JPH03276138A - Optical bistable element and its driving method - Google Patents

Optical bistable element and its driving method

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JPH03276138A
JPH03276138A JP7562490A JP7562490A JPH03276138A JP H03276138 A JPH03276138 A JP H03276138A JP 7562490 A JP7562490 A JP 7562490A JP 7562490 A JP7562490 A JP 7562490A JP H03276138 A JPH03276138 A JP H03276138A
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JP
Japan
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layer
optical
type
negative resistance
resistance element
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Pending
Application number
JP7562490A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinji Matsuo
慎治 松尾
Chikara Amano
主税 天野
Yuichi Kawamura
河村 裕一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication of JPH03276138A publication Critical patent/JPH03276138A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain an optical bistable element of high ON/OFF ratio by providing a negative resistance element connected in series to a pin diode with a multiple quantum well structure, which is formed with the layer-built structure of a barrier layer and a well layer, between a p-type layer and an n-type layer. CONSTITUTION:A multiple quantum well structure pin diode 11, a resonance tunnel type multiple quantum well structure negative resistance element 12, and a variable voltage power source 13 are connected in series. The pin diode 11 and the resonance tunnel type multiple quantum negative resistance element 12 are so connected that their polarities are opposite. The variable voltage source 13 is so connected that the pin structure diode 11 is biased backward. Input light 14 is made incident on an i-type layer of the pin diode 11 in the perpendicular direction. Thus, the optical bistable element of high ON/OFF ratio is realized. Relations between the light input and the light output can be logically inverted to AND and NAND by the set voltage of the variable voltage power source 13.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は同一の光入力強度に対して2つの異なった出力
光の安定状態を生ずる光双安定素子に関するものである
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an optical bistable device that produces two different stable states of output light for the same optical input intensity.

(従来の技術) 光論理演算や光情報処理などのいわゆる光コンピユーテ
イングは、光の特質、すなわちその高速性、並列性など
の点から将来の計算方式として注目されている。この光
コンピユーテイングを行うためには種々の光部品が必要
であり、多くの提案がなされているが、そのうちキープ
ハイスの1つとして光双安定素子があげられている。
(Prior Art) So-called optical computing, such as optical logic operations and optical information processing, is attracting attention as a future calculation method due to the characteristics of light, such as its high speed and parallelism. In order to perform this optical computing, various optical components are required, and many proposals have been made, among which an optical bistable element is cited as one of the high-speed components.

従来、上記素子用の材料としては誘電体を始めとして種
々の材料が用いられてきたが、レーザーや検出器の整合
性から半導体材料が選らばれ、例えば、エレクトロニク
ス・レターズ(ElectronicsLetters
 ) 24巻、1頁、(1988年)に報告されている
ような光双安定素子が提案されてきた。
Conventionally, various materials including dielectrics have been used as materials for the above-mentioned elements, but semiconductor materials have been chosen for their compatibility with lasers and detectors.
), Volume 24, Page 1, (1988), optical bistable devices have been proposed.

従来の素子の構成と動作原理を図面により簡単に説明す
る。その素子構造は第2図に示すように、pinダイオ
ード21と負性抵抗素子22の直列接続から構成され、
pinダイオード21で発生する光電流の方向と、負性
抵抗素子22の電流方向とが一致するように接続されて
いる。ここでpinダイオード2工はn型導電性を有す
る2層と、高抵抗絶縁性の多重量子井戸構造を有するi
層と、n型導電性を有するn層とで形成され、一方、負
性抵抗素子22には二重障壁型共鳴トンネルダイオード
が用いられている。pinダイオードの2層の光入力2
4により光電流が発生すると共にn層に光出力25を発
生し、またその外部印加電圧を変化させることにより1
層中の光の透過率が変化する。双安定素子の両端には定
電圧電源23(電圧■。)が接続されている。
The configuration and operating principle of a conventional device will be briefly explained with reference to the drawings. As shown in FIG. 2, its element structure consists of a pin diode 21 and a negative resistance element 22 connected in series.
The connection is made such that the direction of the photocurrent generated in the pin diode 21 and the current direction of the negative resistance element 22 coincide. Here, the pin diode 2 has two layers with n-type conductivity and an i
and an n layer having n-type conductivity, while a double barrier resonant tunnel diode is used as the negative resistance element 22. 2 layers of pin diode optical input 2
4 generates a photocurrent and generates optical output 25 in the n layer, and by changing the externally applied voltage, 1
The transmittance of light in the layer changes. A constant voltage power supply 23 (voltage ■) is connected to both ends of the bistable element.

第3図(a)は第2図の光双安定素子中の二重障壁共鳴
トンネルダイオードと定電圧電源とを組み合わせた部分
の電流−電圧特性(実線)にあわせてpinダイオード
の電流−電圧曲線(破線)を示している。また第3図(
b)は光双安定素子の光入出力特性を示している。励起
子吸収エネルギー近傍の光がpinダイオードに入射さ
れると、光電流rphが発生する。第3図(a)に示す
ように、入射光強度が増加してそれと共に増大したIp
hがピーク電流値rpを越えると動作点は図中で33a
から34aに急激に変化する。この時、二重障壁型共鳴
トンネルダイオードにおける電圧降下が急増するため(
■p→■pp)、plnダイオードの両端にかかる印加
電圧が急激に減少する(■。−Vp→■o−〜’pp)
。その結果として量子閉じ込めシュタルク効果、または
フランツ・ケルデイシュ効果によりi層の光の透過率が
急激に増加する。二の時、pinダイオードの光出力強
度は第3図(b)に示すように33bから34bに急激
に増加する。逆にIphが減少してハレイ電流値■νに
達すると動作点は第3[11U(a)の38aから39
aに変化する。
Figure 3(a) shows the current-voltage curve of the PIN diode in accordance with the current-voltage characteristic (solid line) of the part that combines the double-barrier resonant tunneling diode and constant voltage power supply in the optical bistable device shown in Figure 2. (dashed line). Also, Figure 3 (
b) shows the optical input/output characteristics of the optical bistable element. When light with near exciton absorption energy is incident on the pin diode, a photocurrent rph is generated. As shown in FIG. 3(a), as the incident light intensity increases, Ip
When h exceeds the peak current value rp, the operating point is 33a in the figure.
There is a sudden change from 34a to 34a. At this time, the voltage drop across the double-barrier resonant tunneling diode increases rapidly (
■p→■pp), the applied voltage across the pln diode decreases rapidly (■.-Vp→■o-~'pp)
. As a result, the light transmittance of the i-layer increases rapidly due to the quantum-confined Stark effect or the Franz Kjeldysch effect. At the time of 2, the optical output intensity of the pin diode increases rapidly from 33b to 34b as shown in FIG. 3(b). Conversely, when Iph decreases and reaches the Halley current value ■ν, the operating point changes from 38a to 39 in 11U(a).
Changes to a.

この時、二重障壁共鳴トンネルダイオードの印加電圧が
急激に増加する。従って光出力強度は第3図(b)の3
8bから39bに急激に減少する。上記の動作原理によ
り、Iph(Iν<Iph<Ip)に対応する光入力強
度において2つの異なった光出力強度が得られる。
At this time, the voltage applied to the double barrier resonant tunneling diode increases rapidly. Therefore, the light output intensity is 3 in Figure 3(b).
It rapidly decreases from 8b to 39b. With the above operating principle, two different optical output intensities are obtained at the optical input intensity corresponding to Iph (Iv<Iph<Ip).

(発明が解決しようとする課B) ところで、前述の光双安定素子では基本特性であるオン
オフ比R(=L、、/L、2)が小さいという欠点があ
った。Rは負性抵抗素子のI=ipにおける電圧変化Δ
Vp (−Vpp −Vp)が大きいほど大きくなる。
(Problem B to be Solved by the Invention) By the way, the above-mentioned optical bistable element has a drawback that the on-off ratio R (=L, , /L, 2), which is a basic characteristic, is small. R is the voltage change Δ of the negative resistance element at I=ip
The larger Vp (-Vpp -Vp) becomes, the larger it becomes.

Rが小さい理由は負性抵抗素子として通常の二重障壁型
共鳴トンネルダイオードを想定しているのでΔ■2が1
層程度と小さいためである。
The reason why R is small is that a normal double-barrier resonant tunnel diode is assumed as the negative resistance element, so Δ■2 is 1.
This is because it is as small as a layer.

さらに、前述の光双安定素子ではアンド型の論理しかで
きなかった。本発明の目的は上記の問題点を解決し、オ
ンオフ比が大きな光双安定素子を実現すること、および
同一の素子でアンド型とナンド型の論理の反転を可能に
することにある。
Furthermore, the above-mentioned optical bistable device could only perform AND-type logic. An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to realize an optical bistable device with a large on-off ratio, and to make it possible to invert AND-type and NAND-type logic with the same device.

(課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するために、本発明は、光起電力、な
らびに光変調用pinダイオードと負性抵抗素子と電圧
源から構成される光双安定素子において、 (1)負性抵抗素子が共鳴トンネル型多重量子井戸構造
を持ち、さらに井戸層となる半導体層に導電型を有する
不純物がドープされていることを特徴としている。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides an optical bistable element composed of a photovoltaic force, a pin diode for optical modulation, a negative resistance element, and a voltage source. (1) The negative resistance element has a resonant tunneling multiple quantum well structure, and is further characterized in that the semiconductor layer serving as the well layer is doped with an impurity having a conductivity type.

従来の技術と異なる点は、以下の通りである。The differences from the conventional technology are as follows.

a、共鳴トンネル型多重量子井戸構造を負性抵抗素子に
用いることによりΔ■2が5■以上と大きくなり、オン
オフ比の大きな光双安定素子を実現することができる。
a. By using a resonant tunneling multiple quantum well structure as a negative resistance element, Δ■2 becomes large to 5 or more, and an optical bistable element with a large on-off ratio can be realized.

b、共鳴トンネル型多重量子井戸構造を持つ負性抵抗素
子の井戸層となる半導体層に導電型を有する不純物をド
ープすることにより室温動作が可能な光双安定素子を実
現することができる。
b. By doping a semiconductor layer serving as a well layer of a negative resistance element having a resonant tunneling multi-quantum well structure with an impurity having a conductivity type, an optical bistable element capable of operating at room temperature can be realized.

(2)上記の素子において、電圧源を可変電圧電源にす
ることにより、設定電圧量によりアンド型とナンド型に
論理を反転させることができる。
(2) In the above element, by using a variable voltage power source as the voltage source, the logic can be inverted between AND type and NAND type depending on the set voltage amount.

以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

(実施例) 第4図に共鳴トンネル型多重量子井戸構造を有する負性
抵抗素子の実施例の断面図を示す。これはn型1nP基
板41、n型1nAIAs半導体層42、バリア層とな
るアンドープInAlAs層43aと井戸層となるIn
GaAs層43bを交互に積層した多重量子井戸層43
、およびP型InAlAs半導体層44を具えている。
(Example) FIG. 4 shows a cross-sectional view of an example of a negative resistance element having a resonant tunneling multiple quantum well structure. This consists of an n-type 1nP substrate 41, an n-type 1nAIAs semiconductor layer 42, an undoped InAlAs layer 43a serving as a barrier layer, and an InAlAs layer 43a serving as a well layer.
Multiple quantum well layer 43 in which GaAs layers 43b are alternately laminated
, and a P-type InAlAs semiconductor layer 44.

また、AuGeNi層で形成したn電極45と^uZn
Ni層で形成したn電極46が具えられている。33b
の井戸層のInGaAs層は特許請求の範囲1に対応し
たアンドープ層の場合と、特許請求の範囲2に対応した
n型層あるいはn型層の場合がある。
In addition, the n-electrode 45 formed of the AuGeNi layer and the ^uZn
An n-electrode 46 made of a Ni layer is provided. 33b
The InGaAs layer of the well layer may be an undoped layer according to claim 1, or an n-type layer or an n-type layer according to claim 2.

この素子の室温における電流−電圧特性(実線)を第5
図に示す。−例として量子井戸数は50で、井戸層のI
nAIA sはアンドープである。Δ■が約5Vときわ
めて大きい値の負性抵抗特性が得られている。このΔ■
の値は量子井戸数を変えることにより自由に調整できる
。図中には二重障壁型共鳴トンふルダの電流−電圧特性
も破線で示しであるが、量子井戸構造を導入することに
よりΔVが大きくでき、オンオフ比Rの改善ができる。
The current-voltage characteristics (solid line) of this device at room temperature are
As shown in the figure. - For example, the number of quantum wells is 50, and the I of the well layer is
nAIAs are undoped. Negative resistance characteristics with an extremely large value of Δ■ of approximately 5V were obtained. This Δ■
The value of can be freely adjusted by changing the number of quantum wells. In the figure, the current-voltage characteristics of the double-barrier resonant transistor are also shown by broken lines, and by introducing a quantum well structure, ΔV can be increased and the on-off ratio R can be improved.

また、InAlAs井戸層をn型あるいはP型にドープ
した場合も同様の結果が得られる。
Further, similar results can be obtained when the InAlAs well layer is doped to be n-type or p-type.

第6図は多重量子井戸構造pinダイオードの吸収係数
の光子エネルギー依存性をダイオードに印加される逆バ
イアス電圧をパラメータとして示している。ダイオード
はn型1nP基板上にn型InAlAs半導体層、多重
量子井戸構造のi層、p型1nAIAs半導体層を積層
した構造になっており、i層は1nGaAs層(厚さ6
7オングストローム)とInAlAs層(厚さ50オン
グストローム)を交互に50周期積層させた構造からな
っている。電圧を増加させるに従って吸収ピークは低エ
ネルギー側にシフトしている。
FIG. 6 shows the photon energy dependence of the absorption coefficient of a multi-quantum well structure pin diode using the reverse bias voltage applied to the diode as a parameter. The diode has a structure in which an n-type InAlAs semiconductor layer, an i-layer with a multi-quantum well structure, and a p-type 1nAIAs semiconductor layer are stacked on an n-type 1nP substrate.
It has a structure in which 50 cycles of AlAs layers (7 angstroms thick) and InAlAs layers (50 angstroms thick) are stacked alternately. As the voltage increases, the absorption peak shifts to the lower energy side.

第1図は本発明にかかわる光双安定素子の等価回路を示
すものである。多重量子井戸構造pinダイオード11
と、共鳴トンネル型多重量子井戸構造負性抵抗素子12
と、可変電圧電源13とが直列接続されている。pin
ダイオード11と、共鳴トンネル型多重量子井戸負性抵
抗素子12は互いに極性が逆向きになるように接続され
ている。可変電圧電源13はpin構造ダイオード11
が逆バイアスされるように接続されている。
FIG. 1 shows an equivalent circuit of an optical bistable device according to the present invention. Multiple quantum well structure pin diode 11
and resonant tunneling multi-quantum well structure negative resistance element 12
and a variable voltage power supply 13 are connected in series. pin
The diode 11 and the resonant tunneling multi-quantum well negative resistance element 12 are connected so that their polarities are opposite to each other. The variable voltage power supply 13 is a pin structure diode 11
is connected so that it is reverse biased.

本光双安定素子の光入出力特性は以下の通りである。The optical input/output characteristics of this optical bistable device are as follows.

無バイアス時のエキシトンピーク波長(1,50μm)
より長波長側の1.52μmの光源で光双安定素子を動
作させた時の光入出力特性を第7図に示す。この動作波
長は第6図の図中の矢印■の位置に設定した場合である
。第7図(a)は可変電圧電源の電圧を5■一定と設定
して第6図中のB点とA点の間で双安定動作させた場合
、第7図(b)は可変電圧電源の電圧を12V一定とし
て第6図の中の0点とB点の間で双安定動作させた場合
である。(a)ではアンド型、(b)ではナンド型の双
安定動作が得られており、バイアス条件により論理を反
転させることができる。また電圧量が一定の場合にも動
作波長を変えることにより同様の論理の反転ができる。
Exciton peak wavelength at no bias (1.50μm)
FIG. 7 shows the optical input/output characteristics when the optical bistable element is operated with a 1.52 μm light source on the longer wavelength side. This operating wavelength is set at the position indicated by the arrow ■ in FIG. 6. Figure 7 (a) shows the case where the voltage of the variable voltage power supply is set to 5■ constant and bistable operation is performed between points B and A in Figure 6, and Figure 7 (b) shows the variable voltage power supply. This is a case where bistable operation is performed between point 0 and point B in FIG. 6 with the voltage constant at 12V. In (a), an AND-type bistable operation is obtained, and in (b), a NAND-type bistable operation is obtained, and the logic can be reversed depending on the bias conditions. Furthermore, even when the amount of voltage is constant, a similar logic inversion can be achieved by changing the operating wavelength.

光双安定特性が得られる動作範囲はpinダイオードに
かかる逆バイアス電圧により吸収係数の変わる波長範囲
である。例えば、第6図に示されるような電圧変化が起
こった場合に動作波長範囲は矢印■〜■の間となり、非
常に広い範囲で光双安定変化が得られることになる。
The operating range in which optical bistable characteristics can be obtained is the wavelength range in which the absorption coefficient changes depending on the reverse bias voltage applied to the pin diode. For example, when a voltage change as shown in FIG. 6 occurs, the operating wavelength range will be between arrows (1) and (2), and optical bistable changes will be obtained over a very wide range.

またこの光双安定素子において、スイッチングが起こる
光強度は負性抵抗素子のピークおよびハレイ電流値によ
り自由に設定できる。この負性抵抗素子のピークおよび
バレイ電流値は素子面積に比例するので、負性抵抗素子
の素子面積によりスイッチング光強度を自由に変化させ
ることができる。例えば、負性抵抗素子の面積を小さく
することによりスイッチング光強度を小さくすることが
可能である。
Further, in this optical bistable element, the light intensity at which switching occurs can be freely set by the peak of the negative resistance element and the Halley current value. Since the peak and valley current values of this negative resistance element are proportional to the element area, the switching light intensity can be freely changed depending on the element area of the negative resistance element. For example, it is possible to reduce the switching light intensity by reducing the area of the negative resistance element.

第1図の光双安定素子は光をpinダイオードのi層に
垂直方向に入射させる垂直光入射型であるが、光をi層
に平行に入射させる導波型も可能である。この場合には
垂直光入射型よりも大きなオンオフ比を得ることができ
る。
The optical bistable element shown in FIG. 1 is of a vertical light incidence type in which light is incident perpendicularly to the i-layer of a pin diode, but a waveguide type in which light is incident in parallel to the i-layer is also possible. In this case, a larger on-off ratio can be obtained than in the vertical light incidence type.

第8図にはこの光双安定素子をモノリシック集積させた
場合の断面図を示している。これはn型InP基板81
、n型1nAIAs半導体層82、InAlAs層83
aとInGaAs層83bを交互に積層した多重量子井
戸構造の1層83、p型1nAIAs半導体層84、バ
リア層となるアンドープInAlAs層85aと井戸層
となるn型ドープInGaAsJW 85 bを交互に
積層した多重量子井戸層85、n型りn^IAs層86
を具えている。ここで82〜84はpinダイオード、
84〜86は負性抵抗素子を形成している。また、ポリ
イミド膜87、AuGeNi層で形成したn電極88、
Ti/Au蒸着膜89が具えられている。前述のように
pinダイオードの光電流と負性抵抗素子のピーク電流
の整合を取るために負性抵抗素子の部分は小さくしであ
る。本素子のピーク電流の整合を取るために負性抵抗素
子の部分は小さくしである。本素子についても第7図と
同様の光入出力特性を得ることができる。
FIG. 8 shows a cross-sectional view of a monolithically integrated optical bistable device. This is an n-type InP substrate 81
, n-type 1nAIAs semiconductor layer 82, InAlAs layer 83
One layer 83 having a multi-quantum well structure in which A and InGaAs layers 83b are alternately laminated, a p-type 1nAIAs semiconductor layer 84, an undoped InAlAs layer 85a serving as a barrier layer, and an n-type doped InGaAsJW 85b serving as a well layer are alternately laminated. Multiple quantum well layer 85, n-type n^IAs layer 86
It is equipped with Here, 82 to 84 are pin diodes,
84 to 86 form negative resistance elements. In addition, a polyimide film 87, an n-electrode 88 formed of an AuGeNi layer,
A Ti/Au deposited film 89 is provided. As mentioned above, the portion of the negative resistance element is made small in order to match the photocurrent of the pin diode and the peak current of the negative resistance element. In order to match the peak current of this device, the negative resistance element portion is kept small. The same optical input/output characteristics as shown in FIG. 7 can be obtained with this element as well.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明によりオンオフ比が大きく
、室温動作が可能な光双安定素子を提供することができ
る。なお本素子は動作波長の自由度が大きく、かつスイ
ッチング光強度を自由に変えられるという利点を有して
いる。さらに、本素子はバイアス条件、波長条件により
同一素子で論理反転ができるというこれまでにない特徴
をもっている。本発明素子はモノリシック化が可能であ
るため、大規模な集積化にも適している。以上のことか
ら本発明により複雑な光情報処理を高い信頼性で行うこ
とができる。
(Effects of the Invention) As described above, the present invention can provide an optical bistable element with a large on-off ratio and capable of operating at room temperature. Note that this device has the advantage of having a large degree of freedom in operating wavelength and being able to freely change the switching light intensity. Furthermore, this device has an unprecedented feature in that logic can be inverted with the same device depending on bias conditions and wavelength conditions. Since the device of the present invention can be made monolithic, it is also suitable for large-scale integration. From the above, the present invention allows complex optical information processing to be performed with high reliability.

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

第1図は本発明素子の等価回路を示し、第2図は従来の
光双安定素子を示し、 第3図は従来の光双安定素子の動作原理を示し、(a)
は負性抵抗素子と定電圧源を組み合わせた部分の電流〜
電圧特性、(b)は光双安定素子の光入出力特性を示し
、 第4図は本発明素子に用いた負性抵抗素子の断面図であ
り4、 第5図は共鳴トンネル型多重量子井戸型負性抵抗素子(
実線)および二重障壁型共鳴トンネルダイオード(破線
)の電流−電圧特性を示し、第6図は逆バイアス電圧を
パラメータとして示した多重量子井戸構造pinダイオ
ードの吸収係数の光子エネルギー依存性を示し、 第7図は本発明素子の光入力強度対光出力強度特性を示
し、(a)はバイアスとして可変電圧電源により5■を
印加した場合、(b)は可変電圧電源により12Vを印
加した場合であり、第8図は本発明素子のモノリシック
構造の断面図である。 11・・・多重量子井戸構造pinダイオード12・・
・共鳴トンネル型多重量子井戸構造負性抵抗素子 13・・・可変電圧電源 14・・・入力光 15・・・出力光 21・・・pinダイオード 22・・・二重障壁型共鳴トンネルダイオード(DB−
RTD)23・・・定電圧電源 24・・・入力光 25・・・出力光 31 a 〜39 a + 31 a 〜39 b −
・・動作点41・・・n型InP基板 42・・・n型InAlAs半導体層 43・・・多重量子井戸層 43a・・・アンドープInAlAs層(バリア層)4
3 b −1nGaAs層(井戸層)44−P型!nA
lAs半導体層 45−n電極(AuGeNi層) 46−n電極(AuZnNi層) 81・・・n型InP基板 82”−n型1nAIAs半導体層 83・・・多重量子井戸層 83 a ・” InAlAs層 83 b ・−InGaAs層 84−p型1nAIAs半導体層 85・・・多重量子井戸層 85a・・・アンドープInAlAs層85 b ・n
型ドープInGaAs層86−n型1nAIAs層 87・・・ポリイミド膜 88・n電極(AuGeNi層) 89・・・Ti/八Uへ着膜
Fig. 1 shows an equivalent circuit of the device of the present invention, Fig. 2 shows a conventional optical bistable device, and Fig. 3 shows the operating principle of the conventional optical bistable device.
is the current of the combination of negative resistance element and constant voltage source ~
(b) shows the optical input/output characteristics of the optical bistable device, FIG. 4 is a cross-sectional view of the negative resistance element used in the device of the present invention, and FIG. 5 shows the resonant tunneling multi-quantum well. Type negative resistance element (
Figure 6 shows the photon energy dependence of the absorption coefficient of a multi-quantum well structure pin diode with reverse bias voltage as a parameter. Figure 7 shows the optical input intensity vs. optical output intensity characteristics of the device of the present invention; (a) shows the case when 5 µ is applied as a bias from the variable voltage power source, and (b) shows the case when 12 V is applied from the variable voltage power source. 8 is a cross-sectional view of the monolithic structure of the device of the present invention. 11...Multi-quantum well structure pin diode 12...
- Resonant tunnel type multiple quantum well structure negative resistance element 13... Variable voltage power supply 14... Input light 15... Output light 21... Pin diode 22... Double barrier type resonant tunnel diode (DB −
RTD) 23... Constant voltage power supply 24... Input light 25... Output light 31 a ~ 39 a + 31 a ~ 39 b −
...Operating point 41...N-type InP substrate 42...N-type InAlAs semiconductor layer 43...Multiple quantum well layer 43a...Undoped InAlAs layer (barrier layer) 4
3 b -1nGaAs layer (well layer) 44-P type! nA
lAs semiconductor layer 45-n electrode (AuGeNi layer) 46-n electrode (AuZnNi layer) 81...n-type InP substrate 82''-n-type 1nAIAs semiconductor layer 83...multiple quantum well layer 83a.'' InAlAs layer 83 b ・-InGaAs layer 84 - p-type 1n AIAs semiconductor layer 85...Multiple quantum well layer 85a...Undoped InAlAs layer 85 b ・n
Type-doped InGaAs layer 86 - n-type 1n AIAs layer 87...polyimide film 88, n-electrode (AuGeNi layer) 89... film deposited on Ti/8U

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、pinダイオードと負性抵抗素子の直列接続により
構成され、同一の光入力強度に対して2つの異なった出
力光強度の安定状態を生ずる光双安定素子において、 該pinダイオードはp型導電性を有する層(p層)と
、高抵抗で電気的絶縁性を有する層(i層)と、n型導
電性を有する層(n層)とで形成され、p層側もしくは
n層からi層に入射した光入力により光電流を生じると
ともに、その両端に加えられた印加電圧を変化させるこ
とによりi層中の光の透過率が変化しn層側もしくはp
層側に出射される光出力強度を変調できる機能を有し、 該負性抵抗素子はp層とn層の間に、バリ ア層と井戸層の積層構造で形成される多重量子井戸構造
を有し、 かつこの双安定素子の両端に電圧源を接続 して動作させることを特徴とする光双安定素子。 2、pinダイオードと負性抵抗素子の直列接続により
構成され、同一の光入力強度に対して2つの異なった出
力光強度の安定状態を生ずる光双安定素子において、 該pinダイオードはp型導電性を有する層(p層)と
、高抵抗で電気的絶縁性を有する層(i層)と、n型導
電性を有する層(n層)とで形成され、p層側もしくは
n層側に入射した光入力により光電流を生じるとともに
、その両端に加えられた印加電圧を変化させることによ
りi層中の光の透過率が変化しn層側もしくはp層側に
出射される光出力強度を変調できる機能を有し、 該負性抵抗素子はp層とn層の間に、バリ ア層と井戸層の積層構造で形成される多重量子井戸構造
を有し、かつ多重量子井戸構造の井戸層に導電型を有す
る不純物がドープされており、 かつこの双安定素子の両端に電圧源を接続 して動作させることを特徴とする光双安定素子。 3、請求項1あるいは2に記載の素子において、特に電
圧源を可変電圧電源とし、設定電圧量により光入力と光
出力との関係がアンド型とナンド型に論理反転させるこ
とができることを特徴とする光双安定素子の駆動方法。
[Claims] 1. In an optical bistable element that is configured by a series connection of a pin diode and a negative resistance element and produces stable states of two different output light intensities for the same optical input intensity, the pin A diode is formed of a layer with p-type conductivity (p-layer), a layer with high resistance and electrical insulation (i-layer), and a layer with n-type conductivity (n-layer). Alternatively, a photocurrent is generated by light input from the n-layer to the i-layer, and the transmittance of light in the i-layer changes by changing the voltage applied to both ends of the photocurrent.
It has a function of modulating the intensity of light output emitted to the layer side, and the negative resistance element has a multi-quantum well structure formed of a stacked structure of a barrier layer and a well layer between the p layer and the n layer. An optical bistable element characterized in that the bistable element is operated by connecting a voltage source to both ends of the bistable element. 2. In an optical bistable element that is composed of a series connection of a pin diode and a negative resistance element and produces two stable states of different output light intensities for the same optical input intensity, the pin diode has p-type conductivity. (p layer), a layer with high resistance and electrical insulation (i layer), and a layer with n-type conductivity (n layer). The optical input generates a photocurrent, and by changing the voltage applied to both ends of the photocurrent, the transmittance of light in the i-layer changes, modulating the intensity of the optical output emitted to the n-layer side or p-layer side. The negative resistance element has a multi-quantum well structure formed of a stacked structure of a barrier layer and a well layer between a p-layer and an n-layer, and a well layer of the multi-quantum well structure. An optical bistable element doped with an impurity having a conductivity type, and operated by connecting a voltage source to both ends of the bistable element. 3. The device according to claim 1 or 2, wherein the voltage source is a variable voltage power source, and the relationship between the optical input and the optical output can be logically inverted between an AND type and a NAND type depending on a set voltage amount. A method for driving optical bistable devices.
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