JPH0216525A - 光変調器 - Google Patents
光変調器Info
- Publication number
- JPH0216525A JPH0216525A JP16837888A JP16837888A JPH0216525A JP H0216525 A JPH0216525 A JP H0216525A JP 16837888 A JP16837888 A JP 16837888A JP 16837888 A JP16837888 A JP 16837888A JP H0216525 A JPH0216525 A JP H0216525A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrons
- layer
- quantum well
- quantum
- optical modulator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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）
本発明は光情報処理等に用いる光変調器に関する。
（従来の技術）
近年、光の持つ高速性を利用したデジタル情報処理が注
目を集めている。このためには光を制御する論理素子の
開発が必要である。そのうちの一つとして光信号を電気
的にオンオフする光変調器がある。従来、光変調器とし
て第４図に示す構造がエレクトロニクスレターズ（Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ）２１巻、６９３頁
、（１９８５）においてウッド（Ｗｏｏｄ、Ｔ、Ｈ，）
等によって報告されている。この光ゲートはＧａＡｓと
ＧａＡｌＡｓの薄膜を交互に積層した量子井戸層４１を
導電型がそれぞれｐ型とｎ型のＧａＡｌＡｓからなるク
ラッド層４２．４３ではさんだｐｉｎ構造である。一方
の端面から入射した光は量子井戸層４１を通って他方の
端面から出射する。電界の印加によって、実効的なバン
ドギャップが減少するため、量子井戸の励起子の低エネ
ルギー側の光に対する吸収係数が大きくなることを利用
してスイッチングを行っている。
目を集めている。このためには光を制御する論理素子の
開発が必要である。そのうちの一つとして光信号を電気
的にオンオフする光変調器がある。従来、光変調器とし
て第４図に示す構造がエレクトロニクスレターズ（Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ）２１巻、６９３頁
、（１９８５）においてウッド（Ｗｏｏｄ、Ｔ、Ｈ，）
等によって報告されている。この光ゲートはＧａＡｓと
ＧａＡｌＡｓの薄膜を交互に積層した量子井戸層４１を
導電型がそれぞれｐ型とｎ型のＧａＡｌＡｓからなるク
ラッド層４２．４３ではさんだｐｉｎ構造である。一方
の端面から入射した光は量子井戸層４１を通って他方の
端面から出射する。電界の印加によって、実効的なバン
ドギャップが減少するため、量子井戸の励起子の低エネ
ルギー側の光に対する吸収係数が大きくなることを利用
してスイッチングを行っている。
（発明が解決しようとする課題）
以上に述べた光変調器では量子井戸の吸収係数の変化を
利用しており、従来のＬｔＮｂ０３などを用いた光変調
器に比べ著しく小型で低電圧動作が可能となったが、そ
れでも十分な消光比を得るためには量子井戸層に８０ｋ
Ｖ／ａｍ程度の高電界をかけなければならず、ＩＯＶ程
度以上の動作電圧を必要とする。
利用しており、従来のＬｔＮｂ０３などを用いた光変調
器に比べ著しく小型で低電圧動作が可能となったが、そ
れでも十分な消光比を得るためには量子井戸層に８０ｋ
Ｖ／ａｍ程度の高電界をかけなければならず、ＩＯＶ程
度以上の動作電圧を必要とする。
このように動作電圧が高いと駆動回路が複雑になったり
、動作速度を上げにくい等の問題がある。
、動作速度を上げにくい等の問題がある。
本発明の目的は低電圧で動作し、十分なオンオフ比を持
つ光変調器を提供することにある。
つ光変調器を提供することにある。
（課題を解決するための手段）
本発明における光変調器は障壁層を挟んで量子力学的に
結合する二対の電子に対する量子井戸と正孔に対する量
子井戸を持ち、前記の正孔に対する量子井戸が前記障壁
層と空間的に同じ位置にある多重量子井戸構造を導波層
として持つことを特徴とする。
結合する二対の電子に対する量子井戸と正孔に対する量
子井戸を持ち、前記の正孔に対する量子井戸が前記障壁
層と空間的に同じ位置にある多重量子井戸構造を導波層
として持つことを特徴とする。
（作用）
本発明における能動層となる多重量子井戸構造のバンド
ダイアグラムは第２図（ａ）のようになる。
ダイアグラムは第２図（ａ）のようになる。
２１．２２はそれぞれ電子、正孔に対するポテンシャル
、２３．２４はそれぞれ電子、正孔の波動関数の包絡線
、１３１．１３５はｎドープ層、１３２．１３４はノン
ドープ層、１３３はｐドープ層である。第２図（ａ）は
電界が印加されていない場合であるが、このときは電子
の波動関数は量子井戸間の電子の交換に対して対称であ
るから障壁層における電子波動関数は大きな値をもつ。
、２３．２４はそれぞれ電子、正孔の波動関数の包絡線
、１３１．１３５はｎドープ層、１３２．１３４はノン
ドープ層、１３３はｐドープ層である。第２図（ａ）は
電界が印加されていない場合であるが、このときは電子
の波動関数は量子井戸間の電子の交換に対して対称であ
るから障壁層における電子波動関数は大きな値をもつ。
このため電子と正孔の波動関数の重なりが大きく能動層
による吸収により光の透過率は小さくオフ状態となる。
による吸収により光の透過率は小さくオフ状態となる。
電界が印加されると第２図（ｂ）のように電子の波動関
数はエネルギーの低い量子井戸に局在するため正孔の波
動関数との重なりが小さくなる。この状態での透過率は
能動層による吸収が小さいなめ１に近く、オン状態とな
る。
数はエネルギーの低い量子井戸に局在するため正孔の波
動関数との重なりが小さくなる。この状態での透過率は
能動層による吸収が小さいなめ１に近く、オン状態とな
る。
本発明は、量子力学的に結合した二つの量子井戸の間の
電子の局在によってオン状態とオフ状態をスイッチして
いる。この電子の局在のしがたは二つの量子井戸のポテ
ンシャルの差に敏感なため、小さな電界でスイッチング
が可能であり、低電圧で動作する光変調器が実現できる
。
電子の局在によってオン状態とオフ状態をスイッチして
いる。この電子の局在のしがたは二つの量子井戸のポテ
ンシャルの差に敏感なため、小さな電界でスイッチング
が可能であり、低電圧で動作する光変調器が実現できる
。
（実施例）
第１図は本発明の一実施例を示す斜視概略図である。ｎ
型ＩｎＰの基板１１の上にＳｉをドープした厚さｌｐｍ
のＩｎＰによるｎ−クラッド層１２と、その上に多重量
子井戸構造からなる導波層１３とをまず積層する。この
導波層１３はＳｉをドープした厚さ０．５ｎｍのｎ。
型ＩｎＰの基板１１の上にＳｉをドープした厚さｌｐｍ
のＩｎＰによるｎ−クラッド層１２と、その上に多重量
子井戸構造からなる導波層１３とをまず積層する。この
導波層１３はＳｉをドープした厚さ０．５ｎｍのｎ。
ＩｎＰのｎドープ層１３１、厚さ１０層ｍのドーピング
をしないＩｎＧａＡｓＰのノンドープ層１３２、Ｍｇを
ドープした厚さ０．５ｎｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰのｐド
ープ層１３３、厚さ１０層ｍのドーピングをしないＩｎ
ＧａＡｓＰのノンドープ層１３４、Ｓｉをドープした厚
さ０．５ｎｍのｎ−ＩｎＰのｎドープ層１３５、および
、厚さ２０層ｍのドーピングをしないＩｎＰのスペーサ
層１３６を交互に３０層ずつ積層している。この導波層
１３の上にＭｇをドープした厚さｌｐｍのＩｎＰによる
ｐ−クラッド層１４、更に、Ｚｎをドープした厚さ０．
１１１ｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰのコンタクト層１５を順
次積層し、ｎ側電極１６とｐ側電極１７とをそれぞれ形
成する。ＩｎＧａＡｓＰはバンドギャップ０．９５ｅＶ
の組成である。幅５ｐｍの導波路部分と１１００ｐΦの
電極パッド部分（第１図中の円柱形の部分）を残して、
その他の部分を基板１１までエツチングして除去する。
をしないＩｎＧａＡｓＰのノンドープ層１３２、Ｍｇを
ドープした厚さ０．５ｎｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰのｐド
ープ層１３３、厚さ１０層ｍのドーピングをしないＩｎ
ＧａＡｓＰのノンドープ層１３４、Ｓｉをドープした厚
さ０．５ｎｍのｎ−ＩｎＰのｎドープ層１３５、および
、厚さ２０層ｍのドーピングをしないＩｎＰのスペーサ
層１３６を交互に３０層ずつ積層している。この導波層
１３の上にＭｇをドープした厚さｌｐｍのＩｎＰによる
ｐ−クラッド層１４、更に、Ｚｎをドープした厚さ０．
１１１ｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰのコンタクト層１５を順
次積層し、ｎ側電極１６とｐ側電極１７とをそれぞれ形
成する。ＩｎＧａＡｓＰはバンドギャップ０．９５ｅＶ
の組成である。幅５ｐｍの導波路部分と１１００ｐΦの
電極パッド部分（第１図中の円柱形の部分）を残して、
その他の部分を基板１１までエツチングして除去する。
導波路の長さは２００ｐｍである。
入力光１８を端面から導波層１３に入射し、もう−方の
端面から出る光を出力光１９とする。ｎ側電極１６とｐ
側電極１７の間の電圧がＯｖの時、電子と正孔の空間的
な重なりは大きく、最低エネルギー準位間の遷移の振動
子強度が大きい。このため、導波層１３における吸収が
大きくオフ状態となる。電圧を印加すると電子と正孔の
空間的な重なりが小さくなるため第３図のように最低エ
ネルギー準位間の遷移の振動子強度が小さくなって導波
層１３における透過率が増大しオン状態になる。１０ｋ
Ｖ／ｃｍの電界によって最低エネルギー準位間の遷移の
振動子強度が無電界時の１７２になっている。第３図に
おいて、１０ｋＶ／ｃｍの電界は電圧にして、１．２５
Ｖに相当する。
端面から出る光を出力光１９とする。ｎ側電極１６とｐ
側電極１７の間の電圧がＯｖの時、電子と正孔の空間的
な重なりは大きく、最低エネルギー準位間の遷移の振動
子強度が大きい。このため、導波層１３における吸収が
大きくオフ状態となる。電圧を印加すると電子と正孔の
空間的な重なりが小さくなるため第３図のように最低エ
ネルギー準位間の遷移の振動子強度が小さくなって導波
層１３における透過率が増大しオン状態になる。１０ｋ
Ｖ／ｃｍの電界によって最低エネルギー準位間の遷移の
振動子強度が無電界時の１７２になっている。第３図に
おいて、１０ｋＶ／ｃｍの電界は電圧にして、１．２５
Ｖに相当する。
（発明の効果）
本発明の効果は低電圧でも動作し、十分なオンオフ比の
光変調器が得られることである。
光変調器が得られることである。
第１図は本発明の一実施例の斜視概略図である。
図中、１１は基板、１２はｎ−クラッド層、１３は導波
層、１４はｐ−クラッド層、１５はコンタクト層、１６
はｎ側電極、１７はｐ側電極である。また、１３１．１
３５はｎドープ層、１３２．１３４はノンドープ層、１
３３はｐドープ層、１３６はスペーサ層である。また、
１８は人力光、１９は出力光。 第２図は本発明における導波層１３の多重量子井戸構造
のエネルギーバンド図である。（ａ）は電界が印加され
ていない場合、（ｂ）は電界が印加されている場合であ
る。図中、２１は電子に対するポテンシャル、２２は正
孔に対するポテンシャルである。２３は電子の波動関数
の包路線、２４は正孔の波動関数の包絡線である。 第３図は電界の変化に対する本発明における導波層１３
の多重量子井戸構造の最低エネルギー準位間の遷移の振
動子強度の変化を示す図である。横軸は印加電界、縦軸
は最低エネルギー準位間の遷移の振動子強度である。 第４図は従来の技術の一例を示す構成図である。 図中、４１は量子井戸層、４２．４３はクラッド層であ
る。
層、１４はｐ−クラッド層、１５はコンタクト層、１６
はｎ側電極、１７はｐ側電極である。また、１３１．１
３５はｎドープ層、１３２．１３４はノンドープ層、１
３３はｐドープ層、１３６はスペーサ層である。また、
１８は人力光、１９は出力光。 第２図は本発明における導波層１３の多重量子井戸構造
のエネルギーバンド図である。（ａ）は電界が印加され
ていない場合、（ｂ）は電界が印加されている場合であ
る。図中、２１は電子に対するポテンシャル、２２は正
孔に対するポテンシャルである。２３は電子の波動関数
の包路線、２４は正孔の波動関数の包絡線である。 第３図は電界の変化に対する本発明における導波層１３
の多重量子井戸構造の最低エネルギー準位間の遷移の振
動子強度の変化を示す図である。横軸は印加電界、縦軸
は最低エネルギー準位間の遷移の振動子強度である。 第４図は従来の技術の一例を示す構成図である。 図中、４１は量子井戸層、４２．４３はクラッド層であ
る。
Claims (1)
- 障壁層を挟んで量子力学的に結合する一対の電子に対す
る量子井戸と正孔に対する量子井戸とを持ち、前記の正
孔に対する量子井戸が前記障壁層と空間的に同じ位置に
ある多重量子井戸構造を導波層として持つことを特徴と
する光変調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16837888A JPH0216525A (ja) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | 光変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16837888A JPH0216525A (ja) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | 光変調器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0216525A true JPH0216525A (ja) | 1990-01-19 |
Family
ID=15866991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16837888A Pending JPH0216525A (ja) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | 光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0216525A (ja) |
-
1988
- 1988-07-05 JP JP16837888A patent/JPH0216525A/ja active Pending
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