JPH0713110A - 半導体光変調器 - Google Patents
半導体光変調器Info
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- JPH0713110A JPH0713110A JP5154643A JP15464393A JPH0713110A JP H0713110 A JPH0713110 A JP H0713110A JP 5154643 A JP5154643 A JP 5154643A JP 15464393 A JP15464393 A JP 15464393A JP H0713110 A JPH0713110 A JP H0713110A
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- 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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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体光変調器の無バイアス電圧時の吸収損
失を低減する。 【構成】 多重量子井戸の光吸収層において、バリヤ層
と井戸層のバンド不連続量が異なる材料を、バリア層を
挟んでとなり合う量子井戸層に用い、となり合う量子井
戸間の吸収係数の電界依存性を用いて光を変調する。 【効果】 電界印加時の吸収ピークが長波長側に大きく
シフトし、電界無印加時の吸収ピーク波長と電界印加時
の吸収ピーク波長（変調波長）とが大きく離れるため
に、無電界時の吸収損失が低減される。
失を低減する。 【構成】 多重量子井戸の光吸収層において、バリヤ層
と井戸層のバンド不連続量が異なる材料を、バリア層を
挟んでとなり合う量子井戸層に用い、となり合う量子井
戸間の吸収係数の電界依存性を用いて光を変調する。 【効果】 電界印加時の吸収ピークが長波長側に大きく
シフトし、電界無印加時の吸収ピーク波長と電界印加時
の吸収ピーク波長（変調波長）とが大きく離れるため
に、無電界時の吸収損失が低減される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は半導体光変調器に関
し、特にその損失低減を図ったものに関するものであ
る。
し、特にその損失低減を図ったものに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図７は、従来の半導体光変調器の斜視図
である。図７において、１０４はバリア層とこれを挟む
２つの量子井戸とを有する光吸収層，１０５はＩｎＰ基
板，１０３はＩｎＰ基板１０５上に形成されたＳｉＯ2
絶縁膜，１０２は光吸収層１０４とコンタクトしている
Ｃｒ／Ａｕ電極，１０１はＣｒ／Ａｕ電極１０２上に施
されたＡｕメッキである。
である。図７において、１０４はバリア層とこれを挟む
２つの量子井戸とを有する光吸収層，１０５はＩｎＰ基
板，１０３はＩｎＰ基板１０５上に形成されたＳｉＯ2
絶縁膜，１０２は光吸収層１０４とコンタクトしている
Ｃｒ／Ａｕ電極，１０１はＣｒ／Ａｕ電極１０２上に施
されたＡｕメッキである。
【０００３】上記光吸収層１０４のエネルギーバンドダ
イアグラムは、例えば、Physical Review Letters,Vol.
60,P.P.2426(1988) に記載されており、以下に詳述す
る。図４は、上記光吸収層１０４に電界を印加していな
い場合のエネルギーバンドダイアグラムであり、また、
図５は、上記光吸収層１０４に電界を印加している場合
のエネルギーバンドダイアグラムである。図４におい
て、１０ａはＩｎＡｌＧａＡｓからなる量子井戸であ
り、その幅Ｗは７ｎｍ，１０ｂはＩｎＡｌＧａＡｓから
なる量子井戸であり、その幅Ｗは７ｎｍ，２はＩｎＰを
用いて形成されたバリア層であり、その幅Ｌは３ｎｍで
ある。そして、Ｅｇ（Ａ→Ａ）は量子井戸１０ａのエネ
ルギーギャップであり、Ｅｇ（Ａ→Ｂ）は量子井戸１０
ａの価電子帯と量子井戸１０ｂの導電帯間のエネルギー
ギャップである。また、図５において、Ｅｇ’（Ａ→
Ａ）は電界印加時の量子井戸１０ａのエネルギーギャッ
プであり、Ｅｇ’（Ａ→Ｂ）は電界印加時の量子井戸１
０ａの価電子帯と量子井戸１０ｂの導電帯間のエネルギ
ーギャップである。そして、図６は、上記光吸収層１０
４に電界を印加した場合と、無印加の場合とにおけるそ
れぞれの量子井戸の吸収スペクトルを示す図である。
イアグラムは、例えば、Physical Review Letters,Vol.
60,P.P.2426(1988) に記載されており、以下に詳述す
る。図４は、上記光吸収層１０４に電界を印加していな
い場合のエネルギーバンドダイアグラムであり、また、
図５は、上記光吸収層１０４に電界を印加している場合
のエネルギーバンドダイアグラムである。図４におい
て、１０ａはＩｎＡｌＧａＡｓからなる量子井戸であ
り、その幅Ｗは７ｎｍ，１０ｂはＩｎＡｌＧａＡｓから
なる量子井戸であり、その幅Ｗは７ｎｍ，２はＩｎＰを
用いて形成されたバリア層であり、その幅Ｌは３ｎｍで
ある。そして、Ｅｇ（Ａ→Ａ）は量子井戸１０ａのエネ
ルギーギャップであり、Ｅｇ（Ａ→Ｂ）は量子井戸１０
ａの価電子帯と量子井戸１０ｂの導電帯間のエネルギー
ギャップである。また、図５において、Ｅｇ’（Ａ→
Ａ）は電界印加時の量子井戸１０ａのエネルギーギャッ
プであり、Ｅｇ’（Ａ→Ｂ）は電界印加時の量子井戸１
０ａの価電子帯と量子井戸１０ｂの導電帯間のエネルギ
ーギャップである。そして、図６は、上記光吸収層１０
４に電界を印加した場合と、無印加の場合とにおけるそ
れぞれの量子井戸の吸収スペクトルを示す図である。
【０００４】次に、この半導体光変調器の動作について
説明する。まず、図４に示した電界＝０の場合のエネル
ギーバンドダイアグラムにおいて、上記量子井戸１０ａ
の価電子帯の基底準位１ｈａから導電帯の基底準位１ｅ
ａまでのエネルギーギャップＥｇ（Ａ→Ａ）と、上記量
子井戸１０ａの価電子帯の基底準位１ｈａから上記量子
井戸１０ｂの導電帯の基底準位１ｅｂまでのエネルギー
ギャップＥｇ（Ａ→Ｂ）とは等しく、その値は共に０．
８２６ｅＶである。したがって、この光吸収層１０４の
吸収スペクトルは図６の実線で示すように、Ｅｇ（Ａ→
Ａ）の吸収ピークとＥｇ（Ａ→Ｂ）の吸収ピークとは、
波長λEg＝１５００ｎｍで重なるものとなる。
説明する。まず、図４に示した電界＝０の場合のエネル
ギーバンドダイアグラムにおいて、上記量子井戸１０ａ
の価電子帯の基底準位１ｈａから導電帯の基底準位１ｅ
ａまでのエネルギーギャップＥｇ（Ａ→Ａ）と、上記量
子井戸１０ａの価電子帯の基底準位１ｈａから上記量子
井戸１０ｂの導電帯の基底準位１ｅｂまでのエネルギー
ギャップＥｇ（Ａ→Ｂ）とは等しく、その値は共に０．
８２６ｅＶである。したがって、この光吸収層１０４の
吸収スペクトルは図６の実線で示すように、Ｅｇ（Ａ→
Ａ）の吸収ピークとＥｇ（Ａ→Ｂ）の吸収ピークとは、
波長λEg＝１５００ｎｍで重なるものとなる。
【０００５】そして、上記光吸収層１０４に電界を印加
すると、図５に示すように、量子井戸１０ａの価電子帯
の基底準位１ｈａは印加された電界とともにエネルギー
レベルが高くなり、一方、その導電帯の基底準位１ｅａ
は印加された電界とともにエネルギーレベルが下がる。
その結果、電界印加時のエネルギーギャップＥｇ’（Ａ
→Ａ）は０．８２４ｅＶとなり、電界無印加時のエネル
ギーギャップＥｇ（Ａ→Ａ）＝０．８２６ｅＶよりも小
さくなる。また同様に、量子井戸１０ｂの導電帯の基底
準位１ｅｂも印加された電界とともにエネルギーレベル
が下がり、量子井戸１０ａの価電子帯の基底準位１ｈａ
から量子井戸１０ｂの導電帯の基底準位１ｅｂまでのエ
ネルギーギャップＥｇ’（Ａ→Ｂ）は、０．８１１ｅＶ
となり、Ｅｇ’（Ａ→Ａ）＝０．８２４ｅＶよりもさら
に小さくなる。その結果、次のような関係式が成り立
つ。 Ｅｇ（Ａ→Ａ）＝Ｅｇ（Ａ→Ｂ）＞Ｅｇ’（Ａ→Ａ）＞
Ｅｇ’（Ａ→Ｂ） このため、Ｅｇ（Ａ→Ａ）の吸収ピークとＥｇ（Ａ→
Ｂ）の吸収ピークとは、電界印加時にはそれぞれ長波長
側にシフトし、その吸収スペクトルは図６の破線で示す
ようになり、電界印加時のエネルギーギャップＥｇ’
（Ａ→Ｂ）の吸収ピークの波長λｉは１５２９ｎｍとな
る。
すると、図５に示すように、量子井戸１０ａの価電子帯
の基底準位１ｈａは印加された電界とともにエネルギー
レベルが高くなり、一方、その導電帯の基底準位１ｅａ
は印加された電界とともにエネルギーレベルが下がる。
その結果、電界印加時のエネルギーギャップＥｇ’（Ａ
→Ａ）は０．８２４ｅＶとなり、電界無印加時のエネル
ギーギャップＥｇ（Ａ→Ａ）＝０．８２６ｅＶよりも小
さくなる。また同様に、量子井戸１０ｂの導電帯の基底
準位１ｅｂも印加された電界とともにエネルギーレベル
が下がり、量子井戸１０ａの価電子帯の基底準位１ｈａ
から量子井戸１０ｂの導電帯の基底準位１ｅｂまでのエ
ネルギーギャップＥｇ’（Ａ→Ｂ）は、０．８１１ｅＶ
となり、Ｅｇ’（Ａ→Ａ）＝０．８２４ｅＶよりもさら
に小さくなる。その結果、次のような関係式が成り立
つ。 Ｅｇ（Ａ→Ａ）＝Ｅｇ（Ａ→Ｂ）＞Ｅｇ’（Ａ→Ａ）＞
Ｅｇ’（Ａ→Ｂ） このため、Ｅｇ（Ａ→Ａ）の吸収ピークとＥｇ（Ａ→
Ｂ）の吸収ピークとは、電界印加時にはそれぞれ長波長
側にシフトし、その吸収スペクトルは図６の破線で示す
ようになり、電界印加時のエネルギーギャップＥｇ’
（Ａ→Ｂ）の吸収ピークの波長λｉは１５２９ｎｍとな
る。
【０００６】このような吸収スペクトルを示す上記光吸
収層１０４に、Ｅｇ’（Ａ→Ｂ）の吸収ピークに一致す
る波長の光、つまり１５２９ｎｍの波長の光が入射する
と、電界＝０のときよりも、電界＞０のときのほうがΔ
ａ分だけ光を多く吸収する。そして、この性質を利用す
ると、上記光吸収層１０４に印加する電界をオン／オフ
することにより、該光吸収層１０４を透過する光の量を
調整することができ、入射光を変調し、ディジタル信号
に変えて出射することができる。
収層１０４に、Ｅｇ’（Ａ→Ｂ）の吸収ピークに一致す
る波長の光、つまり１５２９ｎｍの波長の光が入射する
と、電界＝０のときよりも、電界＞０のときのほうがΔ
ａ分だけ光を多く吸収する。そして、この性質を利用す
ると、上記光吸収層１０４に印加する電界をオン／オフ
することにより、該光吸収層１０４を透過する光の量を
調整することができ、入射光を変調し、ディジタル信号
に変えて出射することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体光変調器
は以上のように構成されており、理想的には、電界を印
加していない時はまったく吸収が生じず、電界を印加し
た時のみ大きな吸収が生じることが光変調器には望まし
いが、実際には、図６に示すように電界無印加時におい
ても、吸収が生じてしまい、これが損失となるという問
題があった。
は以上のように構成されており、理想的には、電界を印
加していない時はまったく吸収が生じず、電界を印加し
た時のみ大きな吸収が生じることが光変調器には望まし
いが、実際には、図６に示すように電界無印加時におい
ても、吸収が生じてしまい、これが損失となるという問
題があった。
【０００８】この発明は上記のような問題を解決するた
めになされたもので、電界を印加していないときに生じ
る吸収損失を低減することのできる半導体光変調器を提
供することを目的とする。
めになされたもので、電界を印加していないときに生じ
る吸収損失を低減することのできる半導体光変調器を提
供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体光
変調器は、２つ以上の量子井戸からなる多重量子井戸構
造の光吸収層を有する半導体光変調器において該多重量
子井戸構造の光吸収層に、バリヤ層と量子井戸層間のエ
ネルギーバンド不連続量のうちの導電帯側に生じるエネ
ルギ量ΔＥｃと、価電子帯側に生じるエネルギ量ΔＥｖ
との比（＝ΔＥｖ／ΔＥｃ）が異なる材料を用いて形成
された複数の量子井戸層を備えたものである。
変調器は、２つ以上の量子井戸からなる多重量子井戸構
造の光吸収層を有する半導体光変調器において該多重量
子井戸構造の光吸収層に、バリヤ層と量子井戸層間のエ
ネルギーバンド不連続量のうちの導電帯側に生じるエネ
ルギ量ΔＥｃと、価電子帯側に生じるエネルギ量ΔＥｖ
との比（＝ΔＥｖ／ΔＥｃ）が異なる材料を用いて形成
された複数の量子井戸層を備えたものである。
【００１０】また、この発明に係る半導体光変調器は、
上記光吸収層に、バリヤ層を挟んでとなり合い、かつ上
記ΔＥｖ／ΔＥｃが異なる２種類の材料を用いてそれぞ
れ形成された２つの量子井戸層を備えたものである。ま
た、この発明に係る半導体光変調器は、上記光吸収層
に、ＩｎＰまたはＩｎＡｌＡｓを用いて形成されたバリ
ア層を挟んでとなり合う、ＩｎＧａＡｓＰからなる量子
井戸層と、ＩｎＡｌＧａＡｓからなる量子井戸層とを備
えたものである。
上記光吸収層に、バリヤ層を挟んでとなり合い、かつ上
記ΔＥｖ／ΔＥｃが異なる２種類の材料を用いてそれぞ
れ形成された２つの量子井戸層を備えたものである。ま
た、この発明に係る半導体光変調器は、上記光吸収層
に、ＩｎＰまたはＩｎＡｌＡｓを用いて形成されたバリ
ア層を挟んでとなり合う、ＩｎＧａＡｓＰからなる量子
井戸層と、ＩｎＡｌＧａＡｓからなる量子井戸層とを備
えたものである。
【００１１】また、この発明に係る半導体光変調器は、
上記ＩｎＧａＡｓＰからなる量子井戸層の組成比を、Ｉ
ｎ1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y （０．５３≦ｘ≦１，０≦ｙ
≦１）とし、上記ＩｎＡｌＧａＡｓからなる量子井戸層
の組成比を、（Ｉｎx Ｇａ1-x ）0.47Ａｌ0.53Ａｓ（０
≦ｘ≦０．５）としたものである。
上記ＩｎＧａＡｓＰからなる量子井戸層の組成比を、Ｉ
ｎ1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y （０．５３≦ｘ≦１，０≦ｙ
≦１）とし、上記ＩｎＡｌＧａＡｓからなる量子井戸層
の組成比を、（Ｉｎx Ｇａ1-x ）0.47Ａｌ0.53Ａｓ（０
≦ｘ≦０．５）としたものである。
【００１２】
【作用】この発明においては、２つ以上の量子井戸から
なる多重量子井戸構造の光吸収層を有する半導体光変調
器において、上記光吸収層を、バリヤ層と量子井戸層間
のエネルギーバンド不連続量のうちの導電帯側に生じる
エネルギ量ΔＥｃと、価電子帯側に生じるエネルギ量Δ
Ｅｖとの比（＝ΔＥｖ／ΔＥｃ）が異なる材料を用いて
形成された複数の量子井戸層を備えるものとしたから、
電界印加時の吸収ピークは長波長側に大きくシフトし、
電界無印加時の吸収ピーク波長と電界印加時の吸収ピー
ク波長とが大きく離れることとなり、これにより上記電
界印加時の吸収ピーク波長を、変調する光の波長とする
半導体光変調器の電界無印加時の吸収損失を低減するこ
とができる。
なる多重量子井戸構造の光吸収層を有する半導体光変調
器において、上記光吸収層を、バリヤ層と量子井戸層間
のエネルギーバンド不連続量のうちの導電帯側に生じる
エネルギ量ΔＥｃと、価電子帯側に生じるエネルギ量Δ
Ｅｖとの比（＝ΔＥｖ／ΔＥｃ）が異なる材料を用いて
形成された複数の量子井戸層を備えるものとしたから、
電界印加時の吸収ピークは長波長側に大きくシフトし、
電界無印加時の吸収ピーク波長と電界印加時の吸収ピー
ク波長とが大きく離れることとなり、これにより上記電
界印加時の吸収ピーク波長を、変調する光の波長とする
半導体光変調器の電界無印加時の吸収損失を低減するこ
とができる。
【００１３】
実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。本実施例による半導体光変調器の構造は、図７に
示した従来例の半導体光変調器の構造と、光吸収層１０
４を除いて同じ構造を有するものであり、本実施例によ
る光吸収層１０４について、以下に詳述する。
する。本実施例による半導体光変調器の構造は、図７に
示した従来例の半導体光変調器の構造と、光吸収層１０
４を除いて同じ構造を有するものであり、本実施例によ
る光吸収層１０４について、以下に詳述する。
【００１４】図１は、本実施例による半導体光変調器の
光吸収層１０４に電界を印加していない場合の該光吸収
層１０４のエネルギーバンドダイアグラムである。図１
において、１０ａはＩｎＧａＡｓＰを用いて形成された
量子井戸であり、その組成比はＩｎ0.63Ｇａ0.37Ａｓ0.
82Ｐ0.18、幅Ｗは７ｎｍ，１０ｂはＩｎＡｌＧａＡｓを
用いて形成された量子井戸であり、その組成比は（Ｉｎ
0.06Ｇａ0.94）0.47Ａｌ0.53Ａｓ、幅Ｗは７ｎｍ，２は
ＩｎＰを用いて形成されたバリア層であり、幅Ｌは３ｎ
ｍである。そして、ΔＥｃ，ΔＥｖはそれぞれ導電帯の
バンド不連続量と価電子帯のバンド不連続量を示し、１
ｅａ，１ｅｂ，１ｈａ，１ｈｂはそれぞれ量子井戸１０
ａ，１０ｂの導電帯側と価電子帯側の基底準位を示す。
また、Ｅｇ（Ａ→Ａ）は上記量子井戸１０ａの基底準位
１ｅａと１ｈａ間のエネルギギャップを示し、Ｅｇ（Ａ
→Ｂ）は上記量子井戸１０ａの基底準位１ｈａと上記量
子井戸１０ｂの基底準位１ｅｂ間のエネルギギャップを
示す。
光吸収層１０４に電界を印加していない場合の該光吸収
層１０４のエネルギーバンドダイアグラムである。図１
において、１０ａはＩｎＧａＡｓＰを用いて形成された
量子井戸であり、その組成比はＩｎ0.63Ｇａ0.37Ａｓ0.
82Ｐ0.18、幅Ｗは７ｎｍ，１０ｂはＩｎＡｌＧａＡｓを
用いて形成された量子井戸であり、その組成比は（Ｉｎ
0.06Ｇａ0.94）0.47Ａｌ0.53Ａｓ、幅Ｗは７ｎｍ，２は
ＩｎＰを用いて形成されたバリア層であり、幅Ｌは３ｎ
ｍである。そして、ΔＥｃ，ΔＥｖはそれぞれ導電帯の
バンド不連続量と価電子帯のバンド不連続量を示し、１
ｅａ，１ｅｂ，１ｈａ，１ｈｂはそれぞれ量子井戸１０
ａ，１０ｂの導電帯側と価電子帯側の基底準位を示す。
また、Ｅｇ（Ａ→Ａ）は上記量子井戸１０ａの基底準位
１ｅａと１ｈａ間のエネルギギャップを示し、Ｅｇ（Ａ
→Ｂ）は上記量子井戸１０ａの基底準位１ｈａと上記量
子井戸１０ｂの基底準位１ｅｂ間のエネルギギャップを
示す。
【００１５】また、図２は上記光吸収層１０４に電界を
印加した場合の該光吸収層１０４のエネルギーバンドダ
イアグラムであり、図２において、Ｅｇ’（Ａ→Ａ）は
電界印加時の量子井戸１０ａの基底準位１ｅａと１ｈａ
間のエネルギーギャップを示し、Ｅｇ’（Ａ→Ｂ）は電
界印加時の量子井戸１０ａの基底準位１ｈａと量子井戸
１０ｂの基底準位１ｅｂ間のエネルギーギャップを示
す。そして、図３は、上記光吸収層１０４に電界を印加
した場合と、無印加の場合とにおけるそれぞれの量子井
戸１０ａ，１０ｂの吸収スペクトルを示す図である。
印加した場合の該光吸収層１０４のエネルギーバンドダ
イアグラムであり、図２において、Ｅｇ’（Ａ→Ａ）は
電界印加時の量子井戸１０ａの基底準位１ｅａと１ｈａ
間のエネルギーギャップを示し、Ｅｇ’（Ａ→Ｂ）は電
界印加時の量子井戸１０ａの基底準位１ｈａと量子井戸
１０ｂの基底準位１ｅｂ間のエネルギーギャップを示
す。そして、図３は、上記光吸収層１０４に電界を印加
した場合と、無印加の場合とにおけるそれぞれの量子井
戸１０ａ，１０ｂの吸収スペクトルを示す図である。
【００１６】次に、本実施例による半導体光変調器の動
作について説明する。まず、バリヤ層２と量子井戸層１
０ａ，１０ｂ間のバンド不連続量をΔＥｇとすると、こ
のΔＥｇのうち、導電帯側に生じるエネルギ量ΔＥｃと
価電子帯側に生じるエネルギ量ΔＥｖと上記バンド不連
続量ΔＥｇとは、ΔＥｇ＝ΔＥｃ＋ΔＥｖの関係が成り
立ち、上記ΔＥｃと上記ΔＥｖとの比（＝ΔＥｖ／ΔＥ
ｃ）は材料固有のものであり、バリヤ層２にＩｎＰを用
い、量子井戸層１０ａにＩｎＧａＡｓＰを用いると、Δ
Ｅｖ／ΔＥｃ≒２となり、また、量子井戸層１０ｂにＩ
ｎＡｌＧａＡｓを用いると、ΔＥｖ／ΔＥｃ≒０．５と
なる。従って、このようなバリア層２，量子井戸層１０
ａ，量子井戸層１０ｂを有する光吸収層１０４の電界無
印加時のエネルギーバンドダイアグラムは図１に示した
ようになる。
作について説明する。まず、バリヤ層２と量子井戸層１
０ａ，１０ｂ間のバンド不連続量をΔＥｇとすると、こ
のΔＥｇのうち、導電帯側に生じるエネルギ量ΔＥｃと
価電子帯側に生じるエネルギ量ΔＥｖと上記バンド不連
続量ΔＥｇとは、ΔＥｇ＝ΔＥｃ＋ΔＥｖの関係が成り
立ち、上記ΔＥｃと上記ΔＥｖとの比（＝ΔＥｖ／ΔＥ
ｃ）は材料固有のものであり、バリヤ層２にＩｎＰを用
い、量子井戸層１０ａにＩｎＧａＡｓＰを用いると、Δ
Ｅｖ／ΔＥｃ≒２となり、また、量子井戸層１０ｂにＩ
ｎＡｌＧａＡｓを用いると、ΔＥｖ／ΔＥｃ≒０．５と
なる。従って、このようなバリア層２，量子井戸層１０
ａ，量子井戸層１０ｂを有する光吸収層１０４の電界無
印加時のエネルギーバンドダイアグラムは図１に示した
ようになる。
【００１７】さらに、上記量子井戸１０ａの幅は７ｎｍ
であり、その材料組成比はＩｎ0.63Ｇａ0.37Ａｓ0.82Ｐ
0.18であるため、該量子井戸１０ａの基底準位１ｅａと
基底準位１ｈａ間のエネルギギャップＥｇ（Ａ→Ａ）は
０．８２６ｅＶとなり、また、上記量子井戸１０ｂの幅
は７ｎｍであり、その材料組成比は（Ｉｎ0.06Ｇａ0.9
4）0.47Ａｌ0.53Ａｓであるため、上記量子井戸１０ａ
の基底準位１ｈａから該量子井戸１０ｂの基底準位１ｅ
ｂまでのエネルギギャップＥｇ（Ａ→Ｂ）は０．８１５
ｅＶとなる。つまり、Ｅｇ（Ａ→Ａ）とＥｇ（Ａ→Ｂ）
との関係は、Ｅｇ（Ａ→Ａ）＞Ｅｇ（Ａ→Ｂ）となり、
その吸収スペクトルは図３の実線で示したように波長λ
Eg（Ａ→Ａ）＝１５００ｎｍと波長λEg（Ａ→Ｂ）＝１
５２０ｎｍとで吸収ピークを示すものとなる。
であり、その材料組成比はＩｎ0.63Ｇａ0.37Ａｓ0.82Ｐ
0.18であるため、該量子井戸１０ａの基底準位１ｅａと
基底準位１ｈａ間のエネルギギャップＥｇ（Ａ→Ａ）は
０．８２６ｅＶとなり、また、上記量子井戸１０ｂの幅
は７ｎｍであり、その材料組成比は（Ｉｎ0.06Ｇａ0.9
4）0.47Ａｌ0.53Ａｓであるため、上記量子井戸１０ａ
の基底準位１ｈａから該量子井戸１０ｂの基底準位１ｅ
ｂまでのエネルギギャップＥｇ（Ａ→Ｂ）は０．８１５
ｅＶとなる。つまり、Ｅｇ（Ａ→Ａ）とＥｇ（Ａ→Ｂ）
との関係は、Ｅｇ（Ａ→Ａ）＞Ｅｇ（Ａ→Ｂ）となり、
その吸収スペクトルは図３の実線で示したように波長λ
Eg（Ａ→Ａ）＝１５００ｎｍと波長λEg（Ａ→Ｂ）＝１
５２０ｎｍとで吸収ピークを示すものとなる。
【００１８】次に、上記光吸収層１０４に１．５ｋＶ／
ｃｍの電界を印加すると、電界印加時の量子井戸１０ａ
の基底準位１ｅａと基底準位１ｈａ間のエネルギギャッ
プＥｇ’（Ａ→Ａ）は０．８２４ｅＶとなり、また、電
界印加時の量子井戸１０ａの基底準位１ｈａと量子井戸
１０ｂの基底準位１ｅｂ間のエネルギギャップＥｇ’
（Ａ→Ｂ）は０．８００ｅＶとなる。したがって、電界
印加時の吸収スペクトルは図３の破線で示したように、
上記Ｅｇ（Ａ→Ｂ）の吸収ピークが長波長側にシフト
し、Ｅｇ’（Ａ→Ｂ）の吸収ピークとなり、その吸収ピ
ーク波長λｉは１５５０ｎｍとなる。
ｃｍの電界を印加すると、電界印加時の量子井戸１０ａ
の基底準位１ｅａと基底準位１ｈａ間のエネルギギャッ
プＥｇ’（Ａ→Ａ）は０．８２４ｅＶとなり、また、電
界印加時の量子井戸１０ａの基底準位１ｈａと量子井戸
１０ｂの基底準位１ｅｂ間のエネルギギャップＥｇ’
（Ａ→Ｂ）は０．８００ｅＶとなる。したがって、電界
印加時の吸収スペクトルは図３の破線で示したように、
上記Ｅｇ（Ａ→Ｂ）の吸収ピークが長波長側にシフト
し、Ｅｇ’（Ａ→Ｂ）の吸収ピークとなり、その吸収ピ
ーク波長λｉは１５５０ｎｍとなる。
【００１９】そして、図３に示すような吸収スペクトル
を示す上記光吸収層１０４に１５５０ｎｍの波長の光が
入射すると、電界＝０のときよりも、電界＞０のときの
ほうがΔａ分だけ光を多く吸収するため、電界のオン／
オフにより入射光を吸収あるいは透過させ、変調を行う
ことができるものである。
を示す上記光吸収層１０４に１５５０ｎｍの波長の光が
入射すると、電界＝０のときよりも、電界＞０のときの
ほうがΔａ分だけ光を多く吸収するため、電界のオン／
オフにより入射光を吸収あるいは透過させ、変調を行う
ことができるものである。
【００２０】このとき、Ｅｇ（Ａ→Ａ）の吸収ピーク波
長λEg（Ａ→Ａ）からＥｇ’（Ａ→Ｂ）の吸収ピーク波
長λｉが離れるほど電界＝０のときの吸収損失は小さく
なるものであり、従来例の量子井戸の吸収スペクトルを
示す図６において、Ｅｇ（Ａ→Ａ）の吸収ピーク波長λ
Egと、Ｅｇ’（Ａ→Ｂ）の吸収ピーク波長λｉとの差
は、１５２９ｎｍ−１５００ｎｍ＝２９ｎｍであった
が、本実施例においては、Ｅｇ（Ａ→Ａ）の吸収ピーク
波長λEg（Ａ→Ａ）と、Ｅｇ’（Ａ→Ｂ）の吸収ピーク
波長λｉとの差は、１５５０ｎｍ−１５００ｎｍ＝５０
ｎｍとなり、Ｅｇ’（Ａ→Ｂ）の吸収ピーク波長λｉは
従来例におけるよりも２１ｎｍ長波長側にシフトしてお
り、電界＝０の時の吸収損失が従来例の場合より低減さ
れていることがわかる。
長λEg（Ａ→Ａ）からＥｇ’（Ａ→Ｂ）の吸収ピーク波
長λｉが離れるほど電界＝０のときの吸収損失は小さく
なるものであり、従来例の量子井戸の吸収スペクトルを
示す図６において、Ｅｇ（Ａ→Ａ）の吸収ピーク波長λ
Egと、Ｅｇ’（Ａ→Ｂ）の吸収ピーク波長λｉとの差
は、１５２９ｎｍ−１５００ｎｍ＝２９ｎｍであった
が、本実施例においては、Ｅｇ（Ａ→Ａ）の吸収ピーク
波長λEg（Ａ→Ａ）と、Ｅｇ’（Ａ→Ｂ）の吸収ピーク
波長λｉとの差は、１５５０ｎｍ−１５００ｎｍ＝５０
ｎｍとなり、Ｅｇ’（Ａ→Ｂ）の吸収ピーク波長λｉは
従来例におけるよりも２１ｎｍ長波長側にシフトしてお
り、電界＝０の時の吸収損失が従来例の場合より低減さ
れていることがわかる。
【００２１】このように本実施例による半導体光変調器
においては、上記光吸収層１０４のバリア層２にＩｎＰ
を用い、該バリア層２を挟んでとなり合う、２つの量子
井戸層１０ａ，１０ｂに、上記ΔＥｃとΔＥｖとの比が
異なるＩｎＧａＡｓＰとＩｎＡｌＧａＡｓとを用いてそ
れぞれ形成したので、電界印加時の吸収ピークは長波長
側に大きくシフトし、電界無印加時の吸収ピーク波長λ
Egと電界印加時の吸収ピーク波長λｉとが大きく離れる
こととなり、これにより上記電界印加時の吸収ピーク波
長λｉを、変調する光の波長とする半導体光変調器の電
界無印加時の吸収損失を大きく低減することができる。
においては、上記光吸収層１０４のバリア層２にＩｎＰ
を用い、該バリア層２を挟んでとなり合う、２つの量子
井戸層１０ａ，１０ｂに、上記ΔＥｃとΔＥｖとの比が
異なるＩｎＧａＡｓＰとＩｎＡｌＧａＡｓとを用いてそ
れぞれ形成したので、電界印加時の吸収ピークは長波長
側に大きくシフトし、電界無印加時の吸収ピーク波長λ
Egと電界印加時の吸収ピーク波長λｉとが大きく離れる
こととなり、これにより上記電界印加時の吸収ピーク波
長λｉを、変調する光の波長とする半導体光変調器の電
界無印加時の吸収損失を大きく低減することができる。
【００２２】なお、本実施例では、バリア層２にＩｎＰ
を用い、上記量子井戸層１０ａの組成比をＩｎ0.63Ｇａ
0.37Ａｓ0.82Ｐ0.18とし、上記量子井戸層１０ｂの組成
比を（Ｉｎ0.06Ｇａ0.94）0.47Ａｌ0.53Ａｓとしたが、
バリア層２にＩｎＡｌＡｓを用いても良く、また、本発
明においては、上記量子井戸層１０ａの組成比をＩｎ1-
x Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y （０．５３≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１）の範囲とし、上記量子井戸層１０ｂの組成比を（Ｉ
ｎx Ｇａ1-x ）0.47Ａｌ0.53Ａｓ（０≦ｘ≦０．５）の
範囲とすれば、上述のように吸収損失を低減することが
できる。
を用い、上記量子井戸層１０ａの組成比をＩｎ0.63Ｇａ
0.37Ａｓ0.82Ｐ0.18とし、上記量子井戸層１０ｂの組成
比を（Ｉｎ0.06Ｇａ0.94）0.47Ａｌ0.53Ａｓとしたが、
バリア層２にＩｎＡｌＡｓを用いても良く、また、本発
明においては、上記量子井戸層１０ａの組成比をＩｎ1-
x Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y （０．５３≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１）の範囲とし、上記量子井戸層１０ｂの組成比を（Ｉ
ｎx Ｇａ1-x ）0.47Ａｌ0.53Ａｓ（０≦ｘ≦０．５）の
範囲とすれば、上述のように吸収損失を低減することが
できる。
【００２３】ここで従来、例えば特開平３−４２６１６
号に記載の半導体光変調器において、それぞれの量子井
戸の底に、この底のエネルギポテンシャルよりもさらに
低いエネルギポテンシャルの溝を設け、この溝に電子ま
たはホールを閉じ込めることにより、電子とホールとの
それぞれの波動関数のしみだしによる重なりを防ぎ、こ
れにより所望の波長において、電界無印加時の吸収係数
を大幅に低下させるようにすることが記載されている
が、これは本発明による半導体光変調器のように、電界
印加時の吸収ピーク波長を長波長側にシフトさせ、この
吸収ピーク波長を用いて変調を行い、電界無印加時の吸
収損失を低減させるものではない。
号に記載の半導体光変調器において、それぞれの量子井
戸の底に、この底のエネルギポテンシャルよりもさらに
低いエネルギポテンシャルの溝を設け、この溝に電子ま
たはホールを閉じ込めることにより、電子とホールとの
それぞれの波動関数のしみだしによる重なりを防ぎ、こ
れにより所望の波長において、電界無印加時の吸収係数
を大幅に低下させるようにすることが記載されている
が、これは本発明による半導体光変調器のように、電界
印加時の吸収ピーク波長を長波長側にシフトさせ、この
吸収ピーク波長を用いて変調を行い、電界無印加時の吸
収損失を低減させるものではない。
【００２４】また、特開平１−２０４０１９号に記載の
光変調器において、同じ材料，厚さの第１および第３の
井戸層と、この第１の井戸層と第３の井戸層との間にバ
リア層を挟んでとなり合う、上記第１および第３の井戸
層と異なる材料、厚さの第２の井戸層とを設け、電界印
加時に電子とホールとのそれぞれの波動関数が重り合わ
ないようにし、これにより電界オン状態での損失を小さ
くすることが記載されているが、これは本発明による半
導体光変調器のように、電界オフ状態での損失を低減す
ることを目的とし、電界印加時の吸収ピーク波長を長波
長側にシフトさせ、この吸収ピーク波長を用いて変調を
行い、電界無印加時の吸収損失を低減させるものではな
い。
光変調器において、同じ材料，厚さの第１および第３の
井戸層と、この第１の井戸層と第３の井戸層との間にバ
リア層を挟んでとなり合う、上記第１および第３の井戸
層と異なる材料、厚さの第２の井戸層とを設け、電界印
加時に電子とホールとのそれぞれの波動関数が重り合わ
ないようにし、これにより電界オン状態での損失を小さ
くすることが記載されているが、これは本発明による半
導体光変調器のように、電界オフ状態での損失を低減す
ることを目的とし、電界印加時の吸収ピーク波長を長波
長側にシフトさせ、この吸収ピーク波長を用いて変調を
行い、電界無印加時の吸収損失を低減させるものではな
い。
【００２５】
【発明の効果】以上のようにこの発明にかかる半導体光
変調器によれば、２つ以上の量子井戸からなる多重量子
井戸構造の光吸収層を有する半導体光変調器において、
上記光吸収層を、バリア層と量子井戸層間のエネルギー
バンド不連続量のうちの導電帯側に生じるエネルギ量Δ
Ｅｃと、価電子帯側に生じるエネルギ量ΔＥｖとの比
（＝ΔＥｖ／ΔＥｃ）が異なる材料を用いて形成された
複数の量子井戸層を備えるものとしたので、電界印加時
の吸収ピークは長波長側に大きくシフトし、電界無印加
時の吸収ピーク波長と電界印加時の吸収ピーク波長とが
大きく離れることとなり、この電界印加時の吸収ピーク
波長を変調する光の波長とすることにより、電界無印加
時の吸収損失を低減することができ、低損失の半導体光
変調器を得ることができる効果がある。
変調器によれば、２つ以上の量子井戸からなる多重量子
井戸構造の光吸収層を有する半導体光変調器において、
上記光吸収層を、バリア層と量子井戸層間のエネルギー
バンド不連続量のうちの導電帯側に生じるエネルギ量Δ
Ｅｃと、価電子帯側に生じるエネルギ量ΔＥｖとの比
（＝ΔＥｖ／ΔＥｃ）が異なる材料を用いて形成された
複数の量子井戸層を備えるものとしたので、電界印加時
の吸収ピークは長波長側に大きくシフトし、電界無印加
時の吸収ピーク波長と電界印加時の吸収ピーク波長とが
大きく離れることとなり、この電界印加時の吸収ピーク
波長を変調する光の波長とすることにより、電界無印加
時の吸収損失を低減することができ、低損失の半導体光
変調器を得ることができる効果がある。
【図１】この発明の一実施例による、多重量子井戸光吸
収層の無電界時のエネルギーバンドダイアグラム。
収層の無電界時のエネルギーバンドダイアグラム。
【図２】電界を印加した場合の図１に示す多重量子井戸
光吸収層のエネルギーバンドダイアグラム。
光吸収層のエネルギーバンドダイアグラム。
【図３】この発明の一実施例による多重量子井戸の吸収
スペクトルを示す図。
スペクトルを示す図。
【図４】従来の多重量子井戸光吸収層の電界無印加時の
エネルギーバンドダイアグラム。
エネルギーバンドダイアグラム。
【図５】従来の多重量子井戸光吸収層の電界印加時のエ
ネルギーバンドダイアグラム。
ネルギーバンドダイアグラム。
【図６】従来の多重量子井戸の吸収スペクトルを示す
図。
図。
【図７】従来の半導体光変調器を示す斜視図。
【符号の説明】 ２ バリア層 １０ａ 量子井戸 １０ｂ 量子井戸 ΔＥｃ 導電帯のバンド不連続量（量子井戸
層とバリヤ層間） ΔＥｖ 価電子帯のバンド不連続量（量子井
戸層とバリヤ層間） １ｈａ 量子井戸１０ａの価電子帯側の基底
準位 １ｅａ 量子井戸１０ａの導電帯側の基底準
位 １ｈｂ 量子井戸１０ｂの価電子帯側の基底
準位 １ｅｂ 量子井戸１０ｂの導電帯側の基底準
位 Ｅｇ（Ａ→Ａ） 量子井戸１０ａの１ｈａから１ｅａ
までのエネルギギャップ Ｅｇ（Ａ→Ｂ） 量子井戸１０ａの１ｈａから量子井
戸１０ｂの１ｅｂまでのエネルギギャップ Ｅｇ’（Ａ→Ａ） 電界印加時のＥｇ（Ａ→Ａ） Ｅｇ’（Ａ→Ｂ） 電界印加時のＥｇ（Ａ→Ｂ） λEg Ｅｇ（Ａ→Ａ）＝Ｅｇ（Ａ→Ｂ）の
吸収ピーク波長 λEg （Ａ→Ａ） Ｅｇ（Ａ→Ａ）の吸収ピーク波長 λEg （Ａ→Ｂ） Ｅｇ（Ａ→Ｂ）の吸収ピーク波長 λｉ Ｅｇ’（Ａ→Ｂ）の吸収ピーク波長
（変調を行なう波長） Δａ 吸収量の変化分 １０１ Ａｕメッキ １０２ Ｃｒ／Ａｕ電極 １０３ ＳｉＯ2 絶縁膜 １０４ 光吸収層 １０５ ＩｎＰ基板
層とバリヤ層間） ΔＥｖ 価電子帯のバンド不連続量（量子井
戸層とバリヤ層間） １ｈａ 量子井戸１０ａの価電子帯側の基底
準位 １ｅａ 量子井戸１０ａの導電帯側の基底準
位 １ｈｂ 量子井戸１０ｂの価電子帯側の基底
準位 １ｅｂ 量子井戸１０ｂの導電帯側の基底準
位 Ｅｇ（Ａ→Ａ） 量子井戸１０ａの１ｈａから１ｅａ
までのエネルギギャップ Ｅｇ（Ａ→Ｂ） 量子井戸１０ａの１ｈａから量子井
戸１０ｂの１ｅｂまでのエネルギギャップ Ｅｇ’（Ａ→Ａ） 電界印加時のＥｇ（Ａ→Ａ） Ｅｇ’（Ａ→Ｂ） 電界印加時のＥｇ（Ａ→Ｂ） λEg Ｅｇ（Ａ→Ａ）＝Ｅｇ（Ａ→Ｂ）の
吸収ピーク波長 λEg （Ａ→Ａ） Ｅｇ（Ａ→Ａ）の吸収ピーク波長 λEg （Ａ→Ｂ） Ｅｇ（Ａ→Ｂ）の吸収ピーク波長 λｉ Ｅｇ’（Ａ→Ｂ）の吸収ピーク波長
（変調を行なう波長） Δａ 吸収量の変化分 １０１ Ａｕメッキ １０２ Ｃｒ／Ａｕ電極 １０３ ＳｉＯ2 絶縁膜 １０４ 光吸収層 １０５ ＩｎＰ基板
Claims (5)
- 【請求項１】 ２つ以上の量子井戸からなる多重量子井
戸構造の光吸収層を有する半導体光変調器において、 上記光吸収層は、バリヤ層と量子井戸層間のエネルギー
バンド不連続量のうちの導電帯側に生じるエネルギ量Δ
Ｅｃと、価電子帯側に生じるエネルギ量ΔＥｖとの比
（＝ΔＥｖ／ΔＥｃ）が異なる材料を用いて形成された
複数の量子井戸層を備えたことを特徴とする半導体光変
調器。 - 【請求項２】 請求項１に記載の半導体光変調器におい
て、 上記光吸収層は、バリヤ層を挟んでとなり合い、かつ上
記ΔＥｖ／ΔＥｃが異なる２種類の材料を用いてそれぞ
れ形成された２つの量子井戸層を備えたことを特徴とす
る半導体光変調器。 - 【請求項３】 請求項２に記載の半導体光変調器におい
て、 上記光吸収層は、ＩｎＰを用いて形成されたバリア層を
挟んでとなり合う、ＩｎＧａＡｓＰからなる量子井戸層
と、ＩｎＡｌＧａＡｓからなる量子井戸層とを備えたも
のであることを特徴とする半導体光変調器。 - 【請求項４】 請求項３に記載の半導体光変調器におい
て、 ＩｎＧａＡｓＰからなる量子井戸層の組成比は、Ｉｎ1-
x Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y（０．５３≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１）であり、 ＩｎＡｌＧａＡｓからなる量子井戸層の組成比は、（Ｉ
ｎx Ｇａ1-x ）0.47Ａｌ0.53Ａｓ（０≦ｘ≦０．５）で
あることを特徴とする半導体光変調器。 - 【請求項５】 請求項３または４に記載の半導体光変調
器において、 上記バリア層は、ＩｎＡｌＡｓからなることを特徴とす
る半導体光変調器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5154643A JPH0713110A (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 半導体光変調器 |
| US08/212,704 US5521742A (en) | 1993-06-25 | 1994-03-14 | Semiconductor optical modulator |
| GB9405844A GB2279499B (en) | 1993-06-25 | 1994-03-24 | Semiconductor optical modulator |
| DE4422220A DE4422220A1 (de) | 1993-06-25 | 1994-06-24 | Optischer Halbleitermodulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5154643A JPH0713110A (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 半導体光変調器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0713110A true JPH0713110A (ja) | 1995-01-17 |
Family
ID=15588708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5154643A Pending JPH0713110A (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 半導体光変調器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5521742A (ja) |
| JP (1) | JPH0713110A (ja) |
| DE (1) | DE4422220A1 (ja) |
| GB (1) | GB2279499B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120061379A (ko) * | 2010-12-03 | 2012-06-13 | 삼성전자주식회사 | 광 이미지 변조기 및 그 제조 방법 |
| JP2013513244A (ja) * | 2009-12-04 | 2013-04-18 | センサー エレクトロニック テクノロジー インコーポレイテッド | 半導体材料ドーピング |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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