JPH04291982A - 光変調器 - Google Patents
光変調器Info
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- JPH04291982A JPH04291982A JP3080398A JP8039891A JPH04291982A JP H04291982 A JPH04291982 A JP H04291982A JP 3080398 A JP3080398 A JP 3080398A JP 8039891 A JP8039891 A JP 8039891A JP H04291982 A JPH04291982 A JP H04291982A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- 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
- G02F1/01725—Non-rectangular quantum well structures, e.g. graded or stepped quantum wells
-
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信等に用いられる
高速動作可能な光変調器に関する。
高速動作可能な光変調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、通信の分野において高度情報化社
会を構築するために情報の伝送速度を向上させることが
要求されている。この要求を満たす手段として光通信に
期待がよせられているが、この期待に応えるためには、
光を高速変調する手段を開発することが必要である。
会を構築するために情報の伝送速度を向上させることが
要求されている。この要求を満たす手段として光通信に
期待がよせられているが、この期待に応えるためには、
光を高速変調する手段を開発することが必要である。
【０００３】従来、変調したレーザ光を得る方法として
、レーザ装置に注入する電流を変化することによってレ
ーザが放出する光自体を変調する直接変調方式と、レー
ザの外部に光吸収係数が変化する光変調器を設けること
によって、その変調器を透過するレーザ光の強度を変調
する外部変調方式とが知られている。しかし、直接変調
方式では高速の変調を行う場合に発振波長のゆらぎ（波
長チャーピング）がおこることが問題になる。
、レーザ装置に注入する電流を変化することによってレ
ーザが放出する光自体を変調する直接変調方式と、レー
ザの外部に光吸収係数が変化する光変調器を設けること
によって、その変調器を透過するレーザ光の強度を変調
する外部変調方式とが知られている。しかし、直接変調
方式では高速の変調を行う場合に発振波長のゆらぎ（波
長チャーピング）がおこることが問題になる。
【０００４】したがって、高速変調を行うには外部変調
方式が望ましく、そのための高速光変調器が必要となる
。外部変調方式に用いられる吸収型光変調器として、従
来、フランツケルディッシュ効果を用いたものや多重量
子井戸層による量子とじこめシュタルク効果を用いたも
のが知られていた。
方式が望ましく、そのための高速光変調器が必要となる
。外部変調方式に用いられる吸収型光変調器として、従
来、フランツケルディッシュ効果を用いたものや多重量
子井戸層による量子とじこめシュタルク効果を用いたも
のが知られていた。
【０００５】図５（Ａ）、（Ｂ）は、量子井戸層の量子
閉じ込めシュタルク効果の説明図である。図５（Ａ）は
、量子井戸層に電圧をかけない状態の光吸収係数の波長
特性を示すもので、光吸収係数にエキシトンピークＰ１
を有している。図５（Ｂ）は、量子井戸層に対して垂
直方向に電圧Ｖ１ をかけた状態の光吸収係数の波長特
性を示すもので、光吸収係数のエキシトンピークが長波
長側のＰ２ に移動することを示している。
閉じ込めシュタルク効果の説明図である。図５（Ａ）は
、量子井戸層に電圧をかけない状態の光吸収係数の波長
特性を示すもので、光吸収係数にエキシトンピークＰ１
を有している。図５（Ｂ）は、量子井戸層に対して垂
直方向に電圧Ｖ１ をかけた状態の光吸収係数の波長特
性を示すもので、光吸収係数のエキシトンピークが長波
長側のＰ２ に移動することを示している。
【０００６】この光吸収係数の波長特性から明らかなよ
うに、エキシトンピークＰ２ に対応する波長λＯＰに
おける光吸収係数はαとβで示されているように、電圧
をかけない状態と、電圧Ｖ１ をかけた状態で著しく異
なるから、λ０Ｐ付近に入射光の波長を設定すれば、こ
の量子井戸層に対して垂直方向にかける電圧によって光
の強度変調を行うことができる。
うに、エキシトンピークＰ２ に対応する波長λＯＰに
おける光吸収係数はαとβで示されているように、電圧
をかけない状態と、電圧Ｖ１ をかけた状態で著しく異
なるから、λ０Ｐ付近に入射光の波長を設定すれば、こ
の量子井戸層に対して垂直方向にかける電圧によって光
の強度変調を行うことができる。
【０００７】そして、この光変調器を用いて光を高速変
調するには、変調回路の高周波特性を向上するために光
変調器の容量を低減すること、および、変調信号源が高
速動作に追従することを可能にするために駆動電圧を低
電圧化することなどが必要であると考えられている。
調するには、変調回路の高周波特性を向上するために光
変調器の容量を低減すること、および、変調信号源が高
速動作に追従することを可能にするために駆動電圧を低
電圧化することなどが必要であると考えられている。
【０００８】しかし、上記の変調回路に関するパラメー
タのほかに、前記の量子閉じ込めシュタルク効果を利用
する光変調器においては、量子井戸層に滞留する電荷（
電子・正孔）が、特に、高速変調をかける場合に、変調
の応答速度を下げるという本質的な問題がある。そのた
め、従来、これを避けるための手段として、エキシトン
クエンチング型の光変調器が提案されている。
タのほかに、前記の量子閉じ込めシュタルク効果を利用
する光変調器においては、量子井戸層に滞留する電荷（
電子・正孔）が、特に、高速変調をかける場合に、変調
の応答速度を下げるという本質的な問題がある。そのた
め、従来、これを避けるための手段として、エキシトン
クエンチング型の光変調器が提案されている。
【０００９】図６（Ａ）、（Ｂ）は、従来のエキシトン
クエンチング型量子井戸吸収層の説明図である。図６（
Ａ）は、その１単位の概略構造を示すもので、量子井戸
層Ｗの両側に薄い第１のバリア層Ｂ１ 、Ｂ１ 、その
外側に厚い第２のバリア層Ｂ２ 、Ｂ２ を備えている
。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の量子井戸部分のポテンシ
ャルエネルギーを示したものであり、量子井戸層Ｗの両
側に薄い障壁が形成され、その外側に量子井戸層内の電
子基底準位Ｅｅ よりＶｅｃだけ高い伝導電子帯を有す
る厚いバリア層Ｂ２ が形成されている。
クエンチング型量子井戸吸収層の説明図である。図６（
Ａ）は、その１単位の概略構造を示すもので、量子井戸
層Ｗの両側に薄い第１のバリア層Ｂ１ 、Ｂ１ 、その
外側に厚い第２のバリア層Ｂ２ 、Ｂ２ を備えている
。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の量子井戸部分のポテンシ
ャルエネルギーを示したものであり、量子井戸層Ｗの両
側に薄い障壁が形成され、その外側に量子井戸層内の電
子基底準位Ｅｅ よりＶｅｃだけ高い伝導電子帯を有す
る厚いバリア層Ｂ２ が形成されている。
【００１０】そして、量子井戸層内の正孔基底準位Ｅｈ
と電子基底準位Ｅｅ との間隔はＥＱａｂｓであり、
厚い第２のバリア層Ｂ２ 内の価電子帯と伝導電子帯の
間隔はＥＢａｂｓである。
と電子基底準位Ｅｅ との間隔はＥＱａｂｓであり、
厚い第２のバリア層Ｂ２ 内の価電子帯と伝導電子帯の
間隔はＥＢａｂｓである。
【００１１】このポテンシャルエネルギー図によって光
変調動作を説明すると、図６（Ｂ）のように量子井戸層
に電圧がかかっていない場合は、量子井戸層Ｗ内に閉じ
込められた電子と正孔がクーロン力によってエキシトン
を形成し、図５（Ａ）に示すように、そのエキシトンの
束縛エネルギーに対応する波長に高い吸収ピークを形成
する。
変調動作を説明すると、図６（Ｂ）のように量子井戸層
に電圧がかかっていない場合は、量子井戸層Ｗ内に閉じ
込められた電子と正孔がクーロン力によってエキシトン
を形成し、図５（Ａ）に示すように、そのエキシトンの
束縛エネルギーに対応する波長に高い吸収ピークを形成
する。
【００１２】この量子井戸層に垂直に電圧をかけて右側
のポテンシャルを下げると、量子井戸層Ｗ内に閉じ込め
られていた電子は薄い第１のバリア層Ｂ１ を通って右
方の第２のバリア層Ｂ２ に拡がるためエキシトンが消
滅（クエンチング）し、光の吸収係数が低下し、量子井
戸層Ｗを透過する光を増加させる。このように、量子井
戸層を透過する光を量子井戸層に垂直にかける電圧によ
って変調することができる。
のポテンシャルを下げると、量子井戸層Ｗ内に閉じ込め
られていた電子は薄い第１のバリア層Ｂ１ を通って右
方の第２のバリア層Ｂ２ に拡がるためエキシトンが消
滅（クエンチング）し、光の吸収係数が低下し、量子井
戸層Ｗを透過する光を増加させる。このように、量子井
戸層を透過する光を量子井戸層に垂直にかける電圧によ
って変調することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来の光変調器
において、低い駆動電圧で大きな変調効果を出すために
は図６（Ｂ）のＶｅｃを小さくする必要がある。しかし
、Ｖｅｃを小さくすると、電圧をかけない時の量子井戸
層Ｗにおける吸収エネルギーＥＱａｂｓと第２のバリア
層Ｂ２ における吸収エネルギーＥＢａｂｓの間の差が
小さくなり、第２のバリア層Ｂ２ によるバルクの吸収
のなかに、量子井戸層Ｗによる吸収が埋もれてしまって
量子井戸を使うことの有効性が薄れてしまうという問題
がある。本発明は、低い駆動電圧で大きな光変調効果を
生じ、消光比が大きく、高速動作が可能な光変調器を提
供することを目的とする。
において、低い駆動電圧で大きな変調効果を出すために
は図６（Ｂ）のＶｅｃを小さくする必要がある。しかし
、Ｖｅｃを小さくすると、電圧をかけない時の量子井戸
層Ｗにおける吸収エネルギーＥＱａｂｓと第２のバリア
層Ｂ２ における吸収エネルギーＥＢａｂｓの間の差が
小さくなり、第２のバリア層Ｂ２ によるバルクの吸収
のなかに、量子井戸層Ｗによる吸収が埋もれてしまって
量子井戸を使うことの有効性が薄れてしまうという問題
がある。本発明は、低い駆動電圧で大きな光変調効果を
生じ、消光比が大きく、高速動作が可能な光変調器を提
供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる光変調器
においては、第１の量子井戸層と、該第１の量子井戸層
に接し、Ｘ点またはＬ点の電子のエネルギーがΓ点のエ
ネルギーより低い第１のバリアー層と、該第１のバリア
ー層に接し、第１の量子井戸層より層厚が薄いか、電子
親和力が小さくバンドギャップエネルギーが大きい第２
の量子井戸層から構成される量子井戸構造単位が、隣接
する量子井戸構造単位との結合を禁止するに足る厚さの
第２のバリアー層を介して複数周期積層された多重量子
井戸構造体を光吸収層として有する構成を採用した。
においては、第１の量子井戸層と、該第１の量子井戸層
に接し、Ｘ点またはＬ点の電子のエネルギーがΓ点のエ
ネルギーより低い第１のバリアー層と、該第１のバリア
ー層に接し、第１の量子井戸層より層厚が薄いか、電子
親和力が小さくバンドギャップエネルギーが大きい第２
の量子井戸層から構成される量子井戸構造単位が、隣接
する量子井戸構造単位との結合を禁止するに足る厚さの
第２のバリアー層を介して複数周期積層された多重量子
井戸構造体を光吸収層として有する構成を採用した。
【００１５】
【作用】図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の光変調器の原
理説明図である。この図において、Ｗ１ は第１の量子
井戸層、Ｗ２ は第２の量子井戸層、Ｂ１ は第１のバ
リア層、Ｂ２ は第２のバリア層、Ｅｅｗ１ は量子井
戸層Ｗ１ 中の無電界時の電子基底準位、Ｅｈｗ１ は
正孔基底準位、Ｅｅｗ２ は量子井戸層Ｗ２ 中の電子
基底準位、Ｅｈｗ２ は正孔基底準位、ＥＸ（Ｌ）ｅＢ
１ はバリア層Ｂ１ 中のＸ（Ｌ）点における電子基底
準位、Ｅｅｗ１ ’はバイアス電圧を印加したときの量
子井戸層Ｗ１ 中の電子基底準位、Ｅｅｗ２ ’は量子
井戸層Ｗ２ 中の電子基底準位、ＥＸ（Ｌ）ｅＢ１ ’
はＸ（Ｌ）点におけるバリア層Ｂ１ 中の電子基底準位
である。
理説明図である。この図において、Ｗ１ は第１の量子
井戸層、Ｗ２ は第２の量子井戸層、Ｂ１ は第１のバ
リア層、Ｂ２ は第２のバリア層、Ｅｅｗ１ は量子井
戸層Ｗ１ 中の無電界時の電子基底準位、Ｅｈｗ１ は
正孔基底準位、Ｅｅｗ２ は量子井戸層Ｗ２ 中の電子
基底準位、Ｅｈｗ２ は正孔基底準位、ＥＸ（Ｌ）ｅＢ
１ はバリア層Ｂ１ 中のＸ（Ｌ）点における電子基底
準位、Ｅｅｗ１ ’はバイアス電圧を印加したときの量
子井戸層Ｗ１ 中の電子基底準位、Ｅｅｗ２ ’は量子
井戸層Ｗ２ 中の電子基底準位、ＥＸ（Ｌ）ｅＢ１ ’
はＸ（Ｌ）点におけるバリア層Ｂ１ 中の電子基底準位
である。
【００１６】図１（Ａ）は、本発明の光変調器の概略構
成を示すもので、第１の量子井戸層Ｗ１ の片側（左側
）に第２のバリア層Ｂ２ を、他側（右側）に第１のバ
リア層Ｂ１ 、第２の量子井戸層Ｗ２ 、第２のバリア
層Ｂ２ を積層して１つの量子井戸構造単位を構成して
いる。
成を示すもので、第１の量子井戸層Ｗ１ の片側（左側
）に第２のバリア層Ｂ２ を、他側（右側）に第１のバ
リア層Ｂ１ 、第２の量子井戸層Ｗ２ 、第２のバリア
層Ｂ２ を積層して１つの量子井戸構造単位を構成して
いる。
【００１７】この図１（Ｂ）、（Ｃ）に基づいて、本発
明の光変調器の構成と動作原理を説明する。図１（Ｂ）
は、電圧をかけない状態の本発明の光変調器内の量子井
戸構造単位のポテンシャルエネルギー図を示している。 この量子井戸構造単位は、Γ点（電子の波数空間でｋ＝
０となるところ）でみると、第１の量子井戸層Ｗ１ 、
第２の量子井戸層Ｗ２ は、第１のバリア層Ｂ１ 、第
２のバリア層Ｂ２ より電子親和力が大きくバンドギャ
ップエネルギーが小さい材料で構成されており、第１の
量子井戸層Ｗ１ は第２の量子井戸層Ｗ２ より層厚が
厚くなっている。そのために無電界時には、第１の量子
井戸層Ｗ１ の電子基底準位Ｅｅｗ１ 、正孔基底準位
Ｅｈｗ１ が、第２の量子井戸層Ｗ２ の電子基底準位
Ｅｅｗ２ 、正孔基底準位Ｅｈｗ２ より小さくなって
いる。
明の光変調器の構成と動作原理を説明する。図１（Ｂ）
は、電圧をかけない状態の本発明の光変調器内の量子井
戸構造単位のポテンシャルエネルギー図を示している。 この量子井戸構造単位は、Γ点（電子の波数空間でｋ＝
０となるところ）でみると、第１の量子井戸層Ｗ１ 、
第２の量子井戸層Ｗ２ は、第１のバリア層Ｂ１ 、第
２のバリア層Ｂ２ より電子親和力が大きくバンドギャ
ップエネルギーが小さい材料で構成されており、第１の
量子井戸層Ｗ１ は第２の量子井戸層Ｗ２ より層厚が
厚くなっている。そのために無電界時には、第１の量子
井戸層Ｗ１ の電子基底準位Ｅｅｗ１ 、正孔基底準位
Ｅｈｗ１ が、第２の量子井戸層Ｗ２ の電子基底準位
Ｅｅｗ２ 、正孔基底準位Ｅｈｗ２ より小さくなって
いる。
【００１８】また、第１のバリア層Ｂ１ は、Γ点では
バリア層となるが、Γ点以外のＸ点またはＬ点などにお
いては第１の量子井戸層Ｗ１ 、および、第２の量子井
戸層Ｗ２ より電子親和力が大きくバンドギャップエネ
ルギーが小さい材料で構成され、Ｘ点（Ｌ点）において
、量子井戸層になっている（破線、一点鎖線で示したも
のがそれぞれ、Ｘ（Ｌ）点でみた場合のポテンシャルエ
ネルギー、電子基底準位である。）。そのためにＸ（Ｌ
）点の電子基底準位はＥＸ（Ｌ）ｅＢ１ となっている
。
バリア層となるが、Γ点以外のＸ点またはＬ点などにお
いては第１の量子井戸層Ｗ１ 、および、第２の量子井
戸層Ｗ２ より電子親和力が大きくバンドギャップエネ
ルギーが小さい材料で構成され、Ｘ点（Ｌ点）において
、量子井戸層になっている（破線、一点鎖線で示したも
のがそれぞれ、Ｘ（Ｌ）点でみた場合のポテンシャルエ
ネルギー、電子基底準位である。）。そのためにＸ（Ｌ
）点の電子基底準位はＥＸ（Ｌ）ｅＢ１ となっている
。
【００１９】この量子井戸構造単位に電圧を印加してい
ないときは、図１（Ｂ）に示されるようなポテンシャル
エネルギーを有しているから、第１の量子井戸層Ｗ１
内に電子・正孔が閉じ込められてエキシトンが形成され
、従来のエキシトンクエンチング型量子井戸吸収層と同
様にエキシトンピークがあり、それに対応する波長の光
に対しては高い吸収係数を示す。
ないときは、図１（Ｂ）に示されるようなポテンシャル
エネルギーを有しているから、第１の量子井戸層Ｗ１
内に電子・正孔が閉じ込められてエキシトンが形成され
、従来のエキシトンクエンチング型量子井戸吸収層と同
様にエキシトンピークがあり、それに対応する波長の光
に対しては高い吸収係数を示す。
【００２０】図１（Ｃ）は、上記の量子井戸構造単位に
電圧を印加した場合の電子に対するポテンシャルエネル
ギーを示している。上記の量子井戸構造単位に、右側の
ポテンシャルが下がるような電圧を印加すると、第１の
量子井戸層Ｗ１ 中の電子基底準位がＥｅｗ１ ’、第
１のバリア層Ｂ１ 中のＸ（Ｌ）点の電子基底準位がＥ
Ｘ（Ｌ）ｅＢ１ ’、第２の量子井戸層Ｗ２ 中の電子
基底準位がＥｅｗ２ ’へと変化するが、第１の量子井
戸層Ｗ１ 、第２の量子井戸層Ｗ２ 、第１のバリア層
Ｂ１ の層厚と組成を適宜選択すると、任意の電圧にお
いてＥｅｗ１ ’、ＥＸ（Ｌ）ｅＢ１ ’、Ｅｅｗ２
’の３つのレベルをほぼ一致させ、第１のバリア層Ｂ１
のＸまたはＬ点における電子基底状態を仲立ちとして
、第１の量子井戸層Ｗ１ と第２の量子井戸層Ｗ２ の
電子基底状態を結合して、第１の量子井戸層Ｗ１ から
第２の量子井戸層Ｗ２ に跨がる広い電子状態を形成す
るようにすることができる。
電圧を印加した場合の電子に対するポテンシャルエネル
ギーを示している。上記の量子井戸構造単位に、右側の
ポテンシャルが下がるような電圧を印加すると、第１の
量子井戸層Ｗ１ 中の電子基底準位がＥｅｗ１ ’、第
１のバリア層Ｂ１ 中のＸ（Ｌ）点の電子基底準位がＥ
Ｘ（Ｌ）ｅＢ１ ’、第２の量子井戸層Ｗ２ 中の電子
基底準位がＥｅｗ２ ’へと変化するが、第１の量子井
戸層Ｗ１ 、第２の量子井戸層Ｗ２ 、第１のバリア層
Ｂ１ の層厚と組成を適宜選択すると、任意の電圧にお
いてＥｅｗ１ ’、ＥＸ（Ｌ）ｅＢ１ ’、Ｅｅｗ２
’の３つのレベルをほぼ一致させ、第１のバリア層Ｂ１
のＸまたはＬ点における電子基底状態を仲立ちとして
、第１の量子井戸層Ｗ１ と第２の量子井戸層Ｗ２ の
電子基底状態を結合して、第１の量子井戸層Ｗ１ から
第２の量子井戸層Ｗ２ に跨がる広い電子状態を形成す
るようにすることができる。
【００２１】そのため、電子・正孔の束縛が弱くなって
エキシトンが消滅（クエンチング）するために、エキシ
トン吸収ピークに相当する波長の光の吸収係数が低下す
る。したがって、バイアス電圧によって、この量子井戸
層を透過する光の強度変調を行うことが可能となる。
エキシトンが消滅（クエンチング）するために、エキシ
トン吸収ピークに相当する波長の光の吸収係数が低下す
る。したがって、バイアス電圧によって、この量子井戸
層を透過する光の強度変調を行うことが可能となる。
【００２２】本発明の場合、無電界時において第１の量
子井戸層Ｗ１ と第１のバリア層Ｂ１ 、第２の量子井
戸層Ｗ２ と第１のバリア層Ｂ１ の電子基底状態を近
づけて、低電圧駆動を可能にした場合でも、第１の量子
井戸層Ｗ１ 、あるいは、第２の量子井戸層Ｗ２ の正
孔基底状態から第１のバリア層Ｂ１ の電子基底状態へ
の遷移（図１（Ｂ）に示す遷移Ａ、Ｂ）はほとんど起こ
らず、第１のバリア層Ｂ１ があることによって光吸収
スペクトルはほとんど影響を受けない。
子井戸層Ｗ１ と第１のバリア層Ｂ１ 、第２の量子井
戸層Ｗ２ と第１のバリア層Ｂ１ の電子基底状態を近
づけて、低電圧駆動を可能にした場合でも、第１の量子
井戸層Ｗ１ 、あるいは、第２の量子井戸層Ｗ２ の正
孔基底状態から第１のバリア層Ｂ１ の電子基底状態へ
の遷移（図１（Ｂ）に示す遷移Ａ、Ｂ）はほとんど起こ
らず、第１のバリア層Ｂ１ があることによって光吸収
スペクトルはほとんど影響を受けない。
【００２３】その理由としては、本発明においては、第
１のバリア層Ｂ１ の電子状態がＸ点であり、第１の量
子井戸層Ｗ１ と第２の量子井戸層Ｗ２ の正孔状態は
Γ点であって対称性が異なり、空間的にも両者の波動関
数がほとんど重なっていないことが挙げられる。そのた
め、量子井戸層の吸収が、バルクの吸収によって邪魔さ
れることがなく、低電圧で高い消光比で変調することが
可能になる。
１のバリア層Ｂ１ の電子状態がＸ点であり、第１の量
子井戸層Ｗ１ と第２の量子井戸層Ｗ２ の正孔状態は
Γ点であって対称性が異なり、空間的にも両者の波動関
数がほとんど重なっていないことが挙げられる。そのた
め、量子井戸層の吸収が、バルクの吸収によって邪魔さ
れることがなく、低電圧で高い消光比で変調することが
可能になる。
【００２４】
【実施例】（第１実施例）図２は、本発明の光変調器の
第１実施例の斜視図である。この図において、１はＧａ
Ａｓ基板、２，６はＡｌＡｓクラッド層、３、５はＡｌ
Ａｓ不純物拡散防止層、４は量子井戸構造体、７はＧａ
Ａｓコンタクト層、８はＳｉＯ２ 膜、９はｐ側電極、
１０はｎ側電極である。
第１実施例の斜視図である。この図において、１はＧａ
Ａｓ基板、２，６はＡｌＡｓクラッド層、３、５はＡｌ
Ａｓ不純物拡散防止層、４は量子井戸構造体、７はＧａ
Ａｓコンタクト層、８はＳｉＯ２ 膜、９はｐ側電極、
１０はｎ側電極である。
【００２５】本実施例の光変調器は下記のようにして製
造される。 １．まず、Ｓｉ、ＳｎのようなドナーをドープしたＧａ
Ａｓ基板１の上に、ＡｌＡｓクラッド層２、ノンドープ
のＡｌＡｓ不純物拡散防止層３、前記の構造の量子井戸
構造体４、ノンドープのＡｌＡｓ不純物拡散防止層５、
Ｚｎ等のアクセプタをドープしたＡｌＡｓクラッド層６
、ＧａＡｓコンタクト層７を形成する。
造される。 １．まず、Ｓｉ、ＳｎのようなドナーをドープしたＧａ
Ａｓ基板１の上に、ＡｌＡｓクラッド層２、ノンドープ
のＡｌＡｓ不純物拡散防止層３、前記の構造の量子井戸
構造体４、ノンドープのＡｌＡｓ不純物拡散防止層５、
Ｚｎ等のアクセプタをドープしたＡｌＡｓクラッド層６
、ＧａＡｓコンタクト層７を形成する。
【００２６】２．そして、光変調器として使用するため
の横モード制御を可能とする必要上、エッチングにより
ストライプ構造にする。 ３．そして、その上にＳｉＯ２ 膜８を形成し、その開
口を通してｐ側電極（Ｔｉ／Ｐｔ）９を形成する。 ４．最後に、基板の下にｎ側電極（ＡｕＧｅ／Ａｕ）１
０を形成する。 上記の量子井戸構造体は、第１の量子井戸層Ｗ１ 、第
１のバリア層Ｂ１ 、第２の量子井戸層Ｗ２ からなる
量子井戸層単位が、隣接する量子井戸層単位との結合を
禁止するに足る厚さの第２のバリア層Ｂ２を介して複数
周期積層して形成され、また、この量子井戸構造体を挟
むｐｉｎ構造は、量子井戸層に変調に必要な高い電界強
度をかけるために設けられている。
の横モード制御を可能とする必要上、エッチングにより
ストライプ構造にする。 ３．そして、その上にＳｉＯ２ 膜８を形成し、その開
口を通してｐ側電極（Ｔｉ／Ｐｔ）９を形成する。 ４．最後に、基板の下にｎ側電極（ＡｕＧｅ／Ａｕ）１
０を形成する。 上記の量子井戸構造体は、第１の量子井戸層Ｗ１ 、第
１のバリア層Ｂ１ 、第２の量子井戸層Ｗ２ からなる
量子井戸層単位が、隣接する量子井戸層単位との結合を
禁止するに足る厚さの第２のバリア層Ｂ２を介して複数
周期積層して形成され、また、この量子井戸構造体を挟
むｐｉｎ構造は、量子井戸層に変調に必要な高い電界強
度をかけるために設けられている。
【００２７】これらの各層の形成は、ＬＰＥ法、ＭＯＣ
ＶＤ法、あるいは、ＭＢＥ法などを組み合わせて行うこ
とができる。本実施例の光変調器においては、第１の量
子井戸層Ｗ１ をｐ側に、第２の量子井戸層Ｗ２ をｎ
側に配置し、ｐ側電極９とｎ側電極１０の間に、変調信
号を逆バイアスになるようにかけ、光を量子井戸層に平
行に透過させることによって動作させる。変調器として
の動作機構は作用の項で説明したとおりである。
ＶＤ法、あるいは、ＭＢＥ法などを組み合わせて行うこ
とができる。本実施例の光変調器においては、第１の量
子井戸層Ｗ１ をｐ側に、第２の量子井戸層Ｗ２ をｎ
側に配置し、ｐ側電極９とｎ側電極１０の間に、変調信
号を逆バイアスになるようにかけ、光を量子井戸層に平
行に透過させることによって動作させる。変調器として
の動作機構は作用の項で説明したとおりである。
【００２８】（第２実施例）図３は、本発明の光変調器
の第２実施例の斜視図である。この図における符号は、
１１が半絶縁性物質である他は図２において同符号を付
して用いたものと同様である。本実施例においては、第
１実施例とほぼ同様のストライプ構造の両脇を半絶縁性
物質１１で埋めて、横モード制御を可能としたものであ
る。
の第２実施例の斜視図である。この図における符号は、
１１が半絶縁性物質である他は図２において同符号を付
して用いたものと同様である。本実施例においては、第
１実施例とほぼ同様のストライプ構造の両脇を半絶縁性
物質１１で埋めて、横モード制御を可能としたものであ
る。
【００２９】前記第１実施例、第２実施例において用い
た主な材料とその厚さを例示すると下記のとおりである
。 第１の量子井戸層Ｗ１ 厚さ８０ÅのＧａ０．
６ Ａｌ０．４ Ａｓ層 第２の量子井戸層Ｗ２ 厚さ３０ÅのＧａ０．
６ Ａｌ０．４ Ａｓ層 第１のバリア層Ｂ１ 厚さ１００ÅのＡｌ
Ａｓ層第２のバリア層Ｂ２ 厚さ１５０Å
のＡｌＡｓ層、
た主な材料とその厚さを例示すると下記のとおりである
。 第１の量子井戸層Ｗ１ 厚さ８０ÅのＧａ０．
６ Ａｌ０．４ Ａｓ層 第２の量子井戸層Ｗ２ 厚さ３０ÅのＧａ０．
６ Ａｌ０．４ Ａｓ層 第１のバリア層Ｂ１ 厚さ１００ÅのＡｌ
Ａｓ層第２のバリア層Ｂ２ 厚さ１５０Å
のＡｌＡｓ層、
【００３０】図４（Ａ）、（Ｂ）は、上
記の第１実施例と第２実施例の光変調器の量子井戸構造
単位中の電子に関するエネルギーバンド図である。図４
（Ａ）は無電界のときのエネルギーバンドを示している
。なお、破線、一点鎖線で示したのが、それぞれ、Ｘ点
におけるポテンシャルエネルギー、電子基底準位、実線
で示したのがΓ点におけるポテンシャルエネルギーと電
子基底準位である。
記の第１実施例と第２実施例の光変調器の量子井戸構造
単位中の電子に関するエネルギーバンド図である。図４
（Ａ）は無電界のときのエネルギーバンドを示している
。なお、破線、一点鎖線で示したのが、それぞれ、Ｘ点
におけるポテンシャルエネルギー、電子基底準位、実線
で示したのがΓ点におけるポテンシャルエネルギーと電
子基底準位である。
【００３１】この図には、その基底準位も示されている
。第１の量子井戸層、第２の量子井戸層、第１のバリア
層、第２のバリア層からなる単位を１０周期繰り返し、
図２、図３に示されるようなノンドープ層の層厚をｎ側
、ｐ側両方を合わせて０．１μｍとすると、真性層（Ａ
ｌＡｓノンドープ層＋多重量子井戸層）の厚さは４６０
０Åとなる。図４（Ｂ）は、第１の量子井戸層Ｗ１ を
ｐ側に、第２の量子井戸層Ｗ２ をｎ側になるように配
置し、この光変調器に逆バイアス電圧をかけたときのエ
ネルギーバンドを示している。
。第１の量子井戸層、第２の量子井戸層、第１のバリア
層、第２のバリア層からなる単位を１０周期繰り返し、
図２、図３に示されるようなノンドープ層の層厚をｎ側
、ｐ側両方を合わせて０．１μｍとすると、真性層（Ａ
ｌＡｓノンドープ層＋多重量子井戸層）の厚さは４６０
０Åとなる。図４（Ｂ）は、第１の量子井戸層Ｗ１ を
ｐ側に、第２の量子井戸層Ｗ２ をｎ側になるように配
置し、この光変調器に逆バイアス電圧をかけたときのエ
ネルギーバンドを示している。
【００３２】この光変調器に約２．８５Ｖの逆バイアス
電圧をかけると、真性層にかかる電圧は６．１５×１０
−４（Ｖ／Å）となる。図にみられるように、第１の量
子井戸層Ｗ１ 、第１のバリア層Ｂ１ 、第２の量子井
戸層Ｗ２ の各基底準位はほぼ同一レベルになる。なお
、ここでは、量子閉じ込めシュタルク効果によるエネル
ギーの変化を無視してある。
電圧をかけると、真性層にかかる電圧は６．１５×１０
−４（Ｖ／Å）となる。図にみられるように、第１の量
子井戸層Ｗ１ 、第１のバリア層Ｂ１ 、第２の量子井
戸層Ｗ２ の各基底準位はほぼ同一レベルになる。なお
、ここでは、量子閉じ込めシュタルク効果によるエネル
ギーの変化を無視してある。
【００３３】したがって、第１の量子井戸層Ｗ１ 中に
閉じ込められていた電子は、第１の量子井戸層Ｗ１ 、
第１のバリア層Ｂ１ 、第２の量子井戸層Ｗ２ の全体
に拡がるためエキシトンが消滅し、光吸収係数が低減す
る。このため、前記のような低い電圧で、エキシトンピ
ークの発生および消滅が制御でき、光の変調が可能にな
る。
閉じ込められていた電子は、第１の量子井戸層Ｗ１ 、
第１のバリア層Ｂ１ 、第２の量子井戸層Ｗ２ の全体
に拡がるためエキシトンが消滅し、光吸収係数が低減す
る。このため、前記のような低い電圧で、エキシトンピ
ークの発生および消滅が制御でき、光の変調が可能にな
る。
【００３４】
【発明の効果】以上のように、本発明は２つの量子井戸
層の間のバリア層としてＸまたはＬ点のポテンシャルエ
ネルギーがΓ点より低い材料を用いることによってエキ
シトン・クエンチング型の高速動作可能な光強度変調器
が実現でき、無電界時におけるエキシトン吸収の強度を
増加させることによって消光比を向上させることができ
る。
層の間のバリア層としてＸまたはＬ点のポテンシャルエ
ネルギーがΓ点より低い材料を用いることによってエキ
シトン・クエンチング型の高速動作可能な光強度変調器
が実現でき、無電界時におけるエキシトン吸収の強度を
増加させることによって消光比を向上させることができ
る。
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の光変調器の原理説明
図である。
図である。
【図２】本発明の光変調器の第１実施例の斜視図である
。
。
【図３】本発明の光変調器の第２実施例の斜視図である
。
。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は第１実施例、第２実施例の光
変調器の量子井戸構造単位中の電子に関するエネルギー
バンド図である。
変調器の量子井戸構造単位中の電子に関するエネルギー
バンド図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）は量子井戸層の量子閉じ込めシ
ュタルク効果の説明図である。
ュタルク効果の説明図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）は従来のエキシトンクエンチン
グ型量子井戸吸収層の説明図である。
グ型量子井戸吸収層の説明図である。
Ｗ１ 第１の量子井戸層
Ｗ２ 第２の量子井戸層
Ｂ１ 第１のバリア層
Ｂ２ 第２のバリア層
Ｅｅｗ１ 第１の量子井戸層Ｗ１ 中の無電界時の
電子基底準位 Ｅｈｗ１ 第１の量子井戸層Ｗ１ 中の無電界時の
正孔基底準位 Ｅｅｗ２ 第２の量子井戸層Ｗ２ 中の無電界時の
電子基底準位 Ｅｈｗ２ 第２の量子井戸層Ｗ２ 中の無電界時の
正孔基底準位 ＥＸ（Ｌ）ｅＢ１ 第１のバリア層Ｂ１ 中の無電
界時のＸ（Ｌ）点における電子基底準位 Ｅｅｗ１ ’ 逆バイアス電圧を印加したときの第１
の量子井戸層Ｗ１ 中の電子基底準位 Ｅｅｗ２ ’ 逆バイアス電圧を印加したときの第２
の量子井戸層Ｗ２ 中の電子基底準位
電子基底準位 Ｅｈｗ１ 第１の量子井戸層Ｗ１ 中の無電界時の
正孔基底準位 Ｅｅｗ２ 第２の量子井戸層Ｗ２ 中の無電界時の
電子基底準位 Ｅｈｗ２ 第２の量子井戸層Ｗ２ 中の無電界時の
正孔基底準位 ＥＸ（Ｌ）ｅＢ１ 第１のバリア層Ｂ１ 中の無電
界時のＸ（Ｌ）点における電子基底準位 Ｅｅｗ１ ’ 逆バイアス電圧を印加したときの第１
の量子井戸層Ｗ１ 中の電子基底準位 Ｅｅｗ２ ’ 逆バイアス電圧を印加したときの第２
の量子井戸層Ｗ２ 中の電子基底準位
Claims (2)
- 【請求項１】 第１の量子井戸層と、該第１の量子井
戸層に接し、Ｘ点またはＬ点の電子のエネルギーがΓ点
のエネルギーより低い第１のバリアー層と、該第１のバ
リアー層に接し、第１の量子井戸層より層厚が薄いか、
電子親和力が小さくバンドギャップエネルギーが大きい
第２の量子井戸層から構成される量子井戸構造単位が、
隣接する量子井戸構造単位との結合を禁止するに足る厚
さの第２のバリアー層を介して複数周期積層された多重
量子井戸構造体を光吸収層として有することを特徴とす
る光変調器。 - 【請求項２】 第１の量子井戸層と、該第１の量子井
戸層に接し、Ｘ点またはＬ点の電子のエネルギーがΓ点
のエネルギーより低い第１のバリアー層と、該第１のバ
リアー層に接し、第１の量子井戸層より層厚が薄いか、
電子親和力が小さくバンドギャップエネルギーが大きい
第２の量子井戸層から構成される量子井戸構造単位が、
隣接する量子井戸構造単位との結合を禁止するに足る厚
さの第２のバリアー層を介して複数周期積層された多重
量子井戸構造体を、ｐｎ接合の接合面部分またはｐｉｎ
接合のｉ層に形成し、該接合に逆方向電圧を印加してエ
キシトン吸収ピークを消滅させることによって、該量子
井戸層のエキシトン吸収に対応する波長の光に対して強
度変調を行うことを特徴とする光変調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3080398A JPH04291982A (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | 光変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3080398A JPH04291982A (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | 光変調器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04291982A true JPH04291982A (ja) | 1992-10-16 |
Family
ID=13717185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3080398A Withdrawn JPH04291982A (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | 光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04291982A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5848085A (en) * | 1995-01-04 | 1998-12-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor quantum well structure and semiconductor device using the same |
| KR100500097B1 (ko) * | 2002-03-01 | 2005-07-11 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 광변조기 |
-
1991
- 1991-03-20 JP JP3080398A patent/JPH04291982A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5848085A (en) * | 1995-01-04 | 1998-12-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor quantum well structure and semiconductor device using the same |
| KR100500097B1 (ko) * | 2002-03-01 | 2005-07-11 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 광변조기 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980514 |