JPH0351813A - 光半導体材料 - Google Patents
光半導体材料Info
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- JPH0351813A JPH0351813A JP18773389A JP18773389A JPH0351813A JP H0351813 A JPH0351813 A JP H0351813A JP 18773389 A JP18773389 A JP 18773389A JP 18773389 A JP18773389 A JP 18773389A JP H0351813 A JPH0351813 A JP H0351813A
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Landscapes
- Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光機能素子に用いられる光半導体材料に関する
。
。
近年高速大容量な光通信技術の進歩に伴って光を制御す
るデバイスへの期待が高まっている。特に半導体を用い
るデバイスは小型で発光、受光素子との集積が可能であ
り盛んな研究が行なわれている。光を制御するデバイス
に用いられる半導体材料は外部からの電場や光によって
吸収係数や屈折率が大きく変化することが必要である。
るデバイスへの期待が高まっている。特に半導体を用い
るデバイスは小型で発光、受光素子との集積が可能であ
り盛んな研究が行なわれている。光を制御するデバイス
に用いられる半導体材料は外部からの電場や光によって
吸収係数や屈折率が大きく変化することが必要である。
このような半導体材料として従来知られているものにＧ
ａＡｓとＡ １２ Ｇ ａ Ａ ｓの薄膜を交互に積層
した多重量子井戸がある。このような多重量子井戸では
室温でも励起子が観測され励起子の電場による吸収変化
が観測されている。光通信に用いられる波長の１．０μ
ｍ〜１．６μｍ帯に適合するものとしてＩｎＧａＡｓと
ＩｎＰ、あるいはＩｎＡｎＡｓとの組み合わせによる多
重量子井戸が知られている。これらの多重量子井戸にお
ける電場による吸収変化は、電場によって励起子のエネ
ルギーが低エネルギー側に移動するためにおきる。別の
吸収変化の機構として、電場によって電子と正孔の波動
関数の重なり方を制御して光遷移の強度を変化させるこ
とが考えられる。この機構で大きな吸収変化を得るため
の構造として、出画等はジャパニーズ ジャーナル オ
ン アプライド フィジックス（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
）第２２巻Ｌ２２頁（１９８３）で一般的な量子井戸で
幅が広くヘテロ障壁を高くした構造を提案している。ま
た二重量子井戸で波動関数の形を電場によって大きく変
化させることがイスラム（Ｉｓｌａｍ、Ｍ、Ｎ、）等が
７プライド フィジックス レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）第５０巻１０９８
頁（１９８７）において、ｎ１ｐｉ構造を用いて電子と
正孔を分離させた構造がシューベルト（Ｓｈｕｂｅｒｔ
、Ｅ、Ｆ、）等がエレクトａニクスレターズ（Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）第２４巻９８０頁（
１９８８）でそれぞれ報告している。
ａＡｓとＡ １２ Ｇ ａ Ａ ｓの薄膜を交互に積層
した多重量子井戸がある。このような多重量子井戸では
室温でも励起子が観測され励起子の電場による吸収変化
が観測されている。光通信に用いられる波長の１．０μ
ｍ〜１．６μｍ帯に適合するものとしてＩｎＧａＡｓと
ＩｎＰ、あるいはＩｎＡｎＡｓとの組み合わせによる多
重量子井戸が知られている。これらの多重量子井戸にお
ける電場による吸収変化は、電場によって励起子のエネ
ルギーが低エネルギー側に移動するためにおきる。別の
吸収変化の機構として、電場によって電子と正孔の波動
関数の重なり方を制御して光遷移の強度を変化させるこ
とが考えられる。この機構で大きな吸収変化を得るため
の構造として、出画等はジャパニーズ ジャーナル オ
ン アプライド フィジックス（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
）第２２巻Ｌ２２頁（１９８３）で一般的な量子井戸で
幅が広くヘテロ障壁を高くした構造を提案している。ま
た二重量子井戸で波動関数の形を電場によって大きく変
化させることがイスラム（Ｉｓｌａｍ、Ｍ、Ｎ、）等が
７プライド フィジックス レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）第５０巻１０９８
頁（１９８７）において、ｎ１ｐｉ構造を用いて電子と
正孔を分離させた構造がシューベルト（Ｓｈｕｂｅｒｔ
、Ｅ、Ｆ、）等がエレクトａニクスレターズ（Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）第２４巻９８０頁（
１９８８）でそれぞれ報告している。
以上述べたような多重量子井戸を光論理素子などに用い
る場合、大きな消光比を得るためには高透過状態におけ
る透過率が大きいことが必要である。しかし、従来知ら
れている多重量子井戸は励起子吸収の裾においても吸収
系数が大きく高透過状態における透過率を十分高くする
ことは難しい。
る場合、大きな消光比を得るためには高透過状態におけ
る透過率が大きいことが必要である。しかし、従来知ら
れている多重量子井戸は励起子吸収の裾においても吸収
系数が大きく高透過状態における透過率を十分高くする
ことは難しい。
一方、電子と正孔の波動関数の重なりを電場で制御する
方法は、波動関数の重なりが小さい時の光遷移の強度自
体が小さくなるので吸収係数も小さくでき、高透過状態
における透過率を高くすることが可能である。ことろが
これまで報告されてきた構造では電子と正孔の波動関数
の重なりを十分大きく変化させることが難しかった。
方法は、波動関数の重なりが小さい時の光遷移の強度自
体が小さくなるので吸収係数も小さくでき、高透過状態
における透過率を高くすることが可能である。ことろが
これまで報告されてきた構造では電子と正孔の波動関数
の重なりを十分大きく変化させることが難しかった。
第７図（１）に示した一般的な量子井戸構造では、第７
図（２）に示すように、波動関数７５．７６の形は電場
が印加されても余り変化しない。第８図（１）の二重量
子井戸では、第８図（２）に示すように、電場印加によ
り最低準位間の波動関数７５．７６の形は大きく変わる
が、エネルギーの近い正孔の第２準位の波動関数がこれ
を打ち消すように変化するので実質的な吸収変化が小さ
くなってしまう。
図（２）に示すように、波動関数７５．７６の形は電場
が印加されても余り変化しない。第８図（１）の二重量
子井戸では、第８図（２）に示すように、電場印加によ
り最低準位間の波動関数７５．７６の形は大きく変わる
が、エネルギーの近い正孔の第２準位の波動関数がこれ
を打ち消すように変化するので実質的な吸収変化が小さ
くなってしまう。
第９図（１）、 （２）のように電子と正孔を始めから
空間的に分離させた構造は以上の欠点がなく有望である
が、ｎ１ｐｉ構造を用いると、ポテンシャル７３．７４
が不純物の分布で決められるため、不純物の拡散などの
影響が大きく精密なポテンシャル構造の制御が難しいと
いう欠点がある。
空間的に分離させた構造は以上の欠点がなく有望である
が、ｎ１ｐｉ構造を用いると、ポテンシャル７３．７４
が不純物の分布で決められるため、不純物の拡散などの
影響が大きく精密なポテンシャル構造の制御が難しいと
いう欠点がある。
ヘテロ接合によって電子と正孔を空間的に分離するポテ
ンシャル構造としてスタガードポテンシャル構造が有り
、このようなポテンシャルを持つものとして、ＩｎＧａ
Ａｓ／Ｉｎｋ、ＩｎＡＪＡｓ／Ｉｎｋ、ＩｎＡｓ／Ｉｎ
Ｓｂ、ＧａＡｓ／ＧａＰなどのへテロ接合が知られてい
る。しかしこれらの組み合わせで光通信によく用いられ
る１、３μｍ帯や１．５μｍ帯に適合するバンドギャッ
プを持つものはなく、光変調器などに応用することはで
きない。また、これらのへテロ接合で得られるポテンシ
ャル障壁の大きさは定まっていて、電場による吸収変化
の大きなポテンシャル構造を設計するには自由度が小さ
過ぎる欠点がある。
ンシャル構造としてスタガードポテンシャル構造が有り
、このようなポテンシャルを持つものとして、ＩｎＧａ
Ａｓ／Ｉｎｋ、ＩｎＡＪＡｓ／Ｉｎｋ、ＩｎＡｓ／Ｉｎ
Ｓｂ、ＧａＡｓ／ＧａＰなどのへテロ接合が知られてい
る。しかしこれらの組み合わせで光通信によく用いられ
る１、３μｍ帯や１．５μｍ帯に適合するバンドギャッ
プを持つものはなく、光変調器などに応用することはで
きない。また、これらのへテロ接合で得られるポテンシ
ャル障壁の大きさは定まっていて、電場による吸収変化
の大きなポテンシャル構造を設計するには自由度が小さ
過ぎる欠点がある。
本発明の目的は光通信によく用いられる１、３μｍ帯や
１．５μｍ帯に適合する光遷移エネルギーを持ち、電場
による吸収変化の大きな多重量子井戸構造を提供するこ
とにある。
１．５μｍ帯に適合する光遷移エネルギーを持ち、電場
による吸収変化の大きな多重量子井戸構造を提供するこ
とにある。
本発明の半導体材料は、Ｉｎ、ＡＩ２．Ａｓを必須の構
成元素とし室温での禁制帯幅がＥ＋（ｅＶ）のＩｎＧａ
Ａ１７Ａｓ混晶からなる第１の半導体薄膜と、Ｉｎ、Ｐ
を必須の構成元素として室温での禁制帯幅がＥ ２ （
ｅ Ｖ）のＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ混晶からなる第
２の半導体薄膜とを含む多重量子井戸であって、Ｅｌと
Ｅ２が （０，７Ｅ＋ ０．４Ｅｔ Ｏ，２２５）Ｘ（０，
３Ｅｌ Ｏ，６Ｅ２＋０．２２５） ＜０なる条件を
満たしていることを特徴とする。
成元素とし室温での禁制帯幅がＥ＋（ｅＶ）のＩｎＧａ
Ａ１７Ａｓ混晶からなる第１の半導体薄膜と、Ｉｎ、Ｐ
を必須の構成元素として室温での禁制帯幅がＥ ２ （
ｅ Ｖ）のＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ混晶からなる第
２の半導体薄膜とを含む多重量子井戸であって、Ｅｌと
Ｅ２が （０，７Ｅ＋ ０．４Ｅｔ Ｏ，２２５）Ｘ（０，
３Ｅｌ Ｏ，６Ｅ２＋０．２２５） ＜０なる条件を
満たしていることを特徴とする。
禁制帯幅がＥｌのＩｎＧａＡｎＡｓ混晶の伝導帯端のエ
ネルギーＥＣＩと価電子帯端のエネルギーＥｖ＋はそれ
ぞれＩ ｎ １５３０ ａ １４？Ａ Ｓのエネルギー
Ｅ０゜＃ＥＶＯを基準として、 Ｅｃｏ＝０．７Ｘ （Ｅｌ Ｅｏ） Ｅ ｖ＋ ＝ ０．３ Ｘ （Ｅ １− Ｅ ｏ）と
かける。同様にして禁制帯幅がＥ２のＩ ｎＧａＡｓＰ
混晶Ａｓ溝帯端のエネルギーＥＣ２と価電子帯端のエネ
ルギーＥｖ、はそれぞれ Ｅｃｚ＝０．４ Ｘ （Ｅｚ Ｅｏ）Ｅｖｚ＝０．６
Ｘ （Ｅｚ Ｅｏ） となる。ただしＥｏはＩ ｎ １．８３ Ｇ ＩＩＬ
ａ、４ｖ Ａ Ｓの禁制帯幅である。これより、 Ｅｃ＋ Ｅｃｉ＝０．７Ｅ＋＝０．４Ｅｚ ０．３
Ｅ。
ネルギーＥＣＩと価電子帯端のエネルギーＥｖ＋はそれ
ぞれＩ ｎ １５３０ ａ １４？Ａ Ｓのエネルギー
Ｅ０゜＃ＥＶＯを基準として、 Ｅｃｏ＝０．７Ｘ （Ｅｌ Ｅｏ） Ｅ ｖ＋ ＝ ０．３ Ｘ （Ｅ １− Ｅ ｏ）と
かける。同様にして禁制帯幅がＥ２のＩ ｎＧａＡｓＰ
混晶Ａｓ溝帯端のエネルギーＥＣ２と価電子帯端のエネ
ルギーＥｖ、はそれぞれ Ｅｃｚ＝０．４ Ｘ （Ｅｚ Ｅｏ）Ｅｖｚ＝０．６
Ｘ （Ｅｚ Ｅｏ） となる。ただしＥｏはＩ ｎ １．８３ Ｇ ＩＩＬ
ａ、４ｖ Ａ Ｓの禁制帯幅である。これより、 Ｅｃ＋ Ｅｃｉ＝０．７Ｅ＋＝０．４Ｅｚ ０．３
Ｅ。
Ｅｖ＋−Ｅｖｔ＝０．３Ｅ＋ ０．６Ｅ＊＋０．３Ｅ
。
。
Ｉ ｎａｓｓＧ ＆ａｓｔＡ Ｓの室温における禁制帯
幅は０．７５ｅＶであるから、ＥｌとＥ２が（０，７Ｅ
、−０，４Ｅ、−０，２２５）Ｘ（０，３Ｅ＋ ０．
６Ｅｘ＋０．２２５） ＜０なる条件を満たしている時
、ＩｎＧａＡｎＡｓ混晶の伝導帯端のエネルギーＥＣＩ
はＩｎＧａＡｓＰ混晶の伝導帯端のエネルギーＥｃ２よ
りエネルギーが高く、同時に価電子帯端のエネルギーＥ
ｖ＋も価電子帯端のエネルギーＥｖ□より高エネルギー
となる。この条件を満たすＩｎＧａＡＪＡｓ混晶とＩｎ
ＧａＡｓＰ混晶でヘテロ接合を形成するとＩｎＧａＡＡ
Ａｓが正孔に対する井戸、電子に対間的に分離される。
幅は０．７５ｅＶであるから、ＥｌとＥ２が（０，７Ｅ
、−０，４Ｅ、−０，２２５）Ｘ（０，３Ｅ＋ ０．
６Ｅｘ＋０．２２５） ＜０なる条件を満たしている時
、ＩｎＧａＡｎＡｓ混晶の伝導帯端のエネルギーＥＣＩ
はＩｎＧａＡｓＰ混晶の伝導帯端のエネルギーＥｃ２よ
りエネルギーが高く、同時に価電子帯端のエネルギーＥ
ｖ＋も価電子帯端のエネルギーＥｖ□より高エネルギー
となる。この条件を満たすＩｎＧａＡＪＡｓ混晶とＩｎ
ＧａＡｓＰ混晶でヘテロ接合を形成するとＩｎＧａＡＡ
Ａｓが正孔に対する井戸、電子に対間的に分離される。
混晶を用いることにより実効的な禁制帯幅とへテロ障壁
の高さをかなりの範囲で独立に決めることができる。ま
たＩｎＰやＩｎＧａＡＪＡｓのようにこれらの混晶のい
ずれよりも禁制帯幅の大きな半導体、あるいはＩｎＧａ
Ａｓのようにこれらの混晶のいずれよりも禁制帯幅の小
さな半導体は電子と正孔の両方に対する障壁あるいは井
戸となるので以上の混晶及び半導体を組み合わせること
によってさまざまなポテンシャル構造が実現でき、電子
と正孔の空間的分布を制御することができる。これらに
よって作らｈるポテンシャルはｎ１ｐｉ構造の場合と異
なり材料の組成で決まるので精密な制御が可能である。
の高さをかなりの範囲で独立に決めることができる。ま
たＩｎＰやＩｎＧａＡＪＡｓのようにこれらの混晶のい
ずれよりも禁制帯幅の大きな半導体、あるいはＩｎＧａ
Ａｓのようにこれらの混晶のいずれよりも禁制帯幅の小
さな半導体は電子と正孔の両方に対する障壁あるいは井
戸となるので以上の混晶及び半導体を組み合わせること
によってさまざまなポテンシャル構造が実現でき、電子
と正孔の空間的分布を制御することができる。これらに
よって作らｈるポテンシャルはｎ１ｐｉ構造の場合と異
なり材料の組成で決まるので精密な制御が可能である。
第１図は本発明の第一の実施例の層構造を示す概念図で
ある。ｎ型１ｎＰの基板１１上に厚さ０．２μｍのｎ−
ＩｎＰ層１層上２さ２０ｎｍのＩｎａｓｘＧ ＆ ｃｓ
ｏ Ａ （ｌ ｗａｓ Ａ ８からなるＩｎＧａＡｎＡ
ｓ層１３１と厚さが２０ｎｍのＩ ｎ １４ Ｇ ａ
ａｓｓ Ａ ｓ ＩＬｓｓＰａ４□からなるＩｎＧａＡ
ｓＰ層１３２を交層上３２層積層した多重量子井戸層１
３、厚さ０．３μｍのｐ−ＩｎＰ層１層線４層する。ｎ
−ＩｎＰ層１層上２−ＩｎＰ層１層線４重量子井戸層１
３に電場を印加するためのものである。なお、多重量子
井戸層１３には不純物ドーピングを行なわない。Ｉ ｎ
Ｇ ａ Ａ ＩＩ Ａ ｓ層１３１の禁制帯幅とＩｎ
ＧａＡｓＰ層１３２の禁層上３２それぞれ、０．９７ｅ
Ｖと０．９８ｅＶであり、 （０，７Ｘ０．９８−０．４Ｘ０．９７−０．２２５）
Ｘ （０，３Ｘ０．９７−０．６Ｘ０．９８＋０．２２
５）＝−０，００５３＜０ となって前述の条件を満たす。
ある。ｎ型１ｎＰの基板１１上に厚さ０．２μｍのｎ−
ＩｎＰ層１層上２さ２０ｎｍのＩｎａｓｘＧ ＆ ｃｓ
ｏ Ａ （ｌ ｗａｓ Ａ ８からなるＩｎＧａＡｎＡ
ｓ層１３１と厚さが２０ｎｍのＩ ｎ １４ Ｇ ａ
ａｓｓ Ａ ｓ ＩＬｓｓＰａ４□からなるＩｎＧａＡ
ｓＰ層１３２を交層上３２層積層した多重量子井戸層１
３、厚さ０．３μｍのｐ−ＩｎＰ層１層線４層する。ｎ
−ＩｎＰ層１層上２−ＩｎＰ層１層線４重量子井戸層１
３に電場を印加するためのものである。なお、多重量子
井戸層１３には不純物ドーピングを行なわない。Ｉ ｎ
Ｇ ａ Ａ ＩＩ Ａ ｓ層１３１の禁制帯幅とＩｎ
ＧａＡｓＰ層１３２の禁層上３２それぞれ、０．９７ｅ
Ｖと０．９８ｅＶであり、 （０，７Ｘ０．９８−０．４Ｘ０．９７−０．２２５）
Ｘ （０，３Ｘ０．９７−０．６Ｘ０．９８＋０．２２
５）＝−０，００５３＜０ となって前述の条件を満たす。
第２図は多重量子井戸層１３のポテンシャル構造で、第
２図（１）は電場が印加されていない場合で、第２図（
２）は電場が印加されている場合である。
２図（１）は電場が印加されていない場合で、第２図（
２）は電場が印加されている場合である。
ＩｎＧａＡｎＡｓ層１３１が正孔に対する井戸、電子に
対する障壁となり、ＩｎＧａＡｓＰ層１３２が電層上３
２る井戸、正孔に対する障壁となる。
対する障壁となり、ＩｎＧａＡｓＰ層１３２が電層上３
２る井戸、正孔に対する障壁となる。
障壁の高さは電子に対して７９ ｍ ｅ Ｖ ｓ正孔に
対して６９ｍｅＶである。このときの実効的な禁制帯幅
は９０１ｍｅＶとなり、１．３μｍの光に適合する。第
３図に示すように多重量子井戸層１２に電場がかかって
いない時電子と正孔の重なりは０．００２５である。多
重量子井戸層１３に２０ｋＶ／ａａの電場がかかると電
子と正孔の波動関数２３．２４の重なりの大きさは０．
０６まで増大する。これに伴って光遷移の強度も電場に
よってほとんどＯから増大させることができる。
対して６９ｍｅＶである。このときの実効的な禁制帯幅
は９０１ｍｅＶとなり、１．３μｍの光に適合する。第
３図に示すように多重量子井戸層１２に電場がかかって
いない時電子と正孔の重なりは０．００２５である。多
重量子井戸層１３に２０ｋＶ／ａａの電場がかかると電
子と正孔の波動関数２３．２４の重なりの大きさは０．
０６まで増大する。これに伴って光遷移の強度も電場に
よってほとんどＯから増大させることができる。
第４図は本発明の第二の実施例の層構造を示す概念図で
ある。ｎ型ＩｎＰの基板ｌｌ上に厚さ０、２ ｐ ｍの
ｎ−ＩｎＰ層１２％厚さが２０ｎｍのＩｎＰ層４１１、
厚さが１０ｎｍであって組成がＩ ｎ ａｓｓ Ｇ ａ
１＋１ Ａ Ｓ ｃｈｘｓ Ｐ ＩＦ５のＩｎＧａＡ
ｓＰ層４１２、厚さが５ｎｍで組成ＩｎａｉｚＧａａ＊
５ＡＡａｚ。
ある。ｎ型ＩｎＰの基板ｌｌ上に厚さ０、２ ｐ ｍの
ｎ−ＩｎＰ層１２％厚さが２０ｎｍのＩｎＰ層４１１、
厚さが１０ｎｍであって組成がＩ ｎ ａｓｓ Ｇ ａ
１＋１ Ａ Ｓ ｃｈｘｓ Ｐ ＩＦ５のＩｎＧａＡ
ｓＰ層４１２、厚さが５ｎｍで組成ＩｎａｉｚＧａａ＊
５ＡＡａｚ。
Ａｓの第一のＩｎＧａＡｕＡｓ層４１３、厚さが１０ｎ
ｍで組成がＩｎａｓｔＧａａｓａＡｊ２ａｕＡｓの第二
のＩ ｎ Ｇ ａ Ａ １！ Ａ ｓ層４１４を交互に
２０層積層した多重量子井戸層４１、厚さ０．３μｍの
ｐ−ＩｎＰ層１４を積層する。多重量子井戸層４１には
不純物ドーピングをしない。多重量子井戸層４１の各層
の禁制帯幅はそれぞれ、ＩｎＧａＡｓＰ層４１２が１．
１７ｅＶ、第一のＩｎＧａＡｊ７Ａｓ層４１３が１．Ｏ
ｅＶ、第二のＩｎＧａＡｊ２Ａｓ層４１４が０．９ｅＶ
である。ＩｎＧａＡｓＰ層４１２と第一のＩｎＧａＡｊ
２Ａｓ層４１３について、（０，７ｘ１．Ｏ−０，４ｘ
１．１７−０．２２５）Ｘ （０，３Ｘ１．０−０．６
Ｘ１．１７−０．２２５）＝−０，００１２＜０ となって前述の条件を満たす。
ｍで組成がＩｎａｓｔＧａａｓａＡｊ２ａｕＡｓの第二
のＩ ｎ Ｇ ａ Ａ １！ Ａ ｓ層４１４を交互に
２０層積層した多重量子井戸層４１、厚さ０．３μｍの
ｐ−ＩｎＰ層１４を積層する。多重量子井戸層４１には
不純物ドーピングをしない。多重量子井戸層４１の各層
の禁制帯幅はそれぞれ、ＩｎＧａＡｓＰ層４１２が１．
１７ｅＶ、第一のＩｎＧａＡｊ７Ａｓ層４１３が１．Ｏ
ｅＶ、第二のＩｎＧａＡｊ２Ａｓ層４１４が０．９ｅＶ
である。ＩｎＧａＡｓＰ層４１２と第一のＩｎＧａＡｊ
２Ａｓ層４１３について、（０，７ｘ１．Ｏ−０，４ｘ
１．１７−０．２２５）Ｘ （０，３Ｘ１．０−０．６
Ｘ１．１７−０．２２５）＝−０，００１２＜０ となって前述の条件を満たす。
多重量子井戸層４１のポテンシャル構造を第５図（１）
に示す。この多重量子井戸層４１において、ＩｎＰｎ種
層１は電子と正孔の両方に対する障壁となり、第二のＩ
ｎＧａＡＡＡｓ層４１４は電子層圧１４両方に対する井
戸となる。また、ＩｎＧａＡｓＰ層４１２は電子に対す
る井戸、正孔に対する障壁となる。第一のＩ ｎ Ｇ
ａ Ａ １２ Ａ ｓ層４１３は、第二のＩｎＧａＡｆ
Ａｓ層４１４からみて電子と正孔の両方に対する障壁と
なるが正孔に対する障壁の高さはＩｎＧａＡｓＰ層４１
２より小さい。今、ＩｎＰｎ種層１を基準にすると、各
層の伝導帯の位置は順に、ＩｎＧａＡｓＰ層４１２は一
１１８ｍｅＶ、第一のＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ＩＩ Ａ
ｓ層４１３が一６８ｍｅＶ、第二のＩｎＧａＡＡＡｓ層
４１４が一１層圧１４Ｖである。また各層の価電子帯の
位置は順に、ＩｎＧａＡｓＰ層４１２が一５９ｍｅＶ、
第一のＩｎＧａＡＡＡｓ層４１３が一２８２ｍｅＶ、第
二のＩｎＧａＡＡＡｓ層４１４が−３層圧１４ｍｅＶで
ある。光遷移のエネルギーはＩｎＧａＡ４ＡｓｎＧａＡ
４Ａｓ層幅１４まり、１．３μｍ帯に相当する。多重量
子井戸層４１に電場が印加されない時、第５図（１）の
ように電子と正孔は共にＩ ｎ Ｇ ａ Ａ １２ Ａ
ｓ層４１４に局在しその波動関数の重なりが大きいた
め光遷移の強度も大きい、ところが電場が印加されると
第５図（２）に示すように、電子はＩ ｎ Ｇ ａ Ａ
ｓ Ｐ層４１２に局在するようになってＩ ｎ Ｇ
ａ ＡｐＡｓ層４１４に局在している正孔との波動関数
５３．５４の重なりが小さくなるため、光遷移の強度も
小さくなる。
に示す。この多重量子井戸層４１において、ＩｎＰｎ種
層１は電子と正孔の両方に対する障壁となり、第二のＩ
ｎＧａＡＡＡｓ層４１４は電子層圧１４両方に対する井
戸となる。また、ＩｎＧａＡｓＰ層４１２は電子に対す
る井戸、正孔に対する障壁となる。第一のＩ ｎ Ｇ
ａ Ａ １２ Ａ ｓ層４１３は、第二のＩｎＧａＡｆ
Ａｓ層４１４からみて電子と正孔の両方に対する障壁と
なるが正孔に対する障壁の高さはＩｎＧａＡｓＰ層４１
２より小さい。今、ＩｎＰｎ種層１を基準にすると、各
層の伝導帯の位置は順に、ＩｎＧａＡｓＰ層４１２は一
１１８ｍｅＶ、第一のＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ＩＩ Ａ
ｓ層４１３が一６８ｍｅＶ、第二のＩｎＧａＡＡＡｓ層
４１４が一１層圧１４Ｖである。また各層の価電子帯の
位置は順に、ＩｎＧａＡｓＰ層４１２が一５９ｍｅＶ、
第一のＩｎＧａＡＡＡｓ層４１３が一２８２ｍｅＶ、第
二のＩｎＧａＡＡＡｓ層４１４が−３層圧１４ｍｅＶで
ある。光遷移のエネルギーはＩｎＧａＡ４ＡｓｎＧａＡ
４Ａｓ層幅１４まり、１．３μｍ帯に相当する。多重量
子井戸層４１に電場が印加されない時、第５図（１）の
ように電子と正孔は共にＩ ｎ Ｇ ａ Ａ １２ Ａ
ｓ層４１４に局在しその波動関数の重なりが大きいた
め光遷移の強度も大きい、ところが電場が印加されると
第５図（２）に示すように、電子はＩ ｎ Ｇ ａ Ａ
ｓ Ｐ層４１２に局在するようになってＩ ｎ Ｇ
ａ ＡｐＡｓ層４１４に局在している正孔との波動関数
５３．５４の重なりが小さくなるため、光遷移の強度も
小さくなる。
電場による電子の波動関数の局在の仕方は電子のポテン
シャル構造が二重量子井戸になっているため小さな印加
電場で大きく変化する。第６図に電子と正孔の波動関数
の重なりの大きさの印加電場による変化を示すが、２５
ｋＶ／ｃｍの電場で０．８７から０．００２５まで変化
する。これに伴って光遷移の強度も電場によって１／３
５０に減少する。
シャル構造が二重量子井戸になっているため小さな印加
電場で大きく変化する。第６図に電子と正孔の波動関数
の重なりの大きさの印加電場による変化を示すが、２５
ｋＶ／ｃｍの電場で０．８７から０．００２５まで変化
する。これに伴って光遷移の強度も電場によって１／３
５０に減少する。
以上述べたように本発明の効果を要約すると、光通信に
よく用いられる１゜３μｍ帯や１．５μｍ帯に適合する
光遷移エネルギーを持ち、電子と正孔の波動関数の電場
による重なりの変化が大きく、電場による吸収変化の大
きな多重量子井戸構造が得られることである。
よく用いられる１゜３μｍ帯や１．５μｍ帯に適合する
光遷移エネルギーを持ち、電子と正孔の波動関数の電場
による重なりの変化が大きく、電場による吸収変化の大
きな多重量子井戸構造が得られることである。
第１図は本発明の第一の実施例の層構造を示す概念図で
ある０図中１１は基板、１２はｎ−ＩｎＰ層、１３は多
重量子井戸層で、１３１はＩｎＧａＡｆＡｓ層、１３２
はＩｎＧａＡｓＰ層、１４はｐ−ＩｎＰ層である。 第２図は本発明の第一の実施例の多重量子井戸層のポテ
ンシャル構造を示す図である。（１）は電場が印加され
ていない時、（２）は電場が印加されている時のポテン
シャルを示す０図中、２３は電子の波動関数、２４は正
孔の波動関数である。 第３図は本発明の第一の実施例の多重量子井戸層におけ
る電子と正孔の波動関数の重なりの電場による変化を示
す図である。 第４図は本発明の第二の実施例の層構造を示す概念図で
ある。図中４１は多重量子井戸層で４１１はＩｎＰ層、
４１２はＩｎＧａＡｓＰ層、４１３は第一のＩｎＧａＡ
ｆＡｓ層、４１４はＩｎＧａＡｆＡｓ層である。 第５図は本発明の第二の実施例の多重量子井戸層のポテ
ンシャル構造を示す図である。（１）は電場が印加され
ていない時、（２）は電場が印加されている時のポテン
シャルを示す。図中、５３は電子の波動関数、５４は正
孔の波動関数である。 第６図は本発明の第二の実施例の多重量子井戸層におけ
る電子と正孔の波動関数の重なりの電場による変化を示
す図である。 第７図（１）、 （２）、第８図（１）、に）、第９図
（１）、 （２）は従来の技術の量子井戸構造のポテン
シャル構造を示す図である。（１）は電場が印加されて
いない時、（２）は電場が印加されている時のポテンシ
ャルを示す、第７図は一般的な量子井戸構造、第８図は
二重量子井戸構造、第９図はｎ１ｐｉ構造である。 図中、７３は伝導帯のポテンシャル、７４は価電子帯の
ポテンシャル、７５は電子の波動関数、７６は正孔の波
動関数である。
ある０図中１１は基板、１２はｎ−ＩｎＰ層、１３は多
重量子井戸層で、１３１はＩｎＧａＡｆＡｓ層、１３２
はＩｎＧａＡｓＰ層、１４はｐ−ＩｎＰ層である。 第２図は本発明の第一の実施例の多重量子井戸層のポテ
ンシャル構造を示す図である。（１）は電場が印加され
ていない時、（２）は電場が印加されている時のポテン
シャルを示す０図中、２３は電子の波動関数、２４は正
孔の波動関数である。 第３図は本発明の第一の実施例の多重量子井戸層におけ
る電子と正孔の波動関数の重なりの電場による変化を示
す図である。 第４図は本発明の第二の実施例の層構造を示す概念図で
ある。図中４１は多重量子井戸層で４１１はＩｎＰ層、
４１２はＩｎＧａＡｓＰ層、４１３は第一のＩｎＧａＡ
ｆＡｓ層、４１４はＩｎＧａＡｆＡｓ層である。 第５図は本発明の第二の実施例の多重量子井戸層のポテ
ンシャル構造を示す図である。（１）は電場が印加され
ていない時、（２）は電場が印加されている時のポテン
シャルを示す。図中、５３は電子の波動関数、５４は正
孔の波動関数である。 第６図は本発明の第二の実施例の多重量子井戸層におけ
る電子と正孔の波動関数の重なりの電場による変化を示
す図である。 第７図（１）、 （２）、第８図（１）、に）、第９図
（１）、 （２）は従来の技術の量子井戸構造のポテン
シャル構造を示す図である。（１）は電場が印加されて
いない時、（２）は電場が印加されている時のポテンシ
ャルを示す、第７図は一般的な量子井戸構造、第８図は
二重量子井戸構造、第９図はｎ１ｐｉ構造である。 図中、７３は伝導帯のポテンシャル、７４は価電子帯の
ポテンシャル、７５は電子の波動関数、７６は正孔の波
動関数である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 Ｉｎ、Ａｌ、およびＡｓを必須の構成元素とし室温での
禁制帯幅がＥ＿１（ｅＶ）のＩｎＧａＡｌＡｓ混晶から
なる第１の半導体薄膜と、ＩｎおよびＰを必須の構成元
素として室温での禁制帯幅がＥ＿２（ｅＶ）のＩｎＧａ
ＡｓＰ混晶からなる第２の半導体薄膜とを含む多重量子
井戸であって、Ｅ＿１とＥ＿２が （０．７Ｅ＿１−０．４Ｅ＿２−０．２２５）×（０．
３Ｅ＿１−０．６Ｅ＿２＋０．２２５）＜０なる条件を
満たしていることを特徴とする光半導体材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1187733A JP2540949B2 (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | 光半導体材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1187733A JP2540949B2 (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | 光半導体材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0351813A true JPH0351813A (ja) | 1991-03-06 |
| JP2540949B2 JP2540949B2 (ja) | 1996-10-09 |
Family
ID=16211237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1187733A Expired - Lifetime JP2540949B2 (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | 光半導体材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2540949B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4422220A1 (de) * | 1993-06-25 | 1995-01-26 | Mitsubishi Electric Corp | Optischer Halbleitermodulator |
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 |
-
1989
- 1989-07-19 JP JP1187733A patent/JP2540949B2/ja not_active Expired - Lifetime
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 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4422220A1 (de) * | 1993-06-25 | 1995-01-26 | Mitsubishi Electric Corp | Optischer Halbleitermodulator |
| US5521742A (en) * | 1993-06-25 | 1996-05-28 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor optical modulator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2540949B2 (ja) | 1996-10-09 |
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