CN107564993A - 光开关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光开关，该光开关包括通过入射光而从截止状态转换到导通状态的光晶闸管、当所述光晶闸管处于导通状态时输出出射光的发光元件、设置于所述光晶闸管与所述发光元件之间的隧道结层或具有金属导电性的III‑V族化合物层。

Description

光开关
技术领域
本发明涉及一种光开关。
背景技术
在日本专利文献特开平1-238962号公报中公开了一种发光元件阵列，将许多个可从外部控制阈值电压或阈值电流的发光元件进行一维、二维或三维排列，将控制各发光元件的阈值电压或阈值电流的电极用电气装置相互电连接，在各发光元件上连接从外部施加电压或电流的时钟线路。
在日本专利文献特开2009-286048号公报中公开了一种自扫描型光源头，其具备基板、在基板上配设成阵列状的面发光型半导体激光器、排列于基板上并作为使所述面发光型半导体激光器的发光选择性地导通/截止的开关元件的晶闸管。
在日本专利文献特开2001-308385号公报中公开了一种自扫描型发光装置，其构成pnpnpn6层半导体结构的发光元件，在两端的p型第一层和n型第6层、及中央的p型第三层和n型第四层上设置电极，使pn层担负发光二极管功能，使pnpn4层担负晶闸管功能。
但是，在数据中心或超级计算机中，使用许多光通信器件。在此，由光纤等传送的光信号通过光通信器件被转换成电信号。而且，在电信号中，通过微处理器等信号处理器件实施了信号处理后，电信号通过光通信器件再次转换成光信号并通过光纤进行传送。即，被转换成光信号、电信号、光信号。因此，速度变慢，电力消耗增大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于，提供一种不必转换成电信号，通过光就能够进行信号处理的光开关。
根据本发明的第一方面，提供一种光开关，其包括：光晶闸管、发光元件、隧道结层或具有金属导电性的III-V族化合物层。光晶闸管通过入射光而从截止状态转换到导通状态。发光元件当所述光晶闸管处于导通状态时输出出射光。隧道结层或具有金属导电性的III-V族化合物层设置于所述光晶闸管与所述发光元件之间。
根据本发明的第二方面，提供根据第一方面的光开关，其特征在于，所述光晶闸管在栅极层具备控制电极。
根据本发明的第三方面，提供根据第一或第二方面的光开关，其特征在于，所述发光元件包括半导体层，所述光晶闸管具备带隙能量比所述发光元件的所述半导体层的带隙能量小的电压降低层。
根据本发明的第四方面，提供根据第一至第三方面中任一方面的光开关，其特征在于，所述发光元件的电流路径狭窄。
根据本发明的第五方面，提供根据第一至第四方面中任一方面的光开关，其特征在于，所述光晶闸管在输出来自所述发光元件的所述出射光的路径上具备开口部。
根据本发明的第六方面，提供根据第五方面的光开关，其特征在于，所述光晶闸管的所述开口部的侧壁倾斜以便接受所述入射光。
根据本发明的第七方面，提供根据第一至第六方面中任一方面的光开关，其特征在于，所述光晶闸管的接受所述入射光的一侧、即形成电极的面包括未被该电极覆盖的部分。
根据本发明的第八方面，根据第一至第七方面中任一方面的光开关，其特征在于，所述发光元件包括发光层，所述光开关包括与所述发光元件的所述发光层相对设置的分布式布拉格反射层。
根据本发明的第九方面，提供根据第一至第八方面中任一方面的光开关，其特征在于，所述发光元件在所述光晶闸管为截止状态期间，被施加维持在输出光量比所述出射光小的光的状态的偏置电压。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：根据本发明的第一方面，能够不必转换成电信号而是通过光进行信号处理。
根据本发明的第二方面，与不具备控制电极的情况相比，能够调整使光晶闸管导通的入射光的光量。
根据本发明的第三方面，与不具备电压降低层的情况相比，能够降低驱动电压。
根据本发明的第四方面，与不使电流路径狭窄的情况相比，能够实现低耗电量化。
根据本发明的第五方面，与在出射光的路径上不设置开口部的情况相比，对入射光的灵敏度提高。
根据本发明的第六方面，与开口部的侧壁不接受入射光的情况相比，对入射光的灵敏度进一步提高。
根据本发明的第七方面，入射光进入的一侧被电极覆盖的情况相比，对入射光的灵敏度提高。
根据本发明的第八方面，与未使用分布式布拉格反射层的情况相比，光利用效率提高。
根据本发明的第九方面，与不施加偏置电压的情况相比，发光元件的响应特性改善。
附图说明
将基于下列附图详细说明本发明的实施方式，其中：
图1是说明第一实施方式的光开关的图，(a)是剖面图，(b)是俯视图，(c)是等效电路；
图2是进一步说明光晶闸管与垂直腔面发射激光器的层叠结构的图，(a)是光晶闸管与垂直腔面发射激光器的层叠结构的示意性能带图，(b)是隧道结层的反向偏压状态中的能带图，(c)示出隧道结层的电流电压特性；
图3是说明光开关的制造方法的图，(a)是半导体层叠体形成步骤，(b)是阴极电极形成步骤，(c)是露出隧道结层的蚀刻步骤，(d)是电流狭窄层中的电流阻止部形成步骤，(e)是露出p栅极层的蚀刻步骤，(f)是阳极电极形成步骤；
图4是说明构成金属导电性III-V族化合物层的材料的图，(a)示出InNAs相对于InN的组成比x的带隙，(b)示出InNSb相对于InN的组成比x的带隙，(c)相对于带隙示出IV族元素及III-V族化合物的晶格常数；
图5是说明具备电压降低层的光晶闸管与垂直腔面发射激光器层叠而成的光开关的图，(a)是剖面图，(b)是俯视图，(c)是等效电路；
图6是说明晶闸管的结构及其特性的图，(a)是说明具备电压降低层的晶闸管的结构的剖面图，(b)是说明不具备电压降低层的晶闸管的结构的剖面图，(c)示出这些晶闸管的特性；
图7是说明构成半导体层的材料的带隙能量的图；
图8是说明光开关进行的逻辑运算的图，(a)是逻辑积(AND)电路，(b)是逻辑和(OR)电路；
图9是说明通过光开关进行的其它逻辑运算的图，(a)是否定逻辑积(NAND)电路，(b)是否定逻辑和(NOR)电路；
图10是说明如何与光开关结合(耦合)的例子的图，(a)、(b)、(c)是使入射光向光开关的表面入射并从表面取出出射光的情况；
图11是说明如何与光开关的结合(耦合)的例子的图，(a)、(b)是使入射光向光开关的背面入射并从表面取出出射光的情况；
图12是说明第二实施方式的光开关的图，(a)是剖面图，(b)是俯视图，(c)是等效电路；
图13是说明第三实施方式的光开关的图，(a)是剖面图，(b)是俯视图；
图14是说明第四实施方式的光开关的图，(a)是剖面图，(b)是俯视图；
图15是说明第五实施方式的光开关的图，(a)是剖面图，(b)是俯视图，(c)是等效电路；
图16是说明第六实施方式的光开关的图，(a)是剖面图，(b)是俯视图；
图17是说明第七实施方式的光开关的图，(a)是剖面图，(b)是俯视图；
图18是说明第八实施方式的光开关的图，(a)是剖面图，(b)是等效电路；
图19是示出第九实施方式的光开关的图，(a)是剖面图，(b)是俯视图，(c)是等效电路；
图20是示出第十实施方式的光开关的图，(a)是剖面图，(b)是俯视图，(c)是等效电路；以及
图21是示出第十一实施方式的光开关的图，(a)是剖面图，(b)是俯视图，(c)是等效电路。
具体实施方式
在此，所谓光开关是指若光被输入则与之相应地输出光的部件。即，若光信号被输入，则光开关输出光信号。因此，不需要进行从光信号向电信号的转换及从电信号向光信号的转换。
另外，为了代替电信号而仅用光信号进行信号处理，要求光开关能够通过光进行逻辑积(AND)、逻辑和(OR)等逻辑运算。而且，要求光开关能够实现信号放大(Reamp)、波形整形(Reshape)、定时调整(Retime)等3R功能。
以下，参照附图对本发明的实施方式作进一步详细说明。
此外，以下，使用元素符号进行标记，例如，铝由A1表示。
[第一实施方式]
(光开关C)
图1是说明第一实施方式的光开关C的图。图1(a)是剖面图，图1(b)是俯视图，图1(c)是等效电路。
在此说明的光开关C是通过光信号的输入(入射光)而开通的光晶闸管T、和通过光晶闸管T开通而输出光信号(出射光)的发光元件(在此，作为一例，为垂直腔面发射激光器VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser))组合而构成。
光开关C例如构成为以单片(外延)层叠于GaAs等基板10上的GaAs、GaAlAs、AlAs等化合物半导体层形成的集成电路(IC)芯片。
通过图1(a)说明光开关C的截面结构。
光开关C中，光晶闸管T和垂直腔面发射激光器VCSEL经由后述的隧道结层15层叠在一起并串联电连接(VCSEL on Thyristor)。
光开关C在p型的基板10(基板10)上依次层叠有作为光晶闸管T的阳极起作用的p型的阳极层11(p阳极层11)、作为栅极起作用的n型的栅极层12(n栅极层12)、同样作为栅极起作用的p型的栅极层13(p栅极层13)及作为阴极起作用的n型的阴极层14(n阴极层14)。光晶闸管T是由p阳极层11、n栅极层12、p栅极层13、n阴极层14构成的pnpn4层结构。
关于光晶闸管T，将在后文中进行详细描述。
而且，在n阴极层14上设置有隧道结(隧道二极管)层15。隧道结层15由以高浓度添加(掺杂)有n型杂质(掺杂剂)的n++层15a和以高浓度添加有p型杂质的p++层15b构成。
另外，在隧道结层15上设置有作为垂直腔面发射激光器VCSEL的阳极起作用的分布式布拉格反射层(DBR：Distributed Bragg Reflector)(以下，标记为DBR层。)(p阳极(DBR)层16)、发光层17、作为垂直腔面发射激光器VCSEL的阴极起作用的DBR层(n阴极(DBR)层18)。
垂直腔面发射激光器VCSEL在两个DBR层(p阳极(DBR)层16和n阴极(DBR)层18)之间使光谐振而激光振荡。当两个DBR层(p阳极(DBR)层16及n阴极(DBR)层18)的反射率例如为99％以上时则进行激光振荡。光向与发光层17垂直的方向出射。
以下，关于构成要素，使用上述括号内的标记。此外，该标记与光晶闸管T及垂直腔面发射激光器VCSEL的功能相对应。其它情况也一样。此外，在图1等附图中，主要记述杂质的导电型，在为DBR层的情况下，附记为“DBR”。
p阳极(DBR)层16包含电流狭窄层16b。即，p阳极(DBR)层16按下侧p阳极层16a、电流狭窄层16b、上侧p阳极层16c的顺序来层叠，下侧p阳极层16a、上侧p阳极层16c构成为DBR层。以下，标记为下侧p阳极(DBR)层16a、上侧p阳极(DBR)层16c。
电流狭窄层16b是为了使流经垂直腔面发射激光器VCSEL的电流集中于中央部而设置的。即，垂直腔面发射激光器VCSEL的周边部因用于分离光开关C的台面蚀刻而引起许多缺陷。因此，在周边部，容易引起非发光再结合。因此，设置电流狭窄层16b，以使垂直腔面发射激光器VCSEL的中央部成为电流容易流通的电流通过部(区域)α，使周边部成为电流不易流通的电流阻止部(区域)β。
而且，在基板10的背面设置有阳极电极91。另外，在n阴极(DBR)层18上设置有阴极电极92。
另外，在光晶闸管T上，在露出的p栅极层13上设置有控制光晶闸管T的开通特性的栅极G即控制电极93。此外，控制电极93也可以设置于露出的n栅极层12上。另外，也可以不设置控制电极93。因此，在图1(a)中，控制电极93用虚线表示。以下，未标记控制电极93。
此外，阳极电极91、控制电极93由与p型半导体欧姆接触的材料构成，阴极电极92由与n型半导体欧姆接触的材料构成。
图1中示出入射光IN1、IN2及出射光OUT1、OUT2。此外，在不必分别区分入射光IN1、IN2的情况下，标记为入射光，在不必分别区分出射光OUT1、OUT2的情况下，标记为出射光。
要求入射光IN1、IN2被光晶闸管T吸收。
入射光IN1从垂直腔面发射激光器VCSEL侧入射，通过垂直腔面发射激光器VCSEL到达光晶闸管T。该情况下，要求构成垂直腔面发射激光器VCSEL的半导体不会吸收入射光IN1，即，透明(带隙大)。
另一方面，入射光IN2从基板10侧入射。因此，要求基板10不会使入射光IN2衰减(吸收小)，即透明。
另一方面，出射光OUT1从垂直腔面发射激光器VCSEL侧出射。因此，出射光OUT1也可以是被光晶闸管T吸收的光。
出射光OUT2通过光晶闸管T及基板10后进行出射。因此，要求出射光OUT2不会被光晶闸管T及基板10吸收。即，要求光晶闸管T及基板10相对于出射光OUT2是透明的(带隙大)。
因此，在使用入射光IN2与出射光OUT1的组合的情况下，入射光和出射光可以是相同的波长。另一方面，在入射光IN1与出射光OUT2的组合、入射光IN1与出射光OUT1的组合、及入射光IN2与出射光OUT2的组合的情况下，入射光和出射光变为不同的波长。
此外，在入射光IN1与出射光OUT1的组合的情况下，阳极电极91也可以设置于基板10的背面的整个面。在其它情况下，在阳极电极91上，为了不妨碍入射光IN2或出射光OUT2的输入输出而设置有未设置阳极电极91的输入输出部91a。
接着，通过图1(b)说明光开关C的上表面。
如上所述，光开关C通过台面蚀刻而被分离。在此，垂直腔面发射激光器VCSEL的一部分作为一例以截面呈圆形的方式被进行台面蚀刻。而且，在n阴极(DBR)层18上，阴极电极92设置成圆环状。而且，圆环状的阴极电极92的内侧成为入射光IN1或出射光OUT1输入输出的输入输出部92a。
此外，在图1(a)中，为了设置控制电极93，使光晶闸管T的一部分的截面形状与垂直腔面发射激光器VCSEL的截面形状不同。在未设置控制电极93的情况下，光晶闸管T的一部分的截面形状可与垂直腔面发射激光器VCSEL的截面形状相同。
截面形状也可以是四边形等其它形状。
通过图1(c)说明光开关C的等效电路。
光开关C是光晶闸管T和垂直腔面发射激光器VCSEL层叠而构成。
而且，光开关C的阳极电极91接地，阴极电极92经由限流电阻RI与电源PS连接。如后述，隧道结层15设定为不会阻碍电流从光晶闸管T向垂直腔面发射激光器VCSEL的流通，省略记载。
如图1(c)所示，光晶闸管T和垂直腔面发射激光器VCSEL被串联电连接。此外，光晶闸管T的控制电极93未被施加电压。此外，如后述，光晶闸管T的控制电极93也可以被施加电压(栅极电压)。
此外，图1(c)所示的等效电路为共阳极。
对光开关C的动作进行说明。首先，对隧道结层15进行说明。
＜隧道结层15＞
图2是进一步说明光晶闸管T与垂直腔面发射激光器VCSEL的层叠结构的图。图2(a)是光晶闸管T与垂直腔面发射激光器VCSEL的层叠结构的示意性能带图，图2(b)是隧道结层15的反向偏压状态的能带图，图2(c)示出隧道结层15的电流电压特性。
如图2(a)的能带图所示，光晶闸管T是由p阳极层11、n栅极层12、p栅极层13、n阴极层14构成的pnpn4层结构。垂直腔面发射激光器VCSEL为n阴极(DBR)层18、发光层17、p阳极(DBR)层16的结构。而且，在光晶闸管T和垂直腔面发射激光器VCSEL之间设置有隧道结层15。隧道结层15为n++层15a、p++层15b的结构。
当以图1的阳极电极91为+侧、阴极电极92为-侧的方式施加电压时，如图2(a)所示，隧道结层15中的n++层15a和p++层15b之间、及光晶闸管T的n栅极层12和p栅极层13之间变为反向偏压。
隧道结层15是以高浓度添加有n型杂质的n++层15a与以高浓度添加有p型杂质的p++层15b的结(junction)。因此，当耗尽区域的宽度较窄而成为正向偏压(+V)时，电子从n++层15a侧的导带(conduction band)隧穿到p++层15b侧的价带(valence band)。此时，表现负性电阻特性(参照图2(c))。
另一方面，如图2(b)所示，当向隧道结层15(隧道结)施加反向偏压(-V)时，p++层15b侧的价带(valence band)的电位Ev比n++层15a侧的导带(conduction band)的电位Ec高。而且，电子从p++层15b的价带(valence band)隧穿到n++层15a侧的导带(conductionband)。而且，反向偏压电压(-V)在绝对值上越是增加，电子越容易隧穿。即，如图2(c)所示，隧道结层15(隧道结)在反向偏压方面，电流容易流通。
因此，即使隧道结层15为反向偏压，在光开关C处于导通状态时，电流也容易从光晶闸管T向垂直腔面发射激光器VCSEL流通。
此外，若未设置隧道结层15，光晶闸管T和垂直腔面发射激光器VCSEL之间的结则变为反向偏压。因此，为了使电流在光晶闸管T和垂直腔面发射激光器VCSEL中流通，施加反向偏压的结降伏的电压。即，驱动电压会变高。
即，通过将光晶闸管T和垂直腔面发射激光器VCSEL经由隧道结层15进行层叠，与未经由隧道结层15的情况相比，能够将施加于光开关C的电压抑制为很低。
＜光晶闸管T＞
接着，说明光晶闸管T的动作。
在此，参照图1(a)，并将光晶闸管T取出进行说明。
如上所述，光晶闸管T由GaAs、AlGaAs、AlAs等形成的p型的半导体层(p阳极层11、p栅极层13)、n型半导体层(n栅极层12、n阴极层14)构成，将p型半导体层和n型半导体层的结(pn结)的正向电位(扩散电位)Vd作为一例设为1.5V。
当施加以光晶闸管T的阳极(p阳极层11)为+侧、以阴极(n阴极层14)为-侧的电压时，p阳极层11和n栅极层12的结及p栅极层13和n阴极层14的结变为正向偏压，n栅极层12和p栅极层13的结变为反向偏压。即，在n栅极层12和p栅极层13之间形成耗尽层。
在该状态下，当照射构成光晶闸管T的半导体材料吸收的波长的光(入射光)时，在耗尽层内产生电荷。然后，由p阳极层11、n栅极层12、p栅极层13构成的双极晶体管、和由n栅极层12、p栅极层13、n阴极层14构成的双极晶体管均转换到导通状态。由此，包含n栅极层12和p栅极层13的结在内的所有的结变为正向偏压，转换到电流持续流通的状态，即，光晶闸管T从截止状态转换到导通状态(开通)。
因此，光晶闸管T的阳极和阴极之间的电压与一个pn结的正向电位Vd(1.5V)大致相同。此外，光晶闸管T的阳极和阴极之间的电压由光晶闸管T的阳极和阴极之间流通的电流决定。即，由限流电阻RI等决定。以下，导通状态的光晶闸管T的阳极和阴极之间的电压设为1.5V进行说明。
此外，要使光晶闸管T从导通状态转换到截止状态(关断)，只要将光晶闸管T的阳极和阴极之间的电压设为不能维持导通状态的电压、即比正向电位Vd(1.5V)小的电压(包含0或±反向极性电压。)即可。
此外，当对控制电极93施加电压时，在n栅极层12和p栅极层13的结中形成的耗尽层的大小得以控制。因此，当对控制电极93施加电压时，与未施加电压的情况相比，光晶闸管T开通所需的入射光的光量减小。因此，通过调整对控制电极93施加的电压，也可以调整光晶闸管T开通的入射光的光量。
如上所述，也可以使n栅极层12露出，在n栅极层12上设置控制电极。
＜光开关C的动作＞
接着，说明光开关C的动作。
在此，将为了垂直腔面发射激光器VCSEL发光(产生出射光)所需的电压例如设为1.7V。该情况下，设定为电源PS供给将光晶闸管T的正向电位Vd(1.5V)和1.7V相加而得的3.2V。
在光晶闸管T未开通的状态(截止状态)下，所施加的电压大部分被施加于光晶闸管T的反向偏压的结(n栅极层12和p栅极层13的结)。因此，垂直腔面发射激光器VCSEL不发光(不产生出射光)。
当光晶闸管T因入射光而开通时，光晶闸管T的阳极和阴极之间变为1.5V。然后，对垂直腔面发射激光器VCSEL施加1.7V。由此，垂直腔面发射激光器VCSEL发光(产生出射光)。
此外，上述的电压是一例，施加的电压只要根据光开关C的特性进行设定即可。
＜光开关C的制造方法＞
图3是说明光开关C的制造方法的图。图3(a)是半导体层叠体形成步骤，图3(b)是阴极电极92形成步骤，图3(c)是露出隧道结层15的蚀刻步骤，图3(d)是电流狭窄层16b的电流阻止部β形成步骤，图3(e)是露出p栅极层13的蚀刻步骤，图3(f)是阳极电极91形成步骤。
此外，图3(a)～(f)中，有时将多个步骤汇总示出。
以下按顺序进行说明。
在图3(a)所示的半导体层叠体形成步骤中，在p型基板10上使p阳极层11、n栅极层12、p栅极层13、n阴极层14、隧道结层15、p阳极(DBR)层16、发光层17、n阴极(DBR)层18依次外延生长，形成半导体层叠体。此外，p阳极(DBR)层16为下侧p阳极(DBR)层16a、电流狭窄层16b、上侧p阳极(DBR)层16c。
在此，基板10以p型GaAs为例进行说明，但也可以是n型GaAs、未添加杂质的本征(i)GaAs。另外，也可以是InP、GaN、InAs、蓝宝石、Si等。在变更了基板时，以单片层叠于基板上的材料使用与基板的晶格常数大致匹配(可形成应变结构或应变松弛层，也可以使用变质生长)的材料。作为一例，在InAs基板上使用InAs、InAsSb、GaInAsSb等，在InP基板上使用InP、InGaAsP等，在GaN基板上或蓝宝石基板上使用GaN、AlGaN、InGaN，在Si基板上使用Si、SiGe、GaP等。但是，在结晶生长后向其它支撑基板粘贴时，不需要半导体材料相对于支撑基板进行大致晶格匹配。
p阳极层11例如是杂质浓度1×1018/cm3的p型Al0.9GaAs。Al组分也可以在0～1的范围进行变更。此外，也可以是GaInP等。
n栅极层12例如是杂质浓度1×1017/cm3的n型Al0.9GaAs。Al组分也可以在0～1的范围进行变更。此外，也可以是GaInP等。
p栅极层13例如是杂质浓度1×1017/cm3的p型Al0.9GaAs。Al组分也可以在0～1的范围进行变更。此外，也可以是GaInP等。
n阴极层14例如是杂质浓度1×1018/cm3的n型的Al0.9GaAs。Al组分也可以在0～1的范围进行变更。此外，也可以是GaInP等。
隧道结层15由以高浓度添加有n型杂质的n++层15a与以高浓度添加有p型杂质的p++层15b的结(参照图8(b)。)构成。n++层15a及p++层15b例如是杂质浓度1×1020/cm3的高浓度。此外，通常的结的杂质浓度是1017/cm3个～1018/cm3个。n++层15a与p++层15b的组合(以下，用n++层15a/p++层15b进行标记。)例如是n++GaInP/p++GaAs、n++GaInP/p++AlGaAs、n++GaAs/p++GaAs、n++AlGaAs/p++AlGaAs、n++InGaAs/p++InGaAs、n++GaInAsP/p++GaInAsP、n++GaAsSb/p++GaAsSb。此外，也可以将组合相互变更。
p阳极(DBR)层16是将下侧p阳极(DBR)层16a、电流狭窄层16b、上侧p阳极(DBR)层16c依次层叠而构成。
下侧p阳极(DBR)层16a、上侧p阳极(DBR)层16c例如由杂质浓度1×1018/cm3的p型Al0.9Ga0.1As的高Al组分的低折射率层与例如杂质浓度1×1018/cm3的p型Al0.2Ga0.8As的低Al组分的高折射率层的组合构成。低折射率层及高折射率层各自的膜厚(光路长)例如设定为出射光的中心波长的0.25(1/4)。此外，低折射率层和高折射率层的Al的组成比也可以在0～1的范围进行变更。
电流狭窄层16b例如是AlAs或杂质浓度高的p型AlGaAs。只要是通过Al被氧化形成Al2O3，电阻提高、电流路径狭窄的结构即可。
此外，电流狭窄层16b的膜厚(光路长)根据采用的结构来决定。在重视取出效率或加工再现性的情况下，可设定为构成DBR层的低折射率层及高折射率层的膜厚(光路长)的整数倍，例如设定为出射光的中心波长的0.75(3/4)。此外，为奇数倍时，电流狭窄层16b可被高折射率层和高折射率层夹在中间。另外，为偶数倍时，电流狭窄层16b可被高折射率层和低折射率层夹在中间。即，电流狭窄层16b可以使DBR层的折射率的周期性变化不会受到干扰的方式设置。相反，想要降低被氧化的部分的影响(折射率或应变)时，电流狭窄层16b的膜厚优选为数十nm，也可以插入到处于DBR层内的驻波的波节部分。
发光层17为阱(Well)层与障壁(barrier)层交替层叠而成的量子阱构图。阱层例如是GaAs、AlGaAs、InGaAs、GaAsP、AlGaInP、GaInAsP、GaInP等，障壁层是AlGaAs、GaAs、GaInP、GaInAsP等。此外，发光层17也可以是量子线或量子箱(量子点)。
n阴极(DBR)层18例如由杂质浓度1×1018/cm3的n型Al0.9Ga0.1As的高Al组分的低折射率层与例如杂质浓度1×1018/cm3的n型Al0.2Ga0.8As的低Al组分的高折射率层的组合构成。低折射率层及高折射率层各自的膜厚(光路长)例如设定为出射光的中心波长的0.25(1/4)。
这些半导体层例如通过有机金属化学气相沉积法(MOCVD：Metal OrganicChemical Vapor Deposition)、分子束外延法(MBE：Molecular Beam Epitaxy)等进行层叠，形成半导体层叠体。
在图3(b)所示的阴极电极92形成步骤中，在n阴极(DBR)层18上形成阴极电极92。
阴极电极92例如是包含容易与n阴极层18等n型半导体层取得欧姆接触的Ge的Au(AuGe)等。
而且，阴极电极92例如通过剥离法等来形成。
在图3(c)所示的露出隧道结层15的蚀刻步骤中，在VCSEL的周围，利用蚀刻去除隧道结层15上的n阴极层18、发光层17、p阳极层16。
该蚀刻可以通过使用硫酸系的蚀刻液(在重量比上，硫酸﹕过氧化氢水溶液﹕水＝1﹕10﹕300)等的湿式蚀刻来进行，也可以通过例如使用氯化硼等的各向异性干式蚀刻(RIE等)来进行。
在图3(d)所示的电流狭窄层16b中的电流阻止部β形成步骤中，通过露出隧道结层15的蚀刻步骤，使侧面露出来的电流狭窄层16b从侧面开始氧化，形成阻止电流的电流阻止部β。未被氧化而残留的部分成为电流通过部α。
从电流狭窄层16b的侧面开始的氧化例如通过300～400℃下的水蒸气氧化而使作为AlAs、AlGaAs等的电流狭窄层16b的Al氧化。此时，氧化从露出的侧面开始进行，在VCSEL的周围形成通过Al的氧化物即Al2O3构成的电流阻止部β。
此外，也可以代替使用AlAs等Al组成比大的半导体层，通过向GaAs、AlGaAs等半导体层(例如p阳极(DBR)层16)中注入氢离子(H+)而形成电流阻止部β(H+离子注入)。也可以通过对成为电流阻止部β的部分注入H+，使杂质失活，从而使电流阻止部β的电阻增加。
在图3(e)所示的露出p栅极层13的蚀刻步骤中，对隧道结层15及n阴极层14进行蚀刻，使p栅极层13露出。
该蚀刻可以通过使用硫酸系的蚀刻液(在重量比上，硫酸﹕过氧化氢水溶液﹕水＝1﹕10﹕300)的湿式蚀刻来进行，也可以通过例如使用氯化硼的各向异性干式蚀刻等来进行。
此外，在图3(c)所示的露出隧道结层15的蚀刻步骤中，若代替使隧道结层15露出而使p栅极层13露出，在图3(d)所示的电流阻止部β形成步骤中，p栅极层13中所含的Al有可能被氧化。因此，当p栅极层13中所含的Al被氧化时，表面会变得粗糙、或者后述的控制电极93的粘接性会变差。因此，在使隧道结层15露出的状态下，进行电流阻止部β形成步骤。
在图3(f)所示的阳极电极91形成步骤中，在基板10的背面形成阳极电极91。在此之前或之后，也可以在露出的p栅极层13上设置控制电极93(参照图1(a))。
阳极电极91(控制电极93)例如是包含容易与p型基板10取得欧姆接触的Zn的Au(AuZn)等。
而且，阳极电极91(控制电极93)例如通过剥离法等来形成。
除此之外，还可以含有形成保护层的步骤等。
此外，在未设置控制电极93的情况下，也可以省略图3(e)的露出p栅极层13的蚀刻步骤。
接着，说明光开关C的变形例。
＜金属导电性III-V族化合物层＞
在上述的光开关C中，经由隧道结层15将光晶闸管T和垂直腔面发射激光器VCSEL层叠在一起。
也可以代替隧道结层15，使用具有金属导电性且在III-V族的化合物半导体层上外延生长的III-V族化合物层。该情况下，只要将上述说明中的“隧道结层15”置换为以下说明的“金属导电性III-V族化合物层15”即可。
图4是对构成金属导电性III-V族化合物层的材料进行说明的图。图4(a)示出InNAs相对于InN的组成比x的带隙，图4(b)示出InNSb相对于InN的组成比x的带隙，图4(c)相对于带隙示出IV族元素及III-V族化合物的晶格常数。
图4(a)示出相对于组成比x(x＝0～1)的InN与组成比(1-x)的InAs的化合物即InNAs的带隙能量(eV)。
图4(b)示出相对于组成比x(x＝0～1)的InN与组成比(1-x)的InSb的化合物即InNSb的带隙能量(eV)。
如图4(a)、(b)所示，已知作为金属导电性III-V族化合物层的材料的一例进行说明的InNAs及InNSb在一定组成比x的范围内，带隙能量为负。带隙能量为负意思是不拥有带隙。因此，显示出和金属同样的导电特性(传导特性)。即，所谓金属的导电特性(导电性)是指只要与金属同样在电位上存在梯度，电流就会流通。
如图4(a)所示，InNAs例如在InN的组成比x为约0.1～约0.8的范围，带隙能量为负。
如图4(b)所示，InNSb例如在InN的组成比x为约0.2～约0.75的范围，带隙能量为负。
即，InNAs及InNSb在上述的范围，显示出金属的导电特性(导电性)。
此外，在上述范围以外的带隙能量小的区域，电子因热能而具有能量，因此，可能使极少的带隙迁移，具有在带隙能量为负的情况或与金属同样在电位上存在梯度的情况下电流容易流通的特性。
而且，即使InNAs及InNSb中包含Al、Ga、Ag、P等，也能够按组成顺序将带隙能量维持在0附近或负，且只要电位存在梯度，电流就会流通。
另外，如图4(c)所示，GaAs、InP等III-V族化合物(半导体)的晶格常数处于的范围。而且，该晶格常数接近Si的晶格常数的约Ge的晶格常数的约
与此相反，同样为III-V族化合物的InN的晶格常数在闪锌矿结构中约为InAs的晶格常数约为因此，InN与InAs的化合物即InNAs的晶格常数会变为接近GaAs等的的值。
另外，III-V族化合物即InSb的晶格常数约为因此，因为InN的晶格常数约为所以可以使InSb与InN的化合物即InNSb的晶格常数变为接近GaAs等的的值。
即，InNAs及InNSb相对于GaAs等III-V族化合物(半导体)的层可以以单片进行外延生长。另外，在InNAs或InNSb的层上，可以使GaAs等III-V族化合物(半导体)的层以单片进行外延生长。
因此，只要代替隧道结层15，而经由金属导电性III-V族化合物层将光晶闸管T和垂直腔面发射激光器VCSEL以串联连接的方式进行层叠，光晶闸管T的n阴极层14和垂直腔面发射激光器VCSEL的p阳极(DBR)层16变为反向偏压的情况就会被抑制。
＜电压降低层19＞
另外，在上述发光开关C中，经由隧道结层15将光晶闸管T和垂直腔面发射激光器VCSEL层叠在一起。该情况下，光晶闸管T和垂直腔面发射激光器VCSEL被串联电连接。因此，与光晶闸管T和垂直腔面发射激光器VCSEL分别对单体施加电压的情况相比，对光开关C施加的电压在绝对值上增大。因此，为了降低对光开关C施加的电压，在光晶闸管T中也可以使用降低电压的电压降低层19。
图5是说明具备电压降低层19的光晶闸管T和垂直腔面发射激光器VCSEL层叠而成的光开关C的图。图5(a)是剖面图，图5(b)是俯视图，图5(c)是等效电路。图5是在图1中追加了电压降低层19的图。因此，与图1相同的部分标注同一符号并省略说明，对不同的部分进行说明。
电压降低层19设置于光晶闸管T的p阳极层11和n栅极层12之间。
电压降低层19作为p阳极层11的一部分，也可以是与p阳极层11相同的杂质浓度的p型，作为n栅极层12的一部分，也可以是与n栅极层12相同的杂质浓度的n型。另外，电压降低层19也可以是i层。
图6是说明晶闸管的结构及其特性的图。图6(a)是说明具备电压降低层19的晶闸管的结构的剖面图，图6(b)是说明不具备电压降低层19的晶闸管的结构的剖面图，图6(c)示出这些晶闸管的特性。图6(a)、(b)相当于上侧不层叠垂直腔面发射激光器VCSEL的光晶闸管T的截面。此外，阴极电极92设于n阴极层14的表面。
如图6(a)所示，晶闸管在p阳极层11和n栅极层12之间具备电压降低层19。此外，电压降低层19如果是与p阳极层11同样的杂质浓度的p型，则作为p阳极层11的一部分起作用，如果是与n栅极层12同样的杂质浓度的n型，则作为n栅极层12的一部分起作用。电压降低层19也可以是i层。
图6(b)所示的晶闸管不具备电压降低层19。
晶闸管的上升电压Vr(参照图6(c))由构成晶闸管的半导体层中的最小的带隙的能量(带隙能量)来决定。此外，所谓晶闸管中的上升电压Vr，是指将晶闸管的导通状态下的电流外插于电压轴时的电压。
在晶闸管中，与p阳极层11、n栅极层12、p栅极层13、n阴极层14相比，电压降低层19是带隙能量小的层。因此，如图6(c)所示，晶闸管的上升电压Vr比不具备电压降低层19的晶闸管的上升电压Vr′低。另外，电压降低层19作为一例是具有比发光层17的带隙小的带隙的层。
光晶闸管T并非被用作发光元件，而是用来驱动垂直腔面发射激光器VCSEL。因此，有时与实际发光的垂直腔面发射激光器VCSEL的发光波长不相干地决定带隙。因此，通过设置具有比发光层17的带隙小的带隙的电压降低层19来降低晶闸管的上升电压Vr。
由此，在晶闸管及发光元件导通的状态下，施加于晶闸管及发光元件的电压降低。
图7是说明构成半导体层的材料的带隙能量的图。
GaAs的晶格常数约为AlAs的晶格常数约为因此，接近该晶格常数的材料相对于GaAs基板可以外延生长。例如，作为GaAs和AlAs的化合物的AlGaAs或Ge相对于GaAs基板可以外延生长。
另外，InP的晶格常数约为接近该晶格常数的材料相对于InP基板可以外延生长。
另外，GaN的晶格常数根据生长面不同而不同，a面为c面为接近该晶格常数的材料相对于GaN基板可以外延生长。
而且，图7中用网点示出的范围内的材料对于GaAs、InP及GaN具有晶闸管的上升电压变小的带隙能量，即，若使用用网点示出的范围的材料作为构成晶闸管的层，晶闸管的上升电压Vr就成为用网点示出的区域的材料的带隙能量。
例如，GaAs的带隙能量约为1.43eV。因此，若未使用电压降低层19，晶闸管的上升电压Vr约为1.43V。但是，通过将用网点示出的范围的材料作为构成晶闸管的层或包含用网点示出的范围的材料，晶闸管的上升电压Vr可以超过0V且低于1.43V(0V＜Vr＜1.43V)。
由此，降低了晶闸管处于导通状态时的电力消耗。
作为用网点示出的范围的材料，有相对于GaAs，带隙能量约为0.67eV的Ge。另外，有相对于InP，带隙能量约为0.36eV的InAs。另外，可以使用在GaAs和InP的化合物、InN和InSb的化合物、InN和InAs的化合物等中，相对于GaAs基板或InP基板，带隙能量小的材料。特别适合以GaInNAs为基质的混合化合物。这些材料中也可以含有Al、Ga、As、P、Sb等。另外，相对于GaN，GaNP可以成为电压降低层19。除此之外，还可以导入(1)变质生长等形成的InN层、InGaN层、(2)由InN、InGaN、InNAs、InNSb构成的量子点、(3)相当于GaN的晶格常数(a面)的2倍的InAsSb层等，作为电压降低层19。这些材料中也可以含有Al、Ga、N、As、P、Sb等。
在此，用晶闸管的上升电压Vr、Vr′进行了说明，但维持晶闸管为导通状态的最小电压即保持电压Vh、Vh′或施加于导通状态的晶闸管的电压也同样(参照图6(c))。
另一方面，晶闸管的开关电压Vs(参照图6(c))由成为反向偏压的半导体层的耗尽层决定。因此，电压降低层19对晶闸管的开关电压Vs带来的影响较小。
即，电压降低层19在维持晶闸管的开关电压Vs的同时，使上升电压Vr降低。由此，施加于导通状态的晶闸管的电压降低，电力消耗减少。晶闸管的开关电压Vs通过调整p阳极层11、n栅极层12、p栅极层13、n阴极层14的材料或杂质浓度等而被设定为任意的值。但是，开关电压Vs因电压降低层19的插入位置不同而变化。
另外，图5中示出了设置有一个电压降低层19的例子，但也可以设置多个电压降低层。例如，也可以是在p阳极层11和n栅极层12之间、及p栅极层13和n阴极层14之间分别设置有电压降低层19的情况，或者一个设置在n栅极层12内，另一个设置在p栅极层13内。另外，也可以从p阳极层11、n栅极层12、p栅极层13、n阴极层14内选择1、2、3层，设置在各层内。这些电压降低层的导电型可以与设置有电压降低层的阳极层、阴极层、栅极层配合，也可以是i型。
图8是说明光开关C进行的逻辑运算的图。图8(a)是逻辑积(AND)电路，图8(b)是逻辑和(OR)电路。光开关C是图1(c)所示的光开关C。在此，电源PS供给“H”(0V)和“L”(-3.2V)的脉冲信号。
即，光开关C中的光晶闸管T例如即使处于导通状态，当电源PS成为“H”(0V)时，光晶闸管T也关断，成为截止状态。
在图8(a)所示的AND电路中，在电源PS为“L”(-3.2V)期间，向光晶闸管T输入作为入射光(入射光IN1或入射光IN2)的光信号A、B。此时，光晶闸管T在光信号A和光信号B一同入射时，被设定为开通(处于导通状态)。这样一来，在光信号A和光信号B均未入射时、及只有任一方入射时，光晶闸管T不开通，因此，光开关C的垂直腔面发射激光器VCSEL也不会转换到导通状态。因此，不会产生出射光(出射光OUT1或出射光OUT2)。
但是，光开关C的光晶闸管T在光信号A和光信号B双方入射时，光晶闸管T开通(处于导通状态)。由此，光开关C的垂直腔面发射激光器VCSEL从截止状态转换到导通状态，产生出射光(出射光OUT1或出射光OUT2)。
因此，在电源PS为“L”(-3.2V)期间，使光信号A、B与逻辑值0/1相对应地向光开关C的光晶闸管T入射，由此，从垂直腔面发射激光器VCSEL产生对应于光信号A、B的逻辑积(A·B)的出射光。此外，当电源PS成为“H”(0V)时，光晶闸管T关断，来自垂直腔面发射激光器VCSEL的出射光停止。即，在电源PS的每一“L”(-3.2V)期间，作为入射光使光信号A、B以时间序列(顺序)向光晶闸管T入射，由此，从垂直腔面发射激光器VCSEL以时间序列(顺序)输出光信号A、B的逻辑积的光信号A·B。
即，光开关C作为从光信号生成光信号的逻辑积(AND)电路起作用。
在图8(b)所示的OR电路中，光晶闸管T被设定为在光信号A和光信号B的任一个入射时开通(处于导通状态)。因此，在光信号A及光信号B均未入射时，光晶闸管T不会处于导通状态，因此，光开关C的垂直腔面发射激光器VCSEL也不会转换到导通状态。因此，不会产生出射光(出射光OUT1或出射光OUT2)。
但是，光开关C的垂直腔面发射激光器VCSEL在光信号A和光信号B的任一方或双方入射时，因为光晶闸管T开通(处于导通状态)，所以光开关C的垂直腔面发射激光器VCSEL转换到导通状态，产生出射光(出射光OUT1或出射光OUT2)。
因此，在电源PS为“L”(-3.2V)期间，使光信号A、B与逻辑值0/1相对应地向光开关C的光晶闸管T入射，由此，从垂直腔面发射激光器VCSEL产生对应于光信号A、B的逻辑和(A+B)的出射光。此外，当电源PS变为“H”(0V)时，光晶闸管T关断，来自垂直腔面发射激光器VCSEL的出射光停止。即，在电源PS的每一“L”(-3.2V)期间，作为入射光使光信号A、B以时间序列(顺序)向光晶闸管T入射，由此，从垂直腔面发射激光器VCSEL以时间序列(顺序)输出光信号A、B的逻辑和的光信号A+B。
即，光开关C作为从光信号生成光信号的逻辑和(OR)电路起作用。
图9是说明光开关C进行的其它逻辑运算的图。图9(a)是否定逻辑积(NAND)电路，图9(b)是否定逻辑和(NOR)电路。在此，两个光开关C1、C2与一个电源PS并联连接，构成光开关C。此外，限流电阻RI在两个光开关C1、C2中共用。而且，光开关C1、C2各自的光晶闸管T及垂直腔面发射激光器VCSEL具有相同的特性。其它结构与图9(a)、(b)相同。
对图9(a)所示的否定逻辑积(NAND)电路进行说明。
向NAND电路中的光开关C1入射信号A、B，向光开关C2入射参照光信号R。而且，光开关C1、C2被设定为当入射参照光信号R的光强度以上的光时则开通。在此，参照光信号R的光强度被设定为比将光信号A和光信号B相加的光强度弱、比光信号A和光信号B各自的光强度强。而且，光开关C1、C2的光晶闸管T中，入射参照光信号R的光强度以上的光、即入射更强的光强度的光的一方首先开通。
首先，在向光开关C1的光晶闸管T同时入射光信号A、B时，向光开关C2的光晶闸管T入射参照光信号R。这样一来，光信号A、B(光信号A+B)的光强度比参照光信号R的光强度大，因此，光开关C1的光晶闸管T开通。而且，光开关C1的垂直腔面发射激光器VCSEL发光(振荡)，产生出射光(出射光OUT1或出射光OUT2)。由此，对光开关C1的光晶闸管T与垂直腔面发射激光器VCSEL的串联连接施加的电压降低至-2.2V。
同样，对光开关C2的光晶闸管T与垂直腔面发射激光器VCSEL的串联连接施加的电压也成为-2.2V。虽然向光开关C2的光晶闸管T入射了参照光信号R，但已经被设定为不会开通。因此，光开关C2的垂直腔面发射激光器VCSEL不发光。
另一方面，光信号A、B的任一方向光开关C1的光晶闸管T入射、或者均未入射的情况下，光开关C1的光晶闸管T不会开通。但是，因为参照光信号R入射到光开关C2，所以光开关C2的光晶闸管T开通。而且，光开关C2的垂直腔面发射激光器VCSEL发光(振荡)，产生出射光(出射光OUT1或出射光OUT2)。
因此，在电源PS为“L”(-3.2V)期间，使光信号A、B与逻辑值0/1相对应地向光开关C1的光晶闸管T入射，由此，从光开关C2的垂直腔面发射激光器VCSEL产生对应于光信号A、B的否定逻辑积(NAND)的出射光(出射光OUT1或出射光OUT2)。此外，当电源PS变为“H”(0V)时，光开关C1或光开关C2的光晶闸管T关断，来自垂直腔面发射激光器VCSEL的出射光停止。即，在电源PS的每一“L”(-3.2V)期间，作为入射光(入射光IN1或入射光IN2)使光信号A、B以时间序列(顺序)向光开关C1的光晶闸管T入射，由此，从光开关C2的垂直腔面发射激光器VCSEL以时间序列(顺序)输出对应于光信号A、B的否定逻辑积(NAND)的出射光(出射光OUT1或出射光OUT2)。
即，由光开关C1、C2构成的光开关C作为从光信号生成光信号的否定逻辑积(NAND)电路起作用。
此外，从光开关C1的垂直腔面发射激光器VCSEL产生对应于光信号A、B的逻辑积(AND)的出射光(出射光OUT1或出射光OUT2)。
对图9(b)所示的否定逻辑和(NOR)电路进行说明。
向NOR电路中的光开关C1入射信号A、B，向光开关C2入射参照光信号R。而且，光开关C1、C2被设定为当入射参照光信号R的光强度以上的光时则开通。在此，参照光信号R的光强度被设定为比光信号A及光信号B的任一个的光强度弱。而且，光开关C1、C2的光晶闸管T中，入射参照光信号R的光强度以上的光，即入射更强的光强度的光的一方首先开通。
首先，考虑向光开关C1的光晶闸管T同时入射光信号A、B、或入射光信号A和光信号B中的任一方的情况。向光开关C2的光晶闸管T入射参照光信号R。这样一来，向光开关C1的光晶闸管T入射的光强度比参照光信号R的光强度大，因此，光开关C1的光晶闸管T开通。而且，光开关C1的垂直腔面发射激光器VCSEL发光，产生出射光(出射光OUT1或出射光OUT2)。由此，对光开关C1的光晶闸管T与垂直腔面发射激光器VCSEL的串联连接施加的电压降低至-2.2V。
同样，对光开关C2的光晶闸管T与垂直腔面发射激光器VCSEL的串联连接施加的电压也成为-2.2V。虽然向光开关C2的光晶闸管T入射了参照光信号R，但已经被设定为不会开通。因此，光开关C2的垂直腔面发射激光器VCSEL不发光。
另一方面，在光信号A、B均未向光开关C1的光晶闸管T入射的情况下，光开关C1的光晶闸管T不会开通。但是，因为参照光信号R向光开关C2入射，所以光开关C2的光晶闸管T开通。而且，光开关C2的垂直腔面发射激光器VCSEL发光。
因此，在电源PS为“L”(-3.2V)期间，使光信号A、B与逻辑值0/1相对应地向光开关C1的光晶闸管T入射(入射光IN1或入射光IN2)，由此，从光开关C2的垂直腔面发射激光器VCSEL产生对应于光信号A、B的否定逻辑和(NOR)的出射光(出射光OUT1或出射光OUT2)。此外，当电源PS变为“H”(0V)时，光开关C1或光开关C2的光晶闸管T关断，来自垂直腔面发射激光器VCSEL的出射光停止。即，在电源PS的每一“L”(-3.2V)期间，作为入射光使光信号A、B以时间序列(顺序)向光开关C1的光晶闸管T入射(入射光IN1或入射光IN2)，由此，从光开关C2的垂直腔面发射激光器VCSEL以时间序列(顺序)出射对应于光信号A、B的否定逻辑和(NOR)的出射光(出射光OUT1或出射光OUT2)。
即，由光开关C1、C2构成的光开关C作为从光信号生成光信号的否定逻辑和(NOR)电路起作用。
此外，从光开关C1的垂直腔面发射激光器VCSEL产生对应于光信号A、B的逻辑和(OR)的出射光(出射光OUT1或出射光OUT2)。
如以上所说明，光开关C构成否定逻辑积(NAND)电路及否定逻辑和(NOR)电路。因此，光开关C可利用光执行任何逻辑运算。
图10、11是说明如何与光开关C结合(耦合)的例子的图。图10(a)、(b)、(c)是使入射光向光开关C的表面入射且从表面取出出射光的情况，图11(a)、(b)是使入射光向光开关C的背面入射且从表面取出出射光的情况。
图10(a)是说明光开关C与光纤110的耦合的图。光纤110中，中心部的芯111由包层112包围。而且，入射光IN1从光纤110的芯111向光开关C入射，出射光OUT1从光开关C向光纤110的芯111入射。
即，光信号从光纤110经由光开关C向光纤110传送。
图10(b)是说明光开关C与光波导120及光纤130的耦合的图。光波导120的端面121成为45°的半反射镜。而且，光纤130中，中心部的芯131由包层132包围。
经光波导120传播来的入射光IN1由端面121反射，向光开关C入射。来自光开关C的出射光OUT1通过光波导120的端面121向光纤130的芯131入射。
即，光信号经由光开关C从光波导120向光纤130传送。
图10(c)是说明光开关C与光波导140的耦合的图。光波导140的端面141成为45°的反射镜。
经光波导140传播来的入射光IN1由端面141反射，向光开关C入射。来自光开关C的出射光OUT1由光波导140的端面141反射，经光波导140进行传播。
即，光信号经由光开关C从光波导140向光波导140传送。
图11(a)是说明光开关C与光纤150、160的耦合的图。光纤150中，中心部的芯151由包层152包围。另外，光纤160中，中心部的芯161由包层162包围。
经光纤150的芯151传播来的入射光IN2向光开关C的背面入射。来自光开关C的表面的出射光OUT1向光纤160的芯161入射。
即，光信号经由光开关C从光纤150向光纤160传送。
图11(b)是说明光开关C与光波导170、光纤180的耦合的图。光纤180中，中心部的芯181由包层182包围。
经光波导170传播来的入射光IN2向光开关C的背面入射。来自光开关C的表面的出射光OUT1向光纤180的芯181入射。
即，光信号经由光开关C从光波导170向光纤180传送。
此外，上述的耦合是一例，也可以用其他结构进行耦合。
[第二实施方式]
图12是说明第二实施方式的光开关C的图。图12(a)是剖面图，图12(b)是俯视图，图12(c)是等效电路。
第二实施方式的光开关C在p型的基板10(基板10)上设置有作为垂直腔面发射激光器VCSEL的阳极起作用的DBR层(p阳极(DBR)层16)、发光层17、作为垂直腔面发射激光器VCSEL的阴极起作用的DBR层(n阴极(DBR)层18)。
而且，在n阴极(DBR)层18上设置有隧道结(隧道二极管)层15。隧道结层15由以高浓度添加(掺杂)有n型杂质(掺杂剂)的n++层15a和以高浓度添加有p型杂质的p++层15b构成。
进而，在隧道结层15上依次层叠有作为光晶闸管T的阳极起作用的p型的阳极层11(p阳极层11)、作为栅极起作用的n型的栅极层12(n栅极层12)、同样作为栅极起作用的p型的栅极层13(p栅极层13)及作为阴极起作用的n型的阴极层14(n阴极层14)。
在图1所示的第一实施方式的光开关C中，在基板10上，经由隧道结层15依次层叠有光晶闸管T和垂直腔面发射激光器VCSEL。在图12所示的第二实施方式的光开关C中，在基板10上，经由隧道结层15依次层叠有垂直腔面发射激光器VCSEL和光晶闸管T。即，在第一实施方式的光开关C和第二实施方式的光开关C中，层叠的顺序颠倒。
其它结构与第一实施方式中说明的光开关C相同，因此标注同一符号并省略说明。
而且，与第一实施方式的光开关C同样地进行动作。
另外，第二实施方式的光开关C与第一实施方式的光开关C同样地来制造。
此外，也可以使用第一实施方式中说明的金属导电性III-V族化合物层代替隧道结层15，也可以使用电压降低层19代替光晶闸管T。
设置于光晶闸管T和垂直腔面发射激光器VCSEL之间的隧道结层15中的杂质浓度较高。例如，隧道结层15的杂质浓度为1019/cm3，比其它层的杂质浓度1017～1018/cm3高。作为杂质使用的Si与成为基体的半导体材料的一例GaAs相比，晶格常数、结合强度、最外围电子数等不同。因此，在隧道结层15上，例如使GaAs等半导体层生长时，容易产生缺陷。杂质浓度越高，缺陷的发生概率越高。而且，缺陷向形成于其上的半导体层传播。
另外，如隧道结层15，为了使杂质浓度比其它层高，不得不进行低温生长。即，必须要改变生长条件(温度、生长速度、比率)。因此，设置于隧道结层15上的半导体层会偏离最佳的生长条件。
其结果是，设置于隧道结层15上的半导体层包含许多缺陷。
特别是，垂直腔面发射激光器VCSEL等发光元件的发光特性容易受到半导体层中包含的缺陷的影响。另一方面，光晶闸管T只要能够通过入射光开通，并向垂直腔面发射激光器VCSEL供给电流即可。即，光晶闸管T与垂直腔面发射激光器VCSEL相比，不易受到缺陷的影响。
因此，也可以像第二实施方式的光开关C那样，在基板10上设置垂直腔面发射激光器VCSEL，且在其上经由隧道结层15设置光晶闸管T。由此，通过抑制垂直腔面发射激光器VCSEL中的缺陷的产生，使得垂直腔面发射激光器VCSEL的发光特性不易受到缺陷的影响。而且，将光晶闸管T以单片层叠于垂直腔面发射激光器VCSEL上。
另外，代替隧道结层15而使用金属导电性III-V族化合物层的情况也同样。
由InNAs或InNSb等构成的金属导电性III-V族化合物层理论上带隙为负，但与GaAs、InP等相比，难以生长，品质差。特别是，如果增大N组分，生长的困难度就会显著提高。因此，例如使GaAs等半导体层在金属导电性III-V族化合物层上生长时，容易产生缺陷。
因此，只要和隧道结层15同样，在基板10上设置垂直腔面发射激光器VCSEL，且在其上经由金属导电性III-V族化合物层设置光晶闸管T即可。由此，通过抑制垂直腔面发射激光器VCSEL中的缺陷的产生，使得垂直腔面发射激光器VCSEL的发光特性不易受到缺陷的影响。而且，可以将光晶闸管T以单片层叠于垂直腔面发射激光器VCSEL上。
另外，使用电压降低层19的情况也同样。
作为电压降低层19使用的材料，与GaAs、InP等相比难以生长，品质差。因此，例如使GaAs等半导体层在电压降低层19上生长时，容易产生缺陷。
因此，只要与隧道结层15或金属导电性III-V族化合物层同样，在基板10上设置垂直腔面发射激光器VCSEL，且在其上经由电压降低层19设置光晶闸管T即可。由此，通过抑制垂直腔面发射激光器VCSEL中的缺陷的产生，使得垂直腔面发射激光器VCSEL的发光特性不易受到缺陷的影响。而且，可以将光晶闸管T以单片层叠于垂直腔面发射激光器VCSEL上。
[第三实施方式]
图13是说明第三实施方式的光开关C的图。图13(a)是剖面图，图13(b)是俯视图。等效电路与图12(c)所示的第二实施方式的光开关C相同，所以省略记载。
第三实施方式的光开关C具备在光晶闸管T的中央部挖出的开口部20。开口部20的截面形状为圆形，从光晶闸管T的表面朝向垂直腔面发射激光器VCSEL设置。而且，阴极电极92在n阴极层14上以包围开口部20的方式设置成圆环状。
此外，开口部20的截面形状也可以不是圆形，阴极电极92的形状也可以不是圆环状。
另外，开口部20以将光晶闸管T的中央部挖开的方式设置，但可以不是中央部，也可以是光晶闸管T的端部。开口部20只要从光晶闸管T的表面朝向垂直腔面发射激光器VCSEL设置即可。
通过如上设置，以使入射光和出射光为相同的波长沿入射光入射的方向输出出射光。
即，在图12所示的第二实施方式的光开关C中，难以使入射光IN1和出射光OUT1的波长相同。这是因为，入射光IN1被光晶闸管T吸收。此时，如果垂直腔面发射激光器VCSEL出射相同波长的光，该光也就会被光晶闸管T吸收。因此，难以不受光晶闸管T的影响而得到出射光OUT1。
同样，也难以使入射光IN2和出射光OUT2的波长相同。
但是，在图13所示的第三实施方式的光开关C中，入射光IN1在开口部20向光晶闸管T的侧壁入射。而且，将光晶闸管T开通。由此，垂直腔面发射激光器VCSEL处于导通状态，将相同波长的光作为出射光OUT1输出。此时，因为在开口部20不存在光晶闸管T，所以出射光OUT1不易被光晶闸管T吸收。
即，光开关C吸收而开通的光的波长与垂直腔面发射激光器VCSEL出射的光的波长也可以相同。
进而，使出射光OUT1沿入射光IN1入射的方向出射。因此，不需要使用通过基板10的入射光IN2、出射光OUT2。因此，入射光、出射光的利用效率高。
此外，开口部20也可以为具有与基板10垂直的侧壁的形状20a。在向光开关C的入射光IN1中具有相对于基板10向倾斜方向前进的组分(广角)。因此，即使开口部20为具有与基板10垂直的侧壁的形状20a，光晶闸管T也能够通过入射光IN1而开通。因此，当光晶闸管T的中央部挖出有开口部20时，可以有效地利用入射光。
另外，开口部20也可以是具有相对于基板10倾斜的侧壁的形状20b。该情况下，开口部20的侧壁接受入射光IN1，由此，更多的光向光晶闸管T入射，光晶闸管T容易动作。即，光晶闸管T相对于入射光的光量的有效灵敏度提高。此外，有效灵敏度是指光晶闸管T开通所需的光量。开口部20的侧壁为倾斜时用于使光晶闸管T开通的入射光IN1的光量可比开口部20的侧壁为垂直时用于使光晶闸管T开通的入射光IN1的光量小。因此，光晶闸管T的灵敏度似乎得以提高。
此外，开口部20也可以为底部未到达垂直腔面发射激光器VCSEL的形状20c。在垂直腔面发射激光器VCSEL的n阴极(DBR)层18的表面，也可以残留隧道结层15或光晶闸管T的p阳极层11的一部分。出射光OUT1只要通过残留于开口部20的底部的隧道结层15或光晶闸管T的p阳极层11的一部分输出即可。
此外，也可以使用第一实施方式中说明的金属导电性III-V族化合物层来代替隧道结层15，也可以将电压降低层19用于光晶闸管T。
[第四实施方式]
图14是说明第四实施方式的光开关C的图。图14(a)是剖面图，图14(b)是俯视图。等效电路与图12(c)所示的第二实施方式相同，所以省略记载。
第四实施方式的光开关C与第三实施方式的光开关C同样，具备在光晶闸管T的中央部挖出的开口部20。开口部20的截面形状为圆形，从光晶闸管T的表面朝向垂直腔面发射激光器VCSEL设置。而且，阴极电极92在n阴极层14上绕开口部20的半周设置成圆弧状。
此外，开口部20的截面形状也可以不是圆形，阴极电极92也可以不绕开口部20的半周，也可以绕3/4周或1/4周等。即，n阴极层14的表面的一部分必须由阴极电极覆盖。
通过如上设置，入射光IN1除从开口部20的侧壁入射以外，还从未被n阴极层14的阴极电极92覆盖的部分向光晶闸管T入射，由此，更多的光向光晶闸管T入射，光晶闸管T容易动作。即，光晶闸管T相对于入射光的光量的有效灵敏度进一步提高。
[第五实施方式]
图15是说明第五实施方式的光开关C的图。图15(a)是剖面图，图15(b)是俯视图，图15(c)是等效电路。
第五实施方式的光开关C在n型的基板30(基板30)上设置有作为垂直腔面发射激光器VCSEL的阴极层起作用的DBR层(n阴极(DBR)层18)、发光层17、作为垂直腔面发射激光器VCSEL的阳极起作用的DBR层(p阳极(DBR)层16)。
而且，在p阳极(DBR)层16上设置有隧道结(隧道二极管)层15。隧道结层15由以高浓度添加(掺杂)有p型杂质(掺杂剂)的p++层15b和以高浓度添加有n型杂质的n++层15a构成。
另外，在隧道结层15上依次层叠有作为光晶闸管T的阴极起作用的n型阴极层14(n阴极层14)、作为栅极起作用的p型栅极层13(p栅极层13)、同样作为栅极起作用的n型栅极层12(n栅极层12)及作为阳极起作用的p型阳极层11(p阳极层11)。
而且，在基板30的背面设置有阴极电极92，在光晶闸管T的p阳极层11的表面设置有阳极电极91。此外，图15(a)中，在露出的光晶闸管T的n栅极层12上设置有控制电极94。
即，如图15(c)所示，成为图1所示的第一实施方式的光开关C的、使阳极和阴极颠倒过来的结构(共阴极)。
此外，其它结构与第四实施方式的光开关C相同。因此省略说明。
此外，也可以使用第一实施方式中说明的金属导电性III-V族化合物层来代替隧道结层15，也可以将电压降低层19用于光晶闸管T。
[第六实施方式]
图16是说明第六实施方式的光开关C的图。图16(a)是剖面图，图16(b)是俯视图。等效电路与图15(c)所示的第五实施方式相同，因此省略记载。
在第六实施方式的光开关C中，不是在图15(a)所示的第五实施方式的光开关C中将p阳极(DBR)层16作为DBR层，而是将其作为p阳极层41，并且，利用隧道结层15进行电流狭窄。
然后，在p阳极层41上重新设置n型的DBR层42(nDBR层42)。
在此，将隧道结层15设置于成为电流通过部α的部分。
即，从基板30侧起层叠有垂直腔面发射激光器VCSEL的n阴极(DBR)层18、发光层17、p阳极层41。然后，在p阳极层41上层叠有隧道结层15、nDBR层42。另外，在nDBR层42上层叠有光晶闸管T的n阴极层14、p栅极层13、n栅极层12、p阳极层11。
因为与p阳极层41和nDBR层42接触的部分(电流阻止部β)为反向偏压状态，所以电流不易流通，但设置有隧道结层15的部分(电流通过部α)，电流容易流通。即，利用隧道结层15进行电流狭窄。
此外，光晶闸管T的n阴极层14由nDBR层42兼任。因此，也可以没有n阴极层14。
另外，也可以使用第一实施方式中说明的金属导电性III-V族化合物层来代替隧道结层15，也可以将电压降低层19用于光晶闸管T。
[第七实施方式]
图17是说明第七实施方式的光开关C的图。图17(a)是剖面图，图17(b)是俯视图。等效电路与图15(c)所示的第五实施方式相同，所以省略记载。
第七实施方式的光开关C不将图16所示的第六实施方式的光开关C中的nDBR层42作为DBR层，而是将其作为n型的层43(n层43)，且在开口部20的底部以与发光层17对置的方式设置反射部44。
反射部44可以是介电体多层膜反射镜等。
此外，光晶闸管T的n阴极层14由n层43兼任，因此，也可以没有光晶闸管T的n阴极层14。
而且，也可以使用第一实施方式中说明的金属导电性III-V族化合物层来代替隧道结层15，也可以将电压降低层19用于光晶闸管T。
[第八实施方式]
图18是说明第八实施方式的光开关C的图。图18(a)是剖面图，图18(b)是等效电路。
在垂直腔面发射激光器VCSEL等激光元件中，在从截止状态转换到导通状态时，产生振荡的延迟或弛豫振荡，对输入信号的响应性差。因此，至此说明的垂直腔面发射激光器VCSEL等激光元件难以进行例如超过1Gbps的调制。
因此，在第八实施方式的光开关C中，对垂直腔面发射激光器VCSEL等激光元件施加直流电压，预先使其振荡(处于导通状态)。该情况下，垂直腔面发射激光器VCSEL的出射光被设定为不成为信号的小的光量。而且，在光晶闸管T通过入射光而开通时，输出大的光量的出射光。
如图18(a)所示，在图12所示的第二实施方式的光开关C中，使n阴极(DBR)层18露出，并设置电极95。而且，如图18(b)所示，光开关C中，经由用于防逆流的防逆流二极管DS从直流电源向该电极95施加直流电压V0。此外，防逆流二极管DS可以设置于光开关C的外部，也可以将n栅极层12、p阳极层11、隧道结层15与光晶闸管T分离而在垂直腔面发射激光器VCSEL上形成，且将电极95设置在n栅极层12上。
直流电压V0只要是对垂直腔面发射激光器VCSEL与防逆流二极管DS的串联电路施加，使垂直腔面发射激光器VCSEL和防逆流二极管DS处于导通状态的电压即可。此时，设定直流电压V0，以使垂直腔面发射激光器VCSEL的出射光为不成为信号的小的光量。
由此，因为垂直腔面发射激光器VCSEL预先处于导通状态，因此，在入射光入射时，不会产生振荡的延迟或弛豫振荡，而是输出追随入射光的出射光。即，光开关C实现高速的调制。
第八实施方式可应用于使用垂直腔面发射激光器VCSEL的第一实施方式、第三实施方式至第七实施方式。另外，第八实施方式也可以应用于使用其他激光元件的实施方式。
[第九实施方式]
第一实施方式至第八实施方式中，作为发光元件，使用垂直腔面发射激光器VCSEL。
第九实施方式中，作为发光元件，代替垂直腔面发射激光器VCSEL而使用发光二极管LED。
图19是示出第九实施方式的光开关C的图。图19(a)是剖面图，图19(b)是俯视图，图19(c)是等效电路。
第九实施方式的光开关C在图1所示的第一实施方式的光开关C中，将p阳极(DBR)层16作为不是DBR层的p阳极层51，将n阴极(DBR)层18作为不是DBR层的n阴极层52。
p阳极层51依次层叠下侧p阳极层51a、电流狭窄层51b、上侧p阳极层51c而构成。
下侧p阳极层51a、上侧p阳极层51c例如是杂质浓度1×1018/cm3的p型的Al0.9GaAs。Al组分也可以在0～1的范围变更，此外，也可以是GaInP等。
n阴极层52例如是杂质浓度1×1018/cm3的n型的Al0.9GaAs。Al组分也可以在0～1的范围变更。此外，也可以是GaInP等。
其它结构与第一实施方式的光开关C相同，所以省略说明。
此外，也可以与第二实施方式的光开关C相同，更换发光二极管LED与光晶闸管T的层叠顺序。另外，也可以使用发光二极管LED来代替第三实施方式至第八实施方式的垂直腔面发射激光器VCSEL。
另外，也可以使用第一实施方式中说明的金属导电性III-V族化合物层来代替隧道结层15，也可以将电压降低层19用于光晶闸管T。另外，也可以应用其它实施方式。
[第十实施方式]
图20是示出第十实施方式的光开关C图。图20(a)是剖面图，图20(b)是俯视图，图20(c)是等效电路。
第十实施方式中，使用谐振器型发光二极管LED(Resonance Cavity LightEmitting Diode on Thyristor)来代替第一实施方式的作为光开关C的发光元件的垂直腔面发射激光器VCSEL。此外，谐振器型发光二极管LED的结构与作为第一实施方式的光开关C的发光元件的垂直腔面发射激光器VCSEL相同。因此，标注同一符号并省略详细的说明。
谐振器型发光二极管LED由p阳极(DBR)层16和n阴极(DBR)层18构成谐振器(空腔)，通过谐振而强力输出发光层17出射的光。
此外，也可以与第二实施方式的光开关C相同，更换发光二极管LED与光晶闸管T的层叠顺序。另外，也可以使用谐振器型发光二极管LED来代替第三实施方式至第八实施方式的垂直腔面发射激光器VCSEL。
而且，也可以使用第一实施方式中说明的金属导电性III-V族化合物层来代替隧道结层15，也可以将电压降低层19用于光晶闸管T。另外，也可以应用其它实施方式。
[第十一实施方式]
图21是示出第十一实施方式的光开关C的图。图21(a)是剖面图，图21(b)是俯视图，图21(c)是等效电路。
第十一实施方式中，作为第一实施方式的光开关C的发光元件，使用端面谐振器型激光二极管LD(Laser Diode on Thyristor)来代替垂直腔面发射激光器VCSEL。
即，将p阳极(DBR)层16和n阴极(DBR)层18分别作为包层(p阳极(包层)层61及n阴极(包层)层62)，用两个包层将发光层17夹在中间。
而且，p阳极(包层)层61由包含电流狭窄层61b的下侧p阳极(包层)层61a和上侧p阳极(包层)层61c构成。
p阳极(包层)层61的下侧p阳极(包层)层61a、上侧p阳极(包层)层61c例如是杂质浓度为5×1017/cm3的p型的Al0.9GaAs。Al组分也可以在0～1的范围变更。此外，也可以是GaInP等。
n阴极(包层)层62例如是杂质浓度5×1017/cm3的n型Al0.9GaAs。Al组分也可以在0～1的范围变更。此外，也可以是GaInP等。
其它结构与第一实施方式的光开关C相同，因此省略说明。
包层(p阳极(包层)层61及n阴极(包层)层62)是折射率比发光层17小的层。由发光层17与这些包层的界面反射从发光层17出射的光，将光封闭在发光层17内。而且，使在发光层17的端面(侧面)之间构成的谐振器谐振，进行激光振荡。出射光OUT3向沿着基板10的表面的方向出射。
因此，阴极电极92设置于激光二极管LD的n阴极(包层)层62上。因此，入射光IN2只要从上或从沿着基板10的表面的方向向光晶闸管T的p栅极层13或n栅极层12入射即可。另外，入射光IN2也可以从基板10的背面入射。
此外，也可以与第二实施方式的光开关C相同，更换激光二极管LD与光晶闸管T的层叠顺序。另外，也可以使用谐振器型激光二极管LD来代替第三实施方式至第八实施方式的垂直腔面发射激光器VCSEL。
而且，也可以使用第一实施方式中说明的金属导电性III-V族化合物层来代替隧道结层15，也可以将电压降低层19用于光晶闸管T。另外，也可以应用其它实施方式。
另外，作为发光元件，对垂直腔面发射激光器VCSEL、发光二极管LED、谐振器型发光二极管LED、端面谐振器型的激光二极管LD进行了说明，但也可以是双极晶体管结构的发光元件等其它发光元件。
以上，主要以p型GaAs作为基板10的例子进行了说明。对使用其它基板时的各半导体层(图17(a)的第七实施方式的光开关C)的例子进行说明。
首先，使用GaN基板30时的半导体层叠体的一例如下。
p阳极层11例如是杂质浓度1×1018/cm3的p型Al0.9GaN。Al组分也可以在0～1的范围变更。
n栅极层12例如是杂质浓度1×1017/cm3的n型Al0.9GaN。Al组分也可以在0～1的范围变更。
p栅极层13例如是杂质浓度1×1017/cm3的p型Al0.9GaN。Al组分也可以在0～1的范围变更。
n阴极层14例如是杂质浓度1×1018/cm3的n型Al0.9GaN。Al组分也可以在0～1的范围变更。
隧道结层15由以高浓度添加有n型杂质的n++层15a与以高浓度添加有p型杂质的p++层15b的结(参照图17(a)。)构成。n++层15a及p++层15b例如是杂质浓度1×1020/cm3的高浓度。此外，通常的结的杂质浓度是1017/cm3个～1018/cm3个。n++层15a与p++层15b的组合(以下用n++层15a/p++层15b进行标记。)例如是n++GaN/p++GaN、n++GaInN/p++GaInN、n++AlGaN/p++AlGaN。此外，也可以将组合相互变更。
p阳极层41例如是杂质浓度1×1018/cm3的p型Al0.9GaN。Al组分也可以在0～1的范围变更。
在GaN基板上，难以将氧化狭窄层用作电流狭窄层，因此，理想的是在电流通过部α设置有隧道结层或金属导电性III-V族化合物层的结构。或者，使用离子注入作为电流狭窄方法也是有效的。
发光层17是有阱(Well)层与障壁(barrier)层交替层叠而成的量子阱结构。阱层例如是GaN、InGaN、AlGaN等，障壁层是AlGaN、GaN等。此外，发光层17也可以是量子线或量子箱(量子点)。
n阴极(DBR)层18例如的杂质浓度1×1018/cm3的n型Al0.9GaN/Al0.1GaN。Al组分也可以在0～1的范围变更。
出射方向的反射部44可以是n型或i型的半导体多层膜反射镜，也可以是介电体多层膜反射镜。
接着，使用InP基板时的半导体层叠体的一例如下。
p阳极层11例如是杂质浓度1×1018/cm3的p型InGaAsP。Ga组分、Al组分也可以在0～1的范围变更。
n栅极层12例如是杂质浓度1×1017/cm3的n型InGaAsP。Ga组分、Al组分也可以在0～1的范围变更。
p栅极层13例如是杂质浓度1×1017/cm3的p型InGaAsP。Ga组分、Al组分也可以在0～1的范围变更。
n阴极层14例如是杂质浓度1×1018/cm3的n型InGaAsP。Ga组分、Al组分也可以在0～1的范围变更。
隧道结层15由以高浓度添加有n型杂质的n++层15a与以高浓度添加有p型杂质的p++层15b的结(参照图17(a)。)构成。n++层15a及p++层15b例如是杂质浓度1×1020/cm3的高浓度。此外，通常的结的杂质浓度是1017/cm3个～1018/cm3个。n++层15a与p++层15b的组合(以下用n++层15a/p++层15b标记。)例如是n++InP/p++InP、n++InAsP/p++InAsP、n++InGaAsP/p++InGaAsP、n++InGaAsPSb/p++InGaAsPSb。此外，也可以将组合相互变更。
p阳极层41例如是杂质浓度1×1018/cm3的p型InGaAsP。Ga组分、Al组分也可以在0～1的范围变更。
在InP基板上，难以使用氧化狭窄层作为电流狭窄层，因此，理想的是在电流通过部α设置有隧道结层或金属导电性III-V族化合物层的结构。或者，使用离子注入作为电流狭窄方法也是有效的。
发光层17是阱(Well)层与障壁(barrier)层交替层叠而成的量子阱结构。阱层例如是InAs、InGaAsP、AlGaInAs、GaInAsPSb等，障壁层是InP、InAsP、InGaAsP、AlGaInAsP等。此外，发光层17也可以是量子线或量子箱(量子点)。
n阴极(DBR)层18例如是杂质浓度1×1018/cm3的n型InGaAsP/InGaAsP。Ga组分、Al组分也可以在0～1的范围变更。
出射方向的反射部44可以是n型或i型的半导体多层膜反射镜，也可以是介电体多层膜反射镜。
这些半导体层例如通过有机金属化学气相沉积法(MOCVD)、分子束外延法(MBE)等层叠在一起，形成半导体层叠体。
另外，也可以将以上说明的实施方式应用于由有机材料构成的p型、n型、i型层、发光层。
另外，也可以将各实施方式与其它实施方式组合使用。
为了进行图示和说明，以上对本发明的实施方式进行了描述。其目的并不在于全面详尽地描述本发明或将本发明限定于所公开的具体形式。很显然，对本技术领域的技术人员而言，可以做出许多修改以及变形。本实施例的选择和描述，其目的在于以最佳方式解释本发明的原理及其实际应用，从而使得本技术领域的其他熟练技术人员能够理解本发明的各种实施例，并做出适合特定用途的各种变形。本发明的范围由与本说明书一起提交的权利要求书及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种光开关，其特征在于，包括：
光晶闸管，其通过入射光而从截止状态转换到导通状态；
发光元件，其当所述光晶闸管处于导通状态时，输出出射光；
隧道结层或具有金属导电性的III-V族化合物层，其设置于所述光晶闸管与所述发光元件之间。
2.根据权利要求1所述的光开关，其中，
所述光晶闸管在栅极层具备控制电极。
3.根据权利要求1所述的光开关，其中，
所述发光元件包括半导体层，所述光晶闸管具备带隙能量比所述发光元件的所述半导体层的带隙能量小的电压降低层。
4.根据权利要求1所述的光开关，其中，
所述发光元件的电流路径狭窄。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光开关，其中，
所述光晶闸管在输出来自所述发光元件的所述出射光的路径上具备开口部。
6.根据权利要求5所述的光开关，其中，
所述光晶闸管的所述开口部的侧壁倾斜以便接受所述入射光。
7.根据权利要求1所述的光开关，其中，
所述光晶闸管的接受所述入射光的一侧、即形成电极的面包括未被该电极覆盖的部分。
8.根据权利要求1所述的光开关，其中，
所述发光元件包括发光层，所述光开关包括与所述发光元件的所述发光层相对设置的分布式布拉格反射层。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光开关，其中，
所述发光元件在所述光晶闸管为截止状态的期间，被施加维持在输出光量比所述出射光小的光的状态的偏置电压。
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