JPH0687107B2 - 非線型光学素子用半導体 - Google Patents
非線型光学素子用半導体Info
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- JPH0687107B2 JPH0687107B2 JP3923787A JP3923787A JPH0687107B2 JP H0687107 B2 JPH0687107 B2 JP H0687107B2 JP 3923787 A JP3923787 A JP 3923787A JP 3923787 A JP3923787 A JP 3923787A JP H0687107 B2 JPH0687107 B2 JP H0687107B2
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- Japan
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- bound
- excitons
- quantum well
- semiconductor
- bound excitons
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、可視光から赤外光領域において大きな非線型
感受率を有し、しかもサブナノ秒で応答する非線型光学
素子用半導体に関するものである。
感受率を有し、しかもサブナノ秒で応答する非線型光学
素子用半導体に関するものである。
これまでGaAs系超格子では準二次元自由励起子の光学的
非線型性が盛んに調べられ、シード（SEED,Self Elect
ro-optic Effect Device）等のデバイスが考えられて
いる。このデバイスは例えば「ミラー等著，応用物理論
文45巻,13頁,1984」（D.A.B.Miller,D.S.Chemla,T.C.Da
men,A.C.Gossard,W.Wiegmann,T.H.Wood and C.A.Burr
us,Appl.Phys.Lett.Vol.45,p.13,1984）に記載されてい
る。ところが、自由励起子を動作媒体として用いる場合
には、スペクトル拡散や空間拡散により飽和入力強度が
高くなる傾向がある。また、バンドフリィング効果を用
いるため、応答時間がナノ秒以上と遅い欠点があった。
非線型性が盛んに調べられ、シード（SEED,Self Elect
ro-optic Effect Device）等のデバイスが考えられて
いる。このデバイスは例えば「ミラー等著，応用物理論
文45巻,13頁,1984」（D.A.B.Miller,D.S.Chemla,T.C.Da
men,A.C.Gossard,W.Wiegmann,T.H.Wood and C.A.Burr
us,Appl.Phys.Lett.Vol.45,p.13,1984）に記載されてい
る。ところが、自由励起子を動作媒体として用いる場合
には、スペクトル拡散や空間拡散により飽和入力強度が
高くなる傾向がある。また、バンドフリィング効果を用
いるため、応答時間がナノ秒以上と遅い欠点があった。
一方、自由励起子のかわりに、不純物の回りに局在化さ
れた束縛励起子を用いると、光学的非線型性が大きくな
り、かつ応答速度も早くなることが知られている。しか
し、束縛励起子の非線型光学的性質を調べたものとして
は、CdSのバルク結晶中のI2束縛励起子を用いた光双安
定性の観測の報告があるのみである。この報告は、例え
ば「シャーフィン等著，米国光学学会誌B2巻,1179頁,19
85」（W.F.Sharfin and M.Dagenais,J.Opt.Soc.Am.B
vol.2,p.1179,1985）に記載されている。この観測で
は束縛励起子の推定密度約1015cm-3に対し、三次の非線
型感受率χ(3)の値は10-4esu程度とかなり大きな値が報
告されている。
れた束縛励起子を用いると、光学的非線型性が大きくな
り、かつ応答速度も早くなることが知られている。しか
し、束縛励起子の非線型光学的性質を調べたものとして
は、CdSのバルク結晶中のI2束縛励起子を用いた光双安
定性の観測の報告があるのみである。この報告は、例え
ば「シャーフィン等著，米国光学学会誌B2巻,1179頁,19
85」（W.F.Sharfin and M.Dagenais,J.Opt.Soc.Am.B
vol.2,p.1179,1985）に記載されている。この観測で
は束縛励起子の推定密度約1015cm-3に対し、三次の非線
型感受率χ(3)の値は10-4esu程度とかなり大きな値が報
告されている。
しかし、この結晶は成長したまま（as grown）のもの
であり、χ(3)の値は用いる材料で決定され、より大き
な望ましいχ(3)の値を持たせることはできない。ま
た、この観測は極低温（2K）でのみなされており、実用
的なデバイスへの応用上必須な室温動作に耐えられる束
縛励起子を動作媒体とする非線型光学素子用半導体は皆
無であった。
であり、χ(3)の値は用いる材料で決定され、より大き
な望ましいχ(3)の値を持たせることはできない。ま
た、この観測は極低温（2K）でのみなされており、実用
的なデバイスへの応用上必須な室温動作に耐えられる束
縛励起子を動作媒体とする非線型光学素子用半導体は皆
無であった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、液体窒素から室温にかけての温
度範囲で動作し、可視光から赤外光領域において大きな
光学的非線型性を有し、しかも応答速度の早い非線型光
学素子を実現するための半導体を提供することにある。
の目的とするところは、液体窒素から室温にかけての温
度範囲で動作し、可視光から赤外光領域において大きな
光学的非線型性を有し、しかも応答速度の早い非線型光
学素子を実現するための半導体を提供することにある。
このような目的を達成するために本発明は、量子井戸構
造をもつ半導体において、量子井戸となる半導体部分の
ほぼ中央部に不純物を添加し、この不純物に付随する束
縛励起子に共鳴する波長で光学的非線型性が生じるよう
にしたものである。
造をもつ半導体において、量子井戸となる半導体部分の
ほぼ中央部に不純物を添加し、この不純物に付随する束
縛励起子に共鳴する波長で光学的非線型性が生じるよう
にしたものである。
本発明に係わる半導体は、束縛励起子により、大きな光
学的非線型性と高速な応答速度とを持つ。
学的非線型性と高速な応答速度とを持つ。
本発明に係わる非線型光学素子用半導体は量子井戸構造
よりなり、その井戸層のほぼ中央部の１〜２原子層にの
み不純物をシート状にドープしたもので構成されている
ことが特徴である。束縛励起子を動作媒体として用いる
と、巨大振動子効果により非線型感受率が増大されるこ
と及び同じ効果により輻射寿命が短くなると等の長所が
あり、速い応答速度をもつ大きな光学的非線型性が実現
される。
よりなり、その井戸層のほぼ中央部の１〜２原子層にの
み不純物をシート状にドープしたもので構成されている
ことが特徴である。束縛励起子を動作媒体として用いる
と、巨大振動子効果により非線型感受率が増大されるこ
と及び同じ効果により輻射寿命が短くなると等の長所が
あり、速い応答速度をもつ大きな光学的非線型性が実現
される。
不純物を量子井戸構造中にシート状にドープして束縛励
起子を作りつけることにより、不均一幅の小さい鋭い束
縛励起子線が実現でき、飽和入力強度が大幅に低減され
る。従来のようにバルク結晶中に一様にドープした場合
には、様々な配置のサイトに不純物が入るため、束縛励
起子準位にばらつきが生じ、特定の波長に共鳴する束縛
励起子の状態密度をさせぐことが難しい。ところが、シ
ート状にドープすると均一度が飛躍的に改善されるの
で、この欠点を克服することができる。結果として、空
間拡散並びにスペクトル拡散が除去され、高効率の非線
型光学素子が達成される。
起子を作りつけることにより、不均一幅の小さい鋭い束
縛励起子線が実現でき、飽和入力強度が大幅に低減され
る。従来のようにバルク結晶中に一様にドープした場合
には、様々な配置のサイトに不純物が入るため、束縛励
起子準位にばらつきが生じ、特定の波長に共鳴する束縛
励起子の状態密度をさせぐことが難しい。ところが、シ
ート状にドープすると均一度が飛躍的に改善されるの
で、この欠点を克服することができる。結果として、空
間拡散並びにスペクトル拡散が除去され、高効率の非線
型光学素子が達成される。
束縛励起子の振動子強度fboundは自由励起子の振動子強
度ffreeに比べて、次の因子だけ増大される。
度ffreeに比べて、次の因子だけ増大される。
fbound/ffree＝｜∫drG（ｒ）|2/v0 ここで、Ｇ（ｒ）は束縛励起子の重心運動の広がりを表
わす波動関数、v0は単位胞の体積である。三次の非線型
感受率χ(3)の場合、両者の比は、 χ(3)bound（Ls）／χ(3)bound（∞） ＝|fbound（Ls）/fbound（∞）|2・Ｃχ（dD） で与えられ、振動子強度の比の二乗に比例することがわ
かる。ここで、ｄは束縛励起子が閉じ込められている空
間の次元性、Lsは系の特徴的なサイズ、Ｃχは束縛励起
子の相関因子である。光学的非線型性は本質的にパウリ
の排他律に基づく励起子間相互作用より生じているの
で、これより派生する相関因子が現れる。
わす波動関数、v0は単位胞の体積である。三次の非線型
感受率χ(3)の場合、両者の比は、 χ(3)bound（Ls）／χ(3)bound（∞） ＝|fbound（Ls）/fbound（∞）|2・Ｃχ（dD） で与えられ、振動子強度の比の二乗に比例することがわ
かる。ここで、ｄは束縛励起子が閉じ込められている空
間の次元性、Lsは系の特徴的なサイズ、Ｃχは束縛励起
子の相関因子である。光学的非線型性は本質的にパウリ
の排他律に基づく励起子間相互作用より生じているの
で、これより派生する相関因子が現れる。
第４図には、束縛励起子の解離エネルギーEDを不純物の
ドープ位置Ｚの関数として図示してある。より高い温度
での動作を可能にするには、井戸層中央部にドープする
のが最も有利であることがわかる。同図でLZは井戸層の
厚さである。
ドープ位置Ｚの関数として図示してある。より高い温度
での動作を可能にするには、井戸層中央部にドープする
のが最も有利であることがわかる。同図でLZは井戸層の
厚さである。
第５図には、束縛励起子の振動子強度ｆをやはり不純物
のドープ位置Ｚの関数として図示した。束縛励起子の重
心運動の広がりは井戸層中央部にドープされた時が最も
大きく、その翼下にあるすべての単位胞がコヒーレント
に光励起に寄与するので、振動子強度は最大となる。
のドープ位置Ｚの関数として図示した。束縛励起子の重
心運動の広がりは井戸層中央部にドープされた時が最も
大きく、その翼下にあるすべての単位胞がコヒーレント
に光励起に寄与するので、振動子強度は最大となる。
同様に三次の非線型感受率χ(3)も、第６図に示すよう
に、不純物のドープ位置Ｚに依存し、井戸層中央部で最
大値をとる。
に、不純物のドープ位置Ｚに依存し、井戸層中央部で最
大値をとる。
従って、束縛励起子の解離エネルギー及び光学的非線型
性の増大の観点より最も望ましいドーピングの位置は量
子井戸層の中央部であることがわかる。量子井戸層中央
部の１〜２原子層にのみドープするだけでも、ドーピン
グの体積密度はかなり高くなり、χ(3)の絶対値は一様
なドーピングの場合に比べてかなり増強される。更に、
ドープする原子層数および量子井戸層の厚さを制御する
ことにより、望ましいχ(3)の値をもつ半導体の形成が
可能となる。このように精密なドーピングの位置制御は
シート状ドーピングの技術でのみ可能である。
性の増大の観点より最も望ましいドーピングの位置は量
子井戸層の中央部であることがわかる。量子井戸層中央
部の１〜２原子層にのみドープするだけでも、ドーピン
グの体積密度はかなり高くなり、χ(3)の絶対値は一様
なドーピングの場合に比べてかなり増強される。更に、
ドープする原子層数および量子井戸層の厚さを制御する
ことにより、望ましいχ(3)の値をもつ半導体の形成が
可能となる。このように精密なドーピングの位置制御は
シート状ドーピングの技術でのみ可能である。
なお、シート状ドープにより、束縛励起子を量子井戸構
造内に閉じ込めると、井戸層の厚さLZが束縛励起子の重
心運動のひろがり（これは励起子のボーア半径と同程
度）よりも小さい場合には次元性の効果が現れ、振動子
強度が更に増強される。この様子を第７図に示す。第７
図において、横軸は層厚LZをボーア半径aBで規格化した
もので、縦軸は量子井戸構造中の束縛励起子の振動子強
度fbound（LS）をバルク結晶中の同じものfbound（∞）
で規格化したものを表わす。輻射寿命は振動子強度に逆
比例するので、LZが小さい場合には次元性の効果により
輻射寿命が短くなる。吸収飽和型の光学的非線型性の応
答時間は縦緩和時間によりきまるが、今の場合、これは
ほぼ輻射寿命に等しいと考えられるので、LZが小さい時
には応答速度が速くなる。三次の非線型感受率χ(3)は
振動子強度の二乗に比例することが理論的に示されるの
で、層厚に対する依存性は第８図に示すように第７図よ
りも急峻なものとなる。第８図はLZ/aBに対してバルク
結晶中の束縛励起子の非線型感受率χ(3)bound（∞）で
規格化した量子井戸構造中の同じものχ(3)bound（LZ）
を示したものである。従って、量子井戸層の厚さが薄い
程、光学的非線型性は大きくしかも応答速度も速くな
る。
造内に閉じ込めると、井戸層の厚さLZが束縛励起子の重
心運動のひろがり（これは励起子のボーア半径と同程
度）よりも小さい場合には次元性の効果が現れ、振動子
強度が更に増強される。この様子を第７図に示す。第７
図において、横軸は層厚LZをボーア半径aBで規格化した
もので、縦軸は量子井戸構造中の束縛励起子の振動子強
度fbound（LS）をバルク結晶中の同じものfbound（∞）
で規格化したものを表わす。輻射寿命は振動子強度に逆
比例するので、LZが小さい場合には次元性の効果により
輻射寿命が短くなる。吸収飽和型の光学的非線型性の応
答時間は縦緩和時間によりきまるが、今の場合、これは
ほぼ輻射寿命に等しいと考えられるので、LZが小さい時
には応答速度が速くなる。三次の非線型感受率χ(3)は
振動子強度の二乗に比例することが理論的に示されるの
で、層厚に対する依存性は第８図に示すように第７図よ
りも急峻なものとなる。第８図はLZ/aBに対してバルク
結晶中の束縛励起子の非線型感受率χ(3)bound（∞）で
規格化した量子井戸構造中の同じものχ(3)bound（LZ）
を示したものである。従って、量子井戸層の厚さが薄い
程、光学的非線型性は大きくしかも応答速度も速くな
る。
以上に述べた束縛励起子の振動子強度および光学的非線
型性の増強は、本質的に媒質の次元性による励起子の閉
じ込め効果に基づいており、必ずしも通常の二次元的な
量子井戸構造に限られることはない。むしろ、量子細線
や量子ドットのように、一次元的または零次元的な量子
井戸構造においては、励起子の閉じ込めはより効果的に
なるので、上の次元性の効果はより一層増強される。こ
の様子を見るため、三次の非線型感受率の増強因子が次
元性にどのように依存するかを第９図に概念的に示す。
これより、媒質の次元を１つ下げるたびに、非線型感受
率は一桁程度ずつ増強されることがわかる。量子井戸構
造の次元を二次元的なもの（曲線S1）から、量子細線の
ように一次元的なもの（曲線S2）、等に量子ドットのよ
うに零次元的なもの（曲線S3）へと次元を下げていく
と、励起子が動き回れる空間がせばめられ、実空間での
反発的相関が強くなる。この結果として、光学的非線型
性が増強される。実際、束縛励起子が閉じ込められてい
る空間の次元性をd,系の特徴的なサイズをLSとすると、 χ(3)bound（Ls）／χ(3)bound（∞） ＝|fbound（Ls）/fbound（∞）|2・Ｃχ（dD） となることが示される。これらの典型的な振舞いを第７
図〜第９図に示した。励起子の振動子強度は、それを構
成する電子および正孔の空間的重なりに比例するので、
狭い空間に閉じ込められれば、当然の帰結として、振動
子強度は増大し、従って、それに逆比例する輻射寿命は
短くなり、高速応答が可能になる。
型性の増強は、本質的に媒質の次元性による励起子の閉
じ込め効果に基づいており、必ずしも通常の二次元的な
量子井戸構造に限られることはない。むしろ、量子細線
や量子ドットのように、一次元的または零次元的な量子
井戸構造においては、励起子の閉じ込めはより効果的に
なるので、上の次元性の効果はより一層増強される。こ
の様子を見るため、三次の非線型感受率の増強因子が次
元性にどのように依存するかを第９図に概念的に示す。
これより、媒質の次元を１つ下げるたびに、非線型感受
率は一桁程度ずつ増強されることがわかる。量子井戸構
造の次元を二次元的なもの（曲線S1）から、量子細線の
ように一次元的なもの（曲線S2）、等に量子ドットのよ
うに零次元的なもの（曲線S3）へと次元を下げていく
と、励起子が動き回れる空間がせばめられ、実空間での
反発的相関が強くなる。この結果として、光学的非線型
性が増強される。実際、束縛励起子が閉じ込められてい
る空間の次元性をd,系の特徴的なサイズをLSとすると、 χ(3)bound（Ls）／χ(3)bound（∞） ＝|fbound（Ls）/fbound（∞）|2・Ｃχ（dD） となることが示される。これらの典型的な振舞いを第７
図〜第９図に示した。励起子の振動子強度は、それを構
成する電子および正孔の空間的重なりに比例するので、
狭い空間に閉じ込められれば、当然の帰結として、振動
子強度は増大し、従って、それに逆比例する輻射寿命は
短くなり、高速応答が可能になる。
以上述べたように、量子井戸構造をもつ半導体におい
て、量子井戸となる半導体部分のほぼ中央部に不純物を
添加し非線型光学素子用半導体は、束縛励起子のために
大きな光学的非線型性と高速な応答速度とをもち、束縛
励起子に共鳴する波長で動作させることにより、低い光
入力で高速応答の非線型光学素子を実現できる。ここで
用いる量子井戸構造を形成する半導体としては、良く知
られているIII−Ｖ族やII−VI族化合物半導体を用いる
ことができる。
て、量子井戸となる半導体部分のほぼ中央部に不純物を
添加し非線型光学素子用半導体は、束縛励起子のために
大きな光学的非線型性と高速な応答速度とをもち、束縛
励起子に共鳴する波長で動作させることにより、低い光
入力で高速応答の非線型光学素子を実現できる。ここで
用いる量子井戸構造を形成する半導体としては、良く知
られているIII−Ｖ族やII−VI族化合物半導体を用いる
ことができる。
第１の実施例として、GaAsとAlGaAsとで構成される量子
井戸構造について説明する。GaAsとAlGaAsとで構成され
る量子井戸構造において、井戸層であるGaAs中にドープ
される中性アクセプタとしては、Be,Mg,Zn,Cd,C,Si,Ge
などがあり、特に深い束縛励起子準位を作るものとし
て、Sn,Coなどが考えられ、後者は室温でも解離しな
い。一方、中性ドナーとしては、Ｏ（酸素）が深い束縛
励起子準位を作る（解離エネルギーは26.5meV）ので、
室温動作が可能である（解離エネルギーが大きいほど高
温まで動作可能になる）。
井戸構造について説明する。GaAsとAlGaAsとで構成され
る量子井戸構造において、井戸層であるGaAs中にドープ
される中性アクセプタとしては、Be,Mg,Zn,Cd,C,Si,Ge
などがあり、特に深い束縛励起子準位を作るものとし
て、Sn,Coなどが考えられ、後者は室温でも解離しな
い。一方、中性ドナーとしては、Ｏ（酸素）が深い束縛
励起子準位を作る（解離エネルギーは26.5meV）ので、
室温動作が可能である（解離エネルギーが大きいほど高
温まで動作可能になる）。
これらの不純物の一種または複数種を同時にシート状に
ドープした半導体の概念図を第１図に示す。第１図にお
いて、ＡはGaAs層、ＢはAlGaAs層、１はシート状にドー
プした不純物である。これらの不純物１に付随する束縛
励起子の重心運動の半径は概ね数十Åであると考えられ
るので（不純物間の間隔が数十Å以上になると重心運動
は重なり合わず、不純物の回りに束縛励起子が局在する
確率が高くなる）、最大のドーピング面密度は約1012cm
-2と見積もられ、量子井戸層の厚さを100Åとすると、
このときχ(3)は10-3esu程度の値が得られる。しかも、
束縛励起子の輻射寿命は１ナノ秒からサブナノ秒である
ので、高速で応答する大きい光学的非線型性をもつ半導
体が得られる。
ドープした半導体の概念図を第１図に示す。第１図にお
いて、ＡはGaAs層、ＢはAlGaAs層、１はシート状にドー
プした不純物である。これらの不純物１に付随する束縛
励起子の重心運動の半径は概ね数十Åであると考えられ
るので（不純物間の間隔が数十Å以上になると重心運動
は重なり合わず、不純物の回りに束縛励起子が局在する
確率が高くなる）、最大のドーピング面密度は約1012cm
-2と見積もられ、量子井戸層の厚さを100Åとすると、
このときχ(3)は10-3esu程度の値が得られる。しかも、
束縛励起子の輻射寿命は１ナノ秒からサブナノ秒である
ので、高速で応答する大きい光学的非線型性をもつ半導
体が得られる。
次に、第２の実施例として、GaPとAlGaPとで構成される
量子井戸構造について説明する。GaPとAlGaPとで構成さ
れる量子井戸構造において、井戸層であるGaP中にドー
プされる中性ドナーとしては、S,Se,Te,Si,Ge,SnLiなど
があり、これらに付随する束縛励起子はいずれも解離エ
ネルギーが数十meVなので、室温でも十分安定である。
一方、中性アクセプタとしては、C,Be,Mg,Zn,Cdなどが
あるが、これらに付随する束縛励起子の解離エネルギー
は７〜8meVなので、液体窒素温度以下の低温動作が必要
である。さらに、窒素をドープ（シート状でない）した
GaPにおいては、ドープされた窒素が等電子トラップと
して働くため、可視光領域での発光素子として用いられ
てきた。この共鳴は極めて鋭いので、光学的非線型性も
大きい。量子井戸構造中にこれらの不純物の一種または
複数種を同時にシート状にドープすることにより、この
ような等電子トラップまたは束縛励起子を高密度に作っ
たものは、高効率の非線型光学材料となる。
量子井戸構造について説明する。GaPとAlGaPとで構成さ
れる量子井戸構造において、井戸層であるGaP中にドー
プされる中性ドナーとしては、S,Se,Te,Si,Ge,SnLiなど
があり、これらに付随する束縛励起子はいずれも解離エ
ネルギーが数十meVなので、室温でも十分安定である。
一方、中性アクセプタとしては、C,Be,Mg,Zn,Cdなどが
あるが、これらに付随する束縛励起子の解離エネルギー
は７〜8meVなので、液体窒素温度以下の低温動作が必要
である。さらに、窒素をドープ（シート状でない）した
GaPにおいては、ドープされた窒素が等電子トラップと
して働くため、可視光領域での発光素子として用いられ
てきた。この共鳴は極めて鋭いので、光学的非線型性も
大きい。量子井戸構造中にこれらの不純物の一種または
複数種を同時にシート状にドープすることにより、この
ような等電子トラップまたは束縛励起子を高密度に作っ
たものは、高効率の非線型光学材料となる。
次に、第３の実施例として、II−VI族化合物半導体で構
成される量子井戸構造について説明する。II−VI族化合
物半導体で構成される量子井戸構造において、上記と同
様に量子井戸層となるCdS,CdSe,ZnSeなどの半導体中に
不純物をシート状にドープすることによって、均一でか
つ高密度の束縛励起子を作ることにより、速い応答速度
と大きな光学的非線型性をもつ半導体が形成できる。一
例としてCdSの場合、I2束縛励起子の重心運動の半径は
約17Åなので、最大のドーピング面密度は1013cm-2と見
積もられ、量子井戸層の厚さを100Åとすると、χ(3)は
1esu程度と極めて大きくなる。しかも、束縛励起子の輻
射寿命はサブナノ秒なので、応答速度も速い。
成される量子井戸構造について説明する。II−VI族化合
物半導体で構成される量子井戸構造において、上記と同
様に量子井戸層となるCdS,CdSe,ZnSeなどの半導体中に
不純物をシート状にドープすることによって、均一でか
つ高密度の束縛励起子を作ることにより、速い応答速度
と大きな光学的非線型性をもつ半導体が形成できる。一
例としてCdSの場合、I2束縛励起子の重心運動の半径は
約17Åなので、最大のドーピング面密度は1013cm-2と見
積もられ、量子井戸層の厚さを100Åとすると、χ(3)は
1esu程度と極めて大きくなる。しかも、束縛励起子の輻
射寿命はサブナノ秒なので、応答速度も速い。
上記第１実施例〜第３実施例はいずれも二次元的な量子
井戸構造に関するものであるが、これらを一次元的およ
び零次元的な量子井戸構造すなわち量子細線や量子ドッ
トに拡張することにより、より大きな光学的非線型性お
よびより速い応答速度を持つ半導体が実現されること
は、前述の説明により有らかであろう。量子細線や量子
ドットに不純物をドープした半導体の概念図をそれぞれ
第２図および第３図に示す。第２図において、２は不純
物、ＡはGaAs層、ＢはAlGaAs層である。また、第３図に
おいて、３は球の中心にドープされた不純物は、ＡはGa
As層、ＢはAlGaAs層である。
井戸構造に関するものであるが、これらを一次元的およ
び零次元的な量子井戸構造すなわち量子細線や量子ドッ
トに拡張することにより、より大きな光学的非線型性お
よびより速い応答速度を持つ半導体が実現されること
は、前述の説明により有らかであろう。量子細線や量子
ドットに不純物をドープした半導体の概念図をそれぞれ
第２図および第３図に示す。第２図において、２は不純
物、ＡはGaAs層、ＢはAlGaAs層である。また、第３図に
おいて、３は球の中心にドープされた不純物は、ＡはGa
As層、ＢはAlGaAs層である。
以上説明したように本発明は、量子井戸となる半導体部
分のほぼ中央部に不純物を添加したことにより、この不
純物に付随する束縛励起子に共鳴する波長で光学的非線
型性を生じさせることができ、高速の応答速度をもたせ
ることができるので、低い光入力で高速応答の非線型光
学素子を実現できる効果がある。
分のほぼ中央部に不純物を添加したことにより、この不
純物に付随する束縛励起子に共鳴する波長で光学的非線
型性を生じさせることができ、高速の応答速度をもたせ
ることができるので、低い光入力で高速応答の非線型光
学素子を実現できる効果がある。
第１図は井戸層中央部に不純物をシート状にドープした
GaAs/AlGaAs量子井戸構造の概念図、第２図は不純物を
線状にドープした量子細線構造の概念図、第３図は不純
物を点状にドープした量子ドット構造の概念図、第４
図，第５図および第６図は量子井戸構造中の束縛励起子
について解離エネルギー，振動子強度および三次の非線
型感受率の相対値をドーピングの位置の関数として示す
グラフ、第７図は量子井戸構造中の束縛励起子の振動子
強度をバルク結晶中の束縛励起子の振動子強度で規格化
したものを示すグラフ、第８図は量子井戸構造中の束縛
励起子の三次の非線型感受率をバルク結晶中の束縛励起
子の三次の非線型感受率で規格化したものを示すグラ
フ、第９図は三次の非線型感受率の増強因子が系のサイ
ズにどのように依存するかを媒質の次元性について示す
グラフである。 1,2,3……不純物、Ａ……GaAs層、Ｂ……AlGaAs層。
GaAs/AlGaAs量子井戸構造の概念図、第２図は不純物を
線状にドープした量子細線構造の概念図、第３図は不純
物を点状にドープした量子ドット構造の概念図、第４
図，第５図および第６図は量子井戸構造中の束縛励起子
について解離エネルギー，振動子強度および三次の非線
型感受率の相対値をドーピングの位置の関数として示す
グラフ、第７図は量子井戸構造中の束縛励起子の振動子
強度をバルク結晶中の束縛励起子の振動子強度で規格化
したものを示すグラフ、第８図は量子井戸構造中の束縛
励起子の三次の非線型感受率をバルク結晶中の束縛励起
子の三次の非線型感受率で規格化したものを示すグラ
フ、第９図は三次の非線型感受率の増強因子が系のサイ
ズにどのように依存するかを媒質の次元性について示す
グラフである。 1,2,3……不純物、Ａ……GaAs層、Ｂ……AlGaAs層。
Claims (1)
- 【請求項１】量子井戸構造をもつ半導体において、量子
井戸となる半導体部分のほぼ中央部に不純物を添加した
ことを特徴とする非線型光学素子用半導体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3923787A JPH0687107B2 (ja) | 1987-02-24 | 1987-02-24 | 非線型光学素子用半導体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3923787A JPH0687107B2 (ja) | 1987-02-24 | 1987-02-24 | 非線型光学素子用半導体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63206726A JPS63206726A (ja) | 1988-08-26 |
| JPH0687107B2 true JPH0687107B2 (ja) | 1994-11-02 |
Family
ID=12547524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3923787A Expired - Fee Related JPH0687107B2 (ja) | 1987-02-24 | 1987-02-24 | 非線型光学素子用半導体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0687107B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02101435A (ja) * | 1988-10-11 | 1990-04-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非線形光学材料およびその製造方法 |
| JP2918235B2 (ja) * | 1989-01-31 | 1999-07-12 | 富士通株式会社 | 非線形光学材料 |
| JPH0328831A (ja) * | 1989-06-26 | 1991-02-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非線形光学薄膜 |
| JP5023419B2 (ja) | 2001-07-10 | 2012-09-12 | 日本電気株式会社 | 半導体量子ドット・デバイス |
| WO2011069140A2 (en) * | 2009-12-04 | 2011-06-09 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Semiconductor material doping |
| CN104267641A (zh) * | 2014-09-27 | 2015-01-07 | 成都思迈科技发展有限责任公司 | 高精度总线转换器 |
| JP6570115B2 (ja) * | 2015-07-24 | 2019-09-04 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 単電子トランジスタ及びその製造方法並びに集積回路 |
-
1987
- 1987-02-24 JP JP3923787A patent/JPH0687107B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63206726A (ja) | 1988-08-26 |
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