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

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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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JP
Japan
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layer
semiconductor
semiconductor layer
serving
light emitting
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Pending
Application number
JP19437691A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuichi Kawamura
裕一 河村
Atsushi Wakatsuki
温 若月
Hidetoshi Iwamura
英俊 岩村
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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
(1-y) y 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
(1-y) y 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 b (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) y 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) y 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 b
(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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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) y 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) y 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
    1-b b (0<a,b<1)を量子井戸層とし、In
    1-w lw 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。
  2. 【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) y 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) y 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
    1-b b (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。
JP19437691A 1991-08-02 1991-08-02 半導体発光素子及び光双安定素子 Pending JPH0541538A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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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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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