JPH05173201A - 非線型光学装置 - Google Patents
非線型光学装置Info
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- JPH05173201A JPH05173201A JP3344556A JP34455691A JPH05173201A JP H05173201 A JPH05173201 A JP H05173201A JP 3344556 A JP3344556 A JP 3344556A JP 34455691 A JP34455691 A JP 34455691A JP H05173201 A JPH05173201 A JP H05173201A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＴＢＱ構造の非線型光学装置に関し、能動層
のみで光の吸収が生じ、かつ、光の吸収回復が高速化し
た非線型光学装置を提供する。 【構成】 第１の禁制帯をもつ第１の物質層（Ａ1 ）−
第２の禁制帯をもつ第２の物質層と第１の物質層からな
る超格子（Ｓ1 ）−第２の物質層（Ａ2 ）−第１の物質
層と第２の物質層からなる超格子（Ｓ2 ）の積層構造を
備え、超格子（Ｓ 1 ），（Ｓ2 ）を形成する第１の物質
層と第２の物質層がスタガード型のバンド構造を有し、
超格子（Ｓ1 ），（Ｓ2 ）にはミニバンドが形成され、
超格子（Ｓ 1 ），（Ｓ2 ）の両側の第１の物質層
（Ａ1 ）と第２の物質層（Ａ2 ）の厚さが励起子が存在
する程度に薄く、超格子（Ｓ1 ），（Ｓ2 ）に形成され
る電子のミニバンドのエネルギ・レベルが第２の物質層
の電子の量子準位より高く、正孔のミニバンドのエネル
ギ・レベルが第１の物質層の正孔の量子準位より高いこ
とを特徴とする。
のみで光の吸収が生じ、かつ、光の吸収回復が高速化し
た非線型光学装置を提供する。 【構成】 第１の禁制帯をもつ第１の物質層（Ａ1 ）−
第２の禁制帯をもつ第２の物質層と第１の物質層からな
る超格子（Ｓ1 ）−第２の物質層（Ａ2 ）−第１の物質
層と第２の物質層からなる超格子（Ｓ2 ）の積層構造を
備え、超格子（Ｓ 1 ），（Ｓ2 ）を形成する第１の物質
層と第２の物質層がスタガード型のバンド構造を有し、
超格子（Ｓ1 ），（Ｓ2 ）にはミニバンドが形成され、
超格子（Ｓ 1 ），（Ｓ2 ）の両側の第１の物質層
（Ａ1 ）と第２の物質層（Ａ2 ）の厚さが励起子が存在
する程度に薄く、超格子（Ｓ1 ），（Ｓ2 ）に形成され
る電子のミニバンドのエネルギ・レベルが第２の物質層
の電子の量子準位より高く、正孔のミニバンドのエネル
ギ・レベルが第１の物質層の正孔の量子準位より高いこ
とを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光・光スイッチ、光双
安定装置、光・光メモリなどに使用され、高速動作可能
で且つＳ／Ｎ比が高い非線型光学装置に関する。
安定装置、光・光メモリなどに使用され、高速動作可能
で且つＳ／Ｎ比が高い非線型光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体超格子（ＭＱＷ）を用いた非線型
光学装置は、二次元励起子の光吸収および回復に伴う非
線型を利用したもので、二次元励起子の生成は数十フェ
ムト秒と高速であるが、回復時間は遅く電子と正孔の再
結合時間（数十ナノ秒）で決まるという欠点をもってい
た。
光学装置は、二次元励起子の光吸収および回復に伴う非
線型を利用したもので、二次元励起子の生成は数十フェ
ムト秒と高速であるが、回復時間は遅く電子と正孔の再
結合時間（数十ナノ秒）で決まるという欠点をもってい
た。
【０００３】これを改善した従来技術として、双量子井
戸型（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｂｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗ
ｅｌｌ−ＴＢＱ）の非線型光学装置が提案されている
（特開平２−２１０３３２号公報参照）。
戸型（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｂｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗ
ｅｌｌ−ＴＢＱ）の非線型光学装置が提案されている
（特開平２−２１０３３２号公報参照）。
【０００４】図６は、従来の双量子井戸型非線型光学装
置のバンドダイアグラムである。この図において、１，
３，５，７は大きい禁制帯幅をもつ半導体層からなる電
位障壁、２，６は小さい禁制帯幅をもつ半導体層からな
る広い量子井戸、４は小さい禁制帯幅をもつ半導体層か
らなる狭い量子井戸、ｅ1 は電子の基底量子準位、ｈ1
は正孔の基底量子準位である。
置のバンドダイアグラムである。この図において、１，
３，５，７は大きい禁制帯幅をもつ半導体層からなる電
位障壁、２，６は小さい禁制帯幅をもつ半導体層からな
る広い量子井戸、４は小さい禁制帯幅をもつ半導体層か
らなる狭い量子井戸、ｅ1 は電子の基底量子準位、ｈ1
は正孔の基底量子準位である。
【０００５】この非線型光学装置は、大きい禁制帯幅を
もつ薄い半導体層からなる電位障壁３，５によって挟ま
れた、小さい禁制帯幅をもつ薄い半導体層からなる狭い
量子井戸４と、その両側の、大きい禁制帯幅をもつ薄い
半導体層からなる電位障壁１，３によって挟まれた、小
さい禁制帯幅をもつ厚い半導体層からなる広い量子井戸
２と、大きい禁制帯幅をもつ薄い半導体層からなる電位
障壁５，７によって挟まれた、小さい禁制帯幅をもつ厚
い半導体層からなる量子井戸６とによって一単位が構成
される双量子井戸構造を１サイクル以上含んでいる。
もつ薄い半導体層からなる電位障壁３，５によって挟ま
れた、小さい禁制帯幅をもつ薄い半導体層からなる狭い
量子井戸４と、その両側の、大きい禁制帯幅をもつ薄い
半導体層からなる電位障壁１，３によって挟まれた、小
さい禁制帯幅をもつ厚い半導体層からなる広い量子井戸
２と、大きい禁制帯幅をもつ薄い半導体層からなる電位
障壁５，７によって挟まれた、小さい禁制帯幅をもつ厚
い半導体層からなる量子井戸６とによって一単位が構成
される双量子井戸構造を１サイクル以上含んでいる。
【０００６】そして、狭い量子井戸４が能動層として働
き、広い量子井戸２あるいは６が、狭い量子井戸４で生
成された電子の捨場として利用される。すなわち、入射
光によって狭い量子井戸４で生成された電子・正孔対の
うちの電子を、狭い量子井戸４から広い量子井戸に２あ
るいは６にトンネリングによって逃がすことにより光の
吸収回復を高速化するものである。
き、広い量子井戸２あるいは６が、狭い量子井戸４で生
成された電子の捨場として利用される。すなわち、入射
光によって狭い量子井戸４で生成された電子・正孔対の
うちの電子を、狭い量子井戸４から広い量子井戸に２あ
るいは６にトンネリングによって逃がすことにより光の
吸収回復を高速化するものである。
【０００７】この光の吸収回復時間は、狭い量子井戸４
中の電子が電位障壁３あるいは５をトンネリングによっ
て通過し、広い量子井戸２あるいは６に移る時間によっ
て決まるために数ピコ秒程度と極めて速い。
中の電子が電位障壁３あるいは５をトンネリングによっ
て通過し、広い量子井戸２あるいは６に移る時間によっ
て決まるために数ピコ秒程度と極めて速い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来のＴＢＱ型非線型
光学装置では、狭い量子井戸の電子を広い量子井戸に逃
がすことにより吸収回復時間の高速化を図っているが、
正孔は狭い井戸に残ったままであるため光吸収率あるい
は屈折率を完全に初期状態に回復させることが困難であ
った。また、能動層である狭い量子井戸の基底準位間の
エネルギが電子の捨場として働く広い量子井戸の基底準
位間のエネルギより大きいため、広い量子井戸において
も光吸収が生じるという問題があった。本発明は、能動
層のみで光の吸収が生じ、かつ、光の吸収回復を高速で
行うことができる非線型光学装置を提供することを目的
とする。
光学装置では、狭い量子井戸の電子を広い量子井戸に逃
がすことにより吸収回復時間の高速化を図っているが、
正孔は狭い井戸に残ったままであるため光吸収率あるい
は屈折率を完全に初期状態に回復させることが困難であ
った。また、能動層である狭い量子井戸の基底準位間の
エネルギが電子の捨場として働く広い量子井戸の基底準
位間のエネルギより大きいため、広い量子井戸において
も光吸収が生じるという問題があった。本発明は、能動
層のみで光の吸収が生じ、かつ、光の吸収回復を高速で
行うことができる非線型光学装置を提供することを目的
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる非線型光
学装置においては、上記の目的を達成するため、第１の
禁制帯をもつ第１の物質層（Ａ1 ）、および、この第１
の物質層（Ａ1 ）に隣接する、少なくとも各１層の第２
の禁制帯をもつ第２の物質層と第１の物質層からなる超
格子（Ｓ1 ）、および、この超格子（Ｓ1 ）に隣接する
第２の物質層（Ａ2 ）、および、この第２の物質層（Ａ
2 ）に隣接する、少なくとも各１層の第１の物質層と第
２の物質層からなる超格子（Ｓ2 ）を備え、この超格子
（Ｓ1 ），（Ｓ2 ）を形成する第１の物質層と第２の物
質層はスタガード型のバンド構造を有しており、この超
格子（Ｓ1 ），（Ｓ2 ）にはミニバンドが形成されてお
り、該超格子（Ｓ1 ），（Ｓ2 ）の両端の第１の物質層
と第２の物質層の厚さは超格子層中で励起子が存在する
に充分な薄い厚さを有しており、超格子（Ｓ1 ），（Ｓ
2 ）に形成される電子のミニバンドのエネルギ・レベル
は、第２の物質層（Ａ2 ）の電子の量子準位より高く、
正孔のミニバンドのエネルギ・レベルは第１の物質層
（Ａ1 ）の正孔の量子準位より高いこと、および、上記
の構成を１周期として複数層積層されている構成を採用
した。
学装置においては、上記の目的を達成するため、第１の
禁制帯をもつ第１の物質層（Ａ1 ）、および、この第１
の物質層（Ａ1 ）に隣接する、少なくとも各１層の第２
の禁制帯をもつ第２の物質層と第１の物質層からなる超
格子（Ｓ1 ）、および、この超格子（Ｓ1 ）に隣接する
第２の物質層（Ａ2 ）、および、この第２の物質層（Ａ
2 ）に隣接する、少なくとも各１層の第１の物質層と第
２の物質層からなる超格子（Ｓ2 ）を備え、この超格子
（Ｓ1 ），（Ｓ2 ）を形成する第１の物質層と第２の物
質層はスタガード型のバンド構造を有しており、この超
格子（Ｓ1 ），（Ｓ2 ）にはミニバンドが形成されてお
り、該超格子（Ｓ1 ），（Ｓ2 ）の両端の第１の物質層
と第２の物質層の厚さは超格子層中で励起子が存在する
に充分な薄い厚さを有しており、超格子（Ｓ1 ），（Ｓ
2 ）に形成される電子のミニバンドのエネルギ・レベル
は、第２の物質層（Ａ2 ）の電子の量子準位より高く、
正孔のミニバンドのエネルギ・レベルは第１の物質層
（Ａ1 ）の正孔の量子準位より高いこと、および、上記
の構成を１周期として複数層積層されている構成を採用
した。
【００１０】
【作用】図１は、本発明の非線型光学装置のバンドダイ
アグラムである。図において、Ｓ1 ，Ｓ2 は超格子から
なる能動層、Ａ1 は能動層Ｓ1 ，Ｓ2 の正孔を逃がすた
めの第１の物質層からなる量子井戸、Ａ2 は能動層
Ｓ1 ，Ｓ2 の電子を逃がすための第２の物質層からなる
量子井戸、ＥC は伝導帯の底、ＥV は価電子帯の頂、Ｈ
1 は能動層Ｓ1 ，Ｓ2 の正孔のミニバンド、Ｅ1 は能動
層Ｓ1 ，Ｓ2 の電子のミニバンド、ｈ1 は量子井戸Ａ1
の正孔の量子準位、ｅ1 は量子井戸Ａ2 の電子の量子準
位である。
アグラムである。図において、Ｓ1 ，Ｓ2 は超格子から
なる能動層、Ａ1 は能動層Ｓ1 ，Ｓ2 の正孔を逃がすた
めの第１の物質層からなる量子井戸、Ａ2 は能動層
Ｓ1 ，Ｓ2 の電子を逃がすための第２の物質層からなる
量子井戸、ＥC は伝導帯の底、ＥV は価電子帯の頂、Ｈ
1 は能動層Ｓ1 ，Ｓ2 の正孔のミニバンド、Ｅ1 は能動
層Ｓ1 ，Ｓ2 の電子のミニバンド、ｈ1 は量子井戸Ａ1
の正孔の量子準位、ｅ1 は量子井戸Ａ2 の電子の量子準
位である。
【００１１】本発明の非線型光学装置は、この図のＡ1
−Ｓ1 −Ａ2 −Ｓ2 を１周期とする超格子構造を少なく
とも１周期含んで構成される。そして、能動層Ｓ1 ，Ｓ
2 は第１，第２の物質層からなる超格子構造を有し、各
物質層はその中にミニバンドが形成されるに充分な薄さ
となっている。さらに、この超格子は、図示のようにス
タガード型のエネルギバンド構造からなり、そのミニバ
ンド間のエネルギは第１，第２の物質層のバンドギャッ
プ・エネルギより小さくなっている。
−Ｓ1 −Ａ2 −Ｓ2 を１周期とする超格子構造を少なく
とも１周期含んで構成される。そして、能動層Ｓ1 ，Ｓ
2 は第１，第２の物質層からなる超格子構造を有し、各
物質層はその中にミニバンドが形成されるに充分な薄さ
となっている。さらに、この超格子は、図示のようにス
タガード型のエネルギバンド構造からなり、そのミニバ
ンド間のエネルギは第１，第２の物質層のバンドギャッ
プ・エネルギより小さくなっている。
【００１２】なお、図から明らかなように、能動層
Ｓ1 ，Ｓ2 の両側には第１の物質層からなる量子井戸Ａ
1 と第２の物質層からなる量子井戸Ａ2 が形成されてい
る。そして、第２の物質層からなる量子井戸Ａ2 に形成
される電子の第１量子準位のエネルギレベルｅ1 は、能
動層Ｓ1 ，Ｓ2 のミニバンドＥ1より低エネルギとなっ
ている。
Ｓ1 ，Ｓ2 の両側には第１の物質層からなる量子井戸Ａ
1 と第２の物質層からなる量子井戸Ａ2 が形成されてい
る。そして、第２の物質層からなる量子井戸Ａ2 に形成
される電子の第１量子準位のエネルギレベルｅ1 は、能
動層Ｓ1 ，Ｓ2 のミニバンドＥ1より低エネルギとなっ
ている。
【００１３】また、第１の物質層からなる量子井戸Ａ1
に形成される正孔の第１量子準位のエネルギレベルｈ1
は、能動層Ｓ1 ，Ｓ2 のミニバンドＨ1 より低エネルギ
となっている。すなわち、能動層Ｓ1 ，Ｓ2 中の励起子
の電子は第２物質層からなる量子井戸Ａ2 中へ、正孔は
第１物質層からなる量子井戸Ａ1 中へと別々の層にトン
ネリングするようなエネルギバンド構造を成している。
に形成される正孔の第１量子準位のエネルギレベルｈ1
は、能動層Ｓ1 ，Ｓ2 のミニバンドＨ1 より低エネルギ
となっている。すなわち、能動層Ｓ1 ，Ｓ2 中の励起子
の電子は第２物質層からなる量子井戸Ａ2 中へ、正孔は
第１物質層からなる量子井戸Ａ1 中へと別々の層にトン
ネリングするようなエネルギバンド構造を成している。
【００１４】また、本発明による非線型光学装置の他の
形態においては、上述のような構造に加えて、超格子の
ヘテロ界面に平行な方向に電子、正孔を引き抜く電界を
形成するための電極を備えている。また、本発明による
非線型光学装置の他の形態においては、前記超格子のヘ
テロ界面に平行な方向に能動層中の電子・正孔の再結合
中心となる溝あるいは欠陥層が導入されている。
形態においては、上述のような構造に加えて、超格子の
ヘテロ界面に平行な方向に電子、正孔を引き抜く電界を
形成するための電極を備えている。また、本発明による
非線型光学装置の他の形態においては、前記超格子のヘ
テロ界面に平行な方向に能動層中の電子・正孔の再結合
中心となる溝あるいは欠陥層が導入されている。
【００１５】また、本発明による非線型光学装置の他の
形態においては、前記の構成に加えて、超格子の表裏両
面にファブリ・ペロー共振器を形成するための反射鏡が
形成されている。
形態においては、前記の構成に加えて、超格子の表裏両
面にファブリ・ペロー共振器を形成するための反射鏡が
形成されている。
【００１６】本発明にかかる非線型光学装置において
は、前記の構成を有することにより、動作光による励起
子の励起、あるいは、自由電子の励起による超格子の屈
折率変化は従来と同様にきわめて高速であり、しかも、
動作光の照射を停止した際には、励起した電子・正孔の
電子を第２の物質層からなる量子井戸Ａ2 に、また、正
孔を第１の物質層からなる量子井戸Ａ1 に別々にトンネ
リングによって逃がすため、吸収回復時間は従来の多重
量子井戸構造に比較して高速化する。
は、前記の構成を有することにより、動作光による励起
子の励起、あるいは、自由電子の励起による超格子の屈
折率変化は従来と同様にきわめて高速であり、しかも、
動作光の照射を停止した際には、励起した電子・正孔の
電子を第２の物質層からなる量子井戸Ａ2 に、また、正
孔を第１の物質層からなる量子井戸Ａ1 に別々にトンネ
リングによって逃がすため、吸収回復時間は従来の多重
量子井戸構造に比較して高速化する。
【００１７】なお、電子とともに正孔もトンネリングで
逃がしているので、屈折率を初期状態に復帰させること
ができる。さらに、能動層である超格子Ｓ1，Ｓ2 のミ
ニバンド間のエネルギが、電子および正孔の捨場所とし
ての各別の量子井戸の基底準位間のエネルギより小さい
ため、能動層以外での光吸収がなく、得られる感度、Ｓ
／Ｎ比が大きい。
逃がしているので、屈折率を初期状態に復帰させること
ができる。さらに、能動層である超格子Ｓ1，Ｓ2 のミ
ニバンド間のエネルギが、電子および正孔の捨場所とし
ての各別の量子井戸の基底準位間のエネルギより小さい
ため、能動層以外での光吸収がなく、得られる感度、Ｓ
／Ｎ比が大きい。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 （第１実施例）図２は、本発明の第１実施例の非線型光
学装置の要部切断側面図である。この図における符号
は、ＲＦ1 およびＲＦ2 が反射鏡、Ｂが基板であるほか
は図１において同符号を付して説明したものと同様であ
る。
学装置の要部切断側面図である。この図における符号
は、ＲＦ1 およびＲＦ2 が反射鏡、Ｂが基板であるほか
は図１において同符号を付して説明したものと同様であ
る。
【００１９】図示された実施例における各部分の主要な
データを例示すると、 （０）基板Ｂについて 材料：ＩｎＰ （１）量子井戸Ａ1 を形成する第１の物質層について 材料：ＧａＡｓＳｂ 厚さ：１４．７ｎｍ （２）超格子Ｓ1 について 材料：ＧａＡｓ0.51Ｓｂ0.49（１．７６ｎｍ）／Ｉｎ
0.53Ｇａ0.47Ａｓ（１．７６ｎｍ） 周期：３周期 （３）量子井戸Ａ2 を構成する第２の物質層について 材料：ＩｎＧａＡｓ 厚さ：１４．７ｎｍ （４）超格子Ｓ2 について 材料：ＧａＡｓ0.51Ｓｂ0.49（１．７６ｎｍ）／Ｉｎ
0.53Ｇａ0.47Ａｓ（１．７６ｎｍ） 周期：３周期 （５）積層周期 上記（１）〜（４）を１周期として３０周期
データを例示すると、 （０）基板Ｂについて 材料：ＩｎＰ （１）量子井戸Ａ1 を形成する第１の物質層について 材料：ＧａＡｓＳｂ 厚さ：１４．７ｎｍ （２）超格子Ｓ1 について 材料：ＧａＡｓ0.51Ｓｂ0.49（１．７６ｎｍ）／Ｉｎ
0.53Ｇａ0.47Ａｓ（１．７６ｎｍ） 周期：３周期 （３）量子井戸Ａ2 を構成する第２の物質層について 材料：ＩｎＧａＡｓ 厚さ：１４．７ｎｍ （４）超格子Ｓ2 について 材料：ＧａＡｓ0.51Ｓｂ0.49（１．７６ｎｍ）／Ｉｎ
0.53Ｇａ0.47Ａｓ（１．７６ｎｍ） 周期：３周期 （５）積層周期 上記（１）〜（４）を１周期として３０周期
【００２０】なお、これらの超格子構造は、基板Ｂの上
に、分子線エピタキシャル成長、あるいは、ＭＯＣＶＤ
等の成長法によって前記組成の物質層を堆積することに
より容易に形成することができる。 （６）反射鏡ＲＦ1 およびＲＦ2 について 材料：Ａｕ 厚さ：３００（ｎｍ） である。
に、分子線エピタキシャル成長、あるいは、ＭＯＣＶＤ
等の成長法によって前記組成の物質層を堆積することに
より容易に形成することができる。 （６）反射鏡ＲＦ1 およびＲＦ2 について 材料：Ａｕ 厚さ：３００（ｎｍ） である。
【００２１】ここで反射鏡ＲＦ1 およびＲＦ2 はファブ
リ・ペロー共振器のミラーとして作用するもので、非線
型光学装置に被動作光を共振状態で照射しておき、動作
光によって共振状態を崩す動作態様と、被動作光を非共
振状態で照射しておき、動作光によって共振状態にする
動作態様を選択的に行うことができるようにするもので
ある。
リ・ペロー共振器のミラーとして作用するもので、非線
型光学装置に被動作光を共振状態で照射しておき、動作
光によって共振状態を崩す動作態様と、被動作光を非共
振状態で照射しておき、動作光によって共振状態にする
動作態様を選択的に行うことができるようにするもので
ある。
【００２２】（第２実施例）図３は、本発明の第２実施
例の非線型光学装置の要部切断側面図である。この図に
おける符号は、Ｐがｐ型領域、Ｎがｎ型領域、Ｉが絶縁
体層、Ｓ，Ｄが電極である他は、図２において同符号を
付して説明したものと同様である。また、この実施例の
非線型光学装置の積層構造および反射鏡の主要データは
図２に示した第１実施例と同一である。
例の非線型光学装置の要部切断側面図である。この図に
おける符号は、Ｐがｐ型領域、Ｎがｎ型領域、Ｉが絶縁
体層、Ｓ，Ｄが電極である他は、図２において同符号を
付して説明したものと同様である。また、この実施例の
非線型光学装置の積層構造および反射鏡の主要データは
図２に示した第１実施例と同一である。
【００２３】この独自の主要データは下記のとおりであ
る。 （７）電極Ｓについて 材料：Ａｕ−Ｚｎ／Ａｕ 厚さ：１００／３００（ｎｍ） （８）電極Ｄについて 材料：Ａｕ−Ｇｅ／Ａｕ 厚さ：１００／３００（ｎｍ）
る。 （７）電極Ｓについて 材料：Ａｕ−Ｚｎ／Ａｕ 厚さ：１００／３００（ｎｍ） （８）電極Ｄについて 材料：Ａｕ−Ｇｅ／Ａｕ 厚さ：１００／３００（ｎｍ）
【００２４】なお、この電極Ｓと電極Ｄは真空蒸着とホ
トリソ技術により形成され、その後、３５０℃程度の温
度でアロイすることにより、ｐ型領域Ｐとｎ型領域Ｎが
形成される。この電極は、能動層Ｓ1 ，Ｓ2 から第２の
物質層からなる量子井戸Ａ2 に捨てた電子と、第１の物
質層からなる量子井戸Ａ1 に捨てた正孔を外部に引き抜
く電界を形成するためのものである。
トリソ技術により形成され、その後、３５０℃程度の温
度でアロイすることにより、ｐ型領域Ｐとｎ型領域Ｎが
形成される。この電極は、能動層Ｓ1 ，Ｓ2 から第２の
物質層からなる量子井戸Ａ2 に捨てた電子と、第１の物
質層からなる量子井戸Ａ1 に捨てた正孔を外部に引き抜
く電界を形成するためのものである。
【００２５】（第３実施例）図４は、本発明の第３実施
例の非線型光学装置の要部切断側面図である。この図に
おける符号は、ｄが加工された溝を示すほかは前に説明
したものと同様である。
例の非線型光学装置の要部切断側面図である。この図に
おける符号は、ｄが加工された溝を示すほかは前に説明
したものと同様である。
【００２６】この溝ｄは従来から知られている一般的な
半導体工程を用いて形成される。例えば、基板Ｂの上に
超格子構造（Ａ1 ／Ｓ1 ／Ａ2 ／Ｓ2 ）をエピタキシャ
ル成長し、その上にＳｉＯ2 等の保護膜を形成する。次
いで、その表面にフォトレジストを塗布し、光あるいは
電子ビームあるいは収束イオンビーム等によってライン
状あるいは井字状に露光し現像する。
半導体工程を用いて形成される。例えば、基板Ｂの上に
超格子構造（Ａ1 ／Ｓ1 ／Ａ2 ／Ｓ2 ）をエピタキシャ
ル成長し、その上にＳｉＯ2 等の保護膜を形成する。次
いで、その表面にフォトレジストを塗布し、光あるいは
電子ビームあるいは収束イオンビーム等によってライン
状あるいは井字状に露光し現像する。
【００２７】次いで、このレジストをマスクとして、Ｃ
ＨＦ3 ガスを反応ガスとする反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）により保護膜をエッチングし、この保護膜を
マスクとしてエピタキシャル成長層をエッチングする。
この溝の側壁におけるキャリアの再結合中心が多いた
め、非能動層に蓄積されたキャリアをここで消滅させ、
吸収回復を高速化し、Ｓ／Ｎ比を向上することができ
る。
ＨＦ3 ガスを反応ガスとする反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）により保護膜をエッチングし、この保護膜を
マスクとしてエピタキシャル成長層をエッチングする。
この溝の側壁におけるキャリアの再結合中心が多いた
め、非能動層に蓄積されたキャリアをここで消滅させ、
吸収回復を高速化し、Ｓ／Ｎ比を向上することができ
る。
【００２８】（第４実施例）この実施例においては、前
記の第３実施例における溝ｄに代えて欠陥層を形成す
る。
記の第３実施例における溝ｄに代えて欠陥層を形成す
る。
【００２９】この欠陥層も従来知られている一般的な半
導体工程を用いて形成される。例えば、収束イオンビー
ム等によりＳｉあるいはＢｅ等のイオンを、基板Ｂの上
に堆積した超格子構造（Ａ1 ／Ｓ1 ／Ａ2 ／Ｓ2 ）の表
面にライン状あるいは井字状にイオン注入して形成す
る。
導体工程を用いて形成される。例えば、収束イオンビー
ム等によりＳｉあるいはＢｅ等のイオンを、基板Ｂの上
に堆積した超格子構造（Ａ1 ／Ｓ1 ／Ａ2 ／Ｓ2 ）の表
面にライン状あるいは井字状にイオン注入して形成す
る。
【００３０】非能動層に蓄積したキャリアは、再結合中
心が多いこの欠陥層で消滅させることができるため、上
記と同様に、吸収回復を高速化し、Ｓ／Ｎ比を向上する
ことができる。
心が多いこの欠陥層で消滅させることができるため、上
記と同様に、吸収回復を高速化し、Ｓ／Ｎ比を向上する
ことができる。
【００３１】
【発明の効果】図５は、本発明の非線型光学装置の光透
過率変化説明図である。この図においては、縦軸に光透
過率（任意スケール）を、横軸に時間をとり、横軸の０
においてパルス状の動作光を照射した場合の光透過率の
変化を示したものである。
過率変化説明図である。この図においては、縦軸に光透
過率（任意スケール）を、横軸に時間をとり、横軸の０
においてパルス状の動作光を照射した場合の光透過率の
変化を示したものである。
【００３２】従来の非線型光学装置においては、パルス
状の動作光を照射した後に図中の破線で示したように減
衰が遅く、光透過率が完全に復帰しないが、本発明の非
線型光学装置においては図中の実線で示されるように、
速やかに減衰し、光透過率が動作光を照射する前の状態
に復帰している。
状の動作光を照射した後に図中の破線で示したように減
衰が遅く、光透過率が完全に復帰しないが、本発明の非
線型光学装置においては図中の実線で示されるように、
速やかに減衰し、光透過率が動作光を照射する前の状態
に復帰している。
【００３３】このように、本発明によると、動作光を照
射した後の光透過率の回復を迅速化できるため、非線型
光学装置を用いた光・光スイッチ、光双安定装置、光・
光メモリなどを動作を高速化し、Ｓ／Ｎ比を改善するこ
とができる。
射した後の光透過率の回復を迅速化できるため、非線型
光学装置を用いた光・光スイッチ、光双安定装置、光・
光メモリなどを動作を高速化し、Ｓ／Ｎ比を改善するこ
とができる。
【図１】本発明の非線型光学装置のバンドダイアグラム
である。
である。
【図２】本発明の第１実施例の非線型光学装置の要部切
断側面図である。
断側面図である。
【図３】本発明の第２実施例の非線型光学装置の要部切
断側面図である。
断側面図である。
【図４】本発明の第３実施例の非線型光学装置の要部切
断側面図である。
断側面図である。
【図５】本発明の非線型光学装置の光透過率変化説明図
である。
である。
【図６】従来の双量子井戸型非線型光学装置のバンドダ
イアグラムである。
イアグラムである。
Ｓ1 ，Ｓ2 超格子からなる能動層 Ａ1 能動層Ｓ1 ，Ｓ2 の正孔を逃がすための第１の物
質層からなる量子井戸 Ａ2 能動層Ｓ1 ，Ｓ2 の電子を逃がすための第２の物
質層からなる量子井戸 ＥC 伝導帯の底 ＥV 価電子帯の頂 Ｈ1 能動層Ｓ1 ，Ｓ2 の正孔のミニバンド Ｅ1 能動層Ｓ1 ，Ｓ2 の電子のミニバンド ｈ1 量子井戸Ａ1 の正孔の量子準位 ｅ1 量子井戸Ａ2 の電子の量子準位 ＲＦ1 ，ＲＦ2 反射鏡 Ｂ 基板 Ｐ ｐ型領域 Ｎ ｎ型領域 Ｉ 絶縁体層 Ｓ，Ｄ 電極
質層からなる量子井戸 Ａ2 能動層Ｓ1 ，Ｓ2 の電子を逃がすための第２の物
質層からなる量子井戸 ＥC 伝導帯の底 ＥV 価電子帯の頂 Ｈ1 能動層Ｓ1 ，Ｓ2 の正孔のミニバンド Ｅ1 能動層Ｓ1 ，Ｓ2 の電子のミニバンド ｈ1 量子井戸Ａ1 の正孔の量子準位 ｅ1 量子井戸Ａ2 の電子の量子準位 ＲＦ1 ，ＲＦ2 反射鏡 Ｂ 基板 Ｐ ｐ型領域 Ｎ ｎ型領域 Ｉ 絶縁体層 Ｓ，Ｄ 電極
Claims (5)
- 【請求項１】 第１の禁制帯をもつ第１の物質層
（Ａ1 ）、および、該第１の物質層（Ａ1 ）に隣接す
る、少なくとも各１層の第２の禁制帯をもつ第２の物質
層と第１の物質層からなる超格子（Ｓ1 ）、および、該
超格子（Ｓ1 ）に隣接する第２の物質層（Ａ2 ）、およ
び、該第２の物質層（Ａ2 ）に隣接する、少なくとも各
１層の第１の物質層と第２の物質層からなる超格子（Ｓ
2 ）を備え、 該超格子（Ｓ1 ），（Ｓ2 ）を形成する第１の物質層と
第２の物質層はスタガード型のバンド構造を有している
こと、 該超格子（Ｓ1 ），（Ｓ2 ）にはミニバンドが形成され
ていること、 該超格子（Ｓ1 ），（Ｓ2 ）の両端の第１の物質層（Ａ
1 ）と第２の物質層（Ａ2 ）の厚さは超格子層中で励起
子が存在するに充分な薄い厚さを有すること、 超格子（Ｓ1 ），（Ｓ2 ）に形成される電子のミニバン
ドのエネルギ・レベルは、第２の物質層（Ａ2 ）の電子
の量子準位より高く、正孔のミニバンドのエネルギ・レ
ベルは第１の物質層（Ａ1 ）の正孔の量子準位より高い
こと、 および、上記の構成を１周期として複数層積層されてい
ることを特徴とする非線型光学装置。 - 【請求項２】 超格子（Ｓ1 ），（Ｓ2 ）のミニギャッ
プは、第１の物質層（Ａ1 ）および第２の物質層
（Ａ2 ）のエネルギギャップより小さいことを特徴とす
る請求項１記載の非線型光学装置。 - 【請求項３】 超格子（Ｓ1 ），（Ｓ2 ）のヘテロ界面
に平行な方向に電子あるいは正孔を引き抜くための電界
を形成するための電極が形成されてなることを特徴とす
る請求項１または請求項２記載の非線型光学装置。 - 【請求項４】 超格子（Ｓ1 ），（Ｓ2 ）のヘテロ界面
に平行な方向に溝あるいは欠陥層が導入されていること
を特徴とする請求項１または請求項２記載の非線型光学
装置。 - 【請求項５】 超格子（Ｓ1 ），（Ｓ2 ）の表裏面にフ
ァブリ・ペロー共振器を形成するための反射鏡が形成さ
れてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のい
ずれか１項に記載の非線型光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34455691A JP3189062B2 (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 非線型光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34455691A JP3189062B2 (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 非線型光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05173201A true JPH05173201A (ja) | 1993-07-13 |
| JP3189062B2 JP3189062B2 (ja) | 2001-07-16 |
Family
ID=18370194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34455691A Expired - Fee Related JP3189062B2 (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 非線型光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3189062B2 (ja) |
-
1991
- 1991-12-26 JP JP34455691A patent/JP3189062B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3189062B2 (ja) | 2001-07-16 |
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