【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＴＢＱ（ｔｕｎｎｅｌ
ｉｎｇ ｂｉ−ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ：ＴＢＱ）構造を有し、光・光スイッチ、光双安定装置、光・光メモリなどとして機能する非線型光学装置の改良に関する。

【０００２】通常、この種の非線型光学装置は、動作光の照射及び非照射に依って動作状態及び非動作状態を切り換え、装置に入力される非動作光の伝送を制御するように作用するものであり、現在、その高速動作性及びＳ
／Ｎの向上などが要求されている。

【０００３】

【従来の技術】一般に、非線型光学装置として半導体超格子を用いたものが知られ、これは、二次元励起子の光吸収及び回復に伴う非線型動作特性を利用するものであって、光の伝送を高速で制御することができる。

【０００４】ところが、前記非線型光学装置に於いては、二次元励起子の生成は速いのであるが、回復時間が電子と正孔の再結合時間に依存するので遅くなってしまい、従って、全体としての動作は遅い方で決まってしまう。

【０００５】前記のような問題を解消しようとして、Ｔ
ＢＱ構造をもった非線型光学装置が開発された（要すれば、特願昭６３−２２４５４７号を参照）。

【０００６】図５は従来のＴＢＱ構造をもつ非線型光学装置を解説する為のエネルギ・バンド・ダイヤグラムである。 図５に於いて、３１，３３，３５，３７は広い禁制帯の材料からなる半導体層で生成された電位障壁、３
２及び３６は狭い禁制帯の材料からなる厚い半導体層で生成された広い量子井戸、３４は狭い禁制帯の材料からなる薄い半導体層で生成された狭い量子井戸、Ｅ _Vは価電子帯の頂、Ｅ _Cは伝導帯の底、ｅ ₁は量子井戸内に於ける電子の第一量子準位、ｈ ₁は量子井戸内に於ける正孔の第一量子準位をそれぞれ示している。

【０００７】図５から判るように、この非線型光学装置は、広い禁制帯の材料からなる半導体層で生成された電位障壁３３及び３５で挟まれた狭い禁制帯の材料からなる薄い半導体層で生成された狭い量子井戸３４と、それ等の両側に在って狭い禁制帯の材料からなる厚い半導体層で生成された広い量子井戸３２及び３６とからなる構成全体を一単位とするＴＢＱ構造を含んでいる。

【０００８】この非線型光学装置では、狭い量子井戸３
４をなす半導体層が実際の能動層として動作し、また、
広い量子井戸３２及び３６をなす半導体層が電子の捨て場、即ち、非能動層として用いられる。

【０００９】従って、この非線型光学装置に被制御光を照射しておき、それより強力な制御光を照射することに依って、被制御光の透過或いは非透過を制御するものであって、制御光に依って能動層である狭い量子井戸３４
に生成された電子及び正孔のうちの電子は両側に在る電位障壁３３或いは３５を容易にトンネリングして非能動層である広い量子井戸３２或いは３６に移る。 この現象は、狭い量子井戸３４内に於ける電子の第一量子準位ｅ
₁に比較し、広い量子井戸３２或いは３６内の第一量子準位ｅ ₁が低いことに原因がある。

【００１０】前記したところから明らかなように、この非線型光学装置の回復時間は、狭い量子井戸３４に生成された電子が電位障壁３３或いは３５をトンネリングする時間に依って決まることになり、通常、０．５〔ｐ
ｓ〕〜５００〔ｐｓ〕の程度にすることができ、極めて高速であって、冒頭に記述した非線型光学装置に比較すると光の吸収能力を回復する時間は著しく短縮することができた。

【００１１】ところが、この非線型光学装置では、電子の捨場である非能動層、即ち、広い量子井戸３２並びに３６をなす半導体層に於いても光吸収が生ずる旨の問題があり、また、能動層、即ち、狭い量子井戸３２及び３
６に於ける正孔の緩和が遅い旨の問題もある。

【００１２】そこで、前記の諸問題を解消する為、縦構造ｐｎ型超格子を用いた非線型光学装置が開発された（要すれば、特願平２−４１１９１５号を参照）。 図６
は縦構造ｐｎ型超格子を用いた非線型光学装置を説明する為のエネルギ・バンド・ダイヤグラムある。

【００１３】図６に於いて、Ｃ１は第一の禁制帯をもつ第一の物質層、Ｃ２は第二の禁制帯をもつ第二の物質層、Ｃ３は第一の禁制帯をもつ第一の物質層、Ｃ４は第三の禁制帯をもつ第三の物質層、Ｃ５は第一の禁制帯をもつ第一の物質層、Ｃ６は第四の禁制帯をもつ第四の物質層、Ｅ _Vは価電子帯の頂、Ｅ _Cは伝導帯の底、Ｅ _g1は第一の物質層Ｃ１，Ｃ３，Ｃ５に於けるエネルギ・バンド・ギャップ、Ｅ _g2は第二の物質層Ｃ２に於けるエネルギ・バンド・ギャップ、Ｅ _g3は第三の物質層Ｃ４に於けるエネルギ・バンド・ギャップ、Ｅ _g4は第四の物質層Ｃ
６に於けるエネルギ・バンド・ギャップ、ｅ ₁は電子の第一量子準位、ｈ ₁は正孔の第一量子準位をそれぞれ示している。

【００１４】図６から明らかなように、この非線型光学装置に於いては、キャリヤの捨場である非能動層である第二の物質層Ｃ２及び第四の物質層Ｃ６は図５について説明した非線型光学装置に比較して著しくワイド・バンド・ギャップ化してあり、そして、第三の物質層Ｃ４に第一の物質層Ｃ３を介して接する第二の物質層Ｃ２にｐ
型不純物がドーピングされ、また、第一の物質層Ｃ５を介して接する第四の物質層Ｃ６にｎ型不純物がドーピングされている。

【００１５】図６の非線型光学装置に於いては、第二の物質層Ｃ２と第四の物質層Ｃ６とに不純物が添加されたことに起因する内部電界に依って、第二の物質層Ｃ２、
第三の物質層Ｃ４、第四の物質層Ｃ６にそれぞれ生成される電子の第一量子準位のエネルギ・レベルが階段状に傾斜して第二の物質層Ｃ２＞第三の物質層Ｃ４＞第四の物質層Ｃ６となり、正孔の第一量子準位のエネルギ・レベルも階段状に傾斜して第二の物質層Ｃ２＜第三の物質層Ｃ４＜第四の物質層Ｃ６となる。

【００１６】即ち、量子井戸をなす半導体材料の組成に依存することなく、第三の物質層Ｃ４に生成された二次元励起子の電子は第四の物質層Ｃ６に、また、正孔は第二の物質層Ｃ２へと別々の層にトンネリングするようなエネルギ・バンド構造が生成されている。 尚、第三の物質層Ｃ４の電子と正孔の第一量子準位ｅ ₁及びｈ ₁の間のエネルギ差を第二の物質層Ｃ２及び第四の物質層Ｃ６
に於けるそれよりも大きくないようにし、主として第三の物質層Ｃ４で光吸収が起こる構成になっている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】図６について説明した縦構造ｐｎ型超格子を用いた非線型光学装置は、能動層である第三の物質層Ｃ４のみで光吸収が起こり、その第三の物質層Ｃ４で光励起された電子と正孔はそれぞれ逆方向に別々の井戸、即ち、第四の物質層Ｃ６と第二の物質層Ｃ２とに逃がすようにしている為、電子と正孔のトンネリング時間を別個に制御することが可能となったのである。

【００１８】然しながら、電子と正孔の障壁層トンネリング時間を同程度とするには、有効質量が大きい正孔に対する障壁層を電子に対する障壁層に比較して極端に薄くすることが必要であるが、正孔に対する障壁層が薄くなると、能動層と正孔の捨場である量子井戸間に於ける電子の波動関数のカップリングが強くなり、能動層に於ける励起子吸収ピーク強度が低下する旨の問題が起こる。

【００１９】本発明は、簡単な手段を採ることに依り、
正孔の障壁層トンネリング時間は電子の障壁層トンネリング時間と遜色がないように、しかも、能動層に於ける電子の閉じ込めを強力に行って励起子吸収ピーク強度の低下がないように、即ち、二次元励起子に起因する非線型光学性を損なうことなく高速動作を可能にしようとする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理を解説する為の非線型光学装置を表す要部斜面図であり、また、図２は図１に見られる非線型光学装置のエネルギ・
バンド・ダイヤグラムである。

【００２１】図に於いて、１は基板、２はエッチング停止層、ＳＬは縦構造ｐｎ型超格子、Ａ１は第一の禁制帯をもつ第一の物質層、Ａ２は第二又は第三の禁制帯をもつ第二又は第三の物質層、Ａ３は第一の禁制帯をもつ第一の物質層、Ａ４は第二の禁制帯をもつ第二の物質層、
Ａ５は第一の禁制帯をもつ第一の物質層、Ａ６は第二又は第三の禁制帯をもつ第二又は第三の物質層、Ｂ１及びＢ２は第四の禁制帯をもち且つ電子に対してのみ障壁として作用する第四の物質層、Ｄは欠陥層、ｅ ₁は電子の第一量子準位、ｈ ₁は正孔の第一量子準位をそれぞれ示し、第二又は第三の物質層Ａ２にはＢｅなどｐ型不純物がドーピングされ、そして、第二又は第三の物質層Ａ６
にはＳｉなどｎ型不純物がドーピングされている。

【００２２】欠陥層Ｄは溝に代替することができ、何れにせよ、それ等と縦構造ｐｎ型超格子ＳＬとの界面では、キャリヤの再結合速度が大きく、従って、そこではキャリヤの再結合が盛んに行われるので、キャリヤの捨場である第二又は第三の物質層Ａ２及びＡ６に蓄積されるキャリヤは少なくなる。

【００２３】前記ドーピングは、第二又は第三の物質層Ａ２或いは第二又は第三の物質層Ａ６に均一に行って良いのは勿論であるが、各物質層Ａ２或いはＡ６の中心部分にプレーナ・ドーピングすることもでき、そのようにした場合、第一の物質層Ａ１や第四の物質層Ｂ１、又は、第一の物質層Ａ３や第四の物質層Ｂ２、或いは、第一の物質層Ａ５のそれぞれに対して成長時に不純物拡散の虞が少なく、そして、均一ドーピングに比較して高濃度のドーピングが可能であることから、大きな内部電界を得るのに有利である。

【００２４】図１及び図２に見られる非線型光学装置は、第一の物質層Ａ１から第二又は第三の物質層Ａ６までを一周期とし、これを順次折り返したかたちで連続させた構成の超格子からなっている。

【００２５】また、第二又は第三の物質層Ａ２と第二又は第三の物質層Ａ６とに不純物が添加されたことに起因する内部電界に依って、第二又は第三の物質層Ａ２、第二の物質層Ａ４、第二又は第三の物質層Ａ６にそれぞれ生成される電子の第一量子準位ｅ ₁のエネルギ・レベルは階段状に傾斜し、第二又は第三の物質層Ａ２＞第三の物質層Ａ４＞第二又は第三の物質層Ａ６、となり、正孔の第一量子準位ｈ ₁のエネルギ・レベルも階段状に傾斜し、第二又は第三の物質層Ａ２＜第三の物質層Ａ４＜第二又は第三の物質層Ａ６、となる。

【００２６】前記したところから明らかであるが、第二の物質層Ａ４は量子井戸からなる能動層として、また、
第二又は第三の物質層Ａ２は能動層である第二の物質層Ａ４に生成された正孔を逃がす為の量子井戸として、第二又は第三の物質層Ａ６は能動層である第二の物質層Ａ
４に生成された電子を逃がす為の量子井戸としてそれぞれ機能するものである。

【００２７】さて、図１及び図２に見られる非線型光学装置と図６に見られる非線型光学装置とを比較すると、
量子井戸からなる能動層である第二の物質層Ａ４（図６
で第三の物質層Ｃ４に相当）及び第二の物質層Ａ４に生成された正孔を逃がす為の量子井戸である第二の物質層Ａ２（図６で第二の物質層Ｃ２に相当）の間に電子及び正孔の両方に対して障壁の働きをする第一の物質層Ａ３
（図６で第一の物質層Ｃ３に相当）を設ける構成については同様であるが、図１及び図２に見られる非線型光学装置では、第一の物質層Ａ３に対し、電子のみに対する障壁として作用する第四の物質層Ｂ２を付加した点が顕著に相違している。

【００２８】この第四の物質層Ｂ２を形成したことに依って、量子井戸からなる能動層である第二の物質層Ａ４
及び正孔を逃がす為の量子井戸である第二の物質層Ａ２
の間に於ける電子の波動関数のカップリングは弱められ、第二の物質層Ａ４に於ける電子の閉じ込めは強力になる。

【００２９】前記したところから、本発明に依る非線型光学装置に於いては、（１）第一の禁制帯をもち電子と正孔に対し電位障壁として作用し正孔が充分にトンネリング可能な厚さを有する第一の物質層Ａ１（例えばアンドープＩｎ _0.52 Ａｌ _0.48 Ａｓ層）及び前記第一の物質層Ａ１に隣接して形成され且つ第四の禁制帯をもつと共に電子に対してのみ電位障壁として作用する第四の物質層Ｂ１（例えばアンドープ（ＧａＡｓ _0.51 Ｓｂ _0.49 ）
_x （Ｉｎ _0.52 Ａｌ _0.48 Ａｓ） _1-x層）及び前記第四の物質層Ｂ１に隣接して形成され且つ第二或いは第三の禁制帯をもつと共にｐ型不純物がドーピングされ電子と正孔に対する量子井戸として作用する第二或いは第三の物質層Ａ２（例えばｐ型Ｉｎ _0.53 Ｇａ _0.47 Ａｓ層）及び前記第二或いは第三の物質層Ａ２に隣接して形成され且つ第四の禁制帯をもつと共に電子に対してのみ電位障壁として作用する第四の物質層Ｂ２（例えばアンドープ（Ｇａ
Ａｓ _0.51 Ｓｂ _0.49 ） _x （Ｉｎ _0.52 Ａｌ _0.48 Ａｓ）
_1-x層）及び前記第四の物質層Ｂ２に隣接して形成され且つ第一の禁制帯をもつと共に電子と正孔に対して電位障壁として作用し正孔が充分にトンネリング可能な厚さを有する第一の物質層Ａ３（例えばアンドープＩｎ _0.52
Ａｌ _0.48 Ａｓ層）及び前記第一の物質層Ａ３に隣接して形成され且つ第二の禁制帯をもつと共に電子と正孔に対する量子井戸として作用する能動層であって二次元励起子が存在し得る厚さを有する第二の物質層Ａ４（例えばアンドープＩｎ _0.53 Ｇａ _0.47 Ａｓ層）及び前記第二の物質層Ａ４に隣接して形成され且つ第一の禁制帯をもつと共に電子と正孔に対して電位障壁として作用し電子が充分にトンネリング可能な厚さを有する第一の物質層Ａ５
（例えばアンドープＩｎ _0.52 Ａｌ _0.48 Ａｓ層）及び前記第一の物質層Ａ５に隣接して形成され且つ第二或いは第三の禁制帯をもつと共にｎ型不純物がドーピングされ電子及び正孔に対する量子井戸として作用する第二或いは第三の物質層Ａ６（例えばｐ型Ｉｎ _0.53 Ｇａ _0.47 Ａｓ
層）の各物質層が積層されて一周期をなす縦構造ｐｎ型超格子を備え、且つ、前記した第二或いは第三の物質層Ａ２及び第二或いは第三の物質層Ａ６にそれぞれ生成される電子と正孔の第一量子準位間のエネルギ差が前記した第二の物質層Ａ４に生成される電子と正孔の第一量子準位間のエネルギ差に比較して大であることを特徴とするか、或いは、

【００３０】（２）前記（１）に於いて、第四の物質層Ｂ２及び第一の物質層Ａ３の位置を入れ替え第一の物質層Ａ３と第二或いは第三の物質層Ａ２を且つ第四の物質層Ｂ２と第二の物質層Ａ４をそれぞれ隣接させてなることを特徴とするか、或いは、

【００３１】（３）前記（１）或いは（２）に於いて、
第四の物質層Ｂ１と第一の物質層Ａ１との位置を入れ替え第一の物質層Ａ１と第二或いは第三の物質層Ａ２を且つ第四の物質層Ｂ１と第二の物質層Ａ４をそれぞれ隣接させてなることを特徴とするか、或いは、

【００３２】（４）前記（１）或いは（２）或いは（３）に於いて、第二或いは第三の物質層Ａ２から正孔を且つ第二或いは第三の物質層Ａ６から電子をそれぞれ除去する為に縦構造ｐｎ型超格子をライン状或いは網目状に区分すると共に前記縦構造ｐｎ型超格子の表面側から裏面側にまで達して再結合中心の作用をする欠陥層（例えば欠陥層Ｄ）が形成されてなることを特徴とするか、或いは、

【００３３】（５）前記（１）或いは（２）或いは（３）に於いて、第二或いは第三の物質層Ａ２から正孔を且つ第二或いは第三の物質層Ａ６から電子をそれぞれ除去する為に縦構造ｐｎ型超格子をライン状或いは網目状に区分すると共に前記縦構造ｐｎ型超格子の表面側から裏面側にまで達して再結合中心の作用をする溝が形成されてなることを特徴とするか、或いは、

【００３４】（６）前記（１）或いは（２）或いは（３）或いは（４）或いは（５）に於いて、縦構造ｐｎ
型超格子の表面及び裏面に半導体多層膜或いは誘電体膜などからなる光学ミラー（例えば半導体多層膜ミラー３
及び４）が形成されてなることを特徴とする。

【００３５】

【作用】前記手段を採ることに依り、本発明の非線型光学装置では、正孔と電子の両方に対して作用すべき障壁に於いて、正孔に対する障壁の厚さを正孔のトンネリング時間が電子のそれに匹敵する程度に充分に薄くしても、電子に対する障壁は実質的に充分に厚くすることができるので、量子井戸からなる能動層である第二の物質層Ａ４に生成された電子は強力に閉じ込められ、そこでの電子の波動関数が同じく第二の物質層Ａ４で生成された正孔を逃がす為の量子井戸である第二又は第三の物質層Ａ２とカップリングすることを抑止することができ、
従って、前記正孔のトンネリング確率を電子なみにしたとしても、励起子ピーク強度の低下を招来することは皆無であり、二次元励起子に起因する非線型光学性を損なうことなく高速動作させることができる。

【００３６】

【実施例】図１及び図２について説明した非線型光学装置の構成を実施例として具体化した場合の主要なデータを例示して解説する。 尚、図２には、縦構造ｐｎ型超格子について（一周期分＋二層分）が示されているので、
その全てについて説明してある。

【００３７】（１） 第一の物質層Ａ１について 材料：アンドープＩｎ _0.52 Ａｌ _0.48 Ａｓ 厚さ：１．１７〔ｎｍ〕 （２） 第四の物質層Ｂ１について 材料：アンドープ（ＧａＡｓ _0.51 Ｓｂ _0.49 ） _x （Ｉｎ
_0.52 Ａｌ _0.48 Ａｓ） _1-x厚さ：２．９４〔ｎｍ〕

【００３８】（３） 第二又は第三の物質層Ａ２について 材料：ｐ型Ｉｎ _0.53 Ｇａ _0.47 Ａｓ又はｐ型（Ｉｎ _0.53 Ｇ
ａ _0.47 Ａｓ） _y （Ｉｎ _{0. 52} Ａｌ _0.48 Ａｓ） _1-y厚さ：２．９４〔ｎｍ〕 ドーピング：層の中心部分にＢｅを１×１０ ¹² 〔cm ^-2 〕
としてプレーナ・ドーピング （４） 第四の物質層Ｂ２について 材料：アンドープ（ＧａＡｓ _0.51 Ｓｂ _0.49 ） _x （Ｉｎ
_0.52 Ａｌ _0.48 Ａｓ） _1-x厚さ：２．９４〔ｎｍ〕

【００３９】（５） 第一の物質層Ａ３について 材料：アンドープＩｎ _0.52 Ａｌ _0.48 Ａｓ 厚さ：１．１７〔ｎｍ〕 （６） 第二の物質層Ａ４について 材料：アンドープＩｎ _0.53 Ｇａ _0.47 Ａｓ 厚さ：４．５０〔ｎｍ〕

【００４０】（７） 第一の物質層Ａ５について 材料：アンドープＩｎ _0.52 Ａｌ _0.48 Ａｓ 厚さ：４．１１〔ｎｍ〕 （８） 第二又は第三の物質層Ａ６について 材料：ｎ型Ｉｎ _0.53 Ｇａ _0.47 Ａｓ又はｎ型（Ｉｎ _0.53 Ｇ
ａ _0.47 Ａｓ） _y （Ｉｎ _{0. 52} Ａｌ _0.48 Ａｓ） _1-y厚さ：３．５２〔ｎｍ〕 ドーピング：層の中心部分にＳｉを１×１０ ¹² 〔cm ^-2 〕
としてプレーナ・ドーピング

【００４１】（９） 第一の物質層Ａ５について 材料：アンドープＩｎ _0.52 Ａｌ _0.48 Ａｓ 厚さ：４．１１〔ｎｍ〕 （１０） 第二の物質層Ａ４について 材料：アンドープＩｎ _0.53 Ｇａ _0.47 Ａｓ 厚さ：４．５０〔ｎｍ〕

【００４２】（１１） 超格子の積層周期数について Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６を一周期とし且つＡ６で折り返して５０周期 尚、超格子は、Ａ１とＢ１を入れ替え、また、Ｂ２とＡ
３を入れ替えて、Ｂ１，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ２，Ａ
４，Ａ５，Ａ６とすることもできる。 （１２） 基板１について 材料：ＩｎＰ

【００４３】（１３） 欠陥層Ｄについて 幅：例えば０．５〔μｍ〕 本数：平面の占有面積が１００〔μｍ〕×１００〔μ
ｍ〕である縦構造ｐｎ型超格子に対して２５〔本〕 （溝の場合も幅及び本数ともに同じ）

【００４４】前記実施例は、従来から多用されている半導体装置の製造技術を適用し、極めて容易に作成することができる。 （１） 例えば分子線エピタキシャル成長（ｍｏｌｅｃ
ｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法、或いは、有機金属化学気相堆積（ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉ
ｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｕｒ ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法など適宜の化合物半導体結晶成長法を適用することに依り、基板１上にエッチング停止層２と縦構造ｐｎ型超格子ＳＬを積層成長させる。

【００４５】（２） 例えば化学気相堆積（ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）
法を適用することに依り、例えばＳｉＯ ₂からなる保護膜を形成する。

【００４６】（３） 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ってレジスト膜を形成してから、必要に応じて光ビーム、電子ビーム、集束イオン・ビームなどに依るライン状或いは網目状の露光を行って現像する。

【００４７】（４） エッチング・ガスとしてＣＨＦ ₃
系ガスを用いた反応性イオン・エッチング（ｒｅａｃｔ
ｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）法を適用することに依り、前記レジスト膜をマスクとしてＳｉＯ ₂
からなる保護膜のパターニングを行う。

【００４８】（５） ＳｉＯ ₂からなる保護膜をマスクとして、Ｓｉ或いはＢｅのイオンを注入し、ライン状の欠陥層Ｄ或いは網目状の欠陥層Ｄを形成する。 尚、前記（２）乃至（４）のプロセスを経ることなく、集束イオン・ビームを用いて、積層表面にＳｉイオンやＢｅイオンで直接描画しても良い。

【００４９】（６） リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス並びにエッチャントをＨＢｒ系エッチング液とするウエット・エッチング法を適用することに依って、ＩｎＰからなる基板１の背面エッチングを行う。 このエッチングは、エッチング停止層２で自動的に停止するので、基板１が厚くても何らの困難もない。 尚、このようなエッチングを行うのは、入射する光の損失を低減させる為であることは云うまでもない。

【００５０】以上の説明は、欠陥層Ｄを形成する場合の工程について行ったのであるが、溝Ｄを形成する場合には、前記工程（６）に於いて、同じくＳｉＯ ₂からなる保護膜をマスクとし、エッチング・ガスをＣｌ系ガスとするＲＩＥ法を適用することに依って縦構造ｐｎ型超格子ＳＬの選択的エッチングを行って溝Ｄを完成させれば良い。

【００５１】図３は図１及び図２について説明した非線型光学装置をエタロン素子として応用した実施例を表す要部斜面図であり、図１及び図２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、３及び４は半導体多層膜ミラーを示し、具体的には、例えばＩｎＡｌＡｓ層とＩｎＧａＡｓ
層との繰り返し多層積層膜、又は、ＧａＡｓ層とＡｌＡ
ｓ層との繰り返し多層積層膜からなっている。 尚、ミラーとしては、半導体多層膜ミラーの代わりに誘電体膜ミラーを用いることもできる。

【００５２】図４は本発明実施例に依って得られた静的な光吸収特性を表す線図であり、縦軸には光吸収率（任意スケール）を、また、横軸には波長〔ｎｍ〕をそれぞれ採ってある。 図には、本発明に依るものの特性線ＡＢ
１と、参考の為、従来の技術に依るものの特性線ＡＢ２
とを示してあり、特性線ＡＢ１には、特性線ＡＢ２に比較し、明瞭な二次元励起子ピークが存在することを看取できる。

【００５３】

【発明の効果】本発明の非線型光学装置に於いては、電子と正孔に対し電位障壁として作用する第一の物質層Ａ
１及びｐ型不純物がドーピングされ電子と正孔に対する量子井戸として作用する第二或いは第三の物質層Ａ２及び電子に対してのみ電位障壁として作用する第四の物質層Ｂ２及び電子と正孔に対して電位障壁として作用する第一の物質層Ａ３及び電子と正孔に対する量子井戸として作用する能動層であって二次元励起子が存在し得る厚さを有する第二の物質層Ａ４及び電子と正孔に対して電位障壁として作用する第一の物質層Ａ５及びｎ型不純物がドーピングされ電子及び正孔に対する量子井戸として作用する第二或いは第三の物質層Ａ６の各物質層が積層されて一周期をなす縦構造ｐｎ型超格子を備え、且つ、
前記した第二或いは第三の物質層Ａ２及び第二或いは第三の物質層Ａ６にそれぞれ生成される電子と正孔の第一量子準位間のエネルギ差が前記した第二の物質層Ａ４に生成される電子と正孔の第一量子準位間のエネルギ差に比較して大になっている。

【００５４】前記構成を採ることに依り、本発明の非線型光学装置では、正孔と電子の両方に対して作用すべき障壁に於いて、正孔に対する障壁の厚さを正孔のトンネリング時間が電子のそれに匹敵する程度に充分に薄くしても、電子に対する障壁は実質的に充分に厚くすることができるので、量子井戸からなる能動層である第二の物質層Ａ４に生成された電子は強力に閉じ込められ、そこでの電子の波動関数が同じく第二の物質層Ａ４で生成された正孔を逃がす為の量子井戸である第二又は第三の物質層Ａ２とカップリングすることを抑止することができ、従って、前記正孔のトンネリング確率を電子なみにしたとしても、励起子ピーク強度の低下を招来することは皆無であり、二次元励起子に起因する非線型光学性を損なうことなく高速動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を解説する為の非線型光学装置を表す要部斜面図である。

【図２】図１に見られる非線型光学装置のエネルギ・バンド・ダイヤグラムである。

【図３】図１及び図２について説明した非線型光学装置をエタロン素子として応用した実施例を表す要部斜面図である。

【図４】本発明実施例に依って得られた静的な光吸収特性を表す線図である。

【図５】従来のＴＢＱ構造をもつ非線型光学装置を解説する為のエネルギ・バンド・ダイヤグラムである。

【図６】縦構造ｐｎ型超格子を用いた非線型光学装置を説明する為のエネルギ・バンド・ダイヤグラムある。

【符号の説明】

１ 基板 ２ エッチング停止層 ＳＬ 縦構造ｐｎ型超格子 Ａ１ 第一の禁制帯をもつ第一の物質層 Ａ２ 第二又は第三の禁制帯をもつ第二又は第三の物質層 Ａ３ 第一の禁制帯をもつ第一の物質層 Ａ４ 第二の禁制帯をもつ第二の物質層 Ａ５ 第一の禁制帯をもつ第一の物質層 Ａ６ 第二又は第三の禁制帯をもつ第二又は第三の物質層 Ｂ１ 第四の禁制帯をもち且つ電子に対してのみ障壁として作用する第四の物層 Ｂ２ 第四の禁制帯をもち且つ電子に対してのみ障壁として作用する第四の物層 Ｄ 欠陥層 ｅ ₁電子の第一量子準位 ｈ ₁正孔の第一量子準位