JP2906713B2 - 光素子の多重安定性取得方法 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
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- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光情報処理システム
例えば光コンピュータ等に用いられる光素子の多重安定
性取得方法に関するものである。さらに詳しくは、光コ
ンピュータ等の論理素子あるいはメモリ素子等に用いる
光素子の多重安定性取得方法に関するものである。
例えば光コンピュータ等に用いられる光素子の多重安定
性取得方法に関するものである。さらに詳しくは、光コ
ンピュータ等の論理素子あるいはメモリ素子等に用いる
光素子の多重安定性取得方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３２は David A.B.Miller et.al.，IE
EE J.Quantum Electron.，QE-21,1462(1985)に示された
従来の光双安定素子を示す概念図であり、１はＡlＧaＡ
s／ＧaＡs 多重量子井戸層、３はアンドープＡlＧaＡs
層、４はｐ型ＡlＧaＡs 層、５はｎ型ＡlＧaＡs 層、８
は電極、９は外部抵抗、１１は外部電源を示す。また図
３３は動作を説明するための図、図３４は動作特性を示
す図である。
EE J.Quantum Electron.，QE-21,1462(1985)に示された
従来の光双安定素子を示す概念図であり、１はＡlＧaＡ
s／ＧaＡs 多重量子井戸層、３はアンドープＡlＧaＡs
層、４はｐ型ＡlＧaＡs 層、５はｎ型ＡlＧaＡs 層、８
は電極、９は外部抵抗、１１は外部電源を示す。また図
３３は動作を説明するための図、図３４は動作特性を示
す図である。
【０００３】次に動作について説明する。従来の光双安
定素子は、以上のように構成されており、ｐ-ｉ-ｎフォ
トダイオードに抵抗値Ｒをもつ外部抵抗９を介して逆バ
イアスＶexを外部電源１１により印加するようになって
いる。ここで、フォトダイオード内部にある多重量子井
戸層１では量子準位間遷移に対応した励起子吸収により
シャープな吸収スペクトルをもつ。また吸収スペクトル
のピークは内部電界を変えることによりシフトさせるこ
とができる。このことを逆に言えば、ある入射光の波長
に対して、吸収率はある内部電界においてピークを持つ
といえる。
定素子は、以上のように構成されており、ｐ-ｉ-ｎフォ
トダイオードに抵抗値Ｒをもつ外部抵抗９を介して逆バ
イアスＶexを外部電源１１により印加するようになって
いる。ここで、フォトダイオード内部にある多重量子井
戸層１では量子準位間遷移に対応した励起子吸収により
シャープな吸収スペクトルをもつ。また吸収スペクトル
のピークは内部電界を変えることによりシフトさせるこ
とができる。このことを逆に言えば、ある入射光の波長
に対して、吸収率はある内部電界においてピークを持つ
といえる。
【０００４】フォトダイオードに入射した光は多重量子
井戸層１で吸収され、それに応じた光電流Ｉが流れる。
図３３はフォトダイオードに印加される電圧Ｖとフォト
ダイオードの光の吸収率Ｓとの関係を示す図である。図
から解るように、光の吸収率はフォトダイオードに印加
される電圧が特定の値でピークを持っている。図３２の
回路では外部抵抗９で、光電流Ｉにより電圧降下を生
じ、フォトダイオードに加わる電圧ＶはＶexからＶex−
ＩＲに変化する。また光電流Ｉと吸収率Ｓの関係は Ｉ＝αＳＰin −−−−−−−−−−式１ として得られる。ここでαは比例定数、Ｐinは入射光強
度である。
井戸層１で吸収され、それに応じた光電流Ｉが流れる。
図３３はフォトダイオードに印加される電圧Ｖとフォト
ダイオードの光の吸収率Ｓとの関係を示す図である。図
から解るように、光の吸収率はフォトダイオードに印加
される電圧が特定の値でピークを持っている。図３２の
回路では外部抵抗９で、光電流Ｉにより電圧降下を生
じ、フォトダイオードに加わる電圧ＶはＶexからＶex−
ＩＲに変化する。また光電流Ｉと吸収率Ｓの関係は Ｉ＝αＳＰin −−−−−−−−−−式１ として得られる。ここでαは比例定数、Ｐinは入射光強
度である。
【０００５】これから、吸収率Ｓは Ｓ＝（Ｖex−Ｖ）／αＲＰin −−−−−−−−−式２ として求められる。すなわち、吸収率Ｓは入射光強度Ｐ
inが大きくなればなるほど傾きが小さくなる直線で表わ
すことができる。図３３の直線Ａ〜Ｄはそれぞれ異なる
入射光強度Ｐinに対しての式２の表わす直線を示す。実
際の動作点は、この直線と上述したフォトダイオードに
印加される電圧Ｖとフォトダイオードの光の吸収率Ｓと
の関係を示す曲線との交点で表わされる。
inが大きくなればなるほど傾きが小さくなる直線で表わ
すことができる。図３３の直線Ａ〜Ｄはそれぞれ異なる
入射光強度Ｐinに対しての式２の表わす直線を示す。実
際の動作点は、この直線と上述したフォトダイオードに
印加される電圧Ｖとフォトダイオードの光の吸収率Ｓと
の関係を示す曲線との交点で表わされる。
【０００６】直線Ａ及びＤはフォトダイオードに印加さ
れる電圧Ｖとフォトダイオードの光の吸収率Ｓとの関係
を示す曲線と１つの交点しか持たないが、直線ＢとＣの
間では３つの交点で得られる。この３つの交点のうち中
央の交点は不安定点であり、他の２つの交点は安定点で
ある。すなわち、直線ＢとＣの間では双安定特性を示
す。図３４に入射光強度Ｐinと出射光強度Ｐoutとの関
係を示す。ある入射光強度Ｐinの範囲で双安定特性がえ
られている。すなわち入射光強度を増加させて行くとあ
る入射光強度で急激に出射光強度が減少し、逆に入射光
強度を弱くしていくと、ある入射光強度で急激に出射光
強度が増大するようになる。しかし、この特性と異な
り、例えば入射光強度Ｐinを増大させた時に出射光強度
Ｐout がある入射光強度Ｐinのとき急激に増大し、入射
光強度Ｐinを減少させる時に出射光強度Ｐout がある入
射光強度Ｐinのとき急激に減少するような特性を得るこ
とは不可能である。
れる電圧Ｖとフォトダイオードの光の吸収率Ｓとの関係
を示す曲線と１つの交点しか持たないが、直線ＢとＣの
間では３つの交点で得られる。この３つの交点のうち中
央の交点は不安定点であり、他の２つの交点は安定点で
ある。すなわち、直線ＢとＣの間では双安定特性を示
す。図３４に入射光強度Ｐinと出射光強度Ｐoutとの関
係を示す。ある入射光強度Ｐinの範囲で双安定特性がえ
られている。すなわち入射光強度を増加させて行くとあ
る入射光強度で急激に出射光強度が減少し、逆に入射光
強度を弱くしていくと、ある入射光強度で急激に出射光
強度が増大するようになる。しかし、この特性と異な
り、例えば入射光強度Ｐinを増大させた時に出射光強度
Ｐout がある入射光強度Ｐinのとき急激に増大し、入射
光強度Ｐinを減少させる時に出射光強度Ｐout がある入
射光強度Ｐinのとき急激に減少するような特性を得るこ
とは不可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の光双安定素子は
以上のような特性をもつので、安定点が３つ以上あるよ
うな光多重安定特性を得ることは困難であり、また得ら
れる光双安定特性は１種類しかないなどの問題点があっ
た。
以上のような特性をもつので、安定点が３つ以上あるよ
うな光多重安定特性を得ることは困難であり、また得ら
れる光双安定特性は１種類しかないなどの問題点があっ
た。
【０００８】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、多種類の、入射光波長あるいは
入射光強度に対する光素子の光多重安定性取得方法を提
供することを目的としている。
ためになされたもので、多種類の、入射光波長あるいは
入射光強度に対する光素子の光多重安定性取得方法を提
供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明に係る光素子の
光多重安定性取得方法は、ｐ型ドープ層とｎ型ドープ層
との間に量子井戸構造の光吸収層を有する第１の光素子
を第１の抵抗を介して第１の電源に接続する課程と、ｐ
型ドープ層とｎ型ドープ層との間に量子井戸構造の光吸
収層を有し前記第１の光素子の出射光が入射されるよう
に前記第１の光素子に対して光学的直列になるように配
置された第２の光素子を第２の抵抗を介して第２の電源
に接続する課程と、前記第１の抵抗または前記第１の電
源の印加電圧の少なくともいずれか一方を選択して前記
第１の光素子の双安定領域を制御し、前記第１の光素子
の入射光の変化に対して前記第１の光素子が高光吸収状
態及び低光吸収状態を有する双安定動作をさせる課程
と、前記第１の光素子の高光吸収状態及び低光吸収状態
のそれぞれにおいて、前記第２の抵抗または前記第２の
電源の印加電圧の少なくともいずれか一方を選択して前
記第２の光素子の双安定領域を制御し、前記第２の光素
子の入射光の変化に対して前記第２の光素子を双安定動
作させることにより、前記第２の光素子が前記第１の光
素子への入射光の変化に対して多重安定特性を得るよう
にする課程とを含んでいる。
光多重安定性取得方法は、ｐ型ドープ層とｎ型ドープ層
との間に量子井戸構造の光吸収層を有する第１の光素子
を第１の抵抗を介して第１の電源に接続する課程と、ｐ
型ドープ層とｎ型ドープ層との間に量子井戸構造の光吸
収層を有し前記第１の光素子の出射光が入射されるよう
に前記第１の光素子に対して光学的直列になるように配
置された第２の光素子を第２の抵抗を介して第２の電源
に接続する課程と、前記第１の抵抗または前記第１の電
源の印加電圧の少なくともいずれか一方を選択して前記
第１の光素子の双安定領域を制御し、前記第１の光素子
の入射光の変化に対して前記第１の光素子が高光吸収状
態及び低光吸収状態を有する双安定動作をさせる課程
と、前記第１の光素子の高光吸収状態及び低光吸収状態
のそれぞれにおいて、前記第２の抵抗または前記第２の
電源の印加電圧の少なくともいずれか一方を選択して前
記第２の光素子の双安定領域を制御し、前記第２の光素
子の入射光の変化に対して前記第２の光素子を双安定動
作させることにより、前記第２の光素子が前記第１の光
素子への入射光の変化に対して多重安定特性を得るよう
にする課程とを含んでいる。
【００１０】
【作用】この発明における光多重安定素子は、入射光波
長あるいは入射光強度に対して光双安定特性を示す素子
構造を光学的に直列に多段接続したために、多種類の入
射光波長あるいは入射光強度に対する光多重安定特性が
得られる。
長あるいは入射光強度に対して光双安定特性を示す素子
構造を光学的に直列に多段接続したために、多種類の入
射光波長あるいは入射光強度に対する光多重安定特性が
得られる。
【００１１】
【実施例】実施例１． 以下この発明の一実施例を図について説明する。図１
（ａ）は本発明の一実施例による光多重安定素子を示す
図であり、図において、１、２はＡlＧaＡs／ＧaＡs 多
重量子井戸層、３はアンドープＡlＧaＡｓ層、４はｐ型
ＡｌＧaＡs 層、５はｎ型ＡlＧaＡs 層、６はｐ型ＧaＡ
s層、７はｎ型ＧaＡs層、８は電極、９、１０は電気抵
抗、１１、１２は外部電源である。また図１（ｂ）〜
（ｇ）は本発明の一実施例による光多重安定素子におけ
る動作特性を説明するための図あるいは動作特性を示す
図である。
（ａ）は本発明の一実施例による光多重安定素子を示す
図であり、図において、１、２はＡlＧaＡs／ＧaＡs 多
重量子井戸層、３はアンドープＡlＧaＡｓ層、４はｐ型
ＡｌＧaＡs 層、５はｎ型ＡlＧaＡs 層、６はｐ型ＧaＡ
s層、７はｎ型ＧaＡs層、８は電極、９、１０は電気抵
抗、１１、１２は外部電源である。また図１（ｂ）〜
（ｇ）は本発明の一実施例による光多重安定素子におけ
る動作特性を説明するための図あるいは動作特性を示す
図である。
【００１２】次に動作について説明する。まず量子井戸
構造を１つだけもつ図２のようなｐ-ｉ-ｎ型素子につい
てその特性を説明する。
構造を１つだけもつ図２のようなｐ-ｉ-ｎ型素子につい
てその特性を説明する。
【００１３】図２において図１と同一符号は同一又は相
当部分である。上述した通り、量子井戸では量子準位間
遷移に対応した励起子吸収によりシャープな吸収スペク
トルをもち、またその吸収率のピークはこのｐ-ｉ-ｎ型
素子に印加される電圧（以下内部電圧Ｖinと呼ぶ）を変
えることによりシフトさせることができる。図３（ａ）
はｐ-ｉ-ｎ型素子の量子井戸層１に印加される内部電圧
Ｖinを変化させたときの光電流スペクトル、即ち光吸収
スペクトルを示す。図においてＶ0 の値は外部印加逆バ
イアス電圧Ｖと素子固有のビルトイン電圧との和であ
る。
当部分である。上述した通り、量子井戸では量子準位間
遷移に対応した励起子吸収によりシャープな吸収スペク
トルをもち、またその吸収率のピークはこのｐ-ｉ-ｎ型
素子に印加される電圧（以下内部電圧Ｖinと呼ぶ）を変
えることによりシフトさせることができる。図３（ａ）
はｐ-ｉ-ｎ型素子の量子井戸層１に印加される内部電圧
Ｖinを変化させたときの光電流スペクトル、即ち光吸収
スペクトルを示す。図においてＶ0 の値は外部印加逆バ
イアス電圧Ｖと素子固有のビルトイン電圧との和であ
る。
【００１４】図３（ａ）に示す特性から、色々な波長λ
n に対する内部電圧Ｖinと光電流Ｉとの関係は図３
（ｂ）のように表すことができる。一方、光電流Ｉは波
長λ、入射光強度Ｐin、および内部電圧Ｖinの関数であ
り、 Ｖin＝Ｖ0−Ｉ（Ｖin，Ｐ in，λ）Ｒ−−−−−式３ と表わすことができる。
n に対する内部電圧Ｖinと光電流Ｉとの関係は図３
（ｂ）のように表すことができる。一方、光電流Ｉは波
長λ、入射光強度Ｐin、および内部電圧Ｖinの関数であ
り、 Ｖin＝Ｖ0−Ｉ（Ｖin，Ｐ in，λ）Ｒ−−−−−式３ と表わすことができる。
【００１５】式３で表される直線と図３（ｂ）の曲線と
の交点から外部抵抗９をもつ系での光電流あるいは吸収
スペクトルが求められる。図３（ｃ）はこのようにして
求められた特性図である。ここで、まず外部抵抗９がな
いとき、即ちＲ＝０のときは当然、図３（ａ）のＶin＝
Ｖ0 に対する光電流スペクトルと同様のスペクトルを示
す。次に、外部抵抗９として抵抗値Ｒ1 を接続した場
合、光電流の発生により外部抵抗９において電圧降下が
生じ、内部電圧Ｖinは減少する。
の交点から外部抵抗９をもつ系での光電流あるいは吸収
スペクトルが求められる。図３（ｃ）はこのようにして
求められた特性図である。ここで、まず外部抵抗９がな
いとき、即ちＲ＝０のときは当然、図３（ａ）のＶin＝
Ｖ0 に対する光電流スペクトルと同様のスペクトルを示
す。次に、外部抵抗９として抵抗値Ｒ1 を接続した場
合、光電流の発生により外部抵抗９において電圧降下が
生じ、内部電圧Ｖinは減少する。
【００１６】このため図３（ａ）からもわかるように吸
収のピーク波長は短波長側にシフトし、図３（ｃ）のＲ
1 で示す曲線のように吸収スペクトルの自己変形が生じ
る。さらに外部抵抗９の抵抗値を大きくしていくと、吸
収スペクトルにヒステリシス特性が得られる。この特
性、即ち吸収スペクトルにヒステリシス特性を示す光の
波長は外部抵抗や電圧など電気的パラメータを変えるこ
とにより制御可能である。また図３（ｃ）から出射光強
度Ｐout あるいは透過率を求めると図３（ｄ）のように
なる。
収のピーク波長は短波長側にシフトし、図３（ｃ）のＲ
1 で示す曲線のように吸収スペクトルの自己変形が生じ
る。さらに外部抵抗９の抵抗値を大きくしていくと、吸
収スペクトルにヒステリシス特性が得られる。この特
性、即ち吸収スペクトルにヒステリシス特性を示す光の
波長は外部抵抗や電圧など電気的パラメータを変えるこ
とにより制御可能である。また図３（ｃ）から出射光強
度Ｐout あるいは透過率を求めると図３（ｄ）のように
なる。
【００１７】次に、図１に示す本実施例における素子の
動作について説明する。光の入射側ダイオードに流れる
光電流Ｉ1の波長スペクトルは、そのヒステリシス特性
を生じる付近を拡大してみると、図１（ｂ）のようにな
り、光電流Ｉ1はＩ 1 h とＩ 1 l の２つの値が、波長λ 1 S と
λ 1 l で切りかわるような波長スペクトル特性をもつと考
えることができる。次段のダイオードに対しても、２つ
の光電流の値が、ある波長で切りかわるような波長スペ
クトル特性を考えることができるが、その波長スペクト
ル特性はダイオードに入射する光の強度Ｐin2の大きさ
によって変化する。このＰin2の大きさは、光の入射側
ダイオードの吸収特性 （光電流特性）に依存し、図１
（ｂ）のような光電流スペクトルの場合、Ｉ 1 h ではＰ
in2は小さく、Ｉ 1 l ではＰin2は大きくなる。すなわち次
段のダイオードに入射する光の強度は２つの値をもつこ
とになる。
動作について説明する。光の入射側ダイオードに流れる
光電流Ｉ1の波長スペクトルは、そのヒステリシス特性
を生じる付近を拡大してみると、図１（ｂ）のようにな
り、光電流Ｉ1はＩ 1 h とＩ 1 l の２つの値が、波長λ 1 S と
λ 1 l で切りかわるような波長スペクトル特性をもつと考
えることができる。次段のダイオードに対しても、２つ
の光電流の値が、ある波長で切りかわるような波長スペ
クトル特性を考えることができるが、その波長スペクト
ル特性はダイオードに入射する光の強度Ｐin2の大きさ
によって変化する。このＰin2の大きさは、光の入射側
ダイオードの吸収特性 （光電流特性）に依存し、図１
（ｂ）のような光電流スペクトルの場合、Ｉ 1 h ではＰ
in2は小さく、Ｉ 1 l ではＰin2は大きくなる。すなわち次
段のダイオードに入射する光の強度は２つの値をもつこ
とになる。
【００１８】そこで、図１（ｃ），（ｄ）のように次段
のダイオードの光電流スペクトルはＰin2が小さい場合
と大きい場合の２つが考えられる。Ｐin2が大きいと光
電流は多く流れ、外部抵抗による電圧降下が大きくなる
ので、ヒステリシス現象の生じる位置は短波長側でかつ
大きい光電流側にシフトする。すなわち、λ 2w s ＞
λ 2s s ，λ 2w l ＜λ 2s l ，Ｉ 2w h ＜Ｉ 2s h ，Ｉ 2w l ＞Ｉ 2s l の
関係が成り立つ。ここで図１（ｃ），（ｄ）の破線で描
いている部分は存在しないということを示している。す
なわちλ 1 s より単波長側には、Ｐin2小という状態は存
在せず、λ 1 l より長波長側ではＰin2大という状態は存
在しない。結局、Ｉ2の波長スペクトル特性は図１
（ｃ），（ｄ）を重ね合わせた形をしている図１（ｇ）
のように４重安定特性を含む複雑な振るまいをする。
のダイオードの光電流スペクトルはＰin2が小さい場合
と大きい場合の２つが考えられる。Ｐin2が大きいと光
電流は多く流れ、外部抵抗による電圧降下が大きくなる
ので、ヒステリシス現象の生じる位置は短波長側でかつ
大きい光電流側にシフトする。すなわち、λ 2w s ＞
λ 2s s ，λ 2w l ＜λ 2s l ，Ｉ 2w h ＜Ｉ 2s h ，Ｉ 2w l ＞Ｉ 2s l の
関係が成り立つ。ここで図１（ｃ），（ｄ）の破線で描
いている部分は存在しないということを示している。す
なわちλ 1 s より単波長側には、Ｐin2小という状態は存
在せず、λ 1 l より長波長側ではＰin2大という状態は存
在しない。結局、Ｉ2の波長スペクトル特性は図１
（ｃ），（ｄ）を重ね合わせた形をしている図１（ｇ）
のように４重安定特性を含む複雑な振るまいをする。
【００１９】ここで図１（ｇ）の破線で描いた部分は、
普通に波長をスキャンしただけでは現れない部分であ
る。すなわち短波長側から長波長側へスキャンすると図
１（ｅ）のようになり、逆にスキャンすると図１（ｆ）
のようになる。破線の部分は途中でスキャン方向を変え
ることにより得ることができる。
普通に波長をスキャンしただけでは現れない部分であ
る。すなわち短波長側から長波長側へスキャンすると図
１（ｅ）のようになり、逆にスキャンすると図１（ｆ）
のようになる。破線の部分は途中でスキャン方向を変え
ることにより得ることができる。
【００２０】ここで、ヒステリシス特性を生じるエッジ
の波長は、それぞれ電気的に制御することができるの
で、λ 1 s ，λ 1 l ，λ 2w s ，λ 2w l ，λ 2s s ，λ 2s l の値の種
々な組み合わせについての動作特性を得ることができ
る。（ただし、λ 1 s ＜λ 1 l ，λ 2w s ＜λ 2w l ，λ 2s s ＜λ
2s l ，λ 2w s ＜λ 2s s ，λ 2w l ＜λ 2s l の関係は満たしてい
なければならない。）すなわち、図１の他に図４〜図２
６の２３通りの組み合わせが考えられる。なお、図４〜
図２６において、（ａ）は上段のダイオードにおける波
長変化に対する光電流Ｉ 1 の値を、（ｂ）は下段のダイ
オードの入射光強度Ｐ in2 が小さい場合の下段のダイオ
ードにおける波長変化に対する光電流Ｉ 2 の値を、
（ｃ）は下段のダイオードの入射光強度Ｐ in2 が大きい
場合の下段のダイオードにおける波長変化に対する光電
流Ｉ 2 の値を、（ｄ）は短波長側から長波長側へスキャ
ンする場合の光電流Ｉ 2 の値を、（ｅ）は長波長側から
短波長側へスキャンする場合の光電流Ｉ 2 の値を、そし
て、（ｆ）は光電流Ｉ 2 の波長スペクトル特性をそれぞ
れ示すものである。
の波長は、それぞれ電気的に制御することができるの
で、λ 1 s ，λ 1 l ，λ 2w s ，λ 2w l ，λ 2s s ，λ 2s l の値の種
々な組み合わせについての動作特性を得ることができ
る。（ただし、λ 1 s ＜λ 1 l ，λ 2w s ＜λ 2w l ，λ 2s s ＜λ
2s l ，λ 2w s ＜λ 2s s ，λ 2w l ＜λ 2s l の関係は満たしてい
なければならない。）すなわち、図１の他に図４〜図２
６の２３通りの組み合わせが考えられる。なお、図４〜
図２６において、（ａ）は上段のダイオードにおける波
長変化に対する光電流Ｉ 1 の値を、（ｂ）は下段のダイ
オードの入射光強度Ｐ in2 が小さい場合の下段のダイオ
ードにおける波長変化に対する光電流Ｉ 2 の値を、
（ｃ）は下段のダイオードの入射光強度Ｐ in2 が大きい
場合の下段のダイオードにおける波長変化に対する光電
流Ｉ 2 の値を、（ｄ）は短波長側から長波長側へスキャ
ンする場合の光電流Ｉ 2 の値を、（ｅ）は長波長側から
短波長側へスキャンする場合の光電流Ｉ 2 の値を、そし
て、（ｆ）は光電流Ｉ 2 の波長スペクトル特性をそれぞ
れ示すものである。
【００２１】また図４〜図２６ではＩ 2w l ＞Ｉ 2s l の場合
だけを示しているが、Ｉ 2w h ＜Ｉ 2s l の場合も考えること
ができるので、例えば図２７に示すような特性も得られ
る。これはヒステリシスエッジの波長の位置関係は図１
と同じものである。その他にも、図２８および図２９に
示す８通りの特性が得られる。ヒステリシスエッジ波長
の位置関係はそれぞれ図１０，図１１，図１２，図１
３，図１７，図１８、図２０，図２４と同じである。結
局、図１の光多重安定素子は３３通りのスペクトル特性
を示すことがわかる。
だけを示しているが、Ｉ 2w h ＜Ｉ 2s l の場合も考えること
ができるので、例えば図２７に示すような特性も得られ
る。これはヒステリシスエッジの波長の位置関係は図１
と同じものである。その他にも、図２８および図２９に
示す８通りの特性が得られる。ヒステリシスエッジ波長
の位置関係はそれぞれ図１０，図１１，図１２，図１
３，図１７，図１８、図２０，図２４と同じである。結
局、図１の光多重安定素子は３３通りのスペクトル特性
を示すことがわかる。
【００２２】実施例２． 上記実施例では，ｐ-ｉ-ｎダイオードを２段重ねた素子
について説明してきたが、３段以上重ねた素子も同様
に、さらに多くの種類の光多重安定特性を得ることがで
きる。
について説明してきたが、３段以上重ねた素子も同様
に、さらに多くの種類の光多重安定特性を得ることがで
きる。
【００２３】実施例３． また上記実施例では、入射光の波長に対する光電流応答
の特性について述べたが、同様にして入射光強度に対す
る出射光強度の応答についても、多種類の光多重安定特
性が得られる。
の特性について述べたが、同様にして入射光強度に対す
る出射光強度の応答についても、多種類の光多重安定特
性が得られる。
【００２４】実施例４． さらに上記実施例においては、独立した２つのダイオー
ドを光学的に直列に接続したものについて説明したが、
図３０に示すようにｎ-ｉ-ｐ-ｉ-ｎ構造にして、モノリ
シックに集積した素子についても同様の光多重安定特性
が得られる。
ドを光学的に直列に接続したものについて説明したが、
図３０に示すようにｎ-ｉ-ｐ-ｉ-ｎ構造にして、モノリ
シックに集積した素子についても同様の光多重安定特性
が得られる。
【００２５】また図３１に示すように、アンドープＡｌ
ＧａＡｓ層１３で電気的分離を行なうｐ−ｉ−ｎ−ｉ−
ｐ−ｉ−ｎ構造にしてもよい。
ＧａＡｓ層１３で電気的分離を行なうｐ−ｉ−ｎ−ｉ−
ｐ−ｉ−ｎ構造にしてもよい。
【００２６】実施例５． また上記実施例では通常の多重量子井戸構造を有する素
子について説明したが、この多重量子井戸構造のかわり
に非対称二重量子井戸構造や、結合量子井戸構造などを
用いても同様の光多重安定素子を実現できる。
子について説明したが、この多重量子井戸構造のかわり
に非対称二重量子井戸構造や、結合量子井戸構造などを
用いても同様の光多重安定素子を実現できる。
【００２７】実施例６． さらに上記実施例では、外部直列抵抗として、線形特性
をもつ電気抵抗を使用した場合について説明したが、非
線形特性をもつ素子、例えばダイオードや、トランジス
タなどを使用しても同様な光多重安定素子を実現でき
る。
をもつ電気抵抗を使用した場合について説明したが、非
線形特性をもつ素子、例えばダイオードや、トランジス
タなどを使用しても同様な光多重安定素子を実現でき
る。
【００２８】以上のように、この発明によれば、ｐ型ド
ープ層とｎ型ドープ層との間に量子井戸構造の光吸収層
を有する第１の光素子を第１の抵抗を介して第１の電源
に接続する課程と、ｐ型ドープ層とｎ型ドープ層との間
に量子井戸構造の光吸収層を有し前記第１の光素子の出
射光が入射されるように前記第１の光素子に対して光学
的直列になるように配置された第２の光素子を第２の抵
抗を介して第２の電源に接続する課程と、前記第１の抵
抗または前記第１の電源の印加電圧の少なくともいずれ
か一方を選択して前記第１の光素子の双安定領域を制御
し、前記第１の光素子の入射光の変化に対して前記第１
の光素子が高光吸収状態及び低光吸収状態を有する双安
定動作をさせる課程と、前記第１の光素子の高光吸収状
態及び低光吸収状態のそれぞれにおいて、前記第２の抵
抗または前記第２の電源の印加電圧の少なくともいずれ
か一方を選択して前記第２の光素子の双安定領域を制御
し、前記第２の光素子の入射光の変化に対して前記第２
の光素子を双安定動作させることにより、前記第２の光
素子が前記第１の光素子への入射光の変化に対して多重
安定特性を得るようにする課程とを含んでいるので、多
種類の入射光の波長あるいは多種類の入射光強度に対し
て光多重安定特性を得ることができる。
ープ層とｎ型ドープ層との間に量子井戸構造の光吸収層
を有する第１の光素子を第１の抵抗を介して第１の電源
に接続する課程と、ｐ型ドープ層とｎ型ドープ層との間
に量子井戸構造の光吸収層を有し前記第１の光素子の出
射光が入射されるように前記第１の光素子に対して光学
的直列になるように配置された第２の光素子を第２の抵
抗を介して第２の電源に接続する課程と、前記第１の抵
抗または前記第１の電源の印加電圧の少なくともいずれ
か一方を選択して前記第１の光素子の双安定領域を制御
し、前記第１の光素子の入射光の変化に対して前記第１
の光素子が高光吸収状態及び低光吸収状態を有する双安
定動作をさせる課程と、前記第１の光素子の高光吸収状
態及び低光吸収状態のそれぞれにおいて、前記第２の抵
抗または前記第２の電源の印加電圧の少なくともいずれ
か一方を選択して前記第２の光素子の双安定領域を制御
し、前記第２の光素子の入射光の変化に対して前記第２
の光素子を双安定動作させることにより、前記第２の光
素子が前記第１の光素子への入射光の変化に対して多重
安定特性を得るようにする課程とを含んでいるので、多
種類の入射光の波長あるいは多種類の入射光強度に対し
て光多重安定特性を得ることができる。
【図１】この発明の一実施例による光多重安定素子の構
成図及び光の吸収率と光電流を示す特性図である。
成図及び光の吸収率と光電流を示す特性図である。
【図２】図１の光多重安定素子の部分構成図である。
【図３】図２の素子の光の吸収及び透過特性を説明する
ための特性図である。
ための特性図である。
【図４】図１の素子の他の特性を説明するための第２の
特性図である。
特性図である。
【図５】図１の素子の他の特性を説明するための第３の
特性図である。
特性図である。
【図６】図１の素子の他の特性を説明するための第４の
特性図である。
特性図である。
【図７】図１の素子の他の特性を説明するための第５の
特性図である。
特性図である。
【図８】図１の素子の他の特性を説明するための第６の
特性図である。
特性図である。
【図９】図１の素子の他の特性を説明するための第７の
特性図である。
特性図である。
【図１０】図１の素子の他の特性を説明するための第８
の特性図である。
の特性図である。
【図１１】図１の素子の他の特性を説明するための第９
特性図である。
特性図である。
【図１２】図１の素子の他の特性を説明するための第１
０の特性図である。
０の特性図である。
【図１３】図１の素子の他の特性を説明するための第１
１の特性図である。
１の特性図である。
【図１４】図１の素子の他の特性を説明するための第１
２の特性図である。
２の特性図である。
【図１５】図１の素子の他の特性を説明するための第１
３の特性図である。
３の特性図である。
【図１６】図１の素子の他の特性を説明するための第１
４の特性図である。
４の特性図である。
【図１７】図１の素子の他の特性を説明するための第１
５の特性図である。
５の特性図である。
【図１８】図１の素子の他の特性を説明するための第１
６の特性図である。
６の特性図である。
【図１９】図１の素子の他の特性を説明するための第１
７の特性図である。
７の特性図である。
【図２０】図１の素子の他の特性を説明するための第１
８の特性図である。
８の特性図である。
【図２１】図１の素子の他の特性を説明するための第１
９の特性図である。
９の特性図である。
【図２２】図１の素子の他の特性を説明するための第２
０の特性図である。
０の特性図である。
【図２３】図１の素子の他の特性を説明するための第２
１の特性図である。
１の特性図である。
【図２４】図１の素子の他の特性を説明するための第２
２の特性図である。
２の特性図である。
【図２５】図１の素子の他の特性を説明するための第２
３の特性図である。
３の特性図である。
【図２６】図１の素子の他の特性を説明するための第２
４の特性図である。
４の特性図である。
【図２７】図１の素子の他の特性を説明するための第２
５の特性図である。
５の特性図である。
【図２８】図１の素子の他の特性を説明するための第２
６〜３０の特性図である。
６〜３０の特性図である。
【図２９】図１の素子の他の特性を説明するための第３
１〜３３の特性図である。
１〜３３の特性図である。
【図３０】本発明の他の実施例による光多重安定素子の
構成図である。
構成図である。
【図３１】本発明の他の実施例による光多重安定素子の
構成図である。
構成図である。
【図３２】従来の光双安定素子の構成図である。
【図３３】従来の素子の光の吸収を示す特性図である。
【図３４】従来の素子の入射光強度と出射光強度の関係
を示す特性図である。
を示す特性図である。
１ ＡlＧaＡs／ＧaＡs 多重量子井戸層 ２ ＡlＧaＡs／ＧaＡs 多重量子井戸層 ３ アンドープＡlＧaＡs 層 ４ ｐ型ＡlＧaＡs 層 ５ ｎ型ＡlＧaＡs 層 ６ ｐ型ＧaＡs層 ７ ｎ型ＧaＡs層 ８ 電極 ９ 外部抵抗 １１ 外部電源 １２ 外部電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 3/02 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 ｐ型ドープ層とｎ型ドープ層との間に量
子井戸構造の光吸収層を有する第１の光素子を第１の抵
抗を介して第１の電源に接続する課程と、ｐ型ドープ層
とｎ型ドープ層との間に量子井戸構造の光吸収層を有し
前記第１の光素子の出射光が入射されるように前記第１
の光素子に対して光学的直列になるように配置された第
２の光素子を第２の抵抗を介して第２の電源に接続する
課程と、前記第１の抵抗または前記第１の電源の印加電
圧の少なくともいずれか一方を選択して前記第１の光素
子の双安定領域を制御し、前記第１の光素子の入射光の
変化に対して前記第１の光素子が高光吸収状態及び低光
吸収状態を有する双安定動作をさせる課程と、前記第１
の光素子の高光吸収状態及び低光吸収状態のそれぞれに
おいて、前記第２の抵抗または前記第２の電源の印加電
圧の少なくともいずれか一方を選択して前記第２の光素
子の双安定領域を制御し、前記第２の光素子の入射光の
変化に対して前記第２の光素子を双安定動作させること
により、前記第２の光素子が前記第１の光素子への入射
光の変化に対して多重安定特性を得るようにする課程と
を含んでいることを特徴とする光素子の多重安定性取得
方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6640891A JP2906713B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 光素子の多重安定性取得方法 |
| US07/853,085 US5285080A (en) | 1991-03-29 | 1992-03-17 | Method of selective light detection |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6640891A JP2906713B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 光素子の多重安定性取得方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04313735A JPH04313735A (ja) | 1992-11-05 |
| JP2906713B2 true JP2906713B2 (ja) | 1999-06-21 |
Family
ID=13314943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6640891A Expired - Fee Related JP2906713B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 光素子の多重安定性取得方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5285080A (ja) |
| JP (1) | JP2906713B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5329136A (en) * | 1993-04-30 | 1994-07-12 | At&T Bell Laboratories | Voltage-tunable photodetector |
| CA2127596C (en) * | 1993-07-16 | 2003-12-02 | Hui Chun Liu | Multicolour voltage tunable quantum well intersubband infrared photodetector and associated method |
| FR2719417B1 (fr) * | 1994-04-28 | 1996-07-19 | Person Henri Le | Composant à hétérostructure semi-conductrice, commande par la lumière pour la génération d'oscillations hyperfréquences. |
| US5594237A (en) * | 1995-02-24 | 1997-01-14 | The Whitaker Corporation | PIN detector having improved linear response |
| JP4786440B2 (ja) * | 2006-07-04 | 2011-10-05 | 日本オプネクスト株式会社 | 面入射型受光素子および光受信モジュール |
| CN112490305B (zh) * | 2020-11-25 | 2022-04-01 | 天津津航技术物理研究所 | 一种可见-紫外双色探测器 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4205331A (en) * | 1978-06-09 | 1980-05-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Infrared optical devices of layered structure |
| JPS5593275A (en) * | 1979-01-09 | 1980-07-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor light wave separating detector |
| US4843439A (en) * | 1985-08-28 | 1989-06-27 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Tailorable infrared sensing device with strain layer superlattice structure |
| JPH0728047B2 (ja) * | 1986-02-17 | 1995-03-29 | 日本電気株式会社 | 光トランジスタ |
| US4800262A (en) * | 1987-12-31 | 1989-01-24 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Tri-state optical device with quantum well absorption |
| JPH02170581A (ja) * | 1988-12-23 | 1990-07-02 | Fujitsu Ltd | 半導体受光装置 |
| EP0385803B1 (en) * | 1989-03-03 | 1995-06-21 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | An optical element device |
| DE69026168T2 (de) * | 1989-09-06 | 1996-11-28 | Mitsubishi Electric Corp | Lichtdetektionsmethode |
-
1991
- 1991-03-29 JP JP6640891A patent/JP2906713B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-03-17 US US07/853,085 patent/US5285080A/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．５６，Ｎｏ．３，ｐ．ｐ．２２７−２２９（１９９０） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5285080A (en) | 1994-02-08 |
| JPH04313735A (ja) | 1992-11-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |