconductor modulator having interleaved contacts |
| US526084 | 1990-05-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04229823A JPH04229823A (ja) | 1992-08-19 |
| JP2902501B2 true JP2902501B2 (ja) | 1999-06-07 |
Family
ID=24095846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3131620A Expired - Lifetime JP2902501B2 (ja) | 1990-05-18 | 1991-05-08 | 光変調半導体装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5093695A (ja) |
| EP (1) | EP0457483B1 (ja) |
| JP (1) | JP2902501B2 (ja) |
| DE (1) | DE69116595T2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5239186A (en) * | 1991-08-26 | 1993-08-24 | Trw Inc. | Composite quantum well infrared detector |
| US5208695A (en) * | 1991-09-20 | 1993-05-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Optical modulator based on gamma -X valley mixing in GaAs-AlAs |
| FR2689683B1 (fr) * | 1992-04-07 | 1994-05-20 | Thomson Composants Microondes | Dispositif semiconducteur a transistors complementaires. |
| US5608230A (en) * | 1992-12-21 | 1997-03-04 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Strained superlattice semiconductor photodetector having a side contact structure |
| EP0622880A3 (en) * | 1993-04-30 | 1995-01-25 | At & T Corp | Heterogeneous interface with reduced resistance. |
| US5510277A (en) * | 1994-06-29 | 1996-04-23 | At&T Corp. | Surface treatment for silicon substrates |
| US5627854A (en) * | 1995-03-15 | 1997-05-06 | Lucent Technologies Inc. | Saturable bragg reflector |
| AU5611898A (en) * | 1996-12-20 | 1998-07-17 | Emory University | Low-temperature-grown be-doped ingaas/ina1as multiple quantum wells |
| FR2758657B1 (fr) * | 1997-01-17 | 1999-04-09 | France Telecom | Photodetecteur metal-semiconducteur-metal |
| JP3652977B2 (ja) | 2000-06-06 | 2005-05-25 | ユーディナデバイス株式会社 | 半導体受光装置およびその製造方法 |
| JP2002083999A (ja) * | 2000-06-21 | 2002-03-22 | Sharp Corp | 半導体発光素子 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4525687A (en) * | 1983-02-28 | 1985-06-25 | At&T Bell Laboratories | High speed light modulator using multiple quantum well structures |
| US4716449A (en) * | 1984-03-14 | 1987-12-29 | American Telephone And Telegraph Company At&T Bell Laboratories | Nonlinear and bistable optical device |
| JPS63108733A (ja) * | 1986-10-24 | 1988-05-13 | Nec Corp | 半導体集積回路 |
| US4929064A (en) * | 1988-07-21 | 1990-05-29 | American Telephone And Telegraph Company | Optical communications modulator device |
-
1990
- 1990-05-18 US US07/526,084 patent/US5093695A/en not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-05-08 JP JP3131620A patent/JP2902501B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-08 EP EP91304143A patent/EP0457483B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-08 DE DE69116595T patent/DE69116595T2/de not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５０ Ｎｏ．２３（１９８７年）ｐｐ．９１５〜９１７ |
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１ Ｎｏ．２３（１９８７年）ｐｐ．１８７６〜１８７８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0457483B1 (en) | 1996-01-24 |
| EP0457483A2 (en) | 1991-11-21 |
| US5093695A (en) | 1992-03-03 |
| EP0457483A3 (en) | 1992-08-05 |
| DE69116595D1 (de) | 1996-03-07 |
| DE69116595T2 (de) | 1996-09-05 |
| JPH04229823A (ja) | 1992-08-19 |
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