キャリア分散効果(プラズマ分散効果)とは

きゃりあぶんさんこうか

半導体中の自由な電子や正孔の濃度を変えると、屈折率と光の吸収が変わる現象。シリコンにはポッケルス効果がほとんどないため、光変調器で位相を変えるのに使われる。キャリア濃度を増やすと屈折率は小さくなる。

「キャリア分散効果(プラズマ分散効果)」は、1分野の2問の練習問題に出てきます(シリコンフォトニクスなど)。

この用語の分野: シリコンフォトニクス

キャリア分散効果(プラズマ分散効果)の練習問題に挑戦

シリコンの光変調器で、電気信号によって屈折率を変える方法としてキャリア分散効果(プラズマ分散効果)が使われる理由はどれか。

Aシリコンは直接遷移型なので、キャリアを注入すると強く発光し、その光で屈折率が変わるから
B電子や正孔の濃度を変えても屈折率は変わらず、光の吸収だけが変わるので扱いやすいから
Cシリコンの結晶は反転対称性をもち、電界で屈折率が直接変わるポッケルス効果がほとんど現れないから

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正解：C. シリコンの結晶は反転対称性をもち、電界で屈折率が直接変わるポッケルス効果がほとんど現れないから

ニオブ酸リチウムなどの結晶では、電界に比例して屈折率が変わるポッケルス効果を使って高速な変調器をつくれますが、シリコンは結晶構造が反転対称のため、この効果がほとんどありません。そこで、電子や正孔(自由キャリア)の濃度を変えると屈折率と吸収が変わるキャリア分散効果を利用します。キャリア濃度を増やすと屈折率は小さくなり、同時に吸収も増えます。屈折率の変化はわずか(10⁻³程度以下)なので、変調器の長さを数 mm程度にして位相の変化を稼ぎます。シリコンは間接遷移型です。

解説の中の「キャリア分散効果(プラズマ分散効果)」

そこで、電子や正孔(自由キャリア)の濃度を変えると屈折率と吸収が変わるキャリア分散効果を利用します。
シリコンの光変調器で、電気信号によって屈折率を変える方法としてキャリア分散効果(プラズマ分散効果)が使われる理由はどれ…
一方、SiNは絶縁体なので、キャリア分散効果を使った変調器はつくれません。
シリコンフォトニクスで、シリコン導波路とともに窒化シリコン(SiN)の導波路を組み合わせることがある。SiN導波路の特…

「キャリア分散効果(プラズマ分散効果)」が出てくる問題(2問)

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