JPH02272785A - 半導体デバイス - Google Patents
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- 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
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- 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
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- G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
- G02F1/01725—Non-rectangular quantum well structures, e.g. graded or stepped quantum wells
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- 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
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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］
本発明は半導体デバイスに関する。さらに詳細には、変
調ドープした量子ウェル異種構造体を含む半導体デバイ
スに関する。
調ドープした量子ウェル異種構造体を含む半導体デバイ
スに関する。
［従来技術の説明］
光波通信、光学的演算及び光子スイッチングにおける光
学的処理用途に変調器等の高速高性能の光学及び光子装
置の必要が高まっている。変調ドープした量子ウェル構
遺体がかくなる用途に開発されできてはいるが、これら
要求される構造体は比較的高いキャパシタンスを有する
から装置の動作速度が限定される。さらに該構造体に１
つ以上の量子ウェルが含まれる場合では、上から下まで
逐次空乏状態にするために高電圧を要する。
学的処理用途に変調器等の高速高性能の光学及び光子装
置の必要が高まっている。変調ドープした量子ウェル構
遺体がかくなる用途に開発されできてはいるが、これら
要求される構造体は比較的高いキャパシタンスを有する
から装置の動作速度が限定される。さらに該構造体に１
つ以上の量子ウェルが含まれる場合では、上から下まで
逐次空乏状態にするために高電圧を要する。
［発明の概要］
変調ドープした量子ウェル異種構造体を半導体デバイス
内でカスケード状とし、前の量子ウェル構造体上に動作
電位の際立った増加を及ぼすことなく屈折率または吸収
係数の変化といった光波信号を変調するための大なる光
学的効果を得ながら高速作動を達成する。各変調ドープ
した量子ウェル異種構造体は、効率的カスケードすなわ
ち積層のために無バイアス状態における異種構造の各端
において実質的に等しい境界状態を呈する。各量子ウェ
ルは障壁層と結合していて漏れ電流を最小限にする。そ
の結′果、各量子ウェルは個別の電荷レザバーと結合し
ている。この態様はカスケード状異種構造体の速度に寄
与する。従来の量子ウェルデバイスとは対照的に変調ド
ープしたカスケード状ウェル異種構造体は全スイッチン
グ電位を減少するように働くバイアス電位の存在下で実
質的に同時空乏となる。
内でカスケード状とし、前の量子ウェル構造体上に動作
電位の際立った増加を及ぼすことなく屈折率または吸収
係数の変化といった光波信号を変調するための大なる光
学的効果を得ながら高速作動を達成する。各変調ドープ
した量子ウェル異種構造体は、効率的カスケードすなわ
ち積層のために無バイアス状態における異種構造の各端
において実質的に等しい境界状態を呈する。各量子ウェ
ルは障壁層と結合していて漏れ電流を最小限にする。そ
の結′果、各量子ウェルは個別の電荷レザバーと結合し
ている。この態様はカスケード状異種構造体の速度に寄
与する。従来の量子ウェルデバイスとは対照的に変調ド
ープしたカスケード状ウェル異種構造体は全スイッチン
グ電位を減少するように働くバイアス電位の存在下で実
質的に同時空乏となる。
導波路構造に組込まれると、変調ドープしたカスケード
状量子ウェル異種構造体は、光源用外部変調器のような
導波路素子として、または利得媒体に連結されて同調可
能レーザを生ずる内部キャビティ波長同調素子として、
もしくは直接変調光源の内部キャビティ変調器として、
または光学的励起レーザとしても用いることができる。
状量子ウェル異種構造体は、光源用外部変調器のような
導波路素子として、または利得媒体に連結されて同調可
能レーザを生ずる内部キャビティ波長同調素子として、
もしくは直接変調光源の内部キャビティ変調器として、
または光学的励起レーザとしても用いることができる。
電気的に誘起される光学特性変化が相対的に大きいため
、多重量子ウェル構造体より短い導波路構造体を製作す
ることで同じ光学的特性変化を得ることができる。
、多重量子ウェル構造体より短い導波路構造体を製作す
ることで同じ光学的特性変化を得ることができる。
垂直光伝搬構造体において、変調ドープしたカスケード
状量子ウェル異種構造体はその伝搬構造体が光学的読出
し、光学的変調、光学的ゲーティングに使用可能かつ光
学的相互連結、光学的スイッチング並びに光学的演算に
適用可能な十分に大きな位相−空間吸収クエンチング（
ＰＡＱ）効果を生み出すことができる。
状量子ウェル異種構造体はその伝搬構造体が光学的読出
し、光学的変調、光学的ゲーティングに使用可能かつ光
学的相互連結、光学的スイッチング並びに光学的演算に
適用可能な十分に大きな位相−空間吸収クエンチング（
ＰＡＱ）効果を生み出すことができる。
本発明のその特徴と諸利益はいくつかの実施例添付図面
に基づく以下の詳細な説明より容易に理解されよう。
に基づく以下の詳細な説明より容易に理解されよう。
［実施例］
図示する本発明の種々の模式的実施例は縮尺で製図した
ものではなく、かつ限定にあらず単に図解を目的として
ものである。図示する半導体層の模式的寸法は以下記載
の通りである。
ものではなく、かつ限定にあらず単に図解を目的として
ものである。図示する半導体層の模式的寸法は以下記載
の通りである。
本発明はオプトエレクトロニック集積回路に含まれうる
多くの興味深い代替デバイス構造体を提供するものであ
る。異なったデバイス構造体が数多可能であるが、少な
くとも頂面と底面を適当なりラッド領域で囲んだ導波領
域を有する導波路構造体に主として焦点を絞り以下説明
する。変調ドープした量子ウェル異種構造体を本発明の
原理に則りカスケード状°とし、図示デバイスの導波領
域を実現する。図示の構造体は単なる図解を目的とし、
限定を意図したものではない。
多くの興味深い代替デバイス構造体を提供するものであ
る。異なったデバイス構造体が数多可能であるが、少な
くとも頂面と底面を適当なりラッド領域で囲んだ導波領
域を有する導波路構造体に主として焦点を絞り以下説明
する。変調ドープした量子ウェル異種構造体を本発明の
原理に則りカスケード状°とし、図示デバイスの導波領
域を実現する。図示の構造体は単なる図解を目的とし、
限定を意図したものではない。
第１図は少なくとも頂面と底面各々をクラッド領域１１
と１３で囲んだ導波領域１２を有する半導体導波デバイ
スの斜視図。電位Ｖｏにおいてバイアスをかけるため電
極１０と１４に電気的接触が行われる。
と１３で囲んだ導波領域１２を有する半導体導波デバイ
スの斜視図。電位Ｖｏにおいてバイアスをかけるため電
極１０と１４に電気的接触が行われる。
図示のごとく、電極は被覆領域を介して半導体導波デバ
イスに接触する。平均光子エネルギー１ωを有する光は
導波領域を縦軸に平行にデバイスと衝突する。
イスに接触する。平均光子エネルギー１ωを有する光は
導波領域を縦軸に平行にデバイスと衝突する。
第１図の半導体導波デバイスよりなる種々の半導体層の
詳細を以下に述べるが、特に第４図より第８図を採用す
る。未だ知見に乏しいにも拘らず、印加バイアス電位の
変化が吸収係数または屈折率に対応する変化を及ぼす結
果となることは一応理解できる。従って、半導体導波デ
バイスが高吸収状態と高透過状態との間を急速に切り替
わり振幅即ち輝度変調が可能となる。このことは導波路
における光の平均光子エネルギーｔωが変調ドープした
量子ウェル異種構造体の吸収バンドエツジのエネルギー
より大きい場合に特に有効である。同様に、半導体導波
デバイスの屈折率を変化させて、導波路の有効光路長を
増加または減少することもありうる。一般に、屈折率変
化は周波数または位相変調に応用される。このことは導
波路における光の平均光子エネルギー１ωが各変調ドー
プした量子ウエル異種構造体の吸収バンドエツジのエネ
ルギーより低い場合に特に有効である。
詳細を以下に述べるが、特に第４図より第８図を採用す
る。未だ知見に乏しいにも拘らず、印加バイアス電位の
変化が吸収係数または屈折率に対応する変化を及ぼす結
果となることは一応理解できる。従って、半導体導波デ
バイスが高吸収状態と高透過状態との間を急速に切り替
わり振幅即ち輝度変調が可能となる。このことは導波路
における光の平均光子エネルギーｔωが変調ドープした
量子ウェル異種構造体の吸収バンドエツジのエネルギー
より大きい場合に特に有効である。同様に、半導体導波
デバイスの屈折率を変化させて、導波路の有効光路長を
増加または減少することもありうる。一般に、屈折率変
化は周波数または位相変調に応用される。このことは導
波路における光の平均光子エネルギー１ωが各変調ドー
プした量子ウエル異種構造体の吸収バンドエツジのエネ
ルギーより低い場合に特に有効である。
手短に上述したことから、本発明の原理に則り実現され
た半導体デバイスが光源の外部変調器のような導波路素
子として、又は利得媒体に連結されて同調可能レーザを
形成する内部キャビティ波長調整素子として、又は直接
変調される光源の内部キャビティ変調器として、さらに
また光学的励起レーザとして、導波路構造体内に組み込
むのに適していることは当業者にとり当然明白である。
た半導体デバイスが光源の外部変調器のような導波路素
子として、又は利得媒体に連結されて同調可能レーザを
形成する内部キャビティ波長調整素子として、又は直接
変調される光源の内部キャビティ変調器として、さらに
また光学的励起レーザとして、導波路構造体内に組み込
むのに適していることは当業者にとり当然明白である。
垂直光伝搬構造体において、変調ドープしたカスケード
状量子ウェル異種構造体はその伝搬構造体が光学的読出
し、光学的変調、光学的ゲーティングに使用可能かつ”
光学的相互連結、光学的スイッチング並びに光学的演算
に適用可能な十分に大きな位相−空間吸収クエンチング
（ＰＡＱ）効果を生み出すことができる。
状量子ウェル異種構造体はその伝搬構造体が光学的読出
し、光学的変調、光学的ゲーティングに使用可能かつ”
光学的相互連結、光学的スイッチング並びに光学的演算
に適用可能な十分に大きな位相−空間吸収クエンチング
（ＰＡＱ）効果を生み出すことができる。
導波路の縦軸に沿って向けられる光を用い本発明の原理
に則りデバイスを作動することが望ましいが、光がデバ
イスの半導体層と垂直方向に衝突する際半導体構造も電
気吸収変調器として主に作動しうるものと理解される。
に則りデバイスを作動することが望ましいが、光がデバ
イスの半導体層と垂直方向に衝突する際半導体構造も電
気吸収変調器として主に作動しうるものと理解される。
このような構成を第２図及び第３図双方に示す。
第２図において、クラッド領域１１と１３の吸収バンド
エツジのエネルギー以下の平均光子エネルギーを有する
光信号２２はデバイス半導体層上に垂直に衝突する。変
調した光信号２３は半導体デバイスより出たあと素子２
４により利用される。素子２４としてはレンズ光ファイ
バー乃至光検出器等でよい。
エツジのエネルギー以下の平均光子エネルギーを有する
光信号２２はデバイス半導体層上に垂直に衝突する。変
調した光信号２３は半導体デバイスより出たあと素子２
４により利用される。素子２４としてはレンズ光ファイ
バー乃至光検出器等でよい。
半導体層に垂直な光信号の人出を可能とするため、標準
的環状リングの接点のような接点２０と２１を設けるの
が望ましい。光信号２２の吸収は吸収材中の光信号が横
切る長さに事実上比例するから、第２図に示すデバイス
の吸収量は相対的に小さい。
的環状リングの接点のような接点２０と２１を設けるの
が望ましい。光信号２２の吸収は吸収材中の光信号が横
切る長さに事実上比例するから、第２図に示すデバイス
の吸収量は相対的に小さい。
光信号が吸収される間の距離を有効に伸ばすため、デバ
イス半導体層上垂直に進入する光信号はデバイスの反対
側で反射され吸収材を２度横切ることになる。このよう
なデバイス態様を第３図に示す。平均光子エネルギー１
ωを有しクラッド領域１１と１３の透明領域にある光信
号８２はデバイス半導体層上垂直に衝突する。この−度
変調された光信号は吸収材を介して電極３０により反射
されて最終的には変調された光信号３３として出射する
。本構成では、接点３０はストライブ状接点として実施
し、一方接点３１の形状は標準的環状リングとする。
イス半導体層上垂直に進入する光信号はデバイスの反対
側で反射され吸収材を２度横切ることになる。このよう
なデバイス態様を第３図に示す。平均光子エネルギー１
ωを有しクラッド領域１１と１３の透明領域にある光信
号８２はデバイス半導体層上垂直に衝突する。この−度
変調された光信号は吸収材を介して電極３０により反射
されて最終的には変調された光信号３３として出射する
。本構成では、接点３０はストライブ状接点として実施
し、一方接点３１の形状は標準的環状リングとする。
導波路実施例を第１図より第３図に示したが、本発明が
２つのドープした接触層間にカスケード状変調ドープし
た量子ウェル異種構造体を配設することにより実施して
よいことは当業者に明白となろう。第４図より第８図に
示す例では接触層をドープしたｎ形とする。
２つのドープした接触層間にカスケード状変調ドープし
た量子ウェル異種構造体を配設することにより実施して
よいことは当業者に明白となろう。第４図より第８図に
示す例では接触層をドープしたｎ形とする。
第４図に示すように、第１図より第３図における導波路
領域１２として適する半導体構造はカスケード状または
相互゛に積層した幾つかの変調ドープした緩衝層４７と
４８を含む。少なくとも１つの緩衝層、即ち４８を設け
て半導体構造の周知的ｎ−１−ｎシーケンスを完全にす
る。緩衝層４８は約１μｍの厚さに成長させると共に約
Ｉ Ｘ １０１８ｃｍ−３のＳｉドーピング濃度を有す
るＡｌＧａ Ｉ ｎＡｓよりなる。変調ドープした量子
異種構造体４０は層４８上にエピタキシャル成長させる
。
領域１２として適する半導体構造はカスケード状または
相互゛に積層した幾つかの変調ドープした緩衝層４７と
４８を含む。少なくとも１つの緩衝層、即ち４８を設け
て半導体構造の周知的ｎ−１−ｎシーケンスを完全にす
る。緩衝層４８は約１μｍの厚さに成長させると共に約
Ｉ Ｘ １０１８ｃｍ−３のＳｉドーピング濃度を有す
るＡｌＧａ Ｉ ｎＡｓよりなる。変調ドープした量子
異種構造体４０は層４８上にエピタキシャル成長させる
。
各変調ドープした量子ウェル異種構造体４０は以下の順
序で成長させた半導体層よりなる： １３００ Ａ（オ
ングストローム）の厚さに成長させた真性ＡＩ Ｉ
ｎ Ａｓよりなる障壁層４６；約２Ｘ０．４８
０．５２ １０１２Ｃ１１−２の濃度にｐ形ドーパント（Ｂｅ）を
原子ブレーナ層ドーピング（δドーピング）または従来
の均一ドーピングよりなるｐ ドーピング層４５：１０
０Ａの厚さに成長させた真性ＡＩ ＩｎＯ，４８０
，５２ Ａｓよりなる追加障壁層４４；約９ＯＡの厚さに成長さ
せたＧ ａ Ｏ，４７Ｉ ｎ ｏ、５ａＡ Ｓのごとき
狭いバンドギャップ真性材よりなる量子ウェル４３；約
１０ＯＡの厚さに成長させたＡｌＧａ１ｎＡｓよりなる
真性スペーサ層４２；及び約Ｉ×１０１８Ｃ１１−３の
濃度にｎ形材材（Ｓｔ）内ドープし約６０ＯＡの厚さに
成長させたＡｌＧａＩｎＡｓよりなるレザバー層。第５
図と第７図のエネルギーバンド図に示すように、変調ド
ープした量子ウェル異種構造体４０が異種構造体の対向
端において実質的に同じ境界状態を有するように適切に
設計され、１つの変調ドープした量子ウェル異種構造体
が互いにカスケード状または積層可能となっている半導
体材料を含むことは明らかである。実験例において、１
０個の変調ドープした量子ウェル異種構造体をカスケー
ド状として半導体導波路デバイスの導波路領域Ｉ２を形
成した。
序で成長させた半導体層よりなる： １３００ Ａ（オ
ングストローム）の厚さに成長させた真性ＡＩ Ｉ
ｎ Ａｓよりなる障壁層４６；約２Ｘ０．４８
０．５２ １０１２Ｃ１１−２の濃度にｐ形ドーパント（Ｂｅ）を
原子ブレーナ層ドーピング（δドーピング）または従来
の均一ドーピングよりなるｐ ドーピング層４５：１０
０Ａの厚さに成長させた真性ＡＩ ＩｎＯ，４８０
，５２ Ａｓよりなる追加障壁層４４；約９ＯＡの厚さに成長さ
せたＧ ａ Ｏ，４７Ｉ ｎ ｏ、５ａＡ Ｓのごとき
狭いバンドギャップ真性材よりなる量子ウェル４３；約
１０ＯＡの厚さに成長させたＡｌＧａ１ｎＡｓよりなる
真性スペーサ層４２；及び約Ｉ×１０１８Ｃ１１−３の
濃度にｎ形材材（Ｓｔ）内ドープし約６０ＯＡの厚さに
成長させたＡｌＧａＩｎＡｓよりなるレザバー層。第５
図と第７図のエネルギーバンド図に示すように、変調ド
ープした量子ウェル異種構造体４０が異種構造体の対向
端において実質的に同じ境界状態を有するように適切に
設計され、１つの変調ドープした量子ウェル異種構造体
が互いにカスケード状または積層可能となっている半導
体材料を含むことは明らかである。実験例において、１
０個の変調ドープした量子ウェル異種構造体をカスケー
ド状として半導体導波路デバイスの導波路領域Ｉ２を形
成した。
前述のごと＜ Ｉ Ｘ １０１８ｃａｂ−３の濃度でシ
リコンｎ形ドープしたＡｌＧａ１ｎＡｓよりなりドープ
した緩衝層４７を上端カスケード状変調ドープした量子
ウェル異種構造体上に約１μｍの厚さに成長させる。緩
衝層４７も導波路領域からクラッド領域へ遷移手段を供
する。
リコンｎ形ドープしたＡｌＧａ１ｎＡｓよりなりドープ
した緩衝層４７を上端カスケード状変調ドープした量子
ウェル異種構造体上に約１μｍの厚さに成長させる。緩
衝層４７も導波路領域からクラッド領域へ遷移手段を供
する。
変調ドープした量子ウェル異種構造体４０内のｐドープ
した層４５については、ｐ層が完全に空乏されホールに
よる自由キャリア吸収を避け１つの変調ドープした量子
つ再ル異種構造体から次の構造体への電子、すなわち漏
れ電流に対するポテンシャル障壁を供する結果となるこ
とは留意すべきである。その結果、変調ドープした量子
ウェル異種構造体はエネルギー散逸を避ける。
した層４５については、ｐ層が完全に空乏されホールに
よる自由キャリア吸収を避け１つの変調ドープした量子
つ再ル異種構造体から次の構造体への電子、すなわち漏
れ電流に対するポテンシャル障壁を供する結果となるこ
とは留意すべきである。その結果、変調ドープした量子
ウェル異種構造体はエネルギー散逸を避ける。
第５図及び第６図は半導体デバイスがバイアスをかけな
いかまたは逆バイアスをかけられた際の単一変調ドープ
した量子ウェル異種構造体のエネルギーバンド図を示す
。第５図において、フェルミ準位（点線５０）は量子ウ
ェル層４３の電子サブバンドｎ −１より下に位置し
ている。故に、量子ウェルは初期において空乏である。
いかまたは逆バイアスをかけられた際の単一変調ドープ
した量子ウェル異種構造体のエネルギーバンド図を示す
。第５図において、フェルミ準位（点線５０）は量子ウ
ェル層４３の電子サブバンドｎ −１より下に位置し
ている。故に、量子ウェルは初期において空乏である。
第６図に示すごとく外部バイアスがデバイスに加えられ
ると、約−１ボルトの変調ドープした量子ウェル異種構
造体４０間のバイアス、フェルミ準位（点線６０）は電
子サブバンドｎ −ルベルよりも上昇して量子ウェル
層４３を電子で満たし素材の光学特性に大きな変化をも
たらす。障壁層４４と４６に形成されたポテンシャル障
壁を介してｐ ドープした層４５により少量の電流が漏
れる。電子サブバンドレベルが満たされると、吸収バン
ドエツジは「ブルーシフト」を受は而して量子ウェル層
４３における光子エネルギーが電子サブバンドｎ −１
のエネルギー電子サブバンドｎ −１において部分的
に満だされている量子ウェルを有する異種構造体を設計
することにより、バイアスポテンシャルを加えて吸収を
誘起することは可能である。
ると、約−１ボルトの変調ドープした量子ウェル異種構
造体４０間のバイアス、フェルミ準位（点線６０）は電
子サブバンドｎ −ルベルよりも上昇して量子ウェル
層４３を電子で満たし素材の光学特性に大きな変化をも
たらす。障壁層４４と４６に形成されたポテンシャル障
壁を介してｐ ドープした層４５により少量の電流が漏
れる。電子サブバンドレベルが満たされると、吸収バン
ドエツジは「ブルーシフト」を受は而して量子ウェル層
４３における光子エネルギーが電子サブバンドｎ −１
のエネルギー電子サブバンドｎ −１において部分的
に満だされている量子ウェルを有する異種構造体を設計
することにより、バイアスポテンシャルを加えて吸収を
誘起することは可能である。
障壁層の適切な設計により電子が伝導及び吸収過程に寄
与する唯一のキャリアとなる。的確な障壁設計の結果と
して、変調ドープした量子ウェル異種構造体内の電荷キ
ャリヤレザバー層をこれに近接した量子ウェルの唯一の
電荷キャリヤ源とすることが可能である。障壁層を薄く
することにより、低印加ポテンシャルで同じ効果をもた
らすことが可能である。しかし、異種構造体のキャパシ
タンスと漏れ電流は増加することになる。
与する唯一のキャリアとなる。的確な障壁設計の結果と
して、変調ドープした量子ウェル異種構造体内の電荷キ
ャリヤレザバー層をこれに近接した量子ウェルの唯一の
電荷キャリヤ源とすることが可能である。障壁層を薄く
することにより、低印加ポテンシャルで同じ効果をもた
らすことが可能である。しかし、異種構造体のキャパシ
タンスと漏れ電流は増加することになる。
上述の通り、本デバイスは結果として非常に高速動作が
できる。その理由は、電荷キャリヤ（電子）の移送距離
が、従来技術の変調ドープしたＦＥＴのようなかなり長
いものではなく、数百オングストロームを移送されるだ
けだからである。異種構造体の今一つの利点はこれが相
対的に低いキャパシタンスを有することである。上記の
用に変調ドープした量子ウェル異種構造体をカスケード
状（積層）とすると、連続異種構造体間の直列接続故に
キャパシタンスはさらに減少する。
できる。その理由は、電荷キャリヤ（電子）の移送距離
が、従来技術の変調ドープしたＦＥＴのようなかなり長
いものではなく、数百オングストロームを移送されるだ
けだからである。異種構造体の今一つの利点はこれが相
対的に低いキャパシタンスを有することである。上記の
用に変調ドープした量子ウェル異種構造体をカスケード
状（積層）とすると、連続異種構造体間の直列接続故に
キャパシタンスはさらに減少する。
デバイスに印加されるポテンシャル（ｖｏ）は各変調ド
ープした量子ウェル異種構造体間に等しく分割されるこ
とに留意すべきである。この結果、カスケード状に積層
の各変調ドープした量子ウェル異種構造体は電気的バイ
アス信号により実質的に同時制御が可能となりかつ対応
する量子ウェルも同時空乏か充満となる。このような同
時制御を従来の多重量子ウェルデバイスで行うためには
、個々の量子ウェルに接続するために、このデバイスを
通して複雑なインクデイジット電極構造を垂直に成長さ
せることが必要となる。量子ウェルの大きさからして、
この提案は事実上実用に適さない。
ープした量子ウェル異種構造体間に等しく分割されるこ
とに留意すべきである。この結果、カスケード状に積層
の各変調ドープした量子ウェル異種構造体は電気的バイ
アス信号により実質的に同時制御が可能となりかつ対応
する量子ウェルも同時空乏か充満となる。このような同
時制御を従来の多重量子ウェルデバイスで行うためには
、個々の量子ウェルに接続するために、このデバイスを
通して複雑なインクデイジット電極構造を垂直に成長さ
せることが必要となる。量子ウェルの大きさからして、
この提案は事実上実用に適さない。
第７図と第８図は本発明の原理に則り設計された単一の
変調ドープした量子ウェル異種構造体の異なったバイア
スポテンシャル下でのエネルギーバンド図を示す。異種
構造体の半導体層構造は第４図に示す構造に対して若干
修正しである。
変調ドープした量子ウェル異種構造体の異なったバイア
スポテンシャル下でのエネルギーバンド図を示す。異種
構造体の半導体層構造は第４図に示す構造に対して若干
修正しである。
量子ウェル層４３は従前の隣接障壁層からさらに遠ざけ
られ、真性スペーサ層４９が介在される。量子ウェル層
を障壁層からさらに遠ざけて配設することにより、外部
バイアスに拘らず量子ウェル層における電子サブバンド
ｎ −１１で満たされる度合いを調整することが可能で
ある。さらに、ｐ＋ドーピング層４５はシートあるいは
原子層またはδドーピング層としてよりむしろ均一にド
ープした従来のＡＩ Ｉｎ Ａｓ層に近い形で
示して０．４８ ０．５２ ある。このｐ ドープした層の形が変化しているが、そ
の層中のイオン化したアクセプタからｐ形キャリヤ（ホ
ール）が無くなることが分かるであろう。
られ、真性スペーサ層４９が介在される。量子ウェル層
を障壁層からさらに遠ざけて配設することにより、外部
バイアスに拘らず量子ウェル層における電子サブバンド
ｎ −１１で満たされる度合いを調整することが可能で
ある。さらに、ｐ＋ドーピング層４５はシートあるいは
原子層またはδドーピング層としてよりむしろ均一にド
ープした従来のＡＩ Ｉｎ Ａｓ層に近い形で
示して０．４８ ０．５２ ある。このｐ ドープした層の形が変化しているが、そ
の層中のイオン化したアクセプタからｐ形キャリヤ（ホ
ール）が無くなることが分かるであろう。
δドープしたｎ％層を障壁層とのインターフェース（層
４３と４４間のインターフェース；層４９と４４間のイ
ンターフェース）で成長させてリザバー層におけるビル
トインフィールドを低減する可能性が考えられる。さら
に１つ以上の量子ウェル層を現存の量子ウェル層４３の
近傍に含ませる可能性が考えられる。幾つかの量子ウェ
ル層の追加により各変調ドープした量子ウェル異種構造
体による光学的効果を増加させる一方で動作速度を減少
させる可能性がある。
４３と４４間のインターフェース；層４９と４４間のイ
ンターフェース）で成長させてリザバー層におけるビル
トインフィールドを低減する可能性が考えられる。さら
に１つ以上の量子ウェル層を現存の量子ウェル層４３の
近傍に含ませる可能性が考えられる。幾つかの量子ウェ
ル層の追加により各変調ドープした量子ウェル異種構造
体による光学的効果を増加させる一方で動作速度を減少
させる可能性がある。
第９図は第１図の導波路構造の好適な実施例を示すため
のものである。半導体構造を半絶縁性ＦｅドープしたＩ
ｎＰよりなる基板上に成長させる。
のものである。半導体構造を半絶縁性ＦｅドープしたＩ
ｎＰよりなる基板上に成長させる。
クラッド層９１は約２×１０１８ＣＩ１１−３の濃度で
ドープした厚さ１μｍのＡＩ Ｉｎ Ａｓのｎ
形層よ０．４８ ０．５２ りなり基板９０上に成長させる。超格子９９を層９１上
に成長させて導波路領域とクラッド領域における変調ド
ープした量子ウェル異種構造体間に漸進的な遷移を設け
る。超格子９９は約２×１０□ｇｅｌｌｌ−３の濃度で
ドープしたｎ形である以下の層よりなる：ＡｌＧａ１ｎ
Ａｓ層９２ （５０Ａ （オングストローム））；Ａ
ｌ ｏ 、 ４８ Ｉ ｎ ｏ 、 ５２ Ａ ３層９
３ （５０Ａ） ； Ａ Ｉ ＧａＩｎＡｓ層９４（１
００Ａ） ；ＡＩ Ｉｎ ＡｓＯ，４８０，
５２ 層９５ （５０Ａ） ＨＡ ＩＧａ Ｉ ｎＡｓＡｓ層
（２０ＯＡ） ；及びＡＩ Ｉｎ Ａｓ層
９７ （５０Ａ） 。カスプ０．４８ ０．５２ −ド状変調ドープした量子ウェル異種構造体は緩衝層と
共に超格子９９上に成長させる。次に超格子８９は２
ｘ １０１８ｃｎ＋−”ノ濃度でロドーブしたそれらの
層と共に成長させる。超格子８９は以下の層よりなるＨ
ＡＩ Ｉｎ Ａｓ層８１ （５ＧＡ） ； Ａ
Ｉ ＧＯ，４８０，５２ ａ ＩｎＡｓ層８２（２００Ａ） ；ＡＩ Ｉｎ
ＡＯ，４８０，５２ ５層８３ （５０Ａ） ： Ａ Ｉ Ｇａ Ｉ ｎＡ
ｓＡｓ層 （１００Ａ）： Ａ １ ｏ、ａｓ Ｉ ｎ
Ｏ，５２Ａ ８層８５ （５０Ａ） ；及びＡＩＱａ
Ｉ ｎＡｓＡｓＯ（５０Ａ） 、上記超格子８９は２
×１０ ｃｍ の濃度でシリコンドープしたＡＩ
Ｉｏ、４８ ｎ ０．５２Ａ Ｓ （２ａ ｍ ）よりなるｎ形クラ
ッド層８７上に成長させる。最後に、高ドープしたｎ形
接点層８８を成長させるが、これは５Ｘ１０１８ＣＩ１
１−３ノ濃度でシリコンドープしたＡ １ ｏ、４ｇ
Ｉ ｎ Ｏ，５２Ａｓ （ｔ。
ドープした厚さ１μｍのＡＩ Ｉｎ Ａｓのｎ
形層よ０．４８ ０．５２ りなり基板９０上に成長させる。超格子９９を層９１上
に成長させて導波路領域とクラッド領域における変調ド
ープした量子ウェル異種構造体間に漸進的な遷移を設け
る。超格子９９は約２×１０□ｇｅｌｌｌ−３の濃度で
ドープしたｎ形である以下の層よりなる：ＡｌＧａ１ｎ
Ａｓ層９２ （５０Ａ （オングストローム））；Ａ
ｌ ｏ 、 ４８ Ｉ ｎ ｏ 、 ５２ Ａ ３層９
３ （５０Ａ） ； Ａ Ｉ ＧａＩｎＡｓ層９４（１
００Ａ） ；ＡＩ Ｉｎ ＡｓＯ，４８０，
５２ 層９５ （５０Ａ） ＨＡ ＩＧａ Ｉ ｎＡｓＡｓ層
（２０ＯＡ） ；及びＡＩ Ｉｎ Ａｓ層
９７ （５０Ａ） 。カスプ０．４８ ０．５２ −ド状変調ドープした量子ウェル異種構造体は緩衝層と
共に超格子９９上に成長させる。次に超格子８９は２
ｘ １０１８ｃｎ＋−”ノ濃度でロドーブしたそれらの
層と共に成長させる。超格子８９は以下の層よりなるＨ
ＡＩ Ｉｎ Ａｓ層８１ （５ＧＡ） ； Ａ
Ｉ ＧＯ，４８０，５２ ａ ＩｎＡｓ層８２（２００Ａ） ；ＡＩ Ｉｎ
ＡＯ，４８０，５２ ５層８３ （５０Ａ） ： Ａ Ｉ Ｇａ Ｉ ｎＡ
ｓＡｓ層 （１００Ａ）： Ａ １ ｏ、ａｓ Ｉ ｎ
Ｏ，５２Ａ ８層８５ （５０Ａ） ；及びＡＩＱａ
Ｉ ｎＡｓＡｓＯ（５０Ａ） 、上記超格子８９は２
×１０ ｃｍ の濃度でシリコンドープしたＡＩ
Ｉｏ、４８ ｎ ０．５２Ａ Ｓ （２ａ ｍ ）よりなるｎ形クラ
ッド層８７上に成長させる。最後に、高ドープしたｎ形
接点層８８を成長させるが、これは５Ｘ１０１８ＣＩ１
１−３ノ濃度でシリコンドープしたＡ １ ｏ、４ｇ
Ｉ ｎ Ｏ，５２Ａｓ （ｔ。
００Ａ）よりなる。
カスケード状変調ドープした量子ウェル異種構造体を個
々のドープした（接触される）半導体層により続く他の
カスケード状変調ドープした量子ウェル異ＦＩ構造体で
遮断する可能性が考えられる。
々のドープした（接触される）半導体層により続く他の
カスケード状変調ドープした量子ウェル異ＦＩ構造体で
遮断する可能性が考えられる。
本質的に、本変調ドープした量子ウェル異種構造体（ｎ
−ｉ−ｎ）は基本的半導体構築ブロックであって同じカ
スケード状配列における他の異種構造体と共に同時制御
可能と見なされる。基本的構築ブロック概念はレザバー
と量子ウェル層が高障壁層で境界を接する少なくとも１
つの量子ウェル層に実質的に近接する電荷キャリヤレザ
バーとして実現される。カスケード状とすることは異種
構造体がその各端部において実質的に同一境界状態を呈
する限定より起こる。
−ｉ−ｎ）は基本的半導体構築ブロックであって同じカ
スケード状配列における他の異種構造体と共に同時制御
可能と見なされる。基本的構築ブロック概念はレザバー
と量子ウェル層が高障壁層で境界を接する少なくとも１
つの量子ウェル層に実質的に近接する電荷キャリヤレザ
バーとして実現される。カスケード状とすることは異種
構造体がその各端部において実質的に同一境界状態を呈
する限定より起こる。
上記デバイスは分子線エピタキシーや有機金属化学気相
成長のごとき気相エピタキシーといった標準的エピタキ
シャル処理技術により製作してもよい。上記本発明原理
に則りデバイスを実現するために半導体層成長、不純物
ドーピング、原子ブレナー層またはゾルタネ純物ドーピ
ング、フォトリソグラフィ及び接触金属処理を含む製造
技術は通常の当業者に既知であると思われる。
成長のごとき気相エピタキシーといった標準的エピタキ
シャル処理技術により製作してもよい。上記本発明原理
に則りデバイスを実現するために半導体層成長、不純物
ドーピング、原子ブレナー層またはゾルタネ純物ドーピ
ング、フォトリソグラフィ及び接触金属処理を含む製造
技術は通常の当業者に既知であると思われる。
素材系１ ｎＧａＡｌＡｓ ｎＧａＡｌＡｓはカスケー
ド状変調ドープした量子ウェル異種構造体を有する電気
的に制御される半導体デバイスを製造するための記述で
あるが、他の素材組合わせをＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ５ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ、Ｇ
ａＡｓＳｂ／ＧａＡｌＡｓＳｂ及びＩｎＧａＡｓＰ／Ｉ
ｎＰといった他の半導体■−Ｖ族から選択してもよい。
ド状変調ドープした量子ウェル異種構造体を有する電気
的に制御される半導体デバイスを製造するための記述で
あるが、他の素材組合わせをＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ５ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ、Ｇ
ａＡｓＳｂ／ＧａＡｌＡｓＳｂ及びＩｎＧａＡｓＰ／Ｉ
ｎＰといった他の半導体■−Ｖ族から選択してもよい。
これらの半導体系において、その層は適当なＧａＡｓま
たはＩｎＰ基板に格子整合してもよい。不整合が考えら
れるのは基板材上の層に歪みが広がることである。最後
に、デバイス構造の伸長もＩＩ −ＶＩ族と■族におけ
る半導体化合物に予期される。
たはＩｎＰ基板に格子整合してもよい。不整合が考えら
れるのは基板材上の層に歪みが広がることである。最後
に、デバイス構造の伸長もＩＩ −ＶＩ族と■族におけ
る半導体化合物に予期される。
第１図は導波層にカスケード状変調ドープした量子ウェ
ル異種構造体を組込んだ導波路デバイスの斜視図； 第２図と第３図はデバイス上にカスケード状変調ドープ
した量ぞウェル異種構造体の垂直方向に光が衝突する本
発明原理による半導体デバイスの断面図； 第４図はカスケード状変調ドープした量子ウェル異種構
造体よりなる半導体層の断面図；第５図より第８図は本
発明の原理による可変バイヤスポテンシャル条件下にお
ける単一の変調ドープした量子ウェル異種構造体のエネ
ルギー帯縦断面図； 第９図はカスケード変調ドープした量子ウェル異種構造
体を含み第１図に示すものと類似の模式的導波路構造よ
りなる半導体層の断面図である。 出 願 人：アメリカン テレフォン アンドテレグラ
フ カムパニ ＦＩＧ、／ ＦＩＧ、２ Ｆ／ＧＪ Ｆ／Ｇ、４ Ｆ／Ｇ、７ Ｆｌσ、θ Ｆ／Ｇ、５ ＦＩ６．６ Ｆ／σ、９
ル異種構造体を組込んだ導波路デバイスの斜視図； 第２図と第３図はデバイス上にカスケード状変調ドープ
した量ぞウェル異種構造体の垂直方向に光が衝突する本
発明原理による半導体デバイスの断面図； 第４図はカスケード状変調ドープした量子ウェル異種構
造体よりなる半導体層の断面図；第５図より第８図は本
発明の原理による可変バイヤスポテンシャル条件下にお
ける単一の変調ドープした量子ウェル異種構造体のエネ
ルギー帯縦断面図； 第９図はカスケード変調ドープした量子ウェル異種構造
体を含み第１図に示すものと類似の模式的導波路構造よ
りなる半導体層の断面図である。 出 願 人：アメリカン テレフォン アンドテレグラ
フ カムパニ ＦＩＧ、／ ＦＩＧ、２ Ｆ／ＧＪ Ｆ／Ｇ、４ Ｆ／Ｇ、７ Ｆｌσ、θ Ｆ／Ｇ、５ ＦＩ６．６ Ｆ／σ、９
Claims (7)
- （１）少なくとも１つの変調ドープ構造を有し、電気信
号に応答して、供給された光信号に変化を起こさせる半
導体デバイスにおいて、 前記少なくとも１つの変調ドープ構造が、 少なくとも１つの量子ウェル層と、 前記少なくとも１つの量子ウェル層に実質上近接し、前
記電荷キャリアを前記少なくとも１つの量子ウェル層に
提供する第１ドープ半導体層と、前記量子ウェル層に実
質上近接し、前記少なくとも１つの量子ウェル層の前記
ドープ半導体層とは反対側に設けられた障壁層と、 前記障壁層の前記少なくとも１つの量子ウェル層とは反
対側にエピタキシャル成長させた第２ドープ半導体層と
を有し、 前記第１及び第２ドープ半導体層が実質的に同じ導電形
である、 ことを特徴とする半導体デバイス。 - （２）前記第１ドープ半導体層の一面における境界状態
が前記第２ドープ半導体層の一面における境界状態と実
質的に同一であって、該双方の面が前記少なくとも１つ
の変調ドープ構造の最外端であることを特徴とする請求
項１記載の半導体デバイス。 - （３）前記変調ドープ構造が、さらに前記第１ドープ半
導体層と前記少なくとも１つの量子ウェル層との間にエ
ピタシャル成長させた真性層を含むことを特徴とする請
求項２記載の半導体デバイス。 - （４）前記変調ドープ構造が、さらに前記障壁層と前記
少なくとも１つの量子ウェル層との間にエピタキシャル
成長させた第２真性層を含むことを特徴とする請求項３
記載の半導体デバイス。 - （５）前記障壁層は実質的に真性であり、さらに前記第
１及び第２ドープ半導体層の導電形と逆の導電形を有す
る第３ドープ半導体層を含むことを特徴とする請求項２
記載の半導体デバイス。 - （６）前記第１ドープ半導体層の一面における境界状態
が前記第２ドープ半導体層の一面における境界状態と実
質的に等しく、該双方の面が前記少なくとも１つの変調
ドープ構造の最外端であることを特徴とする請求項５記
載の半導体デバイス。 - （７）前記変調ドープ構造が、さらに前記第１ドープ半
導体層と前記少なくとも１つの量子ウェル層との間にエ
ピタキシャル成長させた真性層を含むことを特徴とする
請求項６に記載の半導体デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/322,958 US5008717A (en) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | Semiconductor device including cascaded modulation-doped quantum well heterostructures |
| US322958 | 1989-03-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02272785A true JPH02272785A (ja) | 1990-11-07 |
| JPH07109929B2 JPH07109929B2 (ja) | 1995-11-22 |
Family
ID=23257193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2051575A Expired - Fee Related JPH07109929B2 (ja) | 1989-03-03 | 1990-03-02 | 半導体デバイス |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5008717A (ja) |
| EP (1) | EP0385685B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07109929B2 (ja) |
| CA (1) | CA2007829C (ja) |
| DE (1) | DE69015228T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| WO2010137458A1 (ja) * | 2009-05-27 | 2010-12-02 | 日本電気株式会社 | 半導体光変調器および半導体マッハツェンダー型光変調器 |
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