JP2866683B2 - 双安定発光素子 - Google Patents
双安定発光素子Info
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- JP2866683B2 JP2866683B2 JP30669089A JP30669089A JP2866683B2 JP 2866683 B2 JP2866683 B2 JP 2866683B2 JP 30669089 A JP30669089 A JP 30669089A JP 30669089 A JP30669089 A JP 30669089A JP 2866683 B2 JP2866683 B2 JP 2866683B2
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- semiconductor layer
- layer
- type
- bistable
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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，光コンピューティングあるいは光情報処理
の分野で好適に利用される双安定発光素子に関する。
の分野で好適に利用される双安定発光素子に関する。
近年，光双安定素子は，将来の光情報処理システムに
おけるキーデバイスとして盛んに研究が行われている。
双安定動作を実現する方法として，これまでに光非線形
性による吸収飽和や屈折率の変化を用いたもの，量子綴
じ込めシュタルク効果を用いたものが報告されている。
最近，本発明者らは，共鳴トンネル効果を用いた新しい
タイプの双安定発光素子を開発した〔エレクトロン レ
ター 第23巻，（1987年）第719頁（Electron Lett.vo
l.23,（1987）p.719〕。この双安定発光素子は，高速
性，安定性に優れており，また高いゲインが得られると
いう利点を有している。しかしながら，この素子は電圧
入力と光出力における双安定性が得られるが，光出力と
光入力の双安定性（光−光双安定性）を得ることが困難
であった。光情報処理システムに適用するためには，光
−光双安定性が得られることが必要不可欠の条件であ
る。
おけるキーデバイスとして盛んに研究が行われている。
双安定動作を実現する方法として，これまでに光非線形
性による吸収飽和や屈折率の変化を用いたもの，量子綴
じ込めシュタルク効果を用いたものが報告されている。
最近，本発明者らは，共鳴トンネル効果を用いた新しい
タイプの双安定発光素子を開発した〔エレクトロン レ
ター 第23巻，（1987年）第719頁（Electron Lett.vo
l.23,（1987）p.719〕。この双安定発光素子は，高速
性，安定性に優れており，また高いゲインが得られると
いう利点を有している。しかしながら，この素子は電圧
入力と光出力における双安定性が得られるが，光出力と
光入力の双安定性（光−光双安定性）を得ることが困難
であった。光情報処理システムに適用するためには，光
−光双安定性が得られることが必要不可欠の条件であ
る。
上述したごとく，従来技術によれば，共鳴トンネル効
果を用いた双安定発光素子は，電圧入力と光出力におけ
る双安定性は得られるが，光出力と光入力の双安定性
（光−光双安定性）を得ることができないという問題が
あった。
果を用いた双安定発光素子は，電圧入力と光出力におけ
る双安定性は得られるが，光出力と光入力の双安定性
（光−光双安定性）を得ることができないという問題が
あった。
本発明の目的は，上記従来技術における問題点を解消
し，高速性に優れた共鳴トンネル効果を用い，かつ良好
な光−光双安定動作が得られる双安定発光素子を提供す
ることにある。
し，高速性に優れた共鳴トンネル効果を用い，かつ良好
な光−光双安定動作が得られる双安定発光素子を提供す
ることにある。
上記本発明の目的を達成するために、本発明の双安定
発光素子は、第１の伝導形の半導体基板上に、第１の伝
導形の第１の半導体層と、該第１の半導体層の禁制帯幅
よりも狭い禁制帯幅を有する第２の伝導形の第２の半導
体層と、該第２の半導体層の禁制帯幅よりも狭い禁制帯
幅を有する第１の伝導形の第３の半導体層とを順次積層
して構成したホトトランジスタ部と、該ホトトランジス
タ部上に、第１の伝導形の第４の半導体層と、不純物を
添加しない第５の半導体層および第１の伝導形の不純物
を添加した第６の半導体層よりなる負性抵抗特性を有す
る第１の多重量子井戸層と、不純物を添加しない第７の
半導体層および第２の伝導形の第８の半導体層よりなる
第２の多重量子井戸層と、第２の伝導形の第９の半導体
層とを順次積層して構成した共鳴トンネル形双安定レー
ザ部を有する双安定発光素子とするものである。
発光素子は、第１の伝導形の半導体基板上に、第１の伝
導形の第１の半導体層と、該第１の半導体層の禁制帯幅
よりも狭い禁制帯幅を有する第２の伝導形の第２の半導
体層と、該第２の半導体層の禁制帯幅よりも狭い禁制帯
幅を有する第１の伝導形の第３の半導体層とを順次積層
して構成したホトトランジスタ部と、該ホトトランジス
タ部上に、第１の伝導形の第４の半導体層と、不純物を
添加しない第５の半導体層および第１の伝導形の不純物
を添加した第６の半導体層よりなる負性抵抗特性を有す
る第１の多重量子井戸層と、不純物を添加しない第７の
半導体層および第２の伝導形の第８の半導体層よりなる
第２の多重量子井戸層と、第２の伝導形の第９の半導体
層とを順次積層して構成した共鳴トンネル形双安定レー
ザ部を有する双安定発光素子とするものである。
以下に本発明の一実施例を挙げ，図面に基づいて，さ
らに詳細に説明する。なお，本実施例においては,InGaA
lAsの場合について例示し説明を加える。
らに詳細に説明する。なお，本実施例においては,InGaA
lAsの場合について例示し説明を加える。
第１図は，本発明の実施例において作製した双安定発
光素子の構造の一例を示す模式図である。図において,n
形InP基板上に,n形InAlAs層2,p形InGaAlAs層3,n形InGaA
s層4,n形InAlAs層5,InGaAs/InAlAsのMQW（多重量子井
戸）層6,p形InGaAs/InAlAsのMQW層7,p形InAlAs層8,p形I
nGaAs層９を積層して構成されている。そして,InGaAs/I
nAlAsのMQW層６におけるInGaAs層はｎ形にドーピングさ
れており、負性抵抗特性を有している。なお，素子の上
層部と下層部にはｐ形電極11とｎ形電極10が設けられて
いる。第１図に示す双安定発光素子において,2,3,4に示
される部分がホトトランジスタを構成するものであり，
第１図中の5,6,7,8,9に示される部分が共鳴トンネル形
双安定レーザを構成するものである。そして,p形InGaAl
As層３のベース層に対応する部分は，レーザからの光が
吸収されることを防ぐため，レーザの発振波長のエネル
ギーより大きいバンドギャップとなるようにInGaAlAs層
を設定してある。
光素子の構造の一例を示す模式図である。図において,n
形InP基板上に,n形InAlAs層2,p形InGaAlAs層3,n形InGaA
s層4,n形InAlAs層5,InGaAs/InAlAsのMQW（多重量子井
戸）層6,p形InGaAs/InAlAsのMQW層7,p形InAlAs層8,p形I
nGaAs層９を積層して構成されている。そして,InGaAs/I
nAlAsのMQW層６におけるInGaAs層はｎ形にドーピングさ
れており、負性抵抗特性を有している。なお，素子の上
層部と下層部にはｐ形電極11とｎ形電極10が設けられて
いる。第１図に示す双安定発光素子において,2,3,4に示
される部分がホトトランジスタを構成するものであり，
第１図中の5,6,7,8,9に示される部分が共鳴トンネル形
双安定レーザを構成するものである。そして,p形InGaAl
As層３のベース層に対応する部分は，レーザからの光が
吸収されることを防ぐため，レーザの発振波長のエネル
ギーより大きいバンドギャップとなるようにInGaAlAs層
を設定してある。
本実施例で例示した構造の双安定発光素子において，
光−光双安定動作が得られることを第２図を用いて説明
する。図において，曲線１は共鳴トンネルレーザの電流
−電圧特性を示し，曲線ＡないしＣは，ホトトランジス
タの電流−電圧特性を示している。今，曲線Ａのａ点の
状態に素子があると考える。この点では，高電流状態に
あるのでレーザは発振している。ホトトランジスタへの
光入力強度を増加させると，ホトトランジスタの特性は
曲線Ｂに移行し，再び入力光強度を曲線Ａにもどすと，
安定点は図中のｂ点に移行する。ｂ点では，低電流状態
にあるのでレーザの発振は停止する。次に，光入力強度
を減少させるとホトトランジスタの特性は曲線Ｃに移行
し，再び曲線Ａにもどすと安定点はａ点にもどり，レー
ザは発振する。
光−光双安定動作が得られることを第２図を用いて説明
する。図において，曲線１は共鳴トンネルレーザの電流
−電圧特性を示し，曲線ＡないしＣは，ホトトランジス
タの電流−電圧特性を示している。今，曲線Ａのａ点の
状態に素子があると考える。この点では，高電流状態に
あるのでレーザは発振している。ホトトランジスタへの
光入力強度を増加させると，ホトトランジスタの特性は
曲線Ｂに移行し，再び入力光強度を曲線Ａにもどすと，
安定点は図中のｂ点に移行する。ｂ点では，低電流状態
にあるのでレーザの発振は停止する。次に，光入力強度
を減少させるとホトトランジスタの特性は曲線Ｃに移行
し，再び曲線Ａにもどすと安定点はａ点にもどり，レー
ザは発振する。
第３図は本実施例において作製した素子によって得ら
れた，光入力とレーザ出力の間の特性を示したものであ
る。レーザ部分は，幅10μｍのメサ構造とし，素子長は
300μｍとした。またｎ形電極としてAuGeNi,p形電極と
してAuZnNiを用いた。消光比10:1の明瞭な光−光双安定
動作が得られていることが分かる。また，出力光は約20
倍に増幅されている。
れた，光入力とレーザ出力の間の特性を示したものであ
る。レーザ部分は，幅10μｍのメサ構造とし，素子長は
300μｍとした。またｎ形電極としてAuGeNi,p形電極と
してAuZnNiを用いた。消光比10:1の明瞭な光−光双安定
動作が得られていることが分かる。また，出力光は約20
倍に増幅されている。
以上の本発明の実施例では,InGaAs/InAlAs系材料を用
いたが,GaAs/AlGaAs,InGaAs/InP系等のIII−Ｖ属半導体
およびその混晶系,ZnSe/GaAs等のII−VI属半導体および
その混晶系においても本発明を実現することができるこ
とを確認している。
いたが,GaAs/AlGaAs,InGaAs/InP系等のIII−Ｖ属半導体
およびその混晶系,ZnSe/GaAs等のII−VI属半導体および
その混晶系においても本発明を実現することができるこ
とを確認している。
以上詳細に説明したごとく，本発明の共鳴トンネル形
双安定レーザ部およびホトトランジスタ部を有する双安
定発光素子は，高速性に優れた共鳴トンネル効果を利用
し，かつ高い消光比を持つ光−光双安定素子として動作
するので，将来の光情報処理システムにおけるキーデバ
イスとなり得る。
双安定レーザ部およびホトトランジスタ部を有する双安
定発光素子は，高速性に優れた共鳴トンネル効果を利用
し，かつ高い消光比を持つ光−光双安定素子として動作
するので，将来の光情報処理システムにおけるキーデバ
イスとなり得る。
第１図は本発明の実施例において例示した双安定発光素
子の構造の一例を示す模式図，第２図は第１図に示す素
子の双安定動作原理の説明図，第３図は第１図に示す素
子の光−光双安定動作特性を示すグラフである。 １……ｎ形InP基板、２……ｎ形InAlAs層 ３……ｐ形InGaAlAs層 ４……ｎ形InGaAs層、５……ｎ形InAlAs層 ６……InGaAs/InAlAsのMQW（InGaAs層はｎ形不純物添
加） ７……ｐ形InGaAs/InAlAsのMQW層 ８……ｐ形InAlAs層、９……ｐ形InGaAs層 10……ｎ形電極、11……ｐ形電極
子の構造の一例を示す模式図，第２図は第１図に示す素
子の双安定動作原理の説明図，第３図は第１図に示す素
子の光−光双安定動作特性を示すグラフである。 １……ｎ形InP基板、２……ｎ形InAlAs層 ３……ｐ形InGaAlAs層 ４……ｎ形InGaAs層、５……ｎ形InAlAs層 ６……InGaAs/InAlAsのMQW（InGaAs層はｎ形不純物添
加） ７……ｐ形InGaAs/InAlAsのMQW層 ８……ｐ形InAlAs層、９……ｐ形InGaAs層 10……ｎ形電極、11……ｐ形電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 電子情報通信学会技術研究報告 Ｖｏ ｌ．89，Ｎｏ．13，ｐｐ．17−22 電子情報通信学会技術研究報告 Ｖｏ ｌ．87，Ｎｏ．315，ｐｐ．79−85 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 G02F 3/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】第１の伝導形の半導体基板上に、第１の伝
導形の第１の半導体層と、該第１の半導体層の禁制帯幅
よりも狭い禁制帯幅を有する第２の伝導形の第２の半導
体層と、該第２の半導体層の禁制帯幅よりも狭い禁制帯
幅を有する第１の伝導形の第３の半導体層とを順次積層
して構成したホトトランジスタ部と、該ホトトランジス
タ部上に、第１の伝導形の第４の半導体層と、不純物を
添加しない第５の半導体層および第１の伝導形の不純物
を添加した第６の半導体層よりなる負性抵抗特性を有す
る第１の多重量子井戸層と、不純物を添加しない第７の
半導体層および第２の伝導形の第８の半導体層よりなる
第２の多重量子井戸層と、第２の伝導形の第９の半導体
層とを順次積層して構成した共鳴トンネル形双安定レー
ザ部を有することを特徴とする双安定発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30669089A JP2866683B2 (ja) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | 双安定発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30669089A JP2866683B2 (ja) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | 双安定発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03167881A JPH03167881A (ja) | 1991-07-19 |
| JP2866683B2 true JP2866683B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=17960137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30669089A Expired - Fee Related JP2866683B2 (ja) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | 双安定発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2866683B2 (ja) |
-
1989
- 1989-11-28 JP JP30669089A patent/JP2866683B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 電子情報通信学会技術研究報告 Ｖｏｌ．８７，Ｎｏ．３１５，ｐｐ．７９−８５ |
| 電子情報通信学会技術研究報告 Ｖｏｌ．８９，Ｎｏ．１３，ｐｐ．１７−２２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03167881A (ja) | 1991-07-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |