JPH0358015A - 光半導体装置 - Google Patents
光半導体装置Info
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- JPH0358015A JPH0358015A JP19496789A JP19496789A JPH0358015A JP H0358015 A JPH0358015 A JP H0358015A JP 19496789 A JP19496789 A JP 19496789A JP 19496789 A JP19496789 A JP 19496789A JP H0358015 A JPH0358015 A JP H0358015A
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Landscapes
- Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
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素子に関する。
（従来の技術）
近年、光による超高速並列情報処理が注目を集めている
。このためには光を２次元的に制御するいわゆる面型変
調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ゲートがある。従来、面型
の光ゲートとして第２図に示す構造がアブライドフィジ
ックスレターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ）４４巻、１６頁、（１９８３）において
ウッドら（Ｗｏｏｄ， Ｔ． Ｈ． ｅｔ ａｌ．）に
よって報告されている。この光ゲートはＧａＡｓとＧａ
ＡＩＡｓの薄膜を交互に積層した量子井戸層２１を導電
型がそれぞれｐ型とｎ型のＧａＡＩＡｓからなるクラッ
ド層２２、２３ではさんだｐｉｎ構造である。表面から
．入射した光は量子井戸層５１を通って基板の裏側から
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
の光に対するによ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。この構造では光が吸収さ
れる領域の長さが短いため、消光比が２：１程度と小さ
い。消光比をあげるなめにりーら（Ｌｅｅ， Ｙ．Ｈ．
ｅｔ ａｌ．）がアブライドフィジックスレターズ（
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）５
３巻、１６８４頁、（１９８８）において、またシムズ
ら（Ｓｉｎｅｓ， Ｒ． Ｊ． ｅｔ ａｌ）がアブラ
イドフィジックスレターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）５３巻、６３７頁、（１９８
８）において、報告しているように第３図に示す反射鏡
１９、２０を設けてファブリ・ペロエタロン構造を形戒
することが検討され、それぞれ５：エないし８：１の消
光比を得ている。
。このためには光を２次元的に制御するいわゆる面型変
調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ゲートがある。従来、面型
の光ゲートとして第２図に示す構造がアブライドフィジ
ックスレターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ）４４巻、１６頁、（１９８３）において
ウッドら（Ｗｏｏｄ， Ｔ． Ｈ． ｅｔ ａｌ．）に
よって報告されている。この光ゲートはＧａＡｓとＧａ
ＡＩＡｓの薄膜を交互に積層した量子井戸層２１を導電
型がそれぞれｐ型とｎ型のＧａＡＩＡｓからなるクラッ
ド層２２、２３ではさんだｐｉｎ構造である。表面から
．入射した光は量子井戸層５１を通って基板の裏側から
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
の光に対するによ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。この構造では光が吸収さ
れる領域の長さが短いため、消光比が２：１程度と小さ
い。消光比をあげるなめにりーら（Ｌｅｅ， Ｙ．Ｈ．
ｅｔ ａｌ．）がアブライドフィジックスレターズ（
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）５
３巻、１６８４頁、（１９８８）において、またシムズ
ら（Ｓｉｎｅｓ， Ｒ． Ｊ． ｅｔ ａｌ）がアブラ
イドフィジックスレターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）５３巻、６３７頁、（１９８
８）において、報告しているように第３図に示す反射鏡
１９、２０を設けてファブリ・ペロエタロン構造を形戒
することが検討され、それぞれ５：エないし８：１の消
光比を得ている。
（発明が解決しようとする課題）
以上に述べたようにファブ１ルベロエタロン構造を用い
ることによって面型光ゲートの消光比は改善されたがま
だこの程度では十分ではない。更に消光比を向上させる
にはファプリ・ベロ共振器内の損失を低減してエタロン
のＱ値を上げる必要がある。
ることによって面型光ゲートの消光比は改善されたがま
だこの程度では十分ではない。更に消光比を向上させる
にはファプリ・ベロ共振器内の損失を低減してエタロン
のＱ値を上げる必要がある。
本発明の目的はファブリ・ペロ共振器内の損失を低減し
消光比の高い面型光ゲートを提供することにある。
消光比の高い面型光ゲートを提供することにある。
（課題を解決するための手段）
本発明における光半導体装置は、２枚の平行な反射鏡か
らなるファブリ・ペロ共振器の内部に多重量子井戸構造
を能動層として持ち、多−重量子井戸構造に金属．絶縁
膜を通して電界を印加して前記ファブ１ルベロ共振器の
透過または反射特性を制御することを特徴とする。
らなるファブリ・ペロ共振器の内部に多重量子井戸構造
を能動層として持ち、多−重量子井戸構造に金属．絶縁
膜を通して電界を印加して前記ファブ１ルベロ共振器の
透過または反射特性を制御することを特徴とする。
（作用）
ファブ１ルベロエタロン構造の面型光ゲートでは能動層
となる多重量子井戸構造に電圧を印加すると多重量子井
戸構造の励起子のエネルギーが低エネルギー側にシフト
する。このため励起子よりもわずかにエネルギーの低い
光に対する吸収係数が増大しそれに伴って屈折率が変化
する。電圧を加えていない時光のエネルギごがファブ１
ルペロ共振器に共鳴してオン状態となるようにすると，
電圧を加えた時屈折率変化のため共鳴からずれて透過率
が減少してオフ状態となる。このときの消光比はＩＯＮ ＩＯＦＦ と書ける。ここで、ｒは光がエタロンの一つの反射鏡か
らもう一つの反射鏡に到達した時の強度の比であり、共
振器無いの損失がないときｒ＝ｔであり、損失が大きく
なるにつれｒは小さくなる。上の式から吸収はＲｒの形
で実効的な反射率を減らすように働く。当然ｒは１に近
いほど良い。半導体を用いる光変調素子では能動層であ
る半導体層に電界を印加するためにｐ−ｎ接合に逆バイ
アスをかけている。このため、ｐ型半導体層およびｎ型
半導体層にはフリーキャリアが存在し、損失の原因とな
る。フリーキャリアによる吸収はキャリア密度をｎ＝ｐ
＝ＩＸ１０ ｃｍ とし、ｎドープ層の厚さをｄｆ１
＝１．３￥ｌｍ， ｐドープ層の厚さをｄ，＝１．５ｐ
ｍとすると、ｒｒｃ＝０．９４となる。フリーキャリア
吸収以外の損失も伴せるとｒは０．９以下となり、消光
比が低下する。本発明では電界印加のためにＭＩＳ構造
を用いる。この構造ではフリーキャリアの存在する層が
ｐ−ｎ接合を用いた場合に比べて少ないため、フリーキ
ャリアによる吸収が小さい。このためファブリ・ペロ共
振器内の損失が低減でき消光比の高い面型光ゲートが実
現できる。
となる多重量子井戸構造に電圧を印加すると多重量子井
戸構造の励起子のエネルギーが低エネルギー側にシフト
する。このため励起子よりもわずかにエネルギーの低い
光に対する吸収係数が増大しそれに伴って屈折率が変化
する。電圧を加えていない時光のエネルギごがファブ１
ルペロ共振器に共鳴してオン状態となるようにすると，
電圧を加えた時屈折率変化のため共鳴からずれて透過率
が減少してオフ状態となる。このときの消光比はＩＯＮ ＩＯＦＦ と書ける。ここで、ｒは光がエタロンの一つの反射鏡か
らもう一つの反射鏡に到達した時の強度の比であり、共
振器無いの損失がないときｒ＝ｔであり、損失が大きく
なるにつれｒは小さくなる。上の式から吸収はＲｒの形
で実効的な反射率を減らすように働く。当然ｒは１に近
いほど良い。半導体を用いる光変調素子では能動層であ
る半導体層に電界を印加するためにｐ−ｎ接合に逆バイ
アスをかけている。このため、ｐ型半導体層およびｎ型
半導体層にはフリーキャリアが存在し、損失の原因とな
る。フリーキャリアによる吸収はキャリア密度をｎ＝ｐ
＝ＩＸ１０ ｃｍ とし、ｎドープ層の厚さをｄｆ１
＝１．３￥ｌｍ， ｐドープ層の厚さをｄ，＝１．５ｐ
ｍとすると、ｒｒｃ＝０．９４となる。フリーキャリア
吸収以外の損失も伴せるとｒは０．９以下となり、消光
比が低下する。本発明では電界印加のためにＭＩＳ構造
を用いる。この構造ではフリーキャリアの存在する層が
ｐ−ｎ接合を用いた場合に比べて少ないため、フリーキ
ャリアによる吸収が小さい。このためファブリ・ペロ共
振器内の損失が低減でき消光比の高い面型光ゲートが実
現できる。
（実施例）
第１図は本発明の一実施例を示す構威図で・ある。
ＳｎドーブＩｎＰの基板１１の上に厚さ！ＯＯｎｍの５
Ｘ １０１７−３ ｃｍ Ｓｉをドープした偶のバツファ層１２、？Ｘ１
０ ｃｍ Ｓｉをドープした厚さ０．５ｎｍのｎ型の
ＩｎＯ．５３ＧａＯ．４７ Ａｓからなるエッチストッ
プ層１３、厚さ２ｐｍの５Ｘ１０ ａｍ Ｓｉをドー
ブしたＩｎＰのクラッド層１４、厚さ７ｎｍのノンドー
プ”０．５３Ｇａｏ．４■Ａｓのウェル層１５１， 厚
さ１０ｎｍのノンドーブＩｎＰのバリア層１５２を交互
に４０層ずつ積層した多重量子井戸構造からなる能動層
１５を順次積層し、さらにＳｉＮを厚さ１００ｎｍに堆
積して絶縁膜１６を形戒する。基板１１を厚さ１００ｐ
ｍに鏡面研磨した後ＡｕＧｅＮｉ／ＡｕＮｉからなる電
極１７を、また表面にＴｉ／Ａｕの電極１８をそれぞれ
形戒する。光が入射、出射する部分の電極１７、基板１
１と電極１８とをエッチングで除去し、ＳｉＯ２、アモ
ルファスＳｉからなる誘電体多層膜の反射鏡１９． ２
０を形戒する。反射鏡１９、２０の反射率は９８％であ
る。
Ｘ １０１７−３ ｃｍ Ｓｉをドープした偶のバツファ層１２、？Ｘ１
０ ｃｍ Ｓｉをドープした厚さ０．５ｎｍのｎ型の
ＩｎＯ．５３ＧａＯ．４７ Ａｓからなるエッチストッ
プ層１３、厚さ２ｐｍの５Ｘ１０ ａｍ Ｓｉをドー
ブしたＩｎＰのクラッド層１４、厚さ７ｎｍのノンドー
プ”０．５３Ｇａｏ．４■Ａｓのウェル層１５１， 厚
さ１０ｎｍのノンドーブＩｎＰのバリア層１５２を交互
に４０層ずつ積層した多重量子井戸構造からなる能動層
１５を順次積層し、さらにＳｉＮを厚さ１００ｎｍに堆
積して絶縁膜１６を形戒する。基板１１を厚さ１００ｐ
ｍに鏡面研磨した後ＡｕＧｅＮｉ／ＡｕＮｉからなる電
極１７を、また表面にＴｉ／Ａｕの電極１８をそれぞれ
形戒する。光が入射、出射する部分の電極１７、基板１
１と電極１８とをエッチングで除去し、ＳｉＯ２、アモ
ルファスＳｉからなる誘電体多層膜の反射鏡１９． ２
０を形戒する。反射鏡１９、２０の反射率は９８％であ
る。
本実施例でのフリーキャリア吸収の影響は小さ＜ ｒ＝
ｏ．９ｓ程度となる。このため他の損失要因を考慮して
も全体のｒは０．９５程度である。本実施例の多重量子
井戸構造に１２０ｋＶ／ｃｍの電界を印加した時に得ら
れる吸収係数の変化はΔα＝５３００ｃｍ ，屈折率
の変化はΔｎ＝−０．０２８程度であるから、多重量子
井戸構造の能動層の厚さが０．７２ｐｍの時、消光比２
０が得られる。フリーキャリア吸収があって、ｒが０．
９の時には消光比は８．６であるから２倍以上改善され
る。
ｏ．９ｓ程度となる。このため他の損失要因を考慮して
も全体のｒは０．９５程度である。本実施例の多重量子
井戸構造に１２０ｋＶ／ｃｍの電界を印加した時に得ら
れる吸収係数の変化はΔα＝５３００ｃｍ ，屈折率
の変化はΔｎ＝−０．０２８程度であるから、多重量子
井戸構造の能動層の厚さが０．７２ｐｍの時、消光比２
０が得られる。フリーキャリア吸収があって、ｒが０．
９の時には消光比は８．６であるから２倍以上改善され
る。
本実施例では絶縁膜１６としてＳｉＮを用いたがＡＩＧ
ａＡｓ等の膜を用いてもよい。製造工程としては能動層
１５の積層までは同じで、その上に例えばＡＩＧａＡｓ
を厚さ１００ｎｍ積層する。結晶戒長にＭＯＶＰＥ法を
用いることにより同一の戊長装置でＬｎＰ， ＩｎＧａ
Ａｓ， ＡＩＧａＡｓを積層できる。この後の工程は前
記実施例と同じである。絶縁層としてＡＩＧａＡｓを用
いることにより良好な界面を得ることができ、光変調に
必要な高い電界を安定に印加することができた。この例
ではｒ、消光比は前記実施例と同程度の値を得た。
ａＡｓ等の膜を用いてもよい。製造工程としては能動層
１５の積層までは同じで、その上に例えばＡＩＧａＡｓ
を厚さ１００ｎｍ積層する。結晶戒長にＭＯＶＰＥ法を
用いることにより同一の戊長装置でＬｎＰ， ＩｎＧａ
Ａｓ， ＡＩＧａＡｓを積層できる。この後の工程は前
記実施例と同じである。絶縁層としてＡＩＧａＡｓを用
いることにより良好な界面を得ることができ、光変調に
必要な高い電界を安定に印加することができた。この例
ではｒ、消光比は前記実施例と同程度の値を得た。
（発明の効果）
本発明によればファブリ・ペロ共振器内の損失を低減し
た消光比の高い面型光ゲートが得られる。
た消光比の高い面型光ゲートが得られる。
第１図は本発明の一実施例の構戒である。図中、１１は
基板、１２はバッファ層、１３はエッチストップ層、１
４はクラッド層、１５は能動層、１６は絶縁膜、１７．
１８は電極、１９． ２０は反射鏡である。また、１
５１はウェル層、１５２はバリア層１５２である。 第２図は従来の技術の一例を示す構戒図である。 図中、２１は量子井戸層、２２・２３はクラッド層であ
る。 第３図は従来の技術の他の一例を示す構或図である。図
中３１はｎ．クラッド層、３２はｐ−クラツド層である
。
基板、１２はバッファ層、１３はエッチストップ層、１
４はクラッド層、１５は能動層、１６は絶縁膜、１７．
１８は電極、１９． ２０は反射鏡である。また、１
５１はウェル層、１５２はバリア層１５２である。 第２図は従来の技術の一例を示す構戒図である。 図中、２１は量子井戸層、２２・２３はクラッド層であ
る。 第３図は従来の技術の他の一例を示す構或図である。図
中３１はｎ．クラッド層、３２はｐ−クラツド層である
。
Claims (1)
- ２枚の反射鏡からなるファブリ・ペロ共振器の内部に、
多重量子井戸構造を能動層として持ち、多重量子井戸構
造上に絶縁膜を設けその上に電極を形成してこの電極に
電圧を印加してファブリ・ペロ共振器の透過または反射
特性を制御することを特徴とする光半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19496789A JPH0358015A (ja) | 1989-07-26 | 1989-07-26 | 光半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19496789A JPH0358015A (ja) | 1989-07-26 | 1989-07-26 | 光半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0358015A true JPH0358015A (ja) | 1991-03-13 |
Family
ID=16333320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19496789A Pending JPH0358015A (ja) | 1989-07-26 | 1989-07-26 | 光半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0358015A (ja) |
-
1989
- 1989-07-26 JP JP19496789A patent/JPH0358015A/ja active Pending
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