JPH03274525A - 多重量子井戸光変調素子 - Google Patents

多重量子井戸光変調素子

Info

Publication number
JPH03274525A
JPH03274525A JP2075844A JP7584490A JPH03274525A JP H03274525 A JPH03274525 A JP H03274525A JP 2075844 A JP2075844 A JP 2075844A JP 7584490 A JP7584490 A JP 7584490A JP H03274525 A JPH03274525 A JP H03274525A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
state
quantum well
bias
quantum wells
absorption layer
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
Application number
JP2075844A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsushi Kurobe
篤 黒部
Haruhiko Yoshida
春彦 吉田
Yasuo Ashizawa
芦沢 康夫
Yutaka Uematsu
豊 植松
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.)
Optoelectronics Technology Research Laboratory
Original Assignee
Optoelectronics Technology Research Laboratory
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 Optoelectronics Technology Research Laboratory filed Critical Optoelectronics Technology Research Laboratory
Priority to JP2075844A priority Critical patent/JPH03274525A/ja
Publication of JPH03274525A publication Critical patent/JPH03274525A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 
    • G02F1/015Devices 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
    • G02F1/017Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
    • G02F1/01725Non-rectangular quantum well structures, e.g. graded or stepped quantum wells
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 
    • G02F1/015Devices 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
    • G02F1/017Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
    • G02F1/01725Non-rectangular quantum well structures, e.g. graded or stepped quantum wells
    • G02F1/01733Coupled or double quantum wells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、光フアイバ通信等に用いられる外部変調方式
の多重量子井戸光変調素子に係わり、特に変調駆動手段
の改良をはかった多重量子井戸光変調素子に関する。
(従来の技術) 光フアイバ通信において、光信号を光ファイバで長距離
伝送した時に、信号の歪みを極力少なくするためには、
光信号のスペクトル線幅が十分狭いことが必要になる。
半導体レーザの直接食調光を光信号に用いた場合、半導
体レーザ内でのキャリアの変動に応じて発振周波数が変
動するチャーピングと呼ばれる現象のためにスペクトル
線幅が広がり、スペクトル狭帯化ノ妨げとなる。これを
改善するために、半導体レーザを連続発振させ光の変調
は外部変調器で行う外部変調方式が有望視されている。
外部変調器として、半導体多重量子井戸構造の量子閉じ
込めシュタルク効果を利用した多重量子井戸光変調素子
が提案されている(例えば、D、A、B、  Mlll
er et at、  IEEE J、Quantus
Electron、 QE−22,1818(198B
) ) 、この素子の動作原理を第5図に示す。
!!fss図(a)は、GaAs/A lGaAsから
なる量子井戸構造に垂直方向の電界が印加されたときの
バンド・ダイヤグラムと波動関数を示す図であり、図中
51は量子井戸、52は基底電子状態の波動関数、53
は基底電子状態のエネルギー中レベル、54は基底正孔
状態の波動関数、55は基底正孔状態のエネルギー・レ
ベルを示している。電子及び正孔が障壁層によって閉じ
込められているために、電子と正孔は電界分離せずに、
高い電界においても励起子が存在する。
また、量子準位間エネルギーはシュタルク効果によって
、低エネルギー側に移動する。第5図(b)はこの様子
を吸収係数の変化として示す図であり、図中56は無電
界下の多重量子井戸の吸収スペクトル、57は有限界下
の多重量子井戸の吸収スペクトルを示している。量子井
戸に印加される電界の増加に伴い吸収ピークが長波長側
(低エネルギー側)にシフトするため、入射波長をバン
ド端近傍に適当に設定すれば(第5図(b)のλjn)
 、外部電界による光変調(この図では吸収損失型)が
可能となる。通常、量子井戸構造は、pin構造のi層
(ノンドープ層)に形成され、量子井戸への電界印加は
逆バイアスにより実現される。、=の変調素子のON状
態(透過状!g)は素子を無バイアスすることで、また
OFF状!@(吸収状態)は逆バイアスすることで得ら
れる。
しかしながら、この種の素子にあっては次のような問題
があった。即ち、多重量子井戸の光吸収層を用いて超高
速変調或いは強光入力動作を行うと、吸収状態において
光を吸収して生成された電子・正孔対が透過状態になっ
てもi層(m子井戸構造領域)から抜は切らずにキャリ
アのパイル会アップが起こる。キャリアのパイル・アッ
プが起こるとその光非線形性によって、多重量子井戸の
吸収係数は第5図(e)に実線56’ 、57’で示す
ように減少する。このため、消光比(ON状態の光出力
をOFF状態の光出力で割った1i1)が減少する等の
障害を引き起こしていた。
(発明が解決しようとする課題) このように従来、多重量子井戸光変調素子を超高速に或
いは強入力で変調動作させると、キャリアのパイル・ア
ップを引き起こし、消光比が劣化する等の問題があった
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、超高速変調或いは強入力動作におい
ても、消光比の劣化を招くことなく変調動作を行うこと
のできる多重量子井戸光変調素子を提供することにある
[発明の構成] (3題を解決するための手段) 本発明の骨子は、光吸収層の透過状態或いは吸収状態に
おいて、隣り合う量子井戸間で共鳴トンネル現象を起こ
すことにより、キャリアのパイル・アップを防止するこ
とにある。
即ち本発明は、所定波長の光が入射される光吸収層が複
数個の量子井戸からなり、該量子井戸に対するバイアス
の大きさにより光吸収層を入射光波長に対して透過状態
又は吸収状態に選択することにより、光吸収層を介して
得られる光を変調する多重量子井戸光変調素子において
、光吸収層の透過状態及び吸収状態の少なくとも一方で
、隣り合う量子井戸間で共鳴トンネル現象が起こるよう
にバイアスを設定するようにしたものである。
(作用) 本発明によれば、光吸収層の透過状態或いは吸収状態に
おいて、隣り合う量子井戸間で共鳴トンネル現象が起こ
るようにバイアスを設定することにより、吸収状態にお
いて生成された電子・正孔対が量子井戸構造領域から速
やかに抜けるため、光吸収層にキャリアのパイル・アッ
プが起こるのを未然に防止することができる。
以下に、その理由を説明する。
第4図(a)は、多重量子井戸に逆バイアスを加えた場
合の光誘起電流を示す特性図である。
印加電圧V1.)において、光誘起電流の絶対値が急激
に増加するのは、vl。において隣り合う量子井戸間の
共鳴トンネル現象が起こるためである。この事情を、第
4図(b)に示す。なお、図中41.43.45はAl
GaAs層、42゜44はGaAs層(量子井戸)を示
している。
印加電圧v、oにおいて、右側の量子井戸42の基底状
態E1と左側の量子井戸44の第1励起状態E2とはエ
ネルギー的に一致し、このため共鳴的にトンネル現象が
起きることになる(FuruLa eL al、 Jp
n、J、^[l]、Phys、 25(2)L151(
198B))。
このように本発明では、光吸収層の透過状態或いは吸収
状態における素子のバイアスを共鳴トンネル現象の起こ
る値に設定することにより、光励起キャリアを素早く多
重量子井戸より排除することが可能である。従って、量
子井戸吸収層にキャリアのパイル・アップが起きず、消
光比等の劣化を防いだ光変調動作が可能となる。
(実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第1図は本発明の一実施例に係わる多重量子井戸光変調
素子の素子構造を示す斜視図、第2図は該素工のバンド
ダイアグラムである。多重量子井戸領域20はi層であ
り、AlGaAs層21 (21+ 〜21N+1 )
及びGaAs層22 (221〜22N)を交互に積層
して形成されている。この多重量子井戸領域20を挾ん
で、上側にp型GaAs層11が形成され、下側にn 
型G a A s層12が形成されている。そして、G
aAs層11.12の表面には電極13.14がそれぞ
れ被着されている。なお、図中15は入射光を導入する
ための円形窓、16は出射光を導出するための円形窓、
30は光変調のための駆動電源である。
多重量子井戸領域20において、AIo、4Gao、、
、As層(障壁層)21の幅はそれぞれ5n■、GaA
s層(量子井戸)22の幅はそれぞれIQn*とした。
従って、量子井戸構造の1周期LPは15n■である。
また、量子井戸数は5oとした。なお、多重量子井戸領
域20の最外側のAlGaAs層211.21N+1は
、窓開けのエツチングを考慮して他の部分よりも厚く形
成した。この素子のビルトイン・ポテンシャルはおよそ
2eVであった。この素子の無バイアス時の励起子吸収
ピークは0.859μmであり、7eVの逆バイアス印
加(1,2X 10’ V / ell:対応する)す
ることにより、ピーク波長は0.873μmに移動した
一方、量子井戸の第1励起状態と基底状態とのエネルギ
ー差ΔEIOは110seVと計算され、これにより内
部電界が ΔE +o/ L p −7,3X 10’  V /
 (1の時に共鳴トンネル現象が起こると計算される。
この内部電界は本実施例の素子で3.5vの逆バイアス
を印加することに対応する。実際、この逆バイアスにお
いて共鳴トンネルに由来する光励起電流の増大が観測さ
れた。また、3.5■の逆バイアス印加時の励起子吸収
ビーク波長は0.865μmであった。なお、L5Vの
逆バイアス印加時の吸収係数は、そのピークが無バイア
ス時に比べて低エネルギー側にシフトするものの、7v
の逆バイアス印加時の励起子吸収ピーク波長0.873
μmにおいては十分に小さいものであった。
以上より、入射光波長として0.87μmの連続レーザ
光を用い、透過(ON)状態のバイアスとしテVl −
−3,5V−1また吸収(OFF)状態のバイアスとし
てV、−−7Vを選んだ(第3図)。これにより、キャ
リアのパイル・アップもなく数十GHz以上の超高速変
調が可能となった。
かくして本実施例によれば、量子井戸光吸収層20の透
過状態における素子のバイアスを共鳴トンネル現象の起
こる値に設定しているので、吸収状態において生成され
た光励起キャリアを透過状態において素早く光吸収層2
0から排除することが可能である。従って、超高速変調
或いは強入力動作においても、量子井戸吸収層20にキ
ャリアのパイル・アップを招くことなく、良好な光変調
動作を行うことができる。また、従来の素子構造を変え
ることなく、バイアス電圧を設定するのみで簡易に実現
し得る等の利点がある。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。天施例においては、透過状態のバイアスで共鳴トン
ネル現象が起こるように素子を駆動したが、吸収状態で
起こるように、或いは両方の状態で起こるように逆バイ
アスを設定してもよい。さらに、共鳴トンネル現象は基
底状態と第1励起状態との間で起こるとして説明したが
、高次の励起状態を利用した共鳴トンネル現象を利用す
ることも可能である。材料系としては、GaAs/Al
GaAs系に限るものではなく、! n P / I 
n G a A s P系、GaAs/1nGaAs系
、I nGaAs/InAlAs系等の他の材料系にも
同様に適用できる。素子構造としては、積層面に垂直に
光が入射する場合に限らず、入射光が積層面に平行に入
射される、所謂導波型の光変調素子にも適用することが
できる。また、実施例では量子井戸構造として最も単純
な箱型ポテンシャルで説明したが、非対称量子井戸や箱
型以外のポテンシャルを持つ量子井戸においても同様に
適用できる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
、種々変形して実施することができる。
[発明の効果コ 以上詳述したように本発明によれば、光吸収層の透過状
態或いは吸収状態において、隣り合う量子井戸間で共鳴
トンネル現象を起こすようにバイアスを設定しているの
で、キャリアのパイル−アップを未然に防止することが
でき、高速変調或いは強入力光強度においても、消光比
等の性能を劣化することのない多重量子井戸領域2素子
を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図本発明の一実施例に係わる多重量子井戸光変調素
子の素子構造を示す斜視図、第2図は上記素子のバンド
構造を示す模式図、第3図は上記素子の動作を説明する
ためのタイミングチャート、第4図は共鳴トンネル現象
を説明するための模式図、第5図は従来の多重量子井戸
光変調素子の動作原理及びその問題点を説明するための
模式図である。 11−p型GaAs層、 12−n型Ga1As層、 13.14・・・電極、 15.16・・・窓、 20・・・多重量子井戸領域、 21−i !11 A I G a A s層(障壁層
)、22−i型GaAs層(量子井戸)、 30・・・駆動電源。 入村乞 蓼 Ill

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)所定波長の光が入射される光吸収層が複数個の量
    子井戸からなり、該量子井戸に対するバイアスの大きさ
    により光吸収層を入射光波長に対して透過状態又は吸収
    状態に選択することにより、光吸収層を介して得られる
    光を変調する多重量子井戸光変調素子において、 前記透過状態及び吸収状態の少なくとも一方で、隣り合
    う量子井戸間で共鳴トンネル現象が起こるようにバイア
    スを設定してなることを特徴とする多重量子井戸光変調
    素子。
  2. (2)前記バイアスの設定は、隣り合う量子井戸におけ
    る基底状態と第1励起状態との間で共鳴トンネル現象を
    起こすように行うことを特徴とする請求項1記載の多重
    量子井戸光変調素子。
JP2075844A 1990-03-26 1990-03-26 多重量子井戸光変調素子 Pending JPH03274525A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2075844A JPH03274525A (ja) 1990-03-26 1990-03-26 多重量子井戸光変調素子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2075844A JPH03274525A (ja) 1990-03-26 1990-03-26 多重量子井戸光変調素子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH03274525A true JPH03274525A (ja) 1991-12-05

Family

ID=13587925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2075844A Pending JPH03274525A (ja) 1990-03-26 1990-03-26 多重量子井戸光変調素子

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH03274525A (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0195323A (ja) * 1987-10-08 1989-04-13 Asahi Chem Ind Co Ltd 音声入力装置
WO1989009425A2 (en) * 1988-03-24 1989-10-05 Martin Marietta Corporation Electro-optic quantum well device
JPH01306689A (ja) * 1988-05-31 1989-12-11 Mitsuo Fujisawa 編み込み模様を有するシート素材
JPH0263024A (ja) * 1988-08-30 1990-03-02 Mitsubishi Electric Corp 光素子

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0195323A (ja) * 1987-10-08 1989-04-13 Asahi Chem Ind Co Ltd 音声入力装置
WO1989009425A2 (en) * 1988-03-24 1989-10-05 Martin Marietta Corporation Electro-optic quantum well device
JPH01306689A (ja) * 1988-05-31 1989-12-11 Mitsuo Fujisawa 編み込み模様を有するシート素材
JPH0263024A (ja) * 1988-08-30 1990-03-02 Mitsubishi Electric Corp 光素子

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Akiyama et al. Quantum-dot semiconductor optical amplifiers
US6611539B2 (en) Wavelength-tunable vertical cavity surface emitting laser and method of making same
EP1729167B1 (en) Semiconductor optical modulator having a quantum well structure for increasing effective photocurrent generating capability
US3973216A (en) Laser with a high frequency rate of modulation
JPH0715093A (ja) 光半導体素子
JP5207381B2 (ja) 結合量子井戸構造
US5952683A (en) Functional semiconductor element with avalanche multiplication
US6978055B2 (en) Optical modulator
JPH05297421A (ja) 光非線形素子及びその使用方法
US6956232B2 (en) Electroabsorption modulator
US20220360038A1 (en) Systems and methods for external modulation of a laser
JPH03274525A (ja) 多重量子井戸光変調素子
KR100605372B1 (ko) 다중양자우물을 갖는 전계흡수형 광 변조기
JP2922160B2 (ja) 非線形光デバイス
JP3566365B2 (ja) 光半導体装置
JP2991707B1 (ja) 半導体光スイッチ
JP3751423B2 (ja) 半導体素子
JPH06164067A (ja) 多重量子井戸光変調素子
JP2000305055A (ja) 電界吸収型光変調器
JPH0728104A (ja) 光変調素子
Otsubo et al. Automatically-controlled C-band wavelength conversion with constant output power based on four-wave mixing in SOA's
Chu et al. 1.3 μm quantum-dot electro-absorption modulator
Akiyama et al. Recent progress in quantum-dot semiconductor optical amplifiers
JPH0886985A (ja) 多重量子井戸光変調素子
JP2004347650A (ja) 半導体光変調素子