JP3208418B2 - 半導体量子井戸光変調器 - Google Patents
半導体量子井戸光変調器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路を構成する多
重量子井戸層の吸収係数，或は屈折率を外部電界で制御
して、光導波路を通過する光の強度，或は位相を、入射
光の偏光方向に依らずに制御する光導波路形変調器いわ
ゆる半導体量子井戸光変調器に関するものである。
重量子井戸層の吸収係数，或は屈折率を外部電界で制御
して、光導波路を通過する光の強度，或は位相を、入射
光の偏光方向に依らずに制御する光導波路形変調器いわ
ゆる半導体量子井戸光変調器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）や
有機金属化学気相成長法（ＭＯＶＰＥ）など化合物半導
体極薄膜作製技術の進展によって半導体多重量子井戸
（ＭＱＷ）や超格子構造が登場し、これまで用いられて
きたバルク半導体に比べ著しいオプトエレクトニクス素
子の特性改良が可能となっている。このうちＭＱＷ構造
に電界を印加してその吸収係数や，屈折率を変化させる
電界吸収効果、電界屈折率効果はバルク半導体に比べ非
常に顕著で、これを用いて高速・低電圧駆動な光変調器
が実現している。
有機金属化学気相成長法（ＭＯＶＰＥ）など化合物半導
体極薄膜作製技術の進展によって半導体多重量子井戸
（ＭＱＷ）や超格子構造が登場し、これまで用いられて
きたバルク半導体に比べ著しいオプトエレクトニクス素
子の特性改良が可能となっている。このうちＭＱＷ構造
に電界を印加してその吸収係数や，屈折率を変化させる
電界吸収効果、電界屈折率効果はバルク半導体に比べ非
常に顕著で、これを用いて高速・低電圧駆動な光変調器
が実現している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術での半導体多重量子井戸構造によれば、ポテンシ
ャルの形状は図７(a)及び(b)に示すように矩形であり、
入射光の偏光方向により電界効果は著しく異なる。すな
わち、図４(a)および(b)に示すように、入射光の偏光方
向が多層膜に平行（ＴＥ偏光と呼ばれる）、或は垂直
（ＴＭ偏光と呼ばれる）により、半導体多重量子井戸構
造の吸収スペクトル変化は非常に異なり、ＴＥ偏光では
軽い正孔と電子からなる励起子吸収（(a)のｅ-ｌｈ）と
重い正孔と電子からなる励起子吸収（(a)のｅ-ｈｈ）が
両方観測されるのに対し、入射光の偏光方向がＴＭ偏光
の場合には、軽い正孔と電子からなる励起子吸収（(b)
のｅ-ｌｈ）しか観測されないため入射光の偏光方向を
常に一定の方向に保つ必要があった。
来技術での半導体多重量子井戸構造によれば、ポテンシ
ャルの形状は図７(a)及び(b)に示すように矩形であり、
入射光の偏光方向により電界効果は著しく異なる。すな
わち、図４(a)および(b)に示すように、入射光の偏光方
向が多層膜に平行（ＴＥ偏光と呼ばれる）、或は垂直
（ＴＭ偏光と呼ばれる）により、半導体多重量子井戸構
造の吸収スペクトル変化は非常に異なり、ＴＥ偏光では
軽い正孔と電子からなる励起子吸収（(a)のｅ-ｌｈ）と
重い正孔と電子からなる励起子吸収（(a)のｅ-ｈｈ）が
両方観測されるのに対し、入射光の偏光方向がＴＭ偏光
の場合には、軽い正孔と電子からなる励起子吸収（(b)
のｅ-ｌｈ）しか観測されないため入射光の偏光方向を
常に一定の方向に保つ必要があった。
【０００４】なお、図７は２種類の半導体層で構成され
る量子井戸構造の矩形ポテンシャルの模式図を示すもの
であり、(a)は熱平衡状態の場合を、(b)は逆電界印加時
の場合を示す。図中Ｅｅは電子のポテンシャル、Ｅｈは
正孔のポテンシャル、Ｌｚは障壁層で挟まれた量子井戸
の厚さ、Ｆは電界、Ｖ（ｚ）は印加電圧、ｖ0 は量子井
戸のポテンシャルの差を示している。
る量子井戸構造の矩形ポテンシャルの模式図を示すもの
であり、(a)は熱平衡状態の場合を、(b)は逆電界印加時
の場合を示す。図中Ｅｅは電子のポテンシャル、Ｅｈは
正孔のポテンシャル、Ｌｚは障壁層で挟まれた量子井戸
の厚さ、Ｆは電界、Ｖ（ｚ）は印加電圧、ｖ0 は量子井
戸のポテンシャルの差を示している。
【０００５】また、電界による吸収スペクトル変化も非
常に異なり、電界印加による吸収係数の長波長側へのシ
フト量は図４に示すようにＴＥ，ＴＭ両偏光方向に対し
てその大きさが異なっていた（図４中 αl≠αh ）。通
常、光ファイバ内を長い距離にわたって伝搬してくる光
の偏光方向は保存されないので、このような偏波依存性
は光信号を処理するには望ましいものではなかった。
常に異なり、電界印加による吸収係数の長波長側へのシ
フト量は図４に示すようにＴＥ，ＴＭ両偏光方向に対し
てその大きさが異なっていた（図４中 αl≠αh ）。通
常、光ファイバ内を長い距離にわたって伝搬してくる光
の偏光方向は保存されないので、このような偏波依存性
は光信号を処理するには望ましいものではなかった。
【０００６】本発明の目的は、従来の技術での上記した
課題を解決し、入射光の偏光方向により電界効果が依存
することなく、かつ大きな吸収係数変化，屈折率変化を
持つ、高性能な光導波路形変調器を提供するにある。
課題を解決し、入射光の偏光方向により電界効果が依存
することなく、かつ大きな吸収係数変化，屈折率変化を
持つ、高性能な光導波路形変調器を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は、異なる２種類の半導体層を交互に積み重ね
た多重量子井戸構造の光変調器において、多重量子井戸
構造は、量子井戸のポテンシャル形状を放物線形とし、
かつその量子井戸層に応力を生じさせて、その吸収係数
のスペクトルを軽い正孔と電子からなる励起子吸収と重
い正孔と電子からなる励起子吸収が重なるようにした放
物線形多重量子井戸構造から構成し、この放物線形多重
量子井戸構造を光導波路のコア部とし、これを挟むクラ
ッド層の外側に電界印加用の電極を設けることにより、
その光導波路を通過する光の強度，或は位相を、それぞ
れ電界による放物線形多重量子井戸構造の吸収係数，或
は屈折率の変化で制御するようにしたものである。
め本発明は、異なる２種類の半導体層を交互に積み重ね
た多重量子井戸構造の光変調器において、多重量子井戸
構造は、量子井戸のポテンシャル形状を放物線形とし、
かつその量子井戸層に応力を生じさせて、その吸収係数
のスペクトルを軽い正孔と電子からなる励起子吸収と重
い正孔と電子からなる励起子吸収が重なるようにした放
物線形多重量子井戸構造から構成し、この放物線形多重
量子井戸構造を光導波路のコア部とし、これを挟むクラ
ッド層の外側に電界印加用の電極を設けることにより、
その光導波路を通過する光の強度，或は位相を、それぞ
れ電界による放物線形多重量子井戸構造の吸収係数，或
は屈折率の変化で制御するようにしたものである。
【０００８】
【作用】したがって、光導波路を構成する放物線形多重
量子井戸層の吸収係数，或は屈折率を少ない電界印加に
より制御して、その光導波路を通過する光の強度，或は
位相を、入射光の偏光方向に依らずに制御することがで
きる。
量子井戸層の吸収係数，或は屈折率を少ない電界印加に
より制御して、その光導波路を通過する光の強度，或は
位相を、入射光の偏光方向に依らずに制御することがで
きる。
【０００９】
【実施例】次に本発明の実施例を説明するまえに、本発
明の概要を説明する。通常、入射光の偏光方向がＴＥ偏
光の場合には、前述したように軽い正孔と電子からなる
励起子吸収と重い正孔と電子からなる励起子吸収が両方
観測されるのに対し、入射光の偏光方向がＴＭ偏光の場
合には、軽い正孔と電子からなる励起子吸収しか観測さ
れない（図４参照）。なお、図４は図７の矩形ポテンシ
ャルを持つ多重量子井戸構造の電界印加による吸収係数
変化を示すものであり、 (a)はＴＥ偏光入射の場合、
(b)はＴＭ偏光入射の場合である。また図中符号Ａは電
圧が零のときの吸収スペクトルを、同じく符号Ｂは電圧
印加のときの吸収スペクトルを示し、λ0 は使用する波
長を示している。
明の概要を説明する。通常、入射光の偏光方向がＴＥ偏
光の場合には、前述したように軽い正孔と電子からなる
励起子吸収と重い正孔と電子からなる励起子吸収が両方
観測されるのに対し、入射光の偏光方向がＴＭ偏光の場
合には、軽い正孔と電子からなる励起子吸収しか観測さ
れない（図４参照）。なお、図４は図７の矩形ポテンシ
ャルを持つ多重量子井戸構造の電界印加による吸収係数
変化を示すものであり、 (a)はＴＥ偏光入射の場合、
(b)はＴＭ偏光入射の場合である。また図中符号Ａは電
圧が零のときの吸収スペクトルを、同じく符号Ｂは電圧
印加のときの吸収スペクトルを示し、λ0 は使用する波
長を示している。
【００１０】ところで、量子井戸のポテンシャルの形状
を図８(a)及び(b)に示すように放物線形にすれば、電界
印加による吸収係数の長波長側へのシフトをＴＥ，ＴＭ
両偏光方向に対して同等にできることは、理論的にも実
験的にも証明されている（図６参照）。（文献、S.L.Ch
uangら米国応用物理学会誌、Journal of Applied Physi
cs 65巻、2822-2826頁、及び Tadaら1991年欧州光通信
国際会議、WeC6-2, 449-452頁）。しかし、これは吸収
係数のピークシフトが同じであるだけで（αｌ＝α
ｈ）、偏光方向によって吸収係数そのものが変わってし
まうことには何等効力はない。なお、図６において(a)
はＴＥ偏光入射の場合を、(b)はＴＭ偏光入射の場合を
示し、図中同一符号は相当部分を示している。
を図８(a)及び(b)に示すように放物線形にすれば、電界
印加による吸収係数の長波長側へのシフトをＴＥ，ＴＭ
両偏光方向に対して同等にできることは、理論的にも実
験的にも証明されている（図６参照）。（文献、S.L.Ch
uangら米国応用物理学会誌、Journal of Applied Physi
cs 65巻、2822-2826頁、及び Tadaら1991年欧州光通信
国際会議、WeC6-2, 449-452頁）。しかし、これは吸収
係数のピークシフトが同じであるだけで（αｌ＝α
ｈ）、偏光方向によって吸収係数そのものが変わってし
まうことには何等効力はない。なお、図６において(a)
はＴＥ偏光入射の場合を、(b)はＴＭ偏光入射の場合を
示し、図中同一符号は相当部分を示している。
【００１１】一方、量子井戸層或は障壁層の格子定数が
これらの層をその上に成長させている基板結晶の格子定
数と不整合にさせ量子井戸層内に応力を生じさせること
によって、軽い正孔と電子からなる励起子吸収と重い正
孔と電子からなる励起子吸収が重なるようにする試みが
ある。この量子井戸内に応力が加わるようにして、軽い
正孔と電子からなる励起子吸収と重い正孔と電子からな
る励起子吸収を重ねられることは、例えば公知文献（米
国電気電子学会量子エレクトロニクス誌IEEE Journal o
f Quantum Electronics 27巻、1463-1469頁、1991年）
に報告されている。
これらの層をその上に成長させている基板結晶の格子定
数と不整合にさせ量子井戸層内に応力を生じさせること
によって、軽い正孔と電子からなる励起子吸収と重い正
孔と電子からなる励起子吸収が重なるようにする試みが
ある。この量子井戸内に応力が加わるようにして、軽い
正孔と電子からなる励起子吸収と重い正孔と電子からな
る励起子吸収を重ねられることは、例えば公知文献（米
国電気電子学会量子エレクトロニクス誌IEEE Journal o
f Quantum Electronics 27巻、1463-1469頁、1991年）
に報告されている。
【００１２】これが実現すれば吸収係数は電界の印加さ
れていない場合増大するが、これは電界の印加されてい
ない場合のみであって、電界を印加すると各々の励起子
吸収ピークは長波長側へシフト（ＱＣＳＥと呼ばれる）
してもその量はＴＥ偏光光入射の場合には、図５に示し
たように異なるため、電界吸収効果は大きくならないと
いう問題点がある。但し、図５中Ａは電圧が零のとき軽
い正孔・電子による励起子吸収（ｅ-ｌｈ）と重い正孔
・電子による励起子吸収（ｅ-ｈｈ）が重なっている吸
収スペクトルを示し、Ｂは電界印加により上記２つの励
起子吸収が分裂した吸収スペクトルを示している。
れていない場合増大するが、これは電界の印加されてい
ない場合のみであって、電界を印加すると各々の励起子
吸収ピークは長波長側へシフト（ＱＣＳＥと呼ばれる）
してもその量はＴＥ偏光光入射の場合には、図５に示し
たように異なるため、電界吸収効果は大きくならないと
いう問題点がある。但し、図５中Ａは電圧が零のとき軽
い正孔・電子による励起子吸収（ｅ-ｌｈ）と重い正孔
・電子による励起子吸収（ｅ-ｈｈ）が重なっている吸
収スペクトルを示し、Ｂは電界印加により上記２つの励
起子吸収が分裂した吸収スペクトルを示している。
【００１３】しかるに本発明は、かかる点に鑑みてなさ
れたもので、量子井戸のポテンシャルの形状を放物線形
にして電界印加による吸収係数の長波長側へのシフトを
ＴＥ，ＴＭ両偏光方向に対して同等にし、かつ量子井戸
内に応力が加わるようにして、軽い正孔と電子からなる
励起子吸収と重い正孔と電子からなる励起子吸収が重な
るようにしたものである。従って、量子井戸のポテンシ
ャルの形状を放物線形にし、その量子井戸内に応力が加
わるようにして、軽い正孔と電子からなる励起子吸収と
重い正孔と電子からなる励起子吸収が重なるように放物
線形量子井戸構造を光変調器の光導波路として構成すれ
ば、上記の目的は達成できる。
れたもので、量子井戸のポテンシャルの形状を放物線形
にして電界印加による吸収係数の長波長側へのシフトを
ＴＥ，ＴＭ両偏光方向に対して同等にし、かつ量子井戸
内に応力が加わるようにして、軽い正孔と電子からなる
励起子吸収と重い正孔と電子からなる励起子吸収が重な
るようにしたものである。従って、量子井戸のポテンシ
ャルの形状を放物線形にし、その量子井戸内に応力が加
わるようにして、軽い正孔と電子からなる励起子吸収と
重い正孔と電子からなる励起子吸収が重なるように放物
線形量子井戸構造を光変調器の光導波路として構成すれ
ば、上記の目的は達成できる。
【００１４】すなわち、通常の矩形ポテンシャルを持つ
量子井戸では井戸に垂直な方向に電界を印加すると吸収
端のエネルギーシフトは質量に比例するが、放物線形ポ
テンシャルを持つ量子井戸では質量に無関係となる。つ
まり、軽い正孔と電子からなる励起子吸収と重い正孔と
電子からなる励起子吸収の電界による長波長側へのシフ
トを同じにできる。このためＴＥ，ＴＭ偏光に対して吸
収端のエネルギーシフトは同じになる。
量子井戸では井戸に垂直な方向に電界を印加すると吸収
端のエネルギーシフトは質量に比例するが、放物線形ポ
テンシャルを持つ量子井戸では質量に無関係となる。つ
まり、軽い正孔と電子からなる励起子吸収と重い正孔と
電子からなる励起子吸収の電界による長波長側へのシフ
トを同じにできる。このためＴＥ，ＴＭ偏光に対して吸
収端のエネルギーシフトは同じになる。
【００１５】また、量子井戸内に応力が加わるようにし
て、軽い正孔と電子からなる励起子吸収と重い正孔と電
子からなる励起子吸収を重ねてしまえば、吸収係数その
ものを大きくでき、かつ電界による吸収係数をＴＥ，Ｔ
Ｍ偏光に対して同じにできる（図３）。すなわち、偏波
方向に依存しない吸収係数変化が電界印加で可能とな
る。これは偏波方向に依存しない強度変調器となる。一
方、吸収係数の変化はクラマース・クローニィヒの関係
から屈折率変化に対応しており、偏波方向に依存しない
位相変調器ができる。なお、図３においてＡは電圧零の
とき軽い正孔・電子による励起子吸収（ｅ-ｌｈ）と重
い正孔・電子による励起子吸収（ｅ- ｈｈ）が重なって
いる吸収スペクトルを示し、Ｂは電界印加によるシフト
量が同じで分裂しない吸収スペクトルを示している。
て、軽い正孔と電子からなる励起子吸収と重い正孔と電
子からなる励起子吸収を重ねてしまえば、吸収係数その
ものを大きくでき、かつ電界による吸収係数をＴＥ，Ｔ
Ｍ偏光に対して同じにできる（図３）。すなわち、偏波
方向に依存しない吸収係数変化が電界印加で可能とな
る。これは偏波方向に依存しない強度変調器となる。一
方、吸収係数の変化はクラマース・クローニィヒの関係
から屈折率変化に対応しており、偏波方向に依存しない
位相変調器ができる。なお、図３においてＡは電圧零の
とき軽い正孔・電子による励起子吸収（ｅ-ｌｈ）と重
い正孔・電子による励起子吸収（ｅ- ｈｈ）が重なって
いる吸収スペクトルを示し、Ｂは電界印加によるシフト
量が同じで分裂しない吸収スペクトルを示している。
【００１６】実施例１ 図１は、上述したような偏波方向に依らない大きな屈折
率変化を利用した、本発明による光変調器の一実施例で
ある。同図において、１はｎ−ＩｎＰ基板、２はｎ−Ｉ
ｎＡｌＡｓクラッド層、３はアンドープＩｎＧａＡｓ／
ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸層、４はｐ−ＩｎＡｌＡｓク
ラッド層、５はｐ−ＩｎＧａＡｓ層、６はＮ側電極、７
はＰ側電極である。
率変化を利用した、本発明による光変調器の一実施例で
ある。同図において、１はｎ−ＩｎＰ基板、２はｎ−Ｉ
ｎＡｌＡｓクラッド層、３はアンドープＩｎＧａＡｓ／
ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸層、４はｐ−ＩｎＡｌＡｓク
ラッド層、５はｐ−ＩｎＧａＡｓ層、６はＮ側電極、７
はＰ側電極である。
【００１７】すなわち本実施例の光変調器は、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板１を用い、この基板１上のアンドープＩｎＧａＡ
ｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸層３を光導波路のコア部
とし、その量子井戸層３の上下両面をＩｎＡｌＡｓクラ
ッド層２，４で挟み、外側に電界印加用の電極６，７を
それぞれ設ける。そして、光導波路を構成する前記多重
量子井戸層３の一方から入射光９を入射するとともに、
各電極６，７間に電圧を印加して、その量子井戸層３の
吸収係数或は屈折率を外部電界で制御することにより、
その光導波路を通過する光の強度或は位相を変化させて
変調光１０を出力光として取り出すものとなっている。
Ｐ基板１を用い、この基板１上のアンドープＩｎＧａＡ
ｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸層３を光導波路のコア部
とし、その量子井戸層３の上下両面をＩｎＡｌＡｓクラ
ッド層２，４で挟み、外側に電界印加用の電極６，７を
それぞれ設ける。そして、光導波路を構成する前記多重
量子井戸層３の一方から入射光９を入射するとともに、
各電極６，７間に電圧を印加して、その量子井戸層３の
吸収係数或は屈折率を外部電界で制御することにより、
その光導波路を通過する光の強度或は位相を変化させて
変調光１０を出力光として取り出すものとなっている。
【００１８】ここで、多重量子井戸層３はＩｎＧａＡｓ
とＩｎＡｌＡｓの短周期超格子構造の周期を変えてポテ
ンシャルが丁度放物線状になるように制御してある。そ
の方法は公知文献（Physical Review B29巻,3740頁(198
4年)）に示されているように、これらの層の組成を固定
して厚さのみを変えるもので、分子線エピタキシャル成
長法や有機金属気相成長法などの結晶成長法で作製し
た。
とＩｎＡｌＡｓの短周期超格子構造の周期を変えてポテ
ンシャルが丁度放物線状になるように制御してある。そ
の方法は公知文献（Physical Review B29巻,3740頁(198
4年)）に示されているように、これらの層の組成を固定
して厚さのみを変えるもので、分子線エピタキシャル成
長法や有機金属気相成長法などの結晶成長法で作製し
た。
【００１９】通常、ＩｎＰ基板に格子整合するＩｎ1-x
ＧａxＡｓやＩｎ1-yＡｌyＡｓなどの混晶の条件はｘ=0.
47,ｙ=0.48 であるが、ｘやｙの値を変えることで格子
不整を生じ応力が発生する。応力の大きさ，向きも井戸
層，障壁層の上記組成や層厚を変えることでクラックの
発生しない範囲で自由に変えられる。例えば、ｙ＝0.48
と障壁層をＩｎＰ基板に整合させた場合、ｘ＞0.47では
引っ張り応力が発生するが、その厚さを100Å 以下にし
ておけば応力は弾性の範囲内であってクラックの発生す
ることはなかった。
ＧａxＡｓやＩｎ1-yＡｌyＡｓなどの混晶の条件はｘ=0.
47,ｙ=0.48 であるが、ｘやｙの値を変えることで格子
不整を生じ応力が発生する。応力の大きさ，向きも井戸
層，障壁層の上記組成や層厚を変えることでクラックの
発生しない範囲で自由に変えられる。例えば、ｙ＝0.48
と障壁層をＩｎＰ基板に整合させた場合、ｘ＞0.47では
引っ張り応力が発生するが、その厚さを100Å 以下にし
ておけば応力は弾性の範囲内であってクラックの発生す
ることはなかった。
【００２０】実施例２ 図２は、上述したような偏波方向に依らない大きな屈折
率変化を利用した、本発明による光変調器の他の実施例
である。同図において、１１はｎ−ＩｎＰ基板、１２は
ｎ−ＩｎＰクラッド層、１３はアンドープＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層、１４はｐ−ＩｎＰク
ラッド層、１５はｐ−ＩｎＧａＡｓ層、１６はＮ側電
極、１７はＰ側電極である。すなわち、本実施例におい
て図１のものと異なる点は、光導波路としてアンドープ
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１３を用
い、その量子井戸層１３の両面をＩｎＰクラッド層１
２，１４で挟む構造としたものである。
率変化を利用した、本発明による光変調器の他の実施例
である。同図において、１１はｎ−ＩｎＰ基板、１２は
ｎ−ＩｎＰクラッド層、１３はアンドープＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層、１４はｐ−ＩｎＰク
ラッド層、１５はｐ−ＩｎＧａＡｓ層、１６はＮ側電
極、１７はＰ側電極である。すなわち、本実施例におい
て図１のものと異なる点は、光導波路としてアンドープ
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１３を用
い、その量子井戸層１３の両面をＩｎＰクラッド層１
２，１４で挟む構造としたものである。
【００２１】ここで、量子井戸層１３はＩｎＧａＡｓと
ＩｎＧａＡｓＰの短周期超格子構造の周期を変えてポテ
ンシャルが丁度放物線状になるように制御してある。前
述の実施例１と同様ＩｎＰ基板に格子整合するＩｎ1-x
ＧａxＡｓやＩｎ1-uＧａuＡｓ1-vＰvなどの混晶の組成
条件、ｘやｕ、ｖの値を変えることで格子不整を生じ応
力が発生する。応力の大きさ，向きもクラックの発生し
ない範囲で自由に変えられる。
ＩｎＧａＡｓＰの短周期超格子構造の周期を変えてポテ
ンシャルが丁度放物線状になるように制御してある。前
述の実施例１と同様ＩｎＰ基板に格子整合するＩｎ1-x
ＧａxＡｓやＩｎ1-uＧａuＡｓ1-vＰvなどの混晶の組成
条件、ｘやｕ、ｖの値を変えることで格子不整を生じ応
力が発生する。応力の大きさ，向きもクラックの発生し
ない範囲で自由に変えられる。
【００２２】なお、上記の実施例ではＩｎＰ基板を用い
たＩｎＧａＡｓ，ＩｎＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ混晶に
ついて示したが、ＧａＡｓ基板を用いたＩｎＧａＡｓ，
ＩｎＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＡｓ混晶系に
ついても同様な効果があることは明かである。
たＩｎＧａＡｓ，ＩｎＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ混晶に
ついて示したが、ＧａＡｓ基板を用いたＩｎＧａＡｓ，
ＩｎＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＡｓ混晶系に
ついても同様な効果があることは明かである。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、多
重量子井戸構造での量子井戸のポテンシャルの形状を放
物線形にし、かつ量子井戸内に応力が加わるようにし
て、軽い正孔と電子からなる励起子吸収と重い正孔と電
子からなる励起子吸収が重なるようにしているため、従
来より問題であった変調器の入射光偏光方向依存性をな
くすとともに、少ない電界印加で大きな吸収係数変化、
屈折率変化が得られ、高効率な光変調器が得られる効果
がある。
重量子井戸構造での量子井戸のポテンシャルの形状を放
物線形にし、かつ量子井戸内に応力が加わるようにし
て、軽い正孔と電子からなる励起子吸収と重い正孔と電
子からなる励起子吸収が重なるようにしているため、従
来より問題であった変調器の入射光偏光方向依存性をな
くすとともに、少ない電界印加で大きな吸収係数変化、
屈折率変化が得られ、高効率な光変調器が得られる効果
がある。
【図１】本発明の一実施例を示す概略図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す概略図である。
【図３】本発明に基づく多重量子井戸構造の電界印加に
よる吸収係数変化を示す図である。
よる吸収係数変化を示す図である。
【図４】従来の矩形ポテンシャル形状を持つ多重量子井
戸構造の電界印加による吸収係数変化を示す図で、(a)
はＴＥ偏光、(b)はＴＭ偏光の場合である。
戸構造の電界印加による吸収係数変化を示す図で、(a)
はＴＥ偏光、(b)はＴＭ偏光の場合である。
【図５】従来の矩形ポテンシャル形状を持ち、応力の加
えられた多重量子井戸構造の電界印加による吸収係数変
化を示す図である。
えられた多重量子井戸構造の電界印加による吸収係数変
化を示す図である。
【図６】従来の放物線ポテンシャル形状を持ち、応力の
加えられていない多重量子井戸構造の電界印加による吸
収係数変化を示す図である。
加えられていない多重量子井戸構造の電界印加による吸
収係数変化を示す図である。
【図７】従来用いられてきた量子井戸構造の矩形ポテン
シャルを示す図である。
シャルを示す図である。
【図８】量子井戸構造の放物線形ポテンシャルを示す図
である。
である。
１ ｎ-ＩｎＰ基板 ２ ｎ-ＩｎＡｌＡｓクラッド層 ３ アンドープＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井
戸層 ４ ｐ-ＩｎＡｌＡｓクラッド層 ５ ｐ-ＩｎＧａＡｓ層 ６ Ｎ側電極 ７ Ｐ側電極 １１ ｎ-ＩｎＰ基板 １２ ｎ-ＩｎＰクラッド層 １３ アンドープＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量
子井戸層 １４ ｐ-ＩｎＰクラッド層 １５ ｐ-ＩｎＧａＡｓ層 １６ Ｎ側電極 １７ Ｐ側電極
戸層 ４ ｐ-ＩｎＡｌＡｓクラッド層 ５ ｐ-ＩｎＧａＡｓ層 ６ Ｎ側電極 ７ Ｐ側電極 １１ ｎ-ＩｎＰ基板 １２ ｎ-ＩｎＰクラッド層 １３ アンドープＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量
子井戸層 １４ ｐ-ＩｎＰクラッド層 １５ ｐ-ＩｎＧａＡｓ層 １６ Ｎ側電極 １７ Ｐ側電極
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−250428（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−204018（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−102315（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−251685（ＪＰ，Ａ) Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｐａｒｔ １，Ｖｏｌ．29 Ｎｏ．８ ｐｐ．1466−1473（Ａｕｇｕｓｔ 1990) Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖ ｏｌ．59 Ｎｏ．22 ｐｐ．2778−2780 （25 Ｎｏｖｅｍｂｅｒ 1991) 1991年（平成３年）春季第38回応用物 理学関経連号講演会予稿集 第３分冊 ｐ．977（1991年３月28日発行）29ａ− ＳＦ−18 ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑ ｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓ，Ｖｏｌ．27 Ｎｏ．６（Ｊｕｎｅ 1991）ｐｐ．1463−1469 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/015 - 1/025 G02F 1/29 - 1/39 H01S 5/00 - 5/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 異なる２種類の半導体層を交互に積み重
ねた多重量子井戸構造の光変調器において、 前記多重量子井戸構造は、量子井戸のポテンシャル形状
を放物線形とし、かつその量子井戸層に応力を生じさせ
て、その吸収係数のスペクトルを軽い正孔と電子からな
る励起子吸収と重い正孔と電子からなる励起子吸収が重
なるようにした放物線形多重量子井戸構造から構成し、 前記放物線形多重量子井戸構造を光導波路のコア部と
し、これを挟むクラッド層の外側に電界印加用の電極を
設けることにより、その光導波路を通過する光の強度，
或は位相を、それぞれ電界による前記放物線形多重量子
井戸構造の吸収係数，或は屈折率の変化で制御すること
を特徴とする半導体量子井戸光変調器。 - 【請求項２】 前記光変調器は、ｎ−ＩｎＰ基板上に順
次形成されたｎ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層，アンドープ
Ｉｎ 1-xＧａxＡｓ／Ｉｎ1-yＡｌyＡｓ多重量子井戸構
造，ｐ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層，ｐ−ＩｎＧａＡｓ層
から構成され、 前記ｙは０．４８とされ、前記ｘは０．４７より大きく
され、前記多重量子井戸構造を構成する各層の厚さは１
００Å以下とされたことを特徴とする請求項１に記載の
半導体量子井戸光変調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34179791A JP3208418B2 (ja) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | 半導体量子井戸光変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34179791A JP3208418B2 (ja) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | 半導体量子井戸光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05150198A JPH05150198A (ja) | 1993-06-18 |
| JP3208418B2 true JP3208418B2 (ja) | 2001-09-10 |
Family
ID=18348835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34179791A Expired - Lifetime JP3208418B2 (ja) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | 半導体量子井戸光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3208418B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102169243A (zh) * | 2011-04-28 | 2011-08-31 | 中国科学院半导体研究所 | 亚微米波导型Ge量子阱电光调制器 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2717330B1 (fr) * | 1994-03-11 | 1996-04-05 | Alcatel Nv | Modulateur semiconducteur électro-optique et liaison optique incluant ce modulateur. |
| GB9415643D0 (en) * | 1994-08-03 | 1994-09-21 | Northern Telecom Ltd | Polarisation-insensitive optical modulators |
| JPH0964399A (ja) * | 1995-08-29 | 1997-03-07 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 導波路型受光素子 |
| US6731843B2 (en) | 2000-12-29 | 2004-05-04 | Intel Corporation | Multi-level waveguide |
-
1991
- 1991-12-02 JP JP34179791A patent/JP3208418B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| １９９１年（平成３年）春季第３８回応用物理学関経連号講演会予稿集 第３分冊 ｐ．９７７（１９９１年３月２８日発行）２９ａ−ＳＦ−１８ |
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．５９ Ｎｏ．２２ ｐｐ．２７７８−２７８０（２５ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９９１） |
| ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．２７ Ｎｏ．６（Ｊｕｎｅ １９９１）ｐｐ．１４６３−１４６９ |
| Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｐａｒｔ １，Ｖｏｌ．２９ Ｎｏ．８ ｐｐ．１４６６−１４７３（Ａｕｇｕｓｔ １９９０） |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102169243A (zh) * | 2011-04-28 | 2011-08-31 | 中国科学院半导体研究所 | 亚微米波导型Ge量子阱电光调制器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05150198A (ja) | 1993-06-18 |
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