JPH10303452A - Semiconductor light detecting element, semiconductor light modulating element, and transmitter for optical transmission - Google Patents

Semiconductor light detecting element, semiconductor light modulating element, and transmitter for optical transmission

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JPH10303452A
JPH10303452A JP9109121A JP10912197A JPH10303452A JP H10303452 A JPH10303452 A JP H10303452A JP 9109121 A JP9109121 A JP 9109121A JP 10912197 A JP10912197 A JP 10912197A JP H10303452 A JPH10303452 A JP H10303452A
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JP
Japan
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layer
type semiconductor
semiconductor layer
quantum well
type
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Application number
JP9109121A
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Japanese (ja)
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Satoshi Kamiyama
智 上山
Masahiro Kito
雅弘 鬼頭
Yoichi Sasai
洋一 佐々井
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform high-speed and large capacity of optical transmission with simple constitution enough. SOLUTION: A buffer layer 12 consisting of GaN, and an n-type GaN layer 13 are made in order on a substrate 11 consisting of sapphire. In one region of the topside of the n-type GaN layer 13, a first n-type electrode 14 consisting of Ti/Au is made. In the other region of the topside of the n-type GaN layer 13, an n-type Al0.2 Ga0.8 N layer 15 and a multiple quantum well layer 16 where well layers 16a consisting of undoped GaN and barrier layers consisting of undoped Al0.2 Ga0.8 are stacked alternately, and an n-type GaN layer 17 smaller in band gap than the n-type Al0.2 Ga0.8 N layer 15 are made in order. At the topside of the n-type GaN layer 17, a second n-type electrode 18 which has an opening 18a consisting of Ti/Au and receiving an incident light is made.

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、光通信等に用いら
れる半導体光検出素子、半導体光変調素子及び半導体光
変調素子を用いた光通信用送信装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light detecting element, a semiconductor light modulating element and a transmitting apparatus for optical communication using the semiconductor light modulating element used for optical communication and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信には、光ファイバーの波長分散や
光損失が小さい1.3μm帯又は1.55μm帯のレー
ザ光を出力する半導体レーザが用いられている。この波
長帯の光検出器にはGeフォトダイオードやInGaA
s系アバランシェフォトダイオード(APD)が用いら
れてきた。Geフォトダイオードは製造が簡単で且つ安
価ではあるが、暗電流が大きいことや応答速度が遅いこ
となどから、近年はInGaAs系アバランシェフォト
ダイオードが主流となっている。また、InGaAs系
光検出素子にはpinフォトダイオードもあるが、最近
の10Gbps以上の大容量通信には応答速度が追従で
きないため使われなくなりつつある。
2. Description of the Related Art For optical communication, a semiconductor laser which outputs laser light in a 1.3 μm band or a 1.55 μm band with small wavelength dispersion and light loss of an optical fiber is used. Ge photodiodes and InGaAs are used as photodetectors in this wavelength band.
An s-based avalanche photodiode (APD) has been used. Ge photodiodes are simple and inexpensive to manufacture, but in recent years, InGaAs-based avalanche photodiodes have become mainstream because of their large dark current and low response speed. InGaAs-based photodetectors also include pin photodiodes, but are not being used for recent large-capacity communications of 10 Gbps or more because their response speed cannot be followed.

【0003】以下、従来の半導体光検出素子について図
面を参照しながら説明する。
Hereinafter, a conventional semiconductor photodetector will be described with reference to the drawings.

【0004】図12は従来のInGaAs系アバランシ
ェフォトダイオードの断面構成を示し、p型InPより
なる基板101上には、p型InPよりなり、基板10
1上に成長する各半導体層の格子整合性を高めるバッフ
ァ層102、p- 型InGaAsよりなり、光を吸収し
アバランシェ増倍を生じさせる増倍層103が順次形成
されている。
FIG. 12 shows a cross-sectional structure of a conventional InGaAs avalanche photodiode. A substrate 101 made of p-type InP is formed on a substrate 101 made of p-type InP.
A buffer layer 102 for improving lattice matching of each semiconductor layer grown on 1 and a multiplying layer 103 made of p -type InGaAs, which absorbs light and causes avalanche multiplication, are sequentially formed.

【0005】基板101の上の増倍層103の中央部に
は、p+ 型InP層104、InAlGaAs及びIn
AlAsが積層されてなる多重量子井戸層105、n+
型InAlAsよりなるキャップ層106、n+ 型In
GaAsよりなるコンタクト層107、及びn電極10
8が順次形成されている。
At the center of the multiplication layer 103 on the substrate 101, a p + -type InP layer 104, InAlGaAs and InP
A multi-quantum well layer 105 formed by stacking AlAs, n +
Layer 106 of n-type InAlAs, n + -type In
GaAs contact layer 107 and n-electrode 10
8 are sequentially formed.

【0006】基板101の上における増倍層103の上
の両端部には、p型不純物であるZnが増倍層103に
達するように注入されたZn拡散領域109が形成さ
れ、該Zn拡散領域109の上にはp電極110が形成
され、基板101の上の増倍層103の上におけるn電
極108とp電極110との間に両電極同士の絶縁を確
保するために設けられ、Tiが注入された絶縁領域10
9が形成されている。
On both ends of the multiplication layer 103 on the substrate 101, a Zn diffusion region 109 in which Zn as a p-type impurity is implanted so as to reach the multiplication layer 103 is formed. A p-electrode 110 is formed on 109, and is provided between the n-electrode 108 and the p-electrode 110 on the multiplication layer 103 on the substrate 101 to ensure insulation between the two electrodes. Implanted insulating region 10
9 are formed.

【0007】以上のように構成されたアバランシェフォ
トダイオードの動作の概略を説明する。まず、p電極1
10を接地し、n電極108に約20Vの電圧を印加す
ると、増倍層103の少数キャリアである電子が電界に
よってキャップ層106へ急激に流れ始め、いわゆるな
だれ破壊が起きる寸前の状態となる。この状態で、波長
が1.3μm帯又は1.55μm帯の光を増倍層103
に入射すると、図13に示すように、多重量子井戸層1
05において入射された光が吸収されると共に、価電子
帯Ev の電子が伝導帯Ec に励起され、励起された電子
が引き金となって増倍層103内で一気になだれ破壊が
生じて本ダイオードに電流が流れる。この現象は光信号
に対して非常に高速に応答するため大容量通信の光検出
素子に適している。
An outline of the operation of the avalanche photodiode having the above-described configuration will be described. First, p electrode 1
When 10 is grounded and a voltage of about 20 V is applied to the n-electrode 108, electrons, which are minority carriers of the multiplication layer 103, begin to rapidly flow into the cap layer 106 due to the electric field, and are in a state just before avalanche breakdown occurs. In this state, light having a wavelength of 1.3 μm band or 1.55 μm band is amplified by the multiplication layer 103.
When incident on the multiple quantum well layer 1 as shown in FIG.
At 05, the incident light is absorbed, and electrons in the valence band Ev are excited in the conduction band Ec. The excited electrons are triggered to cause avalanche breakdown in the multiplication layer 103, which causes the present diode to be damaged. Electric current flows. Since this phenomenon responds to an optical signal at a very high speed, it is suitable for a photodetector for large-capacity communication.

【0008】一方、図14に示すように、従来から光信
号の生成には、(a)に示す、半導体レーザ素子111
の駆動電流を直接変調してレーザ光112を出力する直
接変調方式と、(b)に示す、半導体光変調素子114
を用いてレーザ光112を変調する外部変調方式とが用
いられている。(a)に示す直接変調方式は最も簡単な
構成で実現できるため広く用いられてきたが、レーザ素
子111を高速に変調するとチャープ現象が生じて発振
スペクトルが広がるため、光ファイバー113は波長に
応じて伝搬速度が異なるという性質を有しているので、
信号波形が劣化してしまう。従って、10Gbps以上
の大容量通信には(b)に示す外部変調方式が有望であ
ると考えられている。
On the other hand, as shown in FIG. 14, a conventional method for generating an optical signal has been shown in FIG.
A direct modulation method for directly modulating the drive current of the laser light and outputting a laser beam 112, and a semiconductor light modulation element 114 shown in FIG.
And an external modulation method of modulating the laser beam 112 using the above method. The direct modulation method shown in (a) has been widely used because it can be realized with the simplest configuration. However, when the laser element 111 is modulated at high speed, a chirp phenomenon occurs and the oscillation spectrum spreads. Since it has the property that the propagation speed is different,
The signal waveform deteriorates. Therefore, it is considered that the external modulation method shown in (b) is promising for large-capacity communication of 10 Gbps or more.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のInGaAs系アバランシェフォトダイオードを用
いた光検出素子は、20Vから30Vの逆バイアス電圧
が印加されて動作するため、大容量で且つ高価な電源装
置を必要とするという問題を有している。一般に普及し
ている5V程度の電源装置のバイアス電圧ではなだれ破
壊が生じないので、pinフォトダイオードとしての動
作しか得られない。そのため、応答速度が遅く、10G
bps以上の高速伝送には追従できない。また、信号光
よりも光子エネルギーの高い光、例えば、可視光に対し
ても感度を有するため、本素子を装置に組み込む際に、
迷光を遮断する手段を装置に備える必要があるので、装
置が複雑になるという問題を有している。
However, the conventional photodetector using an InGaAs-based avalanche photodiode operates with a reverse bias voltage of 20 V to 30 V applied thereto, so that a large-capacity and expensive power supply device is required. Is required. Since avalanche breakdown does not occur with a bias voltage of a power supply device of about 5 V which is generally used, only an operation as a pin photodiode can be obtained. Therefore, the response speed is slow and 10G
It cannot follow high-speed transmission of bps or more. In addition, since light having a higher photon energy than signal light, for example, has sensitivity to visible light, when this element is incorporated in a device,
Since it is necessary to provide a device for blocking stray light, there is a problem that the device becomes complicated.

【0010】また、従来の外部変調方式を用いた光通信
用送信装置における光変調素子は、光導波路を兼ねる光
変調素子に効率よく光を結合させて十分な光信号の消光
比が得られるように、非常に高精度な位置合わせを行な
う必要があるため、装置の組立に多大な工数を要すると
いう問題を有している。
[0010] In addition, the optical modulation element in the conventional optical communication transmitting apparatus using the external modulation method is such that light is efficiently coupled to the optical modulation element also serving as an optical waveguide so that a sufficient extinction ratio of an optical signal can be obtained. In addition, since it is necessary to perform very high-precision positioning, there is a problem that a large number of steps are required for assembling the apparatus.

【0011】本発明は、前記従来の問題に鑑み、簡単な
構成で且つ高速大容量の光伝送が十分に行なえるように
することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and has as its object to enable high-speed, large-capacity optical transmission with a simple configuration.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め本発明は、光の検出又は変調に、GaN又はZnSe
等のそれぞれのワイドギャップn型半導体が積層されて
なる多重量子井戸層のサブバンド間遷移を用いるもので
ある。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method for detecting or modulating light by using GaN or ZnSe.
And so on, using the transition between sub-bands of a multiple quantum well layer formed by laminating the respective wide-gap n-type semiconductors.

【0013】本発明に係る半導体光検出素子は、基板上
に形成された第1のn型半導体層と、第1のn型半導体
層の上に、井戸層及びバリア層が交互に積層されてな
り、複数の井戸型ポテンシャルを持つ多重量子井戸層
と、多重量子井戸層の上に形成されており、第1のn型
半導体層よりも小さなバンドギャップを有する第2のn
型半導体層とを備え、共鳴トンネル効果により、第2の
n型半導体層から多重量子井戸層の基底サブバンド準位
にキャリアが注入されると共に、入力光が入射されると
基底サブバンド準位から励起サブバンド準位に励起され
たキャリアが第1のn型半導体層に注入される現象に基
づいて、入力光の入射を検出する。
A semiconductor photodetector according to the present invention comprises a first n-type semiconductor layer formed on a substrate, and a well layer and a barrier layer alternately stacked on the first n-type semiconductor layer. A multi-quantum well layer having a plurality of well-type potentials, and a second n-type semiconductor layer formed on the multi-quantum well layer and having a band gap smaller than that of the first n-type semiconductor layer.
Carriers are injected from the second n-type semiconductor layer to the base subband level of the multiple quantum well layer by the resonance tunnel effect, and when input light is incident, the base subband level Then, the incidence of the input light is detected based on a phenomenon in which the carriers excited to the excitation subband level are injected into the first n-type semiconductor layer.

【0014】本発明の半導体光検出素子によると、第1
のn型半導体層と該第1のn型半導体層よりもバンドギ
ャップの小さな第2のn型半導体層に挟まれた多重量子
井戸層を備え、第1及び第2のn型半導体層間にバイア
ス電圧が印加されることにより、共鳴トンネル効果によ
り、第2のn型半導体層から多重量子井戸層の基底サブ
バンド準位にキャリアである電子が注入されると共に、
入力光を受けて基底サブバンド準位から励起サブバンド
準位に励起された電子が第1のn型半導体層に注入され
ることによって、入力光が電流として検出される。この
ように、光の検出に、電子が価電子帯から伝導帯に遷移
するバンド間遷移ではなく、量子井戸内の電子のサブバ
ンド間遷移を用いているため、バイアス電圧が1V〜2
V程度の低電圧で多重量子井戸層の基底サブバンド準位
に電子を注入することができる。また、サブバンド間遷
移を用いているため、共鳴トンネル電流は極めて高速
で、且つ、入力光を選択的に吸収することができる。
According to the semiconductor photodetector of the present invention, the first
And a multiple quantum well layer sandwiched between a second n-type semiconductor layer having a band gap smaller than that of the first n-type semiconductor layer, and a bias between the first and second n-type semiconductor layers. When a voltage is applied, electrons as carriers are injected from the second n-type semiconductor layer to the base subband level of the multiple quantum well layer by the resonance tunnel effect, and
Electrons excited from the base subband level to the excited subband level upon receiving the input light are injected into the first n-type semiconductor layer, whereby the input light is detected as a current. As described above, since the inter-subband transition of electrons in the quantum well is used for light detection instead of the interband transition in which electrons transition from the valence band to the conduction band, the bias voltage is 1 V to 2 V.
Electrons can be injected into the base subband level of the multiple quantum well layer at a low voltage of about V. Further, since the inter-subband transition is used, the resonance tunnel current is extremely fast, and the input light can be selectively absorbed.

【0015】本発明の半導体光検出素子において、第1
の半導体層、第2の半導体層及び多重量子井戸層のいず
れもがGaN又はZnSeを含むことが好ましい。
In the semiconductor photodetector of the present invention, the first
It is preferable that all of the semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the multiple quantum well layer contain GaN or ZnSe.

【0016】また、本発明の半導体光検出素子におい
て、励起サブバンド準位は、サブバンド準位のうちの第
3量子準位であることが好ましい。
In the semiconductor photodetector of the present invention, it is preferable that the excitation sub-band level is a third quantum level among the sub-band levels.

【0017】また、本発明の半導体光検出素子におい
て、入力光の波長は1.3μm帯又は1.55μm帯で
あることが好ましい。
In the semiconductor photodetector of the present invention, the wavelength of the input light is preferably in a 1.3 μm band or a 1.55 μm band.

【0018】本発明に係る第1の半導体光変調素子は、
基板上に形成され、GaNを含むn型半導体層と、n型
半導体層の上に、それぞれがGaNを含む井戸層及びバ
リア層が交互に積層されてなり、複数の井戸型ポテンシ
ャルを持つ多重量子井戸層と、多重量子井戸層の上に形
成されたショットキー電極とを備え、n型半導体層とシ
ョットキー電極との間にバイアス電圧が印加されない状
態では、多重量子井戸層は空乏化し、n型半導体層とシ
ョットキー電極との間にバイアス電圧が印加された状態
では、n型半導体層から多重量子井戸層の基底サブバン
ド準位にキャリアが注入され、n型半導体層とショット
キー電極との間に印加されるバイアス電圧を変化させ
て、基底サブバンド準位から励起サブバンド準位に励起
されるキャリアの遷移確率を変動させることにより入力
光を変調する。
A first semiconductor light modulation device according to the present invention is:
An n-type semiconductor layer formed on a substrate and containing GaN, and a well layer and a barrier layer each containing GaN are alternately stacked on the n-type semiconductor layer to form a multiple quantum well having a plurality of well-type potentials. A well layer and a Schottky electrode formed on the multiple quantum well layer, and when no bias voltage is applied between the n-type semiconductor layer and the Schottky electrode, the multiple quantum well layer is depleted and n When a bias voltage is applied between the n-type semiconductor layer and the Schottky electrode, carriers are injected from the n-type semiconductor layer to the base subband level of the multiple quantum well layer, and the n-type semiconductor layer and the Schottky electrode , The input light is modulated by changing the bias voltage applied during the period to change the transition probability of carriers excited from the base sub-band level to the excited sub-band level.

【0019】第1の半導体光変調素子によると、GaN
を含むn型半導体層とショットキー電極との間に挟まれ
たGaNを含む多重量子井戸層を備え、無バイアス時に
は多重量子井戸層が空乏化し、バイアス印加時にはn型
半導体層から多重量子井戸層の基底サブバンド準位にキ
ャリアである電子が注入され、バイアス電圧を変化させ
て基底サブバンド準位から励起サブバンド準位に励起さ
れる電子の遷移確率を変動させることにより入力光が変
調される。このように、光の変調に、電子が価電子帯か
ら伝導帯に遷移するバンド間遷移ではなく、量子井戸内
の電子のサブバンド間遷移を用いているため、バイアス
電圧が1V〜2V程度の低電圧で空乏化状態の多重量子
井戸層の基底サブバンド準位に電子を注入することがで
きる。また、ワイドギャップ半導体であるGaNを含む
半導体のサブバンド間遷移を用いているため、多重量子
井戸層に適当な材料、膜厚又は不純物濃度を選ぶことに
より光ファイバーに対して最も効率がよい波長である
1.3μm帯又は1.5μm帯を選択的に吸収すること
ができる。また、ワイドギャップ半導体を用いているた
め、電子の有効質量が大きくなるので、サブバンド間に
おける吸収係数が1桁程度大きくなる。
According to the first semiconductor light modulation device, GaN
A multiple quantum well layer containing GaN sandwiched between an n-type semiconductor layer containing GaN and a Schottky electrode. When no bias is applied, the multiple quantum well layer is depleted. Electrons, which are carriers, are injected into the base sub-band level of, and the input light is modulated by changing the bias voltage to change the transition probability of electrons excited from the base sub-band level to the excited sub-band level. You. As described above, since the inter-subband transition of electrons in the quantum well is used for the light modulation instead of the inter-band transition in which electrons transition from the valence band to the conduction band, the bias voltage is about 1 V to 2 V. Electrons can be injected into the ground subband level of the depleted multiple quantum well layer at low voltage. In addition, since transition between sub-bands of a semiconductor including GaN, which is a wide gap semiconductor, is used, by selecting an appropriate material, film thickness or impurity concentration for the multiple quantum well layer, a wavelength at which the optical fiber is most efficient can be obtained. A certain 1.3 μm band or 1.5 μm band can be selectively absorbed. In addition, since a wide gap semiconductor is used, the effective mass of electrons increases, so that the absorption coefficient between subbands increases by about one digit.

【0020】本発明に係る第2の半導体光変調素子は、
基板上に形成され、GaNを含む第1のn型半導体層
と、第1のn型半導体層の上に、それぞれがGaNを含
む井戸層及びバリア層が交互に積層されてなり、複数の
井戸型ポテンシャルを持つ多重量子井戸層と、多重量子
井戸層の上に形成され、伝導帯下端のエネルギーがバリ
ア層よりも小さい第2のn型半導体層とを備え、第1の
n型半導体層と第2のn型半導体層との間にバイアス電
圧が印加されない状態では、多重量子井戸層は空乏化
し、第1のn型半導体層と第2のn型半導体層との間に
バイアス電圧が印加された状態では、第1のn型半導体
層から多重量子井戸層の基底サブバンド準位にキャリア
が注入され、第1のn型半導体層と第2のn型半導体層
との間に印加されるバイアス電圧を変化させて、基底サ
ブバンド準位から励起サブバンド準位に励起されるキャ
リアの遷移確率を変動させることにより入力光を変調す
る。
[0020] The second semiconductor light modulation device according to the present invention comprises:
A first n-type semiconductor layer formed on the substrate and containing GaN; and a well layer and a barrier layer each containing GaN are alternately stacked on the first n-type semiconductor layer. A multi-quantum well layer having a n-type potential, and a second n-type semiconductor layer formed on the multi-quantum well layer and having a lower energy in the conduction band than the barrier layer. When no bias voltage is applied between the second n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer, the multiple quantum well layer is depleted, and a bias voltage is applied between the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer. In this state, carriers are injected from the first n-type semiconductor layer to the base subband level of the multiple quantum well layer and applied between the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer. Excitation from ground subband level by changing bias voltage Modulating an input light by varying the transition probabilities of carriers excited in the subband level.

【0021】第2の半導体光変調素子によると、GaN
を含む第1のn型半導体層と第2のn型半導体層との間
に挟まれた、GaNを含む多重量子井戸層を備え、無バ
イアス時には多重量子井戸層が空乏化し、バイアス印加
時には第1のn型半導体層から多重量子井戸層の基底サ
ブバンド準位に電子が注入され、バイアス電圧を変化さ
せて基底サブバンド準位から励起サブバンド準位に励起
される電子の遷移確率を変動させることにより入力光を
変調する。このように、光の変調に、電子が価電子帯か
ら伝導帯に遷移するバンド間遷移ではなく、量子井戸内
の電子のサブバンド間遷移を用いているため、バイアス
電圧が1V〜2V程度の低電圧で空乏化状態の多重量子
井戸層の基底サブバンド準位に電子を注入することがで
きる。また、ワイドギャップ半導体であるGaNを含む
半導体のサブバンド間遷移を用いているため、多重量子
井戸層に適当な材料、膜厚又は不純物濃度を選ぶことに
より光ファイバーに対して最も効率がよい波長である
1.3μm帯又は1.5μm帯を選択的に吸収すること
ができる。また、ワイドギャップ半導体を用いているた
め、電子の有効質量が大きくなるので、サブバンド間に
おける吸収係数が1桁程度大きくなる。
According to the second semiconductor light modulation device, GaN
A multi-quantum well layer containing GaN sandwiched between a first n-type semiconductor layer and a second n-type semiconductor layer, the depletion of the multi-quantum well layer when there is no bias, and the depletion of the multi-quantum well layer when no bias is applied. Electrons are injected from the n-type semiconductor layer 1 into the base subband level of the multiple quantum well layer, and the transition voltage of the electrons is changed from the base subband level to the excited subband level by changing the bias voltage. This modulates the input light. As described above, since the inter-subband transition of electrons in the quantum well is used for the light modulation instead of the inter-band transition in which electrons transition from the valence band to the conduction band, the bias voltage is about 1 V to 2 V. Electrons can be injected into the ground subband level of the depleted multiple quantum well layer at low voltage. In addition, since transition between sub-bands of a semiconductor including GaN, which is a wide gap semiconductor, is used, by selecting an appropriate material, film thickness or impurity concentration for the multiple quantum well layer, a wavelength at which the optical fiber is most efficient can be obtained. A certain 1.3 μm band or 1.5 μm band can be selectively absorbed. In addition, since a wide gap semiconductor is used, the effective mass of electrons increases, so that the absorption coefficient between subbands increases by about one digit.

【0022】第1又は第2の半導体光変調素子におい
て、井戸層又はバリア層は、導電型がn型で且つ不純物
濃度が1×1017cm-3以上であることが好ましい。
In the first or second semiconductor light modulation device, the well layer or the barrier layer preferably has an n-type conductivity and an impurity concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more.

【0023】また、第1又は第2の半導体光変調素子に
おいて、励起サブバンド準位は、サブバンド準位のうち
の第3量子準位であることが好ましい。
In the first or second semiconductor light modulation device, the excitation subband level is preferably the third quantum level among the subband levels.

【0024】また、第1又は第2の半導体光変調素子に
おいて、入力光の波長は1.3μm帯又は1.55μm
帯であることが好ましい。
In the first or second semiconductor light modulation element, the wavelength of the input light is 1.3 μm band or 1.55 μm.
It is preferably a band.

【0025】本発明に係る第1の光通信用送信装置は、
レーザ光を出力する半導体レーザ素子と、レーザ光の出
力側に設けられ、入力されたレーザ光を変調して出力す
る半導体光変調素子とを備え、半導体光変調素子は、基
板上に形成され、GaNを含むn型半導体層と、n型半
導体層の上に、それぞれがGaNを含む井戸層及びバリ
ア層が交互に積層されてなり、複数の井戸型ポテンシャ
ルを持つ多重量子井戸層と、多重量子井戸層の上に形成
されたショットキー電極とを有し、n型半導体層とショ
ットキー電極との間にバイアス電圧が印加されない状態
では、多重量子井戸層は空乏化し、n型半導体層とショ
ットキー電極との間にバイアス電圧が印加された状態で
は、n型半導体層から多重量子井戸層の基底サブバンド
準位にキャリアが注入され、n型半導体層とショットキ
ー電極との間に印加されるバイアス電圧を変化させて、
基底サブバンド準位から励起サブバンド準位に励起され
るキャリアの遷移確率を変動させることにより入力され
たレーザ光を変調する。
A first optical communication transmitting apparatus according to the present invention comprises:
A semiconductor laser element that outputs laser light, and a semiconductor light modulation element that is provided on the output side of the laser light and that modulates and outputs the input laser light, and the semiconductor light modulation element is formed on a substrate; An n-type semiconductor layer containing GaN, and well layers and barrier layers each containing GaN are alternately stacked on the n-type semiconductor layer, and a multiple quantum well layer having a plurality of well-type potentials, A multi-quantum well layer having a Schottky electrode formed on the well layer and no bias voltage being applied between the n-type semiconductor layer and the Schottky electrode; When a bias voltage is applied between the n-type semiconductor layer and the Schottky electrode, a carrier is injected from the n-type semiconductor layer to the base subband level of the multiple quantum well layer. By changing the bias voltage,
The input laser light is modulated by changing the transition probability of carriers excited from the base subband level to the excitation subband level.

【0026】第1の光通信用送信装置によると、半導体
レーザ素子の出力光を受けて変調する半導体光変調素子
は、量子井戸内の電子のサブバンド間遷移を用いている
ため、バイアス電圧が1V〜2V程度の低電圧で空乏化
状態の多重量子井戸層に電子を注入することができる。
また、ワイドギャップ半導体であるGaNを含む半導体
のサブバンド間遷移を用いているため、光ファイバーに
対して最も効率がよい波長である1.3μm帯又は1.
5μm帯のレーザ光を用いれば該レーザ光を選択的に吸
収できる。また、ワイドギャップ半導体を用いているた
め、電子の有効質量が大きくなるので、サブバンド間に
おける吸収係数が1桁程度大きくなる。
According to the first optical communication transmitter, the semiconductor optical modulation element that receives and modulates the output light of the semiconductor laser element uses the transition between sub-bands of electrons in the quantum well, so that the bias voltage is reduced. Electrons can be injected into the depleted multiple quantum well layer at a low voltage of about 1 V to 2 V.
In addition, since the transition between sub-bands of a semiconductor including GaN, which is a wide gap semiconductor, is used, the wavelength of 1.3 μm or 1.
If a laser beam in the 5 μm band is used, the laser beam can be selectively absorbed. In addition, since a wide gap semiconductor is used, the effective mass of electrons increases, so that the absorption coefficient between subbands increases by about one digit.

【0027】本発明に係る第2の光通信用送信装置は、
レーザ光を出力する半導体レーザ素子と、レーザ光の出
力側に設けられ、入力されたレーザ光を変調して出力す
る半導体光変調素子とを備え、半導体光変調素子は、基
板上に形成され、GaNを含む第1のn型半導体層と、
第1のn型半導体層の上に、それぞれがGaNを含む井
戸層及びバリア層が交互に積層されてなり、複数の井戸
型ポテンシャルを持つ多重量子井戸層と、多重量子井戸
層の上に形成され、伝導帯下端のエネルギーがバリア層
よりも小さい第2のn型半導体層とを有し、第1のn型
半導体層と第2のn型半導体層との間にバイアス電圧が
印加されない状態では、多重量子井戸層は空乏化し、第
1のn型半導体層と第2のn型半導体層との間にバイア
ス電圧が印加された状態では、第1のn型半導体層から
多重量子井戸層の基底サブバンド準位にキャリアが注入
され、第1のn型半導体層と第2のn型半導体層との間
に印加されるバイアス電圧を変化させて、基底サブバン
ド準位から励起サブバンド準位に励起されるキャリアの
遷移確率を変動させることにより入力されたレーザ光を
変調する。
A second optical communication transmitting apparatus according to the present invention comprises:
A semiconductor laser element that outputs laser light, and a semiconductor light modulation element that is provided on the output side of the laser light and that modulates and outputs the input laser light, and the semiconductor light modulation element is formed on a substrate; A first n-type semiconductor layer containing GaN;
Well layers and barrier layers each containing GaN are alternately stacked on the first n-type semiconductor layer, and formed on the multiple quantum well layer having a plurality of well potentials and on the multiple quantum well layer. A second n-type semiconductor layer whose energy at the lower end of the conduction band is smaller than that of the barrier layer, wherein no bias voltage is applied between the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer. In this case, the multiple quantum well layer is depleted, and in a state where a bias voltage is applied between the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer, the multiple quantum well layers are separated from the first n-type semiconductor layer. Are injected into the base sub-band level of the first sub-band and the bias voltage applied between the first n-type semiconductor layer and the second n-type sub-layer is changed to change the excitation sub-band from the base sub-band level. Varies the transition probability of carriers excited to the level Modulating the laser beam inputted by Rukoto.

【0028】第2の光通信用送信装置によると、半導体
レーザ素子の出力光を受けて変調する半導体光変調素子
は、量子井戸内の電子のサブバンド間遷移を用いている
ため、バイアス電圧が1V〜2V程度の低電圧で空乏化
状態の多重量子井戸層に電子を注入することができる。
また、ワイドギャップ半導体であるGaNを含む半導体
のサブバンド間遷移を用いているため、光ファイバーに
対して最も効率がよい波長である1.3μm帯又は1.
5μm帯のレーザ光を用いれば該レーザ光を選択的に吸
収できる。また、ワイドギャップ半導体を用いているた
め、電子の有効質量が大きくなるので、サブバンド間に
おける吸収係数が1桁程度大きくなる。
According to the second optical communication transmitter, the semiconductor optical modulation element that receives and modulates the output light of the semiconductor laser element uses the transition between sub-bands of electrons in the quantum well. Electrons can be injected into the depleted multiple quantum well layer at a low voltage of about 1 V to 2 V.
In addition, since the transition between sub-bands of a semiconductor including GaN, which is a wide gap semiconductor, is used, the wavelength of 1.3 μm or 1.
If a laser beam in the 5 μm band is used, the laser beam can be selectively absorbed. In addition, since a wide gap semiconductor is used, the effective mass of electrons increases, so that the absorption coefficient between subbands increases by about one digit.

【0029】第1又は第2の光通信用送信装置におい
て、半導体レーザ素子と半導体光変調素子との間に設け
られ、レーザ光を平面波に変換するコリメートレンズ
と、半導体光変調素子の出力側に設けられ、半導体光変
調素子が出力する出力光を集光するフォーカスレンズと
をさらに備えていることが好ましい。
In the first or second optical communication transmitting device, a collimating lens provided between the semiconductor laser element and the semiconductor light modulation element for converting the laser light into a plane wave is provided on the output side of the semiconductor light modulation element. It is preferable that the apparatus further includes a focus lens provided to collect output light output from the semiconductor light modulation element.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施形態)本発明の第1の実施形態を図面に基
づいて説明する。
(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0031】図1は本発明の第1の実施形態に係る半導
体光検出素子を示す斜視図である。図1に示すように、
サファイアよりなる基板11上には、GaNよりなり、
サファイア結晶と基板11の上に成長する半導体層との
格子整合を図るバッファ層12、及びSiがドープされ
たn型GaN層13が順次形成されている。
FIG. 1 is a perspective view showing a semiconductor photodetector according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG.
On a substrate 11 made of sapphire, made of GaN,
A buffer layer 12 for lattice matching between a sapphire crystal and a semiconductor layer grown on a substrate 11 and an n-type GaN layer 13 doped with Si are sequentially formed.

【0032】n型GaN層13の上面における一方の領
域には、例えばTi/Auよりなる第1のn型電極14
が形成されている。n型GaN層13の上面における他
方の領域には、Siがドープされた第1のn型半導体層
としてのn型Al0.2 Ga0.8 N層15、アンドープG
aNよりなる井戸層16aとアンドープAl0.2 Ga
0.8 Nよりなるバリア層16bとが交互に積層されてな
り、複数の井戸型ポテンシャルを持つ多重量子井戸層1
6、及びn型Al0.2 Ga0.8 N層15よりもバンドギ
ャップが小さい第2のn型半導体層としてのn型GaN
層17が順次形成されている。n型GaN層17の上面
にはTi/Auよりなり、中央部に光信号19を多重量
子井戸層16に導入するための開口部18aを有する第
2のn型電極18が形成されている。
On one region on the upper surface of the n-type GaN layer 13, a first n-type electrode 14 made of, for example, Ti / Au
Are formed. In the other region on the upper surface of the n-type GaN layer 13, an n-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 15 as a first n-type semiconductor layer doped with Si, an undoped G
aN well layer 16a and undoped Al 0.2 Ga
A multi-quantum well layer 1 having a plurality of well-type potentials is formed by alternately stacking barrier layers 16b of 0.8 N.
6, and n-type GaN as a second n-type semiconductor layer having a band gap smaller than that of the n-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 15
Layers 17 are sequentially formed. On the upper surface of the n-type GaN layer 17, a second n-type electrode 18 made of Ti / Au and having an opening 18a at the center for introducing an optical signal 19 into the multiple quantum well layer 16 is formed.

【0033】以下、前記のように構成された光検出素子
(以下、サブバンド間遷移型光検出素子と呼ぶ。)の動
作を図面を参照しながら説明する。
Hereinafter, the operation of the photodetector configured as described above (hereinafter referred to as an intersubband transition type photodetector) will be described with reference to the drawings.

【0034】図2は本実施形態に係るサブバンド間遷移
型光検出素子のエネルギーバンドを示し、(a)は第1
のn型電極14及び第2のn型電極18に所定電圧が印
加されていない無バイアス時を示し、(b)は第1のn
型電極14及び第2のn型電極18に所定電圧が印加さ
れているバイアス時を示している。図2(a)に示すよ
うに、多重量子井戸層16の伝導帯Ec 中には複数の量
子準位が存在しており、これらの量子準位をエネルギー
の低い方から順に基底サブバンド準位である第1量子準
位E1 ,第2量子準位E2 ,第3量子準位E3 とする。
ここで、井戸層16a及びバリア層16bの膜厚をそれ
ぞれ3nm及び5nmとすると、各量子準位間のエネル
ギー差は、第2量子準位E2 と第1量子準位E1 との間
が約300eVとなり、第3量子準位E3 と第1量子準
位E1 との間が約800meVとなる。この遷移エネル
ギー800meVは、検出対象とする波長1.55μm
の入射光の光子エネルギーに一致する。
FIG. 2 shows the energy band of the intersubband transition type photodetector according to the present embodiment.
(B) shows a non-biased state when a predetermined voltage is not applied to the n-type electrode 14 and the second n-type electrode 18 of FIG.
This shows a bias time when a predetermined voltage is applied to the mold electrode 14 and the second n-type electrode 18. As shown in FIG. 2A, a plurality of quantum levels exist in the conduction band Ec of the multiple quantum well layer 16, and these quantum levels are arranged in ascending order of energy from the base subband level. Are the first quantum level E1, the second quantum level E2, and the third quantum level E3.
Here, assuming that the thicknesses of the well layer 16a and the barrier layer 16b are 3 nm and 5 nm, respectively, the energy difference between the quantum levels is about 300 eV between the second quantum level E2 and the first quantum level E1. And the distance between the third quantum level E3 and the first quantum level E1 is about 800 meV. This transition energy of 800 meV has a wavelength of 1.55 μm to be detected.
Coincides with the photon energy of the incident light.

【0035】この無バイアス時には、n型Al0.2 Ga
0.8 N層15と、該n型Al0.2 Ga0.8 N層15より
もバンドギャップの小さい、すなわち伝導帯Ec のエネ
ルギーがΔEc だけ小さいn型GaN層17との間には
多重量子井戸層16が電子に対して障壁となるため、電
子は流れない。また、多重量子井戸層16の伝導帯Ec
中には各量子準位に電子がほとんど存在しないので、
1.55μm帯の光信号が第2のn型電極18の開口部
18aから入射されても、入射された光は吸収されな
い。
At the time of no bias, n-type Al 0.2 Ga
The multiple quantum well layer 16 has an electron between the 0.8 N layer 15 and the n-type GaN layer 17 having a band gap smaller than that of the n-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 15, that is, the conduction band E c has an energy smaller by ΔE c. No electrons flow because they act as a barrier to The conduction band Ec of the multiple quantum well layer 16
Since there are almost no electrons at each quantum level,
Even if an optical signal in the 1.55 μm band enters from the opening 18a of the second n-type electrode 18, the incident light is not absorbed.

【0036】次に、図2(b)に示すように、第1のn
型電極14を接地して第2のn型電極18に約−1Vの
電圧を印加すると、n型GaN層17の伝導帯Ec 端の
エネルギーが多重量子井戸層16の井戸層16aの第1
量子準位E1 にほぼ一致する。このとき、共鳴トンネル
現象により電子がn型GaN層17から井戸層16aの
第1量子準位E1 に注入される。井戸層16aの第1量
子準位E1 に電子が注入された状態で、波長が1.55
μm帯の光信号19が入射されると該光信号19は多重
量子井戸層16の井戸層16aで吸収されて、電子のエ
ネルギー準位が、第1の量子準位E1 からエネルギー差
がその光子エネルギーに相当する第3の量子準位E3 に
遷移する。第3の量子準位E3 に遷移した電子はn型A
0.2 Ga0.8 N層15に共鳴トンネル現象によって流
れ込む。n型Al0.2 Ga0.8 N層15に流れ込む電子
の流量が光信号19の強度を表わす検出信号となる。
Next, as shown in FIG. 2B, the first n
When a voltage of about -1 V is applied to the second n-type electrode 18 with the n-type electrode 14 grounded, the energy at the conduction band Ec end of the n-type GaN layer 17 becomes the first energy of the first well layer 16 a of the multiple quantum well layer 16.
It almost coincides with the quantum level E1. At this time, electrons are injected from the n-type GaN layer 17 into the first quantum level E1 of the well layer 16a by the resonance tunnel phenomenon. When electrons are injected into the first quantum level E1 of the well layer 16a, the wavelength is 1.55.
When an optical signal 19 in the .mu.m band is incident, the optical signal 19 is absorbed by the well layer 16a of the multiple quantum well layer 16, and the energy level of the electron changes from that of the first quantum level E1 to that of the photon. A transition is made to a third quantum level E3 corresponding to energy. The electron that has transitioned to the third quantum level E3 is an n-type A
It flows into the l 0.2 Ga 0.8 N layer 15 by the resonance tunnel phenomenon. The flow rate of electrons flowing into the n-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 15 becomes a detection signal indicating the intensity of the optical signal 19.

【0037】一般に、サブバンド間の光吸収スペクトル
は、図4に示すように波長1.55μmをピークとする
シャープな形状となる。このため、信号光以外の迷光に
よる雑音を生じないので、本素子には迷光を抑えるため
のフィルター等を設ける必要がない。
In general, the light absorption spectrum between subbands has a sharp shape with a peak at a wavelength of 1.55 μm as shown in FIG. For this reason, noise due to stray light other than the signal light does not occur, so that it is not necessary to provide a filter or the like for suppressing stray light in the present element.

【0038】さらに、吸収係数は、ワイドギャップ半導
体を用いているため、電子の有効質量がナロウギャップ
半導体に比べて大きいので、第1量子準位E1 の電子密
度が1×1017cm-3のときに約40000cm-1と非
常に大きくなり、多重量子井戸層16の井戸層16aの
数を通常のAPDよりも少なくしても十分な光吸収を得
ることができる。
Further, since the effective mass of electrons is larger than that of a narrow gap semiconductor because the wide gap semiconductor is used, the electron density of the first quantum level E1 is 1 × 10 17 cm -3 . Sometimes, it is as large as about 40000 cm −1, and sufficient light absorption can be obtained even if the number of well layers 16 a of the multiple quantum well layer 16 is smaller than that of a normal APD.

【0039】また、共鳴トンネル効果を用いて多重量子
井戸層16に電子が注入されるため、低バイアス電圧
で、且つ、極めて高速な動作が可能となるので、本素子
を光通信に用いれば、10Gbps以上の高速大容量通
信に対応できる。
Also, since electrons are injected into the multiple quantum well layer 16 by using the resonance tunnel effect, it is possible to operate at a very low bias voltage and at a very high speed. It can support high-speed, large-capacity communication of 10 Gbps or more.

【0040】本実施形態においては、波長が1.55μ
m帯の光に対して光吸収が生じる構成としているが、井
戸層16aの層厚を薄くしたり、井戸層16a又はバリ
ア層16bの材料を変えれば1.3μm帯の光に対する
検出が可能となる。
In this embodiment, the wavelength is 1.55 μm.
Although light absorption is generated for light in the m band, it is possible to detect light in the 1.3 μm band by reducing the thickness of the well layer 16a or changing the material of the well layer 16a or the barrier layer 16b. Become.

【0041】また、第1量子準位E1 と第3の量子準位
E3 との間の遷移を用いて光吸収を行なっているが、井
戸層16aの層厚を薄くしたり、井戸層16a又はバリ
ア層16bの材料を変えることにより、第1量子準位E
1 と第2の量子準位E2 との間の遷移による光吸収を起
こさせることも可能である。
Although the light absorption is performed using the transition between the first quantum level E1 and the third quantum level E3, the thickness of the well layer 16a may be reduced, By changing the material of the barrier layer 16b, the first quantum level E
It is also possible to cause light absorption due to the transition between the first quantum level E2 and the second quantum level E2.

【0042】但し、第1量子準位E1 と第3の量子準位
E3 との間の遷移の方が電子の遷移確率が大きいので、
より大きな吸収係数を得やすい。
However, since the transition between the first quantum level E1 and the third quantum level E3 has a higher electron transition probability,
It is easy to obtain a larger absorption coefficient.

【0043】以下、本発明の第1の実施形態の一変形例
を図面に基づいて説明する。
Hereinafter, a modification of the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0044】図4は第1の実施形態の一変形例に係るサ
ブバンド間遷移型光検出素子を示す斜視図である。図4
に示すように、n型GaNよりなる基板21上には、Z
nSeよりなり、基板21の上に成長する半導体層との
格子整合を図るバッファ層22、Clがドープされたn
型ZnSSe層23、Clがドープされた第1のn型Z
nMgSSe層24、アンドープZnSeよりなる井戸
層とアンドープZnMgSSeよりなるバリア層とが交
互に積層されてなり、複数の井戸型ポテンシャルを持つ
多重量子井戸層25、及び第1のn型ZnMgSSe層
24よりもバンドギャップが小さい第2のn型ZnMg
SSe層26が順次形成されている。
FIG. 4 is a perspective view showing an intersubband transition type photodetector according to a modification of the first embodiment. FIG.
As shown in FIG. 3, on a substrate 21 made of n-type GaN,
a buffer layer 22 made of nSe for lattice matching with a semiconductor layer grown on the substrate 21; n doped with Cl;
Type ZnSSe layer 23, first n-type Z doped with Cl
The nMgSSe layer 24, the well layer made of undoped ZnSe and the barrier layer made of undoped ZnMgSSe are alternately stacked, and the multiple quantum well layer 25 having a plurality of well-type potentials and the first n-type ZnMgSSe layer Second n-type ZnMg with small band gap
The SSe layers 26 are sequentially formed.

【0045】基板21の下面にはTi/Auよりなる第
1のn型電極27が形成され、基板21の上面には同じ
くTi/Auよりなり、光信号19を多重量子井戸層2
5へ入射するための開口部28aを有する第2のn型電
極28が形成されている。
A first n-type electrode 27 made of Ti / Au is formed on the lower surface of the substrate 21, and an optical signal 19 made of Ti / Au is formed on the upper surface of the substrate 21.
A second n-type electrode 28 having an opening 28a for incidence on the fifth electrode 5 is formed.

【0046】本変形例においても、光検出素子に、ワイ
ドギャップ半導体であるII−IV族のZnSeを含み、且
つ、サブバンド間遷移を用いているため、GaNを含む
半導体層を用いた第1の実施形態と同様の効果を有す
る。
Also in this modification, since the photodetector element contains ZnSe of the II-IV group which is a wide gap semiconductor and uses an intersubband transition, the first photodetector using the semiconductor layer containing GaN is used. It has the same effect as the embodiment.

【0047】(第2の実施形態)以下、本発明に係る第
2の実施形態を図面に基づいて説明する。
(Second Embodiment) Hereinafter, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0048】図5は本発明の第2の実施形態に係る半導
体光変調素子を示す斜視図である。図5に示すように、
サファイアよりなる基板31上には、GaNよりなり、
サファイア結晶と基板31の上に成長する半導体層との
格子整合を図るバッファ層32、Siがドープされたn
型GaN層33が順次形成されている。
FIG. 5 is a perspective view showing a semiconductor light modulation device according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG.
On a substrate 31 made of sapphire, made of GaN,
A buffer layer 32 for lattice matching between the sapphire crystal and the semiconductor layer grown on the substrate 31;
Type GaN layers 33 are sequentially formed.

【0049】n型GaN層33の上面における一方の領
域には、例えばTi/Auよりなるn型電極34が形成
されている。n型GaN層33の上面における他方の領
域には、Siがドープされたn型Al0.2 Ga0.8 N層
35、不純物濃度が1×1017cm-3でドープされたn
型GaNよりなる井戸層36aとアンドープAl0.2
0.8 Nよりなるバリア層36bとが交互に積層されて
なり、複数の井戸型ポテンシャルを持つ光吸収層である
多重量子井戸層36、及びアンドープAl0.2Ga0.8
N層37が順次形成されている。アンドープAl0.2
0.8 N層37の上面にはAuよりなるショットキー電
極38が形成されている。
In one region on the upper surface of the n-type GaN layer 33, an n-type electrode 34 made of, for example, Ti / Au is formed. In the other region on the upper surface of the n-type GaN layer 33, an n-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 35 doped with Si, and an n-type doped impurity with an impurity concentration of 1 × 10 17 cm −3.
Layer 36a made of p-type GaN and undoped Al 0.2 G
a 0.8 N barrier layers 36 b are alternately stacked, a multiple quantum well layer 36 which is a light absorption layer having a plurality of well-type potentials, and an undoped Al 0.2 Ga 0.8
N layers 37 are sequentially formed. Undoped Al 0.2 G
On the upper surface of the a 0.8 N layer 37, a Schottky electrode 38 made of Au is formed.

【0050】以下、前記のように構成された光変調素子
(以下、サブバンド間遷移型光変調素子と呼ぶ。)の動
作を図面を参照しながら説明する。
Hereinafter, the operation of the light modulation device configured as described above (hereinafter, referred to as an intersubband transition type light modulation device) will be described with reference to the drawings.

【0051】図6は本実施形態に係るサブバンド間遷移
型光変調素子のエネルギーバンドを示し、(a)はn型
電極34及びショットキー電極38に所定電圧が印加さ
れていない無バイアス時を示し、(b)はn型電極34
及びショットキー電極38に所定電圧が印加されている
バイアス時を示している。図6(a)に示すように、多
重量子井戸層36の伝導帯Ec 中には複数の量子準位が
存在しており、これらの量子準位をエネルギーの低い方
から順に基底サブバンド準位である第1量子準位E1 ,
第2量子準位E2 ,第3量子準位E3 とする。ここで、
井戸層36a及びバリア層36bの膜厚をそれぞれ3n
m及び5nmとすると、各量子準位間のエネルギー差
は、第2量子準位E2 と第1量子準位E1 との間が約3
00eVとなり、第3量子準位E3 と第1量子準位E1
との間が約800meVとなる。この遷移エネルギー8
00meVは変調の対象とする波長1.55μmの入射
光の光子エネルギーに一致する。
FIGS. 6A and 6B show the energy bands of the intersubband transition type light modulation device according to the present embodiment. FIG. 6A shows the state when no predetermined voltage is applied to the n-type electrode 34 and the Schottky electrode 38 when no bias is applied. (B) shows the n-type electrode 34
5 shows a state in which a predetermined voltage is applied to the Schottky electrode 38 and a bias is applied. As shown in FIG. 6A, a plurality of quantum levels exist in the conduction band Ec of the multiple quantum well layer 36, and these quantum levels are determined in order from the lower energy to the base subband level. The first quantum level E1,
It is assumed that the second quantum level is E2 and the third quantum level is E3. here,
The thickness of each of the well layer 36a and the barrier layer 36b is 3 n
Assuming m and 5 nm, the energy difference between each quantum level is about 3 between the second quantum level E2 and the first quantum level E1.
00 eV, the third quantum level E3 and the first quantum level E1
Is about 800 meV. This transition energy 8
00meV matches the photon energy of the incident light having a wavelength of 1.55 μm to be modulated.

【0052】この無バイアス時には、多重量子井戸層3
6におけるn型Al0.2 Ga0.8 N層35の反対側にア
ンドープAl0.2 Ga0.8 N層37を設けているため、
多重量子井戸層36の各半導体層が空乏化することによ
り、伝導帯Ec がn型Al0.2 Ga0.8 N層35側から
アンドープAl0.2 Ga0.8 N層37側に向けて上昇す
る。この伝導帯Ec の傾きによって多重量子井戸層36
とショットキー電極38との間にポテンシャル障壁が形
成されるため、多重量子井戸層36の井戸層36a内に
は各量子準位に電子がほとんど存在しないので、1.5
5μm帯の光が多重量子井戸層36に入射されたとして
も、入射された光は吸収されずに透過することになり、
その結果、無バイアス時には入射光は変調されない。
At the time of no bias, the multiple quantum well layer 3
6, an undoped Al 0.2 Ga 0.8 N layer 37 is provided on the opposite side of the n-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 35.
As each semiconductor layer of the multiple quantum well layer 36 is depleted, the conduction band Ec rises from the n-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 35 toward the undoped Al 0.2 Ga 0.8 N layer 37. The multiple quantum well layer 36 is formed by the inclination of the conduction band Ec.
And a Schottky electrode 38, a potential barrier is formed. In the well layer 36a of the multiple quantum well layer 36, electrons hardly exist at each quantum level.
Even if the light in the 5 μm band enters the multiple quantum well layer 36, the incident light is transmitted without being absorbed.
As a result, the incident light is not modulated when there is no bias.

【0053】次に、図6(b)に示すように、ショット
キー電極38を接地してn型電極34に約−1Vの電圧
を印加すると、多重量子井戸層36近傍の空乏層が小さ
くなるため、第1量子準位E1 に電子が存在できるよう
なる。第1量子準位E1 の電子密度はほぼドーピング濃
度に一致しており、ここでは1017cm-3となる。
Next, as shown in FIG. 6B, when the Schottky electrode 38 is grounded and a voltage of about -1 V is applied to the n-type electrode 34, the depletion layer near the multiple quantum well layer 36 becomes smaller. Therefore, electrons can be present at the first quantum level E1. The electron density of the first quantum level E1 substantially coincides with the doping concentration, and is 10 17 cm -3 here.

【0054】この状態で、波長が1.55μm帯の光が
入射されると、入射された光は多重量子井戸層36の井
戸層36aで吸収されて、電子のエネルギー準位が、第
1の量子準位E1 からエネルギー差がその光子エネルギ
ーに相当する第3の量子準位E3 に遷移する。第3の量
子準位E3 に遷移した電子は電界に勾配がないため、所
定時間経過後に基底サブバンド準位の第1量子準位に戻
る。このように、バイアス電圧を制御することにより、
入射された光が変調されて出力することができる。
In this state, when light having a wavelength of 1.55 μm is incident, the incident light is absorbed by the well layer 36a of the multiple quantum well layer 36, and the energy level of the electrons is changed to the first energy level. The energy difference transits from the quantum level E1 to the third quantum level E3 corresponding to the photon energy. Since the electron that has transitioned to the third quantum level E3 has no gradient in the electric field, it returns to the first quantum level of the base subband level after a lapse of a predetermined time. Thus, by controlling the bias voltage,
The incident light can be modulated and output.

【0055】一般に、サブバンド間の光吸収スペクトル
は、図4に示したように波長1.55μmをピークとす
るシャープな形状となる。さらに、光の吸収係数は、ワ
イドギャップ半導体を用いているため、第1量子準位E
1 の電子密度が1×1017cm-3のときに約40000
cm-1と非常に大きく、従来の光変調素子に比べて1桁
ほど大きいので、従来の半導体光変調素子のように導波
路を形成しなくても十分な消光比が確保でき、且つ、光
の入射位置を精密に調整する必要もない。
In general, the light absorption spectrum between subbands has a sharp shape with a peak at a wavelength of 1.55 μm as shown in FIG. Further, the light absorption coefficient of the first quantum level E
When the electron density of 1 is 1 × 10 17 cm -3 , about 40,000
cm −1, which is an order of magnitude larger than that of a conventional light modulation element, so that a sufficient extinction ratio can be secured without forming a waveguide as in the case of a conventional semiconductor light modulation element. It is not necessary to precisely adjust the incident position of the light.

【0056】本実施形態においては、波長が1.55μ
m帯の光に対して光吸収が生じる構成としているが、井
戸層36aの層厚を薄くしたり、井戸層36a又はバリ
ア層36bの材料を変えれば1.3μm帯の光に対する
検出が可能となる。
In this embodiment, the wavelength is 1.55 μm.
Although light absorption is generated for light in the m band, it is possible to detect light in the 1.3 μm band by reducing the thickness of the well layer 36a or changing the material of the well layer 36a or the barrier layer 36b. Become.

【0057】また、第1量子準位E1 と第3の量子準位
E3 との間の遷移を用いて光吸収を行なっているが、井
戸層36aの層厚を薄くしたり、井戸層36a又はバリ
ア層36bの材料を変えることにより、第1量子準位E
1 と第2の量子準位E2 との間の遷移による光吸収を起
こさせることも可能である。
Although the light absorption is performed using the transition between the first quantum level E1 and the third quantum level E3, the thickness of the well layer 36a may be reduced, or the well layer 36a or By changing the material of the barrier layer 36b, the first quantum level E
It is also possible to cause light absorption due to the transition between the first quantum level E2 and the second quantum level E2.

【0058】但し、第1量子準位E1 と第3の量子準位
E3 との間の遷移の方が電子の遷移確率が大きいので、
より大きな吸収係数を得やすい。
However, since the transition between the first quantum level E1 and the third quantum level E3 has a higher electron transition probability,
It is easy to obtain a larger absorption coefficient.

【0059】なお、本実施形態においては、多重量子井
戸層36の井戸層36aにn型のGaNを用いたが、光
学的吸収による遷移エネルギーに所望の波長に対応する
遷移エネルギーが得られる範囲であればアンドープGa
Nであってもよく、バリア層36bにアンドープAl
0.2 Ga0.8 Nを用いたが、同様にn型のAl0.2 Ga
0.8 Nであってもよい。
In this embodiment, n-type GaN is used for the well layer 36a of the multiple quantum well layer 36, but the transition energy corresponding to a desired wavelength can be obtained as the transition energy due to optical absorption. If there is undoped Ga
N may be used, and undoped Al
Although 0.2 Ga 0.8 N was used, similarly, n-type Al 0.2 Ga
It may be 0.8 N.

【0060】以下、本発明の第2の実施形態の第1変形
例を図面に基づいて説明する。
Hereinafter, a first modification of the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0061】図7は第2の実施形態の第1変形例に係る
サブバンド間遷移型光変調素子を示す斜視図である。図
7に示すように、第1の実施形態と同様にサファイアよ
りなる基板31上に、第1のn型半導体層としてのn型
Al0.2 Ga0.8 N層35と、n型GaNよりなる井戸
層36aとアンドープAl0.2 Ga0.8 Nよりなるバリ
ア層36bとが交互に積層されてなる多重量子井戸層3
6と、アンドープAl0.2 Ga0.8 N層37とが順次形
成され、さらに該アンドープAl0.2 Ga0.8 N層37
の上に、伝導帯下端のエネルギーがバリア層36bより
も小さい第2のn型半導体層としてのn型GaN層39
が形成されている。なお、図5に示す部材と同一の部材
には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
FIG. 7 is a perspective view showing an intersubband transition type light modulation device according to a first modification of the second embodiment. As shown in FIG. 7, as in the first embodiment, an n-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 35 as a first n-type semiconductor layer and a well layer made of n-type GaN are formed on a substrate 31 made of sapphire. A multiple quantum well layer 3 in which barrier layers 36b made of undoped Al 0.2 Ga 0.8 N are alternately stacked.
6 and an undoped Al 0.2 Ga 0.8 N layer 37 are sequentially formed, and the undoped Al 0.2 Ga 0.8 N layer 37 is further formed.
, An n-type GaN layer 39 serving as a second n-type semiconductor layer in which the energy at the bottom of the conduction band is smaller than that of the barrier layer 36b.
Are formed. The description of the same members as those shown in FIG. 5 will be omitted by retaining the same reference numerals.

【0062】図8は本変形例に係るサブバンド間遷移型
光変調素子のエネルギーバンドを示し、(a)はn型電
極34及びショットキー電極38に所定電圧が印加され
ていない無バイアス時を示し、(b)はn型電極34及
びショットキー電極38に所定電圧が印加されているバ
イアス時を示している。図8(a)に示す無バイアス時
には、多重量子井戸層36におけるn型Al0.2 Ga
0.8 N層35の反対側にアンドープAl0.2 Ga0.8
層37と、ショットキー電極38の代わりに伝導帯Ec
のエネルギーがバリア層36bよりも小さいn型GaN
層39が設けられているため、多重量子井戸層36の各
半導体層が空乏化する。
FIG. 8 shows the energy band of the intersubband transition type light modulation element according to this modification. FIG. 8A shows the state when no predetermined voltage is applied to the n-type electrode 34 and the Schottky electrode 38 when no bias is applied. 3B shows a state in which a predetermined voltage is applied to the n-type electrode 34 and the Schottky electrode 38 at the time of bias. At the time of no bias shown in FIG. 8A, the n-type Al 0.2 Ga in the multiple quantum well layer 36 is formed.
Undoped Al 0.2 Ga 0.8 N on the opposite side of the 0.8 N layer 35
A conduction band Ec instead of the layer 37 and the Schottky electrode 38;
-Type GaN whose energy is smaller than that of the barrier layer 36b
Since the layer 39 is provided, each semiconductor layer of the multiple quantum well layer 36 is depleted.

【0063】これにより、第2の実施形態と同様の効果
を得ることができる。
As a result, the same effect as in the second embodiment can be obtained.

【0064】以下、本発明の第2の実施形態の第2変形
例を図面に基づいて説明する。
Hereinafter, a second modification of the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0065】図9は第2の実施形態の第2の変形例に係
るサブバンド間遷移型光変調素子を示す斜視図である。
図9に示すように、n型GaNよりなる基板41上に
は、ZnSeよりなり、基板41の上に成長する半導体
層との格子整合を図るバッファ層42、Clがドープさ
れたn型ZnSSe層43、Clがドープされたn型Z
nMgSSe層44、Clがドープされたn型ZnSe
よりなる井戸層とアンドープZnMgSSeよりなるバ
リア層とが交互に積層されてなり、複数の井戸型ポテン
シャルを持つ多重量子井戸層45、及びアンドープZn
MgSSe層46が順次形成されている。
FIG. 9 is a perspective view showing an intersubband transition type light modulation device according to a second modification of the second embodiment.
As shown in FIG. 9, on a substrate 41 made of n-type GaN, a buffer layer 42 made of ZnSe for achieving lattice matching with a semiconductor layer grown on the substrate 41, an n-type ZnSSe layer doped with Cl 43, n-type Z doped with Cl
nMgSSe layer 44, n-type ZnSe doped with Cl
A multi-quantum well layer 45 having a plurality of well-type potentials, and an undoped ZnMgSe layer.
MgSSe layers 46 are sequentially formed.

【0066】基板41の下面にはTi/Auよりなるn
型電極47が形成され、基板41の上面にはAuよりな
るショットキー電極48が形成されている。
On the lower surface of the substrate 41, n made of Ti / Au
A mold electrode 47 is formed, and a Schottky electrode 48 made of Au is formed on the upper surface of the substrate 41.

【0067】本変形例においても、光変調素子に、ワイ
ドギャップ半導体であるII−IV族のZnSeを含み、且
つ、サブバンド間遷移を用いているため、GaNを含む
半導体層を用いた第2の実施形態と同様の効果を有す
る。
Also in this modification, since the light modulation element contains ZnSe of the II-IV group, which is a wide gap semiconductor, and uses an intersubband transition, the second element using the semiconductor layer containing GaN is used. It has the same effect as the embodiment.

【0068】(第3の実施形態)以下、本発明に係る第
3の実施形態を図面に基づいて説明する。
(Third Embodiment) Hereinafter, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0069】図10は本発明の第3の実施形態に係る光
通信用送信装置の概略を示している。図10に示すよう
に、Siよりなる基体51の上面には、発振波長が1.
55μm帯のDFB(分布帰還)型レーザ素子52と、
該レーザ素子52の出射面から光軸方向に100μm程
度の間隔を置き、本発明の第2の実施形態に係るサブバ
ンド間遷移型光変調素子53とが設けられている。
FIG. 10 schematically shows a transmitting apparatus for optical communication according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, an oscillation wavelength of 1.
A 55 μm DFB (distributed feedback) laser element 52,
An inter-subband transition type light modulation element 53 according to the second embodiment of the present invention is provided at an interval of about 100 μm from the emission surface of the laser element 52 in the optical axis direction.

【0070】光変調素子53の光軸方向の素子長は10
0μmであって、レーザ素子52の基板と光変調素子5
3の基板との厚みを一致させておけば、光変調素子53
の基体51の主面に対する上下方向のボンディング位置
の調整は不要となる。
The element length of the light modulation element 53 in the optical axis direction is 10
0 μm, the substrate of the laser element 52 and the light modulation element 5
If the thickness of the light modulation element 53
Adjustment of the bonding position in the vertical direction with respect to the main surface of the base 51 is unnecessary.

【0071】また、光変調素子53の基体51の主面に
平行な方向の位置調整は数10μm程度あれば十分であ
る。
The position adjustment of the light modulation element 53 in the direction parallel to the main surface of the base 51 is sufficient if it is about several tens μm.

【0072】本実施形態の特徴として、光変調素子53
にワイドギャップ半導体であるGaN又はZnSeを含
み、サブバンド間遷移を用いた光学的吸収により入力光
を変調して出力するため、ワイドギャップ半導体の電子
の有効質量はナロウギャップ半導体に比べて大きいの
で、光吸収係数が非常に大きくなる。これにより、レー
ザ光54が光変調素子53の多重量子井戸層にわずかに
重なれば、該レーザ光54に十分な消光比が得られるた
め、レーザ素子52と光変調素子53との間に導波路を
形成する必要がなくなるので、レーザ素子52と光変調
素子53とを装置に実装する際に、該装置の構成を簡略
化できる。
The feature of this embodiment is that the light modulating element 53
Contains GaN or ZnSe, which are wide gap semiconductors, and modulates and outputs input light by optical absorption using intersubband transitions. Therefore, the effective mass of electrons in a wide gap semiconductor is larger than that in a narrow gap semiconductor. , The light absorption coefficient becomes very large. Thus, if the laser light 54 slightly overlaps the multiple quantum well layer of the light modulation element 53, a sufficient extinction ratio can be obtained for the laser light 54, so that the laser light 54 is guided between the laser element 52 and the light modulation element 53. Since there is no need to form a wave path, when the laser element 52 and the light modulation element 53 are mounted on an apparatus, the configuration of the apparatus can be simplified.

【0073】また、サブバンド間遷移を用いて光学的吸
収を行なうため、電子が基底サブバンド準位に戻る時間
が極めて小さいので、10Gbps以上の高速変調に対
応することができる。
Further, since optical absorption is performed using the transition between sub-bands, the time for electrons to return to the base sub-band level is extremely short, so that high-speed modulation of 10 Gbps or more can be supported.

【0074】以下、本発明の第3の実施形態の一変形例
を図面に基づいて説明する。
Hereinafter, a modification of the third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0075】図11は第3の実施形態の一変形例に係る
光通信用送信装置の概略を示している。本変形例の特徴
として図11に示すように、Siよりなる基体51の上
には、レーザ素子52と、該レーザ素子52の出射面か
ら光軸方向に間隔を置き、本発明の第2の実施形態に係
るサブバンド間遷移型光変調素子53と、該光変調素子
53が出力するレーザ光54を装置の外部に伝送する光
ファイバー55が設けられている。さらに、レーザ素子
52と光変調素子53との間には、レーザ素子52が出
力するレーザ光54を平面波に変換するコリメートレン
ズ56が設けられ、光変調素子53と光ファイバー55
との間には、光変調素子53が出力するレーザ光54を
集光するフォーカスレンズ57が設けられている。
FIG. 11 schematically shows an optical communication transmitting apparatus according to a modification of the third embodiment. As a feature of this modified example, as shown in FIG. 11, a laser element 52 and a space in the optical axis direction from an emission surface of the laser element 52 are provided on a substrate 51 made of Si, An inter-subband transition type optical modulator 53 according to the embodiment and an optical fiber 55 for transmitting a laser beam 54 output from the optical modulator 53 to the outside of the device are provided. Further, a collimating lens 56 for converting the laser light 54 output from the laser element 52 into a plane wave is provided between the laser element 52 and the light modulating element 53.
A focus lens 57 for condensing the laser light 54 output from the light modulation element 53 is provided between the focus lens 57 and the light modulation element 53.

【0076】このように、本変形例によると、光変調素
子53によって変調されたレーザ光54の光ファイバー
55に対する結合効率を向上させることができる。この
場合、光ファイバー55の位置合わせにのみサブミクロ
ンの高精度の調整が必要となるが、光変調素子53は前
述したように精密な調整が不要となるので、本装置の作
製工程は大幅に簡略化できる。
As described above, according to the present modification, the coupling efficiency of the laser light 54 modulated by the light modulation element 53 to the optical fiber 55 can be improved. In this case, a high-precision submicron adjustment is required only for the alignment of the optical fiber 55, but the optical modulator 53 does not require a precise adjustment as described above, so that the manufacturing process of the present apparatus is greatly simplified. Can be

【0077】[0077]

【発明の効果】本発明に係る半導体光検出素子による
と、量子井戸内のサブバンド間遷移を用いているため、
バイアス電圧が1V〜2V程度の低電圧で多重量子井戸
層の基底サブバンド準位にキャリアである電子を注入す
ることができる。これにより、バイアス電圧生成用の電
源装置を簡略化することができる。また、サブバンド間
遷移を用いているため、共鳴トンネル電流は極めて高速
であるので、高速大容量通信に対応でき、且つ、入力光
が選択的に吸収されるため、可視光フィルター等を設け
る必要がなく装置が簡略化できる。
According to the semiconductor photodetector according to the present invention, the transition between sub-bands in the quantum well is used.
Electrons as carriers can be injected into the base subband level of the multiple quantum well layer at a low bias voltage of about 1 V to 2 V. Thus, the power supply device for generating the bias voltage can be simplified. In addition, since the inter-subband transition is used, the resonance tunnel current is extremely high speed, so that high-speed large-capacity communication can be supported, and a visible light filter or the like needs to be provided because input light is selectively absorbed. And the device can be simplified.

【0078】本発明に係る半導体光検出素子において、
第1の半導体層、第2の半導体層及び多重量子井戸層の
いずれもがGaN又はZnSeを含む半導体であると、
GaN又はZnSeはそれぞれワイドギャップ半導体で
あるため、電子のサブバンド間遷移を確実に実現するこ
とができる。
In the semiconductor photodetector according to the present invention,
When all of the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the multiple quantum well layer are semiconductors containing GaN or ZnSe,
Since each of GaN and ZnSe is a wide-gap semiconductor, transition between subbands of electrons can be reliably realized.

【0079】また、本発明に係る半導体光検出素子にお
いて、励起サブバンド準位がサブバンド準位のうちの第
3量子準位であると、基底サブバンドからの電子の遷移
確率が大きいため、光の吸収係数を確実に大きくするこ
とができる。
In the semiconductor photodetector according to the present invention, if the excited subband level is the third quantum level of the subband levels, the transition probability of electrons from the base subband is large. The light absorption coefficient can be reliably increased.

【0080】また、本発明に係る半導体光検出素子にお
いて、入力光の波長が1.3μm帯又は1.55μm帯
であると、信号光を伝送する光ファイバに対して最も伝
送効率がよくなる。
Further, in the semiconductor photodetector according to the present invention, when the wavelength of the input light is in the 1.3 μm band or the 1.55 μm band, the transmission efficiency is the highest with respect to the optical fiber for transmitting the signal light.

【0081】本発明に係る第1又は第2の半導体光変調
素子によると、ワイドギャップ半導体であるGaNを含
む半導体における量子井戸内の電子のサブバンド間遷移
を用いているため、バイアス電圧が1V〜2V程度の低
電圧で空乏化状態の多重量子井戸層の基底サブバンド準
位に電子を注入することができるので、バイアス電圧生
成用の電源装置を簡略化することができる。また、サブ
バンド間遷移を用いているため、多重量子井戸層に適当
な材料、膜厚又は不純物濃度を選ぶことにより光ファイ
バーに対して最も効率がよい波長である1.3μm帯又
は1.5μm帯を選択的に吸収することができると共
に、極めて高速であるため、高速大容量通信に十分に対
応できる。また、ワイドギャップ半導体を用いているた
め、電子の有効質量が大きくなるので、サブバンド間に
おける吸収係数が1桁程度大きくなる。これにより、通
信装置等の作製時に精密な位置合わせが不要となるた
め、作製工数を大幅に削減できる。
According to the first or second semiconductor optical modulation device of the present invention, since the intersubband transition of electrons in the quantum well in the semiconductor including GaN, which is a wide gap semiconductor, is used, the bias voltage is 1V. Electrons can be injected into the base subband level of the depleted multiple quantum well layer at a low voltage of about 2 V, so that a power supply device for generating a bias voltage can be simplified. In addition, since the transition between subbands is used, by selecting an appropriate material, film thickness, or impurity concentration for the multiple quantum well layer, the 1.3 μm band or the 1.5 μm band which is the most efficient wavelength for the optical fiber is selected. Can be selectively absorbed, and since it is extremely fast, it can sufficiently cope with high-speed and large-capacity communication. In addition, since a wide gap semiconductor is used, the effective mass of electrons increases, so that the absorption coefficient between subbands increases by about one digit. This eliminates the need for precise alignment during the manufacture of a communication device or the like, so that the number of manufacturing steps can be significantly reduced.

【0082】第1又は第2の半導体光変調素子におい
て、井戸層又はバリア層が、導電型がn型で且つ不純物
濃度が1×1017cm-3以上であると、バイアス印加時
において、無バイアス時に空乏化している多重量子井戸
層に効率よく電子が注入されるので、入力光の変調効率
が向上する。
In the first or second semiconductor light modulating element, if the well layer or the barrier layer has an n-type conductivity and an impurity concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more, no voltage is applied when a bias is applied. Since electrons are efficiently injected into the depleted multiple quantum well layer at the time of bias, the modulation efficiency of input light is improved.

【0083】また、第1又は第2の半導体光変調素子に
おいて、励起サブバンド準位がサブバンド準位のうちの
第3量子準位であると、基底サブバンドからの電子の遷
移確率が大きいため、光の吸収係数を確実に大きくする
ことができる。
In the first or second semiconductor optical modulator, when the excitation subband level is the third quantum level among the subband levels, the transition probability of electrons from the base subband is large. Therefore, the light absorption coefficient can be reliably increased.

【0084】また、第1又は第2の半導体光変調素子に
おいて、入力光の波長が1.3μm帯又は1.55μm
帯であると、信号光を伝送する光ファイバに対して最も
伝送効率がよくなる。
In the first or second semiconductor optical modulator, the wavelength of the input light is 1.3 μm band or 1.55 μm.
When the band is used, the transmission efficiency is highest for an optical fiber that transmits signal light.

【0085】本発明に係る第1又は第2の光通信用装置
によると、本発明に係る第1又は第2の半導体光変調素
子を用いているため、バイアス電圧生成用電源装置が簡
略化できると共に光変調素子の位置合わせが簡略化で
き、且つ、高速伝送が十分に行なえる。
According to the first or second optical communication device according to the present invention, since the first or second semiconductor optical modulation device according to the present invention is used, the power supply device for generating a bias voltage can be simplified. In addition, the alignment of the light modulation element can be simplified, and high-speed transmission can be sufficiently performed.

【0086】第1又は第2の光通信用装置において、半
導体レーザ素子と半導体光変調素子との間に設けられ、
レーザ光を平面波に変換するコリメートレンズと、半導
体光変調素子の出力側に設けられ、半導体光変調素子が
出力する出力光を集光するフォーカスレンズとを備えて
いると、半導体光変調素子が出力する出力光を確実に光
ファイバに伝送することができる。
In the first or second optical communication device, the device is provided between the semiconductor laser device and the semiconductor optical modulation device,
When a collimator lens for converting laser light into a plane wave and a focus lens provided on the output side of the semiconductor light modulation element and condensing output light output from the semiconductor light modulation element are provided, the semiconductor light modulation element Output light to be transmitted to the optical fiber.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体光検出素
子を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a semiconductor photodetector according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態に係る半導体光検出素
子のエネルギーバンド図である。
FIG. 2 is an energy band diagram of the semiconductor photodetector according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施形態に係る半導体光検出素
子又は本発明の第2の実施形態に係る半導体光変調素子
における量子準位間の光吸収スペクトルを示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a light absorption spectrum between quantum levels in the semiconductor photodetector according to the first embodiment of the present invention or the semiconductor optical modulator according to the second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施形態の一変形例に係るサブ
バンド間遷移型光検出素子を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing an inter-subband transition type photodetector according to a modification of the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施形態に係る半導体光変調素
子を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing a semiconductor light modulation device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施形態に係る半導体光変調素
子のエネルギーバンド図である。
FIG. 6 is an energy band diagram of a semiconductor light modulation device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2の実施形態の第1変形例に係る半
導体光変調素子を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a semiconductor light modulation device according to a first modification of the second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2の実施形態の第1変形例に係る半
導体光変調素子のエネルギーバンド図である。
FIG. 8 is an energy band diagram of a semiconductor light modulation device according to a first modification of the second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2の実施形態の第2変形例に係る半
導体光変調素子を示す斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing a semiconductor light modulation device according to a second modification of the second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第3の実施形態に係る光通信用送信
装置を示す概略構成図である。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram illustrating a transmission device for optical communication according to a third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第3の実施形態の一変形例に係る光
通信用送信装置を示す概略構成図である
FIG. 11 is a schematic configuration diagram illustrating a transmission device for optical communication according to a modification of the third embodiment of the present invention.

【図12】従来のInGaAs系アバランシェフォトダ
イオードの構成断面図である。
FIG. 12 is a configuration sectional view of a conventional InGaAs-based avalanche photodiode.

【図13】従来のアバランシェフォトダイオードのエネ
ルギーバンド図である。
FIG. 13 is an energy band diagram of a conventional avalanche photodiode.

【図14】光通信における光信号生成方法を示す概略構
成図である。
FIG. 14 is a schematic configuration diagram illustrating an optical signal generation method in optical communication.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 バッファ層 13 n型GaN層 14 第1のn型電極 15 n型Al0.2 Ga0.8 N層(第1のn型半導体
層) 16 多重量子井戸層 16a 井戸層 16b バリア層 17 n型GaN層(第2のn型半導体層) 18 第2のn型電極 18a 開口部 19 光信号 21 基板 22 バッファ層 23 n型ZnSSe層 24 第1のn型ZnMgSSe層(第1のn型半導
体層) 25 多重量子井戸層 26 第2のn型ZnMgSSe層(第2のn型半導
体層) 27 第1のn型電極27 28 第2のn型電極 28a 開口部 31 基板 32 バッファ層 33 n型GaN層 34 n型電極 35 n型Al0.2 Ga0.8 N層(第1のn型半導体
層) 36 多重量子井戸層 36a 井戸層 36b バリア層 37 アンドープAl0.2 Ga0.8 N層 38 ショットキー電極 39 n型GaN層(第2のn型半導体層) 41 基板 42 バッファ層 43 n型ZnSSe層 44 n型ZnMgSSe層 45 多重量子井戸層 46 アンドープZnMgSSe層 47 n型電極 48 ショットキー電極 51 基体 52 レーザ素子 53 光変調素子 54 レーザ光 55 光ファイバー 56 コリメートレンズ 57 フォーカスレンズ
Reference Signs List 11 substrate 12 buffer layer 13 n-type GaN layer 14 first n-type electrode 15 n-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer (first n-type semiconductor layer) 16 multiple quantum well layer 16a well layer 16b barrier layer 17 n-type GaN Layer (second n-type semiconductor layer) 18 second n-type electrode 18a opening 19 optical signal 21 substrate 22 buffer layer 23 n-type ZnSSe layer 24 first n-type ZnMgSSe layer (first n-type semiconductor layer) Reference Signs List 25 multiple quantum well layer 26 second n-type ZnMgSSe layer (second n-type semiconductor layer) 27 first n-type electrode 27 28 second n-type electrode 28a opening 31 substrate 32 buffer layer 33 n-type GaN layer 34 n-type electrode 35 n-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer (first n-type semiconductor layer) 36 multiple quantum well layer 36 a well layer 36 b barrier layer 37 undoped Al 0.2 Ga 0.8 N layer 38 Key electrode 39 n-type GaN layer (second n-type semiconductor layer) 41 substrate 42 buffer layer 43 n-type ZnSSe layer 44 n-type ZnMgSSe layer 45 multiple quantum well layer 46 undoped ZnMgSSe layer 47 n-type electrode 48 Schottky electrode 51 substrate 52 laser element 53 light modulation element 54 laser light 55 optical fiber 56 collimating lens 57 focus lens

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された第1のn型半導体層
と、 前記第1のn型半導体層の上に、井戸層及びバリア層が
交互に積層されてなり、複数の井戸型ポテンシャルを持
つ多重量子井戸層と、 前記多重量子井戸層の上に形成されており、前記第1の
n型半導体層よりも小さなバンドギャップを有する第2
のn型半導体層とを備え、 共鳴トンネル効果により、前記第2のn型半導体層から
前記多重量子井戸層の基底サブバンド準位にキャリアが
注入されると共に、入力光が入射されると前記基底サブ
バンド準位から励起サブバンド準位に励起されたキャリ
アが前記第1のn型半導体層に注入される現象に基づい
て、前記入力光の入射を検出することを特徴とする半導
体光検出素子。
A first n-type semiconductor layer formed on a substrate; and a well layer and a barrier layer are alternately stacked on the first n-type semiconductor layer. And a second quantum well layer formed on the multiple quantum well layer and having a smaller band gap than the first n-type semiconductor layer.
A carrier is injected from the second n-type semiconductor layer to the base subband level of the multiple quantum well layer by the resonance tunnel effect, and the input light is incident upon the carrier. Detecting the incidence of the input light based on a phenomenon that carriers excited from a base subband level to an excitation subband level are injected into the first n-type semiconductor layer; element.
【請求項2】 前記第1の半導体層、第2の半導体層及
び多重量子井戸層のいずれもがGaN又はZnSeを含
むことを特徴とする請求項1に記載の半導体光検出素
子。
2. The semiconductor photodetector according to claim 1, wherein each of the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the multiple quantum well layer contains GaN or ZnSe.
【請求項3】 前記励起サブバンド準位は、サブバンド
準位のうちの第3量子準位であることを特徴とする請求
項1に記載の半導体光検出素子。
3. The semiconductor photodetector according to claim 1, wherein the excitation sub-band level is a third quantum level among the sub-band levels.
【請求項4】 前記入力光の波長は1.3μm帯又は
1.55μm帯であることを特徴とする請求項1に記載
の半導体光検出素子。
4. The semiconductor photodetector according to claim 1, wherein the wavelength of the input light is in a 1.3 μm band or a 1.55 μm band.
【請求項5】 基板上に形成され、GaNを含むn型半
導体層と、 前記n型半導体層の上に、それぞれがGaNを含む井戸
層及びバリア層が交互に積層されてなり、複数の井戸型
ポテンシャルを持つ多重量子井戸層と、 前記多重量子井戸層の上に形成されたショットキー電極
とを備え、 前記n型半導体層と前記ショットキー電極との間にバイ
アス電圧が印加されない状態では、前記多重量子井戸層
は空乏化し、 前記n型半導体層と前記ショットキー電極との間にバイ
アス電圧が印加された状態では、前記n型半導体層から
前記多重量子井戸層の基底サブバンド準位にキャリアが
注入され、 前記n型半導体層と前記ショットキー電極との間に印加
されるバイアス電圧を変化させて、前記基底サブバンド
準位から励起サブバンド準位に励起されるキャリアの遷
移確率を変動させることにより入力光を変調することを
特徴とする半導体光変調素子。
5. An n-type semiconductor layer formed on a substrate and containing GaN, and a plurality of well layers and barrier layers each containing GaN are alternately stacked on the n-type semiconductor layer. A multi-quantum well layer having a n-type potential, and a Schottky electrode formed on the multi-quantum well layer, wherein no bias voltage is applied between the n-type semiconductor layer and the Schottky electrode. The multiple quantum well layer is depleted, and when a bias voltage is applied between the n-type semiconductor layer and the Schottky electrode, the n-type semiconductor layer shifts from the n-type semiconductor layer to a base subband level of the multiple quantum well layer. Carriers are injected, and the bias voltage applied between the n-type semiconductor layer and the Schottky electrode is changed to be excited from the base subband level to an excited subband level. The optical modulator, characterized by modulating the input light by varying the transition probabilities of the carrier.
【請求項6】 基板上に形成され、GaNを含む第1の
n型半導体層と、 前記第1のn型半導体層の上に、それぞれがGaNを含
む井戸層及びバリア層が交互に積層されてなり、複数の
井戸型ポテンシャルを持つ多重量子井戸層と、前記多重
量子井戸層の上に形成され、伝導帯下端のエネルギーが
前記バリア層よりも小さい第2のn型半導体層とを備
え、 前記第1のn型半導体層と前記第2のn型半導体層との
間にバイアス電圧が印加されない状態では、前記多重量
子井戸層は空乏化し、 前記第1のn型半導体層と前記第2のn型半導体層との
間にバイアス電圧が印加された状態では、前記第1のn
型半導体層から前記多重量子井戸層の基底サブバンド準
位にキャリアが注入され、 前記第1のn型半導体層と前記第2のn型半導体層との
間に印加されるバイアス電圧を変化させて、前記基底サ
ブバンド準位から励起サブバンド準位に励起されるキャ
リアの遷移確率を変動させることにより入力光を変調す
ることを特徴とする半導体光変調素子。
6. A first n-type semiconductor layer formed on a substrate and containing GaN, and a well layer and a barrier layer each containing GaN are alternately stacked on the first n-type semiconductor layer. A multi-quantum well layer having a plurality of well-type potentials; and a second n-type semiconductor layer formed on the multi-quantum well layer and having a lower energy of a conduction band lower than the barrier layer. When no bias voltage is applied between the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer, the multiple quantum well layer is depleted, and the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer are depleted. When a bias voltage is applied between the first n-type semiconductor layer and the first n-type semiconductor layer,
Carriers are injected from the n-type semiconductor layer to the base subband level of the multiple quantum well layer, and a bias voltage applied between the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer is changed. A semiconductor light modulation device that modulates input light by changing a transition probability of carriers excited from the base subband level to the excitation subband level.
【請求項7】 前記井戸層又は前記バリア層は、導電型
がn型で且つ不純物濃度が1×1017cm-3以上である
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の半導体光変調
素子。
7. The semiconductor optical modulator according to claim 5, wherein the well layer or the barrier layer has an n-type conductivity and an impurity concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more. element.
【請求項8】 前記励起サブバンド準位は、サブバンド
準位のうちの第3量子準位であることを特徴とする請求
項5又は6に記載の半導体光変調素子。
8. The semiconductor light modulation device according to claim 5, wherein the excitation sub-band level is a third quantum level among the sub-band levels.
【請求項9】 前記入力光の波長は1.3μm帯又は
1.55μm帯であることを特徴とする請求項5又は6
に記載の半導体光変調素子。
9. The wavelength of the input light is in a 1.3 μm band or a 1.55 μm band.
3. The semiconductor light modulation device according to item 1.
【請求項10】 基板上に形成され、ZnSeを含むn
型半導体層と、 前記n型半導体層の上に、それぞれがZnSeを含む井
戸層及びバリア層が交互に積層されてなり、複数の井戸
型ポテンシャルを持つ多重量子井戸層と、 前記多重量子井戸層の上に形成されたショットキー電極
とを備え、 前記n型半導体層と前記ショットキー電極との間にバイ
アス電圧が印加されない状態では、前記多重量子井戸層
は空乏化し、 前記n型半導体層と前記ショットキー電極との間にバイ
アス電圧が印加された状態では、前記n型半導体層から
前記多重量子井戸層の基底サブバンド準位にキャリアが
注入され、 前記n型半導体層と前記ショットキー電極との間に印加
されるバイアス電圧を変化させて、前記基底サブバンド
準位から励起サブバンド準位に励起されるキャリアの遷
移確率を変動させることにより入力光を変調することを
特徴とする半導体光変調素子。
10. An n layer formed on a substrate and containing ZnSe.
A multi-quantum well layer having a plurality of well-type potentials, wherein a well layer and a barrier layer each containing ZnSe are alternately stacked on the n-type semiconductor layer; A multi-quantum well layer is depleted in a state where no bias voltage is applied between the n-type semiconductor layer and the Schottky electrode. In a state where a bias voltage is applied between the Schottky electrode and the Schottky electrode, carriers are injected from the n-type semiconductor layer to the base subband level of the multiple quantum well layer, and the n-type semiconductor layer and the Schottky electrode By changing the bias voltage applied between and to change the transition probability of carriers excited from the base subband level to the excitation subband level The optical modulator, characterized by modulating the power light.
【請求項11】 基板上に形成され、ZnSeを含む第
1のn型半導体層と、 前記第1のn型半導体層の上に、それぞれがZnSeを
含む井戸層及びバリア層が交互に積層されてなり、複数
の井戸型ポテンシャルを持つ多重量子井戸層と、 前記多重量子井戸層の上に形成され、伝導帯下端のエネ
ルギーが前記バリア層よりも小さい第2のn型半導体層
とを備え、 前記第1のn型半導体層と前記第2のn型半導体層との
間にバイアス電圧が印加されない状態では、前記多重量
子井戸層は空乏化し、 前記第1のn型半導体層と前記第2のn型半導体層との
間にバイアス電圧が印加された状態では、前記第1のn
型半導体層から前記多重量子井戸層の基底サブバンド準
位にキャリアが注入され、 前記第1のn型半導体層と前記第2のn型半導体層との
間に印加されるバイアス電圧を変化させて、前記基底サ
ブバンド準位から励起サブバンド準位に励起されるキャ
リアの遷移確率を変動させることにより入力光を変調す
ることを特徴とする半導体光変調素子。
11. A first n-type semiconductor layer formed on a substrate and containing ZnSe, and a well layer and a barrier layer each containing ZnSe are alternately stacked on the first n-type semiconductor layer. A multi-quantum well layer having a plurality of well-type potentials; and a second n-type semiconductor layer formed on the multi-quantum well layer and having a lower energy in a conduction band than the barrier layer. When no bias voltage is applied between the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer, the multiple quantum well layer is depleted, and the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer are depleted. When a bias voltage is applied between the first n-type semiconductor layer and the first n-type semiconductor layer,
Carriers are injected from the n-type semiconductor layer to the base subband level of the multiple quantum well layer, and a bias voltage applied between the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer is changed. A semiconductor light modulation device that modulates input light by changing a transition probability of carriers excited from the base subband level to the excitation subband level.
【請求項12】 前記井戸層又は前記バリア層は、導電
型がn型で且つ不純物濃度が1×1017cm-3以上であ
ることを特徴とする請求項10又は11に記載の半導体
光変調素子。
12. The semiconductor optical modulator according to claim 10, wherein the well layer or the barrier layer has an n-type conductivity and an impurity concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more. element.
【請求項13】 前記励起サブバンド準位は、サブバン
ド準位のうちの第3量子準位であることを特徴とする請
求項10又は11に記載の半導体光変調素子。
13. The semiconductor optical modulation device according to claim 10, wherein the excitation sub-band level is a third quantum level among the sub-band levels.
【請求項14】 前記入力光の波長は1.3μm帯又は
1.55μm帯であることを特徴とする請求項10又は
11に記載の半導体光変調素子。
14. The semiconductor light modulation device according to claim 10, wherein a wavelength of the input light is in a 1.3 μm band or a 1.55 μm band.
【請求項15】 レーザ光を出力する半導体レーザ素子
と、 前記レーザ光の出力側に設けられ、入力されたレーザ光
を変調して出力する半導体光変調素子とを備え、 前記半導体光変調素子は、 基板上に形成され、GaNを含むn型半導体層と、 前記n型半導体層の上に、それぞれがGaNを含む井戸
層及びバリア層が交互に積層されてなり、複数の井戸型
ポテンシャルを持つ多重量子井戸層と、 前記多重量子井戸層の上に形成されたショットキー電極
とを有し、 前記n型半導体層と前記ショットキー電極との間にバイ
アス電圧が印加されない状態では、前記多重量子井戸層
は空乏化し、 前記n型半導体層と前記ショットキー電極との間にバイ
アス電圧が印加された状態では、前記n型半導体層から
前記多重量子井戸層の基底サブバンド準位にキャリアが
注入され、 前記n型半導体層と前記ショットキー電極との間に印加
されるバイアス電圧を変化させて、前記基底サブバンド
準位から励起サブバンド準位に励起されるキャリアの遷
移確率を変動させることにより入力されたレーザ光を変
調することを特徴とする光通信用送信装置。
15. A semiconductor laser device that outputs a laser beam, and a semiconductor light modulator that is provided on an output side of the laser beam and that modulates and outputs an input laser beam, wherein the semiconductor light modulator includes: An n-type semiconductor layer formed on the substrate and containing GaN; and a well layer and a barrier layer each containing GaN are alternately stacked on the n-type semiconductor layer, and have a plurality of well-type potentials. A multi-quantum well layer; and a Schottky electrode formed on the multi-quantum well layer. In a state where no bias voltage is applied between the n-type semiconductor layer and the Schottky electrode, the multi-quantum well layer The well layer is depleted, and in a state where a bias voltage is applied between the n-type semiconductor layer and the Schottky electrode, the n-type semiconductor layer has a base sub-band of the multiple quantum well layer. The carrier is injected into the n-type semiconductor layer and the bias voltage applied between the n-type semiconductor layer and the Schottky electrode is changed to change the transition probability of the carrier excited from the ground sub-band level to the excited sub-band level. A transmitting device for optical communication, wherein the input laser light is modulated by varying the wavelength.
【請求項16】 レーザ光を出力する半導体レーザ素子
と、 前記レーザ光の出力側に設けられ、入力されたレーザ光
を変調して出力する半導体光変調素子とを備え、 前記半導体光変調素子は、 基板上に形成され、GaNを含む第1のn型半導体層
と、 前記第1のn型半導体層の上に、それぞれがGaNを含
む井戸層及びバリア層が交互に積層されてなり、複数の
井戸型ポテンシャルを持つ多重量子井戸層と、 前記多重量子井戸層の上に形成され、伝導帯下端のエネ
ルギーが前記バリア層よりも小さい第2のn型半導体層
とを有し、 前記第1のn型半導体層と前記第2のn型半導体層との
間にバイアス電圧が印加されない状態では、前記多重量
子井戸層は空乏化し、 前記第1のn型半導体層と前記第2のn型半導体層との
間にバイアス電圧が印加された状態では、前記第1のn
型半導体層から前記多重量子井戸層の基底サブバンド準
位にキャリアが注入され、 前記第1のn型半導体層と前記第2のn型半導体層との
間に印加されるバイアス電圧を変化させて、前記基底サ
ブバンド準位から励起サブバンド準位に励起されるキャ
リアの遷移確率を変動させることにより入力されたレー
ザ光を変調することを特徴とする光通信用送信装置。
16. A semiconductor laser device that outputs laser light, and a semiconductor light modulation device that is provided on the output side of the laser light and that modulates and outputs the input laser light, wherein the semiconductor light modulation device A first n-type semiconductor layer formed on the substrate and containing GaN; and a well layer and a barrier layer each containing GaN are alternately stacked on the first n-type semiconductor layer. A multi-quantum well layer having a well-type potential, and a second n-type semiconductor layer formed on the multi-quantum well layer and having a lower conduction band energy than the barrier layer. When no bias voltage is applied between the n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer, the multiple quantum well layer is depleted, and the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer are depleted. Bias voltage between semiconductor layer The applied state, the first n
Carriers are injected from the n-type semiconductor layer to the base subband level of the multiple quantum well layer, and a bias voltage applied between the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer is changed. An optical communication transmitting apparatus for modulating an input laser beam by changing a transition probability of a carrier excited from the base subband level to the excitation subband level.
【請求項17】 レーザ光を出力する半導体レーザ素子
と、 前記レーザ光の出力側に設けられ、入力されたレーザ光
を変調して出力する半導体光変調素子とを備え、 前記半導体光変調素子は、 基板上に形成され、ZnSeを含むn型半導体層と、 前記n型半導体層の上に、それぞれがZnSeを含む井
戸層及びバリア層が交互に積層されてなり、複数の井戸
型ポテンシャルを持つ多重量子井戸層と、 前記多重量子井戸層の上に形成されたショットキー電極
とを有し、 前記n型半導体層と前記ショットキー電極との間にバイ
アス電圧が印加されない状態では、前記多重量子井戸層
は空乏化し、 前記n型半導体層と前記ショットキー電極との間にバイ
アス電圧が印加された状態では、前記n型半導体層から
前記多重量子井戸層の基底サブバンド準位にキャリアが
注入され、 前記n型半導体層と前記ショットキー電極との間に印加
されるバイアス電圧を変化させて、前記基底サブバンド
準位から励起サブバンド準位に励起されるキャリアの遷
移確率を変動させることにより入力されたレーザ光を変
調することを特徴とする光通信用送信装置。
17. A semiconductor laser device that outputs laser light, and a semiconductor light modulation device that is provided on an output side of the laser light and that modulates and outputs an input laser light, wherein the semiconductor light modulation device An n-type semiconductor layer formed on the substrate and including ZnSe; and a well layer and a barrier layer each including ZnSe are alternately stacked on the n-type semiconductor layer, and have a plurality of well-type potentials. A multi-quantum well layer; and a Schottky electrode formed on the multi-quantum well layer. In a state where no bias voltage is applied between the n-type semiconductor layer and the Schottky electrode, the multi-quantum well layer The well layer is depleted, and in a state where a bias voltage is applied between the n-type semiconductor layer and the Schottky electrode, the base sub-band of the multiple quantum well layer is separated from the n-type semiconductor layer. Carriers are injected into the level, and the bias voltage applied between the n-type semiconductor layer and the Schottky electrode is changed to change the level of the carrier excited from the base subband level to the excitation subband level. An optical communication transmitter, wherein an input laser beam is modulated by changing a transition probability.
【請求項18】 レーザ光を出力する半導体レーザ素子
と、 前記レーザ光の出力側に設けられ、入力されたレーザ光
を変調して出力する半導体光変調素子とを備え、 前記半導体光変調素子は、 基板上に形成され、ZnSeを含む第1のn型半導体層
と、 前記第1のn型半導体層の上に、それぞれがZnSeを
含む井戸層及びバリア層が交互に積層されてなり、複数
の井戸型ポテンシャルを持つ多重量子井戸層と、 前記多重量子井戸層の上に形成され、伝導帯下端のエネ
ルギーが前記バリア層よりも小さい第2のn型半導体層
とを有し、 前記第1のn型半導体層と前記第2のn型半導体層との
間にバイアス電圧が印加されない状態では、前記多重量
子井戸層は空乏化し、 前記第1のn型半導体層と前記第2のn型半導体層との
間にバイアス電圧が印加された状態では、前記第1のn
型半導体層から前記多重量子井戸層の基底サブバンド準
位にキャリアが注入され、 前記第1のn型半導体層と前記第2のn型半導体層との
間に印加されるバイアス電圧を変化させて、前記基底サ
ブバンド準位から励起サブバンド準位に励起されるキャ
リアの遷移確率を変動させることにより入力されたレー
ザ光を変調することを特徴とする光通信用送信装置。
18. A semiconductor laser device that outputs laser light, and a semiconductor light modulation device that is provided on an output side of the laser light and that modulates and outputs the input laser light, wherein the semiconductor light modulation device A first n-type semiconductor layer formed on the substrate and containing ZnSe; and a well layer and a barrier layer each containing ZnSe are alternately stacked on the first n-type semiconductor layer. A multi-quantum well layer having a well-type potential, and a second n-type semiconductor layer formed on the multi-quantum well layer and having a lower conduction band energy than the barrier layer. When no bias voltage is applied between the n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer, the multiple quantum well layer is depleted, and the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer are depleted. Bias between semiconductor layer In a state where pressure is applied, the first n
Carriers are injected from the n-type semiconductor layer to the base subband level of the multiple quantum well layer, and a bias voltage applied between the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer is changed. An optical communication transmitting apparatus for modulating an input laser beam by changing a transition probability of a carrier excited from the base subband level to the excitation subband level.
【請求項19】 前記半導体レーザ素子と前記半導体光
変調素子との間に設けられ、前記レーザ光を平面波に変
換するコリメートレンズと、 前記半導体光変調素子の出力側に設けられ、前記半導体
光変調素子が出力する出力光を集光するフォーカスレン
ズとをさらに備えていることを特徴とする請求項15〜
18のいずれか1項に記載の光通信用送信装置。
19. A collimating lens provided between the semiconductor laser element and the semiconductor light modulation element, for converting the laser light into a plane wave, and provided on an output side of the semiconductor light modulation element, 16. A focus lens for condensing output light output from the element.
19. The optical communication transmitting device according to any one of 18.
JP9109121A 1997-04-25 1997-04-25 Semiconductor light detecting element, semiconductor light modulating element, and transmitter for optical transmission Withdrawn JPH10303452A (en)

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