JPH0536286A - Semiconductor optical element - Google Patents

Semiconductor optical element

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JPH0536286A
JPH0536286A JP19395891A JP19395891A JPH0536286A JP H0536286 A JPH0536286 A JP H0536286A JP 19395891 A JP19395891 A JP 19395891A JP 19395891 A JP19395891 A JP 19395891A JP H0536286 A JPH0536286 A JP H0536286A
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diode
diode element
quantum well
multiple quantum
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Kenzo Fujiwara
賢三 藤原
Kenji Kawashima
健児 川島
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A T R KOUDENPA TSUSHIN KENKYUSHO KK
ATR Optical and Radio Communications Research Laboratories
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A T R KOUDENPA TSUSHIN KENKYUSHO KK
ATR Optical and Radio Communications Research Laboratories
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Abstract

PURPOSE:To modulate the light absorbing intensity with different wavelength by 2 elements by constituting a non-symmetrical SEED element with 2 types of different pin diodes to be operated by different wavelength. CONSTITUTION:When the switch light of constant wavelength (lambda1) and constant intensity Pin1 is made incident on a diode element 31 at the wavelength area in which the light absorption is reduced by the increase of a reverse bias voltage, a low impedance condition is obtained, the reverse bias voltage is impressed to a diode element 32 and a high impedance is obtained. When the light of different wavelength lambda2 is made incident on the element 32 to be operated by the wavelength different from the element 31, and when trigger light intensity Pin2(lambda2) to be made incident on the element 32 is smaller than switch light intensity Pin1(lambda1), the reverse bias voltage impressed condition of 31 and 32 is not changed. At the time of Pin2>Pin1, the element 32 becomes the low impedance and the element 31 is changed to a high impedance condition (B). At this time, for the element 31, the light absorption becomes small and the light switching action of switch light intensity Pout1 is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体非線形光
素子に関し、2つの異なる波長で動作する新しい光双安
定素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor nonlinear optical device, and to a new optical bistable device that operates at two different wavelengths.

【0002】[0002]

【従来の技術】図1と図2は、例えばレンティン他の論
文(A.L.Lentine et al.,AppliedPhysics Letter
s,52,No.17,1419−1421(1988))に示
された従来の半導体光素子である対称自己電気光学効果
素子(Symmetric Self−electrooptic−effect−devic
e,S−SEED)の構造を示し、図5はその動作原理を
示す。
2. Description of the Related Art FIGS. 1 and 2 show, for example, the paper by Rentin et al. (AL Lentine et al., Applied Physics Letter).
s, 52, No. 17, 1419-1421 (1988)), which is a conventional semiconductor optical device. Symmetric Self-electrooptic-effect-devic
e, S-SEED), and FIG. 5 shows its operating principle.

【0003】このS−SEED素子は、2つの直列に接
続されたヘテロ接合型半導体のpinダイオード素子1
1、12からなり、両者に逆バイアス定電圧源13が接
続されている。そして、光学吸収端での光吸収の強さ、
あるいは透過光強度を電気光学的に変化させるために、
2つのpinダイオード構造中の真性半導体層(i)に
同一の多重量子井戸(Multiple Quantum Wells,MQ
W)構造が用いられている。各ダイオード素子11、1
2は、図2に示すように、基板半導体1に、n型半導体
コンタクト層2、n型半導体クラッド層3、多重量子井
戸構造を含む真性半導体層4、p型半導体クラッド層5
を順次積層してなり、さらに、p型半導体コンタクト層
6が、p型半導体クラッド層5の一部の上に積層され
る。図に示すように、各ダイオード素子11、12の側
面などが絶縁物8で被覆され、さらに、電極用金属7
が、ダイオード素子11のp型半導体コンタクト層6に
接続され、電極用金属7’がダイオード素子11のn型
半導体コンタクト層2とダイオード素子12のp型半導
体コンタクト層6の間に接続され、電極用金属7”がダ
イオード素子12のn型半導体コンタクト層2に接続さ
れる。そして、電極用金属7と7”が一定電圧源13に
接続される。こうして、多重量子井戸構造に垂直な方向
から電界を印加できる。なお、多重量子井戸の代わりに
超格子構造(SL)を用いてもよい。
This S-SEED element is a pin diode element 1 of two heterojunction semiconductors connected in series.
1 and 12, and a reverse bias constant voltage source 13 is connected to both. And the intensity of light absorption at the optical absorption edge,
Or to change the transmitted light intensity electro-optically,
The same multi-quantum well (Multiple Quantum Wells, MQ) is used for the intrinsic semiconductor layer (i) in the two pin diode structures.
W) structure is used. Each diode element 11, 1
As shown in FIG. 2, the substrate semiconductor 1 includes an n-type semiconductor contact layer 2, an n-type semiconductor clad layer 3, an intrinsic semiconductor layer 4 including a multiple quantum well structure, and a p-type semiconductor clad layer 5.
Are sequentially laminated, and the p-type semiconductor contact layer 6 is further laminated on a part of the p-type semiconductor clad layer 5. As shown in the figure, the side surfaces of each of the diode elements 11 and 12 are covered with an insulator 8, and further the metal 7 for electrodes is used.
Is connected to the p-type semiconductor contact layer 6 of the diode element 11, the electrode metal 7 ′ is connected between the n-type semiconductor contact layer 2 of the diode element 11 and the p-type semiconductor contact layer 6 of the diode element 12, and the electrode The metal 7 ″ for connection is connected to the n-type semiconductor contact layer 2 of the diode element 12. The metal 7 and 7 ″ for electrode is connected to the constant voltage source 13. Thus, the electric field can be applied from the direction perpendicular to the multiple quantum well structure. A superlattice structure (SL) may be used instead of the multiple quantum well.

【0004】次に動作について説明する。多重量子井戸
構造を含む2つのダイオード素子11、12を直列に接
続し、逆バイアス定電圧(Vo)源13を接続した回路(図
1)を形成する。逆バイアス電圧の増加により光吸収が
減少する波長領域において一定波長(λ1)、一定強度Pi
n1の光がスイッチ用ダイオード素子11に入射すると、
ダイオード素子11は、光吸収により生成された電荷キ
ャリアが存在するために低インピダンス状態になり、逆
バイアス電圧はダイオード素子12に印加される。つま
りダイオード素子12は高インピダンス状態となる。こ
の時、いわゆる量子シュタルク効果(前出のレンティン
他の論文参照)により、ダイオード素子11は、光吸収
(透過)が大きい(小さい)状態になり、ダイオード素子1
2は、光吸収(透過)が小さい(大きい)状態となる。
Next, the operation will be described. A circuit (FIG. 1) in which two diode elements 11 and 12 including a multiple quantum well structure are connected in series and a reverse bias constant voltage (Vo) source 13 is connected is formed. In the wavelength region where the light absorption decreases with the increase of the reverse bias voltage, a constant wavelength (λ 1 ) and a constant intensity Pi
When the light of n 1 enters the switching diode element 11,
The diode element 11 is in a low impedance state due to the presence of charge carriers generated by light absorption, and a reverse bias voltage is applied to the diode element 12. That is, the diode element 12 is in a high impedance state. At this time, the so-called quantum Stark effect (see the above-mentioned Lentin et al. Article) causes the diode element 11 to absorb light.
The (transmission) becomes large (small) and the diode element 1
In No. 2, light absorption (transmission) is small (large).

【0005】ダイオード素子11と同一の波長で動作す
るダイオード素子12に同一波長の光(λ2=λ1)で光強
度Pin2の光を入射し、その強度を増加させると、ダイ
オード素子12に生じる光電流は図5の実線(それぞれ
1つのPin2に対応する)に示す様に増加し、回路を
流れる電流はダイオード素子11の負荷曲線(図5の点
線)との交点(A)によって決まる電流値となる。ダイ
オード素子12に照射される光強度Pin2がPin1よりも
小さい時は、ダイオード素子11と12における逆バイ
アス電圧の印加され方は前出の説明と同じである。
When light of the same wavelength (λ 2 = λ 1 ) having a light intensity Pin 2 is incident on the diode element 12 operating at the same wavelength as the diode element 11 and the intensity thereof is increased, the diode element 12 is caused to increase in intensity. The generated photocurrent increases as shown by the solid line in FIG. 5 (corresponding to one Pin 2 respectively), and the current flowing through the circuit is determined by the intersection (A) with the load curve of the diode element 11 (dotted line in FIG. 5). It becomes the current value. When the light intensity Pin 2 applied to the diode element 12 is smaller than Pin 1 , the way of applying the reverse bias voltage to the diode elements 11 and 12 is the same as that described above.

【0006】しかし、Pin2>Pin1のとき、しきい値を
越えるとダイオード素子12が高インピダンス状態でい
られる負荷曲線の交点(A)が存在しなくなるので、ダイ
オード素子12は低インピダンス状態となり、印加バイ
アス電圧値のスイッチングの結果として、ダイオード素
子11は低インピダンス状態から高インピダンス状態
(B)へスイッチする。このとき、ダイオード素子11の
光吸収(透過)は小さい(大きい)状態となる。すなわち、
Pin2の増加により、Pout1の光スイッチング動作(OF
F→ON)が得られる。
However, when Pin 2 > Pin 1 , when the threshold value is exceeded, the intersection (A) of the load curves where the diode element 12 remains in the high impedance state does not exist, so the diode element 12 enters the low impedance state. , As a result of switching the applied bias voltage value, the diode element 11 changes from the low impedance state to the high impedance state.
Switch to (B). At this time, the light absorption (transmission) of the diode element 11 is in a small (large) state. That is,
The increase of Pin 2, Pout 1 of optical switching operation (OF
F → ON) is obtained.

【0007】一方、Pin2を減少させるとき、負荷曲線
との交点(C)まではダイオード素子12の低インピダン
ス状態は保持されるので、ダイオード素子11のON状
態(高インピダンス状態)は保持され、結果として光メモ
リ動作が得られる。Pin2が減少し負荷曲線との交点C
を越えると、Cより下には負荷曲線との交点はないので
初期状態(D)への光スイッチング動作(C(ON)→
D(OFF))が起こり、光双安定動作が得られる。
On the other hand, when Pin 2 is decreased, the low impedance state of the diode element 12 is maintained until the intersection (C) with the load curve, so that the ON state (high impedance state) of the diode element 11 is maintained. The result is optical memory operation. Pin 2 decreases and intersection point C with the load curve
Beyond C, there is no intersection with the load curve below C, so the optical switching operation to the initial state (D) (C (ON) →
D (OFF) occurs, and the optical bistable operation is obtained.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上に説明したS−SE
ED素子では、2つのpinダイオード素子が同一の多
重量子井戸構造を利用しているために、ダイオード素子
11に照射した光とダイオード素子12に照射した光は
同一波長である。したがって、それらを区別して微小な
素子開口部へ導くことが困難であり、いわゆるクロスト
ークの問題があり、ダイオード素子11と12に照射す
る光を互いに直交した偏光により区別しなければならな
い(例.G.D.Boyd et al.,Applied Physics,57,N
o.18,1843−1845,1990)など根本的な問
題点があった。この発明は、上記の問題点を解決するた
めになされたもので、2つの素子が異なった波長(λ1
λ2)で光吸収強度が変調できる様に構成された半導体光
素子を提供することを目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention S-SE described above
In the ED element, since the two pin diode elements use the same multiple quantum well structure, the light emitted to the diode element 11 and the light emitted to the diode element 12 have the same wavelength. Therefore, it is difficult to distinguish them and guide them to a minute element opening, and there is a problem of so-called crosstalk, and it is necessary to distinguish the light radiated to the diode elements 11 and 12 by polarizations orthogonal to each other (eg. GD Boyd et al., Applied Physics, 57, N
18), 1843-1845, 1990) and other fundamental problems. The present invention has been made to solve the above problems, and two elements have different wavelengths (λ 1
It is an object of the present invention to provide a semiconductor optical device configured so that the light absorption intensity can be modulated by λ 2 ).

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体光素
子は、真性半導体層として多重量子井戸構造あるいは超
格子構造を有し、多重量子井戸構造あるいは超格子構造
に垂直な方向から電界を印加することによって光学吸収
端付近の波長領域で光透過率を変化させることが出来る
ヘテロ接合型半導体の第1pinダイオードと、真性半
導体層として多重量子井戸構造あるいは超格子構造を有
し、多重量子井戸構造あるいは超格子構造に垂直な方向
から電界を印加することによって光学吸収端付近の波長
領域で光透過率を変化させることが出来、上記第1pi
nダイオードとは異なる波長領域で光透過率を変化させ
ることが出来るヘテロ接合型半導体の第2pinダイオ
ードと、一定の逆バイアス電圧が印加できる定電圧源と
からなり、第1pinダイオードと第2pinダイオー
ドを定電圧源に直列に接続し、電気光学的にフィードバ
ック回路を構成できる。
A semiconductor optical device according to the present invention has a multiple quantum well structure or a superlattice structure as an intrinsic semiconductor layer, and an electric field is applied from a direction perpendicular to the multiple quantum well structure or the superlattice structure. The first pin diode of the heterojunction semiconductor capable of changing the light transmittance in the wavelength region near the optical absorption edge by doing so, and having the multiple quantum well structure or the superlattice structure as the intrinsic semiconductor layer, the multiple quantum well structure Alternatively, it is possible to change the light transmittance in the wavelength region near the optical absorption edge by applying an electric field from a direction perpendicular to the superlattice structure.
The n-diode is composed of a second pin diode of a heterojunction semiconductor capable of changing the light transmittance in a wavelength range different from that of the n-diode, and a constant voltage source capable of applying a constant reverse bias voltage. The first pin diode and the second pin diode are connected to each other. A feedback circuit can be constructed electro-optically by connecting in series with a constant voltage source.

【0010】[0010]

【作用】この発明に係る半導体光素子は、スイッチ用と
トリガー用の2つのヘテロ接合型半導体pinダイオー
ド素子で構成される自己電気光学効果(SEED)素子
において、各pinダイオード素子の真性半導体領域に
用いられている多重量子井戸又は超格子構造がお互いに
異なる波長域で働くように設計された異なる構造を有す
る層で構成されるようにしたものである。この発明にお
ける半導体光素子は、互いに異なる波長で動作する2種
類の異なるpinダイオードで非対称SEED(Asymme
tric−SEED,A−SEED)が構成されているので、
スイッチ光とトリガー光の波長を違えることができる。
このため、偏光により2種類の光を区別する必要がな
く、素子動作の光学機器構成が大幅に簡略化されるメリ
ットが得られる。また、GaAs基板上に成長させたpi
nダイオード構造において、2つのSEED素子(ダイ
オード素子)の片方をInGaAs歪量子井戸を有する多
重量子井戸または超格子で構成した場合、一つの波長を
GaAs基板が透明体となる波長に設定することができる
ので、基板を除去することなく容易に素子を構成できる
という利点が得られる。
The semiconductor optical device according to the present invention is a self-electro-optical effect (SEED) device composed of two heterojunction type semiconductor pin diode devices for switching and for triggering, and is provided in the intrinsic semiconductor region of each pin diode device. The multi-quantum well or superlattice structure used is composed of layers having different structures designed to work in mutually different wavelength ranges. The semiconductor optical device according to the present invention includes two types of different pin diodes that operate at different wavelengths from each other and has an asymmetric SEED (Asymme).
(tric-SEED, A-SEED) is configured,
The wavelengths of switch light and trigger light can be different.
Therefore, it is not necessary to distinguish the two types of light by the polarized light, and there is an advantage that the configuration of the optical device for operating the element is greatly simplified. In addition, pi grown on GaAs substrate
In the n-diode structure, when one of the two SEED elements (diode element) is composed of a multiple quantum well or a superlattice having an InGaAs strained quantum well, one wavelength can be set to a wavelength at which the GaAs substrate becomes a transparent body. Therefore, there is an advantage that the element can be easily configured without removing the substrate.

【0011】[0011]

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。ここで、同一符号は同一又は相当部分を示す。図
3と図4は本発明の一実施例による非対称自己電気光学
効果(A−SEED)素子の構造を示す図である。この
A−SEED素子は、2つの直列に接続されたヘテロ接
合型半導体のpinダイオード素子31、32からな
り、両者に逆バイアス定電圧源33が接続されている。
そして、光学吸収端での光吸収の強さ、あるいは透過光
強度を電気光学的に変化させるために、2つのpinダ
イオード構造中の真性半導体層24,24’に多重量子
井戸(Multiple Quantum Wells,MQW)構造が用い
られている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts. 3 and 4 are views showing the structure of an asymmetric self-electro-optical effect (A-SEED) device according to an embodiment of the present invention. The A-SEED element is composed of two serially connected heterojunction semiconductor pin diode elements 31 and 32, and a reverse bias constant voltage source 33 is connected to both.
Then, in order to electro-optically change the intensity of light absorption at the optical absorption edge or the intensity of transmitted light, multiple quantum wells (Multiple Quantum Wells, The MQW) structure is used.

【0012】ダイオード素子31は、図4に示すよう
に、GaAsの基板半導体21に、n型半導体コンタク
ト層(n−GaAs)22、n型半導体クラッド層(n
−AlGaAs)23、アンドープInGaAs/Al
GaAsの多重量子井戸構造(MQW)または超格子
(SL)を含む真性半導体層24、p型半導体クラッド
層(p−AlGaAs)25を順次積層してなり、さら
に、p型半導体コンタクト層(p−GaAs)26が、
p型半導体クラッド層25の一部の上に積層される。ダ
イオード素子32は、同様に、GaAsの基板半導体2
1に、p型半導体コンタクト層(p−GaAs)2
6’、p型半導体クラッド層(p−AlGaAs)2
5’、アンドープGaAs/AlGaAsの多重量子井
戸構造(MQW)または超格子(SL)を含む真性半導
体層24’、n型半導体クラッド層(n−AlGaA
s)23’を順次積層してなり、さらに、n型半導体コ
ンタクト層(n−GaAs)22’が、n型半導体クラ
ッド層(n−AlGaAs)23’の一部の上に積層さ
れる。図に示すように、各ダイオード素子31、32の
側面などが絶縁物28で被覆され、さらに、電極用金属
27が、ダイオード素子31のp型半導体コンタクト層
26に接続され、電極用金属27’がダイオード素子3
1のn型半導体コンタクト層22とダイオード32素子
のp型半導体コンタクト層26’の間に接続され、電極
用金属27”がダイオード素子32のn型半導体コンタ
クト層22’に接続される。そして、電極用金属27と
27”が定電圧源33に接続される。こうして、多重量
子井戸構造または超格子に垂直な方向から電界を印加で
きる。
As shown in FIG. 4, the diode element 31 includes a GaAs substrate semiconductor 21, an n-type semiconductor contact layer (n-GaAs) 22, and an n-type semiconductor cladding layer (n).
-AlGaAs) 23, undoped InGaAs / Al
An intrinsic semiconductor layer 24 including a GaAs multiple quantum well structure (MQW) or a superlattice (SL) and a p-type semiconductor clad layer (p-AlGaAs) 25 are sequentially stacked, and a p-type semiconductor contact layer (p- GaAs) 26
It is stacked on a part of the p-type semiconductor clad layer 25. Similarly, the diode element 32 is a substrate semiconductor 2 of GaAs.
1, a p-type semiconductor contact layer (p-GaAs) 2
6 ', p-type semiconductor clad layer (p-AlGaAs) 2
5 ', an intrinsic semiconductor layer 24' including an undoped GaAs / AlGaAs multiple quantum well structure (MQW) or a superlattice (SL), an n-type semiconductor cladding layer (n-AlGaA).
s) 23 'is sequentially laminated, and an n-type semiconductor contact layer (n-GaAs) 22' is further laminated on a part of the n-type semiconductor clad layer (n-AlGaAs) 23 '. As shown in the figure, the side surface of each diode element 31, 32 is covered with an insulator 28, and the electrode metal 27 is connected to the p-type semiconductor contact layer 26 of the diode element 31, and the electrode metal 27 ′. Is the diode element 3
1 is connected between the n-type semiconductor contact layer 22 and the p-type semiconductor contact layer 26 ′ of the diode 32 element, and the electrode metal 27 ″ is connected to the n-type semiconductor contact layer 22 ′ of the diode element 32. The electrode metals 27 and 27 ″ are connected to a constant voltage source 33. Thus, the electric field can be applied from the direction perpendicular to the multiple quantum well structure or the superlattice.

【0013】真性半導体層24,24'は、互いに異な
る組成、膜厚で構成された多重量子井戸又は超格子構造
からなり、異なった波長領域で作動する。このため、ス
イッチ光(λ1)とトリガー光(λ2)の波長を違えるこ
とができるので、偏光により2種類の光を区別する必要
がない。A−SEED素子の動作原理は、ダイオード素
子31とダイオード素子32に用いている多重量子井戸
又は超格子構造が異なるために使用する波長がダイオー
ド素子31(λ1)とダイオード素子32(λ2≠λ1)で違
っている点、さらに、光電流を生じる際の電界による光
吸収強度を変調する光応答曲線が2種類ある点の他は、
光スイッチ動作および光メモリ動作の原理は,従来のS
−SEED素子動作原理と同様の機構により容易に説明
できる。ただし、真性半導体層24又は24'に超格子
構造を用いた場合は、電界により光吸収強度が変調され
る機構はワニエ・シュタルク局在性(例えば、K.Fujiw
ara,Optical and Quantum Electronics,32、S99
−S320,1990参照)である点が異なっている。
The intrinsic semiconductor layers 24 and 24 'are composed of multiple quantum wells or superlattice structures having different compositions and film thicknesses, and operate in different wavelength regions. Therefore, the wavelengths of the switch light (λ 1 ) and the trigger light (λ 2 ) can be made different, and it is not necessary to distinguish the two types of light by polarization. The operating principle of the A-SEED element is that the wavelengths used are different between the diode element 31 (λ 1 ) and the diode element 32 (λ 2 ≠ because the multiple quantum wells or superlattice structures used for the diode element 31 and the diode element 32 are different. λ 1 ) is different, and there are two types of photoresponse curves that modulate the optical absorption intensity due to the electric field when a photocurrent is generated.
The principle of optical switch operation and optical memory operation is the conventional S
-SEED element can be easily explained by the same mechanism as the operation principle. However, when a superlattice structure is used for the intrinsic semiconductor layer 24 or 24 ', the mechanism by which the optical absorption intensity is modulated by the electric field is the Wannier-Stark localization (for example, K. Fujiw).
ara, Optical and Quantum Electrics, 32, S99
-S320, 1990)).

【0014】次にA−SEED素子の動作について説明
する。多重量子井戸構造または超格子を含む2つのダイ
オード素子31、32を直列に接続し、逆バイアス定電
圧(Vo)源33を接続した回路(図3)を形成する。この
素子においては、光電流を生じる際の電界による光吸収
強度を変調する光応答曲線がダイオード素子31と32
に対して2種類あるが、個々のダイオード素子31、3
2の光スイッチ動作および光メモリ動作の原理は,図5
に示された光応答曲線により説明できる。トリガー用ダ
イオード素子32へ入射するトリガー光によりスイッチ
用ダイオード素子31に印加されるバイアス電圧が変化
され、これによりダイオード素子31はスイッチ光(ト
リガー光と異なる波長を有する)を透過または遮断す
る。
Next, the operation of the A-SEED element will be described. Two diode elements 31, 32 including a multiple quantum well structure or a superlattice are connected in series to form a circuit (FIG. 3) in which a reverse bias constant voltage (Vo) source 33 is connected. In this element, the light response curve that modulates the light absorption intensity by the electric field when the photocurrent is generated has diode elements 31 and 32.
There are two types for each diode element 31, 3
The principle of the optical switch operation and the optical memory operation of FIG.
It can be explained by the photoresponse curve shown in FIG. The bias voltage applied to the switching diode element 31 is changed by the trigger light incident on the trigger diode element 32, whereby the diode element 31 transmits or blocks the switch light (having a wavelength different from that of the trigger light).

【0015】すなわち、逆バイアス電圧の増加により光
吸収が減少する波長領域において一定波長(λ1)、一定
強度Pin1のスイッチ光がスイッチ用ダイオード素子3
1に入射すると、ダイオード素子31は、光吸収により
生成された電荷キャリアが存在するために低インピダン
ス状態になり、逆バイアス電圧がダイオード素子32に
印加される。つまりトリガー用ダイオード素子32は高
インピダンス状態となる。この時、いわゆる量子シュタ
ルク効果(前出のレンティン他の論文参照)により、ダイ
オード素子31は、光吸収(透過)が大きい(小さい)状態
になり、光を通さないが(OFF状態)、ダイオード素
子32は、光吸収(透過)が小さい(大きい)状態とな
る。
That is, in the wavelength region where the light absorption decreases due to the increase of the reverse bias voltage, the switch light having the constant wavelength (λ 1 ) and the constant intensity Pin 1 is the switching diode element 3
Upon entering 1, the diode element 31 is in a low impedance state due to the existence of charge carriers generated by light absorption, and a reverse bias voltage is applied to the diode element 32. That is, the trigger diode element 32 is in a high impedance state. At this time, due to the so-called quantum Stark effect (see the above-mentioned Lentin et al. Article), the diode element 31 enters a state in which light absorption (transmission) is large (small) and does not transmit light (OFF state), but the diode element 31 32 is in a state where light absorption (transmission) is small (large).

【0016】スイッチ用ダイオード素子31と異なる波
長で動作するトリガー用ダイオード素子32に、スイッ
チ光の波長λ1と異なる波長λ2(λ2≠λ1)で光強度Pi
n2のトリガー光を入射し、その強度を増加させると、ダ
イオード素子32に生じる光電流は、図5の実線(それ
ぞれ1つの光強度Pin2に対応する)に示す様に増加し
ていき、回路を流れる電流はダイオード素子31の負荷
曲線(図5の点線)との交点(A)によって決まる電流値
となる。ダイオード素子32に照射されるトリガー光強
度Pin2(λ2)がスイッチ光強度Pin1(λ1)よりも小
さい時は、ダイオード素子31と32における逆バイア
ス電圧の印加された状態は前と変わらない。
The trigger diode element 32, which operates at a wavelength different from that of the switching diode element 31, has a light intensity Pi at a wavelength λ 22 ≠ λ 1 ) different from the wavelength λ 1 of the switch light.
When the trigger light of n 2 is incident and its intensity is increased, the photocurrent generated in the diode element 32 increases as shown by the solid line in FIG. 5 (each corresponding to one light intensity Pin 2 ), The current flowing through the circuit has a current value determined by the intersection (A) with the load curve (dotted line in FIG. 5) of the diode element 31. When the trigger light intensity Pin 22 ) applied to the diode element 32 is smaller than the switch light intensity Pin 11 ), the state in which the reverse bias voltage is applied to the diode elements 31 and 32 is the same as before. Absent.

【0017】しかし、Pin2>Pin1のとき、或るしきい
値を越えるとトリガー用ダイオード素子32が高インピ
ダンス状態で存在し得る負荷曲線の交点(A)が存在しな
くなるので、トリガー用ダイオード素子32は低インピ
ダンス状態となり、印加バイアス電圧値のスイッチング
の結果として、スイッチ用ダイオード素子31は低イン
ピダンス状態から高インピダンス状態(B)へ変化する。
このとき、ダイオード素子31は、光吸収(透過)が小さ
い(大きい)状態となり、スイッチ光強度Pout1の光を通
す。すなわち、トリガー光の強度Pin2の増加により、
スイッチ光強度Pout1の光スイッチング動作(OFF→
ON)が得られる。
However, when Pin 2 > Pin 1 , when the threshold value is exceeded, the intersection point (A) of the load curve where the trigger diode element 32 may exist in the high impedance state does not exist, so that the trigger diode element 32 does not exist. The element 32 enters the low impedance state, and as a result of switching the applied bias voltage value, the switching diode element 31 changes from the low impedance state to the high impedance state (B).
At this time, the diode element 31 is in a state in which light absorption (transmission) is small (large) and allows the light having the switch light intensity Pout 1 to pass therethrough. That is, by increasing the intensity Pin 2 of the trigger light,
Optical switching operation with switch light intensity Pout 1 (OFF →
ON) is obtained.

【0018】一方、トリガー光強度Pin2を減少させる
とき、負荷曲線との交点(C)まではトリガー用ダイオー
ド素子32の低インピダンス状態は保持されるので、ス
イッチ用ダイオード素子31のON状態(高インピダン
ス状態)は保持され、結果として光メモリ動作が得られ
る。トリガー光強度Pin2が減少し負荷曲線との交点C
を越えると、Cより下には負荷曲線との交点はないの
で、スイッチ用ダイオード素子31の初期状態(D)へ
の光スイッチング動作(C(ON)→D(OFF))が起
こり、光双安定動作が得られる。
On the other hand, when the trigger light intensity Pin 2 is decreased, the low impedance state of the trigger diode element 32 is maintained until the intersection (C) with the load curve, so that the switch diode element 31 is turned on (high). (Impedance state) is retained, resulting in optical memory operation. The trigger light intensity Pin 2 decreases and the intersection point C with the load curve
Beyond C, since there is no intersection with the load curve below C, an optical switching operation (C (ON) → D (OFF)) to the initial state (D) of the switching diode element 31 occurs, and Stable operation can be obtained.

【0019】図3と図4では、ダイオード素子31の真
性半導体層4が基板1に対して透明となる波長で動作す
る多重量子井戸又は超格子構造を用いて構成したので、
基板を除去することなく、ダイオード素子31とダイオ
ード素子32に入射する光の入射方向を180度違えて
素子を構成した実施例を示している。また、図3と図4
では、2つの異なる組成、膜厚からなる層24と24'
が2回の成長で形成される場合を示したが、ダイオード
素子31とダイオード素子32を形成する位置で基板に
あらかじめ段差を設けておき、1回の成長で2つの異な
る層24と24'を形成してしまうことも可能である。
この場合、ダイオード素子31に用いる光の波長λ1
ダイオード素子32に用いる光の波長λ2よりも長波長
となる様に構成すれば、ダイオード素子31に入射する
光はダイオード素子32に対しては透明となるので、も
れ光による光スイッチ、光メモリ動作時のON/OFF
レベルの変動はなくすことが出来る。
In FIGS. 3 and 4, since the intrinsic semiconductor layer 4 of the diode element 31 is constructed using a multiple quantum well or superlattice structure operating at a wavelength at which it is transparent to the substrate 1,
An example is shown in which the elements are configured by changing the incident directions of light incident on the diode element 31 and the diode element 32 by 180 degrees without removing the substrate. Also, FIG. 3 and FIG.
Then, layers 24 and 24 'having two different compositions and thicknesses
However, the step is formed in advance at the position where the diode element 31 and the diode element 32 are formed, and two different layers 24 and 24 ′ are formed by one growth. It is also possible to form it.
In this case, if the wavelength λ 1 of the light used for the diode element 31 is set to be longer than the wavelength λ 2 of the light used for the diode element 32, the light incident on the diode element 31 will be transmitted to the diode element 32. Is transparent, so it is an optical switch due to leakage light, ON / OFF when operating an optical memory
Level fluctuations can be eliminated.

【0020】GaAs基板上に成長させたヘテロ接合型p
inダイオード構造において、SEED素子の片方のダ
イオード素子の真性半導体層をInGaAs歪量子井戸を
有する多重量子井戸または超格子で構成した場合、一つ
の波長をGaAs基板が透明体となる波長に設定すること
ができるので、従来の対称SEED素子(図2)のよう
に光の入射、出射のために基板を除去することなく、容
易に半導体光素子を構成できる。
Heterojunction p grown on GaAs substrate
In the in-diode structure, when the intrinsic semiconductor layer of one diode element of the SEED element is composed of a multiple quantum well or a superlattice having an InGaAs strained quantum well, one wavelength should be set to a wavelength at which the GaAs substrate becomes a transparent body. Therefore, the semiconductor optical device can be easily constructed without removing the substrate for the incidence and emission of light unlike the conventional symmetrical SEED device (FIG. 2).

【0021】ヘテロ接合型半導体pinダイオード構造
において、InPを基板として用い、InP基板上に真
性半導体層としてInGaAs/InP又はInGaAs/In
AlAsで構成されている多重量子井戸構造あるいは超格
子構造を形成してもよい。さらに、非対称SEED素子
の構成において、基板半導体1が多重量子井戸または超
格子層に対して透明でない場合でも、従来の対称SEE
D素子と同様に、pinダイオード層と基板との間に多
層薄膜で形成される反射膜を付加することによっても異
なる2つの波長λ1とλ2で動作する対称SEED素子を
構成することが出来る。
In a heterojunction type semiconductor pin diode structure, InP is used as a substrate, and InGaAs / InP or InGaAs / InP is used as an intrinsic semiconductor layer on the InP substrate.
A multiple quantum well structure or a superlattice structure composed of AlAs may be formed. Further, in the configuration of the asymmetric SEED element, even if the substrate semiconductor 1 is not transparent to the multiple quantum well or the superlattice layer, the conventional symmetric SEE
Similar to the D element, a symmetrical SEED element that operates at two different wavelengths λ 1 and λ 2 can be configured by adding a reflective film formed of a multilayer thin film between the pin diode layer and the substrate. ..

【0022】[0022]

【発明の効果】この発明に係る半導体光素子において、
異なる波長λ1、λ2で動作する2種類の異なるpinダ
イオードで非対称SEED素子が構成されているので、
信号スイッチ光とトリガー光の波長λ1、λ2を違えるこ
とが出来るという、光の持つ波長多重性を十分に利用で
きる。また、このため、非対称SEED素子を構成部品
とした光演算システム等の光信号処理システムの構成を
大幅に簡略化できる。
In the semiconductor optical device according to the present invention,
Since the asymmetric SEED element is composed of two different types of pin diodes operating at different wavelengths λ 1 and λ 2 ,
The wavelength multiplicity of light, which allows the wavelengths λ 1 and λ 2 of the signal switch light and the trigger light to be different, can be fully utilized. Further, for this reason, the configuration of an optical signal processing system such as an optical arithmetic system including an asymmetric SEED element as a component can be greatly simplified.

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

【図1】 従来の対称SEEDの回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional symmetrical SEED.

【図2】 従来の対称SEEDの構造図である。FIG. 2 is a structural diagram of a conventional symmetrical SEED.

【図3】 この発明の一実施例による非対称SEEDの
回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of an asymmetric SEED according to an embodiment of the present invention.

【図4】 この発明の一実施例による非対称SEEDの
構造図である。
FIG. 4 is a structural diagram of an asymmetric SEED according to an embodiment of the present invention.

【図5】 光スイッチ、光メモリの動作原理を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing an operation principle of an optical switch and an optical memory.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21: 基板、 23,23’: n型半導体クラッド層、 24,24’: 多重量子井戸(MQW)又は超格子(S
L)構造、 25,25’: p型半導体クラッド層、 31: スイッチ用ダイオード素子、 32: トリガー用ダイオード素子、 33: 定電圧電源。
21: substrate, 23, 23 ': n-type semiconductor cladding layer, 24, 24': multiple quantum well (MQW) or superlattice (S
L) structure, 25, 25 ': p-type semiconductor clad layer, 31: diode element for switch, 32: diode element for trigger, 33: constant voltage power supply.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真性半導体層が多重量子井戸構造あるい
は超格子構造を有し、多重量子井戸構造あるいは超格子
構造に垂直な方向から電界を印加することによって光学
吸収端付近の波長領域で光透過率を変化させることが出
来るヘテロ接合型半導体の第1pinダイオードと、 真性半導体層が多重量子井戸構造あるいは超格子構造を
有し、多重量子井戸構造あるいは超格子構造に垂直な方
向から電界を印加することによって光学吸収端付近の波
長領域で光透過率を変化させることが出来、上記第1p
inダイオードとは異なる波長領域で光透過率を変化さ
せることが出来るヘテロ接合型半導体の第2pinダイ
オードと、 一定の逆バイアス電圧が印加できる定電圧源とからな
り、 第1pinダイオードと第2pinダイオードを定電圧
源に直列に接続し、電気光学的にフィードバック回路を
構成することを特徴とした半導体光素子。
1. The intrinsic semiconductor layer has a multiple quantum well structure or a superlattice structure, and an electric field is applied from a direction perpendicular to the multiple quantum well structure or the superlattice structure to transmit light in a wavelength region near an optical absorption edge. A first pin diode of a heterojunction semiconductor capable of changing the ratio, and an intrinsic semiconductor layer having a multiple quantum well structure or a superlattice structure, and an electric field is applied from a direction perpendicular to the multiple quantum well structure or the superlattice structure. As a result, the light transmittance can be changed in the wavelength region near the optical absorption edge, and
The first diode and the second pin diode are composed of a second pin diode of a heterojunction semiconductor capable of changing the light transmittance in a wavelength region different from that of the in diode, and a constant voltage source capable of applying a constant reverse bias voltage. A semiconductor optical device characterized by being connected in series with a constant voltage source to form a feedback circuit electro-optically.
【請求項2】 ヘテロ接合型半導体pinダイオード構
造がGaAs基板上に形成され、真性半導体層が、歪In
GaAs層で構成されGaAs基板が透明となる波長領域で
動作できる多重量子井戸構造あるいは超格子構造を有す
ることを特徴とした請求項1記載の半導体光素子。
2. A heterojunction semiconductor pin diode structure is formed on a GaAs substrate, and an intrinsic semiconductor layer is strained In.
2. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein the GaAs substrate is composed of a GaAs layer and has a multiple quantum well structure or a superlattice structure capable of operating in a transparent wavelength region.
【請求項3】 ヘテロ接合型半導体pinダイオード構
造がGaAs基板上に形成され、GaAs基板とダイオード
構造の間に多重薄膜反射膜を備えたことを特徴とした請
求項1記載の半導体光素子。
3. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein a heterojunction semiconductor pin diode structure is formed on a GaAs substrate, and a multiple thin film reflective film is provided between the GaAs substrate and the diode structure.
【請求項4】 ヘテロ接合型半導体pinダイオード構
造がInP基板上に形成され、真性半導体層が、InGa
As/InP又はInGaAs/InAlAsで構成されている
多重量子井戸構造あるいは超格子構造を有することを特
徴とした請求項1記載の半導体光素子。
4. A heterojunction semiconductor pin diode structure is formed on an InP substrate, and an intrinsic semiconductor layer is InGa.
2. The semiconductor optical device according to claim 1, which has a multiple quantum well structure or a superlattice structure composed of As / InP or InGaAs / InAlAs.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0210302A (en) * 1988-06-29 1990-01-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacture of single crystal infrared fiber
JPH0277039A (en) * 1987-12-31 1990-03-16 American Teleph & Telegr Co <Att> Three-state optical device

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