(57)【要約】【課題】  増大した消光比を有する電界吸収型変調器を提供する。【解決手段】  本発明の電界吸収型変調器は、基板と、基板上に形成されている複数の半導体層とからなり、複数の半導体層の１つが、第１の組成を有する第１の量子井戸領域及び第２の組成を有する第２の量子井戸領域からなり、第２の量子井戸領域が第１の量子井戸領域に埋め込まれていることを特徴とする。【選択図】  図２Ａ
2006343752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されている複数の半導体層とからなり、
前記複数の半導体層の１つが、第１の組成を有する第１の量子井戸領域及び第２の組成を有する第２の量子井戸領域からなり、
前記第２の量子井戸領域が前記第１の量子井戸領域に埋め込まれている電界吸収型変調器。
【請求項２】
前記第２の組成が、前記第１の組成よりもインジウムをより多く含有する請求項１記載の電界吸収型変調器。
【請求項３】
前記第２の組成が、前記第１の組成よりもヒ素をより多く含有する請求項１記載の電界吸収型変調器。
【請求項４】
前記半導体層の１つが引っ張り歪み層である請求項１記載の電界吸収型変調器。
【請求項５】
前記引っ張り歪み層がGaAsPからなる請求項４記載の電界吸収型変調器。
【請求項６】
前記第２の量子井戸領域が、インジウム、ガリウム、ヒ素を含む請求項１記載の電界吸収型変調器。
【請求項７】
前記第２の量子井戸領域が、インジウム、ガリウム、窒素を含む請求項１記載の電界吸収型変調器。
【請求項８】
前記第２の量子井戸領域が、インジウム、ガリウム、リンを含む請求項１記載の電界吸収型変調器。
【請求項９】
前記第１の量子井戸領域がリンを含む請求項１記載の電界吸収型変調器。
【請求項１０】
前記第１の量子井戸領域がアンチモンを含む請求項１記載の電界吸収型変調器。
【請求項１１】
前記第２の量子井戸領域が、実質上前記第１の量子井戸領域の中央に埋め込まれている請求項１記載の電界吸収型変調器。
【請求項１２】
前記第２の組成の第２のバンドギャップが、前記第１の組成の第１のバンドギャップよりも小さい値である請求項１記載の電界吸収型変調器。
【請求項１３】
電界吸収型変調器を製造するための方法であって、
基板を設け、
前記基板上に複数の半導体層を形成し、該半導体層の１つが、第１の組成を有する第１の量子井戸領域からなり、
前記第１の量子井戸領域に第２の量子井戸領域を埋め込み、該第２の量子井戸領域が第２の組成を有することからなる方法。
【請求項１４】
前記第２の組成の第２のバンドギャップが、前記第１の組成の第１のバンドギャップよりも小さい値である請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の組成が、前記第１の組成よりもインジウムをより多く含有する請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の組成が、前記第１の組成よりもヒ素をより多く含有する請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の量子井戸領域がリンを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の量子井戸領域が、インジウム、ガリウム、ヒ素を含む請求項１３記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の量子井戸領域が、実質上前記第１の量子井戸領域の中央に埋め込まれている請求項１３記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の量子井戸領域が、インジウム、ガリウム、リンを含む請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は量子深井戸電界吸収型変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界吸収型変調器は、光通信用途において、光を変調するのに利用されている。概して、電界吸収型変調器は、連続光源によって発生された光を変調する。電界吸収型変調器は、主として、その電界吸収型変調器を光が通過することを許可又は不許可のどちらかを行うことにより光を変調する。電界吸収型変調器の光変調性能を特徴付ける主たる要素の一つとして消光比を挙げることができる。消光比は、電界吸収型変調器の最小出力に対する最大出力の比である。概して、より高い消光比は、活性層において電子-正孔対をより多く生成することによる光のより高い吸収の結果である。
【０００３】
40 Gb/s程度のデータ速度で動作する電界吸収型変調器の能力は、光通信用途において関心が持たれている。電界吸収型変調器は、主として、量子閉じ込めシュタルク効果に基づく。量子井戸構造を横切って電界を適用することにより、量子閉じ込めシュタルク効果によって、量子井戸構造の有効バンドギャップエネルギーが変化する。電界吸収型変調器は、逆バイアスがp-i-n接合に適用されると、光を吸収する。逆バイアスが適用される際には、わずかな電流が流れるので、変調速度は電界吸収型変調器が静電容量を充放電するのに必要とする時間によって制限される。
【０００４】
電界吸収型変調器の複数の量子井戸設計及び性能パラメータに対する影響に関連する多くのトレードオフ、矛盾が存在する。全般的な電界吸収型変調器の設計及び動作は、制限の中のトレードオフを表す。より高い消光比は、より長い変調器、より多くの量子井戸、より高い交番動作電圧を介して吸収を増すことによって達成される。しかしながらより長い変調器が結果としてより高い静電容量を生じさせ、量子井戸の数を増大させることによってキャリアの抽出時間が増すので、変調速度には逆の作用を及ぼす。
【０００５】
言及したように、一般的な電界吸収型変調器は、電子及び正孔の波動関数を分離させる適用電場を結果生じさせる逆バイアス下で動作し、正孔分布が量子井戸のｐドープ側に向かって分配され、電子分布が量子井戸のｎドープ側に向かって分配される。光生成キャリア間のこの物理的な分離は、正孔及び電子の波動関数間の重なりが維持されるならば、得られるものと比較して消光比を低減させる低下した吸収へと変化させる。図１は、室温における８つの量子井戸InGaAsP変調器に対する光電子吸収スペクトルを試験したことによりその効果を示す。曲線101は、逆バイアスがない場合の理論的な光電流吸収スペクトルをほぼ示し、励起子吸収共鳴とともに、波長1490 nm付近で鋭いバンドエッジ遷移を示す。逆バイアスが、曲線105に示すように約1.25ボルトに増大し、曲線110に示すように約2.5ボルトに増大し、曲線115に示すように約3.75ボルトに増大するにつれ、量子閉じ込めシュタルク効果のために、吸収端は長波長側にシフトする。逆バイアスが増大するにつれ、量子井戸領域の正孔及び電子の分布間の分離が増すので、吸収の大きさは低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、量子深井戸電界吸収型変調器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にしたがって、電界吸収型変調器内の二重井戸構造が、極端に細い量子深井戸を埋め込むことによって量子井戸活性領域に生成される。従来の量子井戸内の中央に位置する極端に細い量子深井戸によって導入される摂動が、取り囲むより大きな井戸の波動関数に対する閉じ込めエネルギー状態を低下させ、正孔及び電子の分布が概して従来の量子井戸の中心により閉じ込められるという結果を生じさせる。正孔及び電子の波動関数の空間的な重なりが結果大きくなることによって、量子井戸の吸収が増大する。したがって電界吸収型変調器によってもたらされる消光比は、一般に増大する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、電界吸収型変調器に関し、電界吸収型変調器内の二重井戸構造が、極端に細い量子深井戸を埋め込むことによって量子井戸活性領域に生成される。従来の量子井戸内の中央に位置する極端に細い量子深井戸によって導入される摂動が、取り囲むより大きな井戸の波動関数に対する閉じ込めエネルギー状態を低下させ、正孔及び電子の分布が概して従来の量子井戸の中心により閉じ込められるという結果を生じさせる。したがって電界吸収型変調器によってもたらされる消光比は、一般に増大する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図２Ａは、本発明の一実施形態による量子井戸に対する濃度分布を示す。GaAs障壁層210が、InGaAs量子井戸220の上面における、インジウムの濃度が零の基準面を画定する。InGaAs量子井戸220は、極端に細い埋め込まれた量子深井戸225がInGaAs量子井戸220内に埋め込まれて副井戸を形成する著しく歪んだ量子井戸である。量子井戸220は、GaAsを利用した量子井戸の典型である。極端に細い埋め込まれた量子深井戸225によって導入される摂動が、量子井戸220内の波動関数240の閉じ込めエネルギー状態230を閉じ込めエネルギー状態235にまで低下させる。極端に細い埋め込まれた量子深井戸225の組成は、概して、yの値の範囲が約0.35から約0.4にある、InyGa(1-y)Asの量子井戸220に対して一般的な組成を与えるInxGa(1-x)Asの形からなる。概してyの値は、極端に細い埋め込まれた量子深井戸225を付加することなく、量子井戸220から可能な限り長い波長が達成できるように選択される。
【００１０】
図２Ｂは、図２Ａの量子井戸の組成分布に対応する層構造を示す。著しく歪んだInGaAs量子井戸層220が、GaAs障壁層210上に、概して総厚みが約６nm（60オングストローム）となるように成長される。InGaAs量子井戸層220の最初のおおよそ３nm（30オンストローム）が成長された後、極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層225が、概して約１nm（10オングストローム）の厚みまで成長され、概して成長はコヒーレント層を維持できるように選択され、それによって極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層225もまた著しく歪む。アンチモンのような界面活性剤を、導入し、量子井戸層又は複数の量子井戸積層体のコヒーレント成長が可能となる。アンチモンの導入は、MOCVDによる表面再構成の間、インジウム原子の移動度を向上させることによって、全体の量子井戸構造の緩和を防止する。極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層220の成長に続き、著しく歪んだInGaAs量子井戸層220の残るおおよそ３nm（30オングストローム）の成長が完了される。さらにGaAs障壁層が、著しく歪んだInGaAs量子井戸層220の上に成長される。
【００１１】
図２Ｃ内のプロット200は、厚みが約１nm（10オングストローム）の、ｘの範囲が約0.4〜約0.85にある極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層225のインジウムの濃度に対する波長のシフトを示す。InyGa(1-y)As量子井戸層220は、yが約0.4のとき、約６nm（60オングストローム）の厚みである。極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層225を備えない摂動を受けない量子井戸層は、逆バイアスが零において、約1140 nmの吸収波長を有する、厚み７nm（70オングストローム）で、yが約0.4のInyGa(1-y)As量子井戸層に対応する。図２Ｃのプロット200から分かるように、逆バイアスが零の吸収波長はインジウムの濃度に対しておおよそ線形にシフトし、約0.4の値より大きなxに対して、インジウムの濃度が0.1増加するとおおよそ30 nmの割合で増える。インジウムの濃度が0.8のとき、逆バイアスが零の吸収波長は、約1270 nmにまで増大する。
【００１２】
図３Ａは、本発明による図１Ａと同様の組成分布を示す。GaAs障壁層330及び340は、それぞれInyGa(1-y)As量子井戸層350及び360の上面における基準エネルギーを画定する。InyGa(1-y)As量子井戸層350及び360は、GaAs障壁層335によって分離されている。極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層355は、InyGa(1-y)As量子井戸層350に埋め込まれ、極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層365は、InyGa(1-y)As量子井戸層360に埋め込まれている。AlGaAs層310及び320とGaAs(1-z)Pz層315及び325に関するエネルギーレベルもまた示す。非活性層に対する標準的なドーピングレベルは、概して、約１×1017/cm3から３×1018/cm3の範囲にある。
【００１３】
図３Ｂは、付加的な歪み緩和層338が導入されていることを除いて、図３Ａと同様である。歪み緩和層338は、GaAs障壁層335がGaAs障壁層336及びGaAs障壁層337へ変更されて、InyGa(1-y)As量子深井戸層350と360の間に導入されている。
【００１４】
図３Ｃは、図３Ａの組成図に対応する層構造300を示す。層構造300の成長は、概して、例えば520℃の温度である約400℃〜600℃の範囲の標準的な温度、約100 hPa（100 mbar）の程度の標準的な圧力において、AIXTRON 2000 反応装置内でMOCVDにより行われる。量子井戸に対する成長条件は、インジウムの偏析が防止されるように通常選択される。これは、概して、成長速度、成長温度、量子井戸層の歪みを変化させることによって達成される。約15nm（150オングストローム）の標準的な厚みに約25秒でAlGaAs層310を成長させた後、GaAs(1-z)Pz層315を約10 nm（100オングストローム）の厚みに約22秒で成長させる。GaAs(1-z)Pz層315は、歪み補償層として機能することによって、層構造300における総合的な歪みを最小化するように導入される引っ張り歪み層である。概して、GaAs(1-z)Pz層315及び325は、極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層355及び365によって通常導入される増大した歪みを補償するように機能する。Zの標準的な値は、約0.05〜約0.30の範囲にある。
【００１５】
概して、GaAs(1-z)Pz層315及び325は、それぞれInyGa(1-y)As量子井戸層350及び360の周辺に配置されるとともに、GaAs障壁層330及び340に配置されている。他の種類の歪み緩和層GaAsN、AlGaAsP、GaInP、InGaAsP、AlInGaAsNを利用することもできる。
【００１６】
GaAs障壁層は、GaAs(1-z)Pz層315上に成長される。GaAs障壁層330の成長は、通常、約16秒かけて、約10 nm（100オングストローム）の標準的な厚みを結果生じさせる。通常yが約0.3〜0.45の範囲にあるInyGa(1-y)As量子井戸層350は、GaAs障壁層330上に成長され、約４秒かけて、約３nm（30オングストローム）の標準的な厚みを結果生じる。さらに極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層355がInyGa(1-y)As量子井戸層350に埋め込まれる。本発明の一実施形態では、xの値は1300 nm付近で吸収が達成されるように通常選択される。極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層355を標準的に３秒成長させ、約１nm（10オングストローム）の標準的な厚みを結果生じさせる。さらに、概して、InyGa(1-y)As量子井戸層350の成長が再開され、４秒かけて、約３nm（30オングストローム）の追加の厚みを結果生じさせる。GaAs障壁層355がInyGa(1-y)As量子井戸層350上に成長される。GaAs障壁層355に対する成長は、通常、約16秒かけて、約10 nm（100オングストローム）の標準的な厚みを結果生じさせる。
【００１７】
概してyの値が約0.3〜0.45の範囲にあるInyGa(1-y)As量子井戸層360が、GaAs障壁層355上に成長され、４秒かけて、約３nm（30オングストローム）の標準的な厚みを結果生じる。さらに極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層365がInyGa(1-y)As量子井戸層360に埋め込まれる。極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層365に対する標準的な３秒の成長によって、約１nm（10オングストローム）の標準的な厚みが結果生じる。さらにInyGa(1-y)As量子井戸層360の成長が再開され、４秒かけて、約３nm（30オングストローム）の追加の厚みを結果生じさせる。GaAs障壁層340がInyGa(1-y)As量子井戸層360上に成長される。GaAs障壁層340に対する成長は、通常、約16秒かけて、約10 nm（100オングストローム）の標準的な厚みを結果生じさせる。GaAs(1-z)Pz層325が、約22秒かけて、約10 nm（100オングストローム）の厚みにまで成長される。GaAs(1-z)Pz層325は、歪み補償層として機能することによって、層構造300における総合的な歪みを最小化するように導入される引っ張り歪み層である。他の種類の歪み補正層もまた利用することができる。さらにAlGaAs層320が、概して、約25秒かけて、約15nm（150オングストローム）の標準的な厚みにまで成長される。
【００１８】
図４Ａ及び４Ｂは、本発明によるInyGa(1-y)As量子井戸層350及び360、並びに極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層355及び365に対する二つの成長技法に対する関連ガス流れを示す。図４Ａでは、トリメチルガリウム410及びトリエチルガリウム420が当初流されている。トリメチルインジウム415が約４秒間流され、InyGa(1-y)As量子井戸層350の最初の約３nm（30オングストローム）が成長される。トリメチルインジウム415の流れと連動して、トリエチルガリウム420の流れが止められ、トリメチルインジウム440が約３秒間流され、極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層355が成長される。極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層355が完了すると、トリエチルガリウム420が再度流され、トリメチルインジウム415が約４秒間流され、InyGa(1-y)As量子井戸層350の最後の約３nm（30オングストローム）が成長される。さらにGaAs障壁層335が、約５秒かけて成長される。GaAs障壁層335の成長が完了すると、トリメチルインジウム415が約４秒流され、InyGa(1-y)As量子井戸層360の最初の約３nm（30オングストローム）が成長される。トリメチルインジウム415の流れと連動して、トリエチルガリウム420の流れが止められ、トリメチルインジウム440が約３秒間流され、極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層365が成長される。極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層365が完了すると、トリエチルガリウム420が再度流され、トリメチルインジウム415が約４秒間流され、InyGa(1-y)As量子井戸層360の最後の約３nm（30オングストローム）が成長される。
【００１９】
図４Ｂでは、トリメチルガリウム450が当初流されている。トリメチルインジウム455が約４秒間流され、InyGa(1-y)As量子井戸層350の最初の約３nm（30オングストローム）が成長され、さらにトリメチルガリウム450とともに流れを止められる。トリエチルガリウム460及びトリメチルインジウム480が約３秒間流され、極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層355が成長される。極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層355が完了すると、トリメチルガリウム450及びトリメチルインジウム455が約４秒間流され、InyGa(1-y)As量子井戸層350の最初の約３nm（30オングストローム）が成長される。さらにGaAs障壁層335が、約５秒かけて成長される。GaAs障壁層335の成長が完了すると、トリメチルインジウム455が約４秒間流され、InyGa(1-y)As量子井戸層350の最初の約３nm（30オングストローム）が成長され、さらにトリメチルガリウム450とともに流れを止められる。トリエチルガリウム460及びトリメチルインジウム480が約３秒間流され、極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層365が成長される。極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層365が完了すると、トリメチルガリウム450及びトリメチルインジウム455が約４秒間流され、InyGa(1-y)As量子井戸層350の最後の約３nm（30オングストローム）が成長される
本発明によれば、量子深井戸層に対して、InGaAsSb、InP、InGaAsP、AlInGaAs、InGaNのような他の材料系を利用することができる。例えば、図５は、従来技術の複数のInyGa(1-y)N量子井戸層511、513、515、517に対する組成分布に重ねて、本発明の、それぞれ極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)N量子深井戸層520、522、524，526を備えている複数のInyGa(1-y)N量子井戸層510、512、514、516に対する組成分布を示す。本発明の、それぞれ極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)N量子深井戸層520、522、524，526を備えている複数のInyGa(1-y)N量子井戸層510、512、514、516が、それぞれ埋め込まれたInxGa(1-x)As量子深井戸層355及び365を備え、かつGaN障壁層501、503、505によって分離されているInyGa(1-y)As量子井戸層350及び360と完全に類似していることに注意されたい。複数のInyGa(1-y)N量子井戸層511、513、515、517はそれぞれ約３nmから約４nmの範囲の厚みを有する。それぞれ極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)N量子深井戸層520、522、524、526を備えている複数のInyGa(1-y)N量子井戸層510、512、514、516を利用することによって、複数のInyGa(1-y)N量子井戸層510、512、514、516のインジウムの含有量を概して数パーセント減らすことが可能となる。しかしながらxに対する一般的な値は、極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)N量子深井戸層520、522、524、526に対する値0.5よりも概して大きい。
【００２０】
従来技術の複数のInyGa(1-y)N量子井戸層511、513、515、517に存在する強いピエゾ場は、従来技術の複数のInyGa(1-y)N量子井戸層511、513、515、517における電子の波動関数と正孔の波動関数を分離させ、量子井戸の吸収を低下させる。
【００２１】
本発明によれば、電界吸収型変調器をInGaAs系及びInGaN系材料の構造と類似したInGaAsP系材料で構成することができる。関連するInGaAsP系材料を議論する参照文献には、BolliaらによるIEEE Photonics Technology Letters, vol. 17, no. 1, pp. 49-51, 2005、IshikawaらによるIEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 30, no. 2, pp. 562-569, 1994、MinchらによるIEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 35, no. 5, pp. 771-782, 1999が含まれ、これらの全てを参照することにより、その内容の全てを本明細書に取り入れることとする。
【００２２】
一般的な通信用途用のInxGa(1-x)AsyP(1-y)系材料において歪みが平衡化している（結果偏光独立を生じる）電界吸収型変調器は、例えば、概して約1350 nmと約1400 nmの間のバンドギャップエネルギーを備えている障壁層を有し、xの一般的な値が約0.51であり、yの一般的な値が約0.75である組成を有する。複数のInxGa(1-x)AsyP(1-y)量子井戸層は、概して、xの一般的な値として約0.74とyの一般的な値として約0.75を備えている約1600 nmのバンドギャップエネルギーを有する。複数のInxGa(1-x)AsyP(1-y)量子井戸層の各１つの中の極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)AsyP(1-y)量子深井戸層は、この場合、複数のInxGa(1-x)AsyP(1-y)量子井戸層のそれぞれのバンドギャップエネルギーを低くするように機能する。例えば、バンドギャップエネルギーが約1700 nmであり、引っ張り歪みが約0.4％である場合、極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)AsyP(1-y)量子深井戸層のそれぞれに対して、xの値は約0.48であり、yの値は約１である。圧縮歪みが約0.5％である場合には、極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)AsyP(1-y)量子深井戸層のそれぞれに対して、xの値は約0.66であり、yの値は約0.89である。極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)AsyP(1-y)量子深井戸層のヒ素含有量は、それが埋め込まれているInGaAsP量子井戸のヒ素含有量よりも高いことに注意されたい。他方、極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)AsyP(1-y)量子深井戸層のそれぞれに対するインジウム含有量は、InGaAsP系材料に対して高くすることも、低くすることもできる。
【００２３】
代替的に、本発明によれば、一般的な通信用途用のInxGa(1-x)AsyP(1-y)系材料において格子整合している（結果偏光依存を生じる）電界吸収型変調器は、例えば、概して約1350 nmと約1400 nmの間のバンドギャップエネルギーを備えている障壁層を有し、xの一般的な値が約0.69であり、yの一般的な値が約0.68である組成を有する。複数のInxGa(1-x)AsyP(1-y)量子井戸層は、概して、xの一般的な値として約0.61とyの一般的な値として約0.84を備えている約1600 nmのバンドギャップエネルギーを有する。複数のInxGa(1-x)AsyP(1-y)量子井戸層の各１つの中の極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)AsyP(1-y)量子深井戸層は、この場合、複数のInxGa(1-x)AsyP(1-y)量子井戸層のそれぞれのバンドギャップエネルギーを低くするように機能する。例えば、バンドギャップエネルギーが約1700 nmであり、格子整合構造である場合、極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)AsyP(1-y)量子深井戸層のそれぞれに対して、xの値は約0.54であり、yの値は約0.98である。極端に細い埋め込まれたInxGa(1-x)AsyP(1-y)量子深井戸層のヒ素含有量は、それが埋め込まれているInGaAsP量子井戸のヒ素含有量よりも高いことに注意されたい。また格子整合InxGa(1-x)Asを埋め込まれた量子井戸として利用することもできることに注意されたい。
【００２４】
図６は、逆バイアス下の、量子深井戸電界吸収型変調器構造の本発明によるバンド図600を示す。バンド図600では、埋め込まれた量子深井戸615は、従来の量子井戸610の中心にある。逆バイアス下、電子の波導関数625及び正孔の波動関数620は、概して、量子深井戸615が存在しない場合には、位置がずれている。量子深井戸615が存在することによって、量子井戸610の中心に向かって正孔及び電子の分布を局在させるように作用する付加的な閉じ込めがもたらされる。したがって埋め込まれた量子深井戸615は、斜線により示す電子の波動関数625'及び正孔の波動関数620'のように、量子井戸610の中心に向かってそれぞれの接合部分から正孔及び電子を効果的に引き寄せる。電子の分布及び正孔の分布の間における空間的な重なりを結果改善することによって、量子井戸610内により大きな吸収がもたらされる。これにより、埋め込まれた量子深井戸構造を備える電界吸収型変調器により大きな消光が導かれる。
【００２５】
量子深井戸がより大きな吸収をもたらすのと同時に、所与の適用電場に対してシュタルクシフトが縮小される。これは、本発明の量子深井戸構造に関する矛盾である。しかしながら、埋め込まれた量子深井戸615を従来の量子井戸610の中心から移動し、量子深井戸電界吸収型変調器の性能を最適化することができるため、量子深井戸構造には多くの設計自由度を利用可能である。同様に、埋め込まれた量子深井戸615の組成及び深さを、性能を向上させるように調節することができる。本発明の埋め込まれた量子深井戸構造は、電界吸収型変調器の性能を向上させるような特別な自由度をもたらす。
【００２６】
本発明を特定の実施形態と関連させて開示したが、当業者には、多くの代替、変更、改変が先の開示を考慮して明らかであることが明白である。したがって本発明は、添付の特許請求の範囲に記載の精神及び範囲内にあるそのような他の代替、変更、改変を全て包含することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】逆バイアスの異なる値に対する波長と吸収の関係を示す図である。
【図２Ａ】本発明による量子井戸に対する組成分布を示す図である。
【図２Ｂ】本発明による図２Ａに対応する層構造を示す図である。
【図２Ｃ】本発明によるインジウムの濃度に伴う波長のシフトを示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による濃度分布を示す図である。
【図３Ｂ】本発明による光変調半導体構造に対する濃度分布を示す図である。
【図３Ｃ】本発明による図３Ａに対応する層構造を示す図である。
【図４Ａ】本発明による工程時間及び流れを示す図である。
【図４Ｂ】本発明による工程時間及び流れを示す図である。
【図５】本発明及び従来技術による濃度分布間の比較を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態によるバンド図を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
２１０      GaAs障壁層
２２０      InGaAs量子井戸
２２５      量子深井戸
２３０、２３５      閉じ込めエネルギー状態
２４０      波動関数
３１０、３２０      AlGaAs層
３１５、３２５      GaAs(1-z)Pz層
３３０、３４０      GaAs障壁層
３３５      GaAs障壁層
３３６、３３７      GaAs障壁層
３３８      歪み緩和層
３５０、３６０      InyGa(1-y)As量子井戸層
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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