JP3341296B2 - 光半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光半導体装置に関
し、特に、フリップフロップ機能を有する光半導体装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、セット入力及びリセット入力が光
であり、出力も光であるＲＳ光フリップフロップを実現
する試みが行われており、これまでにいくつかの提案が
なされている。

【０００３】例えば、平成２年春季応用物理学会学術講
演会、講演予稿集２８ａ−Ｄ−４には、二つのｐｎｐｎ
光スイッチ（光サイリスタ）を並列に接続し、各ｐｎｐ
ｎ光スイッチへの光入力をセット入力及びリセット入力
とし、各ｐｎｐｎ光スイッチから光出力を得るようにし
たＲＳ光フリップフロップが提案されている。

【０００４】また、IEEE J. Quantum Electron., vol.
25, 1928(1989)には、電界により光吸収の度合いを変化
させることが可能な二つのｐｉｎフォトダイオードを直
列に接続し、各ｐｉｎフォトダイオードへの光入力をセ
ット入力及びリセット入力とし、各ｐｉｎフォトダイオ
ードからの透過光を光出力とする受光型の光素子である
ＳＥＥＤ（Self-Electrooptic Effect Device)によって
構成されたＲＳ光フリップフロップが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】二つのｐｎｐｎ光スイ
ッチにより構成された上述の従来のＲＳ光フリップフロ
ップは、構造は単純であるものの、動作にあたっては、
電源電圧をｐｎｐｎ光スイッチのオン電圧前後で高速に
振らなければならないなど、厳密な制御が必要であると
いう問題がある。

【０００６】一方、ＳＥＥＤによって構成された上述の
従来のＲＳ光フリップフロップは、ＳＥＥＤはあくまで
も受光型の光素子であって自己発光型ではないので、光
学的にカスケード接続した場合には、光信号が減衰して
しまうという問題がある。

【０００７】従って、この発明の目的は、特に厳密な制
御を必要とせず、しかも自己発光型のＲＳ光フリップフ
ロップを実現することができる光半導体装置を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明による光半導体装置は、面発光型の半導体
発光素子（ＬＤ）のカソードにオン入力用の第一のフォ
トトランジスタ及びオフ入力用の第二のフォトトランジ
スタが互いに逆極性に接続され、半導体発光素子（Ｌ
Ｄ）と第一のフォトトランジスタとの間に光フィードバ
ックループが形成された２入力１出力の二つの光入出力
メモリ素子（Ｍ１、Ｍ２）を有し、二つの光入出力メモ
リ素子（Ｍ１、Ｍ２）のうちの一方の光入出力メモリ素
子（例えば、Ｍ１）の第一のフォトトランジスタ（ＨＰ
Ｔ１１）と二つの光入出力メモリ素子（Ｍ１、Ｍ２）の
うちの他方の光入出力メモリ素子（例えば、Ｍ２）の第
二のフォトトランジスタ（ＨＰＴ２２）とに同時に光を
入射させることにより一方の光入出力メモリ素子（Ｍ
１）の半導体発光素子（ＬＤ）から光出力が得られ、一
方の光入出力メモリ素子（Ｍ１）の第二のフォトトラン
ジスタ（ＨＰＴ２１）と他方の光入出力メモリ素子（Ｍ
２）の第一のフォトトランジスタ（ＨＰＴ１２）とに同
時に光を入射させることにより他方の光入出力メモリ素
子（Ｍ２）の半導体発光素子（ＬＤ）から光出力が得ら
れるように構成されたものである。

【０００９】

【作用】上述のように構成されたこの発明による光半導
体装置によれば、一方の光入出力メモリ素子（Ｍ１）の
第一のフォトトランジスタ（ＨＰＴ１１）と他方の光入
出力メモリ素子（Ｍ２）の第二のフォトトランジスタ
（ＨＰＴ２２）とに同時に入射する第一の入力光を一方
の光入出力メモリ素子（Ｍ１）のオン入力及び他方の光
入出力メモリ素子（Ｍ２）のオフ入力とし、一方の光入
出力メモリ素子（Ｍ１）の第二のフォトトランジスタ
（ＨＰＴ２１）と他方の光入出力メモリ素子（Ｍ２）の
第一のフォトトランジスタ（ＨＰＴ１２）とに同時に入
射する第二の入力光を一方の光入出力メモリ素子（Ｍ
１）のオフ入力及び他方の光入出力メモリ素子（Ｍ２）
のオン入力とすることにより、第一の入力光及び第二の
入力光をそれぞれセット光及びリセット光とするＲＳ光
フリップフロップを実現することができる。

【００１０】このＲＳ光フリップフロップの動作は第一
の入力光及び第二の入力光だけで簡単に制御することが
でき、特に厳密な制御を必要としない。また、このＲＳ
光フリップフロップは、半導体発光素子を有していて自
己発光型であるので、光学的にカスケード接続した場合
にも光信号の減衰が生じない。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら説明する。なお、実施例の全図において、同
一または対応する部分には同一の符号を付し、重複説明
は省略する。

【００１２】まず、この発明の実施例による光半導体装
置の基本構成素子として用いられるオン入力及びオフ入
力が可能な２入力１出力の光入出力メモリ素子について
説明する。

【００１３】図１はこの光入出力メモリ素子を示す。

【００１４】図１に示すように、この光入出力メモリ素
子においては、アノードが接地されたレーザダイオード
ＬＤのカソードに、二つのヘテロ接合フォトトランジス
タＨＰＴ１、ＨＰＴ２が互いに並列に、かつ互いに逆極
性に接続されたものによりメモリセルが構成されてい
る。この場合には、ヘテロ接合フォトトランジスタＨＰ
Ｔ１のコレクタがレーザダイオードＬＤのカソードに接
続され、そのエミッタには負極電源により負電圧が印加
されている。また、ヘテロ接合フォトトランジスタＨＰ
Ｔ２のエミッタがレーザダイオードＬＤのカソードに接
続され、そのコレクタは接地されている。なお、このヘ
テロ接合フォトトランジスタＨＰＴ２のコレクタには、
正極電源により正電圧を印加するようにしても良い。

【００１５】この場合、レーザダイオードＬＤとヘテロ
接合フォトトランジスタＨＰＴ１との間には光フィード
バックループが形成される。これに対して、レーザダイ
オードＬＤとヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ２と
は光学的に独立している。

【００１６】上述のように構成された光入出力メモリ素
子においては、光入力１によりヘテロ接合フォトトラン
ジスタＨＰＴ１がオンすると、レーザダイオードＬＤに
そのしきい値電流以上の順方向電流が流れてオン状態と
なることによりこのレーザダイオードＬＤから光出力が
得られる。そして、この光出力の一部は光フィードバッ
クループを通してヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ
１にフィードバックされることにより、このヘテロ接合
フォトトランジスタＨＰＴ１は光入力１がなくなった後
もオン状態を維持し、従ってレーザダイオードＬＤもオ
ン状態を維持することにより光出力が保持される。以上
が書き込み及び記憶動作である。

【００１７】次に、光入力２によりヘテロ接合フォトト
ランジスタＨＰＴ２がオンすると、ヘテロ接合フォトト
ランジスタＨＰＴ１、ＨＰＴ２を通って電流が流れるよ
うになることにより、レーザダイオードＬＤに流れる順
方向電流がしきい値電流以下に減少してこのレーザダイ
オードＬＤはオフ状態となり、光出力は得られなくな
る。これが消去動作である。

【００１８】図２は上述の光入出力メモリ素子の具体的
な構造例を示す。

【００１９】図２に示すように、この光入出力メモリ素
子においては、例えばｐ型GaAs基板１上に、垂直共振器
型面発光レーザから成るレーザダイオードＬＤとヘテロ
接合フォトトランジスタＨＰＴ１、ＨＰＴ２とがモノリ
シックに集積されている。

【００２０】この場合、レーザダイオードＬＤを構成す
る垂直共振器型面発光レーザは、ｐ型クラッド層として
のｐ型AlGaAs層２、例えば真性（ｉ型）InGaAs層から成
る活性層３及びｎ型クラッド層としてのｎ型AlGaAs層４
の上下にブラッグリフレクタ５、６が設けられた、全体
として例えば円柱状の形状の垂直共振器構造を有し、光
出力は図２中下方に取り出される。ここで、ブラッグリ
フレクタ５、６は、例えばAlAs層とAlGaAs層とを交互に
積層した半導体多層膜により形成される。符号７はｎ型
AlGaAs層、８は電流ブロック層としてのｐ型AlGaAs層、
９はｎ型AlGaAs層を示す。なお、垂直共振器型面発光レ
ーザについては、例えば、Technical Digest of Third
Optoelectronics Conference, 13B1-1, 196(1990) 、Te
chnicalDigest of Third Optoelectronics Conference,
13B1-3, 200(1990) 及びTechnical Digest of Third O
ptoelectronics Conference, 13B1-4, 202(1990) に記
載されている。

【００２１】ｎ型AlGaAs層９及びブラッグリフレクタ６
上には、ｎ型AlGaAs層１０、ｐ型GaAs層１１及びｎ型Al
GaAs層１２が順次形成されている。この場合、平面的に
見てレーザダイオードＬＤの垂直共振器部から所定距離
だけ離れた部分のｎ型AlGaAs層１０、ｐ型GaAs層１１及
びｎ型AlGaAs層１２には、ヘテロ接合フォトトランジス
タＨＰＴ１、ＨＰＴ２の分離用の溝１３が形成されてい
る。そして、この溝１３の一方の側（図２中左側）のｎ
型AlGaAs層１０、ｐ型GaAs層１１及びｎ型AlGaAs層１２
をそれぞれコレクタ層、ベース層及びエミッタ層として
ヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ１が形成され、溝
１３の他方の側（図２中右側）のｎ型AlGaAs層１０、ｐ
型GaAs層１１及びｎ型AlGaAs層１２をそれぞれエミッタ
層、ベース層及びコレクタ層としてヘテロ接合フォトト
ランジスタＨＰＴ２が形成されている。このようにレー
ザダイオードＬＤ上にヘテロ接合フォトトランジスタＨ
ＰＴ１、ＨＰＴ２が形成された構造により、受光部の並
列分割が極めて簡単に実現されている。

【００２２】この場合、ヘテロ接合フォトトランジスタ
ＨＰＴ１はレーザダイオードＬＤの垂直共振器部の真上
に直接積層された構造となっており、これによってレー
ザダイオードＬＤとヘテロ接合フォトトランジスタＨＰ
Ｔ１との間に光フィードバックループが形成されるよう
になっている。これに対して、ヘテロ接合フォトトラン
ジスタＨＰＴ２は、平面的に見てレーザダイオードＬＤ
の垂直共振器部から十分な距離だけ離れた位置に形成さ
れており、これによってレーザダイオードＬＤとヘテロ
接合フォトトランジスタＨＰＴ２とが光学的に独立にな
るようにしている。

【００２３】この図２に示す光入出力メモリ素子は、表
面からの光入力及び裏面からの光出力が可能であるばか
りでなく、レーザダイオードＬＤとして用いられている
面発光レーザは設計次第でしきい値電流、従って動作電
流をかなり低くすることができるため、二次元アレイ化
に適している。また、このように動作電流が低い面発光
レーザは動作電流の点でトランジスタのような電子素子
との整合性も非常に良いため、レーザダイオードＬＤと
同時に集積するヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ
１、ＨＰＴ２の設計に負担がかからず、光半導体装置を
実現する上での柔軟性が高い。

【００２４】なお、この光入出力メモリ素子において
は、ｐ型GaAs基板１を通して下方、すなわち基板裏面側
に光出力が取り出されるので、レーザダイオードＬＤの
発光波長はｐ型GaAs基板１に対して透明なものである必
要があり、従ってレーザダイオードＬＤの活性層３はGa
As層ではなくInGaAs層などにより形成する必要がある。
しかし、光出力端となる部分のｐ型GaAs基板１にエッチ
ングにより穴を形成し、この穴から光出力を取り出すよ
うにすることにより、レーザダイオードＬＤの発光波長
をｐ型GaAs基板１に対して透明なものとする必要がなく
なり、レーザダイオードＬＤの活性層３をGaAs層により
形成することが可能となる。

【００２５】また、この光入出力メモリ素子において
は、ヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ１、ＨＰＴ２
のベース層、すなわち受光層をｐ型GaAs層１１により形
成し、レーザダイオードＬＤの活性層３を例えばｉ型In
GaAs層により形成していることから、ヘテロ接合フォト
トランジスタＨＰＴ１、ＨＰＴ２の受光波長とレーザダ
イオードＬＤの発光波長とは互いに異なる。このため、
この光入出力メモリ素子は、波長変換機能を有している
と言える。

【００２６】図２に示す光入出力メモリ素子におけるヘ
テロ接合フォトトランジスタＨＰＴ１、ＨＰＴ２は、好
適には、ベース層としてのｐ型GaAs層１１を中心として
エミッタ層またはコレクタ層としてのｎ型AlGaAs層１０
及びｎ型AlGaAs層１２がエネルギーギャップ及びキャリ
ア濃度とも完全に対称な構造に形成される。このように
ヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ１、ＨＰＴ２をベ
ース層を中心として対称な構造に形成することによっ
て、次のような利点を得ることができる。

【００２７】すなわち、オン入力側のヘテロ接合フォト
トランジスタＨＰＴ１とオフ入力側のヘテロ接合フォト
トランジスタＨＰＴ２とはエミッタ及びコレクタが逆に
なっているので、これらのヘテロ接合フォトトランジス
タＨＰＴ１、ＨＰＴ２の素子設計を別個に行おうとする
と、理想的にはヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ１
のエミッタ層、ベース層及びコレクタ層とヘテロ接合フ
ォトトランジスタＨＰＴ２のエミッタ層、ベース層及び
コレクタ層とを別々に形成しなければならなくなる。し
かし、上述のようにヘテロ接合フォトトランジスタＨＰ
Ｔ１、ＨＰＴ２をベース層を中心として対称な構造とす
ることによって、これらのヘテロ接合フォトトランジス
タＨＰＴ１、ＨＰＴ２はエミッタ及びコレクタを逆にし
て使用しても全く同一の特性を得ることができるため、
これらのヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ１、ＨＰ
Ｔ２は極性を全く意識せずに形成することができる。こ
のため、全体の素子設計が非常に簡単になり、素子形成
プロセスも極めて簡単になる。

【００２８】さらに、これらのヘテロ接合フォトトラン
ジスタＨＰＴ１、ＨＰＴ２においては、好適には、ベー
ス層としてのｐ型GaAs層１１とエミッタ層またはコレク
タ層としてのｎ型AlGaAs層１０及びｎ型AlGaAs層１２と
の間にｉ型GaAs層及びいわゆるグレーディッド（grade
d）ｉ型AlGaAs層が設けられる。ここで、このグレーデ
ィッドｉ型AlGaAs層のAl組成は、ベース層としてのｐ型
GaAs層１１に向かって例えば０．３から０に変化させ
る。この場合、ベース層としてのｐ型GaAs層１１の両側
に設けられるｉ型GaAs層は、光吸収によりベース層、す
なわち受光層としてのｐ型GaAs層１１で発生したキャリ
アがポテンシャルの坂を効率良く走行することができる
ようにするためのものである。また、グレーディッドｉ
型AlGaAs層は、ｐ型GaAs層１１とｎ型AlGaAs層１０及び
ｎ型AlGaAs層１２とのヘテロ接合によるエネルギーバン
ドの不連続がもたらすポテンシャルスパイクを抑えるた
めのものである。

【００２９】また、この光入出力メモリ素子において、
ヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ１、ＨＰＴ２を構
成するｎ型AlGaAs層１０、ｐ型GaAs層１１及びｎ型AlGa
As層１２の上下にブラッグリフレクタを設けて共振器構
造を形成し、ｎ型AlGaAs層１０、ｐ型GaAs層１１及びｎ
型AlGaAs層１２の厚さを、ヘテロ接合フォトトランジス
タＨＰＴ１、ＨＰＴ２に対する光入射によってこの共振
器中に形成される光の定在波の腹の部分が受光層として
のｐ型GaAs層１１の部分に位置するように選ぶようにし
ても良い。より具体的には、ヘテロ接合フォトトランジ
スタＨＰＴ１、ＨＰＴ２をベース層を中心として対称な
構造に形成する場合には、ｎ型AlGaAs層１０、ｐ型GaAs
層１１及びｎ型AlGaAs層１２の合計の厚さ、すなわち共
振器長を、入力光の波長の（ｎ＋１）／２倍（ｎ＝１、
２、…）に選び、これによって光入射により共振器中に
形成される光の定在波の腹の部分を受光層としてのｐ型
GaAs層１１の部分に位置させるようにしても良い。ま
た、この場合、少なくとも光入射側のブラッグリフレク
タの反射率は、入射光を効率良く取り入れることができ
るように、好適には小さく選ばれる。

【００３０】上述のようにヘテロ接合フォトトランジス
タＨＰＴ１、ＨＰＴ２に対する光入射によって共振器中
に形成される光の定在波の腹の部分を受光層としてのｐ
型GaAs層１１の部分に位置させることにより、この受光
層としてのｐ型GaAs層１１の厚さを極めて小さくして
も、十分に高い量子効率（光−キャリア変換効率）、す
なわち十分に高い光利得を得ることができる。

【００３１】さらに、ヘテロ接合フォトトランジスタＨ
ＰＴ１、ＨＰＴ２のベース層、すなわち受光層をｐ型Ga
As層ではなく例えばInGaAs層により形成する場合には、
ヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ１、ＨＰＴ２に対
する光入射によって共振器中に形成される光の定在波の
腹の部分を受光層の部分に位置させることは、非常に有
効である。すなわち、InGaAsはAlGaAsに対して格子不整
合があるため、ヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ
１、ＨＰＴ２のコレクタ層またはエミッタ層としてのｎ
型AlGaAs層１０上に受光層としてのInGaAs層をエピタキ
シャル成長させる場合には、このInGaAs層の厚さは臨界
膜厚以下にする必要がある。ところが、この臨界膜厚は
１０〜２０ｎｍのオーダーで極めて小さいため、単にこ
のInGaAs層を受光層として用いた場合には、十分な量子
効率、すなわち十分に高い光利得を得ることはできな
い。しかし、このように受光層としてのInGaAs層の厚さ
が極めて小さくても、ヘテロ接合フォトトランジスタＨ
ＰＴ１、ＨＰＴ２に対する光入射によって共振器中に形
成される光の定在波の腹の部分をこの受光層としてのIn
GaAs層の部分に位置させるようにすることによって、十
分な量子効率、すなわち十分に高い光利得を得ることが
できるようになる。

【００３２】図３は上述のような光入出力メモリ素子を
用いて構成されたこの発明の一実施例による光半導体装
置を示す斜視図である。また、図４はこの図３に示す光
半導体装置の平面図である。

【００３３】図３及び図４に示すように、この実施例に
よる光半導体装置は、図１及び図２に示す光入出力メモ
リ素子と同様なオン入力及びオフ入力が可能な２入力１
出力の二つの光入出力メモリ素子Ｍ１、Ｍ２を組み合わ
せたものである。この場合、一方の光入出力メモリ素子
Ｍ１は、レーザダイオードＬＤとオン入力側のヘテロ接
合フォトトランジスタＨＰＴ１１及びオフ入力側のヘテ
ロ接合フォトトランジスタＨＰＴ２１とから成り、他方
の光入出力メモリ素子Ｍ２はレーザダイオードＬＤとオ
ン入力側のヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ１２及
びオフ入力側のヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ２
２とから成る。ここで、ヘテロ接合フォトトランジスタ
ＨＰＴ１１とヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ２１
との間及びヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ１２と
ヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ２２との間は溝１
３により相互に分離され、光入出力メモリ素子Ｍ１、Ｍ
２の間は溝１４により相互に分離されている。

【００３４】この場合、光入出力メモリ素子Ｍ１の発光
部であるレーザダイオードＬＤと光入出力メモリ素子Ｍ
２の発光部であるレーザダイオードＬＤとは対角の位置
に設けられている。そして、光入出力メモリ素子Ｍ１の
オン入力部、すなわちヘテロ接合フォトトランジスタＨ
ＰＴ１１と光入出力メモリ素子Ｍ２のオフ入力部、すな
わちヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ２２とは同じ
側に互いに隣接して設けられている。同様に、光入出力
メモリ素子Ｍ１のオフ入力部、すなわちヘテロ接合フォ
トトランジスタＨＰＴ２１と光入出力メモリ素子Ｍ２の
オン入力部、すなわちヘテロ接合フォトトランジスタＨ
ＰＴ１２も、同じ側に互いに隣接して設けられている。

【００３５】上述のように構成されたこの実施例による
光半導体装置においては、光入出力メモリ素子Ｍ１のオ
ン入力側のヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ１１と
光入出力メモリ素子Ｍ２のオフ入力側のヘテロ接合フォ
トトランジスタＨＰＴ２２とに同時に光が入射すると、
光入出力メモリ素子Ｍ１のレーザダイオードＬＤがオン
して光出力が得られ、光入出力メモリ素子Ｍ２のレーザ
ダイオードＬＤはオフとなる。一方、光入出力メモリ素
子Ｍ１のオフ入力側のヘテロ接合フォトトランジスタＨ
ＰＴ２１と光入出力メモリ素子Ｍ２のオン入力側のヘテ
ロ接合フォトトランジスタＨＰＴ１２とに同時に光が入
射すると、光入出力メモリ素子Ｍ２のレーザダイオード
ＬＤがオンして光出力が得られ、光入出力メモリ素子Ｍ
１のレーザダイオードＬＤはオフとなる。

【００３６】すなわち、二種類の入力光Ａ、Ｂを考え、
入力光Ａを光入出力メモリ素子Ｍ１のオン入力側のヘテ
ロ接合フォトトランジスタＨＰＴ１１と光入出力メモリ
素子Ｍ２のオフ入力側のヘテロ接合フォトトランジスタ
ＨＰＴ２２とに対する入力とし、入力光Ｂを光入出力メ
モリ素子Ｍ１のオフ入力側のヘテロ接合フォトトランジ
スタＨＰＴ２１と光入出力メモリ素子Ｍ２のオン入力側
のヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ１２とに対する
入力とすれば、この実施例による光半導体装置は、入力
光Ａ、Ｂをそれぞれセット光及びリセット光とするＲＳ
光フリップフロップとなる。

【００３７】上述のように、この実施例による光半導体
装置においては、光入出力メモリ素子Ｍ１のヘテロ接合
フォトトランジスタＨＰＴ１１と光入出力メモリ素子Ｍ
２のヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ２２とに同時
に光を入射させ、同様に、光入出力メモリ素子Ｍ１のヘ
テロ接合フォトトランジスタＨＰＴ２１と光入出力メモ
リ素子Ｍ２のヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ１２
とにも同時に光を入射させる必要があるが、これは次の
ようにすることによって簡単に実現することができる。

【００３８】すなわち、この場合には、同時に光を入射
させる必要がある光入出力メモリ素子Ｍ１のヘテロ接合
フォトトランジスタＨＰＴ１１と光入出力メモリ素子Ｍ
２のヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ２２とは同じ
側に互いに隣接して設けられており、同様に、同時に光
を入射させる必要がある光入出力メモリ素子Ｍ１のヘテ
ロ接合フォトトランジスタＨＰＴ２１と光入出力メモリ
素子Ｍ２のヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ１２も
同じ側に互いに隣接して設けられていることから、図５
に示すように、セット光はヘテロ接合フォトトランジス
タＨＰＴ１１とヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ２
２との両方にまたがるように、またリセット光はヘテロ
接合フォトトランジスタＨＰＴ２１とヘテロ接合フォト
トランジスタＨＰＴ１２との両方にまたがるようにそれ
ぞれ広げればよい。このようにすることによって、プリ
ズムなどを用いて入力光を分離する必要がなくなる。

【００３９】なお、この実施例による光半導体装置、す
なわちＲＳ光フリップフロップを光学的にカスケード接
続する際には、発光位置が対角位置であるために接続し
にくいときは発光面にレンズなどを設ける必要が生じる
場合もあり得るが、このような場合には、レーザダイオ
ードＬＤの垂直共振器の位置や共振器端面の形状を適切
に選ぶことにより、レンズなどを用いることなく簡単に
カスケード接続することが可能である。

【００４０】具体的には、例えば次のようにすることに
よって、このカスケード接続を簡単に行うことが可能で
ある。すなわち、図６に示すように、光入出力メモリ素
子Ｍ１、Ｍ２のそれぞれのレーザダイオードＬＤの垂直
共振器の形状を溝１４の方向に偏平な楕円形状にすると
ともに、これらの垂直共振器を溝１４寄りの位置に形成
すれば、回折の影響により、カスケード接続される次段
のＲＳ光フリップフロップの同時に光を入射させるべき
二つのヘテロ接合フォトトランジスタにまたがる、溝１
３の方向に偏平な楕円形状の放射パターン（図６におい
て一点鎖線で示す）でレーザダイオードＬＤの発光を起
こさせることが可能となり、これによっってカスケード
接続を容易に行うことが可能となる。

【００４１】以上のように、この実施例によれば、オン
入力及びオフ入力が可能な２入力１出力の二つの光入出
力メモリ素子Ｍ１、Ｍ２を組み合わせることにより、Ｒ
Ｓ光フリップフロップを同一基板上にモノリシックに、
しかも非常に簡単に実現することができる。また、この
ＲＳ光フリップフロップは、動作にあたって、特に厳密
な制御を必要としない。さらに、光入出力メモリ素子Ｍ
１、Ｍ２の発光部は垂直共振器型面発光レーザから成る
レーザダイオードＬＤであるので、このＲＳ光フリップ
フロップは自己発光型であり、従ってカスケード接続し
た場合にも光信号の減衰が生じるのを防止することがで
きる。また、このＲＳ光フリップフロップは、簡単な構
造を有し、しかも入力光の分離のためにプリズムなどを
用いる必要がないので、簡単に製造することができる。

【００４２】以上、この発明の一実施例につき具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるも
のではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形
が可能である。

【００４３】例えば、上述の実施例においては、レーザ
ダイオードＬＤとして垂直共振器型面発光レーザを用い
ているが、この垂直共振器型面発光レーザ以外の面発光
レーザをレーザダイオードＬＤとして用いても良い。ま
た、レーザダイオードＬＤの代わりに、面発光型の発光
ダイオードを用いても良い。

【００４４】さらに、場合によっては、レーザダイオー
ドＬＤとヘテロ接合フォトトランジスタＨＰＴ１１、Ｈ
ＰＴ２１、ＨＰＴ１２、ＨＰＴ２２との上下関係を逆に
しても良い。すなわち、ヘテロ接合フォトトランジスタ
ＨＰＴ１１、ＨＰＴ２１、ＨＰＴ１２、ＨＰＴ２２の上
にレーザダイオードＬＤを形成しても良い。

【００４５】また、レーザダイオードＬＤ及びヘテロ接
合フォトトランジスタＨＰＴ１１、ＨＰＴ２１、ＨＰＴ
１２、ＨＰＴ２２は、上述の実施例で用いられたものと
異なる半導体ヘテロ構造を用いて形成しても良い。さら
に、ｐ型GaAs基板１の代わりに他の化合物半導体基板を
用いても良い。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
特に厳密な制御を必要とせず、しかも自己発光型のＲＳ
光フリップフロップを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による光半導体装置の基本
構成素子として用いられる光入出力メモリ素子を示す回
路図である。

【図２】この発明の一実施例による光半導体装置の基本
構成素子として用いられる光入出力メモリ素子の構造例
を示す断面図である。

【図３】この発明の一実施例による光半導体装置を示す
斜視図である。

【図４】図３に示す光半導体装置の平面図である。

【図５】この発明の一実施例による光半導体装置の動作
を説明するための平面図である。

【図６】この発明の一実施例による光半導体装置の動作
を説明するための平面図である。

【符号の説明】

１ ｐ型GaAs基板 ２ ｐ型AlGaAs層 ３ 活性層 ４、１０、１２ ｎ型AlGaAs層 ５、６ ブラッグリフレクタ １１ ｐ型GaAs層 １３、１４ 溝 ＨＰＴ１１、ＨＰＴ１２ オン入力側のヘテロ接合フォ
トトランジスタ ＨＰＴ２１、ＨＰＴ２２ オフ入力側のヘテロ接合フォ
トトランジスタ ＬＤ レーザダイオード

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 面発光型の半導体発光素子のカソードに
   オン入力用の第一のフォトトランジスタ及びオフ入力用
   の第二のフォトトランジスタが互いに逆極性に接続さ
   れ、上記半導体発光素子と上記第一のフォトトランジス
   タとの間に光フィードバックループが形成された２入力
   １出力の二つの光入出力メモリ素子を有し、 上記二つの光入出力メモリ素子のうちの一方の光入出力
   メモリ素子の上記第一のフォトトランジスタと上記二つ
   の光入出力メモリ素子のうちの他方の光入出力メモリ素
   子の上記第二のフォトトランジスタとに同時に光を入射
   させることにより上記一方の光入出力メモリ素子の上記
   半導体発光素子から光出力が得られ、上記一方の光入出
   力メモリ素子の上記第二のフォトトランジスタと上記他
   方の光入出力メモリ素子の上記第一のフォトトランジス
   タとに同時に光を入射させることにより上記他方の光入
   出力メモリ素子の上記半導体発光素子から光出力が得ら
   れるように構成された光半導体装置。