JPH01265225A - 光半導体素子 - Google Patents

光半導体素子

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JPH01265225A
JPH01265225A JP9380788A JP9380788A JPH01265225A JP H01265225 A JPH01265225 A JP H01265225A JP 9380788 A JP9380788 A JP 9380788A JP 9380788 A JP9380788 A JP 9380788A JP H01265225 A JPH01265225 A JP H01265225A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type semiconductor
semiconductor layer
well
thickness
superlattice
Prior art date
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Pending
Application number
JP9380788A
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English (en)
Inventor
Mitsuru Sugawara
充 菅原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Publication of JPH01265225A publication Critical patent/JPH01265225A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 n形半導体層とn形半導体層の間に、障壁層と井戸層が
交互に積層されて量子井戸構造を形成する超格子を有し
てなり、該超格子が吸収する光の吸収ピークの波長が逆
バイアスにより変化する光半導体素子に関し、 複数の量子井戸の間で上記波長の変化量が揃うようにす
るすることを目的とし、 複数の井戸層の間でその厚さが、n形半導体層の側から
n形半導体層の側に向かって次第に厚くなっているよう
に構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、n形半導体層とn形半導体層の間に、障壁層
と井戸層が交互に積層されて量子井戸構造を形成する超
格子を有してなり、該超格子が吸収する光の吸収ピーク
の波長が逆バイアスにより変化する光半導体素子に関す
る。
光通信システムの高速化の要請に伴い、半導体レーザか
ら連続的に発するレーザ光を電気信号により高速で変調
する外部光変調器が要求されている。
上記光半導体素子は、レーザ光の波長に対して上記吸収
ピークの波長を合わせたり外したりすることにより上記
変調を行い得るものであり、変調対象の波長に対する光
吸収係数を大きく変化させ得る特徴を有している。
〔従来の技術〕
第5図は、上述した光半導体素子の従来例の要部側面図
である。
同図において、1はp”−1nP(キャリア濃度−I 
X 10 ” / coりのp形半導体層、2はn”−
1nP(キャリア濃度≠l X to ” / c%)
のn形半導体層、3はp形半導体層lとn形半導体層2
の間の超格子である。
超格子3は、障壁層4と井戸層5が交互に積層されて、
第6図のエネルギ・ハント構造図の(a)に示されるよ
うな量子井戸構造を形成している。図中、Ecは伝導帯
底、Evは価電子事項である。障壁層4は厚さ100人
のn−1nP(キャリアン震度−1×10”/cffl
) 、井戸層5は厚さ100人のn −1nGaAs 
(キャリア濃度#2×1015/Cボ)であり、積層の
周期数は50〜100程度である。ここで周期は1障壁
層とこれに接する1井戸層の組合せを指し、この場合の
周期は200人である。
この量子井戸構造において、井戸層5の厚さが100人
程度板下であることから、量子井戸中の電子とポールは
、積層方向の運動が制限されてエネルギ準位が量子化さ
れる。そして量子井戸中に存在する励起子は、圧縮され
て強いクーロン引力を受けるために束縛エネルギが増加
し、室温においても安定に存在する。
そこで超格子3が吸収する光の吸収スペクトルは、例え
ば第7図の実線のようになる。このスペクトルでは明瞭
な吸収ピークP1、P2、P3が観察され、吸収ピーク
の波長が特定される。
この素子に逆バイアスを加えると、エネルギ・バンド構
造図は、電界已によって第÷図の(alから(b)に変
わる。そして量子井戸の底に形成される三角形のポテン
シャルによって、量子化されたエネルギ準位は低下する
。電界Eは励起子を分離する方向に作用するが、ポテン
シャル障壁によって電子・ホール共に量子井戸内に閉じ
込められ、高電界においても励起子は存在する。
このことから、上記光吸収スペクトルにおけろ吸収ピー
クP1〜P3のエネルギは、電界Eの印加により低エネ
ルギ側にシフトして、光吸収スペクトルは第7図の実線
から破線のように変化し、吸収ピークP1〜P3の波長
は長波長側に変化する。
第7図から判るように、破線の状態における吸収ピーク
P3を先に述べた変調対象の波長に合わせると、光吸収
係数は、実線の状態と破線の状態との間で大きく変化す
る。このことが、本素子を外部光変調器として使用し得
る所以である。
〔発明が解決しようとする課題] ところで、第7図で述べた光吸収スペクトルにおいて、
このスペクトルは量子井戸構造に存在する複数の量子井
戸の個々の作用の合成であることから、外部光変調器と
して良好な特性を示すように破線の状態における吸収ピ
ークP3の光吸収係数を大きくするためには、実線の状
態から破線の状態に変化する際の吸収ピークP3の波長
の変化量が複数の量子井戸の間で揃っているのが望まし
い。
上述した従来例でそのようになるためには、個々の井戸
層5における電界強度が等しくなっているとか必要であ
る・ しかしながら、障壁層4及び井戸層5には先に述べたキ
ャリア濃度を有するため、超格子3における電界強度E
が例えば第8図の電界強度分布図に示すように分布して
、井戸層5における電界強度Eは、p形半導体層1に最
も近い井戸層5で最も大きく、n形半導体層2の側に向
かって次第に小さ(なっている。第8図は先に述べた積
層の周期数が100の場合であり、図中、Zはp形半4
体層lと超格子3の界面を原点とした超格子3の積層方
向の距離、Uは素子に加える逆バイアス電圧、である。
このため、上記吸収ピークP3の波長の変化量は、p形
半導体層I側の量子井戸で大きくn形半導体層2例の量
子井戸で小さくなって、複数の量子井戸の間で不揃いと
なる。そしてその結果として、破線の状態における吸収
ピークP3の光吸収係数が低下する。
そこで本発明は、n形半導体層とn形半導体R−jの間
に、障壁層と井戸層が交互に積層されて量子井戸構造を
形成する超格子を存してなり、該超格子が吸収する光の
吸収ピークの波長が逆バイアスにより変化する光半導体
素子において、複数の量子井戸の間で上記波長の変化量
が揃うようにするすることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、複数の井戸層の間でその厚さが、n形半導
体層の側からn形半導体層の側に向かって次第に厚くな
っている本発明の光半導体素子によって達成される。
〔作 用〕
個々の量子井戸における上記吸収ピークの波長の変化量
は、そこにおける電界強度が大きくなるにつれて増加し
、また、量子井戸の幅(即ち井戸層の厚さ)が大きくな
るにつれて増加する。
従って、井戸層の厚さを上記のようにすることにより、
複数の量子井戸の間で上記波長の変化量を揃えることが
可能になる。
〔実施例〕
以下本発明の実施例について第1図〜第4図を用いて説
明する。第1図は実施例の要部側面図(alと部分拡大
図(b)、第2図は実施例のエネルギ・バンド構造図、
第3図は実施例の電界強度分布図、第4図は量子井戸に
おける量子単位特性図、であり、全図を通じ同一符号は
同一対象物を示す。
第1図に示す実施例は、第5図で述べた従来例の超格子
3を超格子6に変えたものである。
超格子6は、従来例の超格子3と同様に、n−InP(
キャリア濃度−I X 10 ” / cm)の障壁層
とn −1nGaAs (キャリア濃度#2 X10′
5/ cJ)の井戸層を交互に積層してなり、積層の周
期数が50である。そして第1図(b)に示すように、
p形半導体層lの側から8#1〜8#50で示される5
0個の井戸層は、その厚さを8#1から8#50に向か
って80人から110人になるように次第にI¥くしで
あり、同じく7#1〜7#50で示される50個の障壁
層は、個々の周期が200人になるようにその厚さを変
えてあり、最後の障壁層7#51は厚さ100人である
。
このことから、この素子のエネルギ・ハンド構造図は第
2図のようになり、井戸層8#1〜8#50の厚さの変
化に従って量子井戸の幅が変化している。
ここで、井戸層8111〜8#50の厚さは、第3図及
び第4図を用い次のようにして定めである。
即ち、素子に加える逆バイアス電圧Uを20Vとすれば
、超格子6における電界強度Eは、第8図で説明した事
情により第3図のようになる。第3図によれば、井戸層
における電界強度Eは、その最大を示す井戸層8#lに
おいてEmax = 2 Xl05V/cm、最小を示
す井戸層8#50においてEmin =l Xl05V
/■、である。
また、第4図は、励起された電子の量子井戸における量
子準位E、  (伝導帯底Ecとのエネルギ差)に対す
る電界強度Eの依存性を示し、量子井戸の幅(井戸層の
厚さL)がパラメータになっている、この量子準位E1
は、問題としている吸収ピークの波長の変化量に対応す
るものであり、個々の量子井戸における量子準位E1を
揃えることにより量子井戸の間で上記波長の変化量を揃
えることができる。第4図の特性は、井戸層の材料によ
って決まるものであり、その材料が実施例のn  In
GaAsの場合である。
そして第4図において、井戸層8#1の厚さを先に述べ
た80人とすれば、井戸層8#1における電界強度がE
=Emax = 2 Xl05V/c+nであることか
ら、井戸層8111が対応する量子井戸における量子準
位はE + = 18meνとなる。そこで、井戸層8
#50が対応する量子井戸における量子準位をE+=1
8meVにしようとすれば、井戸層81150における
電界強度がE=Emin = l xios V/am
であることから、井戸層8#50の厚さとして先に述べ
た110人が求められる。
井戸層8#2〜8#49に関しては、それぞれにおける
電界強度Eを第3図から求め得るので、井戸層8115
0の厚さを求めるのと同様にして、量子準位がE+=1
8meνとなるそれぞれの厚さを求めることができる。
そしてその厚さは、80〜110人の範囲内にあって井
戸層8#1から井戸層8#50に向かって次第に厚くな
る。
かくして実施例は、複数の量子井戸の間で問題にしてい
る波長の変化量が揃うようになる。その結果、第7図で
述べた光吸収スペクトルにおける破線の状態の吸収ピー
クP3の光吸収係数が従来例の略2倍と太き(なり、外
部光変調器として良好な特性を示すようになる。
なお実施例は本発明に係る光半導体素子の一例を示した
ものであり、本発明は、超格子における複数の井戸層の
間でその厚さが、例えば上述の第3図及び第4図により
求められて、p形半導体層の側からn形半導体層の側に
向かって次第に厚くなっているならば、その細部、例え
ば使用する材料や超格子の周期及び周期数など、が実施
例に限定されるものではない。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明の構成によれば、p形半導体
層とn形半導体層の間に、障壁層と井戸層が交互に積層
されて量子井戸構造を形成する超格子を有してなり、該
超格子が吸収する光の吸収ピークの波長が逆バイアスに
より変化する光半導体素子において、複数の量子井戸の
間で上記波長の変化量が揃うようにするすることができ
て、例えば外部光変調器としての特性の向上を可能にさ
せる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例の要部側面図と部分拡大図、第2図は実
施例のエネルギ・バンド構造図、第3図は実施例の電界
強度分布図、 第4図は量子井戸における量子準位特性図、第5図は従
来例の要部側面図、 第6図は従来例のエネルギ・バンド構造図、第7図は光
吸収のスペクトル図、 第8図は従来例の電界強度分布図、 である。 図において、 lはp形半導体層、 2はn形半導体層、 3.6は超格子、 4.7#1〜7#50は障壁層、 5.8111〜8#50は井戸層、 Eは電界または電界強度、 Elは量子準位、 Lは井戸層の厚さ、 P1〜P3は光吸収ピーク、 Uは逆バイアス電圧、 ZI!超格子の積層方向の距離、 である。 實宅例の嬰舒穆・1面図と告p介払人2第 1 図 す胞倒/+L享ルギ、パン1.−11刀第2図 賞腋例n霊界夕U扮諦図 第 3 図 」を−羊叶戸(二お(する量−5−ギイ立特イも間第 
4 図 叱方2ヨ子ミイクJ dつFンPイ目・lff1うCン
7第 5 図 狭釆分1=nエネルギ・パンFA造図 第6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. p形半導体層とn形半導体層の間に、障壁層と井戸層が
    交互に積層されて量子井戸構造を形成する超格子を有し
    てなり、該超格子が吸収する光の吸収ピークの波長が逆
    バイアスにより変化する光半導体素子において、複数の
    井戸層の間でその厚さが、p形半導体層の側からn形半
    導体層の側に向かって次第に厚くなっていることを特徴
    とする光半導体素子。
JP9380788A 1988-04-15 1988-04-15 光半導体素子 Pending JPH01265225A (ja)

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JP9380788A JPH01265225A (ja) 1988-04-15 1988-04-15 光半導体素子

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JP9380788A Pending JPH01265225A (ja) 1988-04-15 1988-04-15 光半導体素子

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JP (1) JPH01265225A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6894267B2 (en) * 2000-10-27 2005-05-17 Oki Electric Industry Co., Ltd. Photodetector device having stacked structure with improved response rate

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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