JP2674626B2 - 量子井戸光デバイス - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/01—Devices 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
- G02F1/015—Devices 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
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
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- G—PHYSICS
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- G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices
- G02F3/02—Optical bistable devices
- G02F3/028—Optical bistable devices based on self electro-optic effect devices [SEED]
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光デバイスの分野に係り、特に、自己電気光
学効果を利用した半導体量子井戸からなるデバイスに関
する。
学効果を利用した半導体量子井戸からなるデバイスに関
する。
［従来技術の説明］ 近年、量子井戸デバイスの開発が行われ、変調、検出
および光信号発生のような古典的な光通信システム機能
が提供されている。例えば、米国特許第4,525,687号参
照。また、あるデバイスの非線形双安定性を利用して、
量子井戸デバイスをスイッチングシステムおよび光コン
ピューティングの分野に拡張することも可能になった。
後者の分野において、量子井戸デバイスは、ANDやORゲ
ートのような基本ブール論理デバイス、Ｓ−Ｒフリップ
フロップや並列処理のための論理デバイスアレイのよう
な複合メモリ及び処理デバイス、およびＮ×Ｎスイッチ
ングアレイのようなスイッチングデバイス、として製造
されている。
および光信号発生のような古典的な光通信システム機能
が提供されている。例えば、米国特許第4,525,687号参
照。また、あるデバイスの非線形双安定性を利用して、
量子井戸デバイスをスイッチングシステムおよび光コン
ピューティングの分野に拡張することも可能になった。
後者の分野において、量子井戸デバイスは、ANDやORゲ
ートのような基本ブール論理デバイス、Ｓ−Ｒフリップ
フロップや並列処理のための論理デバイスアレイのよう
な複合メモリ及び処理デバイス、およびＮ×Ｎスイッチ
ングアレイのようなスイッチングデバイス、として製造
されている。
このような分野での量子井戸デバイスの改良は、一般
にSEEDデバイスと呼ばれる自己電気光学効果デバイスの
開発が中心を占めている。米国特許第4,546,244号を参
照。SEEDデバイスの動作において、ダイオードの光エネ
ルギーの吸収から生じる光電流はダイオード両端の電圧
を変化させ、これはまたダイオードの吸収特性に変化を
起こす。このダイオードは一般にはGaAs/AlGaAs系のｐ
−ｉ−ｎ構造で、真性領域（ｉ）は１以上の量子井戸層
からなる。ダイオードを抵抗性負荷のような適当な電気
的負荷と接続し、光信号の波長をヘビーホールエトキシ
トン共振波長に調整することで、正帰還メカニズムを通
じてスイッチング及び双安定動作（ヒステリシス動作）
が達成されうる。
にSEEDデバイスと呼ばれる自己電気光学効果デバイスの
開発が中心を占めている。米国特許第4,546,244号を参
照。SEEDデバイスの動作において、ダイオードの光エネ
ルギーの吸収から生じる光電流はダイオード両端の電圧
を変化させ、これはまたダイオードの吸収特性に変化を
起こす。このダイオードは一般にはGaAs/AlGaAs系のｐ
−ｉ−ｎ構造で、真性領域（ｉ）は１以上の量子井戸層
からなる。ダイオードを抵抗性負荷のような適当な電気
的負荷と接続し、光信号の波長をヘビーホールエトキシ
トン共振波長に調整することで、正帰還メカニズムを通
じてスイッチング及び双安定動作（ヒステリシス動作）
が達成されうる。
提案されているSEEDデバイスにおいて、真性領域で量
子井戸を有するｐ−ｉ−ｎダイオードは、“抵抗性”負
荷として用いられる普通のフォトダイオードと直列に縦
方向に集積される。1986年の応用物理レターズ（Appl.P
hys.Lett.）第49巻第13号第821−３頁を参照。２つダイ
オードは異なる波長に反応し、負荷フォトダイオード
は、もう１つのダイオードの量子井戸で用いられる赤外
波長にとっては透明体で、赤外線より短い波長には不透
明体である。動作するとき、負荷フォトダイオードに効
率良く照射された制御光ビームは、回路の負荷の抵抗値
を変化させ、これによって集積SEEDデバイスのスイッチ
ング特性（速度とパワー）に影響を与える。制御光ビー
ムのほかに、入力赤外光ビームがSEEDデバイスに導か
れ、単一な赤外光ビームがそのデバイスから出力され
る。
子井戸を有するｐ−ｉ−ｎダイオードは、“抵抗性”負
荷として用いられる普通のフォトダイオードと直列に縦
方向に集積される。1986年の応用物理レターズ（Appl.P
hys.Lett.）第49巻第13号第821−３頁を参照。２つダイ
オードは異なる波長に反応し、負荷フォトダイオード
は、もう１つのダイオードの量子井戸で用いられる赤外
波長にとっては透明体で、赤外線より短い波長には不透
明体である。動作するとき、負荷フォトダイオードに効
率良く照射された制御光ビームは、回路の負荷の抵抗値
を変化させ、これによって集積SEEDデバイスのスイッチ
ング特性（速度とパワー）に影響を与える。制御光ビー
ムのほかに、入力赤外光ビームがSEEDデバイスに導か
れ、単一な赤外光ビームがそのデバイスから出力され
る。
別の関連する開発では、対称SEEDデバイスが提案さ
れ、そこでは、直列に接続されている２つのｐ−ｉ−ｎ
ダイオードが、それぞれの真性領域で実質上同じ量子井
戸層を有するように製造される。1987年のレーザーとエ
レクトロオプティクス国際会議（Conference on Lasers
and Electorooptics）の論文ThT12を参照。それぞれの
フォトダイオードは互いに相手方に対して負荷として働
くため、この構造は対称と呼ばれている。この構造を光
Ｓ−Ｒフリップフロップのような双安定光メモリ素子に
することが提案されている。Ｓ−Ｒフリップフロップと
するとき、この構造は２つの入力と２つの出力を提供
し、全ての入力と出力の光の波長は同じである。
れ、そこでは、直列に接続されている２つのｐ−ｉ−ｎ
ダイオードが、それぞれの真性領域で実質上同じ量子井
戸層を有するように製造される。1987年のレーザーとエ
レクトロオプティクス国際会議（Conference on Lasers
and Electorooptics）の論文ThT12を参照。それぞれの
フォトダイオードは互いに相手方に対して負荷として働
くため、この構造は対称と呼ばれている。この構造を光
Ｓ−Ｒフリップフロップのような双安定光メモリ素子に
することが提案されている。Ｓ−Ｒフリップフロップと
するとき、この構造は２つの入力と２つの出力を提供
し、全ての入力と出力の光の波長は同じである。
上述のデバイスが、異なる波長の２つの入力光信号を
受信することも、またこの２つの入力信号に応じて対応
する異なる波長の２つの出力信号を生成することもでき
ないことは当業者には明らかである（ここでは少なくと
も１つの出力信号が異なる波長の入力信号に対する関係
は関数となる）。例えば、第１波長の光信号によって伝
搬される情報が、上述の量子井戸デバイスを利用する任
意のオプトエレクトロニック回路を通じて、第２波長の
別の光信号に完全に移されること及びその逆はできな
い。言換えれば、上述のデバイスは双方向波長変換によ
り双方向情報伝送を行うことができない。
受信することも、またこの２つの入力信号に応じて対応
する異なる波長の２つの出力信号を生成することもでき
ないことは当業者には明らかである（ここでは少なくと
も１つの出力信号が異なる波長の入力信号に対する関係
は関数となる）。例えば、第１波長の光信号によって伝
搬される情報が、上述の量子井戸デバイスを利用する任
意のオプトエレクトロニック回路を通じて、第２波長の
別の光信号に完全に移されること及びその逆はできな
い。言換えれば、上述のデバイスは双方向波長変換によ
り双方向情報伝送を行うことができない。
［発明の概要］ 上記従来のデバイスの問題点は、自己電気光学効果を
促進するために直列に接続された量子井戸デバイスを用
いたオプトエレクトロニック回路による本発明の原理に
よって解決される。本発明のオプトエレクトロニック回
路は２つの入力信号を受取り、２つの出力信号を提供す
る。入力信号とそれに対応する出力信号は同じ波長であ
る。第１波長の光信号によって伝搬される情報は第２波
長の別の光信号へ完全に伝送でき、その逆もできる。つ
まり、オプトエレクトロニック回路は双方向波長変換に
より双方向情報伝送を行う。
促進するために直列に接続された量子井戸デバイスを用
いたオプトエレクトロニック回路による本発明の原理に
よって解決される。本発明のオプトエレクトロニック回
路は２つの入力信号を受取り、２つの出力信号を提供す
る。入力信号とそれに対応する出力信号は同じ波長であ
る。第１波長の光信号によって伝搬される情報は第２波
長の別の光信号へ完全に伝送でき、その逆もできる。つ
まり、オプトエレクトロニック回路は双方向波長変換に
より双方向情報伝送を行う。
このオプトエレクトロニック回路は、隣接量子井戸層
の光吸収係数あるいは屈折率を電気的に制御するために
電気的に直列に接続された量子井戸層を有する第１およ
び第２の素子からなる。それぞれの量子井戸層は、対応
する異なる波長で所定の光応答特性を有する半導体材料
からなる。
の光吸収係数あるいは屈折率を電気的に制御するために
電気的に直列に接続された量子井戸層を有する第１およ
び第２の素子からなる。それぞれの量子井戸層は、対応
する異なる波長で所定の光応答特性を有する半導体材料
からなる。
［実施例の説明］ 第１図は本発明の原理による電気的に直列に配置され
た２つの逆バイアスされた多層量子井戸ダイオードの概
略図を示す。ダイオード２は実質上波長λ１の光信号に
応答する量子井戸層を含む。ダイオード４は実質上波長
λ２の光信号に応答する量子井戸層を含む。ダイオード
２と４は電気リード線３によって直列に接続される。逆
バイアス電圧は、電気リード線１によってダイオード２
に接続され、電気リード線５によってダイオード４に接
続された電源６によってそれらのダイオードに与えられ
る。
た２つの逆バイアスされた多層量子井戸ダイオードの概
略図を示す。ダイオード２は実質上波長λ１の光信号に
応答する量子井戸層を含む。ダイオード４は実質上波長
λ２の光信号に応答する量子井戸層を含む。ダイオード
２と４は電気リード線３によって直列に接続される。逆
バイアス電圧は、電気リード線１によってダイオード２
に接続され、電気リード線５によってダイオード４に接
続された電源６によってそれらのダイオードに与えられ
る。
第１図に示されるオプトエレクトロニック回路は個別
素子を用いたハイブリッド回路として実現された。
素子を用いたハイブリッド回路として実現された。
ダイオード２はInGaAs多層量子井戸ｐ−ｉ−ｎダイオ
ードとして形成され、量子井戸層はダイオードの真性領
域に設けられた。ダイオード２の製造方法は、1987年の
応用物理レターズ第50巻第15号第1010−２頁に説明され
ている。このダイオード２は、InGaAs量子井戸のヘビー
ホールエトキシトン共振波長（λ１＝1610nm）で同調可
能なNaClカラーセンターレーザによって照射された。
ードとして形成され、量子井戸層はダイオードの真性領
域に設けられた。ダイオード２の製造方法は、1987年の
応用物理レターズ第50巻第15号第1010−２頁に説明され
ている。このダイオード２は、InGaAs量子井戸のヘビー
ホールエトキシトン共振波長（λ１＝1610nm）で同調可
能なNaClカラーセンターレーザによって照射された。
ダイオード４はGaAs多層量子井戸ｐ−ｉ−ｎダイオー
ドとして形成され、量子井戸層はダイオードの真性領域
に設けられた。ダイオード４のの製造方法は米国特許第
4,525,687号に説明されている。このダイオード４は、G
aAs量子井戸のヘビーホールエキシトン共振波長（λ２
＝850nm）で同調可能な有機色素レーザ（LDS821）によ
って照射された。有機色素レーザに対して一定の強度を
保ちながら、カラーセンターレーザの強度を強弱するこ
とによって、ダイオード４からの出力の強度はダイオー
ド２への入力の強度の関数として変動することが観測さ
れた。言換えれば、波長λ１の変調されたカラーセンタ
ーレーザビームによって伝搬された情報は、ダイオード
４からの波長λ２の出力ビームに完全に移された。この
実験の結果は第３図に示されている。
ドとして形成され、量子井戸層はダイオードの真性領域
に設けられた。ダイオード４のの製造方法は米国特許第
4,525,687号に説明されている。このダイオード４は、G
aAs量子井戸のヘビーホールエキシトン共振波長（λ２
＝850nm）で同調可能な有機色素レーザ（LDS821）によ
って照射された。有機色素レーザに対して一定の強度を
保ちながら、カラーセンターレーザの強度を強弱するこ
とによって、ダイオード４からの出力の強度はダイオー
ド２への入力の強度の関数として変動することが観測さ
れた。言換えれば、波長λ１の変調されたカラーセンタ
ーレーザビームによって伝搬された情報は、ダイオード
４からの波長λ２の出力ビームに完全に移された。この
実験の結果は第３図に示されている。
関連する実験では、カラーセンターレーザに対して一
定の強度を保ちながら、有機色素レーザの強度を強弱す
ることによって、ダイオード２からの出力の強度はダイ
オード４への入力の強度の関数として変動することが観
測された。言換えれば、波長λ２の変調された有機色素
レーザビームによって伝搬された情報は、ダイオード２
からの波長λ１の出力ビームに完全に移された。
定の強度を保ちながら、有機色素レーザの強度を強弱す
ることによって、ダイオード２からの出力の強度はダイ
オード４への入力の強度の関数として変動することが観
測された。言換えれば、波長λ２の変調された有機色素
レーザビームによって伝搬された情報は、ダイオード２
からの波長λ１の出力ビームに完全に移された。
明らかにこの実験の結果および上述の結果は、第１図
と第２図の単一オプトエレクトロニック回路が双方向波
長変換を有する双方向情報伝送が可能であることを示
す。
と第２図の単一オプトエレクトロニック回路が双方向波
長変換を有する双方向情報伝送が可能であることを示
す。
第２図は、第１図のオプトエレクトロニック回路に含
まれる典型的なデバイスの簡単な断面図を示す。第２図
に示される層はその大きさを示しているものではなく、
単に重要な活性層を表わし、基板のような他のものは省
略されていることは当業者によって理解されるだろう。
まれる典型的なデバイスの簡単な断面図を示す。第２図
に示される層はその大きさを示しているものではなく、
単に重要な活性層を表わし、基板のような他のものは省
略されていることは当業者によって理解されるだろう。
第２図に示されるように、ダイオード２はｐ−ｉ−ｎ
量子井戸フォトダイオード構造からなり、層21はｎドー
プInP（厚さ1.0μｍ）であり、真性領域22はInGaAs井戸
（厚さ100オングストローム）とInPバリア（厚さ100オ
ングストローム）との複数の交互層（約100ペア）を含
んで量子井戸層を形成し、層23はｐドープInP（厚さ1.0
μｍ）である。層21には金属接触25を通じて、また層23
には金属接触24を通じて各々電気接触が得られる。同様
に、ダイオード４はｐ−ｉ−ｎ量子井戸フォトダイオー
ド構造からなり、層41はｎドープAlGaAs（厚さ1.0μ
ｍ）であり、真性領域42はGaAs井戸（厚さ100オングス
トローム）とAlGaAsバリア（厚さ100オングストロー
ム）との多数の交互層（約100ぺア）を含んで量子井戸
層を形成し、層43はｐドープAlGaAs（厚さ1.0μｍ）で
ある。層41には金属接触45を通じて、また層43には金属
接触44を通じて各々電気接触が得られる。20ボルトのバ
イアス電圧は金属接触24（Ｖ−）と金属接触44（Ｖ＋）
に供給され、逆バイアス状態が得られる。ダイオードは
金属接触25と44とをリード線３で接続することにより直
列構成とする。
量子井戸フォトダイオード構造からなり、層21はｎドー
プInP（厚さ1.0μｍ）であり、真性領域22はInGaAs井戸
（厚さ100オングストローム）とInPバリア（厚さ100オ
ングストローム）との複数の交互層（約100ペア）を含
んで量子井戸層を形成し、層23はｐドープInP（厚さ1.0
μｍ）である。層21には金属接触25を通じて、また層23
には金属接触24を通じて各々電気接触が得られる。同様
に、ダイオード４はｐ−ｉ−ｎ量子井戸フォトダイオー
ド構造からなり、層41はｎドープAlGaAs（厚さ1.0μ
ｍ）であり、真性領域42はGaAs井戸（厚さ100オングス
トローム）とAlGaAsバリア（厚さ100オングストロー
ム）との多数の交互層（約100ぺア）を含んで量子井戸
層を形成し、層43はｐドープAlGaAs（厚さ1.0μｍ）で
ある。層41には金属接触45を通じて、また層43には金属
接触44を通じて各々電気接触が得られる。20ボルトのバ
イアス電圧は金属接触24（Ｖ−）と金属接触44（Ｖ＋）
に供給され、逆バイアス状態が得られる。ダイオードは
金属接触25と44とをリード線３で接続することにより直
列構成とする。
動作中では、光ビーム30と31はそれぞれダイオード２
と４に入射する。ビーム30はλ１＝1610nmの波長を有
し、これはほぼInGaAs/InP量子井戸のヘビーホールエキ
シトン共振波長に近い。同様に光ビーム31はλ２＝850n
mの波長を有し、これはほぼGaAs/AlGaAs量子井戸のヘビ
ーホールエトキシトン共振波長に近い。
と４に入射する。ビーム30はλ１＝1610nmの波長を有
し、これはほぼInGaAs/InP量子井戸のヘビーホールエキ
シトン共振波長に近い。同様に光ビーム31はλ２＝850n
mの波長を有し、これはほぼGaAs/AlGaAs量子井戸のヘビ
ーホールエトキシトン共振波長に近い。
光ビーム30が変調され、光ビーム31が一定の強度に保
たれるとき、光ビーム33はダイオード４から出射し、波
長λ２で光ビーム30の変調情報を帯びる。また、光ビー
ム31が変調され、光ビーム30が一定の強度に保たれると
き、光ビーム32はダイオード２から出射して、波長λ１
で光ビーム31の変調情報を帯びる。
たれるとき、光ビーム33はダイオード４から出射し、波
長λ２で光ビーム30の変調情報を帯びる。また、光ビー
ム31が変調され、光ビーム30が一定の強度に保たれると
き、光ビーム32はダイオード２から出射して、波長λ１
で光ビーム31の変調情報を帯びる。
GaAs/AlGaAs及びInGaAs/InPの量子井戸デバイスの組
合わせについて述べたが、他のタイプの量子井戸の組合
わせが可能であることは当業者によって理解されうる。
例えば、他の波長での変調変換を実現するために、InGa
As/InP、GaAs/AlGaAs、GaSb/GaAlSb及びInGaAs/InPなど
のようなIII−Ｖ族半導体化合物の量子井戸の組合せが
第２図に示された量子井戸層と置換えることができる。
実際のヘビーホールエキシトン共振波長は、デバイスの
製造過程に用いられる特定のモル分率（０≦ｘ≦1,0≦
ｙ≦１）によって変化し、それぞれの化合物に存在する
波長範囲はほぼ次の通りである。
合わせについて述べたが、他のタイプの量子井戸の組合
わせが可能であることは当業者によって理解されうる。
例えば、他の波長での変調変換を実現するために、InGa
As/InP、GaAs/AlGaAs、GaSb/GaAlSb及びInGaAs/InPなど
のようなIII−Ｖ族半導体化合物の量子井戸の組合せが
第２図に示された量子井戸層と置換えることができる。
実際のヘビーホールエキシトン共振波長は、デバイスの
製造過程に用いられる特定のモル分率（０≦ｘ≦1,0≦
ｙ≦１）によって変化し、それぞれの化合物に存在する
波長範囲はほぼ次の通りである。
InxGa1-xAsyP1-y/InP 1.1−1.6 μｍ GaAs/AlxGa1-xAs 0.82−0.86μｍ GaSb/GaxAl1-xSb 1.4−1.6 μｍ In0.47Ga0.53As/In0.48Al0.52As 1.3−1.6 μｍ これらおよび他の化合物を含むデバイスは個別、ハイ
ブリッド又は集積されたものでよい。III−Ｖ族化合物
の基本的なｐ−ｉ−ｎ量子井戸構造の製造技術は技術文
献からよく知られており、ここでは繰返さない。
ブリッド又は集積されたものでよい。III−Ｖ族化合物
の基本的なｐ−ｉ−ｎ量子井戸構造の製造技術は技術文
献からよく知られており、ここでは繰返さない。
第３図は、ダイオード４からの波長λ２の光信号の出
力強度を、ダイオード２からの波長λ１の光信号の入力
強度の関数として示したグラフである。これらの結果を
得るための実験的構成および手順は、前述の第１図の説
明のところで述べた。
力強度を、ダイオード２からの波長λ１の光信号の入力
強度の関数として示したグラフである。これらの結果を
得るための実験的構成および手順は、前述の第１図の説
明のところで述べた。
第４図は本発明の原理を用いる集積半導体回路の断面
図を示す。半導体ヘテロ構造を作るための標準エピタキ
シャル成長技術、標準フォトリソグラフィ、さまざまな
メサ構造を決めるためのマスキングとエッチング技術、
および接触を形成するためのアロイング技術を用いるこ
とによって、第４図に示される集積回路を形成すること
が可能である。
図を示す。半導体ヘテロ構造を作るための標準エピタキ
シャル成長技術、標準フォトリソグラフィ、さまざまな
メサ構造を決めるためのマスキングとエッチング技術、
および接触を形成するためのアロイング技術を用いるこ
とによって、第４図に示される集積回路を形成すること
が可能である。
第４図に示されるように、この集積回路は、InP基板1
00上に成長された２つの直列多層量子井戸フォトダイオ
ードからなる。基板100は興味のある動作波長には透明
体で、従ってデバイスの活性層への光のアクセスが可能
である。ダイオード200と400はエピタキシャルｐ型層、
真性領域及びｎ型層からなる。ドーピング濃度は一般に
1017と1018cm-1の範囲にある。
00上に成長された２つの直列多層量子井戸フォトダイオ
ードからなる。基板100は興味のある動作波長には透明
体で、従ってデバイスの活性層への光のアクセスが可能
である。ダイオード200と400はエピタキシャルｐ型層、
真性領域及びｎ型層からなる。ドーピング濃度は一般に
1017と1018cm-1の範囲にある。
ダイオード200では、ｎドープ層201が厚さ約１μｍの
InGaAsPであり、真性領域202が約100ペアの薄い（100オ
ングストローム）InGaAs井戸層及びInGaAsPバリア層か
らなり、ｐドープ層203が厚さ約１μｍのInGaAsPであ
る。InGaAsP（λ〜1.3μｍ）とInGaAs（λ〜1.5μｍ）
との両方は格子がInPにマッチするように選ばれる。電
源への接続のため、合金接触210はｎドープ層201内に形
成される。金の相互接続パッド301を通じてダイオード2
00からダイオード400への相互接続のため、合金接触211
はｐドープ層203内に形成される。ダイオード200は波長
1.5μｍの入力光ビーム300に反応する。波長1.5μｍの
光ビーム320はダイオード200からの出力である。
InGaAsPであり、真性領域202が約100ペアの薄い（100オ
ングストローム）InGaAs井戸層及びInGaAsPバリア層か
らなり、ｐドープ層203が厚さ約１μｍのInGaAsPであ
る。InGaAsP（λ〜1.3μｍ）とInGaAs（λ〜1.5μｍ）
との両方は格子がInPにマッチするように選ばれる。電
源への接続のため、合金接触210はｎドープ層201内に形
成される。金の相互接続パッド301を通じてダイオード2
00からダイオード400への相互接続のため、合金接触211
はｐドープ層203内に形成される。ダイオード200は波長
1.5μｍの入力光ビーム300に反応する。波長1.5μｍの
光ビーム320はダイオード200からの出力である。
ダイオード400では、ｎドープ層401が厚さ１μｍのIn
Pであり、真性領域402が約100ペアの薄い（100オングス
トローム）InGaAsP井戸層及びInPバリア層からなり、ｐ
ドープ層403が厚さ約１μｍのInPである。InGaAsP（λ
〜1.3μｍ）は格子がInPにマッチするように選ばれる。
電源への接続のため、合金接続410はｐドープ層403内に
形成される。金の相互接続パッド301を通じてダイオー
ド400からダイオード200への相互接続のため、合金接触
411はｎドープ層401内に形成される。ダイオード400は
波長1.3μｍの入力光ビーム310に反応する。波長1.3μ
ｍの光ビーム330はダイオード400からの出力である。
Pであり、真性領域402が約100ペアの薄い（100オングス
トローム）InGaAsP井戸層及びInPバリア層からなり、ｐ
ドープ層403が厚さ約１μｍのInPである。InGaAsP（λ
〜1.3μｍ）は格子がInPにマッチするように選ばれる。
電源への接続のため、合金接続410はｐドープ層403内に
形成される。金の相互接続パッド301を通じてダイオー
ド400からダイオード200への相互接続のため、合金接触
411はｎドープ層401内に形成される。ダイオード400は
波長1.3μｍの入力光ビーム310に反応する。波長1.3μ
ｍの光ビーム330はダイオード400からの出力である。
なお、オプトエレクトロニック回路は導波モードに用
いられることができ、真性領域での層の数の減少および
バイアス電源の除去は可能である。このような導波路構
造では、層の厚さを適当にして製造することで、フォト
ダイオード間の縦結合を有する反共振反射光導波路をも
たらすことができることも理解できる。
いられることができ、真性領域での層の数の減少および
バイアス電源の除去は可能である。このような導波路構
造では、層の厚さを適当にして製造することで、フォト
ダイオード間の縦結合を有する反共振反射光導波路をも
たらすことができることも理解できる。
第１図は本発明の原理によるオプトエレクトロニック回
路の概略図、 第２図は第１図に示された回路に用いられた半導体層の
断面図、 第３図は第１図の回路のヒステリシスを示す光強度のグ
ラフ、 第４図は本発明の原理を用いる集積回路の断面図であ
る。 1,3,5……電気リード線 2,4,200,400……ダイオード 21,23,41,43……層 22,42,202……真性領域 24,25,44,45……金属接触 30,31,32,33,320,330……光ビーム 100……基板 201,401……ｎ−ドープ層 203,403……ｐ−ドープ層 210,211,410,411……合金接触 300,310……入力光ビーム 301……パッド
路の概略図、 第２図は第１図に示された回路に用いられた半導体層の
断面図、 第３図は第１図の回路のヒステリシスを示す光強度のグ
ラフ、 第４図は本発明の原理を用いる集積回路の断面図であ
る。 1,3,5……電気リード線 2,4,200,400……ダイオード 21,23,41,43……層 22,42,202……真性領域 24,25,44,45……金属接触 30,31,32,33,320,330……光ビーム 100……基板 201,401……ｎ−ドープ層 203,403……ｐ−ドープ層 210,211,410,411……合金接触 300,310……入力光ビーム 301……パッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル サイモン シェムラ アメリカ合衆国，07760，ニュージャー ジィ，ラムソン，ロビンロード 20 (72)発明者 デビッド アンドリュー バークレー ミラー アメリカ合衆国，07704，ニュジャージ ィー，フェアヘブン，ハンスロード 64 (56)参考文献 米国特許4716449（ＵＳ，Ａ) 米国特許4546244（ＵＳ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】量子井戸領域（22）を含む第１手段（２）
及び量子井戸領域（42）を含む第２手段（４）を有する
量子井戸光デバイスにおいて、 前記第１手段（２）と第２手段（４）とは、前記第１手
段と（２）第２手段（４）の量子井戸領域の光吸収又は
屈折率を電気的に制御するために、電源（６）に直列に
接続され、 前記第１手段（２）は、第２手段（４）に入射される第
２波長の光信号（λ２）より生成される電気量に応答し
て、前記第１手段（２）の光吸収又は屈折率を変化さ
せ、 前記第２手段（４）は、第１手段（２）に入射される第
１波長の光信号（λ２）より生成される電気量に応答し
て、前記第１手段（２）の電気量に応答して、前記第２
手段（４）の光吸収又は屈折率を変化させ、 前記第１手段（２）の量子井戸領域（22）は、第１波長
（λ２）で所定の光応答特性を有する半導体材料を含
み、 前記第２手段（４）の量子井戸領域（42）は、第１波長
とは異なる第２波長（λ２）で所定の光応答特性を有す
る半導体材料を含み、 前記第１手段（２）に入射される第１波長の光信号（λ
１）の強度が一定の時、第２手段（４）に入射する第２
波長の光信号（λ２）の強度を変化させることにより、
前記第１手段（２）から出射する光ビーム（32）が変調
し、 前記第２手段（４）に入射される第２波長の光信号（λ
２）の強度が一定の時、第１手段（２）に入射する第１
波長の光信号（λ１）の強度を変化させることにより、
前記第２手段（４）から出射する光ビーム（33）が変調
する ことを特徴とする量子井戸光デバイス。 - 【請求項２】前記第１手段（２）は、ｐ−ｉ−ｎダイオ
ードを含み、 前記第２手段（４）は、ｐ−ｉ−ｎダイオードを含む ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。 - 【請求項３】前記半導体材料は、III−Ｖ族から選択さ
れる ことを特徴とする請求項２に記載のデバイス。 - 【請求項４】前記第１手段（２）の前記量子井戸領域の
半導体材料は、A1GaAs/GaAs系から選択された化合物か
らなり、 前記第２手段（４）の前記量子井戸領域の半導体材料
は、InGaAs/InP系から選択された化合物からなる ことを特徴とする請求項３に記載のデバイス。 - 【請求項５】前記第１手段（２）の前記量子井戸領域の
半導体材料は、InGaAs/InGaAsP系から選択された化合物
からなり、 前記第２手段（４）の前記量子井戸領域の半導体材料
は、InGaAsP/InP系から選択された化合物からなる ことを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US140079 | 1987-12-31 | ||
| US07/140,079 US4822992A (en) | 1987-12-31 | 1987-12-31 | Wavelength conversion using self electrooptic effect devices |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02103021A JPH02103021A (ja) | 1990-04-16 |
| JP2674626B2 true JP2674626B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=22489655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31029588A Expired - Fee Related JP2674626B2 (ja) | 1987-12-31 | 1988-12-09 | 量子井戸光デバイス |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4822992A (ja) |
| EP (1) | EP0323073B1 (ja) |
| JP (1) | JP2674626B2 (ja) |
| DE (1) | DE3887974T2 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4952791A (en) * | 1988-12-12 | 1990-08-28 | At&T Bell Laboratories | Monolithic apparatus comprising optically interconnected quantum well devices |
| US4978842A (en) * | 1989-04-21 | 1990-12-18 | At&T Bell Laboratories | Programmable optical logic device with complementary inputs |
| GB8926183D0 (en) * | 1989-11-20 | 1990-01-10 | British Telecomm | Multiple quantum well structures |
| US5412226A (en) * | 1989-11-20 | 1995-05-02 | British Telecommunications Public Limited Company | Semi-conductor structures |
| JP2692013B2 (ja) * | 1990-07-09 | 1997-12-17 | 日本電信電話株式会社 | 光ゲートアレイ |
| US5013918A (en) * | 1990-04-02 | 1991-05-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Multicolor infrared photodetector |
| FR2667207B1 (fr) * | 1990-09-21 | 1993-06-25 | Thomson Csf | Convertisseur de frequences lumineuses. |
| US5130528A (en) * | 1991-03-01 | 1992-07-14 | International Business Machines Corporation | Opto-photo-electric switch |
| FR2686431A1 (fr) * | 1992-01-21 | 1993-07-23 | Thomson Csf | Doubleur de frequence optique utilisant des structures quantiques semiconductrices. |
| US5264960A (en) * | 1992-05-08 | 1993-11-23 | At&T Bell Laboratories | Optical wavelength shifter |
| US5519529A (en) * | 1994-02-09 | 1996-05-21 | Martin Marietta Corporation | Infrared image converter |
| US5510627A (en) * | 1994-06-29 | 1996-04-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Infrared-to-visible converter |
| US6420728B1 (en) * | 2000-03-23 | 2002-07-16 | Manijeh Razeghi | Multi-spectral quantum well infrared photodetectors |
| US6603592B1 (en) | 2000-09-26 | 2003-08-05 | Lucent Technologies Inc. | Optical wavelength converter |
| JP2002203983A (ja) * | 2000-10-27 | 2002-07-19 | Oki Electric Ind Co Ltd | 受光素子 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4546244A (en) | 1984-03-14 | 1985-10-08 | At&T Bell Laboratories | Nonlinear and bistable optical device |
| US4716449A (en) | 1984-03-14 | 1987-12-29 | American Telephone And Telegraph Company At&T Bell Laboratories | Nonlinear and bistable optical device |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4450463A (en) * | 1981-06-29 | 1984-05-22 | Rockwell International Corporation | Multiple-quantum-layer photodetector |
| US4525687A (en) * | 1983-02-28 | 1985-06-25 | At&T Bell Laboratories | High speed light modulator using multiple quantum well structures |
-
1987
- 1987-12-31 US US07/140,079 patent/US4822992A/en not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-12-09 JP JP31029588A patent/JP2674626B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1988-12-13 EP EP88311779A patent/EP0323073B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-12-13 DE DE3887974T patent/DE3887974T2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4546244A (en) | 1984-03-14 | 1985-10-08 | At&T Bell Laboratories | Nonlinear and bistable optical device |
| US4716449A (en) | 1984-03-14 | 1987-12-29 | American Telephone And Telegraph Company At&T Bell Laboratories | Nonlinear and bistable optical device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0323073A3 (en) | 1990-05-16 |
| US4822992A (en) | 1989-04-18 |
| EP0323073A2 (en) | 1989-07-05 |
| DE3887974D1 (de) | 1994-03-31 |
| JPH02103021A (ja) | 1990-04-16 |
| EP0323073B1 (en) | 1994-02-23 |
| DE3887974T2 (de) | 1994-06-01 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |