JPS63269119A - 多重量子井戸構造 - Google Patents
多重量子井戸構造Info
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- JPS63269119A JPS63269119A JP10532887A JP10532887A JPS63269119A JP S63269119 A JPS63269119 A JP S63269119A JP 10532887 A JP10532887 A JP 10532887A JP 10532887 A JP10532887 A JP 10532887A JP S63269119 A JPS63269119 A JP S63269119A
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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、多重量子井戸構造に関し、特に印加電界強度
の均一性に優れた、光変調器や光スィッチに利用できる
多重量子井戸構造に関する。
の均一性に優れた、光変調器や光スィッチに利用できる
多重量子井戸構造に関する。
（従来の技＃Ｉ）
半導体の量子井戸（以下、ＱＷと略記する）構造に対し
、その層厚方向に逆バイアス１界を印加するとＱＷ中の
電子及び正孔の量子準位の変化とともに光学特性、即ち
吸収係数、屈折率のスペクトラムの変化が生じることが
量子井戸電界効果として知られている。この効果は電界
による電子と正孔の分極に起因しているため、キャリア
の注入を伴う場合より高速の応答を示し、高速光スイッ
チ、光変調器等への応用が考えられている。
、その層厚方向に逆バイアス１界を印加するとＱＷ中の
電子及び正孔の量子準位の変化とともに光学特性、即ち
吸収係数、屈折率のスペクトラムの変化が生じることが
量子井戸電界効果として知られている。この効果は電界
による電子と正孔の分極に起因しているため、キャリア
の注入を伴う場合より高速の応答を示し、高速光スイッ
チ、光変調器等への応用が考えられている。
量子井戸電界効果を光変調器に応用したデバイスがアプ
ライド・フィジックス・レターズ、第４４巻、第１号、
１６〜１８頁（１９８４年）に報告されている。
ライド・フィジックス・レターズ、第４４巻、第１号、
１６〜１８頁（１９８４年）に報告されている。
第２図（ａ）にこの従来の光変調器の構造断面図を示し
た。その構造は、ｎ型ＧａＡｓ基板１の上にｎ型ＧａＡ
ｓバッファ層２、ｎ型ＡｊｌＧａＡｓクラッド層３、ｎ
型超格子フンタクト層４、アンドープ超格子バッファ層
５．９５人厚のアンドープＧａＡｓウェル層６１と９８
人厚のアンドープＡＱｏ 、 ｓ ！ｃａｌ 、 ｍ
ｓＡｓバリア層６２．５０周期からなる多重量子井戸（
以下、ＭＱＷと略記する）層６、アンドープ超格子バッ
ファ層７、ｐ型超格子コンタクト層８、ｐ型ＡｌＧａＡ
ｓりラッド層９を順次積層した積層構造を基本としてい
る。ここにおいて、超格子の層は、２８．５層厚のＧａ
Ａｓ層と６８．５層厚のＡｆＧａＡｓ層から成り、アン
ドープ超格子バッファ層５，７はそれぞれ３０周期、全
厚０．２９−１ｎ及びｐ型超格子コンタクト＠４゜８は
それぞれ２０周期、全厚０．１９−である。また、ｐ及
びｎ型ドーピングの濃度は、不純物濃度的５Ｘ１０”ａ
ｎ−”、アンドープＭＱＷ層６の不純物濃度はｌ ＸＩ
Ｑ”ｃｍ−”となっている、上述の積層構造には更に、
層厚方向に電界を印加するために、ｎ型ＧａＡｓ基板１
にはｎ型電極１０がｐ型ＭＬＧ ａＡ ！３クラッド層
９の表面にはｐ型電極１１がそれぞれ形成されている。
た。その構造は、ｎ型ＧａＡｓ基板１の上にｎ型ＧａＡ
ｓバッファ層２、ｎ型ＡｊｌＧａＡｓクラッド層３、ｎ
型超格子フンタクト層４、アンドープ超格子バッファ層
５．９５人厚のアンドープＧａＡｓウェル層６１と９８
人厚のアンドープＡＱｏ 、 ｓ ！ｃａｌ 、 ｍ
ｓＡｓバリア層６２．５０周期からなる多重量子井戸（
以下、ＭＱＷと略記する）層６、アンドープ超格子バッ
ファ層７、ｐ型超格子コンタクト層８、ｐ型ＡｌＧａＡ
ｓりラッド層９を順次積層した積層構造を基本としてい
る。ここにおいて、超格子の層は、２８．５層厚のＧａ
Ａｓ層と６８．５層厚のＡｆＧａＡｓ層から成り、アン
ドープ超格子バッファ層５，７はそれぞれ３０周期、全
厚０．２９−１ｎ及びｐ型超格子コンタクト＠４゜８は
それぞれ２０周期、全厚０．１９−である。また、ｐ及
びｎ型ドーピングの濃度は、不純物濃度的５Ｘ１０”ａ
ｎ−”、アンドープＭＱＷ層６の不純物濃度はｌ ＸＩ
Ｑ”ｃｍ−”となっている、上述の積層構造には更に、
層厚方向に電界を印加するために、ｎ型ＧａＡｓ基板１
にはｎ型電極１０がｐ型ＭＬＧ ａＡ ！３クラッド層
９の表面にはｐ型電極１１がそれぞれ形成されている。
また光がＭＱＷ層６を透過するように電極１０ 、１１
の一部と、ｎ型ＧａＡｓ基板１の一部が除去された構造
となっている。
の一部と、ｎ型ＧａＡｓ基板１の一部が除去された構造
となっている。
以上説明した従来の光変調器において、ｐ型電極１１と
ｎ型電極１０の間に逆方向電圧を印加すると、第２図（
ｂ）に示したように、アンドープＭＱＷ層６に電界が印
加容れる。
ｎ型電極１０の間に逆方向電圧を印加すると、第２図（
ｂ）に示したように、アンドープＭＱＷ層６に電界が印
加容れる。
ＭＱＷ層６に電界が印加きれると、この光変調器の光透
過特性が変化する。第２図（ｃ）は、この光変調器の電
界印加時の光透過スペクトル（破線）と無電界時の光透
過スペクトル（実線）の、それぞれＭＱＷの電子と正孔
の基底準位ｎ＝＝１間の遷移エネルギーに相当する光子
エネルギーの範囲を示している。第２図（Ｃ，）におい
て、ｈｈ。
過特性が変化する。第２図（ｃ）は、この光変調器の電
界印加時の光透過スペクトル（破線）と無電界時の光透
過スペクトル（実線）の、それぞれＭＱＷの電子と正孔
の基底準位ｎ＝＝１間の遷移エネルギーに相当する光子
エネルギーの範囲を示している。第２図（Ｃ，）におい
て、ｈｈ。
！ｈと記したディップは、電子のｎ＝１の準位と、それ
ぞれ重い正孔（ｈｈ）、軽い正孔（Ｎｈ）のｎ＝１の準
位間の光学遷移に付随したエキシトンによる吸収のディ
ップである。
ぞれ重い正孔（ｈｈ）、軽い正孔（Ｎｈ）のｎ＝１の準
位間の光学遷移に付随したエキシトンによる吸収のディ
ップである。
図中の矢印で示したように電界印加によって吸収のディ
ップは低光子エネルギー側へ移動する（量子井戸電界効
果）、従って、入力光として例えばｈｈエキシトンディ
ップに相当する光子エネルギーの光を与えておけば、電
界を印加することにより、入力光に対する透過率が増大
し、出力光が変調される。
ップは低光子エネルギー側へ移動する（量子井戸電界効
果）、従って、入力光として例えばｈｈエキシトンディ
ップに相当する光子エネルギーの光を与えておけば、電
界を印加することにより、入力光に対する透過率が増大
し、出力光が変調される。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、第２図（Ｃ）の透過スペクトルを詳細に
検討すると、以下の問題点が見い出きれる。即ち、電界
が印加されるとエキシトン吸収のディップが低エネルギ
ー側に移動すると同時にその半値幅も拡がり、ディップ
の大きさも減少してしまう。
検討すると、以下の問題点が見い出きれる。即ち、電界
が印加されるとエキシトン吸収のディップが低エネルギ
ー側に移動すると同時にその半値幅も拡がり、ディップ
の大きさも減少してしまう。
この結果、例えば第２図（ｃ）の電界印加時のｈｈエキ
シトンディップに相当する光子エネルギーの光を入力光
として使用しようとすると、電界印加の有無による透過
率の変化が少ないため充分深い光強度変調がかからない
。
シトンディップに相当する光子エネルギーの光を入力光
として使用しようとすると、電界印加の有無による透過
率の変化が少ないため充分深い光強度変調がかからない
。
上記の電界印加による吸収ディップの半値幅増大の原因
は、ＭＱＷ層６に印加きれる電界強度の不均一によると
考えられる。第２図（ｂ）に明らかな通り、ＭＱＷ層６
にかかる電界強度は、ｎ型超格子層４側が大きく、ｐ型
超格子層８側が小さくなっている。従って得られた光透
過特性は、様々な電界を印加されたＱＷの透過特性の和
である。を界の不均一は、ＭＱＷ層６がアンドープでは
ありながらも、有限量の不純物を有し、この不純物から
発生したキャリアがｐ−ｎ接合を超えてクラッド層中に
拡散し、ＭＱＷ層６中に空間電荷を発生せしめるために
生じている。即ち、式で書けば、ｄＥ／ｄｘ−ρ／εに
おいてρ≠Ｏであることに対応する。ただし、Ｅは電界
、Ｘは変位、ρは空間電荷、εは誘電率を表わす。
は、ＭＱＷ層６に印加きれる電界強度の不均一によると
考えられる。第２図（ｂ）に明らかな通り、ＭＱＷ層６
にかかる電界強度は、ｎ型超格子層４側が大きく、ｐ型
超格子層８側が小さくなっている。従って得られた光透
過特性は、様々な電界を印加されたＱＷの透過特性の和
である。を界の不均一は、ＭＱＷ層６がアンドープでは
ありながらも、有限量の不純物を有し、この不純物から
発生したキャリアがｐ−ｎ接合を超えてクラッド層中に
拡散し、ＭＱＷ層６中に空間電荷を発生せしめるために
生じている。即ち、式で書けば、ｄＥ／ｄｘ−ρ／εに
おいてρ≠Ｏであることに対応する。ただし、Ｅは電界
、Ｘは変位、ρは空間電荷、εは誘電率を表わす。
本発明の目的は、上記の電界強度が不均一になる問題点
を解決した。印加きれる電界強度が層厚方向において一
定となる多重量子井戸を提供することにある。
を解決した。印加きれる電界強度が層厚方向において一
定となる多重量子井戸を提供することにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明の多重量子井戸は、禁制帯幅が異なる少なくとも
２種類の半導体層が交互に積層きれた積層構造に、ｐ型
不純物元素とｎ型不純物元素との少なくとも一方をドー
プしてなり、該積層構造中の電荷の総和がドープしない
ときより低減してあることを特徴とする。
２種類の半導体層が交互に積層きれた積層構造に、ｐ型
不純物元素とｎ型不純物元素との少なくとも一方をドー
プしてなり、該積層構造中の電荷の総和がドープしない
ときより低減してあることを特徴とする。
（作用）
多重量子井戸中には、第１図（ａ）のように同量のｐ型
およびｎ型不純物がドープきれ不純物補償の結果自由キ
ャリアが存在せず、同量のイオン化きれたｐ型不純物と
ｎ型不純物が存在する。
およびｎ型不純物がドープきれ不純物補償の結果自由キ
ャリアが存在せず、同量のイオン化きれたｐ型不純物と
ｎ型不純物が存在する。
従ってＭＱＷ層６は全体として電気的には中性であり、
電荷が存在しない、即ちρ−０となる。故にｄＥ／１ｌ
ｘ−０ｅ従って第１図（ｂ）のようにＥ（ｘ）は一定と
なり、ＭＱＷの層厚方向にわたって同じ強さの電界が印
加きれる。量子井戸電界効果による光透過率の変化は、
第１図（Ｃ）のように透過スペクトルが低光子エネルギ
ー側に移動するだけで、半値幅の増大は生じない。この
結果、後述するように深い変調のかけられる光変調器が
得られる。
電荷が存在しない、即ちρ−０となる。故にｄＥ／１ｌ
ｘ−０ｅ従って第１図（ｂ）のようにＥ（ｘ）は一定と
なり、ＭＱＷの層厚方向にわたって同じ強さの電界が印
加きれる。量子井戸電界効果による光透過率の変化は、
第１図（Ｃ）のように透過スペクトルが低光子エネルギ
ー側に移動するだけで、半値幅の増大は生じない。この
結果、後述するように深い変調のかけられる光変調器が
得られる。
（実施例）
本発明の多重量子井戸構造を光変調器に利用した実施例
を説明する。
を説明する。
積層構造としては従来の光変調器（第２図（ａ））と同
じ構造の光変調器においてＭＱＷ層６にｎ型不純物とし
てＳｉをＩ Ｘ１０”ＱＴＩ−”、ｐ型不純物としてＢ
ｅをＩ×１０１′ｃＩＴｌ−８ドーピングシタ、コの結
果、ＭＱＷ層６には、電界が層厚方向に一様に印加され
る。電界強度は、例えば印加逆バイアス１圧が８ｖのと
き６．５Ｘ １０’Ｖ／ａｍである（第１図（ｂ））。
じ構造の光変調器においてＭＱＷ層６にｎ型不純物とし
てＳｉをＩ Ｘ１０”ＱＴＩ−”、ｐ型不純物としてＢ
ｅをＩ×１０１′ｃＩＴｌ−８ドーピングシタ、コの結
果、ＭＱＷ層６には、電界が層厚方向に一様に印加され
る。電界強度は、例えば印加逆バイアス１圧が８ｖのと
き６．５Ｘ １０’Ｖ／ａｍである（第１図（ｂ））。
光透過スペクトルの電界による変化を、第１図（Ｃ）に
示した。スペクトルは無電界時（実線）に対し、電界印
加時には、低光子エネルギー側に移動するが、その形状
は保存され、半値幅の増大は生じていない。従って、こ
のＭＱＷ層６を用いて構成された本実施例の光変調器は
、入力光の光子エネルギーを電界印加時のｈｈディップ
（破線）に相当する値に選択すれば無電界時には、透過
率が大きく、電界印加時には、透過率が小さくなるので
変調が深くかかり、変調度の大きい光変調器が得られる
。
示した。スペクトルは無電界時（実線）に対し、電界印
加時には、低光子エネルギー側に移動するが、その形状
は保存され、半値幅の増大は生じていない。従って、こ
のＭＱＷ層６を用いて構成された本実施例の光変調器は
、入力光の光子エネルギーを電界印加時のｈｈディップ
（破線）に相当する値に選択すれば無電界時には、透過
率が大きく、電界印加時には、透過率が小さくなるので
変調が深くかかり、変調度の大きい光変調器が得られる
。
以上の述べた実施例は光変調器であったが、本発明の構
造は光スィッチに適用しても同様の原理により消光比の
高いデバイスを得ることができる。
造は光スィッチに適用しても同様の原理により消光比の
高いデバイスを得ることができる。
また、実施例では、材料がＧａＡｓ／ ＡＡＧａＡｓ系
よりなる多重量子井戸について説明したが、ＩｎＧａＡ
ｓ／ＩｎＰ 、 ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡ１Ａｓ等の他の
半導体材料による多重量子井戸においても本発明は有効
である。また、不純物としては、Ｓｉ 、 Ｂｅ以外の
ものでも良いことは言うまでもない。
よりなる多重量子井戸について説明したが、ＩｎＧａＡ
ｓ／ＩｎＰ 、 ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡ１Ａｓ等の他の
半導体材料による多重量子井戸においても本発明は有効
である。また、不純物としては、Ｓｉ 、 Ｂｅ以外の
ものでも良いことは言うまでもない。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明によれば、電界を層厚方向
に印加したとき、電界が層厚方向に一様な大きさで印加
される多重量子井戸が得られる。
に印加したとき、電界が層厚方向に一様な大きさで印加
される多重量子井戸が得られる。
本発明の多重量子井戸を光変調器や光スィッチに応用す
れば、変調度や消光比を大きくすることができる。
れば、変調度や消光比を大きくすることができる。
第１図（ａ）は本発明の多重量子井戸を説明する層厚方
向の不純物濃度分布図、第１図（ｂ）はその電界印加時
の電界強度の分布図、第１図（Ｃ）はその主要な透過ス
ペクトルの電界印加による変化を示した図である。 第２図（ａ）は従来の量子井戸電界効果利用光変調器の
断面図、第２図（ｂ）はその電界印加時の電界強度の分
布図、第２図（Ｃ）はその主要な透過スペクトルの電界
印加による変化を示した図である。 １・・・ｎ型基板、２・・・ｎ型バッファ層、３・・・
ｎ型クラッド層、４・・・ｎ型超格子層、５，７・・・
超格子バッファ層、６・・・ＭＱＷ層、８・・・ｐ型超
格子層、９・・・ｐ型クラッド層、１０・・・ｎ型電極
、１１・・・ｐ型電極。
向の不純物濃度分布図、第１図（ｂ）はその電界印加時
の電界強度の分布図、第１図（Ｃ）はその主要な透過ス
ペクトルの電界印加による変化を示した図である。 第２図（ａ）は従来の量子井戸電界効果利用光変調器の
断面図、第２図（ｂ）はその電界印加時の電界強度の分
布図、第２図（Ｃ）はその主要な透過スペクトルの電界
印加による変化を示した図である。 １・・・ｎ型基板、２・・・ｎ型バッファ層、３・・・
ｎ型クラッド層、４・・・ｎ型超格子層、５，７・・・
超格子バッファ層、６・・・ＭＱＷ層、８・・・ｐ型超
格子層、９・・・ｐ型クラッド層、１０・・・ｎ型電極
、１１・・・ｐ型電極。
Claims (1)
- 禁制帯幅の異なる少なくとも２種類の半導体層が交互に
積層された積層構造に、ｐ型不純物元素とｎ型不純物元
素の少なくとも一方をドープしてなり、前記積層構造中
の電荷の総和がドープしないときより低減してあること
を特徴とする多重量子井戸構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10532887A JPS63269119A (ja) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | 多重量子井戸構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10532887A JPS63269119A (ja) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | 多重量子井戸構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63269119A true JPS63269119A (ja) | 1988-11-07 |
Family
ID=14404654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10532887A Pending JPS63269119A (ja) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | 多重量子井戸構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63269119A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0359549A (ja) * | 1989-07-21 | 1991-03-14 | American Teleph & Telegr Co <Att> | 半導体光学処理素子とその素子を具備する光処理装置 |
| CN112398004A (zh) * | 2019-08-19 | 2021-02-23 | 朗美通日本株式会社 | 电吸收光调制器及其制造方法 |
| JP2021033250A (ja) * | 2019-08-19 | 2021-03-01 | 日本ルメンタム株式会社 | 電界吸収型光変調器及びその製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6018988A (ja) * | 1983-07-13 | 1985-01-31 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
| JPS6231179A (ja) * | 1985-08-02 | 1987-02-10 | Fujitsu Ltd | 半導体受光素子の製造方法 |
-
1987
- 1987-04-27 JP JP10532887A patent/JPS63269119A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6018988A (ja) * | 1983-07-13 | 1985-01-31 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
| JPS6231179A (ja) * | 1985-08-02 | 1987-02-10 | Fujitsu Ltd | 半導体受光素子の製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112398004A (zh) * | 2019-08-19 | 2021-02-23 | 朗美通日本株式会社 | 电吸收光调制器及其制造方法 |
| JP2021033250A (ja) * | 2019-08-19 | 2021-03-01 | 日本ルメンタム株式会社 | 電界吸収型光変調器及びその製造方法 |
| CN112398004B (zh) * | 2019-08-19 | 2023-11-07 | 朗美通日本株式会社 | 电吸收光调制器及其制造方法 |
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