JPH0651251A - Optical semiconductor device - Google Patents
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- JPH0651251A JPH0651251A JP4206398A JP20639892A JPH0651251A JP H0651251 A JPH0651251 A JP H0651251A JP 4206398 A JP4206398 A JP 4206398A JP 20639892 A JP20639892 A JP 20639892A JP H0651251 A JPH0651251 A JP H0651251A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光半導体装置に関し、TBQ構造をなす半導
体層の積層体に極めて簡単な改変を施すことに依って、
光照射で励起された電子及び正孔を急速に排除可能にす
ると共に高速の繰り返し動作を可能にしようとする。
【構成】 量子井戸の井戸を成す物質層W1 、物質層W
1 を両面から挟むように積層され且つ電子がトンネリン
グ可能な厚さを有して量子井戸のバリヤを成す物質層B
2A及びB2B、物質層B2A及びB2Bの少なくとも一方に接
して積層された物質層W3A(及びW3B)を基本の層構成
とし且つ物質層W3A(及びW3B)に存在し得る伝導帯中
の電子の最低のエネルギ準位が物質層W1 に生成される
電子の最低の量子準位に比較してエネルギ的に低い積層
体と、光が照射されて物質層W1 に生成された電子と正
孔の排出を助長する電界を積層体に印加する電極とを備
え且つ物質層W1 ,B2A(及びB2B),W3A(及び
W3B)のうちの一つに不純物を導入する。
(57) [Summary] [Object] With regard to an optical semiconductor device, an extremely simple modification is made to a laminated body of semiconductor layers having a TBQ structure.
Electrons and holes excited by light irradiation can be rapidly eliminated, and high-speed repetitive operation is possible. [Structure] Material layer W 1 and material layer W that form a well of a quantum well
Material layer B which is laminated so as to sandwich 1 from both sides and has a thickness capable of tunneling electrons to form a barrier of a quantum well.
2A and B 2B , and the material layer W 3A (and W 3B ) laminated in contact with at least one of the material layers B 2A and B 2B has a basic layer structure and can be present in the material layer W 3A (and W 3B ). A laminated body in which the lowest energy level of electrons in the conduction band is lower in energy than the lowest quantum level of electrons generated in the material layer W 1 and light is generated to generate in the material layer W 1 Of the material layers W 1 , B 2A (and B 2B ), W 3A (and W 3B ) and an electrode for applying an electric field to the stack to promote the discharge of the generated electrons and holes To introduce.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光・光スイッチ、光双
安定装置、光・光メモリなどに用いて好適な光半導体装
置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical semiconductor device suitable for use in optical / optical switches, optical bistable devices, optical / optical memories and the like.
【0002】現在、超高速領域、例えばピコ〔秒〕(1
0-9〔秒〕〜10-12 〔秒〕)領域からサブピコ〔秒〕
(<10-12 〔秒〕)領域で動作する光・光スイッチ、
光双安定装置、光・光メモリなどの実現が要求され、そ
れには非線型光学装置と呼ばれる光半導体装置が好適と
されているが、未だ改良しなければならない点を多く抱
えている。Currently, in the ultra-high speed region, for example, picoseconds (1)
From 0 -9 [sec] to 10 -12 [sec]) area to subpico [sec]
Optical switch operating in the (<10 -12 [sec]) range,
It is required to realize an optical bistable device, an optical / optical memory, and the like, and an optical semiconductor device called a nonlinear optical device is suitable for that, but there are still many points that need to be improved.
【0003】[0003]
【従来の技術】光のオン・オフ動作を超高速で行う為、
TBQ(tunneling bi−quantum
well)構造の光半導体装置が開発されている(要す
れば、特開平2−210332号公報を参照)。図7は
TBQをもつ光半導体装置を説明する為の要部エネルギ
・バンド・ダイヤグラムである。2. Description of the Related Art Since light is turned on and off at an extremely high speed,
TBQ (tunneling bi-quantum)
An optical semiconductor device having a well structure has been developed (see JP-A-2-210332, if necessary). FIG. 7 is an energy band diagram of an essential part for explaining an optical semiconductor device having TBQ.
【0004】図に於いて、EV は価電子帯の頂、EC は
伝導帯の底、W1 は第一の禁制帯幅Eg1を有し且つ励起
子の存在が可能な第一の厚さS1 を有する第一の物質
層、B 2A並びにB2Bは第一の禁制帯幅Eg1より広い第二
の禁制帯幅Eg2を有し且つ電子のトンネリングが可能な
第二の厚さS2 を有する第二の物質層、W3A並びにW3B
は第二の禁制帯幅Eg2より狭い第三の禁制帯幅Eg3を有
し且つ第一の物質層W1から第二の物質層B2A或いはB
2Bをトンネリングした電子が存在する第三の厚さS3 を
有する第三の物質層、E1 並びにE3 は電子量子準位、
H1 並びにH3 は正孔量子準位、hは価電子帯に於ける
正孔、eは伝導帯に於ける電子、LC は制御光、LS は
信号光をそれぞれ示している。In the figure, EVIs the top of the valence band, ECIs
Bottom of conduction band, W1Is the first forbidden band Eg1Have and excite
The first thickness S that allows the existence of a child1The first substance with
Layer, B 2AAnd B2BIs the first forbidden band Eg1Wider second
Forbidden band Eg2And has tunneling of electrons
Second thickness S2A second material layer having W3AAnd W3B
Is the second forbidden band Eg2The narrower third forbidden band Eg3Have
And the first material layer W1To second material layer B2AOr B
2BThird thickness S in which electrons tunneled are present3To
A third material layer having, E1And E3Is the electron quantum level,
H1And H3Is the hole quantum level and h is the valence band
Hole, e is electron in conduction band, LCIs the control light, LSIs
Signal lights are shown respectively.
【0005】具体的には、 第一の物質層W1 :GaAs 第二の物質層B2A或いはB2B:Alx Ga1-x As(x
=0.3〜0.5) 第三の物質層W3A或いはW3B:GaAs であって、第一の物質層W1 は幅の狭い量子井戸をな
し、第二の物質層B2A或いはB2Bはバリヤ層をなし、第
三の物質層W3A或いはW3Bは幅の広い量子井戸をなし、
これ等の各半導体層が図示のように積層体をなしてい
る。Specifically, the first material layer W 1 : GaAs and the second material layer B 2A or B 2B : Al x Ga 1-x As (x
= 0.3 to 0.5) The third material layer W 3A or W 3B : GaAs, the first material layer W 1 forms a narrow quantum well, and the second material layer B 2A or B 2A or B 2B forms a barrier layer, the third material layer W 3A or W 3B forms a wide quantum well,
Each of these semiconductor layers forms a laminated body as shown.
【0006】この光半導体装置では、幅の狭い量子井戸
である第一の物質層W1 に於ける量子準位に共鳴する波
長の制御光LC を照射した場合、第一の物質層W1 に電
子及び正孔が励起され、従って、そこでの光の吸収率が
低下し、光を吸収できない状態となり、その結果、入射
する信号光LS は通過して出射される。In this optical semiconductor device, when the control light L C having a wavelength resonating with the quantum level in the first material layer W 1 which is a narrow quantum well is irradiated, the first material layer W 1 is irradiated. Electrons and holes are excited in the light. Therefore, the absorption rate of light there is reduced, and the light cannot be absorbed. As a result, the incident signal light L S passes and is emitted.
【0007】第一の物質層W1 に励起された電子はバリ
ヤ層である第二の物質層B2A或いはB2Bをトンネリング
して幅の広い量子井戸である第三の物質層W3A或いはW
3Bに抜け出し、この時点で制御光LC の照射が停止され
ていれば、第一の物質層W1では再び光の吸収率が上昇
して光を吸収できる状態になるので、入射する信号光L
S は吸収されてしまい、外部には出射されないことにな
る。The electrons excited in the first material layer W 1 tunnel through the second material layer B 2A or B 2B which is a barrier layer and the third material layer W 3A or W which is a wide quantum well.
Escape to 3B, if the irradiation of the control light L C at the time is stopped, since the first material layer W 1 In again light absorptance of a state capable of absorbing light rises, the signal light incident L
S will be absorbed and will not be emitted to the outside.
【0008】このようにTBQ構造の光半導体装置で
は、10〔ps〕から1〔ps〕のオーダで光吸収回復
が可能であって、光を高速でオン・オフすることができ
る。As described above, in the optical semiconductor device having the TBQ structure, light absorption and recovery can be performed on the order of 10 [ps] to 1 [ps], and light can be turned on and off at high speed.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】前記したように、TB
Q構造の光半導体装置は、極めて高速の光スイッチング
が可能である。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention As mentioned above, TB
The Q-structure optical semiconductor device is capable of extremely high-speed optical switching.
【0010】然しながら、TBQ構造を高速で繰り返し
動作させようとすると、第一の物質層W1 からトンネリ
ングで抜け出した電子が第三の物質層W3A及びW3Bに滞
留する現象が現れ、高速動作が困難になる旨の問題があ
った。However, when the TBQ structure is repeatedly operated at a high speed, a phenomenon in which electrons that have escaped from the first material layer W 1 by tunneling are retained in the third material layers W 3A and W 3B appears, resulting in high speed operation. There was a problem that it would be difficult.
【0011】そこで、その問題を解消する為、各半導体
層の積層方向に対して垂直の方向、即ち、積層面に平行
な方向に電界を加えることで電子及び正孔の排出を容易
にする発明がなされた(要すれば、特願平3−2650
9号を参照)。In order to solve the problem, an electric field is applied in a direction perpendicular to the stacking direction of the semiconductor layers, that is, in a direction parallel to the stacking plane, to facilitate the discharge of electrons and holes. Was made (if necessary, Japanese Patent Application No. 3-2650)
(See No. 9).
【0012】図7を借りて説明すると、TBQ構造に電
界を印加する光半導体装置では、積層体に於ける積層面
に平行な方向に電界を印加するための電極を形成してあ
り、積層体に制御光LC を照射後、第一の物質層W1 中
に励起された電子・正孔対のうち電子が第二の物質層B
2A及びB2Bをトンネリングして第三の物質層W3A及びW
3Bに抜け出した後、空間的に分離された電子と正孔が前
記電極方向に排出するようになっている。従って、幅が
広い量子井戸である第三の物質層W3A及びW3Bにキャリ
ヤが滞留する旨の問題は解消される。Explaining with reference to FIG. 7, in an optical semiconductor device for applying an electric field to a TBQ structure, an electrode for applying an electric field is formed in a direction parallel to the stacking plane in the stacked body, and the stacked body is formed. After irradiating the first material layer W 1 with the control light L C , the electrons of the electron-hole pairs excited in the first material layer W 1 are second material layer B.
2A and B 2B are tunneled to form a third material layer W 3A and W
After escape to 3B , spatially separated electrons and holes are ejected toward the electrode. Therefore, the problem that carriers are retained in the third material layers W 3A and W 3B , which are wide quantum wells, is solved.
【0013】ところで、前記TBQ構造に電界を印加す
る光半導体装置に於いては、積層面に平行な方向に印加
した電界が必ずしも一様にはならず、局所的に大きな電
界が加わる場合があって、第三の物質層W3A及びW3B内
の電子を引き抜く際の障害になってしまう。その障害を
回避するには、一様な電界が加わる場合に比較して大き
な電界を印加しなければならない旨の欠点がある。By the way, in the optical semiconductor device in which an electric field is applied to the TBQ structure, the electric field applied in the direction parallel to the stacking plane is not always uniform, and a large electric field may be locally applied. As a result, it becomes an obstacle when the electrons in the third material layers W 3A and W 3B are extracted. In order to avoid the obstacle, there is a drawback that a large electric field must be applied as compared with the case where a uniform electric field is applied.
【0014】また、同様なことは、第一の物質層W1 に
於ける正孔についても発生する為、第一の物質層W1 の
積層面に平行な方向に一様な電界を印加することが必要
である。Further, same is, since also occur for at holes in the first material layer W 1, to apply a uniform electric field in a direction parallel to the first stacking surface of the material layer W 1 It is necessary.
【0015】前記TBQ構造を有する光半導体装置に於
いては、前記説明した欠点の他、制御光LC を照射した
際に第三の物質層W3A及びW3Bが光吸収する旨の問題が
あるので、この光吸収を抑制する構成を備えたものが発
明されている(要すれば、特願平3−63385号を参
照)。In the optical semiconductor device having the TBQ structure, in addition to the drawbacks described above, there is a problem that the third material layers W 3A and W 3B absorb light when irradiated with the control light L C. Therefore, there has been invented a device having a structure for suppressing the light absorption (see Japanese Patent Application No. 3-63385, if necessary).
【0016】図8は前記光吸収の問題について改良を施
したTBQ構造をもつ光半導体装置を説明する為の要部
エネルギ・バンド・ダイヤグラムであり、図7に於いて
用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を
持つものとする。FIG. 8 is an energy band diagram of an essential part for explaining an optical semiconductor device having a TBQ structure improved on the above-mentioned problem of light absorption. The same symbols as those used in FIG. They represent the same part or have the same meaning.
【0017】図に於いて、Egap1は電子量子準位E1 と
正孔量子準位H1 とのエネルギ差、Egap3はΓ点に於け
るエネルギ・バンド・ギャップ、ΓはΓ点、XはX点を
それぞれ表している。In the figure, E gap1 is the energy difference between the electron quantum level E 1 and the hole quantum level H 1 , E gap3 is the energy band gap at the Γ point, Γ is the Γ point, and X is Represents the X point, respectively.
【0018】このTBQ構造が図7に見られるTBQ構
造と比較して特徴的であるのは、第三の物質層W3A並び
にW3Bが第二の物質層B2A及びB2Bの伝導帯の底に比較
してエネルギ的に低い伝導帯の底をもつことは勿論であ
るが、第三の物質層W3A並びにW3Bに存在し得る伝導帯
中の電子の最低のエネルギ準位が第一の物質層W1 に生
成される電子の最低の量子準位よりエネルギ的に低く、
且つ、その光学遷移を支配する直接遷移のエネルギ・バ
ンド・ギャップが第一の物質層W1 に於ける直接遷移の
エネルギ・バンド・ギャップより大きい積層体からなっ
ていることである。This TBQ structure is characteristic in comparison with the TBQ structure seen in FIG. 7 in that the third material layers W 3A and W 3B are the conduction bands of the second material layers B 2A and B 2B . Of course, it has a conduction band bottom that is lower in energy than the bottom, but the lowest energy level of electrons in the conduction band that can exist in the third material layers W 3A and W 3B is the first. Energy level lower than the lowest quantum level of electrons generated in the material layer W 1 of
In addition, the energy band gap of the direct transition that governs the optical transition is larger than the energy band gap of the direct transition in the first material layer W 1 .
【0019】具体的には、 第一の物質層W1 :GaAs 第二の物質層B2A或いはB2B:Alx Ga1-x As(x
=0.3〜0.5) 第三の物質層W3A或いはW3B:AlAs であって、第一の物質層W1 は幅の狭い量子井戸をな
し、第二の物質層B2A或いはB2Bはバリヤ層をなし、第
三の物質層W3A或いはW3Bは幅の広い量子井戸をなし、
これ等の各半導体層が図示のように積層体をなしてい
る。Specifically, the first material layer W 1 : GaAs and the second material layer B 2A or B 2B : Al x Ga 1-x As (x
= 0.3 to 0.5) The third material layer W 3A or W 3B : AlAs, the first material layer W 1 forms a narrow quantum well, and the second material layer B 2A or B 2A or B 2B forms a barrier layer, the third material layer W 3A or W 3B forms a wide quantum well,
Each of these semiconductor layers forms a laminated body as shown.
【0020】前記したように、TBQ構造に於ける第三
の物質層W3A或いはW3BをAlAsとした場合、Γ点に
於ける遷移エネルギが2.95〔eV〕であるのに対
し、X点に於ける遷移エネルギは4.89〔eV〕であ
る。また、伝導帯のX点と価電子帯のΓ点との間のエネ
ルギ差は2.16〔eV〕である。As described above, when the third material layer W 3A or W 3B in the TBQ structure is AlAs, the transition energy at the Γ point is 2.95 [eV], whereas X The transition energy at the point is 4.89 [eV]. The energy difference between the X point in the conduction band and the Γ point in the valence band is 2.16 [eV].
【0021】このようなAlAsからなる第三の物質層
W3A或いはW3Bでは、価電子帯のΓ点から伝導帯のX点
への遷移は、GaAsの場合と同様、間接過程を含むの
で実質的には起こらないが、GaAsと異なるのは、伝
導帯の底はX点であり、価電子帯の頂はΓ点になってい
ることである。従って、2.16〔eV〕程度の光エネ
ルギが供給されても殆ど光吸収は示さない。In the third material layer W 3A or W 3B made of AlAs as described above, the transition from the Γ point in the valence band to the X point in the conduction band includes an indirect process as in the case of GaAs. Although it does not happen, the difference from GaAs is that the bottom of the conduction band is the X point and the top of the valence band is the Γ point. Therefore, even if light energy of about 2.16 [eV] is supplied, almost no light absorption is exhibited.
【0022】このように、改良されたTBQ構造をもつ
光半導体装置は、TBQ構造に於ける第二の量子井戸、
即ち、第三の物質層W3A或いはW3Bに於ける光吸収の問
題をAlAsのような間接遷移を特徴とする材料を用い
ることで解決しているのである。As described above, the optical semiconductor device having the improved TBQ structure includes the second quantum well in the TBQ structure,
That is, the problem of light absorption in the third material layer W 3A or W 3B is solved by using a material having a characteristic of indirect transition such as AlAs.
【0023】ところで、この第三の物質層W3A及びW3B
に於ける光吸収を抑制する構成を備えた光半導体装置に
於いても、さきに説明した光半導体装置と同様、第三の
物質層W3A及びW3Bの積層面に平行な方向に電界を印加
し、電子や正孔の排出を高速化することが試みられてい
る。By the way, the third material layers W 3A and W 3B
Similarly to the optical semiconductor device described above, the optical semiconductor device having the structure for suppressing the light absorption in the third embodiment also applies an electric field in the direction parallel to the stacked surface of the third material layers W 3A and W 3B. It has been attempted to accelerate the discharge of electrons and holes by applying the voltage.
【0024】然しながら、この場合も印加する電界が必
ずしも一様にならないので電子の排出は効果的に行われ
ず、また、第一の物質層W1 に於ける正孔についても同
様、積層面に平行な方向に一様な電界が加わらないこと
が原因となって効果的な排出ができない旨の欠点が残っ
ている。However, in this case as well, the applied electric field is not always uniform, so that electrons are not effectively discharged, and holes in the first material layer W 1 are also parallel to the stacking plane. There is a drawback that effective discharge cannot be performed because a uniform electric field is not applied in various directions.
【0025】本発明は、この種の光半導体装置に於ける
半導体層の積層体に極めて簡単な改変を施すことに依っ
て、光照射で励起された電子及び正孔を急速に排除可能
にすると共に高速の繰り返し動作を可能にしようとす
る。The present invention makes it possible to rapidly eliminate electrons and holes excited by light irradiation by making a very simple modification to the laminated body of semiconductor layers in this kind of optical semiconductor device. At the same time, it tries to enable high-speed repetitive operation.
【0026】[0026]
【課題を解決するための手段】本発明では、半導体層の
積層体にドーピングを施すことに依り、電界が一様に印
加されるようにし、効果的なキャリヤの排出を実現する
ことが基本になっている。According to the present invention, it is basically intended that an electric field is uniformly applied by doping a semiconductor layer stack to effectively discharge carriers. Has become.
【0027】図1は本発明の原理を解説する為のTBQ
構造をもつ光半導体装置の要部エネルギ・バンド・ダイ
ヤグラムであり、図7及び図8に於いて用いた記号と同
記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとす
る。図に於いて、lDNはドーピング準位を示している。FIG. 1 is a TBQ for explaining the principle of the present invention.
7 is an energy band diagram of a main part of an optical semiconductor device having a structure, and the same symbols as those used in FIGS. 7 and 8 represent the same parts or have the same meanings. In the figure, l DN indicates a doping level.
【0028】この光半導体装置に於いて、第二の物質層
B2A及びB2Bにn型不純物をドーピングした場合、ドー
ピングに依って生じた電子が第三の物質層W3A及びW3B
に於ける電子の基底準位に蓄積され導電層が生成され
る。この場合のドーピング量としては、第一の物質層W
1 に於ける電子・正孔対、即ち、励起子に殆ど影響を及
ぼさないようにする為の目安として、ドーピングに依っ
て生ずる第三の物質層W 3A及びW3B中での電子の蓄積が
第一の物質層W1 に於ける電子の基底準位に達しない程
度にすることが好ましい。In this optical semiconductor device, the second material layer
B2AAnd B2BIf the n-type impurity is doped into the
The electrons generated by the ping are the third material layer W3AAnd W3B
In the ground state of electrons in the
It In this case, the doping amount is the first material layer W
1It has almost no effect on the electron-hole pairs, that is, the excitons.
Do not rely on doping as a guide to prevent
Generated third material layer W 3AAnd W3BThe accumulation of electrons in
First material layer W1To the ground level of electrons in
It is preferable to set the degree.
【0029】また、第二の物質層B2A及びB2Bにp型不
純物をドーピングした場合、ドーピングに依って生じた
正孔が第三の物質層W3A及びW3Bに於ける正孔の基底準
位に蓄積されて導電層が生成される。この場合のドーピ
ング量としては、第一の物質層W1 に於ける励起子に殆
ど影響を及ぼさないようにする為の目安として、ドーピ
ングに依って生ずる第三の物質層W3A及びW3B中での正
孔の蓄積が第一の物質層W1 に於ける正孔の基底準位に
達しない程度にすることが好ましい。When the second material layers B 2A and B 2B are doped with p-type impurities, holes generated by the doping are the bases of holes in the third material layers W 3A and W 3B. A conductive layer is generated by being accumulated in the level. In this case, the doping amount in the third material layers W 3A and W 3B generated by the doping is used as a guideline so that the excitons in the first material layer W 1 are hardly affected. It is preferable that the accumulation of holes in ( 1) does not reach the ground level of holes in the first material layer W 1 .
【0030】前記した何れの場合に於いても、第二の物
質層B2A及びB2Bにドーピングすることで、第三の物質
層W3A及びW3Bが導電層となり、電界を印加した際、第
三の物質層W3A及びW3Bに一様な電界が加わり、良好な
電子或いは正孔の排出が実現される。In any of the above cases, by doping the second material layers B 2A and B 2B , the third material layers W 3A and W 3B become conductive layers, and when an electric field is applied, A uniform electric field is applied to the third material layers W 3A and W 3B , and good electron or hole discharge is realized.
【0031】この他、第一の物質層W1 にn型不純物を
ドーピングした場合、ドーピングに依って生じた電子が
第三の物質層W3A及びW3Bに於ける電子の基底準位に蓄
積され導電層が生成される。この場合のドーピング量と
しては、第一の物質層W1 に於ける励起子に殆ど影響を
及ぼさないようにする為の目安として、ドーピングに依
って生ずる第三の物質層W3A及びW3B中での電子の蓄積
が第一の物質層W1 に於ける電子の基底準位に達しない
程度にすることが好ましい。In addition, when the first material layer W 1 is doped with an n-type impurity, the electrons generated by the doping are accumulated in the ground level of the electrons in the third material layers W 3A and W 3B. Then, a conductive layer is generated. In this case, the doping amount in the third material layers W 3A and W 3B generated by the doping is used as a guideline so that the excitons in the first material layer W 1 are hardly affected. It is preferable that the accumulation of electrons in ( 1) does not reach the ground level of electrons in the first material layer W 1 .
【0032】このように、第一の物質層W1 にドーピン
グすることで、第三の物質層W3A及びW3Bが導電層とな
り、電界を印加した際、第三の物質層W3A及びW3Bに一
様な電界が加わり、良好な電子の排出が実現される。Thus, by doping the first material layer W 1 , the third material layers W 3A and W 3B become conductive layers, and when an electric field is applied, the third material layers W 3A and W 3A A uniform electric field is applied to 3B , and good electron ejection is realized.
【0033】また、第一の物質層W1 にp型不純物をド
ーピングした場合、ドーピングに依って生じた正孔が第
三の物質層W3A及びW3Bに於ける正孔の基底準位に蓄積
されて導電層が生成される。この場合のドーピング量と
しては、第一の物質層W1 に於ける励起子に殆ど影響を
及ぼさないようにする為の目安として、ドーピングに依
って生ずる第三の物質層W3A及びW3B中での正孔の蓄積
が第一の物質層W1 に於ける正孔の基底準位に達しない
程度にすることが好ましい。Further, when the first material layer W 1 is doped with p-type impurities, holes generated by the doping become the ground level of holes in the third material layers W 3A and W 3B. The conductive layer is accumulated to form the conductive layer. In this case, the doping amount in the third material layers W 3A and W 3B generated by the doping is used as a guideline so that the excitons in the first material layer W 1 are hardly affected. It is preferable that the accumulation of holes in ( 1) does not reach the ground level of holes in the first material layer W 1 .
【0034】このように、第一の物質層W1 にドーピン
グすることで、第三の物質層W3A及びW3Bが導電層にな
り、電界を印加した際、第三の物質層W3A及びW3Bに一
様な電界が加わり、良好な電子の排出が実現される。Thus, by doping the first material layer W 1 , the third material layers W 3A and W 3B become conductive layers, and when an electric field is applied, the third material layers W 3A and W 3A A uniform electric field is applied to W 3B , and good electron emission is realized.
【0035】この他、第三の物質層W3A及びW3Bにn型
不純物をドーピングした場合、ドーピングに依って生じ
た電子が第三の物質層W3A及びW3Bに於ける電子の基底
準位に蓄積され導電層が生成される。この場合のドーピ
ング量としては、第一の物質層W1 に於ける励起子に殆
ど影響を及ぼさないようにする為の目安として、ドーピ
ングに依って生ずる第三の物質層W3A及びW3B中での電
子の蓄積が第一の物質層W1 に於ける電子の基底準位に
達しない程度にすることが好ましい。In addition, when the third material layers W 3A and W 3B are doped with an n-type impurity, the electrons generated by the doping cause the electrons in the third material layers W 3A and W 3B to have a ground level. And the conductive layer is generated. In this case, the doping amount in the third material layers W 3A and W 3B generated by the doping is used as a guideline so that the excitons in the first material layer W 1 are hardly affected. It is preferable that the accumulation of electrons in ( 1) does not reach the ground level of electrons in the first material layer W 1 .
【0036】このように、第三の物質層W3A及びW3Bに
ドーピングすることで、第三の物質層W3A及びW3Bが導
電層となり、電界を印加した際、第三の物質層W3A及び
W3Bに一様な電界が加わり、良好な電子の排出が実現さ
れる。By doping the third material layers W 3A and W 3B in this manner, the third material layers W 3A and W 3B become conductive layers, and when the electric field is applied, the third material layers W 3A and W 3B become conductive layers. A uniform electric field is applied to 3A and W 3B , and good electron ejection is realized.
【0037】また、第三の物質層W3A及びW3Bにp型不
純物をドーピングした場合、ドーピングに依って生じた
正孔が第三の物質層W3A及びW3Bに於ける正孔の基底準
位に蓄積されて導電層が生成される。この場合のドーピ
ング量としては、第一の物質層W1 に於ける励起子に殆
ど影響を及ぼさないようにする為の目安として、ドーピ
ングに依って生ずる第三の物質層W3A及びW3B中での正
孔の蓄積が第一の物質層W1 に於ける正孔の基底準位に
達しない程度にすることが好ましい。When the third material layers W 3A and W 3B are doped with p-type impurities, the holes generated by the doping are the bases of the holes in the third material layers W 3A and W 3B. A conductive layer is generated by being accumulated in the level. In this case, the doping amount in the third material layers W 3A and W 3B generated by the doping is used as a guideline so that the excitons in the first material layer W 1 are hardly affected. It is preferable that the accumulation of holes in ( 1) does not reach the ground level of holes in the first material layer W 1 .
【0038】このように、第三の物質層W3A及びW3Bに
ドーピングすることで、第三の物質層W3A及びW3Bが導
電層になり、電界を印加した際、第三の物質層W3A及び
W3Bに一様な電界が加わり、良好な電子の排出が実現さ
れる。[0038] Thus, by doping the third layer of material W 3A and W 3B, when the third material layer W 3A and W 3B becomes conductive layer and an electric field is applied, the third material layer A uniform electric field is applied to W 3A and W 3B , and good electron ejection is realized.
【0039】本発明を実施する場合の対象となるTBQ
構造をもった光半導体装置は、図1に見られる標準的な
エネルギ・バンド構造をもつものに限定されることはな
く、他のエネルギ・バンド構造、例えば、図8について
説明したように第三の物質層W3A及びW3Bに於ける光吸
収の問題を解消できるようなエネルギ・バンド構造をも
つものであっても良い。TBQ to which the present invention is applied
The optical semiconductor device having the structure is not limited to the one having the standard energy band structure shown in FIG. 1, and other energy band structures, for example, the third energy band structure as described with reference to FIG. It may have an energy band structure capable of solving the problem of light absorption in the material layers W 3A and W 3B .
【0040】図2は図8について説明した光半導体装置
のエネルギ・バンド構造と同様のエネルギ・バンド構造
をもつ光半導体装置について本発明の原理を説明する為
の要部エネルギ・バンド・ダイヤグラムであり、図1、
図7、図8に於いて用いた記号と同記号は同部分を表す
か或いは同じ意味を持つものとする。FIG. 2 is an essential energy band diagram for explaining the principle of the present invention for an optical semiconductor device having an energy band structure similar to that of the optical semiconductor device described with reference to FIG. , Figure 1,
The same symbols as those used in FIGS. 7 and 8 represent the same parts or have the same meanings.
【0041】このようなエネルギ・バンド構造は、例え
ば、 第一の物質層W1 :GaAs 第二の物質層B2A或いはB2B:Alx Ga1-x As(x
=0.3〜0.5) 第三の物質層W3A或いはW3B:AlAs を用いることで実現される。Such an energy band structure has, for example, a first material layer W 1 : GaAs and a second material layer B 2A or B 2B : Al x Ga 1 -x As (x
= 0.3 to 0.5) It is realized by using the third material layer W 3A or W 3B : AlAs.
【0042】この構成で、第二の物質層B2A及びB2Bに
n型不純物をドーピングした場合、そのドーピングに依
って生じた電子が第三の物質層W3A及びW3Bに於ける電
子の基底準位に蓄積され導電層が生成される。この場合
のドーピング量としては、第一の物質層W1 に於ける電
子・正孔対、即ち、励起子に殆ど影響を及ぼさないよう
にする為の目安として、ドーピングに依って生ずる第三
の物質層W3A及びW3B中でのフェルミ・レベルがエネル
ギ的に第一の物質層W1 に於ける電子の基底準位に達し
ない程度にすることが好ましい。In this structure, when the second material layers B 2A and B 2B are doped with n-type impurities, the electrons generated by the doping are the same as the electrons in the third material layers W 3A and W 3B . A conductive layer is generated by being accumulated in the ground level. In this case, the doping amount of the third substance generated by the doping is used as a measure for hardly affecting the electron-hole pairs in the first material layer W 1 , that is, the excitons. It is preferable that the Fermi level in the material layers W 3A and W 3B does not energetically reach the ground level of electrons in the first material layer W 1 .
【0043】この場合、第二の物質層B2A及びB2Bにド
ーピングすることで、第三の物質層W3A及びW3Bが導電
層となり、電界を印加した際、第三の物質層W3A及びW
3Bに一様な電界が加わり、良好な電子の排出が実現され
る。In this case, by doping the second material layers B 2A and B 2B , the third material layers W 3A and W 3B become conductive layers, and when the electric field is applied, the third material layers W 3A And W
A uniform electric field is applied to 3B , and good electron ejection is realized.
【0044】また、第二の物質層B2A及びB2Bにp型不
純物をドーピングした場合、そのドーピングに依って生
じた正孔が第一の物質層W1 に於ける正孔の基底準位に
蓄積されて導電層が生成される。この場合のドーピング
量としては、ドーピングに依って生ずる正孔の蓄積が第
一の物質層W1 に於ける励起子に殆ど影響を及ぼさない
程度の低濃度のドーピングを行うことが好ましい。When the second material layers B 2A and B 2B are doped with p-type impurities, the holes generated by the doping are the ground level of the holes in the first material layer W 1. And a conductive layer is generated. In this case, it is preferable that the doping amount is such a low concentration that the accumulation of holes caused by the doping hardly affects the excitons in the first material layer W 1 .
【0045】この場合、第二の物質層B2A及びB2Bにド
ーピングすることで、第一の物質層W1 が導電層とな
り、電界を印加した際、第一の物質層W1 に一様な電界
が加わり、良好な正孔の排出が実現される。In this case, by doping the second material layers B 2A and B 2B , the first material layer W 1 becomes a conductive layer, and when an electric field is applied, the first material layer W 1 becomes uniform. A strong electric field is applied, and good hole ejection is realized.
【0046】この他、第一の物質層W1 にn型不純物を
ドーピングした場合、ドーピングに依って生じた電子が
第一の物質層W1 に於ける電子の基底準位に蓄積され導
電層が生成される。この場合のドーピング量としては、
第一の物質層W1 に於ける励起子に殆ど影響を及ぼさな
い程度の低濃度のドーピングを行うことが好ましい。In addition, when the first material layer W 1 is doped with an n-type impurity, the electrons generated by the doping are accumulated in the ground level of the electrons in the first material layer W 1 and the conductive layer is formed. Is generated. As the doping amount in this case,
It is preferable to perform doping at such a low concentration that it hardly affects excitons in the first material layer W 1 .
【0047】このように、第一の物質層W1 にドーピン
グすることで、第一の物質層W1 が導電層となり、電界
を印加した際、第一の物質層W1 に一様な電界が加わ
り、良好な正孔の排出が実現される。[0047] Thus, by doping the first layer of material W 1, the first material layer W 1 becomes conductive layer, when an electric field is applied, the first uniform electric field to the material layer W 1 Is added, and good hole discharge is realized.
【0048】また、第一の物質層W1 にp型不純物をド
ーピングした場合、ドーピングに依って生じた正孔が第
一の物質層W1 に於ける正孔の基底準位に蓄積されて導
電層が生成される。この場合のドーピング量としては、
第一の物質層W1 に於ける励起子に殆ど影響を及ぼさな
い程度の低濃度のドーピングを行うことが好ましい。When the first material layer W 1 is doped with p-type impurities, holes generated by the doping are accumulated in the ground level of holes in the first material layer W 1. A conductive layer is created. As the doping amount in this case,
It is preferable to perform doping at such a low concentration that it hardly affects excitons in the first material layer W 1 .
【0049】このように、第一の物質層W1 にドーピン
グすることで、第一の物質層W1 が導電層になり、電界
を印加した際、第一の物質層W1 に一様な電界が加わ
り、良好な正孔の排出が実現される。[0049] Thus, by doping the first layer of material W 1, the first material layer W 1 becomes conductive layer, when an electric field is applied, uniform in the first material layer W 1 An electric field is applied, and good hole ejection is realized.
【0050】この他、第三の物質層W3A及びW3Bにn型
不純物をドーピングした場合、ドーピングに依って生じ
た電子が第三の物質層W3A及びW3Bに於ける電子の基底
準位に蓄積され導電層が生成される。この場合のドーピ
ング量としては、第一の物質層W1 に於ける励起子に殆
ど影響を及ぼさないようにする為の目安として、ドーピ
ングに依って生ずる第三の物質層W3A及びW3B中での電
子の蓄積が第一の物質層W1 に於ける電子の基底準位に
達しない程度にすることが好ましい。In addition, when the third material layers W 3A and W 3B are doped with an n-type impurity, the electrons generated by the doping cause the ground level of the electrons in the third material layers W 3A and W 3B. And the conductive layer is generated. In this case, the doping amount in the third material layers W 3A and W 3B generated by the doping is used as a guideline so that the excitons in the first material layer W 1 are hardly affected. It is preferable that the accumulation of electrons in ( 1) does not reach the ground level of electrons in the first material layer W 1 .
【0051】このように、第三の物質層W3A及びW3Bに
ドーピングすることで、第三の物質層W3A及びW3Bが導
電層となり、電界を印加した際、第三の物質層W3A及び
W3Bに一様な電界が加わり、良好な電子の排出が実現さ
れる。[0051] Thus, by doping the third layer of material W 3A and W 3B, the third material layer W 3A and W 3B is a conductive layer, when an electric field is applied, the third material layer W A uniform electric field is applied to 3A and W 3B , and good electron ejection is realized.
【0052】また、第三の物質層W3A及びW3Bにp型不
純物をドーピングした場合、ドーピングに依って生じた
正孔が第一の物質層W1 に於ける正孔の基底準位に蓄積
されて導電層が生成される。この場合のドーピング量と
しては、第一の物質層W1 に於ける励起子に殆ど影響を
及ぼさない程度の低濃度のドーピングを行うことが好ま
しい。When the third material layers W 3A and W 3B are doped with p-type impurities, the holes generated by the doping become the ground level of the holes in the first material layer W 1. The conductive layer is accumulated to form the conductive layer. In this case, it is preferable that the doping amount is such a low concentration that it hardly affects the excitons in the first material layer W 1 .
【0053】このように、第三の物質層W3A及びW3Bに
ドーピングすることで、第一の物質層W1 が導電層にな
り、電界を印加した際、第一の物質層W1 に一様な電界
が加わり、良好な正孔の排出が実現される。As described above, by doping the third material layers W 3A and W 3B , the first material layer W 1 becomes a conductive layer, and when an electric field is applied, the first material layer W 1 becomes A uniform electric field is applied, and good hole ejection is realized.
【0054】前記したところから、本発明に依る光半導
体装置に於いては、 (1)第一の禁制帯幅を有すると共に励起子が存在し得
る厚さを有して量子井戸の井戸を成す第一の物質層(例
えばGaAsからなる第一の物質層W1 )及び第一の物
質層を両面から挟むように積層され第一の物質層に於け
る伝導帯の底に比較してエネルギ的に高い伝導帯の底を
有すると共に電子がトンネリング可能な厚さを有して前
記量子井戸のバリヤを成す第二の物質層(例えばAlG
aAsからなる第二の物質層B2A及びB2B)及び第一の
物質層を挟むように積層された第二の物質層の少なくと
も一方の第二の物質層に接して積層され第二の物質層に
於ける伝導帯の底に比較してエネルギ的に低い伝導帯の
底を有する第三の物質層(例えばGaAsからなる第三
の物質層W3A及びW3B)を基本の層構成とし且つ第三の
物質層に存在し得る伝導帯中の電子の最低のエネルギ準
位が第一の物質層に生成される電子の最低の量子準位に
比較してエネルギ的に低くなっている積層体(例えば積
層体2)と、前記積層体に光が照射されて第一の物質層
に生成された電子・正孔対のうち電子が第二の物質層を
トンネリングして第三の物質層に抜け出すことで空間的
に分離された電子及び正孔の排出を助長する電界を前記
積層体に於ける積層面に対して平行な方向に印加するべ
く前記積層体近傍に形成された電極と(例えば電極3及
び4)を備え且つ第一乃至第三の物質層のうちの一つの
物質層に半導体を導電化(例えばn型或いはp型)する
為の不純物(例えばSi或いはBeなど)が導入されて
なることを特徴とするか、或いは、From the above, in the optical semiconductor device according to the present invention, (1) a quantum well well is formed having a first forbidden band width and a thickness at which excitons can exist. The first material layer (for example, the first material layer W 1 made of GaAs) and the first material layer are laminated so as to sandwich the first material layer from both sides, and the first material layer is energetic in comparison with the bottom of the conduction band. A second material layer (eg AlG) having a high conduction band bottom and a thickness that allows electrons to tunnel to form a barrier for the quantum well.
a second material layer B 2A and B 2B ) made of aAs and a second material layer laminated so as to sandwich the first material layer between at least one of the second material layers. A third material layer (for example, a third material layer W 3A and W 3B made of GaAs) having a conduction band bottom that is lower in energy than the conduction band bottom of the layer is used as a basic layer structure, and A laminate in which the lowest energy level of electrons in the conduction band that can exist in the third material layer is lower in energy than the lowest quantum level of electrons generated in the first material layer. (For example, the laminated body 2), and among the electron-hole pairs generated in the first substance layer by irradiating the laminated body with light, electrons tunnel through the second substance layer to form the third substance layer. An electric field that promotes the ejection of spatially separated electrons and holes by escaping is generated in the stack. An electrode (for example, electrodes 3 and 4) formed in the vicinity of the stacked body for applying in a direction parallel to the layer surface, and a semiconductor is conductive to one of the first to third material layers. Or an impurity (for example, Si or Be) for introducing (for example, n-type or p-type) is introduced, or
【0055】(2)前記(1)に於いて、積層体が共振
器内に設けられてなることを特徴とするか、或いは、(2) In the above (1), the laminated body is provided in the resonator, or
【0056】(3)第一の禁制帯幅を有すると共に励起
子が存在し得る厚さを有して量子井戸の井戸を成す第一
の物質層及び第一の物質層を両面から挟むように積層さ
れ第一の物質層に於ける伝導帯の底に比較してエネルギ
的に高い伝導帯の底を有すると共に電子がトンネリング
可能な厚さを有して前記量子井戸のバリヤを成す第二の
物質層及び第一の物質層を挟むように積層された第二の
物質層の少なくとも一方の第二の物質層に接して積層さ
れ第二の物質層に於ける伝導帯の底に比較してエネルギ
的に低い伝導帯の底を有する第三の物質層(例えばAl
Asからなる第三の物質層W3A及びW3B)を基本の層構
成とし且つ第三の物質層に存在し得る伝導帯中の電子の
最低のエネルギ準位が第一の物質層に生成される電子の
最低の量子準位に比較してエネルギ的に低くなっている
と共に第三の物質層では光学遷移を支配する直接遷移の
エネルギ・バンド・ギャップが第一の物質層に於ける直
接遷移のエネルギ・バンド・ギャップに比較して広くな
っている積層体と、前記積層体に光が照射されて第一の
物質層に生成された電子・正孔対のうち電子が第二の物
質層をトンネリングして第三の物質層に抜け出すことで
空間的に分離された電子及び正孔の排出を助長する電界
を前記積層体に於ける積層面に対して平行な方向に印加
するべく前記積層体近傍に形成された電極とを備え且つ
第一乃至第三の物質層のうちの一つの物質層に半導体を
導電化する為の不純物が導入されてなることを特徴とす
るか、或いは、(3) The first material layer and the first material layer forming the quantum well well having the first forbidden band width and the thickness at which excitons can exist are sandwiched from both sides. A second barrier layer of the quantum well having a conduction band bottom that is energetically higher than the conduction band bottom of the first material layer and has a thickness that allows electrons to tunnel is formed. Compared to the bottom of the conduction band in the second material layer, which is laminated in contact with at least one second material layer of the material layers and the second material layer laminated so as to sandwich the first material layer. Third material layer (eg, Al
The third material layer W 3A and W 3B ) made of As is a basic layer structure, and the lowest energy level of electrons in the conduction band that can exist in the third material layer is generated in the first material layer. Energy band gap of the direct transition in the first material layer, which is lower in energy than the lowest quantum level of electrons and governs the optical transition in the third material layer. Of the second material layer in which the electrons of the electron-hole pairs generated in the first material layer by irradiating the laminate with light are second The stack is applied to apply a field parallel to the stacking plane of the stack by tunneling the electrons into the third material layer to promote the discharge of spatially separated electrons and holes. An electrode formed near the body, and a first to third object Characterized in that an impurity for making a semiconductor conductive is introduced into one material layer of the material layers, or
【0057】(4)前記(3)に於いて、積層体が共振
器内に設けられてなることを特徴とする。(4) In the above (3), the laminated body is provided in the resonator.
【0058】[0058]
【作用】前記手段を採ることに依り、TBQ構造をなす
積層体の積層面と平行な方向には一様な電界を印加する
ことができるから、低い印加電界でキャリヤの蓄積を効
率良く排除することが可能となり、繰り返し動作の高速
性能は著しく向上する。また、それを実現するには、積
層体を構成する諸半導体層に於ける所定の半導体層にn
型或いはp型の不純物を制御された状態でドーピングす
るのみで良いから、その実施は容易である。By adopting the above means, a uniform electric field can be applied in the direction parallel to the stacking surface of the stacked body having the TBQ structure, so that carrier accumulation can be efficiently eliminated with a low applied electric field. Therefore, the high-speed performance of repetitive operation is significantly improved. Further, in order to realize it, n is formed in a predetermined semiconductor layer in the semiconductor layers forming the laminated body.
This is easy to carry out, since it is only necessary to dope the p-type or p-type impurities in a controlled state.
【0059】[0059]
【実施例】本発明の原理を説明するのに用いた図1のエ
ネルギ・バンド・ダイヤグラムに見られるTBQ構造を
もった光半導体装置を第一実施例として説明する。第一
実施例では、例えば、 第一の物質層W1 :GaAs 第二の物質層B2A及びB2B:AlGaAs 第三の物質層W3A及びW3B:GaAs を用い、この構成は一周期分で実用になるが、必要に応
じ、複数周期を繰り返し設けるようにしても良く、ま
た、通常の量子井戸構造とバルク層とが混在した構成で
あっても良い。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An optical semiconductor device having a TBQ structure shown in the energy band diagram of FIG. 1 used for explaining the principle of the present invention will be described as a first embodiment. In the first embodiment, for example, the first material layer W 1 : GaAs, the second material layer B 2A and B 2B : AlGaAs, and the third material layer W 3A and W 3B : GaAs are used. However, if necessary, a plurality of cycles may be repeatedly provided, or a normal quantum well structure and a bulk layer may be mixed.
【0060】本質的に重要であるのは、第三の物質層W
3A及びW3Bにキャリヤが蓄積されることを避ける為、前
記積層体の積層面に対して平行な方向に電界を加える為
の電極が形成されていて、光が照射されて第一の物質層
W1 に生成された電子・正孔対のうち、電子が第二の物
質層B2A及びB2Bをトンネリングして第三の物質層W 3A
及びW3Bに抜けた後、空間的に分離された電子及び正孔
が前記電極に向かって排出される構成になっていて、し
かも、適切なドーピングを施すことで、キャリヤの排出
を効率良く行うことを可能にする構成になっていること
である。Essentially important is the third material layer W
3AAnd W3BTo avoid the accumulation of carriers in the
To apply an electric field in the direction parallel to the stacking plane of the stack
Electrode is formed, and the first material layer is exposed to light.
W1Of the electron-hole pairs generated in, the electron is the second
Stratum B2AAnd B2BTunneling the third material layer W 3A
And W3BElectrons and holes that are spatially separated after
Is configured to be discharged toward the electrode,
Even with proper doping, carrier emission
Must be configured to enable efficient execution of
Is.
【0061】この場合、ドーピングは第一の物質層W1
或いは 第二の物質層B2A及びB2B或いは第三の物質層
W3A及びW3BにSiなどn型不純物を導入するか、Be
などp型不純物を導入することで実現する。In this case, the doping is the first material layer W 1
Alternatively, an n-type impurity such as Si may be introduced into the second material layers B 2A and B 2B or the third material layers W 3A and W 3B , or Be
It is realized by introducing p-type impurities.
【0062】図3は第一実施例の具体的構造を説明する
為の光半導体装置を表す要部切断側面図であり、図1に
於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ
意味を持つものとする。図に於いて、1はGaAs基
板、1Aは光の減衰を避ける為の凹所、2は積層体、3
及び4は電極、5は電源、6は接地をそれぞれ示してい
る。FIG. 3 is a sectional side view of an essential part showing an optical semiconductor device for explaining the specific structure of the first embodiment. The same symbols as those used in FIG. 1 represent the same parts, or They have the same meaning. In the figure, 1 is a GaAs substrate, 1A is a recess for avoiding light attenuation, 2 is a laminated body, 3
Reference numerals 4 and 4 denote electrodes, 5 denotes a power source, and 6 denotes ground.
【0063】図示の積層体2は、 第一の物質層W1 :厚さ4.0〔nm〕のGaAs層 第二の物質層B2A及びB2B:厚さ4.0〔nm〕のAl
0.5 Ga0.5 As層 第三の物質層W3A及びW3B:厚さ9.0〔nm〕のGa
As層 で構成されている。The layered body 2 shown in the drawing has a first material layer W 1 : a GaAs layer having a thickness of 4.0 [nm], and second material layers B 2A and B 2B : Al having a thickness of 4.0 [nm].
0.5 Ga 0.5 As layer Third material layer W 3A and W 3B : Ga having a thickness of 9.0 [nm]
It is composed of an As layer.
【0064】第一実施例の光半導体装置を製造する工程
を説明する。 (1) 分子線エピタキシャル成長(molecula
r beam epitaxy:MBE)法を適用する
ことに依って、面指数が(001)であるGaAs基板
1上に積層体2を形成する。この積層体2の形成は、第
二の物質層B2A及びB2BにSiをドーピングしつつ行う
のであるが、そのドーピング濃度は1×1010〔cm-3〕
程度とし、基本構造を50周期分成長させる。A process of manufacturing the optical semiconductor device of the first embodiment will be described. (1) Molecular beam epitaxial growth (molecule)
By applying the r beam epitaxy (MBE) method, the stacked body 2 is formed on the GaAs substrate 1 having a surface index of (001). The laminated body 2 is formed while doping the second material layers B 2A and B 2B with Si, and the doping concentration is 1 × 10 10 [cm −3 ].
The basic structure is grown for 50 cycles.
【0065】(2) リソグラフィ技術に於けるレジス
ト・プロセスを適用することに依り、電極形成予定部分
に開口をもったレジスト膜を形成する。 (3) 蒸着法を適用することに依り、厚さ例えば30
0〔Å〕のCr膜及び厚さ例えば2000〔Å〕のAu
膜を順に積層形成する。 (4) レジスト膜剥離液中に浸漬して前記工程(2)
で形成したレジスト膜を剥離するリフト・オフ法で前記
工程(3)で形成したCr/Au膜のパターニングを行
って電極3及び電極4を形成する。 (5) リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス
及びエッチャントをH2O2 +NH4 OHとするウエッ
ト・エッチング法を適用することに依り、GaAs基板
1の背面をエッチングして凹所1Aを形成する。(2) By applying a resist process in the lithographic technique, a resist film having an opening in the electrode formation planned portion is formed. (3) Depending on the application of the vapor deposition method, the thickness, for example, 30
0 [Å] Cr film and thickness, for example 2000 [Å] Au
The films are sequentially laminated. (4) The above step (2) of immersing in a resist film stripping solution
The electrode 3 and the electrode 4 are formed by patterning the Cr / Au film formed in the step (3) by the lift-off method of peeling off the resist film formed in step 3. (5) The back surface of the GaAs substrate 1 is etched to form the recess 1A by applying a resist process in the lithography technique and a wet etching method using H 2 O 2 + NH 4 OH as an etchant.
【0066】図4は第一実施例の光半導体装置に制御光
を照射した場合の信号光の応答を説明する為の線図であ
り、縦軸には信号光を、また、横軸には時間をそれぞれ
採ってある。このデータを得た測定では、第一の物質層
W1 に於ける基底量子準位間の励起子準位を励起する
為、信号光LS 及び制御光Lcともに波長795〔n
m〕の光パルスとした。FIG. 4 is a diagram for explaining the response of the signal light when the optical semiconductor device of the first embodiment is irradiated with the control light, in which the vertical axis represents the signal light and the horizontal axis represents the signal light. I'm taking each time. In the measurement in which this data is obtained, since the exciton level between the ground quantum levels in the first material layer W 1 is excited, both the signal light L S and the control light Lc have a wavelength of 795 [n
m] light pulse.
【0067】図4に見られる特性線に依れば、制御光L
cが照射された時点で光半導体装置を通過する信号光L
S のピークが観測され、その後、光半導体装置の光吸収
力が回復するにつれ次第に減衰してゆく様子が看取され
る。According to the characteristic line shown in FIG. 4, the control light L
The signal light L passing through the optical semiconductor device at the time of being irradiated with c
The peak of S is observed, and then it is observed that the optical absorption power of the optical semiconductor device is gradually attenuated as it is recovered.
【0068】さて、この様子を詳細に説明すると、光半
導体装置に於ける積層体の積層面に平行な方向に印加す
る電圧が0〔V〕であるとした場合、制御光Lcの照射
後、励起子準位の吸収飽和に依って、信号光LS は増大
する。続いて、第一の物質層W1 に於ける電子が第二の
物質層B2A及びB2Bをトンネリングして第三の物質層W
3A及びW3Bに流れるから、15〔ps〕程度の間に光の
吸収は約半分程度まで回復する。然しながら、この時点
では、第一の物質層W1 内の正孔は完全にはトンネリン
グせずに滞留する為、図示されているように約半分程度
の回復に留まってしまう。Now, to explain this state in detail, assuming that the voltage applied in the direction parallel to the stacking surface of the stack in the optical semiconductor device is 0 [V], after irradiation with the control light Lc, The signal light L S increases due to the absorption saturation of the exciton level. Subsequently, the electrons in the first material layer W 1 tunnel through the second material layers B 2A and B 2B , and the third material layer W 1
Since it flows to 3A and W 3B , the absorption of light is restored to about half within about 15 [ps]. However, at this point, the holes in the first material layer W 1 do not completely tunnel and stay, so that the recovery is about half as shown in the figure.
【0069】これに対し、積層面に平行に電界を印加し
た場合、キャリヤを積極的に排出することが可能であ
り、しかも、本発明では、積層面に一様な電界を印加す
ることができるので、僅か0.5〔V〕のバイアス電圧
を印加するのみで効果的なキャリヤの排出が行われ、6
0〔ps〕程度の時定数で光吸収が完全に回復している
ことが判る。On the other hand, when an electric field is applied parallel to the stacking surface, carriers can be positively discharged, and in the present invention, a uniform electric field can be applied to the stacking surface. Therefore, effective carrier discharge is performed only by applying a bias voltage of 0.5 [V].
It can be seen that the light absorption is completely recovered with a time constant of about 0 [ps].
【0070】図5は従来の光半導体装置に制御光を照射
した場合の信号光の応答を説明する為の線図であり、図
4と同様、縦軸には信号光を、また、横軸には時間をそ
れぞれ採ってある。FIG. 5 is a diagram for explaining the response of the signal light when the conventional optical semiconductor device is irradiated with the control light. Similar to FIG. 4, the vertical axis indicates the signal light and the horizontal axis indicates the response. Each has a time.
【0071】図5は図4と対比する為に掲げたものであ
り、本発明のようなドーピングを施さないTBQ構造を
もつ光半導体装置を動作させて得られたデータである。
この場合も信号光並びに制御光としては、波長795
〔nm〕の光パルスを用いた。積層体の積層面に平行な
方向に電界を印加しない場合、即ちバイアス電圧が0
〔V〕の場合は、図4に示したバイアス電圧が0〔V〕
の場合と同様であり、また、バイアス電圧を印加した場
合にはキャリヤを積極的に排出することが可能である。FIG. 5 is provided for comparison with FIG. 4, and is data obtained by operating an optical semiconductor device having a TBQ structure without doping as in the present invention.
Also in this case, the signal light and the control light have a wavelength of 795.
An optical pulse of [nm] was used. When no electric field is applied in the direction parallel to the stacking plane of the stack, that is, when the bias voltage is 0
In the case of [V], the bias voltage shown in FIG. 4 is 0 [V].
The same as in the above case, and it is possible to positively discharge the carriers when a bias voltage is applied.
【0072】ところで、この場合に於けるキャリヤの排
出は、15〔V〕程度の電圧を印加することで実現され
る筈なのであるが、従来のTBQ構造では、本発明に於
けるようなドーピングをしていないことから、積層面内
での電界は一様にならず、従ってキャリヤの排出を効率
良く行うことはできない。By the way, the discharge of carriers in this case is supposed to be realized by applying a voltage of about 15 [V], but in the conventional TBQ structure, the doping as in the present invention is performed. Since the electric field is not formed, the electric field in the stacking plane is not uniform, so that the carriers cannot be discharged efficiently.
【0073】この問題を回避し、本発明と同様な程度の
キャリヤの排出を実現する為には、積層面と平行な方向
に印加する電圧として40〔V〕もの高い電圧を印加し
なければならない。In order to avoid this problem and realize carrier discharge to the same extent as in the present invention, a voltage as high as 40 [V] must be applied as a voltage applied in the direction parallel to the laminated surface. .
【0074】本発明に於いて、積層体に電圧を印加する
為の構造として、前記したように、単純に電極3及び4
を形成するだけでなく、各電極の下地である積層体2内
にp型電極コンタクト領域及びn型電極コンタクト領域
を設けるようにしても良い。In the present invention, as a structure for applying a voltage to the laminate, as described above, the electrodes 3 and 4 are simply used.
Alternatively, the p-type electrode contact region and the n-type electrode contact region may be provided in the laminated body 2 which is the base of each electrode.
【0075】本発明に於ける第二実施例として、TBQ
構造をなす積層体をファブリ・ペロー共振器内に組み込
んだ構成をもつ光半導体装置について説明する。このよ
うな光半導体装置は、積層体の表裏両面に半導体からな
るブラッグ・リフレクタを形成してファブリ・ペロー共
振器とすることで実現される。As a second embodiment of the present invention, TBQ
An optical semiconductor device having a structure in which a laminated body having a structure is incorporated in a Fabry-Perot resonator will be described. Such an optical semiconductor device is realized by forming a Bragg reflector made of a semiconductor on both front and back surfaces of a laminated body to form a Fabry-Perot resonator.
【0076】また、ブラッグ・リフレクタは積層体の表
裏何れか一方の面にのみ形成し、他方の面には、例えば
SiO2 を蒸着することでアンチ・リフレクション・コ
ートを形成し、その外側に外部ミラーを設置することで
共振器を構成しても良い。The Bragg reflector is formed only on one of the front and back surfaces of the laminated body, and the other surface is formed with an anti-reflection coat by vapor deposition of, for example, SiO 2 , and the outside is covered with an external film. The resonator may be configured by installing a mirror.
【0077】更にまた、積層体の表裏両面にアンチ・リ
フレクション・コートを形成すると共に誘電体多層膜か
らなる外部ミラーを形成して共振器構造を得ても良い。Furthermore, a resonator structure may be obtained by forming an anti-reflection coat on both front and back surfaces of the laminate and forming an external mirror made of a dielectric multilayer film.
【0078】更にまた、共振器を構成するミラーとして
GaAsやAlGaAsからなるブラッグ・リフレクタ
ではなく、SiO2 及びTiO2 などの誘電体を用いた
誘電体多層膜ミラーを用いることもできる。Furthermore, instead of the Bragg reflector made of GaAs or AlGaAs, a dielectric multilayer mirror using a dielectric such as SiO 2 and TiO 2 can be used as the mirror constituting the resonator.
【0079】図6は第二実施例の具体的構造例を説明す
る為の光半導体装置を表す要部切断側面図であり、図1
及び図3に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか
或いは同じ意味を持つものとする。図に於いて、7及び
8は例えばSiO2 及びTiO2 を蒸着して形成した誘
電体多層膜ミラーを示している。誘電体多層膜ミラー7
及び8に於ける各層は、第一の禁制帯幅Eg1の4分の1
波長の厚さとし、それを各々12周期積層してある。FIG. 6 is a sectional side view of an essential part showing an optical semiconductor device for explaining a specific structural example of the second embodiment.
The same symbols as those used in FIG. 3 represent the same parts or have the same meanings. In the figure, reference numerals 7 and 8 denote dielectric multilayer mirrors formed by evaporating SiO 2 and TiO 2, for example. Dielectric multilayer mirror 7
And each layer in 8 is a quarter of the first forbidden band width E g1
The thickness of the wavelength is set, and each of them is laminated for 12 periods.
【0080】第二実施例では、制御光Lcの照射に依っ
て第一の物質層W1 に励起子が生成され、積層体2の屈
折率が変化する。従って、ファブリ・ペロー共振器内の
共振条件が変化し、その結果、信号光LS は強度変調を
受ける。第二実施例に於けるキャリヤ排出のメカニズム
は第一実施例の場合と同様であり、また、積層体の積層
面と平行な方向に電界を加える構成として、電極を設け
るのみならず、積層体内にp型電極コンタクト領域やn
型電極コンタクト領域を設けるなどの構成をとっても良
いことも勿論である。第二実施例では、共振器の構成を
ファブリ・ペロー型式にしたが、これはリング共振器構
成に代替することも可能である。In the second embodiment, excitons are generated in the first material layer W 1 by the irradiation of the control light Lc, and the refractive index of the laminated body 2 changes. Therefore, the resonance condition in the Fabry-Perot resonator changes, and as a result, the signal light L S undergoes intensity modulation. The mechanism of carrier discharge in the second embodiment is the same as that in the first embodiment, and not only the electrodes are provided but also the inside of the stack is configured to apply an electric field in the direction parallel to the stacking plane of the stack. P-type electrode contact area and n
It goes without saying that the mold electrode contact region may be provided. In the second embodiment, the structure of the resonator is of the Fabry-Perot type, but this may be replaced by the ring resonator structure.
【0081】本発明の原理を説明するのに用いた図2の
エネルギ・バンド・ダイヤグラムに見られるTBQ構造
をもった光半導体装置を第三実施例として説明する。An optical semiconductor device having the TBQ structure shown in the energy band diagram of FIG. 2 used for explaining the principle of the present invention will be described as a third embodiment.
【0082】第三実施例は、第三の物質層W3A及びW3B
を構成する材料として、間接遷移を特徴とする材料の一
つであるAlAsを用い、そこでの光の吸収を回避でき
るようにした光半導体装置に対し、本発明を実施するこ
とでキャリヤの排出を高速化したものである。第三実施
例に於けるエネルギ・バンド・ダイヤグラムは、図2と
全く同じである。In the third embodiment, the third material layers W 3A and W 3B are used.
Carriers are discharged by implementing the present invention to an optical semiconductor device in which AlAs, which is one of the materials characterized by indirect transition, is used as a material constituting It's faster. The energy band diagram in the third embodiment is exactly the same as in FIG.
【0083】この場合の積層体2は、 第一の物質層W1 :厚さ2.8〔nm〕のGaAs層 第二の物質層B2A及びB2B:厚さ1.7〔nm〕のAl
0.5 Ga0.5 As層 第三の物質層W3A及びW3B:厚さ7.1〔nm〕のAl
As層 で構成されている。In this case, the laminated body 2 comprises a first material layer W 1 : a GaAs layer having a thickness of 2.8 [nm] and second material layers B 2A and B 2B : a thickness of 1.7 [nm]. Al
0.5 Ga 0.5 As layer Third material layer W 3A and W 3B : Al having a thickness of 7.1 [nm]
It is composed of an As layer.
【0084】このように積層体2の構成は第一実施例及
び第二実施例と相違するが、その他の構成、製造工程、
構成の改変、動作などについては、本発明に於ける原理
として先に説明したところに第一実施例を加えたものと
全く変わりない。As described above, the structure of the laminated body 2 is different from those of the first and second embodiments, but other structures, manufacturing steps,
The modification of the configuration, the operation, etc. are completely the same as those of the first embodiment added to the previously described principle of the present invention.
【0085】第四実施例としては、第三実施例として挙
げた光半導体装置に対し、第二実施例として説明した光
半導体装置に於けるファブリ・ペロー共振器構成、或い
はブラッグ・リフレクタを設ける構成、或いはアンチ・
リフレクション・コート+外部ミラーを設ける構成、或
いはブラッグ・リフレクタに代替して誘電体多層膜ミラ
ーを設ける構成などを付加したものを挙げる。As a fourth embodiment, in addition to the optical semiconductor device described as the third embodiment, the Fabry-Perot resonator structure or the structure in which the Bragg reflector is provided in the optical semiconductor device described as the second embodiment. Or anti
A configuration in which a reflection coat + external mirror is provided, or a configuration in which a dielectric multilayer film mirror is provided instead of the Bragg reflector is added.
【0086】この実施例は、積層体2の構成が第三実施
例と同じであって、その他の構成、製造工程、構成の改
変、動作などについては、第二実施例と第三実施例とを
加えたものと変わりない。In this embodiment, the structure of the laminated body 2 is the same as that of the third embodiment, and other structures, manufacturing processes, modification of the structure, operation, etc. are the same as those of the second and third embodiments. Is the same as the one with.
【0087】ところで、前記した各実施例は、GaAs
/AlGaAs系について説明したが、この他に例えば
InGaAsやInAlAsなどの所謂In系について
も実施できる。また、第一実施例又は第三実施例につい
て説明した積層体は、過飽和吸収体として半導体レーザ
の共振器中に挿入することで、半導体レーザを光しきい
値素子として用いること、或いは、モード・ロック・レ
ーザでの短パルスの発生に用いることが可能である。By the way, in each of the above-mentioned embodiments, GaAs is used.
Although the / AlGaAs system has been described, the so-called In system, such as InGaAs or InAlAs, may be used. Further, the laminated body described in the first embodiment or the third embodiment uses the semiconductor laser as an optical threshold element by inserting the semiconductor laser as a saturable absorber into the resonator of the semiconductor laser, or It can be used to generate short pulses in a lock laser.
【0088】[0088]
【発明の効果】本発明に依る光半導体装置に於いては、
量子井戸の井戸を成す第一の物質層及び第一の物質層を
両面から挟むように積層され量子井戸のバリヤを成す第
二の物質層及び第一の物質層を挟むように積層された第
二の物質層の少なくとも一方の第二の物質層に接して積
層された第三の物質層を基本の層構成とし且つ第三の物
質層に存在し得る伝導帯中の電子の最低のエネルギ準位
が第一の物質層に生成される電子の最低の量子準位に比
較してエネルギ的に低くなっている積層体と、積層体に
光が照射されて第一の物質層に生成された電子・正孔対
のうち電子が第二の物質層をトンネリングして第三の物
質層に抜け出すことで空間的に分離された電子及び正孔
の排出を助長する電界を積層体に於ける積層面に対して
平行な方向に印加するべく前記積層体近傍に形成された
電極とを備え且つ第一乃至第三の物質層のうちの一つの
物質層に半導体を導電化する為の不純物が導入されてい
る。In the optical semiconductor device according to the present invention,
The first material layer forming the quantum well well and the first material layer sandwiched from both sides, and the second material layer forming the quantum well barrier and the first material layer sandwiched The third material layer, which is laminated in contact with at least one of the second material layers of the second material layer, has a basic layer structure, and the lowest energy level of electrons in the conduction band that can exist in the third material layer. A stack whose energy level is lower than the lowest quantum level of electrons generated in the first material layer and the stack is irradiated with light to form in the first material layer Electrons of the electron-hole pairs tunnel through the second material layer and escape to the third material layer, so that an electric field that promotes the emission of spatially separated electrons and holes is laminated in the stack. An electrode formed in the vicinity of the laminated body for applying in a direction parallel to the plane, and One of impurities for the semiconductor to conductive to material layers of the first through third material layers are introduced.
【0089】前記構成を採ることに依り、TBQ構造を
なす積層体の積層面と平行な方向には一様な電界を印加
することができるから、低い印加電界でキャリヤの蓄積
を効率良く排除することが可能となり、繰り返し動作の
高速性能は著しく向上する。また、それを実現するに
は、積層体を構成する諸半導体層に於ける所定の半導体
層にn型或いはp型の不純物を制御された状態でドーピ
ングするのみで良いから、その実施は容易である。By adopting the above-mentioned structure, a uniform electric field can be applied in the direction parallel to the stacking plane of the stacked body having the TBQ structure, so that carrier accumulation can be efficiently eliminated with a low applied electric field. Therefore, the high-speed performance of repetitive operation is significantly improved. Further, in order to realize it, it suffices to dope a predetermined semiconductor layer among the semiconductor layers constituting the laminated body in a controlled state with n-type or p-type impurities, and therefore the implementation is easy. is there.
【図1】本発明の原理を解説する為のTBQ構造をもつ
光半導体装置の要部エネルギ・バンド・ダイヤグラムで
ある。FIG. 1 is an energy band diagram of an essential part of an optical semiconductor device having a TBQ structure for explaining the principle of the present invention.
【図2】図8について説明した光半導体装置のエネルギ
・バンド構造と同様のエネルギ・バンド構造をもつ光半
導体装置について本発明の原理を説明する為の要部エネ
ルギ・バンド・ダイヤグラムである。FIG. 2 is an essential energy band diagram for explaining the principle of the present invention for an optical semiconductor device having an energy band structure similar to that of the optical semiconductor device described with reference to FIG.
【図3】第一実施例の具体的構造を説明する為の光半導
体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 3 is a fragmentary side view showing an optical semiconductor device for explaining a specific structure of the first embodiment.
【図4】第一実施例の光半導体装置に制御光を照射した
場合の信号光の応答を説明する為の線図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the response of signal light when the optical semiconductor device of the first embodiment is irradiated with control light.
【図5】従来の光半導体装置に制御光を照射した場合の
信号光の応答を説明する為の線図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a response of signal light when a conventional optical semiconductor device is irradiated with control light.
【図6】第二実施例の具体的構造例を説明する為の光半
導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 6 is a fragmentary side view showing an optical semiconductor device for explaining a specific structural example of a second embodiment.
【図7】TBQをもつ光半導体装置を説明する為の要部
エネルギ・バンド・ダイヤグラムである。FIG. 7 is a main part energy band diagram for explaining an optical semiconductor device having TBQ.
【図8】光吸収の問題について改良を施したTBQ構造
をもつ光半導体装置を説明する為の要部エネルギ・バン
ド・ダイヤグラムである。FIG. 8 is an essential-part energy band diagram for explaining an optical semiconductor device having a TBQ structure, which is improved with respect to the problem of light absorption.
EV 価電子帯の頂 EC 伝導帯の底 W1 第一の物質層 Eg1 第一の禁制帯幅 S1 第一の厚さ B2A 第二の物質層 B2B 第二の物質層 Eg2 第二の禁制帯幅 S2 第二の厚さ W3A 第三の物質層 W3B 第三の物質層 Eg3 第三の禁制帯幅 S3 第三の厚さ E1 電子量子準位 E3 電子量子準位 H1 正孔量子準位 H3 正孔量子準位 h 価電子帯に於ける正孔 e 伝導帯に於ける電子 LC 制御光 LS 信号光 Egap1 電子量子準位E1 と正孔量子準位H1 とのエネ
ルギ差 Egap3 Γ点に於けるエネルギ・バンド・ギャップ Γ Γ点 X X点 lDN ドーピング準位 1 GaAs基板 1A 光の減衰を避ける為の凹所 2 積層体 3 電極 4 電極 5 電源 6 接地 7 誘電体多層膜ミラー 8 誘電体多層膜ミラーE V Top of valence band E C Bottom of conduction band W 1 First material layer E g1 First forbidden band width S 1 First thickness B 2A Second material layer B 2B Second material layer E g2 Second forbidden band width S 2 Second thickness W 3A Third material layer W 3B Third material layer E g3 Third forbidden band width S 3 Third thickness E 1 Electron quantum level E 3 electron quantum level H 1 hole quantum level H 3 hole quantum level h hole in valence band e electron in conduction band L C control light L S signal light E gap 1 electron quantum level E Energy difference between 1 and hole quantum level H 1 E gap3 Energy band gap at Γ point Γ Γ point XX point l DN doping level 1 GaAs substrate 1A Recess for avoiding light attenuation 2 Laminated body 3 Electrode 4 Electrode 5 Power supply 6 Grounding 7 Dielectric multilayer film mirror 8 Dielectric multilayer film mirror
Claims (4)
在し得る厚さを有して量子井戸の井戸を成す第一の物質
層及び第一の物質層を両面から挟むように積層され第一
の物質層に於ける伝導帯の底に比較してエネルギ的に高
い伝導帯の底を有すると共に電子がトンネリング可能な
厚さを有して前記量子井戸のバリヤを成す第二の物質層
及び第一の物質層を挟むように積層された第二の物質層
の少なくとも一方の第二の物質層に接して積層され第二
の物質層に於ける伝導帯の底に比較してエネルギ的に低
い伝導帯の底を有する第三の物質層を基本の層構成とし
且つ第三の物質層に存在し得る伝導帯中の電子の最低の
エネルギ準位が第一の物質層に生成される電子の最低の
量子準位に比較してエネルギ的に低くなっている積層体
と、 前記積層体に光が照射されて第一の物質層に生成された
電子・正孔対のうち電子が第二の物質層をトンネリング
して第三の物質層に抜け出すことで空間的に分離された
電子及び正孔の排出を助長する電界を前記積層体に於け
る積層面に対して平行な方向に印加するべく前記積層体
近傍に形成された電極とを備え且つ第一乃至第三の物質
層のうちの一つの物質層に半導体を導電化する為の不純
物が導入されてなることを特徴とする光半導体装置。1. A first material layer which has a first forbidden band width and a thickness at which excitons can exist and which forms a well of a quantum well, and a first material layer and a first material layer are laminated so as to sandwich them from both sides. A second material that has a conduction band bottom that is energetically higher than the conduction band bottom in the first material layer and that has a thickness that allows electrons to tunnel and forms a barrier for the quantum well. Layer and the second material layer laminated so as to sandwich the first material layer, in comparison with the bottom of the conduction band in the second material layer laminated in contact with at least one of the second material layers Basic layer structure of a third material layer having an energetically low conduction band bottom, and the lowest energy level of electrons in the conduction band that can exist in the third material layer is generated in the first material layer A stack having an energy lower than the lowest quantum level of electrons to be generated, and the stack. Of the electron-hole pairs generated in the first material layer by irradiation with light, electrons tunnel through the second material layer and escape into the third material layer, resulting in spatially separated electrons and positive electrons. An electrode formed in the vicinity of the laminated body for applying an electric field that promotes discharge of holes in a direction parallel to the laminated surface of the laminated body, An optical semiconductor device, wherein impurities for making a semiconductor conductive are introduced into one material layer.
特徴とする請求項1記載の光半導体装置。2. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the laminated body is provided in the resonator.
在し得る厚さを有して量子井戸の井戸を成す第一の物質
層及び第一の物質層を両面から挟むように積層され第一
の物質層に於ける伝導帯の底に比較してエネルギ的に高
い伝導帯の底を有すると共に電子がトンネリング可能な
厚さを有して前記量子井戸のバリヤを成す第二の物質層
及び第一の物質層を挟むように積層された第二の物質層
の少なくとも一方の第二の物質層に接して積層され第二
の物質層に於ける伝導帯の底に比較してエネルギ的に低
い伝導帯の底を有する第三の物質層を基本の層構成とし
且つ第三の物質層に存在し得る伝導帯中の電子の最低の
エネルギ準位が第一の物質層に生成される電子の最低の
量子準位に比較してエネルギ的に低くなっていると共に
第三の物質層では光学遷移を支配する直接遷移のエネル
ギ・バンド・ギャップが第一の物質層に於ける直接遷移
のエネルギ・バンド・ギャップに比較して広くなってい
る積層体と、 前記積層体に光が照射されて第一の物質層に生成された
電子・正孔対のうち電子が第二の物質層をトンネリング
して第三の物質層に抜け出すことで空間的に分離された
電子及び正孔の排出を助長する電界を前記積層体に於け
る積層面に対して平行な方向に印加するべく前記積層体
近傍に形成された電極とを備え且つ第一乃至第三の物質
層のうちの一つの物質層に半導体を導電化する為の不純
物が導入されてなることを特徴とする光半導体装置。3. A first material layer having a first forbidden band width and a thickness allowing excitons to exist so as to form a well of a quantum well, and a first material layer and a first material layer are laminated on both sides. A second material that has a conduction band bottom that is energetically higher than the conduction band bottom in the first material layer and that has a thickness that allows electrons to tunnel and forms a barrier for the quantum well. Layer and the second material layer laminated so as to sandwich the first material layer, in comparison with the bottom of the conduction band in the second material layer laminated in contact with at least one of the second material layers Basic layer structure of a third material layer having an energetically low conduction band bottom, and the lowest energy level of electrons in the conduction band that can exist in the third material layer is generated in the first material layer The energy level is lower than the lowest quantum level of the emitted electrons and in the third material layer The energy band gap of the direct transition that governs the optical transition is wider than the energy band gap of the direct transition in the first material layer, and the laminate is irradiated with light. Of the electron-hole pairs generated in the first material layer, the electrons tunnel through the second material layer and escape into the third material layer, thereby discharging the spatially separated electrons and holes. One of the first to third material layers, comprising an electrode formed in the vicinity of the laminated body so as to apply an promoting electric field in a direction parallel to the laminated surface of the laminated body. An optical semiconductor device, wherein an impurity for making a semiconductor conductive is introduced into the semiconductor device.
特徴とする請求項3記載の光半導体装置。4. The optical semiconductor device according to claim 3, wherein the laminated body is provided in the resonator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4206398A JPH0651251A (en) | 1992-08-03 | 1992-08-03 | Optical semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4206398A JPH0651251A (en) | 1992-08-03 | 1992-08-03 | Optical semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0651251A true JPH0651251A (en) | 1994-02-25 |
Family
ID=16522699
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4206398A Withdrawn JPH0651251A (en) | 1992-08-03 | 1992-08-03 | Optical semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0651251A (en) |
-
1992
- 1992-08-03 JP JP4206398A patent/JPH0651251A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991005 |