JP2641705B2 - Logic device exhibiting optical bistability without externally applied voltage and method of manufacturing the same - Google Patents

Logic device exhibiting optical bistability without externally applied voltage and method of manufacturing the same

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JP2641705B2
JP2641705B2 JP30108394A JP30108394A JP2641705B2 JP 2641705 B2 JP2641705 B2 JP 2641705B2 JP 30108394 A JP30108394 A JP 30108394A JP 30108394 A JP30108394 A JP 30108394A JP 2641705 B2 JP2641705 B2 JP 2641705B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光の双安定の論理素子
(optical bistable logic device) である対称形のシー
ド(Symmetric Self Electro-optic Effect Device ; 以
下、‘S−SEED’という)およびその製造方法に関
するものである。より具体的には、光の双安定の特性(o
ptical bistability) を得るための外部電圧の印加のな
しに光の双安定の特性を示し、光の論理回路の機能を発
揮することができる無電圧の光の双安定の対称形のシー
ド(Nonbiased Optical Bistable S-SEED : 以下、‘N
OBS’という)およびその製造方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical bistable logic element.
The present invention relates to a symmetrical seed (Symmetric Self Electro-optic Effect Device; hereinafter, referred to as 'S-SEED') which is an (optical bistable logic device) and a method of manufacturing the same. More specifically, the bistable property of light (o
Non-biased optically non-biased symmetrical seeds (non-biased optical) that exhibit optical bistable characteristics without the application of an external voltage for obtaining ptical bistability and can exhibit the function of optical logic circuits. Bistable S-SEED: Below, 'N
OBS ') and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】光の双安定の特性は、未来指向的な並列
の光の信号処理、光の変換、光コンピューター等を具現
することにおいて、根幹になる基本的な核心の概念であ
る。これを具現することができる幾つかの素子が知られ
ている。
2. Description of the Related Art The bistable characteristic of light is a basic core concept that is fundamental in realizing future-oriented parallel signal processing, light conversion, and optical computers. Several devices that can implement this are known.

【0003】これらの中で、その代表的な光の双安定の
論理素子としては、真性領域(intrinsic region)に、多
重量子井戸の構造(multiple quantum well ; 以下、
‘MQW’という)をもっているPINダイオードシー
ド二つを、直列に連結した対称形のシード(S−SEE
D)を上げることができる。
[0003] Among them, typical optical bistable logic elements include a multiple quantum well (hereinafter, referred to as "multiple quantum well") in an intrinsic region (intrinsic region).
A symmetrical seed (S-SEE) in which two PIN diode seeds having 'MQW' are connected in series
D) can be increased.

【0004】このようなS−SEED構造は、David A.
B. Miller によって開示された(USP4,546,2
44)。
[0004] Such an S-SEED structure is described in David A.
B. Miller (US Pat. No. 4,546,2).
44).

【0005】多重量子井戸(MQW)の構造をもつS−
SEEDにおいては、MQW内から吸収された光によっ
て光電流が生じており、この光電流に因る電圧が再びそ
のMQWに印加されることによって、MQWの光吸収の
特性が、影響を受ける。
An S-type semiconductor having a multiple quantum well (MQW) structure
In SEED, a photocurrent is generated by light absorbed from inside the MQW, and the voltage due to this photocurrent is applied again to the MQW, thereby affecting the light absorption characteristics of the MQW.

【0006】このようなS−SEEDは、スイッチング
エネルギーが比較的に小さいということと、既存の化合
物の半導体の製造工程を利用して、並列の光の信号処理
を容易にしてやる2次元素子の配列を容易に具現するこ
とができるという長所をもっている。
The S-SEED has an arrangement of two-dimensional elements which facilitates parallel light signal processing by utilizing the relatively small switching energy and utilizing the existing compound semiconductor manufacturing process. Has the advantage that it can be easily realized.

【0007】図1は、従来のS−SEEDの断面図を図
示しているものであり、図2および図3は図1の平面図
および等価回路図である。
FIG. 1 is a sectional view of a conventional S-SEED, and FIGS. 2 and 3 are a plan view and an equivalent circuit diagram of FIG.

【0008】図2において、図1と同一の部分は、同一
の参照番号によって表示されている。
In FIG. 2, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0009】図2で、7はPINダイオードのメサ(mes
a)蝕刻されている部分の境界であり、8は各素子間の電
気的な分離のため蝕刻されている部分の境界を示してい
る。
In FIG. 2, reference numeral 7 denotes a mesa (mes) of a PIN diode.
a) A boundary of a portion to be etched. Reference numeral 8 denotes a boundary of a portion to be etched for electrical isolation between elements.

【0010】図3に図示のように、従来のS−SEED
は同一の二つのPINダイオードSEED(D1,D
2)が相互に直列に連結される構造をもっている。
As shown in FIG. 3, a conventional S-SEED
Are the same two PIN diodes SEED (D1, D
2) has a structure connected to each other in series.

【0011】また、このS−SEEDには、逆方向の電
圧(VAP)が印加され、それぞれのSEEDが他のS
EEDに対して相互に負荷として作用して、光の双安定
の特性をもつ。逆方向の電圧(VAP)は、図1および
図2に図示の金属パッド5に印加される。
A reverse voltage (VAP) is applied to the S-SEED, and each SEED is connected to another S-SEED.
It acts as a mutual load on the EED and has the property of bistable light. The reverse voltage (VAP) is applied to the metal pad 5 shown in FIGS.

【0012】図1で、参照番号1と2は、それぞれオー
ム接触のためのn−接触層とp−接触層を示している。
In FIG. 1, reference numerals 1 and 2 indicate an n-contact layer and a p-contact layer for ohmic contact, respectively.

【0013】二つのPINダイオードの間にあるn−接
触層1とp−接触層2は、金属配線4によって相互に連
結されている。残余のn−接触層とp−接触層は同一の
工程によって形成される金属層4によって金属パッド5
と連結され、この金属パッド5を通じて素子には外部電
源(図示されていない)が接続される。二つのPINダ
イオードは、半絶縁の基板上の、ノンドープ1/4波長
の反射層(undopped quater-wavelength reflector stac
k)までの蝕刻によって、電気的に相互に分離される。
The n-contact layer 1 and the p-contact layer 2 between the two PIN diodes are interconnected by a metal wiring 4. The remaining n-contact layer and p-contact layer are formed by metal layer 4 formed by the same process.
An external power supply (not shown) is connected to the element through the metal pad 5. The two PIN diodes are an undoped quater-wavelength reflector stac on a semi-insulating substrate.
By etching up to k), they are electrically separated from each other.

【0014】このように形成されている構造上に、Si
xまたはSiO2からなった絶縁層3を蒸着して、電気
的な漏話および表面の酸化等を防止する。
On the structure thus formed, Si
An insulating layer 3 made of N x or SiO 2 is deposited to prevent electric crosstalk and oxidation of the surface.

【0015】光源は、光の入出力窓(optical window)6
を通じてPINダイオードに印加される。
The light source is a light input / output window (optical window) 6.
To the PIN diode.

【0016】このようなS−SEEDの製作方法につい
て、図1および図2を参照して記述すると次のようにな
る。
The method for manufacturing such an S-SEED will be described below with reference to FIGS.

【0017】a)n−層までメサ湿式蝕刻し、各PIN
ダイオード7を形成する。
A) Mesa wet etching up to n-layer, each PIN
The diode 7 is formed.

【0018】b)各PINダイオードの電気的な分離の
ために、ノンドープ1/4波長反射層まで蝕刻する。
B) To electrically isolate each PIN diode, etch down to a non-doped quarter-wave reflective layer.

【0019】c)n−層のオーム接触のために、n−接
触層1を蒸着する。
C) Deposit n-contact layer 1 for ohmic contact of n-layer.

【0020】d)電気的な漏話、表面の酸化等を防止す
るための絶縁層3を蒸着する。
D) An insulating layer 3 is deposited to prevent electrical crosstalk and oxidation of the surface.

【0021】e)光の入出力窓6を開いて、金属間の連
結のためにn−接触層1とp−接触層(2参照)の絶縁
層3を蝕刻する。
E) The light input / output window 6 is opened, and the insulating layer 3 of the n-contact layer 1 and the p-contact layer (see 2) is etched for connection between metals.

【0022】f)p−層のオーム接触のためのp−接触
層2を蒸着する。
F) Deposit p-contact layer 2 for ohmic contact of p-layer.

【0023】g)電気的な配線のための配線金属4を蒸
着する。
G) Deposit a wiring metal 4 for electrical wiring.

【0024】h)ワイヤボンディングのための厚い金属
パッド5を蒸着する。
H) Deposit a thick metal pad 5 for wire bonding.

【0025】前述のように、同一の二つのPIN型のダ
イオードのSEED変調器を、相互に直列に連結し、逆
方向の電圧VAPを印加した場合、それぞれのSEED
は他のSEEDに対して負荷として作用する。
As described above, when two identical PIN-type diode SEED modulators are connected in series with each other, and when a voltage VAP in the opposite direction is applied, each SEED
Acts as a load on other SEEDs.

【0026】このとき、SEEDの逆方向の電圧(VA
P)に対する光電流の特性は、多重量子井戸(MQW)
の非線形の光吸収率の変化による非線形の特性をもつの
で、それぞれのダイオードに印加される電圧は、一般的
な線形の回路においてのようにVAP/2にならない。
At this time, the voltage in the reverse direction of SEED (VA
The characteristic of the photocurrent with respect to P) is a multiple quantum well (MQW).
Therefore, the voltage applied to each diode does not become VAP / 2 as in a general linear circuit.

【0027】図17は、一般的なS−SEEDを利用し
た4×8の2次元の配列を図示している。
FIG. 17 shows a 4 × 8 two-dimensional array using a general S-SEED.

【0028】2次元の配列が大きくなっても、類似な構
図をもつことができる。
Even if the two-dimensional array becomes large, a similar composition can be obtained.

【0029】図17に、図示のように一般的な2次元の
S−SEED配列においては、各S−SEEDに逆方向
の電圧を印加しなければならないので、S−SEEDの
間に金属線が位置していなければならないし、ワイヤボ
ンディングのために金属パッドを必要となる。
As shown in FIG. 17, in a general two-dimensional S-SEED arrangement as shown in FIG. 17, since a reverse voltage must be applied to each S-SEED, a metal wire is provided between the S-SEEDs. Must be located and require metal pads for wire bonding.

【0030】このような2次元の配列の等価回路は、図
18に図示されている。すべてのS−SEEDが、電気
的に連結されている。
FIG. 18 shows an equivalent circuit of such a two-dimensional array. All S-SEEDs are electrically connected.

【0031】このような構図においては、一つのS−S
EEDでも電気的な短絡が示すようになると、両電極間
に願う逆方向の電圧が印加されることができないので、
全体の配列を使用することができない。
In such a composition, one SS
When an electric short circuit occurs even in the EED, the desired reverse voltage cannot be applied between both electrodes.
The whole array cannot be used.

【0032】また、製作上の配列の数が、多数になる
と、p層接触のための金属線とn層の接触のための金属
線とが、相互に接触する危険が増加する。
Further, when the number of arrangements in manufacturing is large, the danger of mutual contact between the metal wire for p-layer contact and the metal wire for n-layer contact increases.

【0033】このような構造のS−SEEDを、図17
に図示のように、2次元の配列によって製作する場合、
逆方向の電圧印加のための金属配線、素子連結のための
金属配線およびワイヤボンディングのための金属パッド
を包含しなければならないし、回路の構成時に外部電源
までの電線等が必要である。
The S-SEED having such a structure is shown in FIG.
As shown in the figure, when manufacturing with a two-dimensional array,
A metal wiring for applying a voltage in the reverse direction, a metal wiring for connecting elements, and a metal pad for wire bonding must be included. In configuring a circuit, an electric wire to an external power supply is required.

【0034】このような基板上の電線の配列と外部の電
線とは、電線間の相互に誘導作用、電磁場による相互の
干渉および漏話等を招来する。
The arrangement of the electric wires on the board and the external electric wires cause mutual induction between the electric wires, mutual interference by an electromagnetic field, crosstalk, and the like.

【0035】特に、S−SEEDの配列を形成する場合
には、電源と連結される各S−SEEDのカソードが、
すべての一つに連結されなければならないので(電源と
連結されるアノードの場合も同様である)。各S−SE
EDは電気的に分離されることができないようになる。
In particular, when forming an array of S-SEEDs, the cathode of each S-SEED connected to a power source is
It must be connected to all ones (similarly for the anode connected to the power supply). Each S-SE
The ED cannot be electrically isolated.

【0036】したがって2次元の配列を成すS−SEE
Dの数が増加されると、前記の問題点がもっと深刻にな
って、素子の歩留りが大幅に低下され、その集積度も低
下されてしまう。
Therefore, S-SEE forming a two-dimensional array
When the number of D is increased, the above problem becomes more serious, and the yield of the device is greatly reduced, and the degree of integration is also reduced.

【0037】また、金属配線と電線は、SEEDおよび
S−SEEDの回路を形成するとき、寄生的な受動素子
の成分として作用するので、高速スイッチングにおいて
は不利な点をもつようになる。
Further, since the metal wiring and the electric wire act as a parasitic passive component when forming the SEED and S-SEED circuits, they have disadvantages in high-speed switching.

【0038】一般的な逆方向の電圧を必要とするS−S
EEDおよびS−SEED配列がもっている前記の問題
点は、外部から電圧の印加がなくても光の双安定の特性
を示し、光の論理回路の機能をすることができる素子で
あれば、解決することができる。
S-S which requires a general reverse voltage
The above-mentioned problems of the EED and S-SEED arrangements can be solved by an element which exhibits bistable characteristics of light without externally applying a voltage and can function as an optical logic circuit. can do.

【0039】図5は、一般的なS−SEED回路の光電
流Ipの負荷曲線を示している。
FIG. 5 shows a load curve of the photocurrent Ip of a general S-SEED circuit.

【0040】図5で、電圧Vは、図4に図示の一番目の
ダイオード(D1)に印加される電圧である。実線の曲
線と点線の曲線は、電圧(V)に対するダイオードD1
とD2の負荷曲線をそれぞれ示している。
In FIG. 5, the voltage V is a voltage applied to the first diode (D1) shown in FIG. The solid curve and the dotted curve show the relationship between the voltage (V) and the diode D1.
And D2 load curves, respectively.

【0041】動作点Aの場合、ダイオードD1にはV≒
0の電圧が印加され、ダイオードD2にはVAP−V≒
VAPの電圧が印加される。
In the case of the operating point A, the diode D1 has V ≒
0 is applied, and VAP-VV is applied to the diode D2.
A voltage of VAP is applied.

【0042】反対に、動作点Bの場合は、D1にV≒V
APの電圧が印加され、ダイオードD2にはVAP−V
≒0の電圧が印加される。即ち、S−SEED回路は、
同一構造をもっている二つのPINダイオードが直列に
連結されているが、それぞれのSEEDに、相互に異な
る電圧が安定的に印加されるものである。
On the other hand, in the case of the operating point B, V ≒ V is applied to D1.
The voltage of the AP is applied, and VAP-V is applied to the diode D2.
A voltage of $ 0 is applied. That is, the S-SEED circuit is
Two PIN diodes having the same structure are connected in series, but different voltages are stably applied to each SEED.

【0043】であるから、S−SEEDを成す各素子の
真性領域に位置したMQWに、相互に異なる電界が印加
され、これにより各素子の光の吸収率が異なる。相互に
異なる光の吸収率は、各SEEDの反射率(透過形のS
EEDの場合は透過率)を異ならしめる。そして、吸収
された光によって生成される非線形の光電流の特性によ
って、S−SEED回路が正帰還の特性をもつので、S
−SEED回路は、図6に図示のような光の論理素子の
必要条件である光の双安定性をもつことができる。
Therefore, mutually different electric fields are applied to the MQWs located in the intrinsic regions of the respective elements constituting the S-SEED, whereby the light absorption rates of the respective elements are different. The different light absorptances are the reflectivities of the SEEDs (transmission S
In the case of the EED, the transmittance is made different. The S-SEED circuit has a positive feedback characteristic due to the characteristic of the nonlinear photocurrent generated by the absorbed light.
The SEED circuit can have optical bistability, which is a requirement of the optical logic element as shown in FIG.

【0044】図6で、Rは、SEEDの光の反射率を示
しているものであり、Pinは、SEEDに入力される
入力光の強さ、ΔPは、S−SEEDからの光の安定
幅、Ronは、オン(ON)状態のときの反射率、Ro
ffは、オフ(OFF)状態のときの反射率、ΔRは、
光反射率の差(Ron-Roff)をそれぞれ示している。
In FIG. 6, R indicates the reflectivity of the light of the SEED, Pin indicates the intensity of the input light input to the SEED, and ΔP indicates the stable width of the light from the S-SEED. , Ron is the reflectance in the ON state, Ro
ff is a reflectance in an off state, and ΔR is
The differences in light reflectance (Ron-Roff) are shown.

【0045】一般的なSEEDは、量子束縛効果(Quant
um Confined Stark Effect; 以下、‘QCSE’とい
う)を利用する素子である。
A general SEED is based on the quantum constraint effect (Quantum effect).
um Confined Stark Effect; hereinafter, referred to as “QCSE”).

【0046】ここで、QCSEとは、MQWの重い正孔
の励起子の吸収ピーク(heavy holeexciton absorption
peak)を、電界の印加により赤色遷移させて、MQWの
固定された動作波長からの光の吸収率を非線形的に減少
させ、これによる素子の光電流と反射率を非線形的に変
えるようにして、光学的なオン/オフ状態を変化させる
ことができるようにするものである。
Here, the QCSE is a heavy hole exciton absorption peak of a heavy hole exciton of MQW.
peak) is changed to red by application of an electric field, so that the absorptivity of light from the fixed operating wavelength of the MQW is reduced nonlinearly, thereby changing the photocurrent and reflectivity of the device nonlinearly. , The optical on / off state can be changed.

【0047】このようなMQWの非線形の特性が、上で
説明したS−SEED回路の原理により、SEEDが光
の論理素子として使用されることができるようにしてや
る。
The non-linear characteristics of the MQW enable the SEED to be used as an optical logic element according to the principle of the S-SEED circuit described above.

【0048】図7は、このような量子束縛効果(QCS
E)を利用したSEEDによって構成されるS−SEE
D回路から、外部の印加電圧VAP=0であるときのS
−SEED回路の負荷曲線を示している。
FIG. 7 shows such a quantum constraint effect (QCS
S-SEE composed of SEED using E)
From the D circuit, when the external applied voltage VAP = 0,
4 shows a load curve of a SEED circuit.

【0049】図7からみるように、VAP=0であると
きは、二曲線の交叉点、即ちS−SEEDの動作点は、
Cの一つのところである。したがって、S−SEEDを
構成するそれぞれのSEEDは、入射光による光電流が
誘起されても、二つのダイオードには、恒常V=0の電
圧が印加され、二つのダイオードのすべては、図8に図
示のように、熱平衡の状態のエネルギーバンドを維持す
る。
As can be seen from FIG. 7, when VAP = 0, the intersection of the two curves, that is, the operating point of S-SEED is
One of C. Accordingly, in each of the SEEDs constituting the S-SEED, a voltage of V = 0 is constantly applied to the two diodes even if a photocurrent is induced by the incident light. As shown, the energy band in a state of thermal equilibrium is maintained.

【0050】したがって、各SEEDの真性領域を成す
MQWには、PINダイオードによって生成される内在
電圧VBIによる電界のみが印加され、その電界は、2
つのダイオードで相互に同一であるので、VAP=0一
つのときは、光の双安定をもつことができない。
Therefore, only the electric field due to the intrinsic voltage VBI generated by the PIN diode is applied to the MQW forming the intrinsic region of each SEED.
Since the two diodes are identical to each other, when VAP = 0, optical bistability cannot be obtained.

【0051】これは一般的なQCSEを利用したSEE
Dにおける障壁層の伝導帯のエネルギーと井戸層の伝導
帯のエネルギーの差異であるΔECが大きく、しかも、
真性領域のMQWの総ての厚さdが厚いので、真性領域
に分布した内在電圧による電界が小さいためである(図
8で、ECは伝導帯のエネルギーを示しており、EVは
価電帯のエネルギー、EFはフェルミのエネルギーをそ
れぞれ示す)。
This is the SEE using the general QCSE.
ΔEC which is the difference between the energy of the conduction band of the barrier layer and the energy of the conduction band of the well layer in D is large, and
This is because the total thickness d of the MQW in the intrinsic region is large, and the electric field due to the intrinsic voltage distributed in the intrinsic region is small (in FIG. 8, EC indicates the energy of the conduction band, and EV indicates the valence band. And EF indicate Fermi energy, respectively).

【0052】このような電界は、光吸収によって量子井
戸に生成された電子−正孔対が障壁層を通過してアノー
ド層とカソード層とに分離されるのに充分ではないの
で、例え光吸収率が電界の増加により減少しても、光電
流の最大値である点Dを逆方向の電圧(図7から右側、
即ち第1上限)から得てVAP=0であるときは、非線
形の光電流の特性の安定的な動作点が点C以外には許容
されない。
Such an electric field is not enough to separate the electron-hole pairs generated in the quantum well by light absorption through the barrier layer into the anode layer and the cathode layer. Even if the rate decreases due to the increase of the electric field, the point D, which is the maximum value of the photocurrent, is changed to the voltage in the opposite direction (the right side in FIG.
In other words, when VAP = 0 obtained from the first upper limit), a stable operating point having non-linear photocurrent characteristics other than point C is not allowed.

【0053】図9は、SEED構造の真性領域を薄い多
重量子の井戸(Shallow MQW; 以下、‘SMQW’とい
う)の構造によって形成したときのS−SEED回路の
負荷曲線を示している。
FIG. 9 shows a load curve of the S-SEED circuit when the intrinsic region of the SEED structure is formed by a thin multiple quantum well (hereinafter, referred to as “SMQW”) structure.

【0054】図9で、VEは、VAP=0であるときの
薄い量子井戸(SMQW)からなったS−SEED回路
の動作点がEであるときに、ダイオードD1に印加され
る電圧を示しており、VFは、VAP=0であるときの
MQWからなったS−SEED回路の動作点がFである
ときに、ダイオードD1に印加される電圧を示してい
る。
In FIG. 9, VE represents the voltage applied to the diode D1 when the operating point of the S-SEED circuit composed of the thin quantum well (SMQW) is E when VAP = 0. VF indicates the voltage applied to the diode D1 when the operating point of the S-SEED circuit composed of the MQW when VAP = 0 is F.

【0055】図10は、図9と同じ負荷特性をもつS−
SEED回路の熱平衡の状態のエネルギーバンドを図示
している。
FIG. 10 shows an S-band having the same load characteristics as FIG.
FIG. 3 illustrates an energy band of a SEED circuit in a state of thermal equilibrium.

【0056】図9は、図7とは異なり、VAP=0であ
る場合にも安定的な動作点EとFが存在する。これは、
S−SEEDを成す二つのSEED素子に、相互に異な
る電圧が印加されることができるということを意味す
る。これによってVAP=0であるときも光の双安定が
形成される。
FIG. 9 differs from FIG. 7 in that stable operating points E and F exist even when VAP = 0. this is,
This means that different voltages can be applied to the two SEED elements forming the S-SEED. Thus, even when VAP = 0, optical bistability is formed.

【0057】これは図10からわかるように、SMQW
の井戸層と障壁層の伝導帯のエネルギーの差異が常温で
あるとき30meV以下に大変小さいので、低電圧の吸
収が行なわれないためである。即ち、SMQW構造のS
EEDは、PIN型のダイオードによって生成される内
在電圧のみによっても、電界によるイオン化が行なわれ
ることによって、フラットバンド(Flat Band)(電界=
0)または大変小さい電界が存在するときにのみ、束縛
可能な励起子レベル(level)が除去されて、動作波長
からの光吸収率を大幅に減少する。
This can be seen from FIG.
This is because the difference between the conduction band energies of the well layer and the barrier layer is very small at 30 meV or less at room temperature, so that low voltage absorption is not performed. That is, S of the SMQW structure
The EED is a flat band (Flat Band) (electric field = electric field) by ionization by an electric field only by an intrinsic voltage generated by a PIN type diode.
Only in the presence of 0) or a very small electric field, the trappable exciton level is eliminated, greatly reducing the light absorption from the operating wavelength.

【0058】であるから、光電流の最大値(点G)は、
PIN型のダイオードにある程度の陽電圧が印加され
て、対称形のSMQWに大変小さい電界のみが存在する
とき(即ち、励起子を束縛することができて高い光吸収
率を維持しながらも生成された電子−正孔対をアノード
とカソードに容易に分離してたくさんの陽の光電流を生
成させることができるとき)得ることができる。したが
って、SMQWを利用したSEEDは、VAP=0であ
るときも光の双安定を維持することができる。
Therefore, the maximum value of the photocurrent (point G) is
When a certain positive voltage is applied to the PIN type diode and only a very small electric field is present in the symmetric SMQW (ie, the exciton can be bound and generated while maintaining a high optical absorptance). Electron-hole pairs can be easily separated into an anode and a cathode to produce many positive photocurrents). Therefore, SEED using SMQW can maintain optical bistability even when VAP = 0.

【0059】このように、外部からの電圧の印加なしに
作動される自己バイアス型のS−SEEDは、配列を形
成するとき、既存の外部の電圧が必要な場合とは異な
り、各S−SEEDが電気的に独立させる設計が可能で
あるため、高密度の集積が可能であり、歩留りを高める
ことができる。
As described above, the self-biased S-SEED which is operated without applying an external voltage is different from the case where an existing external voltage is required when forming an array. However, since it can be designed to be electrically independent, high-density integration is possible and the yield can be increased.

【0060】また、このようなS−SEEDは、外部電
圧の印加のための配線接続用のバッド、配列からバッド
までの長い金属線、配列から電力供給源までの電線等の
電気的な設置が必要のないので、電線間の相互誘導作用
がなく、電磁場による相互干渉と漏話を防止することが
できるばかりでなく、高速スイッチングのための特別な
素子設計が特別に必要でない等の長所をもつことができ
る。
Further, such an S-SEED is required to electrically install a wiring connection pad for applying an external voltage, a long metal wire from an array to a pad, an electric wire from an array to a power supply source, and the like. Since there is no need, there is no mutual induction between wires, preventing mutual interference and crosstalk due to electromagnetic fields, and it also has advantages such as not requiring special element design for high-speed switching. Can be.

【0061】しかし、このようにSMQW構造を利用し
たSEEDであっても、たくさんの陽の光を吸収するた
めには、一般的なQCSEを利用したSEEDと同様
に、真性領域を成すMQW構造の総ての厚さdを1μm
程度に大きくしてやる必要がある。一番広く使用されて
いるAlGaAs/GaAsからなったPIN型のダイ
オードSEEDの構造を例として上げて説明する。
However, even in the case of the SEED using the SMQW structure as described above, in order to absorb a large amount of positive light, similarly to the SEED using the general QCSE, the SEED using the MQW structure forming the intrinsic region is used. All thickness d is 1 μm
It is necessary to make it large. The structure of the most widely used PIN-type diode SEED made of AlGaAs / GaAs will be described as an example.

【0062】VB1≒1.5Volts 、図9の動作点がE
であるとき、ダイオードD1に印加される電圧VE=
0.9Volts 、d=1.0μmと仮定したらダイオード
D1とD2とにはそれぞれVBI−VE=0.6Volts
とVB1+VE=2.4Voltsの電圧による電界6.0
×103V/cmと2.4×104V/cmがそれぞれ
形成される。
VB1 ≒ 1.5 Volts, and the operating point in FIG.
, The voltage VE applied to the diode D1 =
Assuming that 0.9 Volts and d = 1.0 μm, the diodes D1 and D2 have VBI-VE = 0.6 Volts respectively.
And electric field 6.0 due to a voltage of VB1 + VE = 2.4 Volts
× 103 V / cm and 2.4 × 104 V / cm are formed respectively.

【0063】この程度の電界差異は、VAP=0からS
MQW構造S−SEEDからの光の双安定の測定が可能
な値であるが、その大きさが充分でないので、反射率の
差異ΔR=Ron−Roffの値が小さく、光システム
における実用可能性が希薄である。
The electric field difference of this degree is from VAP = 0 to S
Although it is a value that can measure the bistable of light from the MQW structure S-SEED, its value is not enough, so that the value of the reflectance difference ΔR = Ron-Roff is small, and the practical possibility in an optical system is low. It is sparse.

【0064】以上で説明したように、外部電圧の印加の
なしであっても光の双安定をもつことができる自己バイ
アス型のS−SEEDとしては、薄い多重量子の井戸
(SMQW)を利用した構造と、非対称の量子の井戸を
利用した構造が知られている。
As described above, a thin multi-quantum well (SMQW) is used as a self-biased S-SEED that can have optical bistability without application of an external voltage. A structure and a structure using an asymmetric quantum well are known.

【0065】これらを利用した既存のPIN型のダイオ
ードSEED構造は、量子束縛効果(QCSE)を利用
した一般的なSEED構造とあまり異なる点がない。即
ち、たくさんの陽の光を吸収するために、真性領域を成
す多重量子の井戸(MQW)の総厚さを、厚くする必要
があったのである。
The existing PIN-type diode SEED structure utilizing these features does not differ much from a general SEED structure utilizing the quantum confinement effect (QCSE). That is, in order to absorb a lot of positive light, the total thickness of the multiple quantum well (MQW) forming the intrinsic region had to be increased.

【0066】であるから、自己バイアス型のS−SEE
Dを可能にするPIN型のダイオードの内在電圧による
内在電界が小さいので、光の双安定のための反射率の変
化と光の双安定の幅が、実質的な光システムに使用する
ことには充分でない欠点があった。
Therefore, the self-bias type S-SEE
Since the intrinsic electric field due to the intrinsic voltage of the PIN type diode that enables D is small, the change in reflectivity for optical bistable and the width of optical bistable are difficult to use in a substantial optical system. There were not enough disadvantages.

【0067】既存の外部電圧の印加がなくとも光の双安
定を図ることができる無電圧の光の双安定の対称形のシ
ード(NOBS)としては、MQWとして薄い量子井戸
(Extremely Shallow Quantum Well:以下,“ESQ
W”という)、非対称の量子井戸(Asymmetric Coupled
Quantum Well :以下、“ACQW”という)、緊張さ
れたMQW(Strained MQW:以下、“SMQW”いう)
等を利用した構造、非対称のファブリーペロ(asymmetr
ic Fabry-Perot) の共鳴構造と薄い多重量子の井戸(E
SQW)を結合したS−SEED、および、非対称のフ
ァブリーペロの共鳴構造と非対称の量子井戸(asymmetr
ic coupled quantum well :以下、“ACQW”とい
う)の構造を結合したS−SEEDが知られている。
As an existing non-voltage bistable symmetric seed (NOBS) capable of achieving optical bistability without application of an external voltage, a thin quantum well (Extremely Shallow Quantum Well) as MQW is used. Hereinafter, “ESQ
W "), Asymmetric Coupled
Quantum Well (hereinafter referred to as “ACQW”), Strained MQW (hereinafter referred to as “SMQW”)
Asymmetric Fabry Perot (asymmetr)
ic Fabry-Perot) resonance structure and thin multiple quantum wells (E
SQW), an asymmetric Fabry-Perot resonance structure and an asymmetric quantum well (asymmetr).
An S-SEED having a structure of ic coupled quantum well (hereinafter, referred to as “ACQW”) is known.

【0068】しかし、これらを既存の一般的な反射形の
SEED構造に適用する場合には、即ちたくさんの陽の
光吸収のために真性領域を成すMQWの総ての厚さを1
μm程度に大きくした場合には、無電圧の光の双安定の
特性が大変小さいという欠点が発生される。これはNO
BSを可能にするPINダイオードの内在電圧による内
在電界が、一般的な1μmの真性領域の厚さをもつSE
ED構造においては小さいためである。
However, when these are applied to the existing general reflection type SEED structure, that is, the total thickness of the MQW which constitutes the intrinsic region due to the absorption of a lot of positive light is reduced by one.
When the thickness is increased to about μm, there is a disadvantage that the bistable characteristic of light without voltage is very small. This is NO
The intrinsic electric field due to the intrinsic voltage of the PIN diode that enables BS is a SE with a typical intrinsic region thickness of 1 μm.
This is because it is small in the ED structure.

【0069】このようなNOBSの問題点を解決し、特
にオン/オフの強度比(ON/OFF Contrast Ratio :以
下、“CR”という)を増加させるために提示された方
法としては、光の入力抵抗が一致されたAFPの共鳴構
造を利用しているものが提示されたこともある。これ
は、MQWの光の吸収程度を考慮するとき、光の入力抵
抗が一致されたAFPの共鳴構造を構成するために、必
要な光吸収の量子井戸の総ての厚さを減らした一般的な
構造より設定されている内在電圧に対する内在電界を大
幅に増加させることができるためである。
As a method proposed to solve the problem of NOBS and to increase the ON / OFF contrast ratio (hereinafter, referred to as “CR”), there is a light input method. There have been proposals that use the resonance structure of AFP with matched resistance. This is because when considering the degree of light absorption of MQW, the thickness of all quantum wells for light absorption required to form the resonance structure of the AFP with matched light input resistance is generally reduced. This is because the intrinsic electric field with respect to the intrinsic voltage set by the simple structure can be greatly increased.

【0070】しかし、オフ状態の反射率をゼロ(zer
o)にする光の入力抵抗が、一致されたAFPを使用す
る場合には、CRが大変大きい(理論的には無限大であ
る)という長所があるが、オン状態とオフ状態の反射率
の差異(ΔR)と、光の双安定の幅(ΔP)とが相対的
に小さいという短所がある。
However, the reflectance in the off state is set to zero (zero)
In the case of using an AFP whose input resistance of light to be matched is equal to that of the AFP, there is an advantage that the CR is very large (theoretically infinite). There is a disadvantage that the difference (ΔR) and the width of the bistable light (ΔP) are relatively small.

【0071】図11は、よく知られている反射形のSE
ED構造の一つの例を示している。
FIG. 11 shows a well-known reflection type SE.
1 shows one example of an ED structure.

【0072】この構造においては、基板11の上に、光
学の厚さが、MQWの励起子の動作波長が1/4になる
大きな屈折率をもつ第1のλ/4n反射層12と、小さ
い屈折率をもつ第2のλ/4n反射層13とを周期的に
成長させた下部の反射層を設け、その上に、MQWを真
性領域にするPINダイオードが形成されている。一般
的に、最上位の層に、反射防止の処理をして、素子の光
の吸収効率を増加させるようになっている。PINダイ
オードの形成における、層14をn−層に、層18をp
−層に形成してもよいし、反対に層14をp−層に、層
18をn−層に形成してもよい。
In this structure, the first λ / 4n reflective layer 12 having a large refractive index on the substrate 11 and having a large refractive index at which the operating wavelength of the excitons of MQW is 1 / is formed on the substrate 11. A lower reflective layer is formed by periodically growing a second λ / 4n reflective layer 13 having a refractive index, and a PIN diode having an MQW intrinsic region is formed thereon. Generally, the uppermost layer is subjected to an antireflection treatment to increase the light absorption efficiency of the device. In the formation of the PIN diode, the layer 14 is an n- layer and the layer 18 is a p-layer.
The layer 14 may be formed as a p-layer and the layer 18 may be formed as an n-layer.

【0073】量子井戸層を除外したp−層、n−層、障
壁層、緩衝層、反射層はすべて動作波長に対して光吸収
のない物質でなければならない。
The p-layer, the n-layer, the barrier layer, the buffer layer, and the reflection layer, excluding the quantum well layer, must all be materials that do not absorb light at the operating wavelength.

【0074】一方、図12のようにQWLを上部に積層
して上部の反射層を形成し、下部の反射層から上部の反
射層までの厚さ(L)を光学の距離が動作波長の1/4
の定数倍になるように調節すると、AFPのモードと励
起子の共鳴波長が一致されるAFP構造を成すことにな
る。このとき、上部の反射層のためのQWLを積層させ
なくても空気/半導体の界面による上部の反射の反射率
(Rf)が0.32であるAFP構造を得ることが可能
である。
On the other hand, as shown in FIG. 12, an upper reflective layer is formed by laminating a QWL on the upper part, and the thickness (L) from the lower reflective layer to the upper reflective layer is determined by setting the optical distance to be one of the operating wavelength. / 4
If the adjustment is made so as to be a constant multiple of AFP, an AFP structure in which the mode of the AFP and the resonance wavelength of the exciton are matched is formed. At this time, it is possible to obtain an AFP structure in which the reflectance (Rf) of the upper reflection by the air / semiconductor interface is 0.32 without laminating the QWL for the upper reflective layer.

【0075】図13は、前記の反射形のSEEDのMQ
Wの光の吸収計数(α)と光の吸収層の総ての厚さ
(D)の自乗による反射率の一つの例を示しているもの
で、反射防止層が満たされた一般的な反射形のSEED
の構造、上部の反射の反射率(Rf)がそれぞれ0.3
2、0.5であるAFP−SEEDの構造に関するもの
である。
FIG. 13 shows the MQ of the reflection type SEED.
It shows one example of the reflectance by the square of the light absorption coefficient (α) of W and the total thickness (D) of the light absorption layer, and shows a general reflection in which the antireflection layer is filled. SEED in shape
And the reflectance (Rf) of the upper reflection is 0.3
2. It is related to the structure of AFP-SEED which is 0.5.

【0076】図13で、A1とA2はそれぞれRf=
0.32であるAFP−SEEDとRf=0.5である
AFP−SEEDの光の入力抵抗の一致の条件を満足す
るαDの値を表示している。
In FIG. 13, A1 and A2 are respectively Rf =
The value of αD that satisfies the condition for matching the light input resistance of AFP-SEED with 0.32 and AFP-SEED with Rf = 0.5 is displayed.

【0077】MQWの光の吸収計数(α)は、MQWの
構造によって決定されるので、一般的に、図14に示し
ているように、MQWの励起子の共鳴波長から電界の増
加により減少する。
Since the absorption coefficient (α) of light of MQW is determined by the structure of MQW, it generally decreases from the resonance wavelength of the excitons of MQW by increasing the electric field, as shown in FIG. .

【0078】であるから、電界の増加によるαの減少
は、図13からみるように反射率(R)の増加を誘導し
てノーマルオフ、即ち電界の増加により反射率が増加す
る条件を満足するようになって光の双安定の特性をもつ
ようになる。
Therefore, a decrease in α due to an increase in the electric field induces an increase in the reflectivity (R) as shown in FIG. 13 and normally satisfies the condition that the reflectivity increases due to an increase in the electric field. As a result, the light has bistable characteristics.

【0079】このようなノーマルオフ条件は、AFP−
SEEDの場合、図13から光の入力抵抗の一致を満足
する支点A1とA2の左側の領域から可能である。
Such a normally-off condition is based on AFP-
In the case of SEED, it is possible from the area on the left side of the fulcrums A1 and A2 that satisfies the coincidence of the light input resistance from FIG.

【0080】その一つの例として、反射防止層が満たさ
れたSEEDとRf=3.2であるAFP−SEEDの
αoff(オフ状態のα)とDの二乗に対するオン状態
とオフ状態の反射率の比率(または、オン/オフ強度
比)(CR)と差異(ΔR)をαon/αoffの値が
0.35である場合を考慮して、それぞれ図15および
図16は示している。
As one example, the reflectance of the on-state and the off-state with respect to the square of D and αoff (α in the off-state) of the SEED filled with the antireflection layer and the AFP-SEED with Rf = 3.2. FIGS. 15 and 16 show the ratio (or on / off intensity ratio) (CR) and the difference (ΔR) in consideration of the case where the value of αon / αoff is 0.35.

【0081】図15および図16から、点A1は、抵抗
一致のAFP−SEED、点B1は、抵抗不一致のAF
P−SEEDをそれぞれ示している。
From FIG. 15 and FIG. 16, point A1 is AFP-SEED with resistance matching, and point B1 is AF with resistance mismatch.
Each shows P-SEED.

【0082】AFP−SEEDにおける、光の入力抵抗
が一致された条件を満足する点A1からは図15からみ
るようにCRの値が大変大きいが、図16のΔR値は
0.2以下に小さい値になる。
From the point A1 in the AFP-SEED which satisfies the condition that the input resistance of light is matched, the value of CR is very large as shown in FIG. 15, but the ΔR value in FIG. 16 is small to 0.2 or less. Value.

【0083】一方、光の入力抵抗の不一致の条件を満足
する点B1からは、オン/オフ強度比(CR)の値は1
0程度に充分な値を維持すると反射率の差異(ΔR)の
値を0.3程度に維持することができる。特に、NOB
Sにおいては外部の印加電圧のなしに内在電圧によって
のみαの値を変化させているので、αon/αoffの
値が0.35より小さくなるので、ΔRの値が相対的に
小さくなり、CRの値を必要な最小値を維持し、ΔRの
値を極大化させることがもっと必要になる。
On the other hand, the value of the on / off intensity ratio (CR) is 1 from the point B1 which satisfies the condition of the light input resistance mismatch.
Maintaining a sufficient value of about 0 allows the value of the reflectance difference (ΔR) to be maintained at about 0.3. In particular, NOB
In S, since the value of α is changed only by the intrinsic voltage without an external applied voltage, the value of αon / αoff becomes smaller than 0.35, so that the value of ΔR becomes relatively small, and the value of CR becomes smaller. It becomes more necessary to keep the value at the required minimum and to maximize the value of ΔR.

【0084】このような光の入力抵抗が不一致されたA
FP−SEEDは、フェイズマッチング(phase-matchi
ng)、即ちAFPのモードと励起子の共鳴波長が一致さ
れる。条件を満足するLの厚さを維持し、MQWの周期
数を減少させて容易に具現することができる。
In the case where the input resistances of the light are not matched, A
FP-SEED is phase-matched.
ng), that is, the mode of AFP and the resonance wavelength of the exciton are matched. The thickness of L satisfying the conditions can be maintained, and the number of MQW cycles can be reduced to facilitate implementation.

【0085】[0085]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、外部電圧の
印加がなくとも光の双安定性を大幅に増加させることに
より、逆方向の電圧を必要とする光論理素子がもつ問題
点を除去すると同時に、光システムにおいて実用化が可
能な、自己バイアス型のS−SEED光の論理素子を提
供することにその主な目的がある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention eliminates the problems associated with optical logic devices that require a reverse voltage by greatly increasing the optical bistability without the application of an external voltage. At the same time, the main object is to provide a self-biased S-SEED light logic element that can be put to practical use in an optical system.

【0086】本発明の他の目的は、外部電圧の印加がな
くとも光の双安定性を大幅に増加さることにより、一般
的な逆方向の電圧を必要とする光論理素子がもつ問題点
を除去することができる非対称のファブリーペローの薄
い量子井戸シード(AFPESQWS−SEED)、ま
たは、非対称のファブリーペローの非対称の量子井戸シ
ード(AFPACQWS−SEED)等の、無電圧の光
の双安定の論理素子の製造を、簡潔でしかも効率的に行
うことができる素子の構成(lay-out)を提供することに
ある。
Another object of the present invention is to significantly increase the bistability of light even without the application of an external voltage, thereby reducing the problems of a general optical logic element requiring a reverse voltage. A voltageless optical bistable logic element, such as an asymmetric Fabry-Perot thin quantum well seed (AFPSQWS-SEED) or an asymmetric Fabry-Perot asymmetric quantum well seed (AFPACQWS-SEED) that can be removed. An object of the present invention is to provide a device layout (lay-out) that can be manufactured simply and efficiently.

【0087】本発明のさらに他の目的は、光双安定論理
素子の各ダイオード間の電気的な連結を簡素にして素子
の集積度を高めるため構成を提供することにある。
It is still another object of the present invention to provide a structure for simplifying the electrical connection between the diodes of the optical bistable logic element and increasing the degree of integration of the element.

【0088】本発明のさらに他の目的は、外部電圧の印
加がなくとも動作する無電圧の光の双安定の論理素子の
電気的な分離を可能にして、全体の2次元の配列の中
で、一部分に欠陥が発生しても残余のS−SEED素子
には影響が及ばない、一部の欠陥に無関係な2次元の配
列のNOBS(Nonbiased Optical Bistable S−SE
ED)の構造を提供することにある。
Yet another object of the present invention is to enable electrical isolation of a voltageless optical bistable logic element that operates without the application of an external voltage so that it can be implemented in an overall two-dimensional array. Even if a defect occurs in a part, the remaining S-SEED elements are not affected, and a two-dimensional array of non-biased optical bistable S-SEs (NOBSs) unrelated to some defects.
ED).

【0089】本発明のさらに他の目的は、外部電圧の印
加がなくとも光の双安定特性を大幅に増加させることが
できるAFP共鳴の構造を利用したNOBSの製造にお
けるCRを適切に維持しながらΔRとΔを極大化させる
構造を提供するものである。
Still another object of the present invention is to appropriately maintain CR in the production of NOBS using an AFP resonance structure that can significantly increase the bistable characteristics of light without the application of an external voltage. It is intended to provide a structure for maximizing ΔR and Δ.

【0090】[0090]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の第一の態様によれば、SEED(Selr Electr
o-optic Effective Device) の光の論理素子において、
半絶縁のGaAsの基板と、前記基板上に所定の厚さに
成長され所定の屈折率(n)をもつ第1反射層と、この
第1反射層の上に所定の厚さに成長され、前記第1反射
層の屈折率と相異なる屈折率をもつ第2反射層とからな
る反射層が、少なくとも12周期以上に反復的に形成さ
れた下部反射層と、前記下部反射層上に所定の厚さに成
長される第1電極接触層と、前記第1電極接触層上に成
長される第1緩衝層と、前記第1緩衝層上に、障壁層お
よび薄い量子井戸層が所定の周期に成長される薄い多重
量子の井戸層と、前記薄い多重量子の井戸層上に成長さ
れる第2緩衝層と、前記第2緩衝層上に成長される第2
電極接触層とを包含する無電圧の光の双安定の論理素子
が提供される。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a SEED (Selr Electr
o-optic Effective Device)
A semi-insulating GaAs substrate, a first reflective layer grown on the substrate to a predetermined thickness and having a predetermined refractive index (n), and grown to a predetermined thickness on the first reflective layer; A reflective layer comprising a second reflective layer having a refractive index different from the refractive index of the first reflective layer; and a lower reflective layer formed repeatedly at least 12 periods or more, and a predetermined reflective layer formed on the lower reflective layer. A first electrode contact layer grown to a thickness, a first buffer layer grown on the first electrode contact layer, and a barrier layer and a thin quantum well layer on the first buffer layer at a predetermined period. A thin multi-quantum well layer to be grown; a second buffer layer grown on the thin multi-quantum well layer; and a second buffer layer grown on the second buffer layer.
A voltageless optical bistable logic element including an electrode contact layer is provided.

【0091】前記薄い多重量子の井戸層は、障壁層と薄
い量子の井戸層とを36周期に成長させたものであるこ
とができる。
The thin multi-quantum well layer may be formed by growing a barrier layer and a thin quantum well layer in 36 cycles.

【0092】前記第1反射層の屈折率は、前記第2反射
層の屈折率より相対的に小さくすることができる。
[0092] The refractive index of the first reflective layer may be relatively smaller than the refractive index of the second reflective layer.

【0093】また、前記第1反射層の屈折率は、前記第
2反射層の屈折率より相対的に大きくすることも可能で
ある。
Further, the refractive index of the first reflective layer may be relatively larger than the refractive index of the second reflective layer.

【0094】前記第1電極の接触層は、P+のアノード
接触層であり、前記第2電極接触層は、N+のカソード
接触層であることができる。
The contact layer of the first electrode may be a P + anode contact layer, and the second electrode contact layer may be a N + cathode contact layer.

【0095】また、前記第1電極接触層は、N+のカソ
ード接触層であり、前記第2電極接触層は、P+アノー
ド接触層であることも可能である。
The first electrode contact layer may be an N + cathode contact layer, and the second electrode contact layer may be a P + anode contact layer.

【0096】前記第1反射層は、ドーピングされていな
いAlAsからなり、前記第2反射層は、ドーピングさ
れていないAlxGal-xAs(0.10.3)か
らなるものであることができる。
The first reflection layer is made of undoped AlAs, and the second reflection layer is made of undoped Al x Gal x As (0.1 < x < 0.3). be able to.

【0097】また、上記目的を達成するために、本発明
の第二の態様によれば、SEED(Self Electro-optic
Effective Device) の光の論理素子を製造する方法にお
いて、半絶縁のGaAsの基板上に、所定の屈折率
(n)をもつAlAsからなる第1λ/4n反射層(こ
こで、λは光の波長)を72.1nm程度の厚さに成長
させ、相対的に高い屈折率をもっているAlxGal-x
s(0.10.3)からなる第2λ/4n反射層
を60.7nm程度の厚さに成長させ、前記第1λ/4
n反射層と前記第2λ/4n反射層とを12周期以上に
形成することによって下部反射層を形成する工程と、前
記下部反射層上に、N+型のAlxGal-xAs(0.1
0.3)を500nm程度の厚さに成長させてカ
ソード接触層を形成する工程と、前記カソード接触層上
に、ドーピングされていないAlxGal-xAs(0.1
0.3)を20nm程度の厚さに成長させて第1
緩衝層を形成する工程と、前記第1緩衝層上に、障壁層
として6nm程度の厚さのAlxGal-xAs(0.1
0.4)層と井戸層として10nm程度の厚さのド
ーピングされていないGaAs層を順次に成長させ、前
記障壁層および前記井戸層を36周期に成長させて薄い
多重量子の井戸層(SMQW)を形成する工程と、前記
薄い多重量子の井戸層上に、20nm程度の厚さにドー
ピングされていないAlxGal-xAs(0.1
0.3)を成長させて第2緩衝層を形成する工程と、前
記第2緩衝層上に、506.7nm程度の厚さにP+
のAlxGal-xAs(0.1<x<0.3)を成長させ
てアノード接触層を形成する工程とを包含する無電圧の
光の双安定の論理素子の製造方法が提供される。
Further, in order to achieve the above object, the present invention
According to the second embodiment, SEED (Self Electro-optic
Effective Device)
And a predetermined refractive index on a semi-insulating GaAs substrate.
The first λ / 4n reflection layer made of AlAs having (n)
Here, [lambda] is the wavelength of light) grown to a thickness of about 72.1 nm.
Al having a relatively high refractive indexxGalxA
s (0.1<x<0.3) second λ / 4n reflection layer
Is grown to a thickness of about 60.7 nm, and the first λ / 4
n reflection layer and the second λ / 4n reflection layer in at least 12 periods.
Forming a lower reflective layer by forming
N on the lower reflective layer+Mold AlxGalxAs (0.1
<x<0.3) is grown to a thickness of about 500 nm.
Forming a sword contact layer; and
Undoped AlxGalxAs (0.1
<x<0.3) is grown to a thickness of about 20 nm to form the first
Forming a buffer layer; and forming a barrier layer on the first buffer layer.
Al with a thickness of about 6 nmxGalxAs (0.1<
x<0.4) A layer having a thickness of about 10 nm
GaAs layers that have not been doped are sequentially grown,
The barrier layer and the well layer are grown in 36 cycles to be thin.
Forming a multi-quantum well layer (SMQW);
On a thin multiple quantum well layer, a thickness of about 20 nm is formed.
Al not pingedxGalxAs (0.1<x<
0.3) forming a second buffer layer by growing
On the second buffer layer, a thickness of about 506.7 nm+Type
AlxGalxGrow As (0.1 <x <0.3)
Forming an anode contact layer by applying
A method of manufacturing a bistable optical element is provided.

【0098】さらに、上記目的を達成するために、本発
明の第三の態様によれば、第一の態様の論理素子を2次
元に配列した構造が提供される。
Further, according to a third aspect of the present invention, there is provided a structure in which the logic elements of the first aspect are two-dimensionally arranged.

【0099】上記目的を達成するために、本発明の第四
の態様によれば、n−接触層、p−接触層、および、光
の入出力窓をそれぞれ有し量子井戸の領域を真性層とす
る第1、第2PINダイオードを直列に連結して、前記
量子井戸の領域からの光吸収を前記PINダイオードか
ら発生した光電流により変えるようにした光の双安定の
論理素子において、前記第1PINダイオードの前記接
触層と前記第2PINダイオードの前記接触層とを直接
に連結した無電圧の光の双安定の論理素子が提供され
る。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an n-contact layer, a p-contact layer, and a light input / output window. A first and second PIN diodes are connected in series, and the optical absorption from the quantum well region is changed by a photocurrent generated from the PIN diode. A non-voltage optical bistable logic element is provided that directly connects the contact layer of the diode and the contact layer of the second PIN diode.

【0100】前記第1PINダイオードのn−接触層、
光の入出力窓、p−接触層と、前記第2PINダイオー
ドのn−接触層、光の入出力窓、p−接触層とは、前記
論理素子を上からみたとき前記記載の順序のとおりに水
平の方向に一直線上に配列されており、前記第1PIN
ダイオードのn−接触層と前記第2PINダイオードの
p−接触層、前記第1PINダイオードのp−接触層と
前記第2PINダイオードのn−接触層は、それぞれ金
属配線によって連結されていることができる。
The n-contact layer of said first PIN diode,
The light input / output window, the p-contact layer and the n-contact layer of the second PIN diode, the light input / output window, the p-contact layer The first PIN is arranged in a straight line in the horizontal direction.
The n-contact layer of the diode and the p-contact layer of the second PIN diode, and the p-contact layer of the first PIN diode and the n-contact layer of the second PIN diode may be connected to each other by a metal wiring.

【0101】前記第1PINダイオードと前記第2PI
Nダイオードとは並列に配置されているが、前記第1P
INダイオードのn−接触層のすぐ側の右側の側に所定
の距離を置いて前記第2PINダイオードのp−接触層
が位置し、前記第1、第2PINダイオードの光の入出
力窓は、並列の光信号の処理を容易にするために同一の
直線上に位置し、前記第1PINダイオードのp−接触
層のすぐ側に前記所定の距離を置いて前記第2PINダ
イオードのn−接触層が位置されるように配置されてお
り、前記第1PINダイオードのn−接触層と前記第2
PINダイオードのp−接触層、前記第1PINダイオ
ードのp−接触層と前記第2PINダイオードのn−接
触層は、それぞれ金属配線によって連結されていること
もできる。
The first PIN diode and the second PI
Although it is arranged in parallel with the N diode, the first P
The p-contact layer of the second PIN diode is located at a predetermined distance on the right side immediately adjacent to the n-contact layer of the IN diode, and the light input / output windows of the first and second PIN diodes are parallel. And the n-contact layer of the second PIN diode is located on the same straight line to facilitate the processing of the optical signal of the second PIN diode at a predetermined distance from the p-contact layer of the first PIN diode. And an n-contact layer of the first PIN diode and the second PIN diode.
The p-contact layer of the PIN diode, the p-contact layer of the first PIN diode, and the n-contact layer of the second PIN diode may be connected to each other by a metal wiring.

【0102】上記目的を達成するために、本発明の第五
の態様によれば、真性領域として多重量子井戸(MQ
W)と、前記多重量子井戸の励起子の共鳴波長に対して
相互に異なる反射率の上部の反射層と下部の反射層とを
もっており、共振器長が、励起子の共鳴波長と一致する
非対称形のファブリーペロー(AFP)の構造の光の双
安定の論理素子(SEED)において、光の入力抵抗が
一致された非対称形のファブリーペローの光の双安定の
論理素子(AFP−SEED)の多重量子井戸(MQ
W)の周期数より相対的に小さい周期数の多重量子の井
戸をもつことによって、光の吸収層の総ての厚さ(D)
が減少させた構造の光の入力の抵抗が不一致された無電
圧の光の双安定の論理素子が提供される。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a multi-quantum well (MQ) as an intrinsic region.
W) and an upper reflective layer and a lower reflective layer having mutually different reflectivities with respect to the resonance wavelength of the exciton in the multiple quantum well, wherein the resonator length is equal to the resonance wavelength of the exciton. Multiplexing of an asymmetric Fabry-Perot optical bistable logic element (AFP-SEED) having a matched optical input resistance in a Fabry-Perot (AFP) optical bistable logic element Quantum well (MQ
By having multiple quantum wells with a period number relatively smaller than the period number of W), the total thickness of the light absorbing layer (D)
A non-voltage optical bistable logic element with a mismatched light input resistance is provided.

【0103】[0103]

【実施例】図19は、本発明による外部電圧の印加なし
に光の双安定を示すシード素子(NOBS)の回路図で
ある。
FIG. 19 is a circuit diagram of a seed device (NOBS) according to the present invention that exhibits optical bistability without application of an external voltage.

【0104】本発明によるNOBSの製造過程は、一般
的なS−SEEDと殆んど同じであるが、本発明のS−
SEEDは、無電圧の光の双安定素子(Nobiased Optic
al Bistable devics)であるので、従来の回路(図3)
のように外部の印加電圧が必要でない。したがって、図
1および図2とは異なり、金属パッド5が必要でない。
The production process of the NOBS according to the present invention is almost the same as that of a general S-SEED.
SEED is a voltage-free optical bistable element (Nobiased Optic
al Bistable devics), so conventional circuit (Fig. 3)
No external applied voltage is required as in the above. Therefore, unlike FIGS. 1 and 2, the metal pad 5 is not required.

【0105】図20および図21は、本発明による構造
をもっている無電圧の光の双安定シードの構成を示して
いる平面図であり。図20は、一般的なS−SEED構
造と同一のダイオードD1,D2が並列に位置した配列
の構図を示しており、図21は一般的なPINダイオー
ドの配列とは異なり、各ダイオードが、反対の方向に配
置された構図を示している。
FIGS. 20 and 21 are plan views showing the configuration of a bistable seed of a voltageless light having a structure according to the present invention. FIG. 20 shows a composition of an arrangement in which diodes D1 and D2 identical to those of a general S-SEED structure are arranged in parallel, and FIG. 21 is different from a general PIN diode arrangement in that each diode has an opposite arrangement. 2 shows a composition arranged in the direction of.

【0106】図20および図21における、図1および
図2に図示の構成要素と同一、または、それに対応の構
成要素は、図1および図2と同一の符号によって表示さ
れている。
20 and 21, the same or corresponding components as those shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2.

【0107】図21をみると、図面上で、左側のD1
は、上側にn−層、下側にp−層が位置し、右側のD2
は、上側にp−層、下側にn−層が位置して、D1のp
層とn層がそれぞれD2のn層とp層に容易に連結され
るように位置している。
Referring to FIG. 21, D1 on the left side in FIG.
Has an n-layer on the upper side, a p-layer on the lower side, and D2 on the right side.
Indicates that the p-layer is located on the upper side and the n-layer is located on the lower side.
The layers and the n-layer are positioned to be easily connected to the n-layer and the p-layer of D2, respectively.

【0108】反対に、左側のD1上側にp層を、下側に
n層を位置させ、右側のD2の上側にn層を、下側にp
層を位置させることも可能である。このとき、各ダイオ
ードの窓6(Optical window)は、並列の光信号処理を
容易に遂行するために水平に一直線上に位置されていな
ければならない。
On the contrary, the p layer is positioned above D1 on the left side, the n layer is positioned below D1, the n layer is positioned above D2 on the right side, and the p layer is positioned below D2.
It is also possible to position the layers. At this time, the window 6 (Optical window) of each diode must be horizontally aligned in order to easily perform parallel optical signal processing.

【0109】このような配置によって、図1に示した下
部の反射層までの電気的な分離のために湿式蝕刻された
部分8は、水平線上に位置しないようになる。このよう
にすると、各ダイオードD1,D2の連結のための金属
4の長さとS−SEEDを成す面積を最小化することが
できる。
With such an arrangement, the portion 8 wet-etched for electrical isolation to the lower reflective layer shown in FIG. 1 is not positioned on a horizontal line. In this way, the length of the metal 4 for connecting the diodes D1 and D2 and the area forming the S-SEED can be minimized.

【0110】図22と図23は、本発明が提示するNO
BSを2次元に配列した構成の一例を図示している。
FIG. 22 and FIG. 23 are diagrams showing the NO proposed by the present invention.
1 shows an example of a configuration in which BSs are two-dimensionally arranged.

【0111】図22は、図20のNOBSを2次元に配
列した構成を示しているものであり、図23は、図21
のNOBSを2次元に配列した構成である。
FIG. 22 shows a configuration in which the NOBSs of FIG. 20 are two-dimensionally arranged, and FIG.
Are arranged two-dimensionally.

【0112】図24の等価回路からわかるように、従来
の技術(図17,図18)とは異なり、各NOBSの相
互間に電気的に完全に分離されていることが分る。
As can be seen from the equivalent circuit shown in FIG. 24, unlike the prior art (FIGS. 17 and 18), it is understood that the respective NOBSs are completely electrically separated from each other.

【0113】したがって、2次元の配列を成すNOBS
の中に、短絡したNOBSが発生しても、一緒に2次元
の配列を成す他のNOBSには全く影響を及ばない。
Therefore, NOBS forming a two-dimensional array
The occurrence of a short-circuited NOBS does not affect other NOBSs that form a two-dimensional array together.

【0114】したがって、本発明が提示するNOBSの
構成を用いて、並列の光信号処理のを行う装置を構成し
た場合には、一部の欠陥に対して補完的な光信号処理装
置を構成することが可能である。
Therefore, when an apparatus for performing parallel optical signal processing is configured using the NOBS configuration presented by the present invention, an optical signal processing apparatus complementary to some defects is configured. It is possible.

【0115】また、本発明が提案するNOBSの構図に
よる2次元の配列は、一般的なS−SEED配列(図1
7)とは異なり、素子間の外部の電圧印加のための金属
線が必要ないので、集積度を増加させることができるば
かりでなく、素子間の金属線が極小化される。これによ
り、半導体基板上で誘起される寄生的な受動要素(抵
抗、インダクタンス、キャパシタンス)を減少させるこ
とができる。これは、特に図21の一例の構図を利用す
ると、さらに減少させることができる。
Further, the two-dimensional array based on the NOBS composition proposed by the present invention is a general S-SEED array (FIG. 1).
Unlike 7), since a metal line for applying an external voltage between elements is not required, the degree of integration can be increased, and the metal line between elements can be minimized. Thus, parasitic passive elements (resistance, inductance, capacitance) induced on the semiconductor substrate can be reduced. This can be further reduced, especially using the example composition of FIG.

【0116】以上で説明したように、本発明によると印
加電圧がなくとも大きな光の双安定をもっているAFP
ESQW S−SEED,AFP ACQW S−S
EEDまたはそれらの2次元の配列およびこれを利用し
た混合形の応用光素子と配列等を、容易に製造すること
が可能になる。
As described above, according to the present invention, an AFP having a large optical bistability without an applied voltage is provided.
ESQW S-SEED, AFP ACQW SS
EEDs or their two-dimensional arrays and mixed-type applied optical elements and arrays using the same can be easily manufactured.

【0117】本発明による無電圧の光の双安定の論理素
子の構成を用いると、2次元の配列を形成する場合、各
素子を電気的に分離させることができるので、素子の歩
留りを増大させることができ、一部の欠陥に無関係な2
次元の配列が可能になり、さらに、外部の電圧印加のた
めの金属配線とこのための基板上の空間が必要ないの
で、その集積度を大幅に増加させることができる長所が
ある。
When the structure of the bistable logic element of no-voltage light according to the present invention is used, when forming a two-dimensional array, each element can be electrically separated, so that the yield of the elements is increased. Can be irrelevant to some defects 2
Since it is possible to arrange the dimensions, and since a metal wiring for applying an external voltage and a space for the metal wiring for the external voltage are not required, the degree of integration can be greatly increased.

【0118】また、電線間の相互誘導作用、電磁場によ
る相互干渉および素子間の漏話の現象等を減少させるこ
とができるばかりでなく、高速スイッチング素子のため
の回路を容易に具現することができる。
In addition, it is possible to reduce not only a mutual induction effect between electric wires, a mutual interference by an electromagnetic field, a phenomenon of crosstalk between elements, etc., but also to easily realize a circuit for a high-speed switching element.

【0119】また、本発明の論理素子を用いた半導体部
品を組立てる際においてもワイヤボンディングと外部の
電圧印加のための電線の連結が必要でないので、工程が
簡単になって工程の単価を減少させることができるとい
う経済的な効果も期待される。
Also, when assembling a semiconductor component using the logic element of the present invention, it is not necessary to connect wires for wire bonding and external voltage application, so that the process is simplified and the unit cost of the process is reduced. It is also expected to have the economic effect of being able to do so.

【0120】図25は、無電圧の光の双安定シード(N
OBS)を実現するための本発明によるSMQW−AS
FP−SEED構造の望ましい例を示している断面図で
ある。
FIG. 25 shows a bistable seed (N
SMQW-AS according to the invention for realizing OBS)
It is sectional drawing which shows the desirable example of FP-SEED structure.

【0121】まず、半絶縁のGaAs基板21上に、相
対的に低い屈折率(n=2.98)をもつAlAsから
なる第1λ/4n反射層(Quarter Wavelength Reflect
or Stack)(ここで、λは光の波長)22を72.1n
m程度の厚さに成長させ相対的に高い屈折率(n=3.
54)をもつAl0.1Ga0.9Asからなる第2λ/4n
反射層23を60.7nm程度の厚さに成長させ、前記
第1λ/4n反射層22と前記第2λ/4n反射層23
を12周期以上に(望ましくは14回反復して)形成す
ることによってλ/4n反射層(Quarter Wavelength R
eflector Stack,QWRS )からなる下部の反射層30を形
成する。このとっき、各層の光学的な厚さは、動作波長
860nm(SMQWの励起子の吸収ピークの波長)の
1/4になるようにする。このとき、反射層30の反射
率は95%以上になる。
First, a first λ / 4n reflection layer (Quarter Wavelength Reflector) made of AlAs having a relatively low refractive index (n = 2.98) is formed on a semi-insulating GaAs substrate 21.
or Stack) (where λ is the wavelength of light) 22 is 72.1n
m and a relatively high refractive index (n = 3.
54) the second λ / 4n made of Al 0.1 Ga 0.9 As
The reflection layer 23 is grown to a thickness of about 60.7 nm, and the first λ / 4n reflection layer 22 and the second λ / 4n reflection layer 23 are formed.
Λ / 4n reflection layer (Quarter Wavelength R)
eflector Stack, QWRS) is formed. In this case, the optical thickness of each layer is set to be 1 / of the operating wavelength of 860 nm (wavelength of the absorption peak of excitons of SMQW). At this time, the reflectance of the reflective layer 30 becomes 95% or more.

【0122】上記のように、前記第1λ/4n反射層2
2と前記第2λ/4n反射層23の12周期以上に(望
ましくは14周期)の反復成長させることによって下部
の反射層30を形成した後には、下部の反射層30上に
+ 型(5×1018cm~3)のAl0.1Ga0.9Asを5
00nm程度の厚さに成長させてカソード接触層24を
形成する。
As described above, the first λ / 4n reflection layer 2
2 and the second λ / 4n reflective layer 23 are repeatedly grown for 12 cycles or more (preferably 14 cycles) to form the lower reflective layer 30, and then the N + type (5 5 × 10 18 cm ~ 3 ) Al 0.1 Ga 0.9 As
The cathode contact layer 24 is formed by growing to a thickness of about 00 nm.

【0123】続いて、前記カソード接触層24上にドー
ピングされていないA10.1Ga0.9Asを20nm程度
の厚さに成長させて第1緩衝層25を形成する。
Subsequently, undoped A1 0.1 Ga 0.9 As is grown on the cathode contact layer 24 to a thickness of about 20 nm to form a first buffer layer 25.

【0124】その後に、前記緩衝層25上に、6nm程
度の厚さのAl0.04Ga0.96As障壁層26と10nm
程度の厚さのGaAs井戸層27からなる薄い量子井戸
を多重(望ましくは36周期)に成長させることによ
り、薄い厚さの多重量子の井戸層(SMQW)31を形
成させる。
Thereafter, an Al 0.04 Ga 0.96 As barrier layer 26 having a thickness of about 6 nm is formed on the buffer
A thin quantum well layer (SMQW) 31 having a small thickness is formed by growing multiple (preferably 36 periods) thin quantum wells composed of the GaAs well layer 27 having a thickness of about the same.

【0125】続いて、前記の薄い多重量子の井戸層31
上に、20nm程度の厚さにドーピングされていないA
0.1Ga0.9Asを成長させて第2緩衝層28を形成す
る。
Subsequently, the thin multiple quantum well layer 31 described above is formed.
On top, A which is not doped to a thickness of about 20 nm
The second buffer layer 28 is formed by growing 1 0.1 Ga 0.9 As.

【0126】終りに、前記第2緩衝層28上に506.
7nm程度の厚さにP+ 型(1×1019cm~3)のA1
0.1Ga0.9Asを成長させてアノード接触層29を形成
する。
Finally, 506. on the second buffer layer 28.
A1 of P + type (1 × 10 19 cm ~ 3 ) with a thickness of about 7 nm
An anode contact layer 29 is formed by growing 0.1 Ga 0.9 As.

【0127】以上のような工程によって製造されるPI
N型のSEEDにおいて、λ/4反射層(即ち、下部の
反射層)30より上の層24〜29の総ての厚さ(L)
は、1622.7nmになり、この反射層30は、非対
称のファブリーベロー共振器(キャビティ(Cavity))
(ASFP)を形成する。そのキャビティの長さは、λ
/4navg(ここで、navgはキャビティの平均屈折率)
の27倍(奇数の定数倍)である。
The PI manufactured by the above steps
In an N-type SEED, the total thickness (L) of the layers 24-29 above the λ / 4 reflective layer (ie, the lower reflective layer) 30
Becomes 1622.7 nm, and the reflection layer 30 is formed of an asymmetric Fabry-Bellow resonator (Cavity).
(ASPF). The length of the cavity is λ
/ 4n avg (where n avg is the average refractive index of the cavity)
27 times (odd constant times).

【0128】これによって、空気と半導体との境界にお
いて、反射率30%程度の上部の反射が自然的に生成さ
れる。
As a result, an upper reflection having a reflectivity of about 30% is naturally generated at the boundary between the air and the semiconductor.

【0129】したがって、SMQWを真正領域とするP
−I(MQW)−Nダイオードの構造に、上部および下
部の反射の反射率が、相互に異なるASFP共鳴の構造
が形成される。このとき、MQWの反復される回数(周
期数)は、外部の電圧印加のなしの状態、即ちゼロバイ
アスからASFPキャビティの全体の反射率(RT)が
ゼロになる次の数式1を満足させる定数値mと定められ
る。
Therefore, P which sets SMQW as a genuine region
In the structure of the -I (MQW) -N diode, an ASFP resonance structure is formed in which the reflectances of the upper and lower reflections are different from each other. At this time, the number of repetitions (number of cycles) of the MQW is a condition that satisfies the following equation 1 in which the reflectance (RT) of the entire ASFP cavity becomes zero from a state without an external voltage application, that is, from zero bias. It is determined as a numerical value m.

【0130】 RF=RBexp(−2α0mt) ・・・(1) ただし、RFは、上部の反射の反射率、RBは、下部の
反射の反射率、α0は、ゼロバイアスににおける量子井
戸の光吸収率、そしてtは、量子井戸の厚さである。
RF = RBexp (−2α 0 mt) (1) where RF is the reflectance of the upper reflection, RB is the reflectance of the lower reflection, and α 0 is the quantum well at zero bias. And the t is the quantum well thickness.

【0131】図25の構造において、α0を16000
cm~1であると仮定すると、RF=0.3,RB=0.
95,t=10nmであるので、RT=0の数式1を満
足するmの値は36である。したがって、量子井戸の周
期数36が決定される。であるから、SMQWが包含さ
れた真正領域の総ての厚さが、0.62μm程度に減少
されて、熱平衡の状態における内在電位による電界は、
2.4×104V/cmの値をもつようになる。
In the structure of FIG. 25, α 0 is 16000
cm ~ 1 , RF = 0.3, RB = 0.
Since 95 and t = 10 nm, the value of m that satisfies Equation 1 for RT = 0 is 36. Therefore, the number of periods 36 of the quantum well is determined. Therefore, the total thickness of the genuine region including the SMQW is reduced to about 0.62 μm, and the electric field due to the intrinsic potential in a state of thermal equilibrium is
It has a value of 2.4 × 104 V / cm.

【0132】このように、増加された内在電位による電
界は、SMQWの光の吸収率をさらに減少させることに
より、反射率Ronをさらに増加させることができるよ
うになる。ダイオードD1に印加される電界を一般的な
SMQWS−SEEDの値0.6×103V/cmに仮
定すると、d=0.62μmであるので、ダイオードD
2に印加される電界は4.2×104V/cmに増加さ
れて、光の双安定を増大することができる。この値は、
d=1.0μmの一般的なSMQWS−SEEDに逆方
向の電圧1.8Volts 印加した時のD2に印加される電
界値と類似である。
As described above, the electric field due to the increased intrinsic potential can further increase the reflectance Ron by further reducing the light absorption of the SMQW. Assuming that the electric field applied to the diode D1 is a general SMQWS-SEED value of 0.6 × 103 V / cm, d = 0.62 μm.
2 can be increased to 4.2 × 10 4 V / cm to increase optical bistability. This value is
This is similar to the electric field value applied to D2 when a reverse voltage of 1.8 Volts is applied to a general SMQWS-SEED with d = 1.0 μm.

【0133】数式1は、ASFP−SEEDのRoffの値
を0にするための条件である。ASFP共鳴の構造は、
下部の反射層の一番上層が高い屈折率の物質である場合
(本実施例の図25の場合、AlGaAs層)、その厚
さをλ/4navgの奇数の定数倍のみにすると得ること
ができる。ASFP−SEEDのRoff値を5%程度まで
許容すると、量子井戸の周期数をもっと減らして、これ
による内在電界をもっと増大させることができる。21
周期のSMQWからなるASFP構造を、例えば真性領
域の厚さを0.38μmにさらに減らした場合、ダイオ
ードD1に印加される電界を、一般的なSMQWS−S
EEDの値0.6×103V/cmであると仮定すると
き、D2に印加される電界は7.3×104V/cmに
増加する。この値は、d=1.0μmであるSMQWS
−SEEDに、逆方向の電圧5.0Volts を印加する場
合のD2に印加される電界値と類似な値である。
Equation 1 is a condition for setting the value of Roff of ASFP-SEED to 0. The structure of the ASFP resonance is
When the uppermost layer of the lower reflective layer is made of a material having a high refractive index (in the case of FIG. 25 of this embodiment, an AlGaAs layer), it can be obtained by setting its thickness to only an odd multiple of λ / 4n avg. it can. When the Roff value of ASFP-SEED is allowed to be about 5%, the number of periods of the quantum well can be further reduced, and the inherent electric field can be further increased. 21
When the ASFP structure made of a periodic SMQW is further reduced to, for example, the thickness of the intrinsic region to 0.38 μm, the electric field applied to the diode D1 is reduced by a general SMQWS-S
Assuming an EED value of 0.6 × 10 3 V / cm, the electric field applied to D2 increases to 7.3 × 10 4 V / cm. This value is SMQWS where d = 1.0 μm
-A value similar to the electric field applied to D2 when a reverse voltage of 5.0 Volts is applied to SEED.

【0134】したがって、本実施例から提示しているS
MQW−ASFP−SEEDを利用すると、既存のSM
QWを利用したS−SEED回路よりもずっと大きな、
外部電圧なしの光の双安定性を得ることができるばかり
でなく、既存のSMQW−SEEDからなったS−SE
ED回路に、VAP=5.0Volts 印加した時に得られ
る光の双安定性と類似な程度の光の双安定性が可能な、
外部印加電圧なしの光の双安定素子である自己バイアス
S−SEEDが実現可能である。
Therefore, S shown in the present embodiment is
Using MQW-ASPF-SEED, existing SM
Much larger than S-SEED circuit using QW,
Not only can the optical bistability without external voltage be obtained, but also the S-SE made of the existing SMQW-SEED
A light bistability similar to that obtained when VAP = 5.0 Volts is applied to the ED circuit is possible.
A self-biased S-SEED that is a bistable element of light without an externally applied voltage can be realized.

【0135】図26は、外部電圧なしの光の双安定シー
ド(NOBS)を実現するための本発明の他の実施例に
よるSMQW−ASFP−SEEDの構造を示している
説明図である。
FIG. 26 is an explanatory view showing the structure of an SMQW-ASPP-SEED according to another embodiment of the present invention for realizing a light bistable seed (NOBS) without an external voltage.

【0136】図26において、図25と同一であるか、
または、対応した部分は、同一の符号によって表示され
ている。
In FIG. 26, is it the same as FIG.
Alternatively, corresponding parts are indicated by the same reference numerals.

【0137】この構造の製造方法を説明すると次のよう
になる。
The method of manufacturing this structure will be described as follows.

【0138】図26を参照して、まず、半絶縁のGaA
s基板21上に、相対的に高い屈折率をもち、しかもド
ーピングされていないAlxGa1-xAs(0.1
0.3)からなるλ/4n反射層(ここで、λは光の波
長)23を成長させ、相対的に低い屈折率をもち、しか
もドーピングされていないAlAsからなるλ/4n反
射層22を成長させる。これら二つ反射層23,22を
12周期以上に(望ましくは14回反復して)形成する
ことによって、λ/4反射層(QWRS)からなる下部
の反射層30を形成する。このとき、各層の光学的な厚
さが、動作波長(SMQWの励起子の吸収ピークの波
長)の1/4になるようにする。
Referring to FIG. 26, first, semi-insulating GaAs
On the s substrate 21, Al x Ga 1 -x As (0.1 < x <
0.3), a λ / 4n reflective layer (here, λ is the wavelength of light) 23 is grown, and a λ / 4n reflective layer 22 made of undoped AlAs having a relatively low refractive index is formed. Let it grow. By forming these two reflective layers 23 and 22 for 12 cycles or more (preferably 14 times), the lower reflective layer 30 composed of a λ / 4 reflective layer (QWRS) is formed. At this time, the optical thickness of each layer is set to be 1/4 of the operating wavelength (the wavelength of the absorption peak of the exciton of SMQW).

【0139】上記のように、二つのλ/4n反射層2
3,22を12周期以上に(望ましくは14周期)反復
成長することによって、下部の反射層30を形成した後
には、下部の反射層30上にN+ 型のAlxGa1-xAs
(0.10.3)を成長させてカソード接触層2
4を形成する。
As described above, the two λ / 4n reflection layers 2
After the lower reflective layer 30 is formed by repeatedly growing 3,22 over 12 periods (preferably 14 periods), N + -type Al x Ga 1 -x As is formed on the lower reflective layer 30.
(0.1 < x < 0.3) to grow the cathode contact layer 2
4 is formed.

【0140】続いて、前記カソード接触層24上に、ド
ーピングされていないAlxGa1-xAs(0.1
0.3)を所定の厚さに成長させて第1緩衝層25を形
成する。
Subsequently, undoped Al x Ga 1 -x As (0.1 < x <
0.3) is grown to a predetermined thickness to form the first buffer layer 25.

【0141】その後に、前記緩衝層25上に、ドーピン
グされていないAlxGa1-xAs障壁層(0.01
0.04)26とドーピングされていないGaAsの
井戸層27からなる薄い量子井戸を多重(望ましくは3
6周期)に成長させて厚さの薄い多重量子の井戸層31
を形成させる。
Thereafter, an undoped Al x Ga 1 -x As barrier layer (0.01 < x
< 0.04) 26 and a thin quantum well composed of undoped GaAs well layer 27 (preferably 3
Multi-quantum well layer 31 grown to 6 periods)
Is formed.

【0142】続いて、前記の薄い多重量子の井戸層31
上に、ドーピングされていないAlxGa1-xAs(0.
0.3)を成長させて第2緩衝層26を形成す
る。
Subsequently, the thin multiple quantum well layer 31 described above is formed.
On top, undoped Al x Ga 1 -x As (0.
By growing 1 < x < 0.3), the second buffer layer 26 is formed.

【0143】終りに、前記第2緩衝層28上に、P+
のAlxGa1-xAs(0.10.3)を成長させ
てアノード接触層29を形成する。
Finally, a P + -type Al x Ga 1 -x As (0.1 < x < 0.3) is grown on the second buffer layer 28 to form an anode contact layer 29.

【0144】図27は、無電圧の光の双安定シード(N
OBS)を実現するための本発明のさらに他の実施例に
よるSMQW−ASFP−SEEDの構造を示している
説明図である。
FIG. 27 shows a bistable seed (N
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a structure of an SMQW-ASPP-SEED according to another embodiment of the present invention for realizing (OBS).

【0145】図27において、図25と同一または対応
しているの部分は、同一の符号によって表示されてい
る。
In FIG. 27, parts that are the same as or correspond to those in FIG. 25 are denoted by the same reference numerals.

【0146】この構造の製造方法を説明すると次のよう
になる。
The method of manufacturing this structure will be described as follows.

【0147】図27を参照して、まず、半絶縁のGaA
s基板21上に、相対的に高い屈折率をもつ、そしてド
ーピングされていないAlxGa1-xAs(0.1
0.3)からなるλ/4n反射層(ここで、λは光の波
長)23を成長させ、相対的に低い屈折率をもち、しか
もドーピングされていないAlAsからなるλ/4n反
射層22を成長させる。前記二つ反射層23,22を1
2周期以上に(望ましくは14回反復して)形成するこ
とによって、λ/4反射層(QWRS)からなる下部の
反射層30を形成する。このとき、各層の光学的な厚さ
が、動作波長(SMQWの励起子の吸収ピークの波長)
の1/4になるようにする。
Referring to FIG. 27, first, semi-insulating GaAs
On the s-substrate 21, Al x Ga 1 -x As (0.1 < x <
0.3), a λ / 4n reflective layer (here, λ is the wavelength of light) 23 is grown, and a λ / 4n reflective layer 22 made of undoped AlAs having a relatively low refractive index is formed. Let it grow. The two reflective layers 23 and 22 are 1
The lower reflective layer 30 composed of a λ / 4 reflective layer (QWRS) is formed by forming the reflective layer 30 in two or more cycles (preferably 14 times). At this time, the optical thickness of each layer is determined by the operating wavelength (the wavelength of the absorption peak of the exciton of SMQW).
To 1/4 of

【0148】上記のように二つλ/4n反射層23,2
2を12周期以上に(望ましくは14周期)反復成長さ
せることによって下部の反射層30を形成した後には、
下部の反射層30上に、P+ 型のAlxGa1-xAs
(0.10.3)を成長させてアノード接触層2
9を形成する。
As described above, the two λ / 4n reflection layers 23, 2
After the lower reflective layer 30 is formed by repeatedly growing 2 over 12 periods (preferably 14 periods),
On the lower reflective layer 30, a P + -type Al x Ga 1 -x As
(0.1 < x < 0.3) to grow the anode contact layer 2
9 is formed.

【0149】続いて、前記アノード接触層29上に、ド
ーピングされていないAlxGa1-xAs(0.1
0.3)を所定の厚さに成長させて、第1緩衝層25を
形成する。
Subsequently, undoped Al x Ga 1 -x As (0.1 < x <
0.3) is grown to a predetermined thickness to form the first buffer layer 25.

【0150】その後に、前記緩衝層25上に、ドーピン
グされていないAlxGa1-xAs障壁層(0.01
0.04)26と、ドーピングされていないGaAs
井戸層27からなる厚さの薄い量子井戸を多重(望まし
くは36周期)に成長させて薄い多重量子の井戸層31
を形成させる。
Thereafter, an undoped Al x Ga 1 -x As barrier layer (0.01 < x
< 0.04) 26 and undoped GaAs
A thin quantum well consisting of the well layer 27 is grown in multiple (preferably 36 periods) to form a thin multiple quantum well layer 31.
Is formed.

【0151】続いて、前記薄い多重量子の井戸層31上
に、ドーピングされていないAlxGa1-xAs(0.1
0.3)を成長させて第2緩衝層28を形成す
る。
Subsequently, undoped Al x Ga 1 -x As (0.1
< X < 0.3) is grown to form the second buffer layer 28.

【0152】終りに、前記第2緩衝層28上に、N+
のAlxGa1-xAs(0.10.3)を成長させ
てカソード接触層24を形成する。
Finally, a cathode contact layer 24 is formed on the second buffer layer 28 by growing N + type Al x Ga 1 -x As (0.1 < x < 0.3).

【0153】以上のように、望ましい実施例を通じて説
明した本発明を利用すると、印加電圧がなくとも光の双
安定特性が優秀なS−SEED、2次元のS−SEED
配列、これを利用した応用素子およびこれらの2次元の
配列等を製造することが可能である。
As described above, when the present invention described through the preferred embodiments is used, an S-SEED having excellent bistable characteristics of light without an applied voltage, and a two-dimensional S-SEED can be used.
It is possible to manufacture an array, an application element using the array, a two-dimensional array thereof, and the like.

【0154】本発明による無電圧の光の双安定素子を利
用して、2次元の配列を形成する場合、各素子を電気的
に分離させることができるので、素子の歩留りを増加さ
せることができ、外部電圧の印加のための金属電線と、
このための基板上の空間とが不必要であるので、配列の
集積度を大幅に増加させることができる。
When a two-dimensional array is formed using the non-voltage optical bistable element according to the present invention, each element can be electrically separated, so that the yield of elements can be increased. A metal wire for applying an external voltage,
Since the space on the substrate for this is unnecessary, the degree of integration of the array can be greatly increased.

【0155】また、電線間の相互誘導作用、電磁場によ
る相互干渉、漏話現象等を低減させることができるばか
りではなく、高速スイッチング素子用の回路を容易に具
現することができる。本発明の素子を備えた半導体部品
の組立における電線接続と外部電圧の印加のための電線
の連結が必要でないので、製造工程が簡素化されて工程
の単価を減少させることができる経済的な効果が期待さ
れる。
In addition, it is possible not only to reduce mutual induction between electric wires, mutual interference by an electromagnetic field, crosstalk phenomenon, etc., but also to easily realize a circuit for a high-speed switching element. Since there is no need to connect wires and connect wires for applying an external voltage in assembling a semiconductor component having the element of the present invention, the manufacturing process is simplified, and the economical effect that the unit cost of the process can be reduced. There is expected.

【0156】外部からの電圧印加がなくとも光の双安定
特性をもつ本発明による図19の無電圧の光の双安定シ
ード(NOBS)は、外部からの印加電圧のない状態で
あるので、点V1とV2との間の電圧は、図28のNO
BSの負荷曲線に示されているように、安定された動作
点の電圧Vopと−Vopと考えることができる。
The bistable seed (NOBS) of the voltageless light of FIG. 19 according to the present invention, which has the bistable characteristic of light even without the application of an external voltage, is in a state where no externally applied voltage is applied. The voltage between V1 and V2 is NO in FIG.
As shown in the load curve of BS, it can be considered that the voltage Vop and -Vop of the stabilized operating point.

【0157】これはNOBSが光の双安定性を現わすと
き、各ダイオードに印加される電界が、(Vbi−Vo
p)/tiと(Vbi+Vop)/ti(ここで、ti
は真性領域の総ての厚さ)であることを意味する。
This means that when NOBS exhibits optical bistability, the electric field applied to each diode is (Vbi-Vo).
p) / ti and (Vbi + Vop) / ti (where ti
Is the total thickness of the intrinsic region).

【0158】したがって、二つのダイオード間の電界の
差異を、外部からの印加電圧のない状態において、大き
な差異をもつようにするためには、可及的ならtiを減
少させると有利である。光の入力抵抗が不一致されたA
FP−SEEDは、光吸収層の総ての厚さ(D)が、光
の入力抵抗が一致されたAFP−SEEDより小さくな
るように構成されるので、tiをさらに減少させること
もできるものである。
Therefore, it is advantageous to reduce ti as much as possible in order to make the electric field difference between the two diodes have a large difference in the absence of an externally applied voltage. A where the input resistance of light is mismatched
Since the FP-SEED is configured such that the total thickness (D) of the light absorbing layer is smaller than that of the AFP-SEED having the matched light input resistance, ti can be further reduced. is there.

【0159】前記のNOBSの原理をその基本としてい
るNOBSの光の双安定特性の一つの例が図29に図示
されている。抵抗一致されたAFP−NOBSと抵抗不
一致のAFP−NOBSの差異点を確実に把握すること
ができる。抵抗一致されたAFP−NOBSは、抵抗一
致されていないAFP−NOBSよりオフ状態の値がゼ
ロに近接しているので、CRは確実に大きいのである
が、ΔRと光の双安定の幅(ΔP)は相対的に小さい値
をもつようになる。
One example of the optical bistable characteristic of NOBS based on the above-mentioned principle of NOBS is shown in FIG. The difference between the AFP-NOBS with the matched resistance and the AFP-NOBS with the mismatched resistance can be reliably grasped. Since the off-state value of the AFP-NOBS whose resistance is matched is closer to zero than that of the AFP-NOBS whose resistance is not matched, the CR is surely large, but the width of ΔR and the bistable light (ΔP ) Has a relatively small value.

【0160】特に、NOBSの場合には、オン状態の反
射率の値が、抵抗一致された場合には大変小さいため、
光システムに応用することには多少不適合である。
In particular, in the case of NOBS, the value of the reflectance in the ON state is very small when the resistance is matched, so that
Somewhat unsuitable for application in optical systems.

【0161】[0161]

【発明の効果】したがって、本発明が提案している光の
入力抵抗の不一致の概念を利用してAFP−SEEDの
構造を設計することにより、光システムから必要とする
適切なCRを維持し、光システムを応用することにおい
て必要な程度のΔRと光の双安定の幅(ΔP)をもって
いるNOBSを可能にすることができるものである。
Therefore, by designing the structure of the AFP-SEED using the concept of mismatch of the input resistance of light proposed by the present invention, it is possible to maintain an appropriate CR required from the optical system, It is possible to enable a NOBS having a ΔR and a bistable width (ΔP) of light necessary for application of an optical system.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】典型的な対称形シード(S−SEED)素子の
断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a typical symmetric seed (S-SEED) device.

【図2】図1の上面図。FIG. 2 is a top view of FIG. 1;

【図3】図1の等価回路図。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of FIG. 1;

【図4】図1の等価回路図。FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of FIG. 1;

【図5】図4に図示の回路の負荷曲線を示しているグラ
フ。
FIG. 5 is a graph showing a load curve of the circuit shown in FIG.

【図6】図4に図示の回路の光の双安定の特性曲線を示
すグラフ。
6 is a graph showing an optical bistable characteristic curve of the circuit shown in FIG. 4;

【図7】図4に図示の回路におけるVAP=0である場
合の負荷曲線を示しているグラフ。
FIG. 7 is a graph showing a load curve when VAP = 0 in the circuit shown in FIG. 4;

【図8】従来のPIN型のダイオードSEEDの熱平衡
の状態におけるエネルギーバンドを示している説明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an energy band in a state of thermal equilibrium of a conventional PIN diode SEED.

【図9】厚さの薄い量子井戸の構造SEEDからなった
S−SEED回路の逆方向の電圧(VAP)が0である
場合の負荷曲線を示すグラフ。
FIG. 9 is a graph showing a load curve in a case where the reverse voltage (VAP) is 0 in an S-SEED circuit including a thin quantum well structure SEED.

【図10】厚さの薄い量子井戸の構造からなったPIN
型のダイオードSEEDの熱平衡の状態におけるエネル
ギーバンドを示している説明図。
FIG. 10 shows a PIN having a thin quantum well structure.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an energy band of a type diode SEED in a state of thermal equilibrium.

【図11】一般的な反射形のSEEDの構造を示してい
る説明図。
FIG. 11 is an explanatory view showing a structure of a general reflection type SEED.

【図12】非対称のファブリーベローシード(AFP−
SEED)の構造を示している説明図。
FIG. 12: Asymmetric Fabry bellow seed (AFP-
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the structure of (SEED).

【図13】励起子の波長における反射形SEEDの光の
吸収計数と光の吸収層の厚さの二乗に対する反射率を示
しているグラフ。
FIG. 13 is a graph showing the light absorption coefficient of the reflection type SEED at the wavelength of the exciton and the reflectance with respect to the square of the thickness of the light absorption layer.

【図14】非線形の光の吸収特性をもっている多重量子
井戸の励起子の波長における垂直の電界に対する光の吸
収係数の変化を示しているグラフ。
FIG. 14 is a graph showing a change in light absorption coefficient with respect to a vertical electric field at a wavelength of an exciton in a multiple quantum well having nonlinear light absorption characteristics.

【図15】AFP−SEEDの光の双安定の特性におけ
るON/OFF強度比の光の吸収計数と光の吸収層の厚
さの二乗に対する抵抗一致のAFP−SEEDおよび抵
抗不一致のAFP−SEEDの特性を示しているグラ
フ。
FIG. 15 shows the relationship between the ON / OFF intensity ratio of the light absorption coefficient of the AFP-SEED and the square of the thickness of the light absorption layer in the resistance bistable AFP-SEED and the resistance mismatched AFP-SEED in the light bistable characteristic of the AFP-SEED. Graph showing characteristics.

【図16】AFP−SEEDの光の双安定の特性におけ
るON/OFF反射率の差異の光の吸収計数と光の吸収
層の厚さの二乗に対する特性を示しているグラフ。
FIG. 16 is a graph showing the characteristics of the difference in ON / OFF reflectance in the light bistable characteristics of AFP-SEED with respect to the light absorption count and the square of the thickness of the light absorption layer.

【図17】図2のS−SEEDからなる光の双安定の素
子の2次元の配列の上面図。
FIG. 17 is a top view of a two-dimensional array of optical bistable elements made of the S-SEED of FIG. 2;

【図18】図17の等価回路図。18 is an equivalent circuit diagram of FIG.

【図19】本発明による外部印加電圧なしで光の双安定
の特性を示すS−SEEDの回路図。
FIG. 19 is a circuit diagram of an S-SEED according to the present invention which shows bistable characteristics of light without an externally applied voltage.

【図20】本発明による無電圧の光の双安定素子の一つ
の例を示している上面図。
FIG. 20 is a top view showing one example of a voltageless optical bistable element according to the present invention.

【図21】本発明による無電圧の光の双安定素子の他の
例を示している上面図。
FIG. 21 is a top view showing another example of the non-voltage optical bistable element according to the present invention.

【図22】図20に図示の無電圧の光の双安定素子の2
次元の配列の上面図。
FIG. 22 shows a non-voltage optical bistable element 2 shown in FIG.
FIG. 3 is a top view of a three-dimensional array.

【図23】図21に図示の無電圧の光の双安定素子の2
次元の配列の上面図。
FIG. 23 shows a second example of the non-voltage optical bistable element shown in FIG.
FIG. 3 is a top view of a three-dimensional array.

【図24】本発明による2次元の配列の無電圧の光の双
安定素子の等価回路図。
FIG. 24 is an equivalent circuit diagram of a two-dimensional array of no-voltage optical bistable elements according to the present invention.

【図25】本発明の一つの実施例によるSEEDの構造
を示している説明図。
FIG. 25 is an explanatory view showing the structure of an SEED according to one embodiment of the present invention.

【図26】本発明の他の実施例によるSEEDの構造を
示している説明図。
FIG. 26 is an explanatory view showing the structure of an SEED according to another embodiment of the present invention.

【図27】本発明のまた他の実施例によるSEEDの構
造を示している説明図。
FIG. 27 is an explanatory view showing the structure of an SEED according to still another embodiment of the present invention.

【図28】無電圧の光の双安定を可能にするS−SEE
Dの負荷曲線を示すグラフ。
FIG. 28 shows S-SEE enabling bistability of voltage-free light
The graph which shows the load curve of D.

【図29】抵抗不一致のAFP−NOBS(Nonbiased
Optical Bistable S−SEED)と本発明による抵抗
不一致のAFP−NOBSの光の双安定特性の一つの例
を示しているグラフ。
FIG. 29: AFP-NOBS (Nonbiased
3 is a graph showing one example of optical bistability characteristics of AFP-NOBS with mismatched resistance according to the present invention and Optical Bistable S-SEED).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n−コンタクト層、2…p−コンタクト層、3…絶
縁層、4…金属配線、5…金属パッド、6…光の入出力
窓。
1 ... n-contact layer, 2 ... p-contact layer, 3 ... insulating layer, 4 ... metal wiring, 5 ... metal pad, 6 ... light input / output window.

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 SEED(Self Electro-optic Effectiv
e Device) の光の論理素子において、 半絶縁のGaAsの基板と、 前記基板上に所定の厚さに成長され所定の屈折率(n)
をもつ第1反射層と、この第1反射層の上に所定の厚さ
に成長され、前記第1反射層の屈折率と相異なる屈折率
をもつ第2反射層とからなる反射層が、少なくとも12
周期以上に反復的に形成された下部反射層と、 前記下部反射層上に所定の厚さに成長される第1電極接
触層と、 前記第1電極接触層上に成長される第1緩衝層と、 前記第1緩衝層上に、障壁層および薄い量子井戸層が所
定の周期に成長される薄い多重量子の井戸層と、 前記薄い多重量子の井戸層上に成長される第2緩衝層
と、 前記第2緩衝層上に成長される第2電極接触層とを包含
する無電圧の光の双安定の論理素子。
1. SEED (Self Electro-optic Effectiv)
e device) optical logic element, comprising: a semi-insulating GaAs substrate; and a predetermined refractive index (n) grown on the substrate to a predetermined thickness.
And a second reflective layer grown to a predetermined thickness on the first reflective layer and having a refractive index different from the refractive index of the first reflective layer, At least 12
A lower reflective layer formed repeatedly over a period; a first electrode contact layer grown to a predetermined thickness on the lower reflective layer; a first buffer layer grown on the first electrode contact layer A thin multi-quantum well layer in which a barrier layer and a thin quantum well layer are grown at a predetermined period on the first buffer layer; and a second buffer layer grown on the thin multi-quantum well layer. And a second electrode contact layer grown on the second buffer layer.
【請求項2】 前記薄い多重量子の井戸層は、障壁層と
薄い量子の井戸層とが36周期に成長されることを特徴
とする請求項1記載の無電圧の光の双安定の論理素子。
2. The non-voltage optical bistable logic device according to claim 1, wherein the thin multi-quantum well layer has a barrier layer and a thin quantum well layer grown in 36 periods. .
【請求項3】 前記第1反射層の屈折率は、前記第2反
射層の屈折率より相対的に小さいことを特徴とする請求
項2記載の無電圧の光の双安定の論理素子。
3. The non-voltage light bistable logic device according to claim 2, wherein the refractive index of the first reflective layer is relatively smaller than the refractive index of the second reflective layer.
【請求項4】 前記第1反射層の屈折率は、前記第2反
射層の屈折率より相対的に大きいことを特徴とする請求
項2記載の無電圧の光の双安定の論理素子。
4. The device according to claim 2, wherein the refractive index of the first reflective layer is relatively greater than the refractive index of the second reflective layer.
【請求項5】 前記第1電極の接触層は、P+のアノー
ド接触層であり、 前記第2電極接触層は、N+のカソード接触層であるこ
とを特徴とする請求項1記載の無電圧の光の双安定の論
理素子。
5. The structure according to claim 1, wherein the contact layer of the first electrode is a P + anode contact layer, and the second electrode contact layer is a N + cathode contact layer. Voltage optical bistable logic element.
【請求項6】 前記第1電極接触層は、N+のカソード
接触層であり、 前記第2電極接触層は、P+アノード接触層であること
を特徴とする請求項1記載の無電圧の光の双安定の論理
素子。
6. The non-voltage contact of claim 1, wherein the first electrode contact layer is a N + cathode contact layer, and the second electrode contact layer is a P + anode contact layer. Optical bistable logic element.
【請求項7】 前記第1反射層は、ドーピングされてい
ないAlAsからなり、 前記第2反射層は、ドーピングされていないAlxGa
l-xAs(0.10.3)からなることを特徴と
する請求項1記載の無電圧の光の双安定の論理素子。
7. The first reflection layer is made of undoped AlAs, and the second reflection layer is made of undoped Al x Ga.
2. The non-voltage optical bistable logic element according to claim 1, wherein the element consists of lx As (0.1 < x < 0.3).
【請求項8】 SEED(Self Electro-optic Effectiv
e Device) の光の論理素子を製造する方法において、 半絶縁のGaAsの基板上に、所定の屈折率(n)をも
つAlAsからなる第1λ/4n反射層(ここで、λは
光の波長)を72.1nm程度の厚さに成長させ、相対
的に高い屈折率をもっているAlxGal-xAs(0.1
0.3)からなる第2λ/4n反射層を60.7
nm程度の厚さに成長させ、前記第1λ/4n反射層と
前記第2λ/4n反射層とを12周期以上に形成するこ
とによって下部反射層を形成する工程と、 前記下部反射層上に、N+型のAlxGal-xAs(0.
0.3)を500nm程度の厚さに成長させて
カソード接触層を形成する工程と、 前記カソード接触層上に、ドーピングされていないAl
xGal-xAs(0.10.3)を20nm程度の
厚さに成長させて第1緩衝層を形成する工程と、 前記第1緩衝層上に、障壁層として6nm程度の厚さの
AlxGal-xAs(0.10.4)層と井戸層と
して10nm程度の厚さのドーピングされていないGa
As層を順次に成長させ、前記障壁層および前記井戸層
を36周期に成長させて薄い多重量子の井戸層(SMQ
W)を形成する工程と、 前記薄い多重量子の井戸層上に、20nm程度の厚さに
ドーピングされていないAlxGal-xAs(0.1
0.3)を成長させて第2緩衝層を形成する工程と、 前記第2緩衝層上に、506.7nm程度の厚さにP+
型のAlxGal-xAs(0.1<x<0.3)を成長さ
せてアノード接触層を形成する工程とを包含する無電圧
の光の双安定の論理素子の製造方法。
8. SEED (Self Electro-optic Effectiv)
In the method of manufacturing an optical logic device of (e Device), a first λ / 4n reflection layer (here, λ is a wavelength of light) of AlAs having a predetermined refractive index (n) is formed on a semi-insulating GaAs substrate. ) is grown to a thickness of about 72.1nm a, Al has a relatively high refractive index x Ga lx As (0.1
< X < 0.3), the second λ / 4n reflection layer is made up of 60.7
forming a lower reflection layer by growing the first λ / 4n reflection layer and the second λ / 4n reflection layer in at least 12 periods, and forming the lower reflection layer on the lower reflection layer. N + type Al x Gal x As (0.
Forming a cathode contact layer by growing 1 < x < 0.3) to a thickness of about 500 nm; and forming undoped Al on the cathode contact layer.
forming a first buffer layer x Ga lx As the (0.1 <x <0.3) is grown to a thickness of about 20 nm, on the first buffer layer, thickness of about 6nm as a barrier layer Al x Gal x As (0.1 < x < 0.4) layer and undoped Ga having a thickness of about 10 nm as a well layer.
As layers are sequentially grown, and the barrier layers and the well layers are grown for 36 periods to form a thin multi-quantum well layer (SMQ).
W); and forming Al x Gal x As (0.1 < x) on the thin multi-quantum well layer, which is not doped to a thickness of about 20 nm.
Forming a second buffer layer by growing < 0.3); and forming P + on the second buffer layer to a thickness of about 506.7 nm.
Growing an Al x Gal x As (0.1 <x <0.3) type to form an anode contact layer.
【請求項9】 n−接触層、p−接触層、および、光の
入出力窓をそれぞれ有し量子井戸の領域を真性層とする
第1、第2PINダイオードを直列に連結して、前記量
子井戸の領域からの光吸収を前記PINダイオードから
発生した光電流により変えるようにした光の双安定の論
理素子において、 前記第1PINダイオードの前記接触層と前記第2PI
Nダイオードの前記接触層とを直接に連結した無電圧の
光の双安定の論理素子。
9. A quantum well comprising an n-contact layer, a p-contact layer, and first and second PIN diodes each having a light input / output window and having a quantum well region as an intrinsic layer. An optical bistable logic element in which light absorption from a well region is changed by a photocurrent generated from the PIN diode, wherein the contact layer of the first PIN diode and the second PI
A voltageless optical bistable logic element directly connected to the contact layer of an N diode.
【請求項10】 前記第1PINダイオードのn−接触
層、光の入出力窓、p−接触層と、前記第2PINダイ
オードのn−接触層、光の入出力窓、p−接触層とは、
前記論理素子を上からみたとき前記記載の順序のとおり
に水平の方向に一直線上に配列されており、前記第1P
INダイオードのn−接触層と前記第2PINダイオー
ドのp−接触層、前記第1PINダイオードのp−接触
層と前記第2PINダイオードのn−接触層は、それぞ
れ金属配線によって連結されていることを特徴とする請
求項9記載の無電圧の光の双安定の論理素子。
10. The n-contact layer, light input / output window and p-contact layer of the first PIN diode, and the n-contact layer, light input / output window and p-contact layer of the second PIN diode,
When the logic elements are viewed from above, they are arranged in a straight line in the horizontal direction in the order described above, and the first P
The n-contact layer of the IN diode and the p-contact layer of the second PIN diode, and the p-contact layer of the first PIN diode and the n-contact layer of the second PIN diode are connected to each other by a metal wiring. The non-voltage optical bistable logic element according to claim 9.
【請求項11】 前記第1PINダイオードと前記第2
PINダイオードとは並列に配置されているが、前記第
1PINダイオードのn−接触層のすぐ側の右側の側に
所定の距離を置いて前記第2PINダイオードのp−接
触層が位置し、前記第1、第2PINダイオードの光の
入出力窓は、並列の光信号の処理を容易にするために同
一の直線上に位置し、前記第1PINダイオードのp−
接触層のすぐ側に前記所定の距離を置いて前記第2PI
Nダイオードのn−接触層が位置されるように配置され
ており、 前記第1PINダイオードのn−接触層と前記第2PI
Nダイオードのp−接触層、前記第1PINダイオード
のp−接触層と前記第2PINダイオードのn−接触層
は、それぞれ金属配線によって連結されていることを特
徴とする請求項9記載の無電圧の光の双安定の論理素
子。
11. The first PIN diode and the second PIN diode
The p-contact layer of the second PIN diode is arranged in parallel with the PIN diode, but at a predetermined distance on the right side immediately adjacent to the n-contact layer of the first PIN diode. The light input / output windows of the first and second PIN diodes are located on the same straight line to facilitate processing of parallel optical signals, and the p-
The second PI is provided at the predetermined distance immediately next to the contact layer.
An n-contact layer of an N-diode is located, and an n-contact layer of the first PIN diode and the second PI
10. The non-voltage non-voltage layer according to claim 9, wherein the p-contact layer of the N diode, the p-contact layer of the first PIN diode, and the n-contact layer of the second PIN diode are respectively connected by metal wiring. Optical bistable logic element.
【請求項12】 真性領域として多重量子井戸(MQ
W)と、前記多重量子井戸の励起子の共鳴波長に対して
相互に異なる反射率の上部の反射層と下部の反射層とを
もっており、 共振器長が、励起子の共鳴波長と一致する非対称形のフ
ァブリーペロー(AFP)の構造の光の双安定の論理素
子(SEED)において、 光の入力抵抗が一致された非対称形のファブリーペロー
の光の双安定の論理素子(AFP−SEED)の多重量
子井戸(MQW)の周期数より相対的に小さい周期数の
多重量子の井戸をもつことによって、光の吸収層の総て
の厚さ(D)が減少させた構造の光の入力の抵抗が不一
致された無電圧の光の双安定の論理素子。
12. A multiple quantum well (MQ) as an intrinsic region.
W) and an upper reflecting layer and a lower reflecting layer having mutually different reflectivities with respect to the resonance wavelength of the exciton of the multiple quantum well, wherein the resonator length is the same as the resonance wavelength of the exciton. Multiplexing of an asymmetric Fabry-Perot optical bistable logic element (AFP-SEED) having a matched input resistance of light in a Fabry-Perot (AFP) optical bistable logic element By having multiple quantum wells with a period number relatively smaller than the period number of the quantum well (MQW), the light input resistance of the structure in which the total thickness (D) of the light absorbing layer is reduced is reduced. Unmatched voltageless optical bistable logic element.
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