JPS61221726A - 光制御素子 - Google Patents
光制御素子Info
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- JPS61221726A JPS61221726A JP6242985A JP6242985A JPS61221726A JP S61221726 A JPS61221726 A JP S61221726A JP 6242985 A JP6242985 A JP 6242985A JP 6242985 A JP6242985 A JP 6242985A JP S61221726 A JPS61221726 A JP S61221726A
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- Japan
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- electric field
- layer
- quantum well
- multiple quantum
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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】
（産業上の利用分野）
本発明は変調、スイッチ動作等を行なうための光制御素
子に関するものである。
子に関するものである。
（従来技術とその問題点）
近年の画像情報等の高速／広帯域の信号を取シ扱う光伝
送ネットワークの構想等により、光伝送システムの高速
／広帯域化への要求が強まっている。現在の光伝送シス
テムで光源として用いられている半導体レーザ（ＬＤ）
は小型で高効率、直接変調が可能等の優れた点を持って
いるが、数ＧＨｚ以上の帯域では直接変調ｏＪ能な周波
数の上限に近づくことや、直接変調時の波長変動等のた
め、次第に直接変調が難しくなってくる。この問題を解
決する一つの方法として直流駆動したＬＤと超高速の外
部変調器を組み合せて用いることが考えられておシ、そ
のため、小型で低電圧駆動可能な超高速外部変調器が求
められている。このような超高速外部変調器を実視する
手段としてはキャリアの移動をともなわない電気光学効
果、７ランツ・ケルディツシュ効果等を利用することが
考えられている。
送ネットワークの構想等により、光伝送システムの高速
／広帯域化への要求が強まっている。現在の光伝送シス
テムで光源として用いられている半導体レーザ（ＬＤ）
は小型で高効率、直接変調が可能等の優れた点を持って
いるが、数ＧＨｚ以上の帯域では直接変調ｏＪ能な周波
数の上限に近づくことや、直接変調時の波長変動等のた
め、次第に直接変調が難しくなってくる。この問題を解
決する一つの方法として直流駆動したＬＤと超高速の外
部変調器を組み合せて用いることが考えられておシ、そ
のため、小型で低電圧駆動可能な超高速外部変調器が求
められている。このような超高速外部変調器を実視する
手段としてはキャリアの移動をともなわない電気光学効
果、７ランツ・ケルディツシュ効果等を利用することが
考えられている。
電気光学効果？利用した変調器ではＬ＋ＮｂＯ５基板上
のＴｉ拡散導波路を用いた分岐干渉型、方向性結合置屋
の進行波電極構造のもので２０ＧＨｚ近い変調帯域が得
られているが、実用的な４層程度以下の変調電圧を得る
ためには１０騙程度以上の素子長が必要となシ、小型化
は難しい。このような変調器については雑誌「アプライ
ド・フィツクス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ） Ｊ第４３巻、１９８３年
９９８〜１００１頁に掲載のＣ，Ｍ、イー（Ｃ，Ｍ、Ｇ
ｅｅ ）他による論文と、雑誌「アイ・イーイー・イー
−ジャーナル・オプ・カンタム・エレクトｏニクス（Ｉ
ＥＥＥ 、 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＱｕａｎｔｍＥｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ） Ｊ第１９巻、１９８３年、１
３３９〜１３４１頁に掲載のＲ，、Ｃ，アルファーネス
（Ｒ，Ｃ，ＡＩｆｅｒｎｅｓｓ）他による論文に於て詳
しく述べられている。
のＴｉ拡散導波路を用いた分岐干渉型、方向性結合置屋
の進行波電極構造のもので２０ＧＨｚ近い変調帯域が得
られているが、実用的な４層程度以下の変調電圧を得る
ためには１０騙程度以上の素子長が必要となシ、小型化
は難しい。このような変調器については雑誌「アプライ
ド・フィツクス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ） Ｊ第４３巻、１９８３年
９９８〜１００１頁に掲載のＣ，Ｍ、イー（Ｃ，Ｍ、Ｇ
ｅｅ ）他による論文と、雑誌「アイ・イーイー・イー
−ジャーナル・オプ・カンタム・エレクトｏニクス（Ｉ
ＥＥＥ 、 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＱｕａｎｔｍＥｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ） Ｊ第１９巻、１９８３年、１
３３９〜１３４１頁に掲載のＲ，、Ｃ，アルファーネス
（Ｒ，Ｃ，ＡＩｆｅｒｎｅｓｓ）他による論文に於て詳
しく述べられている。
一方７ランツ・ケルディツシュ効果を利用したものでは
雑誌「アプライドφフィジクス・レターズ（Ａｐｐｌｉ
ｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ） Ｊ第２８
巻、１９７６年５４４〜５４６頁に掲載のＧ、Ｅ、ステ
イルマン（Ｇ、Ｅ、 Ｓｔｉｌｌｍａｎ ）他の論文で
１語以下の素子で消光比〜２０ｄＢ、立上シ時間Ｉ Ｈ
ｓｅｃ以下という特性が報告されているが、一般に変調
電圧が高く、高速信号の電圧（一般に２層程度以下）を
考えると実際に超高速の変調動作を得ることは難しい。
雑誌「アプライドφフィジクス・レターズ（Ａｐｐｌｉ
ｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ） Ｊ第２８
巻、１９７６年５４４〜５４６頁に掲載のＧ、Ｅ、ステ
イルマン（Ｇ、Ｅ、 Ｓｔｉｌｌｍａｎ ）他の論文で
１語以下の素子で消光比〜２０ｄＢ、立上シ時間Ｉ Ｈ
ｓｅｃ以下という特性が報告されているが、一般に変調
電圧が高く、高速信号の電圧（一般に２層程度以下）を
考えると実際に超高速の変調動作を得ることは難しい。
これに対し１９８４年６月に米国で開かれた「レーザと
電気光学に関する会ｍ ’ ８４ （Ｃｏｎ−＞ｅｒｅ
ｎｃｅｏｎ Ｌａ５ｅｒｓ ａｎｄ ｇｌｅｃｔｒｏ−
Ｏｐｔｉｃｓ ’８４ ） Ｊに於て発表されたＴ、Ｈ
，ウッド（Ｔ、Ｈ，Ｗｃｏｄ）他による論文では通常の
フランツ・ケルディツシュ効果とは異なるＧａＡｌＡｓ
、んａｉｄｓ多重量子井戸構造に於ける電界吸収効果を
利用した変調器により １００ｐｓｅｃ以下の立上、す
、立下り応答を得たことが報告されている。この変調器
の構造、動作原理については雑誌「アプライド・フィツ
クス・レターズ（Ａｐｐ ｌ ｉ ｅｄＰｈｇｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ ） Ｊ ｍ４４巻、１９８４年１６
〜１８頁Ｋｍ載ＯＴ、Ｈ，’？ ｙ ’ｒ’ （Ｔ、、
ｌＬ Ｗｏｏｃｔ ） 他（Ｄ論文（以下文献１）と略
す）で詳しく述べられているが、ここでもその論文をも
とにこの変調器の構造、動作原理について説明する。
電気光学に関する会ｍ ’ ８４ （Ｃｏｎ−＞ｅｒｅ
ｎｃｅｏｎ Ｌａ５ｅｒｓ ａｎｄ ｇｌｅｃｔｒｏ−
Ｏｐｔｉｃｓ ’８４ ） Ｊに於て発表されたＴ、Ｈ
，ウッド（Ｔ、Ｈ，Ｗｃｏｄ）他による論文では通常の
フランツ・ケルディツシュ効果とは異なるＧａＡｌＡｓ
、んａｉｄｓ多重量子井戸構造に於ける電界吸収効果を
利用した変調器により １００ｐｓｅｃ以下の立上、す
、立下り応答を得たことが報告されている。この変調器
の構造、動作原理については雑誌「アプライド・フィツ
クス・レターズ（Ａｐｐ ｌ ｉ ｅｄＰｈｇｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ ） Ｊ ｍ４４巻、１９８４年１６
〜１８頁Ｋｍ載ＯＴ、Ｈ，’？ ｙ ’ｒ’ （Ｔ、、
ｌＬ Ｗｏｏｃｔ ） 他（Ｄ論文（以下文献１）と略
す）で詳しく述べられているが、ここでもその論文をも
とにこの変調器の構造、動作原理について説明する。
第３図は従来既知の電界吸収型光変調器の構造を示すも
のである。ｎ”−ＧａＡｓ基板１の上にｎ”−ＧａＡｓ
バッファ層２ 、 ｎ”−ＡＩＧａＡｓエッチ・スト
ップ層りｎ＋−ＡＩＧａＡｓ／ｊＪａＡｓ超格子コアタ
クト層４．１−ＡＩＧａんＶυ出超格子バッファ属５．
１−ＡＩＧ仏Ｖ′龜ム多重量子井戸層６、ｉ −ＡｌＧ
ａＡｓ／’龜ん超格子バッフ７層７、ｐ”−ＡＩＧａＡ
ｓ／ＧａＡｓ超格子コンタクト層８ 、ｐ”−１（ｊａ
Ａｓコンタクト層９が分子線エピタキシャル（ＭＨＥ）
法によ構成長されている。エピタキシャル層側はｎ″−
ＧａＡｓ基板１迄円柱状にエツチングされ、メサ型ｐ−
１−ｎダイオードを形成している。この光変調器ではエ
ピタキシャル層に垂直に信号光を通すのでｐ”−ＡＩ（
ｊａＡｓコンタクト層９には中央部に光の透過用の穴を
設けたオーム性電極１０が形成されている。−万ｎ＋−
ＧａＡＳ基板９側も基板による元の吸収を除くため、光
の通路に当る部分をｎ”−ＧａＡｓバッファ層２迄エツ
チングにより除き基板下部にオーム性電極１１が形成さ
れＣいる。被変調光２０ａはエピタキシャル層側からビ
ーム状に変調器に入射し、基板側から変調光２０ｂが取
シ出される。
のである。ｎ”−ＧａＡｓ基板１の上にｎ”−ＧａＡｓ
バッファ層２ 、 ｎ”−ＡＩＧａＡｓエッチ・スト
ップ層りｎ＋−ＡＩＧａＡｓ／ｊＪａＡｓ超格子コアタ
クト層４．１−ＡＩＧａんＶυ出超格子バッファ属５．
１−ＡＩＧ仏Ｖ′龜ム多重量子井戸層６、ｉ −ＡｌＧ
ａＡｓ／’龜ん超格子バッフ７層７、ｐ”−ＡＩＧａＡ
ｓ／ＧａＡｓ超格子コンタクト層８ 、ｐ”−１（ｊａ
Ａｓコンタクト層９が分子線エピタキシャル（ＭＨＥ）
法によ構成長されている。エピタキシャル層側はｎ″−
ＧａＡｓ基板１迄円柱状にエツチングされ、メサ型ｐ−
１−ｎダイオードを形成している。この光変調器ではエ
ピタキシャル層に垂直に信号光を通すのでｐ”−ＡＩ（
ｊａＡｓコンタクト層９には中央部に光の透過用の穴を
設けたオーム性電極１０が形成されている。−万ｎ＋−
ＧａＡＳ基板９側も基板による元の吸収を除くため、光
の通路に当る部分をｎ”−ＧａＡｓバッファ層２迄エツ
チングにより除き基板下部にオーム性電極１１が形成さ
れＣいる。被変調光２０ａはエピタキシャル層側からビ
ーム状に変調器に入射し、基板側から変調光２０ｂが取
シ出される。
次にこの変調器の動作原理について説明する。
第３図に示す構造はｐ−１−ｎダイオード構造となって
いるので、電極１０．１１の間に逆バイアスを印加する
と、高抵抗なｉ層の部分に電界が印加される。第４図は
電界の有無による多重量子井戸（ＭＱＷ）層内の１つの
童子井戸のエネルギー・バンド状態を説明するための図
である。量子井戸構造ではＧａＡｓウェルの中に電子と
ホールが閉じ込められ、それぞれのエネルギー準位が離
散化して必。
いるので、電極１０．１１の間に逆バイアスを印加する
と、高抵抗なｉ層の部分に電界が印加される。第４図は
電界の有無による多重量子井戸（ＭＱＷ）層内の１つの
童子井戸のエネルギー・バンド状態を説明するための図
である。量子井戸構造ではＧａＡｓウェルの中に電子と
ホールが閉じ込められ、それぞれのエネルギー準位が離
散化して必。
Ｅｏ’という準位を形成する。（（ａ） ）この準位の
エネルギー、数はウェルとバリアのバンドギャップ差、
ウェル１−厚等によシ異なるが、ここでは簡単のため電
子、ホールにそれぞれ１つの準位が形成されるとした。
エネルギー、数はウェルとバリアのバンドギャップ差、
ウェル１−厚等によシ異なるが、ここでは簡単のため電
子、ホールにそれぞれ１つの準位が形成されるとした。
このようなＭＱＷ層に垂直に電界を印加するとポテンシ
ャル全体が電界強度に応じて傾斜し波動関数のしみ出し
により量子化された単位のエネルギーが変化し、見かけ
上のバンドギャップが小さくなる（ｂ）。つま、ｊｐＭ
ＱＷ層に垂直な方向の電界によりバンドギャップを制御
できることになシ、バンドギャップ波長近傍の光に対し
てはこの現象を利用した変調器が可能となる。この現象
はバルクのフランツ・ケルディツシュ効果と非常Ｋｄ似
したものでおるが、ＭＱｖＶ構造をとることにより変調
の効率を大幅に高めることができる。第５図は文献ｌ）
で報告されている第３図に示した構造の変調器の光透過
率の波長特性を示したものである。ＭＱＷ構造をとるこ
とによシ室温でもエキシトンが安定に存在出来、ヘビー
ホーｋ（ＨＨ）、ライトホール（ＬＨ）に対応したエキ
シトン共鳴吸収ピークが明確にあられれている。電界の
印加と共にそのピークが低エネルギー側にシフトしてい
くのがわかり、この効果が固定した波長の光に対しての
変調器に利用できることを示している。この効果は７ラ
ンツ争ケルデイツシユ効果同様超高速応答が可能で電界
印加のため電気系のＯＲ時定数を小さくすることにより
実際に１００ｐｓｏｃ以下の立上り、立下りが得られて
いる。しかも光路長はμｍのオーダであり非常に小型の
変調器が得られる。
ャル全体が電界強度に応じて傾斜し波動関数のしみ出し
により量子化された単位のエネルギーが変化し、見かけ
上のバンドギャップが小さくなる（ｂ）。つま、ｊｐＭ
ＱＷ層に垂直な方向の電界によりバンドギャップを制御
できることになシ、バンドギャップ波長近傍の光に対し
てはこの現象を利用した変調器が可能となる。この現象
はバルクのフランツ・ケルディツシュ効果と非常Ｋｄ似
したものでおるが、ＭＱｖＶ構造をとることにより変調
の効率を大幅に高めることができる。第５図は文献ｌ）
で報告されている第３図に示した構造の変調器の光透過
率の波長特性を示したものである。ＭＱＷ構造をとるこ
とによシ室温でもエキシトンが安定に存在出来、ヘビー
ホーｋ（ＨＨ）、ライトホール（ＬＨ）に対応したエキ
シトン共鳴吸収ピークが明確にあられれている。電界の
印加と共にそのピークが低エネルギー側にシフトしてい
くのがわかり、この効果が固定した波長の光に対しての
変調器に利用できることを示している。この効果は７ラ
ンツ争ケルデイツシユ効果同様超高速応答が可能で電界
印加のため電気系のＯＲ時定数を小さくすることにより
実際に１００ｐｓｏｃ以下の立上り、立下りが得られて
いる。しかも光路長はμｍのオーダであり非常に小型の
変調器が得られる。
しかしながらこのＭＱＷ構造の電界吸収効果はバルクの
７ランツ拳ケルデイツシユ効果に比べ変調効率は高いと
は言え、真の高速応答のための低電圧化にはまだ不充分
である。第５図からもわかるように例えば被変調光の波
長を８５３語（光子エネルギ１．４５４ｅＶ）に選んで
も８ｖの電圧印加により得られる変調度は〜５０％にし
かならない。
７ランツ拳ケルデイツシユ効果に比べ変調効率は高いと
は言え、真の高速応答のための低電圧化にはまだ不充分
である。第５図からもわかるように例えば被変調光の波
長を８５３語（光子エネルギ１．４５４ｅＶ）に選んで
も８ｖの電圧印加により得られる変調度は〜５０％にし
かならない。
（発明の目的）
本発明の目的は上述のような問題を除去し、小型で低電
圧で超高速、高変調度の光変調が可能な光制御素子を得
供することにある。
圧で超高速、高変調度の光変調が可能な光制御素子を得
供することにある。
（発明の構成）
本発明は、ドブロイ波長程度の厚みの第１の半導体層を
前記第１の半導体層よりバンドギャップの広い第２の半
導体層によりはさんだ量子井戸を層厚方向に多重に有す
る多重量子井戸構造と、前記多重量子井戸構造の多層に
水平若しくは前記多重量子井戸構造を横切るように光を
伝搬させる手段と、前記多重量子井戸構造の光の伝搬す
る部分に電界を印加する手段とを有し、前記電界を印加
する手段により印加される電界の方向が前記多重量子井
戸構造の各層に対して傾いている構成となっている。
前記第１の半導体層よりバンドギャップの広い第２の半
導体層によりはさんだ量子井戸を層厚方向に多重に有す
る多重量子井戸構造と、前記多重量子井戸構造の多層に
水平若しくは前記多重量子井戸構造を横切るように光を
伝搬させる手段と、前記多重量子井戸構造の光の伝搬す
る部分に電界を印加する手段とを有し、前記電界を印加
する手段により印加される電界の方向が前記多重量子井
戸構造の各層に対して傾いている構成となっている。
（発明の原理）
ＭＱＷへの電界印加効果のうちＭＱＷ層に画直に電界を
印加し九場合については既に説明した。
印加し九場合については既に説明した。
ＭＱＷ層に水平に電界を印加した場合にはこれとは全く
異なピ機構による効果が現われることが知られている。
異なピ機構による効果が現われることが知られている。
この点については雑誌［アプライド１フイジクスφレタ
ーズ（ＡｐｐＪ ｉｅｄ Ｐｈｇｓｊｃｓ Ｌｔｅｔｔ
ｅｒｓ）第４２巻、１９８３年８６４〜８６６頁に掲載
のり、Ｓ、チェムラ（Ｄ、Ｓ、 Ｃｈｅｍｌａ）他によ
る論文（以下文献２）と略す）に詳しく述べられている
。本発明は部層に垂直、水平方向の電界を併用すること
により変調の効率を高めるものであるから、ここでまず
ＭＱＷ層に水平な方向の電界の効果について説明する。
ーズ（ＡｐｐＪ ｉｅｄ Ｐｈｇｓｊｃｓ Ｌｔｅｔｔ
ｅｒｓ）第４２巻、１９８３年８６４〜８６６頁に掲載
のり、Ｓ、チェムラ（Ｄ、Ｓ、 Ｃｈｅｍｌａ）他によ
る論文（以下文献２）と略す）に詳しく述べられている
。本発明は部層に垂直、水平方向の電界を併用すること
により変調の効率を高めるものであるから、ここでまず
ＭＱＷ層に水平な方向の電界の効果について説明する。
ＭＱＷの層に水平な面内ではエキシトンが２次元的な水
素原子に類似した形で存在している。従って通常の水素
原子と同様にエキシトンを形成するホール、電子の間に
はクーロン相互作用が働いている。ＭＱＷ層に水平な方
間の電界はＭＱＷのエネルギーバンド構造に拡全く影響
を与えないが、エキシトン内のクーロン・ポテンシャル
形状を大きく変形させる。電界によるエネルギがエキシ
トンのイオン化エネルギより大きくなればエキシトンは
消滅し、当然対応する共鳴吸収ピークも消失する。第６
図は文献２）で報告されているＭＱＷに水平な方向の電
界によるＭＱＷに垂直に透過する光に対する吸収係数ス
ペクトル含水している。ここでも、ヘビー・ホール（Ｈ
Ｈ） 、 ライト・ホール（Ｌ、Ｈ）に対応した共鳴
吸収ピークが現われてシリ、電界の印加によりそのピー
クが低エネルギー側にシフトし、吸収係数自体も減少し
ていくのがわかる。
素原子に類似した形で存在している。従って通常の水素
原子と同様にエキシトンを形成するホール、電子の間に
はクーロン相互作用が働いている。ＭＱＷ層に水平な方
間の電界はＭＱＷのエネルギーバンド構造に拡全く影響
を与えないが、エキシトン内のクーロン・ポテンシャル
形状を大きく変形させる。電界によるエネルギがエキシ
トンのイオン化エネルギより大きくなればエキシトンは
消滅し、当然対応する共鳴吸収ピークも消失する。第６
図は文献２）で報告されているＭＱＷに水平な方向の電
界によるＭＱＷに垂直に透過する光に対する吸収係数ス
ペクトル含水している。ここでも、ヘビー・ホール（Ｈ
Ｈ） 、 ライト・ホール（Ｌ、Ｈ）に対応した共鳴
吸収ピークが現われてシリ、電界の印加によりそのピー
クが低エネルギー側にシフトし、吸収係数自体も減少し
ていくのがわかる。
以上のことと、先に説明したＭＱＷに垂直な方向の電界
の効果を併せて考えるとどちらの方向の電界に対しても
エキシトンの共鳴吸収ピークは電界によ）低光子エネル
ギー側にシフトし、吸収係数自体も小さくなっていくこ
とがわかる。従ってＭＱＷに水平、垂直な方向の電界の
効果を併用することによシ相加的、相乗的に変調効率を
高めることができる。ＭＱＷ層に水平、垂直方向の電界
の効果を併用するためにはＭＱＷ層に斜めに電界を印加
するのが有効である。例えばＭＱＶＶ層に４５°傾けて
電界を印加すればＭＱＷに水平、垂直な方向の電界成分
はそれぞれ印加電界強度のし健になる。簡単のためＭＱ
Ｗに水平、垂直な方向の電界が光変調度に同程度に寄与
するとし両方向の電界が単に相加的としても、斜め電界
により、ＭＱＷに水平、若しくは垂直方向のみに電界を
印加した場合に比べ変調の効率を２ Ｘ ｔＡ／２＝
Ｖ’Ｔ倍高めることができる。従って同−変？Ａ度を得
るのに必要な電圧を小さくでき、小形、高消光比、低電
圧の変調器が可能となる。
の効果を併せて考えるとどちらの方向の電界に対しても
エキシトンの共鳴吸収ピークは電界によ）低光子エネル
ギー側にシフトし、吸収係数自体も小さくなっていくこ
とがわかる。従ってＭＱＷに水平、垂直な方向の電界の
効果を併用することによシ相加的、相乗的に変調効率を
高めることができる。ＭＱＷ層に水平、垂直方向の電界
の効果を併用するためにはＭＱＷ層に斜めに電界を印加
するのが有効である。例えばＭＱＶＶ層に４５°傾けて
電界を印加すればＭＱＷに水平、垂直な方向の電界成分
はそれぞれ印加電界強度のし健になる。簡単のためＭＱ
Ｗに水平、垂直な方向の電界が光変調度に同程度に寄与
するとし両方向の電界が単に相加的としても、斜め電界
により、ＭＱＷに水平、若しくは垂直方向のみに電界を
印加した場合に比べ変調の効率を２ Ｘ ｔＡ／２＝
Ｖ’Ｔ倍高めることができる。従って同−変？Ａ度を得
るのに必要な電圧を小さくでき、小形、高消光比、低電
圧の変調器が可能となる。
以下本発明につき実施例により詳細に説明する。
（実施例）
第１図は本発明による光制御素子の第１の実施例を示す
ものでおる。７４１図を用いてまず本実施例の製作方法
について説明する。ここではＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系
の半導体材料を用いた場合について説明するが本発明が
この材料に限定されるものではないことは言う迄もない
。
ものでおる。７４１図を用いてまず本実施例の製作方法
について説明する。ここではＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系
の半導体材料を用いた場合について説明するが本発明が
この材料に限定されるものではないことは言う迄もない
。
（１００） ｎ”−ＧａＡｓ基板１の上にｎ”−ＧａＡ
ｓバッファ層２ （Ｓｉドーグ、厚み〜１ μｍ） １
−ＡｂｌａＡｓクラッド層３０（厚み〜０６μｒｎ）、
ｉ−多重量子井戸層６．１−ＡＩＧａＡｓバッファ層３
１（厚み・−〇、６μｍ）、１−ＡＩＧａＡｓキ’ｒ７
プ層３２（厚み〜０．５ ｔｔｍ ）を分子線エピタキ
シャルへｉＢＥ法により成長する。ｉ−多重量子井戸層
６は４み〜１００′Ａ、７）ＧａＡＳウェル、ＡｌＧａ
Ａｓバリアの１０回禰シ返しから成り、全層厚は〜０．
２１ μｍ −Ｑ ６ 、”）。ＡｌＧａＡｓのＡ１モ
ル比は０．３である。このようにして製作したウエノ・
に２本の近接して平行なギャップを有するＳｉ□、マス
ク３３を介してＺｎの拡散を行なう。この時、拡散のフ
ロントを１−ＡＩＧａＡｓクラッド層３１中若しくはｉ
−多重量子井戸層６で止めるように制御する。拡故によ
るｐ＋−領域はプラズマ効果により屈折率が低下し、更
に、ｉ−多重量子井戸層６中の拡散領域では多重量子井
戸、構造がくずれウェルとバリアの中間的組成のＡｌｔ
ｈｌＡＳとなるため、更に屈折率が低下する。従ってｉ
−多重量子井戸層６の畝−拡散・須域３４ａ、３４ｂの
中間部分３６はチャンネル光導波路となる。最後にｐ＋
−拡散領域３４ａ 、３４ｂ、及びｎ＋−ＧａＡｓ基板
１にそれぞれオーム性電極３５ａ 、３５ｂ 、 ３６
を形成し光の入出射用端面をマイクロクリープ若しくは
ドライエツチングにより製作し端面に無反射コートを施
す。光の導波路長は故〜該ｌＯμｍｎとした。
ｓバッファ層２ （Ｓｉドーグ、厚み〜１ μｍ） １
−ＡｂｌａＡｓクラッド層３０（厚み〜０６μｒｎ）、
ｉ−多重量子井戸層６．１−ＡＩＧａＡｓバッファ層３
１（厚み・−〇、６μｍ）、１−ＡＩＧａＡｓキ’ｒ７
プ層３２（厚み〜０．５ ｔｔｍ ）を分子線エピタキ
シャルへｉＢＥ法により成長する。ｉ−多重量子井戸層
６は４み〜１００′Ａ、７）ＧａＡＳウェル、ＡｌＧａ
Ａｓバリアの１０回禰シ返しから成り、全層厚は〜０．
２１ μｍ −Ｑ ６ 、”）。ＡｌＧａＡｓのＡ１モ
ル比は０．３である。このようにして製作したウエノ・
に２本の近接して平行なギャップを有するＳｉ□、マス
ク３３を介してＺｎの拡散を行なう。この時、拡散のフ
ロントを１−ＡＩＧａＡｓクラッド層３１中若しくはｉ
−多重量子井戸層６で止めるように制御する。拡故によ
るｐ＋−領域はプラズマ効果により屈折率が低下し、更
に、ｉ−多重量子井戸層６中の拡散領域では多重量子井
戸、構造がくずれウェルとバリアの中間的組成のＡｌｔ
ｈｌＡＳとなるため、更に屈折率が低下する。従ってｉ
−多重量子井戸層６の畝−拡散・須域３４ａ、３４ｂの
中間部分３６はチャンネル光導波路となる。最後にｐ＋
−拡散領域３４ａ 、３４ｂ、及びｎ＋−ＧａＡｓ基板
１にそれぞれオーム性電極３５ａ 、３５ｂ 、 ３６
を形成し光の入出射用端面をマイクロクリープ若しくは
ドライエツチングにより製作し端面に無反射コートを施
す。光の導波路長は故〜該ｌＯμｍｎとした。
次に本実施例の動作につ・ハて説明する。チャンネル光
導波路３６にはｉ−４重童子井戸構造６中のエキシトン
共鳴吸収波長近傍の光を導波する。電極、３５ａ若しく
は３５ｂと３６の間に逆バイアス電圧を印加するとｐ＋
−拡散領域３４ａ 、 ３４ｂのフロント部分には空乏
！−が形成されその空乏層中に電界が働く。ここでチャ
ンネル光導波路３６はｐ＋−拡散領域３４ａ 、 ３４
ｂのエツジ゛近傍に位置して２９、導波光にはエピタキ
シャル層厚方向から傾いた電界がかかる。従って先に述
べたように多重量子井戸構造の各層に水平、垂直方向の
電界の効果が併用でき低電圧で変調動作が可能となる。
導波路３６にはｉ−４重童子井戸構造６中のエキシトン
共鳴吸収波長近傍の光を導波する。電極、３５ａ若しく
は３５ｂと３６の間に逆バイアス電圧を印加するとｐ＋
−拡散領域３４ａ 、 ３４ｂのフロント部分には空乏
！−が形成されその空乏層中に電界が働く。ここでチャ
ンネル光導波路３６はｐ＋−拡散領域３４ａ 、 ３４
ｂのエツジ゛近傍に位置して２９、導波光にはエピタキ
シャル層厚方向から傾いた電界がかかる。従って先に述
べたように多重量子井戸構造の各層に水平、垂直方向の
電界の効果が併用でき低電圧で変調動作が可能となる。
しかも拡散フロントのエツジ部分の電界強度は＝＝＝＝
茎；；′° 一般に拡散フロント中心部
分に比べて高いため一層の低電圧イムが可能となる。１
江圧の印加方法としてはｐ１１Ｊｌｌｉｔ＆のａｓａ
、 ３ｓｂ片方を用いてもよいし、両方を短絡して用い
ても良い。
茎；；′° 一般に拡散フロント中心部
分に比べて高いため一層の低電圧イムが可能となる。１
江圧の印加方法としてはｐ１１Ｊｌｌｉｔ＆のａｓａ
、 ３ｓｂ片方を用いてもよいし、両方を短絡して用い
ても良い。
第２図は本発明の第２の実施例を示すものでめる。本実
施例では多重量子井戸博造を光導波路として用いず、多
ｉｔ子井戸構造ｆ：ｔ＋切るように光を伝搬させる例を
示している。、第２図を用いて１ず本実施例の製作方法
について説明する。ここでもＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系
材料を用いた場合につき説明する。（１００）’ ｎ”
−（ＪａＡｓ基板１上にｎ”−ＧａＡｓバッファ層２、
ｎ”−ＡＩＧａＡｓ −ｒ−７チストツプ層３、ｎ”−
ＡＩＧａＡｓバッファ層４１をまず成長する。成長はＭ
ＢＥ法以外の成長法を用いてもよい。次にｉ −ＡｌＣ
ＪａＡｓバッファ層中に化学エツチングによシ斜めのす
９ばち状の壁面を持つ穴４１ａを形成する。穴４１ａを
形成したウェハにＭＢＥ法により１−ＡｉＧａＡｓバッ
ファ層４２、ｉ−多重量子井戸層６、ｒ −Ａｌ （Ｊ
、ｌＡｓバッファ層４３．１ＪａＡｓコンタクト層４４
をＭＢＥ法によ構成長する。この際ＭＢＥ法では成長速
度に異方性が無いため穴４１ａの形状に従って各層が成
長される。矢にｉ −ＧａＡｓ ：＋７タクト層４４に
Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ等のショット千−電極１０ａを形成し
それをマスクとして円柱状にｎ＋−ＧａＡｓ基板１迄メ
サエツチングを行なう。最後にショットキー電極１０ａ
中夫に光透過用の穴をあけ、基板側にはオーム性電極１
１を形成し光の透過部の基板をｎ”−ＡＩＧａＡｓエッ
チストップ層３の途中迄除去する。
施例では多重量子井戸博造を光導波路として用いず、多
ｉｔ子井戸構造ｆ：ｔ＋切るように光を伝搬させる例を
示している。、第２図を用いて１ず本実施例の製作方法
について説明する。ここでもＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系
材料を用いた場合につき説明する。（１００）’ ｎ”
−（ＪａＡｓ基板１上にｎ”−ＧａＡｓバッファ層２、
ｎ”−ＡＩＧａＡｓ −ｒ−７チストツプ層３、ｎ”−
ＡＩＧａＡｓバッファ層４１をまず成長する。成長はＭ
ＢＥ法以外の成長法を用いてもよい。次にｉ −ＡｌＣ
ＪａＡｓバッファ層中に化学エツチングによシ斜めのす
９ばち状の壁面を持つ穴４１ａを形成する。穴４１ａを
形成したウェハにＭＢＥ法により１−ＡｉＧａＡｓバッ
ファ層４２、ｉ−多重量子井戸層６、ｒ −Ａｌ （Ｊ
、ｌＡｓバッファ層４３．１ＪａＡｓコンタクト層４４
をＭＢＥ法によ構成長する。この際ＭＢＥ法では成長速
度に異方性が無いため穴４１ａの形状に従って各層が成
長される。矢にｉ −ＧａＡｓ ：＋７タクト層４４に
Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ等のショット千−電極１０ａを形成し
それをマスクとして円柱状にｎ＋−ＧａＡｓ基板１迄メ
サエツチングを行なう。最後にショットキー電極１０ａ
中夫に光透過用の穴をあけ、基板側にはオーム性電極１
１を形成し光の透過部の基板をｎ”−ＡＩＧａＡｓエッ
チストップ層３の途中迄除去する。
次に本実施例の動作について説明する。本実施例では被
変調光２０ａは基板に垂直に入射し、変調光２０ｂとし
て取り出さｎる。被変調光の波長はｉ−多重を子井戸層
６中のエキシトン共鳴吸収波長近傍に設定する。ショッ
トキー電極１０ａと電極１１の間に逆バイアスを印加す
るとショットキー電極１０ａとｎ”−ＡＩＧａＡｓ ：
ｒ ｙタクト層４０間に電界がかかるがｉ−多重量子井
戸層６が基板１に傾いているため電界は多重量子井戸層
に対して傾いて印加さｆＬる。従って先に述べたように
多重量子井戸構造の各層に水平、垂直な方向の電界の効
果が併用でき、動作の電圧が可能となる。電界印加手段
としてはｐ−１−ｎ構造を用いてもよい。
変調光２０ａは基板に垂直に入射し、変調光２０ｂとし
て取り出さｎる。被変調光の波長はｉ−多重を子井戸層
６中のエキシトン共鳴吸収波長近傍に設定する。ショッ
トキー電極１０ａと電極１１の間に逆バイアスを印加す
るとショットキー電極１０ａとｎ”−ＡＩＧａＡｓ ：
ｒ ｙタクト層４０間に電界がかかるがｉ−多重量子井
戸層６が基板１に傾いているため電界は多重量子井戸層
に対して傾いて印加さｆＬる。従って先に述べたように
多重量子井戸構造の各層に水平、垂直な方向の電界の効
果が併用でき、動作の電圧が可能となる。電界印加手段
としてはｐ−１−ｎ構造を用いてもよい。
以上の実施例では材料としてＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系
を考えたが、ＩｎＧａＡｓＰ／１ｎＰ 、 １ｎＡｓ
−（ｊａ８ｂ系等の多重量子井戸構造を用いてもよい。
を考えたが、ＩｎＧａＡｓＰ／１ｎＰ 、 １ｎＡｓ
−（ｊａ８ｂ系等の多重量子井戸構造を用いてもよい。
また実施例では光の変ｗ４動作についてのみ述べたが同
様な、構造により光双安定素子（雑誌［アプライド・フ
ィツクス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ ） Ｊ第４５巻、１９８４年、１３
〜１５頁）４も実現可能で、その際も本発明を適用する
ことにより動作の低消費パワーイ６がｒ＝ｆ能となる。
様な、構造により光双安定素子（雑誌［アプライド・フ
ィツクス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ ） Ｊ第４５巻、１９８４年、１３
〜１５頁）４も実現可能で、その際も本発明を適用する
ことにより動作の低消費パワーイ６がｒ＝ｆ能となる。
（発明の効果）
以上説明したように本発明によれば小型で、低電圧で超
高速、高変調度の光変調が可能な光制御素子が得られる
。
高速、高変調度の光変調が可能な光制御素子が得られる
。
第１図、第２図は本発明による光制御素子の第１、第２
の実施例を示す因、第３図、第４図、第５図、ｇＫ６図
は従来既知の光制御素子の構造、動作を説明するための
図である。図に於て、１、ス３．４．５．６．７．８．
９．３０、３１．３２．３４ａ、 ３４ｂ。 ４０．４１，４２．４３．４４は半導体、１０％ １０
８％ １１％３５ａ、 ３５ｂは電極、３３はＳｉｎ、
、 ２０ａ、 ２０ｂは光、４１ａは穴、３６はチャン
ネル導波路である。 第１図 １ ：η“−ＧαＡｓ基１反 ２：η’−ＧａＡｓバ・ソファ層 ６：１−ｙ９１量チ井八１ ３４ａ、３４ｂ： Ｆ”１広＊４ｊ＊を或３乙：千ヤン
冬ル“ツを講弓皮路 第７図 ４１：１−Ａ１θａＡｓλ＼゛・ンファ層４１ａ：定 ｆＯａ： ショット’ｒ−ｔ７１＊ ５Ａ４図 （α）電界’ＪＬ （ｂ）電界１り第５図 ｆｔ）工庫ル〒’（ｅｖ）→ 第６図
の実施例を示す因、第３図、第４図、第５図、ｇＫ６図
は従来既知の光制御素子の構造、動作を説明するための
図である。図に於て、１、ス３．４．５．６．７．８．
９．３０、３１．３２．３４ａ、 ３４ｂ。 ４０．４１，４２．４３．４４は半導体、１０％ １０
８％ １１％３５ａ、 ３５ｂは電極、３３はＳｉｎ、
、 ２０ａ、 ２０ｂは光、４１ａは穴、３６はチャン
ネル導波路である。 第１図 １ ：η“−ＧαＡｓ基１反 ２：η’−ＧａＡｓバ・ソファ層 ６：１−ｙ９１量チ井八１ ３４ａ、３４ｂ： Ｆ”１広＊４ｊ＊を或３乙：千ヤン
冬ル“ツを講弓皮路 第７図 ４１：１−Ａ１θａＡｓλ＼゛・ンファ層４１ａ：定 ｆＯａ： ショット’ｒ−ｔ７１＊ ５Ａ４図 （α）電界’ＪＬ （ｂ）電界１り第５図 ｆｔ）工庫ル〒’（ｅｖ）→ 第６図
Claims (1)
- ドブロイ波長程度の厚みの第１の半導体層を前記第１の
半導体層よりバンドギャップの広い第２の半導体層によ
りはさんだ量子井戸を層厚方向に多重に有する多重量子
井戸構造と、前記多重量子井戸構造の各層に水平若しく
は前記多重量子井戸構造を横切るように光を伝搬させる
手段と、前記多重量子井戸構造の光の伝搬する部分に電
界を印加する手段とを有し、前記電界を印加する手段に
より印加される電界の方向が前記多重量子井戸構造各層
に対して傾いていることを特徴とする光制御素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60062429A JPH0656458B2 (ja) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | 光制御素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60062429A JPH0656458B2 (ja) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | 光制御素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61221726A true JPS61221726A (ja) | 1986-10-02 |
| JPH0656458B2 JPH0656458B2 (ja) | 1994-07-27 |
Family
ID=13199915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60062429A Expired - Lifetime JPH0656458B2 (ja) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | 光制御素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0656458B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109884755A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-06-14 | 西安柯莱特信息科技有限公司 | 一种光纤波导电致激发光源耦合装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56150724A (en) * | 1980-04-23 | 1981-11-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical frequency modulator |
-
1985
- 1985-03-27 JP JP60062429A patent/JPH0656458B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56150724A (en) * | 1980-04-23 | 1981-11-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical frequency modulator |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109884755A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-06-14 | 西安柯莱特信息科技有限公司 | 一种光纤波导电致激发光源耦合装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0656458B2 (ja) | 1994-07-27 |
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