JPH03238426A - 光半導体装置 - Google Patents

光半導体装置

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JPH03238426A
JPH03238426A JP3394190A JP3394190A JPH03238426A JP H03238426 A JPH03238426 A JP H03238426A JP 3394190 A JP3394190 A JP 3394190A JP 3394190 A JP3394190 A JP 3394190A JP H03238426 A JPH03238426 A JP H03238426A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
well layer
electrons
thickness
band width
quantum level
Prior art date
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Pending
Application number
JP3394190A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Arimoto
宏 有本
Atsushi Takeuchi
淳 竹内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Publication of JPH03238426A publication Critical patent/JPH03238426A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [概要] 光非線形性をもつ光半導体装置の改良に関し、光非線形
性をもつ積層部分に電子・正孔の再結合を促進し得る構
成をもたせ、光半導体装置の動作を更に高速化すること
を目的とし、 広い禁制帯幅をもつ第一の物質からなり且つキャリヤが
トンネリングできる程度の厚さをもつバリヤ層、及び、
該バリヤ層に挟まれ該第一の物質に比較して狭い禁制帯
幅をもつ第二の物質からなり且つ二次元励起子が存在し
得る厚さをもつ第一のウェル層、及び、前記第二の物質
からなると共に前記第一のウェル層内に生成される電子
についての最低のエネルギ量子準位と比較して更に低い
電子についてのエネルギ量子準位が少なくとも一つ存在
するよう厚くなされると共に不純物或いは空格子及び格
子間原子に依る点欠陥からなる再結合センタが選択的に
導入され且つ前記バリヤ層の外側に接して形成された第
二のウェル層の所要層数を積層してなる積層部分を備え
てなるよう構成する。
(産業上の利用分野〕 本発明は、光非線形性をもつ光半導体装置の改良に関す
る。
現在、光・光スイフチ、光双安定装置、光・光メモリな
どを実現させる為、光非線形性をもつ光半導体装置、即
ち、励起子や自由な電子・正札対が励起されると光の吸
収係数や屈折率が変化する性質をもつ光半導体装置が現
れているが、未だ多くの改良すべき点が存在する。
〔従来の技術] 第2図は本発明者等が開発した光非線形性をもつ積層部
分を有する光半導体装置(要すれば、特願平1−126
239号を参照)を説明する為の要部切断側面図及びエ
ネルギ・ハンド・ダイヤグラムを表している。
図に於いて、Wlは第一のウェル層、W2は第二のウェ
ル層、PBはバリヤ層、Eeは伝導帯の底、Evは価電
子帯の頂、E、はフェルミ・レヘル、E91は第一のウ
ェル層W1に於けるエネルギ・バンド・ギャップ、E9
□はバリヤ層PBに於けるエネルギ・ハンド・ギャップ
、E93は第二のウェル層W2に於けるエネルギ・バン
ド・ギャップ、Ll、L3.LL’、L3’は準位をそ
れぞれ示している。
ここで、第一のウェル層Wl或いは第二のウェル層W2
は、例えば、GaAsのようにエネルギ・バンド・ギャ
ップE 91或いはE9.が狭い物質で構成し、そして
、バリヤ層PBは、例えば、AlGaAsのようにエネ
ルギ・ハンド・ギャップE9□が広い物質で構成する。
また、第一のウェル層W1の層厚は二次元励起子が存在
し得る程度になっていて、第二のウェル層W2のそれは
第一のウェル層Wl内に生成される電子について最低の
エネルギ量子準位と比較して更に低い電子についてのエ
ネルギ量子準位が少なくとも一つ存在し得る程度になっ
ている。更にまた、バリヤ層PBの層厚は第一のウェル
層Wlから第二のウェル層W2へ電子がトンネリングで
きる程度になっている。
前記したところから明らかなように、図示の光半導体装
置に於ける積層部分は、第一のウェル層Wlをバリヤ層
PBで挟んだ単一量子井戸(single  quan
tum  well:5QW)を第一のウェル層Wlに
比較して厚い第二のウェル層W2を介して積層した多重
量子井戸(multi  quantum  well
:MQW)で構成されている。
図示の積層部分に励起光が入射すると、第一のウェル層
W1には二次元励起子或いは自由電子が励起され、そこ
での光の吸収率が急速に変化、即ち、小さくなる。従っ
て、そこに例えば半導体レーザ・ダイオードからのレー
ザ光が入射していたとすると、励起光が入射するまでは
遮断されていたものが瞬時にして透過する。また、励起
された自由電子、及び、励起子は、第一のウェル層Wt
内に生成される電子について最低のエネルギ量子準位と
比較して更に低い電子についてのエネルギ量子準位が少
なくとも一つ存在し得る程度の厚さになっていて、且つ
、第一のウェル層Wlと同様にエネルギ・ハンド・ギャ
ップE9.が小さい第一のウェル層W2へ成る時間でト
ンネリングすることで光の吸収率が始状態へ復帰するも
のである。
光の吸収率の始状態への復帰時間は前記トンネリング時
間に依存し、そのトンネリング時間は、第一のウェル層
W1に於ける層厚、バリヤ層PBに於ける層厚、或いは
、構成物質を変えることで任意の時間を選定することが
できる。
このようなことから、従来、問題になっていた光の吸収
率の変化、即ち、始状態への復帰時間を極めて短くする
ことが可能となり、従って、高速動作に対応できること
は云うまでもなく、光・光スィッチの動作持続時間に可
変性をもたせることができるようになった。
〔発明が解決しようとする課題〕 第2図に見られる光半導体装置では、励起光の照射で第
一のウェル層W1に励起された自由電子或いは励起子が
第二のウェル層W2に短時間でトンネリングする構成に
なっていることから、光の吸収率変化が急速であり、高
速動作が可能になっているのであるが、動作パルスであ
る励起光の照射繰り返し数が多くなった場合、第二のウ
ェル層W2に電子が多量に滞留する状態となる。
このようになると、第一のウェル層W1から第二のウェ
ル層W2へのトンネル確率が低下することになり、高速
動作が不可能になってくる。従って、動作パルスの繰り
返し数が多い長時間の動作は続けることができない旨の
問題がある。
本発明は、光非線形性をもつ積層部分に電子・正札の再
結合を促進し得る構成をもたせ、光半導体装置の動作を
更に高速化しようとする。
[課題を解法するための手段〕 第1図は本発明の詳細な説明する為の光半導体装置の要
部切断側面図並びにそれに対応するエネルギ・ハンド・
ダイヤグラムを表し、第2図に於いて用いた記号と同記
号は同部分を表すか或いは同し意味を持つものとする。
図に於いて、R11Cは第二のウェル層W2内に導入さ
れた再結合センタを示している。
図示の再結合センタRIICは、第二のウェル層W2に
不純物を導入したり、或い−は、空格子や格子間原子に
依る点欠陥を選択的に導入することで実現できる。
この再結合センタRRCが第二のウェルl1W2に滞留
する電子の正孔との再結合を促進することは勿論である
このようなことから、本発明の光半導体装置に於いては
、広い禁制帯幅をもつ第一の物質(例えばAfGaAs
)からなり且つキャリヤがトンネル確率できる程度の厚
さをもつバリヤII(例えばバリヤ層PB)、及び、該
バリヤ層に挟まれ該第一の物質に比較して狭い禁制帯幅
をもつ第二の物it(例えばGaAs)からなり且つ二
次元励起子が存在し得る厚さをもつ第一のウェル層(例
えば第一のウェル層W1)、及び、前記第二の物質から
なると共に前記第一のウェル層内に生成される電子につ
いての最低のエネルギ量子準位と比較して更に低い電子
についてのエネルギ量子準位が少なくとも一つ存在する
よう厚くなされると共に不純物(例えば、酸素、鉄、ク
ロムなど)或いは空格子及び格子間原子(例えばAs)
に依る点欠陥かあなる再結合センタ(例えば再結合セン
タRRc)が選択的に導入され且つ前記バリヤ層の外側
に接して形成された第二のウェル層(例えば第二のウェ
ル層W2)の所要層数を積層してなる積層部分を備える
〔作用〕
前記手段を採ることに依って、光の吸収率の変化、即ち
、光透過状態への遷移時間及び始状態への復帰時間が極
めて短いので、高速動作への対応や光・光スィッチの動
作持続時間に可変性をもたせるなどが可能であるのは勿
論のこと、繰り返しが多い動作を長時間に亙って継続し
ても高速性が劣化するなどの問題は起こらない。
〔実施例〕
第1図について説明した光半導体装置をもとにして本発
明一実施例を説明する。
(1)第一のウェルNW1について 材料: GaAs 厚さ=28〔人] この厚さは、第一のウェル層Wl内に生成される電子に
ついての最低のエネルギ量子準位が第二のウェル層W2
内に生成される電子についてのエネルギ量子準位に於け
る少なくとも一つと比較して高くなる範囲として140
 (入]以下に選択される。
戒長技術二分子線エピタキシャル戒長(molecul
ar  beam  epitaxy:MBE)法 (2)第二のウェル層W2について 材料: GaAs 厚さ=280 〔入〕 この厚さは、第一のウェル層Wl内に生成される電子に
ついての最低のエネルギ量子準位と比較して更に低い電
子についてのエネルギ量子準位が少なくとも一つ存在す
る範囲として140〔入〕を越えるように選択される 成長技術:MBE法 再結合センタ:不純物として酸素を導入酸素は鉄或いは
クロムなどに代替 可能 不純物量:約1 x l Q ” [cm−’]程度不
純物添加技術:MBE成長と同時 (3)バリヤ層PBについて 材料:Ai!、GaAs 厚さ=17[入] この厚さは、電子がトンネリング可能な範囲で選択する 成長技術:MBE法 同しく第1図について説明した光半導体装置をもとにし
て本発明に於ける他の実施例を説明するが、第二のウェ
ル層W2以外は前記実施例と同しである。
(1)  第二のウェルIW2について材料: GaA
s 厚さ:280C人〕 この厚さは、第一のウェル層Wl内に生成される電子に
ついての最低のエネルギ量子準位と比較して更に低い電
子についてのエネルギ量子準位が少なくとも一つ存在す
る範囲として140(入)を越えるように選択される 成長技術nMBE法 再結合センタ: GaAs成長中、例えば、As分子線
/ G a分子線=50〜100 程度とAs分子線の量を多くする ことで■族の空格子或いは格子間 のAsのような点欠陥を導入する 〔発明の効果〕 本発明に依る光半導体装置に於いては、広い禁制帯幅を
もつ第一の物質からなり且つキャリヤがトンネリングで
きる程度の厚さをもつバリヤ層、及び、該バリヤ層に挟
まれ該第一の物質に比較して狭い禁制帯幅をもつ第二の
物質からなり且つ二次元励起子が存在し得る厚さをもつ
第一のウェル層、及び、前記第二の物質からなると共に
前記第一のウェル層内に生成される電子についての最低
のエネルギ量子準位と比較して更に低い電子についての
エネルギ量子準位が少なくとも一つ存在するよう厚くな
されると共に不純物或いは空格子及び格子間原子に依る
点欠陥からなる再結合センタが選択的に導入され且つ前
記バリヤ層の外側に接して形成された第二のウェル層の
所要層数を積層してなる積層部分を備える。
前記構成を採ることに依って、光の吸収率の変化、即ち
、光透過状態への遷移時間及び始状態への復帰時間が極
めて短いので、高速動作への対応や光・光スィッチの動
作持続時間に可変性をもたせるなどが可能であるのは勿
論のこと、繰り返しが多い動作を長時間に亙って継続し
ても高速性が劣化するなどの問題は起こらない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の詳細な説明する為の光半導体装置の要
部切断側面図並びにそれに対応するエネルギ・ハンド・
ダイヤグラム、第2図は本発明者等が開発した光非線形
性をもつ積層部分を有する光半導体装置を説明する為の
要部切断側面図並びにそれに対応するエネルギ・バンド
・ダイヤグラムを表している。 図に於いて、Wlは第一のウェル層、W2は第二のウェ
ル層、PBはバリヤ層、ECは伝導帯の底、Evは価電
子帯の頂、E、はフェルミ・レベル、Eg+は第一のウ
ェル層W1に於けるエネルギ・ハンド・ギャップ、E9
□はバリヤ層PBに於けるエネルギ・ハンド・ギャップ
、E9.は第二のウェル層W2に於けるエネルギ・ハン
ド・ギャップ、Ll、L3.LL’、L3’ は準位、
RIICは再結合センタをそれぞれ示している。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 広い禁制帯幅をもつ第一の物質からなり且つキャリヤが
    トンネリングできる程度の厚さをもつバリヤ層、及び、 該バリヤ層に挟まれ該第一の物質に比較して狭い禁制帯
    幅をもつ第二の物質からなり且つ二次元励起子が存在し
    得る厚さをもつ第一のウェル層、及び、 前記第二の物質からなると共に前記第一のウェル層内に
    生成される電子についての最低のエネルギ量子準位と比
    較して更に低い電子についてのエネルギ量子準位が少な
    くとも一つ存在するよう厚くなされると共に不純物或い
    は空格子及び格子間原子に依る点欠陥からなる再結合セ
    ンタが選択的に導入され且つ前記バリヤ層の外側に接し
    て形成された第二のウェル層 の所要層数を積層してなる積層部分を備えてなることを
    特徴とする光半導体装置。
JP3394190A 1990-02-16 1990-02-16 光半導体装置 Pending JPH03238426A (ja)

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JP3394190A JPH03238426A (ja) 1990-02-16 1990-02-16 光半導体装置

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JPH03238426A true JPH03238426A (ja) 1991-10-24

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ID=12400536

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JP3394190A Pending JPH03238426A (ja) 1990-02-16 1990-02-16 光半導体装置

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JP (1) JPH03238426A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0492420A2 (en) * 1990-12-20 1992-07-01 Fujitsu Limited Non-linear optical device having an improved rate for recovery

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0492420A2 (en) * 1990-12-20 1992-07-01 Fujitsu Limited Non-linear optical device having an improved rate for recovery

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