JPH04170526A - Light gate array - Google Patents

Light gate array

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JPH04170526A
JPH04170526A JP2295283A JP29528390A JPH04170526A JP H04170526 A JPH04170526 A JP H04170526A JP 2295283 A JP2295283 A JP 2295283A JP 29528390 A JP29528390 A JP 29528390A JP H04170526 A JPH04170526 A JP H04170526A
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隆志 黒川
Shinji Matsuo
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Abstract

PURPOSE:To execute a logical operation among plural inputs by a single gate by providing a constitution including plural light detecting parts per gate. CONSTITUTION:A plurality of light detecting parts S are formed on an insulative substrate IS or a conductive semiconductor substrate CS, on one of the light detecting parts S a light modulating part M together with a pair of electrodes C are formed, and a constant voltage power supply is connected therebetween. A plurality of input rays Pin are irradiated on the light detecting parts S from a substrate side and output rays Pout are output as reflected rays of bias rays Pbias irradiated on the light modulating part S. In this case, four kinds of gates can be formed in accordance with a connection method between the light detecting part S and the light modulating part M, and a mutual connection method between plural light detecting parts. Since a plurality of light beams per gate can be input, a multivalued logical operation can be executed by a single gate.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、複数の光の2次元入力情報間の論理演算を行
い、その結果を光の2次元情報として出力する機能を有
する光ゲートアレイに関するものである。
Detailed Description of the Invention [Industrial Field of Application] The present invention relates to an optical gate array having a function of performing logical operations between a plurality of two-dimensional optical input information and outputting the results as two-dimensional optical information. It is related to.

[従来の技術] 従来、光ゲートアレイは、光情報処理や光信号処理のキ
ーデバイスとしてその開発が非常に望まれている。従来
、この種の素子としては、例えば文献「アプライド・フ
ィジックス・レターズ52巻、1419頁」に見られる
ように同一半導体基板上に形成された2つの多重量子井
戸(MQW)pin型光変換器を外部電極により直列接
続し、かつその両端に定電圧源を接続した構成を有し、
第1のpin型光変調器の光入力強度により、第2のp
in型光変調器に照射された光の透過光を変化させる機
能を有する「シンメトリック・シード(S−3EED)
Jと呼ばれる素子が提案されている。この素子では、量
子閉じ込めシュタルク効果(QC3E)により、一定バ
イアスされた光の透過光をそれと同一波長の入力光によ
り制御することができる。その構成および特性を第12
図を用いて説明する。第12図(a)に要部断面図で示
すようにp−AlGaAs層101.i−MQW層10
2 、 n−AlGaAs層103で構成されるMQW
−pin構造1001がi p−AlGaAs絶縁層1
10を介してGaAs基板120上に積層されている。
[Prior Art] Conventionally, the development of optical gate arrays has been highly desired as key devices for optical information processing and optical signal processing. Conventionally, as this type of device, two multiple quantum well (MQW) pin-type optical converters formed on the same semiconductor substrate have been used, for example, as seen in the literature "Applied Physics Letters, Vol. 52, p. 1419." It has a configuration in which the external electrodes are connected in series and a constant voltage source is connected to both ends.
The optical input intensity of the first pin type optical modulator causes the second p
"Symmetric Seed (S-3EED)" has the function of changing the transmitted light of the light irradiated to the in-type optical modulator.
An element called J has been proposed. In this element, due to the quantum confined Stark effect (QC3E), transmitted light with a constant bias can be controlled by input light having the same wavelength. Its composition and characteristics are explained in the 12th section.
This will be explained using figures. As shown in the cross-sectional view of the main part in FIG. 12(a), the p-AlGaAs layer 101. i-MQW layer 10
2. MQW composed of n-AlGaAs layer 103
- pin structure 1001 is i p-AlGaAs insulating layer 1
It is laminated on a GaAs substrate 120 with 10 interposed therebetween.

第1のMQW−pin構造100□のn −AlGaA
s層103と第2のMQW−pin構造100□のp−
AlGaAs層101とが絶縁膜130を介して電極1
40により接続されている。なお、150は定電圧源で
ある。
First MQW-pin structure 100□ n-AlGaA
p- of the s layer 103 and the second MQW-pin structure 100□
The AlGaAs layer 101 is connected to the electrode 1 via the insulating film 130.
40. Note that 150 is a constant voltage source.

このような構成において、第1のM Q W−p in
i造(光検知部)1001に入射される入力光をP l
 n +第2のMQW−pinll造(光変調部)10
0□に入射されるバイアス光をP bias+その透過
光をP。utとすると、p in  Pout特性には
第12図(b)に示す正論理型の双安定特性が表れる。
In such a configuration, the first M Q W-p in
The input light incident on the i structure (light detection section) 1001 is P l
n + second MQW-pinll structure (light modulation section) 10
The bias light incident on 0□ is P bias+the transmitted light is P. When ut, the positive logic bistable characteristic shown in FIG. 12(b) appears in the pin out characteristic.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、前述した光ゲートアレイでは、次の5つ
の問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the above-described optical gate array has the following five problems.

(1)1ゲート当りの入力数が1個であることから、複
数の光入力間の論理演算を行うには複数個のゲートを用
いる必要があった。
(1) Since the number of inputs per gate is one, it is necessary to use a plurality of gates to perform logical operations between a plurality of optical inputs.

(2)光変調部の消光比が低いため、この光ゲートアレ
イを多段に接続して動作させるためには2本の入力光を
用いて差動動作させる必要があり、第8図に示すように
2個のpini造で1ゲートを構成する必要があった。
(2) Since the extinction ratio of the optical modulator is low, in order to connect this optical gate array in multiple stages and operate it, it is necessary to perform differential operation using two input lights, as shown in Figure 8. It was necessary to configure one gate with two pini structures.

(3)光検知部の利得がなく、ゲート動作させるなめに
はバイアス光と同程度の入力光強度が必要であった。
(3) There is no gain in the photodetector section, and input light intensity comparable to that of bias light is required to operate the gate.

(4)入力光をゼロにすると、オフ状態にリセットされ
るため、オン状態を保持するためには一定強度の光を常
に照射しておく必要があった。
(4) When the input light is reduced to zero, the device is reset to the off state, so in order to maintain the on state, it was necessary to constantly irradiate light with a constant intensity.

(51S / N比向上の点から入力光とバイアス光と
の分離が必要となり、高精度で複雑な光学系が必要とさ
れた。
(51 In order to improve the S/N ratio, it was necessary to separate the input light and bias light, and a highly accurate and complex optical system was required.

したがって本発明の目的は、複数入力間の論理演算が1
個のゲートで可能にし、かつ消光比が大きく、利得を有
し、構成が簡単でメモリ性を有する光ゲートアレイを得
ることにある。
Therefore, an object of the present invention is to perform logical operations between multiple inputs in one
The object of the present invention is to obtain an optical gate array that can be made with a single gate, has a large extinction ratio, has a gain, is simple in structure, and has memory properties.

[課題を解決するための手段] このような課題を解決するために本発明による光ゲート
アレイは、半導体基板上に第1の光を照射することによ
り電気出力が変化する複数の光検知部と、この電気出力
により第2の光の反射光強度が変化する機能を有しかつ
多重量子井戸(MQW)構造をi層に含み、多層反射構
造を2層またはn層に含むpin楕遣構造なる光変調部
とが基板面に垂直方向もしくは平行方向に配置されかつ
それらが2次元的に配置されるようにしたものである。
[Means for Solving the Problems] In order to solve such problems, the optical gate array according to the present invention includes a plurality of photodetecting sections whose electrical output changes by irradiating the first light onto the semiconductor substrate. , has a function of changing the reflected light intensity of the second light by this electrical output, and has a pin elliptic structure including a multiple quantum well (MQW) structure in the i layer and a multilayer reflective structure in the second layer or the n layer. The optical modulator is arranged in a direction perpendicular or parallel to the substrate surface, and arranged two-dimensionally.

[作用] 本発明による光ゲートアレイにおいては、以下に説明す
る作用により上記問題が解決される。
[Function] In the optical gate array according to the present invention, the above problem is solved by the function described below.

(1)本発明による光ゲートアレイでは、lゲート当た
り複数の光検知部を含むので、多値間論理演算が1ゲー
トで可能となる。
(1) Since the optical gate array according to the present invention includes a plurality of photodetecting sections per gate, multi-value logical operations are possible with one gate.

(21本発明による光ゲートアレイでは、次の3つの構
造上の特徴により高コントラストが得られるので、単一
にpin構造で先玉端子動作が可能となる。
(21) In the optical gate array according to the present invention, high contrast can be obtained due to the following three structural features, so that lead terminal operation is possible with a single pin structure.

■i−MQW層の厚さは、空乏層化し得る限度−杯まで
厚くである。
(2) The thickness of the i-MQW layer is as thick as possible to form a depletion layer.

■i−MQW層の障壁層の厚さを井戸層の半分以下に薄
くすることにより、井戸層の総厚、すなわち実効的な吸
収長を長くしている。
(2) By reducing the thickness of the barrier layer of the i-MQW layer to less than half that of the well layer, the total thickness of the well layer, that is, the effective absorption length, is increased.

02層またはn層をDBR(ディストリビューテッド・
ブラッグ・リフレクタ)構造とすることにより、実効的
な吸収長を2倍としている。
02 layer or n layer is DBR (distributed).
By adopting a Bragg reflector structure, the effective absorption length is doubled.

(3)光検知部がフォトトランジスタJたはサイリスタ
の光ゲートアレイでは高利得の先玉端子動作が可能とな
る。
(3) In an optical gate array in which the photodetector is a phototransistor J or a thyristor, high-gain first-element terminal operation is possible.

4)光検知部がサイリスタの光ゲートアレイでは入力光
をオフしてもスイッチング後の光出力状態が保持される
機能を有する。
4) An optical gate array in which the photodetector is a thyristor has a function of maintaining the optical output state after switching even if the input light is turned off.

四入力光とバイアス光とが半導体基板を境にそれぞれ逆
方向から入射され、出力光はバイアス光の反射光として
取り出されるので、入力光と出力光とは完全に分離され
る。
The four input lights and the bias light are incident from opposite directions across the semiconductor substrate, and the output light is taken out as reflected light of the bias light, so the input light and the output light are completely separated.

[実施例] 以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。[Example] Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図(a)〜(d)は本発明による光ゲートアレイの
概略構成を示す断面構成図であり、第2図(a)〜(d
)は第1図に対応する等価的なブロック図を示したもの
である。本発明による光ゲートアレイの基本構造は、絶
縁性基板ISまたは導電性半導体基板CS上に光検知部
Sが複数個形成され、さらにそのうちの1個の光検知部
Sの上には光変調部Mが形成されるとともに1対の電[
iCが形成されており、その間に図示しないか定電圧源
が接続されている。また、複数の入力光Piは基板側よ
り光検知部Sに入射され、出力光Poutは光変調部M
に照射されたバイアス光P biasの反射光として出
力される。光検知部Sと光変調部Mとの接続方法および
複数の光検知部S相互の接続方法により次の4種のゲー
トが可能である。
FIGS. 1(a) to (d) are cross-sectional configuration diagrams showing the schematic configuration of an optical gate array according to the present invention, and FIGS. 2(a) to (d)
) shows an equivalent block diagram corresponding to FIG. The basic structure of the optical gate array according to the present invention is that a plurality of photodetecting sections S are formed on an insulating substrate IS or a conductive semiconductor substrate CS, and a light modulating section is disposed on one of the photodetecting sections S. M is formed and a pair of electric currents [
An iC is formed between which a constant voltage source (not shown) is connected. In addition, a plurality of input lights Pi are incident on the photodetector S from the substrate side, and the output light Pout is the light modulator M.
The bias light P bias is output as reflected light. The following four types of gates are possible depending on the method of connecting the photodetecting section S and the light modulating section M and the method of connecting the plurality of photodetecting sections S to each other.

それに応じて基板の導電性、電極の取り出し位置が異な
る。以上をまとめると、下記表1のように表1 光検知部Sは、例えばフォトダイオード(以下PDと呼
ぶ)、ヘテロフォトトランジスタ(以下HPTと呼ぶン
、サイリスタ(以下STと呼ぶ)で構成される。光変調
部Mは屈折率の異なる2つの半導体層を交互に複数組積
層した構造からなるDBR層、バンドギャップの異なる
2つの半導体薄層を交互に複数組積層した構造からなる
MQWおよびクラッド層からなる反射形MQW変調器で
構成される。
The conductivity of the substrate and the position at which the electrodes are taken out differ accordingly. To summarize the above, as shown in Table 1 below, the photodetector section S is composed of, for example, a photodiode (hereinafter referred to as PD), a heterophototransistor (hereinafter referred to as HPT), and a thyristor (hereinafter referred to as ST). The light modulation section M includes a DBR layer having a structure in which two semiconductor layers with different refractive indexes are alternately stacked, an MQW layer and a cladding layer in a structure in which two semiconductor thin layers with different band gaps are alternately stacked. It consists of a reflective MQW modulator consisting of:

次に第3図から第8図を用いて本発明による光ゲートア
レイの動作原理を説明する。
Next, the operating principle of the optical gate array according to the present invention will be explained using FIGS. 3 to 8.

まず、MQW変調器の動作原理を第3図を用いて説明す
る。
First, the operating principle of the MQW modulator will be explained using FIG.

第3図はMQW−pin変調器の動作原理を説明する図
である。同図(a)は、同図(b)に示すMQW−pi
n構造のMQW光変調器MDに逆バイアス電圧■を印加
したときのi層の吸収スペクトルの変化を示す。量子閉
じ込シュタルク効果(QC3E)により、吸収端付近に
現れる励起子吸収ピークが逆バイアス電圧Vの増加とと
もに長波長側にシフトする。ここで吸収端、すなわち逆
バイアス印加時(V”VR)の励起子吸収波長を^1.
ゼロバイアス時(V=O)の励起子吸収波長をλ2とす
る。これらの波長における光出力P。utの強度の電圧
依存性を第3図(c)に示す。
FIG. 3 is a diagram explaining the operating principle of the MQW-pin modulator. The figure (a) shows the MQW-pi shown in the figure (b).
It shows changes in the absorption spectrum of the i-layer when a reverse bias voltage ■ is applied to the n-structure MQW optical modulator MD. Due to the quantum confinement Stark effect (QC3E), the exciton absorption peak appearing near the absorption edge shifts to the longer wavelength side as the reverse bias voltage V increases. Here, the absorption edge, that is, the exciton absorption wavelength when reverse bias is applied (V''VR) is ^1.
The exciton absorption wavelength at zero bias (V=O) is assumed to be λ2. The optical power P at these wavelengths. The voltage dependence of the intensity of ut is shown in FIG. 3(c).

第3図(c)に示すように波長λ1の場合、逆バイアス
電圧Vの増加とともに光出力P。、、、の強度は減少し
、波長λ2の場合は逆に増加する。以上のようにMQW
−pin構造のMQW光変調器MDの光出力強度は逆バ
イアス電圧により変化させることかでき、その増減の方
向は動作波長により選択できる。なお、以降の説明では
動作波長をλ1とした場合を前提としている。
As shown in FIG. 3(c), in the case of wavelength λ1, the optical output P increases as the reverse bias voltage V increases. , , , decreases, and conversely increases for wavelength λ2. As above, MQW
The optical output intensity of the -pin MQW optical modulator MD can be changed by a reverse bias voltage, and the direction of increase or decrease can be selected by the operating wavelength. Note that the following explanation assumes that the operating wavelength is λ1.

次にMQW変調器と単一の光検知器とを結合した場合の
動作原理を説明する。
Next, the operating principle when an MQW modulator and a single photodetector are combined will be explained.

第4図(a)はMQW光変調器MDとフォトダイオード
PDまたは第4図(b)に示すようにフォトトランジス
タHPTとを直列接続した場合である。光入力P1.=
Oの場合、フォトダイオードFDなどはオーブン状態で
あるため、MQW光変調器MDはゼロバイアス状態とな
り、高出力状態(光出力P。、1−1)となる。光入力
P 、fi= 1の場合、フォトダイオードPDなとは
短絡状態となるため、MQW光変調器MDは逆バイアス
状態となり、低出力状態(p、、、=o)となる。すな
わちPl、、−Pout特性には第4図(c)に示すよ
うにNOR型のゲート特性があられれる。
FIG. 4(a) shows a case where an MQW optical modulator MD and a photodiode PD or a phototransistor HPT are connected in series as shown in FIG. 4(b). Optical input P1. =
In the case of O, since the photodiode FD and the like are in an oven state, the MQW optical modulator MD is in a zero bias state and in a high output state (optical output P., 1-1). In the case of optical input P and fi=1, the photodiode PD is short-circuited, so the MQW optical modulator MD is in a reverse bias state and is in a low output state (p, , , = o). That is, the Pl, . . . -Pout characteristics have NOR type gate characteristics as shown in FIG. 4(c).

第5図(a)はMQW光変調器MDとフォトダイオード
PDまたは第5図(b)に示すようにフォトトランジス
タHPTとを並列接続した場合である。なお、この場合
、定電圧源との間に負荷抵抗Rが接続されている。光入
力P i、= Oの場合、フォトタイオードPDなとは
オープン状態であるため、MQW光変調器MDは逆バイ
アス状態となり、低出力状態(光出力P。ut=0)と
なる。光入力P 1n: 1の場合、フォトダイオード
PDなとは短絡状態となるため、MQW光変調器MDは
ゼロバイアス状態となり、高出力状態(Pou、−1)
となる。すなわちP in  Pout特性には第5図
(C)に示すようにOR型のゲート特性があられれる。
FIG. 5(a) shows a case where an MQW optical modulator MD and a photodiode PD or a phototransistor HPT are connected in parallel as shown in FIG. 5(b). Note that in this case, a load resistor R is connected between the constant voltage source and the constant voltage source. In the case of optical input P i,=O, since the photodiode PD is in an open state, the MQW optical modulator MD is in a reverse bias state and becomes a low output state (optical output P.ut=0). When the optical input P 1n: 1, the photodiode PD is in a short-circuit state, so the MQW optical modulator MD is in a zero bias state and in a high output state (Pou, -1).
becomes. That is, the P in Pout characteristic has an OR type gate characteristic as shown in FIG. 5(C).

第6図(a)はMQW光変調器MDとサイリスタSIと
を直列接続した場合である。光入力Pin−0の場合、
サイリスタSIはオフ状態であるため、MQW光変調器
MDはゼロバイアス状態となり、高出力状態(光出力P
。、t=1)となる。光入力PI、=1の場合、サイリ
スタSIはオン状態となるため、MQW光変調器MDは
逆バイアス状態となり、低出力状態(P、、t”O)と
なる。ここで−旦サイリスタSIがオン状態になると、
例え光入力Pz−”Oとしてもその状態を保持するため
、光出力P。Ut−0のままである。すなわちPIn 
 Pout特性には第6図(b)に示すようにメモリ性
を有するNOR型のゲート特性があられれる。光出力P
。ut=1をリセットするには、MQW光変調器MDの
バイアス光を切るか、定電圧源を切るかもしくはサイリ
スタSIを短絡すれば良い。
FIG. 6(a) shows a case where an MQW optical modulator MD and a thyristor SI are connected in series. For optical input Pin-0,
Since the thyristor SI is in the off state, the MQW optical modulator MD is in a zero bias state and in a high output state (optical output P
. , t=1). When the optical input PI is 1, the thyristor SI is in the on state, so the MQW optical modulator MD is in the reverse bias state and is in a low output state (P,, t”O). When turned on,
Even if the optical input is Pz-"O, the state is maintained, so the optical output remains P.Ut-0. That is, PIn
As shown in FIG. 6(b), the Pout characteristic includes a NOR type gate characteristic having memory properties. Light output P
. To reset ut=1, it is sufficient to turn off the bias light of the MQW optical modulator MD, turn off the constant voltage source, or short-circuit the thyristor SI.

第7図は(a)はMQW光変調器MDとサイリスタSI
とを並列接続した場合である。光入力PI0=0の場合
、サイリスタSIはオフ状態であるため、MQW光変調
器MDは逆バイアス状態となり、低出力状態(光出力P
。、t=O)となる。光入力P、a=1の場合、サイリ
スタSIはオン状態となるため、MQW光変調器MDは
ゼロバイアス状態となり、低出力状態(Po−t=1)
となる。
In Figure 7, (a) shows the MQW optical modulator MD and the thyristor SI.
This is the case when they are connected in parallel. When the optical input PI0=0, the thyristor SI is in the off state, so the MQW optical modulator MD is in the reverse bias state, and the optical output is in the low output state (optical output P
. , t=O). When the optical input P, a = 1, the thyristor SI is in the on state, so the MQW optical modulator MD is in the zero bias state, and the output state is low (Po-t = 1).
becomes.

ここで−旦サイリスタSIがオン状態になると、例え光
入力P 1.= Oとしてもその状態を保持するため、
光出力P。ut=1のままである。すなわちp In 
 Pout特性には第7図(b)に示すようにメモリ性
を有するOR型のゲート特性があられれる。光出力P。
Here, once the thyristor SI is turned on, even if the optical input P1. In order to maintain the state even if = O,
Light output P. ut=1 remains. That is, p In
As shown in FIG. 7(b), the Pout characteristic includes an OR type gate characteristic having a memory property. Light output P.

ut−1をリセットするには、MQW光変調器MDのバ
イアス光を切るか、定電圧源を切るかもしくはサイリス
タSIを短絡すれば良い。
To reset ut-1, it is sufficient to turn off the bias light of the MQW optical modulator MD, turn off the constant voltage source, or short-circuit the thyristor SI.

次に光検知部Sが複数のフォトタイオードPDで構成さ
れる場合の動作について説明する。以下に説明すること
は、光検知部SがフォトダイオードPD、フォトトラン
ジスタHPT、サイリスタSIなどの全ての場合に共通
する。
Next, an explanation will be given of the operation when the photodetector S is composed of a plurality of photodiodes PD. What will be described below is common to all cases where the photodetector S is a photodiode PD, a phototransistor HPT, a thyristor SI, etc.

第8図(a)は直−直型、すなわちMQW光変調器MD
とn個のフォトダイオードPDとが全て直列接続された
場合である。n個のフォトダイオードPD、、PD2.
  ・・・、PD、の全てに光が入力された場合(pa
n□= P ln2 =・・・−PIIIIl−1)の
みMQW光変調器MDは低出力状態(P、、t=O)に
スイッチングされるため、NANDゲートとなる(下記
真理値表2参照〉。
FIG. 8(a) is a direct-to-straight type, that is, an MQW optical modulator MD.
This is a case where n photodiodes PD are all connected in series. n photodiodes PD, , PD2.
..., PD, when light is input to all of them (pa
Since the MQW optical modulator MD is switched to a low output state (P,, t=O) only when n□= P ln2 =...-PIIIl-1), it becomes a NAND gate (see truth table 2 below) .

表2 第8図(b)は直−亜型、すなわちn個のフォトダイオ
ードPDが全て並列接続され、さらにこれらがMQW光
変調器MDと直列接続された場合である。n個のフォト
ダイオードPD1.PD2、・・・、PD、のいずれか
に光入力された場合(PI−1= 1 、 PIfi2
 = 1 、  ・・・またはP l+xn=1)、M
QW光変調器MDは低出力状態(P ou、−〇)にス
イッチングされるため、にNORゲートとなる(下記真
理値表3参照)。
Table 2 FIG. 8(b) shows the direct subtype, that is, the case where all n photodiodes PD are connected in parallel and further connected in series with the MQW optical modulator MD. n photodiodes PD1. When optical input is made to any of PD2, ..., PD (PI-1=1, PIfi2
= 1, ... or P l+xn=1), M
Since the QW optical modulator MD is switched to a low output state (P ou, -〇), it becomes a NOR gate (see truth table 3 below).

表3 第8図(c)は並−直型、すなわちn個のフォトダイオ
ードPDが直列接続され、さらにこれらがMQW光変調
器MDと並列接続された場合である。n個のフォトダイ
オードPD、、PD2゜・・・、PD、の全てに光入力
された場合(pan1=P ln2 = ’ ・’ P
 11111 = 1 )のみMQW光変調器MDは高
出力状態(P、、t=1>にスイッチングされるため、
ANDゲートとなる(下記真理表4 第8図(d)は並〜並型、すなわちMQW光変調器MD
とn個のフォトダイオードPD全てが並列接続された場
合である。n個のフォトダイオードPD□、PD2. 
 ・・・、PD、のいずれかに光入力された場合(P 
01= 1 、 P ln2 = 1 。
Table 3 FIG. 8(c) shows a case of parallel-straight type, that is, a case where n photodiodes PD are connected in series and further connected in parallel with an MQW optical modulator MD. When light is input to all n photodiodes PD, PD2゜..., PD (pan1=P ln2='・' P
11111 = 1), since the MQW optical modulator MD is switched to the high output state (P,, t = 1>),
It becomes an AND gate (truth table 4 below).
This is the case when all n photodiodes PD are connected in parallel. n photodiodes PD□, PD2.
. . . When optical input is made to either PD (P
01=1, Pln2=1.

・・・またはP1□=1)、MQW光変調器MDは高出
力状Fli (P、、t = 1 )にスイッチングさ
れるため、ORゲートとなる(下記真理値表5参表5 以上のようにフォトダイオードPDとMQW光変調器M
DおよびフォトダイオードPD相互の接続方法によりN
AND、NOR,AND、ORゲートが可能となる。
...or P1□=1), the MQW optical modulator MD is switched to high output state Fli (P,, t = 1), so it becomes an OR gate (as shown in the truth table 5 below). photodiode PD and MQW optical modulator M
N depending on the connection method between D and photodiode PD.
AND, NOR, AND, and OR gates are possible.

次に本発明による光ゲートアレイのMQW−pin構造
において、高コンラストを得るための改良点をAlGa
As/GaAs系を例として説明する。
Next, in the MQW-pin structure of the optical gate array according to the present invention, improvements to obtain high contrast are made using AlGa.
The As/GaAs system will be explained as an example.

まず、第1にMQW−i層の残留キャリア濃度を通常値
よりも2衝程度低い1014cm−9に低減化すること
により、ゼロバイアス時で空乏化し得る最大i層厚を従
来の4倍の4μmに伸ばし、この値を光ゲートアレイに
適用した。
First, by reducing the residual carrier concentration in the MQW-i layer to 1014 cm-9, which is about two impulses lower than the normal value, the maximum i-layer thickness that can be depleted at zero bias is reduced to 4 μm, four times that of the conventional one. and applied this value to the optical gate array.

第2にAlGaAs障壁層の厚さを従来の1/2の50
八とすることにより、i −MQW層に含まれる井戸層
の総数を1.5倍近く増加させた。すなわちi−MQW
層の厚さを4μmとした場合、従来のMQW構造(障壁
層100人、井戸層100人)では200周期であるが
、本発明に係わる構造(障壁層50人、井戸層100人
)では270周期が可能である。
Second, the thickness of the AlGaAs barrier layer was reduced to 50%, which is half of the conventional thickness.
8, the total number of well layers included in the i-MQW layer was increased by nearly 1.5 times. i-MQW
When the layer thickness is 4 μm, the conventional MQW structure (100 layers in the barrier layer and 100 layers in the well layer) has 200 periods, but the structure according to the present invention (50 layers in the barrier layer and 100 layers in the well layer) has 270 periods. cycles are possible.

第3にn−AlAs層(715八〉とn −AIo、 
3caO7As層(629^)とを交互に25周期積層
させたDBR(デイストリビューテッド・ブラッグ・リ
フレクタ)構造とすることにより、実効的な吸収長を2
倍とした。
Third, the n-AlAs layer (7158) and n-AIo,
By creating a DBR (distributed Bragg reflector) structure in which 3caO7As layers (629^) are alternately stacked for 25 periods, the effective absorption length is reduced to 2.
It was doubled.

以上により、従来の30倍以上の消光比(100:1)
を得ることができる。なお、これらの改良点はInGa
As/InP、 InAlAs/InGaAs、GaA
s/rnGaAsなどの他の材料系にも適用できる。
As a result of the above, the extinction ratio is more than 30 times that of the conventional one (100:1).
can be obtained. Note that these improvements are based on InGa
As/InP, InAlAs/InGaAs, GaA
Other material systems such as s/rnGaAs are also applicable.

[具体例] PDにpinフォトダイオードとし、4種にゲートをG
aAs層4 lGaAs系で実現した例を下記(1)か
ら4)に説明する。次に特にNANDゲート(直−画形
〉についてPDををHPTおよびサイリスタとした素子
を(5)〜(6)に説明する。さらにHPT構成NAN
Dゲートについて他の材料系、すなわちQaAs/ I
nGaAs系、 InGaAs/InAlAs系、 I
nGaAs/InP系で実現した例を(7)から(9)
に説明する。
[Specific example] A pin photodiode is used for the PD, and the gate is set to G for 4 types.
aAs layer 4 An example realized using lGaAs will be described in (1) to (4) below. Next, elements using PD as HPT and thyristor will be explained in (5) and (6) especially regarding NAND gate (direct-image type).Furthermore, HPT configuration NAN
Other material systems for D-gate, namely QaAs/I
nGaAs system, InGaAs/InAlAs system, I
Examples (7) to (9) realized using nGaAs/InP system
Explain.

(1)GaAs/AlGaAs系PD構成NANDゲー
ト第9図(a)に示すように半絶縁性GaAs基板IA
上にコンタクト層としてのn+−GaAs層(厚さ2μ
m) 2i 、  n  Al(1,3Ga□、7As
層(厚さ0.5μm) 22 、 1−GaAs層(厚
さ4μm)23 、p−Al03can、 7As層く
厚さ0.5μm>24で形成されるpinフォトダイオ
ード2と、p”−GaAs層(厚さ0.1μm)3) 
、n”GaAs層(厚さ0.1μm)3□で形成される
トンネル接合3と、n−AlAs層(厚さ629八)と
n −AI□、 3ca07As層(厚さ715A)と
を交互に25周期積層させた構造のn−DBR層40.
アンドープGaAs層く厚さ100人)とアンドープA
lO,3ca0.7As層(厚さ50人)とを交互に2
7070周期積せた構造のi −MQW層42 、 p
−Al0.3caO,7As層(厚さ0.5μm>43
 、p”  GaAs層(厚さ0.1μm>で形成され
るMQW−pin構造からなるMQW変調器4とを分子
線エピタキシャル成長により積層した。p型、n型ドー
パントにはそれぞれBe、 Siを用いた。
(1) GaAs/AlGaAs PD configuration NAND gate As shown in FIG. 9(a), a semi-insulating GaAs substrate IA
On top is an n+-GaAs layer (thickness 2μ) as a contact layer.
m) 2i, n Al(1,3Ga□, 7As
pin photodiode 2 formed with a layer (thickness 0.5 μm) 22, 1-GaAs layer (4 μm thick) 23, p-Al03can, 7As layer (thickness 0.5 μm>24), and p”-GaAs layer (thickness 0.1 μm) 3)
, a tunnel junction 3 formed of 3□ n'' GaAs layers (thickness 0.1 μm), and an n-AlAs layer (629 mm thick) and n-AI□, 3ca07 As layers (715 Å thick) alternately. n-DBR layer 40 with a structure in which 25 periods are stacked.
Undoped GaAs (100 layers thick) and undoped A
lO,3ca0.7As layer (thickness 50 people) and 2
i-MQW layer 42, p with a structure stacked with 7070 periods
-Al0.3caO,7As layer (thickness 0.5μm>43
, an MQW modulator 4 consisting of an MQW-pin structure formed with a p'' GaAs layer (thickness 0.1 μm>) were stacked by molecular beam epitaxial growth. Be and Si were used as p-type and n-type dopants, respectively. .

成長ウェハより1.5cm角のチップを切り出した。そ
の中央部の1cm角の範囲にわたってIQOμm角、2
00μmピッチで50X50のマトリックス状にメサ分
割し、ビット構成素子を形成した。MQW変調器4とp
inフォトダイオード2との積層部分を5列(間隔10
列)残し、それに隣接する9列(合計45列)のMQW
変調器4とトンネル接合3とを選択エツチングにより除
去し、pinフォトダイオード2の9層2.を露出させ
た。なお、pinフォトダイオード2のn“層部分は選
択エツチングにより露出させており、その広さは100
μm×40μmである。以上より、10個のビット構成
素子で1ゲートを構成した。
A 1.5 cm square chip was cut from the grown wafer. IQOμm square over a 1cm square area in the center, 2
The mesa was divided into a 50×50 matrix with a pitch of 0.00 μm to form bit constituent elements. MQW modulator 4 and p
The laminated portion with in photodiode 2 is arranged in 5 rows (interval 10
column) and 9 adjacent columns (45 columns in total) MQW
The modulator 4 and the tunnel junction 3 are removed by selective etching, and the nine layers 2. of the pin photodiode 2 are removed. exposed. Note that the n'' layer portion of the pin photodiode 2 is exposed by selective etching, and its width is 100 mm.
The size is μm×40 μm. From the above, one gate was constructed from 10 bit constituent elements.

MQW変調器4のp−GaAs層43の表面には80μ
m×20μmの第1のAuZnNiオーミック電極(厚
さ100OA )5.p i n7オトダイオード2の
露出した9層24には80μm×40μmの第2のAu
ZnNi電極(厚さ100OA >6.pinフォトダ
イオード2の露出しなn+層2.には80tzmX20
μmの第1のAuGeNi電極(厚さ1000人)7を
形成した。各メサ構造の側面をSiN膜8により絶縁し
た。10個のpinフォトダイオード2を直列接続する
ために第1のAuGeNi電極7とそれに隣接するpi
nフォトダイオード2の第2のAuZnNi電極6とを
接続する第1のCr/Au電極9を形成した。また、各
ゲート構成素子の第1のAuZnNi電極5相互を接続
するために第2のCr/AU電極10を形成し、また、
最終段のpinフォトダイオード2の第1のAuGeN
i電極7相互を接続するために第3のCr/Au電極1
1を形成した。受光部分となるp−GaAs層4.と素
子裏側のGaAs基板IAとをそれぞれ選択エツチング
により剥離した後、SiO□/TiO2多層反射防止膜
12を形成した。
The surface of the p-GaAs layer 43 of the MQW modulator 4 has a thickness of 80μ.
m x 20 μm first AuZnNi ohmic electrode (thickness 100 OA)5. The exposed 9 layer 24 of the pin7 photodiode 2 is covered with a second Au layer of 80 μm×40 μm.
ZnNi electrode (thickness 100OA > 6.80tzm x 20 for the exposed n+ layer 2 of the pin photodiode 2)
A first AuGeNi electrode (1000 μm thick) 7 was formed. The side surfaces of each mesa structure were insulated with a SiN film 8. In order to connect ten pin photodiodes 2 in series, the first AuGeNi electrode 7 and the adjacent pin
A first Cr/Au electrode 9 was formed to connect to the second AuZnNi electrode 6 of the n-photodiode 2. Further, a second Cr/AU electrode 10 is formed to connect the first AuZnNi electrodes 5 of each gate component, and
The first AuGeN of the final stage pin photodiode 2
Third Cr/Au electrode 1 to connect i electrodes 7 to each other
1 was formed. p-GaAs layer which becomes the light receiving part 4. After separating the substrate and the GaAs substrate IA on the back side of the device by selective etching, a SiO□/TiO2 multilayer antireflection film 12 was formed.

第2のCr/Au電極10と第3のCr/Au電極11
との間に定電圧源(30V)とを接続した。入力光、バ
イアス光ともに860nmの半導体レーザ光を用いた。
Second Cr/Au electrode 10 and third Cr/Au electrode 11
A constant voltage source (30V) was connected between the two. 860 nm semiconductor laser light was used for both input light and bias light.

1ゲート当たり10本の入力光を基板の裏面よりpin
フォトダイオード2に入射させ、その入力光P、。の強
度を0〜1mWの範囲で変化させた。バイアス光として
強度1mWのレーザ光をスポット径20μm以下に絞り
込み、素子表面の光入出力部に入射させ、その反射光P
。utの強度をパワーメータにより測定した。全ての光
入力PI+が0.5mWを越えたときのみ第4図に示す
ように負論理型ゲート特性があられれ、消光比(Poa
tH/Po1tL)は100:1.応答速度はIons
であった。
10 input lights per gate are pinned from the back side of the board.
The input light P, is made incident on the photodiode 2. The intensity was varied in the range of 0 to 1 mW. Laser light with an intensity of 1 mW is focused as bias light to a spot diameter of 20 μm or less, and is made to enter the light input/output section of the element surface, and the reflected light P
. The strength of the ut was measured using a power meter. Only when all optical inputs PI+ exceed 0.5 mW does the negative logic gate characteristic appear as shown in Figure 4, and the extinction ratio (Poa
tH/PoltL) is 100:1. Response speed is Ions
Met.

(2)GaAS/AlGaAs系PD楕成NORゲート
第9構成b)に層構成を示す。この構成は第9図(a)
と同様である。
(2) GaAS/AlGaAs-based PD elliptical NOR gate Ninth configuration b) The layer configuration is shown. This configuration is shown in Figure 9(a).
It is similar to

成長ウェハより1.5cm角のチップを切り出した。そ
の中央部の1cm角の範囲にわたって100μm角、2
00μmピッチで50X50のマトリックス状にメサ分
割し、ビット構成素子を形成した。MQW変調器4とp
inフォトダイオード2との積層部分を5列(間隔10
列)残し、それに隣接する9列(合計45列)のMQW
変調器4とトンネル接合3とを選択エツチングにより除
去し、pinフォトダイオード2の2層24を露出させ
た。なお、MQW変調器4か積層されているpinフォ
トダイオード2の2層24の一部分も選択エツチングに
より露出させており、その広さは100μm×40μm
である。以上より、10個のビット構成素子で1ゲート
を構成した。
A 1.5 cm square chip was cut from the grown wafer. 100μm square over a 1cm square area in the center, 2
The mesa was divided into a 50×50 matrix with a pitch of 0.00 μm to form bit constituent elements. MQW modulator 4 and p
The laminated portion with in photodiode 2 is arranged in 5 rows (interval 10
column) and 9 adjacent columns (45 columns in total) MQW
The modulator 4 and tunnel junction 3 were removed by selective etching to expose the two layers 24 of the pin photodiode 2. Note that a part of the two layers 24 of the pin photodiode 2 on which the MQW modulator 4 is stacked is also exposed by selective etching, and its width is 100 μm x 40 μm.
It is. From the above, one gate was constructed from 10 bit constituent elements.

MQW変調器4のp−GaAs層43の表面には80μ
mX20μmの第1のAuZnNiオーミック電極(厚
さ1000人)5.MQW変調器4が積層されているp
inフォトダイオード2の露出した2層24には80μ
mX20μmの第2のAuZnNi電極(厚さ1000
人)6.全面露出したpinフォトダイオード2の2層
24には80μm X 80μmの第3のAuZnNi
電極(厚さ1000人)13、n型半導体基板1の裏面
には第1のAuGeNi/Cr/Au電極(厚さ200
0人〉14を形成した。各メサ構造の側面をSiN膜8
により絶縁した。10個のpinフォトダイオード2を
並列接続するために第2のAuZnNi電極6とそれに
隣接するpinフォトダイオード2の第3のAuZnN
i電極13とを接続する第1のCr/Au電極9を形成
した。また、各ゲート構成素子の第1のAuZnNi電
極5相互を接続するために第2のCr/Au電極10を
形成した。
The surface of the p-GaAs layer 43 of the MQW modulator 4 has a thickness of 80μ.
mx20μm first AuZnNi ohmic electrode (1000mm thick)5. MQW modulator 4 is stacked p
The exposed two layers 24 of the in photodiode 2 have a thickness of 80μ.
m×20 μm second AuZnNi electrode (thickness 1000 μm
person)6. A third AuZnNi layer of 80 μm x 80 μm is placed on the two layers 24 of the pin photodiode 2 exposed on the entire surface.
An electrode (1000 mm thick) 13, and a first AuGeNi/Cr/Au electrode (2000 mm thick) on the back surface of the n-type semiconductor substrate 1.
0 people〉14 were formed. SiN film 8 covers the sides of each mesa structure.
Insulated by In order to connect ten pin photodiodes 2 in parallel, a second AuZnNi electrode 6 and a third AuZnN electrode of the pin photodiode 2 adjacent thereto are used.
A first Cr/Au electrode 9 was formed to connect to the i-electrode 13. Further, a second Cr/Au electrode 10 was formed to connect the first AuZnNi electrodes 5 of each gate component.

受光部分となるp−GaAs層43と素子裏側のn型半
導体基板1とをそれぞれ選択エツチングにより剥離した
後、SiO□/TiO□多層反射防止膜を形成した。
After the p-GaAs layer 43 serving as the light-receiving portion and the n-type semiconductor substrate 1 on the back side of the device were separated by selective etching, a SiO□/TiO□ multilayer antireflection film was formed.

第1のAuGeNi/Cr/Au電極14と第2のCr
/Au電極10との間に定電圧源(30V)とを接続し
た。入力光、バイアス光ともに860nmの半導体レー
ザ光を用いた。1ゲート当たり10本の入力光を基板の
裏面よりpinフォトダイオード2に入射させ、その入
力光Pinの強度を0〜1mWの範囲で変化させた。バ
イアス光として強度1mWのレーザ光をスポット径20
μm以下に絞り込み、素子表面の光入出力部に入射させ
、その反射光P。utの強度をパワーメータにより測定
した。
First AuGeNi/Cr/Au electrode 14 and second Cr
A constant voltage source (30V) was connected between the /Au electrode 10 and the Au electrode 10. 860 nm semiconductor laser light was used for both input light and bias light. Ten input lights per one gate were made to enter the pin photodiode 2 from the back surface of the substrate, and the intensity of the input light Pin was varied in the range of 0 to 1 mW. A laser beam with an intensity of 1 mW is used as a bias light with a spot diameter of 20 mm.
The reflected light P is narrowed down to less than μm and is incident on the light input/output section of the element surface. The strength of the ut was measured using a power meter.

いずれか1つの光入力P1..が0.5mWを越えたと
き、第4図に示すように負論理型ゲート特性があられれ
、消光比(P outH/ P o、、tL>は100
:1、応答速度はIonsであった。
Any one optical input P1. .. When the current exceeds 0.5 mW, the negative logic type gate characteristics deteriorate as shown in Fig. 4, and the extinction ratio (P outH / P o,, tL > 100
:1, response speed was Ions.

(3)GaAs/A lGaAs系PD構成ANDゲー
ト第9図(C)に示すように半絶縁性GaAs基板IA
上にコンタクト層としてのp+−GaAs層(厚さ2μ
m) 25.  p−AI。、、Gao7As層(厚さ
0,5、czm) 24 、 1−GaAs層(厚さ4
μm)23.n−AI□、 3ca0.7As層〈厚さ
0.5μm> 2zで形成されるpinフォトダイオー
ド2と、n −AIAs層〈厚さ629A)とn −A
I□、 3Ga(、、7As層(厚さ715A)とを交
互に25周期積層させた構造のn−DBR層41.アン
ドープGaAs層(厚さ100人)とアンドープAlo
、 3ca0.7As層(厚さ50人)とを交互に27
070周期積せた構造のi −MQW層42.  p−
Alo、3Ga、)、7As層(厚さO55μm ) 
43 、 p”−GaAs層(厚さ0.1μm)で形成
されるMQW−pin構造からなるMQW変調器4とを
分子線エピタキシャル成長により積層した。p型、n型
ドーパントにはそれぞれBe、 Siを用いた。
(3) GaAs/Al GaAs-based PD configuration AND gate As shown in FIG. 9(C), a semi-insulating GaAs substrate IA
A p+-GaAs layer (thickness 2μ) is formed on top as a contact layer.
m) 25. p-AI. ,, Gao7As layer (thickness 0,5, czm) 24, 1-GaAs layer (thickness 4
μm)23. pin photodiode 2 formed of n-AI□, 3ca0.7As layer (thickness 0.5 μm), 2z, n-AIAs layer (thickness 629A) and n-A
I□, n-DBR layer 41 with a structure in which 3Ga(,,7As layers (thickness: 715A) are stacked alternately for 25 periods.Undoped GaAs layer (thickness: 100A) and undoped Alo
, 27 layers alternately with 3ca0.7As layer (50 layers thick)
i-MQW layer 42 with a structure stacked with 070 periods. p-
Alo, 3Ga, ), 7As layer (thickness O55μm)
43, an MQW modulator 4 having an MQW-pin structure formed of a p''-GaAs layer (thickness 0.1 μm) was laminated by molecular beam epitaxial growth. Be and Si were used as p-type and n-type dopants, respectively. Using.

成長ウェハより1.5crr+角のチップを切り出した
。その中央部の1cm角の範囲にわたって100μmX
140μm角、200Jimピッチで50x50のマト
リックス状にメサ分割し、ビット構成素子を形成した。
Chips of 1.5 crr+square were cut from the grown wafer. 100μmX over a 1cm square area in the center
The mesa was divided into a 50x50 matrix with a square size of 140 μm and a pitch of 200 Jim to form bit constituent elements.

MQW変調器4とpinフォトダイオード2との積層部
分を5列(間隔10列)!1し、それに隣接する9列(
合計45列)のMQW変調器4とトンネル接合とを選択
エツチングにより除去し、pinフォトダイオード2の
0層2□を露出させた。MQW変調器4が積層されてい
るpinフォトダイオード2の0層2□の一部も選択エ
ツチングにより露出させ、その広さ100μmX40μ
mである。なお、pinフォトダイオード2のp+層部
分も選択エツチングにより露出させており、その広さは
100μmX40μmである。以上より、10個のビッ
ト構成素子で1ゲートを構成した。
5 rows of laminated parts of MQW modulator 4 and pin photodiode 2 (10 rows apart)! 1 and the 9th column adjacent to it (
A total of 45 columns of MQW modulators 4 and tunnel junctions were removed by selective etching to expose the 0 layer 2□ of the pin photodiode 2. A part of the 0 layer 2□ of the pin photodiode 2 on which the MQW modulator 4 is stacked is also exposed by selective etching, and its width is 100 μm x 40 μm.
It is m. Note that the p+ layer portion of the pin photodiode 2 is also exposed by selective etching, and its width is 100 μm×40 μm. From the above, one gate was constructed from 10 bit constituent elements.

MQW変調器4のp−GaAs層43の表面には80μ
mX20μmの第1のAuZnNiオーミック電極(厚
さ100OA )5.MQW変調器4か積層されている
pinフォトダイオード2の露出した0層22には80
μmX20μmの第2のAuGeNi電極(厚さ100
0人〉15.全面露出したpinフォトダイオード2の
0層2□には80μmX80μmの第3のAuGeNi
電極(厚さ1000人)16、pinフォトダイオード
2の露出しなp”層25には80μmX20μmの第4
の^uZnNi電極(厚さ1000人)17を形成した
。各メサ構造の側面をSiN膜8により絶縁した。10
個のpinフォトダイオード2を直列接続するために第
4のAuZnNi電極17とそれに隣接するpinフォ
トダイオード2の第3のAuGeNi電極16とを接続
する第1のCr/Au電極9を形成した。第1のAuZ
nNi電[!5上には第2のCr/Au電極10を形成
し、また、第1のAuZnNi電極5と最終段のpin
フォトダイオード2の第4のAuZnNi電極17とを
接続するためにそれぞれの電極上に第3のCr/Au電
極11、第4のCr/Au電極19を形成し、それらを
ワイヤボンディングにより接続した。受光部分となるp
−GaAs層43と素子裏側のGaAs基板IAとをそ
れぞれ選択エツチングにより剥離した後、5i02/T
iO2多層反射防止膜を形成した。
The surface of the p-GaAs layer 43 of the MQW modulator 4 has a thickness of 80μ.
m×20 μm first AuZnNi ohmic electrode (thickness 100 OA)5. 80 on the exposed 0 layer 22 of the pin photodiode 2 on which the MQW modulator 4 is stacked.
μm×20 μm second AuGeNi electrode (thickness 100 μm
0 people〉15. A third AuGeNi layer of 80 μm x 80 μm is placed on the 0 layer 2 □ of the pin photodiode 2 exposed on the entire surface.
The electrode (thickness: 1000) 16, the exposed p'' layer 25 of the pin photodiode 2 has a fourth electrode (80 μm x 20 μm).
A ZnNi electrode (thickness: 1000) 17 was formed. The side surfaces of each mesa structure were insulated with a SiN film 8. 10
A first Cr/Au electrode 9 was formed to connect the fourth AuZnNi electrode 17 and the third AuGeNi electrode 16 of the adjacent pin photodiode 2 in order to connect the pin photodiodes 2 in series. First AuZ
nNi electric [! A second Cr/Au electrode 10 is formed on the first AuZnNi electrode 5 and the final stage pin.
In order to connect the fourth AuZnNi electrode 17 of the photodiode 2, a third Cr/Au electrode 11 and a fourth Cr/Au electrode 19 were formed on each electrode, and these were connected by wire bonding. p which becomes the light receiving part
- After peeling off the GaAs layer 43 and the GaAs substrate IA on the back side of the device by selective etching, 5i02/T
An iO2 multilayer antireflection coating was formed.

第3のCr/Au電極11と第4のCr/Au電極19
との間に定電圧源(30V)とを接続した。入力光、バ
イアス光ともに860nmの半導体レーザ光を用いた。
Third Cr/Au electrode 11 and fourth Cr/Au electrode 19
A constant voltage source (30V) was connected between the two. 860 nm semiconductor laser light was used for both input light and bias light.

1ゲート当たり10本の入力光を基板の裏面よりpin
フォトダイオード2に入射させ、その入力光P1゜の強
度をO〜1mWの範囲で変化させた。バイアス光として
強度1mWのレーザ光をスポット径20μm以下に絞り
込み、素子表面の光入出力部に入射させ、その反射光P
。atの強度をパワーメータにより測定した。全ての光
入力Plaが0.5mWを越えたときのみ第6図に示す
ように負論理型ゲート特性があられれ、消光比(Pou
tH/PoutL)は100:1.応答速度はIons
であった。
10 input lights per gate are pinned from the back side of the board.
The input light P1° was made incident on the photodiode 2, and its intensity was varied in the range of 0 to 1 mW. Laser light with an intensity of 1 mW is focused as bias light to a spot diameter of 20 μm or less, and is made to enter the light input/output section of the element surface, and the reflected light P
. The intensity of at was measured using a power meter. Only when all the optical inputs Pla exceeds 0.5 mW, as shown in Fig. 6, negative logic type gate characteristics are obtained, and the extinction ratio (Pou
tH/PoutL) is 100:1. Response speed is Ions
Met.

[lGa5a/AlGaAs系P[)構成ORゲート第
9図(d)に層構成を示す。なお、この構成は第9図(
C)と同様である。
[lGa5a/AlGaAs-based P[)-structured OR gate FIG. 9(d) shows the layer structure. This configuration is shown in Figure 9 (
It is the same as C).

成長ウェハより1.5cm角のチップを切り出した。そ
の中央部の1cm角の範囲にわたって100μmX 1
00μm角、200μmピッチで50×50のマトリッ
クス状にメサ分割し、ビット構成素子を形成した。MQ
W変調器4とpinフォトダイオード2との積層部分を
5列(間隔10列)残し、それに隣接する9列(合計4
5列)のMQW変調器4とトンネル接合とを選択エツチ
ングにより除去し、pinフォトダイオード2の0層2
2を露出させた。MQW変調器4が積層されているpi
nフォトダイオード2の0層22の一部も選択エツチン
グにより露出させ、その広さ100μmX40μmであ
る。10個のビット構成素子で1ゲートを構成した。
A 1.5 cm square chip was cut from the grown wafer. 100 μm x 1 over a 1 cm square area in the center
The mesa was divided into a 50×50 matrix with 00 μm square and 200 μm pitch to form bit constituent elements. MQ
Five rows (10 rows apart) of the laminated portion of the W modulator 4 and the pin photodiode 2 are left, and the adjacent nine rows (4 rows in total) are left.
5 rows) and the tunnel junctions are removed by selective etching, and the 0 layer 2 of the pin photodiode 2 is removed.
2 was exposed. pi on which the MQW modulator 4 is stacked
A part of the 0 layer 22 of the n photodiode 2 is also exposed by selective etching, and its width is 100 μm×40 μm. One gate was composed of 10 bit constituent elements.

MQW変調器4のp−GaAs層4.の表面には80μ
m×20μmの第1のAuZnNiオーミック電極(厚
さ1000人)5.MQW変調器4が積層されているp
inフォトダイオード2の露出した0層2□には80μ
mX20μmの第2のAuGeNi電極(厚さ1000
人)15.全面露出したpinフォトダイオード2の9
層22には80μm X 80μmの第3のAuGeN
 i電極(厚さ1000人)16、露出したp−GaA
s基板1の表面には80μmX20μmの第5のAuZ
nNi電極く厚さ1000人)18を形成した。各メサ
構造の側面をSiN膜8により絶縁した。10個のpi
nフォトダイオード2を並列接続するために第2のAu
ZnNi電極15および第2のAuGeNi電極16相
互を接続する第1のCr/Au電極9を形成した。また
、第2のAuZnNi電極15と第5のAuZnNi電
極18とを接続するために第2のCr/Au電極10を
形成した。受光部分となるp−GaAs層43と素子裏
側のGaAs基板IAとをそれぞれ選択エツチングによ
り剥離した後、SiO□/TiO2多層反射防止膜を形
成した。
p-GaAs layer 4 of MQW modulator 4. 80μ on the surface of
m x 20 μm first AuZnNi ohmic electrode (1000 mm thick)5. MQW modulator 4 is stacked p
80μ on the exposed 0 layer 2□ of in photodiode 2
m×20 μm second AuGeNi electrode (thickness 1000 μm
person)15. Fully exposed pin photodiode 2-9
Layer 22 includes a third 80 μm x 80 μm AuGeN layer.
i-electrode (1000mm thick) 16, exposed p-GaA
On the surface of the s-substrate 1, there is a fifth AuZ layer of 80 μm x 20 μm.
An nNi electrode with a thickness of 1000 mm) was formed. The side surfaces of each mesa structure were insulated with a SiN film 8. 10 pi
In order to connect the n photodiodes 2 in parallel, a second Au
A first Cr/Au electrode 9 was formed to connect the ZnNi electrode 15 and the second AuGeNi electrode 16 to each other. Further, a second Cr/Au electrode 10 was formed to connect the second AuZnNi electrode 15 and the fifth AuZnNi electrode 18. After the p-GaAs layer 43 serving as the light-receiving portion and the GaAs substrate IA on the back side of the device were separated by selective etching, a SiO□/TiO2 multilayer antireflection film was formed.

第1のCr/Au電極つと第2のCr/Au電極10と
の間に定電圧源(30V)とを接続した。入力光、バイ
アス光ともに860nmの半導体レーザ光を用いた。1
ゲート当たり10本の入力光を基板の裏面よりpinフ
ォトダイオード2に入射させ、その入力光P、、、の強
度を0〜1mWの範囲で変化させた。バイアス光として
強度1mWのレーザ光をスポット径20μm以下に絞り
込み、素子表面の光入出力部に入射させ、その反射光P
。。。
A constant voltage source (30 V) was connected between the first Cr/Au electrode 10 and the second Cr/Au electrode 10. 860 nm semiconductor laser light was used for both input light and bias light. 1
Ten input lights per gate were made to enter the pin photodiode 2 from the back surface of the substrate, and the intensity of the input lights P, . . . was varied in the range of 0 to 1 mW. Laser light with an intensity of 1 mW is focused as bias light to a spot diameter of 20 μm or less, and is made to enter the light input/output section of the element surface, and the reflected light P
. . .

の強度をパワーメータにより測定した。全ての光入力P
inが0.5mWを越えたときのみ第6図に示すように
正論理型ゲート特性が現れ、消光比(POutH/PO
,、tL)は100:1.応答速度は10nsであった
The strength was measured using a power meter. All optical inputs P
Only when in exceeds 0.5 mW, positive logic gate characteristics appear as shown in Figure 6, and the extinction ratio (POutH/PO
,,tL) is 100:1. The response speed was 10 ns.

(51GaAs/AlGaAs系HPT構成NANDゲ
一ト第10図に示すように半絶縁性GaAs基板IA上
にコンタクト層としてのn”−GaAs層(厚さ2μm
) 201 、  n−GaAs層(厚さ2μm)20
2゜p−GaAs層(厚さ2 μm ) 203 、n
−AI(、,3Ga(。
(51GaAs/AlGaAs-based HPT configuration NAND gate As shown in Figure 10, an n''-GaAs layer (2 μm thick
) 201, n-GaAs layer (thickness 2 μm) 20
2°p-GaAs layer (thickness 2 μm) 203, n
-AI(,,3Ga(.

7As層(厚さ0.5μm>204で形成されるHPT
20とn−AlAs層(厚さ629λ)と、n−Al0
.3ca0.7As層く厚さ715人)とを交互に25
周期積層させた構造のn−DBR層4□、アンドープG
aAs層(厚さ100人)とアンドープA1゜3caO
,7As層(厚さ50人)とを交互に27070周期積
せた構造のi−MQW層4□、 p−Alo、、GaO
,7As層(厚さ0.5.czm)43 、p” −G
aAs層(厚さ0. 1μm)で形成されるMQW−p
in構造からなるMQW変調器4とを分子線エピタキシ
ャル成長により積層した。p型、n型ドーパントにはそ
れぞれBe、Si用いた。その他の構成は第9図(a)
と同様である。
HPT formed with 7As layer (thickness 0.5μm>204
20, n-AlAs layer (thickness 629λ), and n-Al0
.. 3ca0.7As layer thickness 715 people) and 25
N-DBR layer 4□ with periodic stacked structure, undoped G
aAs layer (100 layers thick) and undoped A1°3caO
, 7As layers (thickness: 50 layers) are stacked alternately for 27070 cycles. 4□, p-Alo, , GaO
, 7As layer (thickness 0.5.czm) 43 , p''-G
MQW-p formed of aAs layer (thickness 0.1 μm)
The MQW modulator 4 having an in structure was laminated by molecular beam epitaxial growth. Be and Si were used as p-type and n-type dopants, respectively. Other configurations are shown in Figure 9(a)
It is similar to

第2のCr/Au電極21と第3のCr/Au電極22
との間に定電圧源(30V)を接続しな。入力光、バイ
アス光ともに、860nmの半導体レーザ光を用いた。
Second Cr/Au electrode 21 and third Cr/Au electrode 22
Do not connect a constant voltage source (30V) between the 860 nm semiconductor laser light was used for both input light and bias light.

1ゲート当たり10本の入力光を基板の裏面よりHPT
20に入射させ、その入力光PIoの強度を0〜100
μWの間で変化させた。バイアス光として強度1mWの
レーザ光をスポット径20μm以下に絞り込み、素子表
面の光入出力部に入射させ、その反射光P。1tの強度
をパワーメータにより測定した。全ての光入力Pi5が
10μWをこえたときのみ第4図に示すように負論理型
ゲート特性があられれ、消光比(PoutH/ P、、
tL)は100:1.応答速度は50nsであった。
HPT inputs 10 beams per gate from the back side of the board.
20, and the intensity of the input light PIo is set from 0 to 100.
It was varied between μW. Laser light with an intensity of 1 mW is focused as bias light to a spot diameter of 20 μm or less, and is made to enter the light input/output section on the surface of the element, and its reflected light P. The intensity of 1 t was measured using a power meter. Only when all the optical inputs Pi5 exceed 10 μW does the negative logic gate characteristic appear as shown in Figure 4, and the extinction ratio (PoutH/P,...
tL) is 100:1. The response speed was 50 ns.

(6) GaAs/A I GaAs系HPTIII成
NANDゲート第11図に示すように半絶縁性GaAs
基板IA上にコンタクト層としてのp”−GaAs層(
厚さ2μm) 301 、 p−AI□、3GaO,7
As層(厚さ1.czm)302 、  n−GaAs
層(厚さ2μm)303 、P−GaAs層(厚さ0.
 2μm) 304 、n−Alo、3Ga07As層
く厚さ0.5μm)305で形成されるサイリスタ30
と、n−AlAs層(厚さ629人)と、n −AlO
,3ca0.7As層(厚さ715人)とを交互に25
周期積層させた構造のn−DBR層412アンドープG
aAs層(厚さ100人)とアンドープAl(、、3c
aO,7As層(厚さ50人)とを交互に27070周
期積せた構造のi−MQW層4□、p−Alg、 3G
ao、 7As層(厚さ0.5μm)43.p” −G
aAs層(厚さ0.1μm)で形成されるMQW−pi
n楕遣構造なるMQW変調器4とを分子線エピタキシャ
ル成長により積層した。p型、n型ドーパントにはそれ
ぞれBe、Si用いた。その他の構成は第9図(a)と
同様である。
(6) GaAs/AI GaAs-based HPTIII NAND gate As shown in Figure 11, semi-insulating GaAs
A p”-GaAs layer (
Thickness: 2 μm) 301, p-AI□, 3GaO, 7
As layer (thickness 1.czm) 302, n-GaAs
layer (thickness: 2 μm) 303, P-GaAs layer (thickness: 0.3 μm).
Thyristor 30 formed of 2μm) 304, n-Alo, 3Ga07As layer with a thickness of 0.5μm) 305
, n-AlAs layer (thickness 629), and n-AlO
, 3ca0.7As layer (thickness 715 people) and 25
N-DBR layer 412 with periodic laminated structure undoped G
aAs layer (100 layers thick) and undoped Al (,3c
i-MQW layer 4□, p-Alg, 3G with a structure in which aO, 7As layers (50 layers thick) are stacked alternately for 27070 cycles
ao, 7As layer (thickness 0.5 μm) 43. p"-G
MQW-pi formed of aAs layer (thickness 0.1 μm)
An MQW modulator 4 having an n-elliptic structure was laminated by molecular beam epitaxial growth. Be and Si were used as p-type and n-type dopants, respectively. The other configurations are the same as in FIG. 9(a).

第2のCr/Au電極21と第3のCr/Au電極22
との間に定電圧源(30V)とを接続した。入力光、バ
イアス光ともに、860nmの半導体レーザ光を用いた
。■ゲート当たり10本の入力光を基板の裏面よりHP
T20に入射させ、その入力光P、nの強度をO〜10
0μWの間で変化させた。バイアス光として強度1mW
のレーザ光をスポット径20μm以下に絞り込み、素子
表面の光入出力部に入射させ、その反射光P。3.の強
度をパワーメータにより測定した。全ての光入力Pi1
1が10μWをこえたときのみ第6図に示すように負論
理型ゲート特性があられれ、消光比(PoutH/Po
utL)は100:1、応答速度は50nsであった。
Second Cr/Au electrode 21 and third Cr/Au electrode 22
A constant voltage source (30V) was connected between the two. 860 nm semiconductor laser light was used for both input light and bias light. ■10 input lights per gate from the back side of the board
T20, and the intensity of the input light P, n is O~10
It was varied between 0 μW. Intensity 1mW as bias light
The laser beam is narrowed down to a spot diameter of 20 μm or less, and is made incident on the light input/output section on the surface of the element, and the reflected light P. 3. The strength was measured using a power meter. All optical input Pi1
1 exceeds 10 μW, negative logic type gate characteristics appear as shown in FIG. 6, and the extinction ratio (PoutH/Po
utL) was 100:1, and the response speed was 50 ns.

(7)GaAs/InGaAs系HPT構成NANDゲ
ート第10図に示すように半絶縁性GaAs基板IA上
にコンタクト層としてのn”−GaAs層(厚さ0゜5
μm) 2o、、n−GaAs層(厚さ2zzm)20
2 、 p−GaAs層(厚さ0.2μm)203 、
n−A1.)、 3ca0.7As層(厚さ0.5μm
)204で形成されるHPT20と、n−AlAs層(
厚さ758人〉と、n−GaAs層(厚さ629人)と
を交互に25周期積層させた1118のn−DBR層4
1.アンドープInO,15caO,55As層(厚さ
100人)とアンドープGaAs層(厚さ100人)と
を交互に100周期積層させた構造のi−MQW層42
 、 p”−GaAs層(厚さ0.5μm)43で形成
されるMQW−pin構造からなるMQW変調器4とを
分子線エピタキシャル成長により積層した。p型。
(7) GaAs/InGaAs HPT structure NAND gate As shown in FIG. 10, an n''-GaAs layer (thickness 0°5
μm) 2o, n-GaAs layer (thickness 2zzm) 20
2, p-GaAs layer (thickness 0.2 μm) 203,
n-A1. ), 3ca0.7As layer (thickness 0.5μm
) 204 and the n-AlAs layer (
1118 n-DBR layer 4 consisting of 25 periods of alternately laminated n-GaAs layers (thickness: 758 layers) and n-GaAs layers (thickness: 629 layers).
1. The i-MQW layer 42 has a structure in which undoped InO, 15caO, 55As layers (thickness: 100 layers) and undoped GaAs layers (thickness: 100 layers) are stacked alternately for 100 periods.
, an MQW modulator 4 having an MQW-pin structure formed of a p''-GaAs layer (thickness: 0.5 μm) 43 were stacked by molecular beam epitaxial growth. P type.

n型ドーパントにはそれぞれBe、Si用いた。素子構
成は第9図(a)と同様である。
Be and Si were used as n-type dopants, respectively. The element configuration is the same as that shown in FIG. 9(a).

第2のCr/Au電極21と第3のCr/Au電極22
との間に定電圧源(3ov)とを接続した。入力光は8
50nmの半導体レーザ光、バイアス光に11050n
のチタンドーブサファイレーザ光を用いた。1ゲート当
たり10本の入力光を基板の裏面よりHPT20に入射
させ、その入力光p inの強度をO〜100μWの間
で変化させた。バイアス光として強度1mWのレーザ光
をスポット径20μm以下に絞り込み、MQW変調器4
の表面に入射させ、その反射光P。utの強度をパワー
メータにより測定した。全ての光入力P1□が10μW
をこえたときのみ第4図に示すように負論理型ゲート特
性があられれ、消光比(PoutH/PoutL)は1
0:1、応答速度は50nsであった。
Second Cr/Au electrode 21 and third Cr/Au electrode 22
A constant voltage source (3 ov) was connected between the two. Input light is 8
50nm semiconductor laser light, 11050n as bias light
A titanium-doped sapphire laser beam was used. Ten input lights per gate were made to enter the HPT 20 from the back surface of the substrate, and the intensity of the input light pin was varied between 0 and 100 μW. Laser light with an intensity of 1 mW is focused as bias light to a spot diameter of 20 μm or less, and the MQW modulator 4
The reflected light P is incident on the surface of P. The strength of the ut was measured using a power meter. All optical input P1□ is 10μW
As shown in Figure 4, negative logic type gate characteristics occur only when the extinction ratio (PoutH/PoutL) exceeds 1.
0:1, and the response speed was 50 ns.

(8)InGaAs/InAlAs系HPT楕成NAN
Dゲート半絶縁構成nP基板上にn ” −Inn、 
53caO,47As層(厚さ2 μm ) 、  n
 −1no、 53A1.)、 47As層(厚さ2μ
m) 、  p  InO,53Ga□、47As層(
厚さ0.2μm ) 、  n ” −In□、 53
ca0.47As層(厚さ0.5μm)で形成されるH
PTと、n −Ino、 52AIO,4gAs層(厚
さ1225人)とn  1no、5z(Alo、zsG
ao7、)。4gAs層(厚さ1120人)とを40周
期交互に積層させた構造からなるn−DBR層、アンド
ープInO,53ca0.47As井戸層(厚さ70人
)とアンドープIn(1,52AI。、 4gAs障壁
層(厚さ50人)を250周期交互に積層された構造か
らなるi −MQW層、 P −Ino、 52AI(
、、4gAsグラッド層(厚さ0、5μm) 、 p”
 −Ing、53GaO,47Asキャップ層(厚さ0
.1μm)で形成されるMQW−pin構造とをMBE
により積層した。素子構成は、光入力部のInP基板の
エツチングを省略した他は、第9図(a)と同様である
(8) InGaAs/InAlAs-based HPT elliptic NAN
D gate semi-insulating configuration n”-Inn on nP substrate,
53caO, 47As layer (thickness 2 μm), n
-1no, 53A1. ), 47As layer (thickness 2μ
m), p InO, 53Ga□, 47As layer (
Thickness: 0.2μm), n”-In□, 53
H formed of ca0.47As layer (thickness 0.5μm)
PT, n-Ino, 52AIO, 4gAs layer (thickness 1225) and n 1no, 5z (Alo, zsG
ao7,). An n-DBR layer consisting of a structure in which 4gAs layers (thickness 1120 layers) are alternately stacked for 40 periods, undoped InO, 53ca0.47As well layers (70 layers thick) and undoped In (1,52Al., 4gAs barrier). i-MQW layer, P-Ino, 52AI(
,,4gAs grading layer (thickness 0.5μm), p”
-Ing, 53GaO, 47As cap layer (thickness 0
.. MQW-pin structure formed with a thickness of 1 μm)
Laminated by. The device configuration is the same as that in FIG. 9(a) except that the etching of the InP substrate of the optical input section is omitted.

第2のCr/Au電極10と第3のCr/Au電極11
との間に定電圧源(30V)を接続した。入力光、バイ
アス光ともに1520nmの半導体レーザ光を用いた。
Second Cr/Au electrode 10 and third Cr/Au electrode 11
A constant voltage source (30V) was connected between the two. Semiconductor laser light of 1520 nm was used for both input light and bias light.

1ゲート当たり10本の入力光を基板の裏面よりpin
ホトダイオード2に入射させ、その強度pinを0〜1
00μWの間で変化させた。バイアス光として強度1m
Wのレーザ光をスポット径20μm以下に絞りこみ。M
QW変調器4の表面へ入射させ、その反射光強度P。u
tをパワーメータにより測定した。全ての光入力P1が
10μWをこえたときのみ第4図に示すように負論理型
ゲート特性があられれ、消光比(P、。
10 input lights per gate are pinned from the back side of the board.
Inject it into photodiode 2, and set its intensity pin to 0 to 1.
It was varied between 00 μW. Intensity 1m as bias light
The W laser beam is narrowed down to a spot diameter of 20 μm or less. M
The reflected light intensity P is incident on the surface of the QW modulator 4. u
t was measured using a power meter. Only when all the optical inputs P1 exceed 10 μW, as shown in FIG. 4, negative logic type gate characteristics occur, and the extinction ratio (P,

tH/ P、、、L)は25 : 1、応答速度は5Q
nsであった。
tH/P,,,L) is 25:1, response speed is 5Q
It was ns.

f91 InGaAs/ InP系HPT型素子Siド
ープInP基板上にn ” −In、)、 53Ga(
、、47As層(厚さ2μm) 、  n  In□、
53GaO,47As層(厚さ2μm) 、 p  I
no53Gao47As層く厚さ0. 2μm ) 、
 n−1nP層(厚さ0.5.um)で形成されるHP
Tと、n−1nP(厚さ1222人)とnIn0.63
GaO,37AS0.80 Po、 20 (厚さ11
30人)とを40周期交互に積層させた構造からなるn
 −DBR層、アンドープIn□、 53ca0.47
As井戸層(厚さ80人)とアンドープInP障壁層(
厚さ50人)とを周期交互に230周期積層させた構造
からなるi−MQW層、p−fnPグラッド層(厚さ0
 、5 tt m ) 、 p ”  Ino、 53
caO,47Asキャップ層(厚さO,1μm)で形成
されるMQW−pin構造とをガスソースMBE法を用
いて成長した。
f91 InGaAs/InP HPT type device n''-In, ), 53Ga(
,,47As layer (thickness 2μm), nIn□,
53GaO, 47As layer (thickness 2 μm), p I
No53Gao47As layer thickness 0. 2μm),
HP formed by n-1nP layer (thickness 0.5.um)
T, n-1nP (thickness 1222 people) and nIn0.63
GaO, 37AS0.80 Po, 20 (thickness 11
n consisting of a structure in which 30 people) were alternately stacked for 40 cycles.
-DBR layer, undoped In□, 53ca0.47
As well layer (80mm thick) and undoped InP barrier layer (
The i-MQW layer consists of a structure in which layers (thickness 50 layers) are laminated alternately for 230 periods, and the p-fnP grading layer (thickness 0
, 5 tt m), p” Ino, 53
An MQW-pin structure formed of a caO, 47As cap layer (thickness O, 1 μm) was grown using a gas source MBE method.

素子構成は、光入力部のInP基板のエツチングを省略
したほかは、上記(1)と同様である。
The element configuration is the same as in (1) above, except that the etching of the InP substrate of the optical input section is omitted.

第2のCr/Au電極と第3のCr/Au電極との間に
定電圧源(30V)を接続した。入力光、バイアス光と
もに1550nmの半導体レーザ光を用いた。1ゲート
当たり10本の入力光を基板の裏面よりpinフォトダ
イオードに入射させ、その光入力PI+の強度をO〜1
00μWの間で変化させた。バイアス光として強度1m
Wのレーザ光をスポット径20μm以下に絞り込み、M
QW変調器の表面へ入射させ、その反射光P。utの強
度をパワーメータにより測定した。全ての光入力Pin
が10μWをこえたときのみ第4図に示すように負論理
型ゲート特性があられれ、消光比(Po。1H/Pou
tL)は20:1.応答速度は50nsであった。
A constant voltage source (30 V) was connected between the second Cr/Au electrode and the third Cr/Au electrode. Semiconductor laser light of 1550 nm was used as both input light and bias light. Ten input lights per gate are input to the pin photodiode from the back side of the board, and the intensity of the optical input PI+ is set to O~1.
It was varied between 00 μW. Intensity 1m as bias light
Focus the W laser beam to a spot diameter of 20 μm or less, and
The reflected light P is incident on the surface of the QW modulator. The strength of the ut was measured using a power meter. All optical input pins
Only when exceeds 10 μW, as shown in Figure 4, negative logic type gate characteristics occur and the extinction ratio (Po.1H/Pou
tL) is 20:1. The response speed was 50 ns.

「発明の効果コ 以上、説明したように本発明による光ゲートアレイによ
れば、1ゲート当たり複数の光入力が可能なため多値論
理演算が単一のゲートで可能になる。また、消光比20
db以上のMQWpin構造を用いるもとにより、単一
のpin構造で光ゲートを構成できる。また、光検知部
がフォトトランジスタまたはサイリスタである素子では
高利得の先玉端子動作が可能であり、さらに光検知部が
サイリスタの場合はメモリ機能を有する。入力光および
バイアス光は基板を境にそれぞれ反対側から照射される
ので、入出力光間の分離が良く、S/N比が高い。この
ような構成により、本発明による光ゲートアレイを用い
れば、光の2次元情報間の多段多値論理演算を簡単な構
成で高速にかつ精度良く行うことができるという極めて
優れた効果が得られる。
``Effects of the Invention'' As explained above, according to the optical gate array according to the present invention, multiple optical inputs are possible per gate, so multivalued logical operations are possible with a single gate. 20
By using an MQW pin structure of db or more, an optical gate can be constructed with a single pin structure. In addition, an element whose photodetector is a phototransistor or a thyristor can perform a high-gain lead terminal operation, and when the photodetector is a thyristor, it has a memory function. Since the input light and the bias light are irradiated from opposite sides of the substrate, the separation between the input and output lights is good and the S/N ratio is high. With such a configuration, by using the optical gate array according to the present invention, an extremely excellent effect can be obtained in that multi-stage multi-valued logical operations between two-dimensional optical information can be performed with a simple configuration at high speed and with high precision. .

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

第1図は本発明による光ゲートアレイの素子構成を示す
要部断面図、第2図は第1図のブロック図、第3図は光
変調部の特性を示す図、第4図〜第7図は光検知部の特
性を示す図、第8図は本発明に係わる光ゲートアレイの
等価回路を示す図、第9図〜第11図は本発明に係わる
光ゲートアレイの構成を示す断面図、第12図は従来の
光ゲートアレイの構成を示す断面図である。 CS・・・・半導体基板、IS・・・・絶縁性基板、M
・・・・光変調部、S・・・・光検知部、MD・・ ・
MQW変調器、PD・・・・フォトダイオード、PHT
−・ ・ヘテロフォトトランジスタ、SI・・・・サイ
リスタ。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the main parts showing the element configuration of the optical gate array according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram of FIG. 1, FIG. 3 is a diagram showing the characteristics of the optical modulation section, and FIGS. The figure shows the characteristics of the photodetector, FIG. 8 shows the equivalent circuit of the optical gate array according to the present invention, and FIGS. 9 to 11 are cross-sectional views showing the configuration of the optical gate array according to the present invention. , FIG. 12 is a sectional view showing the configuration of a conventional optical gate array. CS: Semiconductor substrate, IS: Insulating substrate, M
...Light modulation section, S...Light detection section, MD...
MQW modulator, PD...photodiode, PHT
-・Heterophototransistor, SI...thyristor.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)複数の光の2次元入力情報間の論理演算を行い、
その結果を光の2次元情報として出力する機能を有する
光ゲートアレイにおいて、半導体基板上に入力光を照射
することにより電気出力が変化する複数の光検知部と、
前記電気出力により光出力強度が変化する機能を有しか
つ多重量子井戸構造をi層に含み、多層反射構造をp層
またはn層に含むpin構造からなる光変調部とが基板
面に垂直方向もしくは平行方向に配置されかつそれらが
2次元的に配列されていることを特徴とする光ゲートア
レイ。
(1) Perform logical operations between two-dimensional input information of multiple lights,
In an optical gate array having a function of outputting the result as two-dimensional optical information, a plurality of photodetecting units whose electrical output changes by irradiating input light onto a semiconductor substrate;
an optical modulation section having a function of changing the optical output intensity according to the electrical output and having a pin structure including a multi-quantum well structure in the i-layer and a multi-layer reflective structure in the p-layer or n-layer in a direction perpendicular to the substrate surface; Alternatively, an optical gate array characterized in that they are arranged in parallel directions and arranged two-dimensionally.
(2)請求項1記載の光ゲートアレイにおいて、前記複
数の光検知部と光変調部とが全て直列接続されているこ
とを特徴とする光ゲートアレイ。
(2) The optical gate array according to claim 1, wherein all of the plurality of light detection sections and light modulation sections are connected in series.
(3)請求項1記載の光ゲートアレイにおいて、前記複
数の光検知部が並列接続され、かつそれらと光変調部と
が直列接続されていることを特徴とする光ゲートアレイ
(3) The optical gate array according to claim 1, wherein the plurality of photodetectors are connected in parallel, and the optical modulators are connected in series.
(4)請求項1記載の光ゲートアレイにおいて、前記複
数の光検知部が直列接続され、かつそれらと光変調部と
が並列接続されていることを特徴とする光ゲートアレイ
(4) The optical gate array according to claim 1, wherein the plurality of photodetectors are connected in series, and the optical modulators are connected in parallel.
(5)請求項1記載の光ゲートアレイにおいて、前記複
数の光検知部と光変調部とが全て並列接続されているこ
とを特徴とする光ゲートアレイ。
(5) The optical gate array according to claim 1, wherein all of the plurality of light detection sections and light modulation sections are connected in parallel.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04110834A (en) * 1990-08-31 1992-04-13 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical gate array

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