JPH0541538A - 半導体発光素子及び光双安定素子 - Google Patents
半導体発光素子及び光双安定素子Info
- Publication number
- JPH0541538A JPH0541538A JP19437691A JP19437691A JPH0541538A JP H0541538 A JPH0541538 A JP H0541538A JP 19437691 A JP19437691 A JP 19437691A JP 19437691 A JP19437691 A JP 19437691A JP H0541538 A JPH0541538 A JP H0541538A
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- Japan
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- semiconductor
- semiconductor layer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】レーザの閾値を低くすると共に、室温での負性
抵抗特性の劣化を防ぐこと。 【構成】レーザは、n型InP基板1上に、n型InP
クラッド層2、InGaAs層とInGaAlAs層と
を交互に積層した多重量子井戸(MQW)活性層3、p
型InPクラッド層4、p型InGaAs電極層5を順
次積層した構造を有している。さらに、前記クラッド層
2と活性層3の間に、InGaAsPガイド層8が挿入
形成され、また、前記活性層3とクラッド層4の間に、
InGaAsPガイド層11が挿入形成される。そし
て、前記ガイド層8と前記活性層3の間に、量子井戸層
となるInGaAsP層10と、障壁層となるInAl
As層9とが挿入形成される。
抵抗特性の劣化を防ぐこと。 【構成】レーザは、n型InP基板1上に、n型InP
クラッド層2、InGaAs層とInGaAlAs層と
を交互に積層した多重量子井戸(MQW)活性層3、p
型InPクラッド層4、p型InGaAs電極層5を順
次積層した構造を有している。さらに、前記クラッド層
2と活性層3の間に、InGaAsPガイド層8が挿入
形成され、また、前記活性層3とクラッド層4の間に、
InGaAsPガイド層11が挿入形成される。そし
て、前記ガイド層8と前記活性層3の間に、量子井戸層
となるInGaAsP層10と、障壁層となるInAl
As層9とが挿入形成される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、共鳴トンネル効果を利
用した半導体発光素子及び光双安定性を有する光双安定
素子に関する。
用した半導体発光素子及び光双安定性を有する光双安定
素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、光双安定素子をはじめとする光機
能素子は、将来の光情報処理システムに於けるキーデバ
イスとして盛んに研究が行なわれている。これまでに、
光非線形効果、量子閉じ込めシュタルク効果、あるいは
サイリスタ効果を用いた素子が報告されている。
能素子は、将来の光情報処理システムに於けるキーデバ
イスとして盛んに研究が行なわれている。これまでに、
光非線形効果、量子閉じ込めシュタルク効果、あるいは
サイリスタ効果を用いた素子が報告されている。
【0003】また、最近、本発明者等は、共鳴トンネル
効果による負性抵抗(NDR)を用いた新しいタイプの
双安定レーザを開発した(特願昭62−128814
号)。この素子は、レーザの活性層に共鳴トンネル素子
を集積した構造を有している。
効果による負性抵抗(NDR)を用いた新しいタイプの
双安定レーザを開発した(特願昭62−128814
号)。この素子は、レーザの活性層に共鳴トンネル素子
を集積した構造を有している。
【0004】図4の(B)は、その構造を示す図であ
る。同図に於いて、1はn型InP基板、2はn型In
Pクラッド層、3は共鳴トンネル素子を兼ねたInGa
As/InGaAlAs多重量子井戸(MQW)活性
層、4はp型InPクラッド層、5はp型InGaAs
電極層である。また、6はn型電極、7はp型電極であ
る。
る。同図に於いて、1はn型InP基板、2はn型In
Pクラッド層、3は共鳴トンネル素子を兼ねたInGa
As/InGaAlAs多重量子井戸(MQW)活性
層、4はp型InPクラッド層、5はp型InGaAs
電極層である。また、6はn型電極、7はp型電極であ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような構造の双安
定レーザは、活性層に共鳴トンネル効果による負性抵抗
特性を持たせるために、MQW活性層3のバリア層を厚
くしている。
定レーザは、活性層に共鳴トンネル効果による負性抵抗
特性を持たせるために、MQW活性層3のバリア層を厚
くしている。
【0006】しかしながら、この場合、バリア層厚を厚
くすることにより、レーザの閾値が高くなり、またこの
構造では、電子がホットな状態から活性層3に注入され
るため、室温での負性抵抗特性が劣化し、室温双安定動
作が得にくいという問題を有している。
くすることにより、レーザの閾値が高くなり、またこの
構造では、電子がホットな状態から活性層3に注入され
るため、室温での負性抵抗特性が劣化し、室温双安定動
作が得にくいという問題を有している。
【0007】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、レーザの閾値を低くすると共に、室温での負性抵抗
特性の劣化を防ぐことを目的とするものである。
で、レーザの閾値を低くすると共に、室温での負性抵抗
特性の劣化を防ぐことを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第1の導電型(例えばn型)のInP半導体基板
上に、クラッド層となる第1の導電型を有する第1の半
導体層、活性層となる第2の半導体層、クラッド層とな
る第2の導電型(例えばp型)を有する第3の半導体
層、電極となる第2の導電型を有する第4の半導体層を
順次積層した構造の半導体発光素子、あるいはそのよう
な半導体発光素子にフォトトランジスタを直列に結合し
てなる光双安定素子に於いて、前記第1の半導体層と第
2の半導体層の間に挿入形成され、In(1-x) Gax A
s(1-y) Py 半導体(0<x,y<1)からなる、ガイ
ド層となる第5の半導体層と、前記第2の半導体層と第
3の半導体層の間に挿入形成され、In(1-x) Gax A
s(1-y) Py 半導体(0<x,y<1)からなる、ガイ
ド層となる第6の半導体層と、ガイド層となる前記第5
の半導体層と活性層となる前記第2の半導体層の間に挿
入形成され、In1-a Gaa As1-b Pb (0<a,b
<1)を量子井戸層とし、In1-w Alw As(0<w
<1)を障壁層とする少なくとも一つ以上の量子井戸層
を有する共鳴トンネル素子とを具備することを特徴とし
ている。
めに、第1の導電型(例えばn型)のInP半導体基板
上に、クラッド層となる第1の導電型を有する第1の半
導体層、活性層となる第2の半導体層、クラッド層とな
る第2の導電型(例えばp型)を有する第3の半導体
層、電極となる第2の導電型を有する第4の半導体層を
順次積層した構造の半導体発光素子、あるいはそのよう
な半導体発光素子にフォトトランジスタを直列に結合し
てなる光双安定素子に於いて、前記第1の半導体層と第
2の半導体層の間に挿入形成され、In(1-x) Gax A
s(1-y) Py 半導体(0<x,y<1)からなる、ガイ
ド層となる第5の半導体層と、前記第2の半導体層と第
3の半導体層の間に挿入形成され、In(1-x) Gax A
s(1-y) Py 半導体(0<x,y<1)からなる、ガイ
ド層となる第6の半導体層と、ガイド層となる前記第5
の半導体層と活性層となる前記第2の半導体層の間に挿
入形成され、In1-a Gaa As1-b Pb (0<a,b
<1)を量子井戸層とし、In1-w Alw As(0<w
<1)を障壁層とする少なくとも一つ以上の量子井戸層
を有する共鳴トンネル素子とを具備することを特徴とし
ている。
【0009】
【作用】即ち、本発明の半導体発光素子及び光双安定素
子では、第1の半導体層と第2の半導体層の間にIn
(1-x) Gax As(1-y) Py 半導体(0<x,y<1)
からなるガイド層となる第5の半導体層を挿入形成し、
且つ第2の半導体層と第3の半導体層の間にIn(1-x)
Gax As(1-y) Py 半導体(0<x,y<1)からな
るガイド層となる第6の半導体層を挿入形成すると共
に、ガイド層となる前記第5の半導体層と活性層となる
前記第2の半導体層の間にIn1-a Gaa As1-b Pb
(0<a,b<1)を量子井戸層とし、In1-w Alw
As(0<w<1)を障壁層とする少なくとも一つ以上
の量子井戸層を有する共鳴トンネル素子を挿入形成する
ことにより、活性層となる第2の半導体層に注入される
電子はホットな状態ではなく、共鳴トンネル効果による
負性抵抗特性が明瞭とり、また、活性層部の障壁層厚を
厚くする必要がないため、レーザの低閾値化が可能とな
る。
子では、第1の半導体層と第2の半導体層の間にIn
(1-x) Gax As(1-y) Py 半導体(0<x,y<1)
からなるガイド層となる第5の半導体層を挿入形成し、
且つ第2の半導体層と第3の半導体層の間にIn(1-x)
Gax As(1-y) Py 半導体(0<x,y<1)からな
るガイド層となる第6の半導体層を挿入形成すると共
に、ガイド層となる前記第5の半導体層と活性層となる
前記第2の半導体層の間にIn1-a Gaa As1-b Pb
(0<a,b<1)を量子井戸層とし、In1-w Alw
As(0<w<1)を障壁層とする少なくとも一つ以上
の量子井戸層を有する共鳴トンネル素子を挿入形成する
ことにより、活性層となる第2の半導体層に注入される
電子はホットな状態ではなく、共鳴トンネル効果による
負性抵抗特性が明瞭とり、また、活性層部の障壁層厚を
厚くする必要がないため、レーザの低閾値化が可能とな
る。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。
明する。
【0011】図1は、本発明の半導体発光素子の一実施
例としてのレーザの構造を示す図である。同図に於い
て、1はn型InP基板、2はn型InPクラッド層、
3はInGaAs層とInGaAlAs層とを交互に積
層してなるInGaAs/InGaAlAs多重量子井
戸(MQW)活性層、4はp型InPクラッド層、5は
p型InGaAs電極層、6はn型電極、7はp型電極
である。また、8はInGaAsPガイド層、9は共鳴
トンネル素子の障壁層となるInAlAs層、10は共
鳴トンネル素子の量子井戸層となるInGaAsP層、
11はInGaAsPガイド層である。
例としてのレーザの構造を示す図である。同図に於い
て、1はn型InP基板、2はn型InPクラッド層、
3はInGaAs層とInGaAlAs層とを交互に積
層してなるInGaAs/InGaAlAs多重量子井
戸(MQW)活性層、4はp型InPクラッド層、5は
p型InGaAs電極層、6はn型電極、7はp型電極
である。また、8はInGaAsPガイド層、9は共鳴
トンネル素子の障壁層となるInAlAs層、10は共
鳴トンネル素子の量子井戸層となるInGaAsP層、
11はInGaAsPガイド層である。
【0012】ここで、障壁層9の厚さは50オングスロ
ーム、量子井戸層10の厚さは60オングストロームと
している。MQW活性層3の量子井戸幅は80オングス
トローム、障壁幅は30オングストロームであり、MQ
W層は6周期としている。また、n型,p型のドーピン
グ濃度は、1×1018cm-3である。
ーム、量子井戸層10の厚さは60オングストロームと
している。MQW活性層3の量子井戸幅は80オングス
トローム、障壁幅は30オングストロームであり、MQ
W層は6周期としている。また、n型,p型のドーピン
グ濃度は、1×1018cm-3である。
【0013】このような構造にした場合、InGaAs
Pガイド層8,11を用いているため、活性層3に注入
される電子はホットな状態ではなく、共鳴トンネル効果
による負性抵抗特性が明瞭となる。また、活性層部の障
壁層厚を厚くする必要がないため、レーザの低閾値化に
有利である。
Pガイド層8,11を用いているため、活性層3に注入
される電子はホットな状態ではなく、共鳴トンネル効果
による負性抵抗特性が明瞭となる。また、活性層部の障
壁層厚を厚くする必要がないため、レーザの低閾値化に
有利である。
【0014】図2の(A)は、図1の構造のレーザの室
温に於ける電流−電圧特性を示す図である。同図から、
室温に於いても、きわめて明瞭な共鳴トンネル効果によ
る負性抵抗特性が得られていることが見られる。また、
レーザの発振閾値も室温で30mAと、従来構造に比較
してきわめて小さい。
温に於ける電流−電圧特性を示す図である。同図から、
室温に於いても、きわめて明瞭な共鳴トンネル効果によ
る負性抵抗特性が得られていることが見られる。また、
レーザの発振閾値も室温で30mAと、従来構造に比較
してきわめて小さい。
【0015】図3は、図1の構造のレーザにフォトトラ
ンジスタ12を直列に結合した本発明の光双安定素子の
一実施例の構成を示す図である。なお、同図に於いて、
13は外部電源である。
ンジスタ12を直列に結合した本発明の光双安定素子の
一実施例の構成を示す図である。なお、同図に於いて、
13は外部電源である。
【0016】このような構成の光双安定素子に於けるフ
ォトトランジスタ12に光を入射した場合に得られるレ
ーザ出力とフォトトランジスタ12への光入力との間の
双安定特性は、図2の(B)に示すようになる。
ォトトランジスタ12に光を入射した場合に得られるレ
ーザ出力とフォトトランジスタ12への光入力との間の
双安定特性は、図2の(B)に示すようになる。
【0017】図3の構成に於いて、双安定性が得られる
ことを、図4の(A)を参照して説明する。同図に於い
て、曲線(A)は、実施例のレーザの電流−電圧特性を
示し、曲線(B)は、フォトトランジスタ12のコレク
タ電流−コレクタ・エミッタ間電圧(Ic −Vce)特性
を示している。また、同図に於いて、V0 は、フォトト
ランジスタ12に印加した電圧(一定)であり、このV
0 を原点(ゼロバイアス)とし、左側を順バイアス状態
として表わしてある。
ことを、図4の(A)を参照して説明する。同図に於い
て、曲線(A)は、実施例のレーザの電流−電圧特性を
示し、曲線(B)は、フォトトランジスタ12のコレク
タ電流−コレクタ・エミッタ間電圧(Ic −Vce)特性
を示している。また、同図に於いて、V0 は、フォトト
ランジスタ12に印加した電圧(一定)であり、このV
0 を原点(ゼロバイアス)とし、左側を順バイアス状態
として表わしてある。
【0018】今、光入力がP1で、その時のIc −Vce
特性がB1であり、安定点がa点(高電流状態)である
とする。光入力がP1からP2へ増加すると、Ic −V
ce特性はB2となり、安定点はb’点(低電流状態)へ
移行し、光入力がP1へ戻ると、安定点はb点となる。
次に、光入力をP1からP3へ減少させると、Ic −V
ce特性はB3となり、安定点はa’点へ移行し、光入力
がP1へ戻ると、安定点は再びa点に戻る。ここで、a
点でレーザが発信し、b点で発振が停止するように設定
することで、図2の(B)に示すような双安定特性が得
られる。同図から、室温に於いてON/OFF比10d
B以上の双安定特性が得られていることがみられる。
特性がB1であり、安定点がa点(高電流状態)である
とする。光入力がP1からP2へ増加すると、Ic −V
ce特性はB2となり、安定点はb’点(低電流状態)へ
移行し、光入力がP1へ戻ると、安定点はb点となる。
次に、光入力をP1からP3へ減少させると、Ic −V
ce特性はB3となり、安定点はa’点へ移行し、光入力
がP1へ戻ると、安定点は再びa点に戻る。ここで、a
点でレーザが発信し、b点で発振が停止するように設定
することで、図2の(B)に示すような双安定特性が得
られる。同図から、室温に於いてON/OFF比10d
B以上の双安定特性が得られていることがみられる。
【0019】なお、上記実施例では、半導体基板1の材
料としてInPを用いた場合につき説明したが、GaA
s基板やSi基板も利用できることは勿論である。
料としてInPを用いた場合につき説明したが、GaA
s基板やSi基板も利用できることは勿論である。
【0020】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々の応用変形が可能なことは言うまでもない。
で、種々の応用変形が可能なことは言うまでもない。
【0021】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
レーザの閾値を低くすると共に、室温での負性抵抗特性
の劣化を防ぐことができる。
レーザの閾値を低くすると共に、室温での負性抵抗特性
の劣化を防ぐことができる。
【0022】即ち、室温で双安定動作するレーザが得ら
れることから、本発明の半導体発光素子及び光双安定素
子は、将来の光情報処理システムのキーデバイスとなり
得る。
れることから、本発明の半導体発光素子及び光双安定素
子は、将来の光情報処理システムのキーデバイスとなり
得る。
【図1】本発明の半導体発光素子の一実施例としてのレ
ーザの構造を説明するための断面図である。
ーザの構造を説明するための断面図である。
【図2】(A)は図1のレーザの電流−電圧特性を示す
線図であり、(B)は図3の光双安定素子の双安定特性
を示す線図である。
線図であり、(B)は図3の光双安定素子の双安定特性
を示す線図である。
【図3】本発明の光双安定素子の一実施例の構成を示す
図である。
図である。
【図4】(A)は図3の光双安定素子に於ける双安定動
作を説明するための線図であり、(B)は従来のレーザ
の構成を示す断面図である。
作を説明するための線図であり、(B)は従来のレーザ
の構成を示す断面図である。
【符号の説明】 1…n型InP基板、2…n型InPクラッド層、3…
InGaAs/InGaAlAs多重量子井戸(MQ
W)活性層、4…p型InPクラッド層、5…p型In
GaAs電極層、6…n型電極、7…p型電極、8…I
nGaAsPガイド層、9…障壁層となるInAlAs
層、10…量子井戸層となるInGaAsP層、11…
InGaAsPガイド層。
InGaAs/InGaAlAs多重量子井戸(MQ
W)活性層、4…p型InPクラッド層、5…p型In
GaAs電極層、6…n型電極、7…p型電極、8…I
nGaAsPガイド層、9…障壁層となるInAlAs
層、10…量子井戸層となるInGaAsP層、11…
InGaAsPガイド層。
Claims (2)
- 【請求項1】 第1の導電型のInP半導体基板上に、
クラッド層となる第1の導電型を有する第1の半導体
層、活性層となる第2の半導体層、クラッド層となる第
2の導電型を有する第3の半導体層、電極となる第2の
導電型を有する第4の半導体層を順次積層した構造の半
導体発光素子に於いて、 前記第1の半導体層と第2の半導体層の間に挿入形成さ
れ、In(1-x)Gax As(1-y) Py 半導体(0<x,
y<1)からなる、ガイド層となる第5の半導体層と、 前記第2の半導体層と第3の半導体層の間に挿入形成さ
れ、In(1-x)Gax As(1-y) Py 半導体(0<x,
y<1)からなる、ガイド層となる第6の半導体層と、 ガイド層となる前記第5の半導体層と活性層となる前記
第2の半導体層の間に挿入形成され、In1-a Gaa A
s1-b Pb (0<a,b<1)を量子井戸層とし、In
1-w Alw As(0<w<1)を障壁層とする少なくと
も一つ以上の量子井戸層を有する共鳴トンネル素子と、 を具備することを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項2】 第1の導電型のInP半導体基板上に、
クラッド層となる第1の導電型を有する第1の半導体
層、活性層となる第2の半導体層、クラッド層となる第
2の導電型を有する第3の半導体層、電極となる第2の
導電型を有する第4の半導体層を順次積層した構造の半
導体発光素子と、該半導体発光素子に直列に結合したフ
ォトトランジスタとを有する光双安定素子に於いて、 前記第1の半導体層と第2の半導体層の間に挿入形成さ
れ、In(1-x)Gax As(1-y) Py 半導体(0<x,
y<1)からなる、ガイド層となる第5の半導体層と、 前記第2の半導体層と第3の半導体層の間に挿入形成さ
れ、In(1-x)Gax As(1-y) Py 半導体(0<x,
y<1)からなる、ガイド層となる第6の半導体層と、 ガイド層となる前記第5の半導体層と活性層となる前記
第2の半導体層の間に挿入形成され、In1-a Gaa A
s1-b Pb (0<a,b<1)を量子井戸層とし、In
1-w Alw As(0<w<1)を障壁層とする少なくと
も一つ以上の量子井戸層を有する共鳴トンネル素子と、 を具備することを特徴とする光双安定素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19437691A JPH0541538A (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | 半導体発光素子及び光双安定素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19437691A JPH0541538A (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | 半導体発光素子及び光双安定素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0541538A true JPH0541538A (ja) | 1993-02-19 |
Family
ID=16323567
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19437691A Pending JPH0541538A (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | 半導体発光素子及び光双安定素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0541538A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100785772B1 (ko) * | 2005-12-08 | 2007-12-18 | 한국전자통신연구원 | 에너지 밴드 구조의 변화를 이용한 반도체 레이저 다이오드 |
-
1991
- 1991-08-02 JP JP19437691A patent/JPH0541538A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100785772B1 (ko) * | 2005-12-08 | 2007-12-18 | 한국전자통신연구원 | 에너지 밴드 구조의 변화를 이용한 반도체 레이저 다이오드 |
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