JP3364655B2

JP3364655B2 - 半導体光素子

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Publication number: JP3364655B2
Application number: JP05622496A
Authority: JP
Inventors: 秀樹後藤; 弘明安藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1996-03-13
Filing date: 1996-03-13
Publication date: 2003-01-08
Anticipated expiration: 2016-03-13
Also published as: JPH09246669A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光信号を処理する
発光機能または光変調機能またはアイソレート機能また
は光検出機能を有する半導体光素子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図２は半導体レーザー、発光ダイオー
ド、光変調素子等の活性層に量子井戸構造を有する半導
体光素子を示したものであり、１は薄膜状の第１の半導
体でできた量子井戸層、２は前記量子井戸層１の上に形
成した第２の半導体でできた上側の障壁層、３は前記量
子井戸層１の下に形成した第３の半導体でできた下側の
障壁層、５，５は前記量子井戸層１に電流Ｉを注入する
ため前記第２および第３の障壁層２，３の表面に設けた
電極である。この量子井戸構造を用いて発光素子として
機能させるためには、量子井戸層１に電子・正孔対を生
成しなければならない。ここでは、前記電流Ｉの注入に
より電子・正孔対が生成されると仮定する。量子井戸層
に生成される電子、正孔は量子井戸層面に垂直な方向に
は運動することはできないが、量子井戸層面に沿う方向
なら、図３に示すように自由に運動できる。従って、量
子井戸構造の光の吸収スペクトル（光のエネルギーに対
する光の吸収量の大きさ）は、図４に示すように階段状
になる。通常、半導体レーザーや発光ダイオードから射
出してくる光のエネルギーは、図４に示すように、この
階段の始まる付近である。

【０００３】図５に示すように、前記量子井戸層１に磁
場Ｂを垂直方向に印加する。一般に磁場中の価電粒子の
運動はサイクロトロン運動と呼ばれている。前記のよう
に量子井戸層１に磁場Ｂを垂直方向に印加すると、図５
に示すように、電子、正孔は磁場とそれぞれの有効質量
で決まる半径で互いに逆向きの円運動する。従って、電
子、正孔は量子井戸層面内でも運動範囲が制限され、光
の吸収スペクトルは階段状のものから離散的になる。こ
の効果はランダウ効果と呼ばれている。また、磁場の印
加により光の吸収スペクトルが変化する別の効果があ
り、これはゼーマン効果と呼ばれている。

【０００４】このゼーマン効果を図６によって説明す
る。一般に、半導体の電子状態は４つの量子数で区別さ
れる。いまこれを、ｎ、１、１_z、ｓとする。ｎ、１、
１_zは様々な値をとるが、ｓは−１／２と１／２の二種
類しかない。通常、電子のエネルギーはｎ、１、１_zで
決定され、ｓの値によっては変化しない。これをエネル
ギー縮退という。ここで、量子井戸層に磁場を印加する
と、図６に示すように、ｓの値により電子のエネルギー
が異なる状態になる。この現象をゼーマン効果という。
結論としては、量子井戸層に磁場を印加すると、ランダ
ウ効果とゼーマン効果により、光の吸収スペクトルは図
７に示すようになる。

【０００５】図７は磁場が印加された量子井戸層の直線
偏光の光に対する吸収スペクトルを表した図であり、ラ
ンダウ効果による分離をＬ、ゼーマン効果による分離を
ｓで示している。この光の吸収スペクトルから、磁場を
量子井戸層に印加して発光素子として用いると、この発
光素子から射出してくる光のエネルギーは、この離散的
なエネルギーに限られるので、発光素子に流す電流は少
なく、単色性のよい光が得られることは容易に想像がつ
く。すでに幾つかの報告がなされている（Y.Arakawa e
t.al Applied Physics Letters,47,1142(1985).,K.Vaha
ra et.al,Applied Physics Letters,50,365(1987)）。

【０００６】また、前記ｓの値は円偏光の光の回転方向
と一対一に対応する。図７は磁場が印加された量子井戸
層の直線偏光の光に対する吸収スペクトルを表したもの
であるが、磁場が印加された量子井戸層の円偏光の光に
対しては光の吸収スペクトルは図８に示すようになり、
光の偏光方向により、光の吸収エネルギーが選択でき
る。ただし、光の入射方向が印加される磁場の方向と平
行な場合に限る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ように第１の半導体でできた量子井戸層に磁場を印加す
るためには、超伝導磁石等の大がかりな装置が必要とな
る。従って、実験による磁場の効果の検証は可能である
が、実際の応用は不可能である。本発明の目的は、大が
かりな装置を用いることなしに、半導体の活性層に磁場
を印加し、磁場中の電子、正孔の特徴的な振る舞い、す
なわち、離散的な光の吸収スペクトルや光の偏光方向に
対する選択性を反映して作動する半導体光素子を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、図１に示すよ
うに、活性層が、薄膜状の第１の半導体でできた量子井
戸層１と、この第１の半導体を挟み第１の半導体よりエ
ネルギー禁止帯幅が大きい第２および第３の半導体でで
きた上側の障壁層２と下側の障壁層３から形成され、発
光機能を有する半導体光素子において、前記第２の半導
体でできた上側の障壁層２の厚さを２ｎｍ〜６ｎｍと
し、この上側の障壁層２の上に磁性体薄膜４を設けて構
成したことを特徴とする半導体光素子としたものであ
る。

【０００９】また、活性層が、薄膜状の第１の半導体で
できた量子井戸層１と、この第１の半導体を挟み第１の
半導体よりエネルギー禁止帯幅が大きい第２および第３
の半導体でできた上側の障壁層２と下側の障壁層３から
形成され、光変調機能を有する半導体光素子において、
前記第２の半導体でできた上側の障壁層２の厚さを２ｎ
ｍ〜６ｎｍとし、この上側の障壁層２の上に磁性体薄膜
４を設けて構成したことを特徴とする半導体光素子とし
たものである。

【００１０】また、活性層が、薄膜状の第１の半導体で
できた量子井戸層１と、この第１の半導体を挟み第１の
半導体よりエネルギー禁止帯幅が大きい第２および第３
の半導体でできた上側の障壁層２と下側の障壁層３から
形成され、アイソレート機能を有する半導体光素子にお
いて、前記第２の半導体でできた上側の障壁層２の厚さ
を２ｎｍ〜６ｎｍとし、この上側の障壁層２の上に磁性
体薄膜４を設けて構成したことを特徴とする半導体光素
子としたものである。

【００１１】また、活性層が、薄膜状の第１の半導体で
できた量子井戸層１と、この第１の半導体を挟み第１の
半導体よりエネルギー禁止帯幅が大きい第２および第３
の半導体でできた上側の障壁層２と下側の障壁層３から
形成され、光検出機能を有する半導体光素子において、
前記第２の半導体でできた上側の障壁層２の厚さを２ｎ
ｍ〜６ｎｍとし、この上側の障壁層２の上に磁性体薄膜
４を設けて構成したことを特徴とする半導体光素子とし
たものである。

【００１２】また、活性層の半導体素子の上側の障壁層
を、少なくとも１種類の半導体が前記第１の半導体より
エネルギー禁止帯幅が大きい２種類以上の半導体から構
成される超格子構造に置き換え、その超格子構造の全厚
さを２ｎｍ〜６ｎｍとしたことを特徴としたものであ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。図１の（ａ）は本発明の半導体レー
ザー、発光ダイオード等の半導体光素子の活性層に量子
井戸構造を有する半導体光素子の構造図で、図１の
（ｂ）は半導体光素子のエネルギーバンド図であり、１
は第１の半導体でできた量子井戸層、２は第２の半導体
できた上側の障壁層で、その厚さは２ｎｍ〜６ｎｍであ
る。３は第３の半導体でできた下側の障壁層、４は前記
上側の障壁層２の上に付着させた強磁性体薄膜である。

【００１４】本発明の半導体光素子では、以下に説明す
るようにして、半導体光素子の活性層を形成する量子井
戸層１の電子、正孔に磁場を印加することができる。ま
ず、図１に示すような構造の半導体光素子の図における
上下に、図９の（ａ）に示すような電磁石を構成するコ
イル６，６を配置して、このコイル６，６に直流電流Ｉ
を流すことにより、磁場Ｂを印加して強磁性体薄膜４
を、この強磁性体薄膜４の垂直方向に磁化させる。そう
すると、図９の（ｂ）に示すように、強磁性体薄膜４の
周りに上方向の磁場が発生する。７は磁化により生じた
磁気モーメントである。

【００１５】しかし、半導体光素子の活性層から出た光
を透過させるためには、前記強磁性体薄膜４の厚さは１
０ｎｍ程度にしなければならない。この程度の厚さでは
強磁性体薄膜４から０．１μｍ程度離れるだけで磁場の
大きさは１０００分の１以下になってしまう。しかし、
図１に示すように、強磁性体薄膜４と量子井戸層１を隔
てる上側の障壁層２は、２ｎｍ〜６ｎｍ程度で非常に薄
い。この場合、量子井戸層１に生成された電子、正孔は
強磁性体薄膜４と非常に接近しているため、強磁性体薄
膜４より発生した磁界の影響を受ける。

【００１６】また、図１に示すように、量子井戸層１の
上側の障壁層２が非常に薄いので、量子井戸層１に生成
された電子、正孔の波動関数は強磁性体薄膜４中までし
みだしている。これは強磁性体薄膜４中の電子状態が量
子井戸層１の電子状態に影響を及ぼすことを意味する。
磁化された強磁性体薄膜４中の電子は周りの電子との間
に交換相互作用とよばれる力が働き、周りの電子とスピ
ン（電子に付随した微小な磁石）を揃えようとする。実
はこの交換相互作用の大小により磁性体の性質が決まる
のであるが、今は強磁性体を考えているので交換相互作
用は大きい。本発明の構成では前述したように量子井戸
層１に生成された電子、正孔の波動関数は強磁性体薄膜
４中にしみだしているので、交換相互作用が働く。従っ
て、図９に示す場合を考えると、量子井戸層１の電子に
対して上向きスピンの状態がエネルギー的により安定に
なる。これはゼーマン効果と同様の効果をもたらすこと
になる。

【００１７】つまり、本発明の構成では量子井戸層１に
生成された電子、正孔は磁場の効果と交換相互作用によ
り二重に強磁性体薄膜４の影響を受けることになり、本
発明の目的である活性層に磁場を印加することができる
半導体光素子が実現できる。本発明の半導体光素子の作
用をより有効にするためには量子井戸層１の上側の障壁
層２は薄ければ薄いほどよい。しかし、前記障壁層２を
薄くすると、障壁層２と強磁性体薄膜４の界面に存在す
る非発光再結合中心の影響を受けやすくなり、量子井戸
層１に生成された電子、正孔は発光することなく消滅し
てしまう。逆に前記障壁層２が厚くなると、強磁性体薄
膜４から発生する磁場の大きさも交換相互作用も小さく
なってしまい、本発明の目的を達成することが不可能に
なる。

【００１８】前記強磁性体薄膜４の磁化方向は、強磁性
体薄膜４に対して垂直が望ましい。強磁性体薄膜４に対
して平行に磁化した場合は、ランダウ効果、ゼーマン効
果とも小さくなる。しかし、本発明の目的である磁場が
印加された量子井戸層１の電子、正孔の性質を反映した
光信号処理素子は、磁場の効果は弱くなるが実現でき
る。また、強磁性体薄膜４に対して水平方向に磁化した
場合は、強磁性体薄膜４に平行に入射する光の偏光方向
に対して光の吸収エネルギーの選択を実現することが可
能となる。

【００１９】

【実施例】（実施例１）図１０は本発明の実施例１を示す図である。図１０の
（ａ）に示すように、まず、ＧａＡｓ（１００）ノンド
ープ基板８の上に順次、分子層エピタキシー法、有機金
属気相成長法などの方法で、ＧａＡｓバッファ層９、超
格子バッファ層１０を成長させる。次に、量子井戸構造
を形成するため第３の半導体でできた下側の障壁層３で
あるＡｌＧａＡｓを５０ｎｍ成長させ、続いて第１の半
導体でできた量子井戸層１であるＧａＡｓを１０ｎｍ成
長させる。上側の障壁層２′は、少なくとも１種類の半
導体が前記第１の半導体でできた量子井戸層１よりエネ
ルギー禁止帯幅が大きい２種類以上の半導体たとえばＡ
ｌＡｓとＧａＡｓを２原子層ずつ２周期成長させて超格
子構造に形成する。前記上側の障壁層２′の厚さは８原
子層で約２ｎｍ程度であり、量子井戸層１の波動関数は
容易に表面まで達する。このようにして形成された資料
を図示しない周知のスパッタ装置に入れ、図１０の
（ｂ）に示すように、上側の障壁層２′の上にＣｏ−Ｃ
ｒの強磁性体薄膜４を１０ｎｍ付着させる。

【００２０】前記強磁性体薄膜４を磁化させるために、
図１０の（ｂ）に示すように形成された資料を、図９の
（ａ）に示すような電磁石となるコイル６，６の間に入
れて磁化させる。磁化方向は前記強磁性体薄膜４の面に
対して垂直となる。この強磁性体薄膜４の飽和磁化はＣ
ｏとほぼ同じで、１．８Ｔとなるため、量子井戸層１の
電子、正孔には最大１．８Ｔの磁界が印加されるととも
に、前記上側の障壁層２′が非常に薄いために交換相互
作用が有効に働く。この半導体光素子は、図１１に示す
ように光（レーザー光）１１で励起された電子、正孔が
再結合して光１２を自然放出する半導体光素子として機
能する。このように作製された半導体光素子は従来のも
のより高い発光効率を示した。この実施例では強磁性体
薄膜４としてＣｏ−Ｃｒを用いたが、別の金属磁性体材
料でも磁性有機薄膜でも磁性半導体でもよい。

【００２１】（実施例２）図１２は本発明の実施例２を示す図である。この図１２
の（ａ）において、８はＧａＡｓノンドープ基板、９は
ＧａＡｓバッファ層、１０は超格子バッファ層、３はＧ
ａＡｓの下側の障壁層、１はＩｎＧａＡｓの量子井戸
層、２はＧａＡｓの上側の障壁層で、その厚さは６ｎｍ
である。４は前記同様の強磁性体薄膜である。この実施
例でも図１２の（ｂ）に示すように光（レーザー光）１
１で励起された電子、正孔が再結合して光１２を自然放
出する半導体光素子として機能する。このように作製さ
れた半導体光素子は従来のものより高い発光効率を示し
た。

【００２２】（実施例３）図１３は本発明の実施例３を示す図である。（ａ）図は
分子層エピタキシー法、有機金属気相成長法などで作製
したｐｎ接合を持った発光ダイオードの資料を示す図
で、１３はｎ型のＧａＡｓ基板、１４はｎ型のＧａＡｓ
バッファ層、１５はｎ型の超格子バッファ層、１６はｎ
型のＡｌＧａＡｓ層、３はＡｌＧａＡｓの下側の障壁
層、１はＧａＡｓの量子井戸層、２′は実施例１と同様
の上側の障壁層、１７はｐ型のＡｌＧａＡｓ層である。

【００２３】次に、（ｂ）図に示すように、前記のよう
に形成された資料の裏面に真空蒸着装置を用いてＡｕ−
Ｇｅ−Ｎｉの合金を蒸着して電極１８を形成する。次
に、（ｃ）図に示すように、紫外線露光装置（図示しな
い）と有機レジスト１９（例えばＡＺ１４００−１７）
を用いて図のようなパターンのスリット１９ａを有機レ
ジスト１９に形成する。（ｃ′）は資料の上面図であ
る。次に、（ｄ）図に示すように、真空蒸着装置（図示
しない）を用いて、前記有機レジスト１９に形成したス
リット１９ａに、Ａｕ−Ｚｎ−Ｎｉの合金を蒸着し、前
記有機レジスト１９をアセトンで取り除けば、電流を流
入するための電極２０が形成される。（ｄ′）は資料の
上面図である。次に、（ｅ）図に示すように、紫外線露
光装置と有機レジスト１９を用いて、前記電極２０をマ
スクし、かつ、１０μｍ×１０μｍの微細パターンの孔
１９ｂの開いている有機レジスト１９に形成する。
（ｅ′）は資料の上面図である。

【００２４】次に、図１４の（ａ）図に示すように、前
記図１３の（ｅ）図に示すように形成された資料を硫酸
と過酸化水素水と水の体積比が４：１：１のエッチャン
トに浸漬して、前記微細パターンの孔１９ｂを通して前
記ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１７を活性層の上側までエッチ
ングする。次に、（ｂ）図に示すように、スパッタ装置
（図示しない）を用いて前記エッチングしたスリットに
Ｃｏ−Ｃｒの強磁性体薄膜４を１０ｎｍ付着させる。次
に、（ｃ）図に示すように、アセトンを用いて有機レジ
スト１９を除去してできた半導体光素子を、前記実施例
１で述べたように電磁石となるコイルの間に入れて磁化
する。以上説明したような方法により電流注入形で活性
層に磁場が印加される発光ダイオードが作製できる。そ
して、（ｄ）図に示すように、この発光ダイオードの電
極１８，２０を通して電流Ｉを流すと、前記Ｃｏ−Ｃｒ
の強磁性体薄膜４から光１２を射出する。以上説明した
発光ダイオードの製造は、ウエハ上に多数の発光ダイオ
ードを前記のようにして形成し、最後に個々の発光ダイ
オードに切り出して作製される。作製された半導体光素
子は従来のものより高い発光効率（注入電流と発光強度
の比）を示した。以上の説明では活性層は実施例１で示
したものと同じであったが、実施例２で示したものに置
き換えてもよい。

【００２５】（実施例４）図１５は本発明の実施例４を示す図である。（ａ）図は
前記実施例３と同様な作製手順（方法）で作製したｐｎ
接合を持った半導体レーザーの資料の斜視図であり、２
１はＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉの電極、２２はｎ型のＧａＡｓ基
板、２３はｎ型のＡｌＧａＡｓ層、３はＡｌＧａＡｓの
下側の障壁層、１はＧａＡｓの量子井戸層、２′は実施
例１と同様の上側の障壁層、２４はｐ型のＡｌＧａＡｓ
層、２５はｐ型のＧａＡｓ層、２６は電流狭窄のために
付けられたＳｉＮ薄膜、２７，２７はＡｕ−Ｚｎ−Ｎｉ
の電極である。次に、（ｂ）図に示すように、前記資料
の電極２７，２７の間を、実施例３と同様な作製手順
（方法）によって、前記ｐ型のＧａＡｓ層２５、ｐ型の
ＡｌＧａＡｓ層２４を活性層の上側までエッチングし、
前記エッチングしたスリットにＣｏ−Ｃｒの強磁性体薄
膜４を１０ｎｍ付着させると、電流注入形で磁場が印加
される半導体レーザーが作製できる。作製された半導体
レーザーは従来のものより低い発振しきい値を示し、発
光したレーザー光の波長の揺らぎも低く押さえられた。
また、磁化方向を強磁性体薄膜と平行方向にすると、偏
光方向が円偏光で発振する半導体レーザーが実現でき
る。磁化の方向を反転することにより、レーザー光の偏
光方向をスイッチすることも可能となる。（ｂ）図に示
すように、作製された半導体レーザーに電極２１，２７
を通して電流Ｉを流すと、量子井戸層１を含む活性層か
らレーザー光２８が発射される。

【００２６】（実施例５）図１６は本発明の実施例５を示す図である。この実施例
では前記実施例３で作製した資料（図１４の（ｄ）参
照）を光変調素子として用いている。この場合は発光ダ
イオードとして用いる場合と異なり、光変調素子の電極
１８，２０間に、逆バイアスを印加するための直流電源
２９と、光変調を行うための変調器３０とを接続する。
そして、量子井戸層１を含む活性層に平行に集束レンズ
３１を通して光（レーザー光）３２を入射させると、前
記変調器３０で変調された光（レーザー光）３２′が集
束レンズ３１を通して射出する。

【００２７】図１７は実施例５の光変調素子の作動原理
を示す光の吸収スペクトルを示すものである。この光の
吸収スペクトルは、量子閉じ込めシュタルク効果により
変化するため、光信号の波長により分散形、吸収形の光
変調素子が作製できる。磁化の方向を強磁性体薄膜と平
行にすると、偏光方向により光の吸収波長が図１８に示
すように異なってくる。また、図１９に示すように、偏
光方向を信号に対応させて変調することも可能となる。

【００２８】（実施例６）図２０は本発明の半導体光素子の実施例６を示す図であ
る。この実施例では実施例３で作製した資料（図１４の
（ｄ）参照）を光アイソレータとして用いている。この
図において、２９は前記資料（素子）に逆バイアスを印
加するための直流電源、３１，３１は集束レンズ、３３
はλ／４板（円偏光と直線偏光を変換する）、３２は入
射される光（レーザー光）、３２′は射出される光（レ
ーザー光）である。

【００２９】図２０の（ａ）は磁化方向を強磁性体薄膜
と垂直にした場合の配置で、図２０の（ｂ）は磁化方向
を強磁性体薄膜と平行にした場合の配置である。従来技
術の説明で述べたように、磁界が印加された量子井戸層
は円偏光の回転方向により光の吸収波長が異なる。ただ
し、光（レーザー光）の入射方向は磁場の向きと平行に
する必要がある。図２１はこの実施例６の半導体光素子
の動作を説明する図である。まず、本発明の半導体光素
子は、従来技術の説明で述べた通り、磁場の向きと光の
波長を適当に選べば、左回りの円偏光の光を吸収させる
ことができる。直線偏光の光（レーザー光）が左から入
射するときは、半導体光素子で左回りの光（レーザー
光）が吸収されるため、半導体光素子から出てくる光
（レーザー光）は右回りとなる。この光（レーザー光）
をλ／４板（円偏光と直線偏光を変換する）３３に通す
と、元の直線偏光の光に戻る。逆に直線偏光の光（レー
ザー光）が右側から入射するときは、λ／４板３３によ
り左回りの光となり、これは半導体光素子に吸収させて
右側には光（レーザー光）は伝搬しない。このようにし
て、光アイソレータとして機能する。

【００３０】（実施例７）図２２は本発明の半導体光素子の実施例７を示す図であ
る。この実施例では、実施例３で作製した資料（図１４
の（ｄ）参照）を光検出素子として用いている。この図
において、３１は集束レンズ、３２は入射される光（レ
ーザー光）、２９は半導体光素子に逆バイアスを印加す
るための直流電源、３４は半導体光素子に光（レーザー
光）が吸収されバイアス回路に電流が流れたときにそれ
を電圧として検出するための検出抵抗である。この実施
例の場合は半導体光素子を発光ダイオードとして用いる
場合と異なり、半導体光素子に逆バイアスを加える。図
２３にこの半導体光素子のエネルギーバンド図を示す。
ただし、強磁性体薄膜ではなく電極の領域のエネルギー
バンド図である。エネルギーギャップ以上のエネルギー
の光（レーザー光）が入射すると回路に電流が流れ、検
出抵抗３４に電圧が発生する。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、活性層
が、薄膜状の第１の半導体と、この第１の半導体を挟み
第１の半導体よりエネルギー禁止帯幅が大きい第２およ
び第３の半導体から構成され、発光機能を有する半導体
光素子、光変調機能を有する半導体光素子、アイソレー
ト機能を有する半導体光素子および光検出機能を有する
半導体光素子において、前記活性層の半導体素子の表面
側の第２の半導体の厚さを２ｎｍ〜６ｎｍとし、その上
に磁性体薄膜を設けて構成された半導体光素子としたの
で、外部から磁場を印加する装置なしに活性層に磁場が
印加されたまま作動する半導体光素子が実現できる。ま
た、前記活性層の半導体素子の上側の障壁層を、少なく
とも１種類の半導体が前記第１の半導体よりエネルギー
禁止帯幅が大きい２種類以上の半導体から構成される超
格子構造に置き換え、その超格子構造の全厚さを２ｎｍ
〜６ｎｍとした半導体光素子としたので、外部から磁場
を印加する装置なしに活性層に磁場が印加されたまま作
動する半導体光素子が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体光素子を説明する図である。

【図２】従来技術を説明する図である。

【図３】量子井戸層の電子、正孔の運動の様子を示した
図である。

【図４】量子井戸層の光の吸収スペクトルを示した図で
ある。

【図５】量子井戸層に磁場が印加されたときの電子、正
孔の運動の様子を示した図である。

【図６】ゼーマン効果を説明する図である。

【図７】磁場が印加された量子井戸層の直線偏光の光に
対する吸収スペクトルを示した図である。

【図８】磁場が印加された量子井戸層の円偏光の光に対
する吸収スペクトルを示した図である。

【図９】本発明の半導体光素子の説明図である。

【図１０】本発明の半導体光素子の実施例１の説明図で
ある。

【図１１】本発明の半導体光素子の実施例１の作動を示
す図である。

【図１２】本発明の半導体光素子の実施例２の説明図で
ある。

【図１３】本発明の半導体光素子の実施例３の製造工程
の説明図である。

【図１４】本発明の半導体光素子の実施例３の製造工程
の説明図である。

【図１５】本発明の半導体光素子の実施例４の説明図で
ある。

【図１６】本発明の半導体光素子の実施例５を説明する
斜視図である。

【図１７】本発明の半導体光素子の実施例５の作動原理
を示す光の吸収スペクトルを示す図である。

【図１８】本発明の半導体光素子の実施例５で磁化方向
を強磁性体薄膜と平行にしたときの作動原理を示す光の
吸収スペクトルを示す図である。

【図１９】本発明の半導体光素子の実施例５で磁化方向
を強磁性体薄膜と平行にしたときの変調作動を示す図で
ある。

【図２０】本発明の半導体光素子の実施例６を説明する
斜視図である。

【図２１】本発明の半導体光素子の実施例６の作動を示
す図である。

【図２２】本発明の半導体光素子の実施例７を説明する
斜視図である。

【図２３】本発明の半導体光素子の実施例７の作動を示
す図である。

【符号の説明】

１量子井戸層２，２′ 上側の障壁層３下側の障壁層４強磁性体薄膜５電極６コイル７磁気モーメント８ＧａＡｓノンドープ基板９ＧａＡｓバッファ層１０超格子バッファ層１１入射される光１２射出される光１３ｎ型のＧａＡｓ基板１４ｎ型のバッファ層１５ｎ型の超格子バッファ層１６ｎ型のＡｌＧａＡｓ層１７ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８電極１９有機レジスト１９ａスリット１９ｂ微細パターンの孔２０電極２１電極２２ｎ型のＧａＡｓ基板２３ｎ型のＡｌＧａＡｓ層２４ｐ型のＡｌＧａＡｓ層２５ｐ型のＧａＡｓ層２６ＳｉＮ薄膜２７電極２８レーザー光２９直流電源３０変調器３１集束レンズ３２入射される光３２′ 射出される光（レーザー光）３３ λ／４板３４検出抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 G02F 1/00 - 1/125 H01L 33/00 H01L 31/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】活性層が、薄膜状の第１の半導体でできた
量子井戸層と、この第１の半導体を挟み第１の半導体よ
りエネルギー禁止帯幅が大きい第２および第３の半導体
でできた上側の障壁層と下側の障壁層から形成され、発
光機能を有する半導体光素子において、前記第２の半導
体でできた上側の障壁層の厚さを２ｎｍ〜６ｎｍとし、
この上側の障壁層の上に磁性体薄膜を設けて構成したこ
とを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】活性層が、薄膜状の第１の半導体でできた
量子井戸層と、この第１の半導体を挟み第１の半導体よ
りエネルギー禁止帯幅が大きい第２および第３の半導体
でできた上側の障壁層と下側の障壁層から形成され、光
変調機能を有する半導体光素子において、前記第２の半
導体でできた上側の障壁層の厚さを２ｎｍ〜６ｎｍと
し、この上側の障壁層の上に磁性体薄膜を設けて構成し
たことを特徴とする半導体光素子。
【請求項３】活性層が、薄膜状の第１の半導体でできた
量子井戸層と、この第１の半導体を挟み第１の半導体よ
りエネルギー禁止帯幅が大きい第２および第３の半導体
でできた上側の障壁層と下側の障壁層から形成され、ア
イソレート機能を有する半導体光素子において、前記第
２の半導体でできた上側の障壁層の厚さを２ｎｍ〜６ｎ
ｍとし、この上側の障壁層の上に磁性体薄膜を設けて構
成したことを特徴とする半導体光素子。
【請求項４】活性層が、薄膜状の第１の半導体でできた
量子井戸層と、この第１の半導体を挟み第１の半導体よ
りエネルギー禁止帯幅が大きい第２および第３の半導体
でできた上側の障壁層と下側の障壁層から形成され、光
検出機能を有する半導体光素子において、前記第２の半
導体でできた上側の障壁層の厚さを２ｎｍ〜６ｎｍと
し、この上側の障壁層の上に磁性体薄膜を設けて構成し
たことを特徴とする半導体光素子。
【請求項５】請求項１，２，３または４記載の活性層の
半導体素子の上側の障壁層を、少なくとも１種類の半導
体が前記第１の半導体よりエネルギー禁止帯幅が大きい
２種類以上の半導体から構成される超格子構造に置き換
え、その超格子構造の全厚さを２ｎｍ〜６ｎｍとしたこ
とを特徴とする半導体光素子。