JPH0645585A - 密結合超格子レーザ−変調器一体化素子 - Google Patents
密結合超格子レーザ−変調器一体化素子Info
- Publication number
- JPH0645585A JPH0645585A JP4260563A JP26056392A JPH0645585A JP H0645585 A JPH0645585 A JP H0645585A JP 4260563 A JP4260563 A JP 4260563A JP 26056392 A JP26056392 A JP 26056392A JP H0645585 A JPH0645585 A JP H0645585A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- modulator
- superlattice
- wavelength
- 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.)
- Granted
Links
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 46
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims description 29
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 26
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 19
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims 1
- 229910001325 element alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 14
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 6
- 230000005699 Stark effect Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 4
- GFXQUCWFEPCALC-UHFFFAOYSA-N 1-(4-isothiocyanato-2-nitrophenyl)imidazole Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC(N=C=S)=CC=C1N1C=NC=C1 GFXQUCWFEPCALC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- 241001495482 Aeonium arboreum Species 0.000 description 1
- 241000905947 Anabas Species 0.000 description 1
- 241000531763 Otididae Species 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000459 effect on growth Effects 0.000 description 1
- 230000005685 electric field effect Effects 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000010076 replication Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H01S5/343—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 in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34313—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 in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
-
- 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
-
- 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
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0265—Intensity modulators
-
- 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]
- G02F1/0158—Blue-shift of the absorption band
-
- 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
- H01S5/0601—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium comprising an absorbing region
-
- 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
- H01S5/3425—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 comprising couples wells or superlattices
-
- 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
- H01S5/343—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 in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34306—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 in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000nm, e.g. InP based 1300 and 1500nm lasers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 密結合超格子レーザー変調器一体化素子に関
する。応用は例えば長距離の光通信や高速度デジタルリ
ンクの分野であり更には電気光学スイッチングの分野で
ある。 【構成】 超格子の成長方向Ｚが示してあり、この方向
は超格子の層の平面に直角である。例えば金のメタリッ
ク層２０，２２はそれぞれ基板６のフリーな面の上と層
１８のフリーな面の上に置かれている。光ビーム２６は
レーザＬにより作られ、電子横分極ＴＥで変調器Ｍの中
に注入される。レーザの中でのＢＲＡＧＧ回折格子がレ
ファレンス２５を運ぶ。 【効果】 これら２つの超格子の自動的な配置により事
実上レーザの活性層の変調器の吸収層の光学配置を生ず
る。レーザと変調器の間の光学的結合は素子の良好な構
造により極めて良好である。
する。応用は例えば長距離の光通信や高速度デジタルリ
ンクの分野であり更には電気光学スイッチングの分野で
ある。 【構成】 超格子の成長方向Ｚが示してあり、この方向
は超格子の層の平面に直角である。例えば金のメタリッ
ク層２０，２２はそれぞれ基板６のフリーな面の上と層
１８のフリーな面の上に置かれている。光ビーム２６は
レーザＬにより作られ、電子横分極ＴＥで変調器Ｍの中
に注入される。レーザの中でのＢＲＡＧＧ回折格子がレ
ファレンス２５を運ぶ。 【効果】 これら２つの超格子の自動的な配置により事
実上レーザの活性層の変調器の吸収層の光学配置を生ず
る。レーザと変調器の間の光学的結合は素子の良好な構
造により極めて良好である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は密結合超格子レーザ−
変調器一体化素子に関する。応用は例えば長距離の光通
信や高速度デジタルリンクの分野であり更には電気光学
スイッチングの分野である。
変調器一体化素子に関する。応用は例えば長距離の光通
信や高速度デジタルリンクの分野であり更には電気光学
スイッチングの分野である。
【０００２】
【従来の技術】この発明は電気吸収による光ビームの輝
度変調法を使用している。この現象は電界効果による材
料の光学吸収変動から成っている。電界は例えば逆バイ
アスＰＩＮダイオードにより加えられており、この中の
固有領域Ｉ（故意に注入されていない）には電気吸収材
料が含まれている。いわゆる導波に従って光はＰ，Ｉお
よびＮ層の平面に平行な固有領域Ｉに注入される。
度変調法を使用している。この現象は電界効果による材
料の光学吸収変動から成っている。電界は例えば逆バイ
アスＰＩＮダイオードにより加えられており、この中の
固有領域Ｉ（故意に注入されていない）には電気吸収材
料が含まれている。いわゆる導波に従って光はＰ，Ｉお
よびＮ層の平面に平行な固有領域Ｉに注入される。
【０００３】この発明では更に同一基板上にレーザと電
気光学変調器を一体化する方法も使用している。
気光学変調器を一体化する方法も使用している。
【０００４】導波電気光学変調器と半導体レーザを一体
化したモノリシック素子は徹底的に研究され、特に波長
が１．５５μｍに近いものについて研究されている分野
である。このようにこのモノリシリック一体化素子は長
距離、高速通信（数Ｇｂｉｔ／ｓ）に対し重要な素子で
あるが、これはモノリシック一体化素子により直接変調
レーザの取付けの容易性と外部変調を組み合わせるた
め、すなわち通過帯域と特に制限されている波長の揺ら
ぎ（チャープ）を組み合わせるためである。更にこれら
の２つのエレメント（レーザと変調器）を一体化するこ
とにより変調器がレーザの外側に接続されているハイブ
リッド型配置に比べてレーザと変調器の間の光学ロスを
かなり減少させることができる。
化したモノリシック素子は徹底的に研究され、特に波長
が１．５５μｍに近いものについて研究されている分野
である。このようにこのモノリシリック一体化素子は長
距離、高速通信（数Ｇｂｉｔ／ｓ）に対し重要な素子で
あるが、これはモノリシック一体化素子により直接変調
レーザの取付けの容易性と外部変調を組み合わせるた
め、すなわち通過帯域と特に制限されている波長の揺ら
ぎ（チャープ）を組み合わせるためである。更にこれら
の２つのエレメント（レーザと変調器）を一体化するこ
とにより変調器がレーザの外側に接続されているハイブ
リッド型配置に比べてレーザと変調器の間の光学ロスを
かなり減少させることができる。
【０００５】この良好な光学的結合に十分な利点を得る
ため分布型フィードバックすなわちＤＦＢレーザまたは
等価レーザを使用することが好ましく、これによりレー
ザと変調器間のミラーを避けることができる。更にこの
配置はエンビゼジュタイプ（ｅｎｖｉｓａｇｅｄ ａｐ
ｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｙｐｅ）に必要であり、このタ
イプには縦方向単一モードの動作が必要である。
ため分布型フィードバックすなわちＤＦＢレーザまたは
等価レーザを使用することが好ましく、これによりレー
ザと変調器間のミラーを避けることができる。更にこの
配置はエンビゼジュタイプ（ｅｎｖｉｓａｇｅｄ ａｐ
ｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｙｐｅ）に必要であり、このタ
イプには縦方向単一モードの動作が必要である。
【０００６】この素子（レーザ−変調器）の２つのエレ
メントにはダブルヘテロ構造すなわちＤＨタイプに等し
いＰＩＮ形のエピタキシャル構造を使用しており、これ
はレーザの場合は順方向にバイアスされ変調器の場合は
逆方向にバイアスされている。しかし、波長のコンパチ
ビリティの理由により両方のエレメント内の同じ活性層
を精密に使用することは一般に可能でない。このように
フランツ−ケルデス（ＦＲＡＮＺ−ＫＥＬＤＹＳＥ）効
果（ＩＥＥＥジャーナル ライトウェイブテクロノジ
ー，１９８６年ｖｏｌ．ＬＴ−４，ＰＰ１４４５−１４
５３に発行のＹ．ノダ，Ｍ．スズキ，Ｙ．クシロ，Ｓ．
アキバの文献を参照）を用いて、または量子制限スター
ク（ＳＴＡＲＫ）効果（ＩＥＥＥジャーナル ライトウ
ェーブテクノロジー，１９９０年，ｖｏｌ．ＬＴ−８，
ＰＰ１０２７−１０３２に発行のＫ．ワキタ，Ｉ．コタ
カ，Ｏ．ミトミ，Ｈ．アサイ，Ｙ．カクムラ，Ｍ．ナガ
ヌマの文献を参照）を用いて従来使用してきた電気光学
変調器のみが活性層吸収のバンドの縁の波長より高い波
長に対してのみ動作できるが、これは電気吸収材料への
電界の印加により吸収フロントの高い波長に向かってシ
フトするからである。これは電界の印加により最初トラ
ンスペアレントな材料（これらの効果を使用して）の吸
収を増加させることができ、従って選択した動作波長に
おいて活性層の材料は電界がなければ（導電状態の変調
器）十分トランスペアレントになることを意味してい
る。
メントにはダブルヘテロ構造すなわちＤＨタイプに等し
いＰＩＮ形のエピタキシャル構造を使用しており、これ
はレーザの場合は順方向にバイアスされ変調器の場合は
逆方向にバイアスされている。しかし、波長のコンパチ
ビリティの理由により両方のエレメント内の同じ活性層
を精密に使用することは一般に可能でない。このように
フランツ−ケルデス（ＦＲＡＮＺ−ＫＥＬＤＹＳＥ）効
果（ＩＥＥＥジャーナル ライトウェイブテクロノジ
ー，１９８６年ｖｏｌ．ＬＴ−４，ＰＰ１４４５−１４
５３に発行のＹ．ノダ，Ｍ．スズキ，Ｙ．クシロ，Ｓ．
アキバの文献を参照）を用いて、または量子制限スター
ク（ＳＴＡＲＫ）効果（ＩＥＥＥジャーナル ライトウ
ェーブテクノロジー，１９９０年，ｖｏｌ．ＬＴ−８，
ＰＰ１０２７−１０３２に発行のＫ．ワキタ，Ｉ．コタ
カ，Ｏ．ミトミ，Ｈ．アサイ，Ｙ．カクムラ，Ｍ．ナガ
ヌマの文献を参照）を用いて従来使用してきた電気光学
変調器のみが活性層吸収のバンドの縁の波長より高い波
長に対してのみ動作できるが、これは電気吸収材料への
電界の印加により吸収フロントの高い波長に向かってシ
フトするからである。これは電界の印加により最初トラ
ンスペアレントな材料（これらの効果を使用して）の吸
収を増加させることができ、従って選択した動作波長に
おいて活性層の材料は電界がなければ（導電状態の変調
器）十分トランスペアレントになることを意味してい
る。
【０００７】逆にレーザの場合、誘導放出は活性層の禁
制帯すなわちギャップのエネルギレベルよりわずかに高
いエネルギレベルで生ずるが、これは反転分布を確実に
発生させるため十分なキャリア密度の獲得までバンドを
満たすことによる。レーザ波長はそれ故電界がない時活
性層のギャップの波長より若干低い（これはレーザが順
方向バイアスで、すなわち活性層に加えられる電界をな
くして動作するからである）。
制帯すなわちギャップのエネルギレベルよりわずかに高
いエネルギレベルで生ずるが、これは反転分布を確実に
発生させるため十分なキャリア密度の獲得までバンドを
満たすことによる。レーザ波長はそれ故電界がない時活
性層のギャップの波長より若干低い（これはレーザが順
方向バイアスで、すなわち活性層に加えられる電界をな
くして動作するからである）。
【０００８】レーザを動作させるには、更にある場合に
はレーザと変調器の間に波長コンパチビリティを回復さ
せることができる他の効果を考慮する必要がある。これ
はいわゆるギャップリノーマライゼーション（ｒｅｎｏ
ｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）効果であり、この効果により
順方向バイアスのレーザの活性層の有効ギャップを減少
させることができ、単にこの効果はキャリア密度を増加
させることに結びつく。それ故この効果はバンドフィリ
ング（ｆｉｌｌｉｎｇ）効果をキャンセルし注入キャリ
ア密度に比例するが、逆にレーザ放出波長を減少させる
傾向があり、ギャップリノーマライゼーションはレーザ
放出波長を増加させる傾向がある。
はレーザと変調器の間に波長コンパチビリティを回復さ
せることができる他の効果を考慮する必要がある。これ
はいわゆるギャップリノーマライゼーション（ｒｅｎｏ
ｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）効果であり、この効果により
順方向バイアスのレーザの活性層の有効ギャップを減少
させることができ、単にこの効果はキャリア密度を増加
させることに結びつく。それ故この効果はバンドフィリ
ング（ｆｉｌｌｉｎｇ）効果をキャンセルし注入キャリ
ア密度に比例するが、逆にレーザ放出波長を減少させる
傾向があり、ギャップリノーマライゼーションはレーザ
放出波長を増加させる傾向がある。
【０００９】多くの場合特に１．５５μｍで動作可能な
材料に対してリノーマライゼーション効果はバンドフィ
リング効果をキャンセルするのに十分でない。しかし、
レーザとスターク効果変調器の間の波長コンパチビリテ
ィは０．８μｍで動作するＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ量子
井戸構造の場合実現され、この異常な動作を説明するた
めこの効果に対し発表が行われている。
材料に対してリノーマライゼーション効果はバンドフィ
リング効果をキャンセルするのに十分でない。しかし、
レーザとスターク効果変調器の間の波長コンパチビリテ
ィは０．８μｍで動作するＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ量子
井戸構造の場合実現され、この異常な動作を説明するた
めこの効果に対し発表が行われている。
【００１０】このような素子はＳ．タルカ（ＴＡＲＵＣ
ＨＡ），Ｈ．オカモトによりＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔ．ｖｏｌ．４８ページ１から３に記載されている。
ＨＡ），Ｈ．オカモトによりＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔ．ｖｏｌ．４８ページ１から３に記載されている。
【００１１】しかし、この例外的な場合を別としてＩｎ
Ｐの基板上にかなりの波長（約１．５μｍ）で動作する
素子を作る問題がある時、レーザと変調器に対し種々の
活性層と種々のギャップ幅が使用される。
Ｐの基板上にかなりの波長（約１．５μｍ）で動作する
素子を作る問題がある時、レーザと変調器に対し種々の
活性層と種々のギャップ幅が使用される。
【００１２】種々の解決法はギャップに対し局部的に変
動があるが、種々のエピタキシ構造または同様な構造を
使用するかどうかにより２つの範ちゅうに分かれる。
動があるが、種々のエピタキシ構造または同様な構造を
使用するかどうかにより２つの範ちゅうに分かれる。
【００１３】（ａ）レーザと変調器に対する種々のエピ
タキシ構造
タキシ構造
【００１４】この範ちゅうは使用しているエピタキシの
段階が２つかまたは１つのみかにより更に２つの小範ち
ゅうに分かれる。
段階が２つかまたは１つのみかにより更に２つの小範ち
ゅうに分かれる。
【００１５】（ｉ）エピタキシの段階が２つの場合 この方法では波長が１．５５μｍでありＤＦＢレーザ
（ＢＲＡＧＧ分布型ネットワーク）と変調器を一体化し
ている。このような素子は、例えばＭ．スズキ，Ｙ．ノ
ダ，Ｈ．タナカ，Ｓ．アナバ，Ｙ．クシロ，Ｈ．イッシ
キにより１９８７年ＩＥＥＥジャーナル，ライトウェー
ブテクノロジー，ｖｏｌ．ＬＴ−Ｓ，ページ１２７７か
ら１２８５に記載され、更にＨ．ソダ，Ｍ．フルツ，
Ｋ．サトウ，Ｎ．オカザキ，Ｓ．ヤマザキ，Ｈ．ニシモ
ト，Ｈ．イシカワにより１９９０年エレクトロンＬｅｔ
ｔ．ｖｏｌ．２６ページ９から１０に記載されている。
この方法の特徴はレーザと変調器の活性層にエピタキシ
の２つの連続した段階を使用することであり、これによ
り前記２つのエレメントの活性材料を個々に最適にでき
る。例えば１．５５μｍの動作に対してレーザと変調器
に従来の構造（すなわち非量子構造）を使用するなら
ば、レーザ活性層に対しては１．５５μｍでギャップを
有する四元素半導体材料とフランツ−ケルデス効果変調
器の活性層に対しては１．４５μｍのギャップの四元素
材料が使用できる。
（ＢＲＡＧＧ分布型ネットワーク）と変調器を一体化し
ている。このような素子は、例えばＭ．スズキ，Ｙ．ノ
ダ，Ｈ．タナカ，Ｓ．アナバ，Ｙ．クシロ，Ｈ．イッシ
キにより１９８７年ＩＥＥＥジャーナル，ライトウェー
ブテクノロジー，ｖｏｌ．ＬＴ−Ｓ，ページ１２７７か
ら１２８５に記載され、更にＨ．ソダ，Ｍ．フルツ，
Ｋ．サトウ，Ｎ．オカザキ，Ｓ．ヤマザキ，Ｈ．ニシモ
ト，Ｈ．イシカワにより１９９０年エレクトロンＬｅｔ
ｔ．ｖｏｌ．２６ページ９から１０に記載されている。
この方法の特徴はレーザと変調器の活性層にエピタキシ
の２つの連続した段階を使用することであり、これによ
り前記２つのエレメントの活性材料を個々に最適にでき
る。例えば１．５５μｍの動作に対してレーザと変調器
に従来の構造（すなわち非量子構造）を使用するなら
ば、レーザ活性層に対しては１．５５μｍでギャップを
有する四元素半導体材料とフランツ−ケルデス効果変調
器の活性層に対しては１．４５μｍのギャップの四元素
材料が使用できる。
【００１６】(ii)エッチング基板にエピタキシの段階が
１つの場合 この方法は予め作られたエッチングの溝を有する基板の
上にエピタキシの段階が１つであるレーザと変調器の構
造を重ねることから成っている。溝の深さと層の厚さは
２つの素子の活性層が同じ高さになるようになってお
り、縁の結合を１つのエピタキシ段階の中に作る間２コ
の素子の活性層を個々に最適にすることができる。この
方法によるレーザとガイドの一体化はＤ．レミエンス
（ＲＥＭＩＥＮＳ）、Ｂ．ローズ（ＲＯＳＥ），Ｍ．カ
ーレ（ＣＡＲＲＥ），Ｖ．ホーヌング（ＨＯＲＮＵＮ
Ｇ）によりジャーナル，アプリケーション，フィジク
ス，ｖｏｌ．６８のページ２４５０−２４５３に記載さ
れている。
１つの場合 この方法は予め作られたエッチングの溝を有する基板の
上にエピタキシの段階が１つであるレーザと変調器の構
造を重ねることから成っている。溝の深さと層の厚さは
２つの素子の活性層が同じ高さになるようになってお
り、縁の結合を１つのエピタキシ段階の中に作る間２コ
の素子の活性層を個々に最適にすることができる。この
方法によるレーザとガイドの一体化はＤ．レミエンス
（ＲＥＭＩＥＮＳ）、Ｂ．ローズ（ＲＯＳＥ），Ｍ．カ
ーレ（ＣＡＲＲＥ），Ｖ．ホーヌング（ＨＯＲＮＵＮ
Ｇ）によりジャーナル，アプリケーション，フィジク
ス，ｖｏｌ．６８のページ２４５０−２４５３に記載さ
れている。
【００１７】（ｂ）活性層のギャップの局部的な変動 量子井戸の活性層の場合波長を作るレーザと変調器間の
変動はより小さい。このように変調器の波長は吸収フロ
ントの波長により一層近くなるが、これは吸収フロント
の波長がより精密であるからである。更に活性層のギャ
ップは使用した材料の成分によるばかりでなく使用した
量子井戸の厚さにもよって定まる。２つの解決法が考え
られる。
変動はより小さい。このように変調器の波長は吸収フロ
ントの波長により一層近くなるが、これは吸収フロント
の波長がより精密であるからである。更に活性層のギャ
ップは使用した材料の成分によるばかりでなく使用した
量子井戸の厚さにもよって定まる。２つの解決法が考え
られる。
【００１８】（ｉ）エピタキシの間局部的な成分または
厚さの変動 この場合は、例えば基板の中にエッチングされた溝の中
の成長率が平面の基板上よりも高いことが示されてい
る。この効果はＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓの組み合わせ
（Ｃ．Ｊ．チャン−ハシャイン（ＣＨＡＮＧ−ＨＡＳＨ
ＡＩＮ），Ｅ．カーポン（ＫＡＰＯＮ），Ｊ．Ｐ．ハー
ビソン（ＨＡＲＢＩＳＯＮ），Ｌ．Ｔ．フロレッツ（Ｆ
ＬＯＲＥＺ），により１９９０年アプリケーション，フ
ィジクス，Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．５６，ページ４２９−４
３１に記載された文献を参照）の中でレーザ（予めエッ
チングされた基板領域にエピタキシが行われている）と
ガイド（隣接した平面領域に同時にエピタキシが行われ
ている）を一体化するのに使用されている。成長率に対
する同じ効果が他の組み合わせの材料、特に波長が高い
場合について説明されている。（Ｆ．Ｓ．ツルコ（ＴＵ
ＲＣＯ），Ｍ．Ｃ．タマルゴ（ＴＡＭＡＲＧＯ），Ｄ．
Ｍ．ハング（ＨＷＡＮＧ），Ｒ．Ｅ．ナホリ（ＮＡＨＯ
ＲＹ），Ｊ．ウィーナー（ＷＥＲＮＥＲ），Ｋ．カッシ
ュ（ＫＡＳＨ），Ｅ．カーポン（ＫＡＰＯＮ）により１
９９０年のアプリケーションフィジクスＬｅｔｔ．ｖｏ
ｌ．５６，ページ７２−７４に記載されている文献およ
びＰ．デメスター（ＤＥＭＥＥＳＴＥＲ），Ｌ．ブーデ
ン（ＢＵＹＤＥＮＳ），Ｐ．バンダーレ（ＶＡＮＤＡＥ
ＬＥ）により１９９０年のアプリケーションフィジク
ス．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．５７ページ１６８−１７０に記
載されている文献を参照）。これらの効果はレーザ−変
調器一体化素子に使用することができる。
厚さの変動 この場合は、例えば基板の中にエッチングされた溝の中
の成長率が平面の基板上よりも高いことが示されてい
る。この効果はＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓの組み合わせ
（Ｃ．Ｊ．チャン−ハシャイン（ＣＨＡＮＧ−ＨＡＳＨ
ＡＩＮ），Ｅ．カーポン（ＫＡＰＯＮ），Ｊ．Ｐ．ハー
ビソン（ＨＡＲＢＩＳＯＮ），Ｌ．Ｔ．フロレッツ（Ｆ
ＬＯＲＥＺ），により１９９０年アプリケーション，フ
ィジクス，Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．５６，ページ４２９−４
３１に記載された文献を参照）の中でレーザ（予めエッ
チングされた基板領域にエピタキシが行われている）と
ガイド（隣接した平面領域に同時にエピタキシが行われ
ている）を一体化するのに使用されている。成長率に対
する同じ効果が他の組み合わせの材料、特に波長が高い
場合について説明されている。（Ｆ．Ｓ．ツルコ（ＴＵ
ＲＣＯ），Ｍ．Ｃ．タマルゴ（ＴＡＭＡＲＧＯ），Ｄ．
Ｍ．ハング（ＨＷＡＮＧ），Ｒ．Ｅ．ナホリ（ＮＡＨＯ
ＲＹ），Ｊ．ウィーナー（ＷＥＲＮＥＲ），Ｋ．カッシ
ュ（ＫＡＳＨ），Ｅ．カーポン（ＫＡＰＯＮ）により１
９９０年のアプリケーションフィジクスＬｅｔｔ．ｖｏ
ｌ．５６，ページ７２−７４に記載されている文献およ
びＰ．デメスター（ＤＥＭＥＥＳＴＥＲ），Ｌ．ブーデ
ン（ＢＵＹＤＥＮＳ），Ｐ．バンダーレ（ＶＡＮＤＡＥ
ＬＥ）により１９９０年のアプリケーションフィジク
ス．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．５７ページ１６８−１７０に記
載されている文献を参照）。これらの効果はレーザ−変
調器一体化素子に使用することができる。
【００１９】(ii)エピタキシ後のギャップの局部変動 均一なエピタキシで始め２つのエレメントの一方の活性
層のギャップを局部的に変動することができるが、これ
は２つの異なる方法で行われる。最初は井戸および障壁
の部分的な相互拡散による。この場合井戸と障壁の構成
に対しある種の相互拡散を生ずることにより変調器の活
性層のギャップに増加をわずかに生ずる（波長の青色シ
フト）。このシフトは変調器の領域内に局限することが
できる。このシフトは例えば高温で焼きなましにより、
または不純物を拡散させることにより生ずる不純物を挿
入することで得ることができる。ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡ
ｓでは量子井戸の部分的混合により一体化素子に対し十
分な特性の波長シフトを生ずることが判っているが
（Ｐ．Ｌ．トルトン（ＴＨＯＲＮＴＯＮ），Ｗ．Ｊ．モ
スビ（ＭＯＳＢＹ），Ｔ．Ｌ．ポウリ（ＰＡＯＬＩ）に
より１９８８年ＩＥＥＥジャーナル，ライトウェーブテ
クノロジー，ｖｏｌ．ＬＴ−６ページ７８６−７９２に
発行された文献を参照）、一方まだ混合部分に制限され
たスターク効果が保たれている（Ｈ．リボット（ＲＩＢ
ＯＴ），Ｆ．ラウェーレ（ＬＡＵＥＬＬＥ），Ｌ．Ａ．
コルドン（ＣＯＬＤＲＥＮ）により１９８９年アプリケ
ーションフィジクス，Ｌｅｔｔ，ｖｏｌ．５５，ページ
２５２６−２５２８に発行された文献を参照）。更にこ
のシフトはレーザの活性層をドーピングすることにより
得ることができる。更にこのシフトは他の方向（例え
ば、亜鉛拡散によりレーザの活性層の局部的なドーピン
グにより高い波長へシフトする）にレーザギャップを制
限することもできる。
層のギャップを局部的に変動することができるが、これ
は２つの異なる方法で行われる。最初は井戸および障壁
の部分的な相互拡散による。この場合井戸と障壁の構成
に対しある種の相互拡散を生ずることにより変調器の活
性層のギャップに増加をわずかに生ずる（波長の青色シ
フト）。このシフトは変調器の領域内に局限することが
できる。このシフトは例えば高温で焼きなましにより、
または不純物を拡散させることにより生ずる不純物を挿
入することで得ることができる。ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡ
ｓでは量子井戸の部分的混合により一体化素子に対し十
分な特性の波長シフトを生ずることが判っているが
（Ｐ．Ｌ．トルトン（ＴＨＯＲＮＴＯＮ），Ｗ．Ｊ．モ
スビ（ＭＯＳＢＹ），Ｔ．Ｌ．ポウリ（ＰＡＯＬＩ）に
より１９８８年ＩＥＥＥジャーナル，ライトウェーブテ
クノロジー，ｖｏｌ．ＬＴ−６ページ７８６−７９２に
発行された文献を参照）、一方まだ混合部分に制限され
たスターク効果が保たれている（Ｈ．リボット（ＲＩＢ
ＯＴ），Ｆ．ラウェーレ（ＬＡＵＥＬＬＥ），Ｌ．Ａ．
コルドン（ＣＯＬＤＲＥＮ）により１９８９年アプリケ
ーションフィジクス，Ｌｅｔｔ，ｖｏｌ．５５，ページ
２５２６−２５２８に発行された文献を参照）。更にこ
のシフトはレーザの活性層をドーピングすることにより
得ることができる。更にこのシフトは他の方向（例え
ば、亜鉛拡散によりレーザの活性層の局部的なドーピン
グにより高い波長へシフトする）にレーザギャップを制
限することもできる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】これら全ての既知の方
法はエピタキシ法または使用した材料の族に左右される
という不利な点がある。更にこれらの全ての方法には制
限が難しく素子の１以上のエレメントの動作特性が不利
になるという１以上のクリチカルな段階を有している。
これらの不利な点を強調するため前述に記載の解決策の
それぞれに次のことがいえる。
法はエピタキシ法または使用した材料の族に左右される
という不利な点がある。更にこれらの全ての方法には制
限が難しく素子の１以上のエレメントの動作特性が不利
になるという１以上のクリチカルな段階を有している。
これらの不利な点を強調するため前述に記載の解決策の
それぞれに次のことがいえる。
【００２１】ａ）レーザと変調器に対する種々のエピタ
キシ構造 これらの方法はエピタキシに対して困難であるという不
利な点があり、非平面のエピタキシ構造に対してと同様
にエピタキシを繰り返す。すなわちエッチングの基板に
エピタキシを形成している。それゆえ、エレメントが分
離している場合と同じく良好な品質の材料を得ることが
難しい。更に２つの活性層の間に良好な光学的結合を得
ることも難しいが、この２つの活性層は得られたモノリ
シック素子の動作特性を制限する。
キシ構造 これらの方法はエピタキシに対して困難であるという不
利な点があり、非平面のエピタキシ構造に対してと同様
にエピタキシを繰り返す。すなわちエッチングの基板に
エピタキシを形成している。それゆえ、エレメントが分
離している場合と同じく良好な品質の材料を得ることが
難しい。更に２つの活性層の間に良好な光学的結合を得
ることも難しいが、この２つの活性層は得られたモノリ
シック素子の動作特性を制限する。
【００２２】ｂ）活性化層のギャップの局所的変動 ｉ）エピタキシの間の局所的構成すなわち厚さの変動 これらの方法はエピタキシに対して非常に難しく、その
指導のチェックも難しいが成長速度が故意に妨害される
エリアには材料の品質についての問題がいくつかある。
例えば、エッチングをした基板の上に得られた成長スピ
ードの変動はＩｎＰの上にエピタキシを作った三元素ま
たは四元素の化合物の場合、格子またはメッシュマッチ
ングに関係しない。
指導のチェックも難しいが成長速度が故意に妨害される
エリアには材料の品質についての問題がいくつかある。
例えば、エッチングをした基板の上に得られた成長スピ
ードの変動はＩｎＰの上にエピタキシを作った三元素ま
たは四元素の化合物の場合、格子またはメッシュマッチ
ングに関係しない。
【００２３】ii) エピタキシを行ったあとのギャップの
局所的な変動 この方法には補助の段階が含まれるが、この段階は特に
波長シフトに対する精密で再現可能な値を得るため必ず
しもチェックが容易でない。更にこのミキシング法によ
りそれ自身で材料の品質が悪くならず（例えば注入不
足）、または好ましくないドーピングが生ずる（ドーピ
ング不純物の拡散）。最後に量子井戸を障壁の相互拡散
により量子制限スターク効果が減少し変調器の動作特性
が減少する。
局所的な変動 この方法には補助の段階が含まれるが、この段階は特に
波長シフトに対する精密で再現可能な値を得るため必ず
しもチェックが容易でない。更にこのミキシング法によ
りそれ自身で材料の品質が悪くならず（例えば注入不
足）、または好ましくないドーピングが生ずる（ドーピ
ング不純物の拡散）。最後に量子井戸を障壁の相互拡散
により量子制限スターク効果が減少し変調器の動作特性
が減少する。
【００２４】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は上述の
不利な点を取り除くことにある。
不利な点を取り除くことにある。
【００２５】この目的のため、この発明ではレーザの活
性層と同じく単に変調器の電気吸収層と同じエピタキシ
ャル構造を使用している。この構造は密結合コンポジシ
ョン（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を有した超格子であ
る。コンポジション超格子の用語はコンポジションが同
じでありドーピングが逆の層の格子に対するものとして
種々のコンポジションの層により得られる構造を意味す
るものと理解される。
性層と同じく単に変調器の電気吸収層と同じエピタキシ
ャル構造を使用している。この構造は密結合コンポジシ
ョン（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を有した超格子であ
る。コンポジション超格子の用語はコンポジションが同
じでありドーピングが逆の層の格子に対するものとして
種々のコンポジションの層により得られる構造を意味す
るものと理解される。
【００２６】密結合超格子は特殊なタイプの量子構造で
あると知られている。これに関しては密結合特性の超格
子すなわちＳＬは連続した井戸とポテンシャル障壁であ
ることが指摘されており、この井戸とポテンシャル障壁
のそれぞれの厚さは非常に小さいが、これにより井戸は
共振トンネル効果により互いに密に結合されている。
あると知られている。これに関しては密結合特性の超格
子すなわちＳＬは連続した井戸とポテンシャル障壁であ
ることが指摘されており、この井戸とポテンシャル障壁
のそれぞれの厚さは非常に小さいが、これにより井戸は
共振トンネル効果により互いに密に結合されている。
【００２７】このような構造といわゆる多重量子井戸構
造との間には相違があるが、この相違は連続した井戸と
ポテンシャル障壁から成っており、更にこの障壁の厚さ
は井戸が互いに結合しないような十分な厚さである。
造との間には相違があるが、この相違は連続した井戸と
ポテンシャル障壁から成っており、更にこの障壁の厚さ
は井戸が互いに結合しないような十分な厚さである。
【００２８】密結合格子はＦＲ−Ａ−２６０７６２８に
記載のように青色シフト変調器として、またはＦＲ−Ａ
−２６５５４３３に記載のように傾斜遷移変調器として
２つの異なる方法および２つの異なる波長の範囲として
機能する。これらの２つの動作モードはこの発明による
素子により可能である。
記載のように青色シフト変調器として、またはＦＲ−Ａ
−２６５５４３３に記載のように傾斜遷移変調器として
２つの異なる方法および２つの異なる波長の範囲として
機能する。これらの２つの動作モードはこの発明による
素子により可能である。
【００２９】これらの２つは一体化タイプに対応する
が、一方は青色シフトタイプの変調器の一体化素子であ
り、これは同じ結合の超格子のレーザ放出とコンパチブ
ルな波長を有しているが、他方は傾斜遷移変調器の一体
化素子であり、この波長の範囲はレーザ動作の波長範囲
に近く種々の簡単な装置を使用することができるが、こ
れは特にレーザの動作波長を移動させることにより良好
な波長コンパチビリティを得ようとするためである。
が、一方は青色シフトタイプの変調器の一体化素子であ
り、これは同じ結合の超格子のレーザ放出とコンパチブ
ルな波長を有しているが、他方は傾斜遷移変調器の一体
化素子であり、この波長の範囲はレーザ動作の波長範囲
に近く種々の簡単な装置を使用することができるが、こ
れは特にレーザの動作波長を移動させることにより良好
な波長コンパチビリティを得ようとするためである。
【００３０】この発明に基づく超格子はコンポジション
超格子であり（すなわち層が異なるコンポジションを有
する）ドーピング格子を有しておらず、層のコンポジシ
ョンは常に同一であるがドーピングは１つの層から次の
層に並ぶことが観測される。ドーピング格子構造は例え
ば日本の特許出願第５９−１６５４８０号に記載されて
いる（日本の特許概要１９８５年ｖｏｌ．９，Ｎｏ１
９，Ｅ−２９２）。この文献では層は全て同じコンポジ
ション、すなわちＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓを有しており、
交互にＰとＮで高くドーピングされている。
超格子であり（すなわち層が異なるコンポジションを有
する）ドーピング格子を有しておらず、層のコンポジシ
ョンは常に同一であるがドーピングは１つの層から次の
層に並ぶことが観測される。ドーピング格子構造は例え
ば日本の特許出願第５９−１６５４８０号に記載されて
いる（日本の特許概要１９８５年ｖｏｌ．９，Ｎｏ１
９，Ｅ−２９２）。この文献では層は全て同じコンポジ
ション、すなわちＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓを有しており、
交互にＰとＮで高くドーピングされている。
【００３１】交互にドーピングされたこのような構造に
おいては、コンポジション超格子のように異なるギャッ
プを有する“井戸”または“障壁”と呼ぶことができな
い。このタイプの構造はＮＩＰＩ（ｎ−ｉ−ｐ−ｉ）と
いう名前で知られているがこれは非ドーピングの固有層
（すなわちＮＩＰＩの省略のＩ）を必要とするからであ
る。このような構造には電気吸収を生ずることができる
が、これに含まれる現象にはこの発明に使用されている
ワーナー−スターク（ＷＡＮＮＩＥＲ−ＳＴＡＲＫ）ロ
ーカリゼーションとは関係を持たない。
おいては、コンポジション超格子のように異なるギャッ
プを有する“井戸”または“障壁”と呼ぶことができな
い。このタイプの構造はＮＩＰＩ（ｎ−ｉ−ｐ−ｉ）と
いう名前で知られているがこれは非ドーピングの固有層
（すなわちＮＩＰＩの省略のＩ）を必要とするからであ
る。このような構造には電気吸収を生ずることができる
が、これに含まれる現象にはこの発明に使用されている
ワーナー−スターク（ＷＡＮＮＩＥＲ−ＳＴＡＲＫ）ロ
ーカリゼーションとは関係を持たない。
【００３２】
【実施例】この発明による素子の構造について記載する
前に密結合超格子の原理と特徴を以下に示す。
前に密結合超格子の原理と特徴を以下に示す。
【００３３】図１と図２においてＢＣは導電帯を示して
おり、ＢＶは価電子帯を更に横座標Ｚは層の平面に直角
な距離を示しており、縦座標はエネルギに対応してい
る。
おり、ＢＶは価電子帯を更に横座標Ｚは層の平面に直角
な距離を示しており、縦座標はエネルギに対応してい
る。
【００３４】図１の部分Ａによれば密結合超格子は連続
したポテンシャル障壁と井戸であり、この障壁と井戸の
それぞれの厚さは非常に小さいので井戸は共振トンネル
効果の結果として互いに密に結合されている。
したポテンシャル障壁と井戸であり、この障壁と井戸の
それぞれの厚さは非常に小さいので井戸は共振トンネル
効果の結果として互いに密に結合されている。
【００３５】この密結合により電子とホールの量子エネ
ルギレベルの回りにそれぞれエネルギの微小幅ＤＥｅと
ｄＥｔが作られるが、これらのレベルの量子エネルギレ
ベルは単一の量子井戸の中にある（Ｂの部分）。これに
関して密結合超格子ではｄＥｅ＋ｄＥｔ＞１０ｍｅＶと
なることが指摘できる。
ルギレベルの回りにそれぞれエネルギの微小幅ＤＥｅと
ｄＥｔが作られるが、これらのレベルの量子エネルギレ
ベルは単一の量子井戸の中にある（Ｂの部分）。これに
関して密結合超格子ではｄＥｅ＋ｄＥｔ＞１０ｍｅＶと
なることが指摘できる。
【００３６】超格子に成長方向の弱い電界を加えること
により、複数の井戸の間の結合は共振トンネル効果を抑
えることにより壊わされる。電子とホールの存在確率を
決定する波関数ＤｅとＤｔを減少させるトンネル効果の
確率はいわゆるワーナー−スターク（ＷＡＮＮＩＥＲ−
ＳＴＡＲＫ）ローカリゼーション機構に従って井戸の中
に基本的に局限される傾向にある。
により、複数の井戸の間の結合は共振トンネル効果を抑
えることにより壊わされる。電子とホールの存在確率を
決定する波関数ＤｅとＤｔを減少させるトンネル効果の
確率はいわゆるワーナー−スターク（ＷＡＮＮＩＥＲ−
ＳＴＡＲＫ）ローカリゼーション機構に従って井戸の中
に基本的に局限される傾向にある。
【００３７】吸収期間においてエネルギＥｓにおける吸
収フロントは（ｄＥｅ＋ｄＥｔ）の半分だけ増加しＥｓ
に等しいエネルギＥｏになることを意味している。この
ように高いエネルギレベルに向かうフロントの変位、す
なわち波長の項に青色シフトがある。
収フロントは（ｄＥｅ＋ｄＥｔ）の半分だけ増加しＥｓ
に等しいエネルギＥｏになることを意味している。この
ように高いエネルギレベルに向かうフロントの変位、す
なわち波長の項に青色シフトがある。
【００３８】このように図３は電界がない場合（Ｅ＝
０，連続曲線）と電界がある場合（Ｅ≠０，破線曲線）
における波長λの関数としての理論的な吸収変動（ａ）
を示している。この吸収フロントは値λｆから値λ′ｆ
に変わる。
０，連続曲線）と電界がある場合（Ｅ≠０，破線曲線）
における波長λの関数としての理論的な吸収変動（ａ）
を示している。この吸収フロントは値λｆから値λ′ｆ
に変わる。
【００３９】密結合超格子における吸収スレッショルド
の青色シフトの効果はＪ．ブリュース（ＢＬＥＵＳ
Ｅ），Ｇ．バスタード（ＢＡＳＴＡＲＤ），Ｐ．ボイシ
ン（ＢＯＩＳＩＮ）により１９８８年１月１８日フィジ
クスレビュー，Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ６０，Ｎｏ３，ページ
２２０〜２２３に発行の文献に、更にＪ．ブリュース，
Ｐ．ボイシン，Ｍ．アロボン（ＡＬＬＯＶＯＮ），Ｍ．
クイレック（ＱＵＩＬＬＥＣ）により１９８８年１２月
２６日アプライドフィジクスレター５３（２６），ペー
ジ２６３２〜２６３４に発行の文献に、更に前述のフラ
ンス特許出願第ＦＲ−Ａ−２６０７６２８号に記載され
ている。
の青色シフトの効果はＪ．ブリュース（ＢＬＥＵＳ
Ｅ），Ｇ．バスタード（ＢＡＳＴＡＲＤ），Ｐ．ボイシ
ン（ＢＯＩＳＩＮ）により１９８８年１月１８日フィジ
クスレビュー，Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ６０，Ｎｏ３，ページ
２２０〜２２３に発行の文献に、更にＪ．ブリュース，
Ｐ．ボイシン，Ｍ．アロボン（ＡＬＬＯＶＯＮ），Ｍ．
クイレック（ＱＵＩＬＬＥＣ）により１９８８年１２月
２６日アプライドフィジクスレター５３（２６），ペー
ジ２６３２〜２６３４に発行の文献に、更に前述のフラ
ンス特許出願第ＦＲ−Ａ−２６０７６２８号に記載され
ている。
【００４０】図２のエネルギ遷移Ｅｏは同一量子井戸に
対応しているが、他の遷移は隣接井戸の間にある可能性
がある。これらの遷移は傾斜していると言われる（隣接
井戸を含んでいるので）。これらの傾斜遷移は低いエネ
ルギ（タイプＥ−１）と、Ｅｏの基本遷移と比較してよ
り高いエネルギ（タイプＥ＋１）とにあると見なされ
る。
対応しているが、他の遷移は隣接井戸の間にある可能性
がある。これらの遷移は傾斜していると言われる（隣接
井戸を含んでいるので）。これらの傾斜遷移は低いエネ
ルギ（タイプＥ−１）と、Ｅｏの基本遷移と比較してよ
り高いエネルギ（タイプＥ＋１）とにあると見なされ
る。
【００４１】それ故図４には電界が無い場合（Ｅ＝０，
連続曲線）と電界がある場合（Ｅ≠０，破線曲線）にお
ける波長λの関数としての理論的な吸収変動（ａ）を示
している。階段状のバンドＴＢはエネルギの低い傾斜遷
移に、またバンドＴＨはエネルギの高い傾斜遷移に対応
している。この発明に対し２番目の変動として使用され
ているのはエネルギの低いバンドＴＢである。
連続曲線）と電界がある場合（Ｅ≠０，破線曲線）にお
ける波長λの関数としての理論的な吸収変動（ａ）を示
している。階段状のバンドＴＢはエネルギの低い傾斜遷
移に、またバンドＴＨはエネルギの高い傾斜遷移に対応
している。この発明に対し２番目の変動として使用され
ているのはエネルギの低いバンドＴＢである。
【００４２】エネルギの低い傾斜遷移（図４）により得
られる吸収変動（Δａ）は比較的小さい（数百ｃ
ｍ-1）。この変動は青色シフトの場合よりかなり小さい
（図３）。しかしこれらの吸収変動にはいくつかの利点
がある：これらの吸収変動が現われる領域は導電状態に
ある吸収が非常に小さく、十分な波長を使用している領
域であり、従って良好な吸光レベルを有することが可能
であるが、この導電状態の減衰は低く保たれている；こ
れらの吸収変動が現われるのは電界が弱い場合とそれ故
制御電圧が低い場合である（典型的には０．５μｍの厚
さに加える１Ｖ）；これらの吸収変動により割合広いス
ペクトルの範囲にわたり動作が行われ、それ故変調器の
上にかなりの生産許容差が生じ最適化が容易となる。
られる吸収変動（Δａ）は比較的小さい（数百ｃ
ｍ-1）。この変動は青色シフトの場合よりかなり小さい
（図３）。しかしこれらの吸収変動にはいくつかの利点
がある：これらの吸収変動が現われる領域は導電状態に
ある吸収が非常に小さく、十分な波長を使用している領
域であり、従って良好な吸光レベルを有することが可能
であるが、この導電状態の減衰は低く保たれている；こ
れらの吸収変動が現われるのは電界が弱い場合とそれ故
制御電圧が低い場合である（典型的には０．５μｍの厚
さに加える１Ｖ）；これらの吸収変動により割合広いス
ペクトルの範囲にわたり動作が行われ、それ故変調器の
上にかなりの生産許容差が生じ最適化が容易となる。
【００４３】低エネルギ傾斜遷移の上で動作する密結合
超格子は後述するフランス特許出願第ＦＲ−Ａ−２６５
５４３３号に記載されている。
超格子は後述するフランス特許出願第ＦＲ−Ａ−２６５
５４３３号に記載されている。
【００４４】密結合同一超格子により構成されるレーザ
に関して、その波長λｌはギャップのエネルギよりほん
の僅か大きく、その値において波長はバンドの実効フィ
リングとそれ故注入キャリア密度に左右される。このよ
うに、これによりレーザの波長に対しある可能な範囲が
与えられるが、このレーザ波長は動作中の超格子の有効
ギャップを越えている。レーザは順方向バイアスで動作
するので（キャリア注入）、考慮すべきギャップは電界
が無い場合の超格子のギャップであり、光学的にはギャ
ップリノーマライゼーション効果と注入キャリア密度に
より減少する。
に関して、その波長λｌはギャップのエネルギよりほん
の僅か大きく、その値において波長はバンドの実効フィ
リングとそれ故注入キャリア密度に左右される。このよ
うに、これによりレーザの波長に対しある可能な範囲が
与えられるが、このレーザ波長は動作中の超格子の有効
ギャップを越えている。レーザは順方向バイアスで動作
するので（キャリア注入）、考慮すべきギャップは電界
が無い場合の超格子のギャップであり、光学的にはギャ
ップリノーマライゼーション効果と注入キャリア密度に
より減少する。
【００４５】変調器が青色シフトモードで動作する時、
レーザと変調器の間には波長コンパチビリティの問題が
無いが、これは従来の技術で記載されたスターク効果と
は異なっているからであり、結合格子への電圧の印加に
より吸収フロントに青色シフトが生じており、その結果
生ずるものは初期には不透明となる波長で超格子トラン
スペアレントを生ずるようにすることである。電界を加
えることによりおよび青色シフト動作の特性であるこれ
らの負の吸収変動は電界のない超格子のギャップにより
ほんの少し上のエネルギレベルに対し、しかも詳細には
前記の同じ超格子から形成されるレーザの波長レンジの
中で生ずる。このタイプの変調器とレーザとの一体化は
従って簡単である。
レーザと変調器の間には波長コンパチビリティの問題が
無いが、これは従来の技術で記載されたスターク効果と
は異なっているからであり、結合格子への電圧の印加に
より吸収フロントに青色シフトが生じており、その結果
生ずるものは初期には不透明となる波長で超格子トラン
スペアレントを生ずるようにすることである。電界を加
えることによりおよび青色シフト動作の特性であるこれ
らの負の吸収変動は電界のない超格子のギャップにより
ほんの少し上のエネルギレベルに対し、しかも詳細には
前記の同じ超格子から形成されるレーザの波長レンジの
中で生ずる。このタイプの変調器とレーザとの一体化は
従って簡単である。
【００４６】図３にはアセンブリの動作波長λｌを示す
が、この波長は電界が無い場合の吸収フロントの波長λ
ｆより低い所にあり、更に電界がある場合の前記フロン
トの波長λ′ｆより高い所にある。
が、この波長は電界が無い場合の吸収フロントの波長λ
ｆより低い所にあり、更に電界がある場合の前記フロン
トの波長λ′ｆより高い所にある。
【００４７】しかし、このような変調器の動作特性は最
適な特性ではないが、特にこれは導電状態のトランスペ
アレンシがあまり良好でないからである。これは傾斜遷
移変調器を一体化する重要性を表わしているが、この変
調器にはエンビセージアプリケーション（ｅｎｖｉｓａ
ｇｅｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）に対する動作特性が
かなり良い（制御電圧が非常に低く変調コントラストが
良好である）。
適な特性ではないが、特にこれは導電状態のトランスペ
アレンシがあまり良好でないからである。これは傾斜遷
移変調器を一体化する重要性を表わしているが、この変
調器にはエンビセージアプリケーション（ｅｎｖｉｓａ
ｇｅｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）に対する動作特性が
かなり良い（制御電圧が非常に低く変調コントラストが
良好である）。
【００４８】しかしこの場合、従来の技術のように波長
コンパチビリティの問題があるが、波長変動は従来の技
術の構造の場合よりかなり少ないということの利点がか
なりある。
コンパチビリティの問題があるが、波長変動は従来の技
術の構造の場合よりかなり少ないということの利点がか
なりある。
【００４９】図４にはエネルギの低い傾斜遷移（ＴＢ）
と結びついた吸収範囲内における、すなわち電界が無い
場合の吸収フロントの波長λｆより上のレーザλｌの波
長を示している。
と結びついた吸収範囲内における、すなわち電界が無い
場合の吸収フロントの波長λｆより上のレーザλｌの波
長を示している。
【００５０】従来の技術に記載された全ての装置は変調
動作の青色シフト、すなわちレーザの高い波長への波長
のシフトに対して使用することができる。これらの装置
は例えば局所的なエピタキシレイト変動か構成要素の相
互拡散に使用することができる。これらの装置は特に活
性層をドーピングすることによりレーザの波長をシフト
することができる。この分野で発表されたものと比較す
ると（注入またはローカル拡散によりポステリア（ｐｏ
ｓｔｅｒｉｏｒｉ）を得たドーピングの高いレベル）、
中位のドーピングレベルでエピタキシを行う間レーザの
活性層を同時にｎおよびｐにドーピングすることができ
る。これはレーザ利得のピークを広げるのに十分であ
る。ＤＦＢレーザの場合のようにスレッショルド電圧に
対する大きな悪化がなく、波長は実際にはＢＲＡＧＧ回
折格子のスペーシングにより固定され、利得のピークの
最大値に対し前記の波長を若干シフトすることができる
（これは直接変調ＤＦＢレーザにおいてはすでに行われ
ているが方向が異なる）。
動作の青色シフト、すなわちレーザの高い波長への波長
のシフトに対して使用することができる。これらの装置
は例えば局所的なエピタキシレイト変動か構成要素の相
互拡散に使用することができる。これらの装置は特に活
性層をドーピングすることによりレーザの波長をシフト
することができる。この分野で発表されたものと比較す
ると（注入またはローカル拡散によりポステリア（ｐｏ
ｓｔｅｒｉｏｒｉ）を得たドーピングの高いレベル）、
中位のドーピングレベルでエピタキシを行う間レーザの
活性層を同時にｎおよびｐにドーピングすることができ
る。これはレーザ利得のピークを広げるのに十分であ
る。ＤＦＢレーザの場合のようにスレッショルド電圧に
対する大きな悪化がなく、波長は実際にはＢＲＡＧＧ回
折格子のスペーシングにより固定され、利得のピークの
最大値に対し前記の波長を若干シフトすることができる
（これは直接変調ＤＦＢレーザにおいてはすでに行われ
ているが方向が異なる）。
【００５１】次にこの発明による一体化モノリシック素
子の実施例について記載する。１．５μｍに近い波長で
動作させるため分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）により
ＩｎＰの上にマッチングさせた格子にエピタキシを行っ
たＧａＩｎＡｓとＡｓＩｎＡｓを使用することができ
る。
子の実施例について記載する。１．５μｍに近い波長で
動作させるため分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）により
ＩｎＰの上にマッチングさせた格子にエピタキシを行っ
たＧａＩｎＡｓとＡｓＩｎＡｓを使用することができ
る。
【００５２】種々の層の構造を次の表に示すが、１番目
の列は層の厚さであり、２番目の列はコンポジションで
あり、３番目の列はドーピングのタイプである。 ０．１μｍ ＧａＩｎＡｓ ｐ２．１０19 １．８μｍ ＡｌＩｎＡｓ ｐ５．１０17 ０．０８２５μｍ １５×（２．５ｎｍＧａＩｎＡｓ／３ｎｍＡｌＩｎＡｓ） ドーピングなし ０．１５μｍ ２０×（６ｎｍＧａＩｎＡｓ／１．５ｎｍＡｌＩｎＡｓ） ドーピングなし ０．０８２５μｍ １５×（２．５ｎｍＧａＩｎＡｓ／３ｎｍＡｌＩｎＡｓ） ドーピングなし ０．１μｍ ＡｌＩｎＡｓ ｎ５．１０17 ８０μｍ ＩｎＰ（基板） ｎ+
の列は層の厚さであり、２番目の列はコンポジションで
あり、３番目の列はドーピングのタイプである。 ０．１μｍ ＧａＩｎＡｓ ｐ２．１０19 １．８μｍ ＡｌＩｎＡｓ ｐ５．１０17 ０．０８２５μｍ １５×（２．５ｎｍＧａＩｎＡｓ／３ｎｍＡｌＩｎＡｓ） ドーピングなし ０．１５μｍ ２０×（６ｎｍＧａＩｎＡｓ／１．５ｎｍＡｌＩｎＡｓ） ドーピングなし ０．０８２５μｍ １５×（２．５ｎｍＧａＩｎＡｓ／３ｎｍＡｌＩｎＡｓ） ドーピングなし ０．１μｍ ＡｌＩｎＡｓ ｎ５．１０17 ８０μｍ ＩｎＰ（基板） ｎ+
【００５３】中央の超格子は電子吸収超格子であり隣接
した超格子のみが光学コンフィネメント（ｃｏｎｆｉｎ
ｅｍｅｎｔ）関数を有しており放出または電子吸収特性
に影響がない。
した超格子のみが光学コンフィネメント（ｃｏｎｆｉｎ
ｅｍｅｎｔ）関数を有しており放出または電子吸収特性
に影響がない。
【００５４】前述の構造（ほぼ５μｍの非常に小さなガ
イドを有している）の上にガイドされた波の中に測定さ
れた光電流スペクトラムＩ（λ）を図５に示しており、
超格子内の吸収を示している。２つの曲線は印加電圧が
０．２Ｖ（曲線ａ）と−１．４Ｖ（曲線ｂ）に対応して
いる。青色シフトタイプの変調器のような構造に使用さ
れている波長の範囲は理論的にこの２つの曲線の２つの
交点の間にある。実際前記の構造に対しては１．５μｍ
近辺である。
イドを有している）の上にガイドされた波の中に測定さ
れた光電流スペクトラムＩ（λ）を図５に示しており、
超格子内の吸収を示している。２つの曲線は印加電圧が
０．２Ｖ（曲線ａ）と−１．４Ｖ（曲線ｂ）に対応して
いる。青色シフトタイプの変調器のような構造に使用さ
れている波長の範囲は理論的にこの２つの曲線の２つの
交点の間にある。実際前記の構造に対しては１．５μｍ
近辺である。
【００５５】この波長において長さが３０μｍの変調器
の吸光レベルは印加電圧変動が１．６Ｖの場合ほぼ７ｄ
Ｂであり、導電状態の残留減衰はほぼ１０ｄＢである。
これらの比較的適度の動作特性はこの構造が傾斜遷移モ
ードを用いた１．５５μｍの波長のかわりにこの波長で
青色シフトモードにおいて最適に動作していないという
ことにより一部説明できる。
の吸光レベルは印加電圧変動が１．６Ｖの場合ほぼ７ｄ
Ｂであり、導電状態の残留減衰はほぼ１０ｄＢである。
これらの比較的適度の動作特性はこの構造が傾斜遷移モ
ードを用いた１．５５μｍの波長のかわりにこの波長で
青色シフトモードにおいて最適に動作していないという
ことにより一部説明できる。
【００５６】前記の同一構造が順方向にバイアスされて
いれば、レーザの使用には最適でないがフリーゾナブル
なスレッショルド電流で誘導放出を生ずる（材料、活性
層の厚さ等を選択）。その結果をキャビティの長さの関
数として図６に示してある。前記の長さを増加すること
により誘導放出を得るために必要なキャリア密度は減少
し、更にそれ故これによりスレッショルド電流密度も減
少するがレーザの波長λｌは増加し、これによりレーザ
の動作に対しある波長の範囲が与えられる。この範囲は
図５で矢印の間隔で示してある。このレーザの範囲は青
色シフト範囲をカバーしているが、これによりレーザと
青色シフト変調器の一体化に対するこのタイプの構造の
利点が当然得られる。
いれば、レーザの使用には最適でないがフリーゾナブル
なスレッショルド電流で誘導放出を生ずる（材料、活性
層の厚さ等を選択）。その結果をキャビティの長さの関
数として図６に示してある。前記の長さを増加すること
により誘導放出を得るために必要なキャリア密度は減少
し、更にそれ故これによりスレッショルド電流密度も減
少するがレーザの波長λｌは増加し、これによりレーザ
の動作に対しある波長の範囲が与えられる。この範囲は
図５で矢印の間隔で示してある。このレーザの範囲は青
色シフト範囲をカバーしているが、これによりレーザと
青色シフト変調器の一体化に対するこのタイプの構造の
利点が当然得られる。
【００５７】傾斜遷移変調器と一体化するため、キャビ
ティの長さを丁度３８０μｍにするレーザの波長の最大
値（１．５２μｍ）は傾斜遷移変調器の動作範囲のスレ
ッショルドであり（これは２つの曲線の交点からスター
トする）、変調器として前記構造の最適動作点から丁度
３０μｍ（ほぼ１５ｍｅＶ）である。このように１．５
５μｍで１３ｄＢ／１００μｍの吸光レベルが得られる
が、これは電圧変動が１．６Ｖであり残留吸収が３ｄＢ
／１００μｍだけである。
ティの長さを丁度３８０μｍにするレーザの波長の最大
値（１．５２μｍ）は傾斜遷移変調器の動作範囲のスレ
ッショルドであり（これは２つの曲線の交点からスター
トする）、変調器として前記構造の最適動作点から丁度
３０μｍ（ほぼ１５ｍｅＶ）である。このように１．５
５μｍで１３ｄＢ／１００μｍの吸光レベルが得られる
が、これは電圧変動が１．６Ｖであり残留吸収が３ｄＢ
／１００μｍだけである。
【００５８】このタイプの変調器の高い動作特性と、非
最適構造のレーザの範囲と比較した波長の制限された変
動とにより、前述の簡単な方法によるタイプのレーザと
変調器の一体化の利点が当然得られる。
最適構造のレーザの範囲と比較した波長の制限された変
動とにより、前述の簡単な方法によるタイプのレーザと
変調器の一体化の利点が当然得られる。
【００５９】この発明による素子の構造と動作に関する
検討がなされたので、次に図７についての特別な実施例
について記載する。レーザＬと変調器Ｍがあるが、レー
ザが電源Ｖｄにより順方向にバイアスされ変調器が電源
Ｖｉにより逆方向にバイアスされている点を除いて同一
である。２つの構造は同一であるので一方のみ、すなわ
ち変調器の構造について記載する。図示のとおり前記構
造は固有領域Ｉを有したＰＩＮタイプであるが、この固
有領域にはこの発明によると密結合超格子１０がある。
領域Ｎにはｎ+ −ＩｎＰの基板６があり、この厚さは例
えば８０μｍであるが前記の基板には厚さが０．１μｍ
のｎ−ＡｌＩｎＡｓのバッファ層８がある。
検討がなされたので、次に図７についての特別な実施例
について記載する。レーザＬと変調器Ｍがあるが、レー
ザが電源Ｖｄにより順方向にバイアスされ変調器が電源
Ｖｉにより逆方向にバイアスされている点を除いて同一
である。２つの構造は同一であるので一方のみ、すなわ
ち変調器の構造について記載する。図示のとおり前記構
造は固有領域Ｉを有したＰＩＮタイプであるが、この固
有領域にはこの発明によると密結合超格子１０がある。
領域Ｎにはｎ+ −ＩｎＰの基板６があり、この厚さは例
えば８０μｍであるが前記の基板には厚さが０．１μｍ
のｎ−ＡｌＩｎＡｓのバッファ層８がある。
【００６０】超格子には最高の光学インデックスがあり
２０個のＧａＩｎＡｓの層から成るが、これらの層は故
意にドーピングされておらず層のそれぞれの厚さは６ｎ
ｍであり、更に故意にドーピングされておらずそれぞれ
の厚さが１．５ｎｍである２０個のＡｌＩｎＡｓの層が
交互にある。
２０個のＧａＩｎＡｓの層から成るが、これらの層は故
意にドーピングされておらず層のそれぞれの厚さは６ｎ
ｍであり、更に故意にドーピングされておらずそれぞれ
の厚さが１．５ｎｍである２０個のＡｌＩｎＡｓの層が
交互にある。
【００６１】領域Ｉには更に２つの等しい多層１２と１
４とがあり、この間に超格子１０が置かれているが、こ
れらの光学インデックスは超格子の光学インデックスよ
り小さく領域ＮとＰの光学インデックスよりは大きい。
領域ＮとＰの光学インデックスは同じである。
４とがあり、この間に超格子１０が置かれているが、こ
れらの光学インデックスは超格子の光学インデックスよ
り小さく領域ＮとＰの光学インデックスよりは大きい。
領域ＮとＰの光学インデックスは同じである。
【００６２】多層１２と１４のそれぞれには故意にドー
ピングされていないＧａＩｎＡｓの層が１５個ありそれ
ぞれの厚さは２．５ｎｍであるが、この１５個のＧａＩ
ｎＡｓの層には厚さが３ｎｍの１５個の故意にドーピン
グされていないＡｌＩｎＡｓの層が交互にある。これら
の超格子のみに光学コンフィネメント関数があり、この
発明の特徴を有していない。
ピングされていないＧａＩｎＡｓの層が１５個ありそれ
ぞれの厚さは２．５ｎｍであるが、この１５個のＧａＩ
ｎＡｓの層には厚さが３ｎｍの１５個の故意にドーピン
グされていないＡｌＩｎＡｓの層が交互にある。これら
の超格子のみに光学コンフィネメント関数があり、この
発明の特徴を有していない。
【００６３】ダイオードの領域Ｐは厚さが２μｍであり
Ｐ−ＡｌＩｎＡｓのコンフィネメント層１６がある。層
１６の上には領域Ｐの厚さが０．１μｍでありｐ+ −Ｇ
ａＩｎＡｓのコンタクト層１８がある。
Ｐ−ＡｌＩｎＡｓのコンフィネメント層１６がある。層
１６の上には領域Ｐの厚さが０．１μｍでありｐ+ −Ｇ
ａＩｎＡｓのコンタクト層１８がある。
【００６４】図７には超格子の成長方向Ｚが示してあ
り、この方向は超格子の層の平面に直角である。例えば
金のメタリック層２０，２２はそれぞれ基板６のフリー
な面の上と層１８のフリーな面の上に置かれている。光
ビーム２６はレーザＬにより作られ、電子横分極ＴＥで
変調器Ｍの中に注入される。レーザの中でＢＲＡＧＧ回
折格子がレファレンス２５を運ぶ。
り、この方向は超格子の層の平面に直角である。例えば
金のメタリック層２０，２２はそれぞれ基板６のフリー
な面の上と層１８のフリーな面の上に置かれている。光
ビーム２６はレーザＬにより作られ、電子横分極ＴＥで
変調器Ｍの中に注入される。レーザの中でＢＲＡＧＧ回
折格子がレファレンス２５を運ぶ。
【００６５】これら２つの超格子の自動的な配置により
事実上レーザの活性層と変調器の吸収層の光学配置が生
ずる。レーザと変調器の間の光学的結合は素子の良好な
構造により極めて良好である。
事実上レーザの活性層と変調器の吸収層の光学配置が生
ずる。レーザと変調器の間の光学的結合は素子の良好な
構造により極めて良好である。
【図１】この発明による密結合超格子のバンド構造
（Ａ）とこれと比較した分離量子井戸のバンド構造
（Ｂ）を示す。
（Ａ）とこれと比較した分離量子井戸のバンド構造
（Ｂ）を示す。
【図２】超格子の成長方向に従い方向づけられた弱い電
界が存在する時の密結合超格子のバンド構造を示す。
界が存在する時の密結合超格子のバンド構造を示す。
【図３】青色シフトに従う変調器の動作を図示する。
【図４】傾斜遷移による変調器の動作を図示する。
【図５】変調器に加えられた２つの電圧に対する波長の
関数としての光電流の変動を示す。
関数としての光電流の変動を示す。
【図６】レーザ効果スレッショルドとキャビティ長の関
数としてのレーザ波長との変動を示す。
数としてのレーザ波長との変動を示す。
【図７】この発明による素子の構造を図示する。
６ 基板 ８ バッファ層 １０ 密結合超格子 １２，１４ 多層 １６ コンフィネメント層 １８ コンタクト層 ２０，２２ メタリック層 ２５ レファレンス ２６ 光ビーム
フロントページの続き (71)出願人 592213682 サントル ナスィオナル デ ラ ルシェ ルシェ スィアンティフィーク ＣＥＮＴＲＥ ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＤＥ ＬＡ ＲＥＣＨＥＲＣＨＥ ＳＣＩＥＮＴ ＩＦＩＱＵＥ フランス国， 75007 パリ， ケ アナ トル フランス 15番地 (72)発明者 ミシェル アロヴァン フランス国， 92260 フォンテネ オウ ロゼ， アベニュ ジャン モーリン 49番地 (72)発明者 エルワン ビガン フランス国， 75013 パリ， リュ バ ロル 11番地 (72)発明者 ジャン−クリストフ ハルマン フランス国， 94800 ヴィレジェイフ, リュ サコ エ ヴァンゼッティ 21番 地 (72)発明者 ポール ヴォワソン フランス国， 75005 パリ， リュ デ レペ デ ボワ 13番地
Claims (9)
- 【請求項１】 同一の基板上の半導体レーザの積み重ね
から成りその１つの層（１０）が吸収性である電気光学
変調器（Ｍ）と、半導体レーザの積み重ねから成りその
１つが活性化している半導体レーザ（Ｌ）とから構成さ
れている一体形モノリシック電気光学素子であり、レー
ザ層の積み重ねに順方向電圧を加える手段（Ｖｄ，２
０，２２）によりレーザの平面に直角な電圧が生じ活性
層（１０）により放射（２６）を行うレーザが前記層の
平面内で変調器の吸収層を横切っており、しかも変調器
（Ｍ）の層の積み重ねに逆方向電圧を加える手段（Ｖ
ｉ，２０，２２）により変調器を横切る放射の吸収を調
節するため層の平面に直角な電界が生じているが、更に
レーザ（Ｌ）の活性層と変調器（Ｍ）の吸収層の両方が
種々のコンポジションから成る半導体層の交互を有した
密結合コンポジション超格子タイプ（１０）の同一エピ
タキシ構造により構成されていることを特徴としてい
る。 - 【請求項２】 変調器の密結合超格子に変調器超格子が
加えられた電界がない時変調器の密結合超格子がある波
長（λｆ）にあるフロントを有した吸収バンドを有して
おり、前記フロントは印加された強力な電界が存在する
時より短い波長の方向に移り（いわゆる青色シフトモー
ド）レーザ超格子により行われる放射は電界がない時の
吸収フロントの波長（λｆ）より若干低くしかも電界が
ある時のフロントの波長（λ′ｆ）より若干高い波長を
有しており、これにより変調器はこれに加えられた電圧
がない時にはレーザ放射は行わないが変調器に加えられ
た電圧がある時にはほぼレーザ放射を行うことを特徴と
する請求項１に記載の素子。 - 【請求項３】 変調器の密結合格子が印加電界のない時
はある波長（λｆ）にあるフロントに有する吸収バンド
を、また弱電界が変調器超格子に加えられた時高い波長
で生ずる吸収バンド（ＴＢ）（いわゆる傾斜遷移モー
ド）を有しており、レーザ（Ｌ）の超格子により行われ
る放射が電界のない時吸収フロントの波長（λｆ）より
若干高い波長（λｌ）を有し電界のある時に生ずる吸収
バンド（ＴＢ）に落込むが、これより変調器はこれに加
えた電圧がない時はレーザ放射を行うが変調器に加えた
電圧がある時は前記の放射を行わないことを特徴とする
請求項１に記載の素子。 - 【請求項４】 密結合超格子がレーザ（Ｌ）の活性層
（１０）と変調器（Ｍ）の吸収層（１０）から構成さ
れ、さらに中位のドーピングレベルでエピタキシを行っ
ている間同時にｎとｐをドーピングしているが、前記の
ｎとｐのドーピングはレーザ利得曲線を広げる効果を有
していることを特徴とする請求項３に記載の素子。 - 【請求項５】 レーザがＢＲＡＧＧ回折格子（２５）を
有した分布型フィードバック（ＤＦＢ）タイプであるこ
とを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の素
子。 - 【請求項６】 ＢＲＡＧＧ回折格子がレーザの動作波長
（λｌ）をレーザ利得ピークの最大値に対応した波長か
らちょうど越える値に固定させる間隔を有していること
を特徴とする請求項４または５のいずれかに記載の素
子。 - 【請求項７】 レーザ（Ｌ）の活性層（１０）と変調器
（Ｍ）の吸収層（１０）から成る超格子が３元素または
４元素合金ＧａＩｎＡｓ（Ｐ）とＬｎ（ＧａＡｓ）Ｐの
交互にエピタキシ層の積み重ねから構成されていること
を特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の素子。 - 【請求項８】 レーザ（Ｌ）の活性層（１０）と変調器
（Ｍ）の吸収層（１０）から成る超格子が３元素または
４元素合金ＧａＩｎＡｓ（Ｐ）とＩｎ（ＧａＡｓ）Ｐの
交互にエピタキシ層の積み重ねから構成されていること
を特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の素子。 - 【請求項９】 レーザ（Ｌ）の活性層（１０）と変調器
（Ｍ）の吸収層（１０）から成る超格子が所定の波長の
範囲に対し適当な井戸のエピタキシ層と障壁材料の交互
の積み重ねから構成されていることを特徴とする請求項
１から６のいずれかに記載の素子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9111046 | 1991-09-06 | ||
| FR9111046A FR2681191A1 (fr) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | Composant integre laser-modulateur a super-reseau tres couple. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0645585A true JPH0645585A (ja) | 1994-02-18 |
| JP3238760B2 JP3238760B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=9416711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26056392A Expired - Fee Related JP3238760B2 (ja) | 1991-09-06 | 1992-09-04 | 密結合超格子レーザ−変調器一体化素子 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5305343A (ja) |
| EP (1) | EP0531214B1 (ja) |
| JP (1) | JP3238760B2 (ja) |
| DE (1) | DE69203998T2 (ja) |
| FR (1) | FR2681191A1 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06204454A (ja) * | 1992-12-28 | 1994-07-22 | Mitsubishi Electric Corp | 光変調器付半導体レーザ及びその製造方法 |
| JP2536714B2 (ja) * | 1993-03-03 | 1996-09-18 | 日本電気株式会社 | 光変調器集積型多重量子井戸構造半導体レ―ザ素子 |
| CA2121405C (en) * | 1993-04-30 | 1999-03-16 | David Andrew Barclay Miller | Tunable lasers based on absorbers in standing waves |
| FR2706079B1 (fr) * | 1993-06-02 | 1995-07-21 | France Telecom | Composant intégré monolithique laser-modulateur à structure multi-puits quantiques. |
| JPH0738204A (ja) * | 1993-07-20 | 1995-02-07 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体光デバイス及びその製造方法 |
| US5418800A (en) * | 1993-10-27 | 1995-05-23 | Yeda Research And Development Co. Ltd. | Reduced linewidth from an electrically coupled two section semiconductor laser |
| US5548607A (en) * | 1994-06-08 | 1996-08-20 | Lucent Technologies, Inc. | Article comprising an integrated laser/modulator combination |
| US5521738A (en) * | 1994-06-30 | 1996-05-28 | At&T Corp. | Data encoded optical pulse generator |
| US5754714A (en) * | 1994-09-17 | 1998-05-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor optical waveguide device, optical control type optical switch, and wavelength conversion device |
| DE19624514C1 (de) * | 1996-06-19 | 1997-07-17 | Siemens Ag | Laserdiode-Modulator-Kombination |
| SE507376C2 (sv) * | 1996-09-04 | 1998-05-18 | Ericsson Telefon Ab L M | Våglängdsavstämbar laseranordning |
| DE19652529A1 (de) * | 1996-12-17 | 1998-06-18 | Siemens Ag | Optoelektronisches Bauelement mit MQW-Strukturen |
| FR2758669B1 (fr) * | 1997-01-23 | 1999-02-19 | Alsthom Cge Alcatel | Procede de modulation et modulateur optique a semi conducteur |
| JPH10335751A (ja) * | 1997-06-03 | 1998-12-18 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
| US6295308B1 (en) | 1999-08-31 | 2001-09-25 | Corning Incorporated | Wavelength-locked external cavity lasers with an integrated modulator |
| WO2002061498A1 (en) * | 2001-01-30 | 2002-08-08 | 3Dv Systems, Ltd. | Optical modulator |
| US6574260B2 (en) | 2001-03-15 | 2003-06-03 | Corning Lasertron Incorporated | Electroabsorption modulated laser |
| DE10135958B4 (de) | 2001-07-24 | 2008-05-08 | Finisar Corp., Sunnyvale | Elektroabsorptionsmodulator, Modulator-Laser-Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Elektroabsorptionsmodulators |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1543405A (en) * | 1975-03-29 | 1979-04-04 | Licentia Gmbh | Method of and arrangement for producing coherent mode radiation |
| JPS59165480A (ja) * | 1983-03-10 | 1984-09-18 | Nec Corp | 半導体発光素子 |
| HUT42101A (en) * | 1985-01-07 | 1987-06-29 | Sandoz Ag | Process for preparing stomatostatine derivatives and pharmaceutical compositions containing such compounds |
| JPS61160987A (ja) * | 1985-01-09 | 1986-07-21 | Nec Corp | 集積型半導体光素子とその製造方法 |
| FR2607628B1 (fr) * | 1986-11-27 | 1989-03-17 | Centre Nat Rech Scient | Modulateur optique a superreseau |
| US4905253A (en) * | 1989-01-27 | 1990-02-27 | American Telephone And Telegraph Company | Distributed Bragg reflector laser for frequency modulated communication systems |
| FR2655433B1 (fr) * | 1989-12-01 | 1992-06-26 | France Etat | Procede et dispositif de modulation electro-optique, utilisant la transition oblique a basse energie d'un super-reseau tres couple. |
-
1991
- 1991-09-06 FR FR9111046A patent/FR2681191A1/fr active Granted
-
1992
- 1992-09-03 EP EP92402408A patent/EP0531214B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1992-09-03 DE DE69203998T patent/DE69203998T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-09-04 US US07/941,260 patent/US5305343A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-09-04 JP JP26056392A patent/JP3238760B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3238760B2 (ja) | 2001-12-17 |
| FR2681191A1 (fr) | 1993-03-12 |
| DE69203998T2 (de) | 1996-03-21 |
| FR2681191B1 (ja) | 1995-03-03 |
| EP0531214B1 (fr) | 1995-08-09 |
| EP0531214A1 (fr) | 1993-03-10 |
| DE69203998D1 (de) | 1995-09-14 |
| US5305343A (en) | 1994-04-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5680411A (en) | Integrated monolithic laser-modulator component with multiple quantum well structure | |
| JP3238760B2 (ja) | 密結合超格子レーザ−変調器一体化素子 | |
| US4802182A (en) | Monolithic two dimensional waveguide coupled cavity laser/modulator | |
| US6238943B1 (en) | Optical semiconductor device and a method of manufacturing the same | |
| US4817110A (en) | Semiconductor laser device | |
| US5754714A (en) | Semiconductor optical waveguide device, optical control type optical switch, and wavelength conversion device | |
| EP0400559B1 (en) | Semiconductor optical device | |
| US4815087A (en) | High speed stable light emitting semiconductor device with low threshold current | |
| EP0390167B1 (en) | Semiconductor laser device having plurality of layers for emitting lights of different wavelengths and method of driving the same | |
| JPS6218082A (ja) | 半導体レ−ザ素子 | |
| EP0605051B1 (en) | Blue-green injection laser structure | |
| EP0322847B1 (en) | Second harmonic wave generating device having active layer and second harmonic wave generating layer on same substrate | |
| US5561301A (en) | Opto-semiconductor device with piezoelectric | |
| EP0614253B1 (en) | Multi-quantum well (MQW) structure laser diode/modulator integrated light source | |
| EP0317347B1 (en) | An optical semiconductor device | |
| US6885085B2 (en) | Semiconductor laser device | |
| US6728282B2 (en) | Engineering the gain/loss profile of intersubband optical devices having heterogeneous cascades | |
| US5841151A (en) | Quasi type II semiconductor quantum well device | |
| JPH03236276A (ja) | 光機能素子 | |
| JPH09171162A (ja) | 半導体光変調器 | |
| JP3316289B2 (ja) | 半導体光増幅素子 | |
| JP3204969B2 (ja) | 半導体レーザ及び光通信システム | |
| JPS5916432B2 (ja) | 複合半導体レ−ザ素子 | |
| JP3087129B2 (ja) | 光変調器 | |
| JP3499631B2 (ja) | 半導体波長変換素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010828 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |