JPH04249368A - Surface type semiconductor light switch - Google Patents

Surface type semiconductor light switch

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JPH04249368A
JPH04249368A JP3569991A JP3569991A JPH04249368A JP H04249368 A JPH04249368 A JP H04249368A JP 3569991 A JP3569991 A JP 3569991A JP 3569991 A JP3569991 A JP 3569991A JP H04249368 A JPH04249368 A JP H04249368A
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JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
layer
light
conductivity type
transparent
Prior art date
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Pending
Application number
JP3569991A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuhiko Susa
須佐 信彦
Tokuro Omachi
大町 督郎
Goji Kawakami
剛司 川上
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a surface type semiconductor light switch which operates with low switching energy and produces a high light output with high speed response by a method wherein a hetero junction bipolar photo transistor for receiving an incident light and a surface emitting laser for outputting a laser light are so formed as to be laminated in series on a same substrate. CONSTITUTION:In 2 mirror portions constituting a resonator of a surface light- emitting laser, 2 types of semiconductor AlAs/Al0.05Ga0.95As having different refractive indexes and in which the thickness of each layer is odd times of 1/4 of laser resonant wave length are laminated to provide a distribution brag reflection type mirror (DBR). Here, a p<+>-Al0.2Ga0.8As clad layer 13, an n<+>-Al0.9 Ga0.7As clad layer 15 and a p<+>-Al0.1Ga0.9As ohmic layer 11 are provided. Then, a laser light released to the side of a hetero junction bipolar light transistor is absorbed into a p-In0.05Ga0.95As base layer 18. Further, an incident light is reflected on a DBR mirror to be absorbed while it passes through the base layer 18 twice.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は、低いスイッチングエ
ネルギーで動作し、高速応答で、光出力が大きい面型半
導体光スイッチに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a planar semiconductor optical switch that operates with low switching energy, has high-speed response, and has large optical output.

【0002】0002

【従来の技術】従来のこの種の光スイッチを図7と図8
、図9および図10を用いて説明する。半導体材料とし
ては、AlGaAs系 (1部、InGaAs) を例
に上げる。図7は、素子の断面図で、LED (Lig
ht Emitting Diode :発光ダイオー
ド) とHPT (Heterojunction B
ipolar Photo Transistor:ヘ
テロ接合バイポーラ光トランジスタ) を積層したもの
である。LED 部の3はGaAs活性層で、波長0.
88μmの光を発光する。HPT 部の5のn−Al 
0.3 Ga0.7 As層はコレクタ層、さらに、6
のp−In 0.05Ga0.95As層はベース層で
、LED からの光を吸収する。7のn−Al 0.3
 Ga0.7 As層はエミッタ層として働く。光入力
は、HPT のエミッタ側から入射し、LED 側から
光出力を取り出す。
[Prior Art] This type of conventional optical switch is shown in FIGS. 7 and 8.
, will be explained using FIGS. 9 and 10. An example of a semiconductor material is AlGaAs (partly InGaAs). FIG. 7 is a cross-sectional view of the device.
ht Emitting Diode: Light emitting diode) and HPT (Heterojunction B
This is a stack of ipolar photo transistors (heterojunction bipolar phototransistors). 3 in the LED section is a GaAs active layer, which has a wavelength of 0.
It emits light of 88 μm. HPT part 5 n-Al
The 0.3 Ga0.7 As layer is the collector layer, and the 6
The p-In0.05Ga0.95As layer is the base layer and absorbs light from the LED. 7 n-Al 0.3
The Ga0.7As layer acts as an emitter layer. Light input enters from the emitter side of the HPT, and light output is extracted from the LED side.

【0003】次に、動作原理を図8を用いて説明する。 光入力が無い場合は、HPT の抵抗が高く、回路に電
流が流れない。光がHPT のエミッタ側から入射する
と、ベース層で吸収され回路に電流が流れる。この結果
、LED が発光し、LED の両面に光がでる。HP
T 側に出射した光は、ベースに吸収され、ますます、
多くの電流が流れ、LED からの光強度がさらに強く
なる。従って、一種の正帰還が生じ、スイッチonの状
態(光出力有り)が保持される。図9は光入力が無い場
合、図10は光入力が有る場合の電流・電圧特性を模式
的に表したものである。図9の光入力が無い状態で、適
当に電圧をバイアスし光パルスを入力するとoff か
らon状態にスイッチし、on状態が保持される。on
状態からoff するには、バイアス電圧を下げる。
Next, the principle of operation will be explained using FIG. 8. When there is no optical input, the resistance of the HPT is high and no current flows through the circuit. When light enters the HPT from the emitter side, it is absorbed by the base layer and current flows through the circuit. As a result, the LED emits light, and light is emitted from both sides of the LED. HP
The light emitted to the T side is absorbed by the base and becomes more and more
More current flows and the light intensity from the LED becomes even stronger. Therefore, a kind of positive feedback occurs, and the switch is kept in an on state (with optical output). FIG. 9 schematically shows the current/voltage characteristics when there is no optical input, and FIG. 10 schematically shows the current/voltage characteristics when there is optical input. When there is no light input as shown in FIG. 9, if the voltage is appropriately biased and a light pulse is input, the switch is switched from off to on, and the on state is maintained. on
To turn off the state, lower the bias voltage.

【0004】この場合、発光部にLED を用いている
ため、光出力の指向性に乏しく広がるため、この種の素
子を2次元集積し、出力光で次段のデバイスを駆動する
際、不要な素子も一緒に駆動するという問題点があった
。また、LED のため、光出力が弱く、次段駆動能力
にも限界があった。さらに、LED のため、変調速度
が高々、数百MHZ と低いという問題点があった。
[0004] In this case, since LEDs are used for the light emitting part, the light output has poor directivity and spreads out. Therefore, when this kind of elements are two-dimensionally integrated and the output light is used to drive the next stage device, unnecessary There was a problem that the elements were also driven together. Furthermore, since it was an LED, the light output was weak and there was a limit to the driving ability of the next stage. Furthermore, since it is an LED, there is a problem in that the modulation speed is low, at most several hundred MHz.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、発光
部のLED を面発光レーザにとりかえることにより、
指向性がよく大きな光出力パワーが得られ、変調速度も
1GHZ 以上と高速にすることである。また、HPT
 に隣接する部分に反射層を設けることにより、低入力
光パワー動作を実現することである。
[Problems to be Solved by the Invention] An object of the present invention is to replace the LED in the light emitting section with a surface emitting laser,
The aim is to obtain good directivity and large optical output power, and to make the modulation speed as high as 1 GHz or higher. Also, HPT
By providing a reflective layer in a portion adjacent to the optical fiber, low input optical power operation can be realized.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の構成は、以下の
通りである。
[Means for Solving the Problems] The structure of the present invention is as follows.

【0007】入射光を受光するヘテロ接合バイポーラ光
トランジスタとレーザ光を出力する面発光レーザとを直
列に同一基板上に積層化形成して構成し、半導体基板の
面発光レーザに隣接する第1面と第1の面と反対側の第
2面とを具備し、前記第1面と第2面上にそれぞれ電極
(42,41)を形成し両電極間に所定バイアスを印加
するとともに前記第2面からの光入力をヘテロ接合バイ
ポーラ光トランジスタにより受光し、前記第1の面から
面発光レーザのレーザ出力を得ることを特徴とする面型
半導体光スイッチ、あるいはまた、
A heterojunction bipolar optical transistor that receives incident light and a surface emitting laser that outputs laser light are stacked in series on the same substrate, and a first surface of the semiconductor substrate adjacent to the surface emitting laser is formed. and a second surface opposite to the first surface, electrodes (42, 41) are formed on the first surface and the second surface, and a predetermined bias is applied between both electrodes, and the second surface is A surface-type semiconductor optical switch, characterized in that a heterojunction bipolar optical transistor receives light input from the surface, and obtains a laser output of a surface-emitting laser from the first surface, or alternatively,

【0008】所定の基板(8)上に形成されたヘテロ接
合バイポーラ光トランジスタと面発光レーザとが順次積
層形成して構成された面型半導体光スイッチであって、
前記面発光レーザは、第1の導電型を有し、第1の光に
対して透過性を有する第1のオーミック用半導体層(1
1)と、第1の導電型を有し、第1の光に対して透過性
を有する第2の半導体層と、第2の導電型を有し、第1
の光に対し透過性を有し第2の半導体と屈折率が異なる
第3の半導体層から構成され、各層の厚さが第1の光の
波長の1/4の奇数倍の厚さの第2,第3の半導体層を
複数対以上交互に積層した、第1の光に対する反射層(
12)と、第1の導電型を有し、第5の半導体活性層(
14)より屈折率が小さく第1の光に対して透過性を有
する第4の半導体クラッド層(13)と、第1または第
1の導電型とは逆の第2の導電型を与える不純物を意図
的に添加せず、層内の電子・正孔の再結合により第1の
光を発光する第5の半導体活性層(14)と、第2の導
電型を有し、第5の半導体活性層(14)より屈折率が
小さく第1の光に対して透過性を有する第6の半導体ク
ラッド層(15)と、第2の導電型を有し、第1の光に
対して透過性を有する第7の半導体層と、第2の導電型
を有し、第1の光に対し透過性を有し第7の半導体層と
屈折率が異なる第8の半導体層から構成され、厚さが第
1の光の波長の1/4の奇数倍の厚さの第7,第8の半
導体層を複数対以上交互に積層した、第1の光に対する
反射層(16)とから順次積層構成され、前記ヘテロ接
合バイポーラ光トランジスタは、第2の導電型を有し、
第1および第2の光に対して透過性を有する第9の半導
体コレクタ層(17)と、第1の導電型を有し、第1お
よび第2の光に対して吸収性を有する第10の半導体ベ
ース層(18)と、第2の導電型を有し、第1および第
2の光の波長に対して透過性を有する第11の半導体エ
ミッタ層(19)とから順次積層構成され、前記第1の
オーミック用半導体層(11)と前記エミッタ層(19
)には両者間に所定バイアスを印加する金属電極(42
,41)を具備し、前記ヘテロ接合バイポーラ光トラン
ジスタのエミッタ側に光入力窓を具備し、面発光レーザ
のヘテロ接合バイポーラ光トランジスタとは反対の面上
にレーザ出力用窓を具備することを特徴とする面型半導
体光スイッチ、あるいはまた、
[0008] A planar semiconductor optical switch configured by sequentially stacking a heterojunction bipolar optical transistor and a surface emitting laser formed on a predetermined substrate (8),
The surface emitting laser includes a first ohmic semiconductor layer (1) which has a first conductivity type and is transparent to the first light.
1), a second semiconductor layer that has a first conductivity type and is transparent to the first light, and a second semiconductor layer that has a second conductivity type and is transparent to the first light;
The third semiconductor layer is transparent to light and has a refractive index different from that of the second semiconductor, and the thickness of each layer is an odd multiple of 1/4 of the wavelength of the first light. 2. A first light reflecting layer (
12) and a fifth semiconductor active layer (
14) A fourth semiconductor cladding layer (13) having a lower refractive index and transmittance to the first light, and an impurity that provides the first or a second conductivity type opposite to the first conductivity type. A fifth semiconductor active layer (14) that is not intentionally added and emits the first light by recombination of electrons and holes in the layer, and a fifth semiconductor active layer that has a second conductivity type. a sixth semiconductor cladding layer (15) having a refractive index lower than that of the layer (14) and transparent to the first light; and a sixth semiconductor cladding layer (15) having a second conductivity type and transparent to the first light. an eighth semiconductor layer that has a second conductivity type, is transparent to the first light, has a different refractive index from the seventh semiconductor layer, and has a thickness of A reflective layer (16) for the first light, which is formed by alternately laminating a plurality of pairs or more of seventh and eighth semiconductor layers having a thickness equal to an odd multiple of 1/4 of the wavelength of the first light; , the heterojunction bipolar phototransistor has a second conductivity type,
a ninth semiconductor collector layer (17) that is transparent to the first and second lights; and a tenth semiconductor collector layer (17) that has the first conductivity type and is absorbent to the first and second lights. a semiconductor base layer (18), and an eleventh semiconductor emitter layer (19) having a second conductivity type and transmitting to the first and second wavelengths of light, The first ohmic semiconductor layer (11) and the emitter layer (19)
) has a metal electrode (42) that applies a predetermined bias between them.
, 41), comprising a light input window on the emitter side of the heterojunction bipolar phototransistor, and a laser output window on the surface of the surface emitting laser opposite to the heterojunction bipolar phototransistor. A surface type semiconductor optical switch, or also,

【0009】前記ヘテロ接合バイポーラ光トランジスタ
の第11のエミッタ層(19,31)と前記基板(8)
との間に第2の導電型を有し、第1および第2の光に対
して透過性を有する第12の半導体層と、第2の導電型
を有し、第1および第2の光に対して透過性を有し、屈
折率が第12の半導体と異なる第13の半導体層から構
成され、各層の厚さが第2の光の波長の1/4の奇数倍
の第12および第13の半導体層を交互に複数対以上積
層した第2の光に対する反射層(30)を介在させたこ
とを特徴とする面型半導体光スイッチ、あるいはまた、
The eleventh emitter layer (19, 31) of the heterojunction bipolar optical transistor and the substrate (8)
a twelfth semiconductor layer having a second conductivity type between them and being transparent to the first and second lights; and a twelfth semiconductor layer having a second conductivity type and transmitting the first and second lights. The twelfth and third semiconductor layers each have a thickness that is an odd multiple of 1/4 of the wavelength of the second light. A planar semiconductor optical switch characterized by interposing a second light reflecting layer (30) in which a plurality of pairs or more of 13 semiconductor layers are alternately laminated, or alternatively,

【0010】前記ヘテロ接合バイポーラ光トランジスタ
の第11のエミッタ層(19,31,32)と前記基板
(8)との間に第2の導電型を有し、第1および第2の
光に対して透過性を有し、所定の厚さのミラーエミッタ
層を介在させたことを特徴とする面型半導体光スイッチ
、あるいはまた、
The heterojunction bipolar phototransistor has a second conductivity type between the eleventh emitter layer (19, 31, 32) and the substrate (8), and A planar semiconductor optical switch characterized by having transparency and having a mirror emitter layer of a predetermined thickness interposed therebetween;

【0011】所定の基板(26)上に形成されたヘテロ
接合バイポーラ光トランジスタと面発光レーザとが順次
積層形成して構成された面型半導体光スイッチであって
、前記面発光レーザは、第1の導電型を有し、第1の光
に対して透過性を有し、屈折率が第3の半導体層より小
さい第1のオーミック用半導体層(22)と、第1の導
電型を有し、第1の光に対して透過性を有し、屈折率が
第3の半導体活性層(14)より小さい第2の半導体ク
ラッド層(15′)と、第1または第1の導電型とは逆
の第2の導電型を与える不純物を意図的に添加しない、
層内の電子・正孔の再結合により第1の光を発光する第
3の半導体活性層(14)と、第2の導電型を有し、第
3の半導体活性層(14)より屈折率が小さく第1の光
に対して透過性を有する第4の半導体クラッド層(13
′)と、第2の導電型を有し、第1の光に対して透過性
を有する第5の半導体層と、第2の導電型を有し、第1
の光に対し透過性を有し第5の半導体と屈折率が異なる
第6の半導体層から構成され、厚さが第1の光の波長の
1/4の奇数倍の第5,第6の半導体層を複数対以上交
互に積層した、第1の光に対する反射層(12′)とか
ら順次積層形成され、前記ヘテロ接合バイポーラ光トラ
ンジスタは、第2の導電型を有し、第1および第2の光
に対して透過性を有する第7の半導体コレクタ層(23
)と、第1の導電型を有し、第1および第2の光に対し
て吸収性を有する第8の半導体ベース層(24)と、第
2の導電型を有し、第1および第2の光の波長に対して
透過性を有する第9の半導体エミッタ層(25)とから
順次積層構成され、前記第1のオーミック用半導体層(
22)と前記エミッタ層(25)には両者間に所定バイ
アスを印加する金属電極(42,41)を具備し、前記
ヘテロ接合バイポーラ光トランジスタのエミッタ側に光
入力窓を具備し、面発光レーザのヘテロ接合バイポーラ
光トランジスタとは反対の面からレーザ出力を得ること
を特徴とする面型半導体光スイッチ、あるいはまた、
[0011] A surface-type semiconductor optical switch is constructed by sequentially laminating a heterojunction bipolar optical transistor formed on a predetermined substrate (26) and a surface-emitting laser, the surface-emitting laser being a first a first ohmic semiconductor layer (22) that has a conductivity type, is transparent to the first light, and has a refractive index smaller than that of the third semiconductor layer; , a second semiconductor cladding layer (15') that is transparent to the first light and has a refractive index smaller than that of the third semiconductor active layer (14), and the first or first conductivity type. Do not intentionally add impurities that give the opposite second conductivity type.
A third semiconductor active layer (14) that emits the first light by recombination of electrons and holes within the layer, and a third semiconductor active layer (14) that has a second conductivity type and a higher refractive index A fourth semiconductor cladding layer (13
'), a fifth semiconductor layer that has a second conductivity type and is transparent to the first light, and a fifth semiconductor layer that has a second conductivity type and is transparent to the first light;
The fifth and sixth semiconductor layers each have a thickness that is an odd multiple of 1/4 of the wavelength of the first light. The heterojunction bipolar phototransistor is formed by sequentially laminating a first light reflecting layer (12') in which a plurality of pairs or more of semiconductor layers are alternately laminated. A seventh semiconductor collector layer (23
), an eighth semiconductor base layer (24) having a first conductivity type and absorbing to the first and second lights; The first ohmic semiconductor layer (25) is sequentially laminated from the ninth semiconductor emitter layer (25) that is transparent to the second wavelength of light.
22) and the emitter layer (25) are provided with metal electrodes (42, 41) for applying a predetermined bias between them, and an optical input window is provided on the emitter side of the heterojunction bipolar phototransistor. A planar semiconductor optical switch characterized in that the laser output is obtained from the opposite side of the heterojunction bipolar optical transistor, or alternatively,

【0012】前記第1のオーミック用半導体層(22)
上に金属薄膜から構成された前記第1の光に対する反射
膜(21)を電極として具備することを特徴とする面型
半導体光スイッチ、あるいはまた、
[0012] The first ohmic semiconductor layer (22)
A planar semiconductor optical switch, characterized in that a reflective film (21) for the first light made of a metal thin film is provided thereon as an electrode, or alternatively,

【0013】前記第1のオーミック用半導体層上に形成
された電極(41)にレーザ出力用窓を形成し、前記レ
ーザ出力用窓において、前記第1のオーミック用半導体
層(22)上に第1の誘電体と第1の誘電体と屈折率の
異なる第2の誘電体を、各層の厚さが第1の光の波長の
1/4の奇数倍になるように複数対以上交互に積層し形
成した第1の光に対して反射層となる誘電体積層を具備
することを特徴とする面型半導体光スイッチ、あるいは
また、
A laser output window is formed on the electrode (41) formed on the first ohmic semiconductor layer, and a laser output window is formed on the first ohmic semiconductor layer (22) in the laser output window. A plurality of pairs or more of a first dielectric and a second dielectric having a different refractive index from the first dielectric are laminated alternately so that the thickness of each layer is an odd multiple of 1/4 of the wavelength of the first light. A planar semiconductor optical switch characterized by comprising a dielectric laminated layer serving as a reflective layer for the first light formed by the process, or alternatively,

【0014】所定の基板(36)上に形成された面発光
レーザとヘテロ接合バイポーラ光トランジスタとが順次
積層形成して構成された面型半導体光スイッチであって
、前記面発光レーザは、第1の導電型またはこれと逆の
第2の導電型もしくは半絶縁性の半導体基板(36)と
、第1の導電型またはこれと逆の第2の導電型を与える
不純物を意図的に添加しないかあるいは第2の導電型を
有し、かつ第1の光に対して透過性を有する第1の半導
体層と、第1の導電型またはこれと逆の第2の導電型を
与える不純物を意図的に添加しないかあるいは第2の導
電型を有し、かつ第1の光に対して透過性を有し屈折率
が第1の半導体層と異なる第2の半導体層から構成され
各々の厚さが第1の光の波長の1/4の奇数倍である第
1,第2の半導体層を複数対以上交互に積層した第1の
光に対する反射層(35)と、第1の導電型を有し、第
1の光に対して透過性を有する第3の半導体層(34)
と、同じく第1の導電型を有し、第1の光に対して透過
性を有する第4の半導体クラッド層(13)と、第1ま
たは第2の導電型を与える不純物を意図的に添加せず、
電子・正孔の再結合により第1の光を発光する第5の半
導体活性層(14)と、第2の導電型を有し、第1の光
に対して透過性を有する第6の半導体層(15)と、第
2の導電型を有し、第1の光に対して透過性を有する第
7の半導体層と第2の導電型を有し、第1の光に対して
透過性を有し屈折率が第7の半導体層と異なる第8の半
導体層から構成され、各々の厚さが第1の光の波長の1
/4の奇数倍の第7,第8の半導体層を複数対以上積層
した第1の光に対する反射層(16)とから順次積層構
成され、前記ヘテロ接合バイポーラ光トランジスタは、
第2の導電型を有し、第1および第2の光に対して透過
性を有する第9の半導体コレクタ層(17)と、第1の
導電型を有し、第1および第2の光に対して吸収性を有
する第10の半導体ベース層(18)と、第2の導電型
を有し、第1および第2の光に対して透過性を有する第
11の半導体エミッタ層(32)とから順次積層構成さ
れ、更に前記第11の半導体エミッタ層(32)上にミ
ラーエミッタ層(33)を介して光入力用窓を有する金
属電極(42)を具備し、他方前記第3の半導体層(3
4)上には他方の電極(41)を具備し、両電極間に所
定のバイアスを印加し、前記光入力用窓とは反対側の前
記基板(36)面側からレーザ出力を得ることを特徴と
する面型半導体光スイッチ。
[0014] A surface-type semiconductor optical switch is constructed by sequentially stacking a surface-emitting laser and a heterojunction bipolar optical transistor formed on a predetermined substrate (36), wherein the surface-emitting laser is or a semiconductor substrate (36) of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, or a semi-insulating semiconductor substrate (36), and an impurity that gives the first conductivity type or a second conductivity type opposite thereto is intentionally added. Alternatively, the first semiconductor layer has the second conductivity type and is transparent to the first light, and an impurity that gives the first conductivity type or the opposite second conductivity type is intentionally added. It is composed of a second semiconductor layer that is not added to the semiconductor layer or has a second conductivity type, is transparent to the first light, and has a refractive index different from that of the first semiconductor layer, and each has a thickness of A reflective layer (35) for the first light, in which a plurality of pairs or more of first and second semiconductor layers each having an odd multiple of 1/4 of the wavelength of the first light are laminated alternately, and a first conductivity type. and a third semiconductor layer (34) that is transparent to the first light.
and a fourth semiconductor cladding layer (13) that also has the first conductivity type and is transparent to the first light, and an impurity that gives the first or second conductivity type is intentionally added. Without,
A fifth semiconductor active layer (14) that emits first light by recombining electrons and holes, and a sixth semiconductor that has a second conductivity type and is transparent to the first light. a seventh semiconductor layer having a second conductivity type and transparent to the first light; and a seventh semiconductor layer having a second conductivity type and transparent to the first light. an eighth semiconductor layer having a refractive index different from that of the seventh semiconductor layer, each having a thickness of 1 wavelength of the first light.
The heterojunction bipolar optical transistor is configured by sequentially laminating a first light reflecting layer (16) in which a plurality of pairs or more of seventh and eighth semiconductor layers of odd multiples of /4 are laminated, and
a ninth semiconductor collector layer (17) having a second conductivity type and transmitting the first and second lights; and a ninth semiconductor collector layer (17) having the first conductivity type and transmitting the first and second lights. a tenth semiconductor base layer (18) that is absorbent to the light; and an eleventh semiconductor emitter layer (32) that has the second conductivity type and is transparent to the first and second light. and a metal electrode (42) having a light input window on the eleventh semiconductor emitter layer (32) via a mirror emitter layer (33), and the third semiconductor emitter layer (32). Layer (3
4) The other electrode (41) is provided on the top, a predetermined bias is applied between both electrodes, and the laser output is obtained from the side of the substrate (36) opposite to the light input window. Features: Surface-type semiconductor optical switch.

【0015】[0015]

【実施例】半導体材料として代表的なAlGaAs系 
(一部、InGaAs) を例にとって、本発明の実施
例を説明する。
[Example] AlGaAs is a typical semiconductor material
An example of the present invention will be described using (partly InGaAs) as an example.

【0016】図1は、面発光レーザの共振器を構成する
2つのミラー部分に、屈折率が異なり、各層の厚さがレ
ーザ発振波長の1/4の奇数倍の厚さ(波長は、結晶中
の光の波長)の2種類の半導体AlAs/Al0.05
Ga0.95As (厚さ73nm/60nm) を積
層したDBR (Distributed Bragg
 Reflector :  分布ブラッグ反射型ミラ
ー) を用いたものである。一般に、20対以上積層す
ると、反射率が98%以上のミラーが得られる。また、
中心波長から±(プラス・マイナス) 50nm程度の
広い波長範囲まで90%以上の反射率を有している。こ
の実施例のレーザでは、13はp+ −Al0.2 G
a0.8 Asクラッド層および15はn+ −Al 
0.9 Ga0.7 Asクラッド層として働き、11
のp+ −Al 0.1 Ga0.9 As層はp側電
極の接触抵抗を下げるためにp型不純物を高濃度に添加
した薄いオーミック層である。 この面型レーザは、14のGaAs層を活性層として波
長880nm で発振する。
FIG. 1 shows that the two mirror parts constituting the resonator of a surface emitting laser have different refractive indexes, and the thickness of each layer is an odd multiple of 1/4 of the laser oscillation wavelength (the wavelength is a crystal Two types of semiconductors AlAs/Al0.05 (wavelength of light inside)
DBR (Distributed Bragg) laminated with Ga0.95As (thickness 73 nm/60 nm)
Reflector: Distributed Bragg reflection mirror) is used. Generally, when 20 or more pairs are laminated, a mirror with a reflectance of 98% or more can be obtained. Also,
It has a reflectance of 90% or more over a wide wavelength range of about ± (plus/minus) 50 nm from the center wavelength. In this example laser, 13 is p+ -Al0.2 G
a0.8 As cladding layer and 15 are n+ -Al
0.9 Ga0.7 As acts as a cladding layer, 11
The p+ -Al 0.1 Ga0.9 As layer is a thin ohmic layer doped with p-type impurities at a high concentration to lower the contact resistance of the p-side electrode. This planar laser uses 14 GaAs layers as active layers and oscillates at a wavelength of 880 nm.

【0017】HPT 側に放出されたレーザ光は、HP
T のp−In 0.05Ga0.95Asベース層 
(厚さ0.3 μm、バンドギャップに相当する光の波
長λg=0.90μm、キャリア濃度1×1017cm
−3) に吸収される。HPT への入力光の波長は、
必ずしもレーザ発振波長に合わせる必要はなく、HPT
 のベース層に吸収される波長であれば良い。DBR 
ミラーは、前に述べたように比較的広いスペクトル幅で
大きな反射率を有するので、入射光は図1の点線に示す
ように面発光レーザのDBR ミラーに反射され、2回
ベース層を通過する間に吸収される。
[0017] The laser beam emitted to the HPT side
T p-In 0.05Ga0.95As base layer
(Thickness: 0.3 μm, wavelength of light corresponding to band gap λg = 0.90 μm, carrier concentration: 1×1017 cm
-3) Absorbed by. The wavelength of the input light to the HPT is
It is not necessarily necessary to match the laser oscillation wavelength, and HPT
Any wavelength that is absorbed by the base layer may be used. DBR
As mentioned earlier, the mirror has a large reflectance over a relatively wide spectral width, so the incident light is reflected by the DBR mirror of the surface-emitting laser and passes through the base layer twice, as shown by the dotted line in Figure 1. absorbed between.

【0018】入力光をベース層で効率よく吸収するため
の厚さは、バンドギャップ以上のエネルギーの光に対す
る吸収係数を104 cm−3とすると、1μm以上必
要である。一方、トランジスタの応答速度を上げるには
、ベース幅を出来るだけ薄くすることが不可欠である。 したがって、本実施例のようにDBR ミラーで入力光
を反射させ、ベース層を2回通過するようにすると、ベ
ース幅を薄く出来、高速化が図られる。また、ベース層
を2回通過するので、光スイッチに必要な入力光強度を
低減できる。
In order for the base layer to efficiently absorb input light, the thickness needs to be 1 μm or more, assuming that the absorption coefficient for light with energy above the band gap is 10 4 cm −3 . On the other hand, in order to increase the response speed of a transistor, it is essential to make the base width as thin as possible. Therefore, if the input light is reflected by the DBR mirror and passes through the base layer twice as in this embodiment, the base width can be made thinner and the speed can be increased. Furthermore, since the light passes through the base layer twice, the input light intensity required for the optical switch can be reduced.

【0019】なお、本実施例では、面発光レーザのGa
As活性層厚を0.6 μmと比較的厚くしたが、最近
精力的に研究が進められている、DBR ミラー間隔が
一波長(一波長共振器という)あるいは波長/2(半波
長共振器という)のようなショートキャビティー面発光
レーザでもよいこれらについては例えば、山本らによる
文献、応用物理 59(1990)1204)において
記載されている通りである。 以下の実施例でも、特に触れないがもちろん上記のこと
があてはまる。
Note that in this example, the Ga
Although the As active layer thickness is relatively thick at 0.6 μm, the DBR mirror spacing has been actively researched recently. ) may also be short-cavity surface-emitting lasers, as described, for example, in the paper by Yamamoto et al., Applied Physics 59 (1990) 1204). Of course, the above also applies to the following examples, although they are not specifically mentioned.

【0020】素子の電流・電圧特性およびon−off
状態と光入力の関係は、図9および図10の特性とほぼ
同じである。
[0020] Current/voltage characteristics and on-off of the element
The relationship between the state and the optical input is almost the same as the characteristics in FIGS. 9 and 10.

【0021】図2の実施例は、ベース層を薄くしても十
分に光が吸収されるように、入力光が2回以上、ベース
層を通過する構造、すなわち、HPT のエミッタ側に
、DBR ミラーを設けたものである。このミラーの反
射率を高くすると、HPT に光を入れるためには、波
長を厳密に選ぶ必要がある(例えば、反射率90%以上
でΔλ<0.4nm)  。この制約を緩めるため、通
常この部分のミラーの反射率を30%程度に下げ、非対
称ミラー共振器 (他方のミラー、ここでは、面発光レ
ーザのDBR の反射率は95%以上) を形成する。 このようにして、入射光がベース層を多数回通過するよ
うにして、吸収効率を上げる。また、ベース層を薄く出
来るため、HPT の高速化に寄与出来る。
The embodiment shown in FIG. 2 has a structure in which the input light passes through the base layer two or more times so that light is sufficiently absorbed even if the base layer is made thin, that is, a DBR is installed on the emitter side of the HPT. It is equipped with a mirror. When the reflectance of this mirror is increased, it is necessary to select the wavelength strictly in order to allow light to enter the HPT (for example, Δλ<0.4 nm when the reflectance is 90% or more). In order to relax this constraint, the reflectance of the mirror in this area is usually lowered to about 30% to form an asymmetric mirror resonator (the reflectance of the other mirror, here the DBR of the surface emitting laser, is 95% or more). In this way, the incident light passes through the base layer multiple times, increasing absorption efficiency. Furthermore, since the base layer can be made thinner, it can contribute to faster HPT.

【0022】なお、図2の実施例では、エミッタ側のD
BR を多層膜にしたが、反射防止膜のないn+ −A
l 0.3 Ga0.7 As一層でも、反射率30%
程度は実現できる。この時の実施例を図3に示す。図2
と図3の実施例では、HPT 内を多数回、入力光が往
復するため、光子の共振器寿命が長くなる懸念がある。 しかし、実際は、ベース層が吸収層として働くため、共
振器寿命は1ps以下で無視できる。
In the embodiment shown in FIG. 2, D on the emitter side
BR is made of multilayer film, but n+ -A without anti-reflection film
l 0.3 Ga0.7 Even with a single layer of As, the reflectance is 30%
It can be achieved to some extent. An example at this time is shown in FIG. Figure 2
In the embodiment shown in FIG. 3, since the input light travels back and forth within the HPT many times, there is a concern that the lifetime of the photon resonator will be lengthened. However, in reality, since the base layer acts as an absorption layer, the resonator life is less than 1 ps and can be ignored.

【0023】なお、素子の電流・電圧特性およびon−
off状態と光入力の関係は、図9および図10の特性
とほぼ同じである。
Note that the current/voltage characteristics and on-
The relationship between the off state and the optical input is almost the same as the characteristics in FIGS. 9 and 10.

【0024】図4の実施例は、一般に、面発光レーザの
p+ の半導体DBR は抵抗が高いので、このDBR
 の代わりに厚さ40−200nmのAg薄膜を用い、
反射ミラーと電極を兼用するタイプである。Ag薄膜の
反射率は厚さ40nm以上で95%以上になるので、効
率の良い面発光レーザが実現できる。
In the embodiment shown in FIG. 4, since the p+ semiconductor DBR of a surface emitting laser generally has a high resistance, this DBR is
Using a 40-200 nm thick Ag thin film instead,
This type serves both as a reflecting mirror and as an electrode. Since the reflectance of the Ag thin film is 95% or more when the thickness is 40 nm or more, an efficient surface-emitting laser can be realized.

【0025】なお、素子の電流・電圧特性およびon−
off状態と光入力の関係は、図9および図10の特性
とほぼ同じである。
Note that the current/voltage characteristics and on-
The relationship between the off state and the optical input is almost the same as the characteristics in FIGS. 9 and 10.

【0026】図5の実施例は、図1の面発光レーザのp
+ の半導体DBR の抵抗が高いため、TiO 2 
/SiO 2誘電体DBR ミラーに置き換えたもので
ある。このため、p側の電極を図5に示すようにメサ型
にして、22のp+ −Al 0.1 Ga0.9 A
sオーミック層から取り出す。誘電体はレーザの発振波
長によっては、もっと屈折率差の大きい誘電体材料、例
えば、a−Si/SiO 2などを用いても良い。
The embodiment shown in FIG.
+ Since the resistance of the semiconductor DBR is high, TiO 2
/SiO 2 dielectric DBR mirror. For this reason, the p-side electrode is made into a mesa shape as shown in FIG.
Take it out from the s-ohmic layer. Depending on the oscillation wavelength of the laser, a dielectric material having a larger refractive index difference, for example, a-Si/SiO 2 may be used as the dielectric material.

【0027】以上、図4,図5の実施例でも素子の電流
・電圧特性およびon−off状態と光入力の関係は、
図9および図10の特性とほぼ同じである。
As described above, in the embodiments shown in FIGS. 4 and 5, the relationship between the current/voltage characteristics of the element, the on-off state, and the optical input is as follows.
The characteristics are almost the same as those in FIGS. 9 and 10.

【0028】なお、図2および図3の実施例のように、
図4,図5の実施例のHPT のエミッタ側に反射膜を
設け、入力光が多数回、光吸収層(ベース)を通過する
ようにすることも可能である。
Note that, as in the embodiments shown in FIGS. 2 and 3,
It is also possible to provide a reflective film on the emitter side of the HPT in the embodiments shown in FIGS. 4 and 5 so that the input light passes through the light absorption layer (base) many times.

【0029】一般に、p+ 型の半導体DBR は抵抗
が高く、レーザ光に対する光吸収損失も大きい。従って
、高性能な面発光レーザを得るにはp+ −DBRを使
わない実施例もある。図6の実施例では、金属電極端子
41を途中から取り出し、p+ −DBRの代わりに、
i−またはn型の半導体DBR 層35を用いた。レー
ザ光出力は、GaAs基板36側から取り出す。図6で
は金属電極41は直接p+ −Al0.3 Ga 0.
7As層34に付けているが、良好なオーミック抵抗を
得るため、p+ −GaAs 層を中間に挟んでも良い
Generally, a p+ type semiconductor DBR has a high resistance and a large light absorption loss for laser light. Therefore, in order to obtain a high-performance surface emitting laser, there are some embodiments that do not use p+ -DBR. In the embodiment of FIG. 6, the metal electrode terminal 41 is taken out from the middle, and instead of the p+ -DBR,
An i- or n-type semiconductor DBR layer 35 was used. Laser light output is taken out from the GaAs substrate 36 side. In FIG. 6, the metal electrode 41 is directly p+ -Al0.3 Ga0.
Although it is attached to the 7As layer 34, a p+ -GaAs layer may be sandwiched in between to obtain good ohmic resistance.

【0030】また、図6では、GaAs基板の極性はp
型,n型、半絶縁性(SI)のいずれでもかまわない。
Furthermore, in FIG. 6, the polarity of the GaAs substrate is p.
It may be any type, n-type, or semi-insulating (SI).

【0031】以上述べた実施例では、AlGaAs系を
例に上げたが、この他0.9 μm帯で発光するGaA
s基板上のInGaAs/AlGaAs 歪系半導体、
1.0−1.5 μm帯で発光するInP 基板上のI
nGaAsP 系半導体などを用いても良い。これらの
材料系では、結晶基板が入射光およびレーザ光を吸収し
ないため、ウエハからデバイスを作製する際、結晶基板
を取り除く必要が無いのでプロセスの簡略化が図れる。
In the embodiments described above, AlGaAs was used as an example, but in addition to this, GaAs which emits light in the 0.9 μm band
InGaAs/AlGaAs strained semiconductor on s substrate,
I on an InP substrate that emits light in the 1.0-1.5 μm band
An nGaAsP-based semiconductor or the like may also be used. In these material systems, since the crystal substrate does not absorb incident light or laser light, there is no need to remove the crystal substrate when manufacturing devices from a wafer, thereby simplifying the process.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、発光部に面発光レ
ーザを用いると、指向性が良く、高パワーの光出力が得
られ、さらに、スイッチング速度も1GHZ以上になる
。 また、HPT に隣接して反射層があるため、HPT 
のエミッタ側からの入力光が、多数回光吸収層 (ベー
ス) を通過するため、ベース層を薄くでき高速化が図
れる。さらに、光スイッチに必要な入力光パワーも低減
できる。
As explained above, when a surface emitting laser is used in the light emitting section, a high directivity and high power optical output can be obtained, and the switching speed can also be increased to 1 GHz or more. In addition, since there is a reflective layer adjacent to the HPT,
Since input light from the emitter side of the device passes through the light absorption layer (base) many times, the base layer can be made thinner and higher speeds can be achieved. Furthermore, the input optical power required for the optical switch can also be reduced.

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

【図1】面発光レーザのミラーに半導体DBR を用い
た本発明の実施例。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention in which a semiconductor DBR is used as a mirror of a surface emitting laser.

【図2】HPT のエミッタ層の一部に半導体DBR 
ミラーを導入した本発明の実施例。
[Figure 2] Semiconductor DBR in part of the emitter layer of HPT
An embodiment of the present invention incorporating a mirror.

【図3】HPT のエミッタ層側に反射率の低いミラー
を設けた本発明の実施例。
FIG. 3 is an embodiment of the present invention in which a mirror with low reflectivity is provided on the emitter layer side of the HPT.

【図4】面発光レーザのミラーの一方に金属薄膜を用い
た本発明の実施例。
FIG. 4 is an embodiment of the present invention in which a metal thin film is used for one of the mirrors of a surface emitting laser.

【図5】面発光レーザのミラーの一方に誘電体DBR 
ミラー、もう一方に半導体DBR ミラーを用いた本発
明の実施例。
[Figure 5] Dielectric DBR on one side of the mirror of the surface emitting laser
An embodiment of the present invention using a mirror and a semiconductor DBR mirror on the other side.

【図6】面発光レーザのp+ −DBRミラーの代わり
にi−又はn型の半導体DBR を用いた実施例。
FIG. 6 is an embodiment in which an i- or n-type semiconductor DBR is used instead of a p+-DBR mirror of a surface emitting laser.

【図7】従来の面型半導体光スイッチの例。FIG. 7 is an example of a conventional surface-type semiconductor optical switch.

【図8】従来の面型半導体光スイッチの動作原理。FIG. 8 shows the operating principle of a conventional planar semiconductor optical switch.

【図9】光入力無しの場合の従来の面型半導体光スイッ
チの素子の電流・電圧特性。
FIG. 9 shows the current/voltage characteristics of a conventional planar semiconductor optical switch element without optical input.

【図10】光入力有りの場合の従来の面型半導体光スイ
ッチの素子の電流・電圧特性。
FIG. 10 shows the current/voltage characteristics of a conventional planar semiconductor optical switch element with optical input.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  p+ −GaAs  (キャリア濃度、2×10
18cm−3以上) 2  p+ −Al 0.3 G
a 0.7As (厚さ0.8 μm、キャリア濃度5
×1017cm−3)  3  GaAs活性層 (厚さ0.6 μm、λg=0
.88μm) 4  n+ −Al 0.3 Ga0.
7 As(厚さ0.6 μm、キャリア濃度1×101
8cm−3)  5  n−Al 0.3 Ga0.7 As(厚さ0.
6 μm、キャリア濃度1×1017cm−3) 6  p−In 0.05Ga0.95As (厚さ0
.3 μm、λg=0.90μm、キャリア濃度1×1
017cm−3)7  n−Al 0.3 Ga0.7
 As (厚さ1.5 μm、キャリア濃度5×101
7cm−3) 8  n+ −GaAs 基板 (キャリア濃度>2×
1018cm−3)11  p+ −Al 0.1 G
a0.9 As (厚さ10nm、キャリア濃度1×1
018cm−3)オーミック層 12  p+ −AlAs/Al0.05Ga0.95
As DBR (厚さ73nm/60nm) 12′n+ −AlAs/Al0.05Ga0.95A
s DBR (厚さ73nm/60nm) 13  p+ −Al 0.2 Ga0.8 As (
厚さ3μm)クラッド層13′n+ −Al 0.2 
Ga0.8 As (厚さ3μm)クラッド層14  
GaAs活性層 (厚さ0.6 μm)15  n+ 
−Al 0.3 Ga0.7 As(厚さ0.5 μm
)クラッド層 15′p+ −Al 0.3 Ga0.7 As(厚さ
0.5 μm)クラッド層 16  n+ −AlAs/Al0.05Ga0.95
As DBR (厚さ73nm/60nm) 17  n−Al 0.3 Ga0.7 As (厚さ
0.6 μm、キャリア濃度1×1017cm−3) 
コレクタ層18  p−In 0.05 Ga 0.9
5As( 厚さ0.3 μm、λg=0.90μm、キ
ャリア濃度1×1017cm−3) ベース層19  
n−Al 0.2 Ga 0.8 As ( 厚さ1.
5 μm、キャリア濃度5×1017cm−3) エミ
ッタ層20  反射防止膜 21  Ag膜 (厚さ40−200nm) 22  
p+ −Al 0.1 Ga0.9 Asオーミック層
 (厚さ10nm) 23  n+ −Al 0.3 
Ga0.7 Asコレクタ層24  p−In 0.0
5Ga0.95Asベース層25  n−Al 0.1
 Ga0.9 Asエミッタ層26  n+ −GaA
s 基板 30  n+ −AlAs/Al0.05Ga0.95
As DBR (厚さ72nm/60nm)31  n
−Al 0.2 Ga0.8 Asエミッタ層32  
n−Al 0.1 Ga0.9 Asエミッタ層33 
 n−Al 0.3 Ga0.7 Asエミッタ層34
  p+ −Al 0.3 Ga0.7 As35  
i又はn−AlAs/Al0.05 Ga 0.95A
s DBR36  n又はp又はSI(半絶縁性) G
aAs基板40  TiO 2 /SiO2 誘電体D
BR ミラー41  金属電極(面発光レーザ用の電極
)42  金属電極(エミッタ電極)
1 p+ -GaAs (carrier concentration, 2×10
18cm-3 or more) 2 p+ -Al 0.3 G
a 0.7As (thickness 0.8 μm, carrier concentration 5
×1017cm-3) 3 GaAs active layer (thickness 0.6 μm, λg=0
.. 88 μm) 4 n+ -Al 0.3 Ga0.
7 As (thickness 0.6 μm, carrier concentration 1×101
8cm-3) 5 n-Al 0.3 Ga0.7 As (thickness 0.
6 μm, carrier concentration 1 x 1017 cm-3) 6 p-In 0.05Ga0.95As (thickness 0
.. 3 μm, λg=0.90 μm, carrier concentration 1×1
017cm-3)7 n-Al 0.3 Ga0.7
As (thickness 1.5 μm, carrier concentration 5×101
7cm-3) 8 n+ -GaAs substrate (carrier concentration>2×
1018cm-3) 11 p+ -Al 0.1 G
a0.9 As (thickness 10 nm, carrier concentration 1×1
018cm-3) Ohmic layer 12 p+ -AlAs/Al0.05Ga0.95
As DBR (thickness 73nm/60nm) 12'n+ -AlAs/Al0.05Ga0.95A
s DBR (thickness 73 nm/60 nm) 13 p+ -Al 0.2 Ga0.8 As (
Thickness: 3 μm) Cladding layer 13'n+ -Al 0.2
Ga0.8 As (thickness 3 μm) cladding layer 14
GaAs active layer (thickness 0.6 μm) 15 n+
-Al 0.3 Ga0.7 As (thickness 0.5 μm
) Cladding layer 15'p+ -Al 0.3 Ga0.7 As (thickness 0.5 μm) Cladding layer 16 n+ -AlAs/Al0.05Ga0.95
As DBR (thickness 73 nm/60 nm) 17 n-Al 0.3 Ga0.7 As (thickness 0.6 μm, carrier concentration 1 x 1017 cm-3)
Collector layer 18 p-In 0.05 Ga 0.9
5As (thickness 0.3 μm, λg=0.90 μm, carrier concentration 1×1017 cm−3) base layer 19
n-Al 0.2 Ga 0.8 As (thickness 1.
5 μm, carrier concentration 5 x 1017 cm-3) Emitter layer 20 Anti-reflection film 21 Ag film (thickness 40-200 nm) 22
p+ -Al 0.1 Ga0.9 As ohmic layer (thickness 10 nm) 23 n+ -Al 0.3
Ga0.7 As collector layer 24 p-In 0.0
5Ga0.95As base layer 25 n-Al 0.1
Ga0.9 As emitter layer 26 n+ -GaA
s Substrate 30 n+ -AlAs/Al0.05Ga0.95
As DBR (thickness 72nm/60nm) 31n
-Al0.2Ga0.8As emitter layer 32
n-Al 0.1 Ga0.9 As emitter layer 33
n-Al 0.3 Ga0.7 As emitter layer 34
p+ -Al 0.3 Ga0.7 As35
i or n-AlAs/Al0.05 Ga 0.95A
s DBR36 n or p or SI (semi-insulating) G
aAs substrate 40 TiO 2 /SiO2 dielectric D
BR Mirror 41 Metal electrode (electrode for surface emitting laser) 42 Metal electrode (emitter electrode)

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  入射光を受光するヘテロ接合バイポー
ラ光トランジスタとレーザ光を出力する面発光レーザと
を直列に同一基板上に積層化形成して構成し、半導体基
板の面発光レーザに隣接する第1面と第1の面と反対側
の第2面とを具備し、前記第1面と第2面上にそれぞれ
電極を形成し両電極間に所定バイアスを印加するととも
に前記第2面からの光入力をヘテロ接合バイポーラ光ト
ランジスタにより受光し、前記第1の面から面発光レー
ザのレーザ出力を得ることを特徴とする面型半導体光ス
イッチ。
1. A heterojunction bipolar optical transistor that receives incident light and a surface emitting laser that outputs laser light are stacked in series on the same substrate. and a second surface opposite to the first surface, electrodes are formed on the first surface and the second surface, and a predetermined bias is applied between both electrodes, and a bias is applied from the second surface. 1. A surface-type semiconductor optical switch, characterized in that an optical input is received by a heterojunction bipolar optical transistor, and a laser output of a surface-emitting laser is obtained from the first surface.
【請求項2】  所定の基板上に形成されたヘテロ接合
バイポーラ光トランジスタと面発光レーザとが順次積層
形成して構成された面型半導体光スイッチであって、前
記面発光レーザは、第1の導電型を有し、第1の光に対
して透過性を有する第1のオーミック用半導体層と、第
1の導電型を有し、第1の光に対して透過性を有する第
2の半導体層と、第2の導電型を有し、第1の光に対し
透過性を有し第2の半導体と屈折率が異なる第3の半導
体層から構成され、各層の厚さが第1の光の波長の1/
4の奇数倍の厚さの第2,第3の半導体層を複数対以上
交互に積層した、第1の光に対する反射層と、第1の導
電型を有し、第5の半導体活性層より屈折率が小さく第
1の光に対して透過性を有する第4の半導体クラッド層
と、第1または第1の導電型とは逆の第2の導電型を与
える不純物を意図的に添加せず、層内の電子・正孔の再
結合により第1の光を発光する第5の半導体活性層と、
第2の導電型を有し、第5の半導体活性層より屈折率が
小さく第1の光に対して透過性を有する第6の半導体ク
ラッド層と、第2の導電型を有し、第1の光に対して透
過性を有する第7の半導体層と、第2の導電型を有し、
第1の光に対し透過性を有し第7の半導体層と屈折率が
異なる第8の半導体層から構成され、厚さが第1の光の
波長の1/4の奇数倍の厚さの第7,第8の半導体層を
複数対以上交互に積層した、第1の光に対する反射層と
から順次積層構成され、前記ヘテロ接合バイポーラ光ト
ランジスタは、第2の導電型を有し、第1および第2の
光に対して透過性を有する第9の半導体コレクタ層と、
第1の導電型を有し、第1および第2の光に対して吸収
性を有する第10の半導体ベース層と、第2の導電型を
有し、第1および第2の光の波長に対して透過性を有す
る第11の半導体エミッタ層とから順次積層構成され、
前記第1のオーミック用半導体層と前記エミッタ層には
両者間に所定バイアスを印加する金属電極を具備し、前
記ヘテロ接合バイポーラ光トランジスタのエミッタ側に
光入力窓を具備し、面発光レーザのヘテロ接合バイポー
ラ光トランジスタとは反対の面上にレーザ出力用窓を具
備することを特徴とする面型半導体光スイッチ。
2. A surface-type semiconductor optical switch configured by sequentially stacking a heterojunction bipolar optical transistor and a surface-emitting laser formed on a predetermined substrate, the surface-emitting laser comprising a first A first ohmic semiconductor layer that has a conductivity type and is transparent to the first light; and a second semiconductor layer that has the first conductivity type and is transparent to the first light. and a third semiconductor layer having a second conductivity type, transparent to the first light, and having a different refractive index from the second semiconductor, and each layer has a thickness similar to that of the first light. 1/ of the wavelength of
a first light-reflecting layer in which a plurality of pairs or more of second and third semiconductor layers each having a thickness of an odd number of times 4 are alternately laminated; and a fifth semiconductor active layer having a first conductivity type; A fourth semiconductor cladding layer that has a small refractive index and is transparent to the first light, and an impurity that provides the first or a second conductivity type opposite to the first conductivity type is not intentionally added. , a fifth semiconductor active layer that emits first light by recombining electrons and holes within the layer;
a sixth semiconductor cladding layer that has a second conductivity type, has a refractive index lower than that of the fifth semiconductor active layer, and is transparent to the first light; a seventh semiconductor layer that is transparent to light, and has a second conductivity type;
It is composed of an eighth semiconductor layer that is transparent to the first light and has a different refractive index from the seventh semiconductor layer, and has a thickness that is an odd multiple of 1/4 of the wavelength of the first light. The heterojunction bipolar phototransistor has a structure in which a plurality of pairs of seventh and eighth semiconductor layers are alternately stacked and a reflective layer for first light, and the heterojunction bipolar phototransistor has a second conductivity type; and a ninth semiconductor collector layer that is transparent to the second light;
a tenth semiconductor base layer having a first conductivity type and absorbing to the first and second light; and a tenth semiconductor base layer having a second conductivity type and absorbing to the wavelengths of the first and second lights. and an eleventh semiconductor emitter layer that is transparent to the semiconductor emitter layer.
The first ohmic semiconductor layer and the emitter layer are provided with a metal electrode for applying a predetermined bias between them, and an optical input window is provided on the emitter side of the heterojunction bipolar phototransistor. A planar semiconductor optical switch characterized by having a laser output window on a surface opposite to a junction bipolar optical transistor.
【請求項3】  前記ヘテロ接合バイポーラ光トランジ
スタの第11のエミッタ層と前記基板との間に、第2の
導電型を有し、第1および第2の光に対して透過性を有
する第12の半導体層と、第2の導電型を有し、第1お
よび第2の光に対して透過性を有し、屈折率が第12の
半導体と異なる第13の半導体層から構成され、各層の
厚さが第2の光の波長の1/4の奇数倍の第12および
第13の半導体層を交互に複数対以上積層した第2の光
に対する反射層を、介在させたことを特徴とする前記請
求項2記載の面型半導体光スイッチ。
3. A twelfth emitter layer having a second conductivity type and transparent to the first and second lights is disposed between the eleventh emitter layer of the heterojunction bipolar phototransistor and the substrate. and a thirteenth semiconductor layer, which has a second conductivity type, is transparent to the first and second light, and has a refractive index different from that of the twelfth semiconductor. A reflecting layer for the second light is interposed, which is formed by alternately laminating a plurality of pairs or more of 12th and 13th semiconductor layers having a thickness that is an odd multiple of 1/4 of the wavelength of the second light. The planar semiconductor optical switch according to claim 2.
【請求項4】  前記ヘテロ接合バイポーラ光トランジ
スタの第11のエミッタ層と前記基板との間に、第2の
導電型を有し、第1および第2の光に対して透過性を有
し、所定の厚さのミラーエミッタ層を、介在させたこと
を特徴とする前記請求項2記載の面型半導体光スイッチ
4. A layer between an eleventh emitter layer of the heterojunction bipolar phototransistor and the substrate has a second conductivity type and is transparent to the first and second light; 3. The planar semiconductor optical switch according to claim 2, further comprising a mirror emitter layer having a predetermined thickness.
【請求項5】  所定の基板上に形成されたヘテロ接合
バイポーラ光トランジスタと面発光レーザとが順次積層
形成して構成された面型半導体光スイッチであって、前
記面発光レーザは、第1の導電型を有し、第1の光に対
して透過性を有し、屈折率が第3の半導体層より小さい
第1のオーミック用半導体層と、第1の導電型を有し、
第1の光に対して透過性を有し、屈折率が第3の半導体
活性層より小さい第2の半導体クラッド層と、第1また
は第1の導電型とは逆の第2の導電型を与える不純物を
意図的に添加しない、層内の電子・正孔の再結合により
第1の光を発光する第3の半導体活性層と、第2の導電
型を有し、第3の半導体活性層より屈折率が小さく第1
の光に対して透過性を有する第4の半導体クラッド層と
、第2の導電型を有し、第1の光に対して透過性を有す
る第5の半導体層と、第2の導電型を有し、第1の光に
対し透過性を有し第5の半導体と屈折率が異なる第6の
半導体層から構成され、厚さが第1の光の波長の1/4
の奇数倍の第5,第6の半導体層を複数対以上交互に積
層した、第1の光に対する反射層とから順次積層形成さ
れ、前記ヘテロ接合バイポーラ光トランジスタは、第2
の導電型を有し、第1および第2の光に対して透過性を
有する第7の半導体コレクタ層と、第1の導電型を有し
、第1および第2の光に対して吸収性を有する第8の半
導体ベース層と、第2の導電型を有し、第1および第2
の光の波長に対して透過性を有する第9の半導体エミッ
タ層とから順次積層構成され、前記第1のオーミック用
半導体層と前記エミッタ層には両者間に所定バイアスを
印加する金属電極を具備し、前記ヘテロ接合バイポーラ
光トランジスタのエミッタ側に光入力窓を具備し、面発
光レーザのヘテロ接合バイポーラ光トランジスタとは反
対の面からレーザ出力を得ることを特徴とする面型半導
体光スイッチ。
5. A surface-type semiconductor optical switch configured by sequentially stacking a heterojunction bipolar optical transistor and a surface-emitting laser formed on a predetermined substrate, the surface-emitting laser comprising a first a first ohmic semiconductor layer that has a conductivity type, is transparent to the first light, and has a refractive index smaller than that of the third semiconductor layer;
a second semiconductor cladding layer that is transparent to the first light and has a refractive index smaller than that of the third semiconductor active layer; and a first or second conductivity type opposite to the first conductivity type. a third semiconductor active layer that emits the first light by recombination of electrons and holes within the layer without intentionally adding impurities; and a third semiconductor active layer that has a second conductivity type. The refractive index is smaller than the first one.
a fourth semiconductor cladding layer that has a second conductivity type and is transparent to the first light; a fifth semiconductor layer that has a second conductivity type and is transparent to the first light; a sixth semiconductor layer that is transparent to the first light and has a different refractive index from the fifth semiconductor, and has a thickness that is 1/4 of the wavelength of the first light.
The heterojunction bipolar optical transistor is formed by sequentially stacking a first light reflecting layer, which is formed by alternately stacking a plurality of pairs or more of fifth and sixth semiconductor layers of odd number multiples of .
a seventh semiconductor collector layer having a conductivity type and being transparent to the first and second lights; and a seventh semiconductor collector layer having a first conductivity type and absorbing to the first and second lights. an eighth semiconductor base layer having a second conductivity type and a first and second semiconductor base layer having a second conductivity type;
and a ninth semiconductor emitter layer that is transparent to the wavelength of light, and the first ohmic semiconductor layer and the emitter layer are provided with a metal electrode that applies a predetermined bias between them. A planar semiconductor optical switch characterized in that the heterojunction bipolar optical transistor is provided with an optical input window on the emitter side, and a laser output is obtained from a surface of the surface emitting laser opposite to the heterojunction bipolar optical transistor.
【請求項6】  前記第1のオーミック用半導体層上に
金属薄膜から構成された前記第1の光に対する反射膜を
電極として具備することを特徴とする前記請求項5記載
の面型半導体光スイッチ。
6. The planar semiconductor optical switch according to claim 5, wherein a reflective film for the first light made of a metal thin film is provided as an electrode on the first ohmic semiconductor layer. .
【請求項7】  前記第1のオーミック用半導体層上に
形成された電極にレーザ出力用窓を形成し、前記レーザ
出力用窓において、前記第1のオーミック用半導体層上
に第1の誘電体と第1の誘電体と屈折率の異なる第2の
誘電体を、各層の厚さが第1の光の波長の1/4の奇数
倍になるように複数対以上交互に積層し形成した第1の
光に対して反射層となる誘電体積層を具備することを特
徴とする前記請求項5記載の面型半導体光スイッチ。
7. A laser output window is formed in the electrode formed on the first ohmic semiconductor layer, and a first dielectric material is formed on the first ohmic semiconductor layer in the laser output window. A first dielectric material and a second dielectric material having a different refractive index are alternately laminated in pairs such that each layer has a thickness of an odd multiple of 1/4 of the wavelength of the first light. 6. The planar semiconductor optical switch according to claim 5, further comprising a dielectric stack serving as a reflective layer for one light beam.
【請求項8】  所定の基板上に形成された面発光レー
ザとヘテロ接合バイポーラ光トランジスタとが順次積層
形成して構成された面型半導体光スイッチであって、前
記面発光レーザは、第1の導電型またはこれと逆の第2
の導電型もしくは半絶縁性の半導体基板と、第1の導電
型またはこれと逆の第2の導電型を与える不純物を意図
的に添加しないかあるいは第2の導電型を有し、かつ第
1の光に対して透過性を有する第1の半導体層と、第1
の導電型またはこれと逆の第2の導電型を与える不純物
を意図的に添加しないかあるいは第2の導電型を有し、
かつ第1の光に対して透過性を有し屈折率が第1の半導
体層と異なる第2の半導体層から構成され各々の厚さが
第1の光の波長の1/4の奇数倍である第1,第2の半
導体層を複数対以上交互に積層した第1の光に対する反
射層と、第1の導電型を有し、第1の光に対して透過性
を有する第3の半導体層と、同じく第1の導電型を有し
、第1の光に対して透過性を有する第4の半導体クラッ
ド層と、第1または第2の導電型を与える不純物を意図
的に添加せず、電子・正孔の再結合により第1の光を発
光する第5の半導体活性層と、第2の導電型を有し、第
1の光に対して透過性を有する第6の半導体層と、第2
の導電型を有し、第1の光に対して透過性を有する第7
の半導体層と第2の導電型を有し、第1の光に対して透
過性を有し屈折率が第7の半導体層と異なる第8の半導
体層から構成され、各々の厚さが第1の光の波長の1/
4の奇数倍の第7,第8の半導体層を複数対以上積層し
た第1の光に対する反射層とから順次積層構成され、前
記ヘテロ接合バイポーラ光トランジスタは、第2の導電
型を有し、第1および第2の光に対して透過性を有する
第9の半導体コレクタ層と、第1の導電型を有し、第1
および第2の光に対して吸収性を有する第10の半導体
ベース層と、第2の導電型を有し、第1および第2の光
に対して透過性を有する第11の半導体エミッタ層とか
ら順次積層構成され、更に前記第11の半導体エミッタ
層上にミラーエミッタ層を介して光入力用窓を有する金
属電極を具備し、他方前記第3の半導体層上には他方の
電極を具備し、  両電極間に所定のバイアスを印加し
、前記光入力用窓とは反対側の前記基板面側からレーザ
出力を得ることを特徴とする面型半導体光スイッチ。
8. A surface-type semiconductor optical switch configured by sequentially stacking a surface-emitting laser and a heterojunction bipolar optical transistor formed on a predetermined substrate, wherein the surface-emitting laser conductivity type or the second opposite conductivity type
a conductivity type or a semi-insulating semiconductor substrate, and an impurity that gives the first conductivity type or a second conductivity type opposite thereto is not intentionally added or has the second conductivity type, and the first conductivity type is a first semiconductor layer that is transparent to light;
do not intentionally add impurities that give the conductivity type or a second conductivity type opposite to this, or have the second conductivity type,
and a second semiconductor layer that is transparent to the first light and has a refractive index different from that of the first semiconductor layer, each having a thickness that is an odd multiple of 1/4 of the wavelength of the first light. A first light reflective layer in which a plurality of pairs or more of certain first and second semiconductor layers are alternately laminated, and a third semiconductor having a first conductivity type and being transparent to the first light. and a fourth semiconductor cladding layer that also has the first conductivity type and is transparent to the first light, and an impurity that imparts the first or second conductivity type is not intentionally added. , a fifth semiconductor active layer that emits first light by recombination of electrons and holes, and a sixth semiconductor layer that has a second conductivity type and is transparent to the first light. , second
a seventh conductivity type and transparent to the first light;
an eighth semiconductor layer that has a second conductivity type, is transparent to the first light, and has a refractive index different from that of the seventh semiconductor layer, and each has a thickness of the seventh semiconductor layer. 1/ of the wavelength of 1 light
the heterojunction bipolar optical transistor has a second conductivity type; a ninth semiconductor collector layer that is transparent to the first and second lights; a ninth semiconductor collector layer that has a first conductivity type;
and a tenth semiconductor base layer that is absorbent to the second light; and an eleventh semiconductor emitter layer that has a second conductivity type and is transparent to the first and second lights. further comprising a metal electrode having a light input window on the eleventh semiconductor emitter layer via a mirror emitter layer, and another electrode on the third semiconductor layer. . A planar semiconductor optical switch, characterized in that a predetermined bias is applied between both electrodes, and a laser output is obtained from the side of the substrate surface opposite to the optical input window.
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EP0899835A1 (en) * 1997-08-27 1999-03-03 Xerox Corporation Semiconductor Laser Device
KR100970324B1 (en) * 2007-02-14 2010-07-15 캐논 가부시끼가이샤 Red surface emitting laser element, image forming device, and image display apparatus

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