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JP3138822B2 - High-speed nonlinear optical device - Google Patents
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JP3138822B2 - High-speed nonlinear optical device - Google Patents

High-speed nonlinear optical device

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JP3138822B2
JP3138822B2 JP29363590A JP29363590A JP3138822B2 JP 3138822 B2 JP3138822 B2 JP 3138822B2 JP 29363590 A JP29363590 A JP 29363590A JP 29363590 A JP29363590 A JP 29363590A JP 3138822 B2 JP3138822 B2 JP 3138822B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 外部から加える動作光のオン・オフによって、定常的
に照射している被動作光の透過率を変化する非線型光学
装置に関し、 電子に対する閉じ込めを犠牲にすることなく、正孔の
トンネリング時間を短くして高速化することを目的と
し、 量子障壁を構成するエネルギバンドギャップが大きい
半導体層を、幅が狭い量子井戸を構成するエネルギバン
ドギャップが小さい半導体層と、幅が広い量子井戸を構
成するエネルギバンドギャップが小さい半導体層とで挟
んだTBQ構造において、該量子障壁を形成するエネルギ
バンドギャップが大きい半導体層を、電子と正孔の両方
に障壁となる半導体材料層と、電子のみに対して障壁と
なる半導体材料層の2重層によって構成し、正孔に対す
る量子障壁の幅を、電子に対する量子障壁の幅より狭く
構成した。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] A non-linear optical device that changes the transmittance of operating light that is constantly irradiated by turning on and off operating light applied from the outside, sacrificing electron confinement In order to increase the speed by shortening the tunneling time of holes, the semiconductor layer with a large energy band gap constituting the quantum barrier is replaced with a semiconductor layer with a small energy band gap constituting the narrow quantum well. In a TBQ structure sandwiched between a semiconductor layer having a small energy band gap and a semiconductor layer having a small energy band gap forming a wide quantum well, a semiconductor layer having a large energy band gap forming the quantum barrier is formed by a semiconductor which serves as a barrier to both electrons and holes. A quantum barrier for holes, the width of the quantum barrier for holes It is configured to be narrower than the width of the quantum barrier.

〔産業上の利用分野〕 本発明は、外部から加える動作光のオン・オフによっ
て、定常的に照射している被動作光の透過率を変化する
非線型光学装置の高速動作特性の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in high-speed operation characteristics of a non-linear optical device that changes the transmittance of operating light that is constantly irradiated by turning on and off externally applied operating light.

近年、量子障壁の両側を幅の異なる量子井戸によって
挟んだTBQ構造(Tunneling Bi−Quantum well)を有
し、外部から加える動作光のオン・オフによって、定常
的に照射している被動作光の透過率を変化する非線型光
学装置を利用した、光・光スイッチ、光双安定装置、光
・光メモリー等を超高速で動作可能にすることが要求さ
れている。
In recent years, it has a TBQ structure (Tunneling Bi-Quantum well) in which both sides of a quantum barrier are sandwiched by quantum wells having different widths. It is required that an optical-optical switch, an optical bistable device, an optical-optical memory, etc., using a non-linear optical device that changes the transmittance can operate at an ultra-high speed.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第6図は従来のTBQ構造非線型の光学装置のバンド構
造図である。
FIG. 6 is a band structure diagram of a conventional optical device having a non-linear TBQ structure.

この図において、1は幅が狭い量子井戸、2は量子障
壁、3は幅が広い量子井戸、4は被動作光、5は動作
光、6は正孔、7は電子である。
In this figure, 1 is a narrow quantum well, 2 is a quantum barrier, 3 is a wide quantum well, 4 is operated light, 5 is operating light, 6 is a hole, and 7 is an electron.

この図に示されているように、従来のTBQ構造の非線
型光学装置は、量子障壁2を構成するバンドギャップが
大きい半導体層を、幅が狭い量子井戸1を構成するエネ
ルギバンドギャップが小さい半導体層と、幅が広い量子
井戸3を構成するエネルギバンドギャップが小さい半導
体層とで挟んだ超格子構造体を複数周期積層して形成さ
れている。
As shown in this figure, in the conventional nonlinear optical device having the TBQ structure, a semiconductor layer having a large band gap constituting the quantum barrier 2 is replaced with a semiconductor layer having a small energy band gap constituting the quantum well 1 having a small width. A superlattice structure sandwiched between a layer and a semiconductor layer having a small energy band gap and constituting a wide quantum well 3 is formed by laminating a plurality of periods.

いま、この非線型光学装置において、狭い量子井戸1
の励起子準位近傍の波長λの被動作光4を入射している
ものとする。
Now, in this nonlinear optical device, a narrow quantum well 1
It is assumed that the operated light 4 having a wavelength λ in the vicinity of the exciton level is incident.

この状態で、狭い量子井戸中に励起子あるいは自由電
子を励起により形成するような波長の強い動作光5を入
射すると、被動作光による励起子の形成が阻害されて超
格子層中での被動作光の吸収飽和が起こり、被動作光が
吸収されにくくなり、被動作光の透過率が増加する。
In this state, when operating light 5 having a strong wavelength such that excitons or free electrons are formed by excitation into a narrow quantum well, the formation of excitons by the operated light is hindered, and the exciton is formed in the superlattice layer. The absorption saturation of the operating light occurs, the operating light is hardly absorbed, and the transmittance of the operating light increases.

この動作光による被動作光の透過率の制御作用を利用
して上記の光・光スイッチ等が構成されている。
The above-described light / optical switch and the like are configured by utilizing the operation of controlling the transmittance of the operated light by the operating light.

動作光の照射による、狭い量子井戸1の励起子の励
起、あるいは自由電子の励起による超格子層の吸収率の
変化は元来きわめて高速である。
The change in the absorptance of the superlattice layer due to the excitation of the excitons in the narrow quantum well 1 or the excitation of the free electrons by the irradiation of the operating light is originally extremely fast.

また、励起された自由電子7は、量子障壁2をトンネ
ルして広い量子井戸3へ抜け落ちるため、超格子層の吸
収率の初期状態への回復はきわめて速い。
The excited free electrons 7 tunnel through the quantum barrier 2 and fall into the wide quantum well 3, so that the absorption of the superlattice layer can be recovered to the initial state very quickly.

第7図は従来の非線型光学装置の動作光の照射による
超格子の透過率の変化特性図である。
FIG. 7 is a graph showing a change characteristic of transmittance of a superlattice due to irradiation of operating light of a conventional nonlinear optical device.

この図は、動作光に100fsの光パルスを用いた場合
の、励起子準位近傍波長の被動作光の透過率の時間的変
化を示したものである。
This figure shows a temporal change in the transmittance of the operated light having a wavelength near the exciton level when a light pulse of 100 fs is used as the operating light.

この図によると、動作光の照射により透過率の立ち上
がりはきわめて速いが、被動作光に対する下降変化は遅
いことを示している。
According to this figure, the rise of the transmittance is extremely fast due to the irradiation of the operation light, but the change of the transmittance with respect to the operation light is slow.

これは、狭い量子井戸中の電子7は量子障壁2を通し
て容易に広い量子井戸3中にトンネルするため、動作光
5のオフにより狭い量子井戸1中の電子濃度は急に立ち
下がるが、正孔6は電子に比べて有効質量が大きいた
め、量子障壁をトンネルしにくく、狭い井戸1中におけ
る寿命が長くなるからである。
This is because the electron 7 in the narrow quantum well 1 easily tunnels into the wide quantum well 3 through the quantum barrier 2, and the electron concentration in the narrow quantum well 1 suddenly falls due to the turning off of the operation light 5, but the hole This is because 6 has a larger effective mass than electrons, so it is difficult to tunnel through the quantum barrier, and its life in the narrow well 1 becomes longer.

このように、正孔のトンネリング時間が長いことが理
由で、透過率の回復に長時間を要することになる。
As described above, since the hole tunneling time is long, it takes a long time to recover the transmittance.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

前記のように、従来の被線型光学装置で、高周波の応
答をさせる際に、透過率のピークを「オン」とし、電子
のトンネリング時間で決まる速い吸収回復が終了した時
点を「オフ」とすることにより動作させることは可能で
あるが、第7図から明らかなように、電子のトンネリン
グ時間経過後の透過率はまだかなり高いから、「オン/
オフ」比が犠牲になってしまう。
As described above, in the conventional wired optical device, when a high-frequency response is made, the peak of the transmittance is set to “on”, and the point at which the fast absorption recovery determined by the tunneling time of electrons is completed is set to “off”. However, as is clear from FIG. 7, since the transmittance of the electrons after the passage of the tunneling time is still quite high, "ON / OFF"
The "off" ratio is sacrificed.

したがって、「オン/オフ」比を高く保ったまま高周
波応答を可能にするには、吸収回復過程の遅い成分を律
速している正孔のトンネリング時間を短くしなければな
らない。
Therefore, in order to enable high-frequency response while keeping the "on / off" ratio high, the tunneling time of holes that controls the slow component of the absorption recovery process must be shortened.

電子と正孔に対しての量子障壁2の厚さを薄くする
と、当然に、電子と正孔のトンネリング時間をともに短
くすることはできるが、逆に励起子の閉じ込めが弱くな
り、動作光を入射した時の被動作光強度変化の効率(オ
ン時のピーク高)が小さくなってしまう。
When the thickness of the quantum barrier 2 for electrons and holes is reduced, the tunneling time of electrons and holes can be shortened, but the confinement of excitons weakens, and the operating light decreases. The efficiency of the change in the intensity of the operated light upon incidence (peak height at the time of ON) becomes small.

したがって、本発明は、電子に対する閉じ込めを犠牲
にすることなく、正孔のトンネリング時間を短くして非
線型光学装置を高速化することを目的とする。
Accordingly, it is an object of the present invention to shorten the hole tunneling time and speed up the nonlinear optical device without sacrificing confinement for electrons.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明にかかる高速非線型光学装置においては、量子
障壁を構成するエネルギバンドギャップが大きい半導体
層を、幅が狭い量子井戸を構成するエネルギバンドギャ
ップが小さい半導体層と、幅が広い量子井戸を構成する
エネルギバンドギャップが小さい半導体層とで挟んだTB
Q構造において、該量子障壁を形成するエネルギバンド
ギャップが大きい半導体層を、電子と正孔の両方に障壁
となる半導体材料層と、電子のみに対して障壁となる半
導体材料層の2重層によって構成し、正孔に対する量子
障壁の幅を、電子に対する量子障壁の幅より狭くする構
成を採用した。
In the high-speed nonlinear optical device according to the present invention, a semiconductor layer having a large energy bandgap forming a quantum barrier, a semiconductor layer having a small energy bandgap forming a narrow quantum well, and a quantum well having a wide width are formed. TB sandwiched between semiconductor layers with small energy band gap
In the Q structure, a semiconductor layer having a large energy band gap forming the quantum barrier is constituted by a double layer of a semiconductor material layer serving as a barrier to both electrons and holes, and a semiconductor material layer serving as a barrier only to electrons. Then, a configuration is adopted in which the width of the quantum barrier for holes is smaller than the width of the quantum barrier for electrons.

〔作用〕[Action]

本発明のTBQ構造においては、正孔に対する量子障壁
層の幅を、電子に対する量子障壁層の幅に比べて狭くな
るように構成した。
In the TBQ structure of the present invention, the width of the quantum barrier layer for holes is configured to be smaller than the width of the quantum barrier layer for electrons.

第1図は、本発明の非線型光学装置の原理を説明する
ためのバンド構造図である。
FIG. 1 is a band structure diagram for explaining the principle of the nonlinear optical device of the present invention.

この図においては、量子障壁の正孔に対する幅が、電
子に対する幅に比べて薄くなっている。
In this figure, the width of the quantum barrier for holes is smaller than the width for electrons.

そして、電子・正孔の量子準位は量子井戸1の方が、
量子井戸3よりも高エネルギーであるように量子井戸の
幅が設定されている。
The quantum levels of electrons and holes in quantum well 1 are
The width of the quantum well is set so that the energy is higher than that of the quantum well 3.

なお、量子井戸中の、エネルギバンドギャップが小さ
い半導体の伝導帯の底を基準にした量子準位エネルギΔ
Eは、nを整数、mをエネルギバンドギャップが小さい
半導体中の電子の有効質量、hをプランク定数、Lを低
エネルギバンドギャップ層の幅とするとき、近似的に、
ΔEn=h2n2/8mL2で表される。
The quantum level energy Δ based on the bottom of the conduction band of the semiconductor having a small energy band gap in the quantum well.
E is approximately an integer when n is an integer, m is an effective mass of electrons in a semiconductor having a small energy band gap, h is a Planck constant, and L is a width of a low energy band gap layer.
ΔE n = h 2 n 2 / 8mL 2

このようなバンド構造を実現することができると、電
子の閉じ込めを弱めることなく、正孔のトンネル時間を
短くすることができる。
When such a band structure can be realized, the tunnel time of holes can be shortened without weakening the confinement of electrons.

第2図は、本発明の非線型光学装置の透過率の特性図
である。
FIG. 2 is a characteristic diagram of the transmittance of the nonlinear optical device of the present invention.

この図に示されているように、動作光の照射による透
過率の立ち上がりは、従来技術による非線型光学装置と
同様に高速であり、しかも動作光が遮断された際には、
励起された励起子がイオン化することによって発生する
正孔は、正孔に対する量子障壁幅が狭いため、電子と同
程度に急速に量子障壁をトンネリングして直ちに逸散す
るので、透過率も急速に下降する。
As shown in this figure, the rise of the transmittance due to the irradiation of the operating light is as fast as that of the nonlinear optical device according to the prior art, and when the operating light is cut off,
The holes generated by the ionization of the excited excitons have a narrow quantum barrier width for holes, so they tunnel through the quantum barrier as quickly as electrons and immediately dissipate. Descend.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第3図は、本発明の実施例の非線型光学装置のバンド
構造図である。
FIG. 3 is a band structure diagram of the nonlinear optical device according to the embodiment of the present invention.

この図において、2aは電子と正孔の両方に対して量子
障壁となる半導体層、2bは電子のみに対して量子障壁と
なる半導体層である他は前記の従来例において使用した
ものと同じである。
In this figure, 2a is the same as that used in the above-described conventional example except that 2a is a semiconductor layer that serves as a quantum barrier for both electrons and holes, and 2b is a semiconductor layer that serves as a quantum barrier for only electrons. is there.

この実施例においては、量子障壁2を形成する半導体
層が、電子と正孔の両方に対して量子障壁となる半導体
層2aと、電子のみに対して量子障壁となる半導体層2bと
で構成されている。
In this embodiment, the semiconductor layer forming the quantum barrier 2 is composed of a semiconductor layer 2a serving as a quantum barrier for both electrons and holes, and a semiconductor layer 2b serving as a quantum barrier for only electrons. ing.

このように、正孔に対する量子障壁の幅を電子に対す
る電子障壁より薄くすると、前記のように、電子の閉じ
込めを弱めることなく、正孔のトンネル時間を短くする
ことができ、非線型光学装置の吸収率の回復を高速化す
ることができる。
As described above, when the width of the quantum barrier for holes is smaller than the electron barrier for electrons, the tunnel time of holes can be reduced without weakening the confinement of electrons, as described above. Recovery of the absorption rate can be accelerated.

第4図は、本発明にかかる半導体の組成とエネルギバ
ンドギャップの関係図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the composition of the semiconductor according to the present invention and the energy band gap.

この図を用いて、本発明の非線型光学装置を設計する
方法の一例を説明する。
An example of a method for designing the nonlinear optical device of the present invention will be described with reference to FIG.

この例においては、第4図に示すようなバンドライン
ナップを有する3種の半導体混晶系を基本にして構成す
る。
In this example, the structure is based on three types of semiconductor mixed crystal systems having a band lineup as shown in FIG.

すなわち、電子、正孔ともにバンドギャップの小さい
半導体内に閉じ込められるTYPE−Iのヘテロ接合を構成
する材料の内、バンドギャップの小さいIn0.53Ga0.47As
を狭い量子井戸1の材料として用い、バンドギャップの
大きいIn0.52Al0.48Asを、電子と正孔の両方に対する量
子障壁2aを形成する材料として用いる。
In other words, among materials constituting a TYPE-I heterojunction confined in a semiconductor having a small band gap for both electrons and holes, In 0.53 Ga 0.47 As having a small band gap is used.
Is used as a material for the narrow quantum well 1 and In 0.52 Al 0.48 As having a large band gap is used as a material for forming the quantum barrier 2a for both electrons and holes.

さらに電子のみに対する量子障壁2bに用いられる材料
としては、電子と正孔の両方に対する量子障壁2aを構成
する材料に対して伝導帯の不連続がほとんどなく、価電
子帯においては不連続で、広い量子井戸3を構成する材
料に対してスタッガード接合(TYPE−II)を構成するよ
うな材料系を選定する必要がある。
Furthermore, as a material used for the quantum barrier 2b for electrons only, there is almost no discontinuity in the conduction band with respect to the material constituting the quantum barrier 2a for both electrons and holes, and it is discontinuous in the valence band and wide. It is necessary to select a material system that forms a staggered junction (TYPE-II) with respect to the material that forms the quantum well 3.

第4図に挿入された、In0.52Al0.48AsとGaAs0.51Sb
0.49の組成比とエネルギバンドギャップの関係を示す図
を用いて、電子のみに対する量子障壁2bに用いる材料を
選択する方法について説明する。尚、図4に関する以下
の説明に於いては、InAlGaAsSbの混晶のうち、InAlAsの
組成を1−xとし、また、GaAsSbの組成をxとしてあ
る。
In 0.52 Al 0.48 As and GaAs 0.51 Sb inserted in Fig. 4
A method for selecting a material used for the quantum barrier 2b for only electrons will be described with reference to a diagram showing a relationship between a composition ratio of 0.49 and an energy band gap. In the following description with reference to FIG. 4, in the mixed crystal of InAlGaAsSb, the composition of InAlAs is 1-x, and the composition of GaAsSb is x.

図において、電子及び正孔両方に対する量子障壁2aを
構成するIn0.52Al0.48As(x=0.0、従って、GaAsSbは
なし)の価電子帯は、狭い量子井戸1を構成するIn0.53
Ga0.47Asの価電子帯より0.21eV低く、GaAs0.51Sb
0.49(x=1.0、従って、InAlAsはなし)の価電子帯
は、In0.52Al0.48As(x=0.0、従って、GaAsSbはな
し)の価電子帯より0.74eV高い。
In the figure, the valence band of In 0.52 Al 0.48 As (x = 0.0, and thus without GaAsSb) that constitutes the quantum barrier 2a for both electrons and holes is In 0.53 that constitutes the narrow quantum well 1
0.21 eV lower than the valence band of Ga 0.47 As, GaAs 0.51 Sb
The valence band of 0.49 (x = 1.0 and therefore no InAlAs) is 0.74 eV higher than the valence band of In 0.52 Al 0.48 As (x = 0.0 and therefore no GaAsSb).

この組成比とエネルギバンドギャップの関係がベガー
ド則に従うと仮定すると、x=0.3近傍のときIn0.52Al
0.48AsとGaAs0.51Sb0.49の混晶系の価電子帯が、量子井
戸の価電子帯に一致することになる。
Assuming that the relationship between the composition ratio and the energy band gap obeys the Vegard rule, when x is around 0.3, In 0.52 Al
The valence band of the mixed crystal system of 0.48 As and GaAs 0.51 Sb 0.49 coincides with the valence band of the quantum well.

他方、伝導帯については、もともとIn0.52Al0.48Asと
GaAs0.51Sb0.49の間に0.01eVの差があるだけであるか
ら、In0.52Al0.48Asと上記混晶系の間には差がほとんど
ないことになる。
On the other hand, the conduction band was originally In 0.52 Al 0.48 As.
Since there is only a difference of 0.01 eV between GaAs 0.51 Sb 0.49 , there is almost no difference between In 0.52 Al 0.48 As and the mixed crystal system.

上記考察から、本実施例における超格子の構成として
は、量子井戸層1及び3にIn0.53Ga0.47As、量子障壁層
2aにIn0.52Al0.48As、量子障壁層2bに(In0.372Ga0.284
Al0.344)(As0.861Sb0.139)を用いれば良いことが結
論付けられる。
From the above considerations, as the configuration of the superlattice in this embodiment, the quantum well layers 1 and 3 have In 0.53 Ga 0.47 As, the quantum barrier layer
2a is In 0.52 Al 0.48 As, and quantum barrier layer 2b is (In 0.372 Ga 0.284
It can be concluded that Al 0.344 ) (As 0.861 Sb 0.139 ) should be used.

第5図は、本発明の非線型光学装置の一実施例の構造
図である。
FIG. 5 is a structural view of one embodiment of the nonlinear optical device of the present invention.

この図において、8がエッチングストッパ、9がバッ
ファ層、10が基板、11がキャップ層である他は既に説明
したとおりである。
In this figure, as described above, except that 8 is an etching stopper, 9 is a buffer layer, 10 is a substrate, and 11 is a cap layer.

この実施例においては、量子井戸層1の層厚を20原子
層、量子井戸層3の層厚を30原子層、量子障壁層2aの層
厚を5原子層、量子障壁層2bの層厚を15原子層にした構
造体を一周期とする超格子構造を50周期分(100)InP基
板10上にMBE法により成長した。
In this embodiment, the quantum well layer 1 has a thickness of 20 atomic layers, the quantum well layer 3 has a thickness of 30 atomic layers, the quantum barrier layer 2a has a thickness of 5 atomic layers, and the quantum barrier layer 2b has a thickness of 5 atomic layers. A superlattice structure having a structure of 15 atomic layers as one cycle was grown on the (100) InP substrate 10 for 50 cycles by the MBE method.

なお、バッファ層9としてIn0.53Ga0.47Asを300nm、
エッチングストッパ層8としてIn0.52Al0.48Asを20nm、
キャップ層11としてIn0.53Ga0.47Asを10nm成長した。
In addition, as the buffer layer 9, In 0.53 Ga 0.47 As is 300 nm,
20 nm of In 0.52 Al 0.48 As as an etching stopper layer 8,
In 0.53 Ga 0.47 As was grown as the cap layer 11 to a thickness of 10 nm.

量子井戸中の電子あるいは正孔のトンネリング確率
は、exp(−k・L)で与えられ、mを有効質量、Eを
量子障壁の高さ、Lを量子障壁の幅としたとき、k=
(2mE)1/2/hであるから、本実施例のごとく電子に比べ
て有効質量の大きな正孔に対する量子障壁層のみを狭く
することにより、電子の閉じ込めを弱めることなく正孔
のトンネリング確率を高くすることができ、結果的に励
起子の吸収回復が速くなる。
The tunneling probability of electrons or holes in the quantum well is given by exp (−k · L). When m is the effective mass, E is the height of the quantum barrier, and L is the width of the quantum barrier, k =
(2 mE) 1/2 / h, the tunneling probability of holes without weakening the confinement of electrons by narrowing only the quantum barrier layer for holes having a larger effective mass than electrons as in this example. Can be increased, and as a result, the absorption recovery of excitons becomes faster.

なお、上記の実施例では、電子と正孔両方に対する量
子障壁層を狭い井戸層に近い側に配置したが、狭い井戸
層から遠い側に配置してもよい。
In the above embodiment, the quantum barrier layers for both electrons and holes are arranged closer to the narrow well layer, but may be arranged farther from the narrow well layer.

また、上記の実施例においては、InP基板に格子整合
する組合せを示したが、各半導体層を転位等が生じる臨
界膜厚より薄くすると、完全には格子整合せず、歪みを
有する系においても、上記の実施例で説明した効果を奏
する。
Further, in the above embodiment, the combination that lattice-matches to the InP substrate is shown. However, if each semiconductor layer is thinner than the critical film thickness at which dislocation or the like occurs, the lattice does not completely match, and even in a system having strain. Thus, the effects described in the above embodiments can be obtained.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によるとTBQ構造において、電子の閉じ込めを
弱めることなく、正孔のトンネリング時間を短くするこ
とができ、透過率の下降速度を速くできるため、「オン
/オフ」比を高く保ったままで応答を高速化でき、非線
型光学装置の高性能化、特に高速化に寄与するところが
大きい。
According to the present invention, in the TBQ structure, the tunneling time of holes can be shortened without weakening the confinement of electrons, and the rate of decrease in transmittance can be increased, so that the response can be maintained while keeping the "on / off" ratio high. Speed can be increased, which greatly contributes to higher performance of the nonlinear optical device, particularly to higher speed.

【図面の簡単な説明】 第1図は、本発明の非線型光学装置の原理を説明するた
めのバンド構造図、第2図は、本発明の非線型光学装置
の透過率の特性図、第3図は、本発明の実施例の非線型
光学装置のバンド構造図、第4図は、本発明にかかる半
導体の組成とエネルギバンドギャップの関係図、第5図
は、本発明の非線型光学装置の一実施例の構造図、第6
図は従来のTBQ構造非線型の光学装置のバンド構造図、
第7図は従来の非線型光学装置の動作光の照射による超
格子の透過率の変化特性図である。 1……幅が狭い量子井戸、2……量子障壁、2a……電子
と正孔の両方に対して量子障壁となる半導体層、2b……
電子のみに対して量子障壁となる半導体層、3……幅が
広い量子井戸、4……被動作光、5……動作光、6……
正孔、7……電子、8……エッチングストッパ、9……
バッファ層、10……基板、11……キャップ層
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a band structure diagram for explaining the principle of a nonlinear optical device of the present invention, FIG. 2 is a transmittance characteristic diagram of the nonlinear optical device of the present invention, FIG. 3 is a band structure diagram of the nonlinear optical device according to the embodiment of the present invention, FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the composition of the semiconductor according to the present invention and the energy band gap, and FIG. 5 is a nonlinear optical device of the present invention. Structural drawing of one embodiment of the device, sixth
The figure is a band structure diagram of a conventional optical device of TBQ structure nonlinear type,
FIG. 7 is a graph showing a change characteristic of transmittance of a superlattice due to irradiation of operating light of a conventional nonlinear optical device. 1 ... a narrow quantum well, 2 ... a quantum barrier, 2a ... a semiconductor layer that serves as a quantum barrier for both electrons and holes, 2b ...
A semiconductor layer serving as a quantum barrier only for electrons, 3 ... a wide quantum well, 4 ... operated light, 5 ... operating light, 6 ...
Holes, 7 electrons, 8 etching stoppers, 9
Buffer layer, 10 ... substrate, 11 ... cap layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/355 501 EPAT(QUESTEL) JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G02F 1/355 501 EPAT (QUESTEL) JICST file (JOIS)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】量子障壁を構成するエネルギバンドギャッ
プが大きい半導体層を、幅が狭い量子井戸を構成するエ
ネルギバンドギャップが小さい半導体層と、幅が広い量
子井戸を構成するエネルギバンドギャップが小さい半導
体層とで挟んだTBQ構造において、該量子障壁を形成す
るエネルギバンドギャップが大きい半導体層が、電子と
正孔の両方に障壁となる半導体材料層と、電子のみに対
して障壁となる半導体材料層の2重層によって構成さ
れ、正孔に対する量子障壁の幅が、電子に対する量子障
壁の幅より狭いことを特徴とする高速非線型光学装置。
1. A semiconductor layer having a large energy band gap constituting a quantum barrier, a semiconductor layer having a small energy band gap constituting a narrow quantum well, and a semiconductor having a small energy band gap constituting a wide quantum well. In a TBQ structure sandwiched between layers, a semiconductor layer having a large energy band gap forming the quantum barrier is composed of a semiconductor material layer serving as a barrier to both electrons and holes, and a semiconductor material layer serving as a barrier only to electrons. Wherein the width of the quantum barrier for holes is smaller than the width of the quantum barrier for electrons.
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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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電子情報通信学会技術研究報告 Vol.90,No.128(OQE90 48−57)p.45−50

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