DE3788917T2 - Eine optisch bistabile Photodiodevorrichtung. - Google Patents

Eine optisch bistabile Photodiodevorrichtung.

Info

Publication number
DE3788917T2
DE3788917T2 DE3788917T DE3788917T DE3788917T2 DE 3788917 T2 DE3788917 T2 DE 3788917T2 DE 3788917 T DE3788917 T DE 3788917T DE 3788917 T DE3788917 T DE 3788917T DE 3788917 T2 DE3788917 T2 DE 3788917T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
photodiode
circuit
optically bistable
resistor
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE3788917T
Other languages
English (en)
Other versions
DE3788917D1 (de
Inventor
Akira C O Nec Corporati Suzuki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp, Nippon Electric Co Ltd filed Critical NEC Corp
Publication of DE3788917D1 publication Critical patent/DE3788917D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3788917T2 publication Critical patent/DE3788917T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F3/00Optical logic elements; Optical bistable devices
    • G02F3/02Optical bistable devices
    • G02F3/028Optical bistable devices based on self electro-optic effect devices [SEED]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • G02F1/017Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine optisch bistabile Photodiodenvorrichtung und insbesondere eine optisch bistabile Photodiodenvorrichtung, die auf eine Vorrichtung zur optischen Informationsverarbeitung usw. anwendbar ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Eine der herkömmlichen optisch bistabilen Photodiodenvorrichtungen ist in "Applied Physics Letters 45(1)", Seiten 13 bis 15, erschienen am 1. Juli 1984, beschrieben. Die optisch bistabile Photodiodenvorrichtung weist eine PIN-Photodiode und eine Konstantspannungsversorgung auf, von der eine Vorspannung in Sperrichtung über einen Reihenwiderstand an der PIN-Photodiode angelegt wird. Zur PIN-Photodiode gehört eine Mehrfachschicht innerhalb eines Eigenleitungsbereichs, an der ein elektrisches Feld senkrecht entsprechend der Vorspannung in Sperrichtung angelegt ist.
  • Im Betrieb wird eine Wellenlänge des einfallenden Lichts so gewählt, daß sie in der Nähe der Exzitonresonanzposition für eine Nullspannung an der Photodiode liegt. Bei niedriger optischer Leistung ist die Versorgungsspannung im wesentlichen an der Photodiode angelegt, da es infolge des kleinen Photostroms zu keinem Spannungsabfall durch den Reihenwiderstand kommt, so daß die Exzitonabsorption zu längeren Wellenlängen verschoben wird. Bei Erhöhung der optischen Leistung erhöht sich der Photostrom, so daß sich eine an der Photodiode angelegte Spannung verringert. Dies führt zur Erhöhung der Exzitonabsorption infolge der Rückbewegung der Exzitonresonanzen, wodurch sich der Photostrom weiter erhöht. Als Ergebnis kommt es zu einem optisch bistabilen Schaltbetrieb in der PIN-Photodiodenvorrichtung.
  • Eine solche optisch bistabile Photodiodenvorrichtung gemäß der vorstehenden Beschreibung hat zwei stabile Zustandsmerkmale und eine nichtlineare Lichtdurchlässigkeit hinsichtlich der optischen Ein- und Ausgabe. Daher wird davon ausgegangen, daß in naher Zukunft die Photodiodenvorrichtung in einer optischen Arithmetikeinheit und einem optischen Speicher für eine Vorrichtung zur optischen Informationsverarbeitung die wichtigste Rolle spielen wird. Aus diesem Grund befaßten sich Forschung und Entwicklung weltweit in vielen Institutionen immer wieder mit einer solchen Photodiodenvorrichtung, was auch künftig der Fall sein wird.
  • Schaltgeschwindigkeit und Stromverbrauch sind die wichtigsten Merkmale für eine solche Photodiodenvorrichtung, besonders in einer Vorrichtung zur optischen digitalen Arithmetikverarbeitung, die ein Anwendungsfeld unter dem Aspekt solcher vorteilhaften Eigenschaften des Lichts wie hohe Geschwindigkeit und störungsfreie Parallelverwendung darstellt. Beispielsweise wurde dem Energieverbrauch, der das Produkt aus Schaltgeschwindigkeit und Stromverbrauch ist, als einem Leistungsmerkmal der optisch bistabilen Photodiodenvorrichtung große Aufmerksamkeit gewidmet, und in Forschung und Entwicklung wird nach wie vor eine Senkung dieses Energieverbrauchs angestrebt.
  • Berichten zufolge beträgt der Energieverbrauch in der optisch bistabilen Photodiodenvorrichtung gemäß der vorstehenden Beschreibung jedoch bis zu 1 nJ, trotz der Tatsache, daß für den Energieverbrauch nur 1 pJ und sogar 1 fJ als Zielwert für einen praktischen Einsatz einer Vorrichtung zur optischen digitalen Arithmetikverarbeitung wünschenswert sind.
  • In dieser Hinsicht unterliegt die Verringerung des Energieverbrauchs einer Einschränkung, da wegen des Betriebsprinzips in der herkömmlichen optisch bistabilen Photodiodenvorrichtung ein Vorspannungswiderstand in seinem Wert nicht über eine gewisse Grenze hinaus verringert werden kann, obwohl die Ansprechzeit schnell und umgekehrt proportional zu einer Zeitkonstante auf der Grundlage des Vorspannungswiderstands und der Sperrschichtkapazität der Photodiode sein kann.
  • ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht folglich darin, eine optisch bistabile Photodiodenvorrichtung zu schaffen, in der ein schnelles Ansprechen ohne Verschlechterung anderer Merkmale erreicht werden kann.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine optisch bistabile Photodiodenvorrichtung zu schaffen, in der der Stromverbrauch verringert ist.
  • Erfindungsgemäß weist eine optisch bistabile Photodiodenvorrichtung auf:
  • eine Photodiode, in der sich die Lichtabsorption entsprechend einer daran anzulegenden Spannung ändert, eine Schaltung zum Detektieren und Verstärken eines durch die Photodiode fließenden Photostroms und
  • eine Schaltung zum Steuern der an der Photodiode anzulegenden Spannung entsprechend der Ausgabe der Schaltung zum Detektieren und Verstärken innerhalb eines Bereiches, der erforderlich ist, um einen optisch bistabilen Betrieb zu erreichen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Nachstehend wird die Erfindung näher anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 ein Schaltbild einer optisch bistabilen Photodiodenvorrichtung in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • Fig. 2 eine erläuternde Ansicht der optisch bistabilen Photodiodenvorrichtung in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • Fig. 3 ein Schaltbild einer optisch bistabilen Photodiodenvorrichtung in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • Fig. 4 eine erläuternde Ansicht der optisch bistabilen Photodiodenvorrichtung in der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Fig. 1 zeigt eine optisch bistabile Photodiodenvorrichtung in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die optisch bistabile Photodiodenvorrichtung weist auf: eine Photodiode 101, eine Verstärkungsschaltung 102 mit einem Widerstand 121 und einem Transistor 122 und einen Vorspannungswiderstand 103, wobei die p-Elektrode der Photodiode 101 mit einem Anschlußpunkt zwischen dem Widerstand 121 und der Gate- Elektrode des Transistors 122 verbunden ist, während ihre n- Elektrode mit einem Anschlußpunkt zwischen dem Vorspannungswiderstand 103 und dem Transistor 122 verbunden ist. Eine Spannung von -1 V ist an einem Anschluß 141 des Widerstands 121 angelegt, und eine Spannung von +3 V ist an einem Anschluß 143 des Vorspannungswiderstands 103 angelegt, während ein Anschluß 142 des Transistors 122 mit Erde verbunden ist.
  • Fig. 2 zeigt eine optisch bistabile Photodiodenvorrichtung gemäß der Beschreibung von Fig. 1, die so hergestellt ist, daß sie auf einem halbisolierenden Substrat 100 aus GaAs auf monolithische Weise integriert ist. Die Photodiode 101 weist auf: eine n-Hüllschicht 11 aus n-Al0,6Ga0,4As mit einer Dicke von 1 um, eine Mehrfachschicht 12 mit zweihundert Schichten aus nichtdotiertem GaAs und Al0,4Ga0,6As mit jeweils einer Dicke von 50 Å, die abwechselnd auf einer Oberfläche der n-Hüllschicht 11 ausgebildet sind, eine p-Hüllschicht 13 aus Al0,6Ga0,4As mit einer Dicke von 1 um, die auf der gegenüberliegenden Seite der n-Hüllschicht 11 zur Mehrfachschicht 12 ausgebildet ist, wobei die n-Elektrode 14 auf einem verlängerten Abschnitt der n-Hüllschicht 11 vorgesehen ist und die p-Elektrode 15 ein Fenster 16 für einfallendes Licht auf der p-Hüllschicht 13 hat. Die n-Hüllschicht 11 ist auf einem Abschnitt des Substrats 100 ausgebildet, durch den eine Lichtaustrittsöffnung 17 vorgesehen ist, und die Verstärkungsschaltung 102 und der Vorspannungswiderstand 103 sind ebenfalls auf der gemeinsamen Oberfläche des Substrats 100 ausgebildet.
  • In der vorstehend beschriebenen optisch bistabilen Photodiodenvorrichtung wird das einfallende Licht so ausgewählt, daß es eine Wellenlänge hat, bei der eine Resonanz unter Exzitonabsorption erzeugt wird, wobei ein an der Mehrfachschicht 12 anzulegendes elektrisches Feld gering ist. Der Durchmesser der Photodiode 101 beträgt 40 um und ihre Sperrschichtkapazität beträgt 0,2 pF. Der Widerstand 121 hat 1 kΩ und detektiert den Photostrom der Photodiode 101. Der Transistor 122 ist ein rauscharmer MES-FET, in dem die Eingangskapazität 0,25 pF und die Steilheit 100 mS beträgt. Der Vorspannungswiderstand 103 hat 2 kΩ und steuert die an der Photodiode 101 anzulegende Spannung entsprechend einem Spannungsabfall, der proportional zum Photostromsignal ist, das in der Verstärkungsschaltung 102 verstärkt wird.
  • In der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt ein optisch bistabiler Betrieb in Übereinstimmung mit einem elektrischen Feldeffekt der Exzitonabsorption in der Mehrfachschicht 12 der Photodiode 101, wobei der Photostrom in der Verstärkungsschaltung 102 so verstärkt wird, daß eine an der Mehrfachschicht 12 angelegte Spannung zurückgeführt wird. Im optisch bistabilen Betrieb hängen Ansprechgeschwindigkeit und Stromverbrauch vom Wert des elektrischen Feldeffekts bei der Exzitonabsorption sowie vom Stromkreisparameter des Vorspannungswiderstands 103 ab. Anders ausgedrückt muß eine an der Photodiode 101 angelegte Spannung um 2 V geändert werden, um eine Energieverschiebung in der Exzitonabsorption zu bewirken, die für einen optisch bistabilen Betrieb erforderlich ist.
  • In der Schaltung der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform beträgt, einschließlich einer Streukapazität der Verdrahtung von 50 fF, die gesamte Eingangskapazität des Transistors 122 0,5 pF, so daß die als Produkt aus Kapazität des Transistors 122 und Widerstandswert des Widerstands 121 bestimmte CR-Zeitkonstante 500 pS beträgt. Ferner beträgt die anhand des Vorspannungswiderstands 103 und der Photodiode 101 zu bestimmende CR-Zeitkonstante 400 pS. Andererseits beträgt eine Stromverstärkung in der Verstärkungsschaltung 102 das 100-fache in Abhängigkeit vom Produkt aus dem Widerstandswert des Widerstands 121 und der Steilheit des Transistors 122, und ein Ausgabestrom, der für die Spannungsänderung von 2 V im Vorspannungswiderstand 103 von 2 kΩ erforderlich ist, beträgt 1 mA in der Verstärkungsschaltung 102. Somit erfolgt der optisch bistabile Schaltbetrieb, wenn der Photodiode 101 eine Lichtleistung von etwa 10 uW zugeführt wird, sofern die Quantenausbeute der Exzitonabsorption in ihr 80% beträgt. Ferner wird eine Schaltgeschwindigkeit von 1 nS erreicht, während der Energieverbrauch 10 fJ beträgt, also ein Hunderttausendstel im Vergleich zur herkömmlichen optisch bistabilen Photodiodenvorrichtung.
  • Obwohl Aufbau und Betrieb einer optisch bistabilen Photodiodenvorrichtung in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform näher beschrieben wurden, werden nachfolgend allgemeine Erläuterungen zum Betrieb einer erfindungsgemäßen optisch bistabilen Photodiodenvorrichtung gegeben.
  • In einer PIN-Photodiode mit einer Mehrfachschicht aus GaAs- und AlGaAs-Schichten wird das zuzuführende einfallende Licht so ausgewählt, daß es eine geringe Lichtstärke und eine Wellenlänge hat, bei der es zur Exzitonabsorption kommt, wenn ein an der Mehrfachschicht angelegtes elektrisches Feld gering ist. Bei Anlegen einer Spannung an der Photodiode, die in einer Vorspannungsschaltung durch eine Ausgabe einer Verstärkungsschaltung zu ändern ist, in der der durch die Photodiode fließende Photostrom zum Verstärken detektiert wird, ist die Lichtabsorption in der Photodiode gering, so daß die durchgeleitete Lichtstärke hoch ist, da sich die Exzitonabsorption infolge eines elektrischen Feldeffekts der Mehrfachschicht zu längeren Wellenlängen verschiebt. Wird anschließend die Lichtstärke des einfallenden Lichts erhöht, steigt der Photostrom in der Photodiode, was eine Verringerung des an der Mehrfachschicht angelegten elektrischen Felds infolge eines Spannungsabfalls an der Vorspannungsschaltung bewirkt, der eine Ausgabe der Verstärkungsschaltung zugeführt wird. Dadurch verringert sich die Verschiebung der Exzitonabsorption, was zu einer weiteren Erhöhung des durch die Photodiode fließenden Photostroms führt, so daß sich das an der Mehrfachschicht angelegte elektrische Feld stark verringert und dadurch die Lichtabsorption darin stark erhöht; im Ergebnis fällt die Lichtstärke des die Photodiode passierenden Lichts rapide von einem hohen auf einen niedrigen Wert ab. Somit wird eine optisch bistabile Charakteristik zwischen dem zur Photodiode geführten einfallenden Licht und dem aus der Photodiode austretenden Licht erreicht.
  • In einer solchen optisch bistabilen Photodiodenvorrichtung ist die Ansprechgeschwindigkeit von der Zeitkonstante abhängig, die anhand von Parametern einer Verstärkungsschaltung zum Detektieren des zu verstärkenden Photostroms und einer Vorspannungsschaltung bestimmt wird, der eine Ausgabe der Verstärkungsschaltung zuzuführen ist. Besteht die Verstärkungsschaltung aus einem rauscharmen und schnellen Elektronikbaustein, in dem der Photostrom niederohmig umgewandelt wird, kann eine Vorspannungsschaltung zum Ändern einer an der Photodiode angelegten Spannung niederohmig sein, so daß der Widerstandswert des Vorspannungswiderstands, der in der herkömmlichen optisch bistabilen Photodiodenvorrichtung dazu beiträgt, eine schnellere Ansprechgeschwindigkeit zu verhindern, bedeutend geringer sein kann, was zu einem wesentlich niedrigeren Energieverbrauch führt.
  • Alternativ kann anstelle der Exzitonabsorption ein elektrischer Feldeffekt einer Bandkantenabsorption angewendet werden. Auch in diesem Fall ergibt sich eine optisch bistabile Photodiodenvorrichtung mit geringem Energieverbrauch nach genau dem gleichen Prinzip, außer daß die Polarität des Ausgabesignals von der Verstärkungsschaltung umgekehrt ist.
  • Fig. 3 zeigt eine optisch bistabile Photodiodenvorrichtung in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die optisch bistabile Photodiodenvorrichtung weist auf: eine Photodiode 201, eine Verstärkungsschaltung 202 mit Widerständen 221 und 222 sowie Transistoren 224 und 225 und einen Vorspannungswiderstand 203, wobei die p-Elektrode der Photodiode 201 mit einem Anschlußpunkt zwischen dem Widerstand 221 und der Gate-Elektrode des Transistors 224 verbunden ist, während ihre n-Elektrode mit einem Anschlußpunkt zwischen dem Vorspannungswiderstand 203 und dem Kollektor des Transistors 225 verbunden ist. Eine Spannung von -1,01 V ist an einem Anschluß 241 des Widerstands 221, eine Spannung von -1 V an einem Anschluß 243 des Transistors 225 und eine Spannung von +3 V an einem gemeinsamen Anschluß 244 des Vorspannungswiderstands 203 und des Kollektors des Transistors 224 angelegt, während ein Anschluß 242 des mit den Emittern der Transistoren 224 und 225 verbundenen Widerstands 222 mit Erde verbunden ist.
  • Fig. 4 zeigt die optisch bistabile Photodiodenvorrichtung gemäß der Beschreibung von Fig. 3, die so hergestellt ist, daß sie auf einem halbisolierenden Substrat 200 aus InP auf monolithische Weise integriert ist. Die Photodiode 201 weist auf: eine n-Hüllschicht 21 aus n-InP mit einer Dicke von 1 um, eine Mehrfachschicht 22 mit zweihundert Schichten aus nichtdotiertem InAlAs und InGaAs mit jeweils einer Dicke von 50 Å, die abwechselnd auf einer Oberfläche der n-Hüllschicht 21 ausgebildet sind, eine p-Hüllschicht 23 aus p-InP mit einer Dicke von 1 um, die auf der gegenüberliegenden Seite der n-Hüllschicht 21 zur Mehrfachschicht 22 ausgebildet ist, wobei die n-Elektrode 24 auf einem verlängerten Abschnitt der n-Hüllschicht 21 vorgesehen ist und die p-Elektrode 25 ein Fenster 26 für einfallendes Licht auf der p- Hüllschicht 23 hat. Die n-Hüllschicht 21 ist auf einem Abschnitt des Substrats 200 ausgebildet, durch den Licht geleitet wird, um an der spiegelpolierten Unterseite auszutreten, und die Verstärkungsschaltung 202 sowie der Vorspannungswiderstand 203 sind ebenfalls auf der gemeinsamen Oberfläche des Substrats 200 ausgebildet.
  • In der vorstehend beschriebenen optisch bistabilen Photodiodenvorrichtung wird das einfallende Licht so ausgewählt, daß es eine Wellenlänge hat, bei der eine Resonanz entsprechend einer Bandkantenabsorption erzeugt wird, wobei ein an der Mehrfachschicht 22 angelegtes elektrisches Feld gering ist. Der Durchmesser der Photodiode 201 beträgt 40 um und ihre Sperrschichtkapazität beträgt 0,2 pF. Der Widerstand 221 hat 1 kΩ und detektiert den Photostrom der Photodiode 201, der Widerstand 222 hat 100 Ω und ist mit den Emittern der Transistoren 224 und 225 verbunden, und der Vorspannungswiderstand 203 hat 2 kΩ. Die Transistoren 224 und 225 sind rauscharme InGaAs-Feldeffekttransistoren, deren Eingangskapazität 0,25 pF und deren Steilheit 100 mS beträgt.
  • In der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt ein optisch bistabiler Betrieb in Übereinstimmung mit einem elektrischen Feldeffekt einer Bandkantenabsorption in der Mehrfachschicht 22, wobei der Photostrom in der Verstärkungsschaltung 202 so verstärkt wird, daß eine an der Mehrfachschicht 22 angelegte Spannung zurückgeführt wird, um in einer Richtung verändert zu werden, in der die Lichtabsorption in der Photodiode 201 größer wird. Auf nochmalige Erläuterungen wird an dieser Stelle verzichtet, da der Betrieb wie in der ersten Ausführungsform mit Ausnahme der Tatsache erfolgt, daß ein entsprechend dem Photostrom in der Photodiode 201 zurückzuführendes Signal in seiner Polarität umgekehrt wird, da anstelle einer Exzitonabsorption ein elektrischer Feldeffekt einer Bandkantenabsorption in der Mehrfachschicht 22 genutzt wird. Daher kommt es aus dem gleichen Grund wie in der ersten Ausführungsform auch in der optisch bistabilen Photodiodenvorrichtung der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform zu einer bedeutenden Verbesserung der Schaltgeschwindigkeit und des Stromverbrauchs im Vergleich zu einer herkömmlichen optisch bistabilen Photodiodenvorrichtung.
  • Obwohl in der ersten und zweiten Ausführungsform Parameter festgelegt sind, können deren Werte geändert werden, wenn Photostrom zum Verstärken detektiert und eine Vorspannung an einer Photodiode angelegt wird. Beim Herstellen der Photodiode kann außerdem eine solche Struktur wie ein Übergitter, ein Superdünnfilm, eine Volumenstruktur usw. verwendet werden. Ferner kann das einfallende Licht so ausgewählt werden, daß es eine optimale Wellenlänge hat, bei der ein optisch bistabiler Betrieb erfolgt. Außerdem können zusätzlich zu dem GaAs-System und dem InP-System der ersten und zweiten Ausführungsform auch solche Materialien wie ein Verbundmaterial aus einem GaAs- und InP-System, ein GaSb-System usw. ausgewählt werden.
  • Obwohl die Erfindung zur vollständigen und deutlichen Offenbarung anhand spezifischer Ausführungsformen beschrieben wurde, sind die beigefügten Ansprüche nicht darauf beschränkt, sondern sollen alle Abwandlungen und Alternativaufbauten einbeziehen, die dem Fachmann deutlich sein dürften und der dargestellten grundsätzlichen Lehre entsprechen.

Claims (5)

1. Optisch bistabile Photodiodenvorrichtung mit einer Photodiode (101, 201), in der sich die Lichtabsorption entsprechend einer daran angelegten Spannung ändert, gekennzeichnet durch eine Schaltung (102, 202) zum Detektieren und Verstärken eines durch die Photodiode (101, 201) fließenden Photostroms und eine Schaltung (103, 203) zum Steuern der an der Photodiode angelegten Spannung entsprechend der Ausgabe der Schaltung zum Detektieren und Verstärken, wobei die Spannung innerhalb eines Bereiches gesteuert wird, um einen optisch bistabilen Betrieb zu erreichen.
2. Optisch bistabile Photodiodenvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein gemeinsames Substrat (100, 200), auf dem die Photodiode (101, 201), die Schaltung (102, 202) zum Detektieren und Verstärken und die Schaltung (103, 203) zum Steuern der angelegten Spannung vorgesehen sind.
3. Optisch bistabile Photodiodenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodiode (101, 201) eine Mehrfachschicht (12, 22) sowie p- und n-Hüllschichten (13 und 11, 23 und 21) aufweist, die auf den jeweiligen Oberflächen der Mehrfachschicht vorgesehen sind.
4. Optisch bistabile Photodiodenvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Substrat (100) ein halbisolierendes Substrat aus GaAs ist, und dadurch, daß die Schaltung (102) einen Widerstand (121) und einen Transistor (122) zum Detektieren und Verstärken aufweist, wobei ein Anschluß des Widerstands mit der p-Elektrode (15) der Photodiode (101) und der Gate-Elektrode des Transistors verbunden ist, die n-Elektrode (14) der Photodiode und der Kollektor des Transistors mit einem Anschluß der Schaltung (103) zum Steuern der angelegten Spannung verbunden sind und wobei die durch die Verstärkungsschaltung (102, 202) bestimmte Spannungsänderung an der Photodiode ausreichend groß ist, um die Photodiode zwischen ihren beiden stabilen Zuständen umzuschalten.
5. Optisch bistabile Photodiodenvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Substrat (200) ein halbisolierendes Substrat aus InP ist, und dadurch, daß die Schaltung (202) zum Detektieren und Verstärken einen Widerstand (221) und ein Paar Transistoren (224, 225) aufweist, wobei ein Anschluß des Widerstands mit der p-Elektrode (25) der Photodiode (201) und der Gate-Elektrode eines der Transistoren (224) verbunden ist, der andere Transistor (225) an seinem Emitter mit dem Emitter des einen Transistors und mit einem Widerstand (222) verbunden ist und an seinem Kollektor mit einem Anschluß der Schaltung (203) zum Steuern der angelegten Spannung und mit der n-Elektrode (24) der Photodiode verbunden ist, und wobei die durch die Verstärkungsschaltung (102, 202) bestimmte Spannungsänderung an der Photodiode ausreichend groß ist, um die Photodiode zwischen ihren beiden stabilen Zuständen umzuschalten.
DE3788917T 1986-09-19 1987-09-18 Eine optisch bistabile Photodiodevorrichtung. Expired - Fee Related DE3788917T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61221528A JPS6377168A (ja) 1986-09-19 1986-09-19 複合光双安定素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3788917D1 DE3788917D1 (de) 1994-03-10
DE3788917T2 true DE3788917T2 (de) 1994-07-28

Family

ID=16768126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE3788917T Expired - Fee Related DE3788917T2 (de) 1986-09-19 1987-09-18 Eine optisch bistabile Photodiodevorrichtung.

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4782223A (de)
EP (1) EP0260988B1 (de)
JP (1) JPS6377168A (de)
DE (1) DE3788917T2 (de)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6488518A (en) * 1987-09-30 1989-04-03 Hitachi Ltd Semiconductor device for controlling beam of light
US5010517A (en) * 1987-11-18 1991-04-23 Hitachi, Ltd. Semiconductor optical apparatus
US5170228A (en) * 1988-02-29 1992-12-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Opto-electronic integrated circuit
US4985621A (en) * 1989-04-11 1991-01-15 Massachusetts Institute Of Technology Electrooptical switch with separate detector and modulator modules
JPH081949B2 (ja) * 1989-05-30 1996-01-10 三菱電機株式会社 赤外線撮像装置及びその製造方法
US5151589A (en) * 1989-12-15 1992-09-29 Fujitsu Limited Optical system using spin-dependent optical nonlinearity
US5095200A (en) * 1990-01-19 1992-03-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optoelectronic memory, logic, and interconnection device including an optical bistable circuit
GB2245758B (en) * 1990-06-29 1994-10-26 Gen Electric Co Plc A combined bipolar junction transistor and an optical modulator
FR2667207B1 (fr) * 1990-09-21 1993-06-25 Thomson Csf Convertisseur de frequences lumineuses.
JPH04348084A (ja) * 1991-02-13 1992-12-03 Ricoh Co Ltd 光機能素子
US5130528A (en) * 1991-03-01 1992-07-14 International Business Machines Corporation Opto-photo-electric switch
US5214275A (en) * 1991-09-30 1993-05-25 The Boeing Company Optically controlled microwave switch and signal switching system
JP2584167B2 (ja) * 1992-01-17 1997-02-19 松下電器産業株式会社 光演算記憶装置
US5747791A (en) * 1996-04-25 1998-05-05 Coroy; Trenton G. Method and devices for wavelength and power demodulation based on the use of a quantum well electroabsorption filtering detector
US6198580B1 (en) 1998-08-17 2001-03-06 Newport Corporation Gimballed optical mount
US6516130B1 (en) 1998-12-30 2003-02-04 Newport Corporation Clip that aligns a fiber optic cable with a laser diode within a fiber optic module
US6996506B2 (en) 1999-02-23 2006-02-07 Newport Corporation Process and device for displacing a moveable unit on a base
FR2790115B1 (fr) 1999-02-23 2001-05-04 Micro Controle Procede et dispositif pour deplacer un mobile sur une base montee elastiquement par rapport au sol
US6511035B1 (en) 1999-08-03 2003-01-28 Newport Corporation Active vibration isolation systems with nonlinear compensation to account for actuator saturation
US6655840B2 (en) 2001-02-13 2003-12-02 Newport Corporation Stiff cross roller bearing configuration
US6601524B2 (en) 2001-03-28 2003-08-05 Newport Corporation Translation table with a spring biased dovetail bearing
US6791058B2 (en) 2001-04-25 2004-09-14 Newport Corporation Automatic laser weld machine for assembling photonic components
US6568666B2 (en) 2001-06-13 2003-05-27 Newport Corporation Method for providing high vertical damping to pneumatic isolators during large amplitude disturbances of isolated payload
US6619611B2 (en) 2001-07-02 2003-09-16 Newport Corporation Pneumatic vibration isolator utilizing an elastomeric element for isolation and attenuation of horizontal vibration
US6966535B2 (en) 2002-05-07 2005-11-22 Newport Corporation Snubber for pneumatically isolated platforms
US7320455B2 (en) 2003-10-24 2008-01-22 Newport Corporation Instrumented platform for vibration-sensitive equipment
US8231098B2 (en) 2004-12-07 2012-07-31 Newport Corporation Methods and devices for active vibration damping of an optical structure

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3952265A (en) * 1974-10-29 1976-04-20 Hughes Aircraft Company Monolithic dual mode emitter-detector terminal for optical waveguide transmission lines
JPS5889887A (ja) * 1981-11-25 1983-05-28 Univ Tohoku 半導体光機能デバイス
US4565924A (en) * 1982-03-05 1986-01-21 Omron Tateisi Electronics Co. Light signal binary device with optical feedback
US4588896A (en) * 1983-11-18 1986-05-13 Eastman Kodak Company Bistable circuits having a monolithic device formed with light emitting diodes and detectors
US4546244A (en) * 1984-03-14 1985-10-08 At&T Bell Laboratories Nonlinear and bistable optical device

Also Published As

Publication number Publication date
EP0260988B1 (de) 1994-01-26
US4782223A (en) 1988-11-01
DE3788917D1 (de) 1994-03-10
EP0260988A3 (en) 1989-11-29
JPS6377168A (ja) 1988-04-07
EP0260988A2 (de) 1988-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3788917T2 (de) Eine optisch bistabile Photodiodevorrichtung.
DE60133365T2 (de) Photodetektor mit senkrechtem Metall-Halbleiter, Mikroresonator und Herstellungsverfahren
DE3850103T2 (de) Optische vorrichtung.
DE69124766T2 (de) Elektronenwelleninterferenz-Bauelement und diesbezügliches Verfahren zur Modulation eines Interferenzstromes
DE68918710T2 (de) Optische nichtlineare Vorrichtung mit einer Mikroquantum-Heterostruktur.
DE68924949T2 (de) Nichtlineare optische Vorrichtung.
DE69528917T2 (de) Steuerschaltung eines optischen Halbleitermodulators
DE69020189T2 (de) Optisches Bauelement.
DE102019135282B4 (de) Optoelektronische Komponente mit Strom, der auf Pfade mit hoher Verstärkung abgelenkt wird
DE69022257T2 (de) Optischer Halbleiterschalter und Schaltermatrix.
DE69015228T2 (de) Halbleitervorrichtung mit Kaskaden-modulations-dotierten Potentialtopf-Heterostrukturen.
DE69030148T2 (de) Optische Halbleitervorrichtung
DE69023994T2 (de) Quantumfilm-Strukturen.
DE3878938T2 (de) Optischer schalter.
DE3887974T2 (de) Wellenlängenkonversion mit auf dem selbstelektrooptischen Effekt beruhenden Vorrichtungen.
DE69030175T2 (de) Optische Halbleitervorrichtung
DE69023082T2 (de) Optische logische Anordnung mit einem Ausgang.
DE10248713B4 (de) Optischer Modulator
DE69016248T2 (de) Verfahren und Apparatur zur Erhöhung der Verarbeitungskapazität digitaler optischer Verarbeitungssysteme mit optisch bistabilen Vorrichtungen.
DE68922056T2 (de) Optisch bistabile Laserdiode und Verfahren zum Steuern derselben.
DE69028885T2 (de) Optische Halbleitervorrichtung mit verstellbarem Brechungsindexprofil
DE69016309T2 (de) Differentielle optisch logische Anordnung.
DE68921552T2 (de) Optischer Intensitätsmodulator.
DE4017401A1 (de) Programmierbare optische logikbauteile
EP0544143B1 (de) Integrierte Komparatorschaltung

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee