JP2897052B2 - Surface emission type optical threshold device - Google Patents

Surface emission type optical threshold device

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JP2897052B2 JP3153590A JP3153590A JP2897052B2 JP 2897052 B2 JP2897052 B2 JP 2897052B2 JP 3153590 A JP3153590 A JP 3153590A JP 3153590 A JP3153590 A JP 3153590A JP 2897052 B2 JP2897052 B2 JP 2897052B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 外部入力光のオン・オフで動作状態が変化する面発光
型光しきい値装置の改良に開し、 活性層と可飽和光吸収層とが分離独立している面発光
型光しきい値装置独特の構成を利用して高速化すること
を目的とし、 第一の物質からなり且つキャリヤがトンネリングでき
る厚さをもつバリヤ膜及び該バリヤ膜に挟まれ該第一の
物質に比較して狭い禁制帯幅をもつ第二の物質からなり
且つ二次元励起子が存在し得る厚さをもつ第一のウエル
膜で構成された量子井戸と、前記第二の物質からなると
共に前記第一のウエル膜内に生成される電子についての
最低のエネルギ量子準位と比較して更に低い電子につい
てのエネルギ量子準位が少なくとも一つ存在するよう厚
くなされ且つ前記量子井戸に於けるバリヤ膜の外側に接
して形成された第二のウエル膜とを備えた可飽和光吸収
層が活性層の近傍に分離独立して設けられているか、或
いは、前記第二のウエル膜の材料として前記第一のウエ
ル膜内に生成される電子についての最低のエネルギ量子
準位と比較して更に低い電子についてのエネルギ量子準
位が少なくとも一つ存在するよう選択された第三の物質
を用いるよう構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] The present invention has been developed to improve a surface-emitting light threshold device in which an operation state is changed by turning on / off an external input light. A barrier film made of the first substance and having a thickness capable of tunneling carriers, and a barrier film sandwiched between the barrier films. A quantum well comprising a first well film made of a second material having a narrow bandgap compared to the first material and having a thickness in which a two-dimensional exciton can exist; and The quantum well is made of a material and is thickened so that there is at least one energy quantum level for electrons lower than the lowest energy quantum level for electrons generated in the first well film; Contact the outside of the barrier membrane at A saturable light-absorbing layer having a second well film formed separately from the first well as a material of the second well film. The method is configured to use a third substance that is selected such that there is at least one energy quantum level for electrons that is lower than the lowest energy quantum level for electrons generated in the film.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明は、外部入力光のオン・オフで動作状態が変化
する面発光型光しきい値装置の改良に関する。
1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a surface-emitting type light threshold device in which an operation state is changed by turning on / off external input light.

現在、例えば、光通信や光制御など光情報処理の分野
では、光しきい値装置の使用が不可欠であり、その高速
化について期待されるところは大きい。
At present, for example, in the field of optical information processing such as optical communication and optical control, the use of an optical threshold device is indispensable, and there are great expectations for speeding up the device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第3図は従来の基本的な光しきい値装置の要部切断側
面図を表している。
FIG. 3 is a cutaway side view of a main part of a conventional basic optical threshold device.

図に於いて、1はクラッド層を兼ねた基板、2は活性
層、2Aは活性層2の一部に設定された発光領域、2Bは活
性層2の一部に設定された可飽和光吸収領域、3はクラ
ッド層を兼ねた電極コンタクト層、4並びに5は電極を
それぞれ示している。
In the figure, 1 is a substrate also serving as a cladding layer, 2 is an active layer, 2A is a light emitting region set in a part of the active layer 2, and 2B is a saturable light absorption set in a part of the active layer 2. The region 3 is an electrode contact layer also serving as a cladding layer, and 4 and 5 are electrodes, respectively.

図から明らかなように、電極4並びに5は発光領域2A
に対向するように形成され、また、可飽和光吸収領域2B
に対向する部分には存在せず、従って、そこには外部か
ら光を入射させることができる。
As is clear from the figure, the electrodes 4 and 5 correspond to the light emitting area 2A.
And a saturable light absorbing region 2B
Is not present in the portion opposite to the light emitting element, and therefore light can be incident on the part from outside.

ところで、通常、可飽和光吸収領域2Bに於ける光吸収
率は大であり、発光領域2Aで発生したレーザ光を吸収し
て外部への放射を抑止しているのであるが、そこに外部
から光が入射された場合には光吸収率は低下してレーザ
光が外部に放射されるようになる。
By the way, usually, the light absorptivity in the saturable light absorbing region 2B is large, and the laser light generated in the light emitting region 2A is absorbed to suppress radiation to the outside. When light is incident, the light absorptivity decreases and the laser light is emitted to the outside.

従って、可飽和光吸収領域2Bに対する外部からの光照
射を制御すれば、発光領域2Aからのレーザ光をオン・オ
フすることが可能である。
Therefore, by controlling external light irradiation on the saturable light absorbing region 2B, it is possible to turn on / off the laser light from the light emitting region 2A.

〔発明が解決しようとする課題〕 第3図に見られる従来例に於いて、外部から光が照射
されて光吸収率が低下した可飽和光吸収領域2Bが光吸収
の能力を回復するには、励起されて価電子帯から導電帯
に叩き上げられた電子の寿命が尽きて価電子帯に戻って
くるまでの時間が必要である。
[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional example shown in FIG. 3, it is difficult for the saturable light absorbing region 2B, which is irradiated with light from the outside and has a reduced light absorption rate, to recover the light absorbing ability. In addition, it is necessary for the excited electrons to have a time to return to the valence band after the lifetime of the electrons that have been knocked up from the valence band to the conduction band.

従って、可飽和光吸収領域2Bに外部から制御光を入射
して発光領域2Aからのレーザ光を出力するまでの時間は
短いのであるが、制御光を遮断してレーザ光の出力を停
止するまでの時間は長くなってしまい、これが、応答速
度を低下させる原因になっている 本発明は、活性層と可飽和光吸収層とが分離独立して
いる面発光型光しきい値装置独特の構成を利用して高速
化しようとする。
Therefore, although the time until the control light is externally incident on the saturable light absorbing region 2B and the laser light is output from the light emitting region 2A is short, the time until the control light is shut off and the laser light output is stopped is stopped. The present invention has a unique configuration of the surface emitting light threshold device in which the active layer and the saturable light absorbing layer are separated and independent from each other. Try to speed up using.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

第1図は本発明の原理を説明する為の光しきい値装置
の要部切断側面図を表している。
FIG. 1 is a cutaway side view of a main part of an optical threshold device for explaining the principle of the present invention.

図に於いて、11は基板、11Aは基板11に形成したリセ
ス、12はエッチング停止層、13は量子井戸(quantum we
ll:QW)で構成された可飽和光吸収層、14はバッファ
層、15は活性層、16はバッファ層、17は電極コンタクト
層、18及び19は半導体多層膜或いは誘電体多層膜からな
る鏡面膜、20はn側電極、21はp側電極をそれぞれ示し
ている。
In the figure, 11 is a substrate, 11A is a recess formed in the substrate 11, 12 is an etching stop layer, and 13 is a quantum well.
II: QW), saturable light absorbing layer, 14 is a buffer layer, 15 is an active layer, 16 is a buffer layer, 17 is an electrode contact layer, and 18 and 19 are mirrors made of a semiconductor multilayer film or a dielectric multilayer film. A surface film, 20 indicates an n-side electrode, and 21 indicates a p-side electrode.

ところで、この面発光型光しきい値装置の可飽和光吸
収層13に於いては、通常の構成からなるQWに対して或る
構成を付加することが不可欠となっている。
By the way, in the saturable light absorbing layer 13 of the surface emitting light threshold device, it is indispensable to add a certain configuration to the QW having a normal configuration.

第2図は第1図について説明した光しきい値装置に於
ける多重量子井戸(multi quantum well:MQW)近傍のエ
ネルギ・バンド・ダイヤグラムを表している。尚、本発
明に於いてMQWは必須ではない。
FIG. 2 shows an energy band diagram near a multi quantum well (MQW) in the optical threshold device described with reference to FIG. Note that MQW is not essential in the present invention.

図に於いて、EVは価電子帯の頂、ECは伝導帯の底、13
Bは量子井戸を構成する為のバリヤ膜、13Wは量子井戸を
構成する為のウエル膜、13W′はバリヤ膜13Bの外側に在
るウエル膜をそれぞれ示している。尚、図示されてい
る、例えば、「バリヤ膜13B」は、エネルギ・バンド・
ダイヤグラム上でバリヤ膜13Bに対応する部分、の意味
であり、他の部分も同様である。
In the figure, E V is the top of the valence band, E C is the bottom of the conduction band, 13
B is a barrier film for forming a quantum well, 13W is a well film for forming a quantum well, and 13W 'is a well film outside the barrier film 13B. Incidentally, for example, “barrier film 13B” shown in FIG.
This means a portion corresponding to the barrier film 13B on the diagram, and the same applies to other portions.

図から明らかなように、バリヤ膜13Bの外側に在るウ
エル膜13W′に於いては、そこに生成されるエネルギ量
子準位がウエル膜13内に生成されるそれに比較して低く
なっている。また、バリヤ膜12の膜厚は電子がトンネリ
ング可能であるように選択されている。
As is clear from the figure, in the well film 13W 'located outside the barrier film 13B, the energy quantum level generated there is lower than that generated in the well film 13. . The thickness of the barrier film 12 is selected so that electrons can be tunneled.

前記エネルギ量子準位の関係を維持するには、構成材
料が同じであれば、ウエル膜13Wの厚さに比較してウエ
ル膜13W′のそれを厚くすること、また、厚さが同じで
あれば、構成材料を変えることで容易に実現できる。
In order to maintain the relationship between the energy quantum levels, if the constituent materials are the same, the thickness of the well film 13W 'should be larger than that of the well film 13W, and if the thickness is the same. For example, it can be easily realized by changing the constituent materials.

さて、第1図に見られる光しきい値装置に於ける可飽
和光吸収層13の動作について説明しよう。
Now, the operation of the saturable light absorbing layer 13 in the optical threshold device shown in FIG. 1 will be described.

今、光しきい値装置には、標準のバイアス電圧が印加
されているものとし、そして、可飽和光吸収層13に制御
光が入射された場合、例えばウエル膜13Wに於ける価電
子帯EVに存在している電子並びに正孔は励起され、電子
及び励起子は伝導帯内に叩き上げられる。このような状
態になると、活性層15で発生させたレーザ光が外部に放
射され、これは従来の技術に依る光しきい値半導体装置
と同様に高速で行われる。尚、図では、前記叩き上げら
れた電子を記号eで指示してある。
Now, it is assumed that a standard bias voltage is applied to the optical threshold device, and when control light is incident on the saturable light absorbing layer 13, for example, the valence band E in the well film 13W The electrons and holes present in V are excited and the electrons and excitons are driven up into the conduction band. In such a state, the laser light generated in the active layer 15 is radiated to the outside, and this is performed at a high speed similarly to the optical threshold value semiconductor device according to the conventional technology. In the figure, the struck-up electrons are indicated by a symbol e.

次に、可飽和光吸収層13に入射している制御光を遮断
した場合、電子eはウエル膜13Wからバリヤ膜13Bをトン
ネリングして隣接するウエル膜13W′に於ける低いエネ
ルギ量子準位にまで落ちてしまうので、可飽和光吸収層
13に放ける光吸収能力は急速に回復し、レーザ光の放射
は直ちに停止される。この動作は極めて高速であって、
従来の技術に依る光しきい値半導体装置では絶対に不可
能である。
Next, when the control light incident on the saturable light absorbing layer 13 is cut off, the electrons e are tunneled from the well film 13W to the barrier film 13B, and fall into a low energy quantum level in the adjacent well film 13W '. Saturable light absorbing layer
The light-absorbing ability released to 13 quickly recovers, and the emission of laser light is immediately stopped. This operation is extremely fast,
This is absolutely impossible with a light threshold semiconductor device according to the prior art.

このようなことから、本発明に依る光しきい値半導体
装置に於いては、広い禁制帯幅をもつ第一の物質(例え
ばAlGaAs)からなり且つキャリヤがトンネリングできる
程度の厚さをもつバリヤ膜(例えばバリヤ膜13B)並び
に該バリヤ膜に挟まれ該第一の物質に比較して狭い禁制
帯幅をもつ第二の物質(例えばGaAs)からなり且つ二次
元励起子が存在し得る厚さをもつ第一のウエル膜(例え
ばウエル膜13W)で構成された量子井戸と、前記第二の
物質からなると共に前記第一のウエル膜内に生成される
電子についての最低のエネルギ量子準位と比較して更に
低い電子についてのエネルギ量子準位が少なくとも一つ
存在するよう厚くなされ且つ前記量子井戸に於けるバリ
ヤ膜の外側に接して形成された第二のウエル膜(例えば
ウエル膜13W′)を備えた可飽和光吸収層が活性層の近
傍に分離独立して設けられているか、或いは、広い禁制
帯幅をもつ第一の物質からなり且つキャリヤがトンネリ
ングできる程度の厚さをもつバリヤ膜並びに該バリヤ膜
に挟まれ該第一の物質に比較して狭い禁制帯幅をもつ第
二の物質からなり且つ二次元励起子が存在し得る厚さを
もつ第一のウエル膜で構成された量子井戸と、前記第一
のウエル膜内に生成される電子についての最低のエネル
ギ量子準位と比較して更に低い電子についてのエネルギ
量子準位が少なくとも一つ存在するよう組成が選択され
た第三の物質(例えば第一のウエル膜13WがAlGaAsであ
る場合にはGaAs)からなり且つ前記量子井戸に於けるバ
リヤ膜の外側に接して形成された第二のウエル膜とを備
えた可飽和光吸収層が活性層の近傍に分離独立して設け
られている。
For this reason, in the optical threshold value semiconductor device according to the present invention, the barrier film made of the first material (for example, AlGaAs) having a wide band gap and having such a thickness that the carrier can be tunneled. (E.g., barrier film 13B) and a second material (e.g., GaAs) sandwiched between the barrier films and having a narrower forbidden band width than the first material. A quantum well composed of a first well film (for example, a well film 13W) having the same energy quantum level as that of the second material and generated in the first well film. Then, a second well film (for example, a well film 13W ') formed so as to have at least one energy quantum level for a lower electron and formed in contact with the outside of the barrier film in the quantum well is formed. Bored with A barrier layer that is provided separately and independently in the vicinity of the active layer in the vicinity of the active layer, or is made of a first material having a wide band gap and has a thickness enough to allow a carrier to be tunneled; A quantum well comprising a first well film sandwiched between the second material and having a narrow band gap compared to the first material and having a thickness in which a two-dimensional exciton can exist; A third material whose composition is selected such that there is at least one energy quantum level for an even lower electron compared to the lowest energy quantum level for an electron generated in the first well film (eg, When the first well film 13W is made of AlGaAs, the saturable light absorbing layer is made of GaAs) and has a second well film formed in contact with the outside of the barrier film in the quantum well. Separate and independent near the layer Have been.

〔作用〕[Action]

前記手段を採ることに依り、制御光を入射させて可飽
和光吸収層に於ける量子井戸に励起子を励起したり或い
は自由電子を励起して光吸収率を変化させる動作は従来
技術に依る光しきい値装置と同様に高速であり、しか
も、制御光が遮断された際には前記励起された自由電子
或いは励起子がイオンすることで発生する自由電子は量
子井戸に於けるバリヤ膜をトンネリングして直ちに逸散
するので光吸収率は急速に回復する。また、その光吸収
率の回復時間は、自由電子がバリヤ膜をトンネリングす
る時間で決まるから、バリヤ膜の膜厚を変えたり、ウエ
ル膜の膜厚或いは物質を変えることで制御することこと
ができる。
By adopting the above means, the operation of injecting control light to excite excitons in the quantum well in the saturable light absorbing layer or exciting free electrons to change the light absorptivity depends on the prior art. It is as fast as the optical threshold device, and when the control light is cut off, the excited free electrons or free electrons generated by the exciton ionizing pass through the barrier film in the quantum well. The light absorption recovers rapidly because it escapes immediately after tunneling. In addition, the recovery time of the light absorptance is determined by the time required for free electrons to tunnel through the barrier film, and can be controlled by changing the thickness of the barrier film or the thickness or material of the well film. .

〔実施例〕〔Example〕

第1図に見られる光しきい値装置についてデータを例
示すると、 (1)基板11について 材料:n型GaAs (2)エッチング停止層12について 材料:n型AlGaAs 厚さ:0.3〔μm〕 (3)可飽和光吸収層13について バリヤ膜13B 材料;AlGaAs 厚さ:40〔Å〕 ウエル膜13Wについて 材料;GaAs 厚さ:40〔Å〕 ウエル膜13W′について 材料;GaAs 厚さ:90〔Å〕 尚、ここでは、ウエル膜13Wをバリヤ膜13Bで挟むこと
で構成した単一量子井戸(single quantum well:SQW)
を20層用いた。その場合、各SQWの間にはウエル膜13W′
が介在していることは勿論である。
Examples of data for the optical threshold device shown in FIG. 1 are as follows: (1) Substrate 11 Material: n-type GaAs (2) Etching Stop Layer 12 Material: n-type AlGaAs Thickness: 0.3 [μm] (3 ) Saturable light absorbing layer 13 Barrier film 13B material; AlGaAs thickness: 40 [40] Well film 13W material; GaAs thickness: 40 [Å] Well film 13W 'Material; GaAs thickness: 90 [Å] Here, a single quantum well (SQW) is formed by sandwiching the well film 13W between the barrier films 13B.
Was used in 20 layers. In this case, a well film 13W 'is provided between each SQW.
Is of course interposed.

(4)バッファ層14について 材料:n型AlGaAs 厚さ:2〔μm〕 (5)活性層15について 量子井戸(半導体超格子)にした場合 バリヤ膜について 材料:AlGaAs 厚さ:90〔Å〕 ウエル膜について 材料:GaAs 厚さ:40〔Å〕 層数:20 (6)バッファ層16について 材料:p型AlGaAs 厚さ:1〔μm〕 (7)電極コンタクト層17について 材料:p型AlGaAs 厚さ:0.5〔μm〕 (8)鏡面膜18及び19について 半導体多層膜にした場合 材料:GaAs/AlGaAs 誘電体多層膜にした場合 材料:SiO2/TiO2 (9)n側電極20について 材料:Au/Sn (10)p側電極21について 材料:Au/Cr 前記実施例に於けるバリヤ膜12は、その厚さを40
〔Å〕としたが、これは、電子や励起子がトンネリング
し得る厚さ、即ち、200〔Å〕以下の範囲で選択して良
い。
(4) Buffer layer 14 Material: n-type AlGaAs Thickness: 2 [μm] (5) Active layer 15 When quantum well (semiconductor superlattice) is used Barrier film Material: AlGaAs Thickness: 90 [Å] Well About film Material: GaAs Thickness: 40 [Å] Number of layers: 20 (6) About buffer layer 16 Material: p-type AlGaAs Thickness: 1 [μm] (7) About electrode contact layer 17 Material: p-type AlGaAs thickness : 0.5 [μm] (8) Mirror films 18 and 19 Semiconductor multilayer film Material: GaAs / AlGaAs Dielectric multilayer film Material: SiO 2 / TiO 2 (9) n-side electrode 20 Material: Au / Sn (10) About the p-side electrode 21 Material: Au / Cr The barrier film 12 in the above embodiment has a thickness of 40/40.
Although [Å] is used, the thickness may be selected within a range where electrons and excitons can be tunneled, that is, 200 [範 囲] or less.

前記実施例に於けるウエル膜13Wは、その厚さを40
〔Å〕としたが、これは、二次元励起子が存在し得る厚
さ、即ち、280〔Å〕以下の範囲で適宜に選択して良
い。
The well film 13W in the above embodiment has a thickness of 40
Although [Å] was used, the thickness may be appropriately selected within the range where the two-dimensional exciton can exist, that is, 280 [Å] or less.

ウエル膜13W′に於けるエネルギ量子準位をウエル膜1
3Wに放けるそれと比較して低くする手段として、膜厚を
厚くする場合、エネルギ量子準位に於ける差の如何を考
慮し、ウエル膜13Wの膜厚に比較して厚くなるよう適宜
に選択すれば良い。
The energy quantum level in the well film 13W 'is changed to the well film 1
As a means of lowering the thickness compared to that of 3W, when increasing the film thickness, it is appropriately selected so as to be thicker than the film thickness of the well film 13W in consideration of the difference in the energy quantum level. Just do it.

ウエル膜13W′の膜厚をウエル膜13Wのそれと等しい
か、或いは、薄くする必要がある場合には、ウエル膜13
W′及びウエル膜13の材料を適宜に選定すると良い。例
えば、ウエル膜13W′をGaAsとし、そして、ウエル膜13W
には若干のAlを加えてAlGaAsにするなどして良い。尚、
そのようにする場合、ウエル膜13Wに於けるエネルギ・
バンド・ギャップがバリヤ膜12に於けるそれに比較して
狭いことが必須である。
If the thickness of the well film 13W 'is equal to or smaller than that of the well film 13W, the well film 13W'
It is preferable to appropriately select the materials of W ′ and the well film 13. For example, the well film 13W 'is made of GaAs, and the well film 13W'
May be made into AlGaAs by adding a little Al. still,
In such a case, the energy in the well film 13W is
It is essential that the band gap be narrower than that of the barrier film 12.

前記実施例に放ける活性層15は半導体超格子で構成し
たが、これは、例えばn型AlGaAsバッファ層14及びp型
AlGaAsバッファ層16とは組成を変えたノン・ドープAlGa
Asなどを用いてダブル・へテロ構造にしても良い。
The active layer 15 released in the above-described embodiment is formed of a semiconductor superlattice, for example, an n-type AlGaAs buffer layer 14 and a p-type
AlGaAs buffer layer 16 is a non-doped AlGa with a changed composition.
A double hetero structure may be used by using As or the like.

前記実施例では、GaAs/AlXGa1-XAs系について説明し
たが、この系の他に例えばInGaAsやInAlAsの系について
も実施することができる。
In the above embodiment, the GaAs / Al X Ga 1-X As system was described. However, in addition to this system, for example, an InGaAs or InAlAs system can also be implemented.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明に依る面発光型光しきい値装置に於いては、第
一の物質からなり且つキャリヤがトンネリングできる厚
さのバリヤ膜並びにバリヤ膜に挟まれ第一の物質に比較
して狭い禁制帯幅をもつ第二の物質からなり且つ二次元
励起子が存在し得る厚さの第一のウエル膜で構成された
量子井戸と、第二の物質からなると共に第一のウエル膜
内に生成される電子についての最低のエネルギ量子準位
と比較して更に低い電子についてのエネルギ量子準位が
一つ存在するよう厚くなされ且つバリヤ膜の外側に接し
て形成された第二のウエル膜とを備えた可飽和光吸収層
をもつか、或いは、第二のウエル膜の材料として第一の
ウエル膜内に生成される電子についての最低のエネルギ
量子準位と比較して更に低い電子についてのエネルギ量
子準位が一つ存在するよう選択された第三の物質を用い
る。
In the surface emitting light threshold device according to the present invention, a barrier film made of the first material and having a thickness capable of tunneling the carrier, and a forbidden band narrower than the first material sandwiched between the barrier films. A quantum well composed of a first well film made of a second material having a width and having a thickness in which a two-dimensional exciton can exist; and a quantum well made of a second material and formed in the first well film. A second well film formed so as to have one energy quantum level for electrons lower than the lowest energy quantum level for electrons, and formed in contact with the outside of the barrier film. Having a saturable light-absorbing layer or a lower energy quantum level compared to the lowest energy quantum level for electrons generated in the first well film as a material of the second well film. There is one level Using a third material selected so.

前記構成を採ることに依り、制御光を入射させて可飽
和光吸収層に於ける量子井戸に励起子を励起したり或い
は自由電子を励起して光吸収率を変化させる動作は従来
技術に依る光しきい値装置と同様に高速であり、しか
も、制御光が遮断された際には前記励起された自由電子
或いは励起子がイオンすることで発生する自由電子は量
子井戸に於けるバリヤ膜をトンネリングして直ちに逸散
するので光吸収率は急速に回復する。また、その光吸収
率の回復時間は、自由電子がバリヤ膜をトンネリングす
る時間で決まるから、バリヤ膜の膜厚を変えたり、ウエ
ル膜の膜厚或いは物質を変えることで制御することがで
きる。
By adopting the above configuration, the operation of injecting control light to excite excitons in the quantum well in the saturable light absorbing layer or exciting free electrons to change the light absorption rate depends on the conventional technology. It is as fast as the optical threshold device, and when the control light is cut off, the excited free electrons or free electrons generated by the exciton ionizing pass through the barrier film in the quantum well. The light absorption recovers rapidly because it escapes immediately after tunneling. Also, the recovery time of the light absorptance is determined by the time during which free electrons tunnel through the barrier film, and thus can be controlled by changing the thickness of the barrier film or the thickness or material of the well film.

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

第1図は本発明の原理を説明する為の光しきい値装置の
要部切断側面図、第2図は第1図について説明した光し
きい値装置に於けるMQW近傍のエネルギ・バンド・ダイ
ヤグラム、第3図は従来の基本的な光しきい値装置の要
部切断側面図を表している。 図に於いて、11は基板、11Aは基板11に形成したリセ
ス、12はエッチング停止層、13はQWで構成された可飽和
光吸収層、14はバッファ層、15は活性層、16はバッファ
層、17は電極コンタクト層、18及び19は半導体多層膜或
いは誘電体多層膜からなる鏡面膜、20はn側電極、21は
p側電極、EVは価電子帯の頂、ECは伝導帯の底、13Bは
量子井戸を構成する為のバリヤ膜、13Wは量子井戸に構
成する為のウエル膜、13W′はバリヤ膜12の外側に在る
ウエル膜をそれぞれ示している。
FIG. 1 is a cutaway side view of a main part of an optical threshold device for explaining the principle of the present invention, and FIG. 2 is an energy band near MQW in the optical threshold device described with reference to FIG. FIG. 3 is a cutaway side view of a main part of a conventional basic optical threshold device. In the figure, 11 is a substrate, 11A is a recess formed in the substrate 11, 12 is an etching stop layer, 13 is a saturable light absorbing layer composed of QW, 14 is a buffer layer, 15 is an active layer, and 16 is a buffer. layer, 17 electrode contact layer, 18 and 19 specular film composed of a semiconductor multilayer film or a dielectric multilayer film, 20 is n-side electrode, 21 is a p-side electrode, E V is the valence band top of, E C is conducted The bottom of the band, 13B is a barrier film for forming a quantum well, 13W is a well film for forming a quantum well, and 13W 'is a well film outside the barrier film 12.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】広い禁制帯幅をもつ第一の物質からなり且
つキャリヤがトンネリングできる程度の厚さをもつバリ
ヤ膜並びに該バリヤ膜に挟まれ該第一の物質に比較して
狭い禁制帯幅をもつ第二の物質からなり且つ二次元励起
子が存在し得る厚さをもつ第一のウエル膜で構成された
量子井戸と、 前記第二の物質からなると共に前記第一のウエル膜内に
生成される電子についての最低のエネルギ量子準位と比
較して更に低い電子についてのエネルギ量子準位が少な
くとも一つ存在するよう厚くなされ且つ前記量子井戸に
於けるバリヤ膜の外側に接して形成された第二のウエル
膜と を備えた可飽和光吸収層が活性層の近傍に分離独立して
設けられてなることを特徴とする面発光型光しきい値装
置。
1. A barrier film comprising a first material having a wide band gap and having a thickness such that a carrier can be tunneled, and a narrow band gap sandwiched between the barrier films as compared with the first material. A quantum well composed of a first well film made of a second material having the following thickness, and having a thickness in which a two-dimensional exciton can exist; and a quantum well made of the second material and contained in the first well film. The energy quantum level for the lower electrons is made thicker so that there is at least one energy quantum level compared to the lowest energy quantum level for the generated electrons, and is formed in contact with the outside of the barrier film in the quantum well. A saturable light-absorbing layer comprising: a second well film; and a saturable light-absorbing layer provided separately and in the vicinity of the active layer.
【請求項2】広い禁制帯幅をもつ第一の物質からなり且
つキャリヤがトンネリングできる程度の厚さをもつバリ
ヤ膜並びに該バリヤ膜に挟まれ該第一の物質に比較して
狭い禁制帯幅をもつ第二の物質からなり且つ二次元励起
子が存在し得る厚さをもつ第一のウエル膜で構成された
量子井戸と、 前記第一のウエル膜内に生成される電子についての最低
のエネルギ量子準位と比較して更に低い電子についての
エネルギ量子準位が少なくとも一つ存在するよう組成が
選択された第三の物質からなり且つ前記量子井戸に於け
るバリヤ膜の外側に接して形成された第二のウエル膜と
を備えた可飽和光吸収層が活性層の近傍に分離独立して
設けられてなることを特徴とする面発光型光しきい値装
置。
2. A barrier film comprising a first material having a wide band gap and having a thickness such that a carrier can be tunneled, and a narrow band gap sandwiched between the barrier films as compared with the first material. And a quantum well comprising a first well film having a thickness in which a two-dimensional exciton can exist, comprising a second material having the following formula: A third material whose composition is selected such that there is at least one energy quantum level for electrons lower than the energy quantum level and formed in contact with the outside of the barrier film in the quantum well And a saturable light-absorbing layer having a second well film provided separately and independently in the vicinity of the active layer.
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