JPH07117674B2 - 量子井戸型非線形光学薄膜 - Google Patents
量子井戸型非線形光学薄膜Info
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- JPH07117674B2 JPH07117674B2 JP62058988A JP5898887A JPH07117674B2 JP H07117674 B2 JPH07117674 B2 JP H07117674B2 JP 62058988 A JP62058988 A JP 62058988A JP 5898887 A JP5898887 A JP 5898887A JP H07117674 B2 JPH07117674 B2 JP H07117674B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、量子井戸構造を有する非線形光学薄膜におい
て、井戸層の一部をｎ型又はｐ型にすることによって、
量子井戸構造のポテンシャル形状から反転対称性をなく
したことにより、非共振型（non−resonance type）の
２次の非線形光学効果を生じさせることを可能にし、す
なわち温度および波長マージンの大きな非線形光学材料
を実現したものである。
て、井戸層の一部をｎ型又はｐ型にすることによって、
量子井戸構造のポテンシャル形状から反転対称性をなく
したことにより、非共振型（non−resonance type）の
２次の非線形光学効果を生じさせることを可能にし、す
なわち温度および波長マージンの大きな非線形光学材料
を実現したものである。
本発明は、その非線形光学効果を利用して光変調器等の
各種光学素子に使用される非線形光学薄膜に係り、特に
は井戸層とバリア層とからなる量子井戸構造を有する量
子井戸型非線形光学薄膜に関する。
各種光学素子に使用される非線形光学薄膜に係り、特に
は井戸層とバリア層とからなる量子井戸構造を有する量
子井戸型非線形光学薄膜に関する。
従来の非線形光学材料としては、LiNbO3が最も良く知ら
れているが、その他にも、量子井戸構造を有するIII−
Ｖ族もしくはII−VI族の化合物が知られている。
れているが、その他にも、量子井戸構造を有するIII−
Ｖ族もしくはII−VI族の化合物が知られている。
ところが、上記LiNbO3は電気光学定数が小さく、このこ
とは、LiNbO3を用いた光学素子を実用化しようとする場
合の大きな難点となっていた。
とは、LiNbO3を用いた光学素子を実用化しようとする場
合の大きな難点となっていた。
一方、量子井戸構造を有する上記化合物は、大きな電気
光学定数を持ってはいるが、光吸収の変化を利用した共
振型（resonance type）の非線形光学効果であるため、
温度変化および波長変化に敏感であるという欠点があっ
た。
光学定数を持ってはいるが、光吸収の変化を利用した共
振型（resonance type）の非線形光学効果であるため、
温度変化および波長変化に敏感であるという欠点があっ
た。
本発明は、上記問題点に鑑み、温度および波長マージン
の大きい、非共振型（non−resonance type）の非線形
光学効果を得ることのできる量子井戸型非線形光学薄膜
を提供することを目的とする。
の大きい、非共振型（non−resonance type）の非線形
光学効果を得ることのできる量子井戸型非線形光学薄膜
を提供することを目的とする。
本発明の量子井戸型非線形光学薄膜は、井戸層の一部を
ｎ型又はｐ型にすることによって、量子井戸構造のポテ
ンシャル形状から反転対称性をなくしたことを特徴とす
るものである。
ｎ型又はｐ型にすることによって、量子井戸構造のポテ
ンシャル形状から反転対称性をなくしたことを特徴とす
るものである。
最近、ある特定の有機物質（例えば第４図（ａ）に示す
ようなSPCD等）が非常に大きな非線形光学効果を有する
ということが、本発明者らによって見出された。このよ
うな有機物質と量子井戸構造とは、互いに対応して考え
ることができる。その対応関係を第４図（ｂ）に示す。
ようなSPCD等）が非常に大きな非線形光学効果を有する
ということが、本発明者らによって見出された。このよ
うな有機物質と量子井戸構造とは、互いに対応して考え
ることができる。その対応関係を第４図（ｂ）に示す。
同図において、有機物質のπ電子雲は、量子井戸構造の
井戸層に閉じ込められた電子雲に対応する。有機物質に
おいては、そのπ電子雲に反転対称性があると、２次の
非線形光学効果〔例えば電気光学効果や第２高調波発生
（SHG）等〕が生じない。そこで、第４図（ａ）の分子
式に示すように枝を設けて、反転対称性を崩している。
これと同様に、量子井戸構造においても、そのポテンシ
ャル形状に反転対称性があると（第４図（ｂ）に示した
２つの井戸層には、一点鎖線に対して反転対称性が見ら
れる）、前述した共振型の非線形光学効果は生じるが、
非共振型の２次の非線形光学効果は生じない。
井戸層に閉じ込められた電子雲に対応する。有機物質に
おいては、そのπ電子雲に反転対称性があると、２次の
非線形光学効果〔例えば電気光学効果や第２高調波発生
（SHG）等〕が生じない。そこで、第４図（ａ）の分子
式に示すように枝を設けて、反転対称性を崩している。
これと同様に、量子井戸構造においても、そのポテンシ
ャル形状に反転対称性があると（第４図（ｂ）に示した
２つの井戸層には、一点鎖線に対して反転対称性が見ら
れる）、前述した共振型の非線形光学効果は生じるが、
非共振型の２次の非線形光学効果は生じない。
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、上
述したようり量子井戸構造のポテンシャル形状から反転
対称性をなくすようにすれば、上記有機物質と同様に非
共振型の２次の非線形光学効果を生じさせることができ
る。よって、非常に大きな非線形光学効果を有し、しか
も温度および波長マージンの大きい非線形光学物質が実
現される。
述したようり量子井戸構造のポテンシャル形状から反転
対称性をなくすようにすれば、上記有機物質と同様に非
共振型の２次の非線形光学効果を生じさせることができ
る。よって、非常に大きな非線形光学効果を有し、しか
も温度および波長マージンの大きい非線形光学物質が実
現される。
以下、本発明の実施例及びその参考例となる構成例につ
いて、図面を参照しながら説明する。
いて、図面を参照しながら説明する。
第１図（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施例を説明す
る上で参考となる第１の構成例に係る量子井戸構造を示
す模式図である。本構成例は、井戸層のポテンシャル形
状を階段状に傾斜させることによって、反転対称性を崩
したものである。このような階段状の傾斜は、階段を構
成する一方の井戸層W1ともう一方の井戸層W2とを、別々
の材料で形成することによって得られる。同図（ａ）
は、バリア層をZnSで、井戸層W1をZnSeで、井戸層W2をC
dTeで、それぞれ形成したものである。同図（ｂ）は、
バリア層をZnSで、井戸層W1をZnTeで、井戸層W2をCdSe
で、それぞれ形成したものである。
る上で参考となる第１の構成例に係る量子井戸構造を示
す模式図である。本構成例は、井戸層のポテンシャル形
状を階段状に傾斜させることによって、反転対称性を崩
したものである。このような階段状の傾斜は、階段を構
成する一方の井戸層W1ともう一方の井戸層W2とを、別々
の材料で形成することによって得られる。同図（ａ）
は、バリア層をZnSで、井戸層W1をZnSeで、井戸層W2をC
dTeで、それぞれ形成したものである。同図（ｂ）は、
バリア層をZnSで、井戸層W1をZnTeで、井戸層W2をCdSe
で、それぞれ形成したものである。
第２図（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施例を説明す
る上で参考となる第２の構成例に係る量子井戸構造を示
す模式図である。本構成例は、井戸層のポテンシャル形
状を連続的に徐々に傾斜させることによって、反転対称
性をなくしたものである。このような連続的な傾斜は、
井戸層の組成を徐々に変えていくことによって得られ
る。
る上で参考となる第２の構成例に係る量子井戸構造を示
す模式図である。本構成例は、井戸層のポテンシャル形
状を連続的に徐々に傾斜させることによって、反転対称
性をなくしたものである。このような連続的な傾斜は、
井戸層の組成を徐々に変えていくことによって得られ
る。
同図（ａ）は、バリア層をZnSで形成し、井戸層をZnSe
とCdTeの混晶で形成したものである。（ただし、井戸層
におけるZnSeとCdTeの比率は、同図の左方でZnSeが大き
く、右方でCdTeが大きくなるようにしている）。
とCdTeの混晶で形成したものである。（ただし、井戸層
におけるZnSeとCdTeの比率は、同図の左方でZnSeが大き
く、右方でCdTeが大きくなるようにしている）。
第３図（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施例に係る量
子井戸構造を示す模式図である。本実施例は、ドーピン
グにより、井戸層の一部をｐ型とｎ型にして、反転対称
性を崩したものである。同図（ａ）は、ZnSでバリア層
を形成すると共に、ZnSeの井戸層にZnとSeを別々にドー
ピングすることによって、それぞれｎ型、ｐ型の井戸層
W1、W2を形成したものである。同図（ｂ）は、井戸層を
CdTeで形成すると共に、これに隣接した一方のバリア層
B1をZnSeにZnをドーピングすることによって形成し、も
う一方のバリア層B2をZnSeにSeをドーピングすることに
よって形成したものである。このようにすると、井戸層
内に、これと隣接したバリア層B1、B2からそれぞれ電子
（黒丸で示す）、ホール（白丸で示す）が供給されるこ
とになり、その結果、井戸層の一部にｐ型とｎ型ができ
る。このような、いわゆるトランスファードーピングを
利用すれば、井戸層の膜質を損なうことなくドーピング
することができる。なお、本実施例では井戸層内のｐ型
とｎ型の双方を形成したが、ｐ型、ｎ型のいずれか一方
だけであってもよい。
子井戸構造を示す模式図である。本実施例は、ドーピン
グにより、井戸層の一部をｐ型とｎ型にして、反転対称
性を崩したものである。同図（ａ）は、ZnSでバリア層
を形成すると共に、ZnSeの井戸層にZnとSeを別々にドー
ピングすることによって、それぞれｎ型、ｐ型の井戸層
W1、W2を形成したものである。同図（ｂ）は、井戸層を
CdTeで形成すると共に、これに隣接した一方のバリア層
B1をZnSeにZnをドーピングすることによって形成し、も
う一方のバリア層B2をZnSeにSeをドーピングすることに
よって形成したものである。このようにすると、井戸層
内に、これと隣接したバリア層B1、B2からそれぞれ電子
（黒丸で示す）、ホール（白丸で示す）が供給されるこ
とになり、その結果、井戸層の一部にｐ型とｎ型ができ
る。このような、いわゆるトランスファードーピングを
利用すれば、井戸層の膜質を損なうことなくドーピング
することができる。なお、本実施例では井戸層内のｐ型
とｎ型の双方を形成したが、ｐ型、ｎ型のいずれか一方
だけであってもよい。
以上のように、上記の実施例では、井戸層のポテンシャ
ル形状が反転対称性を持たないので、非共振型の大きな
非線形光学効果を得ることができる。
ル形状が反転対称性を持たないので、非共振型の大きな
非線形光学効果を得ることができる。
なお、本発明の量子井戸型非線形光学薄膜の材料として
は、上述したようなII−VI族化合物（例えばZnS,ZnSe,Z
nTe,CdS,CdSe,CdTe,これらの混晶等の中から選択された
もの）を用いることができる。また、この他にも、III
−Ｖ族化合物（例えばGaAs,AlAs,GaP,InP,これらの混晶
等の中から選択されたもの）を用いることもできる。
は、上述したようなII−VI族化合物（例えばZnS,ZnSe,Z
nTe,CdS,CdSe,CdTe,これらの混晶等の中から選択された
もの）を用いることができる。また、この他にも、III
−Ｖ族化合物（例えばGaAs,AlAs,GaP,InP,これらの混晶
等の中から選択されたもの）を用いることもできる。
また、上述したような量子井戸構造は、MOCVD法、MBE
（Molecular Beam Epitaxy）法、ALE（Atomic Layer Ep
itaxy）法等により作製できる。作製された薄膜の膜質
は、必ずしも単結晶である必要はなく、多結晶質あるい
は非晶質であってもよい。
（Molecular Beam Epitaxy）法、ALE（Atomic Layer Ep
itaxy）法等により作製できる。作製された薄膜の膜質
は、必ずしも単結晶である必要はなく、多結晶質あるい
は非晶質であってもよい。
更に、本発明に係る量子井戸構造のポテンシャル形状
は、上述した実施例の形状に限定されることはなく、反
転対称性を持たない他の様々な形状が考えられる。
は、上述した実施例の形状に限定されることはなく、反
転対称性を持たない他の様々な形状が考えられる。
本発明によれば、従来は共振型の非線形光学効果しか得
られなかった量子井戸型非線形光学薄膜においても、井
戸層の一部をｎ型又はｐ型にすることによって、ポテン
シャル形状の反転対称性を崩したことにより、非共振型
の非線形光学効果を生じさせることができるようにな
り、よって温度及び波長の変化に敏感でない、すなわち
温度および波長マージンの大きい非線形光学材料を実現
できるようになった。
られなかった量子井戸型非線形光学薄膜においても、井
戸層の一部をｎ型又はｐ型にすることによって、ポテン
シャル形状の反転対称性を崩したことにより、非共振型
の非線形光学効果を生じさせることができるようにな
り、よって温度及び波長の変化に敏感でない、すなわち
温度および波長マージンの大きい非線形光学材料を実現
できるようになった。
第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例を説明する上
で参考となる第１の構成例に係る量子井戸構造を示す模
式図、 第２図（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例を説明する上
で参考となる第２の構成例に係る量子井戸構造を示す模
式図、 第３図（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例に係る量子井
戸構造を示す模式図、 第４図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、有機物質（SPCD）の
分子式を示す図と、有機物質と量子井戸構造との対応関
係を示す模式図である。
で参考となる第１の構成例に係る量子井戸構造を示す模
式図、 第２図（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例を説明する上
で参考となる第２の構成例に係る量子井戸構造を示す模
式図、 第３図（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例に係る量子井
戸構造を示す模式図、 第４図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、有機物質（SPCD）の
分子式を示す図と、有機物質と量子井戸構造との対応関
係を示す模式図である。
Claims (8)
- 【請求項１】井戸層とバリア層とからなる量子井戸構造
を有する量子井戸型非線形光学薄膜において、 前記井戸層の一部をｎ型又はｐ型にすることによって、
前記量子井戸構造のポテンシャル形状から反転対称性を
なくしたことを特徴とする量子井戸型非線形光学薄膜。 - 【請求項２】前記井戸層の一部をｎ型にし、他の一部を
ｐ型にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の量子井戸型非線形光学薄膜。 - 【請求項３】前記のｎ型化もしくはｐ型化は、前記井戸
層と隣接したバリア層からのトランスファードーピング
によることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
２項記載の量子井戸型非線形光学薄膜。 - 【請求項４】III−Ｖ族化合物を材料としたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１つ
に記載の量子井戸型非線形光学薄膜。 - 【請求項５】前記III−Ｖ族化合物は、GaAs,AlAs,GaP,I
nP,及びこれらの混晶の中から選択されることを特徴と
する特許請求の範囲第４項記載の量子井戸型非線形光学
薄膜。 - 【請求項６】II−VI族化合物を材料としたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１つに
記載の量子井戸型非線形光学薄膜。 - 【請求項７】前記II−VI族化合物は、ZnS,ZnSe,ZnTe,Cd
S,CdSe,CdTe及びこれらの混晶の中から選択されること
を特徴とする特許請求の範囲第６項記載の量子井戸型非
線形光学薄膜。 - 【請求項８】前記III−Ｖ族化合物は多結晶質薄膜であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第４項または第５項
記載の量子井戸型非線形光学薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62058988A JPH07117674B2 (ja) | 1987-03-16 | 1987-03-16 | 量子井戸型非線形光学薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62058988A JPH07117674B2 (ja) | 1987-03-16 | 1987-03-16 | 量子井戸型非線形光学薄膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63225236A JPS63225236A (ja) | 1988-09-20 |
| JPH07117674B2 true JPH07117674B2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=13100225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62058988A Expired - Fee Related JPH07117674B2 (ja) | 1987-03-16 | 1987-03-16 | 量子井戸型非線形光学薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07117674B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2695872B2 (ja) * | 1987-11-18 | 1998-01-14 | 株式会社日立製作所 | 半導体光学装置及びこれを用いた記録装置 |
| JPH0675257A (ja) * | 1992-07-30 | 1994-03-18 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 非線形光学装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3746879A (en) * | 1972-05-25 | 1973-07-17 | Ibm | Superlattice harmonic generator & mixer for electromagnetic waves |
| JPH067626B2 (ja) * | 1985-01-28 | 1994-01-26 | 日本電信電話株式会社 | 半導体光増幅及び発振器 |
-
1987
- 1987-03-16 JP JP62058988A patent/JPH07117674B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63225236A (ja) | 1988-09-20 |
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