JPH09246669A - Semiconductor optical device - Google Patents

Semiconductor optical device

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JPH09246669A
JPH09246669A JP5622496A JP5622496A JPH09246669A JP H09246669 A JPH09246669 A JP H09246669A JP 5622496 A JP5622496 A JP 5622496A JP 5622496 A JP5622496 A JP 5622496A JP H09246669 A JPH09246669 A JP H09246669A
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barrier layer
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thin film
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Hideki Goto
秀樹 後藤
Hiroaki Ando
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make the absorption spectrum of discrete light and the selectivity in the polarizing direction of light reflect in a semiconductor optical device to actuate the optical element by a method wherein the thickness of an upper barrier layer formed of a second semiconductor layer is formed specified times thicker than the lattice constant and a magnetic material thin film is provided on this barrier layer. SOLUTION: A semiconductor optical element having a light emission function is constituted into a structure, wherein an active layer of the optical element is formed of a quantum well layer 1, which consists of a first thin film-shaped semiconductor layer, and upper and lower barrier layers 2 and 3, which hold this semiconductor layer between them and respectively consist of second and third semiconductor layers having an energy forbidden band width wider than that of the first semiconductor layer, the thickness of the upper barrier layer 2 formed of the second semiconductor layer is formed 1 to 15 times thicker than the lattice constant and a magnetic material thin film 4 is provided on this layer 2. Thereby, the optical device, which operates while a magnetic field is applied to the active layer, can be realized without a device for applying the magnetic field to the active layer from the outside.

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、光信号を処理する
発光機能または光変調機能またはアイソレート機能また
は光検出機能を有する半導体光素子に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor optical device having a light emitting function for processing an optical signal, a light modulating function, an isolating function or a light detecting function.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2は半導体レーザー、発光ダイオー
ド、光変調素子等の活性層に量子井戸構造を有する半導
体光素子を示したものであり、1は薄膜状の第1の半導
体でできた量子井戸層、2は前記量子井戸層1の上に形
成した第2の半導体でできた上側の障壁層、3は前記量
子井戸層1の下に形成した第3の半導体でできた下側の
障壁層、5,5は前記量子井戸層1に電流Iを注入する
ため前記第2および第3の障壁層2,3の表面に設けた
電極である。この量子井戸構造を用いて発光素子として
機能させるためには、量子井戸層1に電子・正孔対を生
成しなければならない。ここでは、前記電流Iの注入に
より電子・正孔対が生成されると仮定する。量子井戸層
に生成される電子、正孔は量子井戸層面に垂直な方向に
は運動することはできないが、量子井戸層面に沿う方向
なら、図3に示すように自由に運動できる。従って、量
子井戸構造の光の吸収スペクトル(光のエネルギーに対
する光の吸収量の大きさ)は、図4に示すように階段状
になる。通常、半導体レーザーや発光ダイオードから射
出してくる光のエネルギーは、図4に示すように、この
階段の始まる付近である。
2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a semiconductor optical device having a quantum well structure in an active layer such as a semiconductor laser, a light emitting diode, and a light modulation device, where 1 is a quantum film made of a thin film-shaped first semiconductor. Well layer, 2 is an upper barrier layer made of a second semiconductor formed on the quantum well layer 1, and 3 is a lower barrier made of a third semiconductor formed below the quantum well layer 1. Layers 5 and 5 are electrodes provided on the surfaces of the second and third barrier layers 2 and 3 for injecting a current I into the quantum well layer 1. In order to function as a light emitting device using this quantum well structure, it is necessary to generate electron-hole pairs in the quantum well layer 1. Here, it is assumed that injection of the current I produces electron-hole pairs. The electrons and holes generated in the quantum well layer cannot move in the direction perpendicular to the quantum well layer surface, but can freely move in the direction along the quantum well layer surface as shown in FIG. Therefore, the light absorption spectrum of the quantum well structure (the magnitude of the amount of light absorbed with respect to the energy of light) has a stepwise shape as shown in FIG. Usually, the energy of light emitted from a semiconductor laser or a light emitting diode is near the start of this staircase, as shown in FIG.

【0003】図5に示すように、前記量子井戸層1に磁
場Bを垂直方向に印加する。一般に磁場中の価電粒子の
運動はサイクロトロン運動と呼ばれている。前記のよう
に量子井戸層1に磁場Bを垂直方向に印加すると、図5
に示すように、電子、正孔は磁場とそれぞれの有効質量
で決まる半径で互いに逆向きの円運動する。従って、電
子、正孔は量子井戸層面内でも運動範囲が制限され、光
の吸収スペクトルは階段状のものから離散的になる。こ
の効果はランダウ効果と呼ばれている。また、磁場の印
加により光の吸収スペクトルが変化する別の効果があ
り、これはゼーマン効果と呼ばれている。
As shown in FIG. 5, a magnetic field B is vertically applied to the quantum well layer 1. Generally, the motion of valence particles in a magnetic field is called cyclotron motion. When the magnetic field B is applied to the quantum well layer 1 in the vertical direction as described above,
As shown in, the electrons and holes make circular motions in opposite directions with a radius determined by the magnetic field and the effective mass of each. Therefore, the movement range of electrons and holes is limited even in the plane of the quantum well layer, and the absorption spectrum of light becomes discrete from stepwise ones. This effect is called the Landau effect. Further, there is another effect that the absorption spectrum of light is changed by the application of a magnetic field, which is called Zeeman effect.

【0004】このゼーマン効果を図6によって説明す
る。一般に、半導体の電子状態は4つの量子数で区別さ
れる。いまこれを、n、1、1z 、sとする。n、1、
z は様々な値をとるが、sは−1/2と1/2の二種
類しかない。通常、電子のエネルギーはn、1、1z
決定され、sの値によっては変化しない。これをエネル
ギー縮退という。ここで、量子井戸層に磁場を印加する
と、図6に示すように、sの値により電子のエネルギー
が異なる状態になる。この現象をゼーマン効果という。
結論としては、量子井戸層に磁場を印加すると、ランダ
ウ効果とゼーマン効果により、光の吸収スペクトルは図
7に示すようになる。
The Zeeman effect will be described with reference to FIG. Generally, electronic states of semiconductors are distinguished by four quantum numbers. Now, let this be n, 1, 1 z , and s. n, 1,
1 z takes various values, but s has only two kinds of -1/2 and 1/2. Usually, the electron energy is determined by n, 1, 1 z , and does not change depending on the value of s. This is called energy degeneracy. Here, when a magnetic field is applied to the quantum well layer, the energy of electrons varies depending on the value of s, as shown in FIG. This phenomenon is called the Zeeman effect.
In conclusion, when a magnetic field is applied to the quantum well layer, the absorption spectrum of light becomes as shown in FIG. 7 due to the Landau effect and the Zeeman effect.

【0005】図7は磁場が印加された量子井戸層の直線
偏光の光に対する吸収スペクトルを表した図であり、ラ
ンダウ効果による分離をL、ゼーマン効果による分離を
sで示している。この光の吸収スペクトルから、磁場を
量子井戸層に印加して発光素子として用いると、この発
光素子から射出してくる光のエネルギーは、この離散的
なエネルギーに限られるので、発光素子に流す電流は少
なく、単色性のよい光が得られることは容易に想像がつ
く。すでに幾つかの報告がなされている(Y.Arakawa e
t.al Applied Physics Letters,47,1142(1985).,K.Vaha
ra et.al,Applied Physics Letters,50,365(1987))。
FIG. 7 is a diagram showing the absorption spectrum for linearly polarized light in the quantum well layer to which a magnetic field is applied, where L is the separation due to the Landau effect and s is the separation due to the Zeeman effect. From the absorption spectrum of this light, when a magnetic field is applied to the quantum well layer and used as a light emitting element, the energy of the light emitted from this light emitting element is limited to this discrete energy, so the current flowing through the light emitting element is It is easy to imagine that light with less monochromaticity can be obtained. Some reports have already been made (Y. Arakawa e
t.al Applied Physics Letters, 47, 1142 (1985)., K. Vaha
ra et.al, Applied Physics Letters, 50, 365 (1987)).

【0006】また、前記sの値は円偏光の光の回転方向
と一対一に対応する。図7は磁場が印加された量子井戸
層の直線偏光の光に対する吸収スペクトルを表したもの
であるが、磁場が印加された量子井戸層の円偏光の光に
対しては光の吸収スペクトルは図8に示すようになり、
光の偏光方向により、光の吸収エネルギーが選択でき
る。ただし、光の入射方向が印加される磁場の方向と平
行な場合に限る。
The value of s corresponds one-to-one with the rotation direction of circularly polarized light. Figure 7 shows the absorption spectrum for linearly polarized light in a quantum well layer to which a magnetic field is applied, but the absorption spectrum of light for a circularly polarized light in a quantum well layer to which a magnetic field is applied is As shown in 8,
The absorption energy of light can be selected depending on the polarization direction of light. However, it is limited to the case where the incident direction of light is parallel to the direction of the applied magnetic field.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ように第1の半導体でできた量子井戸層に磁場を印加す
るためには、超伝導磁石等の大がかりな装置が必要とな
る。従って、実験による磁場の効果の検証は可能である
が、実際の応用は不可能である。本発明の目的は、大が
かりな装置を用いることなしに、半導体の活性層に磁場
を印加し、磁場中の電子、正孔の特徴的な振る舞い、す
なわち、離散的な光の吸収スペクトルや光の偏光方向に
対する選択性を反映して作動する半導体光素子を提供す
ることにある。
However, in order to apply a magnetic field to the quantum well layer made of the first semiconductor as described above, a large-scale device such as a superconducting magnet is required. Therefore, the effect of the magnetic field can be verified experimentally, but the actual application is impossible. An object of the present invention is to apply a magnetic field to an active layer of a semiconductor without using a large-scale device, and to perform a characteristic behavior of electrons and holes in the magnetic field, that is, a discrete absorption spectrum of light and light absorption. An object of the present invention is to provide a semiconductor optical device that operates by reflecting the selectivity with respect to the polarization direction.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、図1に示すよ
うに、活性層が、薄膜状の第1の半導体でできた量子井
戸層1と、この第1の半導体を挟み第1の半導体よりエ
ネルギー禁止帯幅が大きい第2および第3の半導体でで
きた上側の障壁層2と下側の障壁層3から形成され、発
光機能を有する半導体光素子において、前記第2の半導
体でできた上側の障壁層2の厚さを格子定数の1から1
5倍とし、この上側の障壁層2の上に磁性体薄膜4を設
けて構成したことを特徴とする半導体光素子としたもの
である。
According to the present invention, as shown in FIG. 1, an active layer is a quantum well layer 1 made of a thin film-like first semiconductor, and a first quantum well layer 1 sandwiching the first semiconductor. In a semiconductor optical device having an emission function, which is formed of an upper barrier layer 2 and a lower barrier layer 3 made of second and third semiconductors having an energy band gap larger than that of the semiconductor, the second semiconductor is made of the second semiconductor. The thickness of the upper barrier layer 2 from 1 to 1 of the lattice constant
The semiconductor optical device is characterized in that the magnetic thin film 4 is formed on the barrier layer 2 on the upper side by 5 times.

【0009】また、活性層が、薄膜状の第1の半導体で
できた量子井戸層1と、この第1の半導体を挟み第1の
半導体よりエネルギー禁止帯幅が大きい第2および第3
の半導体でできた上側の障壁層2と下側の障壁層3から
形成され、光変調機能を有する半導体光素子において、
前記第2の半導体でできた上側の障壁層2の厚さを格子
定数の1から15倍とし、この上側の障壁層2の上に磁
性体薄膜4を設けて構成したことを特徴とする半導体光
素子としたものである。
Further, the active layer has a quantum well layer 1 made of a thin film of the first semiconductor, and second and third quantum well layers 1 having an energy band gap larger than that of the first semiconductor sandwiching the first semiconductor.
In the semiconductor optical device having an optical modulation function, which is formed of the upper barrier layer 2 and the lower barrier layer 3 made of the above semiconductor,
The upper barrier layer 2 made of the second semiconductor has a thickness of 1 to 15 times the lattice constant, and the magnetic thin film 4 is provided on the upper barrier layer 2. It is an optical element.

【0010】また、活性層が、薄膜状の第1の半導体で
できた量子井戸層1と、この第1の半導体を挟み第1の
半導体よりエネルギー禁止帯幅が大きい第2および第3
の半導体でできた上側の障壁層2と下側の障壁層3から
形成され、アイソレート機能を有する半導体光素子にお
いて、前記第2の半導体でできた上側の障壁層2の厚さ
を格子定数の1から15倍とし、この上側の障壁層2の
上に磁性体薄膜4を設けて構成したことを特徴とする半
導体光素子としたものである。
Further, the active layer has a quantum well layer 1 made of a thin film-shaped first semiconductor, and second and third quantum well layers 1 having a larger energy band gap than the first semiconductor sandwiching the first semiconductor.
In the semiconductor optical device formed of the upper barrier layer 2 made of the above semiconductor and the lower barrier layer 3 having the isolation function, the thickness of the upper barrier layer 2 made of the second semiconductor is set to the lattice constant. 1 to 15 times, and the magnetic thin film 4 is provided on the upper barrier layer 2 to provide a semiconductor optical device.

【0011】また、活性層が、薄膜状の第1の半導体で
できた量子井戸層1と、この第1の半導体を挟み第1の
半導体よりエネルギー禁止帯幅が大きい第2および第3
の半導体でできた上側の障壁層2と下側の障壁層3から
形成され、光検出機能を有する半導体光素子において、
前記第2の半導体でできた上側の障壁層2の厚さを格子
定数の1から15倍とし、この上側の障壁層2の上に磁
性体薄膜4を設けて構成したことを特徴とする半導体光
素子としたものである。
The active layer has a quantum well layer 1 made of a thin film of the first semiconductor, and second and third quantum well layers 1 sandwiching the first semiconductor and having an energy band gap larger than that of the first semiconductor.
In the semiconductor optical device having the photodetection function, which is formed from the upper barrier layer 2 and the lower barrier layer 3 made of the semiconductor of
The upper barrier layer 2 made of the second semiconductor has a thickness of 1 to 15 times the lattice constant, and the magnetic thin film 4 is provided on the upper barrier layer 2. It is an optical element.

【0012】また、活性層の半導体素子の上側の障壁層
を、少なくとも1種類の半導体が前記第1の半導体より
エネルギー禁止帯幅が大きい2種類以上の半導体から構
成される超格子構造に置き換え、その超格子構造の全厚
さを格子定数の1から15倍としたことを特徴としたも
のである。
Further, the barrier layer above the semiconductor element of the active layer is replaced with a superlattice structure in which at least one kind of semiconductor is composed of two or more kinds of semiconductors having an energy band gap larger than that of the first semiconductor, It is characterized in that the total thickness of the superlattice structure is 1 to 15 times the lattice constant.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。図1の(a)は本発明の半導体レー
ザー、発光ダイオード等の半導体光素子の活性層に量子
井戸構造を有する半導体光素子の構造図で、図1の
(b)は半導体光素子のエネルギーバンド図であり、1
は第1の半導体でできた量子井戸層、2は第2の半導体
できた上側の障壁層で、その厚さは格子定数の1倍から
15倍である。3は第3の半導体でできた下側の障壁
層、4は前記上側の障壁層2の上に付着させた強磁性体
薄膜である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail. 1A is a structural diagram of a semiconductor optical device having a quantum well structure in an active layer of a semiconductor optical device such as a semiconductor laser or a light emitting diode of the present invention, and FIG. 1B is an energy band of the semiconductor optical device. Figure, 1
Is a quantum well layer made of a first semiconductor, 2 is an upper barrier layer made of a second semiconductor, and its thickness is 1 to 15 times the lattice constant. Reference numeral 3 is a lower barrier layer made of a third semiconductor, and 4 is a ferromagnetic thin film deposited on the upper barrier layer 2.

【0014】本発明の半導体光素子では、以下に説明す
るようにして、半導体光素子の活性層を形成する量子井
戸層1の電子、正孔に磁場を印加することができる。ま
ず、図1に示すような構造の半導体光素子の図における
上下に、図9の(a)に示すような電磁石を構成するコ
イル6,6を配置して、このコイル6,6に直流電流I
を流すことにより、磁場Bを印加して強磁性体薄膜4
を、この強磁性体薄膜4の垂直方向に磁化させる。そう
すると、図9の(b)に示すように、強磁性体薄膜4の
周りに上方向の磁場が発生する。7は磁化により生じた
磁気モーメントである。
In the semiconductor optical device of the present invention, a magnetic field can be applied to the electrons and holes of the quantum well layer 1 forming the active layer of the semiconductor optical device as described below. First, coils 6 and 6 constituting an electromagnet as shown in FIG. 9A are arranged above and below in the drawing of the semiconductor optical device having the structure as shown in FIG. I
By applying a magnetic field B to the ferromagnetic thin film 4
Are magnetized in the direction perpendicular to the ferromagnetic thin film 4. Then, as shown in FIG. 9B, an upward magnetic field is generated around the ferromagnetic thin film 4. Reference numeral 7 is a magnetic moment generated by the magnetization.

【0015】しかし、半導体光素子の活性層から出た光
を透過させるためには、前記強磁性体薄膜4の厚さは1
0nm程度にしなければならない。この程度の厚さでは
強磁性体薄膜4から0.1μm程度離れるだけで磁場の
大きさは1000分の1以下になってしまう。しかし、
図1に示すように、強磁性体薄膜4と量子井戸層1を隔
てる上側の障壁層2は、格子定数の1から15倍程度で
非常に薄い。この場合、量子井戸層1に生成された電
子、正孔は強磁性体薄膜4と非常に接近しているため、
強磁性体薄膜4より発生した磁界の影響を受ける。
However, in order to transmit the light emitted from the active layer of the semiconductor optical device, the thickness of the ferromagnetic thin film 4 is 1
It should be about 0 nm. With such a thickness, the magnetic field is reduced to 1/1000 or less just by separating from the ferromagnetic thin film 4 by about 0.1 μm. But,
As shown in FIG. 1, the upper barrier layer 2 that separates the ferromagnetic thin film 4 and the quantum well layer 1 is about 1 to 15 times the lattice constant and is very thin. In this case, the electrons and holes generated in the quantum well layer 1 are very close to the ferromagnetic thin film 4,
It is affected by the magnetic field generated from the ferromagnetic thin film 4.

【0016】また、図1に示すように、量子井戸層1の
上側の障壁層2が非常に薄いので、量子井戸層1に生成
された電子、正孔の波動関数は強磁性体薄膜4中までし
みだしている。これは強磁性体薄膜4中の電子状態が量
子井戸層1の電子状態に影響を及ぼすことを意味する。
磁化された強磁性体薄膜4中の電子は周りの電子との間
に交換相互作用とよばれる力が働き、周りの電子とスピ
ン(電子に付随した微小な磁石)を揃えようとする。実
はこの交換相互作用の大小により磁性体の性質が決まる
のであるが、今は強磁性体を考えているので交換相互作
用は大きい。本発明の構成では前述したように量子井戸
層1に生成された電子、正孔の波動関数は強磁性体薄膜
4中にしみだしているので、交換相互作用が働く。従っ
て、図9に示す場合を考えると、量子井戸層1の電子に
対して上向きスピンの状態がエネルギー的により安定に
なる。これはゼーマン効果と同様の効果をもたらすこと
になる。
Further, as shown in FIG. 1, since the barrier layer 2 above the quantum well layer 1 is very thin, the wave functions of electrons and holes generated in the quantum well layer 1 are in the ferromagnetic thin film 4. It's exuding. This means that the electronic state in the ferromagnetic thin film 4 affects the electronic state in the quantum well layer 1.
Electrons in the magnetized ferromagnetic thin film 4 have a force called exchange interaction with the surrounding electrons, and try to align the surrounding electrons and spins (small magnets attached to the electrons). Actually, the size of this exchange interaction determines the properties of the magnetic substance, but since we are considering a ferromagnetic substance, the exchange interaction is large. In the structure of the present invention, since the wave functions of electrons and holes generated in the quantum well layer 1 are exuded in the ferromagnetic thin film 4 as described above, the exchange interaction works. Therefore, considering the case shown in FIG. 9, the state of the upward spin with respect to the electrons in the quantum well layer 1 becomes energetically more stable. This has the same effect as the Zeeman effect.

【0017】つまり、本発明の構成では量子井戸層1に
生成された電子、正孔は磁場の効果と交換相互作用によ
り二重に強磁性体薄膜4の影響を受けることになり、本
発明の目的である活性層に磁場を印加することができる
半導体光素子が実現できる。本発明の半導体光素子の作
用をより有効にするためには量子井戸層1の上側の障壁
層2は薄ければ薄いほどよい。しかし、前記障壁層2を
薄くすると、障壁層2と強磁性体薄膜4の界面に存在す
る非発光再結合中心の影響を受けやすくなり、量子井戸
層1に生成された電子、正孔は発光することなく消滅し
てしまう。逆に前記障壁層2が厚くなると、強磁性体薄
膜4から発生する磁場の大きさも交換相互作用も小さく
なってしまい、本発明の目的を達成することが不可能に
なる。
That is, in the structure of the present invention, the electrons and holes generated in the quantum well layer 1 are doubly affected by the ferromagnetic thin film 4 due to the effect of the magnetic field and the exchange interaction. A semiconductor optical device capable of applying a magnetic field to the intended active layer can be realized. In order to make the operation of the semiconductor optical device of the present invention more effective, the thinner the barrier layer 2 on the upper side of the quantum well layer 1, the better. However, when the barrier layer 2 is thinned, it becomes more susceptible to the non-radiative recombination centers existing at the interface between the barrier layer 2 and the ferromagnetic thin film 4, and the electrons and holes generated in the quantum well layer 1 emit light. It disappears without doing. On the contrary, if the barrier layer 2 becomes thick, the magnitude of the magnetic field generated from the ferromagnetic thin film 4 and the exchange interaction become small, and it becomes impossible to achieve the object of the present invention.

【0018】前記強磁性体薄膜4の磁化方向は、強磁性
体薄膜4に対して垂直が望ましい。強磁性体薄膜4に対
して平行に磁化した場合は、ランダウ効果、ゼーマン効
果とも小さくなる。しかし、本発明の目的である磁場が
印加された量子井戸層1の電子、正孔の性質を反映した
光信号処理素子は、磁場の効果は弱くなるが実現でき
る。また、強磁性体薄膜4に対して水平方向に磁化した
場合は、強磁性体薄膜4に平行に入射する光の偏光方向
に対して光の吸収エネルギーの選択を実現することが可
能となる。
The magnetization direction of the ferromagnetic thin film 4 is preferably perpendicular to the ferromagnetic thin film 4. When magnetized parallel to the ferromagnetic thin film 4, both Landau effect and Zeeman effect are reduced. However, the optical signal processing element reflecting the properties of electrons and holes of the quantum well layer 1 to which a magnetic field is applied, which is the object of the present invention, can be realized although the effect of the magnetic field is weakened. Further, when magnetized in the horizontal direction with respect to the ferromagnetic thin film 4, it becomes possible to realize selection of the absorbed energy of the light with respect to the polarization direction of the light incident in parallel with the ferromagnetic thin film 4.

【0019】[0019]

【実施例】【Example】

(実施例1)図10は本発明の実施例1を示す図であ
る。図10の(a)に示すように、まず、GaAs(1
00)ノンドープ基板8の上に順次、分子層エピタキシ
ー法、有機金属気相成長法などの方法で、GaAsバッ
ファ層9、超格子バッファ層10を成長させる。次に、
量子井戸構造を形成するため第3の半導体でできた下側
の障壁層3であるAlGaAsを50nm成長させ、続
いて第1の半導体でできた量子井戸層1であるGaAs
を10nm成長させる。上側の障壁層2′は、少なくと
も1種類の半導体が前記第1の半導体でできた量子井戸
層1よりエネルギー禁止帯幅が大きい2種類以上の半導
体たとえばAlAsとGaAsを2原子層ずつ2周期成
長させて超格子構造に形成する。前記上側の障壁層2′
の厚さは8原子層で約2nm程度であり、量子井戸層1
の波動関数は容易に表面まで達する。このようにして形
成された資料を図示しない周知のスパッタ装置に入れ、
図10の(b)に示すように、上側の障壁層2′の上に
Co−Crの強磁性体薄膜4を10nm付着させる。
(Embodiment 1) FIG. 10 is a diagram showing Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 10A, first, GaAs (1
00) The GaAs buffer layer 9 and the superlattice buffer layer 10 are sequentially grown on the non-doped substrate 8 by a method such as a molecular layer epitaxy method and a metal organic chemical vapor deposition method. next,
To form a quantum well structure, AlGaAs, which is a lower barrier layer 3 made of a third semiconductor, is grown to 50 nm, and then GaAs, which is a quantum well layer 1 made of the first semiconductor, is grown.
Is grown to 10 nm. The upper barrier layer 2'grows two cycles of at least two kinds of semiconductors, for example, AlAs and GaAs each having two atomic layers, in which at least one kind of semiconductor has an energy band gap larger than that of the quantum well layer 1 made of the first semiconductor. To form a superlattice structure. The upper barrier layer 2 '
The thickness of the quantum well layer 1 is about 2 nm for 8 atomic layers.
The wave function of reaches the surface easily. Put the material formed in this way into a well-known sputtering device (not shown),
As shown in FIG. 10B, a Co—Cr ferromagnetic thin film 4 is deposited to a thickness of 10 nm on the upper barrier layer 2 ′.

【0020】前記強磁性体薄膜4を磁化させるために、
図10の(b)に示すように形成された資料を、図9の
(a)に示すような電磁石となるコイル6,6の間に入
れて磁化させる。磁化方向は前記強磁性体薄膜4の面に
対して垂直となる。この強磁性体薄膜4の飽和磁化はC
oとほぼ同じで、1.8Tとなるため、量子井戸層1の
電子、正孔には最大1.8Tの磁界が印加されるととも
に、前記上側の障壁層2′が非常に薄いために交換相互
作用が有効に働く。この半導体光素子は、図11に示す
ように光(レーザー光)11で励起された電子、正孔が
再結合して光12を自然放出する半導体光素子として機
能する。このように作製された半導体光素子は従来のも
のより高い発光効率を示した。この実施例では強磁性体
薄膜4としてCo−Crを用いたが、別の金属磁性体材
料でも磁性有機薄膜でも磁性半導体でもよい。
In order to magnetize the ferromagnetic thin film 4,
The material formed as shown in FIG. 10B is put between the coils 6 and 6 serving as electromagnets as shown in FIG. 9A and magnetized. The magnetization direction is perpendicular to the surface of the ferromagnetic thin film 4. The saturation magnetization of this ferromagnetic thin film 4 is C
Since it is almost the same as o and becomes 1.8 T, a maximum magnetic field of 1.8 T is applied to the electrons and holes in the quantum well layer 1, and the upper barrier layer 2'is exchanged because it is very thin. Interaction works effectively. As shown in FIG. 11, this semiconductor optical device functions as a semiconductor optical device in which electrons and holes excited by light (laser light) 11 are recombined to spontaneously emit light 12. The semiconductor optical device manufactured in this manner showed higher luminous efficiency than the conventional one. Although Co—Cr is used as the ferromagnetic thin film 4 in this embodiment, another metal magnetic material, a magnetic organic thin film, or a magnetic semiconductor may be used.

【0021】(実施例2)図12は本発明の実施例2を
示す図である。この図12の(a)において、8はGa
Asノンドープ基板、9はGaAsバッファ層、10は
超格子バッファ層、3はGaAsの下側の障壁層、1は
InGaAsの量子井戸層、2はGaAsの上側の障壁
層で、その厚さは6nmである。4は前記同様の強磁性
体薄膜である。この実施例でも図12の(b)に示すよ
うに、光(レーザー光)11で励起された電子、正孔が
再結合して光12を自然放出する半導体光素子として機
能する。このように作製された半導体光素子は、従来の
ものより高い発光効率を示した。
(Second Embodiment) FIG. 12 is a view showing a second embodiment of the present invention. In FIG. 12A, 8 is Ga
As non-doped substrate, 9 GaAs buffer layer, 10 superlattice buffer layer, 3 GaAs lower barrier layer, 1 InGaAs quantum well layer, 2 GaAs upper barrier layer, and its thickness is 6 nm. Is. 4 is a ferromagnetic thin film similar to the above. In this embodiment also, as shown in FIG. 12B, the semiconductor optical device functions as the electrons and holes excited by the light (laser light) 11 are recombined to spontaneously emit the light 12. The semiconductor optical device manufactured in this manner showed higher luminous efficiency than the conventional one.

【0022】(実施例3)図13は本発明の実施例3を
示す図である。(a)図は分子層エピタキシー法、有機
金属気相成長法などで作製したpn接合を持った発光ダ
イオードの資料を示す図で、13はn型のGaAs基
板、14はn型のGaAsバッファ層、15はn型の超
格子バッファ層、16はn型のAlGaAs層、3はA
lGaAsの下側の障壁層、1はGaAsの量子井戸
層、2′は実施例1と同様の上側の障壁層、17はp型
のAlGaAs層である。
(Third Embodiment) FIG. 13 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. Fig. (A) is a view showing materials of a light emitting diode having a pn junction manufactured by a molecular layer epitaxy method, a metal organic chemical vapor deposition method, etc., 13 is an n-type GaAs substrate, and 14 is an n-type GaAs buffer layer. , 15 is an n-type superlattice buffer layer, 16 is an n-type AlGaAs layer, and 3 is A
1GaAs is a lower barrier layer, 1 is a GaAs quantum well layer, 2'is an upper barrier layer similar to that of the first embodiment, and 17 is a p-type AlGaAs layer.

【0023】次に、(b)図に示すように、前記のよう
に形成された資料の裏面に真空蒸着装置を用いてAu−
Ge−Niの合金を蒸着して電極18を形成する。次
に、(c)図に示すように、紫外線露光装置(図示しな
い)と有機レジスト19(例えばAZ1400−17)
を用いて図のようなパターンのスリット19aを有機レ
ジスト19に形成する。(c′)は資料の上面図であ
る。次に、(d)図に示すように、真空蒸着装置(図示
しない)を用いて、前記有機レジスト19に形成したス
リット19aに、Au−Zn−Niの合金を蒸着し、前
記有機レジスト19をアセトンで取り除けば、電流を流
入するための電極20が形成される。(d′)は資料の
上面図である。次に、(e)図に示すように、紫外線露
光装置と有機レジスト19を用いて、前記電極20をマ
スクし、かつ、10μm×10μmの微細パターンの孔
19bの開いている有機レジスト19に形成する。
(e′)は資料の上面図である。
Next, as shown in FIG. 3B, Au- is formed on the back surface of the material formed as described above by using a vacuum evaporation apparatus.
The electrode 18 is formed by evaporating a Ge—Ni alloy. Next, as shown in FIG. 6C, an ultraviolet exposure device (not shown) and an organic resist 19 (for example, AZ1400-17).
A slit 19a having a pattern as shown in the drawing is formed in the organic resist 19 by using. (C ') is a top view of the material. Next, as shown in FIG. 3D, an Au—Zn—Ni alloy is vapor-deposited on the slits 19 a formed in the organic resist 19 by using a vacuum vapor deposition device (not shown) to form the organic resist 19. If removed with acetone, the electrode 20 for forming an electric current is formed. (D ') is a top view of the material. Next, as shown in FIG. 7E, the electrode 20 is masked using an ultraviolet exposure device and an organic resist 19 and is formed on the organic resist 19 in which holes 19b having a fine pattern of 10 μm × 10 μm are opened. To do.
(E ') is a top view of the material.

【0024】次に、図14の(a)図に示すように、前
記図13の(e)図に示すように形成された資料を硫酸
と過酸化水素水と水の体積比が4:1:1のエッチャン
トに浸漬して、前記微細パターンの孔19bを通して前
記p型のAlGaAs層17を活性層の上側までエッチ
ングする。次に、(b)図に示すように、スパッタ装置
(図示しない)を用いて前記エッチングしたスリットに
Co−Crの強磁性体薄膜4を10nm付着させる。次
に、(c)図に示すように、アセトンを用いて有機レジ
スト19を除去してできた半導体光素子を、前記実施例
1で述べたように電磁石となるコイルの間に入れて磁化
する。以上説明したような方法により電流注入形で活性
層に磁場が印加される発光ダイオードが作製できる。そ
して、(d)図に示すように、この発光ダイオードの電
極18,20を通して電流Iを流すと、前記Co−Cr
の強磁性体薄膜4から光12を射出する。以上説明した
発光ダイオードの製造は、ウエハ上に多数の発光ダイオ
ードを前記のようにして形成し、最後に個々の発光ダイ
オードに切り出して作製される。作製された半導体光素
子は従来のものより高い発光効率(注入電流と発光強度
の比)を示した。以上の説明では活性層は実施例1で示
したものと同じであったが、実施例2で示したものに置
き換えてもよい。
Next, as shown in FIG. 14 (a), the material formed as shown in FIG. 13 (e) is treated with sulfuric acid / hydrogen peroxide water / water at a volume ratio of 4: 1. Then, the p-type AlGaAs layer 17 is etched to the upper side of the active layer through the fine pattern of holes 19b. Next, as shown in FIG. 7B, a Co—Cr ferromagnetic thin film 4 is deposited to a thickness of 10 nm on the etched slit using a sputtering device (not shown). Next, as shown in FIG. 7C, the semiconductor optical device obtained by removing the organic resist 19 with acetone is put between the coils serving as the electromagnets and magnetized as described in the first embodiment. . By the method described above, a light emitting diode in which a magnetic field is applied to the active layer by current injection can be manufactured. Then, as shown in FIG. 3D, when a current I is passed through the electrodes 18 and 20 of the light emitting diode, the Co--Cr
Light 12 is emitted from the ferromagnetic thin film 4. The light emitting diode described above is manufactured by forming a large number of light emitting diodes on a wafer as described above and finally cutting out the individual light emitting diodes. The manufactured semiconductor optical device showed higher luminous efficiency (ratio of injection current and luminous intensity) than the conventional one. In the above description, the active layer is the same as that shown in Example 1, but it may be replaced with the one shown in Example 2.

【0025】(実施例4)図15は本発明の実施例4を
示す図である。(a)図は前記実施例3と同様な作製手
順(方法)で作製したpn接合を持った半導体レーザー
の資料の斜視図であり、21はAu−Ge−Niの電
極、22はn型のGaAs基板、23はn型のAlGa
As層、3はAlGaAsの下側の障壁層、1はGaA
sの量子井戸層、2′は実施例1と同様の上側の障壁
層、24はp型のAlGaAs層、25はp型のGaA
s層、26は電流狭窄のために付けられたSiN薄膜、
27,27はAu−Zn−Niの電極である。次に、
(b)図に示すように、前記資料の電極27,27の間
を、実施例3と同様な作製手順(方法)によって、前記
p型のGaAs層25、p型のAlGaAs層24を活
性層の上側までエッチングし、前記エッチングしたスリ
ットにCo−Crの強磁性体薄膜4を10nm付着させ
ると、電流注入形で磁場が印加される半導体レーザーが
作製できる。作製された半導体レーザーは従来のものよ
り低い発振しきい値を示し、発光したレーザー光の波長
の揺らぎも低く押さえられた。また、磁化方向を強磁性
体薄膜と平行方向にすると、偏光方向が円偏光で発振す
る半導体レーザーが実現できる。磁化の方向を反転する
ことにより、レーザー光の偏光方向をスイッチすること
も可能となる。(b)図に示すように、作製された半導
体レーザーに電極21,27を通して電流Iを流すと、
量子井戸層1を含む活性層からレーザー光28が発射さ
れる。
(Fourth Embodiment) FIG. 15 is a view showing a fourth embodiment of the present invention. (A) is a perspective view of a material of a semiconductor laser having a pn junction manufactured by the same manufacturing procedure (method) as in Example 3, where 21 is an Au-Ge-Ni electrode and 22 is an n-type. GaAs substrate, 23 is n-type AlGa
As layer, 3 is a barrier layer below AlGaAs, and 1 is GaA.
s quantum well layer, 2'is an upper barrier layer similar to that of the first embodiment, 24 is a p-type AlGaAs layer, and 25 is a p-type GaA.
s layer, 26 is a SiN thin film attached for current constriction,
27 and 27 are Au-Zn-Ni electrodes. next,
(B) As shown in the figure, the p-type GaAs layer 25 and the p-type AlGaAs layer 24 are formed as active layers between the electrodes 27, 27 of the material by the same manufacturing procedure (method) as in the third embodiment. Of the Co—Cr ferromagnetic thin film 4 attached to the above-mentioned etched slits, a semiconductor laser to which a magnetic field is applied by current injection can be manufactured. The produced semiconductor laser exhibited a lower oscillation threshold than the conventional one, and the fluctuation of the wavelength of the emitted laser light was suppressed to a low level. Further, when the magnetization direction is parallel to the ferromagnetic thin film, it is possible to realize a semiconductor laser that oscillates with circularly polarized light. It is also possible to switch the polarization direction of the laser light by reversing the magnetization direction. (B) As shown in the figure, when a current I is passed through the manufactured semiconductor lasers through the electrodes 21 and 27,
Laser light 28 is emitted from the active layer including the quantum well layer 1.

【0026】(実施例5)図16は本発明の実施例5を
示す図である。この実施例では前記実施例3で作製した
資料(図14の(d)参照)を光変調素子として用いて
いる。この場合は発光ダイオードとして用いる場合と異
なり、光変調素子の電極18,20間に、逆バイアスを
印加するための直流電源29と、光変調を行うための変
調器30とを接続する。そして、量子井戸層1を含む活
性層に平行に集束レンズ31を通して光(レーザー光)
32を入射させると、前記変調器30で変調された光
(レーザー光)32′が集束レンズ31を通して射出す
る。
(Fifth Embodiment) FIG. 16 is a view showing a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, the material produced in the above-mentioned Embodiment 3 (see FIG. 14 (d)) is used as an optical modulator. In this case, differently from the case of using as a light emitting diode, a DC power supply 29 for applying a reverse bias and a modulator 30 for performing optical modulation are connected between the electrodes 18 and 20 of the optical modulation element. Then, light (laser light) is passed through the focusing lens 31 in parallel with the active layer including the quantum well layer 1.
When 32 is made incident, the light (laser light) 32 ′ modulated by the modulator 30 is emitted through the focusing lens 31.

【0027】図17は実施例5の光変調素子の作動原理
を示す光の吸収スペクトルを示すものである。この光の
吸収スペクトルは、量子閉じ込めシュタルク効果により
変化するため、光信号の波長により分散形、吸収形の光
変調素子が作製できる。磁化の方向を強磁性体薄膜と平
行にすると、偏光方向により光の吸収波長が図18に示
すように異なってくる。また、図19に示すように、偏
光方向を信号に対応させて変調することも可能となる。
FIG. 17 shows a light absorption spectrum showing the operating principle of the light modulation element of the fifth embodiment. Since the absorption spectrum of this light changes due to the quantum confined Stark effect, a dispersion-type or absorption-type optical modulator can be manufactured depending on the wavelength of the optical signal. When the magnetization direction is parallel to the ferromagnetic thin film, the absorption wavelength of light differs depending on the polarization direction as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 19, it is possible to modulate the polarization direction in correspondence with the signal.

【0028】(実施例6)図20は本発明の半導体光素
子の実施例6を示す図である。この実施例では実施例3
で作製した資料(図14の(d)参照)を光アイソレー
タとして用いている。この図において、29は前記資料
(素子)に逆バイアスを印加するための直流電源、3
1,31は集束レンズ、33はλ/4板(円偏光と直線
偏光を変換する)、32は入射される光(レーザー
光)、32′は射出される光(レーザー光)である。
(Sixth Embodiment) FIG. 20 is a view showing a sixth embodiment of the semiconductor optical device of the present invention. In this embodiment, the third embodiment
The material (see (d) of FIG. 14) prepared in step 1 is used as an optical isolator. In this figure, 29 is a DC power supply for applying a reverse bias to the material (element), 3
Reference numerals 1 and 31 are focusing lenses, 33 is a λ / 4 plate (converts circularly polarized light and linearly polarized light), 32 is incident light (laser light), and 32 'is emitted light (laser light).

【0029】図20の(a)は磁化方向を強磁性体薄膜
と垂直にした場合の配置で、図20の(b)は磁化方向
を強磁性体薄膜と平行にした場合の配置である。従来技
術の説明で述べたように、磁界が印加された量子井戸層
は円偏光の回転方向により光の吸収波長が異なる。ただ
し、光(レーザー光)の入射方向は磁場の向きと平行に
する必要がある。図21はこの実施例6の半導体光素子
の動作を説明する図である。まず、本発明の半導体光素
子は、従来技術の説明で述べた通り、磁場の向きと光の
波長を適当に選べば、左回りの円偏光の光を吸収させる
ことができる。直線偏光の光(レーザー光)が左から入
射するときは、半導体光素子で左回りの光(レーザー
光)が吸収されるため、半導体光素子から出てくる光
(レーザー光)は右回りとなる。この光(レーザー光)
をλ/4板(円偏光と直線偏光を変換する)33に通す
と、元の直線偏光の光に戻る。逆に直線偏光の光(レー
ザー光)が右側から入射するときは、λ/4板33によ
り左回りの光となり、これは半導体光素子に吸収させて
右側には光(レーザー光)は伝搬しない。このようにし
て、光アイソレータとして機能する。
20A shows an arrangement in which the magnetization direction is perpendicular to the ferromagnetic thin film, and FIG. 20B shows an arrangement in which the magnetization direction is parallel to the ferromagnetic thin film. As described in the description of the prior art, the quantum well layer to which a magnetic field is applied has a different light absorption wavelength depending on the rotation direction of circularly polarized light. However, the incident direction of light (laser light) needs to be parallel to the direction of the magnetic field. FIG. 21 is a diagram for explaining the operation of the semiconductor optical device of the sixth embodiment. First, as described in the description of the prior art, the semiconductor optical device of the present invention can absorb counterclockwise circularly polarized light by appropriately selecting the direction of the magnetic field and the wavelength of light. When linearly polarized light (laser light) enters from the left, the semiconductor optical element absorbs counterclockwise light (laser light), so the light emitted from the semiconductor optical element (laser light) is clockwise. Become. This light (laser light)
Is passed through a λ / 4 plate (converts circularly polarized light and linearly polarized light) 33 to return to the original linearly polarized light. Conversely, when linearly polarized light (laser light) enters from the right side, it becomes counterclockwise light due to the λ / 4 plate 33, which is absorbed by the semiconductor optical element and does not propagate to the right side. . In this way, it functions as an optical isolator.

【0030】(実施例7)図22は本発明の半導体光素
子の実施例7を示す図である。この実施例では、実施例
3で作製した資料(図14の(d)参照)を光検出素子
として用いている。この図において、31は集束レン
ズ、32は入射される光(レーザー光)、29は半導体
光素子に逆バイアスを印加するための直流電源、34は
半導体光素子に光(レーザー光)が吸収されバイアス回
路に電流が流れたときにそれを電圧として検出するため
の検出抵抗である。この実施例の場合は半導体光素子を
発光ダイオードとして用いる場合と異なり、半導体光素
子に逆バイアスを加える。図23にこの半導体光素子の
エネルギーバンド図を示す。ただし、強磁性体薄膜では
なく電極の領域のエネルギーバンド図である。エネルギ
ーギャップ以上のエネルギーの光(レーザー光)が入射
すると回路に電流が流れ、検出抵抗34に電圧が発生す
る。
(Embodiment 7) FIG. 22 is a diagram showing Embodiment 7 of the semiconductor optical device of the present invention. In this example, the material prepared in Example 3 (see (d) of FIG. 14) is used as a photodetector. In this figure, 31 is a focusing lens, 32 is incident light (laser light), 29 is a DC power supply for applying a reverse bias to the semiconductor optical device, and 34 is light (laser light) absorbed by the semiconductor optical device. It is a detection resistor for detecting a current when a current flows through the bias circuit as a voltage. In the case of this embodiment, unlike the case where the semiconductor optical device is used as a light emitting diode, a reverse bias is applied to the semiconductor optical device. FIG. 23 shows an energy band diagram of this semiconductor optical device. However, it is an energy band diagram of the electrode region, not the ferromagnetic thin film. When light (laser light) having an energy larger than the energy gap enters, a current flows through the circuit and a voltage is generated in the detection resistor 34.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、活性層
が、薄膜状の第1の半導体と、この第1の半導体を挟み
第1の半導体よりエネルギー禁止帯幅が大きい第2およ
び第3の半導体から構成され、発光機能を有する半導体
光素子、光変調機能を有する半導体光素子、アイソレー
ト機能を有する半導体光素子および光検出機能を有する
半導体光素子において、前記活性層の半導体素子の表面
側の第2の半導体の厚さを格子定数の1から15倍と
し、その上に磁性体薄膜を設けて構成された半導体光素
子としたので、外部から磁場を印加する装置なしに活性
層に磁場が印加されたまま作動する半導体光素子が実現
できる。また、前記活性層の半導体素子の上側の障壁層
を、少なくとも1種類の半導体が前記第1の半導体より
エネルギー禁止帯幅が大きい2種類以上の半導体から構
成される超格子構造に置き換え、その超格子構造の全厚
さを格子定数の1から15倍とした半導体光素子とした
ので、外部から磁場を印加する装置なしに活性層に磁場
が印加されたまま作動する半導体光素子が実現できる。
As described above, according to the present invention, the active layer has the thin film-shaped first semiconductor and the second and the second semiconductors which sandwich the first semiconductor and have an energy band gap larger than that of the first semiconductor. A semiconductor optical element having a light emitting function, a semiconductor optical element having a light modulation function, a semiconductor optical element having an isolation function, and a semiconductor optical element having a light detecting function, wherein the semiconductor element of the active layer is Since the thickness of the second semiconductor on the front surface side is set to 1 to 15 times the lattice constant and the magnetic thin film is provided on the second semiconductor, a semiconductor optical element is formed, so that the active layer can be provided without an external magnetic field applying device. It is possible to realize a semiconductor optical device that operates while a magnetic field is applied to the device. Further, the barrier layer above the semiconductor element of the active layer is replaced with a superlattice structure in which at least one kind of semiconductor is composed of two or more kinds of semiconductors having an energy band gap larger than that of the first semiconductor, Since the semiconductor optical device has a total thickness of the lattice structure which is 1 to 15 times the lattice constant, a semiconductor optical device that operates while the magnetic field is applied to the active layer can be realized without a device for applying a magnetic field from the outside.

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

【図1】本発明の半導体光素子を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a semiconductor optical device of the present invention.

【図2】従来技術を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a conventional technique.

【図3】量子井戸層の電子、正孔の運動の様子を示した
図である。
FIG. 3 is a diagram showing how electrons and holes move in a quantum well layer.

【図4】量子井戸層の光の吸収スペクトルを示した図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing a light absorption spectrum of a quantum well layer.

【図5】量子井戸層に磁場が印加されたときの電子、正
孔の運動の様子を示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing how electrons and holes move when a magnetic field is applied to the quantum well layer.

【図6】ゼーマン効果を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating the Zeeman effect.

【図7】磁場が印加された量子井戸層の直線偏光の光に
対する吸収スペクトルを示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing an absorption spectrum for linearly polarized light in a quantum well layer to which a magnetic field is applied.

【図8】磁場が印加された量子井戸層の円偏光の光に対
する吸収スペクトルを示した図である。
FIG. 8 is a diagram showing an absorption spectrum for circularly polarized light of a quantum well layer to which a magnetic field is applied.

【図9】本発明の半導体光素子の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of a semiconductor optical device of the present invention.

【図10】本発明の半導体光素子の実施例1の説明図で
ある。
FIG. 10 is an explanatory diagram of Embodiment 1 of the semiconductor optical device of the present invention.

【図11】本発明の半導体光素子の実施例1の作動を示
す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an operation of Example 1 of the semiconductor optical device of the present invention.

【図12】本発明の半導体光素子の実施例2の説明図で
ある。
FIG. 12 is an explanatory diagram of Embodiment 2 of the semiconductor optical device of the present invention.

【図13】本発明の半導体光素子の実施例3の製造工程
の説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram of the manufacturing process of Example 3 of the semiconductor optical device of the present invention.

【図14】本発明の半導体光素子の実施例3の製造工程
の説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram of the manufacturing process of Example 3 of the semiconductor optical device of the present invention.

【図15】本発明の半導体光素子の実施例4の説明図で
ある。
FIG. 15 is an explanatory diagram of Embodiment 4 of the semiconductor optical device of the present invention.

【図16】本発明の半導体光素子の実施例5を説明する
斜視図である。
FIG. 16 is a perspective view illustrating a fifth embodiment of the semiconductor optical device of the present invention.

【図17】本発明の半導体光素子の実施例5の作動原理
を示す光の吸収スペクトルを示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a light absorption spectrum showing the operating principle of Example 5 of the semiconductor optical device of the present invention.

【図18】本発明の半導体光素子の実施例5で磁化方向
を強磁性体薄膜と平行にしたときの作動原理を示す光の
吸収スペクトルを示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a light absorption spectrum showing the operating principle when the magnetization direction is made parallel to the ferromagnetic thin film in Example 5 of the semiconductor optical device of the present invention.

【図19】本発明の半導体光素子の実施例5で磁化方向
を強磁性体薄膜と平行にしたときの変調作動を示す図で
ある。
FIG. 19 is a diagram showing a modulation operation when the magnetization direction is made parallel to the ferromagnetic thin film in Example 5 of the semiconductor optical device of the present invention.

【図20】本発明の半導体光素子の実施例6を説明する
斜視図である。
FIG. 20 is a perspective view illustrating a sixth embodiment of the semiconductor optical device of the present invention.

【図21】本発明の半導体光素子の実施例6の作動を示
す図である。
FIG. 21 is a diagram showing the operation of Example 6 of the semiconductor optical device of the present invention.

【図22】本発明の半導体光素子の実施例7を説明する
斜視図である。
FIG. 22 is a perspective view illustrating a seventh embodiment of the semiconductor optical device of the present invention.

【図23】本発明の半導体光素子の実施例7の作動を示
す図である。
FIG. 23 is a diagram showing the operation of Example 7 of the semiconductor optical device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 量子井戸層 2,2′ 上側の障壁層 3 下側の障壁層 4 強磁性体薄膜 5 電極 6 コイル 7 磁気モーメント 8 GaAsノンドープ基板 9 GaAsバッファ層 10 超格子バッファ層 11 入射される光 12 射出される光 13 n型のGaAs基板 14 n型のバッファ層 15 n型の超格子バッファ層 16 n型のAlGaAs層 17 p型のAlGaAs層 18 電極 19 有機レジスト 19a スリット 19b 微細パターンの孔 20 電極 21 電極 22 n型のGaAs基板 23 n型のAlGaAs層 24 p型のAlGaAs層 25 p型のGaAs層 26 SiN薄膜 27 電極 28 レーザー光 29 直流電源 30 変調器 31 集束レンズ 32 入射される光 32′ 射出される光(レーザー光) 33 λ/4板 34 検出抵抗 1 quantum well layer 2, 2'upper barrier layer 3 lower barrier layer 4 ferromagnetic thin film 5 electrode 6 coil 7 magnetic moment 8 GaAs non-doped substrate 9 GaAs buffer layer 10 superlattice buffer layer 11 incident light 12 emission Light 13 n-type GaAs substrate 14 n-type buffer layer 15 n-type superlattice buffer layer 16 n-type AlGaAs layer 17 p-type AlGaAs layer 18 electrode 19 organic resist 19a slit 19b fine pattern hole 20 electrode 21 Electrode 22 n-type GaAs substrate 23 n-type AlGaAs layer 24 p-type AlGaAs layer 25 p-type GaAs layer 26 SiN thin film 27 electrode 28 laser light 29 DC power supply 30 modulator 31 focusing lens 32 incident light 32 'emission Light (laser light) 33 λ / 4 plate 34 Detection resistor

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】活性層が、薄膜状の第1の半導体でできた
量子井戸層と、この第1の半導体を挟み第1の半導体よ
りエネルギー禁止帯幅が大きい第2および第3の半導体
でできた上側の障壁層と下側の障壁層から形成され、発
光機能を有する半導体光素子において、前記第2の半導
体でできた上側の障壁層の厚さを格子定数の1から15
倍とし、この上側の障壁層の上に磁性体薄膜を設けて構
成したことを特徴とする半導体光素子。
1. An active layer is composed of a quantum well layer made of a thin film-shaped first semiconductor and second and third semiconductors sandwiching the first semiconductor and having an energy band gap larger than that of the first semiconductor. In a semiconductor optical device having a light emitting function, which is formed of the upper barrier layer and the lower barrier layer, the thickness of the upper barrier layer made of the second semiconductor is set to a lattice constant of 1 to 15
A semiconductor optical device characterized in that a magnetic thin film is provided on the upper barrier layer.
【請求項2】活性層が、薄膜状の第1の半導体でできた
量子井戸層と、この第1の半導体を挟み第1の半導体よ
りエネルギー禁止帯幅が大きい第2および第3の半導体
でできた上側の障壁層と下側の障壁層から形成され、光
変調機能を有する半導体光素子において、前記第2の半
導体でできた上側の障壁層の厚さを格子定数の1から1
5倍とし、この上側の障壁層の上に磁性体薄膜を設けて
構成したことを特徴とする半導体光素子。
2. An active layer comprising a quantum well layer made of a thin film-shaped first semiconductor, and second and third semiconductors sandwiching the first semiconductor and having an energy band gap larger than that of the first semiconductor. In the semiconductor optical device having an optical modulation function, which is formed of the upper barrier layer and the lower barrier layer, the thickness of the upper barrier layer made of the second semiconductor is set to 1 to 1 of the lattice constant.
A semiconductor optical device characterized in that it is made 5 times larger and a magnetic thin film is provided on the upper barrier layer.
【請求項3】活性層が、薄膜状の第1の半導体でできた
量子井戸層と、この第1の半導体を挟み第1の半導体よ
りエネルギー禁止帯幅が大きい第2および第3の半導体
でできた上側の障壁層と下側の障壁層から形成され、ア
イソレート機能を有する半導体光素子において、前記第
2の半導体でできた上側の障壁層の厚さを格子定数の1
から15倍とし、この上側の障壁層の上に磁性体薄膜を
設けて構成したことを特徴とする半導体光素子。
3. An active layer comprising a quantum well layer made of a thin-film first semiconductor, and second and third semiconductors sandwiching the first semiconductor and having an energy band gap larger than that of the first semiconductor. In a semiconductor optical device having an isolation function, which is formed of an upper barrier layer and a lower barrier layer, the thickness of the upper barrier layer made of the second semiconductor is set to 1 of a lattice constant.
The semiconductor optical device is characterized in that the magnetic thin film is provided on the upper barrier layer.
【請求項4】活性層が、薄膜状の第1の半導体でできた
量子井戸層と、この第1の半導体を挟み第1の半導体よ
りエネルギー禁止帯幅が大きい第2および第3の半導体
でできた上側の障壁層と下側の障壁層から形成され、光
検出機能を有する半導体光素子において、前記第2の半
導体でできた上側の障壁層の厚さを格子定数の1から1
5倍とし、この上側の障壁層の上に磁性体薄膜を設けて
構成したことを特徴とする半導体光素子。
4. An active layer comprising a quantum well layer made of a thin film-shaped first semiconductor, and second and third semiconductors sandwiching the first semiconductor and having an energy band gap larger than that of the first semiconductor. In a semiconductor optical device having a photodetection function, which is formed of an upper barrier layer and a lower barrier layer, the thickness of the upper barrier layer made of the second semiconductor is set to a lattice constant of 1 to 1
A semiconductor optical device characterized in that it is made 5 times larger and a magnetic thin film is provided on the upper barrier layer.
【請求項5】請求項1,2,3または4記載の活性層の
半導体素子の上側の障壁層を、少なくとも1種類の半導
体が前記第1の半導体よりエネルギー禁止帯幅が大きい
2種類以上の半導体から構成される超格子構造に置き換
え、その超格子構造の全厚さを格子定数の1から15倍
としたことを特徴とする半導体光素子。
5. The barrier layer on the upper side of the semiconductor device of the active layer according to claim 1, wherein at least one kind of semiconductor has two or more kinds having an energy band gap larger than that of the first semiconductor. A semiconductor optical device characterized in that it is replaced with a superlattice structure composed of a semiconductor, and the total thickness of the superlattice structure is set to 1 to 15 times the lattice constant.
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