JPH01108535A - 光論理集積素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光交換装置や光情報処理装置等の主構成要素で
ある光論理集積素子に関する。

（従来の技術と問題点） 光交換装置や光情報処理装置の基本要素である光論理素
子は将来の光信号処理システムのキーデバイスとして注
目されており、このような素子として半導体を始め、液
晶や誘電体を用いたものの検討が各所で進められている
。

半導体を用いた光論理素子の例としてミラー（Ｍｉｌｌ
ｅｒ　）氏らがアイ・イー・イー・イー（ＩＥＥＥ）、
ジャーナル・才ブ・クラオンタム・エレクトロニクス（
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ　）第キュウーイー（ＱＥ　）　２１巻１４
６２頁〜１４７６頁に発表したシード（５ＥＥＤ　）素
子がある。これはＧａＡｓ／ＧａＡＱＡｓ多重量子井戸
中の励起子準位の大きなシュタルク効果を用いたもので
あり、印加電場により励起子準位の光吸収ピークを移動
させることによって、透過光強度の履歴現象を得ている
。このシード素子の履歴現象では、入射光強度が増加し
ていくと透過光の強度がある点で突然減少するので、シ
ード素子は入射光強度を適当に設定すればＮＯＲゲート
として動作させることが可能である。

しかしながら、このシード素子をＮＯＲゲートとして動
作させる際、問題となることに、消光比が小きいという
ことがある。シード素子の消光比は前記文献によれば約
２＝１である。

本発明の目的は、このような欠点を除去せしめて、入力
および出力がともに光であって、消光比の大きいＮＯＲ
ゲートを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の光論理集積素子は、半導体レーザの導波路以外
の部分の上部に少なくとも１個の受光素子が積層きれ、
前記半導体レーザと前記受光素子とに共通な電極端子が
設けられていることを特徴とする。

（作用） 本発明では、半導体レーザの導波路以外の部分に少なく
とも１個以上の受光素子を積層することにより消光比の
大きい光入出力のＮＯＲゲートを得ている。

受光素子として知られているものに光トランジスタがあ
る。これは第１図に一例を示したようにｎタイプのコレ
クタ層、ｐタイプのベース層、ｎタイプのエミツタ層を
積層した構造となっており、通常コレクタ層に正バイア
ス、エミツタ層に負バイアスを印加して用いる。光入力
がない場合にはベース障壁により阻止きれてコレクター
エミッタ間に電流は流れない。他方、光入力がある場合
には入射光の波長に対してバンドギャップの狭い材料で
作られたベース領域中で入力光は吸収きれ、正孔−電子
対が生成きれるから、ベース障壁が低くなり、コレクタ
ーエミッタ間に電流が流れる。

この光トランジスタを第１図に示すように半導体レーザ
の導波路以外の部分の上部に積層させ、半導体レーザと
光トランジスタに共通の電極端子１２に正、半導体レー
ザｎ側電極１４およびエミッタ電極１３に負の一定バイ
アスを加えることにより光入出力のＮＯＲゲートが得ら
れる。

今、共通の！極端子１２に接続する電流源を調節して半
導体レーザへの注入電流が発振しきい値電流より少し大
きくなる様にする。この状態が無人力の状態であり光入
力０に対し、半導体レーザの光出力１が得られる。この
状態では電流はすべて半導体レーザに流れコレクターエ
ミッタ間には流れない。次に光トランジスタに光入力が
あったとする。すると前述のようにコレクターエミッタ
間に電流が流れるようになり、半導体レーザに注入され
る電流が減少する。その結果注入電流は発振しきい値以
下となり発振は停止し、出力は０となる。この状態が光
入力ｌに対し光出力Ｏの状態である。

この光論理素子は半導体レーザを用いているから、消光
比が非常に大きくとれ、数十以上の消光比が得られる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例である光論理集積素子の斜視
図である。この実施例は、ダブルチャンネルブレーナ型
埋め込みへテロ構造の半導体レーザの導波路上以外の部
分に２個のフォトトランジスタを積層した構造となって
いる。

実施例は以下のようにして製作される。まず液相もしく
は気相成長法によりｎ−ＩｎＰから成る半導体基板１（
キャリア濃度１〜２　ＸＩＱ”ｃｍ−’　、厚さ３５０
ｐ）上にｎ−ＩｎＰから成る第１のクラッド層２（キャ
リア濃度５Ｘ１０’″ａｉｌ−”、厚さ３　ｐｒｎ　）
、ノ＝４− ンドーブＩｎｏ、ｔｓＧａｏ、ｔＪＳｏ、５ｓＰｅ、４
ｉから成る活性Ｍ３（厚さｏ、ｂａｎ）、ｐ−ＩｎＰか
ら成る第２のクラッドＭ４Ｃキャリア濃度１×１０１″
ｃｍ　−’　、厚さ１．０ｐｒｎ）を積層させたＤ）１
基板にフォトレジストを塗布して通常のフォトリソグラ
フィー技術により第１の溝１６、第２の溝１７（溝幅９
）ＯＴｌ、溝深ｔ３ｐｍ）を持つウェハを製作する。次
にとのウェハを液相成長法によりｐ−ＩｎＰから成る第
１の電流ブロック層５（濃度Ｉ　ＸＩＯ”ｃｍ−”、厚
さ０．５）ＱＴＩ）、ｎ　−ＩｎＰから成る第２の電流
ブロック層６（濃度ｌＸｌ０”ｃｍ　−’　、厚さ０．
３ｐ）を順次積層させる。この場合１．５−幅のメサス
トライプ１８上には、第１．第２の電流ブロック層４，
５は成長しない。そして次にｐ−ＩｎＰから成る第３の
電流ブロック層７（濃度ｌＸｌ０”ｃｍ−”、厚ｔ１．
ｓｍ）、Ｐ９−工ｔｌｅ、ｙｉＧａｓ、ｔｉＡｓ。、４
７Ｐ６．５ｍから成るキャップ層ＢＣｔ１度１×１０１
ａＴｌ−”　、厚さ１．ＱＦｒｎ）、ｎ　　Ｉｎｅ、ｙ
＋Ｇａａ、ｔ＊Ａｓｏ、ｇｇＰｏ、ｓｇカラ成ルコレク
タ層９（濃度Ｉ　ＸＩＱ”ｃｍ−”、厚さ０．５４）、
１）　　Ｉｎｓ、ｙ＋Ｇａｏ、ｔｓＡ３ｏ、ｇｇＰｏ、
ｘｇから成るベース層１０（濃度２　Ｘ１０１７ｃｍ−
’、厚さ０．１４）、ｎ−ＩｎＰから成るエミツタ層１
１（濃度Ｉ　Ｘ　ＩＱ”　ｃｍ−’　。

厚ｔ１．ｏＰ１ｒｎ）を順次積層させる。結晶成長後、
エミッタＭ１１上にＡｕＧｅＮｉ合金厚さ１０００人か
ら成るエミッタ電極１３を蒸着し、大きさｔｏｏ、ａ　
Ｘ　ＩＱＱρの受光窓１９を通常のフォトリソグラフィ
ー技術とエツチングにより形成する。次に同様にして、
フォトリソグラフィー技術とエツチングによりレーザの
導波路部分上部及び第３の溝１５部分のコレクタ層９、
ベース層１０．エミツタ層１１を除去する。そして次に
リフトオフ法を用いて、レーザ導波路部分にＡｕＺｎ合
金１０００人から成る半導体レーザと光トランジスタに
共通の電極端子１２を形成する。そして半導体基板１を
厚さ１２０Ｆｒｎ程度に研磨後にＡｕＧｅＮｉ合金１０
００人から成る半導体レーザｎ側電極１４を蒸着し、熱
処理を行い、ウェハの加工を終わる。

この素子は共通の電極端子１２を正、エミッタ電極１３
．半導体レーザｎ側電極１４を負にバイアスすることに
より、光入力に対しＮＯＲゲートとして動作する。本実
施例での半導体レーザの発振しきい値電流は２０ｍＡで
ある。本実施例をＮＯＲゲートとして動作させるために
は、レーザのバイアス電流を２５ｍＡとする。今、この
状態で受光窓１９の少なくとも１つに光入力があったと
する。すると受光素子に電流が１個につき１０ｍＡ流れ
、その結果半導体レーザに注入きれる電流が減少するこ
とによりレーザ発振は停止し、光出力は停止する。

なお、上記実施例ではＩｎＰ／　ＧａＩｎＡｓＰ系の材
料を用いたが、ＧａＡｓ／　ＧａＡＱＡｓ系等他の半導
体材料を用いてもよい。また、受光素子は光トランジス
タに限らずに他のものでもよい。上記実施例における受
光素子のＧａＩｎΔｓＰ［の組成は入射の波長でフォト
トランジスタが動作する範囲であれば他の組成でもよい
。また、本実施例では、レーザの構造としてデイ−・シ
ー・ピー・ピー・エイチ構造をとったが、本発明におけ
る半導体レーザは活性層の組成・電流狭窄構造等信の構
造でもよい。本実施例の光論理素子の太き茜は共振器長
約３ＱＯ−。

メサストライプ幅１．５戸、受光窓の太ききは１００Ｐ
ｒｎＸ　１００）ｆｆｌｌである。結晶成長の様子は成
長方法や成長条件により大幅に変わるのでそれらととも
に適切な寸法を採用すべきことは言うまでもない。また
、電極材料は良好なオーミック接触が得られるものであ
れば何でもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である光論理集積素子の斜視
図である。 図において１は半導体基板、２は第１のクラッド層、３
は活性層、４は第２のクラッド層、５は第１の電流ブロ
ック層、６は第２の電流ブロック層、７は第３の電流ブ
ロック層、８はキャップ層、９はコレクタ層、１０はベ
ース層、１１はエミツタ層、１２は共通の電極端子、１
３はエミッタ電極、１４は半導体レーザｎ側電極、１５
は第３の溝、１６は第１の溝、１７は第２の溝、１８は
メサストライプ、１９は受光窓をそれぞれあられす。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体レーザの導波路以外の部分の上部に少なくとも
   １個の受光素子が積層され、前記半導体レーザと前記受
   光素子とに共通な電極端子が設けられていることを特徴
   とする光論理集積素子。