JPS59116612A - 光変調器 - Google Patents
光変調器Info
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- JPS59116612A JPS59116612A JP57232519A JP23251982A JPS59116612A JP S59116612 A JPS59116612 A JP S59116612A JP 57232519 A JP57232519 A JP 57232519A JP 23251982 A JP23251982 A JP 23251982A JP S59116612 A JPS59116612 A JP S59116612A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は超格子を利用した光変調器に関する。
光通信のみならず広い光応用において、光の強さや位相
全電気信号で変化させる光変調器は電装で、より小型で
より変調感度の扁い、広帯填な光変調器が求められてい
る。
全電気信号で変化させる光変調器は電装で、より小型で
より変調感度の扁い、広帯填な光変調器が求められてい
る。
例えば、光通４ｎにおいては半導体レーザの電流全変化
はせて発振出力や発振周波数を変化させているが、この
方法でケよ安定な変調が可能な周波数は半導体レーザの
共振現象などにより数ＧＨｚ以下に止まる。これに対し
てＧａＡｓ−ＩＣやジョセフソン接合ＩＣば１ｏｏｐｓ
以Ｔのパルス全取扱うから、半導体レーザの直接゛市原
変調では対応できない。
はせて発振出力や発振周波数を変化させているが、この
方法でケよ安定な変調が可能な周波数は半導体レーザの
共振現象などにより数ＧＨｚ以下に止まる。これに対し
てＧａＡｓ−ＩＣやジョセフソン接合ＩＣば１ｏｏｐｓ
以Ｔのパルス全取扱うから、半導体レーザの直接゛市原
変調では対応できない。
また半導体レーザのコヒーレンスの同上、発掘屑波数の
安定化技術の同上は光フェーズドアレイアンテナなどの
実現を期待させるが、これには高感度な位相シフタ（位
相変調器）が必要となる。
安定化技術の同上は光フェーズドアレイアンテナなどの
実現を期待させるが、これには高感度な位相シフタ（位
相変調器）が必要となる。
以上の如き新技術領域に対して適合できる光変調技術は
、集積化を可能とする条件と合せて超小型で小静電容量
、且つ変調感度の高いことが必要で、従来の材料、方法
では難しい。
、集積化を可能とする条件と合せて超小型で小静電容量
、且つ変調感度の高いことが必要で、従来の材料、方法
では難しい。
本発明は以上の点に鑑み、超格子を利用した変調感度の
高い光変調器を提供することを目的とする。
高い光変調器を提供することを目的とする。
本発明は超格子におけるエキシトン準位の消滅を電界に
より制御として、エキシトン準位に伴なう光吸収、屈折
率金高感度に変化させて変調感度の高い光変調器を実現
する。
より制御として、エキシトン準位に伴なう光吸収、屈折
率金高感度に変化させて変調感度の高い光変調器を実現
する。
即ち、本発明に係る光変調器は、第１の半導体薄膜とこ
れに比して電子親和力が小さくバンドギャップの大きな
第２０半擲体薄膜とを超薄膜化して交互に積層して超格
子構造をつくり、この超格子に垂直な電界を加える。
れに比して電子親和力が小さくバンドギャップの大きな
第２０半擲体薄膜とを超薄膜化して交互に積層して超格
子構造をつくり、この超格子に垂直な電界を加える。
いま、第１の半導体薄膜を十分薄くすると、ここに閉じ
込められるキャリア（電子、正孔）の厚み方向の距離は
、エキシトン直径程度以下となり、エキシトンの存在確
率は増加しまた２次元磁子（正孔）ガスでのエキシトン
結合エネルギーもバルク中に比して増大する。このため
常温でも十分なエキシトン準位が観測されるようになる
。このとき超格子に垂直な電界を加えると、伝導帯の′
４子の感じるポテンシャル障壁の厚きは減少し、゛電子
はトンネル効果により第１０半尋体薄膜中から離脱しは
じめ、エキシトンは破壊される。これによりエキシトン
準位は消滅し、その吸収および屈折率へのを与が変化す
る結果光変調が可能となる。
込められるキャリア（電子、正孔）の厚み方向の距離は
、エキシトン直径程度以下となり、エキシトンの存在確
率は増加しまた２次元磁子（正孔）ガスでのエキシトン
結合エネルギーもバルク中に比して増大する。このため
常温でも十分なエキシトン準位が観測されるようになる
。このとき超格子に垂直な電界を加えると、伝導帯の′
４子の感じるポテンシャル障壁の厚きは減少し、゛電子
はトンネル効果により第１０半尋体薄膜中から離脱しは
じめ、エキシトンは破壊される。これによりエキシトン
準位は消滅し、その吸収および屈折率へのを与が変化す
る結果光変調が可能となる。
エキシトン準位の振動強度をつよくするには、超格子は
低不純物礫度とすることが必要で、全体構造はｐｉｎ構
造とし逆バイアスで動作させる。すなわちｐｉｎ構造の
１層が超格子層になっていて、空乏層を形成するように
構成する。こうしてこの超格子に光波を入射して透過な
いし反射させれば、電界によってそれぞれ強度ないし位
相が変化することになり、光変調器となる。
低不純物礫度とすることが必要で、全体構造はｐｉｎ構
造とし逆バイアスで動作させる。すなわちｐｉｎ構造の
１層が超格子層になっていて、空乏層を形成するように
構成する。こうしてこの超格子に光波を入射して透過な
いし反射させれば、電界によってそれぞれ強度ないし位
相が変化することになり、光変調器となる。
均一な半導体ではエキシトンの結合エネルギーは一般に
は数ＦＩＩＶで低温でしか観測されない。
は数ＦＩＩＶで低温でしか観測されない。
しかし超格子ではエキシトンの結合エネルギーが大きく
、常温でも観測される。一方エキシトンの破壊は従来、
数ｖ／ ｃｍの電界で不純物を活性化して発生したキャ
リアのデバイ遮へい効果により電子と正孔のクーロン力
による相互作用を弱める方法であったが、この方法は常
温では適用し難い。また均一半導体でのエキシトンの電
界による直接破壊は１０”Ｖ／ｃｍ程度で可能であった
が、超格子のエキシトンの結合エネルギーは大きく、よ
り大きな電界強度が必要となる。
、常温でも観測される。一方エキシトンの破壊は従来、
数ｖ／ ｃｍの電界で不純物を活性化して発生したキャ
リアのデバイ遮へい効果により電子と正孔のクーロン力
による相互作用を弱める方法であったが、この方法は常
温では適用し難い。また均一半導体でのエキシトンの電
界による直接破壊は１０”Ｖ／ｃｍ程度で可能であった
が、超格子のエキシトンの結合エネルギーは大きく、よ
り大きな電界強度が必要となる。
本発明ではエキシトンの閉じ込められる＠１の半導体薄
膜を薄くして、電界による超格子のへテロ界面ポテンシ
ャル障壁厚の減少によりトンネル効果で電子を第１の半
導体薄膜より離脱させエキシトンを破壊する。従って本
発明によれば、電界のないときのエキシトン準位の振動
強度を大きくしたまま、しかも常温で容易に破壊するこ
とが可能となり、高い光変調感度が得られることになる
。
膜を薄くして、電界による超格子のへテロ界面ポテンシ
ャル障壁厚の減少によりトンネル効果で電子を第１の半
導体薄膜より離脱させエキシトンを破壊する。従って本
発明によれば、電界のないときのエキシトン準位の振動
強度を大きくしたまま、しかも常温で容易に破壊するこ
とが可能となり、高い光変調感度が得られることになる
。
以下、実施例をあげて本発明の詳細な説明する。第１図
は本発明の実施例の概念構成図である。本実施例は位相
変調器の例である。Ｐ型ＧａＡｌ１基板１を用い、この
上に不純物濃度が十分低いほぼ真性（ｉ型）のＧ ａ
ｘ Ａｌｘ−Ｘ Ａｓ％ＩＬ’Ｎ２ （２＋ ｌ ２
２ ＋”・＋ ２Ｎ ）とＧａＡｓ１膜３（３ｔ ｔ
３２＋・・・１３Ｎ）を交互に積層して超格子を構成し
、最上部にｎ型ＧａＡｓ層４を設けてｐｉｎｋ造として
いる。両面には電極５，６を設けて制唾岨源７から逆バ
イアスを印加するようになっている。ＧａＡａ薄膜３は
超格子に生ずるエキシトンの直径と同程度以下の厚みと
し、またＧ ａ ｘ Ａ Ｊ Ｈ−Ｘ Ａ ａ ａ Ｎ
２の膜厚はＧａＡｓ薄膜３に閉じ込められる電子、正
孔の波動函数があまりムならないでエキシトンが超格子
の垂直方向に移動できない様に選ぶ。例えばＸ−０、３
程度のときには、ＧａｘＡｌ、−ｘ Ａｓ薄膜２の厚さ
は１００λ以上あれば、ＧａＡｓ薄膜３の膜厚２００λ
以下に対して、電子（正孔）は各々２次元電子（正孔）
ガスとなる。この状態でのエキシトン軌道半径はエキシ
トン準位の伝導帯底からの下がり分（結合エネルギー）
Ｋよッテ定マる。均一なＧａＡ３でのエキシトン軌道半
径は約１００Ｘで、結合エネルギーは３〜４ ｍｅＶで
あることから、常温で観測可能なエキシトン結合エネル
ギーから軌道半径は５０人程度以下と推定される。
は本発明の実施例の概念構成図である。本実施例は位相
変調器の例である。Ｐ型ＧａＡｌ１基板１を用い、この
上に不純物濃度が十分低いほぼ真性（ｉ型）のＧ ａ
ｘ Ａｌｘ−Ｘ Ａｓ％ＩＬ’Ｎ２ （２＋ ｌ ２
２ ＋”・＋ ２Ｎ ）とＧａＡｓ１膜３（３ｔ ｔ
３２＋・・・１３Ｎ）を交互に積層して超格子を構成し
、最上部にｎ型ＧａＡｓ層４を設けてｐｉｎｋ造として
いる。両面には電極５，６を設けて制唾岨源７から逆バ
イアスを印加するようになっている。ＧａＡａ薄膜３は
超格子に生ずるエキシトンの直径と同程度以下の厚みと
し、またＧ ａ ｘ Ａ Ｊ Ｈ−Ｘ Ａ ａ ａ Ｎ
２の膜厚はＧａＡｓ薄膜３に閉じ込められる電子、正
孔の波動函数があまりムならないでエキシトンが超格子
の垂直方向に移動できない様に選ぶ。例えばＸ−０、３
程度のときには、ＧａｘＡｌ、−ｘ Ａｓ薄膜２の厚さ
は１００λ以上あれば、ＧａＡｓ薄膜３の膜厚２００λ
以下に対して、電子（正孔）は各々２次元電子（正孔）
ガスとなる。この状態でのエキシトン軌道半径はエキシ
トン準位の伝導帯底からの下がり分（結合エネルギー）
Ｋよッテ定マる。均一なＧａＡ３でのエキシトン軌道半
径は約１００Ｘで、結合エネルギーは３〜４ ｍｅＶで
あることから、常温で観測可能なエキシトン結合エネル
ギーから軌道半径は５０人程度以下と推定される。
このような構成として、制？ＡＪ Ｎ源７から電界を印
加すれば、エキシトンを形成するＧａ Ａｓ薄Ｐａ３の
電子はポテンシャル障壁が実効的に薄くなることでトン
ネルしやすくなり、エキシトン準位が消滅する。
加すれば、エキシトンを形成するＧａ Ａｓ薄Ｐａ３の
電子はポテンシャル障壁が実効的に薄くなることでトン
ネルしやすくなり、エキシトン準位が消滅する。
第２図（ａ） 、 （ｂ） Ｖｉミニキシトン位の消滅
に伴う屈折率および吸収率の変化の概念図を示す。実線
がエキシトン準位の存在時、破線が消滅時である。厳密
にはＫｒａｍｅｒａ −Ｋｎｏｎｉｇの関係で求められ
る。従って第１図の超格子にエキシトン準位に近く且つ
長波長の入力光８を入れると、これに対して大きな屈折
率糺化を得ることができ、位相変調を受けた透過ω力先
９を得ることができる。
に伴う屈折率および吸収率の変化の概念図を示す。実線
がエキシトン準位の存在時、破線が消滅時である。厳密
にはＫｒａｍｅｒａ −Ｋｎｏｎｉｇの関係で求められ
る。従って第１図の超格子にエキシトン準位に近く且つ
長波長の入力光８を入れると、これに対して大きな屈折
率糺化を得ることができ、位相変調を受けた透過ω力先
９を得ることができる。
上記実施例は透過光を出力光とするものであったが、反
射光を出力光としてもよい。また第２図（ｂｌの吸収率
変化を利用すれば振幅変調が可能である。
射光を出力光としてもよい。また第２図（ｂｌの吸収率
変化を利用すれば振幅変調が可能である。
第１図は本発明の一実施例の光友調器を示す図、第２図
（ａｌ 、 ｆｂ）はエキシトン帖位の存在時及び消滅
時のそれぞれ屈折率と吸収率のフォトンエネルギー依存
性を示す図である。 １ ・Ｐ型Ｇａ Ａｓ基板、２（２１，２□、・・・。 ｚ Ｎ）−・ｌ型Ｇａｘ Ａ＃１−ｘ Ａａ 薄膜（第
２の半導体薄膜）、３ （３１１３２ｔ”’＋ ３Ｎ
）””型ＧａＡ ｓ薄膜（第１の半導体薄膜）、４・・
・ｎ型ＧａＡｓ層、５．６・・・電極、７・・・制御電
源、８・・・入力光、９・・・出力光。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦−’／ 第１図 第２図 フォトンエネルギ゛− フォトンエネルギー
（ａｌ 、 ｆｂ）はエキシトン帖位の存在時及び消滅
時のそれぞれ屈折率と吸収率のフォトンエネルギー依存
性を示す図である。 １ ・Ｐ型Ｇａ Ａｓ基板、２（２１，２□、・・・。 ｚ Ｎ）−・ｌ型Ｇａｘ Ａ＃１−ｘ Ａａ 薄膜（第
２の半導体薄膜）、３ （３１１３２ｔ”’＋ ３Ｎ
）””型ＧａＡ ｓ薄膜（第１の半導体薄膜）、４・・
・ｎ型ＧａＡｓ層、５．６・・・電極、７・・・制御電
源、８・・・入力光、９・・・出力光。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦−’／ 第１図 第２図 フォトンエネルギ゛− フォトンエネルギー
Claims (2)
- （１） 第１の半導体薄膜とこれより電子親和力が小
さくバンドギャップが大きい第２の半導体薄膜とを父互
に積層して超格子を構成し、これに垂直に電界を印加す
る手段および光波を入射して透過ないし反射させる手段
を備え、前記第１の半導体薄膜の厚さを前記超格子に生
ずるエキシトンの直径と同程度以下とし、かつ前記第２
の半導体ｉｊｌ Ｉｆ！、１のｊリーきを前記第１の半
導体中にキャリアが閉じ込められる様に設定して、前記
’？Ｍ界により前記第１の半導体の電子に対するポテン
シャル障壁’ｔ＃ｔ＜して′電子をトンネルさせること
でエキシトン学位の消滅を制圃するようにしたことを特
徴とする光変調器。 - （２）前記超格子は、前記第１および第２０半導体薄膜
を真性半等体としてその積層構造の上下面にそれぞれＰ
型半導体ｌ―とｎ型半導体層を有するｐｉｎ構造とした
特許請求の範囲第１項記載の光変調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57232519A JPS59116612A (ja) | 1982-12-23 | 1982-12-23 | 光変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57232519A JPS59116612A (ja) | 1982-12-23 | 1982-12-23 | 光変調器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59116612A true JPS59116612A (ja) | 1984-07-05 |
Family
ID=16940596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57232519A Pending JPS59116612A (ja) | 1982-12-23 | 1982-12-23 | 光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59116612A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60500639A (ja) * | 1983-02-28 | 1985-05-02 | アメリカン テレフオン アンド テレグラフ カムパニ− | 多重量子井戸使用による光制御用半導体装置 |
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| JPS61226729A (ja) * | 1985-04-01 | 1986-10-08 | Hitachi Ltd | 光素子およびその製造方法 |
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| JPS62281381A (ja) * | 1986-05-29 | 1987-12-07 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 光半導体素子 |
| JPS6310125A (ja) * | 1986-07-02 | 1988-01-16 | Nec Corp | 平面型光制御素子 |
| JPS6311909A (ja) * | 1985-11-27 | 1988-01-19 | テキサス インスツルメンツ インコ−ポレイテツド | 光変調器 |
| JPS63136580A (ja) * | 1986-11-27 | 1988-06-08 | Nec Corp | 光双安定素子 |
| JPS63148687A (ja) * | 1986-12-12 | 1988-06-21 | Nec Corp | 光デバイスおよび光制御方法 |
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| JPH02239222A (ja) * | 1989-01-26 | 1990-09-21 | Cselt Spa (Cent Stud E Lab Telecomun) | カンタムウエルを有する電気光学的モジユレータ |
| EP0409605A2 (en) * | 1989-07-19 | 1991-01-23 | Fujitsu Limited | Semiconductor optical device having a variable refractive index profile |
-
1982
- 1982-12-23 JP JP57232519A patent/JPS59116612A/ja active Pending
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