JPH05232522A - 光素子の駆動方法 - Google Patents
光素子の駆動方法Info
- Publication number
- JPH05232522A JPH05232522A JP3082892A JP3082892A JPH05232522A JP H05232522 A JPH05232522 A JP H05232522A JP 3082892 A JP3082892 A JP 3082892A JP 3082892 A JP3082892 A JP 3082892A JP H05232522 A JPH05232522 A JP H05232522A
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- JP
- Japan
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- type
- layer
- negative resistance
- semiconductor layer
- optical
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、共鳴トンネル型光素子において超高
速動作が可能な光素子の駆動方法を提供することを目的
とする。 【構成】本発明は、ｎ形ＩｎＧａＡｓ層７，ＩｎＧａＡ
ｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層８，及びｎ形ＩｎＧａＡｓ電
極層９を順次積層した構造の共鳴トンネル型負性抵抗素
子と、ｎ形ＩｎＡｌＡｓクラッド層３，アンドープＩｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層４，ｐ形ＩｎＡｌＡｓ
クラッド層５，及びｐ形ＩｎＧａＡｓ電極層６を順次積
層した構造の光変調素子を直列接続したことを特徴とす
る光素子において、共鳴トンネル型負性抵抗素子の負性
抵抗特性を、この共鳴トンネル型負性抵抗素子の量子井
戸の量子準位間のエネルギー差に共鳴する光で制御す
る。
速動作が可能な光素子の駆動方法を提供することを目的
とする。 【構成】本発明は、ｎ形ＩｎＧａＡｓ層７，ＩｎＧａＡ
ｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層８，及びｎ形ＩｎＧａＡｓ電
極層９を順次積層した構造の共鳴トンネル型負性抵抗素
子と、ｎ形ＩｎＡｌＡｓクラッド層３，アンドープＩｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層４，ｐ形ＩｎＡｌＡｓ
クラッド層５，及びｐ形ＩｎＧａＡｓ電極層６を順次積
層した構造の光変調素子を直列接続したことを特徴とす
る光素子において、共鳴トンネル型負性抵抗素子の負性
抵抗特性を、この共鳴トンネル型負性抵抗素子の量子井
戸の量子準位間のエネルギー差に共鳴する光で制御す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は将来の光通信システム及
び光情報処理システムのキーデバイスとなる光素子の駆
動方法に関するものである。
び光情報処理システムのキーデバイスとなる光素子の駆
動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、超高速光通信システム及び光情報
処理システムの実用化を目的とした研究が活発に行われ
ている。その中でもこれを支える半導体光機能素子に関
しては様々なタイプの素子が開発されている。本発明者
等は共鳴トンネル型負性抵抗素子を用いた光双安定素子
を提案した（特願平２−６２５８６号）。
処理システムの実用化を目的とした研究が活発に行われ
ている。その中でもこれを支える半導体光機能素子に関
しては様々なタイプの素子が開発されている。本発明者
等は共鳴トンネル型負性抵抗素子を用いた光双安定素子
を提案した（特願平２−６２５８６号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この素
子の駆動方法としては、光入力としてバンド間遷移光を
用いているため、電子とともに正孔も発生するため動作
速度が１ｎｓｅｃ程度となり、それ以上の高速動作を得
ることがきわめて困難であった。
子の駆動方法としては、光入力としてバンド間遷移光を
用いているため、電子とともに正孔も発生するため動作
速度が１ｎｓｅｃ程度となり、それ以上の高速動作を得
ることがきわめて困難であった。
【０００４】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、共鳴トンネル型光素子において超高速動作が可能な
光素子の駆動方法を提供することを目的とする。
で、共鳴トンネル型光素子において超高速動作が可能な
光素子の駆動方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は上記課
題を解決するために、第１の導伝形を有する第１の半導
体層、第２の半導体層とこの第２の半導体層よりバンド
ギャップの小さい第３の半導体層からなる少なくとも１
つ以上の量子井戸層を有する多重量子井戸（ＭＱＷ）
層、及び第１の導伝形を有する第１の半導体層を順次積
層した構造の負性抵抗素子と、第１の導伝形を有する第
４の半導体層、第５の半導体層とこの第５の半導体層よ
りバンドギャップの小さい第６の半導体層からなる多重
量子井戸（ＭＱＷ）層、及び第２の導伝形を有する第７
の半導体層を順次積層した構造の光変調素子を直列接続
したことを特徴とする光素子において、負性抵抗素子の
負性抵抗特性を、この負性抵抗素子の量子井戸の量子準
位間のエネルギー差に共鳴する光で制御することを特徴
とするもので、きわめて高速の光三端子スイッチング動
作が実現できることから、将来の光情報処理システムに
有効な光素子の駆動方法となりうるものである。
題を解決するために、第１の導伝形を有する第１の半導
体層、第２の半導体層とこの第２の半導体層よりバンド
ギャップの小さい第３の半導体層からなる少なくとも１
つ以上の量子井戸層を有する多重量子井戸（ＭＱＷ）
層、及び第１の導伝形を有する第１の半導体層を順次積
層した構造の負性抵抗素子と、第１の導伝形を有する第
４の半導体層、第５の半導体層とこの第５の半導体層よ
りバンドギャップの小さい第６の半導体層からなる多重
量子井戸（ＭＱＷ）層、及び第２の導伝形を有する第７
の半導体層を順次積層した構造の光変調素子を直列接続
したことを特徴とする光素子において、負性抵抗素子の
負性抵抗特性を、この負性抵抗素子の量子井戸の量子準
位間のエネルギー差に共鳴する光で制御することを特徴
とするもので、きわめて高速の光三端子スイッチング動
作が実現できることから、将来の光情報処理システムに
有効な光素子の駆動方法となりうるものである。
【０００６】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。
説明する。
【０００７】図１は本発明による光素子の駆動方法を説
明するための図である。図中、１は半絶縁性ＩｎＰ基
板、２はｎ形ＩｎＰ層、３はｎ形ＩｎＡｌＡｓクラッド
層、４はアンドープＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ
層、５はｐ形ＩｎＡｌＡｓクラッド層、６はｐ形ＩｎＧ
ａＡｓ電極層、７はｎ形ＩｎＧａＡｓ層、８はＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層、９はｎ形ＩｎＧａＡｓ電
極層である。
明するための図である。図中、１は半絶縁性ＩｎＰ基
板、２はｎ形ＩｎＰ層、３はｎ形ＩｎＡｌＡｓクラッド
層、４はアンドープＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ
層、５はｐ形ＩｎＡｌＡｓクラッド層、６はｐ形ＩｎＧ
ａＡｓ電極層、７はｎ形ＩｎＧａＡｓ層、８はＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層、９はｎ形ＩｎＧａＡｓ電
極層である。
【０００８】即ち、ｎ形ＩｎＧａＡｓ層７，ＩｎＧａＡ
ｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層８，及びｎ形ＩｎＧａＡｓ電
極層９を順次積層した構造の共鳴トンネル型負性抵抗素
子と、ｎ形ＩｎＡｌＡｓクラッド層３，アンドープＩｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層４，ｐ形ＩｎＡｌＡｓ
クラッド層５，及びｐ形ＩｎＧａＡｓ電極層６を順次積
層した構造の光変調素子を直列接続したことを特徴とす
る光素子において、共鳴トンネル型負性抵抗素子の負性
抵抗特性を、この共鳴トンネル型負性抵抗素子の量子井
戸の量子準位間のエネルギー差に共鳴する光で制御する
ことを特徴とする光素子の駆動方法である。なお、Ｌｃ
は共鳴トンネル型負性抵抗素子への入力光、Ｌｓは光変
調素子を透過する出力光である。
ｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層８，及びｎ形ＩｎＧａＡｓ電
極層９を順次積層した構造の共鳴トンネル型負性抵抗素
子と、ｎ形ＩｎＡｌＡｓクラッド層３，アンドープＩｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層４，ｐ形ＩｎＡｌＡｓ
クラッド層５，及びｐ形ＩｎＧａＡｓ電極層６を順次積
層した構造の光変調素子を直列接続したことを特徴とす
る光素子において、共鳴トンネル型負性抵抗素子の負性
抵抗特性を、この共鳴トンネル型負性抵抗素子の量子井
戸の量子準位間のエネルギー差に共鳴する光で制御する
ことを特徴とする光素子の駆動方法である。なお、Ｌｃ
は共鳴トンネル型負性抵抗素子への入力光、Ｌｓは光変
調素子を透過する出力光である。
【０００９】この光素子の駆動原理を図２を用いて説明
する。図２は共鳴トンネル型負性抵抗素子に量子準位間
のエネルギー差に共鳴する光（制御光、以下サブバンド
光と呼ぶ）Ｌｃを入射したときの共鳴トンネル特性の変
化とそれに対応した素子状態の変化を示したものであ
る。図２中、ａは光変調素子の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特
性、ｂ１及びｂ２は共鳴トンネル型負性抵抗素子のＩ−
Ｖ特性である。なお、説明上、光変調素子はＶ0 を原点
（ゼロバイアス）として、左側を負バイアス状態、右側
を正バイアス状態として表してあり、光変調素子に対す
る負バイアス方向Ｂは共鳴トンネル型負性抵抗素子に対
する正バイアス方向Ａと反対方向になる。また、Ｖ0 は
共鳴トンネル型負性抵抗素子と光変調素子を直列接続し
た光素子の両端子に、共鳴トンネル型負性抵抗素子に対
しては正バイアス方向に、光変調素子に対しては負バイ
アス方向になるような極性でバイアスを印加したときの
印加バイアス値である。
する。図２は共鳴トンネル型負性抵抗素子に量子準位間
のエネルギー差に共鳴する光（制御光、以下サブバンド
光と呼ぶ）Ｌｃを入射したときの共鳴トンネル特性の変
化とそれに対応した素子状態の変化を示したものであ
る。図２中、ａは光変調素子の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特
性、ｂ１及びｂ２は共鳴トンネル型負性抵抗素子のＩ−
Ｖ特性である。なお、説明上、光変調素子はＶ0 を原点
（ゼロバイアス）として、左側を負バイアス状態、右側
を正バイアス状態として表してあり、光変調素子に対す
る負バイアス方向Ｂは共鳴トンネル型負性抵抗素子に対
する正バイアス方向Ａと反対方向になる。また、Ｖ0 は
共鳴トンネル型負性抵抗素子と光変調素子を直列接続し
た光素子の両端子に、共鳴トンネル型負性抵抗素子に対
しては正バイアス方向に、光変調素子に対しては負バイ
アス方向になるような極性でバイアスを印加したときの
印加バイアス値である。
【００１０】即ち、先ずサブバンド光Ｌｃが入射されて
いない時、共鳴トンネル型負性抵抗素子のＩ−Ｖ特性は
ｂ１となり光素子は状態Ｓ１にある。このとき印加電圧
の殆どは光変調素子に加わっているため透過光は小さ
い。これをサブバンド光（制御光）Ｌｃと光変調素子か
らの出力光（信号光）Ｌｓの関係で示すと図３の１の状
態に対応する。次にサブバンド光Ｌｃを共鳴トンネル型
負性抵抗素子に入射するとＩ−Ｖ特性はｂ２のように変
化する。これは図４（ａ），（ｂ）に示すように、サブ
バンド光Ｌｃの入射により、基底準位にある電子が励起
準位に励起され、その結果、共鳴トンネル電流成分（ピ
ーク電流）が減少し、逆に非共鳴成分（バレイ電流）が
増加するためである。このため光素子は状態Ｓ１から外
れ、サブバンド光Ｌｃをオフにすると光素子は状態Ｓ２
に遷移する。この状態では光変調素子に加わる電圧が小
さいため透過光は大きい。この状態は図３の２に対応す
る。すなわち、メモリ動作が得られることがわかる。さ
らに状態Ｓ２から状態Ｓ１にリセットするためには印加
電圧をオフにすればよい。
いない時、共鳴トンネル型負性抵抗素子のＩ−Ｖ特性は
ｂ１となり光素子は状態Ｓ１にある。このとき印加電圧
の殆どは光変調素子に加わっているため透過光は小さ
い。これをサブバンド光（制御光）Ｌｃと光変調素子か
らの出力光（信号光）Ｌｓの関係で示すと図３の１の状
態に対応する。次にサブバンド光Ｌｃを共鳴トンネル型
負性抵抗素子に入射するとＩ−Ｖ特性はｂ２のように変
化する。これは図４（ａ），（ｂ）に示すように、サブ
バンド光Ｌｃの入射により、基底準位にある電子が励起
準位に励起され、その結果、共鳴トンネル電流成分（ピ
ーク電流）が減少し、逆に非共鳴成分（バレイ電流）が
増加するためである。このため光素子は状態Ｓ１から外
れ、サブバンド光Ｌｃをオフにすると光素子は状態Ｓ２
に遷移する。この状態では光変調素子に加わる電圧が小
さいため透過光は大きい。この状態は図３の２に対応す
る。すなわち、メモリ動作が得られることがわかる。さ
らに状態Ｓ２から状態Ｓ１にリセットするためには印加
電圧をオフにすればよい。
【００１１】以上のように、本発明の光素子の駆動方法
では、いわゆる光三端子動作が実現できるが、ここで注
目すべきことは、スイッチングの際、電子のみが関与
し、正孔は関与しないため、きわめて高速のスイッチン
グが可能であることである。これはサブバンド光により
共鳴トンネル特性を制御しているためである。実際に、
上記光素子を作製し高速スイッチング特性が得られるこ
とを確認した。共鳴トンネル素子の量子井戸幅は６７オ
ングストローム、バリア幅は７０オングストロームとし
た。また、光変調素子の量子井戸幅は６７オングストロ
ーム、バリア幅は５０オングストロームとした。図５は
測定結果を示したものである。スイッチング速度として
５０ｐｓｅｃが得られていることがわかる。
では、いわゆる光三端子動作が実現できるが、ここで注
目すべきことは、スイッチングの際、電子のみが関与
し、正孔は関与しないため、きわめて高速のスイッチン
グが可能であることである。これはサブバンド光により
共鳴トンネル特性を制御しているためである。実際に、
上記光素子を作製し高速スイッチング特性が得られるこ
とを確認した。共鳴トンネル素子の量子井戸幅は６７オ
ングストローム、バリア幅は７０オングストロームとし
た。また、光変調素子の量子井戸幅は６７オングストロ
ーム、バリア幅は５０オングストロームとした。図５は
測定結果を示したものである。スイッチング速度として
５０ｐｓｅｃが得られていることがわかる。
【００１２】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、きわ
めて高速の光三端子スイッチング動作が実現できること
から、将来の光情報処理システムに有効な光素子の駆動
方法を提供することができる。
めて高速の光三端子スイッチング動作が実現できること
から、将来の光情報処理システムに有効な光素子の駆動
方法を提供することができる。
【図１】本発明の一実施例に係る光素子を示す構成斜視
図である。
図である。
【図２】本発明に係る光素子の駆動原理を説明するため
のＩ−Ｖ特性の一例を示す特性図である。
のＩ−Ｖ特性の一例を示す特性図である。
【図３】本発明に係るサブバンド光による共鳴トンネル
特性の制御の一例を示す特性図である。
特性の制御の一例を示す特性図である。
【図４】本発明に係る入力光−出力光特性の一例を示す
特性図である。
特性図である。
【図５】本発明に係るスイッチング特性の一例を示す特
性図である。
性図である。
１…半絶縁性ＩｎＰ基板、２…ｎ形ＩｎＰ層、３…ｎ形
ＩｎＡｌＡｓクラッド層、４…アンドープＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層、５…ｐ形ＩｎＡｌＡｓクラッ
ド層、６…ｐ形ＩｎＧａＡｓ電極層、７…ｎ形ＩｎＧａ
Ａｓ層、８…ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層、９
…ｎ形ＩｎＧａＡｓ電極層。
ＩｎＡｌＡｓクラッド層、４…アンドープＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層、５…ｐ形ＩｎＡｌＡｓクラッ
ド層、６…ｐ形ＩｎＧａＡｓ電極層、７…ｎ形ＩｎＧａ
Ａｓ層、８…ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層、９
…ｎ形ＩｎＧａＡｓ電極層。
Claims (1)
- 【請求項１】 第１の導伝形を有する第１の半導体層、
第２の半導体層とこの第２の半導体層よりバンドギャッ
プの小さい第３の半導体層からなる少なくとも１つ以上
の量子井戸層を有する多重量子井戸層、及び第１の導伝
形を有する第１の半導体層を順次積層した構造の負性抵
抗素子と、 第１の導伝形を有する第４の半導体層、第５の半導体層
とこの第５の半導体層よりバンドギャップの小さい第６
の半導体層からなる多重量子井戸層、及び第２の導伝形
を有する第７の半導体層を順次積層した構造の光変調素
子を直列接続したことを特徴とする光素子において、 負性抵抗素子の負性抵抗特性を、この負性抵抗素子の量
子井戸の量子準位間のエネルギー差に共鳴する光で制御
することを特徴とする光素子の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3082892A JPH05232522A (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | 光素子の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3082892A JPH05232522A (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | 光素子の駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05232522A true JPH05232522A (ja) | 1993-09-10 |
Family
ID=12314567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3082892A Pending JPH05232522A (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | 光素子の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05232522A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005093918A1 (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Nec Corporation | 面発光レーザ |
-
1992
- 1992-02-18 JP JP3082892A patent/JPH05232522A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005093918A1 (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Nec Corporation | 面発光レーザ |
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