JPH09222588A - Optical semiconductor device - Google Patents

Optical semiconductor device

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Publication number
JPH09222588A
JPH09222588A JP2825996A JP2825996A JPH09222588A JP H09222588 A JPH09222588 A JP H09222588A JP 2825996 A JP2825996 A JP 2825996A JP 2825996 A JP2825996 A JP 2825996A JP H09222588 A JPH09222588 A JP H09222588A
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JP
Japan
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electric field
light
wavelength
layer
quantum
Prior art date
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Pending
Application number
JP2825996A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Richiyaado Sawara
リチャード 佐原
Manabu Matsuda
松田  学
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH09222588A publication Critical patent/JPH09222588A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an optical modulator which has the α parameter suitable for long-distance transmission and is low in the insertion loss at the time of a transmissible state by constituting the optical modulator with a quantum box for confining three-dimensional quanta. SOLUTION: Diffraction gratings 3 are formed on part of the surface of an n-type InP substrate 1 and an n-type layer 2 is formed on this substrate 1. A distribution feedback type (DFB) laser 14 and the optical modulator 15 are formed thereon by interposing a separating region 16 therebetween. The DFB laser 14 is formed by laminating an n-type clad layer 2, an active layer 4a, a p-type clad layer 5, a p-type layer 6 and a contact layer 7a on the diffraction gratings 3. The optical modulator 15 is formed by laminating a modulation absorptive layer 4b including a quantum box on the n-type layer 2 and laminating p-type layers 5, 6 and p-type contact layer 7b thereon. A polyimide region 9 is formed on the periphery of the p-side electrode 10b and a wiring layer 11 formed thereon is connected to the p-side electrode 10b. Further, an n-side electrode 12 is commonly formed on the rear surface of the substrate 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光半導体装置に関
し、特に印加電界によって光吸収強度を変化させて光変
調を行う光半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical semiconductor device, and more particularly, to an optical semiconductor device which changes optical absorption intensity by an applied electric field to perform optical modulation.

【0002】[0002]

【従来の技術】狭いバンドギャップの半導体の薄層を広
いバンドギャップの半導体の層で挟むと量子井戸構造を
形成することができる。単一の半導体薄層が電子と正孔
の両者に対する量子井戸を形成する場合をタイプIの量
子井戸と呼ぶ。この場合、狭バンドギャップの半導体層
を井戸(ウェル)層と呼び、広バンドギャップの半導体
層を障壁(バリア)層と呼ぶ。狭バンドギャップの半導
体層と広バンドギャップの半導体層とを交互に積層する
と、タイプIの多重量子井戸構造が形成される。
2. Description of the Related Art A quantum well structure can be formed by sandwiching a thin layer of a semiconductor having a narrow band gap with a layer of a semiconductor having a wide band gap. The case where a single semiconductor thin layer forms quantum wells for both electrons and holes is called a type I quantum well. In this case, a semiconductor layer having a narrow bandgap is called a well layer, and a semiconductor layer having a wide bandgap is called a barrier layer. A type I multiple quantum well structure is formed by alternately stacking a narrow bandgap semiconductor layer and a wide bandgap semiconductor layer.

【0003】また、電子に対する量子井戸を第1の半導
体層で形成し、隣接して正孔に対する量子井戸を第2の
半導体層で形成し、電子および正孔に対して障壁を形成
する第3の半導体層でサンドイッチした構造をタイプI
Iの量子井戸と呼ぶ。この場合、第1及び第2の半導体
層の積層構造を井戸層と呼び、第3の半導体層を障壁層
と呼ぶ。第1の半導体層、第2の半導体層、必要に応じ
て第3の半導体層を順次積層するとタイプIIの多重量
子井戸が形成される。
In addition, a quantum well for electrons is formed in the first semiconductor layer, a quantum well for holes is formed adjacently in the second semiconductor layer, and a barrier is formed for electrons and holes. The structure sandwiched by the semiconductor layers of type I
Called I quantum well. In this case, the stacked structure of the first and second semiconductor layers is called a well layer, and the third semiconductor layer is called a barrier layer. When the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and, if necessary, the third semiconductor layer are sequentially stacked, a type II multiple quantum well is formed.

【0004】タイプIまたはタイプIIの量子井戸構造
の井戸層を傾斜バンドギャップ材料で形成し、プリバイ
アスの作用を持たせたグレーテッドバンドギャップ量子
井戸、複数のタイプIの量子井戸層をキャリアがトンネ
ル可能な薄い障壁層を介して結合した結合量子井戸、結
合量子井戸で超格子を形成し、多数の井戸層に共通の状
態と単一井戸層のみに起因する状態を発生させた結合超
格子等も知られている。
A well layer of a type I or type II quantum well structure is formed of a graded bandgap material, and a graded bandgap quantum well having a pre-bias function is provided. Bonded quantum wells coupled through a tunnelable thin barrier layer, a coupled superlattice in which a superlattice is formed by coupled quantum wells and states common to many well layers and states resulting from only a single well layer are generated. Etc. are also known.

【0005】このような量子井戸構造ないし多重量子井
戸構造は種々の半導体装置に利用することができる。た
とえば、電子や正孔は井戸層においてより安定な状態と
なることを利用し、タイプIの多重量子井戸構造を用い
た半導体レーザが製作されている。
Such a quantum well structure or multiple quantum well structure can be used for various semiconductor devices. For example, a semiconductor laser using a type I multiple quantum well structure has been manufactured by utilizing the fact that electrons and holes are more stable in the well layer.

【0006】光通信の分野においては、光源および変調
器の重要性が高い。レーザ光源の駆動自体をオン/オフ
して出力光を変調することもできるが、出力波長の安定
性が悪く、いわゆるチャーピングが生じる。光波長を安
定に保持し、高速の変調を行うためには、レーザ光源を
連続発振させ変調器で変調を行うことが好ましい。量子
井戸構造を用いた変調器の開発が行なわれている。
In the field of optical communication, light sources and modulators are of great importance. Although it is possible to modulate the output light by turning on / off the driving of the laser light source itself, the stability of the output wavelength is poor and so-called chirping occurs. In order to stably hold the light wavelength and perform high-speed modulation, it is preferable to continuously oscillate the laser light source and perform modulation by the modulator. A modulator using a quantum well structure is being developed.

【0007】図13A、13Bは、タイプIの量子井戸
構造の例を示す。図13Aは、タイプIの量子井戸のバ
ンドエネルギ分布を厚さ方向の位置の関数として示す。
InP基板上に、p型層、量子井戸構造、n型層が積層
され、pin構造を形成している。量子井戸構造内の障
壁層L1、L3は、In0.73Ga0.27As0.490.51
形成され、InP基板に対し、−0.31%の伸長歪を
有する。この障壁層L1の伝導帯のバンド端のエネルギ
位置は−8.173eVであり、価電子帯のヘビーホー
ルのバンド端のエネルギ位置は−9.228eVであ
り、ライトホールのバンド端のエネルギ位置は−9.2
06eVである。
13A and 13B show an example of a type I quantum well structure. FIG. 13A shows the band energy distribution of a type I quantum well as a function of position in the thickness direction.
A p-type layer, a quantum well structure, and an n-type layer are stacked on an InP substrate to form a pin structure. The barrier layers L1 and L3 in the quantum well structure are formed of In 0.73 Ga 0.27 As 0.49 P 0.51 and have an extension strain of −0.31% with respect to the InP substrate. The energy position at the band edge of the conduction band of the barrier layer L1 is −8.173 eV, the energy position at the band edge of the heavy hole in the valence band is −9.228 eV, and the energy position at the band edge of the light hole is -9.2
It is 06 eV.

【0008】井戸層L2は、+1.32%の圧縮歪を有
するIn0.89Ga0.11As0.650. 35で形成され、伝導
帯のバンド端のエネルギ位置は−8.344eV、価電
子帯のヘビーホールのバンド端のエネルギ位置は−9.
138eV、ライトホールのバンド端のエネルギ位置は
−9.221eVである。井戸層L2の厚さは、たとえ
ば9.0nmである。なお、井戸層L2及びそれに隣接
する障壁層L1、L3の領域はノンドープである。
[0008] well layer L2 is formed in In 0.89 Ga 0.11 As 0.65 P 0. 35 having a + 1.32% of compressive strain, the energy position -8.344eV the band edge of the conduction band, heavy valence band The energy position at the band edge of the hole is -9.
The energy position at the band edge of the light hole is 138 eV and -9.221 eV. The well layer L2 has a thickness of 9.0 nm, for example. The well layer L2 and the regions of the barrier layers L1 and L3 adjacent to the well layer L2 are non-doped.

【0009】なお、単一の井戸層のみを示したが、井戸
層L2と障壁層L1(L3)を交互に配置し、多重量子
井戸としてもよい。このような構成により、電子に対す
る量子井戸と正孔に対する量子井戸とが同一層内に形成
されるタイプIの量子井戸構造が形成される。
Although only a single well layer is shown, the well layers L2 and the barrier layers L1 (L3) may be alternately arranged to form a multiple quantum well. With such a structure, a type I quantum well structure in which a quantum well for electrons and a quantum well for holes are formed in the same layer is formed.

【0010】このようなpin構造に対し、バイアス電
界を印加しない状態においては、伝導帯の電子の波動関
数も価電子帯の正孔の波動関数も井戸層L2を中心とし
て分布する。電子の波動関数のピークと正孔の波動関数
のピークとは一致する。量子井戸構造に井戸層L2のバ
ンドギャップに相当するエネルギの光子エネルギを有す
る光を入射すると、電子正孔対を生じ、光が吸収され
る。
With respect to such a pin structure, in the state where no bias electric field is applied, both the wave function of electrons in the conduction band and the wave function of holes in the valence band are distributed around the well layer L2. The peak of the electron wave function and the peak of the hole wave function coincide. When light having a photon energy having an energy corresponding to the band gap of the well layer L2 is incident on the quantum well structure, electron-hole pairs are generated and the light is absorbed.

【0011】また、電子及び正孔を1次元方向にのみ閉
じ込めているため、バンド端近傍のエネルギ準位がほぼ
連続的に分布する。従って、井戸層L2のバンドギャッ
プに相当するエネルギ以上の光子エネルギを有する光に
対しても電子正孔対を生じ、光吸収強度が大きくなる。
従って、量子井戸構造に入射する光の波長を、井戸層L
2のバンドギャップに相当する波長よりも長い波長から
徐々に短くしていくと、始めは光吸収強度がほぼ0であ
り、バンドギャップに相当する波長で立ち上がり、それ
よりも短い波長に対して大きな光吸収強度を示す。
Further, since the electrons and holes are confined only in the one-dimensional direction, the energy levels near the band edge are distributed almost continuously. Therefore, electron-hole pairs are generated even for light having a photon energy equal to or more than the energy corresponding to the band gap of the well layer L2, and the light absorption intensity is increased.
Therefore, the wavelength of the light incident on the quantum well structure is set to the well layer L
When the wavelength longer than the wavelength corresponding to the bandgap of 2 is gradually shortened, the light absorption intensity is almost 0 at the beginning, and the light rises at the wavelength corresponding to the bandgap and becomes larger for the shorter wavelengths. The light absorption intensity is shown.

【0012】図13Bは、図13Aに示す量子井戸構造
にバイアス電界を印加した時の波動関数の分布を示す。
電子および正孔は電界により力を受け、その波動関数の
分布を変化させる。
FIG. 13B shows the distribution of the wave function when a bias electric field is applied to the quantum well structure shown in FIG. 13A.
The electrons and holes are subjected to a force by the electric field and change their wave function distribution.

【0013】図中、4段に分けて電界強度の極性および
強度の異なる4つの場合について電子および正孔の波動
関数の分布が示されている。図中、実線は電子の波動関
数を示し、点線は正孔(ヘビーホール)の波動関数を示
す。なお、図13Aに示すように、この量子井戸構造は
厚さ方向に関して対称的であり、波動関数の分布は正極
性の電界印加と負極性の電界印加に対し、対称的な形状
を示している。
In the figure, the distributions of the electron and hole wavefunctions are shown for four cases in which the polarity of the electric field strength and the strength are different in four stages. In the figure, the solid line shows the wave function of the electron, and the dotted line shows the wave function of the hole (heavy hole). As shown in FIG. 13A, this quantum well structure is symmetric with respect to the thickness direction, and the distribution of the wave function shows a symmetrical shape with respect to the positive electric field application and the negative electric field application. .

【0014】積層方向に沿って電界が印加されると、正
孔は電界方向に移動し、電子は電界と逆方向に移動す
る。このため、印加電界がない時にはピーク位置が一致
していた電子と正孔の波動関数は、電界強度の増加と共
に反対方向に移動し、その重なりが減少している。波動
関数の重なりが減少することは、光吸収強度の低下を意
味する。波動関数の重なりの2乗が、遷移確率すなわち
振動子強度に比例し、光吸収強度を表す。
When an electric field is applied along the stacking direction, holes move in the direction of the electric field and electrons move in the direction opposite to the electric field. For this reason, the wave functions of electrons and holes, whose peak positions coincided with each other when there was no applied electric field, moved in the opposite directions as the electric field strength increased, and their overlap decreased. A decrease in the overlap of the wave functions means a decrease in the light absorption intensity. The square of the overlap of the wave functions is proportional to the transition probability, that is, the oscillator strength, and represents the light absorption intensity.

【0015】なお、電界印加によって図13Aに示すバ
ンド構造は傾斜する。井戸層L2のバンドがたとえば右
下がりに傾斜すると電子は右側に、正孔は左側に偏って
分布する。したがって、電子正孔対を発生させるのに必
要なエネルギはバンドが傾いた分減少し、吸収光波長は
長波長側に移動(レッドシフト)する。
The band structure shown in FIG. 13A is inclined by the application of an electric field. When the band of the well layer L2 is inclined downward to the right, for example, electrons are distributed to the right and holes are distributed to the left. Therefore, the energy required to generate electron-hole pairs is reduced by the amount of tilt of the band, and the wavelength of absorbed light moves to the longer wavelength side (red shift).

【0016】図14は、図13Aに示すタイプIの量子
井戸構造の光吸収スペクトルの例を示す。横軸は波長を
単位nmで表し、縦軸は入射光の減衰量を単位dBで表
す。すなわち、縦軸は量子井戸構造の光吸収強度に対応
する。
FIG. 14 shows an example of the optical absorption spectrum of the type I quantum well structure shown in FIG. 13A. The horizontal axis represents wavelength in nm, and the vertical axis represents attenuation of incident light in dB. That is, the vertical axis corresponds to the light absorption intensity of the quantum well structure.

【0017】電界無印加時には、光吸収強度が波長約1
480nmにおいて極大となり、波長が長くなるに従っ
て減少する。波長が1560nm以上の領域で光吸収強
度がほとんど0になる。波長が1480nmより短くな
っても、比較的大きな光吸収強度を維持する。
When no electric field is applied, the light absorption intensity has a wavelength of about 1
It has a maximum at 480 nm and decreases as the wavelength becomes longer. The light absorption intensity becomes almost zero in the wavelength region of 1560 nm or more. Even if the wavelength becomes shorter than 1480 nm, a relatively large light absorption intensity is maintained.

【0018】強さ−50kV/cmの電界を印加する
と、吸収ピークが長波長側へシフトし、波長約1495
nm近傍に弱い吸収ピークが現れる。電界印加により電
子と正孔の波動関数の重なりが減少するため、吸収ピー
クの高さは低くなる。また、電界印加により、波長約1
500nm以上の領域において、電界無印加時よりも光
吸収強度が増大する。この光吸収強度の変化を利用して
光変調を行うことができる。
When an electric field having a strength of -50 kV / cm is applied, the absorption peak shifts to the long wavelength side, and the wavelength is about 1495.
A weak absorption peak appears near nm. The application of the electric field reduces the overlap of the electron and hole wavefunctions, and thus the height of the absorption peak becomes low. Also, by applying an electric field, a wavelength of about 1
In the region of 500 nm or more, the light absorption intensity is higher than that when no electric field is applied. Light modulation can be performed by utilizing this change in light absorption intensity.

【0019】次に、図15を参照して、αパラメータと
光パルス信号の最大伝送距離との関係について説明す
る。光パルス発生源のαパラメータは、
Next, the relationship between the α parameter and the maximum transmission distance of the optical pulse signal will be described with reference to FIG. The α parameter of the optical pulse source is

【0020】[0020]

【数1】α=Δθ/ΔAm=Δn/ΔAb と定義される。ここで、Δθは光パルスの位相変化、Δ
Amは振幅の変化、Δnは光変調器の屈折率の変化、Δ
Abは光変調器の光吸収強度の変化を表す。
## EQU1 ## It is defined as α = Δθ / ΔAm = Δn / ΔAb. Where Δθ is the phase change of the optical pulse, Δ
Am is the change in amplitude, Δn is the change in the refractive index of the optical modulator, Δ
Ab represents a change in the light absorption intensity of the optical modulator.

【0021】図15は、αパラメータと最大伝送距離と
の関係を示す。横軸はαパラメータを表し、縦軸は伝送
距離を単位kmで表す。伝送媒体を分散係数17pS/
nm/kmの光ファイバ、光パルス信号の周波数を10
Gb/s、光パルス波形をガウシアン波形、パワーペナ
ルティを1dBとした。
FIG. 15 shows the relationship between the α parameter and the maximum transmission distance. The horizontal axis represents the α parameter, and the vertical axis represents the transmission distance in the unit of km. Dispersion coefficient of transmission medium is 17 pS /
nm / km optical fiber, frequency of optical pulse signal is 10
Gb / s, optical pulse waveform was Gaussian waveform, and power penalty was 1 dB.

【0022】αパラメータが約−1のとき、最大伝送距
離が最大値を示し、αパラメータを正の向きに大きくす
ると最大伝送距離が急激に短くなり、負の向きに大きく
すると徐々に短くなる。従って、長距離伝送を行うため
には、αパラメータを負にすることが好ましく、−2〜
0とすることがより好ましい。
When the α parameter is about -1, the maximum transmission distance shows the maximum value. When the α parameter is increased in the positive direction, the maximum transmission distance is sharply shortened, and when it is increased in the negative direction, the maximum transmission distance is gradually shortened. Therefore, in order to perform long-distance transmission, it is preferable to make the α parameter negative, and
More preferably, it is set to 0.

【0023】図16は、図14に示す特性を有する量子
井戸構造の、光吸収強度変化、屈折率変化、及びαパラ
メータの波長依存性を示す。横軸は波長を単位nmで表
し、左縦軸は光吸収強度変化ΔAbを任意目盛りで表
し、右縦軸は屈折率変化Δnとαパラメータを表す。図
中の実線は光吸収強度変化ΔAbを示し、記号■は屈折
率変化Δnを示し、記号○はαパラメータを示す。屈折
率変化Δnは、クラマースクローニッヒの式を用いて計
算したものである。
FIG. 16 shows the wavelength dependence of the light absorption intensity change, refractive index change, and α parameter of the quantum well structure having the characteristics shown in FIG. The horizontal axis represents wavelength in nm, the left vertical axis represents light absorption intensity change ΔAb on an arbitrary scale, and the right vertical axis represents refractive index change Δn and α parameter. The solid line in the figure indicates the change in light absorption intensity ΔAb, the symbol ▪ indicates the change in refractive index Δn, and the symbol ◯ indicates the α parameter. The refractive index change Δn is calculated using the Kramers-Kronig equation.

【0024】長距離伝送を行うためには、光変調器の挿
入損失を少なくするために、光透過状態の時に光変調器
の光吸収強度がほぼ0であることが好ましい。従って、
図14の特性を有する量子井戸構造を用いた光変調器
は、光吸収強度の観点から、1560nm以上の波長域
の光の変調に適している。しかし、図16において、波
長1560nm以上の波長域でαパラメータが正になっ
ている。αパラメータの観点からは、この波長域は長距
離伝送に適さない。
For long-distance transmission, it is preferable that the optical absorption intensity of the optical modulator is substantially zero in the light transmitting state in order to reduce the insertion loss of the optical modulator. Therefore,
The optical modulator using the quantum well structure having the characteristics shown in FIG. 14 is suitable for modulating light in the wavelength range of 1560 nm or more from the viewpoint of light absorption intensity. However, in FIG. 16, the α parameter is positive in the wavelength range of 1560 nm or more. From the viewpoint of the α parameter, this wavelength range is not suitable for long-distance transmission.

【0025】また、1500〜1530nmの波長域に
おいてαパラメータが負になるため、αパラメータの観
点からは、この光変調器は1500〜1530nmの波
長域の光の変調に適している。しかし、図14からわか
るように、この波長域の光吸収強度が比較的大きいた
め、光吸収強度の観点からは、この光変調器は1500
〜1530nmの波長域の光の変調に適さない。このよ
うに、1次元閉じ込めを行うタイプIの量子井戸構造を
用いた光変調器は、光吸収強度とαパラメータ共に長距
離伝送のために好適な値になる波長域を有しない。
Further, since the α parameter becomes negative in the wavelength region of 1500 to 1530 nm, from the viewpoint of the α parameter, this optical modulator is suitable for modulating light in the wavelength region of 1500 to 1530 nm. However, as can be seen from FIG. 14, since the light absorption intensity in this wavelength range is relatively large, this optical modulator is 1500
It is not suitable for modulating light in the wavelength range of ˜1530 nm. As described above, the optical modulator using the type I quantum well structure that performs one-dimensional confinement does not have a wavelength range in which both the optical absorption intensity and the α parameter are suitable values for long-distance transmission.

【0026】図17A、17Bは、タイプIIの量子井
戸を示す。図17Aは、タイプIIの量子井戸のバンド
エネルギ分布を厚さ方向の位置の関数として示す。図に
おいて、障壁層M1、電子に対する井戸層M2、正孔に
対する井戸層M3、障壁層M4が積層し、タイプIIの
量子井戸構造を構成している。なお、障壁層M1側には
p型層が連続し、障壁層M4側にはn型層が連続する。
17A and 17B show a type II quantum well. FIG. 17A shows the band energy distribution of a type II quantum well as a function of position in the thickness direction. In the figure, a barrier layer M1, a well layer M2 for electrons, a well layer M3 for holes, and a barrier layer M4 are stacked to form a type II quantum well structure. The p-type layer is continuous on the side of the barrier layer M1 and the n-type layer is continuous on the side of the barrier layer M4.

【0027】電子に対する井戸層を構成する層M2と正
孔に対する井戸層を構成する層M3は隣接して配置され
ており、その両側には障壁層M1、M4が配置されてい
る。なお、多重井戸構造とする場合には、層M1と層M
4は同一の層で構成される。
A layer M2 forming a well layer for electrons and a layer M3 forming a well layer for holes are arranged adjacent to each other, and barrier layers M1 and M4 are arranged on both sides thereof. In the case of the multi-well structure, the layers M1 and M
4 is composed of the same layer.

【0028】たとえば、この量子井戸構造はInP基板
上に形成され、層M1(M4)はIn0.73Ga0.27As
0.490.51で形成された伸長歪−0.31%の層であ
り、伝導帯のバンド端のエネルギ位置は−8.173e
V、価電子帯のヘビーホールのバンド端のエネルギ位置
は−9.228eV、価電子帯のライトホールのバンド
端のエネルギ位置は−9.206eVである。
For example, this quantum well structure is formed on an InP substrate, and the layer M1 (M4) is made of In 0.73 Ga 0.27 As.
It is a layer with a tensile strain of -0.31% formed by 0.49 P 0.51 and the energy position at the band edge of the conduction band is -8.173e.
The energy position at the band edge of the heavy hole in V and the valence band is −9.228 eV, and the energy position at the band edge of the light hole in the valence band is −9.206 eV.

【0029】電子に対する井戸層M2は、たとえば厚さ
9.0nmのInAs0.430.57で形成され、圧縮歪+
1.37%を有する。伝導帯のバンド端のエネルギ位置
は−8.295eV、価電子帯のヘビーホールのバンド
端のエネルギ位置は−9.220eV、価電子帯のライ
トホールのバンド端のエネルギ位置は−9.307eV
である。
The well layer M2 for electrons is formed of, for example, InAs 0.43 P 0.57 having a thickness of 9.0 nm, and has a compressive strain +
With 1.37%. The energy position at the band edge of the conduction band is −8.295 eV, the energy position at the band edge of the heavy hole in the valence band is −9.220 eV, and the energy position at the band edge of the light hole in the valence band is −9.307 eV.
It is.

【0030】正孔に対する量子井戸を構成する層M3
は、たとえば厚さ12.0nmのIn 0.53Ga0.47As
0.710.29で形成され、伸長歪−1.0%を有する。こ
の層の伝導帯のバンド端のエネルギ位置は−8.169
eV、価電子帯のヘビーホールのバンド端のエネルギ位
置は−9.178eV、価電子帯のライトホールのバン
ド端のエネルギ位置は−9.105eVである。
Layer M3 forming a quantum well for holes
Is, for example, 12.0 nm thick In 0.53Ga0.47As
0.71P0.29It has a tensile strain of -1.0%. This
The energy position at the band edge of the conduction band of the layer is −8.169.
eV, energy level at band edge of heavy hole in valence band
The position is -9.178 eV, the valence band light hole van.
The energy position at the terminal is −9.105 eV.

【0031】図17Bは、図13Bと同様、印加電界に
対する波動関数の移動を示している。タイプIIの量子
井戸においては、電界を印加しない状態においても電子
の量子井戸の位置と正孔の量子井戸の位置が異なるた
め、電子と正孔の波動関数は離れて存在する。なお、両
量子井戸層の厚さが波動関数の拡がりと較べ、同等以下
である場合には、波動関数は障壁層に侵入して分布す
る。
Similar to FIG. 13B, FIG. 17B shows the movement of the wave function with respect to the applied electric field. In the type II quantum well, the position of the electron quantum well and the position of the hole quantum well are different even when no electric field is applied, so that the wave functions of the electron and the hole exist separately. When the thickness of both quantum well layers is equal to or less than the spread of the wave function, the wave function penetrates the barrier layer and is distributed.

【0032】電子と正孔が互いに離れる方向の電界を印
加すると、図17B中、上2段のグラフに示すように、
電子の波動関数と正孔の波動関数はさらに離れて分布す
る。これに対し、電子と正孔が近づく方向の電界を印加
すると、電子および正孔の波動関数は両井戸層の境界側
に偏り、さらに障壁層内に進入し、波動関数の重なりは
増大する。
When an electric field in which electrons and holes are separated from each other is applied, as shown in the upper two graphs in FIG. 17B,
The electron and hole wavefunctions are distributed further apart. On the other hand, when an electric field in the direction in which electrons and holes approach each other is applied, the wave functions of electrons and holes are biased to the boundary side of both well layers and further enter into the barrier layer, and the overlap of wave functions increases.

【0033】また、図17Aにおいて、バンド構造が左
下がりになるような電界を印加すると、電子の波動関数
と正孔の波度関数は離れるように分布する。この場合、
バンドの傾きに対応する分、遷移エネルギが減少し、遷
移波長は長波長側に移動(レッドシフト)する。
Further, in FIG. 17A, when an electric field is applied such that the band structure is downward-sloping to the left, the wave function of electrons and the wave function of holes are distributed apart from each other. in this case,
The transition energy decreases by an amount corresponding to the band slope, and the transition wavelength moves to the long wavelength side (red shift).

【0034】また、電子の波動関数と正孔の波動関数が
近づく方向の(右下がりになる)電界を印加すると、境
界におけるバンドギャップは変化しないが、井戸層底部
のバンド端のエネルギに傾きが生じるため、波動関数の
分布が境界付近に集まり、実効的井戸幅が減少する作用
が生じる。遷移エネルギは僅か増加する。この遷移エネ
ルギの増加は、遷移波長の短波長化(ブルーシフト)と
なる。
When an electric field in which the electron wave function and the hole wave function come close to each other (to the lower right) is applied, the band gap at the boundary does not change, but the energy at the band edge at the bottom of the well layer has a slope. As a result, the distribution of the wave function is gathered near the boundary and the effective well width is reduced. The transition energy increases slightly. This increase in transition energy results in a shorter transition wavelength (blue shift).

【0035】従来、量子井戸構造を光変調器に用いる場
合、電界印加による遷移波長のレッドシフトを利用して
いる。電界無印加時の光吸収端エネルギよりわずかに長
波長の光を入力光とする。電界印加によってレッドシフ
トが生じると光吸収端波長は長波長側に移動する。その
結果、透明領域であった入力光の波長が吸収領域の波長
となる。このように、電界印加により遷移波長をレッド
シフトさせ、電界印加時の光吸収を利用して光変調を行
うと、αパラメータが正になるため、この方法は長距離
伝送に適さない。
Conventionally, when the quantum well structure is used in an optical modulator, the red shift of the transition wavelength due to the application of an electric field is used. Light having a wavelength slightly longer than the light absorption edge energy when no electric field is applied is used as the input light. When the red shift occurs due to the application of the electric field, the light absorption edge wavelength moves to the long wavelength side. As a result, the wavelength of the input light in the transparent region becomes the wavelength of the absorption region. Thus, when the transition wavelength is red-shifted by applying the electric field and the light modulation is performed by utilizing the light absorption when the electric field is applied, the α parameter becomes positive, and this method is not suitable for long-distance transmission.

【0036】電界無印加時の光吸収端エネルギより短波
長側の波長域は、電界無印加時及び電界印加時共に吸収
領域となるため、この波長域の光を被変調光として使用
することは好ましくない。
Since the wavelength region on the shorter wavelength side than the light absorption edge energy when no electric field is applied becomes an absorption region both when no electric field is applied and when an electric field is applied, light in this wavelength range cannot be used as modulated light. Not preferable.

【0037】[0037]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、1次元
閉じ込めを行う量子井戸構造を用いた光変調器では、電
界印加により遷移波長をレッドシフトさせ、電界印加時
の光吸収を利用して光変調を行うため、αパラメータが
正になり長距離伝送に適さない。
As described above, in the optical modulator using the quantum well structure for one-dimensional confinement, the transition wavelength is red-shifted by applying the electric field, and the optical absorption when the electric field is applied is utilized. Since the optical modulation is performed, the α parameter becomes positive, which is not suitable for long-distance transmission.

【0038】本発明の目的は、長距離伝送に適したαパ
ラメータを有する光半導体装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide an optical semiconductor device having an α parameter suitable for long distance transmission.

【0039】[0039]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、光を放出する発光手段と、前記発光手段から放出さ
れた光の光路中に配置され、電子及び正孔に対して3次
元量子閉じ込めを行う量子箱と、前記量子箱に電界を印
加する電界印加手段とを有する光半導体装置が提供され
る。
According to one aspect of the present invention, a light emitting means for emitting light and a three-dimensional quantum for electrons and holes are arranged in the optical path of the light emitted from the light emitting means. An optical semiconductor device having a quantum box for confining and an electric field applying means for applying an electric field to the quantum box is provided.

【0040】量子箱内では、伝導帯と価電子帯にエネル
ギ準位が離散的に分布する。伝導帯のエネルギ準位と価
電子帯のエネルギ準位との差に等しいエネルギの光が入
射すると、電子正孔対が生成され光吸収が起こる。離散
的に分布するエネルギ準位に対応し、光吸収スペクトル
の吸収ピークも離散的に現れる。量子箱に電界を印加す
るとエネルギ準位間のエネルギ差が変動するため、吸収
ピークが長波長または短波長側へシフトする。
In the quantum box, energy levels are discretely distributed in the conduction band and the valence band. When light having energy equal to the difference between the energy level of the conduction band and the energy level of the valence band is incident, electron-hole pairs are generated and light absorption occurs. The absorption peaks of the optical absorption spectrum also appear discretely corresponding to the energy levels distributed discretely. When an electric field is applied to the quantum box, the energy difference between energy levels fluctuates, and the absorption peak shifts to the long wavelength side or the short wavelength side.

【0041】量子箱に、吸収ピークのシフト範囲内の波
長域の光を入射し、電界強度を変化させると、入射光に
対する光吸収強度が変化する。この光吸収強度の変化を
利用して光変調を行うことができる。
When light in the wavelength range within the absorption peak shift range is incident on the quantum box and the electric field intensity is changed, the light absorption intensity for the incident light changes. Light modulation can be performed by utilizing this change in light absorption intensity.

【0042】本発明の他の観点によると、電界無印加時
において、前記量子箱に閉じ込められた電子及び正孔の
各波動関数のピークを与える空間座標が3次元的に一致
し、前記発光手段から放出される波長の光に関して、前
記量子箱に電界を印加している時の前記量子箱による光
吸収強度が、電界を印加していない時の光吸収強度より
も小さい光半導体装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, when no electric field is applied, the spatial coordinates giving the peaks of the wavefunctions of the electrons and holes confined in the quantum box are three-dimensionally coincident, and the light emitting means is provided. Provided is an optical semiconductor device in which light absorption intensity by the quantum box when an electric field is applied to the quantum box is smaller than light absorption intensity when an electric field is not applied with respect to light having a wavelength emitted from the quantum box. It

【0043】電界無印加時に電子と正孔の波動関数のピ
ークが一致するため、遷移確率が高くなり光吸収強度が
大きくなる。電界を印加すると電子と正孔の波動関数の
ピークが反対方向に移動するため、波動関数の重なりが
少なくなり遷移確率が低くなる。このため、光吸収強度
が低下する。同時に、伝導帯及び価電子帯のバンド端が
傾斜するためエネルギギャップが狭くなり、吸収ピーク
が長波長側へ移動する。
When the electric field is not applied, the peaks of the wavefunctions of the electrons and holes coincide with each other, so that the transition probability increases and the light absorption intensity increases. When an electric field is applied, the peaks of the electron and hole wavefunctions move in opposite directions, so that the wavefunction overlaps decrease and the transition probability decreases. Therefore, the light absorption intensity decreases. At the same time, since the band edges of the conduction band and the valence band are inclined, the energy gap is narrowed and the absorption peak moves to the long wavelength side.

【0044】電界印加時の光吸収強度が電界無印加時の
光吸収強度よりも小さい波長域の光を被変調光とする
と、電界無印加時に非透過状態になり、電界印加時に透
過状態になる。
When light having a wavelength range in which the light absorption intensity when the electric field is applied is smaller than the light absorption intensity when the electric field is not applied is the modulated light, the non-transmission state occurs when the electric field is not applied and the transmission state occurs when the electric field is applied. .

【0045】本発明の他の観点によると、前記発光手段
により放出される光の波長が、前記量子箱による光吸収
スペクトルのピークのうち最も長波長側のピークに対応
する波長に、そのピークの半値幅の1/2を加えた波長
よりも短い光半導体装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, the wavelength of the light emitted by the light emitting means is the wavelength corresponding to the peak on the longest wavelength side among the peaks of the light absorption spectrum by the quantum box. Provided is an optical semiconductor device having a wavelength shorter than the wavelength obtained by adding 1/2 of the half width.

【0046】光変調器を長距離伝送用の光信号発生源と
して使用するためには、光変調器の透過状態における挿
入損失を少なくすることが望まれる。量子箱の光吸収ス
ペクトルには、離散的な吸収ピークが現れるため、最も
長波長側の吸収ピークよりも短波長側に、光吸収ピーク
の十分小さい波長域が存在する。
In order to use the optical modulator as an optical signal generation source for long distance transmission, it is desired to reduce the insertion loss in the transmission state of the optical modulator. Since discrete absorption peaks appear in the optical absorption spectrum of the quantum box, a wavelength region having a sufficiently small optical absorption peak exists on the shorter wavelength side than the absorption peak on the longest wavelength side.

【0047】また、吸収ピークに対応する波長にそのピ
ークの半値幅の1/2を加えた波長よりも短い波長域の
光に対しては、その吸収ピークを長波長側にシフトさせ
て光吸収強度を十分小さくすることができる。従って、
この波長域の光を被変調光とすることが可能である。
Further, for light in a wavelength range shorter than the wavelength corresponding to the absorption peak plus 1/2 of the half-value width of the peak, the absorption peak is shifted to the long wavelength side to absorb light. The strength can be made sufficiently small. Therefore,
Light in this wavelength range can be used as modulated light.

【0048】本発明の他の観点によると、前記発光手段
により放出される光の波長が、前記量子箱に電界を印加
していない時における該量子箱の光吸収スペクトルのい
ずれかのピークの半値幅の範囲内の波長である光半導体
装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, the wavelength of the light emitted by the light emitting means is half of any peak of the optical absorption spectrum of the quantum box when an electric field is not applied to the quantum box. Provided is an optical semiconductor device having a wavelength within a value range.

【0049】電界無印加時の吸収ピークの半値幅の範囲
内の光に対して、電界無印加時に比較的大きな光吸収強
度を得ることができる。電界を印加すると吸収ピークが
シフトする。電界強度を適当に選択することにより、光
吸収強度を電界無印加時よりも小さくすることができ
る。
It is possible to obtain a relatively large light absorption intensity when no electric field is applied to light within the range of the half-value width of the absorption peak when no electric field is applied. The absorption peak shifts when an electric field is applied. By appropriately selecting the electric field intensity, the light absorption intensity can be made smaller than that when no electric field is applied.

【0050】本発明の他の観点によると、電界無印加時
において、前記量子箱に閉じ込められた電子及び正孔の
各波動関数のピークを与える空間座標が、前記電界印加
手段によって印加される電界の方向に関してずれてお
り、前記発光手段から放出される波長の光に関して、前
記量子箱に電界を印加している時の前記量子箱による光
吸収強度が、電界を印加していない時の光吸収強度より
も大きい光半導体装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, when no electric field is applied, the spatial coordinates giving the peaks of the wavefunctions of the electrons and holes confined in the quantum box are the electric fields applied by the electric field applying means. The light absorption intensity by the quantum box when an electric field is applied to the quantum box is different from that of the light emitted from the light emitting means when the electric field is not applied. An optical semiconductor device is provided that is greater than strength.

【0051】電界無印加時に電子と正孔の波動関数のピ
ーク位置がずれているため、遷移確率が比較的低くな
り、光吸収強度も小さい。波動関数のピーク位置が近づ
く向きに電界を印加すると、遷移確率が高くなり、光吸
収強度も大きくなる。
Since the peak positions of the wave functions of electrons and holes are deviated when no electric field is applied, the transition probability is relatively low and the light absorption intensity is also small. When an electric field is applied in the direction in which the peak position of the wave function approaches, the transition probability increases and the light absorption intensity also increases.

【0052】本発明の他の観点によると、前記発光手段
により放出される光の波長が、前記量子箱に電界を印加
していない時における該量子箱の光吸収スペクトルの相
互に隣り合うピークの中間の波長である光半導体装置が
提供される。
According to another aspect of the present invention, the wavelength of light emitted by the light emitting means is such that the peaks of the light absorption spectra of the quantum boxes adjacent to each other when no electric field is applied to the quantum boxes. An optical semiconductor device having an intermediate wavelength is provided.

【0053】量子箱に、電子と正孔の波動関数のピーク
位置が近づく向きに電界を印加すると、吸収ピークの高
さが高くなると同時に、吸収ピークの中心波長が短波長
側へシフトする。被変調光の波長を電界無印加時の隣り
合う2つの吸収ピークの中間の波長とすると、電界無印
加時に透過状態になる。適当な強さの電界を印加して吸
収ピークを被変調光の波長域までシフトさせると、非透
過状態になる。
When an electric field is applied to the quantum box in such a direction that the peak positions of the electron and hole wavefunctions approach each other, the height of the absorption peak increases and the central wavelength of the absorption peak shifts to the short wavelength side. If the wavelength of the modulated light is set to an intermediate wavelength between two adjacent absorption peaks when no electric field is applied, the modulated light is in a transmissive state when no electric field is applied. When the absorption peak is shifted to the wavelength range of the modulated light by applying an electric field of appropriate strength, the non-transmission state is set.

【0054】[0054]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例による変
調器集積分布帰還型レーザの一部破断斜視図を示す。n
型InP基板1の表面の一部に回折格子3が形成されて
いる。この基板1の上に、n型層2が成長され、その上
に分布帰還型(DFB)レーザ14および光変調器15
が分離領域16を介在して形成されている。
1 is a partially cutaway perspective view of a modulator integrated distributed feedback laser according to an embodiment of the present invention. n
The diffraction grating 3 is formed on a part of the surface of the type InP substrate 1. An n-type layer 2 is grown on the substrate 1, and a distributed feedback (DFB) laser 14 and an optical modulator 15 are formed on the n-type layer 2.
Are formed with the isolation region 16 interposed.

【0055】DFBレーザ14は、回折格子3の上にn
型クラッド層2、活性層4a、p型クラッド層5、p型
層6、コンタクト層7aを積層して形成されている。光
変調器15は、n型層2の上に量子箱を含む変調吸収層
4bを積層し、その上にp型層5、6、p型コンタクト
層7bを積層して構成されている。
The DFB laser 14 is provided on the diffraction grating 3 with n
The clad layer 2, the active layer 4a, the p-type clad layer 5, the p-type layer 6 and the contact layer 7a are formed by being laminated. The optical modulator 15 is configured by laminating a modulation absorption layer 4b including a quantum box on the n-type layer 2, and laminating p-type layers 5, 6 and a p-type contact layer 7b on the modulation absorption layer 4b.

【0056】分離領域16は、積層構造上面からコンタ
クト層7a、7bの中間の領域を除去した構造で実現さ
れている。なお、DFBレーザ14、光変調器15の整
列方向に沿うように幅約1〜3μmの基板に達するメサ
構造がエッチングで形成され、メサ構造の側面は半絶縁
性埋込ヘテロ領域8によって埋め戻されている。また、
DFBレーザ14のコンタクト層7a上にはp側電極1
0aが形成され、光変調器15のコンタクト層7b上に
はp側電極10bが形成されている。
The isolation region 16 is realized by a structure in which the intermediate region between the contact layers 7a and 7b is removed from the upper surface of the laminated structure. A mesa structure reaching a substrate having a width of about 1 to 3 μm is formed by etching along the alignment direction of the DFB laser 14 and the optical modulator 15, and the side surface of the mesa structure is backfilled with the semi-insulating buried hetero region 8. Has been done. Also,
The p-side electrode 1 is formed on the contact layer 7a of the DFB laser 14.
0a is formed, and the p-side electrode 10b is formed on the contact layer 7b of the optical modulator 15.

【0057】また、ポリイミド領域9がp側電極10b
周辺に形成され、その上に形成された配線層11がp側
電極10bと接続されている。基板1の裏面にはn側電
極12が共通に形成されている。
Further, the polyimide region 9 is the p-side electrode 10b.
The wiring layer 11 formed on the periphery and formed on the periphery is connected to the p-side electrode 10b. An n-side electrode 12 is commonly formed on the back surface of the substrate 1.

【0058】このような構造は、基板上への選択エピタ
キシャル成長、選択エッチング、メサ埋込成長、ポリイ
ミド塗布、基板研磨、電極層堆積、パターニング、へき
開等の技術を用いて作製することができる。
Such a structure can be produced by using techniques such as selective epitaxial growth on a substrate, selective etching, mesa burying growth, polyimide coating, substrate polishing, electrode layer deposition, patterning, and cleavage.

【0059】このような構成において、DFBレーザ1
4は、単一波長の光を連続発振する。光変調器15は、
DFBレーザ14から発する光を選択的に吸収し、変調
した出力光を発生する。
In such a configuration, the DFB laser 1
4 continuously oscillates light of a single wavelength. The optical modulator 15 is
The light emitted from the DFB laser 14 is selectively absorbed to generate modulated output light.

【0060】次に、図2〜図8を参照して、本発明の第
1の実施例による光変調器について説明する。図2A
は、第1の実施例による光変調器の変調吸収層4b内に
含まれる複数の量子箱の1つを模式的に示す。量子箱
は、各面がx軸、y軸及びz軸に垂直な直方体形状を有
する。なお、図2Aでは、直方体形状の量子箱を示す
が、その他の形状、例えば円筒状、球状、楕円球状等の
量子箱としてもよい。
Next, an optical modulator according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Figure 2A
1 schematically shows one of a plurality of quantum boxes included in the modulation absorption layer 4b of the optical modulator according to the first embodiment. The quantum box has a rectangular parallelepiped shape in which each surface is perpendicular to the x axis, the y axis, and the z axis. 2A shows a quantum box having a rectangular parallelepiped shape, other quantum boxes such as a cylindrical box, a spherical box, and an elliptic box may be used.

【0061】図2Bは、量子箱のx軸、y軸及びz軸方
向のエネルギ準位図を示す。各軸方向共、量子箱内の伝
導帯の最低エネルギ準位がその周囲の最低エネルギ準位
よりも低く、電子に対して量子井戸を形成している。ま
た、量子箱内の価電子帯の最高エネルギ準位が、その周
囲の最高エネルギ準位よりも高く、正孔に対して量子井
戸を形成している。すなわち、量子箱は電子及び正孔に
対して3次元量子閉じ込めを行い、電界無印加時におい
て、閉じ込められた電子と正孔の波動関数のピークの3
軸の空間座標がすべて一致する。これは、タイプIの量
子井戸層に類似する構成である。
FIG. 2B shows an energy level diagram in the x-axis, y-axis and z-axis directions of the quantum box. In each axial direction, the lowest energy level of the conduction band in the quantum box is lower than the lowest energy level around it, forming a quantum well for electrons. Further, the highest energy level of the valence band in the quantum box is higher than the highest energy level of its surroundings, forming a quantum well for holes. That is, the quantum box performs three-dimensional quantum confinement on electrons and holes, and when the electric field is not applied, the peak of the wave function of the confined electrons and holes is 3
The spatial coordinates of the axes all match. This is a structure similar to a type I quantum well layer.

【0062】図2Cは、量子箱の光吸収スペクトルを示
す。量子箱内のエネルギ準位が離散的に分布するため、
入射光の波長に対して光吸収強度の吸収ピークも離散的
に分布する。波長λ1 における吸収ピークが量子箱の最
小のエネルギギャップに相当し、それよりも長波長側に
はピークが現れない。波長λ1 よりも短波長側に2番
目、3番目のエネルギギャップに相当する吸収ピークが
現れている。
FIG. 2C shows the optical absorption spectrum of the quantum box. Since the energy levels in the quantum box are distributed discretely,
The absorption peak of the light absorption intensity is also discretely distributed with respect to the wavelength of the incident light. The absorption peak at wavelength λ 1 corresponds to the minimum energy gap of the quantum box, and no peak appears on the longer wavelength side. Absorption peaks corresponding to the second and third energy gaps appear on the shorter wavelength side than the wavelength λ 1 .

【0063】光変調器を構成する複数の量子箱がすべて
同じ大きさで、かつ結晶性が良好であれば、光吸収強度
の相互に隣り合う吸収ピークの間の光吸収強度は十分小
さくなる。
If all of the plurality of quantum boxes forming the optical modulator have the same size and good crystallinity, the light absorption intensity between the absorption peaks adjacent to each other of the light absorption intensity becomes sufficiently small.

【0064】参考のために、図2Dに電子及び正孔に対
して1次元量子閉じ込めを行う量子井戸層及び2次元量
子閉じ込めを行う量子細線の光吸収スペクトルを示す。
この場合には、バンド端近傍にエネルギ準位が一定の幅
をもってほぼ連続的に分布するため、離散的なピークが
現れず、光吸収強度が階段状に変化する。従って、光変
調器の挿入損失を小さくするためには、被変調光の波長
を、吸収端の波長よりも長くする必要がある。
For reference, FIG. 2D shows an optical absorption spectrum of a quantum well layer that performs one-dimensional quantum confinement for electrons and holes and a quantum wire that performs two-dimensional quantum confinement.
In this case, since the energy levels are distributed almost continuously with a constant width in the vicinity of the band edge, no discrete peak appears and the light absorption intensity changes stepwise. Therefore, in order to reduce the insertion loss of the optical modulator, the wavelength of the modulated light needs to be longer than the wavelength at the absorption edge.

【0065】図2Cの場合には、光吸収スペクトルの吸
収ピークの両側で光吸収強度が小さくなっているため、
被変調光の波長を各吸収ピークの長波長側のみならず短
波長側に設定してもよい。後に、図6〜図8を参照して
説明する方法で作製した量子箱の光吸収スペクトルを測
定したところ、最も長波長側の吸収ピークと2番目の吸
収ピークのそれぞれに対応する波長の光のエネルギ差
は、約60meVであり、各吸収ピークの半値幅は約1
0meV程度であった。従って、2つの吸収ピークの間
に光吸収強度の十分小さい波長域が存在する。この波長
域の光を被変調光とすることができる。
In the case of FIG. 2C, since the light absorption intensity is small on both sides of the absorption peak of the light absorption spectrum,
The wavelength of the modulated light may be set not only on the long wavelength side of each absorption peak but also on the short wavelength side. Later, when the optical absorption spectrum of the quantum box produced by the method described with reference to FIGS. 6 to 8 was measured, it was confirmed that the light of the wavelength corresponding to each of the absorption peak on the longest wavelength side and the second absorption peak was detected. The energy difference is about 60 meV, and the half-width of each absorption peak is about 1
It was about 0 meV. Therefore, there is a wavelength range in which the light absorption intensity is sufficiently small between the two absorption peaks. Light in this wavelength range can be used as modulated light.

【0066】波長が短くなると、相互に隣接する吸収ピ
ーク間のエネルギ差が小さくなり、量子箱の周囲の材料
のバンドギャップに相当する波長よりも短波長側では、
エネルギ準位がほぼ連続的に存在するため、急峻な吸収
ピークが現れない。従って、なるべく長波長側の吸収ピ
ーク近傍の波長の光を被変調光とすることが好ましい。
量子箱の大きさを小さくすれば、光吸収スペクトルの相
互に隣接する吸収ピークに対応する波長の光のエネルギ
差を大きくすることができる。
When the wavelength becomes shorter, the energy difference between the absorption peaks adjacent to each other becomes smaller, and on the shorter wavelength side than the wavelength corresponding to the band gap of the material around the quantum box,
Since the energy levels exist almost continuously, no sharp absorption peak appears. Therefore, it is preferable to use light having a wavelength near the absorption peak on the long wavelength side as the modulated light.
By reducing the size of the quantum box, it is possible to increase the energy difference of light having wavelengths corresponding to absorption peaks adjacent to each other in the light absorption spectrum.

【0067】図3は、図2Aに示す量子箱の光吸収スペ
クトルの最も長波長側の吸収ピークの計算結果を示す。
なお、量子箱の大きさを一辺15nmの立方体、量子箱
の材料をGa0.415 In0.585 As0.890 0.110
し、量子箱の周囲の材料をGa 0.146 In0.854 As
0.318 0.682 とした。また、ピーク形状を半値幅20
/e2 〔meV〕のガウシアン波形と仮定した。ここ
で、eは自然対数の底を表す。
FIG. 3 shows the optical absorption space of the quantum box shown in FIG. 2A.
The calculation result of the absorption peak on the longest wavelength side of the koutor is shown.
The size of the quantum box is a cube with sides of 15 nm,
Material of Ga0.415In0.585As0.890P0.110When
The material around the quantum box to Ga 0.146In0.854As
0.318P0.682And In addition, the peak shape has a half width of 20
/ ETwoA Gaussian waveform of [meV] is assumed. here
Where e represents the base of the natural logarithm.

【0068】電界無印加時には、波長1550nmを中
心とする吸収ピークが現れる。図2Aのz軸方向に電界
を印加しその強さを徐々に増加させると、吸収ピークの
中心波長が長波長側にシフト(レッドシフト)するとと
もに、吸収ピークの高さが低くなる。レッドシフトする
のは、量子箱のバンドギャップが小さくなるためであ
る。また、吸収ピークの高さが低くなるのは電子と正孔
の波動関数の重なりが少なくなるためである。
When no electric field is applied, an absorption peak centering on a wavelength of 1550 nm appears. When an electric field is applied in the z-axis direction in FIG. 2A and its strength is gradually increased, the central wavelength of the absorption peak shifts to the long wavelength side (red shift) and the height of the absorption peak decreases. The red shift is due to the smaller band gap of the quantum box. Further, the height of the absorption peak is lowered because the overlap of the wave functions of electrons and holes is reduced.

【0069】図4は、図3に示す光吸収スペクトルにお
いて、印加電界を−150kV/cmから−100kV
/cmに変化させたときの光吸収強度の変化及びαパラ
メータを示す。横軸は波長を単位nmで表し、左縦軸は
光吸収強度の変化を任意目盛りで表し、右縦軸はαパラ
メータを表す。図中の実線は光吸収強度を示し、記号■
はαパラメータを示す。
FIG. 4 shows the applied electric field from -150 kV / cm to -100 kV in the light absorption spectrum shown in FIG.
The change in the light absorption intensity and the α parameter when changed to / cm are shown. The horizontal axis represents wavelength in nm, the left vertical axis represents changes in light absorption intensity on an arbitrary scale, and the right vertical axis represents α parameter. The solid line in the figure indicates the light absorption intensity, and the symbol ■
Indicates the α parameter.

【0070】波長が1580nm以下及び1640〜1
700nmの領域でαパラメータが負になっている。例
えば、被変調光の波長を1550nmとすると、強さ−
150kV/cmの電界を印加した時が透過状態、電界
無印加時が非透過状態になる。このときのαパラメータ
は図4に示すように約−1.1である。
The wavelength is 1580 nm or less and 1640 to 1
The α parameter is negative in the 700 nm region. For example, if the wavelength of the modulated light is 1550 nm, the intensity-
A transparent state is obtained when an electric field of 150 kV / cm is applied, and a non-transparent state is obtained when no electric field is applied. The α parameter at this time is about −1.1 as shown in FIG.

【0071】図5は、被変調光の波長を1550nmと
したときの電界強度に対する光吸収強度とαパラメータ
の変化を示す。横軸は電界強度を単位kV/cmで表
し、左縦軸は光吸収強度を任意目盛りで表し、右縦軸は
αパラメータを表す。図中の実線は光吸収強度を示し、
記号■はαパラメータを示す。なお、αパラメータは、
電界強度を変化させたときの光吸収強度及び屈折率の変
化により定まるため、計算した電界強度の2点の中心位
置にプロットしている。
FIG. 5 shows changes in the light absorption intensity and the α parameter with respect to the electric field intensity when the wavelength of the modulated light is 1550 nm. The horizontal axis represents the electric field intensity in kV / cm, the left vertical axis represents the light absorption intensity on an arbitrary scale, and the right vertical axis represents the α parameter. The solid line in the figure indicates the light absorption intensity,
The symbol ■ indicates an α parameter. The α parameter is
Since it is determined by the change of the light absorption intensity and the refractive index when the electric field intensity is changed, it is plotted at the center position of two points of the calculated electric field intensity.

【0072】図4で説明したように、電界強度が−15
0kV/cmから−100kV/cmに変化する時のα
パラメータが負になっている。このときの光吸収強度は
比較的小さく、例えば印加電界を−150kV/cmと
した時を透過状態に対応させることができる。電界強度
が−50kV/cmから0kV/cmに変化する時のα
パラメータは約+0.8である。この時の光吸収強度は
大きく、例えば電圧無印加時を非透過状態に対応させる
ことができる。
As described with reference to FIG. 4, the electric field strength is −15.
Α when changing from 0 kV / cm to −100 kV / cm
The parameter is negative. The light absorption intensity at this time is relatively small, and for example, when the applied electric field is -150 kV / cm, it can correspond to the transmission state. Α when the electric field strength changes from −50 kV / cm to 0 kV / cm
The parameter is about +0.8. At this time, the light absorption intensity is large, and it is possible to correspond to the non-transmissive state when no voltage is applied, for example.

【0073】このように、透過状態時のαパラメータが
負になるため、長距離伝送に適している。また、透過状
態の光吸収強度も図3に示すように非常に小さく長距離
伝送に適している。なお、非透過状態時のαパラメータ
が正になるが、この時には光パルス信号が出力されない
ため、信号伝送上の問題はない。
As described above, since the α parameter in the transmission state becomes negative, it is suitable for long-distance transmission. Further, the light absorption intensity in the transmitted state is very small as shown in FIG. 3 and is suitable for long-distance transmission. It should be noted that the α parameter in the non-transmissive state becomes positive, but since no optical pulse signal is output at this time, there is no problem in signal transmission.

【0074】量子井戸層または量子細線で構成した光変
調器の場合には、前述のように挿入損失を小さくするた
めに被変調光の波長を光吸収スペクトルの吸収端よりも
長くする必要がある。これに対し、量子箱で構成した光
変調器の場合には、例えば図3で説明したように、被変
調光の波長を電界無印加時の吸収端(図3では約165
0nm)よりも短波長とすることができる。
In the case of an optical modulator composed of a quantum well layer or a quantum wire, the wavelength of the modulated light needs to be longer than the absorption edge of the optical absorption spectrum in order to reduce the insertion loss as described above. . On the other hand, in the case of the optical modulator configured by the quantum box, for example, as described in FIG. 3, the wavelength of the modulated light is the absorption edge (about 165 in FIG. 3) when no electric field is applied.
The wavelength can be shorter than 0 nm).

【0075】また、量子箱で構成した光変調器は、光吸
収強度が最大になる時すなわち電子と正孔の波動関数の
重なりが最大になる状態の時に非透過状態になる。これ
に対し、1次元量子閉じ込めを行うタイプIの量子井戸
層を用いる場合には、量子井戸層に電界を印加している
状態、すなわち電子と正孔の波動関数の重なりが少なく
なり光吸収強度が小さい状態を非透過状態としている。
従って、量子箱を用いることにより量子井戸層を用いる
場合に比べて、非透過状態の時の減衰量を大きくするこ
とができる。このため、光変調器を小型化することが可
能になる。
Further, the optical modulator composed of the quantum boxes is in the non-transmissive state when the light absorption intensity is maximum, that is, when the overlap of the wave functions of electrons and holes is maximum. On the other hand, when a type I quantum well layer that performs one-dimensional quantum confinement is used, the state in which an electric field is applied to the quantum well layer, that is, the overlapping of the electron and hole wave functions is reduced, and the optical absorption intensity is reduced. The state where is small is the non-transmissive state.
Therefore, by using the quantum box, the amount of attenuation in the non-transmissive state can be increased as compared with the case of using the quantum well layer. Therefore, the optical modulator can be downsized.

【0076】量子箱をレーザダイオードとして用いる場
合には、電子と正孔が量子箱に捕獲されるまでに比較的
長時間を必要とすることが大きな問題になる。しかし、
電界吸収による電子正孔対の生成プロセスは十分速いた
め、レーザダイオードの場合のような捕獲時間による動
作速度の制限はない。
When the quantum box is used as a laser diode, it is a serious problem that it takes a relatively long time for the electrons and holes to be captured by the quantum box. But,
Since the process of generating electron-hole pairs by electric field absorption is sufficiently fast, the operating speed is not limited by the trapping time as in the case of the laser diode.

【0077】上述の例では、被変調光の波長を1550
nmとしたが、その他の波長としてもよい。例えば、電
界を印加したときの光吸収強度が電界無印加時の光吸収
強度よりも小さくなる波長域から選択してもよい。図3
の場合を例にとると、波長1600nm以下の波長域に
おいて、強さ−150kV/cmの電界を印加した時の
光吸収強度が電界無印加時の光吸収強度よりも小さい。
図4に示すように、この波長域において、αパラメータ
は負になるかまたは正になる場合であっても0.2以下
と比較的小さくなるため長距離伝送に適している。
In the above example, the wavelength of the modulated light is set to 1550.
However, other wavelengths may be used. For example, it may be selected from a wavelength range in which the light absorption intensity when an electric field is applied is smaller than the light absorption intensity when no electric field is applied. FIG.
For example, in the wavelength range of 1600 nm or less, the light absorption intensity when an electric field having a strength of −150 kV / cm is applied is smaller than the light absorption intensity when no electric field is applied.
As shown in FIG. 4, even if the α parameter becomes negative or positive in this wavelength range, it becomes relatively small at 0.2 or less, which is suitable for long-distance transmission.

【0078】また、被変調光の波長を電界無印加時の光
吸収スペクトルの最も長波長側の吸収ピークに対応する
波長に、その吸収ピークの半値幅の1/2を加えた波長
よりも短い波長域から選択してもよい。図3の場合を例
にとると、波長1585nm以下の波長域に相当する。
Further, the wavelength of the modulated light is shorter than the wavelength corresponding to the absorption peak on the longest wavelength side of the light absorption spectrum when no electric field is applied, plus one half the half-value width of the absorption peak. You may select from a wavelength range. Taking the case of FIG. 3 as an example, this corresponds to a wavelength range of 1585 nm or less.

【0079】図3では、光吸収スペクトルの最も長波長
側の吸収ピークのレッドシフトを利用する場合を示した
が、他の吸収ピークのレッドシフトを利用してもよい。
この場合、透過状態と非透過状態とにおける十分な光吸
収強度の差を確保するために、被変調光の波長を電界無
印加時の吸収ピークの半値幅の範囲内の波長とすること
が好ましい。
FIG. 3 shows the case where the red shift of the absorption peak on the longest wavelength side of the light absorption spectrum is used, but the red shift of other absorption peaks may be used.
In this case, in order to secure a sufficient difference in light absorption intensity between the transmission state and the non-transmission state, it is preferable to set the wavelength of the modulated light to a wavelength within the range of the half-value width of the absorption peak when no electric field is applied. .

【0080】次に、図6〜図8を参照して、図2Aに示
す量子箱を作製する方法を説明する。図6は、量子箱を
含む半導体積層構造を示す。GaAs基板31上にGa
Asバッファ層32、散点状に配置された量子箱35を
有するInGaAs層33、及びGaAsキャップ層3
4がそれぞれエピタキシャル成長されている。量子箱を
含む半導体積層構造は、このように量子箱35を有する
層(以下、「量子箱層」と呼ぶ)33が、バッファ層3
2とキャップ層34との間に挟まれた構造を有する。
Next, a method of manufacturing the quantum box shown in FIG. 2A will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows a semiconductor laminated structure including a quantum box. Ga on the GaAs substrate 31
As buffer layer 32, InGaAs layer 33 having quantum dots 35 arranged in a scattered manner, and GaAs cap layer 3
4 are epitaxially grown. In the semiconductor laminated structure including the quantum boxes, the layer having the quantum boxes 35 (hereinafter, referred to as “quantum box layer”) 33 is the buffer layer 3 in this manner.
2 and the cap layer 34.

【0081】図7は、図6に示す半導体積層構造を形成
するための減圧MOCVD(有機金属化学気相成長)装
置の概略を示す。ただし、結晶成長は、原料交互供給で
行う。なお、ALE(原子層エピタキシャル成長)で行
ってもよい。反応容器40の下方にガス流路45が開口
し、ガス流路45から反応容器40内に反応ガスが導入
される。反応容器40内に導入された反応ガスは反応容
器40の上方に設けられたガス排気管44から外部に排
気される。
FIG. 7 schematically shows a low pressure MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) apparatus for forming the semiconductor laminated structure shown in FIG. However, the crystal growth is performed by alternately supplying the raw materials. Alternatively, ALE (atomic layer epitaxial growth) may be used. A gas channel 45 opens below the reaction vessel 40, and a reaction gas is introduced into the reaction vessel 40 from the gas channel 45. The reaction gas introduced into the reaction container 40 is exhausted to the outside from a gas exhaust pipe 44 provided above the reaction container 40.

【0082】反応容器40内にはサセプタ41が配置さ
れ、ガス流路45の開口部に対向する位置に基板31が
保持される。反応容器40の周囲にはサセプタ41を取
り囲むように高周波コイル42が配置されており、サセ
プタ41及び基板31を高周波加熱することができる。
A susceptor 41 is arranged in the reaction container 40, and the substrate 31 is held at a position facing the opening of the gas passage 45. A high frequency coil 42 is arranged around the reaction container 40 so as to surround the susceptor 41, and the susceptor 41 and the substrate 31 can be heated by high frequency.

【0083】ガス流路50からガス供給系にキャリアガ
ス及びパージガスとしてH2 ガスが供給される。ガス流
路50から分岐したH2 ガス、及びガス流路50から分
岐しTMIDMEA(トリメチルインジウムジメチルエ
チルアミンアダクト)をバブリングしたH2 ガスがそれ
ぞれマスフローコントローラMFCを通してガス流路5
1に供給される。
A carrier gas and H 2 gas as a purge gas are supplied from the gas flow path 50 to the gas supply system. H 2 gas branched from the gas flow path 50, and the gas flow path H 2 gas branched bubbling TMIDMEA (trimethylindium dimethylethylamine adduct) from the gas passage 50 through the mass flow controller MFC, respectively 5
1 is supplied.

【0084】同様に、ガス流路50から分岐したH2
ス、及びTMG(トリメチルガリウム)をバブリングし
たH2 ガスがそれぞれマスフローコントローラMFCを
通してガス流路52に供給される。
[0084] Similarly, H 2 gas branched from the gas flow path 50, and TMG H 2 gas was bubbled (trimethyl gallium) is supplied to the gas passage 52 through the mass flow controller MFC, respectively.

【0085】ガス流路51、52はガス切り換えバルブ
55の入力側に接続されている。ガス切り換えバルブ5
5の出力側は、反応容器40に反応ガスを供給するため
のガス流路45及び排気用ガス流路57に接続されてい
る。ガス切り換えバルブ55でガス流路を切り換えるこ
とにより、ガス流路45にTMIDMEAを含んだH 2
ガスあるいはTMGを含んだH2 ガス、またはその両方
を供給することができる。また、両方のガスを排気用ガ
ス流路57に排気することもできる。
Gas flow paths 51 and 52 are gas switching valves
It is connected to the input side of 55. Gas switching valve 5
The output side of 5 is for supplying the reaction gas to the reaction vessel 40.
Connected to the gas flow channel 45 and the exhaust gas flow channel 57 of
You. Use the gas switching valve 55 to switch the gas flow path.
As a result, H containing TMIDMEA in the gas flow channel 45 Two
H containing gas or TMGTwoGas, or both
Can be supplied. In addition, exhaust both gases
It can also be exhausted to the flow passage 57.

【0086】ガス流路50から分岐したH2 ガスがマス
フローコントローラMFCを介してガス流路53に供給
される。また、ガス流路50から分岐したH2 ガス、及
びAsH3 (アルシン)がそれぞれマスフローコントロ
ーラMFCを通してガス流路54に供給される。
The H 2 gas branched from the gas flow passage 50 is supplied to the gas flow passage 53 via the mass flow controller MFC. The H 2 gas branched from the gas flow path 50 and AsH 3 (arsine) are supplied to the gas flow path 54 through the mass flow controller MFC.

【0087】ガス流路53、54はガス切り換えバルブ
56の入力側に接続されている。ガス切り換えバルブ5
6の出力側は、ガス切り換えバルブ55と同様にガス流
路45及び排気用ガス流路58に接続されている。ガス
切り換えバルブ56でガス流路を切り換えることによ
り、ガス流路45にパージ用H2 ガスあるいはAsH3
とH2 の混合ガスを供給することができる。
The gas flow paths 53 and 54 are connected to the input side of the gas switching valve 56. Gas switching valve 5
The output side of 6 is connected to the gas flow passage 45 and the exhaust gas flow passage 58, similarly to the gas switching valve 55. By switching the gas flow path with the gas switching valve 56, the purging H 2 gas or AsH 3 gas is supplied to the gas flow path 45.
A mixed gas of H 2 and H 2 can be supplied.

【0088】次に、図7に示す減圧MOCVD装置を使
用して図6に示す積層構造を形成する方法について説明
する。まず、GaAs基板31をサセプタ41上に保持
する。パージガスとしてH2ガスを流しながら高周波コ
イル42でサセプタ41を加熱し、基板温度を460℃
とする。なお、反応容器40内の圧力が2000Paと
なるように排気量を制御する。
Next, a method of forming the laminated structure shown in FIG. 6 by using the low pressure MOCVD apparatus shown in FIG. 7 will be described. First, the GaAs substrate 31 is held on the susceptor 41. The susceptor 41 is heated by the high frequency coil 42 while flowing H 2 gas as a purge gas, and the substrate temperature is 460 ° C.
And The exhaust amount is controlled so that the pressure inside the reaction container 40 becomes 2000 Pa.

【0089】基板温度が460℃となったところでTM
Gを含むH2 ガスを流量25sccm、AsH3 とH2
の混合ガスを流量100sccmの条件で供給し、厚さ
100nmのGaAsバッファ層32をMOCVDで堆
積する。
When the substrate temperature reaches 460 ° C., TM
The flow rate of H 2 gas containing G is 25 sccm, AsH 3 and H 2
Is supplied at a flow rate of 100 sccm to deposit a 100 nm thick GaAs buffer layer 32 by MOCVD.

【0090】次に、TMIDMEA、TMG及びAsH
3 を時間的に切り換えて供給し、厚さ7nmのInGa
As量子箱層33を堆積する。図8は、TMIDME
A、TMG及びAsH3 の供給のタイムチャートを示
す。まず、H2 ガスを0.5秒間流し反応容器40内を
パージする。続いて、TMIDMEAをバブリングした
2 ガスを流量200sccmの条件で1.0秒間、続
いてTMGをバブリングしたH2 ガスを流量35scc
mの条件で0.1秒間供給する。H2 ガスを0.5秒間
供給し反応容器40内をパージする。続いて、AsH3
とH2 の混合ガスを流量400sccmの条件で10秒
間供給する。
Next, TMIDMEA, TMG and AsH
3 is supplied by switching the time, and InGa with a thickness of 7 nm is supplied.
Deposit the As quantum box layer 33. FIG. 8 shows TMIDME
A, shows a time chart of the supply of TMG and AsH 3. First, H 2 gas is flowed for 0.5 seconds to purge the inside of the reaction vessel 40. Subsequently, the H 2 gas bubbling with TMIDMEA was flowed at a flow rate of 200 sccm for 1.0 second, and then the H 2 gas bubbling with TMG was flowed at a rate of 35 sccc.
Supply for 0.1 second under the condition of m. H 2 gas is supplied for 0.5 seconds to purge the inside of the reaction vessel 40. Then, AsH 3
A mixed gas of H 2 and H 2 is supplied for 10 seconds at a flow rate of 400 sccm.

【0091】上記ガス供給シーケンスを1サイクルとし
てガス供給を12サイクル繰り返す。続いて、GaAs
バッファ層32の形成と同一の条件で厚さ100nmの
GaAsキャップ層34を堆積する。なお、有機金属材
料として他の原料ガスを用いることも可能である。
The above gas supply sequence is set as one cycle, and gas supply is repeated for 12 cycles. Then, GaAs
A GaAs cap layer 34 having a thickness of 100 nm is deposited under the same conditions as the formation of the buffer layer 32. It is also possible to use another source gas as the organometallic material.

【0092】TMIDMEA、TMG、及びAsH3
時間的に分割して供給すると、通常、形成されるInG
aAsは各構成元素の原料ガスの供給時間等によって特
定されるIn組成となる。
InG which is normally formed when TMIDMEA, TMG, and AsH 3 are divided in time and supplied.
aAs has an In composition specified by the supply time of the source gas of each constituent element and the like.

【0093】GaAsバッファ層の上にInGaAsを
堆積する場合に、全面にIn組成が均一のInGaAs
層が形成されるとすると、格子不整合のためInGaA
s層に面内方向の歪が発生する。このようにInGaA
s層全面に歪が発生するよりも、広い領域で下地のGa
Asバッファ層と格子定数がほぼ整合するIn組成の少
ない領域が形成され、局所的にIn組成の多い領域が散
点状に形成される方が歪エネルギが低くなると考えられ
る。また、このIn組成が多い領域が球状に近いほど歪
エネルギが低くなると考えられる。
When InGaAs is deposited on the GaAs buffer layer, InGaAs with a uniform In composition is formed on the entire surface.
If a layer is formed, the InGaA due to lattice mismatch
In-plane strain occurs in the s layer. InGaA
Ga of the underlying layer is spread over a wider area than strain is generated on the entire surface of the s layer.
It is considered that the strain energy becomes lower when the region having a small In composition, which has a lattice constant substantially matching that of the As buffer layer, is formed, and the regions having a large In composition are locally formed in a scattered manner. Further, it is considered that the strain energy becomes lower as the region having a large In composition becomes closer to a spherical shape.

【0094】上記のような理由から、図6に示すように
In組成の少ない領域の中にIn組成の多い島状領域が
散点状に形成されると考えられる。上記条件で積層構造
を形成したところ、直径約10nmの島状領域が形成さ
れた。このIn組成の多い島状領域は、周囲のIn組成
の少ない領域及び上下のGaAsバッファ層及びGaA
sキャップ層に比べてエネルギギャップが小さいため、
キャリアに対して3次元的な量子井戸として働く。
From the above reasons, it is considered that island-like regions having a large In composition are formed in a scattered manner in the region having a low In composition as shown in FIG. When the laminated structure was formed under the above conditions, island-shaped regions having a diameter of about 10 nm were formed. The island-like region having a large In composition is formed in the surrounding region having a low In composition, the GaAs buffer layers above and below, and GaA.
Since the energy gap is smaller than that of the s cap layer,
It acts as a three-dimensional quantum well for carriers.

【0095】図8では、In原料、Ga原料、As原料
をこの順番で供給する場合について示したが、その他の
順番で供給してもよい。例えば、Ga原料とIn原料を
供給する順番を逆にしてもよい。また、In原料の供給
とGa原料の供給の間にさらにAs原料を供給してもよ
い。
Although FIG. 8 shows the case where the In raw material, the Ga raw material, and the As raw material are supplied in this order, they may be supplied in another order. For example, the order of supplying the Ga raw material and the In raw material may be reversed. Further, the As raw material may be further supplied between the supply of the In raw material and the supply of the Ga raw material.

【0096】また、図8では、Ga原料の供給からAs
原料の供給への切替え時及びAs原料の供給からIn原
料の供給への切替え時にパージ用の水素ガスを供給する
場合について示したが、他の原料切り替え時にパージ用
の水素ガスを供給してもよい。
In addition, in FIG.
Although the case where the hydrogen gas for purging is supplied at the time of switching to the supply of the raw material and at the time of switching from the supply of the As raw material to the supply of the In raw material has been shown, even if the hydrogen gas for purging is supplied at the time of switching the other raw materials, Good.

【0097】また、ガス供給サイクルの繰り返し回数は
12回に限らない。なお、ガス供給サイクルを6回以上
繰り返すことが好ましく、さらには10〜24回繰り返
すことが好ましい。
The number of gas supply cycles is not limited to 12 times. The gas supply cycle is preferably repeated 6 times or more, more preferably 10 to 24 times.

【0098】また、量子箱層の成長温度を460℃とす
る場合について説明したが、その他の温度としてもよ
い。成長温度の好適な範囲は250℃〜600℃、より
好適な範囲は420℃〜500℃である。
Although the case where the growth temperature of the quantum box layer is set to 460 ° C. has been described, other temperatures may be set. The preferred growth temperature range is 250 ° C to 600 ° C, and the more preferred range is 420 ° C to 500 ° C.

【0099】次に、図9〜図11を参照して、本発明の
第2の実施例による光変調器について説明する。図9A
は、第2の実施例による光変調器の変調吸収層4bに含
まれる複数の量子箱の1つを模式的に示す。電子に対し
て3次元量子閉じ込めを行う量子箱Qeと、正孔に対し
て3次元量子閉じ込めを行う量子箱Qhがz軸方向に並
んで配置されている。図9Aでは、量子箱Qe、Qhが
直方体形状の場合を示しているがその他の形状でもよ
い。
Next, an optical modulator according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9A
2 schematically shows one of a plurality of quantum boxes included in the modulation absorption layer 4b of the optical modulator according to the second embodiment. A quantum box Qe that performs three-dimensional quantum confinement for electrons and a quantum box Qh that performs three-dimensional quantum confinement for holes are arranged side by side in the z-axis direction. FIG. 9A shows a case where the quantum boxes Qe and Qh have a rectangular parallelepiped shape, but may have other shapes.

【0100】図9B及び図9Cは、それぞれ量子箱Qe
及びQhを横切る位置におけるx軸及びy軸方向に関す
るエネルギ準位図を示す。図9Dは、z軸方向に関する
エネルギ準位図を示す。量子箱Qeの伝導帯のエネルギ
準位はその周囲のエネルギ準位よりも低いため、量子箱
Qe内に電子が閉じ込められる。量子箱Qeの価電子帯
のエネルギ準位はその周囲のエネルギ準位よりも低い
(正孔に対してはエネルギ準位が高い)ため、量子箱Q
e内に正孔は閉じ込められない。同様に、量子箱Qh内
には、正孔が閉じ込められ、電子は閉じ込められない。
9B and 9C show the quantum box Qe, respectively.
3A and 3B show energy level diagrams in the x-axis and y-axis directions at positions crossing Qh and Qh. FIG. 9D shows an energy level diagram in the z-axis direction. Since the energy level of the conduction band of the quantum box Qe is lower than the energy levels around it, electrons are confined in the quantum box Qe. Since the energy level of the valence band of the quantum box Qe is lower than the energy levels of its surroundings (the energy level is higher for holes), the quantum box Qe
Holes are not confined in e. Similarly, holes are confined and electrons are not confined in the quantum box Qh.

【0101】図9Dに示すように、量子箱Qeと量子箱
Qhのz軸方向の位置がずれている。従って、量子箱Q
eに閉じ込められた電子の波動関数と量子箱Qhに閉じ
込められた正孔の波動関数とは、z軸方向に関するピー
クの位置を異にする。量子箱QeとQhは、z軸方向に
関して、タイプIIの量子井戸構造に類似する。
As shown in FIG. 9D, the quantum boxes Qe and Qh are displaced in the z-axis direction. Therefore, the quantum box Q
The wave function of the electron confined in e and the wave function of the hole confined in the quantum box Qh have different peak positions in the z-axis direction. The quantum boxes Qe and Qh are similar to the type II quantum well structure in the z-axis direction.

【0102】図10は、図9Aの量子箱にz軸方向の電
界を印加した時の光吸収スペクトルの最も長波長側の吸
収ピークの計算結果を示す。すなわち、量子箱Qeの伝
導帯の最低エネルギ準位と量子箱Qhの価電子帯の最高
エネルギ準位との間の遷移に対応する吸収吸収ピークで
ある。この吸収ピークよりも短波長側には、他のエネル
ギ準位間の遷移に対応する吸収ピークが現れる。
FIG. 10 shows the calculation result of the absorption peak on the longest wavelength side of the optical absorption spectrum when an electric field in the z-axis direction is applied to the quantum box of FIG. 9A. That is, it is an absorption absorption peak corresponding to the transition between the lowest energy level of the conduction band of the quantum box Qe and the highest energy level of the valence band of the quantum box Qh. An absorption peak corresponding to the transition between other energy levels appears on the shorter wavelength side than this absorption peak.

【0103】なお、量子箱QeとQhのx軸及びy軸方
向の長さを15nm、量子箱Qeのz軸方向の長さを9
nm、量子箱Qhのz軸方向の長さを4.5nmとし、
量子箱Qeの材料をGa0.084 In0.916 As0.652
0.348 、量子箱Qhの材料をGa0.708 In0.292 As
0.769 0.231 、量子箱の周囲の材料をGa0.573 In
0.427 As0.774 0.226 とした。また、吸収ピークの
形状は、図3の場合と同様に半値幅20/e2 meVの
ガウシアン波形と仮定した。
The quantum boxes Qe and Qh have a length in the x-axis and y-axis directions of 15 nm, and the quantum box Qe has a length in the z-axis direction of 9 nm.
nm, the length of the quantum box Qh in the z-axis direction is 4.5 nm,
The material of the quantum box Qe is Ga 0.084 In 0.916 As 0.652 P
0.348 , quantum box Qh material is Ga 0.708 In 0.292 As
0.769 P 0.231, the surrounding of the quantum box material Ga 0.573 an In
0.427 As 0.774 P 0.226 . Further, the shape of the absorption peak was assumed to be a Gaussian waveform with a half width of 20 / e 2 meV, as in the case of FIG.

【0104】2番目の吸収ピークは、図10に示す1番
目の吸収ピークから十分離れた位置に現れるため、1番
目の吸収ピークの短波長側に光吸収強度の十分小さな波
長域が存在する。
Since the second absorption peak appears at a position sufficiently distant from the first absorption peak shown in FIG. 10, there is a wavelength region in which the light absorption intensity is sufficiently small on the short wavelength side of the first absorption peak.

【0105】電界無印加時には、波長約1625nmを
中心とした弱い吸収ピークが現れる。量子箱に閉じ込め
られた電子及び正孔の波動関数の重なりが大きくなる向
き(z軸の正の向き)の電界を印加して、その強さを徐
々に大きくすると、吸収ピークの中心波長が短波長側に
シフト(ブルーシフト)し、その高さが高くなる。
When no electric field is applied, a weak absorption peak with a wavelength of about 1625 nm appears. The central wavelength of the absorption peak becomes short when the electric field in the direction in which the overlap of the wave functions of electrons and holes confined in the quantum box becomes large (the positive direction of the z-axis) and its strength is gradually increased. It shifts to the wavelength side (blue shift) and its height increases.

【0106】吸収ピークの高さが高くなるのは、電子と
正孔の波動関数の重なりが大きくなり遷移確率が高くな
ったためである。吸収ピークの中心波長がブルーシフト
するのは、伝導帯及び価電子帯のバンド端が傾きエネル
ギギャップが大きくなったためである。
The height of the absorption peak is increased because the overlap of the wave functions of electrons and holes is increased and the transition probability is increased. The central wavelength of the absorption peak is blue-shifted because the band edges of the conduction band and the valence band are tilted and the energy gap becomes large.

【0107】電界無印加時の1番目の吸収ピークの短波
長側に光吸収強度の十分小さな波長域が存在するため、
この波長域の光、例えば波長1550nmの光を被変調
光とすることができる。
Since there is a wavelength region in which the light absorption intensity is sufficiently small on the short wavelength side of the first absorption peak when no electric field is applied,
Light in this wavelength range, for example, light having a wavelength of 1550 nm can be used as the modulated light.

【0108】図11は、被変調光の波長を1550nm
としたときの、光吸収強度及びαパラメータを電界強度
に関して示す。横軸は電界強度を単位kV/cmで表
し、左縦軸は光吸収強度を任意目盛りで表し、右縦軸は
αパラメータを表す。図中の実線は光吸収強度を示し、
記号■はαパラメータを示す。
FIG. 11 shows that the wavelength of the modulated light is 1550 nm.
Then, the light absorption intensity and the α parameter will be shown with respect to the electric field intensity. The horizontal axis represents the electric field intensity in kV / cm, the left vertical axis represents the light absorption intensity on an arbitrary scale, and the right vertical axis represents the α parameter. The solid line in the figure indicates the light absorption intensity,
The symbol ■ indicates an α parameter.

【0109】電界強度を0kV/cmから50kV/c
mに変化させたときのαパラメータは約−0.5であ
る。この時の光吸収強度は比較的小さく、例えば電界無
印加時の状態を透過状態に対応させることができる。電
界強度を100kV/cmから150kV/cmに変化
させたときのαパラメータは約+0.2である。この時
の光吸収強度は比較的大きく、例えば強さ150kV/
cmの電界を印加した状態を非透過状態に対応させるこ
とができる。
The electric field strength is changed from 0 kV / cm to 50 kV / c.
The α parameter when changed to m is about −0.5. The light absorption intensity at this time is relatively small, and for example, the state when no electric field is applied can correspond to the transmissive state. The α parameter is about +0.2 when the electric field strength is changed from 100 kV / cm to 150 kV / cm. At this time, the light absorption intensity is relatively high, for example, an intensity of 150 kV /
A state in which an electric field of cm is applied can correspond to a non-transmissive state.

【0110】このように、透過状態におけるαパラメー
タが負になるため、長距離伝送に適している。第2の実
施例による光変調器の場合には、第1の実施例による光
変調器の場合とは異なり、電界を印加している時に非透
過状態になる。従って、電界を印加している時に量子箱
内に電子正孔対が生成される。生成された電子と正孔
は、印加されている電界によって移動し、量子箱内から
速やかに除去される。このように、第2の実施例による
光変調器では、生成した電子正孔対を効率的に量子箱内
から除去することができる。
As described above, since the α parameter in the transmission state becomes negative, it is suitable for long-distance transmission. In the case of the optical modulator according to the second embodiment, unlike the case of the optical modulator according to the first embodiment, it is in a non-transmissive state when an electric field is applied. Therefore, electron-hole pairs are generated in the quantum box when an electric field is applied. The generated electrons and holes move by the applied electric field and are quickly removed from the quantum box. As described above, in the optical modulator according to the second embodiment, the generated electron-hole pairs can be efficiently removed from the quantum box.

【0111】図11では、被変調光の波長を1550n
mとした場合を示したが、その他の波長としてもよい。
例えば、電界無印加時に相互に隣り合う吸収ピークの中
間の波長域としてもよい。適当な強さの電界を印加する
と吸収ピークがブルーシフトして被変調光に対する光吸
収強度が大きくなり、非透過状態になる。
In FIG. 11, the wavelength of the modulated light is 1550n.
Although m is shown, other wavelengths may be used.
For example, the wavelength range may be in the middle of absorption peaks adjacent to each other when no electric field is applied. When an electric field having an appropriate strength is applied, the absorption peak is blue-shifted to increase the light absorption intensity for the modulated light, resulting in a non-transmission state.

【0112】上記第2の実施例では、最も長波長側の吸
収ピークのブルーシフトを利用した場合を説明したが、
その他の吸収ピークのブルーシフトを利用してもよい。
2番目以降の吸収ピークのブルーシフトを利用するため
には、2番目以降の吸収ピークとその次の吸収ピークと
の間のエネルギ差をなるべく大きくすることが好まし
い。
In the second embodiment, the case where the blue shift of the absorption peak on the longest wavelength side was used was explained.
The blue shift of other absorption peaks may be used.
In order to utilize the blue shift of the second and subsequent absorption peaks, it is preferable to make the energy difference between the second and subsequent absorption peaks and the next absorption peak as large as possible.

【0113】吸収ピーク間のエネルギ差を大きくするた
めには、量子箱の大きさを小さくすればよい。しかし、
図9Aにおいて量子箱のz軸方向の長さを短くすると電
界印加時の吸収ピークのブルーシフト量が少なくなって
しまう。従って、xy面内の大きさを小さくすることが
好ましい。
In order to increase the energy difference between absorption peaks, the size of the quantum box may be reduced. But,
In FIG. 9A, when the length of the quantum box in the z-axis direction is shortened, the blue shift amount of the absorption peak when an electric field is applied decreases. Therefore, it is preferable to reduce the size in the xy plane.

【0114】次に、図12A〜12Cを参照して、図9
Aに示す量子箱を作製する方法を説明する。図12Aに
示すように、InP基板61の表面上に、例えばMOC
VDにより、バリア層62、正孔用量子箱層63、電子
用量子箱層64、バリア層65を堆積する。バリア層6
2及び65はGa0.573 In0.427 As0.774 0.226
からなる層である。正孔用量子箱層63は、Ga0.708
In0.292 As0.769 0.23 1 からなる厚さ4.5nm
の層である。電子用量子箱層64は、Ga0.084 In
0.916 As0.652 0.348 からなる厚さ9nmの層であ
る。
Next, referring to FIGS. 12A to 12C, FIG.
A method of manufacturing the quantum box shown in A will be described. In Figure 12A
As shown, on the surface of the InP substrate 61, for example, MOC
By VD, barrier layer 62, hole quantum box layer 63, electron
The quantum box layer 64 and the barrier layer 65 are deposited. Barrier layer 6
2 and 65 are Ga0.573In0.427As0.774P0.226
It is a layer consisting of. The quantum box layer 63 for holes is Ga0.708
In0.292As0.769P0.23 1Consisting of 4.5 nm
Layers. The quantum box layer 64 for electrons is Ga0.084In
0.916As0.652P0.348A 9 nm thick layer of
You.

【0115】バリア層65の表面上に、電子ビーム露光
を用いてSiO2 からなるマスクパターン66を形成す
る。マスクパターン66は、例えば一辺の長さが10〜
50nmの矩形形状を有する。
A mask pattern 66 made of SiO 2 is formed on the surface of the barrier layer 65 by electron beam exposure. The mask pattern 66 has, for example, a side length of 10 to 10.
It has a rectangular shape of 50 nm.

【0116】図12Bに示すように、マスクパターン6
6をエッチングマスクとしてバリア層65からバリア層
62までの積層構造をエッチングする。エッチングは、
例えばエッチングガスとしてC2 6 とH2 の混合ガス
またはCH4 とH2 の混合ガスを用いたリアクティブイ
オンエッチング(RIE)により行う。このようにし
て、バリア層62a、正孔用量子箱63a、電子用量子
箱64a、バリア層65a及びマスクパターン66から
なるメサ67が形成される。
As shown in FIG. 12B, the mask pattern 6
Using 6 as an etching mask, the laminated structure from the barrier layer 65 to the barrier layer 62 is etched. Etching is
For example, reactive ion etching (RIE) using a mixed gas of C 2 H 6 and H 2 or a mixed gas of CH 4 and H 2 as an etching gas is performed. Thus, the mesa 67 including the barrier layer 62a, the hole quantum box 63a, the electron quantum box 64a, the barrier layer 65a, and the mask pattern 66 is formed.

【0117】図12Cに示すように、MOCVDによ
り、マスクパターン66の表面上には成長せず、InP
基板61の表面上にのみ成長する条件で、バリア層62
a及び65aと同一組成のバリア層67を堆積する。バ
リア層67の上面が少なくとも電子用量子箱64aの上
面よりも高くなるような構成とする。
As shown in FIG. 12C, the MOP does not grow on the surface of the mask pattern 66.
Under the condition that the barrier layer 62 grows only on the surface of the substrate 61,
A barrier layer 67 having the same composition as a and 65a is deposited. The upper surface of the barrier layer 67 is at least higher than the upper surface of the electron quantum box 64a.

【0118】このようにして、上下をバリア層62aと
65a、側方をバリア層67で囲まれた図9Aに示す量
子箱を形成することができる。以上実施例に沿って本発
明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものでは
ない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能
なことは当業者に自明であろう。
In this way, the quantum box shown in FIG. 9A surrounded by the barrier layers 62a and 65a on the upper and lower sides and the barrier layer 67 on the side can be formed. Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0119】[0119]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
3次元量子閉じ込めを行う量子箱で光変調器を構成する
ことにより、長距離伝送に適したαパラメータを有し、
かつ透過状態のときの挿入損失の少ない光変調器を得る
ことができる。連続発光する光源とこの光変調器とを組
み合わせて、長距離伝送に適した光半導体装置を作製す
ることができる。
As described above, according to the present invention,
By configuring the optical modulator with a quantum box that performs three-dimensional quantum confinement, it has an α parameter suitable for long-distance transmission,
Moreover, it is possible to obtain an optical modulator with a small insertion loss in the transmissive state. An optical semiconductor device suitable for long-distance transmission can be manufactured by combining a light source that continuously emits light with this optical modulator.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例による変調器集積分布帰還型レ
ーザの一部破断斜視図である。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a modulator integrated distributed feedback laser according to an embodiment of the present invention.

【図2】図2Aは、本発明の第1の実施例による光変調
器を構成する量子箱を模式的に表した図、図2Bは量子
箱のエネルギ準位図、図2Cは、量子箱の光吸収スペク
トルを表すグラフ、図2Dは、従来の量子井戸層の光吸
収スペクトルを表すグラフである。
FIG. 2A is a diagram schematically showing a quantum box constituting the optical modulator according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2B is an energy level diagram of the quantum box, and FIG. 2C is a quantum box. 2D is a graph showing the light absorption spectrum of the conventional quantum well layer, and FIG. 2D is a graph showing the light absorption spectrum of the conventional quantum well layer.

【図3】図2Aに示す量子箱の光吸収スペクトルの最も
長波長側の吸収ピークを表すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing an absorption peak on the longest wavelength side of the optical absorption spectrum of the quantum box shown in FIG. 2A.

【図4】図2Aに示す量子箱の光吸収強度の変化及びα
パラメータを波長に関して表すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing changes in light absorption intensity and α of the quantum box shown in FIG. 2A.
It is a graph showing a parameter regarding wavelength.

【図5】図2Aに示す量子箱の光吸収強度及びαパラメ
ータを電界強度に関して表すグラフである。
5 is a graph showing the optical absorption intensity and the α parameter of the quantum box shown in FIG. 2A with respect to the electric field intensity.

【図6】量子箱を有する半導体積層構造を示す断面図で
ある。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a semiconductor laminated structure having a quantum box.

【図7】図6に示す半導体積層構造を形成するための減
圧MOCVD装置を表す図である。
7 is a diagram showing a low pressure MOCVD apparatus for forming the semiconductor laminated structure shown in FIG.

【図8】図6に示す半導体積層構造を形成するための反
応ガスの供給タイムチャートである。
8 is a supply time chart of a reaction gas for forming the semiconductor laminated structure shown in FIG.

【図9】図9Aは、本発明の第2の実施例による光変調
器を構成する量子箱を模式的に表した図、図9B〜9D
は量子箱のエネルギ準位図である。
FIG. 9A is a diagram schematically showing a quantum box that constitutes an optical modulator according to a second embodiment of the present invention, and FIGS.
Is the energy level diagram of the quantum box.

【図10】図9Aに示す量子箱の光吸収スペクトルの最
も長波長側の吸収ピークを表すグラフである。
10 is a graph showing the absorption peak on the longest wavelength side of the optical absorption spectrum of the quantum box shown in FIG. 9A.

【図11】図9Aに示す量子箱の光吸収強度及びαパラ
メータを電界強度に関して表すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the optical absorption intensity and α parameter of the quantum box shown in FIG. 9A with respect to electric field intensity.

【図12】図9Aに示す量子箱の製造方法を説明するた
めの積層構造の一部破断斜視図である。
FIG. 12 is a partially cutaway perspective view of the laminated structure for explaining the method of manufacturing the quantum box shown in FIG. 9A.

【図13】従来のタイプIの量子井戸構造を説明するた
めのエネルギバンド図、及び波動関数を表すグラフであ
る。
FIG. 13 is an energy band diagram and a graph showing a wave function for explaining a conventional type I quantum well structure.

【図14】従来のタイプIの量子井戸構造の光吸収スペ
クトルを表すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing an optical absorption spectrum of a conventional type I quantum well structure.

【図15】光パルス信号発生源のαパラメータと最大伝
送距離との関係を示すグラフである。
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the α parameter of the optical pulse signal generation source and the maximum transmission distance.

【図16】従来のタイプIの量子井戸構造の光吸収強度
変化、屈折率変化、及びαパラメータを波長に関して表
したグラフである。
FIG. 16 is a graph showing light absorption intensity change, refractive index change, and α parameter of a conventional type I quantum well structure with respect to wavelength.

【図17】従来のタイプIIの量子井戸構造を説明する
ためのエネルギバンド図、及び波動関数を表すグラフで
ある。
FIG. 17 is an energy band diagram for explaining a conventional type II quantum well structure, and a graph showing a wave function.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 n型領域 3 分布帰還用回折格子 4a レーザ活性層 4b 変調吸収層 6、7 p型領域 8 半絶縁性埋込領域 9 ポリイミド領域 10 p側電極 11 配線 12 n側電極 14 DFBレーザ 15 光変調器 16 分離領域 31 基板 32 バッファ層 33 量子箱層 34 キャップ層 35 量子箱 40 反応容器 41 サセプタ 42 高周波コイル 44 ガス排気管 45、50、51、52、53、54 ガス流路 55、56 ガス切り換えバルブ 57、58 排気用ガス流路 61 InP基板 62、65、67 バリア層 63 正孔用量子箱層 64 電子用量子箱層 66 マスクパターン 1 semiconductor substrate 2 n-type region 3 distributed feedback diffraction grating 4a laser active layer 4b modulation absorption layer 6, 7 p-type region 8 semi-insulating buried region 9 polyimide region 10 p-side electrode 11 wiring 12 n-side electrode 14 DFB laser 15 Optical modulator 16 Separation region 31 Substrate 32 Buffer layer 33 Quantum box layer 34 Cap layer 35 Quantum box 40 Reaction container 41 Susceptor 42 High frequency coil 44 Gas exhaust pipe 45, 50, 51, 52, 53, 54 Gas flow channel 55, 56 gas switching valve 57, 58 exhaust gas flow path 61 InP substrate 62, 65, 67 barrier layer 63 hole quantum box layer 64 electron quantum box layer 66 mask pattern

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光を放出する発光手段と、 前記発光手段から放出された光の光路中に配置され、電
子及び正孔に対して3次元量子閉じ込めを行う量子箱
と、 前記量子箱に電界を印加する電界印加手段とを有する光
半導体装置。
1. A light emitting means for emitting light, a quantum box arranged in the optical path of the light emitted from the light emitting means to perform three-dimensional quantum confinement for electrons and holes, and an electric field for the quantum box. An optical semiconductor device having an electric field applying means for applying a voltage.
【請求項2】 電界無印加時において、前記量子箱に閉
じ込められた電子及び正孔の各波動関数のピークを与え
る空間座標が3次元的に一致し、 前記発光手段から放出される波長の光に関して、前記量
子箱に電界を印加している時の前記量子箱による光吸収
強度が、電界を印加していない時の光吸収強度よりも小
さい請求項1に記載の光半導体装置。
2. The light having the wavelength emitted from the light emitting means is such that the spatial coordinates giving the peaks of the wavefunctions of the electrons and holes confined in the quantum box are three-dimensionally coincident when no electric field is applied. 2. Regarding the above, the optical semiconductor device according to claim 1, wherein the light absorption intensity by the quantum box when an electric field is applied to the quantum box is smaller than the light absorption intensity when no electric field is applied.
【請求項3】 前記発光手段により放出される光の波長
が、前記量子箱による光吸収スペクトルのピークのうち
最も長波長側のピークに対応する波長に、そのピークの
半値幅の1/2を加えた波長よりも短い請求項1または
2に記載の光半導体装置。
3. The wavelength of the light emitted by the light emitting means is set to a wavelength corresponding to the peak on the longest wavelength side among the peaks of the light absorption spectrum by the quantum box, and half of the half width of the peak is set. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the wavelength is shorter than the added wavelength.
【請求項4】 前記発光手段により放出される光の波長
が、前記量子箱に電界を印加していない時における該量
子箱の光吸収スペクトルのいずれかのピークの半値幅の
範囲内の波長である請求項1または2に記載の光半導体
装置。
4. The wavelength of the light emitted by the light emitting means is within a range of the half value width of any peak of the optical absorption spectrum of the quantum box when an electric field is not applied to the quantum box. The optical semiconductor device according to claim 1 or 2.
【請求項5】 電界無印加時において、前記量子箱に閉
じ込められた電子及び正孔の各波動関数のピークを与え
る空間座標が、前記電界印加手段によって印加される電
界の方向に関してずれており、 前記発光手段から放出される波長の光に関して、前記量
子箱に電界を印加している時の前記量子箱による光吸収
強度が、電界を印加していない時の光吸収強度よりも大
きい請求項1に記載の光半導体装置。
5. The spatial coordinates giving the peaks of the wavefunctions of electrons and holes confined in the quantum box when no electric field is applied are shifted with respect to the direction of the electric field applied by the electric field applying means, The light absorption intensity by the quantum box when an electric field is applied to the quantum box is larger than the light absorption intensity when an electric field is not applied, with respect to light having a wavelength emitted from the light emitting means. The optical semiconductor device according to.
【請求項6】 前記発光手段により放出される光の波長
が、前記量子箱に電界を印加していない時における該量
子箱の光吸収スペクトルの相互に隣り合うピークの中間
の波長である請求項5に記載の光半導体装置。
6. The wavelength of the light emitted by the light emitting means is a wavelength between the peaks adjacent to each other of the light absorption spectrum of the quantum box when an electric field is not applied to the quantum box. 5. The optical semiconductor device according to item 5.
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