JPH1090738A - Non-linear optical device - Google Patents

Non-linear optical device

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JPH1090738A
JPH1090738A JP24478596A JP24478596A JPH1090738A JP H1090738 A JPH1090738 A JP H1090738A JP 24478596 A JP24478596 A JP 24478596A JP 24478596 A JP24478596 A JP 24478596A JP H1090738 A JPH1090738 A JP H1090738A
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layer
quantum well
electric field
active layer
energy
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Norio Iizuka
紀夫 飯塚
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-linear optical device with wide band gain width and a high response speed and capable of manufacturing with a simple process by forming an active layer so that a size of an energy wall of each self quantum well is equal or reduced along the direction of an electric field applied to a multiplex quantum well structure. SOLUTION: A laser active layer 7 is constituted of at least partial each quantum well of the multiplex quantum well structure consisting of plural quantum wells formed on a part of an optical waveguide 2, and light inductive emission by transition between sub-bands occurs. Then, in this active layer 7, the size of the self energy wall is equal or reduced along the direction of the electric field applied to the multiplex quantum well structure. Thus, the wide band gain width and the high response speed are realized. Further, respective layers are formed by a nitride system compound semiconductor layer, and a wall layer with high energy is formed easily, and further, even an integrated structure between a laser amplifier and an intersub-band absorption layer is manufactured with the simple process.

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、光スイッチ、光変
調器、波長変換素子などの非線形光デバイスに関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a nonlinear optical device such as an optical switch, an optical modulator, and a wavelength conversion element.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体レーザ、低損失光ファイ
バ、光ファイバ増幅器、高速集積回路などのオプトエレ
クトロニクス関連技術の発展により、毎秒10ギガビッ
トという大量の情報の長距離伝送が可能となっている。
しかし、来るべきマルチメディア時代においては、一般
の末端利用者も高精細映像情報などの大量の情報をリア
ルタイムで利用可能とするため、さらに大容量の情報を
伝送、処理できるインフラストラクチャーの構築が要望
されている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of optoelectronics-related technologies such as semiconductor lasers, low-loss optical fibers, optical fiber amplifiers, and high-speed integrated circuits, it has become possible to transmit large amounts of information at a rate of 10 gigabits per second over long distances.
However, in the coming multimedia era, in order for ordinary end users to be able to use large amounts of information, such as high-definition video information, in real time, it is necessary to build an infrastructure that can transmit and process even larger amounts of information. Have been.

【0003】ここで、光ファイバの広帯域性を活かして
大容量の情報を伝送、処理するには、光周波数多重(光
FDM)技術や光時分割多重(光TDM)技術を用いる
のが妥当と考えられる。よって、大規模で効率的な光F
DMネットワークや光TDMネットワークの実現に向
け、コンパクトで高効率の波長変換素子、光制御型の超
高速非線形光スイッチなどの如き、新機能を有する光素
子の開発が急務となっている。
Here, in order to transmit and process a large amount of information by making use of the broadband characteristics of an optical fiber, it is appropriate to use an optical frequency multiplexing (optical FDM) technique or an optical time division multiplexing (optical TDM) technique. Conceivable. Therefore, large-scale and efficient light F
To realize a DM network or an optical TDM network, it is urgently necessary to develop an optical element having a new function, such as a compact and highly efficient wavelength conversion element, an optically controlled ultra-high-speed nonlinear optical switch, and the like.

【0004】この種の光素子としては、例えば、バンド
内電子緩和効果に基づく超高速の光非線形効果により、
4光波混合出力を発生させる非線形光デバイスが知られ
ている。係る非線形光デバイスは、進行波型半導体レー
ザ増幅器と、多重量子井戸構造のサブバンド間吸収層と
を重ね合わせた構造が考えられる。すなわち、この非線
形光デバイスは、進行波型半導体レーザ増幅器を用いる
周知の構造と、サブバンド間吸収層とを組合せることに
より、応答速度と非線形性の向上を図るものである。
As an optical element of this type, for example, an ultra-high-speed optical nonlinear effect based on an intra-band electron relaxation effect is used.
Non-linear optical devices that generate four-wave mixing outputs are known. Such a nonlinear optical device may have a structure in which a traveling-wave semiconductor laser amplifier and an intersubband absorption layer having a multiple quantum well structure are superposed. In other words, the nonlinear optical device aims to improve the response speed and the nonlinearity by combining a well-known structure using a traveling-wave semiconductor laser amplifier and an intersubband absorption layer.

【0005】ところで、これら進行波型半導体レーザ増
幅器およびサブバンド間吸収層は、光通信で用いられる
1.55μm付近の波長で動作させる必要がある。サブ
バンド間吸収についてはInP基板上に形成したInG
aAs/AlAs量子井戸層を用いてこの波長での吸収
が報告されている(J.H.Smetetal.,Appl.Phys.Lett.,V0
1.64,pp986.987(1994))。しかしながら、この材料系の
場合、エネルギー障壁の高さが比較的小さく、進行波型
半導体レーザ増幅器と組合せた場合、電子が障壁を乗り
越えて行き来してしまい、サブバンド間吸収層の効果が
十分に発揮されないことが懸念される。よって、望まし
くはバンドギャップのより大きい、GaNやAlNのよ
うな窒化物半導体でサブバンド間吸収層を形成すること
が求められる。
Incidentally, these traveling wave type semiconductor laser amplifiers and intersubband absorption layers need to be operated at a wavelength around 1.55 μm used in optical communication. Regarding the absorption between sub-bands, the InG formed on the InP substrate
Absorption at this wavelength has been reported using an aAs / AlAs quantum well layer (JHSmetal., Appl. Phys. Lett., V0
1.64, pp986.987 (1994)). However, in the case of this material system, the height of the energy barrier is relatively small, and when combined with a traveling-wave type semiconductor laser amplifier, electrons cross over the barrier, and the effect of the intersubband absorption layer is not sufficient. It is feared that it will not be demonstrated. Therefore, it is desirable to form the intersubband absorption layer from a nitride semiconductor having a larger band gap, such as GaN or AlN.

【0006】一方、現在の進行波型半導体レーザ増幅器
は、例えばInP基板上に形成されたInGaAsP量
子井戸層を活性層として持つもののように、伝導帯と価
電子帯の間のバンド間遷移が利用されている。すなわ
ち、窒化物半導体は、広いバンドギャップを有するた
め、バンド間遷移に基づく波長1.55μmのレーザ増
幅器が実現不可となっている。
On the other hand, current traveling wave type semiconductor laser amplifiers utilize an inter-band transition between a conduction band and a valence band, such as a device having an InGaAsP quantum well layer formed on an InP substrate as an active layer. Have been. That is, since the nitride semiconductor has a wide band gap, a laser amplifier having a wavelength of 1.55 μm based on an interband transition cannot be realized.

【0007】また、InP基板上に形成した進行波型レ
ーザ増幅器と、窒化物半導体で形成したサブバンド間吸
収層とを互いに直接接着の技術で接合することも考えら
れるが、この技術は簡便ではなく、また、製造工程を増
やす問題がある。
It is also conceivable to join a traveling-wave laser amplifier formed on an InP substrate and an intersubband absorption layer formed of a nitride semiconductor to each other by a direct bonding technique. And there is a problem of increasing the number of manufacturing steps.

【0008】以上述べたように、波長1.55μm帯の
レーザ増幅器を、窒化物半導体のバンド間遷移を利用し
て実現することは不可能となっている。ところで、バン
ド間遷移を用いない関連技術としては、量子井戸中のサ
ブバンド間遷移を利用したレーザ、いわゆるカスケード
レーザが考えられる。
As described above, it is impossible to realize a laser amplifier in the 1.55 μm wavelength band using the transition between bands of a nitride semiconductor. By the way, as a related technique that does not use the inter-band transition, a laser using the inter-sub-band transition in the quantum well, that is, a so-called cascade laser can be considered.

【0009】窒化物半導体を用いれば十分大きいエネル
ギー障壁をもつ量子井戸を容易に形成可能である。すな
わち、波長1.55μm帯のカスケードレーザは形成可
能である。
If a nitride semiconductor is used, a quantum well having a sufficiently large energy barrier can be easily formed. That is, a cascade laser having a wavelength of 1.55 μm can be formed.

【0010】また、カスケードレーザがサブバンド間吸
収共鳴領域と同一の窒化物系材料にて作成可能であれ
ば、レーザ増幅器とサブバンド間吸収層とを同一基板上
に連続的にエピタキシャル成長可能となるため、前述し
た接合の問題を回避できる。
If the cascade laser can be made of the same nitride-based material as the intersubband absorption resonance region, the laser amplifier and the intersubband absorption layer can be continuously epitaxially grown on the same substrate. Therefore, the above-described problem of joining can be avoided.

【0011】しかしながら、カスケードレーザは、その
特性上、帯域利得幅が非常に狭いため、入射光の波長範
囲が広い場合にはその一部しか利得を得られず、前述し
た非線形光デバイスへの応用には不適当である。
However, the cascade laser has a very narrow band gain width due to its characteristics. Therefore, when the wavelength range of the incident light is wide, only a part of the cascade laser can obtain a gain. Is unsuitable for

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】以上のように非線形光
デバイスとしては、窒化物半導体を用いた広い帯域利得
幅をもつ半導体レーザ増幅器が存在せず、また、他の材
料系でレーザ増幅器を形成すると、製造工程を複雑にし
てしまう問題がある。
As described above, as a nonlinear optical device, there is no semiconductor laser amplifier having a wide band gain using a nitride semiconductor, and a laser amplifier is formed of another material. Then, there is a problem that the manufacturing process becomes complicated.

【0013】また、カスケードレーザは、その利用が考
えられるとは言え、特性上、非線形光デバイスへの応用
が困難である。本発明は上記実情を考慮してなされたも
ので、広い帯域利得幅と高い応答速度とを有し、簡便な
製造工程にて実現し得る非線形光デバイスを提供するこ
とを目的とする。
Although the cascade laser can be used, it is difficult to apply it to a nonlinear optical device due to its characteristics. The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has as its object to provide a nonlinear optical device having a wide bandwidth gain and a high response speed, which can be realized by a simple manufacturing process.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】請求項1に対応する発明
は、光導波路と、前記光導波路の一部に形成された複数
の量子井戸からなる多重量子井戸構造と、前記多重量子
井戸構造の少なくとも一部の各量子井戸により構成さ
れ、サブバンド間遷移による光誘導放出を生じる活性層
とを備えた非線形光デバイスであって、前記活性層とし
ては、自己の各量子井戸のエネルギー障壁の大きさが、
前記多重量子井戸構造に印加される電界の方向に沿って
等しいか又は減少するように形成される非線形光デバイ
スである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical waveguide, a multiple quantum well structure including a plurality of quantum wells formed in a part of the optical waveguide, and a multiple quantum well structure. An active layer constituted by at least a part of each quantum well and generating light-induced emission by an intersubband transition, wherein the active layer has a size of an energy barrier of its own quantum well. Saga,
A nonlinear optical device formed to be equal or decreasing along a direction of an electric field applied to the multiple quantum well structure.

【0015】また、請求項2に対応する発明は、光導波
路と、前記光導波路の一部に形成された複数の量子井戸
からなる多重量子井戸構造と、前記多重量子井戸構造の
少なくとも一部の各量子井戸により構成され、サブバン
ド間遷移による光誘導放出を生じる活性層とを備えた非
線形光デバイスであって、前記活性層としては、自己の
各量子井戸のエネルギー障壁の大きさが、前記多重量子
井戸構造に印加される電界の方向に沿って等しいか又は
減少するように形成され、且つ、自己の各量子井戸を形
成する障壁層の厚さが、前記多重量子井戸構造に印加さ
れる電界の方向に沿って等しいか又は増加するように形
成された窒化物系化合物半導体層である非線形光デバイ
スである。(作用)従って、請求項1に対応する発明は
以上のような手段を講じたことにより、光導波路内の活
性層としては、自己の各量子井戸のエネルギー障壁の大
きさが、多重量子井戸構造に印加される電界の方向に沿
って等しいか又は減少しているので、井戸層毎のサブバ
ンド間エネルギーがこの方向に沿って減少し、また、電
界未印加時の基底準位及び励起準位の高さも減少する
が、このとき、所定の電界が印加されると、励起準位の
エネルギー値がほぼ等しくなり、電子が共鳴トンネルに
よって各井戸層の励起準位に分布して閉じ込められ、ま
た各井戸層の電子が光を放出して基底準位に遷移すると
共に基底準位から次の井戸層の基底準位に共鳴トンネル
により抜け出るので、分布反転が実現してレーザ動作が
可能となり、また、サブバンド間エネルギーが井戸層毎
に異なるので、利得帯域幅が広くなり、もって、広い帯
域利得幅と高い応答速度とを実現することができる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical waveguide, a multiple quantum well structure including a plurality of quantum wells formed in a part of the optical waveguide, and at least a part of the multiple quantum well structure. A non-linear optical device comprising an active layer formed by each quantum well and generating light-induced emission by intersubband transition, wherein the size of the energy barrier of each quantum well of the active layer is The thickness of the barrier layer formed to be equal or decreasing along the direction of the electric field applied to the multiple quantum well structure and forming each of the quantum wells is applied to the multiple quantum well structure. This is a non-linear optical device that is a nitride-based compound semiconductor layer formed so as to be equal or increase along the direction of the electric field. (Operation) Therefore, the invention corresponding to claim 1 takes the above-described means, so that the size of the energy barrier of each quantum well of the active layer in the optical waveguide is limited to the multiple quantum well structure. Since the energy is equal or decreased along the direction of the electric field applied to the well layer, the energy between sub-bands in each well layer decreases along this direction, and the ground level and the excitation level when no electric field is applied. However, at this time, when a predetermined electric field is applied, the energy values of the excitation levels become substantially equal, and electrons are distributed and confined in the excitation levels of each well layer by the resonance tunnel. Since electrons in each well layer emit light and transition to the ground level, and escape from the ground level to the ground level of the next well layer by resonance tunneling, distribution inversion is realized, and laser operation becomes possible. , Subband Since energy is different for each well layer, the gain bandwidth becomes wider, with it, it can realize a broad band gain width and a high response speed.

【0016】また、請求項2に対応する発明は、光導波
路内の活性層としては、窒化物系化合物半導体層からな
り、自己の各量子井戸のエネルギー障壁の大きさが、多
重量子井戸構造に印加される電界の方向に沿って等しい
か又は減少し、且つ自己の各量子井戸を形成する障壁層
の厚さが、前記多重量子井戸構造に印加される電界の方
向に沿って等しいか又は増加するように形成されている
ので、請求項1に対応する作用に加え、窒化物系化合物
半導体層により形成されるため、簡便な製造工程にて実
現させることができる。
According to a second aspect of the present invention, the active layer in the optical waveguide is formed of a nitride-based compound semiconductor layer, and the size of the energy barrier of each quantum well is reduced to a multiple quantum well structure. The thickness of the barrier layer forming each quantum well is equal or decreases along the direction of the applied electric field, and is equal or increases along the direction of the electric field applied to the multiple quantum well structure. Therefore, in addition to the function corresponding to the first aspect, since it is formed by the nitride-based compound semiconductor layer, it can be realized by a simple manufacturing process.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。 (第1の実施の形態)図1は本発明の第1の実施形態に
係る非線形光デバイスの全体構成を示す斜視図であり、
図2はこの非線形光デバイスの層構成を示す断面図であ
る。この非線形光デバイスは、サファイア基板1上に光
導波路2が積層されている。この光導波路2は、n型A
lGaNクラッド層3、サブバンド間吸収のためのn型
InGaN/アンドープAlGaN多重量子井戸層4、
厚さ0.1μmのアンドープGaN層5、レーザのコン
タクト層をなすn型GaN層6、レーザ活性層7、上部
コンタクト層をなすn型GaN層8が積層された構造と
なっている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a perspective view showing the entire configuration of a nonlinear optical device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a layer structure of the nonlinear optical device. In this nonlinear optical device, an optical waveguide 2 is laminated on a sapphire substrate 1. This optical waveguide 2 has an n-type A
1GaN cladding layer 3, n-type InGaN / undoped AlGaN multiple quantum well layer 4 for intersubband absorption,
The structure is such that an undoped GaN layer 5 having a thickness of 0.1 μm, an n-type GaN layer 6 serving as a laser contact layer, a laser active layer 7, and an n-type GaN layer 8 serving as an upper contact layer are stacked.

【0018】また、n型GaN上部コンタクト層8上に
は電極9が形成されている。n型GaNコンタクト層6
上には電極10が形成されている。n型AlGaNクラ
ッド層3上には電極11が形成され、多層構造が形成さ
れている。
An electrode 9 is formed on the n-type GaN upper contact layer 8. n-type GaN contact layer 6
An electrode 10 is formed thereon. An electrode 11 is formed on the n-type AlGaN cladding layer 3 to form a multilayer structure.

【0019】また、この多層構造には、各層の長手方向
に直交する入出射面(共振器面)に反射防止膜12が形
成されている。ここで、InGaN/AlGaN多重量
子井戸層4は、たとえばInの割合が0から0.32の
範囲で約0.08づつ異なる5種類の井戸層が20周期
積層された構造となっている。InNの方がGaNより
格子定数が大きいため、井戸層の厚さはIn組成の増加
に伴って厚くなり、例えば、Inの最も少ない層で約
1.8nm厚であり、Inの最も多い層で約1.95n
m厚である。
In this multilayer structure, an anti-reflection film 12 is formed on an input / output surface (resonator surface) orthogonal to the longitudinal direction of each layer. Here, the InGaN / AlGaN multiple quantum well layer 4 has, for example, a structure in which five types of well layers having different In ratios in the range of 0 to 0.32 and different by about 0.08 are stacked for 20 periods. Since the lattice constant of InN is larger than that of GaN, the thickness of the well layer increases with an increase in the In composition. For example, the thickness of the layer with the smallest In is about 1.8 nm, and the thickness of the layer with the largest In is About 1.95n
m thickness.

【0020】レーザ活性層7は、図3に示すように、コ
ンタクト層6の上に100nm厚のn型GaN層71、
Alの割合を0から0.46まで連続的に変化させた1
70nm厚のn型AlGaNグレーディング層72、及
びアンドープAlGaN/アンドープGaN量子井戸層
73が積層されている。
As shown in FIG. 3, the laser active layer 7 has an n-type GaN layer 71 having a thickness of 100 nm on the contact layer 6,
1 in which the ratio of Al was continuously changed from 0 to 0.46
An n-type AlGaN grading layer 72 having a thickness of 70 nm and an undoped AlGaN / undoped GaN quantum well layer 73 are stacked.

【0021】量子井戸層73は、具体的には、Al0.67
Ga0.33N障壁層73a、GaN井戸層73b、Al
0.67Ga0.33N障壁層73c、GaN井戸層73d、A
0.78Ga0.22N障壁層73e、GaN井戸層73f、
AlO.78Ga0.22N障壁層73g、GaN井戸層73
h、AlO.89Ga0.11N障壁層73i、GaN井戸層7
3j、AlO.89Ga0.11N障壁層73k、GaN井戸層
73l、AlN障壁層73m、GaN井戸層73n、A
lN障壁層73oが順次積層されている。
Specifically, the quantum well layer 73 is made of Al 0.67
Ga 0.33 N barrier layer 73a, GaN well layer 73b, Al
0.67 Ga 0.33 N barrier layer 73 c, GaN well layer 73 d, A
l 0.78 Ga 0.22 N barrier layer 73e, GaN well layer 73f,
Al O.78 Ga 0.22 N barrier layer 73 g, GaN well layer 73
h, Al O.89 Ga 0.11 N barrier layer 73i, GaN well layer 7
3j, Al O.89 Ga 0.11 N barrier layer 73k, GaN well layer 73l, AlN barrier layer 73m, GaN well layer 73n, A
The 1N barrier layers 73o are sequentially stacked.

【0022】各層73a〜73oの厚さは7モノレイヤ
ーであり、障壁層においてはAlの組成の変化に伴って
格子定数が変化し、厚さが積層順に同じか又は少しずつ
薄くなっている。また、各井戸層のエネルギー障壁は、
積層順に、等しいか又は大きくなっている。
Each of the layers 73a to 73o has a thickness of 7 monolayers. In the barrier layer, the lattice constant changes according to the change in the Al composition, and the thickness becomes the same or slightly smaller in the stacking order. The energy barrier of each well layer is
They are equal or larger in the stacking order.

【0023】量子井戸層73上には、Alの割合を0.
12から0.46まで連続的に変化させた125nm厚
のn型AlGaNグレーディング層74が形成されてい
る。これらAlGaN/GaN量子井戸層73とn型A
lGaNグレーディング層74との組合せは合計25
組、順次積層されている。25組目のAlGaN/Ga
N量子井戸層73の上には、100nm厚のn型GaN
層75、n型AlAsクラッド層76及びn型GaNコ
ンタクト層8が形成されている。
On the quantum well layer 73, the ratio of Al is set to 0.1.
An n-type AlGaN grading layer 74 having a thickness of 125 nm continuously changed from 12 to 0.46 is formed. These AlGaN / GaN quantum well layers 73 and n-type A
A total of 25 combinations with the 1GaN grading layer 74
Pairs are sequentially stacked. 25th set of AlGaN / Ga
On the N quantum well layer 73, 100 nm thick n-type GaN
A layer 75, an n-type AlAs cladding layer 76 and an n-type GaN contact layer 8 are formed.

【0024】レーザ活性層7は、以上のうち、コンタク
ト層6とn型GaNコンタクト層8との間の各層71〜
76からなる積層体である。次に、以上のように構成さ
れた非線形光デバイスの製造方法及び作用を説明する。 (製造方法)サファイア基板1上に低温成長のGaNバ
ッファ層を形成した後、エピタキシャル成長により、窒
化物エピタキシャル多層膜が積層される。この積層構造
はドライエッチングされ、コンタクト層としてのn型G
aN層6が露呈される。さらにエッチングマスクを形成
し、再度ドライエッチングされ、n型AlGaNクラッ
ド層3が露呈される。その後、電極9〜11の形成、サ
ファイア基板1の裏面研磨、チップの切り出し、反射防
止膜12の形成などの工程を経て、図1乃至図3に示す
構造の非線形光デバイスが形成される。 (レーザ増幅器の作用)まず、図4に示すようにエネル
ギー障壁の高さが印加されるべき電界Eiの方向に沿っ
て減少するように多重量子井戸層73を形成する。これ
により、井戸層毎のサブバンド間エネルギーΔEsはこ
の方向に沿って減少し、また、電界未印加時の基底準位
E0と励起準位E1の高さも減少する。この多重量子井
戸層73の障壁層の厚さは電界を印加したときに、ある
電界強度で励起準位E1のエネルギー値がほぼ等しくな
るように設定する。必然的に基底準位E0のエネルギー
は電界Eiと反対の方向に沿って減少する。
The laser active layer 7 includes the layers 71 to 71 between the contact layer 6 and the n-type GaN contact layer 8.
76. Next, a description will be given of a manufacturing method and operation of the nonlinear optical device configured as described above. (Manufacturing method) After forming a GaN buffer layer grown at a low temperature on the sapphire substrate 1, a nitride epitaxial multilayer film is laminated by epitaxial growth. This laminated structure is dry-etched, and the n-type G
The aN layer 6 is exposed. Further, an etching mask is formed, and dry etching is performed again to expose the n-type AlGaN cladding layer 3. Thereafter, through the steps of forming the electrodes 9 to 11, polishing the back surface of the sapphire substrate 1, cutting out the chip, and forming the antireflection film 12, the nonlinear optical device having the structure shown in FIGS. 1 to 3 is formed. (Operation of Laser Amplifier) First, as shown in FIG. 4, the multiple quantum well layer 73 is formed so that the height of the energy barrier decreases along the direction of the electric field Ei to be applied. As a result, the inter-subband energy ΔEs of each well layer decreases along this direction, and the heights of the ground level E0 and the excitation level E1 when no electric field is applied also decrease. The thickness of the barrier layer of the multiple quantum well layer 73 is set so that when an electric field is applied, the energy value of the excitation level E1 becomes substantially equal at a certain electric field intensity. Inevitably, the energy of the ground level E0 decreases along the direction opposite to the electric field Ei.

【0025】この多重量子井戸層73は、電子を注入す
るための低電位側のn型AlGaNグレーディング層7
2(74)と、電子を取り出すための高電位側のn型A
lGaNグレーディング層74とに挟まれている。各グ
レーディング層72,74は、図5に示すように、所定
の電界強度の下で、サブバンド間エネルギーΔEsの最
小のn型GaN井戸層73bの励起準位E1に電子が共
鳴トンネルによって注入され、サブバンド間エネルギー
の最大のn型GaN井戸層73nの基底準位E0から共
鳴トンネルによって電子が抜け出るように設定される。
The multiple quantum well layer 73 is a low potential side n-type AlGaN grading layer 7 for injecting electrons.
2 (74) and n-type A on the high potential side for extracting electrons
It is sandwiched between the GaN grading layer 74 and the GaN grading layer 74. As shown in FIG. 5, electrons are injected into the excitation level E1 of the n-type GaN well layer 73b having the minimum inter-subband energy ΔEs by a resonance tunnel under a predetermined electric field strength. Are set so that electrons escape from the ground level E0 of the n-type GaN well layer 73n having the largest inter-subband energy by resonance tunneling.

【0026】次に、活性層7に60kV/cmの電界を
印加するように、電極10を低電位として両電極9,電
極10間に電圧を印加する。すなわち、井戸のエネルギ
ー障壁値が小さく、障壁層の厚さが厚い側が低電位にな
るように印加する。
Next, the electrode 10 is set to a low potential and a voltage is applied between the electrodes 9 and 10 so that an electric field of 60 kV / cm is applied to the active layer 7. That is, the application is performed so that the energy barrier value of the well is small and the potential of the side where the thickness of the barrier layer is thick is low.

【0027】これにより、低電位側のグレーディング層
72(74)の伝導帯と量子井戸層73の励起準位E1
のエネルギー値が一致し、電子は共鳴トンネルによって
量子井戸層73に注入されると共に、各井戸層の励起準
位E1に共鳴によって分布する。しかし、高電位側のn
型AlGaNグレーディング層74にはこの励起準位E
1と共鳴する準位がない(高電位側のn型AlGaNグ
レーディング層74の伝導帯とのエネルギー差は十分大
きい)ので電子は共鳴トンネルによっては高電位側の次
段の量子井戸層73のn型GaN層73bには漏れ出
ず、また、AlN層73oによるエネルギー障壁が高い
ので熱的にも漏れ出ず、したがって、励起準位E1の電
子は閉じ込められる。
As a result, the conduction band of the grading layer 72 (74) on the low potential side and the excitation level E1 of the quantum well layer 73 are reduced.
And the electrons are injected into the quantum well layer 73 by resonance tunneling, and are distributed to the excitation level E1 of each well layer by resonance. However, n on the high potential side
The excitation level E
Since there is no level that resonates with 1 (the energy difference from the conduction band of the n-type AlGaN grading layer 74 on the high potential side is sufficiently large), the electrons in the next-stage quantum well layer 73 on the high potential side depend on the resonance tunnel. Does not leak to the type GaN layer 73b, and does not leak even thermally due to the high energy barrier of the AlN layer 73o, and thus the electrons at the excitation level E1 are confined.

【0028】一方、励起準位E1に注入された電子は光
子を放出して基底準位E0に遷移する。一方、この電界
Eiの下では各井戸層の基底準位E0は高電位側に向か
ってわずかづつ小さくなっており、また、量子井戸層7
3を挟んで高電位側のAlGaNグレーディング層74
の伝導帯はn型GaN井戸層73nの基底準位よりもわ
ずかに低くなる。従って基底準位E0の電子はトンネル
によって高速にAlGaNグレーディング層74に抜け
出ることができる。抜け出た電子は次の量子井戸層73
の励起準位E1に注入され、再び光子を放出する。
On the other hand, the electrons injected into the excitation level E1 emit photons and transition to the ground level E0. On the other hand, under this electric field Ei, the ground level E0 of each well layer gradually decreases toward the higher potential side.
AlGaN grading layer 74 on the high potential side
Is slightly lower than the ground level of the n-type GaN well layer 73n. Therefore, electrons at the ground level E0 can escape to the AlGaN grading layer 74 at high speed by tunneling. The escaped electrons are transmitted to the next quantum well layer 73.
And emits photons again.

【0029】このように、励起準位E1の電子は閉じ込
められ、基底準位E0の電子は高電位側に抜け出るの
で、両準位間で分布反転が実現し、カスケードレーザ動
作が可能となる。
As described above, the electrons at the excitation level E1 are confined, and the electrons at the ground level E0 escape to the high potential side, so that the distribution inversion between the two levels is realized, and the cascade laser operation becomes possible.

【0030】このとき、各量子井戸のエネルギー障壁が
わずかづつ異なっているので、励起準位E1から基底準
位E0へのサブバンド間遷移エネルギーΔEs(発振波
長)が井戸層毎に異なることになり、誘導放出利得帯域
を広く取ることができる。本実施形態の場合、約1.4
5μmから約1.65μmまで利得帯域がある。 (サブバンド間吸収層の作用)InGaN/AlGaN
多重量子井戸層4では、このInの組成を段階的に変え
た構造により、各量子井戸のサブバンド間エネルギーを
少しずつ異ならせているので、サブバンド間吸収のスペ
クトル幅を広くすることができる。
At this time, since the energy barrier of each quantum well is slightly different, the inter-subband transition energy ΔEs (oscillation wavelength) from the excitation level E1 to the ground level E0 is different for each well layer. In addition, the stimulated emission gain band can be widened. In the case of the present embodiment, about 1.4
There is a gain band from 5 μm to about 1.65 μm. (Function of Intersubband Absorption Layer) InGaN / AlGaN
In the multiple quantum well layer 4, since the inter-subband energy of each quantum well is made slightly different by the structure in which the composition of In is changed stepwise, the spectrum width of the intersubband absorption can be widened. .

【0031】また、両電極10,11間に電圧を印加す
ることにより、サブバンド吸収層としてのInGaN/
AlGaN多重量子井戸層4に電界を印加できる。この
とき、電界の大きさを変えることにより、吸収層の吸収
波長や吸収係数などを調整できる。例えば各井戸内の電
子は薄い障壁層を隔てて緩く結合しているので、電界の
印加により多重量子井戸内の電子分布が変化し、電子が
多く分布する井戸に共鳴する光に対しては吸収係数が大
きくなり、逆に電子の少ない井戸に共鳴する光に対して
は吸収係数が小さくなる。 (非線形光デバイス全体の作用)本実施の形態に係る非
線形光デバイスに対し、一方の反射防止膜に光が入射す
ると、活性層7に誘導放出利得が生じるため、この入射
光は増幅されて他方の反射防止膜から出射される。いわ
ゆる進行波型のレーザ増幅器として作用する。
Further, by applying a voltage between the electrodes 10 and 11, the InGaN /
An electric field can be applied to the AlGaN multiple quantum well layer 4. At this time, the absorption wavelength and the absorption coefficient of the absorption layer can be adjusted by changing the magnitude of the electric field. For example, since the electrons in each well are loosely coupled across a thin barrier layer, the application of an electric field changes the electron distribution in the multiple quantum well and absorbs light that resonates in the well where many electrons are distributed. The coefficient increases, and conversely, the absorption coefficient decreases for light that resonates with a well having few electrons. (Operation of Entire Nonlinear Optical Device) In the nonlinear optical device according to the present embodiment, when light is incident on one antireflection film, a stimulated emission gain is generated in the active layer 7. Out of the antireflection film. It functions as a so-called traveling wave type laser amplifier.

【0032】このとき、入射光の一部は、n型InGa
N/アンドープAlGaN多重量子井戸層4にしみ出す
ため、多重量子井戸内の電子分布に応じて吸収され、多
重量子井戸内のサブバンドの電子を励起させる。このた
め、サブバンド間のキャリア分布が変化し、光導波路の
吸収係数と屈折率を変化させる。
At this time, part of the incident light is n-type InGa
Since the N / undoped AlGaN multiple quantum well layer 4 oozes out, it is absorbed in accordance with the electron distribution in the multiple quantum well and excites subband electrons in the multiple quantum well. Therefore, the carrier distribution between the subbands changes, and the absorption coefficient and the refractive index of the optical waveguide change.

【0033】ここで、入射光がある周波数をもつ光の場
合、光が無くなるときにサブバンド間の電子遷移が生じ
る。通常、サブバンド間遷移の緩和時間は数10fs〜
数100fsと超高速のため、本実施の形態に係る非線
形光デバイスは、超高速の光非線形効果を奏することが
できる。なお、この種の超高速の光非線形効果は、例え
ば4光波混合(four-wave mixing: FWM)を生じさせ
ることができ、種々の光デバイスに応用することが期待
できるものである。
Here, in the case of incident light having a certain frequency, electronic transition between subbands occurs when light disappears. Normally, the relaxation time of the transition between subbands is several tens fs or more.
Because of the ultra-high speed of several hundred fs, the nonlinear optical device according to the present embodiment can exhibit an ultra-high-speed optical nonlinear effect. This kind of ultra-high-speed nonlinear optical effect can generate, for example, four-wave mixing (FWM), and is expected to be applied to various optical devices.

【0034】上述したように第1の実施の形態によれ
ば、光導波路2内の活性層7としては、自己の各量子井
戸のエネルギー障壁の大きさが、多重量子井戸構造に印
加される電界の方向に沿って等しいか又は減少している
ので、井戸層毎のサブバンド間エネルギーΔEsがこの
方向に沿って減少し、また、電界未印加時の基底準位E
0及び励起準位E1の高さも減少するが、このとき、所
定の電界Eiが印加されると、励起準位E1のエネルギ
ー値がほぼ等しくなり、電子が共鳴トンネルによって各
井戸層の励起準位E1に分布して閉じ込められ、また各
井戸層の電子が光を放出して基底準位E0に遷移すると
共に基底準位E0から次の井戸層の基底準位E0に共鳴
トンネルにより抜け出るので、分布反転が実現してレー
ザ動作が可能となり、また、サブバンド間エネルギーΔ
Esが井戸層毎に異なるので、利得帯域幅が広くなり、
もって、広い帯域利得幅と高い応答速度とを実現するこ
とができる。
As described above, according to the first embodiment, as the active layer 7 in the optical waveguide 2, the size of the energy barrier of each quantum well is determined by the electric field applied to the multiple quantum well structure. , The inter-subband energy ΔEs for each well layer decreases along this direction, and the ground level E when no electric field is applied.
However, when a predetermined electric field Ei is applied, the energy level of the excitation level E1 becomes substantially equal, and electrons are excited by the resonance tunnel to the excitation level of each well layer. It is distributed and confined in E1, and electrons in each well layer emit light to transition to the ground level E0 and escape from the ground level E0 to the ground level E0 of the next well layer by a resonance tunnel. Inversion is realized and laser operation becomes possible, and the energy Δ
Since Es is different for each well layer, the gain bandwidth is widened,
Thus, a wide bandwidth gain and a high response speed can be realized.

【0035】また、各層が窒化物系化合物半導体層によ
り形成されるため、高いエネルギーをもつ障壁層を容易
に形成でき、さらに、レーザ増幅器とサブバンド間吸収
層との一体化構造であっても、異種半導体間の直接接着
という複雑な工程を用いず、一度のエピタキシャル成長
という、簡便な製造工程にて実現させることができる。
Further, since each layer is formed of a nitride-based compound semiconductor layer, a barrier layer having high energy can be easily formed, and even if the laser amplifier and the inter-subband absorption layer have an integrated structure. It can be realized by a simple manufacturing process of one-time epitaxial growth without using a complicated process of direct bonding between different kinds of semiconductors.

【0036】また、本実施の形態に係る非線形光デバイ
スは、超高速で大きな光非線形効果を奏することがで
き、種々の光デバイスへの応用を期待することができ
る。 (第2の実施の形態)次に、本発明の第2の実施の形態
に係る非線形光デバイスについて図1乃至図3を参照し
ながら説明する。
Further, the nonlinear optical device according to the present embodiment can exhibit a large optical nonlinear effect at a very high speed, and can be expected to be applied to various optical devices. (Second Embodiment) Next, a nonlinear optical device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0037】すなわち、本実施の形態に係る非線形光デ
バイスは、第1の実施形態の変形構成であり、多重量子
井戸層73における障壁層及び井戸層の両方の組成を変
化させた構成であって、具体的には図6に示すように、
活性層7に代えて、Alの組成の異なるAlGaN障壁
層と、Inの組成の異なるInGaN井戸層を有するレ
ーザ活性層270を備えている。
That is, the nonlinear optical device according to the present embodiment is a modification of the first embodiment, in which the composition of both the barrier layer and the well layer in the multiple quantum well layer 73 is changed. Specifically, as shown in FIG.
Instead of the active layer 7, a laser active layer 270 having an AlGaN barrier layer having a different Al composition and an InGaN well layer having a different In composition is provided.

【0038】ここで、レーザ活性層270は、図6に示
すように、100nm厚のn型GaN層271、Alの
割合を0から0.45まで連続的に変化させた460n
m厚のn型AlGaNグレーディング層272、及びア
ンドープAlGaN/アンドープInGaN量子井戸層
273が積層されている。
Here, as shown in FIG. 6, the laser active layer 270 has an n-type GaN layer 271 having a thickness of 100 nm, and a 460 n layer in which the ratio of Al is continuously changed from 0 to 0.45.
An m-type n-type AlGaN grading layer 272 and an undoped AlGaN / undoped InGaN quantum well layer 273 are stacked.

【0039】量子井戸層273は、具体的には、Al
0.67Ga0.33N障壁層273a、GaN井戸層273
b、Al0.67Ga0.33N障壁層273c、n型In0.02
Ga0.98N井戸層273d、Al0.76Ga0.24N障壁層
273e、n型In0.03Ga0.97N井戸層273f、A
0.76Ga0.24N障壁層273g、n型In0.04Ga
0.96N井戸層273h、AlO.86Ga0.14N障壁層27
3i、n型In0.06Ga0.94N井戸層273j、Al
O.86Ga0.14N障壁層273k、n型In0.07Ga0.93
N井戸層273l、AlO.97Ga0.03N障壁層273
m、n型In0.08Ga0.92N井戸層273n、AlO.97
Ga0.03N障壁層273oが順次積層されている。
The quantum well layer 273 is specifically made of Al
0.67 Ga 0.33 N barrier layer 273 a, GaN well layer 273
b, Al 0.67 Ga 0.33 N barrier layer 273c, n-type In 0.02
Ga 0.98 N well layer 273d, Al 0.76 Ga 0.24 N barrier layer 273e, n-type In 0.03 Ga 0.97 N well layer 273f, A
l 0.76 Ga 0.24 N barrier layer 273 g, n-type In 0.04 Ga
0.96 N well layer 273 h, Al O.86 Ga 0.14 N barrier layer 27
3i, n-type In 0.06 Ga 0.94 N well layer 273j, Al
O.86 Ga 0.14 N barrier layer 273k, n-type In 0.07 Ga 0.93
N well layer 273l, Al O.97 Ga 0.03 N barrier layer 273
m, n-type In 0.08 Ga 0.92 N well layer 273n, Al O.97
Ga 0.03 N barrier layers 273o are sequentially stacked.

【0040】各井戸層のエネルギー障壁値は積層順に順
次等しいかもしくは増大している。また、各層273a
〜273oの厚さは7モノレイヤーであり、材料が異な
るために格子定数の違いに対応して、井戸層は順次少し
ずつ厚くなり、障壁層は少しずつ薄くなっている。
The energy barrier value of each well layer is sequentially equal or increases in the order of stacking. In addition, each layer 273a
The thickness of 27273o is 7 monolayers, and the well layer is gradually thickened and the barrier layer is gradually thinned in correspondence with the difference in lattice constant due to the different materials.

【0041】量子井戸層273の上には、Alの割合を
0.08から0.45まで連続的に変化させた374n
m厚のn型AlGaNグレーディング層274が積層さ
れる。
On the quantum well layer 273, 374n in which the ratio of Al is continuously changed from 0.08 to 0.45
An m-type n-type AlGaN grading layer 274 is stacked.

【0042】AlGaN/InGaN量子井戸層273
とn型AlGaNグレーディング層274との組合せは
合計25組順次積層される。25組目のAlGaN/G
aN量子井戸層273の上には、100nm厚のn型G
aN層275及びn型AlAsクラッド層276が形成
されている。
AlGaN / InGaN quantum well layer 273
And the n-type AlGaN grading layer 274 are sequentially laminated in a total of 25 sets. 25th set of AlGaN / G
On the aN quantum well layer 273, an n-type G
An aN layer 275 and an n-type AlAs cladding layer 276 are formed.

【0043】次に、以上のように構成された非線形光デ
バイスの作用を説明する。活性層7に22kV/cmの
電界を印加するように、電極10を低電位として両電極
9,電極10間に電圧を印加する。すなわち、井戸のエ
ネルギー障壁が小さく、障壁層の厚さが厚い側が低電位
になるように印加する。
Next, the operation of the nonlinear optical device configured as described above will be described. The electrode 10 is set to a low potential and a voltage is applied between the electrodes 9 and 10 so that an electric field of 22 kV / cm is applied to the active layer 7. That is, the application is performed such that the energy barrier of the well is small and the potential of the side where the thickness of the barrier layer is thick is low.

【0044】これにより、n型AlGaNグレーディン
グ層272,274の伝導帯Ecと量子井戸層273の
励起準位E1のエネルギー値が一致し、電子は共鳴トン
ネルによって、量子井戸層273に注入される。
As a result, the conduction band Ec of the n-type AlGaN grading layers 272 and 274 matches the energy value of the excitation level E1 of the quantum well layer 273, and electrons are injected into the quantum well layer 273 by a resonance tunnel.

【0045】以下、前述同様に、利得帯域の広いカスケ
ードレーザ動作を実現することができる。なお、本実施
の形態に係る非線形光デバイスでは、約1.43μmか
ら約1.65μmまで利得帯域があった。
Hereinafter, a cascade laser operation with a wide gain band can be realized as described above. Note that the nonlinear optical device according to the present embodiment has a gain band from about 1.43 μm to about 1.65 μm.

【0046】上述したように第2の実施の形態によれ
ば、活性層において、障壁層と井戸層との両層の組成を
変化させた構成としても、第1の実施の形態と同様の効
果を得ることができる。(他の実施の形態)なお、上記
第1の実施の形態では、電極10,11間に電圧を印加
した場合を説明したが、これに限らず、電極11と電極
10とを等電位にしてもよく、また、電極11を省略し
てもよい。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲
で種々変形して実施できる。
As described above, according to the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained by changing the composition of both the barrier layer and the well layer in the active layer. Can be obtained. (Other Embodiments) In the first embodiment, the case where a voltage is applied between the electrodes 10 and 11 has been described. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, the electrode 11 may be omitted. In addition, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the scope of the invention.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように請求項1の発明によ
れば、光導波路内の活性層としては、自己の各量子井戸
のエネルギー障壁の大きさが、多重量子井戸構造に印加
される電界の方向に沿って等しいか又は減少しているの
で、井戸層毎のサブバンド間エネルギーがこの方向に沿
って減少し、また、電界未印加時の基底準位及び励起準
位の高さも減少するが、このとき、所定の電界が印加さ
れると、励起準位のエネルギー値がほぼ等しくなり、電
子が共鳴トンネルによって各井戸層の励起準位に分布し
て閉じ込められ、また各井戸層の電子が光を放出して基
底準位に遷移すると共に基底準位から次の井戸層の基底
準位に共鳴トンネルにより抜け出るので、分布反転が実
現してレーザ動作が可能となり、また、サブバンド間エ
ネルギーが井戸層毎に異なるので、利得帯域幅が広くな
り、もって、広い帯域利得幅と高い応答速度とを実現で
きる非線形光デバイスを提供できる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, as the active layer in the optical waveguide, the size of the energy barrier of each of the quantum wells is determined by the electric field applied to the multiple quantum well structure. , The inter-subband energy for each well layer decreases along this direction, and the heights of the ground level and the excitation level when no electric field is applied also decrease. However, at this time, when a predetermined electric field is applied, the energy values of the excited levels become substantially equal, the electrons are distributed and confined in the excited levels of each well layer by the resonance tunnel, and the electrons of each well layer are confined. Emits light and transitions to the ground level, and escapes from the ground level to the ground level of the next well layer by resonance tunneling, thereby realizing laser inversion by realizing distribution inversion and energy between subbands. Is a well layer Different since the gain bandwidth becomes wider, with it, can provide a nonlinear optical device capable of realizing a broad band gain width and a high response speed.

【0048】また、請求項2の発明によれば、光導波路
内の活性層としては、窒化物系化合物半導体層からな
り、自己の各量子井戸のエネルギー障壁の大きさが、多
重量子井戸構造に印加される電界の方向に沿って等しい
か又は減少し、且つ自己の各量子井戸を形成する障壁層
の厚さが、前記多重量子井戸構造に印加される電界の方
向に沿って等しいか又は増加するように形成されている
ので、請求項1の効果に加え、窒化物系化合物半導体層
により形成されるため、簡便な製造工程にて実現できる
非線形光デバイスを提供できる。
According to the second aspect of the present invention, the active layer in the optical waveguide is formed of a nitride-based compound semiconductor layer, and the size of the energy barrier of each quantum well is reduced to a multiple quantum well structure. The thickness of the barrier layer forming each quantum well is equal or decreases along the direction of the applied electric field, and is equal or increases along the direction of the electric field applied to the multiple quantum well structure. Therefore, in addition to the effect of the first aspect, the nonlinear optical device which can be realized by a simple manufacturing process can be provided because the device is formed by the nitride-based compound semiconductor layer.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態に係る非線形光デバ
イスの全体構成を示す斜視図
FIG. 1 is a perspective view showing an entire configuration of a nonlinear optical device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同実施の形態における非線形光デバイスの層構
成を示す断面図
FIG. 2 is a sectional view showing a layer configuration of the nonlinear optical device in the embodiment.

【図3】同実施の形態におけるレーザ活性層の構成を示
す断面図
FIG. 3 is a sectional view showing a configuration of a laser active layer in the embodiment.

【図4】同実施の形態における動作を説明するための電
界未印加時のエネルギーバンド図
FIG. 4 is an energy band diagram when an electric field is not applied for explaining the operation in the embodiment.

【図5】同実施の形態における動作を説明するための電
界印加時のエネルギーバンド図
FIG. 5 is an energy band diagram at the time of applying an electric field for explaining the operation in the embodiment.

【図6】本発明の第2の実施の形態に係るレーザ活性層
の構成を示す断面図
FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of a laser active layer according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…サファイア基板 2…光導波路 3…n型AlGaNクラッド層 4…n型InGaN/アンドープAlGaN多重量子井
戸層 5…アンドープGaN層 6…n型GaN層 7,270…レーザ活性層 8…n型GaN層 9〜11…電極 12…反射防止膜 71,271…n型GaN 72,74,272,274…n型AlGaNグレーデ
ィング層 73,273…アンドープAlGaN/アンドープGa
N量子井戸層 73a,73c,273a,273c…Al0.67Ga
0.33N障壁層 73b,73d,73f,73h,73j,73l,7
3n,273b…GaN井戸層 73e,73g,73i,73k…Al0.78Ga0.22
障壁層 73i,73k…AlO.89Ga0.11N障壁層 73m,73o…AlN障壁層 75,275…n型GaN 76,276…n型AlAsクラッド層 273d…n型In0.02Ga0.98N井戸層 273e,273g…Al0.76Ga0.24N障壁層 273f…n型In0.03Ga0.97N井戸層 273h…n型In0.04Ga0.96N井戸層 273i,273k…AlO.86Ga0.14N障壁層 273j…n型In0.06Ga0.94N井戸層 273l…n型In0.07Ga0.93N井戸層 273m,273o…AlO.97Ga0.03N障壁層 273n…n型In0.08Ga0.92N井戸層 ΔEs…サブバンド間エネルギー E0…基底準位 E1…励起準位 Ei…電界
REFERENCE SIGNS LIST 1 sapphire substrate 2 optical waveguide 3 n-type AlGaN cladding layer 4 n-type InGaN / undoped AlGaN multiple quantum well layer 5 undoped GaN layer 6 n-type GaN layer 7, 270 laser active layer 8 n-type GaN Layers 9 to 11 Electrode 12 Antireflection film 71, 271 n-type GaN 72, 74, 272, 274 n-type AlGaN grading layer 73, 273 undoped AlGaN / undoped Ga
N quantum well layers 73a, 73c, 273a, 273c... Al 0.67 Ga
0.33 N barrier layers 73b, 73d, 73f, 73h, 73j, 73l, 7
3n, 273b: GaN well layer 73e, 73g, 73i, 73k: Al 0.78 Ga 0.22 N
Barrier layers 73i, 73k ... Al O.89 Ga 0.11 N barrier layers 73m, 73o ... AlN barrier layers 75, 275 ... n-type GaN 76, 276 ... n-type AlAs cladding layers 273d ... n-type In 0.02 Ga 0.98 N well layers 273e , 273g ... Al 0.76 Ga 0.24 n barrier layer 273 f ... n-type In 0.03 Ga 0.97 n well layer 273h ... n-type In 0.04 Ga 0.96 n well layer 273i, 273k ... Al O.86 Ga 0.14 n barrier layer 273j ... n-type In 0.06 Ga 0.94 N well layer 273l ... n-type In 0.07 Ga 0.93 N well layer 273m, 273o ... Al O.97 Ga 0.03 N barrier layer 273n ... n-type In 0.08 Ga 0.92 N well layer ΔEs: inter-subband energy E0 Level E1: Excited level Ei: Electric field

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光導波路と、前記光導波路の一部に形成
された複数の量子井戸からなる多重量子井戸構造と、前
記多重量子井戸構造の少なくとも一部の各量子井戸によ
り構成され、サブバンド間遷移による光誘導放出を生じ
る活性層とを備えた非線形光デバイスであって、 前記活性層は、自己の各量子井戸のエネルギー障壁の大
きさが、前記多重量子井戸構造に印加される電界の方向
に沿って等しいか又は減少するように形成されることを
特徴とする非線形光デバイス。
An optical waveguide, a multiple quantum well structure including a plurality of quantum wells formed in a part of the optical waveguide, and at least a part of each quantum well of the multiple quantum well structure; An active layer that generates light-induced emission by transition between the active layer, the active layer, the size of the energy barrier of each quantum well of its own, the electric field applied to the multiple quantum well structure A nonlinear optical device characterized by being formed to be equal or decreasing along a direction.
【請求項2】 光導波路と、前記光導波路の一部に形成
された複数の量子井戸からなる多重量子井戸構造と、前
記多重量子井戸構造の少なくとも一部の各量子井戸によ
り構成され、サブバンド間遷移による光誘導放出を生じ
る活性層とを備えた非線形光デバイスであって、 前記活性層は、自己の各量子井戸のエネルギー障壁の大
きさが、前記多重量子井戸構造に印加される電界の方向
に沿って等しいか又は減少するように形成され、且つ、
自己の各量子井戸を形成する障壁層の厚さが、前記多重
量子井戸構造に印加される電界の方向に沿って等しいか
又は増加するように形成された窒化物系化合物半導体層
であることを特徴とする非線形光デバイス。
2. A sub-band comprising an optical waveguide, a multiple quantum well structure comprising a plurality of quantum wells formed in a part of the optical waveguide, and each quantum well of at least a part of the multiple quantum well structure. An active layer that generates light-induced emission by transition between the active layer, the active layer, the size of the energy barrier of each quantum well of its own, the electric field applied to the multiple quantum well structure Formed to be equal or decreasing along the direction, and
The thickness of the barrier layer forming each of the quantum wells is a nitride-based compound semiconductor layer formed so as to be equal or increase along the direction of the electric field applied to the multiple quantum well structure. Characteristic nonlinear optical device.
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