JPH0650366B2 - 光変調器 - Google Patents
光変調器Info
- Publication number
- JPH0650366B2 JPH0650366B2 JP60141727A JP14172785A JPH0650366B2 JP H0650366 B2 JPH0650366 B2 JP H0650366B2 JP 60141727 A JP60141727 A JP 60141727A JP 14172785 A JP14172785 A JP 14172785A JP H0650366 B2 JPH0650366 B2 JP H0650366B2
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- JP
- Japan
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- quantum well
- layer
- electric field
- thin film
- absorption edge
- Prior art date
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は低駆動電圧で高い消光比が得られ、吸収端の短
波長化、長波長化の両方を行なうことのできる高速変調
可能な光変調器に関するものである。
波長化、長波長化の両方を行なうことのできる高速変調
可能な光変調器に関するものである。
（従来技術とその問題点） 光通信等において、光源として用いられる半導体レーザ
の出力強度や位相を高速で変化させる際には、大きく分
類して２種の方法がある。それは、半導体レーザを駆動
する電流を直接変化させる方法と、光源からの光出力を
受動素子である光変調器を通す事によって変調する方法
である。この両者にはそれぞれ長所短所がある。前者は
光変調器を使用しないため、光変調器による挿入損失は
ないが、数百メガヘルツ以上の高速変調時には、半導体
レーザ中のキャリヤの緩和振動による変調波形の歪み
や、発振波長の時間変化（チャーピング）が生じ、信号
光の検出が困難になる。また、この変調速度はキャリヤ
寿命により制限され、毎秒約４ギガビツト以上の直接変
調は原理的に困難である。
の出力強度や位相を高速で変化させる際には、大きく分
類して２種の方法がある。それは、半導体レーザを駆動
する電流を直接変化させる方法と、光源からの光出力を
受動素子である光変調器を通す事によって変調する方法
である。この両者にはそれぞれ長所短所がある。前者は
光変調器を使用しないため、光変調器による挿入損失は
ないが、数百メガヘルツ以上の高速変調時には、半導体
レーザ中のキャリヤの緩和振動による変調波形の歪み
や、発振波長の時間変化（チャーピング）が生じ、信号
光の検出が困難になる。また、この変調速度はキャリヤ
寿命により制限され、毎秒約４ギガビツト以上の直接変
調は原理的に困難である。
一方後者は、毎秒10ギガビット程度の高速変調が可能
で、かつ高速変調時においてもチャーピングは少ない
が、通常の変調器では挿入損失が大きく、特に長距離の
伝送に対しては不利である。また、高い消光比の変調を
得るためには高い電圧で駆動する必要がある。
で、かつ高速変調時においてもチャーピングは少ない
が、通常の変調器では挿入損失が大きく、特に長距離の
伝送に対しては不利である。また、高い消光比の変調を
得るためには高い電圧で駆動する必要がある。
そこで、後者のタイプで、低損失で高速変調可能な多層
薄膜半導体による光変調器が提案されている。その一例
は、山西氏らにより、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ
・アプライド・フィジックス(Japanese Journal of App
lied Physics)誌1983年22巻L22に掲載されているよう
に、多層薄膜半導体に電界を印加する事により、吸収端
を長波長側にずらす、というものであるが、これは、同
時に電子と正孔も空間的に分離してしまい、吸収確率は
小さくなるという欠点を有する。しかも、電界の印加方
向を変化させても吸収端の短波長化は原理的に困難で、
高い消光比の変調を得るための駆動電圧も実用上はまだ
高めである。
薄膜半導体による光変調器が提案されている。その一例
は、山西氏らにより、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ
・アプライド・フィジックス(Japanese Journal of App
lied Physics)誌1983年22巻L22に掲載されているよう
に、多層薄膜半導体に電界を印加する事により、吸収端
を長波長側にずらす、というものであるが、これは、同
時に電子と正孔も空間的に分離してしまい、吸収確率は
小さくなるという欠点を有する。しかも、電界の印加方
向を変化させても吸収端の短波長化は原理的に困難で、
高い消光比の変調を得るための駆動電圧も実用上はまだ
高めである。
（問題点を解決するための手段） 本発明の光変調器は、電子の平均自由行程以下の膜厚で
ある量子井戸層となる半導体層が該半導体層の禁制帯幅
より大きな禁制帯幅を有する半導体層に挟まれた量子井
戸構造を少なくとも１つ含む半導体薄膜構造と、該半導
体薄膜構造に積層方向に電界を印加する手段とを有し、
さらに前記量子井戸層の禁制帯幅が積層方向に関して単
調に変化していることを特徴とする。
ある量子井戸層となる半導体層が該半導体層の禁制帯幅
より大きな禁制帯幅を有する半導体層に挟まれた量子井
戸構造を少なくとも１つ含む半導体薄膜構造と、該半導
体薄膜構造に積層方向に電界を印加する手段とを有し、
さらに前記量子井戸層の禁制帯幅が積層方向に関して単
調に変化していることを特徴とする。
また上記の光変調器で、ｐ型半導体層とｎ型半導体層と
で前記半導体薄膜構造を挟み、かつ、該半導体薄膜構造
中の前記量子井戸層の禁制帯幅が、積層方向に関して前
記ｐ型半導体層に近づくほど狭くなるように変化してい
ることを特徴とする。
で前記半導体薄膜構造を挟み、かつ、該半導体薄膜構造
中の前記量子井戸層の禁制帯幅が、積層方向に関して前
記ｐ型半導体層に近づくほど狭くなるように変化してい
ることを特徴とする。
（発明の作用・原理） 以下、図面を用いて本発明の作用・原理を説明する。ま
ず、本発明による光変調器の、１層ないし多層の半導体
薄膜構造のバンド構造を模式的に、電界が印加されてい
ない場合について第１図(a)に、積層方向に電界が印加
されている場合について第１図(b)に示す。この図では
薄膜構造が量子井戸層１層から成っている例を示した。
量子井戸層とバリア層を交互に多数積層した薄膜構造で
も原理は同じである。この多層の積層構造から成る薄膜
構造は光の閉じ込めの点では１層のものより有利であ
る。ここでは話をわかりやすくするため１層の場合で原
理を説明する。ここで、横軸は積層方向すなわちＺ方向
の位置とし、縦軸はバンド構造のエネルギーである。エ
ネルギーは量子井戸の中間点でのバンド端の値を基準に
考え、電子に対しては、第１図の上向きの方向を正に、
正孔に対しては下向きを正に考える。そして、量子井戸
層の中間点をＺ軸の原点と考える。矩形の量子井戸ポテ
ンシャルを、積層方向に印加した電界によりバンド端が
斜めになるように変形させた場合、電子、正孔等キャリ
ヤの存在できるエネルギー準位は、電界を印加していな
い場合の矩形の量子井戸ポテンシャルの中でのエネルギ
ー準位と比べ、低減されることが理論的に示されている
（バスタード、他、フィジカルレビューB(Phys.Rev.B)2
8巻1983年3241ページ）。特に、量子井戸厚が100Å程度
以上ある場合のエネルギー準位の低下量は量子井戸のポ
テンシャル深さにほとんど依存せず、次式で近似的にあ
らわすことができる。
ず、本発明による光変調器の、１層ないし多層の半導体
薄膜構造のバンド構造を模式的に、電界が印加されてい
ない場合について第１図(a)に、積層方向に電界が印加
されている場合について第１図(b)に示す。この図では
薄膜構造が量子井戸層１層から成っている例を示した。
量子井戸層とバリア層を交互に多数積層した薄膜構造で
も原理は同じである。この多層の積層構造から成る薄膜
構造は光の閉じ込めの点では１層のものより有利であ
る。ここでは話をわかりやすくするため１層の場合で原
理を説明する。ここで、横軸は積層方向すなわちＺ方向
の位置とし、縦軸はバンド構造のエネルギーである。エ
ネルギーは量子井戸の中間点でのバンド端の値を基準に
考え、電子に対しては、第１図の上向きの方向を正に、
正孔に対しては下向きを正に考える。そして、量子井戸
層の中間点をＺ軸の原点と考える。矩形の量子井戸ポテ
ンシャルを、積層方向に印加した電界によりバンド端が
斜めになるように変形させた場合、電子、正孔等キャリ
ヤの存在できるエネルギー準位は、電界を印加していな
い場合の矩形の量子井戸ポテンシャルの中でのエネルギ
ー準位と比べ、低減されることが理論的に示されている
（バスタード、他、フィジカルレビューB(Phys.Rev.B)2
8巻1983年3241ページ）。特に、量子井戸厚が100Å程度
以上ある場合のエネルギー準位の低下量は量子井戸のポ
テンシャル深さにほとんど依存せず、次式で近似的にあ
らわすことができる。
ここで、ｍ＊はキャリヤの有効質量、ｅは電子の電荷の
絶対値、Ｆは量子井戸内での電界による空間的エネルギ
ー変化を表わすパラメータ、Lzは量子井戸の幅、 はプランクの定数を２Πで除したものである。また、Ｃ
は10-3程度の大きさの正の定数である。この式は、量子
井戸内のハミルトニアンＨが、矩形の量子井戸における
ハミルトニアンをHoとして、 Ｈ＝HO＋|e|F・z (2) となる場合のエネルギー準位変化量を変分法により計算
したものである。
絶対値、Ｆは量子井戸内での電界による空間的エネルギ
ー変化を表わすパラメータ、Lzは量子井戸の幅、 はプランクの定数を２Πで除したものである。また、Ｃ
は10-3程度の大きさの正の定数である。この式は、量子
井戸内のハミルトニアンＨが、矩形の量子井戸における
ハミルトニアンをHoとして、 Ｈ＝HO＋|e|F・z (2) となる場合のエネルギー準位変化量を変分法により計算
したものである。
さて、第１図(a)のような本発明による量子井戸構造に
おいては、ハミルトニアンは と考えることができる。ここで、Fc11,Fv12はそれぞれ
伝導帯下端、価電子帯上端のエネルギーの量子井戸内で
の変化量を表わす。(3)式、および(4)式は、それぞれFc
/LzとFv/Lzを｜ｅ｜・Fと書き直せば(2)式と同一なこと
がわかる。したがって、本発明による量子井戸構造にお
ける、矩形の量子井戸でのエネルギー準位からの変化量
は、電子に対して 正孔に対し である。ここで、me*，mh*は電子、正孔の有効質量であ
る。
おいては、ハミルトニアンは と考えることができる。ここで、Fc11,Fv12はそれぞれ
伝導帯下端、価電子帯上端のエネルギーの量子井戸内で
の変化量を表わす。(3)式、および(4)式は、それぞれFc
/LzとFv/Lzを｜ｅ｜・Fと書き直せば(2)式と同一なこと
がわかる。したがって、本発明による量子井戸構造にお
ける、矩形の量子井戸でのエネルギー準位からの変化量
は、電子に対して 正孔に対し である。ここで、me*，mh*は電子、正孔の有効質量であ
る。
以上により、まず矩形の量子井戸ポテンシャルにおける
電子のエネルギー準位をεｅ、正孔のエネルギー準位も
εｈとすれば、第１図(a)の構造における電子および正
孔のエネルギー準位εｅ′13,εｈ′14は、 となる。
電子のエネルギー準位をεｅ、正孔のエネルギー準位も
εｈとすれば、第１図(a)の構造における電子および正
孔のエネルギー準位εｅ′13,εｈ′14は、 となる。
次に、電界印加12により第１図(a)のバンド構造が第１
図(b)のように変化した際のキャリヤのエネルギー準位
について考える。ここで、電界印加による量子井戸ポテ
ンシャルの変化は第１図(b)中のｘというエネルギー値1
5で特性づけることができる。このｘは、量子井戸内で
の伝導帯下端のエネルギー最小部の電界印加によるエネ
ルギー上昇量を表わす。印加電界の大きさをＥとすると
ｘはe・E・Lz(ev)として表わすことができる。
図(b)のように変化した際のキャリヤのエネルギー準位
について考える。ここで、電界印加による量子井戸ポテ
ンシャルの変化は第１図(b)中のｘというエネルギー値1
5で特性づけることができる。このｘは、量子井戸内で
の伝導帯下端のエネルギー最小部の電界印加によるエネ
ルギー上昇量を表わす。印加電界の大きさをＥとすると
ｘはe・E・Lz(ev)として表わすことができる。
したがって、この場合のハミルトアンは、(3)式，(4)式
から と与えられる。よって、第１図(a)の場合の考察より、
ただちに電子正孔のエネルギー準位εｅ″16，εｈ″17
は と与えられる。
から と与えられる。よって、第１図(a)の場合の考察より、
ただちに電子正孔のエネルギー準位εｅ″16，εｈ″17
は と与えられる。
さて、上記での考察結果をもとして、電界印加による本
発明による量子井戸構造の吸収端の変化量を考える。電
界印加がない際の吸収端εｇ′、電界印加時の吸収端ε
ｇ″は、それぞれ εｇ′＝εｅ′＋εｈ′＋ε0 g（但し、ε0 gは、もとの
禁制帯幅） (13) εｇ″＝εｅ″＋εｈ″＋ε0 g (14) であるので、この変化量δε＝εｇ″−εｇ′は、 となる。
発明による量子井戸構造の吸収端の変化量を考える。電
界印加がない際の吸収端εｇ′、電界印加時の吸収端ε
ｇ″は、それぞれ εｇ′＝εｅ′＋εｈ′＋ε0 g（但し、ε0 gは、もとの
禁制帯幅） (13) εｇ″＝εｅ″＋εｈ″＋ε0 g (14) であるので、この変化量δε＝εｇ″−εｇ′は、 となる。
通常の光変調器に用いられる(AlGa)Asや(InGa)(AsP)等
の半導体においてはme*とmh*の比は1:10程度、また、Fc
とFvの比は、伝導帯と価電子帯のヘテロ界面でのバンド
不連続量に等しく2:1から1:2程度であるので、(15)式中
のmh*・Fv-me*・Fc)の値は通常正となる。
の半導体においてはme*とmh*の比は1:10程度、また、Fc
とFvの比は、伝導帯と価電子帯のヘテロ界面でのバンド
不連続量に等しく2:1から1:2程度であるので、(15)式中
のmh*・Fv-me*・Fc)の値は通常正となる。
ここで、第２図に電界印加による量子井戸ポテンシャル
の変形量ｘと吸収端の変化量δεの関係を本発明による
場合を実線で、従来の矩形量子井戸での場合(Fc＝Fv＝
０に対応する）を破線で示す。
の変形量ｘと吸収端の変化量δεの関係を本発明による
場合を実線で、従来の矩形量子井戸での場合(Fc＝Fv＝
０に対応する）を破線で示す。
第２図を用いて実際に電圧を積層方向に印加し、量子井
戸層に電界を印加する際の吸収端の変化量について考え
る。電界が０の時はｘが０に対応する。本発明では電界
が０の状態から、量子井戸内の伝導帯下端のエネルギー
最小値が上昇する方向（以下正方向とよぶ）に電界を印
加すると吸収端は長波長化し、負方向に印加すると短波
長化する。しかも、この場合では、従来と同じだけの電
界を印加しｘの値を同じだけ変化させても吸収端の変化
量は非常に大きくとれる。そして電子と正孔の各波動関
数は、第１図(b)よりもわかるように、量子井戸内で伝
送帯下端または価電子帯上端が水平になる程度に大きな
電界を印加しない限りは、反対方向のヘテロ界面に局在
することはなく、重なり積分値の変化は小さい。そのた
め、吸収端を変化させても吸収係数の低下率は小さい。
戸層に電界を印加する際の吸収端の変化量について考え
る。電界が０の時はｘが０に対応する。本発明では電界
が０の状態から、量子井戸内の伝導帯下端のエネルギー
最小値が上昇する方向（以下正方向とよぶ）に電界を印
加すると吸収端は長波長化し、負方向に印加すると短波
長化する。しかも、この場合では、従来と同じだけの電
界を印加しｘの値を同じだけ変化させても吸収端の変化
量は非常に大きくとれる。そして電子と正孔の各波動関
数は、第１図(b)よりもわかるように、量子井戸内で伝
送帯下端または価電子帯上端が水平になる程度に大きな
電界を印加しない限りは、反対方向のヘテロ界面に局在
することはなく、重なり積分値の変化は小さい。そのた
め、吸収端を変化させても吸収係数の低下率は小さい。
さらに、この量子井戸層をｐ型クラッド層とｎ型クラッ
ド層の間に位置させ、しかも禁制帯幅の狭くなっている
方にｐ型クラッド層がある場合では、p-n接合によるい
わゆるビルトイン・ポテシャルにより、外部からの電界
を印加しない場合でも第２図のｘが正の場合に対応する
内部電界が印加されていることになる。この場合で外部
から電界を印加すると、印加電界に対応する吸収端の変
化量はさらに大きくとれることがわかる。
ド層の間に位置させ、しかも禁制帯幅の狭くなっている
方にｐ型クラッド層がある場合では、p-n接合によるい
わゆるビルトイン・ポテシャルにより、外部からの電界
を印加しない場合でも第２図のｘが正の場合に対応する
内部電界が印加されていることになる。この場合で外部
から電界を印加すると、印加電界に対応する吸収端の変
化量はさらに大きくとれることがわかる。
（実施例） 第３図に本発明第１の実施例の光変調器の斜視図を示
す。これは、分子線エピタキシー(MBE)法により製作し
たものである。これは、まずSiドープｎ型GaAs基板31上
に厚さ1.0μｍのSiドープｎ型GaAsバッファー層32、厚
さ2.0μｍのSiドープｎ型Alo.4Ga0.6Asクラッド層33を
積層し、時にAl組成比、ｘを０から0.15まで連続的に変
化させた厚さ100ÅのノンドープAlxGa1-xAs量子井戸層3
4と厚さ80ÅのノンドープAl0.4Ga0.6Asバリヤ層35を交
互に30周期積層し、その上に厚さ2.0μｍのBeドープｐ
型Al0.4Ga0.6Asクラッド層36、厚さ0.5μｍのBeのドー
プｐ型GaAsコンタクト層37を成長して多層構造を製作し
た。次にこれを５×５mm程度の大きさにし、上面、およ
び下面のGaAs層を選択エッチングにより円形に除去し、
それ以外のGaAs層上に電極38を製作したものである。
す。これは、分子線エピタキシー(MBE)法により製作し
たものである。これは、まずSiドープｎ型GaAs基板31上
に厚さ1.0μｍのSiドープｎ型GaAsバッファー層32、厚
さ2.0μｍのSiドープｎ型Alo.4Ga0.6Asクラッド層33を
積層し、時にAl組成比、ｘを０から0.15まで連続的に変
化させた厚さ100ÅのノンドープAlxGa1-xAs量子井戸層3
4と厚さ80ÅのノンドープAl0.4Ga0.6Asバリヤ層35を交
互に30周期積層し、その上に厚さ2.0μｍのBeドープｐ
型Al0.4Ga0.6Asクラッド層36、厚さ0.5μｍのBeのドー
プｐ型GaAsコンタクト層37を成長して多層構造を製作し
た。次にこれを５×５mm程度の大きさにし、上面、およ
び下面のGaAs層を選択エッチングにより円形に除去し、
それ以外のGaAs層上に電極38を製作したものである。
この円形のGaAs層を除去した部分に、垂直方向に光を入
射し、電圧を上記電極間に印加して透過光スペクトルの
電圧依存性を調べた。
射し、電圧を上記電極間に印加して透過光スペクトルの
電圧依存性を調べた。
本実施例においては、ビルトイン・ポテンシャルによ
り、第２図におけるｘ軸の原点がやや左側に移動する状
態に対応しているが、電圧を正方向、つまりｎ側の電極
を接地し、ｐ側の電極に負の電圧を印加した際には吸収
端は長波長化し、逆方向の電圧印加時には短波長化し
た。＋2Vから−2Vまでの電圧を印加した際の吸収端の変
化量は、−6meVから＋3meVであり、吸収端近傍の吸収率
はほとんど変動しなかった。そして、変調特性も良好で
あった。
り、第２図におけるｘ軸の原点がやや左側に移動する状
態に対応しているが、電圧を正方向、つまりｎ側の電極
を接地し、ｐ側の電極に負の電圧を印加した際には吸収
端は長波長化し、逆方向の電圧印加時には短波長化し
た。＋2Vから−2Vまでの電圧を印加した際の吸収端の変
化量は、−6meVから＋3meVであり、吸収端近傍の吸収率
はほとんど変動しなかった。そして、変調特性も良好で
あった。
次に、本発明第２の実施例について説明する。第４図
に、本実施例の多層薄膜構造のバンドの模式図を示す。
この素子構造は、第１の実施例とほとんど同じであるが
但し量子井戸層を、Al組成比ｘが0.15から０になるよう
に製作し、ｐ型GaAs層の方向に量子井戸層の禁制帯幅が
狭くなるようにした。そして、垂直方向に光を入射し
て、吸収端の電圧依存性を調べた。ｎ側電極を接地し、
ｐ側電極に−2Vから＋2Vまで電圧を印加した所、吸収端
は、−10meVから＋7meVまで変化し、同一電圧でも第１
の実施例以上の吸収端の変化が得られた。そして、吸収
端近傍の吸収率も、第１の実施例と同様、電圧印加によ
る変動は少なく、しかも良好な変調特性も得られた。実
際に、＋2Vの電圧印加時の吸収端は、本実施例では約80
5nm、0Vでは約810nm、−2Vでは約814nmであり波長812nm
の光の吸収率をそれぞれの場合について測定した所、3
%,30%,97%となり、＋2Vから−2Vの電圧変化によって得
られる消光比は15dBと非常に良好な値であった。
に、本実施例の多層薄膜構造のバンドの模式図を示す。
この素子構造は、第１の実施例とほとんど同じであるが
但し量子井戸層を、Al組成比ｘが0.15から０になるよう
に製作し、ｐ型GaAs層の方向に量子井戸層の禁制帯幅が
狭くなるようにした。そして、垂直方向に光を入射し
て、吸収端の電圧依存性を調べた。ｎ側電極を接地し、
ｐ側電極に−2Vから＋2Vまで電圧を印加した所、吸収端
は、−10meVから＋7meVまで変化し、同一電圧でも第１
の実施例以上の吸収端の変化が得られた。そして、吸収
端近傍の吸収率も、第１の実施例と同様、電圧印加によ
る変動は少なく、しかも良好な変調特性も得られた。実
際に、＋2Vの電圧印加時の吸収端は、本実施例では約80
5nm、0Vでは約810nm、−2Vでは約814nmであり波長812nm
の光の吸収率をそれぞれの場合について測定した所、3
%,30%,97%となり、＋2Vから−2Vの電圧変化によって得
られる消光比は15dBと非常に良好な値であった。
次に、本発明第３の実施例について説明する。第５図に
本実施例の斜視図を示す。これは気相成長法によりＳド
ープｎ型InP基板51上に厚さ2.0μｍのＳドープｎ型InP
バッファー層52を積層し、次にAs組成比ｘを0.50から0.
60まで連続的に変化させた厚さ120ÅのノンドープIn
0.75Ga0.25AsxP1-x量子井戸層53と厚さ60Åのノンドー
プInPバリヤ層54を交互に６周期積層し、その上に厚さ
2.5μｍのZnドープｐ型InPクラッド層55、厚さ0.5μｍ
のZnドープｐ型InGaAsPコンタクト層56を積層した基板
を製作した。次に、基板の両面に電極57を製作し、そし
て基板上面にCVD法によりSiO2膜を付着させた後、通常
のフォトリソグラフィー法により、1.5μｍ幅のストラ
イプ状にSiO2を残して他のSiO2を除去し、しかる後、Si
O2の付着していない部分をｎ型InPバッファー層52まで
エッチングにより除去してから残っていたSiO2を取りさ
って導波路構造を形成したものである。
本実施例の斜視図を示す。これは気相成長法によりＳド
ープｎ型InP基板51上に厚さ2.0μｍのＳドープｎ型InP
バッファー層52を積層し、次にAs組成比ｘを0.50から0.
60まで連続的に変化させた厚さ120ÅのノンドープIn
0.75Ga0.25AsxP1-x量子井戸層53と厚さ60Åのノンドー
プInPバリヤ層54を交互に６周期積層し、その上に厚さ
2.5μｍのZnドープｐ型InPクラッド層55、厚さ0.5μｍ
のZnドープｐ型InGaAsPコンタクト層56を積層した基板
を製作した。次に、基板の両面に電極57を製作し、そし
て基板上面にCVD法によりSiO2膜を付着させた後、通常
のフォトリソグラフィー法により、1.5μｍ幅のストラ
イプ状にSiO2を残して他のSiO2を除去し、しかる後、Si
O2の付着していない部分をｎ型InPバッファー層52まで
エッチングにより除去してから残っていたSiO2を取りさ
って導波路構造を形成したものである。
この導波路構造に光を入射し、導波された光の透過スペ
クトルの、印加電圧依存性を測定したところ、印加電圧
が＋1V,0V,−1Vの際の吸収端はそれぞれ1295nm,1305nm,
1314nmであった。そして導波路長を200μｍとし、波長1
300nmのレーザ光を入射し、上記電圧を変調して印加し
たところ、＋1V印加時はもとのレーザ光強度の約１％、
−1Vでは70%の光が取り出された。この際の消光比は約1
8dBと非常に優れたものであった。そして、この印加電
圧の変調により光の強度変調を行なったところ、変調可
能であった最高周波数は約3GHzであり、しかもこれは電
極間の寄生容量により決定されたものであって、素子構
造によるものではなかった。
クトルの、印加電圧依存性を測定したところ、印加電圧
が＋1V,0V,−1Vの際の吸収端はそれぞれ1295nm,1305nm,
1314nmであった。そして導波路長を200μｍとし、波長1
300nmのレーザ光を入射し、上記電圧を変調して印加し
たところ、＋1V印加時はもとのレーザ光強度の約１％、
−1Vでは70%の光が取り出された。この際の消光比は約1
8dBと非常に優れたものであった。そして、この印加電
圧の変調により光の強度変調を行なったところ、変調可
能であった最高周波数は約3GHzであり、しかもこれは電
極間の寄生容量により決定されたものであって、素子構
造によるものではなかった。
以上ここでは３つの実施例について述べたが、本発明は
量子井戸層の禁制帯幅が積層方向に関して単調に変化し
てなる、好ましくはｐ型半導体層の方向に狭くなるよう
変化してなることが本質であり、量子井戸での禁制帯幅
の変化のしかた、材料系、半導体成長方法等に何ら限定
されないことは明らかである。そして上記禁制帯幅の変
化の仕方も空間的に直線でなく第６図(a)のように湾曲
していても、第６図(b)のようにステップ状に変化して
いても本質的な効果は同様である。
量子井戸層の禁制帯幅が積層方向に関して単調に変化し
てなる、好ましくはｐ型半導体層の方向に狭くなるよう
変化してなることが本質であり、量子井戸での禁制帯幅
の変化のしかた、材料系、半導体成長方法等に何ら限定
されないことは明らかである。そして上記禁制帯幅の変
化の仕方も空間的に直線でなく第６図(a)のように湾曲
していても、第６図(b)のようにステップ状に変化して
いても本質的な効果は同様である。
（発明の効果） 本発明による光変調器は、低電圧で高い消光比を得るこ
とができ、電圧印加方向の変化により吸収端の短波長
化、長波長化の両方が行なえ、しかも高速変調が可能で
あるという特徴を有する。
とができ、電圧印加方向の変化により吸収端の短波長
化、長波長化の両方が行なえ、しかも高速変調が可能で
あるという特徴を有する。
第１図(a),(b)は本発明の原理を説明するためのバンド
構造を示す模式図である。第２図は量子井戸ポテンシャ
ルの変形量ｘと吸収端の変化量δεの関係を示す図であ
る。第３図は第１の実施例の斜視図である。第４図は第
２の実施例の多層薄膜構造のバンド構造を示す模式図で
ある。第５図は第３実施例の斜視図である。第６図(a),
(b)は量子井戸層内のバンド構造の変形例を示す模式図
である。 図において 11……量子井戸での伝導帯下端のポテンシャルエネルギ
ー変化量 12……量子井戸での価電子帯上端のポテンシャルエネル
ギー変化量 13……電子のエネルギー準位 14……正孔のエネルギー準位 15……量子井戸ポテンシャルの変形を特徴づけるエネル
ギー値 16……電界印加時の電子のエネルギー準位 17……電界印加時の正孔のエネルギー準位 31……ｎ型GaAs基板、32……ｎ型GaAsバッファー層 33……ｎ型Al0.4Ga0.6Asクラッド層 34……ノンドープAlxGa1-xAs(0≦ｘ≦0.15)量子井戸層 35……ノンドープAl0.4Ga0.6Asバリヤ層 36……ｐ型Al0.4Ga0.6Asクラッド層 37……ｐ型GaAsコンタクト層 38……電極、51……ｎ型InP基板 52……ｎ型InPバッファー層 53……ノンドープIn0.75Ga0.25AsxP1-x(0.50≦ｘ≦0.6
0)量子井戸層 54……ノンドープInPバリヤ層 55……ｐ型InPクラッド層 56……ｐ型InGaAsPコンタクト層、57……電極 である。
構造を示す模式図である。第２図は量子井戸ポテンシャ
ルの変形量ｘと吸収端の変化量δεの関係を示す図であ
る。第３図は第１の実施例の斜視図である。第４図は第
２の実施例の多層薄膜構造のバンド構造を示す模式図で
ある。第５図は第３実施例の斜視図である。第６図(a),
(b)は量子井戸層内のバンド構造の変形例を示す模式図
である。 図において 11……量子井戸での伝導帯下端のポテンシャルエネルギ
ー変化量 12……量子井戸での価電子帯上端のポテンシャルエネル
ギー変化量 13……電子のエネルギー準位 14……正孔のエネルギー準位 15……量子井戸ポテンシャルの変形を特徴づけるエネル
ギー値 16……電界印加時の電子のエネルギー準位 17……電界印加時の正孔のエネルギー準位 31……ｎ型GaAs基板、32……ｎ型GaAsバッファー層 33……ｎ型Al0.4Ga0.6Asクラッド層 34……ノンドープAlxGa1-xAs(0≦ｘ≦0.15)量子井戸層 35……ノンドープAl0.4Ga0.6Asバリヤ層 36……ｐ型Al0.4Ga0.6Asクラッド層 37……ｐ型GaAsコンタクト層 38……電極、51……ｎ型InP基板 52……ｎ型InPバッファー層 53……ノンドープIn0.75Ga0.25AsxP1-x(0.50≦ｘ≦0.6
0)量子井戸層 54……ノンドープInPバリヤ層 55……ｐ型InPクラッド層 56……ｐ型InGaAsPコンタクト層、57……電極 である。
Claims (2)
- 【請求項１】電子の平均自由行程以下の膜厚である量子
井戸層となる半導体層が該半導体層の禁制帯幅より大き
な禁制帯幅を有する半導体層に挟まれた量子井戸構造を
少なくとも１つ含む半導体薄膜構造と、該半導体薄膜構
造に積層方向に電界を印加する手段とを有し、さらに前
記量子井戸層の禁制帯幅が積層方向に関して単調に変化
していることを特徴とする光変調器。 - 【請求項２】ｐ型半導体層とｎ型半導体層とで前記半導
体薄膜構造を挟み、かつ、該半導体薄膜構造中の前記量
子井戸層の禁制帯幅が、積層方向に関して前記ｐ型半導
体層に近づくほど狭くなるように変化していることを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の光変調器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60141727A JPH0650366B2 (ja) | 1985-06-28 | 1985-06-28 | 光変調器 |
| US06/878,741 US4727341A (en) | 1985-06-28 | 1986-06-26 | Optical modulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60141727A JPH0650366B2 (ja) | 1985-06-28 | 1985-06-28 | 光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS623220A JPS623220A (ja) | 1987-01-09 |
| JPH0650366B2 true JPH0650366B2 (ja) | 1994-06-29 |
Family
ID=15298802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60141727A Expired - Lifetime JPH0650366B2 (ja) | 1985-06-28 | 1985-06-28 | 光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0650366B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0827446B2 (ja) * | 1986-02-18 | 1996-03-21 | 日本電信電話株式会社 | 量子井戸形光変調器およびその製造方法 |
| JP2670051B2 (ja) * | 1987-07-31 | 1997-10-29 | 日本電信電話株式会社 | 量子井戸型光変調器 |
| JPH01179125A (ja) * | 1988-01-11 | 1989-07-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光空間変調素子 |
| JPH01262523A (ja) * | 1988-04-14 | 1989-10-19 | Fujitsu Ltd | 光半導体素子 |
| IT1232381B (it) * | 1989-01-26 | 1992-02-17 | Cselt Centro Studi Lab Telecom | Modulatore elettro ottico a doppio pozzo quantico |
| US5101294A (en) * | 1990-03-30 | 1992-03-31 | The University Of Connecticut | Surface acoustic wave optical modulator |
| JP2809124B2 (ja) * | 1995-02-09 | 1998-10-08 | 日本電気株式会社 | 光半導体集積素子およびその製造方法 |
| JP2955986B2 (ja) * | 1996-05-22 | 1999-10-04 | 日本電気株式会社 | 半導体光変調器及びその製造方法 |
| JP3904947B2 (ja) * | 2002-03-01 | 2007-04-11 | 三菱電機株式会社 | 光変調器 |
| JPWO2005096463A1 (ja) * | 2004-03-30 | 2008-02-21 | 日本電気株式会社 | 面発光レーザおよびその駆動方法 |
| US7177061B2 (en) * | 2005-05-31 | 2007-02-13 | Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Semiconductor optical modulator having a quantum well structure for increasing effective photocurrent generating capability |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60205421A (ja) * | 1984-02-28 | 1985-10-17 | エクソン リサーチ アンド エンヂニアリング コムパニー | スーパーラテイス電子光学デバイス |
-
1985
- 1985-06-28 JP JP60141727A patent/JPH0650366B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS623220A (ja) | 1987-01-09 |
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