(57)【要約】本発明は、可飽和吸収構造に関し、該構造は、量子井戸と障壁との連続を構成する層のスタックと、該スタック内に分布する複数の再結合中心とを有する。本発明の特徴は、該再結合中心が、該スタックの材料と共に、該スタックの井戸の伝導帯と価電子帯との間に規定されるエネルギーバンドギャップ中に１つ以上の不連続のエネルギーレベルを規定するような材料から作られていることである【選択図】図１
2004503803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方では量子井戸と障壁との連続を構成する多層スタックと、他方では該スタック内に分布する複数の再結合中心とを有する可飽和吸収構造であって、その特徴が、
該再結合中心が、該スタックの材料と共に、該スタックの井戸の伝導帯と価電子帯との間に規定されるエネルギーバンドギャップ中に１つ以上の不連続のエネルギーレベルを規定するような材料から作られていることである、
前記可飽和吸収構造。
【請求項２】
再結合中心が、スタックの井戸の伝導帯と価電子帯との間に規定されるバンドギャップ中に、単一の不連続の再結合エネルギーレベルを規定するような材料から作られていることを特徴とする、請求項１に記載の構造。
【請求項３】
不連続の再結合エネルギーレベルが、実質的にバンドギャップの中央に位置していることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の可飽和吸収構造。
【請求項４】
スタックの層がＩＩＩ−Ｖ材料から作製されており、一方、再結合中心が鉄原子であることを特徴とする、請求項２および３に記載の可飽和吸収構造。
【請求項５】
スタックが、Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ／ＩｎＰ連続体を含むことを特徴とする、請求項４に記載の可飽和吸収構造。
【請求項６】
上記請求項の１つに記載の可飽和吸収多重量子井戸構造を得る方法であって、
スタックの層がエピタキシーによって成長されること、および再結合中心が該スタックの層のエピタキシャル成長の間にドーピングによって導入されることを特徴とする、前記方法。
【請求項７】
請求項１〜４の１つに記載の可飽和吸収構造を有することを特徴とする、光学コンポーネント。
【請求項８】
請求項７に記載のコンポーネントからなることを特徴とする、光学信号再生光学コンポーネント。
【請求項９】
伝送ラインと、該ラインによって伝送される光学信号を発生しかつ受け取るための手段とを有する光ファイバー伝送系であって、
該伝送ライン中に請求項８に記載の再生光学コンポーネントを少なくとも１つ含むことを特徴とする、前記光ファイバー伝送系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
一般的な技術分野
本発明は、可飽和吸収構造に関するものであり、とりわけ光学信号再生コンポーネント用のものに関する。
【０００２】
本発明はまた、このような構造の製造方法に関する。
【０００３】
有利なことには、本発明は、特に、非常に高いデータ速度（≧２．５ギガビット／秒）で作動する光ファイバー通信（コミュニケーション）ネットワークにおいて適用可能である。
【０００４】
光ファイバーを通じた伝送は、特にコスト、リンク容量およびリンク品質の点で、およびネットワーク上で与えられる柔軟性の点で、多くの利点を与える。
【０００５】
特に、都市間のネットワークへの光ファイバーの導入は、大陸間の海底のリンクが増加しているので、現在具体的に現実味を帯びてきている。
【０００６】
しかし、非常に高いデータ速度の通信は、特定の技術的な困難性（非常に高いデータ速度のモジュレーター、分散補償を伴う伝播、解像度伝播など）によって未だ制限されている。非常に高いデータ速度の達成を可能とする技術は、それらがネットワークに導入され得る前に、未だ、信頼できるように作られねばならない。
【０００７】
波長多重化ネットワークの出現によって、設置された構造を維持しながらもデータ速度を増加させる分野において、非常に大きな進歩を達成することが可能となった。
【０００８】
光学的なトランスペアレンシ（透過伝送機構）を維持するために、制御すべきであった他のファクターは、インライン光増幅であって、これは、高いバンド幅であり、そして設置されたネットワークとコンパチブルな、信頼性のあるエルビウムドープファイバー光増幅器によって可能となっている。
【０００９】
しかし、高いデータ速度の光ファイバー通信は、いまだ信号再生機能によって制限されたままである。
【００１０】
これは、リンクの品質が、その中を伝播する信号の品質に大きく依存するからである。ラインの使用は、リンクに沿って、およびネットワークの種々のノードにおいて光学操作の増加を厳密に必要とする。ネットワークの柔軟性を増加させるために、非常に多数の操作、例えば、モニタリング、信号挿入／取出しまたは増幅操作のようなものが追加され得る。それぞれの操作は、劣化を導入し、リンクの品質を少しずつ低下させる。
【００１１】
これは、伝送ラインに沿って、光学再生コンポーネント（これは、信号の形状を変え、その品質を復元して、できるだけオリジナルのものに近づけるようにすることを可能にする）を分布させることが従来の慣例であるからである。
【００１２】
これまでに、データ速度および波長の点で光学的なトランスペアレンシを維持しつつ、信号のインライン再生を可能にするいくつかの解決法が提案されている。
【００１３】
先行技術の提示
いくつかの研究室によって現在研究されている１つの技術は、半導体における共振の非線形に基づいており、多重量子井戸構造における飽和吸収の利用に関係している。より詳細には、この技術は、特に、量子井戸における励起子ピークの近傍での光学的な非線形性を利用する。
【００１４】
この点に関して、例えば、以下の種々の刊行物を参照してもよい。
−　Ｒ． Ｔａｋａｈａｓｈｉ， Ｙ． Ｋａｗａｍｕｒａ， Ｔ． Ｋａｇａｗａ および Ｈ．Ｄｗａｍｕｒａ， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ６５， ｐ． １９７０， １９９４、
−　Ｅ． Ｌｕｇａｇｎｅ Ｄｅｌｐｏｎ， Ｊ．Ｌ． Ｏｕｄａｒ， Ｎ． Ｂｏｕｃｈｅ， Ｒ．Ｒａｊ． Ｓ． Ｓｈｅｎ， Ｎ． Ｓｔｅｌｍａｋｈ および Ｊ．Ｍ． Ｌｏｕｒｔｉｏｚ， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ７２， ｐ． ７５９， １９９８、
−　Ｈ． Ｈｉｒａｎｏ， Ｈ． Ｋｏｂａｙａｓｈｉ， Ｈ． Ｔｓｕｄａ， Ｒ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ， Ｍ． Ａｓｏｂｅ， Ｋ． ＳｕｔｏおよびＫ． Ｈａｇｉｍｏｋｏ， Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ３４， ｐ． １９８， １９９８、
−　Ｊ． Ｍａｎｇｅｎｅｙ， Ｊ．Ｌ． Ｏｕｄａｒ， Ｊ．Ｃ． Ｈａｒｍａｎｄ， Ｃ．Ｍｅｒｉａｄｅｃ， Ｇ． Ｐａｔｒｉａｒｃｈｅ， Ｇ． Ａｕｂｉｎ， Ｎ． Ｓｔｅｌｍａｋｈ および Ｊ．Ｍ．Ｌｏｕｒｔｉｏｚ， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ７６， ｐ． １３７１， ２０００。
【００１５】
このタイプのコンポーネントの利点は、「パッシブ（受動）」であること、すなわち、いかなる電気的供給も必要としないこと（それによってその単純さおよび信頼性を増加させている）である。加えて、それは、「増幅」機能から「再生」機能を分離すること、およびこれら２つの機能を別個に最適化することを可能にする。
【００１６】
この構造の量子効率を改善するために、多重量子井戸の活性領域が、一体化されたブラッグミラーを有する垂直キャビティの内側に配置される。その結果、駆動パワーは、半導体レーザーによって送達されるパワーとコンパチブルとなる。
【００１７】
しかし、重要な問題、すなわち時間的な応答の問題が解決されるべきままである。これは、非線形現象の立ち上がり時間が非常に短く（＜１ｐｓ）、一方、平衡に戻る時間が比較的長い（１ｎｓのオーダー）からである。
【００１８】
従って、励起子ピーク近傍の多重量子井戸における光学的な非線形性を利用する再生技術は、光学コンポーネントの応答速度の問題に直面する。励起子の吸収は、実質的に瞬間的であり、励起子によるその漂白（ブリーチング）は非常に短く（立ち上がり時間約１ｐｓ）、一方、平衡への戻りは、キャリアの寿命に支配され、これは、研究された材料においては約数ナノ秒である。
【００１９】
平衡に戻る時間を改善することは、構造中で光電子的に発生したキャリアの寿命を制御することと等価である。
【００２０】
キャリアの寿命をすばやい光学信号の処理とコンパチブルな値まで低下させるための２つの技術が既に公知である。これら２つの技術は、
−　多数の欠陥を含む材料の成長、
−　イオン注入法による多数の欠陥の発生である。
【００２１】
これらの技術のうちの第１の手段の一例では、低温（約２００℃）成長操作が行われ、続いてベリリウムドーピングおよび５００℃でのアニーリングが行われる。再結合中心として作用するＡｓＧａアンチサイトおよびＢｅ−Ａｓ複合体が与えられるならば、この操作は、キャリアが非常に短い寿命を持つ材料を生じる。この技術を用いて、４ｐｓの平衡に戻る時間が達成された。
【００２２】
光学キャビティ中に含まれ、このようにして得られた構造は、１０ギガビット／秒で操作する光学再生器を製造することを可能とした。
【００２３】
しかし、この技術は、２つの主要な欠点を有する。
−　採用するのが複雑である（低温成長、４×１０１７／ｃｍ３までのＢｅドーピングおよび５００℃でのアニーリング）、
−　励起子ピークが減衰する傾向があり、これは成長およびベリリウムドーピング後に実験的に観察されるコンポーネントの操作に不利である。
【００２４】
第２番目の公知の技術は、高エネルギーイオン衝撃を利用して欠陥を発生させることからなる。加速イオンは、経路の主要部分にわたる静電減速によって、および停止領域における格子の原子との衝突によってエネルギーを失い、その結果、多数の欠陥がこの領域に生成される。欠陥を発生させるこの先行技術は、１２ＭｅＶまで加速された重Ｎｉ＋イオンを照射されたＡｌＩｎＡｓ／ＧａＩｎＡｓ多重量子井戸で使用されている。５×１０１０から１０１２毎ｃｍ２まで変化する照射線量について、寿命は５０ｐｓから１．６ｐｓまでのレンジをとる。
【００２５】
この技術を用いて、イオンの軌道全体にわたって欠陥が得られ、これらの欠陥は、活性材料のバンドギャップ全体内に分布するレベルを有する。これらの欠陥の存在は、ＩｎＰのような高いバンドギャップ材料における実際の吸収を顕著に増加させる。
【００２６】
しかし、この付加的な吸収のために励起子ピーク近傍での吸収コントラストはかなり減衰しており、このコントラストは照射線量が増加する場合に減少することが指摘されるべきである。
【００２７】
加えて、これらの照射欠陥は、不安定であることが知られている；該構造のプロパティの長期安定性は実証すべきままである。
【００２８】
最後に、該処理は非常に高価である。なぜなら、これは、光学コンポーネントがエピタキシーチャンバーから重イオン加速器まで通過することを必要とし、これは、かさ高く、複雑でかつ設置コストが非常に高いからである。
【００２９】
発明の要旨
本発明は、再結合中心を有する可飽和多重量子井戸の吸収構造を備えており、該構造は、平衡に戻る時間が非常に短く、その結果、すばやい光学信号処理（＞１０ギガビット／秒）に匹敵する時間での光学信号再生を可能とする。
【００３０】
提案する構造は、高い吸収効率を有する。
【００３１】
それはまた、非常に良好な長期安定性を示す。
【００３２】
より詳細には、本発明が提案する構造は、一方では量子井戸と障壁との連続を構成する多層スタックと、他方では該スタック内に分布する複数の再結合中心とを有する可飽和吸収構造であって、その特徴は、該再結合中心が、該スタックの材料と共に、該スタックの井戸の伝導帯と価電子帯との間に規定されるエネルギーバンドギャップ中に１つ以上の不連続のエネルギーレベルを規定するような材料から作られていることである。
【００３３】
この点に関して、上記のような先行技術を用いて得られる構造の場合、再結合中心は多重量子井戸構造のバンドギャップ全体にわたって分布したエネルギーレベルを有し、この結果、寄生的吸収が現れることに留意すべきである。
【００３４】
提案した構造に関して、再結合エネルギーレベルは不連続であり、これはこれらの寄生的吸収を防止する。
【００３５】
しかし、バンドギャップ中にただ１つの再結合エネルギーレベル（このエネルギーレベルは不連続である）しか存在しない構造は、これらの構造がより高い吸収効率を示す限り、好ましい。
【００３６】
さらに、再結合中心は、不連続の再結合エネルギーレベルが実質的にバンドギャップの中央に位置しているような材料から作られるよう有利に選択される。すなわち、キャリアの捕捉効率が最適である地点で、このような再結合中心は、光電子的に発生した両方のタイプのキャリア（電子および正孔）に対して効率的に作用する。
【００３７】
特に、再結合中心が鉄原子であると共に、スタックの層がＩＩＩ−Ｖ材料から作られていることが有利である。このとき、バンドギャップの中央を中心とするただ１つの不連続の再結合エネルギーレベルが存在する。
【００３８】
例えば、スタックは、Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ／ＩｎＰ連続体を含んでいてもよい。
【００３９】
しかし、スタックの層や再結合中心のための、他の材料も考え得る。
【００４０】
さらに、本発明は、このような構造の製造方法を提供し、これは上記の製造方法よりもずっとより簡単である。
【００４１】
この方法によれば、スタックの層は、エピタキシーによって成長され、再結合中心は、該スタックの層のエピタキシャル成長の間に、ドーピングによって導入される。
【００４２】
理解されるであろうが、このような方法を用いれば、単一の技術操作において、再結合中心が後者の成長の間に該構造に導入される。
【００４３】
さらに、このような方法は、空間位置およびドーピングの濃度を正確に制御できるという利点を有する。
【００４４】
本発明は、さらに、光学コンポーネントに関するものであり、特に、光学信号再生コンポーネントに関し、これは、上記タイプの可飽和吸収構造を有するものである。
【００４５】
本発明はまた、伝送ラインと、該ラインによって伝送される光学信号を発生しかつ受け取るための手段とを有する光ファイバー伝送系に関するものであり、これは、該伝送ライン中に上記タイプの再生コンポーネントを少なくとも１つ含んでいる。
【００４６】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の説明からより明確になるであろう。以下の説明は、単に例示でありかつ非限定的であり、添付の図面と共に読むべきである。
【００４７】
１つ以上の実施態様の説明および実施例
本発明の１つの可能な実施態様による可飽和吸収構造の一例は、５０のＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ／ＩｎＰ多重量子井戸のスタックを含む構造であり、この励起子吸収ピークは約１．５７μｍに位置する。
【００４８】
例として、ＩｎＧａＡｓ層は８ｎｍであり、一方、ＩｎＰ層は１０ｎｍである。
【００４９】
鉄（Ｆｅ）ドーピング（これは、当該構造における再結合中心を規定する）は、後者のエピタキシャル成長の間に、このスタックの種々の層に導入される。
【００５０】
成長の間にドーピングによって再結合中心を導入するという事実は、これらの捕捉中心の空間位置が正確に制御されかつ任意の他の領域の排除に対して必要な領域にのみ位置していることを可能とすることに留意すべきである。
【００５１】
さらに、意図されるコンポーネントに厳密に必要なキャリア寿命の値を得るために、捕捉中心の濃度は制御され、調整され得る。
【００５２】
前述のタイプの構造における吸収飽和の、戻り−平衡特性への鉄ドーピングの影響を考慮した。本発明者らによって得られた結果を図１〜４に与える。
【００５３】
図１は、ポンプ−プローブ実験を用いて２つの試料に対して行われた平衡への戻りの時間の測定を示す。
【００５４】
第１のものは、コントロール試料であり、鉄はドープしていない。吸収飽和の平衡への戻りの時間は、約７ｎｓであることが分かるであろう。
【００５５】
第２の試料は、高度にドープされており、約１０１８／ｃｍ３の鉄濃度を有する。その戻り−平衡時間の定数は２０ｐｓまで低下した。
【００５６】
図２は、伝送コントラストの変化を、同じ２つの試料において光電子的に発生したキャリアの数の関数として示す。作られたキャリアの数は、当該構造における光強度に直接比例する。伝送コントラストΔＴ／Ｔは、高強度に供された構造の光伝送係数と、低光強度での構造の光伝送係数との間の伝送の差ΔＴの、測定した伝送係数Ｔに対する比率である。
【００５７】
高度にドープされた試料の場合、伝送コントラストはコントロール試料の伝送コントラストと等しいままであることが分かるであろう。従って、この方法は、構造の平衡への戻りの時間を減少させ、一方でその特性を維持することができる。
【００５８】
３つのさらなる鉄ドープされた試料を研究し、鉄ドープされていないコントロールと比較した。
【００５９】
これらの試料を、本発明の方法に従って成長させつつ、ドープした。それらの濃度は、遊離キャリアの数を測定することができるホール技術によって概算した。構造におけるキャリアの総数は、ドーパント濃度と鉄によって表される捕捉中心の濃度との間の差異に相当する。この方法によって得られる鉄濃度の値は、最小でドープされた試料の場合の１０１６／ｃｍ３から最大でドープされた試料の場合の１０１８／ｃｍ３まで変化する。
【００６０】
図３は、ポンプ−プローブを用いてこれらの試料に対して行った平衡への戻りの時間の測定を示す。曲線の試験は、平衡への戻りの時間に対する鉄ドーピングの効果を示す。この時間の値は、コントロール試料の場合の７ｎｓから最もドープされた試料の場合の２０ｐｓまで変化する。鉄濃度を制御することによって、構造の平衡への戻りの時間を制御することが可能となる。
【００６１】
図４は、伝送コントラストの変化を、これらの同じ試料において光電子的に発生したキャリアの数の関数として示す。この伝送コントラストに対する鉄ドーピングの影響を実証するために、種々のドーパント濃度について得た曲線を、同じグラフ上に示した。コントラストは濃度と無関係のままであり、これは調査した光強度の値のすべてについてそうであったことが分かるであろう。従って、提案した方法は、種々の伝送コントラスト測定によって証明されたように、構造の効率を維持しつつ、その平衡への戻りの時間を制御することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の１つの可能な実施態様によるドープされた構造の場合、およびドープされていない構造の場合の、標準化した伝送速度曲線を平衡に戻る速度の関数としてプロットしたグラフである。
【図２】
図２は、本発明の１つの可能な実施態様によるドープされた構造の場合、およびドープされていない構造の場合の、コントラストの変化をポンプキャリアの密度の関数としてプロットしたグラフである。
【図３】
図３は、平衡に戻る時間をドーパントの濃度の関数としてプロットしたグラフである。
【図４】
図４は、種々のドーピング濃度の値について、コントラストの変化を、ポンプによって発生したキャリアの密度の関数としてプロットしたグラフである。
【図１】
2004503803.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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2004503803.tif 000008
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2004503803.tif 000019
2004503803.tif 000020
2004503803.tif 000021
2004503803.tif 000022
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004503803.tif 000023
2004503803.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成14年11月25日(2002.11.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ−Ｖ材料から作られ、量子の障壁と井戸との連続を構成する多層スタックを有し、かつ、該スタック内に分布する複数の再結合中心を有する可飽和吸収構造であって、その特徴が、
該再結合中心が、バンドギャップの略中央に位置している単一の不連続の再結合エネルギーレベルを規定する鉄原子であることである、
前記可飽和吸収構造。
【請求項２】
再結合中心が、１０１６／ｃｍ３と１０１８／ｃｍ３との間の濃度において分布していることを特徴とする、請求項１に記載の可飽和吸収構造。
【請求項３】
スタックが、Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ／ＩｎＰ連続体を含むことを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の可飽和吸収構造。
【請求項４】
ＩＩＩ−Ｖ材料から作製された可飽和吸収構造であって、該構造内に分布する複数の再結合中心を含み、
その特徴が、
該再結合中心が、バンドギャップの略中央に位置している単一の不連続の再結合エネルギーレベルを規定する鉄原子であることである、
前記可飽和吸収構造。
【請求項５】
請求項１〜３の１つに記載の可飽和吸収多重量子井戸構造を得る方法であって、
スタックの層がエピタキシーによって成長されること、および再結合中心が該スタックの層のエピタキシャル成長の間にドーピングによって導入されることを特徴とする、前記方法。
【請求項６】
請求項１〜４の１つに記載の可飽和吸収構造を有することを特徴とする、光学コンポーネント。
【請求項７】
請求項６に記載のコンポーネントからなることを特徴とする、光学信号再生光学コンポーネント。
【請求項８】
伝送ラインと、該ラインによって伝送される光学信号を発生しかつ受け取るための手段とを有する光ファイバー伝送系であって、
該伝送ライン中に請求項６に記載の再生光学コンポーネントを少なくとも１つ含むことを特徴とする、前記光ファイバー伝送系。
【国際調査報告】
2004503803.tif 000025
2004503803.tif 000026
2004503803.tif 000027
2004503803.tif 000028
2004503803.tif 000029
2004503803.tif 000030