JPH01102437A - 半導体光素子 - Google Patents
半導体光素子Info
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- JPH01102437A JPH01102437A JP25841287A JP25841287A JPH01102437A JP H01102437 A JPH01102437 A JP H01102437A JP 25841287 A JP25841287 A JP 25841287A JP 25841287 A JP25841287 A JP 25841287A JP H01102437 A JPH01102437 A JP H01102437A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（ｆＥ４上の利用分骨）
本発明は、半導体多重量子井戸構造のサブバンド間吸収
の吸収ピークが入射光パワーによってシフトする現象を
利用したもので、光双安定動作。
の吸収ピークが入射光パワーによってシフトする現象を
利用したもので、光双安定動作。
光論理動作等の光機能動作を有する半導体光素子に関す
る。
る。
（従来の技術）
二重ヘテｃｌＷ＃造のＮＪ幅を、キャリアのドウ・ブロ
イ波長よりも小さくした。所謂数子井戸＃造は。
イ波長よりも小さくした。所謂数子井戸＃造は。
バルク半導体とは異なった光学的性質を有し、光双安定
素子等の光素子に広く使われている。このような光素子
では通常励起子吸収を用いている。
素子等の光素子に広く使われている。このような光素子
では通常励起子吸収を用いている。
以下従来例を引用しながらこれを説明する。
量子井戸、あるいは量子井戸を複数個積層した多重量子
井戸（ＭＱＷ）ＩＩ造は、室温で励起子吸収ピークが存
在するため、室温で励起子に由来した光学非線形が観測
される（ Ｄ、Ａ、 Ｂ、Ｍｉｌｌｅｒｅｔ ａｌ、
、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、４１１８１６７９
（１９８２） ）、これは１強光入力では、自由キャリ
アによるスクリーニング効果によって励起子が存在でき
なくなＶ。
井戸（ＭＱＷ）ＩＩ造は、室温で励起子吸収ピークが存
在するため、室温で励起子に由来した光学非線形が観測
される（ Ｄ、Ａ、 Ｂ、Ｍｉｌｌｅｒｅｔ ａｌ、
、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、４１１８１６７９
（１９８２） ）、これは１強光入力では、自由キャリ
アによるスクリーニング効果によって励起子が存在でき
なくなＶ。
励起子吸収による吸収ピークが飽和するためである。
また、第１１図に示すように、非線形吸収現象とファブ
リ・ペロー共振器の組み合わせによす光双安定動作がｌ
ｉ［認されている（ ＨＭ、Ｇｉｂｂａ ｅｔ ａｌ、
。
リ・ペロー共振器の組み合わせによす光双安定動作がｌ
ｉ［認されている（ ＨＭ、Ｇｉｂｂａ ｅｔ ａｌ、
。
Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、４１２２１ （１９
８２） ）。
８２） ）。
この光双安定特性はＯＮ状態では多数の１子正孔対が存
在するために、励起子が解離しており、ＯＦＦ状態では
励起子が存在している。ＯＦＦ状態からＯＮ状態へのス
イッチング時間は、励起子の解離時間により決まり、約
４００フエムト秒と短かい、他方ＯＮ状態からＯＦＦ状
態へのスイッチングは、１子・正孔対の再結合時間にニ
ジ決ま９数十ナノ秒と大きく、素子の高速化を防げてい
る。
在するために、励起子が解離しており、ＯＦＦ状態では
励起子が存在している。ＯＦＦ状態からＯＮ状態へのス
イッチング時間は、励起子の解離時間により決まり、約
４００フエムト秒と短かい、他方ＯＮ状態からＯＦＦ状
態へのスイッチングは、１子・正孔対の再結合時間にニ
ジ決ま９数十ナノ秒と大きく、素子の高速化を防げてい
る。
ＭＱＷ構竹の他の応用としてｓ Ｑ ＣＳ Ｅ（Ｑｕａ
ｎｔｎｍＣｏｎｆｉｎｅｄ ５ｔａｒＫ Ｅｆｆｅｃｔ
）と呼ばれる。［界印Ｖ口による励起子吸収ピークの長
波化現象を用いたデバイスがある。この現象を用いて５
ＥＥＤ（Ｓ＠１ｆＥｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ Ｅｆｆ
ｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅ）と呼ばれる光双安定特性ＣＤ
、 Ａ 、 Ｂ Ｍｉｌｌｅｒ ａｔ ａｌ、＊Ａｐｐ
１．Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ４５ １３（１９８４））など
が提案されている。ＱＣ８Ｋを用いたこれらのデバイ矢
は、吸収ピークをシフトさせるために電界を印υ口させ
ている。
ｎｔｎｍＣｏｎｆｉｎｅｄ ５ｔａｒＫ Ｅｆｆｅｃｔ
）と呼ばれる。［界印Ｖ口による励起子吸収ピークの長
波化現象を用いたデバイスがある。この現象を用いて５
ＥＥＤ（Ｓ＠１ｆＥｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ Ｅｆｆ
ｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅ）と呼ばれる光双安定特性ＣＤ
、 Ａ 、 Ｂ Ｍｉｌｌｅｒ ａｔ ａｌ、＊Ａｐｐ
１．Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ４５ １３（１９８４））など
が提案されている。ＱＣ８Ｋを用いたこれらのデバイ矢
は、吸収ピークをシフトさせるために電界を印υ口させ
ている。
（発明が解決しようとする問題点）
以上述べてきたように、励起子吸収を用いた従来の半導
体光素子では電子・正孔対の再結合時間によって応答速
度がナノ秒程度制限されてしまう。
体光素子では電子・正孔対の再結合時間によって応答速
度がナノ秒程度制限されてしまう。
また、励起子・吸収ピークをシフトさせるために岨弄さ
せる必要がある０本発明は、このような従来技術の持つ
欠点を考慮して成されたものであり、ピコ秒程度の超高
速動作を可能とする一双安定素子や光揄埋素子等の半導
体光素子を提供することを目的としている。
せる必要がある０本発明は、このような従来技術の持つ
欠点を考慮して成されたものであり、ピコ秒程度の超高
速動作を可能とする一双安定素子や光揄埋素子等の半導
体光素子を提供することを目的としている。
（間垣点を解決するための手Ｒ）
本発明は、量子井戸病造あるいは多重量子井戸構造での
サブ・バンド関光学遷移における光学非線形性を利用し
、この光学非線形性を増大するために、励起サブバンド
状態が基底サブバンド状態よりも実効的に広い量子井戸
幅に専縛されていることを特徴とする。
サブ・バンド関光学遷移における光学非線形性を利用し
、この光学非線形性を増大するために、励起サブバンド
状態が基底サブバンド状態よりも実効的に広い量子井戸
幅に専縛されていることを特徴とする。
すなわち、量子井戸のポテンシャル形状が拳純なスクエ
アをではな（１階Ｒ型やグレーデ４ｗド塁などになりて
いる。又所定のキャリアー度を得るために、を子弁戸項
域や量子井戸と量子井戸をへだてているバリア領域など
の一部あるいは全域にｎｆｉあるいはＰ型の不純物ドー
プがされている。
アをではな（１階Ｒ型やグレーデ４ｗド塁などになりて
いる。又所定のキャリアー度を得るために、を子弁戸項
域や量子井戸と量子井戸をへだてているバリア領域など
の一部あるいは全域にｎｆｉあるいはＰ型の不純物ドー
プがされている。
（作用）
本発明は、量子井戸のサブバンド間遷移において、多体
効果に由来する光学非線形が存在することを発見したこ
とに基づくものである。以下にＧａＡｓ／ＡｊＧａＡｓ
量子井戸を列にと９説明する。
効果に由来する光学非線形が存在することを発見したこ
とに基づくものである。以下にＧａＡｓ／ＡｊＧａＡｓ
量子井戸を列にと９説明する。
＠４図（ａ）に、不純物ドープしていない量子井戸の伝
導帯に形成された量子化エネルギー準位Ｅ、。
導帯に形成された量子化エネルギー準位Ｅ、。
Ｅ、を示す、波動関数は積層方向に局在し、エネルギー
は量子化される。ヘテロ界面に平行な方向には自由にｔ
ｌＪＪ＠まわれる二次元電子系となっている。第４図（
Ｃ）にエネルギーの積層方向の波数依存性を示す、量子
化された各々のエネルギー準位は ′サブバンドを形成
する。またＴｈ ＧａＡｓｔ子井戸層を挟むＡＪＧａＡ
ｓバリア；−にだけ不純物をドープしたＶ７ｈ＠−の所
謂変調ドープ量子井戸のポテンシャルを！４１ｇ１ｂ）
に示す、このポテンシャルは、ｔ′ｆ−１子相互作用を
考慮してセルフ・コンシステントに求めることができる
。変調ドープした量子井戸での量子化エネルギは、不純
物ドープなしの時の量子化エネルギーとは異なっている
。＊、ｉｔｓドープにｘ５て電子は量子井戸に供給され
基底サブバンドから占有され−る。基底サブバンドから
励起サブバンドへの遷移が、サブバンド間遷移と呼ばれ
る。
は量子化される。ヘテロ界面に平行な方向には自由にｔ
ｌＪＪ＠まわれる二次元電子系となっている。第４図（
Ｃ）にエネルギーの積層方向の波数依存性を示す、量子
化された各々のエネルギー準位は ′サブバンドを形成
する。またＴｈ ＧａＡｓｔ子井戸層を挟むＡＪＧａＡ
ｓバリア；−にだけ不純物をドープしたＶ７ｈ＠−の所
謂変調ドープ量子井戸のポテンシャルを！４１ｇ１ｂ）
に示す、このポテンシャルは、ｔ′ｆ−１子相互作用を
考慮してセルフ・コンシステントに求めることができる
。変調ドープした量子井戸での量子化エネルギは、不純
物ドープなしの時の量子化エネルギーとは異なっている
。＊、ｉｔｓドープにｘ５て電子は量子井戸に供給され
基底サブバンドから占有され−る。基底サブバンドから
励起サブバンドへの遷移が、サブバンド間遷移と呼ばれ
る。
第５図に量子井戸幅１００Ａの変調ドープＡ１．、。
ｃａ＠−Ｉ Ａ ｓ／ＧａＡ ｓ １子弁戸にンけるサ
ブバンド間遷移エネルギΔＥ、・を、基底サブバンド状
口に存在する電子の割合の関数として、様々な変調ドー
プ軟による供給キャリアａ度について示している。
ブバンド間遷移エネルギΔＥ、・を、基底サブバンド状
口に存在する電子の割合の関数として、様々な変調ドー
プ軟による供給キャリアａ度について示している。
傷底サブバンド状態に存在する電子の割合とは。
変調ドープによってＴｓ底サブバンドに供給された電子
が、外部から量子井戸部に入射する入力元によるサブバ
ンド間遷移のために何ｉｌｌかの１子が励起サブバンド
を占有している状憧を示している。
が、外部から量子井戸部に入射する入力元によるサブバ
ンド間遷移のために何ｉｌｌかの１子が励起サブバンド
を占有している状憧を示している。
すなわち、第５図における横軸は入射光強度と見做すこ
とができる盆である。
とができる盆である。
従りて＠５図は、入射光強度が強くなると、サブバンド
間吸収ピークが変化することを示している。これは、多
体効果による電子−電子相互作用が各サブバンドを占有
する電子の割合で異なるためである。
間吸収ピークが変化することを示している。これは、多
体効果による電子−電子相互作用が各サブバンドを占有
する電子の割合で異なるためである。
ｇＩｃ６図にＩ！５図の高キャリア濃度の場合から期待
される光吸収の波長依存性を弱励起（入射強度が小さい
）の場合−と、強励起との場合（■）について示してい
る。吸収ピークが変化しているためある特定の波長、例
えばｗＥ６図のλ、を選んで光入射した場合、吸収係数
の入射光強度依存は＠７図（ａ）のようになる、すなわ
ち吸収飽和が起こる。
される光吸収の波長依存性を弱励起（入射強度が小さい
）の場合−と、強励起との場合（■）について示してい
る。吸収ピークが変化しているためある特定の波長、例
えばｗＥ６図のλ、を選んで光入射した場合、吸収係数
の入射光強度依存は＠７図（ａ）のようになる、すなわ
ち吸収飽和が起こる。
さらに、他の波長、たとえば＠６図のλ、を選んで光入
射した鴫含、逆に吸収係数は入射光強度をあげるとさら
に増加し４ｇ７図（ｂ）のようになる。
射した鴫含、逆に吸収係数は入射光強度をあげるとさら
に増加し４ｇ７図（ｂ）のようになる。
良く知られているように（例えば％Ｈ，］％ｄ、Ｑｉｂ
ｂｓ。
ｂｓ。
＠０ｐｔｉｃａｌ Ｂ１５ｔａｂｌｌｉｔｙ”、Ａｃａ
ｄｅｍｉｃ Ｐｒ＠ｓｉ＊１９８５）このような吸収係
数の入射光強度依存性（光学非線形性）は、光双安定動
作や光論理素子へと応用ができる。たとえばλ＝λ、の
場合、フ゛アプリ・ペロー共瓜器と組み曾わせて、＃Ｉ
Ｂ図（ａ）のような光双安定動作が可能である。又、λ
＝λ、の１曾は第８図（ｂ）のような光双安定動作が２
アプリ・ペロー共［５なしで可能である。ところで、こ
のようなサブバンド間遷移のキャリア緩和時間はピコ秒
程度で起こるためＥこ（Ｌ、Ｃ，Ｗｅｓｔ ａｎｄ Ｓ
、Ｊ、Ｅｇｌａａｈ。
ｄｅｍｉｃ Ｐｒ＠ｓｉ＊１９８５）このような吸収係
数の入射光強度依存性（光学非線形性）は、光双安定動
作や光論理素子へと応用ができる。たとえばλ＝λ、の
場合、フ゛アプリ・ペロー共瓜器と組み曾わせて、＃Ｉ
Ｂ図（ａ）のような光双安定動作が可能である。又、λ
＝λ、の１曾は第８図（ｂ）のような光双安定動作が２
アプリ・ペロー共［５なしで可能である。ところで、こ
のようなサブバンド間遷移のキャリア緩和時間はピコ秒
程度で起こるためＥこ（Ｌ、Ｃ，Ｗｅｓｔ ａｎｄ Ｓ
、Ｊ、Ｅｇｌａａｈ。
Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、４０、１１５６（１
９８５））上記の元双安定動乍はピコ秒で行なうことが
出来る。
９８５））上記の元双安定動乍はピコ秒で行なうことが
出来る。
ここで、ｉ５図に戻ると、この図に示したようなスクエ
ア量子井戸の場合、吸収ピークの変化の大きさは１ ｒ
ｎｅＶ程度である。第６図に示した特定波長の吸収今性
の半［＠は％量子井戸界面の形成にＱＬ原子層の幅程度
のゆらぎが存在するとすれば通常〜１０ｍｅＶであるた
り、吸収ピークの変化敬は〜１０ｍｅＶである事が１ま
しい、このことを考Ｌ（シて改良された量子井戸溝はが
第９図に示すような本発明による１階段硫”の量子井戸
である。
ア量子井戸の場合、吸収ピークの変化の大きさは１ ｒ
ｎｅＶ程度である。第６図に示した特定波長の吸収今性
の半［＠は％量子井戸界面の形成にＱＬ原子層の幅程度
のゆらぎが存在するとすれば通常〜１０ｍｅＶであるた
り、吸収ピークの変化敬は〜１０ｍｅＶである事が１ま
しい、このことを考Ｌ（シて改良された量子井戸溝はが
第９図に示すような本発明による１階段硫”の量子井戸
である。
４９図では基底サブバンド状惑は狭い量子井戸（９０３
）中に形成されているが、励起サブバンド状趨は外鍋の
広い量子井戸（９０２〜９０４）によって専縛されてい
る。これは、励起サブバンドの一子化エネルギーＥ、が
９０２と９０３の伝導計不連続エネルギよりも大きいた
めである。多体効果、そのうちでも特に、バートリ環か
らの寄与は量子井戸中に依存している。従うて、たとえ
ばＩＩ９図のうちに、基底サブパ／ド状轢と励起サブバ
ンド状態の有効量子井戸幅を変えれば、サブバンド間遷
移ピークを入射光強度によって大きく変えられる。
）中に形成されているが、励起サブバンド状趨は外鍋の
広い量子井戸（９０２〜９０４）によって専縛されてい
る。これは、励起サブバンドの一子化エネルギーＥ、が
９０２と９０３の伝導計不連続エネルギよりも大きいた
めである。多体効果、そのうちでも特に、バートリ環か
らの寄与は量子井戸中に依存している。従うて、たとえ
ばＩＩ９図のうちに、基底サブパ／ド状轢と励起サブバ
ンド状態の有効量子井戸幅を変えれば、サブバンド間遷
移ピークを入射光強度によって大きく変えられる。
第１Ｏ図に、侠いＧａＡｓ井戸の幅が４ＯＡ、広い量子
井戸中が２０ＯＡ、外側のＡｊＧａＡｓのＡ１組ｇｏ、
ｓ、内側のＡｊＧａＡｓのＡ１組成を０．２６とした時
の、サブバンド間遷移シフトを量子井戸への様々な供給
キャリア濃度のＩＩＩｔについて示している。キャリア
は、変調ドープによって量子井戸内に導入している高キ
ャリア濃度では、バートリ環の寄与が大きくなり、高エ
ネルギーへの吸収ピークシフトが起こる。 １０”ｃ
ｍ″″雪のキャリア濃度では傭人射光に対し７ ｍ＠Ｖ
と大きな吸収ピークシフトが起こることを示している。
井戸中が２０ＯＡ、外側のＡｊＧａＡｓのＡ１組ｇｏ、
ｓ、内側のＡｊＧａＡｓのＡ１組成を０．２６とした時
の、サブバンド間遷移シフトを量子井戸への様々な供給
キャリア濃度のＩＩＩｔについて示している。キャリア
は、変調ドープによって量子井戸内に導入している高キ
ャリア濃度では、バートリ環の寄与が大きくなり、高エ
ネルギーへの吸収ピークシフトが起こる。 １０”ｃ
ｍ″″雪のキャリア濃度では傭人射光に対し７ ｍ＠Ｖ
と大きな吸収ピークシフトが起こることを示している。
以上のように％基底サブバンド状綿と励起サブバンド状
態の有効閉じ込め幅を変えることによ５゜大きなサブ・
バンド間吸収ピークシフトが得られ、第７図で説明した
ように、大きな光学非線形性が得られる。
態の有効閉じ込め幅を変えることによ５゜大きなサブ・
バンド間吸収ピークシフトが得られ、第７図で説明した
ように、大きな光学非線形性が得られる。
（実施例）
本発明の第一の実施例を第１図（ａ） 、 （ｂ）に示
す。
す。
この図に示した構造は１例えばＭＢＥ成長法といった。
薄膜形成技術によって製作される０図中１０４〜１０６
が階段壁量子井戸を形成し、１０３゜１０７は光閉じ込
めのために設けたＩ−である、１０５は幅４０ＡのＧ
ａ Ａ ａ ｒ＠であり、１０４．１０６は幅８０Ａの
”＠−１＠ Ｇａｓ、４ Ａ ｓｌｌであり、 １０
３．１０７は幅１μｍのＡＪｏ、ｓ Ｇａｐ、、 Ａｓ
／ｉｉであり、１０２゜１０８はＡＩＤ、＠ ｃｍ、、
、Ａｓクラッド１−である、１ｏ３と１０７１−の一部
には、ｎ型不純物をドープしてお１０７ａは１０５から
１８０Ａａれてお９．１００Ａの幅で５Ｘ１Ｇ”ＣＩｌ
→の不純物レベルまでｎＦＪｌドープされている。入射
光は、ヘテロ界面に予行であり％ヘテロ界面に垂直方向
に分甑成分をもりている。
が階段壁量子井戸を形成し、１０３゜１０７は光閉じ込
めのために設けたＩ−である、１０５は幅４０ＡのＧ
ａ Ａ ａ ｒ＠であり、１０４．１０６は幅８０Ａの
”＠−１＠ Ｇａｓ、４ Ａ ｓｌｌであり、 １０
３．１０７は幅１μｍのＡＪｏ、ｓ Ｇａｐ、、 Ａｓ
／ｉｉであり、１０２゜１０８はＡＩＤ、＠ ｃｍ、、
、Ａｓクラッド１−である、１ｏ３と１０７１−の一部
には、ｎ型不純物をドープしてお１０７ａは１０５から
１８０Ａａれてお９．１００Ａの幅で５Ｘ１Ｇ”ＣＩｌ
→の不純物レベルまでｎＦＪｌドープされている。入射
光は、ヘテロ界面に予行であり％ヘテロ界面に垂直方向
に分甑成分をもりている。
光入力端面と光出力端面はへき開によす形成され、ファ
ブリペロ−共振器を吠している。入射光の波長を第７図
のように設定することにより第８図のような光双安定動
作が得られる。
ブリペロ−共振器を吠している。入射光の波長を第７図
のように設定することにより第８図のような光双安定動
作が得られる。
本実施例では１階段型敬子弁戸（１０４〜１０６）を一
つだけ設けているが、複数個であっても良い。
つだけ設けているが、複数個であっても良い。
又％ ｎ１ｌｌ不純物濃度プロファイルとして、ｔｏａ
ａ＊１０７ａの工うな変調ドープを採用しているが、１
０５の中に不純物濃度層を設けたり、１０４．１０６の
中にドープすることも可能である＊ １０３ａ＊１０
７ｍは各々１０４．１０６に隣接して設けることもでき
る。
ａ＊１０７ａの工うな変調ドープを採用しているが、１
０５の中に不純物濃度層を設けたり、１０４．１０６の
中にドープすることも可能である＊ １０３ａ＊１０
７ｍは各々１０４．１０６に隣接して設けることもでき
る。
本発明による第２の実施域を第２図に示す、量子井戸２
０４はスクエア量子井戸ではなく連続的にＡＪｍ成を変
化させている（グレーディッド量子井戸）０図に示すよ
うに、基底サブバンドＥ・と励起サブバンドＥ１は％各
々異なった空間閉じ込め幅で束縛されている。２０４の
幅は１５０＾２０３と２０５はＡｄｏ、ｓ Ｇａ、、Ａ
ｓ１ｌであ、り１幅１ｓｒｎである。グレーデイＶド量
子井戸２０４の中心には＆ ｒＷｉ不純物が、導原子層
の巾で１０”ａｎ″″禦 のレベルにドープされている
。
０４はスクエア量子井戸ではなく連続的にＡＪｍ成を変
化させている（グレーディッド量子井戸）０図に示すよ
うに、基底サブバンドＥ・と励起サブバンドＥ１は％各
々異なった空間閉じ込め幅で束縛されている。２０４の
幅は１５０＾２０３と２０５はＡｄｏ、ｓ Ｇａ、、Ａ
ｓ１ｌであ、り１幅１ｓｒｎである。グレーデイＶド量
子井戸２０４の中心には＆ ｒＷｉ不純物が、導原子層
の巾で１０”ａｎ″″禦 のレベルにドープされている
。
第３図に第３の実施例を示す、３０４〜３０８が量子井
戸構造を形成する。３０５．３０７はＡノ０．ρａａｙ
Ａ１層であり幅が８０λ、３０６はＧａＡ１層であり層
幅８０＾、３０４．３０８はＡ ’＠、 ｔｓＧ ＆ｅ
、ｙｇ Ａ ｓ層であり幅１００Ａである。３０３．３
０９はＡ ｊ ｏ、 ｇ Ｇ ＆ ＠、 ＠ Ａ ８層
であり％ｖｇ１図と同様に、３０３，３０９の一部に不
純物ドーピングを行なっている。ｆＩ底サブバンド状態
の波動関数は３１１のように３０６層に最大振幅をもち
、他の層ではｊみやかに減衰している。すなわち、基底
状態の閉じ込めは３０６層で行なわれている。他方励起
サブバンド状態の反動関数は３０４層〜３０８層に広が
うている。これは第１励起サブバンドの量子化エネルギ
Ｅ１が、３０４層と３０６層の伝導帯不連続エネルギエ
９も大きいために、＃Ｌ子は、３０５をトンネル効果で
通り抜けてしまうためである。この飼から分かるように
１階ＲＩＪＩ量子弁戸構造で拳講にＡｊ組成を変化させ
る必賛はない。
戸構造を形成する。３０５．３０７はＡノ０．ρａａｙ
Ａ１層であり幅が８０λ、３０６はＧａＡ１層であり層
幅８０＾、３０４．３０８はＡ ’＠、 ｔｓＧ ＆ｅ
、ｙｇ Ａ ｓ層であり幅１００Ａである。３０３．３
０９はＡ ｊ ｏ、 ｇ Ｇ ＆ ＠、 ＠ Ａ ８層
であり％ｖｇ１図と同様に、３０３，３０９の一部に不
純物ドーピングを行なっている。ｆＩ底サブバンド状態
の波動関数は３１１のように３０６層に最大振幅をもち
、他の層ではｊみやかに減衰している。すなわち、基底
状態の閉じ込めは３０６層で行なわれている。他方励起
サブバンド状態の反動関数は３０４層〜３０８層に広が
うている。これは第１励起サブバンドの量子化エネルギ
Ｅ１が、３０４層と３０６層の伝導帯不連続エネルギエ
９も大きいために、＃Ｌ子は、３０５をトンネル効果で
通り抜けてしまうためである。この飼から分かるように
１階ＲＩＪＩ量子弁戸構造で拳講にＡｊ組成を変化させ
る必賛はない。
本発明に２いては、材料系はＧａＡｍ／ＡｊＧａＡｓ系
で説明したが、Ｉｎｋ／ＩｎＧａＡｓＰ系ｅＧａＡｓ／
ＩｎＧａＡｓ系などの他の材料系にも同様に適用できる
。さらに１価鴫子帯に形成されるサブバンドを用いるこ
ともできる。又、素子としては光双安定素子を用いて説
明したが光論理素子等へも応用可能である。
で説明したが、Ｉｎｋ／ＩｎＧａＡｓＰ系ｅＧａＡｓ／
ＩｎＧａＡｓ系などの他の材料系にも同様に適用できる
。さらに１価鴫子帯に形成されるサブバンドを用いるこ
ともできる。又、素子としては光双安定素子を用いて説
明したが光論理素子等へも応用可能である。
本発明による光双安定素子や光ｔＩｌ理素子などの光素
子は超高速動作が可能である。
子は超高速動作が可能である。
第１図は本発明の窮１の実施例を示す図、第２囚２工び
第３図は本発明の第２１？よび第３の笑抱列を示す図、
＠４図はスクエア量子井戸の基底サブバンドＥ、と槙−
励起サブ・バンドＥ１を示す図。 第５図はスクエア量子井戸のサブ・バンド間吸収シフト
を示す図、第６図はサブ・バンド間吸収の入射強度依存
性を示す図％＃Ｅ７図はサブ・バンド間吸収に訃ける光
学非線形性を示す図、第８図は本発明による双安定動作
を示す図、第９図はｗＩ段型霊子井戸構造とサブ・ｄ
ｙド購造を示す図、第１０図は階段型改子井戸構造に訃
けるサブ・バンド開光吸収のシフトを示す図、第１１図
は励起子吸収の元学非綴形吸収とファブリ・ペロー共振
器を用いた従来の光多重量子井戸光双安定素子を示す図
である。 １０４〜１００、３０４〜３ｏｓ・ｌ５ＩＮＲ１１子井
戸ｍ！。 １Ｇ３．１０７．２０３．２０５．３０３．３０９・・
・光導波層。 ２０４・・・グレ子弁イリド橿量子井戸ｍ麿、１０３ａ
。 １０７ａ、２Ｇ４ａｅ３０３ａｅ３０９ａ−・・不純物
ドーピング・プロファイル、１０２．１０８．２０２．
２００、３０２゜３１０・・・クラｔド層、２０７，３
１１．９０６・・・基底サブハンＶｆ）ｆｌｆｍｒｌｉ
数、２０８，３１２．９０７ ・＠１ 励起サブ・バン
ドの波動関数。 代理人 弁理士 則 近 Ｍ 右 同 松 山 光 之火、入力 第１図 第２図 第３図 第 ４ 図 第５ｘ 第６講 （ａ ） （ｂ ）第
７７ 第８コ 第９図 第 １０ 図 第１１刃
第３図は本発明の第２１？よび第３の笑抱列を示す図、
＠４図はスクエア量子井戸の基底サブバンドＥ、と槙−
励起サブ・バンドＥ１を示す図。 第５図はスクエア量子井戸のサブ・バンド間吸収シフト
を示す図、第６図はサブ・バンド間吸収の入射強度依存
性を示す図％＃Ｅ７図はサブ・バンド間吸収に訃ける光
学非線形性を示す図、第８図は本発明による双安定動作
を示す図、第９図はｗＩ段型霊子井戸構造とサブ・ｄ
ｙド購造を示す図、第１０図は階段型改子井戸構造に訃
けるサブ・バンド開光吸収のシフトを示す図、第１１図
は励起子吸収の元学非綴形吸収とファブリ・ペロー共振
器を用いた従来の光多重量子井戸光双安定素子を示す図
である。 １０４〜１００、３０４〜３ｏｓ・ｌ５ＩＮＲ１１子井
戸ｍ！。 １Ｇ３．１０７．２０３．２０５．３０３．３０９・・
・光導波層。 ２０４・・・グレ子弁イリド橿量子井戸ｍ麿、１０３ａ
。 １０７ａ、２Ｇ４ａｅ３０３ａｅ３０９ａ−・・不純物
ドーピング・プロファイル、１０２．１０８．２０２．
２００、３０２゜３１０・・・クラｔド層、２０７，３
１１．９０６・・・基底サブハンＶｆ）ｆｌｆｍｒｌｉ
数、２０８，３１２．９０７ ・＠１ 励起サブ・バン
ドの波動関数。 代理人 弁理士 則 近 Ｍ 右 同 松 山 光 之火、入力 第１図 第２図 第３図 第 ４ 図 第５ｘ 第６講 （ａ ） （ｂ ）第
７７ 第８コ 第９図 第 １０ 図 第１１刃
Claims (8)
- （１）伝導帯に形成された、複数個のサブバンドを有す
る量子井戸構造と、電子を該量子井戸構造に供給するた
めの不純物ドープ層とを備え、前記サブバンドにおける
基底サブバンドの波動関数の空間閉じ込め幅が他のサブ
バンドの波動関数の空間閉じ込め幅よりも狭いことを特
徴とする半導体光素子。 - （２）前記量子井戸溝造は、順次積層された第１、第２
、および第３の半導体層により形成され、且つ第４およ
び第５の半導体層に挟まれており、第２の半導体層を基
準としたときの、第１の半導体層との伝導帯の不連続エ
ネルギをΔＥ＿１＿２、第３の半導体層との伝導帯の不
連続エネルギをΔＥ＿３＿２、第４の半導体層との伝導
帯の不連続エネルギをΔＥ＿４＿２、第５の半導体層と
の伝導帯の不連続エネルギをΔＥ＿５＿２とし、基底サ
ブバンドの量子化エネルギをＥ＿０、第１励起サブバン
ドの量子化エネルギをＥ＿１としたときに、 ０＜ΔＥ＿１＿２≦ΔＥ＿３＿２＜ΔＥ＿４＿２≦ΔＥ
＿５＿２Ｅ＿０＜ΔＥ＿１＿２＜Ｅ＿１、 が成立していることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の半導体光素子。 - （３）前記量子井戸構造は、順次積層された、第１、第
２、第３、第４、および第５の半導体層により形成され
、且つ第６および第７の半導体層に挟まれており、第３
の半導体層を基準としたときの、第１の半導体層との伝
導帯の不連続エネルギをΔＥ＿１＿３、第２の半導体層
との伝導帯の不連続エネルギをΔＥ＿２＿３、第４の半
導体層との伝導帯の不連続エネルギをΔＥ＿４＿３、第
５の半導体層との伝導帯の不連続エネルギをΔＥ＿５＿
３、第６の半導体層との伝導帯の不連続エネルギをΔＥ
＿６＿３、第７の半導体層との伝導帯の不連続エネルギ
をΔＥ＿７＿３とし、基底サブバンドの量子化エネルギ
をＥ＿０、第１励起サブバンドの量子化エネルギをＥ＿
１としたときに、０＜ΔＥ＿１＿３≦ΔＥ＿５＿３＜（
ΔＥ＿２＿３、ΔＥ＿４＿３、ΔＥ＿６＿３或いはΔＥ
＿７＿３） Ｅ＿０＜ΔＥ＿１＿３＜Ｅ＿１、 が成立していることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の半導体光素子。 - （４）前記量子井戸構造は、伝導帯の不連帯エネルギが
連続的に変化していることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の半導体光素子。 - （５）価電子帯に形成された、複数個のサブバンドを有
する量子井戸構造と、正孔を該量子井戸構造に供給する
ための不純物ドープ層とを、前記サブバンドにおける基
底サブバンドの波動関数の空間閉じ込め幅が他のサブバ
ンドの波動関数の空間閉じ込め幅よりも狭いことを特徴
とする半導体光素子。 - （６）前記量子井戸構造は、順次積層された、第１、第
２、および第３の半導体により形成され、且つ第４およ
び第５の半導体層に挟まれており、第２の半導体層を基
準としたときの、第１の半導体層との価電子帯の不連続
エネルギをΔＥ＿１＿２、第３の半導体層との価電子帯
の不連続エネルギをΔＥ＿３＿２、第４の半導体層との
価電子帯の不連続エネルギをΔＥ＿４＿２、第５の半導
体層との価電子帯の不連続エネルギをΔＥ＿５＿２とし
、基底サブバンドの量子化エネルギをＥ＿０、第１励起
サブバンドの量子化エネルギをＥ＿１としたときに、 ０＜ΔＥ＿１＿２≦ΔＥ＿３＿２＜ΔＥ＿４＿２≦ΔＥ
＿３＿２、Ｅ＿０＜ΔＥ＿１＿２＜Ｅ＿１、 が成立していることを特徴とする特許請求の範囲第５項
記載の半導体光素子。 - （７）前記量子井戸構造は、順次積層された、第１、第
２、第３、第４、および第５の半導体層により形成され
、且つ第６および第７の半導体層に挟まれており、第３
の半導体層を基準としたときの、第１の半導体層との価
電子帯の不連続エネルギをΔＥ＿１＿３、第２の半導体
層との価電子帯の不連続エネルギをΔＥ＿２＿３、第４
の半導体層との価電子帯の不連続エネルギをΔＥ＿４＿
２、第５の半導体層との価電子帯の不連続エネルギをΔ
Ｅ＿５＿２、第６の半導体層との価電子帯の不連続エネ
ルギをΔＥ＿６＿２、第７の半導体層との価電子帯の不
連続エネルギをΔＥ＿７＿３とし、基底サブバンドの量
子化エネルギをＥ＿０、第１励起サブバンドの量子化エ
ネルギをＥ＿１としたときに、 ０＜ΔＥ＿１＿３≦ΔＥ＿５＿３＜（ΔＥ＿２＿３、Δ
Ｅ＿４＿３、ΔＥ＿６＿３或いはΔＥ＿７＿２） Ｅ＿０＜ΔＥ＿１＿２＜Ｅ＿１、 が成立していることを特徴とする特許請求の範囲第５項
記載の半導体光素子。 - （８）前記量子井戸構造は、価電子帯の不連続エネルギ
が連続的に変化していることを特徴とする特許請求の範
囲第５項記載の半導体光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62258412A JP2752066B2 (ja) | 1987-10-15 | 1987-10-15 | 半導体光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62258412A JP2752066B2 (ja) | 1987-10-15 | 1987-10-15 | 半導体光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01102437A true JPH01102437A (ja) | 1989-04-20 |
| JP2752066B2 JP2752066B2 (ja) | 1998-05-18 |
Family
ID=17319866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62258412A Expired - Fee Related JP2752066B2 (ja) | 1987-10-15 | 1987-10-15 | 半導体光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2752066B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6285227A (ja) * | 1985-10-09 | 1987-04-18 | Tokyo Inst Of Technol | 光回路機能素子 |
-
1987
- 1987-10-15 JP JP62258412A patent/JP2752066B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6285227A (ja) * | 1985-10-09 | 1987-04-18 | Tokyo Inst Of Technol | 光回路機能素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2752066B2 (ja) | 1998-05-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |