JPH0342616A - 半導体光変調器 - Google Patents
半導体光変調器Info
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- JPH0342616A JPH0342616A JP1177633A JP17763389A JPH0342616A JP H0342616 A JPH0342616 A JP H0342616A JP 1177633 A JP1177633 A JP 1177633A JP 17763389 A JP17763389 A JP 17763389A JP H0342616 A JPH0342616 A JP H0342616A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 41
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- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 18
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- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 14
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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- G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
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-
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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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。
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］
半導体光変調器に係り、特に量子井戸構造を活性層に用
いる半導体光変調器に関し、 電界のオフ時における活性層の吸収係数を大幅に低下さ
せることにより、電界のオン−オフ時のレーザ光強度比
ηを非常に小さくして、極めて高性能の半導体光変調器
を提供することを目的とし、第１及び第２の薄膜半導体
層が交互に積層され、前記第１の薄膜半導体層が伝導帯
に第１の量子井戸を形成し、前記第２の薄膜半導体層が
価電子帯に第２の量子井戸を形成している多重量子井戸
構造を有する半導体光変調器において、前記第１又は第
２の薄膜半導体層の少なくとも一方の薄膜半導体層中に
第３の薄膜半導体層を設けることにより、前記第１又は
第２の量子井戸の底に更に低エネルギーのポテンシャル
の清を形成し、電界の非印加時に荷電粒子を前記ポテン
シャルの溝内に閉じ込めるように構成する。
いる半導体光変調器に関し、 電界のオフ時における活性層の吸収係数を大幅に低下さ
せることにより、電界のオン−オフ時のレーザ光強度比
ηを非常に小さくして、極めて高性能の半導体光変調器
を提供することを目的とし、第１及び第２の薄膜半導体
層が交互に積層され、前記第１の薄膜半導体層が伝導帯
に第１の量子井戸を形成し、前記第２の薄膜半導体層が
価電子帯に第２の量子井戸を形成している多重量子井戸
構造を有する半導体光変調器において、前記第１又は第
２の薄膜半導体層の少なくとも一方の薄膜半導体層中に
第３の薄膜半導体層を設けることにより、前記第１又は
第２の量子井戸の底に更に低エネルギーのポテンシャル
の清を形成し、電界の非印加時に荷電粒子を前記ポテン
シャルの溝内に閉じ込めるように構成する。
［産業上の利用針！！ｌＦ］
本発明は半導体光変調器に係り、特に量子井戸ｍ造を活
性層に用いる半導体光変調器に関する。
性層に用いる半導体光変調器に関する。
［従来の技術］
半導体レーザを直接に変調する場合よりも高周波数で大
容量の情報を送るために、例えば半導体レーザと組み合
わせて高速変調を行なう半導体光変調器が用いられる。
容量の情報を送るために、例えば半導体レーザと組み合
わせて高速変調を行なう半導体光変調器が用いられる。
この半導体光変調器は、半導体に電界を印加すると吸収
端か低エネルギー測にシフトするフランツ−ゲルデイシ
ュ効果を利用し、活性層に印加する電界のオン−オフ動
作によって、活性層を通る光の変調を行なう。
端か低エネルギー測にシフトするフランツ−ゲルデイシ
ュ効果を利用し、活性層に印加する電界のオン−オフ動
作によって、活性層を通る光の変調を行なう。
従来の半導体光変調器を第４図に示す。
半導体光変調器の断面を示す第４図（ａ）において、異
なる２種類の薄膜半導体層を積層したＭＱＷ （Ｍｕｌ
ｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ ；多重量子井戸）活
性層３２がｐ型層３４とｎ型層３６とに挟まれている。
なる２種類の薄膜半導体層を積層したＭＱＷ （Ｍｕｌ
ｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ ；多重量子井戸）活
性層３２がｐ型層３４とｎ型層３６とに挟まれている。
このＭＱＷ活性層３２のエネルギーバンドを第４図（ｂ
）に示すと、障壁層３８と井戸層４０とが交互に積層す
る井戸型ポテンシャルとなる。そしてこの井戸層４０の
幅を数１００人程度にまで小さくしていくと、井戸層４
０内の電子とホールのＺ方向の運動が制限されて、その
エネルギー準位か量子化される。
）に示すと、障壁層３８と井戸層４０とが交互に積層す
る井戸型ポテンシャルとなる。そしてこの井戸層４０の
幅を数１００人程度にまで小さくしていくと、井戸層４
０内の電子とホールのＺ方向の運動が制限されて、その
エネルギー準位か量子化される。
また、このＭＱＷ活性層３２に逆バイアスの電界を印加
すると、その井戸型ポテンシャルは第４図（Ｃ）に示さ
れるようになり、井戸層４０内における量子化された電
子とホールのエネルギー準位か実効的に低下する。
すると、その井戸型ポテンシャルは第４図（Ｃ）に示さ
れるようになり、井戸層４０内における量子化された電
子とホールのエネルギー準位か実効的に低下する。
ところで、一般にバルク半導体材料の光吸収スペクトル
では、低温においてその吸収端付近に鋭いピークが観察
される。このピークは、光吸収によって生成された電子
とホールとのクーロン引力によって形成される励起子に
よるものであり、その励起子は重いホールの周りに電子
か球状に分布しているというイメージでとらえられる。
では、低温においてその吸収端付近に鋭いピークが観察
される。このピークは、光吸収によって生成された電子
とホールとのクーロン引力によって形成される励起子に
よるものであり、その励起子は重いホールの周りに電子
か球状に分布しているというイメージでとらえられる。
そしてその直径は、材料によって異なるか、２００〜４
００ ｎｍ程度である。
００ ｎｍ程度である。
こうした励起子が第４図（ｂ）に示されるようなＭＱＷ
活性層３２の井戸層４０内で生成された場合には、井戸
層４０と垂直方向に圧縮されるために結合エネルギーが
増加し、その結果、光学遷移の振動子強度の増大を引き
起こし、室温においても明瞭な光吸収ピークが観察され
る。この光吸収スペクトルの実測値を、第４図（ｄ）の
実線に示す。
活性層３２の井戸層４０内で生成された場合には、井戸
層４０と垂直方向に圧縮されるために結合エネルギーが
増加し、その結果、光学遷移の振動子強度の増大を引き
起こし、室温においても明瞭な光吸収ピークが観察され
る。この光吸収スペクトルの実測値を、第４図（ｄ）の
実線に示す。
また、第４図（Ｃ）に示されるような逆バイアスの電界
が印加されたＭＱＷ活性層３２においては、井戸層４０
内におけるエネルギー準位が低下するために、光吸収ス
ペクトルは第４図（ｄ）の破線に示されるようになり、
励起子の光吸収ピークは長波長側に、すなわち低エネル
ギー測に数１０ｍｅＶ程度シフトする。
が印加されたＭＱＷ活性層３２においては、井戸層４０
内におけるエネルギー準位が低下するために、光吸収ス
ペクトルは第４図（ｄ）の破線に示されるようになり、
励起子の光吸収ピークは長波長側に、すなわち低エネル
ギー測に数１０ｍｅＶ程度シフトする。
いま、半導体レーザの発光波長が、第４図（ｄ）の矢印
の位置に示されるように、電界のオン状態の場合の吸収
端付近の鋭い光吸収ピークになる波長λ２に設定される
と、レーザ光を半導体光変調器のＭＱＷ活性層３２に通
し、電界をオン−オフ動作させることにより、光変調を
行なうことができる。
の位置に示されるように、電界のオン状態の場合の吸収
端付近の鋭い光吸収ピークになる波長λ２に設定される
と、レーザ光を半導体光変調器のＭＱＷ活性層３２に通
し、電界をオン−オフ動作させることにより、光変調を
行なうことができる。
すなわちレーザ光は、オフ状態では余り吸収されないで
外部に出射されるか、オン状態になるとＭＱＷ活性層３
２の井戸層４０において吸収され、外部には殆ど出射さ
れなくなる。そして電界のオン及びオフ時のレーザ光の
光強度をそれぞれＩＯＮ及び■。ｐｐとおくと、このオ
ン−オフ時のレーザ光強度比η−Ｉ ＯＮ／ Ｉ ｏＦ
Ｆが小さいほど高性能な光変調器となる。
外部に出射されるか、オン状態になるとＭＱＷ活性層３
２の井戸層４０において吸収され、外部には殆ど出射さ
れなくなる。そして電界のオン及びオフ時のレーザ光の
光強度をそれぞれＩＯＮ及び■。ｐｐとおくと、このオ
ン−オフ時のレーザ光強度比η−Ｉ ＯＮ／ Ｉ ｏＦ
Ｆが小さいほど高性能な光変調器となる。
しかし、上記の半導体光変調器においては、第４図（ｄ
）に示されるように、電界のオフ時における励起子の吸
収スペクトルが比較的大きいため、オフ時のレーザ光強
度Ｉ。、を大きくすることか困難であり、従って高性能
化を図ることかできないという問題かあった。
）に示されるように、電界のオフ時における励起子の吸
収スペクトルが比較的大きいため、オフ時のレーザ光強
度Ｉ。、を大きくすることか困難であり、従って高性能
化を図ることかできないという問題かあった。
この問題を解決するものとして、第５図に示されるよう
な井戸型ポテンシャルをもつＭＱＷ［ａが提案されてい
る（Ｍ、Ｈａｔｓｕｕｒａ ａｎｄ Ｙ、５ｈｉｎｏｚ
ｕｋａ。
な井戸型ポテンシャルをもつＭＱＷ［ａが提案されてい
る（Ｍ、Ｈａｔｓｕｕｒａ ａｎｄ Ｙ、５ｈｉｎｏｚ
ｕｋａ。
Ｅｘｃｉｔｏｎｓ ｉｎ ｔｙｐｅ−Ｉ［ｑｕａｎｔｕ
ＩＩｌ−ｗｅｌｌ ｓｙｓｔｅｎｌｓＢｉｎｄｉｎｇ
ｏ丁 ｔｈｅ ５ｐａｔｉａｌｌｙ ５ｅｐａｒ
ａｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎａｎｄ ｈｏｌｅ”、
Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、Ｂ Ｖｏｌ、３８．Ｎｏ、１４．ｐ
ｐ９８３０（１９８８）参照〉。
ＩＩｌ−ｗｅｌｌ ｓｙｓｔｅｎｌｓＢｉｎｄｉｎｇ
ｏ丁 ｔｈｅ ５ｐａｔｉａｌｌｙ ５ｅｐａｒ
ａｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎａｎｄ ｈｏｌｅ”、
Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、Ｂ Ｖｏｌ、３８．Ｎｏ、１４．ｐ
ｐ９８３０（１９８８）参照〉。
すなわち、このＭＱＷＩ造は、第５図（ａ）に示される
ように、伝導帯に形成された量子井戸４２と価電子帯に
形成された量子井戸４４とが互いに空間的に分離されて
いる。従って、このＭＱＷｉ造に印加される電圧かオフ
状態の場合には、第５図（ａ）中に破線で表した電子と
ホールの波動関数も互いに空間的に分離されている。こ
のために、第５図（ｃ）の実線に示されるように、吸収
係数αは非常に小さいものとなる。
ように、伝導帯に形成された量子井戸４２と価電子帯に
形成された量子井戸４４とが互いに空間的に分離されて
いる。従って、このＭＱＷｉ造に印加される電圧かオフ
状態の場合には、第５図（ａ）中に破線で表した電子と
ホールの波動関数も互いに空間的に分離されている。こ
のために、第５図（ｃ）の実線に示されるように、吸収
係数αは非常に小さいものとなる。
そしてこのＭＱＷｌｌＩ造に逆バイアスの電界が印加さ
れると、その井戸型ポテンシャルは第５図（ｂ）に示さ
れるようになり、伝導帯と価電子帯に形成された隣接す
る量子井戸４２．４４内における電子とホールの波動関
数が接近して重なり合い、第５図（Ｃ）の破線に示され
るように、励起子による光吸収ピークが吸収端近傍に顕
著に表われる。
れると、その井戸型ポテンシャルは第５図（ｂ）に示さ
れるようになり、伝導帯と価電子帯に形成された隣接す
る量子井戸４２．４４内における電子とホールの波動関
数が接近して重なり合い、第５図（Ｃ）の破線に示され
るように、励起子による光吸収ピークが吸収端近傍に顕
著に表われる。
このため、半導体レーザの発光波長が、第５図（ｃ）の
矢印の位置に示されるように、電界のオン状態の場合に
おける吸収端付近の鋭い光吸収ピークになる波長λ３に
設定されると、電界のオフ時のレーザ光強度Ｉ ｏｐｐ
が大きくなり、オン−オフ時のレーザ光強度比η−■ｏ
Ｎ／■ｏＰＩ−を小さくすることができる。
矢印の位置に示されるように、電界のオン状態の場合に
おける吸収端付近の鋭い光吸収ピークになる波長λ３に
設定されると、電界のオフ時のレーザ光強度Ｉ ｏｐｐ
が大きくなり、オン−オフ時のレーザ光強度比η−■ｏ
Ｎ／■ｏＰＩ−を小さくすることができる。
従って、この効果を利用すれば、高性能な半導体光変調
器を作製することができる。
器を作製することができる。
しかし、上記提案のＭＱＷｉ造においては、伝導帯及び
価電子帯に形成された量子井戸４２゜４４は互いに空間
的に分離されているが、その量子井戸４２．４４内にお
ける電子とホールの波動関数は、第５図（ａ）に示され
るように、実際には伝導帯及び価電子帯に形成された量
子井戸４２゜４４からそれぞれしみ出している。そして
この波動関数のしみ出しによって、伝導帯における電子
の波動関数と価電子帯におけるホールの波動関数とは重
なりを生じ、第５図（ｃ）に示されるように、電界のオ
ン時の吸収端近傍の光吸収ピーク波長λ３における電界
のオフ時の吸収係数αはゼロとはならず、実際は１００
ｃｍ’程度の値を有することになる。
価電子帯に形成された量子井戸４２゜４４は互いに空間
的に分離されているが、その量子井戸４２．４４内にお
ける電子とホールの波動関数は、第５図（ａ）に示され
るように、実際には伝導帯及び価電子帯に形成された量
子井戸４２゜４４からそれぞれしみ出している。そして
この波動関数のしみ出しによって、伝導帯における電子
の波動関数と価電子帯におけるホールの波動関数とは重
なりを生じ、第５図（ｃ）に示されるように、電界のオ
ン時の吸収端近傍の光吸収ピーク波長λ３における電界
のオフ時の吸収係数αはゼロとはならず、実際は１００
ｃｍ’程度の値を有することになる。
従って、上記提案のＭＱＷ構造を用いた半導体光変調器
においても、電界のオン−オフ時のレーザ光強度比η−
Ｉ。Ｎ／ Ｉ ＯＦＦをさらに小さくして、光変調器と
しての特性上の改善を図ることが望まれていた。
においても、電界のオン−オフ時のレーザ光強度比η−
Ｉ。Ｎ／ Ｉ ＯＦＦをさらに小さくして、光変調器と
しての特性上の改善を図ることが望まれていた。
［発明か解決しようとする課題］
このように、従来の半導体光変調器において、伝導帯に
形成された量子井戸と価電子帯に形成された量子井戸と
を空間的に分離するＭＱＷ構造を用いて、電界のオフ時
における吸収係数αを非常に小さくし、オン時における
吸収端近傍の光吸収ピークが顕著に表われるようにする
ことにより、オン−オフ時のレーザ光強度比η−Ｉ。Ｎ
／ Ｉ ｏｔｒｐを小さくしたか、なお、電界のオン時
の光吸収ピークにおけるオフ時の吸収係数αが一定程度
の値を有しているため、オン−オフ時のレーザ光強度比
η−Ｉ。Ｎ／ Ｉ ＯＦＦをさらに小さくして高性能化
を図るという課題は依然として残っていた。
形成された量子井戸と価電子帯に形成された量子井戸と
を空間的に分離するＭＱＷ構造を用いて、電界のオフ時
における吸収係数αを非常に小さくし、オン時における
吸収端近傍の光吸収ピークが顕著に表われるようにする
ことにより、オン−オフ時のレーザ光強度比η−Ｉ。Ｎ
／ Ｉ ｏｔｒｐを小さくしたか、なお、電界のオン時
の光吸収ピークにおけるオフ時の吸収係数αが一定程度
の値を有しているため、オン−オフ時のレーザ光強度比
η−Ｉ。Ｎ／ Ｉ ＯＦＦをさらに小さくして高性能化
を図るという課題は依然として残っていた。
そこで本発明は、電界のオフ時における活性層の吸収係
数を大幅に低下させることにより、電界のオン−オフ時
のレーザ光強度比ηを非常に小さくして、極めて高性能
の半導体光変調器を提供することを目自勺とする。
数を大幅に低下させることにより、電界のオン−オフ時
のレーザ光強度比ηを非常に小さくして、極めて高性能
の半導体光変調器を提供することを目自勺とする。
［課題を解決するための手段］
上記課題は、第１及び第２の薄膜半導体層が交互に積層
され、前記第１の薄膜半導体層か伝導帯に第１の量子井
戸を形成し、前記第２の薄膜半導体層が価電子帯に第２
の量子井戸を形成している多重量子井戸構造を有する半
導体光変調器において、前記第１又は第２の薄膜半導体
層の少なくとも一方の薄膜半導体層中に第３の薄膜半導
体層を設けることにより、前記第１又は第２の量子井戸
の底に更に低エネルギーのポテンシャルの消を形成し、
電界の非印加時に荷電粒子を前記ポテンシャルの溝内に
閉じ込めることを特徴とする半導体光変調器によって達
成される。
され、前記第１の薄膜半導体層か伝導帯に第１の量子井
戸を形成し、前記第２の薄膜半導体層が価電子帯に第２
の量子井戸を形成している多重量子井戸構造を有する半
導体光変調器において、前記第１又は第２の薄膜半導体
層の少なくとも一方の薄膜半導体層中に第３の薄膜半導
体層を設けることにより、前記第１又は第２の量子井戸
の底に更に低エネルギーのポテンシャルの消を形成し、
電界の非印加時に荷電粒子を前記ポテンシャルの溝内に
閉じ込めることを特徴とする半導体光変調器によって達
成される。
０
［作 用コ
すなわち本発明は、伝導帯に形成された第１の量子井戸
又は価電子帯に形成された第２の量子井戸の少なくとも
一方の量子井戸の底に、その量子井戸の底よりも更に低
エネルギーのポテンシャルの清が設けられているため、
電界のオフ時における電子又はホールはこの低エネルギ
ーのポテンシャルの溝内に閉じ込められ、譬え電子又は
ホールの波動関数かそのポテンシャルの溝からしみ出し
ても、第１又は第２の量子井戸からはしみ出さないよう
になっている。このため、ｖｊＡｔｉする第１及び第２
の量子井戸内における電子とホールの波動関数は重なり
を生じることはない。従って、電界のオフ時の吸収係数
は、はぼゼロに近い極めて小さいものになる。
又は価電子帯に形成された第２の量子井戸の少なくとも
一方の量子井戸の底に、その量子井戸の底よりも更に低
エネルギーのポテンシャルの清が設けられているため、
電界のオフ時における電子又はホールはこの低エネルギ
ーのポテンシャルの溝内に閉じ込められ、譬え電子又は
ホールの波動関数かそのポテンシャルの溝からしみ出し
ても、第１又は第２の量子井戸からはしみ出さないよう
になっている。このため、ｖｊＡｔｉする第１及び第２
の量子井戸内における電子とホールの波動関数は重なり
を生じることはない。従って、電界のオフ時の吸収係数
は、はぼゼロに近い極めて小さいものになる。
また、電界のオン時においては、隣接する第１及び第２
の量子井戸内における電子とホールの波動関数が接近し
て重なり合い、励起子による光吸収ピークか吸収端近傍
において顕著に表われる。
の量子井戸内における電子とホールの波動関数が接近し
て重なり合い、励起子による光吸収ピークか吸収端近傍
において顕著に表われる。
１
従って、電界のオン時の吸収端近傍の光吸収ピークにお
けるオフ時の吸収係数は大幅に低下し、電界のオン−オ
フ時のレーザ光強度比を非常に小さくすることができる
。
けるオフ時の吸収係数は大幅に低下し、電界のオン−オ
フ時のレーザ光強度比を非常に小さくすることができる
。
［実施例コ
以下、本発明を図示する実施例に及ついて具体的に説明
する。
する。
第１図（ａ）は本発明の一実施例による半導体光変調器
を示す断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａンの半導体光
変調器のＭＱＷ活性層におけるエネルギーバンドを示す
図である。
を示す断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａンの半導体光
変調器のＭＱＷ活性層におけるエネルギーバンドを示す
図である。
第１図（ａ）において、ＩｎＧａＡｓＰ層、ＩｎＧａＡ
ｓ層、ＡｆＪＧａＡｓＳｂ層、及びＧａＡｓ５ｂ層から
なるＭＱＷ活性層２が、その上下をｐ型ＩｎＰ層４とｎ
型ＩｎＰ層６とに挾まれている。
ｓ層、ＡｆＪＧａＡｓＳｂ層、及びＧａＡｓ５ｂ層から
なるＭＱＷ活性層２が、その上下をｐ型ＩｎＰ層４とｎ
型ＩｎＰ層６とに挾まれている。
そしてこのＭＱＷ活性層２は、第１図（ｂ）に示される
ように、厚さ３ｎｍ、バンドギャップＥｇ＝ｏ、８２ｅ
ＶのＩ ｎｏ６Ｇａｏ４ＡＳ０．８５Ｐ２ ｏ、＋ｓ層８、厚さ４ｎｍ、バンドギャップＥｇ＝０．
７５ｅＶのＩ ｎ ｏ５ｓＧ ａ ０．４７Ａ ８層１
０、厚さ３ｎｍのＩ ｎ ｏ６Ｇ ａ Ｏ，４Ａ Ｓ
ｏ、ｓｓＰ ｏ、 ＋ｓ層１２、厚さ３ｎｍ、バンドギ
ャップＥｇ＝０．８２ｅＶのＡ、Ｉｌｏ、ｏｓＧ ａｏ
、＊７Ａ Ｓ ｏ、ｓ＋ｓ ｂ Ｏ，４９層１４、厚さ
４１１ｍ、バンドギャップＥｇ＝０．７８ｅＶのＧ ａ
Ａ Ｓ ｏ、ｓ＋ｓ ｂ Ｏ，４９層１６、及び厚さ３
ｎｍのＡｊ ｏ、 ｏ３Ｇ ａ ０．９７Ａ Ｓ ｏ、
ｓ＋ｓ ｂｏ、４９層１８を１周期として順に積層さ
れている。
ように、厚さ３ｎｍ、バンドギャップＥｇ＝ｏ、８２ｅ
ＶのＩ ｎｏ６Ｇａｏ４ＡＳ０．８５Ｐ２ ｏ、＋ｓ層８、厚さ４ｎｍ、バンドギャップＥｇ＝０．
７５ｅＶのＩ ｎ ｏ５ｓＧ ａ ０．４７Ａ ８層１
０、厚さ３ｎｍのＩ ｎ ｏ６Ｇ ａ Ｏ，４Ａ Ｓ
ｏ、ｓｓＰ ｏ、 ＋ｓ層１２、厚さ３ｎｍ、バンドギ
ャップＥｇ＝０．８２ｅＶのＡ、Ｉｌｏ、ｏｓＧ ａｏ
、＊７Ａ Ｓ ｏ、ｓ＋ｓ ｂ Ｏ，４９層１４、厚さ
４１１ｍ、バンドギャップＥｇ＝０．７８ｅＶのＧ ａ
Ａ Ｓ ｏ、ｓ＋ｓ ｂ Ｏ，４９層１６、及び厚さ３
ｎｍのＡｊ ｏ、 ｏ３Ｇ ａ ０．９７Ａ Ｓ ｏ、
ｓ＋ｓ ｂｏ、４９層１８を１周期として順に積層さ
れている。
また、このＭＱＷ活性層２におけるポテンシャルは、Ｉ
ｎｏ６Ｇａｏ、ａ Ａｓ ｏ、５ｓＰｏ、＋ｓ層８、
Ｉｎ ｏ、 ｓｓＧ ａ ｏ、 ４７Ａ ８層１０、及
びＩｎｏ６Ｇａ。
ｎｏ６Ｇａｏ、ａ Ａｓ ｏ、５ｓＰｏ、＋ｓ層８、
Ｉｎ ｏ、 ｓｓＧ ａ ｏ、 ４７Ａ ８層１０、及
びＩｎｏ６Ｇａ。
４ Ａ ｓ ｏ、 ａｓＰ ｏ１５層１２によって伝導
帯における幅１０ｎｍ、深さ０．５ｅＶ程度の量子井戸
２０が形成され、さらにこの量子井戸２０の底の中央部
には、Ｉ ｎ ０．５３Ｇ ａ Ｏ，’４７Ａ ８層１
０によって量子井戸２０の底よりも約３０ ｍ ｅ Ｖ
更に低エネルギーの、即ち量子井戸２０の底より下向き
に凸型のポテンシャルの消２２が形成されている。
帯における幅１０ｎｍ、深さ０．５ｅＶ程度の量子井戸
２０が形成され、さらにこの量子井戸２０の底の中央部
には、Ｉ ｎ ０．５３Ｇ ａ Ｏ，’４７Ａ ８層１
０によって量子井戸２０の底よりも約３０ ｍ ｅ Ｖ
更に低エネルギーの、即ち量子井戸２０の底より下向き
に凸型のポテンシャルの消２２が形成されている。
同様にして、ＡｆＪｏ、 ０３Ｇ ’ａ ０．９？Ａ’
Ｓ Ｏ，ＳＩＳ ｂ 。
Ｓ Ｏ，ＳＩＳ ｂ 。
３
４Ｊｉ １４、Ｇ ａ Ａ Ｓ ｏ、 ｓ＋ Ｓ ｂ
ｏ、 ４９層１６、及びＡＩｉ ｏ、ｏｉＧａｏ、７Ａ
Ｓｏ、ｓ＋５ｂｏ４９層１８によって価電子帯における
幅１０ｎｍ、深さ０．４ｅＶ程度の量子井戸２４が形成
され、さらにこの量子井戸２４の底の中央部に、ＧａＡ
ｓ ｏ、ｓ＋ｓ ｂ Ｏ，４９Ｎ１６によって量子井
戸２４の底よりも約３０ ｍｅＶ更に低エネルギーの、
即ち量子井戸２４の底より上向きに凸型のポテンシャル
の溝２６か形成されている。
ｏ、 ４９層１６、及びＡＩｉ ｏ、ｏｉＧａｏ、７Ａ
Ｓｏ、ｓ＋５ｂｏ４９層１８によって価電子帯における
幅１０ｎｍ、深さ０．４ｅＶ程度の量子井戸２４が形成
され、さらにこの量子井戸２４の底の中央部に、ＧａＡ
ｓ ｏ、ｓ＋ｓ ｂ Ｏ，４９Ｎ１６によって量子井
戸２４の底よりも約３０ ｍｅＶ更に低エネルギーの、
即ち量子井戸２４の底より上向きに凸型のポテンシャル
の溝２６か形成されている。
次に、第２図を用いて、動作を説明する。
ＭＱＷ活性層２に印加される電圧がオフ状態の場合、第
２図（ａ）に示されるように、破線で表した電子の波動
関数は伝導帯に形成された量子井戸２０底の中央部のポ
テンシャルの溝２２内に閉じ込められ、譬えそのポテン
シャルの消２２からしみ出しても、量子井戸２０からし
み出すことはない。
２図（ａ）に示されるように、破線で表した電子の波動
関数は伝導帯に形成された量子井戸２０底の中央部のポ
テンシャルの溝２２内に閉じ込められ、譬えそのポテン
シャルの消２２からしみ出しても、量子井戸２０からし
み出すことはない。
また同様に、破線で表したホールの波動関数は価電子帯
に形成された量子井戸２４底の中央部のポテンシャルの
溝２６内に閉じ込められ、譬えそ ４ のポテンシャルの消２６からしみ出しても、量子井戸２
４からしみ出すことはない。
に形成された量子井戸２４底の中央部のポテンシャルの
溝２６内に閉じ込められ、譬えそ ４ のポテンシャルの消２６からしみ出しても、量子井戸２
４からしみ出すことはない。
このため、伝導帯における電子の波動関数と価電子帯に
おけるホールの波動関数とは完全に空間的に分離されて
いて、重なりを生じることはない。
おけるホールの波動関数とは完全に空間的に分離されて
いて、重なりを生じることはない。
従って、このとき励起子による吸収は全く起こらない。
また、ＭＱＷ活性層２の電界がオン状態の場合、第２図
（ｂ）に示されるように、隣接する量子井戸２０．２４
内における電子とホールの波動関数か接近して重なりを
生じ、励起子による光吸収ピークが吸収端近傍に顕著に
表われる。
（ｂ）に示されるように、隣接する量子井戸２０．２４
内における電子とホールの波動関数か接近して重なりを
生じ、励起子による光吸収ピークが吸収端近傍に顕著に
表われる。
本発明者の実験によれば、ＭＱＷ活性層２にＥｌ−Ｘ
１０’ Ｖ／ｃｍの逆バイアスの電界が印加された場合
の吸収スペクトルは、第３図に示されるようになる。す
なわち、吸収端付近に励起子による鋭い光吸収ピークが
表われ、このピークにおける吸収係数αは約３０００ｃ
ｍ−’の値となった。
１０’ Ｖ／ｃｍの逆バイアスの電界が印加された場合
の吸収スペクトルは、第３図に示されるようになる。す
なわち、吸収端付近に励起子による鋭い光吸収ピークが
表われ、このピークにおける吸収係数αは約３０００ｃ
ｍ−’の値となった。
そしてこの光吸収ピーク波長λ１における電界のオフ時
の光吸収は、全く観測されなかった。
の光吸収は、全く観測されなかった。
５
このように本実施例によれは、電界のオン時における吸
収端付近の光吸収ピーク波長λ１において、電界のオフ
時の吸収係数αをほぼセロにすることができるため、電
界のオン−オフ時のレーザ光強度比η−ＩｏＮ／■ｏＰ
Ｐを非常に小さくすることができる。従って、半導体光
変調器の特性上の著しい改善を実現することかできる。
収端付近の光吸収ピーク波長λ１において、電界のオフ
時の吸収係数αをほぼセロにすることができるため、電
界のオン−オフ時のレーザ光強度比η−ＩｏＮ／■ｏＰ
Ｐを非常に小さくすることができる。従って、半導体光
変調器の特性上の著しい改善を実現することかできる。
なお、上記実施例においては、伝導帯に形成された量子
井戸２０と価電子帯に形成された量子井戸２４との双方
にそれぞれポテンシャルの溝２２２６を設けているか、
いずれが一方の量子井戸のみにその量子井戸の底よりも
低エネルギーのポテンシャルの溝を設けても、電界のオ
ン−オフ時のレーザ光強度比ηを向上させる効果がある
。
井戸２０と価電子帯に形成された量子井戸２４との双方
にそれぞれポテンシャルの溝２２２６を設けているか、
いずれが一方の量子井戸のみにその量子井戸の底よりも
低エネルギーのポテンシャルの溝を設けても、電界のオ
ン−オフ時のレーザ光強度比ηを向上させる効果がある
。
［発明の効果］
以上のように本発明によれば、第１の薄膜半一導体層が
伝導帯に第１の量子井戸を形成し、第２の薄膜半導体層
が価電子帯に第２の量子井戸を形成している多重量子井
戸′Ｊｉｆ４造を有する半導体光変調器において、伝導
帯に形成された第１の量子井戸又は価電子帯に形成され
た第２の量子井戸の少なくとも一方の量子井戸の底に、
第１又は第２の量子井戸の底よりも更に低エネルギーの
ポテンシャルの溝を設けることにより、電界の非印加時
に荷電粒子を前記ポテンシャルの溝内に閉じ込めて、第
１又は第２の量子井戸内の荷電粒子の波動関数の重なり
合いを防止することができる。
伝導帯に第１の量子井戸を形成し、第２の薄膜半導体層
が価電子帯に第２の量子井戸を形成している多重量子井
戸′Ｊｉｆ４造を有する半導体光変調器において、伝導
帯に形成された第１の量子井戸又は価電子帯に形成され
た第２の量子井戸の少なくとも一方の量子井戸の底に、
第１又は第２の量子井戸の底よりも更に低エネルギーの
ポテンシャルの溝を設けることにより、電界の非印加時
に荷電粒子を前記ポテンシャルの溝内に閉じ込めて、第
１又は第２の量子井戸内の荷電粒子の波動関数の重なり
合いを防止することができる。
これにより、電界のオフ時の吸収係数を大幅に低下させ
て、電界のオン−オフ時のレーザ光強度比を非常に小さ
くすることができ、極めて高性能の半導体光変調器を実
現することができる。
て、電界のオン−オフ時のレーザ光強度比を非常に小さ
くすることができ、極めて高性能の半導体光変調器を実
現することができる。
第１図は本発明の一実施例による半導体光変調器を示ず
図、 第２図及び第３図はそれぞれ第１図の半導体光変調器の
動作を説明するための図、 第４図及び第５図はそれぞれ従来の半導体光変調器を説
明するための図である。 ７ 図において、 ２．３２・・・・・・ＭＱＷ活性層、 ４・・・・・・ｐ型ＩｎＰ層、 ６・・・・・・ｎ型ＩｎＰ層、 ８．１２−”Ｉ ｎｏ ６’Ｇａｏ ４ＡＳｏ ８ｓＰ
ｏ、＋ｓ層、１０−− Ｉ ｎ ０．５３０ ａ ０．
４７Ａ Ｓ層、１４ 、１８−−−−−−Ａ、Ｑ ０．
０３Ｇ ａｏ、７Ａ ｓ ｏ、ｓ＋ｓ ｂ 。 ４９層、 １６−−ＧａＡｓｏ、ｓ＋Ｓ’ｂｏ、＋ｓ層、２０．２
４，４２．４４・・・・・・量子゛井戸、２２．２６・
・・・・・ポテンシャルの溝、３４・・・・・・ｐ型層
、 ３６・・・・・・ｎ型層、 ３８・・・・・・障壁層、 ４０・・・・・・井戸層。
図、 第２図及び第３図はそれぞれ第１図の半導体光変調器の
動作を説明するための図、 第４図及び第５図はそれぞれ従来の半導体光変調器を説
明するための図である。 ７ 図において、 ２．３２・・・・・・ＭＱＷ活性層、 ４・・・・・・ｐ型ＩｎＰ層、 ６・・・・・・ｎ型ＩｎＰ層、 ８．１２−”Ｉ ｎｏ ６’Ｇａｏ ４ＡＳｏ ８ｓＰ
ｏ、＋ｓ層、１０−− Ｉ ｎ ０．５３０ ａ ０．
４７Ａ Ｓ層、１４ 、１８−−−−−−Ａ、Ｑ ０．
０３Ｇ ａｏ、７Ａ ｓ ｏ、ｓ＋ｓ ｂ 。 ４９層、 １６−−ＧａＡｓｏ、ｓ＋Ｓ’ｂｏ、＋ｓ層、２０．２
４，４２．４４・・・・・・量子゛井戸、２２．２６・
・・・・・ポテンシャルの溝、３４・・・・・・ｐ型層
、 ３６・・・・・・ｎ型層、 ３８・・・・・・障壁層、 ４０・・・・・・井戸層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 第１及び第２の薄膜半導体層が交互に積層され、前記第
１の薄膜半導体層が伝導帯に第１の量子井戸を形成し、
前記第２の薄膜半導体層が価電子帯に第２の量子井戸を
形成している多重量子井戸構造を有する半導体光変調器
において、 前記第１又は第２の薄膜半導体層の少なくとも一方の薄
膜半導体層中に第３の薄膜半導体層を設けることにより
、前記第１又は第２の量子井戸の底に更に低エネルギー
のポテンシャルの溝を形成し、電界の非印加時に荷電粒
子を前記ポテンシャルの溝内に閉じ込める ことを特徴とする半導体光変調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1177633A JPH0342616A (ja) | 1989-07-10 | 1989-07-10 | 半導体光変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1177633A JPH0342616A (ja) | 1989-07-10 | 1989-07-10 | 半導体光変調器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0342616A true JPH0342616A (ja) | 1991-02-22 |
Family
ID=16034412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1177633A Pending JPH0342616A (ja) | 1989-07-10 | 1989-07-10 | 半導体光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0342616A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5521742A (en) * | 1993-06-25 | 1996-05-28 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor optical modulator |
-
1989
- 1989-07-10 JP JP1177633A patent/JPH0342616A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5521742A (en) * | 1993-06-25 | 1996-05-28 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor optical modulator |
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