JP3369778B2 - Semiconductor reflective multilayer film and reflective spatial light modulator - Google Patents

Semiconductor reflective multilayer film and reflective spatial light modulator

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JP3369778B2
JP3369778B2 JP06427795A JP6427795A JP3369778B2 JP 3369778 B2 JP3369778 B2 JP 3369778B2 JP 06427795 A JP06427795 A JP 06427795A JP 6427795 A JP6427795 A JP 6427795A JP 3369778 B2 JP3369778 B2 JP 3369778B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高度な高速処理を行う
光情報処理システムの重要な構成要素となる光書き込み
型空間光変調器への応用や投射型ディスプレイに代表さ
れる、反射型空間光変調器等への応用を目的とした半導
体反射多層膜およびそれを備えた反射型空間光変調器に
関するものであり、特に高速化、素子動作の安定化、光
の高利用効率化を容易ににできるような半導体反射多層
膜の構造設計に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is applied to an optical writing type spatial light modulator, which is an important component of an optical information processing system for performing high-speed high-speed processing, and a reflection type space typified by a projection type display. The present invention relates to a semiconductor reflective multilayer film for application to an optical modulator and the like and a reflective spatial light modulator provided with the semiconductor reflective multilayer film. Particularly, it is easy to increase speed, stabilize element operation, and improve light utilization efficiency. The present invention relates to a structural design of a semiconductor reflective multilayer film that can be used in the above.

【0002】[0002]

【従来の技術】空間光変調器は、光の空間的強度分布や
位相分布を変調して、2次元並列情報を光に乗せる機能
を有する素子である。
2. Description of the Related Art A spatial light modulator is an element having a function of modulating spatial intensity distribution and phase distribution of light and putting two-dimensional parallel information on the light.

【0003】この空間光変調器、特に2次元並列情報を
光によって書き込み、かつ光によって読み出すことので
きる光書込み型空間光変調器は、光演算システムや光情
報処理システムのキーデバイスの一つである。
This spatial light modulator, particularly an optical writing type spatial light modulator capable of writing and reading two-dimensional parallel information by light, is one of the key devices of an optical arithmetic system and an optical information processing system. is there.

【0004】この空間光変調器の変調方法にはさまざま
な方式が提案されているが、高速な応答を可能にするた
めには、半導体の利用が最も適していると考えられる。
半導体によるデバイスは、作製する上でも技術が確立さ
れており、特に化合物半導体においては光学材料として
優れた特性を持つ物も多く、都合がいい。このため、化
合物半導体を反射多層膜として利用する反射型の空間光
変調器が提案されており、実際に作製もされている。
Various methods have been proposed for the modulation method of this spatial light modulator, but it is considered that the use of a semiconductor is most suitable for enabling a high-speed response.
Semiconductor devices have a well-established technology for manufacturing, and many compound semiconductors are particularly convenient because they have excellent characteristics as optical materials. Therefore, a reflective spatial light modulator using a compound semiconductor as a reflective multilayer film has been proposed and is actually manufactured.

【0005】このような反射型空間光変調器としては、
反射多層膜を利用しかつバルクにおけるフランツ−ケル
デッシュ効果や多重量子井戸における量子シュタルク効
果を用いたものがある。
As such a reflective spatial light modulator,
There is one using a reflective multilayer film and using the Franz-Keldesh effect in the bulk and the quantum Stark effect in multiple quantum wells.

【0006】多重量子井戸を利用せず、単なるバルクに
おけるフランツ−ケルディシュ効果を利用して吸収端を
ずらすことを考えた場合、電圧印加によって吸収端のず
れる範囲が狭く変調度は小さい。さらには多重量子井戸
によって得られるほどの急峻な吸収端が得られないた
め、十分な吸収端制御ができない。以上の理由から、反
射型空間光変調器の吸収端制御層には、多重量子井戸を
用いた量子シュタルク効果が用いられることが多い。
Considering shifting the absorption edge by simply using the Franz-Keldysh effect in the bulk without using the multiple quantum well, the range in which the absorption edge is displaced by voltage application is narrow and the modulation degree is small. Further, since the absorption edge as steep as that obtained by the multiple quantum well cannot be obtained, sufficient absorption edge control cannot be performed. For the above reasons, the quantum Stark effect using multiple quantum wells is often used in the absorption edge control layer of the reflective spatial light modulator.

【0007】以下、現在、試作または生産されており、
多重量子井戸における量子シュタルク効果を用いた反射
型空間光変調器について、図8を用いて説明する。この
素子は、下部電極606を形成した半導体基板601と
上部電極605との間に高反射多層膜層602、多重量
子井戸光吸収制御層603、低反射多層膜層604を順
次積層した構成になっている。ここで、低反射多層膜層
604の反射率は10%〜20%程度、高反射多層膜層
602の反射率はほぼ100%である。
[0007] The following are currently in trial production or production,
A reflective spatial light modulator using the quantum Stark effect in a multiple quantum well will be described with reference to FIG. This device has a structure in which a high reflection multilayer film layer 602, a multiple quantum well light absorption control layer 603, and a low reflection multilayer film layer 604 are sequentially stacked between a semiconductor substrate 601 having a lower electrode 606 formed thereon and an upper electrode 605. ing. Here, the reflectance of the low-reflection multilayer film layer 604 is about 10% to 20%, and the reflectance of the high-reflection multilayer film layer 602 is almost 100%.

【0008】上部電極605の側からの入射光607
は、低反射多層膜層604と高反射多層膜層602との
間で反射を繰り返すとともに、低反射多層膜層604側
から反射光608として出射する。電極間605と60
6の間に電圧を印加しない状態では、多重量子井戸層6
03での吸収はほとんどなく、全体としてQ値の高い共
振器として働く。この結果、入射した光のほとんどが反
射され、高い反射率で反射光608が得られる。
Incident light 607 from the upper electrode 605 side
Repeats reflection between the low-reflection multilayer film layer 604 and the high-reflection multilayer film layer 602, and is emitted as reflected light 608 from the low-reflection multilayer film layer 604 side. Between electrodes 605 and 60
In the state in which no voltage is applied between 6, the multiple quantum well layer 6
There is almost no absorption at 03, and it works as a resonator with a high Q value as a whole. As a result, most of the incident light is reflected, and the reflected light 608 is obtained with high reflectance.

【0009】次に、電極間605と606の間に電圧を
印加すると、多重量子井戸層603の実効バンドギャッ
プが変化し、励起子吸収ピークの吸収端が長波長側へシ
フトする。多重量子井戸の励起子吸収ピークを共振器の
共振波長近傍の短波長側に設定しておくと、共振波長に
励起子吸収ピークが重なってくる。すなわち、多重量子
井戸層603が光吸収層として働くようになる。このた
め、共振器のQ値が低下し、反射率は低くなる。この励
起子吸収ピークのシフト量は印加電圧の大きさによって
制御されるので、電圧によって反射光608の強度を変
えることができる。以上のような動作原理によって、印
加電圧の変化による反射率の制御ができる。
Next, when a voltage is applied between the electrodes 605 and 606, the effective band gap of the multiple quantum well layer 603 changes, and the absorption edge of the exciton absorption peak shifts to the long wavelength side. When the exciton absorption peak of the multiple quantum well is set on the short wavelength side near the resonance wavelength of the resonator, the exciton absorption peak overlaps the resonance wavelength. That is, the multiple quantum well layer 603 functions as a light absorption layer. Therefore, the Q value of the resonator is lowered and the reflectance is lowered. Since the shift amount of this exciton absorption peak is controlled by the magnitude of the applied voltage, the intensity of the reflected light 608 can be changed by the voltage. Based on the above operation principle, the reflectance can be controlled by changing the applied voltage.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成は、いくつかの問題を有している。まず、上記の反
射型空間光変調器が有する技術的課題について説明す
る。上記のように、量子シュタルク効果を利用して材料
の吸収端を変化させる方法を用いると、使用できる波長
が吸収端付近に制限されてしまう。また、上記のような
使用目的で利用できる材料は吸収端の立ち上がりが鋭い
直接遷移型の半導体でなくてはならない。直接遷移型半
導体であり、なおかつ基板や他の材料との格子整合もと
れ、熱的にも比較的安定で、結晶成長においてもその結
晶性が優れている材料としては、GaAs,InPを基
板とした、(Ga,Al,In)As系や(Ga,A
l,In)P系のIII−V族化合物半導体があげられ
る。しかし、それらの代表的材料の吸収端はどれも赤外
光領域にあり、可視光領域では吸収が大きく、光の利用
効率を極端に低下させるだけでなく、これらを使った可
視光領域での吸収端制御は不可能である。吸収端制御に
よる反射型空間光変調器を可視光領域に適合させようと
すれば、構成する材料系を根本的に変えねばならない。
However, the above configuration has some problems. First, the technical problems of the reflective spatial light modulator will be described. As described above, when the method of changing the absorption edge of the material using the quantum Stark effect is used, the usable wavelength is limited to the vicinity of the absorption edge. Further, the material that can be used for the above purpose of use must be a direct transition type semiconductor with a sharp rise of the absorption edge. As a material that is a direct transition type semiconductor, has a lattice match with the substrate and other materials, is relatively stable in terms of heat, and has excellent crystallinity in crystal growth, GaAs and InP are used as the substrate. And (Ga, Al, In) As system and (Ga, A)
l, In) P-based III-V group compound semiconductors. However, the absorption edges of these typical materials are all in the infrared light region, and the absorption is large in the visible light region, which not only extremely reduces the light utilization efficiency, but also in the visible light region using these. Absorption edge control is not possible. In order to adapt the reflection-type spatial light modulator with absorption edge control to the visible light region, the material system to be constructed must be fundamentally changed.

【0011】さらに、上記のような光吸収層を利用した
反射型空間光変調器には、作製する上での課題もある。
この構造では厚い多重量子井戸光吸収層を作製する必要
があり、多重量子井戸層を構成する各半導体層が極めて
薄いため、各半導体層を多数積層しなければならない。
このため、素子作製に膨大な工数がかかることになる。
さらに、上記のように低反射膜層と高反射膜層との間に
多重量子井戸光吸収層を作製する場合、多重量子井戸を
含む共振器を作るためには高い製作精度が要求され、膜
厚や不純物濃度などの制御を高精度に行わなくてはなら
ない(Journalof Crystal Growth 107(1991)860-866 No
rth Holland参照)。
Further, the reflective spatial light modulator utilizing the above-mentioned light absorbing layer has a problem in manufacturing.
In this structure, it is necessary to form a thick multiple quantum well light absorption layer, and since each semiconductor layer forming the multiple quantum well layer is extremely thin, a large number of semiconductor layers must be stacked.
Therefore, it takes a huge number of man-hours to manufacture the device.
Furthermore, when a multi-quantum well light absorption layer is formed between the low-reflection film layer and the high-reflection film layer as described above, high fabrication accuracy is required in order to produce a resonator including the multi-quantum well. The thickness and impurity concentration must be controlled with high precision (Journal of Crystal Growth 107 (1991) 860-866 No.
See rth Holland).

【0012】吸収端制御層の利用は、共振器構造作製時
には設計値に各半導体層の膜厚を厳密に一致させる必要
性の他に、光の利用効率や作製するまでの工数を考える
と決して好ましい方式ではないが、現在までのところ、
反射多層膜の反射スペクトルそのものを変化させること
はむずかしいと考えられていたため、吸収端制御層の利
用による上記の変調方式が主流となってきた。
The use of the absorption edge control layer is not only necessary when the thickness of each semiconductor layer is made to exactly match the design value at the time of manufacturing the resonator structure, but also considering the utilization efficiency of light and the number of man-hours until manufacturing. Not the preferred method, but so far,
Since it has been considered difficult to change the reflection spectrum itself of the reflective multilayer film, the above-mentioned modulation method using the absorption edge control layer has become mainstream.

【0013】本発明は、このような従来の技術の抱える
課題を解決し、なおかつ高速応答性、可視光における高
利用効率化、低電圧駆動を同時に達成するような半導体
反射多層膜およびそれを備えた反射型空間光変調器を提
供することを目的とする。
The present invention solves the problems of the prior art and provides a semiconductor reflective multilayer film that simultaneously achieves high-speed response, high utilization efficiency in visible light, and low voltage driving, and a semiconductor reflective multilayer film. Another object of the present invention is to provide a reflective spatial light modulator.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、大きく分けて二種類の構成の反射多層
膜を有する。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention has a reflective multilayer film having two types of constructions.

【0015】第1の構成は、図1に示すように、三つの
部位、すなわち、第1の反射多層膜層ML1、第2の反
射多層膜層ML2、第3の反射多層膜層ML3から構成
されている。第1の反射多層膜層ML1は、第1の電極
E1に接したp型化合物半導体基板BPに接し、第1の
化合物半導体層SL1と第1の化合物半導体層SL1と
は屈折率とバンドギャップエネルギーが異なる第2の化
合物半導体層SL2とのそれぞれにp型不純物を添加し
たものを、目的波長の4分の1の膜厚となるように交互
に積層させた構造からなる。第2の反射多層膜層ML2
は、p型不純物を多量に含み、前記第1の反射多層膜M
L1を構成している二種類の化合物半導体層のうちどち
らか一方に屈折率とバンドギャップエネルギーが等しい
第3の化合物半導体層ML3と、その化合物半導体層M
L3の屈折率とバンドギャップエネルギーに等しい化合
物半導体へ多量のn型不純物を添加した第4の化合物半
導体層SL4とによって構成される。また、第2の反射
多層膜層ML2は、屈折率とバンドギャップエネルギー
が互いに等しく不純物の種類だけが異なる二種類の化合
物半導体層によって構成されるが、その合計の膜厚は0
より大きく、目的波長の3/4以下の範囲に定めておけ
ばよい。第3の反射多層膜層ML3は、第2の電極E2
に接し、前記第1の化合物半導体層SL1と第1の化合
物半導体層SL1とは屈折率とバンドギャップエネルギ
ーが異なる第2の化合物半導体層SL2のそれぞれにn
型不純物を添加したものを、目的波長の4分の1の膜厚
となるように交互に積層させた構造からなる。このと
き、第1の反射多層膜層ML1と第2の反射多層膜層M
L2の隣接部にあたる化合物半導体層どうしは、互いに
屈折率とバンドギャップエネルギーが異なる化合物半導
体層に、また第3の反射多層膜層ML3と第2の反射多
層膜層ML2の隣接部にあたる化合物半導体層どうし
も、互いに屈折率とバンドギャップエネルギーが異なる
化合物半導体層にしておく。また、この条件を満たして
いれば、第2の反射多層膜層ML2は、屈折率とバンド
ギャップの異なる二種類の化合物半導体によって構成し
てもよいし、第1の反射多層膜層ML1を構成している
化合物半導体層のうちの任意の一層かまたは第3の反射
多層膜層ML3を構成している化合物半導体層のうちの
任意の一層が目的波長の4分の1以外の膜厚になってい
ても良い。さらには、p型不純物の添加されている部位
とn型不純物の添加されている部位との配置は逆になっ
ていてもよい。
As shown in FIG. 1, the first structure comprises three parts, that is, a first reflective multilayer film layer ML1, a second reflective multilayer film layer ML2, and a third reflective multilayer film layer ML3. Has been done. The first reflective multilayer film layer ML1 is in contact with the p-type compound semiconductor substrate BP in contact with the first electrode E1, and the first compound semiconductor layer SL1 and the first compound semiconductor layer SL1 have a refractive index and a bandgap energy. The second compound semiconductor layer SL2 having a different wavelength and p-type impurities added to the second compound semiconductor layer SL2 are alternately laminated to have a film thickness of ¼ of the target wavelength. Second reflective multilayer film layer ML2
Includes a large amount of p-type impurities, and includes the first reflective multilayer film M.
A third compound semiconductor layer ML3 having the same refractive index and bandgap energy in either one of the two types of compound semiconductor layers forming L1, and the compound semiconductor layer M.
The fourth compound semiconductor layer SL4 is formed by adding a large amount of n-type impurities to a compound semiconductor having a refractive index of L3 and a bandgap energy. The second reflective multilayer film layer ML2 is composed of two kinds of compound semiconductor layers having the same refractive index and bandgap energy but different kinds of impurities, but the total film thickness thereof is 0.
It may be set to a larger value and 3/4 or less of the target wavelength. The third reflective multilayer film layer ML3 includes the second electrode E2.
In contact with the first compound semiconductor layer SL1 and the first compound semiconductor layer SL1 have a refractive index and a bandgap energy different from each other.
It has a structure in which type impurities are added alternately so as to have a film thickness of ¼ of the target wavelength. At this time, the first reflective multilayer film layer ML1 and the second reflective multilayer film layer M
The compound semiconductor layers corresponding to the adjacent portions of L2 are compound semiconductor layers having different refractive indices and band gap energies, and the compound semiconductor layers corresponding to the adjacent portions of the third reflective multilayer film layer ML3 and the second reflective multilayer film layer ML2. Both are made of compound semiconductor layers having different refractive indexes and band gap energies. If this condition is satisfied, the second reflective multilayer film layer ML2 may be composed of two kinds of compound semiconductors having different refractive indexes and band gaps, or the first reflective multilayer film layer ML1. Any one of the compound semiconductor layers or the one of the compound semiconductor layers forming the third reflective multilayer film layer ML3 has a film thickness other than a quarter of the target wavelength. It may be. Furthermore, the arrangement of the part to which the p-type impurity is added and the part to which the n-type impurity is added may be reversed.

【0016】これら第1、第2、第3の反射多層膜層M
L1、ML2、ML3を順次積層することによって、本
発明の第1の構成の半導体反射多層膜が構成されてい
る。
These first, second and third reflective multilayer films M
By laminating L1, ML2, and ML3 sequentially, the semiconductor reflective multilayer film of the first configuration of the present invention is formed.

【0017】本発明の第2の構成の半導体反射多層膜
は、図2に示すように、第1の電極E1に接したp型化
合物半導体基板BP上にn型不純物が多量に添加されて
いる第1の化合物半導体層SL1と、第1の化合物半導
体層SL1とは屈折率とバンドギャップエネルギーが異
なり、多量にp型不純物を含む第2の化合物半導体層S
L2とを、目的波長の4分の1の膜厚となるように交互
に積層させて反射多層膜層MLを作製し、第2の電極E
2をその反射多層膜層MLの最上部に接するよう設けた
構造である。第1の化合物半導体層SL1と第2の化合
物半導体層SL2とのヘテロバンド構造は、p型および
n型の不純物添加がなかったとしても、第1の化合物半
導体層SL1の伝導帯底が第2の化合物半導体層SL2
の伝導帯底よりもエネルギー的に下に位置すると同時
に、第1の化合物半導体層SL1の価電子帯頂上が、第
2の化合物半導体層SL2の価電子帯頂上よりもエネル
ギー的に上に位置する。この構成では、多量のp型およ
びn型の不純物添加のため、第1の化合物半導体層SL
1の伝導帯底と第2の化合物半導体層SL2の価電子帯
頂上がフェルミ準位に近い位置にくるようなヘテロバン
ド構造となっている。
In the semiconductor reflective multilayer film having the second structure of the present invention, as shown in FIG. 2, a large amount of n-type impurities are added on the p-type compound semiconductor substrate BP in contact with the first electrode E1. The first compound semiconductor layer SL1 and the first compound semiconductor layer SL1 have different refractive indices and band gap energies, and the second compound semiconductor layer S containing a large amount of p-type impurities.
L2 and L2 are alternately laminated so as to have a film thickness of ¼ of the target wavelength to form the reflective multilayer film layer ML, and the second electrode E
2 is provided so as to be in contact with the uppermost part of the reflective multilayer film layer ML. The hetero band structure of the first compound semiconductor layer SL1 and the second compound semiconductor layer SL2 has a second conduction band bottom of the first compound semiconductor layer SL1 even if p-type and n-type impurities are not added. Compound semiconductor layer SL2
Is located energetically below the bottom of the conduction band, and at the same time the top of the valence band of the first compound semiconductor layer SL1 is above the top of the valence band of the second compound semiconductor layer SL2. . In this structure, a large amount of p-type and n-type impurities are added, so that the first compound semiconductor layer SL
The hetero band structure is such that the bottom of the conduction band 1 and the top of the valence band of the second compound semiconductor layer SL2 are close to the Fermi level.

【0018】[0018]

【作用】上記二種類の構成の半導体反射多層膜は、第1
の電極E1と第2の電極E2に接した化合物半導体基板
との間に、吸収端制御層を含まず、印加電圧によって直
接反射率制御を行えるような反射多層膜構造を有する。
すなわち、反射多層膜層中の任意の部分にpn接合など
のように印加電圧の変化によって屈折率分布の変化が生
じる層を設け、反射多層膜での多重反射効果を利用して
反射多層膜の反射スペクトル自身を変える方式と、材料
特有のヘテロバンド構造を用いることで素子自体の材料
物性を変化させ、反射多層膜としての機能自体を変えて
しまう方式の二種類である。
The semiconductor reflective multilayer film having the above-mentioned two kinds of structures is the first
There is no absorption edge control layer between the electrode E1 and the compound semiconductor substrate in contact with the second electrode E2, and the reflective multilayer film structure allows direct reflectance control by the applied voltage.
That is, a layer such as a pn junction that causes a change in the refractive index distribution due to a change in applied voltage is provided at an arbitrary portion of the reflective multilayer film, and the multiple reflection effect of the reflective multilayer film is utilized to form the reflective multilayer film. There are two types: a method of changing the reflection spectrum itself and a method of changing the material properties of the element itself by using a hetero-band structure peculiar to the material and changing the function itself as a reflective multilayer film.

【0019】第1の構成の反動体反射多層膜の場合、電
圧印加が無ければ第1の反射多層膜層ML1および第2
の反射多層膜層ML2では、多層膜の光波長に対する反
射率変化、すなわち反射スペクトルの形状は複数のピー
クおよびバレイを持ち、目的波長付近におけるピークが
最も反射率が高く、目的波長にたいして単純なミラーと
して働く。いま、第2の反射多層膜層ML2の層厚が目
的波長の4分の1であるとすると、第2の反射多層膜層
ML2は、反射多層膜を構成する任意の半導体層と等価
な働きをし、反射スペクトルの形状には影響を与えな
い。第2の反射多層膜層ML2の層厚が0から目的波長
の4分の3の間にあるとき、反射スペクトルにおける目
的波長付近のメインピークにバレイが現れる。また、そ
の位置とバレイの深さは合計の膜厚を任意に設定するこ
とによって一意的に決めることができる。
In the case of the reaction body reflection multilayer film of the first structure, if no voltage is applied, the first reflection multilayer film layer ML1 and the second reflection multilayer film layer are formed.
In the reflective multilayer film layer ML2, the reflectance change of the multilayer film with respect to the light wavelength, that is, the shape of the reflection spectrum has a plurality of peaks and valleys, and the peak near the target wavelength has the highest reflectivity and is a simple mirror for the target wavelength. Work as. Now, assuming that the layer thickness of the second reflective multilayer film layer ML2 is a quarter of the target wavelength, the second reflective multilayer film layer ML2 functions equivalent to any semiconductor layer that constitutes the reflective multilayer film. It does not affect the shape of the reflection spectrum. When the layer thickness of the second reflective multilayer film layer ML2 is between 0 and 3/4 of the target wavelength, a valley appears in the main peak near the target wavelength in the reflection spectrum. Further, the position and the depth of the valley can be uniquely determined by arbitrarily setting the total film thickness.

【0020】ところで、第2の反射多層膜層ML2を構
成している二つの化合物半導体層の間には、キャリア濃
度が極めて低い空乏層が自然にできている。このため、
屈折率の分布は、p+ 型化合物半導体層とn+ 型化合物
半導体層との間に不純物を含まない化合物半導体層が挿
入されているのと等価になる。この空乏層の膜厚は4n
mと非常に薄い。また、この空乏層においては、p+
化合物半導体層およびn+ 型化合物半導体層との屈折率
の差異が10%程度であり、第2の反射多層膜層ML2
の層厚を設定するときに,この空乏層の効果を考慮して
おき、目的波長の何倍の膜厚にするのかを決めればよ
い。
By the way, a depletion layer having an extremely low carrier concentration is naturally formed between the two compound semiconductor layers forming the second reflective multilayer film layer ML2. For this reason,
The distribution of the refractive index is equivalent to that a compound semiconductor layer containing no impurities is inserted between the p + type compound semiconductor layer and the n + type compound semiconductor layer. The thickness of this depletion layer is 4n
very thin. In this depletion layer, the difference in refractive index between the p + type compound semiconductor layer and the n + type compound semiconductor layer is about 10%, and the second reflective multilayer film layer ML2
When setting the layer thickness, the effect of the depletion layer should be taken into consideration, and the thickness of the target wavelength should be determined.

【0021】第1の電極E1と、第2の電極E2との間
にpn接合への逆方向電圧を印加すると、前述の空乏層
幅が増え、10ないし20Vの電圧で約20nmに達す
る。空乏層幅が大きくなると、第2の反射多層膜層の実
効光学長が変わると同時に反射多層膜の周期構造も局所
的に崩れる。実効光学長の変化が反射スペクトルに与え
る影響は大きいので、逆方向電圧の印加によって反射ス
ペクトルの形状が大きく変化する。このとき、前述の反
射スペクトルにおけるバレイやピークの鋭い立ち上がり
部分は、変化の影響を受けやすいので、その部分の波長
に相当する入射光に対する反射率が大きく変わる。以上
によって、印加電圧の変化にともなった反射光強度の制
御が可能となる。
When a reverse voltage is applied to the pn junction between the first electrode E1 and the second electrode E2, the depletion layer width increases and reaches about 20 nm at a voltage of 10 to 20V. When the width of the depletion layer increases, the effective optical length of the second reflective multilayer film changes, and at the same time, the periodic structure of the reflective multilayer film locally collapses. Since the change of the effective optical length has a great influence on the reflection spectrum, the shape of the reflection spectrum is largely changed by applying the reverse voltage. At this time, the sharp rising portion of the valley or peak in the above-mentioned reflection spectrum is easily affected by the change, so that the reflectance with respect to the incident light corresponding to the wavelength of that portion changes greatly. As described above, it becomes possible to control the intensity of the reflected light according to the change of the applied voltage.

【0022】第2の構成の半導体反射多層膜の場合にお
いても、反射多層膜層MLは、目的波長での反射率を最
大にするために、第1の化合物半導体層SL1と第2の
化合物半導体層SL2の膜厚が目的波長の4分の1とな
るように設計されている。また、この多層膜のヘテロバ
ンド構造は,TypeIIと呼ばれる構造になってお
り、第2の化合物半導体層SL2の伝導帯底が第1の化
合物半導体層SL1の伝導帯底よりも上にあり、なおか
つ第2の化合物半導体層SL2の価電子帯頂上が第1の
化合物半導体層SL1の価電子帯頂上よりも上にある。
Also in the case of the semiconductor reflective multilayer film having the second structure, the reflective multilayer film layer ML has the first compound semiconductor layer SL1 and the second compound semiconductor layer SL1 in order to maximize the reflectance at the target wavelength. The thickness of the layer SL2 is designed to be ¼ of the target wavelength. The hetero band structure of this multilayer film is a structure called Type II, in which the conduction band bottom of the second compound semiconductor layer SL2 is above the conduction band bottom of the first compound semiconductor layer SL1 and The top of the valence band of the second compound semiconductor layer SL2 is above the top of the valence band of the first compound semiconductor layer SL1.

【0023】第2の化合物半導体層SL2へ多量のp型
不純物を添加し、第1の化合物半導体層SL1へ多量の
n型不純物を添加すると、第1の化合物半導体層SL1
の伝導帯底と第2の化合物半導体層SL2の価電子帯頂
上はフェルミ準位に近づく。
When a large amount of p-type impurities are added to the second compound semiconductor layer SL2 and a large amount of n-type impurities are added to the first compound semiconductor layer SL1, the first compound semiconductor layer SL1 is formed.
The bottom of the conduction band and the top of the valence band of the second compound semiconductor layer SL2 approach the Fermi level.

【0024】この高反射多層膜MLに電圧がかかると、
第1の化合物半導体層SL1および第2の化合物半導体
層SL2にドーピングされているキャリアが電界の向き
に従って移動しようとするが、第2の化合物半導体層S
L2内の正孔は、第1の化合物半導体層SL1の価電子
帯障壁に、第1の化合物半導体層SL1内の電子は、第
2の化合物半導体層SL2の伝導帯障壁に遮られ、これ
らのキャリアは互いに逆方向へ偏った状態となる。この
ように、各領域での不純物濃度の分布が大きく異なる場
所が多層膜の周期数だけ存在することになる。この不純
物濃度分布の変化からプラズマ効果を介して屈折率の変
化が生じ、その変化に対応した反射多層膜の反射条件の
ずれが重畳された形で多重反射が行われ、反射スペクト
ルの変化が生じる。
When a voltage is applied to this highly reflective multilayer film ML,
The carriers doped in the first compound semiconductor layer SL1 and the second compound semiconductor layer SL2 try to move according to the direction of the electric field, but the second compound semiconductor layer S
The holes in L2 are blocked by the valence band barrier of the first compound semiconductor layer SL1 and the electrons in the first compound semiconductor layer SL1 are blocked by the conduction band barrier of the second compound semiconductor layer SL2. The carriers are biased in opposite directions. As described above, there are as many places where the distribution of the impurity concentration in each region is largely different as many as the number of cycles of the multilayer film. The change in the impurity concentration distribution causes a change in the refractive index through the plasma effect, and the multiple reflection is performed in a form in which the deviation of the reflection condition of the reflective multilayer film corresponding to the change is superimposed, and the reflection spectrum changes. .

【0025】第2の構成の半導体反射多層膜にさらによ
り大きな電圧を印加した場合、第1の化合物半導体層S
L1の価電子帯障壁に遮られていた第2の化合物半導体
層SL2内の少数キャリアである電子は、トンネル効果
によって障壁をすり抜ける。また、第2の化合物半導体
層SL2の伝導帯障壁は、印加電界が順方向バイアスの
働きをするため、第1の化合物半導体層SL1の価電子
帯障壁をトンネルした電子に対しては障壁にはならな
い。これにより、素子全体として電流が流れ出す。この
ようにTepeIIのヘテロバンド構造で電流が流れだ
すと、材料が持つ本来の光学的特性は変わってしまい、
屈折率も大きく変わってしまう。これにより、反射スペ
クトルも大きく変化し、印加電圧による反射率の制御が
行える。
When a larger voltage is applied to the semiconductor reflective multilayer film of the second structure, the first compound semiconductor layer S
The electrons, which are the minority carriers in the second compound semiconductor layer SL2 that were blocked by the valence band barrier of L1, pass through the barrier due to the tunnel effect. In addition, the conduction band barrier of the second compound semiconductor layer SL2 acts as a forward bias for the applied electric field, so that it does not act as a barrier against electrons tunneling through the valence band barrier of the first compound semiconductor layer SL1. I won't. As a result, a current starts to flow in the entire device. In this way, when current starts flowing in the hetero band structure of Type II, the original optical characteristics of the material change,
The refractive index also changes greatly. As a result, the reflection spectrum also changes greatly, and the reflectance can be controlled by the applied voltage.

【0026】以上で、本発明における半導体反射多層膜
による光強度の変調方法について説明した。上記二種類
の構成の半導体反射多層膜において、どちらの方式によ
るものも、可視光領域において透明、すなわちバンドギ
ャップエネルギーの大きい二種類の材料を用いることに
よって反射多層膜を作製し、その内部にpn接合を設け
ることによって電圧印加による屈折率変化を局所的に起
こし、多層膜の反射スペクトルを変化させる方式をとっ
ている。
The method of modulating the light intensity by the semiconductor reflective multilayer film according to the present invention has been described above. In either of the two types of semiconductor reflective multilayer films having the above-described structures, a reflective multilayer film is produced by using two types of materials that are transparent in the visible light region, that is, have a large bandgap energy, and the pn is formed inside the reflective multilayer film. By providing a junction, a change in the refractive index due to voltage application is locally caused to change the reflection spectrum of the multilayer film.

【0027】本発明による半導体多層膜および反射型空
間光変調器は、吸収端制御層を含まないため、直接遷移
型の半導体を用いる必要はなく、透明領域を利用する点
から、バンドギャップエネルギーが大きい材料であれば
よい。このことから間接遷移型の半導体材料を用いるこ
とができる上に、吸収端制御型の変調方式のように吸収
端近傍の波長でなくとも利用でき、波長の適用領域が広
いという長所がある。
Since the semiconductor multilayer film and the reflection type spatial light modulator according to the present invention do not include the absorption edge control layer, it is not necessary to use the direct transition type semiconductor, and the band gap energy is not required because the transparent region is used. Any large material will do. From this, it is possible to use an indirect transition type semiconductor material, and it is also possible to use it even if the wavelength is not near the absorption edge as in the modulation method of the absorption edge control type, and there is an advantage that the application range of the wavelength is wide.

【0028】また、本発明による半導体反射多層膜およ
び反射型空間光変調器は、透明領域を利用した反射多層
膜の反射スペクトル自身を変調することにより、全反射
に近い反射率から透過に近い反射率までの変調を行うこ
とができ、変調度が大きくとれ、光吸収層を用いること
なく光強度の変調ができるので、光の高利用効率化が実
現される。また、作製する上でも多重量子井戸層の利用
をしないため、厳密な設計や膜厚の制御が必要なくな
り、比較的簡素な構造の素子で光強度の変調が実現され
る。さらに、反射率の変化速度は、すべてnsec以下
と考えて良く、高速動作性をも確保できる。
Further, the semiconductor reflective multilayer film and the reflective spatial light modulator according to the present invention modulate the reflection spectrum itself of the reflective multilayer film using the transparent region to reflect from near total reflection to near transmissive reflection. It is possible to perform modulation up to the rate, the degree of modulation is large, and the light intensity can be modulated without using a light absorption layer, so that high utilization efficiency of light is realized. Moreover, since the multiple quantum well layer is not used in the fabrication, strict design and control of the film thickness are not required, and the light intensity modulation can be realized by the element having a relatively simple structure. Furthermore, the rate of change in reflectance may be considered to be nsec or less, and high-speed operability can be secured.

【0029】以上のように、本発明の半導体反射多層膜
および反射型空間光変調器によれば、高速応答性、素子
作製時の簡易性を同時に達成するとともに、可視光領域
の光に対する光強度変調を実現することができる。
As described above, according to the semiconductor reflective multilayer film and the reflective spatial light modulator of the present invention, high-speed response and simplicity of device fabrication can be achieved at the same time, and the light intensity with respect to light in the visible light region can be achieved. Modulation can be achieved.

【0030】[0030]

【実施例】【Example】

(実施例1)以下、本発明の第1の実施例について、図
面を参照しながら説明する。図3は本発明の第1の実施
例における反射型空間光変調器の概略断面図である(請
求項1対応)。
(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic sectional view of a reflective spatial light modulator according to the first embodiment of the present invention (corresponding to claim 1).

【0031】図3において、101は図1のBPに相当
するp型不純物がドープされたp−GaP基板、102
は図1のSL1に相当するp型不純物がドープされたp
−Aly Ga1-y P層、103は図1のSL2に相当す
るp型不純物がドープされたp−Gax Al1-x P層で
あり、xは式(1)、yは式(2)の範囲にある。 1≧x>0.5 ・・・(1) 1≧y>0.5 ・・・(2) 104は図1のML1に相当する第1の反射多層膜層で
あり、p−Aly Ga1- y P層102で始まり、p−A
y Ga1-y P層102で終わるp−Gax Al 1-x
/Aly Ga1-y P多層膜である。105は図1のSL
3に相当するp型不純物のキャリア濃度が1019〜10
20cm-3と極めて高いp+ −Gax Al1- x P層、10
6は図1のSL4に相当するn型不純物のキャリア濃度
が1019〜1020cm-3と極めて高いn+ −Gax Al
1-x P層であり、これらにより図1の第2の反射多層膜
ML2が構成される。107は図1のSL5に相当する
n型不純物がドープされたn−Aly Ga1-y P層、1
08は図1のSL6に相当する。n型不純物がドープさ
れたn−Gax Al1-x P層であり、109は図1のM
L3に相当する第3の反射多層膜層であり、n−Aly
Ga1-y P層107で始まり、n−Gax Al1-x P層
108で終わるn−Gax Al1-x P/AlyGa1-y
P多層膜である。110は図1のE1に相当する下部電
極、111は図1のE2に相当する上部電極である。
In FIG. 3, 101 corresponds to BP in FIG.
P-GaP substrate doped with a p-type impurity
Is a p-type doped with a p-type impurity corresponding to SL1 in FIG.
-AlyGa1-yP layer, 103 corresponds to SL2 in FIG.
P-Ga doped with p-type impuritiesxAl1-xIn P layer
Yes, x is in the range of formula (1) and y is in the range of formula (2).         1 ≧ x> 0.5 (1)         1 ≧ y> 0.5 (2) 104 is a first reflective multilayer film layer corresponding to ML1 in FIG.
Yes, p-AlyGa1- yStarting at the P layer 102, p-A
lyGa1-yP-Ga ending at P layer 102xAl 1-xP
/ AlyGa1-yIt is a P multilayer film. 105 is SL of FIG.
The carrier concentration of the p-type impurity corresponding to 3 is 1019-10
20cm-3And extremely high p+-GaxAl1- xP layer, 10
6 is the carrier concentration of the n-type impurity corresponding to SL4 in FIG.
Is 1019-1020cm-3And extremely high n+-GaxAl
1-xP layer, and by these, the second reflective multilayer film of FIG.
ML2 is configured. 107 corresponds to SL5 in FIG.
n-Al doped with n-type impuritiesyGa1-yP layer, 1
08 corresponds to SL6 in FIG. n-type impurity doped
N-GaxAl1-xP layer, and 109 in FIG.
The third reflective multilayer film layer corresponding to L3 is n-Al.y
Ga1-yStarting with the P layer 107, n-GaxAl1-xP layer
N-Ga ending with 108xAl1-xP / AlyGa1-y
It is a P multilayer film. Reference numeral 110 is a lower battery corresponding to E1 in FIG.
The electrode 111 is an upper electrode corresponding to E2 in FIG.

【0032】p−Aly Ga1-y P層102、p−Ga
x Al1-x P層103、n−AlyGa1-y P層10
7、n−Gax Al1-x P層108は、それぞれ反射多
層膜を形成する半導体層であり、その膜厚は目的波長の
1/4の膜厚となるように設定する。また、上部電極1
11は円筒型または透明電極であり、n−Gax Al1-
x P/Aly Ga1-y P多層膜109の最上部におい
て、入射光112および出射光113が遮断および吸収
されずに多層膜内に侵入していける構造にする。下部電
極110の形状は任意である。また、下部電極110
は、p型不純物濃度が1020cm-3程度のp++−GaP
であってもよく、上部電極直下のn−Gax Al1-x
層108は、n型不純物濃度が1020cm-3程度のn++
−Gax Al1- x Pであってもよい。
[0032] p-Al y Ga 1-y P layer 102, p-Ga
x Al 1-x P layer 103, n-Al y Ga 1 -y P layer 10
7. The n-Ga x Al 1-x P layer 108 is a semiconductor layer forming a reflective multilayer film, and its film thickness is set to be 1/4 of the target wavelength. Also, the upper electrode 1
Reference numeral 11 denotes a cylindrical or transparent electrode, n-Ga x Al 1-
In the top of the x P / Al y Ga 1- y P multilayer film 109, incident light 112 and output light 113 is a structure forward to once again enters the multilayer film without being blocked and absorbed. The shape of the lower electrode 110 is arbitrary. In addition, the lower electrode 110
Is p + + -GaP having a p-type impurity concentration of about 10 20 cm -3.
Or n-Ga x Al 1-x P directly under the upper electrode
The layer 108 is made of n ++ having an n-type impurity concentration of about 10 20 cm −3.
It may be —Ga x Al 1- x P.

【0033】以上のように構成された反射型空間光変調
器における半導体反射多層膜について、図3を参照しな
がらその動作を説明する。まず、電圧印加が無い状態の
多層膜内での光の反射/透過の特性を説明する。p−G
x Al1-x P/Aly Ga 1-y P多層膜104および
n−Gax Al1-x P/Aly Ga1-y P多層膜109
では、多層膜の光波長に対する反射率変化、すなわち反
射スペクトルの形状は複数のピークおよびバレイを持
ち、目的波長付近におけるピークが最も反射率が高く、
目的波長に対して単純なミラーとして働く。なお、目的
波長付近でのピークは二種類の材料の屈折率差に依存す
る幅を持つ。いま、p+ −Gax Al1-xP層105と
n+ −Gax Al1-x P層106との膜厚の合計が実効
目的波長の4分の1であれば、p+ −Gax Al1-x
層105とn+ −Gax Al1-x P層106は、半導体
反射多層膜内の任意の一層であるにすぎないので、反射
スペクトルの形状にはほとんど影響を与えない。その合
計の膜厚が0から実効目的波長の4分の3の間にあると
き、反射スペクトルにおける目的波長付近のメインピー
クにバレイが現れる。また、その位置とバレイの深さ
は、合計の膜厚を任意に設定することによって一意的に
決めることができる。
Reflective spatial light modulation constructed as described above
Please refer to FIG. 3 for the semiconductor reflective multilayer film in the container.
The operation will be described. First, in the state where no voltage is applied
The characteristics of light reflection / transmission in the multilayer film will be described. p-G
axAl1-xP / AlyGa 1-yP multilayer film 104 and
n-GaxAl1-xP / AlyGa1-yP multilayer film 109
Then, the reflectance change of the multilayer film with respect to the light wavelength,
The shape of the emissive spectrum has multiple peaks and valleys.
The peak near the target wavelength has the highest reflectance,
Acts as a simple mirror for the target wavelength. The purpose
The peak near the wavelength depends on the refractive index difference between the two materials.
Has a certain width. Now p+-GaxAl1-xWith P layer 105
n + -GaxAl1-xEffective sum of film thickness with P layer 106
If it is a quarter of the target wavelength, p+-GaxAl1-xP
Layers 105 and n+-GaxAl1-xThe P layer 106 is a semiconductor
Reflective because it is only one arbitrary layer in the reflective multilayer
It has almost no effect on the shape of the spectrum. In that case
If the film thickness of the meter is between 0 and 3/4 of the effective target wavelength
The main peak near the target wavelength in the reflection spectrum.
A valley appears in Ku. Also, its position and the depth of the valley
Is uniquely set by arbitrarily setting the total film thickness.
I can decide.

【0034】ところで、p+ −Gax Al1-x P層10
5とn+ −Gax Al1-x P層106との間にはキャリ
アが枯渇し、キャリア濃度が1016cm-3以下と極めて
低いi−Gax Al1-x P層が自然にできている。この
ため、屈折率の分布は、p+−Gax Al1-x P層10
5とn+ −Gax Al1-x P層106との間に不純物を
含まないGax Al1-x P層が挿入されているのと等価
になる。このキャリア濃度が極端に少なくなっている
層、すなわち空乏層の膜厚は、キャリア濃度10 19〜1
20cm-3程度のpn接合においては4nmと非常に薄
い。また、プラズマ効果を介した屈折率の減少は、10
19〜1020cm-3のキャリア濃度においては10%程度
である。このため、p+ −Gax Al1-x P層105と
+ −Ga x Al1-x P層106との膜厚の合計を設定
するときに、この空乏層の効果を考慮しておき、実効目
的波長の何倍の膜厚にするのかを決めればよい。
By the way, p+-GaxAl1-xP layer 10
5 and n+-GaxAl1-xCarry between the P layer 106
A is exhausted, carrier concentration is 1016cm-3Extremely below
Low i-GaxAl1-xThe P layer is made naturally. this
Therefore, the distribution of the refractive index is p+-GaxAl1-xP layer 10
5 and n+-GaxAl1-xImpurities are formed between the P layer 106 and
Ga not includedxAl1-xEquivalent to inserting P layer
become. This carrier concentration is extremely low
The layer, that is, the depletion layer has a carrier concentration of 10 19~ 1
020cm-3Very thin at 4 nm in pn junction
Yes. In addition, the decrease in the refractive index due to the plasma effect is 10
19-1020cm-3Carrier concentration is about 10%
Is. Therefore, p+-GaxAl1-xWith P layer 105
n+-Ga xAl1-xSet the total film thickness with P layer 106
In consideration of the effect of this depletion layer,
It suffices to decide how many times the target wavelength should be used.

【0035】次に上部電極111と下部電極110との
間にpn接合に対して逆方向電圧を印加する。この逆方
向電圧の印加によって、前述の空乏層幅が増え、10な
いし20Vの電圧で約20nmに達する。半導体反射多
層膜を構成している二種類の材料のうち、ある任意の一
層の膜厚変化、すなわち実効光学長の変化は反射スペク
トルに対して大きな影響を与える。前述のように空乏層
幅が大きくなると、実効光学長が変わると同時に反射多
層膜の周期構造も局所的に崩れる。実効光学長の変化が
反射スペクトルに与える影響は大きいので、逆方向電圧
の印加によって反射スペクトルの形状が大きく変化す
る。このとき、反射スペクトルにおける前述したような
バレイや鋭い立ち上がりを持った部分は変化の影響を受
けやすいので、その部分の波長に相当する入射光112
は、その強度を変えて反射光113となる。この強度変
化は空乏層幅に比例し、空乏層幅は印加電圧の平方根に
比例する。以上によって、印加電圧の変化にともなった
反射光強度の制御が可能となる。このときの具体的な変
調度としては、pn接合への印加電圧が15Vのとき、
反射率は0.1%から30%まで変化する。その変化量
は30%になり、変調伝達関数MTFは0.99が得ら
れる。
Next, a reverse voltage is applied to the pn junction between the upper electrode 111 and the lower electrode 110. By applying this reverse voltage, the width of the depletion layer is increased and reaches about 20 nm at a voltage of 10 to 20V. Of the two materials forming the semiconductor reflective multilayer film, a change in the film thickness of any one layer, that is, a change in the effective optical length has a great influence on the reflection spectrum. As described above, when the width of the depletion layer increases, the effective optical length changes, and at the same time, the periodic structure of the reflective multilayer film also collapses locally. Since the change of the effective optical length has a great influence on the reflection spectrum, the shape of the reflection spectrum is largely changed by applying the reverse voltage. At this time, since the portion of the reflection spectrum having the above-mentioned valley or sharp rising edge is easily affected by the change, the incident light 112 corresponding to the wavelength of the portion.
Changes its intensity to become reflected light 113. This change in intensity is proportional to the depletion layer width, and the depletion layer width is proportional to the square root of the applied voltage. As described above, it becomes possible to control the intensity of the reflected light according to the change of the applied voltage. As a specific modulation degree at this time, when the applied voltage to the pn junction is 15V,
The reflectance varies from 0.1% to 30%. The amount of change is 30%, and the modulation transfer function MTF is 0.99.

【0036】上記実施例において、p型およびp+ 型領
域とn型およびn+ 型との配置を入れ替えても、逆電圧
の方向が変わるだけで動作原理は同じままである(請求
項2対応)。
In the above embodiment, even if the arrangements of the p-type and p + -type regions and the n-type and n + -types are exchanged, the operation principle remains the same except that the reverse voltage direction is changed. ).

【0037】また、p+ −Gax Al1-x P層105お
よびn+ −Gax Al1-x P層106を,それぞれp+
−Aly Ga1-y P層およびn+ −Aly Ga1-y P層
に置き換え、p−Gax Al1-x P/Aly Ga1-y
多層膜104は,p−GaxAl1-x P層で終端し、n
−Gax Al1-x P/Aly Ga1-y P多層膜109は
n−Gax Al1-x P層で始める構造でも、同様の動作
原理となる(請求項3対応)。
Further, the p + -Ga x Al 1-x P layer 105 and the n + -Ga x Al 1-x P layer 106 are respectively p +
-Al y Ga 1-y replaced by a P layer and n + -Al y Ga 1-y P layer, p-Ga x Al 1- x P / Al y Ga 1-y P
The multilayer film 104 is terminated with a p-Ga x Al 1-x P layer, and n
-Gax Al 1-x P / Al y Ga 1-y P multilayer film 109 have a structure to start with n-Ga x Al 1-x P layer, the same operation principle (claim 3 corresponds).

【0038】また、この場合にも、p型およびp+ 型領
域とn型およびn+ 型との配置入れ替えが可能である
(請求項4対応)。
Also in this case, the p-type and p + -type regions can be replaced with the n-type and n + -type regions (corresponding to claim 4).

【0039】(実施例2)次に、本発明の第2の実施例
について、図面を参照しながら説明する。図4は本発明
の第2の実施例における反射形光変調器の概略断面図で
ある(請求項8対応)。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic sectional view of a reflection type optical modulator according to the second embodiment of the present invention (corresponding to claim 8).

【0040】図4において、201は図1のBPに相当
するp型不純物がドープされたp−GaP基板、202
は図1のSL1に相当するp型不純物がドープされたp
−Aly Ga1-y P層、203は図1のSL2に相当す
るp型不純物がドープされたp−Gax Al1-x P層で
あり、添字のxとyはそれぞれ前述の式(1)および式
(2)の範囲にある。204は図1のML1に相当する
第1の反射多層膜層であり、p−Aly Ga1-y P層2
02で始まり、p−Aly Ga1-y P層202で終わる
p−Gax Al1-x P/Aly Ga1-y P多層膜であ
る。205は図1のSL3に相当するp型不純物のキャ
リア濃度が1019〜1020cm-3と極めて高いp+ −G
x Al1-x P層、206は図1のSL4に相当するn
型不純物のキャリア濃度が1019〜1020cm-3と極め
て高いn+ −Aly Ga1-y P層であり、これらにより
図1の第2の反射多層膜層ML2が構成される。207
は図1のSL5に相当するn型不純物がドープされたn
−Gax Al1-x P層、208は図1のSL6に相当す
るn型不純物がドープされたn−Aly Ga1-y P層で
あり、209は図1のML3に相当する第3の反射多層
膜層であり、n−Ga x Al1-x P層207で始まり、
n−Gax Al1-x P層207で終わるn−Gax Al
1-x P/Aly Ga1-y P多層膜である。210は図1
のE1に相当する下部電極、211は図1のE2に相当
する上部電極である。この上部電極211は、円筒型ま
たは透明電極であり、n−Gax Al1-x P/Aly
1-y P多層膜209の最上部において、入射光212
および出射光213が遮断および吸収されずに多層膜内
に侵入していける構造にする。下部電極210の形状は
任意である。なお、本実施例においても、実施例1と同
様にその構成を種々に変更することができる(請求項
9、10、11、12対応)。
In FIG. 4, 201 corresponds to BP in FIG.
202. p-GaP substrate doped with p-type impurities
Is a p-type doped with a p-type impurity corresponding to SL1 in FIG.
-AlyGa1-yP layer, 203 corresponds to SL2 in FIG.
P-Ga doped with p-type impuritiesxAl1-xIn P layer
And subscripts x and y are the above-mentioned formula (1) and formula, respectively.
Within the range of (2). 204 corresponds to ML1 in FIG.
The first reflective multilayer film layer, p-AlyGa1-yP layer 2
Starting with 02, p-AlyGa1-yEnds with P layer 202
p-GaxAl1-xP / AlyGa1-yP multilayer film
It 205 is a p-type impurity carrier corresponding to SL3 in FIG.
Rear concentration is 1019-1020cm-3And extremely high p+-G
axAl1-xP layer, 206 is n corresponding to SL4 in FIG.
Carrier concentration of type impurities is 1019-1020cm-3And extremely
High n+-AlyGa1-yP layer,
The second reflective multilayer film layer ML2 of FIG. 1 is configured. 207
Is an n-type impurity-doped n corresponding to SL5 in FIG.
-GaxAl1-xP layer, 208 corresponds to SL6 in FIG.
N-Al doped with n-type impuritiesyGa1-yIn P layer
Yes, 209 is a third reflective multilayer corresponding to ML3 in FIG.
Membrane layer, n-Ga xAl1-xStarting with P-layer 207,
n-GaxAl1-xN-Ga ending at P layer 207xAl
1-xP / AlyGa1-yIt is a P multilayer film. 210 is shown in FIG.
The lower electrode corresponding to E1 of FIG. 1, 211 corresponds to E2 of FIG.
Is the upper electrode. The upper electrode 211 has a cylindrical shape.
Or a transparent electrode, n-GaxAl1-xP / AlyG
a1-yAt the top of the P multilayer film 209, incident light 212
And the emitted light 213 is not blocked and absorbed, and
Make a structure that can penetrate into. The shape of the lower electrode 210 is
It is optional. In addition, also in the present embodiment, the same as in the first embodiment.
The configuration can be changed in various ways (claims
9、10、11、12)).

【0041】次に、本実施例の動作について説明する。
本実施例の場合も、上記実施例1の場合と同じように、
電圧印加によるp+ −Gax Al1-x P層205とn+
−Aly Ga1-y P層206における空乏層変化を利用
した反射率変調であるが、大きく異なる点は、多層膜を
構成している一方の材料内にpn接合を作ることをせ
ず、ヘテロpn接合を作ることで、両方の材料にまたが
って空乏層を生じさせている点である。空乏層部分はキ
ャリアが枯渇しているため屈折率が異なり、この部分に
おける屈折率の周期的構造が局所的に崩れる。また、ヘ
テロpn接合であるので、抵抗値はホモpn接合に比べ
て高く、実施例1の場合に比べて電圧がこの部分に集中
してかかりやすくなっている。もちろん、この場合も実
施例1の場合と同様に実効的光学長も変わっている。周
期的構造の局所的なずれと実効光学長の局所的なずれと
が同時にこの場所で生じ、結果として実施例1同様に反
射スペクトル形状が印加電圧の変化にともなって変化す
る。
Next, the operation of this embodiment will be described.
Also in the case of the present embodiment, as in the case of the first embodiment,
P + -Ga x Al 1-x P layer 205 and n + by voltage application
-Al is y Ga 1-y P layer reflectance modulation using the depletion layer changes in 206, but significantly different from, not to make a pn junction in one of the material constituting the multilayer film, By making a hetero pn junction, a depletion layer is formed across both materials. Since the carrier is depleted in the depletion layer portion, the refractive index is different, and the periodic structure of the refractive index in this portion locally collapses. Further, since it is a hetero pn junction, its resistance value is higher than that of the homo pn junction, and the voltage is more likely to be concentrated and applied to this portion as compared with the case of the first embodiment. Of course, also in this case, the effective optical length is changed as in the case of the first embodiment. A local deviation of the periodic structure and a local deviation of the effective optical length occur at this location at the same time, and as a result, the reflection spectrum shape changes as the applied voltage changes, as in the first embodiment.

【0042】(実施例3)次に、本発明の第3の実施例
について、図面を参照しながら説明する。図5は本発明
の第3の実施例における反射型空間光変調器の概略断面
図である(請求項13対応)。
(Embodiment 3) Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a schematic sectional view of a reflective spatial light modulator according to the third embodiment of the present invention (corresponding to claim 13).

【0043】図5において、301は図2のBPに相当
するp型不純物がドープされたp−GaP基板、302
は図2のSL1に相当するn型不純物がキャリア濃度1
19〜1020cm-3と極めて高くドープされたn+ −A
y Ga1-y P層、303は図2のSL2に相当するp
型不純物がキャリア濃度1019〜1020cm-3と極めて
高くドープされたp+ −Gax Al1-x P層であり、x
とyについては、それぞれ前述の式(1)および式
(2)に示した範囲と同じである。304はn+ −Al
y Ga1-y P層302とp+ −Gax Al1-x P層30
3とを交互に積層した図2の反射多層膜層MLに相当す
るp+ −Gax Al1-x P/n+ −Aly Ga1-y P多
層膜層であり、305は図2のE1に相当する下部電
極、306は図2のE1に相当する上部電極である。上
部電極316は、円筒型または透明電極であり、p+
Gax Al1-x P/n+ −Aly Ga1-y P多層膜30
4の最上部において、入射光307および出射光308
が遮断および吸収されずに多層膜内に侵入していける構
造にする。下部電極305の形状は任意である。
In FIG. 5, reference numeral 301 denotes a p-GaP substrate doped with a p-type impurity corresponding to BP in FIG. 2, and 302.
Indicates that the n-type impurity corresponding to SL1 in FIG.
N + -A highly doped with 0 19 to 10 20 cm -3
l y Ga 1-y P layer, 303 is equivalent to SL2 in FIG. 2 p
Is a p + -Ga x Al 1 -x P layer in which the type impurities are extremely highly doped with a carrier concentration of 10 19 to 10 20 cm -3 , and x
And y are the same as the ranges shown in the above formula (1) and formula (2), respectively. 304 is n + -Al
y Ga 1-y P layer 302 and p + -Ga x Al 1-x P layer 30
Corresponds 3 and a in the reflective multilayer film ML in FIG. 2 of alternately laminated p + -Ga x Al 1-x P / n + -Al y Ga 1-y is P multilayer film, 305 of FIG. 2 A lower electrode corresponding to E1 and an upper electrode 306 corresponding to E1 in FIG. The upper electrode 316 is a cylindrical type or a transparent electrode, and is p +
Ga x Al 1-x P / n + -Al y Ga 1-y P multilayer film 30
4, the incident light 307 and the outgoing light 308
Is not blocked and absorbed so that it can enter the multilayer film. The shape of the lower electrode 305 is arbitrary.

【0044】次に、本実施例の動作について説明する。
本実施例におけるp+ −Gax Al 1-x P/n+ −Al
y Ga1-y P多層膜層304は、目的波長に反射率の最
大値がくるように、各半導体層302および303は目
的波長の4分の1の膜厚となるよう設計されている。ま
た、この多層膜のヘテロバンド構造はTypeIIと呼
ばれる構造になっており、そのバンド構造の模式図を図
6に示す。TypeIIと呼ばれるヘテロバンド構造の
特徴は、Gax Al1-x P層401の伝導帯の底403
が、Aly Ga1-y P層402の伝導帯の底405より
も上にあり、なおかつGax Al1-x P層401の価電
子帯の頂上404がAly Ga1-y P層402の価電子
帯の頂上406よりも上にある点である。このように一
方の材料の伝導帯底と価電子帯頂上とがともに他方の材
料の伝導帯底と価電子帯頂上の準位よりも上に来るのが
TypeIIと呼ばれるヘテロバンド構造の特徴であ
る。
Next, the operation of this embodiment will be described.
P in this embodiment+-GaxAl 1-xP / n+-Al
yGa1-yThe P multilayer film layer 304 has the maximum reflectance at the target wavelength.
Each semiconductor layer 302 and 303 has a
The film thickness is designed to be one quarter of the target wavelength. Well
The hetero band structure of this multilayer film is called Type II.
The structure is exposed, and a schematic diagram of the band structure is shown.
6 shows. Of the hetero band structure called Type II
Characteristic is GaxAl1-xBottom of conduction band 403 of P layer 401
But AlyGa1-yFrom the bottom 405 of the conduction band of the P layer 402
Is also on top and GaxAl1-xCharge of P layer 401
The top 404 of the baby band is AlyGa1-yValence electron of P layer 402
The point is above the top 406 of the band. One like this
Both the conduction band bottom and the valence band top of the other material are the other material.
Is above the bottom of the conduction band and the top of the valence band
It is a characteristic of the hetero band structure called Type II.
It

【0045】Gax Al1-x P層401にp型不純物を
多量に添加し、Aly Ga1-y P層402にn型不純物
を多量添加すると、Gax Al1-x P価電子帯頂上40
4はフェルミ準位409に近づき、Aly Ga1-y P伝
導帯底405もフェルミ準位409に近づく。この近づ
きの度合いは、ドープ量によって大きくも小さくもな
る。本実施例の場合、ドープ量はキャリア濃度1019
1020cm-3と極めて高いので、Gax Al1-x P価電
子帯頂上404とAly Ga1-y P伝導帯底405のフ
ェルミ準位409との隔たりは数meVまで近づいてい
る。
When a large amount of p-type impurities is added to the Ga x Al 1-x P layer 401 and a large amount of n-type impurities is added to the Al y Ga 1-y P layer 402, the Ga x Al 1-x P valence band is obtained. Top 40
4 approaches the Fermi level 409, and the Al y Ga 1-y P conduction band bottom 405 also approaches the Fermi level 409. The degree of this approach becomes larger or smaller depending on the doping amount. In the case of this embodiment, the doping amount is carrier concentration of 10 19 to
Since it is as high as 10 20 cm −3 , the distance between the top of the Ga x Al 1-x P valence band 404 and the Fermi level 409 of the bottom of the Al y Ga 1-y P conduction band 405 is close to several meV.

【0046】この高反射多層膜に電圧がかかると、p+
−Gax Al1-x P層401およびn+ −Aly Ga
1-y P層402にドーピングされているキャリアが電界
の向きに従って移動しようとするが、p+ −Gax Al
1-x P層401内の多数キャリアである正孔は、n+
Aly Ga1-y P層402の価電子帯障壁408に、n
+ −Aly Ga1-y P層内の多数キャリアである電子は
+ −Gax Al1-x Pの伝導帯障壁407に遮られ、
これらのキャリアは互いに逆方向へ偏った状態となる。
このように、各領域での不純物濃度の分布が、電圧印加
前とは大きく異なる場所が多層膜の周期数だけ存在する
ことになる。この不純物濃度分布の変化からプラズマ効
果を介して屈折率の変化が生じ、その変化に対応した反
射多層膜の反射条件のずれが重畳された形で多重反射が
行われ、反射スペクトルの変化が生じる。
When a voltage is applied to this highly reflective multilayer film, p+
-GaxAl1-xP layer 401 and n+-AlyGa
1-yCarriers doped in the P layer 402 have an electric field
Try to move according to the direction of, but p+-GaxAl
1-xThe holes which are the majority carriers in the P layer 401 are n+
AlyGa1-yIn the valence band barrier 408 of the P layer 402, n
+-AlyGa1-yThe electrons that are the majority carriers in the P layer are
p+-GaxAl1-xBlocked by P conduction band barrier 407,
These carriers are biased in opposite directions.
In this way, the distribution of the impurity concentration in each region is
There are as many places as the number of cycles of the multilayer film, which is very different from the previous one
It will be. From this change in the impurity concentration distribution, the plasma effect
A change in the refractive index occurs through the fruit, and the reaction corresponding to the change occurs.
Multiple reflections can be achieved by superimposing the deviation of the reflection conditions of the reflective multilayer film.
And a change in the reflectance spectrum occurs.

【0047】さらにより大きな電圧を印加した場合のヘ
テロバンド構造を図7に示す。この時、n+ −Aly
1-y P層502の価電子帯障壁504に遮られていた
+−Gax Al1-x P層501内の少数キャリアであ
った電子は、トンネル効果によって障壁をすり抜け、ト
ンネル電流507が発生する。また、p+ −Gax Al
1-x P層501の伝導帯障壁503は、印加電界506
が順方向バイアスの働きをするため、n+ −Aly Ga
1-y P層502の価電子帯障壁504をトンネルした電
子に対しては、障壁としての効果を失っている。これに
より、素子全体として電流が流れ出す。このようにTy
peIIのヘテロバンド構造で電流が流れ出すと、材料
が持つ本来の光学的特性は相変換的大きくに変わってし
まい、屈折率も大きく変わってしまう。これにより反射
スペクトルも大きく変化し、印加電圧による反射率の制
御が行える。
FIG. 7 shows a heteroband structure in the case where a still higher voltage is applied. At this time, n + -Al y G
The electrons, which were the minority carriers in the p + -Ga x Al 1 -x P layer 501 and were blocked by the valence band barrier 504 of the a 1 -y P layer 502, passed through the barrier due to the tunnel effect, and the tunnel current 507. Occurs. In addition, p + -Ga x Al
The conduction band barrier 503 of the 1-x P layer 501 has an applied electric field 506.
There for the action of the forward bias, n + -Al y Ga
For the electrons tunneling through the valence band barrier 504 of the 1-y P layer 502, the effect as a barrier is lost. As a result, a current starts to flow in the entire device. Like this Ty
When a current flows in the peII heteroband structure, the original optical characteristics of the material change greatly in phase conversion, and the refractive index also changes significantly. As a result, the reflection spectrum also changes greatly, and the reflectance can be controlled by the applied voltage.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
可視光領域で透明なGax Al1-x P/Aly Ga1-y
P多層膜を材料として選ぶことによって、可視光領域で
使用可能な半導体反射型空間光変調器が実現することが
できる。また、従来、困難とされていた反射多層膜自体
の屈折率変化を利用できるような構成をとることによっ
て、光吸収制御を用いない反射型空間光変調器が実現
し、作製上の手間も同時に省ける。
As described above, according to the present invention,
Transparent in the visible light region Ga x Al 1-x P / Al y Ga 1-y
A semiconductor reflective spatial light modulator usable in the visible light region can be realized by selecting the P multilayer film as a material. In addition, a reflective spatial light modulator that does not use optical absorption control has been realized by adopting a configuration that can utilize the change in the refractive index of the reflective multilayer film itself, which has been considered difficult in the past. I can omit it.

【0049】また、電圧制御型の反射型空間光変調器で
もあるため、反射多層膜下部には基板と電極しかなく、
p−i−nフォトダイオードなどとの積層を可能にする
だけの余地があり、より多くの付加機能を設けることが
可能である。
Since it is also a voltage-controlled reflective spatial light modulator, there is only a substrate and electrodes below the reflective multilayer film.
There is room for stacking with a pin photodiode or the like, and more additional functions can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の概念を説明するための反射型空間光変
調器の概略断面図
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a reflective spatial light modulator for explaining the concept of the present invention.

【図2】本発明の概念を説明するための別の反射型空間
光変調器の概略断面図
FIG. 2 is a schematic sectional view of another reflective spatial light modulator for explaining the concept of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例にかかる反射型空間光変
調器の概略断面図
FIG. 3 is a schematic sectional view of a reflective spatial light modulator according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施例にかかる反射型空間光変
調器の概略断面図
FIG. 4 is a schematic sectional view of a reflective spatial light modulator according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施例にかかる反射型空間光変
調器の概略断面図
FIG. 5 is a schematic sectional view of a reflective spatial light modulator according to a third embodiment of the present invention.

【図6】第3の実施例における多層膜のヘテロバンド構
造を示す模式図
FIG. 6 is a schematic diagram showing a hetero band structure of a multilayer film in a third embodiment.

【図7】第3の実施例における多層膜に電圧が印加され
ているときののヘテロバンド構造を示す模式図
FIG. 7 is a schematic diagram showing a hetero band structure when a voltage is applied to the multilayer film in the third embodiment.

【図8】従来例における反射型空間光変調器の概略断面
FIG. 8 is a schematic sectional view of a reflective spatial light modulator in a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

BP 半導体基板 E1 第1の電極 E2 第2の電極 ML 反射多層膜層 ML1 第1の反射多層膜層 ML2 第2の反射多層膜層 ML3 第3の反射多層膜層 SL1 第1の半導体層 SL2 第2の半導体層 SL3 第3の半導体層 SL4 第4の半導体層 SL5 第5の半導体層 SL6 第6の半導体層 BP semiconductor substrate E1 First electrode E2 Second electrode ML reflective multilayer film ML1 First reflective multilayer film layer ML2 second reflective multilayer film layer ML3 Third reflective multilayer film layer SL1 first semiconductor layer SL2 Second semiconductor layer SL3 Third semiconductor layer SL4 Fourth semiconductor layer SL5 Fifth semiconductor layer SL6 Sixth semiconductor layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/015 503 G02F 1/29 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/015 503 G02F 1/29

Claims (18)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 p型不純物を含む第1の半導体層とp型
不純物を含み前記第1の半導体層とは屈折率とバンドギ
ャップエネルギーが異なる第2の半導体層とを前記第1
の半導体層で始め、前記第1の半導体層で終端するよう
交互に積層した第1の反射多層膜層と、前記第2の半導
体層と屈折率およびバンドギャップエネルギーが同じ材
料かつ前記第2の半導体層よりも多量のp型不純物を含
む第3の半導体層と、前記第2の半導体層と屈折率およ
びバンドギャップエネルギーが同じ材料かつ前記第3の
半導体層のp型不純物濃度に匹敵するほどの多量のn型
不純物を含む第4の半導体層とを積層し、前記第3の半
導体層と前記第4の半導体層との合計の膜厚が0よりは
大きくかつ前記第2の半導体層の3倍以下の膜厚を有す
る第2の反射多層膜層と、n型不純物を含み前記第1の
半導体層と同じ屈折率およびバンドギャップエネルギー
を有する第5の半導体層とn型不純物を含み前記第2の
半導体層と同じ屈折率およびバンドギャップエネルギー
を有する第6の半導体層とを第5の半導体層から始め、
第6の半導体層で終端するように交互に積層した第3の
反射多層膜層とを積層した構造を有する半導体反射多層
膜。
1. A first semiconductor layer containing a p-type impurity and a second semiconductor layer containing a p-type impurity and having a refractive index and bandgap energy different from each other.
Starting from the first semiconductor layer and alternately terminating at the first semiconductor layer, the first reflective multilayer film layers and the second semiconductor layer are made of a material having the same refractive index and the same bandgap energy as that of the second semiconductor layer. The third semiconductor layer containing a larger amount of p-type impurities than the semiconductor layer and a material having the same refractive index and bandgap energy as those of the second semiconductor layer and having a p-type impurity concentration comparable to that of the third semiconductor layer. And a fourth semiconductor layer containing a large amount of n-type impurities are stacked, and the total film thickness of the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer is larger than 0 and the second semiconductor layer A second reflective multilayer film having a thickness of 3 times or less; a fifth semiconductor layer containing n-type impurities and having the same refractive index and bandgap energy as the first semiconductor layer; Same as the second semiconductor layer A sixth semiconductor layer of which having a rate and the band gap energy starting from the fifth semiconductor layer,
A semiconductor reflective multilayer film having a structure in which a third reflective multilayer film layer that is alternately stacked so as to terminate at a sixth semiconductor layer is stacked.
【請求項2】 n型不純物を含む第1の半導体層とn型
不純物を含み前記第1の半導体層とは屈折率とバンドギ
ャップエネルギーが異なる第2の半導体層とを前記第1
の半導体層で始め、前記第1の半導体層で終端するよう
交互に積層した第1の反射多層膜層と、前記第2の半導
体層と屈折率およびバンドギャップエネルギーが同じ材
料かつ前記第2の半導体層よりも多量のn型不純物を含
む第3の半導体層と、前記第2の半導体層と屈折率およ
びバンドギャップエネルギーが同じ材料かつ前記第3の
半導体層のn型不純物濃度に匹敵するほどの多量のp型
不純物を含む第4の半導体層とを積層し、前記第3の半
導体層と前記第4の半導体層との合計の膜厚が0よりは
大きくかつ前記第2の半導体層の3倍以下の膜厚を有す
る第2の反射多層膜層と、p型不純物を含み前記第1の
半導体層と同じ屈折率およびバンドギャップエネルギー
を有する第5の半導体層とp型不純物を含み前記第2の
半導体層と同じ屈折率およびバンドギャップエネルギー
を有する第6の半導体層とを第5の半導体層から始め、
第6の半導体層で終端するように交互に積層した第3の
反射多層膜層とを積層した構造を有する半導体反射多層
膜。
2. A first semiconductor layer containing an n-type impurity and a second semiconductor layer containing an n-type impurity and having a refractive index and bandgap energy different from each other.
Starting from the first semiconductor layer and alternately terminating at the first semiconductor layer, the first reflective multilayer film layers and the second semiconductor layer are made of a material having the same refractive index and the same bandgap energy as that of the second semiconductor layer. The third semiconductor layer containing a larger amount of n-type impurities than the semiconductor layer and a material having the same refractive index and bandgap energy as those of the second semiconductor layer and comparable to the n-type impurity concentration of the third semiconductor layer. And a fourth semiconductor layer containing a large amount of p-type impurities are stacked, and the total film thickness of the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer is greater than 0 and the second semiconductor layer A second reflective multilayer film layer having a thickness of 3 times or less, a fifth semiconductor layer containing p-type impurities and having the same refractive index and bandgap energy as the first semiconductor layer, and p-type impurities Same as the second semiconductor layer A sixth semiconductor layer of which having a rate and the band gap energy starting from the fifth semiconductor layer,
A semiconductor reflective multilayer film having a structure in which a third reflective multilayer film layer that is alternately stacked so as to terminate at a sixth semiconductor layer is stacked.
【請求項3】 p型不純物を含む第1の半導体層とp型
不純物を含み前記第1の半導体層とは屈折率とバンドギ
ャップエネルギーが異なる第2の半導体層とを前記第1
の半導体層で始め、前記第2の半導体層で終端するよう
交互に積層した第1の反射多層膜層と、前記第1の半導
体層と屈折率およびバンドギャップエネルギーが同じ材
料かつ前記第1の半導体層よりも多量のp型不純物を含
む第3の半導体層と、前記第1の半導体層と屈折率およ
びバンドギャップエネルギーが同じ材料かつ前記第3の
半導体層のp型不純物濃度に匹敵するほどの多量のn型
不純物を含む第4の半導体層とを積層し、前記第3の半
導体層と前記第4の半導体層との合計の膜厚が0よりは
大きくかつ前記第1の半導体層の3倍以下の膜厚を有す
る第2の反射多層膜層と、n型不純物を含み前記第1の
半導体層と同じ屈折率およびバンドギャップエネルギー
を有する第5の半導体層とn型不純物を含み前記第2の
半導体層と同じ屈折率およびバンドギャップエネルギー
を有する第6の半導体層とを第6の半導体層から始め、
第6の半導体層で終端するように交互に積層した第3の
反射多層膜層とを積層した構造を有する半導体反射多層
膜。
3. A first semiconductor layer containing a p-type impurity and a second semiconductor layer containing a p-type impurity and having a refractive index and a bandgap energy different from each other.
Starting from the first semiconductor layer and terminating alternately at the second semiconductor layer, the first reflective multilayer film layers and the first semiconductor layer having the same refractive index and the same bandgap energy as those of the first reflective multilayer film layer. The third semiconductor layer containing a larger amount of p-type impurities than the semiconductor layer and the material having the same refractive index and bandgap energy as those of the first semiconductor layer and comparable to the p-type impurity concentration of the third semiconductor layer. A fourth semiconductor layer containing a large amount of n-type impurities is stacked, and the total film thickness of the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer is larger than 0 and the first semiconductor layer A second reflective multilayer film having a thickness of 3 times or less; a fifth semiconductor layer containing n-type impurities and having the same refractive index and bandgap energy as the first semiconductor layer; Same as the second semiconductor layer A sixth semiconductor layer of which having a rate and the band gap energy starting from the sixth semiconductor layer,
A semiconductor reflective multilayer film having a structure in which a third reflective multilayer film layer that is alternately stacked so as to terminate at a sixth semiconductor layer is stacked.
【請求項4】 n型不純物を含む第1の半導体層とn型
不純物を含み前記第1の半導体層とは屈折率とバンドギ
ャップエネルギーが異なる第2の半導体層とを前記第1
の半導体層で始め、前記第2の半導体層で終端するよう
交互に積層した第1の反射多層膜層と、前記第1の半導
体層と屈折率およびバンドギャップエネルギーが同じ材
料かつ前記第1の半導体層よりも多量のn型不純物を含
む第3の半導体層と、前記第1の半導体層と屈折率およ
びバンドギャップエネルギーが同じ材料かつ前記第3の
半導体層のn型不純物濃度に匹敵するほどの多量のp型
不純物を含む第4の半導体層とを積層し、前記第3の半
導体層と前記第4の半導体層との合計の膜厚が0よりは
大きくかつ前記第1の半導体層の3倍以下の膜厚を有す
る第2の反射多層膜層と、p型不純物を含み前記第1の
半導体層と同じ屈折率およびバンドギャップエネルギー
を有する第5の半導体層とp型不純物を含み前記第2の
半導体層と同じ屈折率およびバンドギャップエネルギー
を有する第6の半導体層とを第6の半導体層から始め、
第6の半導体層で終端するように交互に積層した第3の
反射多層膜層とを積層した構造を有する半導体反射多層
膜。
4. A first semiconductor layer containing an n-type impurity and a second semiconductor layer containing an n-type impurity and having a refractive index and bandgap energy different from each other.
Starting from the first semiconductor layer and terminating alternately at the second semiconductor layer, the first reflective multilayer film layers and the first semiconductor layer having the same refractive index and the same bandgap energy as those of the first reflective multilayer film layer. The third semiconductor layer containing a larger amount of n-type impurities than the semiconductor layer, and the material having the same refractive index and bandgap energy as those of the first semiconductor layer and comparable to the n-type impurity concentration of the third semiconductor layer. A fourth semiconductor layer containing a large amount of p-type impurities is stacked, and the total film thickness of the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer is greater than 0 and the first semiconductor layer A second reflective multilayer film layer having a thickness of 3 times or less, a fifth semiconductor layer containing p-type impurities and having the same refractive index and bandgap energy as the first semiconductor layer, and p-type impurities Same as the second semiconductor layer A sixth semiconductor layer of which having a rate and the band gap energy starting from the sixth semiconductor layer,
A semiconductor reflective multilayer film having a structure in which a third reflective multilayer film layer that is alternately stacked so as to terminate at a sixth semiconductor layer is stacked.
【請求項5】 第1の反射多層膜層内の第1の半導体層
のうちある任意の一つを除いて他の膜厚が等しいかまた
は第2の半導体層のうちある任意の一つを除いて他の膜
厚が等しく、または第3の反射多層膜層内の第5の半導
体層のうちある任意の一つを除いて他の膜厚が等しいか
または第6の半導体層のうちある任意の一つを除いて他
の膜厚が等しい構造を有することを特徴とする請求項1
から4のいずれかに記載の半導体反射多層膜。
5. Except for any one of the first semiconductor layers in the first reflective multilayer film layer, the other films have the same thickness or any one of the second semiconductor layers. Except for any one of the fifth semiconductor layers in the third reflective multi-layer film, the other film thicknesses are equal or other than the sixth semiconductor layer. A structure having the same film thickness except for one of the arbitrary ones.
5. The semiconductor reflective multilayer film according to any one of 4 to 4.
【請求項6】 第1の半導体層の半導体がAly Ga
1-y P(1≧y>0.5)であり、第2の半導体層の半
導体がGax Al1-x P(1≧x>0.5) であることを
特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の半導体反
射多層膜。
6. The semiconductor of the first semiconductor layer is Al y Ga.
1-y P (1 ≧ y> 0.5), and the semiconductor of the second semiconductor layer is Ga x Al 1-x P (1 ≧ x> 0.5). 6. The semiconductor reflective multilayer film according to any one of 5 to 5.
【請求項7】 請求項1から6のいずれかに記載の半導
体反射多層膜を有し、さらに第1の反射多層膜層が半導
体基板の上に積層され、前記半導体基板に接して第1の
電極が積層され、第3の反射多層膜層に接して第2の電
極が積層された構造を有する反射型空間光変調器。
7. The semiconductor reflective multilayer film according to claim 1, further comprising a first reflective multilayer film layer laminated on the semiconductor substrate, and the first reflective multilayer film layer being in contact with the semiconductor substrate. A reflective spatial light modulator having a structure in which electrodes are stacked and a second electrode is stacked in contact with a third reflective multilayer film layer.
【請求項8】 p型不純物を含む第1の半導体層とp型
不純物を含み前記第1の半導体層とは屈折率とバンドギ
ャップエネルギーが異なる第2の半導体層とを前記第1
の半導体層で始め、前記第1の半導体層で終端するよう
交互に積層した第1の反射多層膜層と、前記第2の半導
体層と屈折率およびバンドギャップエネルギーが同じ材
料かつ前記第2の半導体層よりも多量のp型不純物を含
む第3の半導体層と、前記第1の半導体層と屈折率およ
びバンドギャップエネルギーが同じ材料かつ前記第3の
半導体層のp型不純物濃度に匹敵するほどの多量のn型
不純物を含む第4の半導体層とを積層した第2の反射多
層膜層と、n型不純物を含み前記第2の半導体層と同じ
屈折率およびバンドギャップエネルギーを有する第5の
半導体層とn型不純物を含み前記第1の半導体層と同じ
屈折率およびバンドギャップエネルギーを有する第6の
半導体層とを第5の半導体層から始め、第5の半導体層
で終端するように交互に積層した第3の反射多層膜層と
を積層した構造を有する半導体反射多層膜。
8. A first semiconductor layer containing a p-type impurity and a second semiconductor layer containing a p-type impurity and having a refractive index and a bandgap energy different from each other.
Starting from the first semiconductor layer and alternately terminating at the first semiconductor layer, the first reflective multilayer film layers and the second semiconductor layer are made of a material having the same refractive index and the same bandgap energy as that of the second semiconductor layer. The third semiconductor layer containing a larger amount of p-type impurities than the semiconductor layer and the material having the same refractive index and bandgap energy as those of the first semiconductor layer and comparable to the p-type impurity concentration of the third semiconductor layer. And a fourth semiconductor layer containing a large amount of n-type impurity, and a fifth reflective multilayer film layer including n-type impurity and having the same refractive index and bandgap energy as the second semiconductor layer. A semiconductor layer and a sixth semiconductor layer containing an n-type impurity and having the same refractive index and bandgap energy as the first semiconductor layer are started from the fifth semiconductor layer and terminated at the fifth semiconductor layer. Third reflective multilayer film and the semiconductor reflective multilayer film having a stacked structure in which each other by laminating.
【請求項9】 n型不純物を含む第1の半導体層とn型
不純物を含み前記第1の半導体層とは屈折率とバンドギ
ャップエネルギーが異なる第2の半導体層とを前記第1
の半導体層で始め、前記第1の半導体層で終端するよう
交互に積層した第1の反射多層膜層と、前記第2の半導
体層と屈折率およびバンドギャップエネルギーが同じ材
料かつ前記第2の半導体層よりも多量のn型不純物を含
む第3の半導体層と、前記第1の半導体層と屈折率およ
びバンドギャップエネルギーが同じ材料かつ前記第3の
半導体層のn型不純物濃度に匹敵するほどの多量のp型
不純物を含む第4の半導体層とを積層した第2の反射多
層膜層と、p型不純物を含み前記第2の半導体層と同じ
屈折率およびバンドギャップエネルギーを有する第5の
半導体層とp型不純物を含み前記第1の半導体層と同じ
屈折率およびバンドギャップエネルギーを有する第6の
半導体層とを第5の半導体層から始め、第5の半導体層
で終端するよう交互に積層した第3の反射多層膜層とを
積層した構造を特徴とする反射多層膜。
9. A first semiconductor layer containing an n-type impurity and a second semiconductor layer containing an n-type impurity and having a refractive index and a bandgap energy different from each other.
Starting from the first semiconductor layer and alternately terminating at the first semiconductor layer, the first reflective multilayer film layers and the second semiconductor layer are made of a material having the same refractive index and the same bandgap energy as that of the second semiconductor layer. The third semiconductor layer containing a larger amount of n-type impurities than the semiconductor layer, and the material having the same refractive index and bandgap energy as those of the first semiconductor layer and comparable to the n-type impurity concentration of the third semiconductor layer. A second reflective multilayer film layer in which a fourth semiconductor layer containing a large amount of p-type impurities is stacked, and a fifth reflective multilayer film layer containing p-type impurities and having the same refractive index and bandgap energy as the second semiconductor layer. The semiconductor layer and the sixth semiconductor layer containing p-type impurities and having the same refractive index and bandgap energy as those of the first semiconductor layer start from the fifth semiconductor layer and end with the fifth semiconductor layer. The third reflective multi-layer coating layer and the reflective multilayer film, wherein the laminated structure of the laminated on.
【請求項10】 第1の反射多層膜層内の第1の半導体
層のうちある任意の一つを除いて他の膜厚が等しいかま
たは第2の半導体層のうちある任意の一つを除いて他の
膜厚が等しく、または第3の反射多層膜層内の第5の半
導体層のうちある任意の一つを除いて他の膜厚が等しい
かまたは第6の半導体層のうちある任意の一つを除いて
他の膜厚が等しい構造を有することを特徴とする請求項
8または9記載の半導体反射多層膜。
10. Except for any one of the first semiconductor layers in the first reflective multilayer film, any other one having the same film thickness or any one of the second semiconductor layers is formed. Except for any one of the fifth semiconductor layers in the third reflective multi-layer film, the other film thicknesses are equal or other than the sixth semiconductor layer. 10. The semiconductor reflective multilayer film according to claim 8, which has a structure having the same film thickness other than any one.
【請求項11】 第1の半導体層の半導体がAly Ga
1-y P(1≧y>0.5)であり、第2の半導体層の半
導体がGax Al1-x P(1≧x>0.5)であること
を特徴とする請求項8から10のいずれかに記載の半導
体反射多層膜。
11. The semiconductor of the first semiconductor layer is Al y Ga.
9. 1-y P (1 ≧ y> 0.5) and the semiconductor of the second semiconductor layer is Ga x Al 1-x P (1 ≧ x> 0.5). 11. The semiconductor reflective multilayer film according to any one of 1 to 10.
【請求項12】 請求項8から11のいずれかに記載の
半導体反射多層膜を有し、さらに第1の反射多層膜層が
半導体基板の上に積層され、前記半導体基板に接して第
1の電極が積層され、第2の反射多層膜層に接して第2
の電極が積層された構造を有する反射型空間光変調器。
12. A semiconductor reflective multilayer film according to claim 8, further comprising a first reflective multilayer film layer laminated on the semiconductor substrate, the first reflective multilayer film layer being in contact with the semiconductor substrate. The electrode is laminated and contacts the second reflective multilayer film to form the second
Reflective spatial light modulator having a structure in which the above electrodes are laminated.
【請求項13】 n型不純物を多量に含む第1の半導体
層とp型不純物を多量に含み前記第1の半導体層とは屈
折率とバンドギャップエネルギーが異なる第2の半導体
層とを交互に積層した構造を有する半導体反射多層膜。
13. A first semiconductor layer containing a large amount of n-type impurities and a second semiconductor layer containing a large amount of p-type impurities and having a different refractive index and band gap energy are alternately formed. A semiconductor reflective multilayer film having a laminated structure.
【請求項14】 第1の半導体層の半導体と第2の半導
体層の半導体のヘテロバンド構造として、前記第1の半
導体層の半導体の伝導帯底が、前記第2の半導体層の半
導体の伝導帯底よりもエネルギー的に下に位置し、かつ
前記第1の半導体層の半導体の価電子帯頂上が、前記第
2の半導体層の半導体の価電子帯頂上よりも下に位置す
る構造であることを特徴とする請求項13記載の半導体
反射多層膜。
14. A hetero band structure of a semiconductor of a first semiconductor layer and a semiconductor of a second semiconductor layer, wherein a conduction band bottom of a semiconductor of the first semiconductor layer is a conduction band of a semiconductor of the second semiconductor layer. The structure is located energetically below the bottom of the band, and the top of the valence band of the semiconductor of the first semiconductor layer is below the top of the valence band of the semiconductor of the second semiconductor layer. 14. The semiconductor reflective multilayer film according to claim 13, wherein:
【請求項15】 各層の積層方向に対して平行に電界が
印加されることによって、第2の半導体層の半導体の価
電子帯頂上が第1の半導体層の半導体の伝導帯底よりも
上に位置するか、またはそれに近い状態に変化する多層
膜であることを特徴とする請求項13または14記載の
半導体反射多層膜。
15. An electric field is applied parallel to the stacking direction of each layer, so that the top of the valence band of the semiconductor of the second semiconductor layer is above the bottom of the conduction band of the semiconductor of the first semiconductor layer. 15. The semiconductor reflective multilayer film according to claim 13 or 14, which is a multilayer film that is located or changes to a state close thereto.
【請求項16】 第1の半導体層の半導体がAly Ga
1-y P(1≧y>0.5)であり、第2の半導体層の半
導体がGax Al1-x P(1≧x>0.5)であること
を特徴とする請求項13から15のいずれかに記載の半
導体反射多層膜。
16. The semiconductor of the first semiconductor layer is Al y Ga.
14. 1-y P (1 ≧ y> 0.5) and the semiconductor of the second semiconductor layer is Ga x Al 1-x P (1 ≧ x> 0.5). 16. The semiconductor reflective multilayer film according to any one of 1 to 15.
【請求項17】 請求項13から16のいずれかに記載
の半導体反射多層膜を有し、さらに前記半導体反射多層
膜の最下位の第1の半導体層が半導体基板の上に積層さ
れ、前記半導体基板に接して第1の電極が積層され、前
記半導体反射多層膜の最上位の第2の半導体層に接して
第2の電極が積層された構造を有する反射型空間光変調
器。
17. The semiconductor reflective multilayer film according to claim 13, further comprising a lowest semiconductor layer of the semiconductor reflective multilayer film, which is laminated on a semiconductor substrate. A reflective spatial light modulator having a structure in which a first electrode is laminated in contact with a substrate, and a second electrode is laminated in contact with an uppermost second semiconductor layer of the semiconductor reflective multilayer film.
【請求項18】 半導体基板がp−GaPであることを
特徴とする請求項7または12または17記載の反射型
空間光変調器。
18. The reflective spatial light modulator according to claim 7, 12 or 17, wherein the semiconductor substrate is p-GaP.
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