JPH0513546B2 - - Google Patents
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- JPH0513546B2 JPH0513546B2 JP16226186A JP16226186A JPH0513546B2 JP H0513546 B2 JPH0513546 B2 JP H0513546B2 JP 16226186 A JP16226186 A JP 16226186A JP 16226186 A JP16226186 A JP 16226186A JP H0513546 B2 JPH0513546 B2 JP H0513546B2
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- collector
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- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 9
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Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は光トランジスタに関し、特に光通信な
いしは情報処理装置等で利用される光スイツチ、
光双安定機能を有する光トランジスタに関する。 〔従来の技術〕 従来この種の光スイツチとしては、半導体を用
いたフランツーケルデイツシユ効果を用いたデバ
イスが小型であり優れている。フランツーケルデ
イツシユ効果は半導体に電界を加えたときに吸収
端波長が長波長にシフトする効果である。この半
導体として、禁制帯幅の異なるそれぞれ500Å以
下の層を交互に積層した多重量子井戸構造を用い
る導波型光スイツチが考えられている（昭和60年
度電子通信学会総合全国大会S3−４）。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述した従来の導波型光スイツチは、導波層に
比較的高い電界を加えてこの導波層の吸収係数を
変化させることによつて光スイツチを行なうもの
であり、5V程度の比較的高い信号電圧を必要と
する欠点があつた。 本発明の目的は、上述の欠点を除去し低電圧で
光スイツチング動作出来る光トランジスタを提供
することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の光トランジスタは、第１伝導型のコレ
クタ層と、このコレクタ層に接して設けられた少
なくとも１つの量子井戸を含む量子井戸構造体
と、この量子井戸構造体に接して設けられた第１
伝導型のエミツタ層を備え、前記量子井戸構造体
の平均屈折率が前記エミツタ層、前記ベース層及
び前記コレクタ層のいずれの屈折率よりも大きい
という構成を有している。 〔実施例〕 次に本発明の実施例について図面を参照して説
明する。 第１図は本発明の一実施例の光トランジスタの
斜視図である。 図中、１はｎ−GaAs基板、２はコレクタ層
（ｎ−AlxCGa1−xCAsからなり、厚さは0.3〜3μ
ｍ、典型的には例えばｎ−Al0.4Ga0.6As、厚さ
1.5μｍ）、３は多重量子井戸構造体（AlxQWGaAB1
−xQWAs、０＜厚さ≦300Åの量子井戸とAlxQB
Ga1−xAs、０＜厚さ≦300Åのバリア、典型的
には例えば厚さ100ÅのGaAsからなる量子井戸
と厚さ100ÅのAl0.4Ga0.6Asからなるバリアを10
周期）、４はベース層（ｐ−AlxBGa1−xBAsから
なり、０＜厚さ＜2μｍ、典型的にはAl0.2Ga0.8
As、厚さ2000A）５はエミツタ層（ｎ−AlxEGa1
−xEAsからなり、厚さは0.3〜3μｍ、典型的には
Al0.4Ga0.6As厚さ1.5μｍ）、６はキヤツプ層（ｎ−
GaAs）である。 ここで、多重量子井戸構造体３の平均屈折率は
コレクタ層２、ベース層４及びエミツタ層５のい
ずれの屈折率よりも大きくなる様に多重量子井戸
構造体３の量子井戸およびバリアの膜厚と組成が
設定されている。これによつて多重量子井戸構造
体３に入射光１０が導波されて、出射光１１が得
られる。 次に本実施例の光トランジスタの動作について
説明する。 第２図はこの実施例を導派型光スイツチとして
動作させる場合の回路図を示している。 信号電圧２３を、ベースおよびエミツタ間に加
えるとこれに応じてベース電流２４（≡IB）がベ
ース電極８に流れる。このときコレクタ電流２５
（≡IC）は光トランジスタ２０の電流増幅率βを
用いると IC＝βIB ……(1) と表わされる。このときにコレクタ電圧２６（≡
VC）は VC＝VO−RIC ……(2) と表わされる。(2)式でVOは直流電源２２の電圧、
Ｒは外付けの抵抗２１の抵抗値である。(1)、(2)式
よりコレクタ電圧２６（≡VC）は VC＝VO−RβIB ……(3) となる。ここで信号電圧２３を変化するとベース
電流２４（≡IB）が変化しコレクタ電圧VCが(3)式
により変化することになる。信号電圧２３の大き
さは大まかには半導体の禁制帯幅前後となるため
1.5〜2V程度となる。又直流電源２２は5V以上の
比較的大きな電圧をコレクタ電極７に加えること
が出来る。したがつて、本実施例では低い信号電
圧２３で大きなコレクタ電圧２６が制御されるた
め多重量子井戸構造体３にかかる電界が変化し、
光スイツチ動作することが出来る。 上述の動作では信号としては電気的信号を入力
して来たが、光の入力信号に対して本実施例の光
トランジスタを制御することが出来る。 次にこの動作について説明する。 第３図は多重量子井戸構造体３の吸収スペクト
ルを示している。制御信号光３０として電界が零
の場合の多重量子井戸構造体３のエキシトンピー
ク付近の波長λ0の光とする。又被制御光３１はλ0
よりも長波長のλ1の波長の光とする。まず、制御
信号光３０が零の場合には、コレクタ電流２５が
零であるため(2)式によりコレクタ電圧２６には大
きな直流電圧（V0）が加えられている。この
ときには第３図の破線の吸収スペクトルとなり被
制御光３１に対しても大きな吸収があり被制御光
３１に対してオフの状態となる。次に制御信号光
３０を入射すると大きな吸収を受けてこの吸収に
よつてベース電流２４（＝IB）が流れたのと同様
な効果によつて、コレクタ電流２５（≡IC）が流
れる。そうすると(3)式によつてコレクタ電圧２６
（≡VC）が低下し、ほとんど零となつて第３図の
電界＝０の吸収スペクトルとなる。このとき被制
御光３１に対しては吸収がほとんど零であるオン
の状態となる。したがつて制御信号光３０が入射
している時のみ被制御光３１がオンとなり制御信
号光３０が無い場合には被制御光３１がオフとな
る。 次に本実施例の光トランジスタの光双安定動作
について説明する。この動作のための回路図を第
４図に示す。まず入射光としては第３図の波長λ0
の光を入射することとする。まず入射光がない場
合にはコレクタ電流２５（≡IC）が零であるため
コレクタ電圧２６（≡VC）はほぼ直流電源２２
の電圧V0と等しく多重量子井戸構造体３に大き
な電界がかかつている状態となつている。このた
め多重量子井戸構造体３の吸収スペクトルは第３
図の破線の様になつている。次に入射光（波長
λ0）を徐々に増していくにつれコレクタ電流２５
が増大して多重量子井戸構造体３にかかる電界が
減少するするために波長λ0での吸収係数が増大す
る。吸収係数が増大するとさらにコレクタ電流２
５が増大するという正帰還がかかる。この正帰還
の様子は下に示す様になる。
いしは情報処理装置等で利用される光スイツチ、
光双安定機能を有する光トランジスタに関する。 〔従来の技術〕 従来この種の光スイツチとしては、半導体を用
いたフランツーケルデイツシユ効果を用いたデバ
イスが小型であり優れている。フランツーケルデ
イツシユ効果は半導体に電界を加えたときに吸収
端波長が長波長にシフトする効果である。この半
導体として、禁制帯幅の異なるそれぞれ500Å以
下の層を交互に積層した多重量子井戸構造を用い
る導波型光スイツチが考えられている（昭和60年
度電子通信学会総合全国大会S3−４）。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述した従来の導波型光スイツチは、導波層に
比較的高い電界を加えてこの導波層の吸収係数を
変化させることによつて光スイツチを行なうもの
であり、5V程度の比較的高い信号電圧を必要と
する欠点があつた。 本発明の目的は、上述の欠点を除去し低電圧で
光スイツチング動作出来る光トランジスタを提供
することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の光トランジスタは、第１伝導型のコレ
クタ層と、このコレクタ層に接して設けられた少
なくとも１つの量子井戸を含む量子井戸構造体
と、この量子井戸構造体に接して設けられた第１
伝導型のエミツタ層を備え、前記量子井戸構造体
の平均屈折率が前記エミツタ層、前記ベース層及
び前記コレクタ層のいずれの屈折率よりも大きい
という構成を有している。 〔実施例〕 次に本発明の実施例について図面を参照して説
明する。 第１図は本発明の一実施例の光トランジスタの
斜視図である。 図中、１はｎ−GaAs基板、２はコレクタ層
（ｎ−AlxCGa1−xCAsからなり、厚さは0.3〜3μ
ｍ、典型的には例えばｎ−Al0.4Ga0.6As、厚さ
1.5μｍ）、３は多重量子井戸構造体（AlxQWGaAB1
−xQWAs、０＜厚さ≦300Åの量子井戸とAlxQB
Ga1−xAs、０＜厚さ≦300Åのバリア、典型的
には例えば厚さ100ÅのGaAsからなる量子井戸
と厚さ100ÅのAl0.4Ga0.6Asからなるバリアを10
周期）、４はベース層（ｐ−AlxBGa1−xBAsから
なり、０＜厚さ＜2μｍ、典型的にはAl0.2Ga0.8
As、厚さ2000A）５はエミツタ層（ｎ−AlxEGa1
−xEAsからなり、厚さは0.3〜3μｍ、典型的には
Al0.4Ga0.6As厚さ1.5μｍ）、６はキヤツプ層（ｎ−
GaAs）である。 ここで、多重量子井戸構造体３の平均屈折率は
コレクタ層２、ベース層４及びエミツタ層５のい
ずれの屈折率よりも大きくなる様に多重量子井戸
構造体３の量子井戸およびバリアの膜厚と組成が
設定されている。これによつて多重量子井戸構造
体３に入射光１０が導波されて、出射光１１が得
られる。 次に本実施例の光トランジスタの動作について
説明する。 第２図はこの実施例を導派型光スイツチとして
動作させる場合の回路図を示している。 信号電圧２３を、ベースおよびエミツタ間に加
えるとこれに応じてベース電流２４（≡IB）がベ
ース電極８に流れる。このときコレクタ電流２５
（≡IC）は光トランジスタ２０の電流増幅率βを
用いると IC＝βIB ……(1) と表わされる。このときにコレクタ電圧２６（≡
VC）は VC＝VO−RIC ……(2) と表わされる。(2)式でVOは直流電源２２の電圧、
Ｒは外付けの抵抗２１の抵抗値である。(1)、(2)式
よりコレクタ電圧２６（≡VC）は VC＝VO−RβIB ……(3) となる。ここで信号電圧２３を変化するとベース
電流２４（≡IB）が変化しコレクタ電圧VCが(3)式
により変化することになる。信号電圧２３の大き
さは大まかには半導体の禁制帯幅前後となるため
1.5〜2V程度となる。又直流電源２２は5V以上の
比較的大きな電圧をコレクタ電極７に加えること
が出来る。したがつて、本実施例では低い信号電
圧２３で大きなコレクタ電圧２６が制御されるた
め多重量子井戸構造体３にかかる電界が変化し、
光スイツチ動作することが出来る。 上述の動作では信号としては電気的信号を入力
して来たが、光の入力信号に対して本実施例の光
トランジスタを制御することが出来る。 次にこの動作について説明する。 第３図は多重量子井戸構造体３の吸収スペクト
ルを示している。制御信号光３０として電界が零
の場合の多重量子井戸構造体３のエキシトンピー
ク付近の波長λ0の光とする。又被制御光３１はλ0
よりも長波長のλ1の波長の光とする。まず、制御
信号光３０が零の場合には、コレクタ電流２５が
零であるため(2)式によりコレクタ電圧２６には大
きな直流電圧（V0）が加えられている。この
ときには第３図の破線の吸収スペクトルとなり被
制御光３１に対しても大きな吸収があり被制御光
３１に対してオフの状態となる。次に制御信号光
３０を入射すると大きな吸収を受けてこの吸収に
よつてベース電流２４（＝IB）が流れたのと同様
な効果によつて、コレクタ電流２５（≡IC）が流
れる。そうすると(3)式によつてコレクタ電圧２６
（≡VC）が低下し、ほとんど零となつて第３図の
電界＝０の吸収スペクトルとなる。このとき被制
御光３１に対しては吸収がほとんど零であるオン
の状態となる。したがつて制御信号光３０が入射
している時のみ被制御光３１がオンとなり制御信
号光３０が無い場合には被制御光３１がオフとな
る。 次に本実施例の光トランジスタの光双安定動作
について説明する。この動作のための回路図を第
４図に示す。まず入射光としては第３図の波長λ0
の光を入射することとする。まず入射光がない場
合にはコレクタ電流２５（≡IC）が零であるため
コレクタ電圧２６（≡VC）はほぼ直流電源２２
の電圧V0と等しく多重量子井戸構造体３に大き
な電界がかかつている状態となつている。このた
め多重量子井戸構造体３の吸収スペクトルは第３
図の破線の様になつている。次に入射光（波長
λ0）を徐々に増していくにつれコレクタ電流２５
が増大して多重量子井戸構造体３にかかる電界が
減少するするために波長λ0での吸収係数が増大す
る。吸収係数が増大するとさらにコレクタ電流２
５が増大するという正帰還がかかる。この正帰還
の様子は下に示す様になる。
【表】
この様な正帰還がかかると急激に吸収が増大
し、出射光強度はほとんど零となる。この変化は
第５図で示した出射光強度の入射光強度依存性に
おけるＡ→Ｂの遷移である。次に入射光をＢ点か
ら逆に減少させていくと下に示す様な性帰還がか
かる。
し、出射光強度はほとんど零となる。この変化は
第５図で示した出射光強度の入射光強度依存性に
おけるＡ→Ｂの遷移である。次に入射光をＢ点か
ら逆に減少させていくと下に示す様な性帰還がか
かる。
以上説明したように本発明はバイポーラトラン
ジスタのコレクタとベースの間に量子井戸構造体
を設けることにより、トランジスタの増幅作用を
利用して低い信号電圧で光スイツチング動作可能
な光トランジスタが得られる効果がある。
ジスタのコレクタとベースの間に量子井戸構造体
を設けることにより、トランジスタの増幅作用を
利用して低い信号電圧で光スイツチング動作可能
な光トランジスタが得られる効果がある。
第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は
本発明の一実施例の光スイツチング動作のための
回路図、第３図は多重量子井戸層の吸収スペクト
ルを示す特性図、第４図は光双安定動作のための
回路図、第５図は光双安定動作の入出力特性図で
ある。 １……ｎ−GaAs基板、２……コレクタ層、３
……多重量子井戸構造体、４……ベース層、５…
…エミツタ層、６……キヤツプ層、７……コレク
タ電極、８……ベース電極、９……エミツタ電
極、１０……入射光、１１……出射光、２０……
光トランジスタ、２１……抵抗、２２……直流電
源、２３……信号電圧、２４……ベース電流、２
５……コレクタ電流、２６……コレクタ電圧、３
０……制御信号光、３１……被制御光、４０……
バイアス電源。
本発明の一実施例の光スイツチング動作のための
回路図、第３図は多重量子井戸層の吸収スペクト
ルを示す特性図、第４図は光双安定動作のための
回路図、第５図は光双安定動作の入出力特性図で
ある。 １……ｎ−GaAs基板、２……コレクタ層、３
……多重量子井戸構造体、４……ベース層、５…
…エミツタ層、６……キヤツプ層、７……コレク
タ電極、８……ベース電極、９……エミツタ電
極、１０……入射光、１１……出射光、２０……
光トランジスタ、２１……抵抗、２２……直流電
源、２３……信号電圧、２４……ベース電流、２
５……コレクタ電流、２６……コレクタ電圧、３
０……制御信号光、３１……被制御光、４０……
バイアス電源。
Claims (1)
- １ 第１伝導型のコレクタ層と、このコレクタ層
に接して設けられた少なくとも１つの量子井戸を
含む量子井戸構造体と、この量子井戸構造体に接
して設けられたベース層と、このベース層に接し
て設けられた第１伝導型のエミツタ層を備え、前
記量子井戸構造体の平均屈折率が前記エミツタ
層、前記ベース層及び前記コレクタ層のいずれの
屈折率よりも大きいことを特徴とする光トランジ
スタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61162261A JPS6317570A (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | 光トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61162261A JPS6317570A (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | 光トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6317570A JPS6317570A (ja) | 1988-01-25 |
| JPH0513546B2 true JPH0513546B2 (ja) | 1993-02-22 |
Family
ID=15751079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61162261A Granted JPS6317570A (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | 光トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6317570A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02220478A (ja) * | 1989-02-21 | 1990-09-03 | Canon Inc | 光検出器 |
| DE69220537T2 (de) * | 1991-04-25 | 1998-01-29 | At & T Corp | Planare Vorrichtung mit selbst-elektrooptischem Effekt |
-
1986
- 1986-07-09 JP JP61162261A patent/JPS6317570A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6317570A (ja) | 1988-01-25 |
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