JPH0359549A - 半導体光学処理素子とその素子を具備する光処理装置 - Google Patents
半導体光学処理素子とその素子を具備する光処理装置Info
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- JPH0359549A JPH0359549A JP2180754A JP18075490A JPH0359549A JP H0359549 A JPH0359549 A JP H0359549A JP 2180754 A JP2180754 A JP 2180754A JP 18075490 A JP18075490 A JP 18075490A JP H0359549 A JPH0359549 A JP H0359549A
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices
-
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- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
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- G02F1/01716—Optically controlled superlattice or quantum well devices
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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。
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、光論理素子及び光学的又は電子的に制御させ
る光切換素子を含む光処理装置、特に、半導体メサ構造
を持つ上記光素子に関する。
る光切換素子を含む光処理装置、特に、半導体メサ構造
を持つ上記光素子に関する。
(従来技術)
半導体光論理素子(論理ゲート)、及び、光学的又は電
子的に制御される光切換素子(光スィッチ)は電気通信
のような様々な情況において有用である。これらの素子
は一般に(二値ディジタルに)パルス化された制御信号
(A)と、要求される素子が光論理ゲートか光スィッチ
かによってパルス化される又はされない被制御光ビーム
(B)からなる入力によって動作する。“パルス化され
る′とは、あらゆる瞬間における制御信号が一般に“ゼ
ロ(0)”と“イチ(1)”又は“低”と“高”にラベ
ルされる2つの強さの両方を持ち得ることが意味する。
子的に制御される光切換素子(光スィッチ)は電気通信
のような様々な情況において有用である。これらの素子
は一般に(二値ディジタルに)パルス化された制御信号
(A)と、要求される素子が光論理ゲートか光スィッチ
かによってパルス化される又はされない被制御光ビーム
(B)からなる入力によって動作する。“パルス化され
る′とは、あらゆる瞬間における制御信号が一般に“ゼ
ロ(0)”と“イチ(1)”又は“低”と“高”にラベ
ルされる2つの強さの両方を持ち得ることが意味する。
従来技術において、このよう下、“1” ;A−1)の
場合、被制御ビームBを利用手段へ出力し、制御信号A
が“低″ (以下、“0” ;A−0)の場合、被制御
ビームBを出力しない特性を持つ光能動素子、すなわち
正のスイッチ又は、論理ゲートAB即ち、“AND”、
又は、Aが低(A−0)の時、Bを出力し1、Aが“高
” (A−1)の時、Bを出力しない−すなわち負又は
反転光スイッチ、論理−AB素子を利用している。
場合、被制御ビームBを利用手段へ出力し、制御信号A
が“低″ (以下、“0” ;A−0)の場合、被制御
ビームBを出力しない特性を持つ光能動素子、すなわち
正のスイッチ又は、論理ゲートAB即ち、“AND”、
又は、Aが低(A−0)の時、Bを出力し1、Aが“高
” (A−1)の時、Bを出力しない−すなわち負又は
反転光スイッチ、論理−AB素子を利用している。
アプライド フィジックスレターズ(Applfed
Physics Letters)50巻795頁
〜797頁に発表されたタイら(K。
Physics Letters)50巻795頁
〜797頁に発表されたタイら(K。
Ta1)による論文’InGaAs/InP多重量子井
戸で作られるピコジュール切換エネルギーによる1、5
5−μm光論理エタロン(Etalon)“において、
ファプリーペロー(Fabry−Perot)エタロン
(多重反射干渉計)内に配置されるインジウム−ん化物
を基板とする多重量子井戸構造を含む光スィッチは、制
御信号が約1.06μmの波長の光ビームAであり、被
制御ビームBが約1.55μmの波長を持つように発表
されている。3業間では周知のようにエタロンの目的は
制御ビームAが存在する場合対不存在の場合の出力の対
照比率(contrast ratio)を増加させ
ることである。
戸で作られるピコジュール切換エネルギーによる1、5
5−μm光論理エタロン(Etalon)“において、
ファプリーペロー(Fabry−Perot)エタロン
(多重反射干渉計)内に配置されるインジウム−ん化物
を基板とする多重量子井戸構造を含む光スィッチは、制
御信号が約1.06μmの波長の光ビームAであり、被
制御ビームBが約1.55μmの波長を持つように発表
されている。3業間では周知のようにエタロンの目的は
制御ビームAが存在する場合対不存在の場合の出力の対
照比率(contrast ratio)を増加させ
ることである。
[発明が解決しようとする課題]
しかし、それらが、高速ディジタル光電気通信と光論理
のような高速動作環境での使用により実用的となるため
には、これらの素子の切換速度を増加させることが望ま
しい。
のような高速動作環境での使用により実用的となるため
には、これらの素子の切換速度を増加させることが望ま
しい。
[課題を解決するための手段及び作用]半導体多重量子
井戸メサ構造からなる光処理素子の光切換速度の増加は
、電荷キャリアの表面再結合速度を増加するために、不
純物を内部に導入した側表面を持たせることによって達
成される。
井戸メサ構造からなる光処理素子の光切換速度の増加は
、電荷キャリアの表面再結合速度を増加するために、不
純物を内部に導入した側表面を持たせることによって達
成される。
本発明の実施例において、インジウム−りん化物基板が
、各々インジウム−ガリウム−ひ化物とインジウム−り
ん化物の交互の層からなる複数の多重量子井戸メサ構造
を支持している。各メサの側表面には、電荷キャリアの
表面再結合速度を増加させるために、ひ素のような不純
物が添加されており、それによって、メサ構造が光論理
又は切換に使用される場合に、動作速度が増加される。
、各々インジウム−ガリウム−ひ化物とインジウム−り
ん化物の交互の層からなる複数の多重量子井戸メサ構造
を支持している。各メサの側表面には、電荷キャリアの
表面再結合速度を増加させるために、ひ素のような不純
物が添加されており、それによって、メサ構造が光論理
又は切換に使用される場合に、動作速度が増加される。
(実施例の説明)
光処理素子1000 (第1図)は、半絶縁姓のインジ
ウム−りん化物の本体10(“基板″)を含み、その上
に、光反射器(鏡)201−202、多重量子井戸11
,12,13.・・・199.200、鏡301が堆積
されている。鏡201−202及び301の各々は、そ
れ自体、インジウム−りん化物と、インジウム−ガリウ
ム−ひ化物又はインジウム−アルミニウムーひ化物の多
重の交互の層(図示せず)のような多層構造であり、周
知の化学ビームエピタキシーによって堆積されている。
ウム−りん化物の本体10(“基板″)を含み、その上
に、光反射器(鏡)201−202、多重量子井戸11
,12,13.・・・199.200、鏡301が堆積
されている。鏡201−202及び301の各々は、そ
れ自体、インジウム−りん化物と、インジウム−ガリウ
ム−ひ化物又はインジウム−アルミニウムーひ化物の多
重の交互の層(図示せず)のような多層構造であり、周
知の化学ビームエピタキシーによって堆積されている。
これらの各層は約0. 1マイクロメータの厚さを持ち
、従って、各々の鏡は、1.55マイクロメータの波長
において、約92.5%の反射を行う。
、従って、各々の鏡は、1.55マイクロメータの波長
において、約92.5%の反射を行う。
これらの鏡の間には、インジウム−ガリウム−ひ化物1
1,13.・・・199と、インジウム−りん化物12
.・・・、200の交互の層、全体で200層からなる
複数の多重量子井戸メサ構造101゜102・・・が配
置されている。周知のように、これらの量子井戸層も、
また化学ビームエピタキシーによって形成される。既知
の異方性プラズマエッチング技術が、鏡301、多重量
子井戸11,12.・・・199,200、鏡202に
適用され、これによりメサ101,102.・・・が形
成される。
1,13.・・・199と、インジウム−りん化物12
.・・・、200の交互の層、全体で200層からなる
複数の多重量子井戸メサ構造101゜102・・・が配
置されている。周知のように、これらの量子井戸層も、
また化学ビームエピタキシーによって形成される。既知
の異方性プラズマエッチング技術が、鏡301、多重量
子井戸11,12.・・・199,200、鏡202に
適用され、これによりメサ101,102.・・・が形
成される。
これらの各メサは、従って、層11,12.・・・19
9.200によって、形成される多重量子井戸メサ構造
を含む。
9.200によって、形成される多重量子井戸メサ構造
を含む。
格子整合のために、インジウム−ガリウム−ひ化物層1
1.13、・・・199内のインジウム対ガリウムのモ
ル比は0.53対0.47である。これらの各インジウ
ム−ガリウム−ひ化物層11゜・・・、199には、不
純物は添加されておらず、10ナノメータの厚さを持つ
。各インジウム−りん化物層12.・・・、200もま
た、不純物は添加されておらず、15ナノメータの厚さ
である。
1.13、・・・199内のインジウム対ガリウムのモ
ル比は0.53対0.47である。これらの各インジウ
ム−ガリウム−ひ化物層11゜・・・、199には、不
純物は添加されておらず、10ナノメータの厚さを持つ
。各インジウム−りん化物層12.・・・、200もま
た、不純物は添加されておらず、15ナノメータの厚さ
である。
鏡201−202及び301は、内部に多重量子井戸メ
サ構造が配置されているファプリーペロート(Fabr
y−Perot)干渉計(エタロン)を提供する。
サ構造が配置されているファプリーペロート(Fabr
y−Perot)干渉計(エタロン)を提供する。
メサ形成後、メサ101,102.・・・の側表面−す
なわち鏡202の上端から鏡301の底部までにわたる
円筒形状の表面・・・は、電荷キャリアの再結合速度を
増加させるために、多重量子井戸メサ構造11.12,
13.−199,200内に表面再結合中心を導入する
処理段階を経る。例えば、1平方センチメートルあたり
1012−1o 13の量のひ素イオンが、これらの側
表面内に約2゜KeVで添加される。あるいは、酸素の
ような他のイオンも使用できる。あるいは、金、チタン
及びそれに類似するどんな金属も、1平方センチメ2 一トルあたり10 −1014の量を添加でき、それら
は、側表面の近隣を、本質的にバンドギャップ−ゼロの
半導体物質又は金属に変換し、表面付近の電荷キャリア
の再結合を速くする。
なわち鏡202の上端から鏡301の底部までにわたる
円筒形状の表面・・・は、電荷キャリアの再結合速度を
増加させるために、多重量子井戸メサ構造11.12,
13.−199,200内に表面再結合中心を導入する
処理段階を経る。例えば、1平方センチメートルあたり
1012−1o 13の量のひ素イオンが、これらの側
表面内に約2゜KeVで添加される。あるいは、酸素の
ような他のイオンも使用できる。あるいは、金、チタン
及びそれに類似するどんな金属も、1平方センチメ2 一トルあたり10 −1014の量を添加でき、それら
は、側表面の近隣を、本質的にバンドギャップ−ゼロの
半導体物質又は金属に変換し、表面付近の電荷キャリア
の再結合を速くする。
一般に、1ナノ秒の切換速度に対して、メサの直径は約
5μmである。1.0又は0,8μmメサ直径にすれば
、約25倍以上で速度になるであろう。
5μmである。1.0又は0,8μmメサ直径にすれば
、約25倍以上で速度になるであろう。
第2図に示すように、光処理素子100oは、本質的に
単色の光ビームA及びBが入力であり、本質的に単色の
光ビームXが出力である光切換装置内において、その反
射モードで使用される。AとBの波長は、各々約0.9
と1.55マイクロメートルである。光源1001はビ
ームAを供給し、光源1002はビームBを供給する。
単色の光ビームA及びBが入力であり、本質的に単色の
光ビームXが出力である光切換装置内において、その反
射モードで使用される。AとBの波長は、各々約0.9
と1.55マイクロメートルである。光源1001はビ
ームAを供給し、光源1002はビームBを供給する。
ビームAはパルス状ビームで、ビームBは連続ビームで
ある。第1の光学鎖素子501は、ビームAを反射する
が、ビームBは透過するように設計されている。第2の
光学鎖素子502は、ビーム分割鏡として、すなわちビ
ームBの強度の約2分の1を反射し、他の半分を透過す
るように設計されている。このようにして、ビームA及
びBは両方素子1000のメサ101.102.・・・
上表面上に垂直に入射し、それにより、メサの側面の電
界強度がゼロとなるように、これらのメサ内を電磁導波
路モードにおいて、上下に伝達する。再結合中心が位置
しているこれらの側表面において、電磁場が消滅するの
は好都合であり、そうでなければ、半導体の吸収端(a
bsorption edge)が広くなり、従って
、素子の感度が減少され、好ましくない。ビームAの強
度のわずかな増加が、出力Xの強度の大きな増加につな
がることが望ましい。
ある。第1の光学鎖素子501は、ビームAを反射する
が、ビームBは透過するように設計されている。第2の
光学鎖素子502は、ビーム分割鏡として、すなわちビ
ームBの強度の約2分の1を反射し、他の半分を透過す
るように設計されている。このようにして、ビームA及
びBは両方素子1000のメサ101.102.・・・
上表面上に垂直に入射し、それにより、メサの側面の電
界強度がゼロとなるように、これらのメサ内を電磁導波
路モードにおいて、上下に伝達する。再結合中心が位置
しているこれらの側表面において、電磁場が消滅するの
は好都合であり、そうでなければ、半導体の吸収端(a
bsorption edge)が広くなり、従って
、素子の感度が減少され、好ましくない。ビームAの強
度のわずかな増加が、出力Xの強度の大きな増加につな
がることが望ましい。
出力ビームX(波長−1,55マイクロメートル)は素
子1000から発射し、鏡素子501を通過し、ビーム
分割鏡502によって部分的に反射され、1.55マイ
クロメートルの波長でのビームXの光放射を検出し利用
する光検出及び利用手段上に入射する。素子1000の
パラメータは必要があれば試行錯誤によって、ビームB
が素子上に入射する場合、ビームAがない時は、素子1
000内に形成されたファプリーベロー干渉計からはほ
とんどビームBが反射されないように設計される。従っ
て、所定の比較的小さい強度のビームAが素子1000
上に入射すると、ビームAの屈折率と吸収端への非線形
的影響は、ビームXを形成する為に、ファプリーペロー
から反射される比較的大きいビームBの部分となる。従
って論理回路の観点から、X−AB (即ちX−Aan
dB)となる。すなわちBの存在下では、XはAの存在
下でのみ感知でき、これは、ビームBのビームAによる
光切換のために望ましい。
子1000から発射し、鏡素子501を通過し、ビーム
分割鏡502によって部分的に反射され、1.55マイ
クロメートルの波長でのビームXの光放射を検出し利用
する光検出及び利用手段上に入射する。素子1000の
パラメータは必要があれば試行錯誤によって、ビームB
が素子上に入射する場合、ビームAがない時は、素子1
000内に形成されたファプリーベロー干渉計からはほ
とんどビームBが反射されないように設計される。従っ
て、所定の比較的小さい強度のビームAが素子1000
上に入射すると、ビームAの屈折率と吸収端への非線形
的影響は、ビームXを形成する為に、ファプリーペロー
から反射される比較的大きいビームBの部分となる。従
って論理回路の観点から、X−AB (即ちX−Aan
dB)となる。すなわちBの存在下では、XはAの存在
下でのみ感知でき、これは、ビームBのビームAによる
光切換のために望ましい。
ビームA内のノイズに対するより良い免疫性のために、
ビームAへの感度を多少犠牲にして、ビームAが全くの
ゼロではなく、上述の所定の比較的小さい強度の部分(
例、約0,3)に等しい場合に、ビームBの強度の絶対
最小値が起るように、素子のパラメータにわずかなオフ
セットを組み入れ可能である。
ビームAへの感度を多少犠牲にして、ビームAが全くの
ゼロではなく、上述の所定の比較的小さい強度の部分(
例、約0,3)に等しい場合に、ビームBの強度の絶対
最小値が起るように、素子のパラメータにわずかなオフ
セットを組み入れ可能である。
一実施例に関し本発明を詳細に記述したが、本発明の範
囲を離れない種々の応用がなされ得る。例えば、反射モ
ードの代わりにエタロンの透過モードを使用することが
でき、この場合は、検出手段1003は、素子1000
の他端に位置しB−1で、出力X−−ABである。また
AとB両方が論理変数であるように、ビームAとBの両
方をパルス化でき、エタロンによる反射後のXの検出の
場合は、X−AB、エタロン透過後のXの検出の場合は
、X−−ABである(ここで、−Aは、Aの符号反転を
表す)。
囲を離れない種々の応用がなされ得る。例えば、反射モ
ードの代わりにエタロンの透過モードを使用することが
でき、この場合は、検出手段1003は、素子1000
の他端に位置しB−1で、出力X−−ABである。また
AとB両方が論理変数であるように、ビームAとBの両
方をパルス化でき、エタロンによる反射後のXの検出の
場合は、X−AB、エタロン透過後のXの検出の場合は
、X−−ABである(ここで、−Aは、Aの符号反転を
表す)。
さらに鏡に不純物を添加するか、又は他の方法でそれら
を電気的に導電性にすること及び、これらの鏡に電極を
取り付けることによって、ビームBを電極に供給される
電気信号Aによって電子的に制御することが可能であり
、それにより電子的に制御される光変調器、スイッチ又
は論理素子が形成できる。
を電気的に導電性にすること及び、これらの鏡に電極を
取り付けることによって、ビームBを電極に供給される
電気信号Aによって電子的に制御することが可能であり
、それにより電子的に制御される光変調器、スイッチ又
は論理素子が形成できる。
上記の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲の包含
される。
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲の包含
される。
特許請求の範囲に記載された参照番号は、発明の容易な
る理解のためで、その範囲を制限するよう解釈されるべ
きではない。
る理解のためで、その範囲を制限するよう解釈されるべ
きではない。
第1図は、本発明の特定の実施例に従った光処理素子の
図、 第2図は、第1図に示される素子を用いた光論理装置を
示す概略図である。
図、 第2図は、第1図に示される素子を用いた光論理装置を
示す概略図である。
Claims (8)
- (1)電荷キャリアの表面再結合速度を増加させるため
に側表面内に不純物を導入し、それによって素子の光切
換速度を増加させることを特徴とする多重量子井戸メサ
構造(11、12、・・・・・・200)を具備するこ
とを特徴とする半導体光学処理素子(1000)。 - (2)多重量子井戸構造が、インジウムを含むことを特
徴とする請求項1記載の素子。 - (3)不純物イオンが、ひ素を含むことを特徴とする請
求項2に記載の素子。 - (4)多重量子井戸構造が、インジウムガリウムひ化物
の層を含むことを特徴とする請求項2に記載の素子。 - (5)不純物イオンが、ひ素を含むことを特徴とする請
求項4に記載の素子。 - (6)請求項1に記載の半導体光学処理素子を含み、 この素子上に入射する第1及び第2の光ビームを各々供
給する第1及び第2の光源手段と、第1及び第2の光ビ
ームに応じて、素子から出射される光放射を検出し、利
用する光検出及び光利用手段とから成ることを特徴とす
る光処理装置。 - (7)多重量子井戸メサ構造が、光干渉計内に配置され
ることを特徴とする請求項1に記載の素子。 - (8)請求項7に記載の素子を含み、 この素子上に入射する第1及び第2の光ビームを各々供
給する第1及び第2の光源手段と、第1及び第2のビー
ムに応じて素子から出射される光放射を検出し、利用す
る光検出及び光利用手段とから成ることを特徴とする光
処理装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US384341 | 1989-07-21 | ||
US07/384,341 US5023673A (en) | 1989-07-21 | 1989-07-21 | Semiconductor mesa structured optical processing devices, with added side-surface recombination centers to improve the speed of operation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0359549A true JPH0359549A (ja) | 1991-03-14 |
JPH071354B2 JPH071354B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
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Family Applications (1)
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EP (1) | EP0409478B1 (ja) |
JP (1) | JPH071354B2 (ja) |
CA (1) | CA2017971C (ja) |
DE (1) | DE69014455T2 (ja) |
HK (1) | HK136795A (ja) |
SG (1) | SG31895G (ja) |
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US4843037A (en) * | 1987-08-21 | 1989-06-27 | Bell Communications Research, Inc. | Passivation of indium gallium arsenide surfaces |
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-
1990
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- 1990-07-10 JP JP2180754A patent/JPH071354B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1990-07-11 DE DE69014455T patent/DE69014455T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-07-11 EP EP90307594A patent/EP0409478B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-02-22 SG SG31895A patent/SG31895G/en unknown
- 1995-08-31 HK HK136795A patent/HK136795A/xx not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63211785A (ja) * | 1987-02-27 | 1988-09-02 | Nec Corp | 多重量子井戸型光双安定半導体レ−ザ |
JPS63269119A (ja) * | 1987-04-27 | 1988-11-07 | Nec Corp | 多重量子井戸構造 |
JPH01112226A (ja) * | 1987-10-26 | 1989-04-28 | Nec Corp | 光論理素子 |
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---|---|
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DE69014455D1 (de) | 1995-01-12 |
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JPH071354B2 (ja) | 1995-01-11 |
DE69014455T2 (de) | 1995-04-06 |
EP0409478B1 (en) | 1994-11-30 |
HK136795A (en) | 1995-09-08 |
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CA2017971C (en) | 1999-03-16 |
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