JPH04314022A - Optical gate array - Google Patents

Optical gate array

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JPH04314022A
JPH04314022A JP3106526A JP10652691A JPH04314022A JP H04314022 A JPH04314022 A JP H04314022A JP 3106526 A JP3106526 A JP 3106526A JP 10652691 A JP10652691 A JP 10652691A JP H04314022 A JPH04314022 A JP H04314022A
Authority
JP
Japan
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layer
optical
gate array
optical gate
light
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Pending
Application number
JP3106526A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Matsuo
慎治 松尾
Takashi Kurokawa
隆志 黒川
Chikara Amano
主税 天野
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP3106526A priority Critical patent/JPH04314022A/en
Publication of JPH04314022A publication Critical patent/JPH04314022A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain an optical gate array capable of optical signal processing and optical information processing at a high speed by accelerating an OFF time while holding light amplifying action and the high speed of an ON time which are characteristics in the case of using phototransistors. CONSTITUTION:A light receiving part T for changing an electric output at the time of irradiating a semiconductor substrate(SS) 101 with input light and an optical modulation part M having a function for changing the reflectivity factor of bias light by the electric output, including multiplex quantum well structure in an (i) layer and constituted of multiplex reflection structure of a (p) layer or pin structure are vertically laminated on the face of the SS 101 and connected to a constant voltage power supply series and a load resistor (micro-crystal silicon film 110) is connected to the modulation part M in parallel.

Description

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

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、光信号により駆動およ
び制御される光ゲートアレイに関するものである。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to optical gate arrays driven and controlled by optical signals.

【0002】0002

【従来の技術】光ゲートおよび光ゲートアレイは、光信
号処理や光情報処理のキーデバイスとしてその開発が強
く望まれている。この種の素子としては例えば特願平2
−179481号に開示されているように多重量子井戸
(MQW)pin型光変調器とフォトトランジスタとを
直列に接続し、かつその両端に定電圧電源を接続した構
成を有し、フォトトランジスタに入射した入力光の強度
によりMQW−pin型光変調器に入射したバイアス光
の反射強度を変化させる素子が提案されている。この素
子の特徴は、フォトトランジスタの電流増幅作用により
、微弱な入力光で強い出力光変化が得られるため、光増
幅機能を持ち、そのため、素子を多段に光で接続できる
ことである。また、この光ゲートアレイでは、下記に説
明する3つの構造上の特徴により高コントラストが得ら
れる。
2. Description of the Related Art Optical gates and optical gate arrays are strongly desired to be developed as key devices for optical signal processing and optical information processing. Examples of this type of element include, for example, Japanese Patent Application No.
As disclosed in No. 179481, it has a configuration in which a multiple quantum well (MQW) pin type optical modulator and a phototransistor are connected in series, and a constant voltage power supply is connected to both ends of the modulator. An element has been proposed that changes the reflection intensity of bias light incident on an MQW-pin type optical modulator depending on the intensity of input light. A feature of this element is that the current amplification effect of the phototransistor allows a strong change in output light to be obtained with a weak input light, so it has an optical amplification function, and as a result, the elements can be optically connected in multiple stages. Furthermore, this optical gate array provides high contrast due to the three structural features described below.

【0003】■i−MQW層の厚さは、空乏化し得る限
度一杯まで厚くしてある。■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。■p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。さらにこの光ゲートアレイでは、
受光部と光変調部との間にDBR構造を設けることによ
り、光学的には入力光とバイアス光とを分離し、かつ電
気的には受光部と光変調部とを直列に接続するために同
一基板上に素子を構成できるという特徴を有している。
[0003] The thickness of the i-MQW layer is increased to the maximum possible value for depletion. (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. (2) By forming the p-layer or n-layer into a DBR (distributed Bragg reflector) structure, the effective absorption length is doubled. Furthermore, in this optical gate array,
By providing a DBR structure between the light receiving section and the light modulating section, it is possible to optically separate the input light and bias light, and electrically connect the light receiving section and the light modulating section in series. It has the feature that elements can be constructed on the same substrate.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た素子には以下のような問題があった。受光部としてフ
ォトトランジスタを用いているため、素子の容量がミラ
ー効果により電流利得倍だけ大きくなる。オン時間はフ
ォトトランジスタの電流利得がミラー効果による容量の
増加を打ち消してフォトダイオードを用いた場合より高
速に応答するが、オフ時間はミラー効果による容量の増
加分だけ遅くなるという問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the above-mentioned device has the following problems. Since a phototransistor is used as the light receiving section, the capacitance of the element increases by the current gain due to the Miller effect. The on-time response is faster than when using a photodiode because the current gain of the phototransistor cancels out the increase in capacitance due to the Miller effect, but there is a problem in that the off-time is delayed by the increase in capacitance due to the Miller effect.

【0005】したがって本発明の目的は、フォトトラン
ジスタを用いたときの特徴である光増幅作用とオン時間
の高速性を保ったままオフ時間の高速化することにより
、高速に光信号処理や光情報処理が可能な光ゲートアレ
イを提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to speed up the off-time while maintaining the optical amplification effect and high-speed on-time, which are characteristics of using a phototransistor, thereby enabling high-speed optical signal processing and optical information processing. The object of the present invention is to provide a processable optical gate array.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明による光ゲートアレイは、以下の図に示
すように前記光変調部と並列に負荷抵抗が接続されたも
のである。図7は本発明による光ゲートアレイの構成を
示す断面図である。同図においては、受光部がヘテロ接
合フォトトランジスタ(HPT)の場合を示している。 同図に示すように本発明の光ゲートは、n+ 半導体基
板11上に成長したn−コレクタ層12,p−ベース層
13およびn−エミッタ層14からなるHPT15と、
屈折率(n)の異なる2つのn型半導体層を入射光およ
びバイアス光波長の1/(4・n)の厚さで交互に数層
積層した構造からなるn−DBR層16,バンドギャッ
プの異なる2つのi型半導体薄層を交互に複数組み積層
したi−MQW層17およびp層18からなるpin構
造光変調部19とから構成され、n−DBR層16と光
変調部19のp層18との間には負荷抵抗20を形成し
た構造からなる。また、高コントラスト化のためにAR
コーティング21を行い、電極としてp層18にはAu
ZnNi電極22を、n型半導体基板11にはAuGe
Ni電極23をそれぞれ用い、個々の素子のp層18の
AuZnNi電極22を一括してCr/Au電極24に
よりポリイミド層25上に配線して定電圧−Vbを印加
する。各画素構成要素は、入力光Pinにより各々独立
に動作する。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, an optical gate array according to the present invention has a load resistor connected in parallel with the optical modulator as shown in the following figure. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of an optical gate array according to the present invention. The figure shows a case where the light receiving section is a heterojunction phototransistor (HPT). As shown in the figure, the optical gate of the present invention includes an HPT 15 consisting of an n- collector layer 12, a p- base layer 13, and an n- emitter layer 14 grown on an n+ semiconductor substrate 11;
The n-DBR layer 16 has a structure in which two n-type semiconductor layers with different refractive indexes (n) are laminated alternately in several layers with a thickness of 1/(4·n) of the wavelength of the incident light and bias light. It is composed of a pin structure light modulation section 19 consisting of an i-MQW layer 17 and a p layer 18 which are formed by laminating a plurality of two different i-type semiconductor thin layers alternately. It has a structure in which a load resistor 20 is formed between it and 18. Also, for high contrast, AR
A coating 21 is applied, and Au is applied to the p layer 18 as an electrode.
The ZnNi electrode 22 is made of AuGe, and the n-type semiconductor substrate 11 is made of AuGe.
Using the Ni electrodes 23, the AuZnNi electrodes 22 of the p layer 18 of each element are collectively wired onto the polyimide layer 25 using the Cr/Au electrode 24, and a constant voltage -Vb is applied. Each pixel component operates independently depending on the input light Pin.

【0007】このような構成において、入力光Pinは
、n+半導体基板11の背面側からHPT15に入射さ
れ、出力光Pout は、pin構造光変調部19に照
射されたバイアス光Pbiasの反射光として出射され
る。入力光Pinがn+ 半導体基板11で吸収される
場合には、n+ 半導体基板11を部分的にエッチング
することにより透過させる。
In such a configuration, the input light Pin enters the HPT 15 from the back side of the n+ semiconductor substrate 11, and the output light Pout is emitted as reflected light of the bias light Pbias irradiated onto the pin structure light modulator 19. be done. When the input light Pin is absorbed by the n+ semiconductor substrate 11, the n+ semiconductor substrate 11 is partially etched to transmit it.

【0008】[0008]

【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前述した問題が解決される。
[Operation] In the optical gate array according to the present invention, the above-mentioned problems are solved by the operation explained below.

【0009】図8を用いて光ゲートの動作を説明する。 図8(a)は図7の等価回路を示したものである。図8
(b)は光変調部に並列に接続した抵抗のない従来例の
等価回路である。図8(c)はMQW−pin構造およ
び負荷抵抗の各々I−V曲線(点線)とその2つを足し
合わせたI−V曲線(直線)を定電圧源と合わせて考え
て示してある。また、フォトトランジスタのI−V曲線
の入射光Pinの強度依存性も示してある。いま、pi
n構造光変調部19に一定強度のバイアス光を照射して
おき、HPT15に入射される入力光Pinの強度をゼ
ロから増加させ、バイアス光Pbiasの反射光として
の出力光Pout の光強度をモニタするものとする。 入力光PinがL1,L2,・・・,L4と増加するに
つれ、HPT15のI−V曲線がI軸に沿って上方にシ
フトするため、この電気回路の動作点はa,b,・・・
,eと移動する。このとき、pin構造光変調部19に
加わる電圧は増加し、量子閉じ込めシュタルク効果によ
り反射率が変化する。なお、入射光Pinの強度がL4
以上なった場合も動作点eはそのまま一定であるため、
出力光Poutの強度は変わらない。次に入力光Pin
の強度がL6のとき、図8(a)に示される光ゲートに
ついて負荷抵抗値を変えた場合の応答速度について考え
てみる。スイッチング時における電圧の変化量をΔVと
し、素子の容量をCとすると、次式が成り立つ。 Q=C・ΔV・・・・・(1) ここで電荷量Qは、数1に示す積分により与えられる。
The operation of the optical gate will be explained using FIG. FIG. 8(a) shows an equivalent circuit of FIG. 7. Figure 8
(b) is an equivalent circuit of a conventional example without a resistor connected in parallel to the optical modulator. FIG. 8(c) shows the IV curves (dotted lines) of the MQW-pin structure and the load resistance, and the IV curve (straight line) that is the sum of the two, together with the constant voltage source. Also shown is the dependence of the IV curve of the phototransistor on the intensity of the incident light Pin. Now pi
The n-structure light modulator 19 is irradiated with bias light of a constant intensity, the intensity of the input light Pin incident on the HPT 15 is increased from zero, and the light intensity of the output light Pout as reflected light of the bias light Pbias is monitored. It shall be. As the input light Pin increases from L1, L2, ..., L4, the IV curve of the HPT 15 shifts upward along the I axis, so the operating points of this electric circuit become a, b, ...
, e. At this time, the voltage applied to the pin structure light modulator 19 increases, and the reflectance changes due to the quantum confined Stark effect. Note that the intensity of the incident light Pin is L4
Even in the above case, the operating point e remains constant, so
The intensity of the output light Pout remains unchanged. Next, input light Pin
Let us consider the response speed when the load resistance value is changed for the optical gate shown in FIG. 8(a) when the intensity of is L6. When the amount of voltage change during switching is ΔV and the capacitance of the element is C, the following equation holds. Q=C·ΔV (1) Here, the amount of charge Q is given by the integral shown in Equation 1.

【0010】0010

【数1】[Math 1]

【0011】ここでtsは応答時間であり、Δiはスイ
ッチング中にある電圧VにおけるHPTの電流量とMQ
W−pinと負荷抵抗とを合わせた電流量との間の差と
して与えられる。したがって(1),(2)式より数2
に示す式が得られる。
Here, ts is the response time, and Δi is the current amount of HPT at a certain voltage V during switching and MQ
It is given as the difference between the total current amount of W-pin and load resistance. Therefore, from equations (1) and (2), the number 2
The formula shown is obtained.

【0012】0012

【数2】[Math 2]

【0013】この式より応答速度tsは、素子容量Cが
小さいほど速く、Δiが大きいほど速くなる。このとき
、素子の容量はHPT15とpin構造光変調部19と
の各々の容量の和により与えられ、この値は負荷抵抗2
0の値を変えても変化しない。また、ΔVの値も同じコ
ントラストを与える範囲でほぼ一定である。したがって
負荷抵抗20の値を変化させた場合の応答時間はΔiの
大きさの違いにより比較できる。図8(c)において入
力光Pinの強度がL0からL6に変化した瞬間のΔi
は点fと点aとにおける電流量の差であり、その後、時
間変化とともにMQW−pinにかかる電圧が点eまで
ΔV増加する間(オン時間)にHPT15の電流は点f
から点eまでI−V曲線に沿って変化し、pin構造光
変調部19と負荷抵抗20とに流れる電流量は点aから
点eまで変化する。また、入力光Pinの強度がL6か
らL0に変化した瞬間のΔiは、点gと点eとにおける
電流量の差であり、オン時間のΔiと符号が逆になり、
pin構造光変調部19にかかる電圧が減少する。動作
点が点aに戻るまでの間(オフ時間)にHPT15の電
流量は点gから点aまでHPT15のI−V曲線に沿っ
て移動し、pin構造光変調部19と負荷抵抗20との
電流量は点eから点aまで移動する。負荷抵抗20の値
が変化した場合にはこのΔiが変化し、抵抗値が小さく
なるほど図8(c)の点eは電流軸に沿って上方に移動
する。したがって負荷抵抗20が小さくなると、オフ時
間のΔIは大きくなり、したがってオフ時間は速くなる
。 一方、オン時間のΔiはそれに反して小さくなるが、オ
ン時間におけるHPT15の電流は大きいので、後述す
るコントラストが劣化しない範囲の抵抗値においては顕
著な増加はない。
From this equation, the response speed ts becomes faster as the element capacitance C becomes smaller, and becomes faster as Δi becomes larger. At this time, the capacitance of the element is given by the sum of the respective capacitances of the HPT 15 and the pin structure optical modulator 19, and this value is the load resistance 2
Even if you change the value of 0, it will not change. Furthermore, the value of ΔV is also approximately constant within a range that provides the same contrast. Therefore, the response time when the value of the load resistance 20 is changed can be compared based on the difference in the magnitude of Δi. Δi at the moment when the intensity of input light Pin changes from L0 to L6 in FIG. 8(c)
is the difference in the amount of current between point f and point a, and after that, while the voltage applied to the MQW-pin increases by ΔV to point e with time (on time), the current of HPT15 reaches point f.
to point e along the IV curve, and the amount of current flowing through the pin structure optical modulator 19 and the load resistor 20 changes from point a to point e. Further, Δi at the moment when the intensity of input light Pin changes from L6 to L0 is the difference in the amount of current between point g and point e, and the sign is opposite to Δi of the on time.
The voltage applied to the pin structure light modulator 19 decreases. Until the operating point returns to point a (off time), the amount of current in HPT 15 moves from point g to point a along the IV curve of HPT 15, and the amount of current between pin structure optical modulator 19 and load resistor 20 increases. The amount of current moves from point e to point a. When the value of the load resistor 20 changes, this Δi changes, and as the resistance value becomes smaller, the point e in FIG. 8(c) moves upward along the current axis. Therefore, as the load resistance 20 becomes smaller, the off-time ΔI becomes larger, and therefore the off-time becomes faster. On the other hand, Δi during the on-time becomes smaller, but since the current of the HPT 15 during the on-time is large, there is no significant increase in the resistance value within a range in which contrast, which will be described later, does not deteriorate.

【0014】次に図8(b)に示される従来例と本発明
とを比較すると、負荷抵抗20を接続しない場合には動
作点の点eから点hに移動する。したがってオン時間の
Δiは大きくなり、オフ時間のΔiは小さくなる。負荷
抵抗20がある場合とない場合とを比較すると、オン時
間のΔiは余り変わらないのに較べてオフ時間のΔiは
本発明の場合の方が遥かに大きくなる。したがって本発
明の光ゲートアレイにおいては、オン時間を増加させる
ことなく、オフ時間を速くすることができる。
Next, comparing the conventional example shown in FIG. 8(b) with the present invention, when the load resistor 20 is not connected, the operating point moves from point e to point h. Therefore, Δi of the on time becomes large and Δi of the off time becomes small. Comparing the case with and without the load resistor 20, the on-time Δi does not change much, but the off-time Δi becomes much larger in the case of the present invention. Therefore, in the optical gate array of the present invention, the off time can be increased without increasing the on time.

【0015】一方、光増幅作用は、閾値入力強度が従来
例のL1からL4と増加するため、小さくなるが、それ
でも受光部としてフォトダイオードを用いた場合に較べ
れば大きい。
On the other hand, the optical amplification effect becomes smaller because the threshold input intensity increases from L1 in the conventional example to L4, but it is still larger than when a photodiode is used as the light receiving section.

【0016】以上の説明から分かるように応答速度およ
び閾入力強度は、抵抗値により可変であるため、用途に
応じて自由に設定できる。このとき、コントラストは負
荷抵抗値が次式 I(HPT)>I(MQW)+Vb/Rを満たす大きな
範囲において低下はない。
As can be seen from the above description, the response speed and threshold input strength are variable depending on the resistance value, and therefore can be freely set depending on the application. At this time, the contrast does not decrease in a large range where the load resistance value satisfies the following formula: I(HPT)>I(MQW)+Vb/R.

【0017】[0017]

【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。図1は本発明による光ゲートアレイの一実施
例による構成を示すGaAs/AlGaAsを用いた場
合の素子の断面図である。同図において、Siドープn
−GaAs基板101(厚さ350μm)上に3つの構
成部分、すなわちp−GaAsキャップ層108(厚さ
0.1μm),p−Al0.3 Ga0.7 Asクラ
ッド層107(厚さ0.5μm),アンドープGaAs
井戸層(厚さ10nm)とアンドープAl0.3 Ga
0.7 As障壁層(厚さ3nm)とを交互に310周
期積層した構造からなるi−MQW層106およびn−
AlAs層(厚さ71.5nm)とn−Al0.3 G
a0.7 As層(厚さ62.9nm)とを交互に25
周期積層した構造からなるn−DBR層105を順に積
層した構造からなる反射モードMQWpin変調器Mと
、n−Al0.3 Ga0.7 Asエミッタ層104
(厚さ0.5μm),p−GaAsベース層103(厚
さ0.25μm)およびn−GaAsコレクタ層102
(厚さ4μm)からなるヘテロ接合フォトトランジスタ
構造(HPT構造)Tとを分子線エピタキシャル成長法
により形成した。p型,n型ドーパントには各々Be,
Siを用いた。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be explained in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of an element using GaAs/AlGaAs, showing the structure of one embodiment of the optical gate array according to the present invention. In the figure, Si-doped n
- Three components on a GaAs substrate 101 (thickness 350 μm): p-GaAs cap layer 108 (thickness 0.1 μm), p-Al0.3 Ga0.7 As cladding layer 107 (thickness 0.5 μm) , undoped GaAs
Well layer (thickness 10 nm) and undoped Al0.3 Ga
The i-MQW layer 106 and the n-
AlAs layer (thickness 71.5 nm) and n-Al0.3G
a0.7 As layer (thickness 62.9 nm) and 25
A reflection mode MQW pin modulator M having a structure in which n-DBR layers 105 having a periodic laminated structure are sequentially laminated, and an n-Al0.3 Ga0.7 As emitter layer 104.
(thickness: 0.5 μm), p-GaAs base layer 103 (thickness: 0.25 μm), and n-GaAs collector layer 102
A heterojunction phototransistor structure (HPT structure) T having a thickness of 4 μm was formed by molecular beam epitaxial growth. The p-type and n-type dopants include Be, respectively.
Si was used.

【0018】この成長ウエハを図1のように加工した。 p型電極109としてはAuZnNi,n型電極113
としてはAuGeNiをいそれぞれ用いた。負荷抵抗と
してはマイクロクリスタルシリコン膜110をn−DB
R層105上に約1μm成長し、Cr/Au電極112
によりマイクロクリスタルシリコン膜110と反射モー
ドMQWpin変調器Mのp−GaAsキャップ層10
8とを電気的に接続することにより、反射モードMQW
pin変調器Mに並列に1KΩの負荷抵抗を構成した。 このとき、SiO2 薄膜116を蒸着してCr/Au
電極112とi−MQW層106とが電気的に接触しな
いようにした。高コントラストを得るためにARコーテ
ィング114を行っている。二次元アレイとして構成す
る場合は各画素のp型電極109間をポリイミド層11
1上に配線したCr/Au電極112により接続する。
This grown wafer was processed as shown in FIG. AuZnNi is used as the p-type electrode 109, and the n-type electrode 113 is used as the p-type electrode 109.
As the material, AuGeNi was used. As a load resistance, a microcrystalline silicon film 110 is used as an n-DB.
A Cr/Au electrode 112 is grown on the R layer 105 to a thickness of approximately 1 μm.
The microcrystal silicon film 110 and the p-GaAs cap layer 10 of the reflection mode MQW pin modulator M are
By electrically connecting with 8, reflection mode MQW
A load resistance of 1KΩ was configured in parallel to the pin modulator M. At this time, a SiO2 thin film 116 is deposited to form a Cr/Au film.
The electrode 112 and the i-MQW layer 106 were prevented from electrically contacting each other. AR coating 114 is applied to obtain high contrast. When configuring as a two-dimensional array, a polyimide layer 11 is formed between the p-type electrodes 109 of each pixel.
Connection is made by a Cr/Au electrode 112 wired on top of the Cr/Au electrode 112.

【0019】また、本実施例では、負荷抵抗としてマイ
クロクリスタルシリコン膜110を用いたが、これ以外
にも金属薄膜を用いることも可能である。
Further, in this embodiment, the microcrystalline silicon film 110 is used as the load resistor, but it is also possible to use a metal thin film in addition to this.

【0020】図2は本実施例による素子の応答速度を測
定したものである。同図では、マイクロクリスタルシリ
コン膜110のメサ半径を変えて負荷抵抗の値を変化さ
せたときの結果を示している。同図においては、従来例
とは同一試料において負荷抵抗を除去した場合の応答時
間である。このように負荷抵抗を小さくするほどオフ時
間は短くなっており、負荷抵抗を反射モードMQWpi
n変調器に並列に構成した効果が示されている。負荷抵
抗を小さくしてもオン時間は余り変化していない。なお
、この時においても、光増幅機能を持ち、いずれの場合
にも約20dB以上の高コントラストを持っている。
FIG. 2 shows the measured response speed of the element according to this example. This figure shows the results when the mesa radius of the microcrystalline silicon film 110 is changed to change the value of the load resistance. In the figure, the conventional example is the response time when the load resistance is removed for the same sample. In this way, the smaller the load resistance, the shorter the off time.
The effect of arranging n modulators in parallel is shown. Even if the load resistance is reduced, the on-time does not change much. In this case, it also has an optical amplification function and has a high contrast of about 20 dB or more in any case.

【0021】図3は本発明による光ゲートアレイの他の
実施例による構成を示す断面図である。同図においては
、負荷抵抗を構成する他の構造としてDBR層を分離し
て用いる構成を示している。前述した実施例との違いは
、負荷抵抗としてマイクロクリスタルシリコン膜や金属
薄膜を用いずにn−DBR層105をエッチングにより
2つに分離し、その内の片側を抵抗層として用いている
。負荷抵抗として用いられるn−DBR層105は、i
−MQW層106までエッチングにより除去する。この
とき、分離されたn−DBR層105間の段差はポリイ
ミド層111により埋め込み、その上にSiO2 薄膜
116を蒸着してCr/Au電極112とi−MQW層
106とが電気的に接触しないようにした。この場合に
おいても図2と同様の結果が得られた。
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of another embodiment of the optical gate array according to the present invention. The figure shows a configuration in which the DBR layer is used separately as another structure constituting the load resistor. The difference from the above-mentioned embodiment is that instead of using a microcrystalline silicon film or a metal thin film as a load resistor, the n-DBR layer 105 is separated into two parts by etching, one of which is used as a resistance layer. The n-DBR layer 105 used as a load resistor has an i
- Remove up to the MQW layer 106 by etching. At this time, the step between the separated n-DBR layers 105 is filled with a polyimide layer 111, and a SiO2 thin film 116 is deposited on it to prevent electrical contact between the Cr/Au electrode 112 and the i-MQW layer 106. I made it. In this case as well, the same results as in FIG. 2 were obtained.

【0022】図4は本発明による光ゲートアレイのさら
に他の実施例による構成を示す断面図であり、前述した
実施例がDBR層をエッチングにより除去したために段
差ができ、ポリイミド層で埋め込まなければならなかっ
たのに対してDBR層の分離にプロトンイオン打ち込み
を用いて埋め込みの必要をなくした実施例である。同図
において、プロトンイオン打ち込みした部分(n−DB
R層117)は数十KΩ以上の高抵抗層となり、電気的
にDBR層を2つに分離をでき、図5と同様の効果を持
たせることができる。この場合においても、図2と同様
の結果が得られた。
FIG. 4 is a sectional view showing the structure of still another embodiment of the optical gate array according to the present invention. This is an example in which proton ion implantation is used to separate the DBR layer, eliminating the need for embedding. In the figure, the part where proton ions were implanted (n-DB
The R layer 117) becomes a high resistance layer of several tens of kilohms or more, and can electrically separate the DBR layer into two parts, providing the same effect as in FIG. 5. In this case as well, the same results as in FIG. 2 were obtained.

【0023】図5は本発明による光ゲートアレイの他の
実施例による構成を示す断面図であり、p−GaAsキ
ャップ層108の上にp−AlGaAs層115を成長
させ、抵抗層として用いた実施例である。この場合、抵
抗層として用いない部分のp−AlGaAs層115は
選択エッチングによりp−GaAsキャップ層108ま
で除去した。構成した抵抗層とDBR層とはCr/Au
電極112により接続される。この素子を二次元アレイ
として構成する場合は各画素のp−GaAsキャップ層
108上に蒸着されたp型電極109の部分だけをCr
/Au電極112で配線し、p−AlGaAs層115
上のp型電極109に接触しないようにする。この場合
も図2と同様の結果が得られた。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the optical gate array according to the present invention. This is an example. In this case, the portion of the p-AlGaAs layer 115 not used as a resistance layer was removed by selective etching up to the p-GaAs cap layer 108. The constructed resistance layer and DBR layer are Cr/Au.
Connected by electrode 112. When configuring this element as a two-dimensional array, only the p-type electrode 109 deposited on the p-GaAs cap layer 108 of each pixel is made of Cr.
/Au electrode 112, p-AlGaAs layer 115
Avoid contacting the upper p-type electrode 109. In this case as well, the same results as in FIG. 2 were obtained.

【0024】図6は本発明による光ゲートアレイの他の
実施例による構成を示す断面図であり、本実施例は低抵
抗n−DBR層にプロトンイオン打ち込みを行ってその
部分(n−DBR層117)を高抵抗化し、負荷抵抗と
して用いた光ゲートアレイである。図4に示される実施
例との違いは、イオン打ち込みの面積および深さを小さ
くしてイオン打ち込みを行った部分の抵抗値を数十KΩ
以下として負荷抵抗として用いている。この場合もイオ
ン打ち込みの面積や深さを変えることで抵抗値を変える
ことができ、図2と同様の結果が得られた。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the optical gate array according to the present invention. In this embodiment, proton ions are implanted into the low resistance n-DBR layer to form that part (the n-DBR layer). 117) with high resistance and used as a load resistor. The difference from the example shown in FIG.
The following is used as a load resistance. In this case as well, the resistance value could be changed by changing the area and depth of ion implantation, and results similar to those shown in FIG. 2 were obtained.

【0025】n−DBR層を高抵抗化する他の実施例と
しては、Be等のp型ドーパントを拡散させて行うこと
もできる。
Another example of increasing the resistance of the n-DBR layer is to diffuse a p-type dopant such as Be.

【0026】なお、前述した実施例では、GaAs/A
lGaAsで光ゲートを構成したが、本発明はこれに限
定するものでなく、InGaAs/InP,InAlA
s/InGaAs,GaAs/InGaAs等の他の材
料系にも適用できる。
[0026] In the above-mentioned embodiment, GaAs/A
Although the optical gate is made of lGaAs, the present invention is not limited to this, and may be made of InGaAs/InP, InAlA
It can also be applied to other material systems such as s/InGaAs and GaAs/InGaAs.

【0027】[0027]

【発明の効果】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、フォトトランジスタを用いたとき
の特徴である光増幅作用とオン時間の高速性を保ったま
ま、オフ時間を高速化できる。したがって高速に光信号
処理や光情報処理が可能となる。さらに本発明による光
ゲートアレイはコントラストを低下させることなく、光
増幅作用と応答速度を負荷抵抗値により変えることが可
能であり、処理の目的に適した値で自由に設定できるた
め、素子の応用上の自由度が大きい等の極めて優れた効
果が得られる。
Effects of the Invention As explained above, according to the optical gate array according to the present invention, the off time is increased while maintaining the optical amplification effect and high on time, which are characteristics of using phototransistors. can. Therefore, optical signal processing and optical information processing can be performed at high speed. Furthermore, the optical gate array according to the present invention can change the optical amplification effect and response speed by changing the load resistance value without reducing the contrast, and can be freely set to a value suitable for the purpose of processing. Extremely excellent effects such as a large degree of freedom can be obtained.

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

【図1】本発明による光ゲートアレイの一実施例による
構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an embodiment of an optical gate array according to the present invention.

【図2】図1の素子の応答速度を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the response speed of the element in FIG. 1;

【図3】本発明による光ゲートアレイの他の実施例によ
る構成を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of another embodiment of the optical gate array according to the present invention.

【図4】本発明による光ゲートアレイのさらに他の実施
例による構成を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure according to still another embodiment of the optical gate array according to the present invention.

【図5】本発明による光ゲートアレイの他の実施例によ
る構成を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the optical gate array according to the present invention.

【図6】本発明による光ゲートアレイの他の実施例によ
る構成を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the optical gate array according to the present invention.

【図7】本発明に係わる光ゲートの構成を示す断面図で
ある。
FIG. 7 is a sectional view showing the configuration of an optical gate according to the present invention.

【図8】光ゲートの動作を説明する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating the operation of the optical gate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11    n+ 半導体基板 12    n−コレクタ層 13    p−ベース層 14    n−エミッタ層 15    ヘテロ接合フォトトランジスタ(HPT)
16    n−DBR層 17    i−MQW層 18    p層 19    pin構造光変調部 20    負荷抵抗 21    ARコーティング 22    AuZnNi電極 23    AuGeNi電極 24    Cr/Au電極 25    ポリイミド層 101    Siドープn−GaAs基板102  
  n−GaAsコレクタ層103    p−GaA
sベース層 104    n−Al0.3 Ga0.7 Asエミ
ッタ層105    n−DBR層 106    i−MQW層 107    p−Al0.3 Ga0.7 Asクラ
ッド層108    p−GaAsキャップ層109 
   p型電極 110    マイクロクリスタルシリコン膜111 
   ポリイミド層 112    Cr/Au電極 113    n型電極 114    ARコーティング 115    p−AlGaAs層 116    SiO2 薄膜 117    n−DBR層 M    反射モードMQWpin変調器T    H
PT構造
11 n+ semiconductor substrate 12 n-collector layer 13 p-base layer 14 n-emitter layer 15 heterojunction phototransistor (HPT)
16 n-DBR layer 17 i-MQW layer 18 p layer 19 pin structure optical modulator 20 load resistor 21 AR coating 22 AuZnNi electrode 23 AuGeNi electrode 24 Cr/Au electrode 25 polyimide layer 101 Si-doped n-GaAs substrate 102
n-GaAs collector layer 103 p-GaA
s base layer 104 n-Al0.3 Ga0.7 As emitter layer 105 n-DBR layer 106 i-MQW layer 107 p-Al0.3 Ga0.7 As cladding layer 108 p-GaAs cap layer 109
P-type electrode 110 Microcrystalline silicon film 111
Polyimide layer 112 Cr/Au electrode 113 N-type electrode 114 AR coating 115 p-AlGaAs layer 116 SiO2 thin film 117 n-DBR layer M Reflection mode MQW pin modulator T H
PT structure

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  入力光強度により出力光強度を制御す
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を変化する受光部と、前記電
気出力によりバイアス光を反射率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、多重反射構造をp
層またはpin構造からなる光変調部とが前記半導体基
板面に垂直に積層され、前記受光部および前記変調部が
定電圧電源に直列に接続され、かつ前記光変調部と並列
に負荷抵抗が接続されることを特徴とする光ゲートアレ
イ。
1. An optical gate array that controls output light intensity based on input light intensity, comprising: a light receiving section that changes electrical output by irradiating input light onto a semiconductor substrate, and a reflectance of bias light that changes based on the electrical output. It has a changing function and includes a multi-quantum well structure in the i-layer, and a multi-reflection structure in the p-layer.
an optical modulating section having a layer or a pin structure is stacked perpendicularly to the surface of the semiconductor substrate, the light receiving section and the modulating section are connected in series to a constant voltage power source, and a load resistor is connected in parallel with the optical modulating section. An optical gate array characterized by:
【請求項2】  請求項1において、前記負荷抵抗とし
て高抵抗半導体薄膜層または薄膜金属抵抗層を用いるこ
とを特徴とする光ゲートアレイ。
2. The optical gate array according to claim 1, wherein a high resistance semiconductor thin film layer or a thin metal resistance layer is used as the load resistor.
【請求項3】  請求項1において、前記負荷抵抗とし
て低抵抗半導体薄膜層の一部を高抵抗化した高抵抗層を
用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 a high-resistance layer in which a part of a low-resistance semiconductor thin film layer is made high in resistance is used as the load resistor.
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