JPH06291361A - 光非線形素子 - Google Patents

光非線形素子

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JPH06291361A
JPH06291361A JP5095077A JP9507793A JPH06291361A JP H06291361 A JPH06291361 A JP H06291361A JP 5095077 A JP5095077 A JP 5095077A JP 9507793 A JP9507793 A JP 9507793A JP H06291361 A JPH06291361 A JP H06291361A
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JP
Japan
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electrodes
ohmic
layer
electrode
quantum well
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Application number
JP5095077A
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English (en)
Inventor
Yasuki Tokuda
安紀 徳田
Yuji Abe
雄次 阿部
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 容易にキャリアの蓄積効果を得ることがで
き、素子構造が簡単でしかも材料系により制限されるこ
とのない光非線形素子を得る。 【構成】 真性層に量子井戸構造を含むp−i−n構造
のp側とn側それぞれに電極を設け、これらの電極の少
なくともいずれか一方は非オーム性接合により接合した
ことを特徴とする。前記非オーム性接合をショットキー
接合または高抵抗の接合とすればさらによく、また、電
極を非オーム性電極、特にショットキー電極としてもよ
い。また量子井戸構造を結合型量子井戸構造としてもよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、光入力に対して光出
力または電気出力が非線形的な応答を示す光非線形素子
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は例えばアプライド フィジックス
レターズ、57巻、419−421頁、1990年
(Applied Physics Letters. vol.57, 419, 1990) に示
された従来のp−i−nダイオード(光非線形素子)を
示す断面側面図であり、1は90ÅのGaAs井戸層と
100ÅのAl0.2 Ga0.8 As井戸間障壁層とを交互
に各20層ずつ積層した周期構造の多重量子井戸構造
(MQW)、2は50ÅのAlAs層、3はアンドープ
Al0.45Ga0.55As閉じ込め層、4はp型Al0.45
0.55As層、5はn型Al0.45Ga0.55As層、6は
p型GaAs層、7はn型GaAs基板、8,9はオー
ミック電極、10は多重量子井戸構造1、AlAs層
2、アンドープAl0.45Ga0.55As閉じ込め層3,3
より構成される真性層(i層)である。
【0003】次に動作について説明する。ここで、図4
は前記p−i−nダイオードのエネルギーバンド構造を
示す概念図である。このp−i−nダイオードに光11
が入射した場合、この光11が多重量子井戸構造1に吸
収されると、光励起された電子(e)と正孔(h)がで
き、この電子と正孔は内部電界により、電子はn側に、
正孔はp側にそれぞれ移動する。この場合、エネルギー
バンドはビルトイン電界のために図4に示すようにp側
が持ち上がるように真性層10全体が傾いている。
【0004】次いで、外部回路に電流が流れにくいよう
な工夫を施すと、閉じ込められた光励起された電子と正
孔はビルトイン電界を打ち消すように働き、真性層10
のエネルギーバンドの傾きをゆるやかにする。ここで、
量子井戸の吸収ピークは一般に鋭く、かつエネルギーバ
ンドの傾きに対してその波長が大きくシフトするので、
入力光の波長を吸収ピーク波長の近傍とし、その光強度
を変化させると、光強度に対する吸収係数が大きく変化
する。この結果、入力光強度と出力光強度または外部回
路を流れる光電流との間に非線形応答特性が現われる。
この素子の特徴は、外部回路に抵抗を入れる必要のない
ことである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のp−i−nダイ
オードは以上のように構成されているので、光励起キャ
リアを外部回路に流し難くするために、p側に正孔に対
する障壁としてのAlAs層2を形成することが必要
で、また、電子に対する閉じ込め効果を高めるために、
アンドープAl0.45Ga0.55As閉じ込め層3のAlの
組成を正確に0.45に制御する必要がある等の問題点
があった。したがって、素子の構造が複雑であり、積層
する各層の厚みを高度に制御する成膜技術が必要になる
等の問題点があった。また、上記の III−V族化合物半
導体以外の材料系については、同様の機能を有する素子
の構造はまず分かっていない。
【0006】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、容易にキャリアの蓄積効果を得
ることができ、素子構造が簡単でしかも材料系に制限の
ない光非線形素子を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る光
非線形素子は、真性層に量子井戸構造を含むp−i−n
構造のp側とn側それぞれに電極を設けたもので、前記
電極の少なくともいずれか一方は、非オーム性接合によ
り接合したものである。
【0008】また、請求項2の発明に係る光非線形素子
は、前記非オーム性接合をショットキー接合とするもの
である。
【0009】また、請求項3の発明に係る光非線形素子
は、前記非オーム性接合を高抵抗の接合とするものであ
る。
【0010】また、請求項4の発明に係る光非線形素子
は、真性層に量子井戸構造を含むp−i−n構造のp側
とn側それぞれに電極を設けたもので、前記電極の少な
くともいずれか一方は、非オーム性電極とするものであ
る。
【0011】また、請求項5の発明に係る光非線形素子
は、前記非オーム性電極をショットキー電極とするもの
である。
【0012】また、請求項6の発明に係る光非線形素子
は、前記量子井戸構造を結合型量子井戸構造とするもの
である。
【0013】
【作用】請求項1の発明における光非線形素子は、前記
電極の少なくともいずれか一方を非オーム性接合により
接合したことにより、該電極の接合界面に、順方向側に
流れようとする電流をある順方向バイアス電圧まで流れ
難くする障壁が形成され、この障壁が光励起されたキャ
リアを素子内部に良好に閉じ込める。
【0014】また、請求項2の発明における光非線形素
子は、前記非オーム性接合をショットキー接合とするこ
とにより、該電極の接合界面に整流特性を有するショッ
トキー障壁が形成され、このショットキー障壁が光励起
されたキャリアを素子内部に良好に閉じ込める。
【0015】また、請求項3の発明における光非線形素
子は、前記非オーム性接合を高抵抗の接合とすることに
より、該電極の接合界面に高抵抗の障壁が形成され、こ
の高抵抗の障壁が光励起されたキャリアを素子内部に良
好に閉じ込める。
【0016】また、請求項4の発明における光非線形素
子は、前記電極の少なくともいずれか一方を非オーム性
電極とすることにより、該電極自体が順方向側に流れよ
うとする電流をある順方向バイアス電圧まで流れ難くす
る障壁となり、この電極が光励起されたキャリアを素子
内部に良好に閉じ込める。
【0017】また、請求項5の発明における光非線形素
子は、前記非オーム性電極をショットキー電極とするこ
とにより、該電極自体が整流特性を有するショットキー
障壁となり、この電極が光励起されたキャリアを素子内
部に良好に閉じ込める。
【0018】また、請求項6の発明における光非線形素
子は、前記量子井戸構造を結合型量子井戸構造とするこ
とにより、該結合型量子井戸構造の吸収ピークがエネル
ギーバンドの傾きに対しより敏感に変わる。したがって
光強度に対し吸収係数がより敏感に変化することとな
り、より敏感な非線形応答を示す。
【0019】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1において、1は90ÅのGaAs井戸層と1
00ÅのAl0.2 Ga0.8 As井戸間障壁層とを交互に
各20層ずつ積層した周期構造の多重量子井戸構造(M
QW)、22はアンドープAlGaAs層、23はp型
AlGaAs層、24はn型AlGaAs層、7はn型
GaAs基板、26はp型AlGaAs層23に接合さ
れたショットキー電極、27はn型GaAs基板7に接
合されたショットキー電極、28は多重量子井戸構造
1、アンドープAlGaAs層22,22より構成され
る真性層(i層)である。
【0020】次に動作について説明する。ここで、図2
はこの実施例の光非線形素子のエネルギーバンド構造を
示す概念図である。この光非線形素子に光11が入射し
た場合、この光11が多重量子井戸構造1に吸収される
と、光励起された電子(e)と正孔(h)ができ、この
電子と正孔は内部電界により、電子はn側に、正孔はp
側にそれぞれ移動する。この場合電極がオーミックであ
ればキャリアは容易に外部回路に流れ出すこととなり、
素子内部に蓄積されることはないが、この実施例ではシ
ョットキー電極26,27が形成されているので、図2
に示すように、電極−半導体界面のエネルギーバンドが
変形する。
【0021】この場合、ショットキー電極26−p型A
lGaAs層23界面に尖頭状のショットキー障壁が形
成され、このショットキー障壁によるせき止め効果によ
りキャリアである正孔(h)が良好に閉じ込められ、外
部回路に流れ難くなる。同様に、ショットキー電極27
−n型GaAs基板7界面に尖頭状のショットキー障壁
が形成され、このショットキー障壁によるせき止め効果
によりキャリアである電子(e)が良好に閉じ込めら
れ、外部回路に流れ難くなる。
【0022】上記のせき止め効果は、従来のp−i−n
ダイオードにおけるAlAs層2、及びアンドープAl
0.45Ga0.55As閉じ込め層3の有する閉じ込め効果と
同様の働きをする。
【0023】せき止め効果により閉じ込められたキャリ
アは、p−n接合のビルトイン電界を打ち消す様に働
き、したがって入射光強度が強く、多くの光励起キャリ
アが生じれば生じるほど、真性層28のエネルギーバン
ドの傾きはゆるやかになりフラットな面に近づくことと
なる。
【0024】また、この光非線形素子は、光吸収層に多
重量子井戸構造1を用いているので、その吸収ピークは
エネルギーバンドの傾きに対して敏感に変化する。した
がって、光強度に対して吸収係数が異なることとなり、
その結果、光非線形素子としての動作を行なうことが可
能になる。
【0025】以上のように、この光非線形素子によれ
ば、p型AlGaAs層23にショットキー電極26
を、n型GaAs基板7にショットキー電極27をそれ
ぞれ接合したので、キャリアを良好に閉じ込めることが
でき、また、従来のようにAlAs層2を形成したり、
アンドープAl0.45Ga0.55As閉じ込め層3のAlの
組成を正確に制御する必要がないので、素子構造が簡単
になり、材料系の制限もない等の効果がある。
【0026】また、ショットキー電極は、電極付の後の
熱処理を必要とせずに良好なショットキー接合が得られ
るので、従来のオーミック電極の形成過程において必須
であった熱処理工程を省略することができ、素子製造プ
ロセスが簡単になる効果がある。
【0027】なお、エネルギーバンドの傾きに対しより
敏感な吸収ピークの変化をえる必要がある場合、例えば
アプライド フィジックス レターズ、54巻,123
2頁,1989年(Applied Physics Letters vol.54,
1232, 1989)に記載されたような結合型の量子井戸構造
を真性層内に形成すればよい。また、上記実施例では、
AlGaAs/GaAs系の半導体のp側及びn側それ
ぞれにショットキー電極を設けた光非線形素子を示した
が、この半導体材料は電極−半導体界面にショットキー
障壁を形成することができる材料であればよく、上記材
料に限定されることなく、例えば他の III−V族化合物
半導体やII−VI族化合物半導体等に対しても適用可能で
ある。
【0028】
【発明の効果】以上のように、請求項1の発明によれ
ば、電極の少なくともいずれか一方を非オーム性接合に
より接合するように構成したので、光励起されたキャリ
アを良好に閉じ込めることができ、キャリアの蓄積効果
が得られ、素子構造が簡単になり、しかも材料系により
制限されない効果がある。
【0029】また、請求項2の発明によれば、非オーム
性接合がショットキー接合であるように構成したので、
ショットキー障壁の整流作用により光励起されたキャリ
アを良好に閉じ込めることができ、キャリアの蓄積効果
が得られる効果がある。
【0030】また、請求項3の発明によれば、非オーム
性接合が高抵抗の接合であるように構成したので、界面
の高抵抗領域により光励起されたキャリアを良好に閉じ
込めることができ、キャリアの蓄積効果が得られる効果
がある。
【0031】また、請求項4の発明によれば、電極の少
なくともいずれか一方が非オーム性電極であるように構
成したので、この電極により光励起されたキャリアを良
好に閉じ込めることができ、キャリアの蓄積効果が得ら
れる効果がある。
【0032】また、請求項5の発明によれば、非オーム
性電極がショットキー電極であるように構成したので、
この電極の有するショットキー障壁の整流作用により光
励起されたキャリアを良好に閉じ込めることができ、キ
ャリアの蓄積効果が得られる効果がある。
【0033】また、請求項6の発明によれば、量子井戸
構造が結合型量子井戸構造であるように構成したので、
光強度に対し吸収係数をより敏感に変化させることがで
き、より敏感な非線形応答を示すことができる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による光非線形素子を示す
断面側面図である。
【図2】この発明の一実施例による光非線形素子のエネ
ルギーバンド構造を示す概念図である。
【図3】従来のp−i−nダイオードを示す断面側面図
である。
【図4】従来のp−i−nダイオードのエネルギーバン
ド構造を示す概念図である。
【符号の説明】
1 Al0.2 Ga0.8 As井戸間障壁層/GaAs井戸
層(多重量子井戸構造) 26 ショットキー電極 27 ショットキー電極 28 真性層(i層)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 8422−4M H01L 31/10 A

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真性層に量子井戸構造を含むp−i−n
    構造のp側とn側それぞれに電極を設けた光非線形素子
    において、前記電極の少なくともいずれか一方は、非オ
    ーム性接合により接続したことを特徴とする光非線形素
    子。
  2. 【請求項2】 前記非オーム性接合はショットキー接合
    であることを特徴とする請求項1記載の光非線形素子。
  3. 【請求項3】 前記非オーム性接合は高抵抗の接合であ
    ることを特徴とする請求項1記載の光非線形素子。
  4. 【請求項4】 真性層に量子井戸構造を含むp−i−n
    構造のp側とn側それぞれに電極を設けた光非線形素子
    において、前記電極の少なくともいずれか一方は、非オ
    ーム性電極であることを特徴とする光非線形素子。
  5. 【請求項5】 前記非オーム性電極はショットキー電極
    であることを特徴とする請求項4記載の光非線形素子。
  6. 【請求項6】 前記量井戸構造は結合型量子井戸構造で
    あることを特徴とする請求項1,2,3,4または5の
    いずれか1項記載の光非線形素子。
JP5095077A 1993-03-31 1993-03-31 光非線形素子 Pending JPH06291361A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7242238B2 (en) 2004-03-19 2007-07-10 Nissan Motor Co., Ltd. Drive circuit for voltage driven type semiconductor element

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US7242238B2 (en) 2004-03-19 2007-07-10 Nissan Motor Co., Ltd. Drive circuit for voltage driven type semiconductor element

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