JPH0363620A - 光変調装置 - Google Patents

光変調装置

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JPH0363620A
JPH0363620A JP2119626A JP11962690A JPH0363620A JP H0363620 A JPH0363620 A JP H0363620A JP 2119626 A JP2119626 A JP 2119626A JP 11962690 A JP11962690 A JP 11962690A JP H0363620 A JPH0363620 A JP H0363620A
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JP
Japan
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quantum well
electric field
layer
quantum
modulation device
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JP2119626A
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English (en)
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Peter D Greene
ピーター ダビッド グリーン
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STC PLC
Original Assignee
STC PLC
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    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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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    • G02F1/015Devices 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 for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • G02F1/017Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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    • G02F1/0157Devices 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 for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction modulating the optical absorption using electro-absorption effects, e.g. Franz-Keldysh [FK] effect or quantum confined stark effect [QCSE]

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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】 本発明は、例えば、光通信システム用の光変調器に係り
、特に量子閉込シュタルク効果(QCSE)を示す変調
器に係る。更に、本発明はかかる変調器を製造する方法
に係る。
量子閉込シュタルク効果(QCSE)を用いる電子光変
調器は光通信システムにおけるかなり重要な部品として
大きな関心が持たれる。QC3E装置の説明は、例えば
フィジックスレビュー1985年、層32.1043頁
のデイ−、ニービー ミラー他により示される。電界が
量子ウェルの面に垂直に印加される時、量子ウェル構造
で効果が生ずる。これは、閉込エネルギー状態を変え、
芝鳴吸収を光変調及びスイッチ用の基礎を与える低エネ
ルギーにシフトさせる。現在のQC3E装置では量子ウ
ェルは対称障壁を有する。
この構造は、吸収ピークのより長い波長への電気的に誘
導されたシフトが印加された電界のシーケンスに比例す
る装置を提供することを本発明は見出した。より高く印
加された電界に関連した大きな波長シフトは、光又は吸
収ピークの強度の減少を伴うことも分かった。この効果
は装置の効率を制限する。
更に、現在の装置は、波長シフトがより長い波長の方だ
けに生じ、印加された電界の極性又は方向に依存しない
という制限を受ける。本説明の目的は改善された光変調
器を提供することにある。
本発明によると、非対称障壁が設けられた量子ウェル構
造物からなる活性層を有する半導体構造を含み、該構造
は、それへの電界の印加で、量子ウェルのエネルギー吸
収ピーク特性が周波数的にシフトされ、周波数シフトの
大きさ及び方向は印加される電界の強度及び極性に対応
することを特徴とする量子閉込シュタルク効果(QCS
E)の光変調装置が提供される。
本発明によると、更に複数の量子ウェルを組込んだ平面
層を有する半導体本体を含み、各該量子ウェルは、異な
る組成の夫々第1及び第2の半導体材によりその第1と
第2の面に結合され、それにより非対称障壁を有する量
子ウェルを設け、これへの電界の印加で、量子ウェルの
エネルギ吸収ピーク特性が周波数的にシフトされ、周波
数シフトの大きさ及び方向が印加された電界の強度及び
極性に対応することを特徴とする量子閉込シュタルク効
果(QCSE)光変調装置が提供される。
量子ウェル構造は変調器素子改善された特徴を与える。
かかる素子への電界の印加はその吸収ピークを印加され
た電界の極性に依存するより長い又はより短い波長にシ
フトさせる。この効果は、電界の印加が電界極性に無関
係な波長シフトを生じる従来のQC3E変調器とは正反
対である。
各量子ウェル間のヘテロな接合でのバンド不連続及びそ
の境界層はウェルの両側で異なる。砒化インジウムガリ
ウムウェル及び燐火インジウム境界層に対し、約0.3
7evの価電子帯オフセットは伝導帯(約0.25ev
)のそれを越え、−方砒化インジウムアルミニウム境界
層に対する価電子帯オフセットは伝導帯(約0.5ev
)に対するそれより少ない約0.2evである。従って
、印加された電界の存在により1、電子及び正孔機能は
量子ウェルの両側に向かって変位する。非対称の度合は
量子ウェルの厚さに逆に関連する。
以下の図面と共に本発明による実施例を説明する。
実施例 第1図を参照するに、量子閉込シュタルク効果変調素子
は例えば燐化インジウム(Inp)のような化合物半導
体の基板本体ll上に形成される。
典型的に基板本体11はn型ドーパントでドープされる
。素子構造は基板ll上にメツシュの形で生長され、n
ドープされた燐化インジウムバッファ層12と、量子ウ
ェル構造13と、P型燐化インジウムの上層14と典型
的なP型砒化インジウムガリウムの表面層15とからな
る。典型的に層12及び14は約1ミクロンの厚さであ
り、表面層15は約0.1ミクロンの厚さである。素子
に対する電気的接触は頂部電極16及び背部又は基板電
極17によりなされる。表面層の機能は頂部電極16及
びP型燐化インジウム層14間の電気抵抗を減少するこ
とである。
第1図に示・す装置は光を垂直方向即ち基板の面に直角
な方向に変調することである。この為に、窓18は光信
号を構造に通すことを許容するよう上層15に形成され
る。
ある適用において、非反射コーティング(図示せず)例
えば窒化シリコンは窓18内の上層15の露出した面に
施こされてもよい。
第2図を参照するに、量子ウェル構造を詳細に示す。こ
の構造では、量子ウェルは砒化インジウムガリウムの薄
い層21により設けられる。典型的に、この層は約20
〜3OA(2〜3ナノシリ)の厚さで、Im0..53
°’0.47”の組成を有する。
量子ウェルl1t21として、−面に砒化インジウムア
ルミニウムの層22により一面に又ドープされない燐化
インジウムの層23により他の面に結合される。これら
の境界層22.23は量子ウェル層21より多少厚く、
典型的に約60λ(6ナノシリ)である。砒化インジウ
ムアルミニウム層はIm0..52Im0..48”の
組成を有してもよい。
境界層22.23は非対称電位障壁を有する量子ウェル
層21を提供する。以上詳述した量子ウェル層構造は第
1図の装置の量子ウェル構造を形成するよう多数回繰り
返される。典型的に第2図の層構造は約1.5ミクロン
の全体厚さを有するよう百回繰り返される。かくて、こ
の構造の各量子ウェルは非対称なエネルギー障壁で結合
される。
エネルギーバンドオフセットが各量子ウェルの両側で異
なるので、電子及び正孔オーバラップはその最大値で零
印加電界に対してではなく、電界が適当な極性で印加さ
れるにつれ増加するか又は減少する。
第3図は第1図の装置の変形例を示す。この構造物では
表面層15a及び頂部電極16aは装置の上面の全体に
亘って延在する。変調されるべき光信号は素子ウェル構
造13aの面の装置の側に注入される。
有利に、第1. 2及び3図の構造は構造をnドープさ
た燐化インジウム基板に形成する半導体層のMOCVD
成長により形成される。
第4図は第1,2及び3図の量子ウェル構造用の典型的
電界−波長特性を示す。第4図に示す如く、吸収波長シ
フトの方向は印加された電界の極性に対応する。より短
い波長へのシフトが示されるが、適当な電気的バイアス
は吸収の強度の増加によりなされることが分かった。
上記の光変調素子は特に光フアイバ伝達システム用光伝
送器の構造における特定の適用である。
しかしそれらはこの適用に制限されず、光変調器が求め
られている一般的使用に係る。更に、変調素子は、単一
素子として用いられてもよく又は同様な変調素子の配列
の一部を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図はQC8E変調素子の断面図、 第2図は第1図の変調素子の量子ウェル構造を概要的に
示す図、 第3図はQC3E変調素子構造の変形例を示す図、 第4図は第1図又は第3図の変調器の典型的な電界1波
長特性を示す図である。 表面層、16.16a頂部電極、17・・・基板電極、
18・・・窓、21・・・量子ウェル層、22.23・
・・境界層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、非対称障壁が設けられた量子ウェル構造からなる活
    性層を有する半導体構造を含み、該構造は、それへの電
    界の印加で、量子ウェルのエネルギー吸収ピーク特性が
    周波数的にシフトされ、周波数シフトの大きさ及び方向
    は印加される電界の強度及び極性に対応することを特徴
    とする量子閉込みシェタルク効果(QCSE)の光変調
    装置。 2、複数の量子ウェルを組込んだ平面層を有する半導体
    本体を含み、各該量子ウェルは異なる組成の夫々第1及
    び第2の半導体材によりその第1と第2の面に結合され
    、それにより非対称障壁を有する量子ウェルを設け、こ
    れへの電界の印加で、量子ウェルのエネルギー吸収ピー
    ク特性が周波数的にシフトされ、周波数シフトの大きさ
    及び方向が印加された電界の強度及び極性に対応するこ
    とを特徴とする量子閉込シュタルク効果(QCSE)光
    変調装置。 3、燐化インジウムの基板本体に配置される請求項2記
    載の光変調装置。 4、各該量子ウェルは磁化インジウムガリウムの層によ
    り設けられている請求項3記載の光変調装置。 5、量子ウェルは、燐火インジウムからなる第1の物質
    及び磁化インジウムアルミニウムからなる第2の物質に
    より結合される請求項4記載の光変調装置。 6、量子ウェル層は^I^m0..53^G^a0.4
    7^A^sの組成を有する請求項4記載の光変調装置。 7、第2の物質は^I^a0.52^A^L0.48^
    A^sの組成を有する請求項6記載の光変調装置。 8、各該量子ウェルは20Å(2ナノシリ)から30Å
    (3ナノシリ)までの厚さである請求項7記載の光変調
    装置。
JP2119626A 1989-05-12 1990-05-09 光変調装置 Pending JPH0363620A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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GB8910993.8 1989-05-12
GB8910993A GB2231969B (en) 1989-05-12 1989-05-12 Optical modulator

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JPH0363620A true JPH0363620A (ja) 1991-03-19

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ID=10656670

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US (1) US5017974A (ja)
EP (1) EP0397349A3 (ja)
JP (1) JPH0363620A (ja)
GB (1) GB2231969B (ja)

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EP0397349A2 (en) 1990-11-14
GB2231969B (en) 1993-11-03
GB8910993D0 (en) 1989-06-28
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