JP3227661B2 - 歪量子井戸構造素子及びそれを有する光デバイス - Google Patents

歪量子井戸構造素子及びそれを有する光デバイス

Info

Publication number
JP3227661B2
JP3227661B2 JP26434093A JP26434093A JP3227661B2 JP 3227661 B2 JP3227661 B2 JP 3227661B2 JP 26434093 A JP26434093 A JP 26434093A JP 26434093 A JP26434093 A JP 26434093A JP 3227661 B2 JP3227661 B2 JP 3227661B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
quantum well
well structure
semiconductor laser
layer
band
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP26434093A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0799369A (ja
Inventor
淳 新田
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.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP26434093A priority Critical patent/JP3227661B2/ja
Priority to US08/312,544 priority patent/US5606176A/en
Priority to DE69412738T priority patent/DE69412738T2/de
Priority to EP94115205A priority patent/EP0645858B1/en
Publication of JPH0799369A publication Critical patent/JPH0799369A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3227661B2 publication Critical patent/JP3227661B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • 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
    • G02F1/00—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
    • 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 
    • G02F1/015—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  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06203—Transistor-type lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • 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
    • G02F1/00—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
    • 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 
    • G02F1/015—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  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • G02F1/0155—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  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction modulating the optical absorption
    • G02F1/0157—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  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction modulating the optical absorption using electro-absorption effects, e.g. Franz-Keldysh [FK] effect or quantum confined stark effect [QCSE]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • 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
    • G02F1/00—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
    • 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 
    • G02F1/015—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  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
    • G02F1/01708—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells in an optical wavequide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • 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
    • G02F1/00—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
    • 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 
    • G02F1/015—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  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
    • G02F1/01766—Strained superlattice devices; Strained quantum well devices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • 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
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/07—Polarisation dependent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • H01S5/0422—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer
    • H01S5/0424—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer lateral current injection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06233—Controlling other output parameters than intensity or frequency
    • H01S5/06236—Controlling other output parameters than intensity or frequency controlling the polarisation, e.g. TM/TE polarisation switching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/3403—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers having a strained layer structure in which the strain performs a special function, e.g. general strain effects, strain versus polarisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/3403—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers having a strained layer structure in which the strain performs a special function, e.g. general strain effects, strain versus polarisation
    • H01S5/3404—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers having a strained layer structure in which the strain performs a special function, e.g. general strain effects, strain versus polarisation influencing the polarisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/3407—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers characterised by special barrier layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/3408—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers characterised by specially shaped wells, e.g. triangular

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、歪量子井戸構造素子及
びそれを備えた半導体レーザなどの光デバイスに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、量子井戸に引張り歪を導入した歪
量子井戸構造を持つ活性層を有する半導体レーザはＴＭ
偏光で発振する特性を有していた。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では、一度、歪量子井戸構造を形成すると、そ
のバンド構造が固定されてしまうために、発振光の偏光
方向を制御することは不可能であった。
【０００４】よって、本発明の目的は、上記の課題を解
決すべく、分布を持った歪量を有する歪量子井戸構造素
子及びそれを備えた半導体レーザなどの光デバイスを提
供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明による歪量子井戸
構造素子及びそれを備えた光デバイスでは、井戸層と障
壁層を持つ歪量子井戸構造中の歪量に分布を持たせ、外
部より印加する電圧によって、量子井戸層中の遷移をＴ
Ｅが優勢な状態とＴＭが優勢な状態間で切りかえること
ができる様に構成されている。
【０００６】より具体的には、本発明による半導体レー
ザは、基板上に１つの井戸層、及び該井戸層を上下で挟
む障壁層を含み、該井戸層で重い正孔のバンド端と軽い
正孔のバンド端とが交差するように該井戸層内の格子定
数が単調に変化する歪量子井戸構造を備え、 且つ該井戸
層の該重い正孔のバンド端と伝導帯間の遷移が支配的な
第１の遷移状態と、該軽い正孔のバンド端と伝導帯間の
遷移が支配的な第２の遷移状態とのスイッチを行う為の
電圧印加手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
【０００８】上記構成において、更に具体的には、２つ
の障壁層とその間の前記１つの井戸層から成る単一量子
井戸構造として構成されていたり、２つの障壁層とその
間の前記１つの井戸層から成る単一量子井戸構造を複数
備えて成る多重量子井戸構造として構成されていたり、
前記歪量子井戸構造は、該歪量子井戸構造を構成する微
小領域が該領域と同一の格子定数を持つ半導体基板上に
成膜された時に該領域が持つバンドギャップエネルギー
が任意の２つの値から成る様に、構成されていたり、前
記単調の変化とは、単調増加または単調減少であった
り、前記歪量子井戸構造は、該歪量子井戸構造を構成す
る微小領域が該領域と同一の格子定数を持つ半導体基板
上に成膜された時に該領域が持つバンドギャップエネル
ギーが井戸層内で徐々に線形に変化する様に、構成され
ていたり、前記格子定数の差は、単一の量子井戸構造の
井戸層内でのバンドギャップ変化が小さい方から大きい
方に線形に変化するときに、大きい方から小さい方に変
化したり、歪量子井戸構造へ電流を注入する電流注入機
構を備えたりする。
【０００９】本発明の原理を、量子井戸構造を構成する
井戸層部を、バンドギャップが変化せずに格子定数が変
化する材料で構成し、その格子定数を基板より大きいな
ものから基板より小さなものまで連続的に変化させてい
る具体的構造を用いて、説明する。
【００１０】格子定数が基板と異なるもので井戸層を構
成すると、井戸層部の格子に応力がかかり、そのバンド
構造が変化する。格子定数が基板より大きい部分では、
価電子帯の重い正孔のバンド端は、もとのバンド端（応
力がかかっていない状態）より低エネルギー側にシフト
し、価電子帯の軽い正孔のバンド端は、高エネルギー側
にシフトする。一方、格子定数が基板より小さい部分で
は、価電子帯の重い正孔のバンド端は、高エネルギー側
にシフトし、価電子帯の軽い正孔のバンド端は、もとの
バンド端より低エネルギー側にシフトする。伝導帯のバ
ンド構造の変形は上記重い正孔のバンド端の挙動と同様
となる。
【００１１】この結果、量子井戸構造のバンド構造は、
例えば、図７に示したように、重い正孔と軽い正孔で異
なる傾向を示す。バンドの形状が類似しているもの同士
での光学遷移確率が大きいので、図７の場合は、価電子
帯の軽い正孔と伝導帯間で遷移が支配的となりＴＭ光が
出力される。
【００１２】一方、外部より電界を印加し、図８のよう
にバンド形状を変形させると、価電子帯の重い正孔と伝
導帯間の遷移が寄与し、ＴＥ光が出力される。
【００１３】
【実施例１】図１は本発明の第１実施例の特徴を最もよ
く表す斜視図であり、同図において１は例えば半絶縁性
のＩｎＰ基板、２は例えば半絶縁性のＩｎＧａＡｓＰか
らなるクラッド層、３は歪量子井戸から構成される活性
層、４は導電性の半導体からなる埋め込み層で例えばＰ
型ＩｎＧａＡｓＰからなる。また、５は埋め込み層４と
異なる導電型、ここではｎ型の半導体からなる埋め込み
層で例えばｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層、６は例えばＳｉＯ2
からなる絶縁膜、７、１０は活性層３へ電圧を印加する
ための電極、８、９は活性層３へ電流を注入するための
電極である。
【００１４】次に、活性層３の構成について説明する。
本実施例では、活性層３として、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造
の導波路中に単一量子井戸構造が形成されているものを
用いた。単一量子井戸構造の領域は、図２に示したよう
に、片側の障壁からもう一方の障壁に向かって基板１と
の格子定数差が正の状態から負の状態にまで線形に変化
するように構成されている。さらに、この単一量子井戸
構造の各微小領域の歪みの影響がない状態でのバンドギ
ャップエネルギーは、各部分では、図５に示す関係にな
っているように形成されている。このような構成をＩｎ
xＧａ1-xＡｓyＰ1-yのｘとｙを制御して作製する。上記
の２つの関係（格子定数とバンドギャップエネルギーの
関係）を満たすように成膜すると図３に示したようなバ
ンド構造となる。
【００１５】次に本実施例の動作について説明する。
【００１６】第１電極７と第４電極１０間を短絡してお
き、第２電極８と第３電極９を用いて活性層３に電流注
入を行う。この電圧非印加状態では、活性層３内のバン
ド構造が図３に示すようになっているので、伝導帯と価
電子帯の軽い正孔の準位との間でおこる遷移が支配的と
なり、ＴＭ偏光の出力光を得ることができる。
【００１７】一方、第１電極７と第４電極１０の間に電
圧を印加することにより、単一量子井戸構造部分のバン
ド構造は、図４のように変化する。この状態では、伝導
帯と価電子帯の重い正孔の準位との間でおこる遷移が支
配的となり、ＴＥ偏光の出力光を得ることができる。
【００１８】本実施例の第１の変形例として、単一量子
井戸構造部分を図６〜図８に示す構成とすることも可能
である。量子井戸構造を構成する各部のエネルギーバン
ドギャップが図５に示した関係になり、かつ格子定数の
関係が図６に示すようになるように成膜する。成膜後の
第１電極７と第４電極１０を短絡した電圧非印加状態で
のバンド構造を図７に示した。この電圧非印加状態で
は、伝導帯と価電子帯の軽い正孔の準位間での遷移が支
配的となり、ＴＭ偏光の出力が得られる。一方、第１電
極７と第４電極１０の間に電圧を印加することにより、
図８に示すバンド構造になると、伝導帯と価電子帯の重
い正孔の準位間での遷移が支配的となり、ＴＥ偏光の出
力が得られる。
【００１９】図９〜図１２に、本実施例の単一量子井戸
構造部分の他の変形を示す。図９は、図５に対応する図
で、バンドギャップエネルギーの関係を示してある。図
１０は導入する歪の変化傾向を示してある。図９、図１
０の関係を満たす半導体結晶を成膜し、第１電極７と第
４電極１０を短絡した電圧非印加状態でのバンド構造は
図１１のようになる。この電圧非印加状態で第２電極８
と第３電極９を用いて活性層３へ電流を注入すると、伝
導帯と価電子帯の重い正孔の準位間での遷移が支配的と
なりＴＥ偏光の出力が得られる。また、第１電極７と第
４電極１０間に電圧を印加して、バンド構造を図１２の
ようにすると、伝導帯と価電子帯の軽い正孔の準位間で
の遷移が支配的となり、ＴＭ偏光の出力が得られる。
【００２０】本実施例では、活性層３が単一量子井戸構
造から構成してある例を挙げて説明したが、本発明自体
は単一量子井戸構造に限られるものではなく、上述した
歪単一量子井戸を複数個用いた多重量子井戸構造にして
もよい。
【００２１】また、活性層３を構成する半導体材料とし
て、４元混晶ＩｎＧａＡｓＰを用いて実施例を説明した
が、本発明は、この材料に限定されるものではない。半
導体レーザを構成でき、格子定数とバンドギャップエネ
ルギーを独立に設定可能な半導体であれば、本発明に基
づいた歪量子井戸構造及び半導体レーザを構成できる。
【００２２】
【実施例２】本発明の歪量子井戸構造を、他のデバイス
構成で用いた場合を図１３、１４に示した。
【００２３】図１３のデバイスはＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ，２６巻，９号，１４８１頁−１４９１頁に記載の素
子を本発明に適用したものである。
【００２４】同図において、１は例えばＰ型ＩｎＰから
なる基板、２０は例えばＰ型ＩｎＰからなるバッファ
層、２１は例えばＰ型ＩｎＧａＡｓＰ層、２２は例えば
ノンドープのＩｎＰ層、２３はｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層、
２４はＰ型ＩｎＧａＡｓＰ層、２５はＰ型ＩｎＰキャッ
プ層、２６はコレクタ電極、２７はエミッタ電極、２８
はベース電極である。活性層３は図２から図１２で示し
た歪量子井戸構造のうちのどれかの構造を持つ。
【００２５】図１４には、本素子への電気接続関係を示
している。すなわち、ベース電極２８と、コレクタ電極
２６間の電圧によって歪量子井戸構造に印加する電圧を
調整し、エミッタ電極２７とコレクタ電極２６によっ
て、歪量子井戸構造へ電流注入を行う。
【００２６】このように構成することにより、第１実施
例のように動作させることができる。
【００２７】本構成のように歪量子井戸構造に電圧の印
加を行い、バンド構造を変化させ、かつ量子井戸構造に
電流を注入して動作する構造に本発明の歪量子井戸構造
を導入することにより、電圧印加変化により、出力光の
偏光状態を切り変えるデバイスを構成することができ
る。
【００２８】以上、上記実施例では、半導体レーザに適
用した場合について説明したが、本発明の核となる歪量
子井戸構造は、他の光デバイスへ適用することも可能で
ある。例えば吸収型の光変調器、半導体光増幅器へ適用
できる。
【００２９】光増幅器の場合、例えば、図１、図１３の
両端面に反射防止膜を形成することにより、進行波型光
増幅器として動作し、電圧印加変化によって、ＴＥ光に
対して利得を大きくしたり、ＴＭ光に対して利得を大き
くしたりすることができる。
【００３０】また、光変調器の場合、例えば、図１の第
２、第３電極８、９間の逆バイアス電圧の印加量を調整
することにより、吸収型の光変調器として動作させるこ
とが出来る。この状態で第１、第４電極７、１０に印加
する電圧変化で、ＴＥ光に対して動作させたり、ＴＭ光
に対して動作させることが可能となる。
【００３１】また、量子井戸構造中での歪の分布は上記
実施例に限らず、種々の形態が可能である。例えば、引
張り歪或は圧縮歪の内でのみ変化してもよい。要する
に、外部より印加する電圧によって、量子井戸層中の遷
移をＴＥが優勢な状態とＴＭが優勢な状態間で切りかえ
ることができる様に、歪量子井戸構造のバンド構造が形
成されていればよい。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、量子井戸構造中で
歪が、例えば、引張り歪から圧縮歪にまで、変化するよ
うにし、さらに、この歪量子井戸構造に、外部より電圧
を印加できる構造や電流を注入できる構造を形成するこ
とにより、電圧変化により、出力光の偏光状態を変化す
ることができる半導体レーザ等の光デバイスを形成する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施したデバイスの第１実施例の斜視
図。
【図２】図１の活性層中の量子井戸構造の構成を説明す
るための格子定数差に関するグラフ図。
【図３】図１の活性層中の量子井戸構造の構成を説明す
るための電圧非印加時のバンド構造の図。
【図４】図１の活性層中の量子井戸構造の構成を説明す
るための電圧印加時のバンド構造の図。
【図５】図１の活性層中の量子井戸構造の構成を説明す
るためのバンドギャップエネルギーに関するグラフ図。
【図６】図１の活性層中の量子井戸構造の他の構成を説
明するための格子定数差に関するグラフ図。
【図７】図１の活性層中の量子井戸構造の他の構成を説
明するための電圧非印加時のバンド構造の図。
【図８】図１の活性層中の量子井戸構造の他の構成を説
明するための電圧印加時のバンド構造の図。
【図９】図１の活性層中の量子井戸構造の更に他の構成
を説明するためのバンドギャップエネルギーに関するグ
ラフ図。
【図１０】図１の活性層中の量子井戸構造の更に他の構
成を説明するための格子定数差に関するグラフ図。
【図１１】図１の活性層中の量子井戸構造の更に他の構
成を説明するための電圧非印加時のバンド構造の図。
【図１２】図１の活性層中の量子井戸構造の更に他の構
成を説明するための電圧印加時のバンド構造の図。
【図１３】本発明を実施したデバイスの第２実施例の斜
視図。
【図１４】図１３のデバイスの電気接続関係を示す図。
【符号の説明】
１ 基板 ２ クラッド層 ３ 活性層 ４、５ 埋め込み層 ６ 絶縁層 ７、８、９、１０ 電極 ２０ バッファ層 ２１、２４ Ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層 ２２ ｉ−ＩｎＰ層 ２３ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層 ２５ Ｐ−ＩｎＰキャップ層 ２６ コレクタ層 ２７ エミッタ電極 ２８ ベース電極
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−53602（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−82852（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−267773（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−220025（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−263483（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−41564（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−37081（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−174787（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−2684（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−12979（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−218580（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 G02F 1/017 H01L 21/20

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板上に１つの井戸層、及び該井戸層を上
    下で挟む障壁層を含み、該井戸層で重い正孔のバンド端
    と軽い正孔のバンド端とが交差するように該井戸層内の
    格子定数が単調に変化する歪量子井戸構造を備え、 且つ該井戸層の該重い正孔のバンド端と伝導帯間の遷移
    が支配的な第１の遷移状態と、該軽い正孔のバンド端と
    伝導帯間の遷移が支配的な第２の遷移状態とのスイッチ
    を行う為の電圧印加手段を備えることを特徴とする半導
    体レーザ。
  2. 【請求項２】２つの障壁層とその間の前記１つの井戸層
    から成る単一量子井戸構造として構成されていることを
    特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
  3. 【請求項３】２つの障壁層とその間の前記１つの井戸層
    から成る単一量子井戸構造を複数備えて成る多重量子井
    戸構造として構成されていることを特徴とする請求項１
    記載の半導体レーザ。
  4. 【請求項４】前記歪量子井戸構造は、該歪量子井戸構造
    を構成する微小領域が該領域と同一の格子定数を持つ半
    導体基板上に成膜された時に該領域が持つバンドギャッ
    プエネルギーが任意の２つの値から成る様に、構成され
    ていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
  5. 【請求項５】前記単調の変化とは、単調増加または単調
    減少であることを特徴とする請求項１記載の半導体レー
    ザ。
  6. 【請求項６】前記歪量子井戸構造は、該歪量子井戸構造
    を構成する微小領域が該領域と同一の格子定数を持つ半
    導体基板上に成膜された時に該領域が持つバンドギャッ
    プエネルギーが井戸層内で徐々に線形に変化する様に、
    構成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体
    レーザ。
  7. 【請求項７】前記格子定数の差は、単一の量子井戸構造
    の井戸層内でのバンドギャップ変化が小さい方から大き
    い方に線形に変化するときに、大きい方から小さい方に
    変化することを特徴とする請求項６記載の半導体レー
    ザ。
  8. 【請求項８】歪量子井戸構造へ電流を注入する電流注入
    機構を備えることを特徴とする請求項１記載の半導体レ
    ーザ。
JP26434093A 1993-09-28 1993-09-28 歪量子井戸構造素子及びそれを有する光デバイス Expired - Fee Related JP3227661B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP26434093A JP3227661B2 (ja) 1993-09-28 1993-09-28 歪量子井戸構造素子及びそれを有する光デバイス
US08/312,544 US5606176A (en) 1993-09-28 1994-09-26 Strained quantum well structure having variable polarization dependence and optical device including the strained quantum well structure
DE69412738T DE69412738T2 (de) 1993-09-28 1994-09-27 Verspannte Quantumwellstruktur mit variabler Polarisationsabhängigkeit und optische Vorrichtung mit dieser verspannten Quantumwellstruktur
EP94115205A EP0645858B1 (en) 1993-09-28 1994-09-27 Strained quantum well structure having variable polarization dependence and optical device inducing the strained quantum well structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP26434093A JP3227661B2 (ja) 1993-09-28 1993-09-28 歪量子井戸構造素子及びそれを有する光デバイス

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0799369A JPH0799369A (ja) 1995-04-11
JP3227661B2 true JP3227661B2 (ja) 2001-11-12

Family

ID=17401814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP26434093A Expired - Fee Related JP3227661B2 (ja) 1993-09-28 1993-09-28 歪量子井戸構造素子及びそれを有する光デバイス

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5606176A (ja)
EP (1) EP0645858B1 (ja)
JP (1) JP3227661B2 (ja)
DE (1) DE69412738T2 (ja)

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2591445B2 (ja) * 1993-10-15 1997-03-19 日本電気株式会社 光変調素子
GB2291979B (en) * 1994-08-03 1996-07-24 Northern Telecom Ltd Polarisation-insensitive optical modulators
GB2306773B (en) * 1995-10-20 1999-01-27 Toshiba Cambridge Res Center Optical modulator
JPH09311220A (ja) * 1996-03-19 1997-12-02 Canon Inc 異なる偏光依存性を持つ領域が交互に配置された回折格子、及びそれを用いた光半導体デバイス
JPH09318918A (ja) * 1996-05-29 1997-12-12 Nec Corp 半導体光変調器
GB2316533B (en) * 1996-08-16 1999-05-26 Toshiba Cambridge Res Center Semiconductor device
JP3518837B2 (ja) * 1996-08-22 2004-04-12 キヤノン株式会社 出力光の偏波を切り換えることができる半導体レーザ及び半導体レーザ装置及びその駆動方法
JP3006553B2 (ja) * 1997-07-08 2000-02-07 日本電気株式会社 半導体集積型偏波モード変換器
JP3630977B2 (ja) 1998-03-19 2005-03-23 キヤノン株式会社 位相調整領域を有するレーザ及びその使用法
JP2003241152A (ja) * 2002-02-18 2003-08-27 Mitsubishi Electric Corp 半導体光変調器
KR100928963B1 (ko) * 2003-01-10 2009-11-26 삼성전자주식회사 양자우물을 가지는 광소자
KR20090002241A (ko) * 2007-06-25 2009-01-09 엘지이노텍 주식회사 발광소자 및 그 제조방법
JP5250245B2 (ja) * 2007-11-21 2013-07-31 日本オクラロ株式会社 半導体レーザ
JP5003527B2 (ja) * 2008-02-22 2012-08-15 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物発光素子、及びｉｉｉ族窒化物系半導体発光素子を作製する方法
US8373153B2 (en) * 2009-05-26 2013-02-12 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation Photodetectors
US8367925B2 (en) * 2009-06-29 2013-02-05 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation Light-electricity conversion device
US8809834B2 (en) * 2009-07-06 2014-08-19 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation Photodetector capable of detecting long wavelength radiation
US8748862B2 (en) * 2009-07-06 2014-06-10 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation Compound semiconductors
US8395141B2 (en) * 2009-07-06 2013-03-12 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation Compound semiconductors
US8227793B2 (en) 2009-07-06 2012-07-24 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation Photodetector capable of detecting the visible light spectrum
US8368990B2 (en) * 2009-08-21 2013-02-05 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation Polariton mode optical switch with composite structure
US8368047B2 (en) * 2009-10-27 2013-02-05 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation Semiconductor device
US8058641B2 (en) 2009-11-18 2011-11-15 University of Seoul Industry Corporation Foundation Copper blend I-VII compound semiconductor light-emitting devices
DE102011002923A1 (de) * 2011-01-20 2012-07-26 Forschungsverbund Berlin E.V. Diodenlaser mit hoher Effizienz
US20120236891A1 (en) * 2011-03-17 2012-09-20 Finisar Corporation Lasers with quantum wells having high indium and low aluminum with barrier layers having high aluminum and low indium with reduced traps
JP5947743B2 (ja) * 2013-04-22 2016-07-06 日本電信電話株式会社 半導体偏波制御素子
US9412911B2 (en) 2013-07-09 2016-08-09 The Silanna Group Pty Ltd Optical tuning of light emitting semiconductor junctions
US10340661B2 (en) * 2017-11-01 2019-07-02 International Business Machines Corporation Electro-optical device with lateral current injection regions
CN114430002B (zh) * 2022-04-06 2022-06-07 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 高效率有源层和半导体发光器件及制备方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5090790A (en) * 1990-06-29 1992-02-25 At&T Bell Laboratories Polarization-independent semiconductor waveguide
US5079774A (en) * 1990-12-27 1992-01-07 International Business Machines Corporation Polarization-tunable optoelectronic devices
US5349201A (en) * 1992-05-28 1994-09-20 Hughes Aircraft Company NPN heterojunction bipolar transistor including antimonide base formed on semi-insulating indium phosphide substrate
JPH0661570A (ja) * 1992-08-04 1994-03-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 歪多重量子井戸半導体レーザ
US5313073A (en) * 1992-08-06 1994-05-17 University Of Southern California Light detector using intersub-valence band transitions with strained barriers
EP0606821A1 (en) * 1993-01-11 1994-07-20 International Business Machines Corporation Modulated strain heterostructure light emitting devices
US5383211A (en) * 1993-11-02 1995-01-17 Xerox Corporation TM-polarized laser emitter using III-V alloy with nitrogen

Also Published As

Publication number Publication date
DE69412738T2 (de) 1999-03-25
JPH0799369A (ja) 1995-04-11
DE69412738D1 (de) 1998-10-01
EP0645858A2 (en) 1995-03-29
EP0645858A3 (en) 1995-07-05
EP0645858B1 (en) 1998-08-26
US5606176A (en) 1997-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3227661B2 (ja) 歪量子井戸構造素子及びそれを有する光デバイス
US4833511A (en) Phototransistor device
US5107514A (en) Semiconductor optical element
US4589117A (en) Butt-jointed built-in semiconductor laser
JP3033604B2 (ja) 半導体光機能素子
JPH0715084A (ja) 屈折率制御光半導体構造
JP2917950B2 (ja) 波長可変半導体レーザ及びその製造方法
JP2789644B2 (ja) 光変調器
JP3249235B2 (ja) 光スイッチ
WO2005124870A1 (en) Semiconductor quantum well devices
JP2891756B2 (ja) 波長可変半導体レーザ
JPH09148682A (ja) 半導体光素子
JP2676942B2 (ja) 光変調器
JP3178570B2 (ja) 偏波応用光機能素子
JPH0719001B2 (ja) 半導体光スイツチ
JPS6034089A (ja) 光双安定半導体レ−ザ
JP2687884B2 (ja) 波長可変半導体レーザ及びその製造方法
JPH07202316A (ja) 選択成長導波型光制御素子
JP3025322B2 (ja) 光導波路
JP2866683B2 (ja) 双安定発光素子
JP2908124B2 (ja) 半導体レーザ素子およびその製造方法
JPH01204019A (ja) 光変調器
JPH1065275A (ja) 変調器集積半導体レーザ
JPH07270731A (ja) 導波型半導体光変調器
JPS60124982A (ja) 双安定レ−ザ

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees