JPH0217680A - 光制御回路 - 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、光交換や光コンピュータの実現に必要とされ
る光論理回路の中で、最も重要な回路の１つである光入
力に対する光出力のスイッチングを光で制御できる光制
御回路に関するものである。

（従来の技術） 従来の論理回路はトランジスターを主体とした電子回路
によって作られてきた。電子回路は、現在も将来も絶え
間なく発展すると考えられるが、ある分野では限界が見
え始めてきた。それは、トランジスター間を接続する配
線がトランジスターの数に比べて非常に多い論理回路で
ある。例えば、ゾロセッサーの数が非常に多い超並列処
理プロセッサーや、素子間をすべて接続しその接続の重
みに情報が蓄えられるニューロコンピューター、などが
典型的な例である。このような電子回路における配線の
限界をブレークスルーしようとする試みとして、光によ
る配線によって配線の密度を向上させたり、配線を任意
に可変出来るようにする試みが始まっている。例えば、
ジェー・ダブリュ・グツドマン等（Ｊ、Ｗ、Ｇｏｏｄｍ
ａｎ　ｅｔ　ａｌ、）はプロシーディング、オフ・ザ・
アイ・イー・イニ・イーの１９８４年７２　巻　の８５
０　頁（Ｐｒｏｄｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＩＥＥ
Ｅ、　ｖｏｌ、７２゜１９８４）に上述した光配線の概
念を提案している。この提案は、実際に試作されたもの
ではなく、概念が提案されたものに過ぎないが、光配線
によって、配線制限を改善しようとする革新的な試みで
ある。しかし、この提案の中でも、光出力のオンとオフ
を光で制御できる光制御回路に関する提案はほとんどな
く、実用に使えるものはまったく無い。実用という意味
は、電子回路のように小型化が可能で、消費電力が小さ
く、かつ安定に動作が可能であるという意味である。

（姿発明の目的） 上記したように、本発明の目的は電子回路のように小型
化が可能で、消費電力が小さく、かつ安定に動作が可能
である光制御回路の提供にある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の第１の発明によれば、入射光によりスイッチす
る２つの光トランジスターが、半導体基板上に形成され
た光変調器上に形成され、かつ前記第１の光トランジス
ターのコレクター層と第２の光トランジスターのエミッ
ター層が光変調器の最上層に接し、かつ２つの光トラン
ジスターは素子分離されていることを特徴とする光制御
回路が得られ、本発明の第２の発明によれば、入射光に
よりスイッチする２つのＰＮＰＮ形の光サイリスターが
、半導体基板上に形成された光変調器上に形成され、か
つ前記第１の光サイリスターのカソード層と第２の光サ
イリスターのカソード層が光変調器の最上層に接し、か
つ２つの光サイリスターは素子分離されていることを特
徴とする光制御回路が得られる。

（作用） 以下に、本発明の作用について第２図を用いて、簡易に
説明する。第２図（ａ）は、本発明の第１の発明を説明
する光制御回路の等価回路図である。構成する素子は光
トランジスター２５１．２６１と光変調器２７である。

ここではＰＮＰ光トランジスター２５１と２６１とが用
いられ、第１のＰＮＰ光トランジスター２５１のコレク
ター層と第２のＰＮＰ光トランジスター２６１のエミッ
ター層がＰＮ形で吸収損失を制御する光変調器２７の最
上層のアノード層に接している。

そして、２つの光トランジスターはエツチング溝で素子
分離されている。そして第１のＰＮＰ光トランジスター
２５１のエミッター層には正電圧２８が、第２のＰＮＰ
光トランジスター２６１コレクター層には負電圧２９が
各々負荷抵抗をかいして印加されている。このような構
成の回路で、第１の発明が構成されている。

次にこの回路の動作を説明する。光トランジスタ−２５
１の閾値レベル以上のセット光２１１が光トランジスタ
−２５１に入力すると、このトランジスターは導通状態
となる。すると、光変調器２７に正電圧が印加し、入力
光１２６を透過する。この状態に、光トランジスタ−２
６１の閾値レベル以上のリセット光２１２が光トランジ
スタ−２６１に入力すると、このトランジスターは導通
状態となる。すると、光変調器２７の両端の印加電圧が
さがり、吸収損失が増加し、入力光１２６の出力光１２
５の強度が減少する。もとの両方の光トランジスターが
ともにオフの状態に復帰するには、正電圧２８と負電圧
２９を同時に短時間零にする。

このようにして、セット光とリセット光の入射状態に対
応して光変調器が吸収と透過の状態をとることを特徴と
する光制御回路かえられる。

ここで光変調器は逆接合を用いたフランツケルデイツシ
ュ効果を用いた変調器や、量子井戸を用いた量子効果利
用変調器でも、全く同様な原理で光制御回路が得られる
。

第２図（ｂ）は、本発明の第２の発明を説明する光制御
回路の等価回路図である。構成する素子は光サイリスタ
ー２５２．２６２と光変調器２７である。ここではＰＮ
ＰＮ光サイリスター２５２と２６２とが用いられ、第１
のＰＮＰＮ光サイリスター２５２のカソード層と第２の
ＰＮＰＮ光サイリスター２６２のアノード層がＰＮ形光
変調器２７の最上層のアノード層に接している。そして
、２つの光サイリスターはエツチング溝で素子分離され
ている。そして第１のＰＮＰＮ光サイリスター２５２の
アノード層には正電圧２８が印加されζ第２のＰＮＰＮ
光ザイリスタ−２６２のカソード層には負電圧２９が印
加されている。このような構成の回路で、第２の発明が
構成されている。

次にこの回路の動作を説明する。光サイリスタ−２５２
の閾値レベル以上のセット光２１１が光サイリスタ−２
５２に入力すると、このサイリスターは導通状態となる
。すると、光変調器２７に動作に十分な正電圧が印加し
、光変調器２７に正電圧が印加し、入力光１２６を透過
する。この状態に、光サイリスタ−２６２の閾値レベル
以上のリセット光２１２が光サイリスタ−２６１に入力
すると、このサイリスターは導通状態となる。すると、
光変調器２７の両端には動作に十分な正電圧が印加され
なくなり、吸収損失が増加し、入力光１２６の出力光１
２５の強度が減少する。もとの状態に復帰するには正電
圧２８と負電圧２９を同時に零にすればよい。

このようにして、セット光とリセット光の入射状態に対
応して光変調器が吸収と透過の状態をとることを特徴と
する光制御回路がえられる。

ここで光変調器は第１の発明と同様、逆接合を用いたフ
ランツケルデイツシュ効果を用いた変調器や、量子井戸
を用いた量子効果利用変調器でも全く同様な原理で光制
御回路が得られる。

このようにして、セット光とリセット光の入射状態に対
応して光変調器が非発光と発光の状態をとることを特徴
とする光制御回路かえられる。このような光回路では、
ＰＮＰＮ素子に光入力をきっても状態を保持するラッチ
機能があるため、出力が必要な時にだけ、端子２８に電
圧を印加すればよく、低電力化もはかられる。

（実施例） 次に図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。第
１図は第１の発明の詳細な説明する図である。

半導体基板１１にはＮ形ＧａＡｓ半導体が用いられた。

この半導体基板１１の裏側には入射光１２６を取り入れ
る窓力叩ｎけられたアース電極１０が形成されている。

この半導体基板１１上に順にＮ形ＡｌＧａＡｓカソード
層１２１、ＧａＡｓ吸収層１２２、Ｐ形ＡｌＧａＡｓア
ノード層１２３が形成されている。そして電流がＧａＡ
ｓ吸収層１２２に集中して流れるように、高抵抗化され
たＡｌＧａＡｓ電流阻止層１５がＧａＡｓ吸収層１２２
のまわりに形成され、光変調器２７が形成された。光出
力１２５を取り出すための透過用の窓１２４はエツチン
グ溝の中に形成されている。そして、光変調器上に２つ
の光トランジスター２５１．２６１が形成された。第１
図の左断面図において、左半分にはセット用ＰＮＰ光ト
ランジスター２５１が形成され、右半分にはリセット用
ＰＮＰ光トランジスター２６１が形成された。セット用
光トランジスタ−２５１には、Ｐ形ＡｌＧａＡｓコレク
ター層１６１、Ｎ形ＧａＡｓベース吸収層１８１、Ｐ形
ＡｌＧａＡｓエミッター層１７１、正電極１９１が積層
されている。そして、正電極１９１にはセット光２１１
を入射させるためのセット光入射窓２０１、正電極端子
２２１が付加されている。リセット用光トランジスタ−
２６１には、Ｐ形ＡｌＧａＡｓエミッター層１７２、Ｎ
形ＧａＡｓベース吸収層１８２、Ｐ形ＡｌＧａＡｓコレ
クター層１６２、負電極１９２が積層されている。そし
て、負電極１９２にはリセット光２１２を入射させるた
めのりセット光入射窓２０２、負電極端子２２２が付加
されている。

上述した構成によって、第２図（ａ）で示す光変調器２
７と２つの光トランジスタ−２５１と２６１がモノリシ
ックに半導体基板上に形成された。

光トランジスタ−２５１に０．７８ミクロンのセット光
２１１が入力すると、このトランジスターは導通状態と
なる。すると、光変調器２７が波長０．８７ミクロンの
入射光１２６の透過動作に必要な約１．５■の正電圧が
印加し、出力光１２５を出力する。この状態に、光トラ
ンジスタ−２６１に０．７８ミクロンのリセット光２１
２が入力すると、このトランジスターは導通状態となる
。すると、光変調器２７の両端の印加電圧がさがり、透
過に十分な正電圧が印加されなくなり、入力光１２６を
吸収し、出力光１２５が停止する。もとの状態に復帰す
るには正電圧２８と負電圧２９を同時に短時間零にする
。

このようにして、セット光とリセット光の入射状態に対
応して光変調器が透過と吸収の状態をとることを特徴と
する光制御回路がえられる。

以上説明した実施例では、半導体基板上に微少な素子が
モノリシックに形成されているために電子回路のように
小型化が可能で、消費電力が小さく、かつ光で情報がや
りとり出来るように入力も出力の光で行なわれる機能を
有する光制御回路が得られる。

第３図は第２の発明の詳細な説明する図である。

この実施例では第１の発明の光トランジスターの代わり
にＰＮＰＮ光サイリスタ２５２と２６２が用いられ、こ
の素子の２５２のカソード２５２と２６２のカソードと
、ＰＮ光変調器のＰ形半導体であるアノードとが接して
いる。そしてセット用光サイリスタ２５２のカソードと
光変調器２７アノード２７は常に導通するように配線で
つながれている。

第１の発明の前記実施例と同様に、半導体基板１１上に
順にＮ形ＡｌＧａＡｓカソード層１２１、ＧａＡｓ吸収
層１２２、Ｐ形ＡｌＧａＡｓアノード層１２３が形成さ
れている。そして電流がＧａＡｓ吸収層１２２に集中し
て流れるように、高抵抗化されたＡｌＧａＡｓ電流阻止
層１５がＧａＡｓ吸収層１２２のまわりに形成された。

そして、光変調器上に２つのＰＮＰＮ光サイリスター２
５２゜２６２が形成された。第１図の左断面図において
、左半分にはセット用ＰＮＰＮ光サイリスター２５２が
形成され、右半分にはリセット用ＰＮＰＮ光サイリスク
−２６２が形成された。セット用光サイリスタ−２５２
には、Ｐ形ＡｌＧａＡｓアノード層３７１、Ｎ形ＧａＡ
ｓベース吸収層３８１、Ｐ形ＧａＡｓベース吸収層３８
５、Ｎ形ＡｌＧａＡｓカソード層３６１、正電極３９１
が積層されている。そして、正電極３９１にはセット光
２１１を入射させるためのセット光入射窓２０１、正電
極端子２２１が付加されている。リセット用ＰＮＰＮ光
サイリスター２６２には、Ｐ形ＡｌＧａＡｓアノード層
３７２、Ｎ形ＧａＡｓベース吸収層３８２、Ｐ形ＧａＡ
ｓベース吸収層３８６、Ｎ形ＡｌＧａＡｓカソード層３
６２、負電極３９２が積層されている。そして、負電極
３９２にはセット光２１２を入射させるためのセット光
入射窓２０２、正電極端子２２２が付加されている。

上述した構成によって、第２図（ｂ）で示す光変調器２
７と２つの光サイリスク−２５２と２６２がモノリシッ
クに半導体基板上に形成された。

このようにして、セット光とリセット光の入射状態に対
応して光変調器が非発光と発光の状態をとることを特徴
とする光制御回路かえられる。このような光制御回路で
は、ＰＮＰＮ素子にラッチ機能があるため、出力が必要
な時にだけ、端子２８に電圧を印加すればよく、低電力
化もはかられる。

以上説明した実施例では、半導体基板上に微小な素子が
モノリシックに形成されているために電子回路のように
小型化が可能で、消費電力が小さく、かつ光で制御が可
能で出力も光で行なわれる機能を有する光制御回路が得
られる。

上記実施例の導電型と全く逆の導電形の構成でも同様の
効果が得られることは明らかである。

上記実施例において述べられた、各層の厚みや組成は特
に限定されるものでないことは明かである。

上記実施例においては、ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系半導
体が用いられたが、この材料系に本発明は限定されず、
ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系などの他の化合物半導体でも
可能である。

上記実施例においては、光変調器として順接合のダイオ
ードが用いられたが、逆接合を用いたフランツケルデイ
ツシュ効果を用いた変調器や、量子井戸を用いた量子効
果利用変調器でも全く同様な原理で光制御回路が得られ
る。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によると、半導体基板上に
微少な素子がモノリシックに形成されているために電子
回路のように小型化が可能で、消費電力が小さく、かつ
光で信号光も制御光も光で行なわれる光制御回路が得ら
れた。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の詳細な説明する図、第２図（ａ）
、　（ｂ）は各々、第１と第２の発明を説明する光制御
回路の回路図、第３図は第２の発明の詳細な説明する図
である。 図において １０　、、、、、、、、。 １１　、、、、、、、、。 １５、、、．０．、、。 １２１　、、、、、、、。 １２２　、、、、、、、。 １２３　、、、、、、、。 １２４　、、、、、、、。 １２５　、、、、、、、。 １２６　、、、、、、、。 １６１．１７２　、、。 １７１．１６２　、、。 １８１．１８２　、、。 １９１　、、、、、、、。 １９２　、、、、、、、。 ２０１　、、、、、、、。 ２０２　、、、、、、、。 ２１１　、、、、、、、。 ２１２　、、、、、、、。 ２２１　、、、、、、、。 アース電極、 Ｎ形ＧａＡｓ半導体基板、 ＡｌＧａＡｓ電流阻止層、 Ｎ形ＡｌＧａＡｓカソード層、 ＧａＡｓ吸収層、 Ｐ形ＡｌＧａＡｓアノード層、 出力光窓、 出力光、 入力光、 Ｐ形ＡｌＧａＡｓコレクター層、 Ｐ形ＡｌＧａＡｓエミッター層、 Ｎ形ＧａＡｓベース吸収層、 正電極、 負電極、 セット光入射窓、 リセット光入射窓、 セット光、 リセット光、 正電極端子、 ２２２　、、、、、、、。 ２５１　、、、、、、、。 ２６１　、、、、、、、。 ２７　　、、、、、、、、。 ２８　　、、、、、、、、。 ２９　　、、、、、、、、。 ２５２　、、、、、、、。 ２６２　、、、、、、、。 ３６１．３７２　　、、。 ３７１．３６２　　、、。 ３８１．３８６　　、、。 ３８２．３８５　　、、。 ３９１　　、、、、、、、。 ３９２　、、、、、、、。 を示す。 負電極端子、 セット用ＰＮＰ光トランジスター リセット用ＰＮＰ光トランジスター ＰＮ光変調器、 正電極、 負電極、 セット用ＰＮＰＮ光サイリスタ、 リセット用ＰＮＰＮ光サイリスタ、 Ｎ形ＡｌＧａＡｓカソード層、 Ｐ形ＡｌＧａＡｓアノード層、 Ｎ形ＧａＡｓゲート吸収層、 Ｐ形ＧａＡｓゲート吸収層、 正電極、 負電極、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入射光によりスイッチする２つの光トランジスタ
   ーが、半導体基板上に形成されたＰＮ接合を有する光変
   調器上に形成され、かつ前記第１の光トランジスターの
   コレクター層と第２の光トランジスターのエミッター層
   が光変調器の最上層に接し、かつ２つの光トランジスタ
   ーは素子分離されていることを特徴とする光制御回路。
2. （２）入射光によりスイッチする２つのＰＮＰＮ形の光
   サイリスターが、半導体基板上に形成された光変調器上
   に形成され、かつ前記第１の光サイリスターのカソード
   層と第２の光サイリスターのカソード層が光変調器の最
   上層に接し、かつ２つの光サイリスターは素子分離され
   ていることを特徴とする光制御回路。