JPH0545692A - 半導体光機能素子 - Google Patents
半導体光機能素子Info
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- JPH0545692A JPH0545692A JP22849291A JP22849291A JPH0545692A JP H0545692 A JPH0545692 A JP H0545692A JP 22849291 A JP22849291 A JP 22849291A JP 22849291 A JP22849291 A JP 22849291A JP H0545692 A JPH0545692 A JP H0545692A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光の高速性を損なうことなく光出力を光信号
で制御する半導体光機能素子を提供することを目的とす
る。 【構成】 印加電圧を零より増加するにつれ、電流が増
加、減少、増加と順次変化する特性を有する共鳴トンネ
ルダイオードと、キャリアを注入することにより光学利
得が変化せしめられる活性層と、光吸収層とを少なくと
も積層してなり、光照射により該光吸収層において生成
されたキャリアに応じて前記共鳴トンネルダイオードの
バイアス電圧を制御することにより、前記活性層の光学
利得を変化せしめるように動作することを特徴とする半
導体光機能素子。
で制御する半導体光機能素子を提供することを目的とす
る。 【構成】 印加電圧を零より増加するにつれ、電流が増
加、減少、増加と順次変化する特性を有する共鳴トンネ
ルダイオードと、キャリアを注入することにより光学利
得が変化せしめられる活性層と、光吸収層とを少なくと
も積層してなり、光照射により該光吸収層において生成
されたキャリアに応じて前記共鳴トンネルダイオードの
バイアス電圧を制御することにより、前記活性層の光学
利得を変化せしめるように動作することを特徴とする半
導体光機能素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光交換、光情報処理の
分野において、高速な光信号処理に不可欠となる光で光
信号を制御する半導体光機能素子に関するものである。
分野において、高速な光信号処理に不可欠となる光で光
信号を制御する半導体光機能素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光信号処理に必要となると考えられる光
機能素子として、光スイッチ、光ゲート、光論理素子、
光メモリなどがあり、いずれも光の高速性を活かすべく
光で直接制御可能であることが望まれている。これら光
機能素子を実現する上で重要な要素技術の一つとして光
双安定が挙げられるが、ここでは本発明の特徴を明らか
にすべく、光双安定素子を例にとり、従来技術の問題点
に付いて述べる。
機能素子として、光スイッチ、光ゲート、光論理素子、
光メモリなどがあり、いずれも光の高速性を活かすべく
光で直接制御可能であることが望まれている。これら光
機能素子を実現する上で重要な要素技術の一つとして光
双安定が挙げられるが、ここでは本発明の特徴を明らか
にすべく、光双安定素子を例にとり、従来技術の問題点
に付いて述べる。
【０００３】図１３に従来技術による光駆動型光双安定
レーザを示す。１００はｎ−ＩｎＰ基板、１０１は禁制
帯幅相当波長が例えば１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ活
性層、１０２はｐ−ＩｎＰ層、１０３はｐ−ＩｎＧａＡ
ｓＰキャップ層である。該光駆動型光双安定レーザは、
可飽和吸収領域、利得領域Ａ、利得領域Ｂの３領域から
なり、基本動作原理は以下の通りである。元々非励起領
域で損失が大きい可飽和吸収領域は、外部より波長が
１．５５μｍより短い波長のＰiなる光が注入されるこ
とにより幾分励起される。これによりレーザ共振器内の
光子密度が上昇し、一層可飽和吸収領域が励起され、さ
らに光子密度が上昇するという正の帰還が生じる。その
結果、励起レベルが発振に必要な値にまで到達するとタ
ーンオン状に大きな光出力Ｐ0 が得られる。これは、可
飽和吸収領域の損失が、注入光強度Ｐi に対し非線形的
に減少するためで、逆に、注入光強度Ｐi が減少しても
損失はそれほど増加しないため、ある強度範囲で高い光
出力レベルを維持した後ターンオフ状に発振が停止す
る。この入出力特性は、図１４のようにヒステリシス状
の特性を示し、同一の入力に対し双安定な２値の出力を
与えることから、光メモリとして適用することができ
る。すなわち、図１４（ａ）に示すようにヒステリシス
の中央付近にＰbなるバイアス光を入射し、全入力光強
度がヒステリシスの立ち上がり光強度より大きくなるＰ
i ’なる光パルスをバイアス光に重畳して入力すること
によりＰ0 ’なる光出力を得る。この時、入射パルス光
を切ってもヒステリシス特性のため、光出力Ｐ0 ’が維
持される。また、ヒステリシス幅は、可飽和吸収領域長
などの構造パラメータに依存し、その幅を極めて小さく
することも可能である。その場合は微分利得特性が得ら
れ、入力光のバイアスをヒステリシスの低入力側に設定
することにより、図１４（ｂ）に示すようにＰthなる閾
値以上の強度を有する光が入射したときのみ光を出力す
る光スイッチング素子として機能する。
レーザを示す。１００はｎ−ＩｎＰ基板、１０１は禁制
帯幅相当波長が例えば１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ活
性層、１０２はｐ−ＩｎＰ層、１０３はｐ−ＩｎＧａＡ
ｓＰキャップ層である。該光駆動型光双安定レーザは、
可飽和吸収領域、利得領域Ａ、利得領域Ｂの３領域から
なり、基本動作原理は以下の通りである。元々非励起領
域で損失が大きい可飽和吸収領域は、外部より波長が
１．５５μｍより短い波長のＰiなる光が注入されるこ
とにより幾分励起される。これによりレーザ共振器内の
光子密度が上昇し、一層可飽和吸収領域が励起され、さ
らに光子密度が上昇するという正の帰還が生じる。その
結果、励起レベルが発振に必要な値にまで到達するとタ
ーンオン状に大きな光出力Ｐ0 が得られる。これは、可
飽和吸収領域の損失が、注入光強度Ｐi に対し非線形的
に減少するためで、逆に、注入光強度Ｐi が減少しても
損失はそれほど増加しないため、ある強度範囲で高い光
出力レベルを維持した後ターンオフ状に発振が停止す
る。この入出力特性は、図１４のようにヒステリシス状
の特性を示し、同一の入力に対し双安定な２値の出力を
与えることから、光メモリとして適用することができ
る。すなわち、図１４（ａ）に示すようにヒステリシス
の中央付近にＰbなるバイアス光を入射し、全入力光強
度がヒステリシスの立ち上がり光強度より大きくなるＰ
i ’なる光パルスをバイアス光に重畳して入力すること
によりＰ0 ’なる光出力を得る。この時、入射パルス光
を切ってもヒステリシス特性のため、光出力Ｐ0 ’が維
持される。また、ヒステリシス幅は、可飽和吸収領域長
などの構造パラメータに依存し、その幅を極めて小さく
することも可能である。その場合は微分利得特性が得ら
れ、入力光のバイアスをヒステリシスの低入力側に設定
することにより、図１４（ｂ）に示すようにＰthなる閾
値以上の強度を有する光が入射したときのみ光を出力す
る光スイッチング素子として機能する。
【０００４】ところで、該光出力をリセットする方法で
あるが、マイナスの強度を有する光というものが存在し
ないため、通常同時に得られる電流入力に対する双安定
性を利用するか、バイアス光を減少する方法が採られて
いるのが一般的である。図１４（ａ）に、電流でリセッ
トする例を破線で示す。電流Ｉ1 対光出力Ｐ0 特性のヒ
ステリシス中央にバイアスされた電流Ｉb に、これと逆
方向に電流パルスＩ1 ’を光パルスＰi ’が入力された
Ｔ時間後に印加することにより出力光Ｐ0 ’はリセット
される。
あるが、マイナスの強度を有する光というものが存在し
ないため、通常同時に得られる電流入力に対する双安定
性を利用するか、バイアス光を減少する方法が採られて
いるのが一般的である。図１４（ａ）に、電流でリセッ
トする例を破線で示す。電流Ｉ1 対光出力Ｐ0 特性のヒ
ステリシス中央にバイアスされた電流Ｉb に、これと逆
方向に電流パルスＩ1 ’を光パルスＰi ’が入力された
Ｔ時間後に印加することにより出力光Ｐ0 ’はリセット
される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の光
双安定素子は、光入力でセットすることができるが、リ
セットは、入力信号とは別のバイアス光強度を減少させ
るか、電流で行われている。いずれも光で情報として伝
搬されてくるリセット信号を一旦電気に変換すると共
に、リセットのための回路を駆動するなどの付加的な処
理が必要となる。このため、光電変換に伴う遅延により
高速性が著しく損なわれるばかりでなく、余分な素子や
回路が加わるため装置が複雑になるという欠点があっ
た。
双安定素子は、光入力でセットすることができるが、リ
セットは、入力信号とは別のバイアス光強度を減少させ
るか、電流で行われている。いずれも光で情報として伝
搬されてくるリセット信号を一旦電気に変換すると共
に、リセットのための回路を駆動するなどの付加的な処
理が必要となる。このため、光電変換に伴う遅延により
高速性が著しく損なわれるばかりでなく、余分な素子や
回路が加わるため装置が複雑になるという欠点があっ
た。
【０００６】本発明は、光双安定素子に用いれば光入力
でリセットでき、また光論理素子に用いればＸＯＲ回路
やビットパターンマッチング回路を形成できるような光
の高速性を損なうことなく光出力を光信号で制御する半
導体光機能素子を提供することを目的とする。
でリセットでき、また光論理素子に用いればＸＯＲ回路
やビットパターンマッチング回路を形成できるような光
の高速性を損なうことなく光出力を光信号で制御する半
導体光機能素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、共鳴ト
ンネルダイオードのバイアス電圧を光入力信号強度で制
御することにより、積層して配置された活性層への注入
電流を制御し、その結果、該活性層の光学利得を前記光
入力信号の強度のみで制御することを可能としたことに
ある。さらに、該入力光強度を零から単調に増加したと
きに、該光学利得を増加から減少という特性を有する変
化を可能としたことにある。
ンネルダイオードのバイアス電圧を光入力信号強度で制
御することにより、積層して配置された活性層への注入
電流を制御し、その結果、該活性層の光学利得を前記光
入力信号の強度のみで制御することを可能としたことに
ある。さらに、該入力光強度を零から単調に増加したと
きに、該光学利得を増加から減少という特性を有する変
化を可能としたことにある。
【０００８】図１、図２、図３、図４は、本発明による
半導体光機能素子の基本部分の断面構造のエネルギーダ
イヤグラムを示している。１はｐ−ＩｎＰ層、２は一方
の界面にＰＮ接合を有し、キャリア及び光閉じ込めによ
り光を有効に発生し導波し得るＩｎＧａＡｓＰ活性層
（禁制帯幅波長λg ≒１．５６μｍ）、３はｎ−ＩｎＰ
中間層、４は特定の波長の光を照射することによりこれ
を吸収し電子及び正孔のキャリアを生成し得るｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ吸収層（λg ≒１．５８μｍ）、５はＩｎＡ
ｌＡｓトンネル障壁層、６はＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸
層、７はＩｎＡｌＡｓトンネル障壁層、そして、８はｎ
−ＩｎＧａＡｌＡｓエミッタ層であり、５、６及び７は
いわゆる共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）９を構成し
ている。
半導体光機能素子の基本部分の断面構造のエネルギーダ
イヤグラムを示している。１はｐ−ＩｎＰ層、２は一方
の界面にＰＮ接合を有し、キャリア及び光閉じ込めによ
り光を有効に発生し導波し得るＩｎＧａＡｓＰ活性層
（禁制帯幅波長λg ≒１．５６μｍ）、３はｎ−ＩｎＰ
中間層、４は特定の波長の光を照射することによりこれ
を吸収し電子及び正孔のキャリアを生成し得るｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ吸収層（λg ≒１．５８μｍ）、５はＩｎＡ
ｌＡｓトンネル障壁層、６はＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸
層、７はＩｎＡｌＡｓトンネル障壁層、そして、８はｎ
−ＩｎＧａＡｌＡｓエミッタ層であり、５、６及び７は
いわゆる共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）９を構成し
ている。
【０００９】まず最初に共鳴トンネルダイオード（ＲＴ
Ｄ）について説明する。ＲＴＤ９の基本部分は、禁制帯
エネルギー幅がより大きなトンネル障壁層５及び７に挟
まれた量子井戸層６からなる。トンネル障壁層５及び７
の層厚は約１０Å以下と薄いため、トンネル障壁層７の
外側のエミッタ層８中の伝導帯の電子はトンネル効果に
より量子井戸層６内にしみ込むことが可能であるが、量
子井戸層６内で電子が通過し得るエネルギー準位は離散
的な量子エネルギー準位Ｅ1 に限られる。従って、トン
ネル障壁層５の外側のコレクタ層４に対し印加された正
極性のバイアス電圧が小さい場合には、エミッタ層８に
おいて電子が存在し得る伝導帯の底のエネルギーＥc に
対してＥc ＜Ｅ1 であるため、エミッタ層８から電子は
殆ど流れない。ここで、徐々に電圧を増加するにつれＥ
1 とＥc との差は減少するため電子は流れ始め、ある電
圧でＥc ≒Ｅ1 となると、エミッタ層８と量子井戸層６
のエネルギー準位は一致するため、電子は共鳴的に流れ
る。他方、より電圧を印加すると今度はＥc ＞Ｅ1 とな
るため、電子は量子井戸層６内で存在し難くなるため、
電子がトンネル障壁層５，７の上を乗り越えて流れるこ
とにより再度電子流が増加するまでかえって電子流は低
下する。このＲＴＤ９の電流−電圧特性は、図５の実線
のようにいわゆるＮ字形で示される。
Ｄ）について説明する。ＲＴＤ９の基本部分は、禁制帯
エネルギー幅がより大きなトンネル障壁層５及び７に挟
まれた量子井戸層６からなる。トンネル障壁層５及び７
の層厚は約１０Å以下と薄いため、トンネル障壁層７の
外側のエミッタ層８中の伝導帯の電子はトンネル効果に
より量子井戸層６内にしみ込むことが可能であるが、量
子井戸層６内で電子が通過し得るエネルギー準位は離散
的な量子エネルギー準位Ｅ1 に限られる。従って、トン
ネル障壁層５の外側のコレクタ層４に対し印加された正
極性のバイアス電圧が小さい場合には、エミッタ層８に
おいて電子が存在し得る伝導帯の底のエネルギーＥc に
対してＥc ＜Ｅ1 であるため、エミッタ層８から電子は
殆ど流れない。ここで、徐々に電圧を増加するにつれＥ
1 とＥc との差は減少するため電子は流れ始め、ある電
圧でＥc ≒Ｅ1 となると、エミッタ層８と量子井戸層６
のエネルギー準位は一致するため、電子は共鳴的に流れ
る。他方、より電圧を印加すると今度はＥc ＞Ｅ1 とな
るため、電子は量子井戸層６内で存在し難くなるため、
電子がトンネル障壁層５，７の上を乗り越えて流れるこ
とにより再度電子流が増加するまでかえって電子流は低
下する。このＲＴＤ９の電流−電圧特性は、図５の実線
のようにいわゆるＮ字形で示される。
【００１０】本発明は、ＲＴＤ９のかかるＮ字形特性を
有する特徴を、光の照射を用いることによって効果的に
利用するものである。次に本発明の作用の説明として、
光の照射によるＲＴＤ９のＮ字形特性の利用について述
べる。図２に示すように、通常、本発明の半導体光機能
素子の両端には、活性層２の界面のＰＮ接合のエネルギ
ーギャプを補償する程度の順バイアスＶ0 を印加する。
有する特徴を、光の照射を用いることによって効果的に
利用するものである。次に本発明の作用の説明として、
光の照射によるＲＴＤ９のＮ字形特性の利用について述
べる。図２に示すように、通常、本発明の半導体光機能
素子の両端には、活性層２の界面のＰＮ接合のエネルギ
ーギャプを補償する程度の順バイアスＶ0 を印加する。
【００１１】図３に示すように、この状態で、外部より
Ｐ1 なる強度で波長１．５７μｍの制御光Ｐc を照射
し、吸収層４で吸収させる。これにより、吸収層４には
キャリアが誘起され、電子は中間層３を介して活性層２
へ輸送され、他方、正孔はポテンシャルの低い吸収層４
にトラップされたままになるため、ＲＴＤ９を一層バイ
アスすることになる。その結果、ＲＴＤ９中の量子準位
とエミッタ層８の伝導帯の底のエネルギーＥc とのエネ
ルギー差が小さくなり、吸収層４に向け電子が流入する
ようになる。ここで、制御光Ｐc の強度を、該エネルギ
ー差がほぼ０となるようなＰ1 を選ぶことにより、エミ
ッタ層８から吸収層４の方向に流れる電子の数であるＲ
ＴＤ９の透過電子数は最大となり、これらのキャリアが
中間層３を通り、活性層２に注入し、活性層２の光学利
得を負から正へと変化させることができる。即ち、図に
示されていないが、活性層２に例えば波長１．５５μｍ
の信号光Ｐiが注入されていれば、元々活性層２の損失
が大きく出力されなかったものが、制御光Ｐc により損
失が補償もしくは利得をも与えられて、他端から出力さ
れるようになる。また、外部からの信号光Ｐi が無い場
合でも、活性層２内のキャリア注入により発光が得ら
れ、さらに共振器を活性層２に設けることによりレーザ
発振も可能である。
Ｐ1 なる強度で波長１．５７μｍの制御光Ｐc を照射
し、吸収層４で吸収させる。これにより、吸収層４には
キャリアが誘起され、電子は中間層３を介して活性層２
へ輸送され、他方、正孔はポテンシャルの低い吸収層４
にトラップされたままになるため、ＲＴＤ９を一層バイ
アスすることになる。その結果、ＲＴＤ９中の量子準位
とエミッタ層８の伝導帯の底のエネルギーＥc とのエネ
ルギー差が小さくなり、吸収層４に向け電子が流入する
ようになる。ここで、制御光Ｐc の強度を、該エネルギ
ー差がほぼ０となるようなＰ1 を選ぶことにより、エミ
ッタ層８から吸収層４の方向に流れる電子の数であるＲ
ＴＤ９の透過電子数は最大となり、これらのキャリアが
中間層３を通り、活性層２に注入し、活性層２の光学利
得を負から正へと変化させることができる。即ち、図に
示されていないが、活性層２に例えば波長１．５５μｍ
の信号光Ｐiが注入されていれば、元々活性層２の損失
が大きく出力されなかったものが、制御光Ｐc により損
失が補償もしくは利得をも与えられて、他端から出力さ
れるようになる。また、外部からの信号光Ｐi が無い場
合でも、活性層２内のキャリア注入により発光が得ら
れ、さらに共振器を活性層２に設けることによりレーザ
発振も可能である。
【００１２】一方、さらに制御光Ｐc の強度を増加して
いくと、一層吸収層４での誘起キャリアが増加し、益々
ＲＴＤ９をバイアスすることになる。これにより、ＲＴ
Ｄ９中の量子準位Ｅ1 はエミッタ層８の伝導帯の底のエ
ネルギーＥc より下がり、不一致となるため、ＲＴＤ９
の透過電子数は減少する。そして、図４に示すように、
熱励起によりトンネル障壁層７を乗り越えて再び電子が
流れ出す程度の高バイアス状態に至るまでの適度な制御
光Ｐc の強度Ｐ2 を選ぶことにより、流れる電子数が極
小となり、従って、活性層２へのキャリア注入も極めて
少なくなり、光学利得は再び負となる。即ち、活性層２
からの発光、発振は抑圧されると共に、外部からの信号
光Ｐi も透過されない。
いくと、一層吸収層４での誘起キャリアが増加し、益々
ＲＴＤ９をバイアスすることになる。これにより、ＲＴ
Ｄ９中の量子準位Ｅ1 はエミッタ層８の伝導帯の底のエ
ネルギーＥc より下がり、不一致となるため、ＲＴＤ９
の透過電子数は減少する。そして、図４に示すように、
熱励起によりトンネル障壁層７を乗り越えて再び電子が
流れ出す程度の高バイアス状態に至るまでの適度な制御
光Ｐc の強度Ｐ2 を選ぶことにより、流れる電子数が極
小となり、従って、活性層２へのキャリア注入も極めて
少なくなり、光学利得は再び負となる。即ち、活性層２
からの発光、発振は抑圧されると共に、外部からの信号
光Ｐi も透過されない。
【００１３】上述の素子の動作を図５に示す電圧ー電流
特性を用いて説明する。実線のＮ字形の特性、及び破線
の左上がりの２本の特性は、各々ＲＴＤ９及び３種類の
動作状態における活性層２のＰＮ接合の電圧ー電流特性
を示している。尚、Ｖ0 は素子の両端に印加した電圧で
あり、ＲＴＤ９、吸収層４、活性層２の両端の電圧を各
々Ｖ1 ，Ｖ2 ，Ｖ3 とするとＶ1 ＋Ｖ2 ＋Ｖ3 ＝Ｖ0 の
関係が成り立つ。図２に示したように、制御光Ｐc が無
い場合は吸収層４の電圧はＶ2 ＞０であり、ＲＴＤ９と
活性層２にかかる電圧の和はＶ1 ＋Ｖ3 ＝Ｖ0 −Ｖ2 ＝
Ｖ1’となる。従って、ＲＴＤ９と活性層２の各々の電
圧ー電流特性の交点で与えられる動作点は○印で示した
位置となり、素子には低いレベルの電流Ｉ0しか流れな
い。即ち、活性層２にもほとんど電流注入が行われない
ため、その光学損失は大きく、発光もほとんど無い。こ
こで適度な強度の制御光Ｐc＝Ｐ1 を入射すると、前述
のように吸収層４で吸収され生成した正孔により吸収層
４の電圧を低下させることができる。すなわち、Ｖ2 ≒
０となったとするとＶ1 ＋Ｖ3 ＝Ｖ0 ＝Ｖ2 ’となり、
動作点は△印で示したようにＲＴＤ９の電圧ー電流特性
のピークに設けることができる。すなわち、これはＲＴ
Ｄ９の量子準位Ｅ1がエミッタ層８の伝導帯の底のエネ
ルギーＥc にほぼ一致する程度にバイアスされたことに
対応し、高いレベルの電流Ｉ1 が活性層２に注入され、
その光学利得を上昇させたり、また、発光させたりする
ことができる。他方、さらに制御光Ｐc の強度を増加し
てＰc ＝Ｐ2 とすると、吸収層４のポテンシャルは一層
正にバイアスされるためＶ1 は増大し、と同時に活性層
２の電圧も低下させることができる。即ち、動作点は□
印となり、電流は再度低いレベルＩ2 となり、活性層２
の光学利得は低下し、発光もほとんど無くすことができ
る。
特性を用いて説明する。実線のＮ字形の特性、及び破線
の左上がりの２本の特性は、各々ＲＴＤ９及び３種類の
動作状態における活性層２のＰＮ接合の電圧ー電流特性
を示している。尚、Ｖ0 は素子の両端に印加した電圧で
あり、ＲＴＤ９、吸収層４、活性層２の両端の電圧を各
々Ｖ1 ，Ｖ2 ，Ｖ3 とするとＶ1 ＋Ｖ2 ＋Ｖ3 ＝Ｖ0 の
関係が成り立つ。図２に示したように、制御光Ｐc が無
い場合は吸収層４の電圧はＶ2 ＞０であり、ＲＴＤ９と
活性層２にかかる電圧の和はＶ1 ＋Ｖ3 ＝Ｖ0 −Ｖ2 ＝
Ｖ1’となる。従って、ＲＴＤ９と活性層２の各々の電
圧ー電流特性の交点で与えられる動作点は○印で示した
位置となり、素子には低いレベルの電流Ｉ0しか流れな
い。即ち、活性層２にもほとんど電流注入が行われない
ため、その光学損失は大きく、発光もほとんど無い。こ
こで適度な強度の制御光Ｐc＝Ｐ1 を入射すると、前述
のように吸収層４で吸収され生成した正孔により吸収層
４の電圧を低下させることができる。すなわち、Ｖ2 ≒
０となったとするとＶ1 ＋Ｖ3 ＝Ｖ0 ＝Ｖ2 ’となり、
動作点は△印で示したようにＲＴＤ９の電圧ー電流特性
のピークに設けることができる。すなわち、これはＲＴ
Ｄ９の量子準位Ｅ1がエミッタ層８の伝導帯の底のエネ
ルギーＥc にほぼ一致する程度にバイアスされたことに
対応し、高いレベルの電流Ｉ1 が活性層２に注入され、
その光学利得を上昇させたり、また、発光させたりする
ことができる。他方、さらに制御光Ｐc の強度を増加し
てＰc ＝Ｐ2 とすると、吸収層４のポテンシャルは一層
正にバイアスされるためＶ1 は増大し、と同時に活性層
２の電圧も低下させることができる。即ち、動作点は□
印となり、電流は再度低いレベルＩ2 となり、活性層２
の光学利得は低下し、発光もほとんど無くすことができ
る。
【００１４】（実施例１）図６に本発明の第１の実施例
を示す。本実施例は、光論理素子として用いた半導体光
機能素子である。本実施例では、波長１μｍ帯で動作す
るＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ系半導体を用いて
いる。１はｐ−ＩｎＰ層、２は一方の界面にＰＮ接合を
有し、キャリア及び光閉じ込めにより光を有効に発生し
導波し得るＩｎＧａＡｓＰ活性層（禁制帯幅波長λg 〜
１．５６μｍ）、３はｎ−ＩｎＰ中間層、４は特定の波
長の光を照射することによりこれを吸収し電子及び正孔
のキャリアを生成し得るｎ−ＩｎＧａＡｓＰ吸収層（λ
g 〜１．５８μｍ）、５はＩｎＡｌＡｓトンネル障壁
層、６はＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸層、７はＩｎＡｌＡ
ｓトンネル障壁層、８はｎ−ＩｎＧａＡｌＡｓエミッタ
層であり、５、６及び７はいわゆる共鳴トンネルダイオ
ード（ＲＴＤ）９を構成している。１０及び１０’はＩ
ｎＧａＡｓＰ低損失導波路層（λg 〜１．３μｍ）、１
１、１２及び１３は電極である。電極１２は、エミッタ
層８の上部を部分的に覆う形状となっている。従って制
御光Ｐc は、電極１２の側から電極に覆われていない部
分からエミッタ層に照射される。活性層２の延長線上に
低損失導波路層１０及び１０’が直接結合方式で接続さ
れている。電極１１、１２間に活性層２の界面のＰＮ接
合のエネルギーギャプを補償する程度の順バイアス電圧
Ｖ0 を印加する。 本実施例は、適度な強度の制御光Ｐ
c が入射した時のみ活性層２の光学利得が大きく、発光
もしくはレーザ発振をも得ることができるオン状態と
し、他方、制御光Ｐc が無いかもしくは過大な強度の場
合には光学損失が大きく、発光もほとんど無いオフ状態
となる。
を示す。本実施例は、光論理素子として用いた半導体光
機能素子である。本実施例では、波長１μｍ帯で動作す
るＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ系半導体を用いて
いる。１はｐ−ＩｎＰ層、２は一方の界面にＰＮ接合を
有し、キャリア及び光閉じ込めにより光を有効に発生し
導波し得るＩｎＧａＡｓＰ活性層（禁制帯幅波長λg 〜
１．５６μｍ）、３はｎ−ＩｎＰ中間層、４は特定の波
長の光を照射することによりこれを吸収し電子及び正孔
のキャリアを生成し得るｎ−ＩｎＧａＡｓＰ吸収層（λ
g 〜１．５８μｍ）、５はＩｎＡｌＡｓトンネル障壁
層、６はＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸層、７はＩｎＡｌＡ
ｓトンネル障壁層、８はｎ−ＩｎＧａＡｌＡｓエミッタ
層であり、５、６及び７はいわゆる共鳴トンネルダイオ
ード（ＲＴＤ）９を構成している。１０及び１０’はＩ
ｎＧａＡｓＰ低損失導波路層（λg 〜１．３μｍ）、１
１、１２及び１３は電極である。電極１２は、エミッタ
層８の上部を部分的に覆う形状となっている。従って制
御光Ｐc は、電極１２の側から電極に覆われていない部
分からエミッタ層に照射される。活性層２の延長線上に
低損失導波路層１０及び１０’が直接結合方式で接続さ
れている。電極１１、１２間に活性層２の界面のＰＮ接
合のエネルギーギャプを補償する程度の順バイアス電圧
Ｖ0 を印加する。 本実施例は、適度な強度の制御光Ｐ
c が入射した時のみ活性層２の光学利得が大きく、発光
もしくはレーザ発振をも得ることができるオン状態と
し、他方、制御光Ｐc が無いかもしくは過大な強度の場
合には光学損失が大きく、発光もほとんど無いオフ状態
となる。
【００１５】本実施例の動作について説明する。上部よ
り制御光Ｐc を入射し、その入射強度を増加する。制御
光Ｐc は吸収層４で吸収され、その際の生成キャリアに
応じてＲＴＤ９を通過する電子の数が変調を受け、通過
電子は活性層２に注入される。これにより、活性層２の
損失は減少し、低損失導波路層１０への入射する信号光
Ｐi の透過率は上昇し、従って導波路１０’の他端より
出射される出力光Ｐ0 も上昇する。他方、Ｐc がＰ1 よ
り大きくなると、前述のようにＲＴＤ９の電子の透過率
はかえって減少し、従って、出力光Ｐ0 も減少する。こ
の際の光入出力特性を図７に実線で示す。
り制御光Ｐc を入射し、その入射強度を増加する。制御
光Ｐc は吸収層４で吸収され、その際の生成キャリアに
応じてＲＴＤ９を通過する電子の数が変調を受け、通過
電子は活性層２に注入される。これにより、活性層２の
損失は減少し、低損失導波路層１０への入射する信号光
Ｐi の透過率は上昇し、従って導波路１０’の他端より
出射される出力光Ｐ0 も上昇する。他方、Ｐc がＰ1 よ
り大きくなると、前述のようにＲＴＤ９の電子の透過率
はかえって減少し、従って、出力光Ｐ0 も減少する。こ
の際の光入出力特性を図７に実線で示す。
【００１７】また、導波路１０及び１０’の端面にファ
ブリ・ペロ共振器を設け、そのレーザしきい値を適度に
設定することにより、図７に破線で示したようにＰc ≒
Ｐ1 の場合のみ活性層２及び導波路１０及び１０’を含
むレーザ共振器を発振させることができ、従って、導波
路への入力光Ｐi が無くても制御光Ｐc で変調されたレ
ーザ光Ｐ0 を得ることができる。尚、活性層２がレーザ
共振器に含まれていなくても，ＬＥＤ状態で同様の変調
された出力光Ｐ0 が得られることは言うまでも無い。こ
の場合の光入出力特性は実線で示したようになる。
ブリ・ペロ共振器を設け、そのレーザしきい値を適度に
設定することにより、図７に破線で示したようにＰc ≒
Ｐ1 の場合のみ活性層２及び導波路１０及び１０’を含
むレーザ共振器を発振させることができ、従って、導波
路への入力光Ｐi が無くても制御光Ｐc で変調されたレ
ーザ光Ｐ0 を得ることができる。尚、活性層２がレーザ
共振器に含まれていなくても，ＬＥＤ状態で同様の変調
された出力光Ｐ0 が得られることは言うまでも無い。こ
の場合の光入出力特性は実線で示したようになる。
【００１８】上述では制御光Ｐc として１入力の場合に
ついて示したが、重要なのは制御光Ｐc の全強度であっ
て、入力数が幾つであっても問題ではない。ハーフミラ
ー、カップラー等を用いてＰc1，Ｐc2なる２入力を合体
して１入力Ｐc を構成したとする。ここで、Ｐc1＝Ｐc2
とし、各光強度を図７に示した光出力Ｐ0 がピークとな
る入力光強度Ｐ1 で規格化した値を用いて、入力光の関
係を真理値表で表すと表１のようになる。すなわち、２
入力光Ｐc1，Ｐc2に対し排他的論理和（ＸＯＲ）に従っ
た出力光Ｐ0が得られる光論理素子として機能させるこ
とができる。
ついて示したが、重要なのは制御光Ｐc の全強度であっ
て、入力数が幾つであっても問題ではない。ハーフミラ
ー、カップラー等を用いてＰc1，Ｐc2なる２入力を合体
して１入力Ｐc を構成したとする。ここで、Ｐc1＝Ｐc2
とし、各光強度を図７に示した光出力Ｐ0 がピークとな
る入力光強度Ｐ1 で規格化した値を用いて、入力光の関
係を真理値表で表すと表１のようになる。すなわち、２
入力光Ｐc1，Ｐc2に対し排他的論理和（ＸＯＲ）に従っ
た出力光Ｐ0が得られる光論理素子として機能させるこ
とができる。
【００１９】
【表１】
【００２０】他方、応答特性であるが、本素子に制御光
が入射し終われば、吸収層４に蓄積した正孔は数ｎｓと
いう短いライフタイムで自然消滅し、次の新たな動作が
可能であるが、一層の高速動作を得るためには、図８に
示すように、適当なタイムクロックで吸収層４にキャリ
ア排斥用バイアス電圧Ｖr を印加し、正孔を強制的に排
斥してやれば良い。すなわち、図６に示した各実施例に
おいては電極１３と１２の間にＶr を印加すれば良い。
尚、以下に示す実施例２及び３においても同様である。
が入射し終われば、吸収層４に蓄積した正孔は数ｎｓと
いう短いライフタイムで自然消滅し、次の新たな動作が
可能であるが、一層の高速動作を得るためには、図８に
示すように、適当なタイムクロックで吸収層４にキャリ
ア排斥用バイアス電圧Ｖr を印加し、正孔を強制的に排
斥してやれば良い。すなわち、図６に示した各実施例に
おいては電極１３と１２の間にＶr を印加すれば良い。
尚、以下に示す実施例２及び３においても同様である。
【００２１】（実施例２）図９に本発明の第２の実施例
を示す。本実施例は、光双安定素子として用いた半導体
光機能素子である。本実施例では、波長１μｍ帯で動作
するＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ系半導体を用い
ている。１はｐ−ＩｎＰ層、２は一方の界面にＰＮ接合
を有し、キャリア及び光閉じ込めにより光を有効に発生
し導波し得るＩｎＧａＡｓＰ活性層（禁制帯幅波長λg
〜１．５６μｍ）、３はｎ−ＩｎＰ中間層、４は特定の
波長の光を照射することによりこれを吸収し電子及び正
孔のキャリアを生成し得るｎ−ＩｎＧａＡｓＰ吸収層
（λg 〜１．５８μｍ）、５はＩｎＡｌＡｓトンネル障
壁層、６はＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸層、７はＩｎＡｌ
Ａｓトンネル障壁層、８はｎ−ＩｎＧａＡｌＡｓエミッ
タ層であり、５、６及び７はいわゆる共鳴トンネルダイ
オード（ＲＴＤ）９を構成している。１４はλ／４シフ
ト回折格子であり、λ／４シフト回折格子１４は活性層
２に沿って設けられＤＦＢレーザ構造を形成している。
１５は窓構造を重ねたＩｎＰ埋め込み層である。１１、
１２及び１３は電極である。電極１２は、エミッタ層８
の上部を部分的に覆う形状となっている。従って制御光
Ｐc は、電極１２の側から電極に覆われていない部分を
通してエミッタ層に照射される。電極１１、１２間に活
性層２の界面のＰＮ接合のエネルギーギャプを補償する
程度の順バイアス電圧Ｖ0 を印加する。さらに活性層２
及び吸収層４の組成を、禁制帯幅波長が共に１．５７μ
ｍとほぼ同じにし、また活性層２からの発光が効果的に
吸収層４に吸収される１〜２μｍ程度と比較的近接させ
て配置させている。
を示す。本実施例は、光双安定素子として用いた半導体
光機能素子である。本実施例では、波長１μｍ帯で動作
するＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ系半導体を用い
ている。１はｐ−ＩｎＰ層、２は一方の界面にＰＮ接合
を有し、キャリア及び光閉じ込めにより光を有効に発生
し導波し得るＩｎＧａＡｓＰ活性層（禁制帯幅波長λg
〜１．５６μｍ）、３はｎ−ＩｎＰ中間層、４は特定の
波長の光を照射することによりこれを吸収し電子及び正
孔のキャリアを生成し得るｎ−ＩｎＧａＡｓＰ吸収層
（λg 〜１．５８μｍ）、５はＩｎＡｌＡｓトンネル障
壁層、６はＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸層、７はＩｎＡｌ
Ａｓトンネル障壁層、８はｎ−ＩｎＧａＡｌＡｓエミッ
タ層であり、５、６及び７はいわゆる共鳴トンネルダイ
オード（ＲＴＤ）９を構成している。１４はλ／４シフ
ト回折格子であり、λ／４シフト回折格子１４は活性層
２に沿って設けられＤＦＢレーザ構造を形成している。
１５は窓構造を重ねたＩｎＰ埋め込み層である。１１、
１２及び１３は電極である。電極１２は、エミッタ層８
の上部を部分的に覆う形状となっている。従って制御光
Ｐc は、電極１２の側から電極に覆われていない部分を
通してエミッタ層に照射される。電極１１、１２間に活
性層２の界面のＰＮ接合のエネルギーギャプを補償する
程度の順バイアス電圧Ｖ0 を印加する。さらに活性層２
及び吸収層４の組成を、禁制帯幅波長が共に１．５７μ
ｍとほぼ同じにし、また活性層２からの発光が効果的に
吸収層４に吸収される１〜２μｍ程度と比較的近接させ
て配置させている。
【００２２】実施例２の光双安定素子と実施例１の論理
素子に比較しての構成上の基本的な違いは、活性層２に
共振器が設けられレーザが構成されていることと、活性
層２及び吸収層４の組成をほぼ同程度とし、また比較的
近接されて配置したことである。実施例２では、λ／４
シフト回折格子１４が活性層２の共振器の役割を果たし
ている。この他に、活性層２の両端にミラーを設けた
り、活性層の両端に回折格子を設けるなどして共振器を
形成すれば、本願発明を実施できる。
素子に比較しての構成上の基本的な違いは、活性層２に
共振器が設けられレーザが構成されていることと、活性
層２及び吸収層４の組成をほぼ同程度とし、また比較的
近接されて配置したことである。実施例２では、λ／４
シフト回折格子１４が活性層２の共振器の役割を果たし
ている。この他に、活性層２の両端にミラーを設けた
り、活性層の両端に回折格子を設けるなどして共振器を
形成すれば、本願発明を実施できる。
【００２３】実施例１においては光入出力特性では単安
定な動作しか示さなかったが、実施例２では、活性層２
からの発光が吸収層４で吸収される光学的に正帰還の状
態を実現することができ、光双安定などの非線形な動作
が得られる。
定な動作しか示さなかったが、実施例２では、活性層２
からの発光が吸収層４で吸収される光学的に正帰還の状
態を実現することができ、光双安定などの非線形な動作
が得られる。
【００２４】本実施例の動作について説明する。制御光
Ｐc の強度を上昇すると前述の本発明の動作原理により
ＲＴＤ９の電子の透過率が上昇し、活性層２に電子が注
入される。これにより活性層２は光学利得が生じ発光が
増加する。いま活性層２と吸収層４の組成がほぼ等し
く、かつ比較的接近して配置してあれば、該活性層２か
らの発光の一部Ｐf は吸収層４で吸収され、さらにＲＴ
Ｄ９をバイアスし、より電子が透過し、活性層２に注入
され発光に共されるという正帰還が生じるようになる。
このような光学的な正帰還が生じる構造とするととも
に、更に活性層２に回折格子を用いた分布帰還（ＤＦ
Ｂ）型の共振器を形成し、その発振閾値Ｉthを図５の高
電流レベルＩ1 より小さくなるように共振器の損失を設
定することにより、ある入力光強度においてジャンプ状
に発振状態に到らしめることができる。一旦発振状態に
なると、該正帰還のために入力光Ｐc を低下させても発
振が維持され、一定の出力光Ｐ0 が得られる。そして、
一定の低い入力レベルにおいて、ジャンプ状に発振が停
止する。すなわち、出力光Ｐ0 は、入力光Ｐc に対しヒ
ステリシス特性を描く。この様子を図１０に示す。ヒス
テリシスループ内に電圧Ｖb もしくは光Ｐcbによりバイ
アスし、これにＰs なる強度の光パルスを入力すること
により、活性層２は○印で示した発振状態へスイッチ
し、出力光Ｐ0 が得られる。
Ｐc の強度を上昇すると前述の本発明の動作原理により
ＲＴＤ９の電子の透過率が上昇し、活性層２に電子が注
入される。これにより活性層２は光学利得が生じ発光が
増加する。いま活性層２と吸収層４の組成がほぼ等し
く、かつ比較的接近して配置してあれば、該活性層２か
らの発光の一部Ｐf は吸収層４で吸収され、さらにＲＴ
Ｄ９をバイアスし、より電子が透過し、活性層２に注入
され発光に共されるという正帰還が生じるようになる。
このような光学的な正帰還が生じる構造とするととも
に、更に活性層２に回折格子を用いた分布帰還（ＤＦ
Ｂ）型の共振器を形成し、その発振閾値Ｉthを図５の高
電流レベルＩ1 より小さくなるように共振器の損失を設
定することにより、ある入力光強度においてジャンプ状
に発振状態に到らしめることができる。一旦発振状態に
なると、該正帰還のために入力光Ｐc を低下させても発
振が維持され、一定の出力光Ｐ0 が得られる。そして、
一定の低い入力レベルにおいて、ジャンプ状に発振が停
止する。すなわち、出力光Ｐ0 は、入力光Ｐc に対しヒ
ステリシス特性を描く。この様子を図１０に示す。ヒス
テリシスループ内に電圧Ｖb もしくは光Ｐcbによりバイ
アスし、これにＰs なる強度の光パルスを入力すること
により、活性層２は○印で示した発振状態へスイッチ
し、出力光Ｐ0 が得られる。
【００２５】他方、入力光強度をある値以上にすると、
ＲＴＤ９の電子の透過率は減少し、活性層２への注入電
流Ｉはしきい値以下となり、発振は停止し、△印で示し
たように出力光はほぼ０となる。すなわち、Ｐr （＞Ｐ
s ）なる入力光パルスにより出力光をリセットすること
ができる。以上より、光の正帰還を積極的に利用するこ
とにより、光パルスにより出力光をセット、リセットさ
れる光メモリを実現することができる。
ＲＴＤ９の電子の透過率は減少し、活性層２への注入電
流Ｉはしきい値以下となり、発振は停止し、△印で示し
たように出力光はほぼ０となる。すなわち、Ｐr （＞Ｐ
s ）なる入力光パルスにより出力光をリセットすること
ができる。以上より、光の正帰還を積極的に利用するこ
とにより、光パルスにより出力光をセット、リセットさ
れる光メモリを実現することができる。
【００２６】（実施例３）本発明による光機能素子を複
数個用い、ビットパターンマッチング素子として適用し
た実施例を図１１に示す。１はｐ−ＩｎＰ層、１６はＩ
ｎＧａＡｓＰ活性層（禁制帯幅波長λg 〜１．５６μ
ｍ）、４はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ吸収層（λg 〜１．５８
μｍ）、８はｎ−ＩｎＧａＡｌＡｓエミッタ層、９は共
鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ），１１、１２及び１３
は電極、１４はλ／４シフト回折格子、１５はＩｎＰ埋
め込み層、１７はＩｎＧａＡｓＰ出力用導波路層、１８
は合波器、１９は出力用端面、２０は光照射用ファイバ
である。本実施例では５素子が同一基板上に集積化され
ており、各々５ビットから成る２つの光パルス列の間の
ビットパターンの相関を取る構成について述べる。
数個用い、ビットパターンマッチング素子として適用し
た実施例を図１１に示す。１はｐ−ＩｎＰ層、１６はＩ
ｎＧａＡｓＰ活性層（禁制帯幅波長λg 〜１．５６μ
ｍ）、４はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ吸収層（λg 〜１．５８
μｍ）、８はｎ−ＩｎＧａＡｌＡｓエミッタ層、９は共
鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ），１１、１２及び１３
は電極、１４はλ／４シフト回折格子、１５はＩｎＰ埋
め込み層、１７はＩｎＧａＡｓＰ出力用導波路層、１８
は合波器、１９は出力用端面、２０は光照射用ファイバ
である。本実施例では５素子が同一基板上に集積化され
ており、各々５ビットから成る２つの光パルス列の間の
ビットパターンの相関を取る構成について述べる。
【００２７】各素子は、基本的には図９に示した活性層
に沿ってλ／４シフト回折格子が設けられたＤＦＢレー
ザ型であるが、本実施例では活性層１６のみならず、出
力用導波路１７も埋め込み構造について示してあり、各
素子からの出力は合波器１８で合波され、端面１９より
Ｐ0 として出力される。次に、本実施例の動作について
説明する。各素子には、ファイバカプラ付きの２入力フ
ァイバ２０から、ａ，Ａなる２種類のビットパターンが
各々入力する。この際、通常ビット列ａは時系列で入力
されるため、図１２に示したような、例えばファイバ遅
延線を用いたシリアルーパラレル変換器により、同一時
刻に各ビットが空間的に分離されるようにし、各出力を
各々Ｐ1a，Ｐ2a，Ｐ3a，Ｐ4a，Ｐ5aに入力する。一方、
該ビットパターンは、別にＰ1A，Ｐ2A，Ｐ3A，Ｐ4A，Ｐ
5Aに各々パラレルに入力された他のビットパターンＡと
ファイバカプラで合波され、各素子に入射される。ここ
で各素子においては、合波された制御光は吸収層４で吸
収され、ＲＴＤ９をバイアスする。この際、前述のよう
に制御光パターンに応じてＲＴＤ９を通過し、活性層１
６に注入される電子の数が変化し、２つのビットの内一
方のみが”１”で他方が”０”の時のみ活性層１６は大
きな利得を有し、λ／４シフト回折格子１４により発振
し、その出力光は端面１９より出力される。他方、２つ
のビットが”０”と”０”、もしくは”１”と”１”の
場合は活性層１６に注入されず、従って、端面１９から
は出力されない。すなわち、本素子は，ａおよびＡの２
つのビット列がすべて一致した時のみ端面１９からの出
力はＰ0 ＝０となり、１つのビットでも不一致が生じれ
ばＰ0 ≠０なる出力が得られ、端面１９からの出力の有
無によりビットパターンの一致、不一致が判断できる。
に沿ってλ／４シフト回折格子が設けられたＤＦＢレー
ザ型であるが、本実施例では活性層１６のみならず、出
力用導波路１７も埋め込み構造について示してあり、各
素子からの出力は合波器１８で合波され、端面１９より
Ｐ0 として出力される。次に、本実施例の動作について
説明する。各素子には、ファイバカプラ付きの２入力フ
ァイバ２０から、ａ，Ａなる２種類のビットパターンが
各々入力する。この際、通常ビット列ａは時系列で入力
されるため、図１２に示したような、例えばファイバ遅
延線を用いたシリアルーパラレル変換器により、同一時
刻に各ビットが空間的に分離されるようにし、各出力を
各々Ｐ1a，Ｐ2a，Ｐ3a，Ｐ4a，Ｐ5aに入力する。一方、
該ビットパターンは、別にＰ1A，Ｐ2A，Ｐ3A，Ｐ4A，Ｐ
5Aに各々パラレルに入力された他のビットパターンＡと
ファイバカプラで合波され、各素子に入射される。ここ
で各素子においては、合波された制御光は吸収層４で吸
収され、ＲＴＤ９をバイアスする。この際、前述のよう
に制御光パターンに応じてＲＴＤ９を通過し、活性層１
６に注入される電子の数が変化し、２つのビットの内一
方のみが”１”で他方が”０”の時のみ活性層１６は大
きな利得を有し、λ／４シフト回折格子１４により発振
し、その出力光は端面１９より出力される。他方、２つ
のビットが”０”と”０”、もしくは”１”と”１”の
場合は活性層１６に注入されず、従って、端面１９から
は出力されない。すなわち、本素子は，ａおよびＡの２
つのビット列がすべて一致した時のみ端面１９からの出
力はＰ0 ＝０となり、１つのビットでも不一致が生じれ
ばＰ0 ≠０なる出力が得られ、端面１９からの出力の有
無によりビットパターンの一致、不一致が判断できる。
【００２８】また、各ＤＦＢレーザの出力波長は、λ／
４シフト回折格子１４の周期に依存するため、各素子の
回折格子の周期を変えておくことにより出力の波長をモ
ニタし、どのビットが不一致を起こしたかを判別するこ
とができる。
４シフト回折格子１４の周期に依存するため、各素子の
回折格子の周期を変えておくことにより出力の波長をモ
ニタし、どのビットが不一致を起こしたかを判別するこ
とができる。
【００２９】また、上述の実施例１、２、３では共鳴ト
ンネルダイオードの量子準位として１つの例しか示さな
かったが、量子準位は複数あってもかまわず、この場合
は各量子準位でこれまでに説明した光機能動作が得られ
る。さらに、材料としてＩｎＧａＡｌＡｓ系、ＩｎＧａ
ＡｓＰ系を用いて説明したが、これに限らずＡｌＧａＡ
ｓなどや、非格子整合系からなる半導体材料においても
適用することができる。また、活性層をレーザ発振させ
るための共振器として分布帰還（ＤＦＢ）型について示
したが、ファブリーペロー型や分布反射（ＤＢＲ）型で
もかまわない。
ンネルダイオードの量子準位として１つの例しか示さな
かったが、量子準位は複数あってもかまわず、この場合
は各量子準位でこれまでに説明した光機能動作が得られ
る。さらに、材料としてＩｎＧａＡｌＡｓ系、ＩｎＧａ
ＡｓＰ系を用いて説明したが、これに限らずＡｌＧａＡ
ｓなどや、非格子整合系からなる半導体材料においても
適用することができる。また、活性層をレーザ発振させ
るための共振器として分布帰還（ＤＦＢ）型について示
したが、ファブリーペロー型や分布反射（ＤＢＲ）型で
もかまわない。
【００３０】
【発明の効果】本発明により、共鳴トンネルダイオード
（ＲＴＤ）と活性層が光吸収層を介して積層され、該吸
収層への制御光が所定の強度の場合に活性層から出力光
が得られ、他方、該制御光強度が所定の値以外の場合は
光が出力されないという特性を有する光機能素子が実現
される。これを２入力とすることによりＸＯＲの光論理
素子、光帰還を組み込むことにより光セット、リセット
が可能な光双安定素子、さらに複数の素子を用いること
により極めて高速な光パルス列のビットパターンマッチ
ング素子などの種々の光機能素子が実現でき、光信号の
セルフルーティング回路を用いた広帯域通信網の構築が
可能となり、その効果は極めて大きい。
（ＲＴＤ）と活性層が光吸収層を介して積層され、該吸
収層への制御光が所定の強度の場合に活性層から出力光
が得られ、他方、該制御光強度が所定の値以外の場合は
光が出力されないという特性を有する光機能素子が実現
される。これを２入力とすることによりＸＯＲの光論理
素子、光帰還を組み込むことにより光セット、リセット
が可能な光双安定素子、さらに複数の素子を用いること
により極めて高速な光パルス列のビットパターンマッチ
ング素子などの種々の光機能素子が実現でき、光信号の
セルフルーティング回路を用いた広帯域通信網の構築が
可能となり、その効果は極めて大きい。
【図１】本発明の半導体光機能素子の基本部分の種々の
条件で動作させたときのエネルギーダイアグラムであ
る。
条件で動作させたときのエネルギーダイアグラムであ
る。
【図２】本発明の半導体光機能素子の基本部分の種々の
条件で動作させたときのエネルギーダイアグラムであ
る。
条件で動作させたときのエネルギーダイアグラムであ
る。
【図３】本発明の半導体光機能素子の基本部分の種々の
条件で動作させたときのエネルギーダイアグラムであ
る。
条件で動作させたときのエネルギーダイアグラムであ
る。
【図４】本発明の半導体光機能素子の基本部分の種々の
条件で動作させたときのエネルギーダイアグラムであ
る。
条件で動作させたときのエネルギーダイアグラムであ
る。
【図５】本発明の半導体光機能素子の電圧対電流特性で
ある。
ある。
【図６】本発明の半導体光機能素子の第１の実施例を示
す縦断面図である。
す縦断面図である。
【図７】第１の実施例の光入出力特性図である。
【図８】キャリア排斥用バイアス電圧を印加したときの
エネルギーダイアグラムである。
エネルギーダイアグラムである。
【図９】本発明による半導体光機能素子の第２の実施例
を示す縦断面図である。
を示す縦断面図である。
【図１０】第２の実施例の光入出力特性である。
【図１１】本発明による半導体光機能素子をビットパタ
ーンマッチング素子に応用した実施例である。
ーンマッチング素子に応用した実施例である。
【図１２】図１１の実施例に用いるシリアル・パラレル
変換器の１例を示す図である。
変換器の１例を示す図である。
【図１３】従来の半導体光機能素子の１例を示す断面図
である。
である。
【図１４】図１３の従来例の動作を説明するためのエネ
ルギーダイアグラムである。
ルギーダイアグラムである。
１ ｐ−ＩｎＰ層 ２，１６ ＩｎＧａＡｓＰ活性層 ３ ｎ−ＩｎＰ中間層 ４ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ吸収層 ５，７ ＩｎＡｌＡｓトンネル障壁層 ６ ＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸層 ８ ｎ−ＩｎＧａＡｌＡｓエミッタ層 ９ 共鳴トンネルダイオード １０，１０’，１７ ＩｎＧａＡｓＰ導波路層 １１，１２，１３ 電極 １４ λ／４シフト回折格子 １５ ＩｎＰ埋め込み層 １８ 合波器 １９ 出力用端面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/02 3/18 9170−4Ｍ (72)発明者 長尾 康之 東京都新宿区西新宿二丁目３番２号 国際 電信電話株式会社内 (72)発明者 宇佐見 正士 東京都新宿区西新宿二丁目３番２号 国際 電信電話株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 印加電圧を零より増加するにつれ、電流
が増加、減少、増加と順次変化する特性を有する共鳴ト
ンネルダイオードと、キャリアを注入することにより光
学利得が変化せしめられる活性層と、光吸収層とを少な
くとも積層してなり、 光照射により該光吸収層において生成されたキャリアに
応じて前記共鳴トンネルダイオードのバイアス電圧を制
御したとき、前記活性層の光学利得が変化するように構
成された半導体光機能素子。 - 【請求項２】 第１のトンネル障壁層と量子井戸層と第
２のトンネル障壁層が積層された共鳴トンネルダイオー
ドと、吸収層と、活性層と、該活性層の延長線上に位置
するように該活性層の両側に配置された低損失導波路層
と、前記共鳴トンネルダイオード側からの制御光が前記
吸収層に照射されるように前記共鳴トンネルダイオード
側に配置された第１の電極と、前記活性層の側に配置さ
れた第２の電極とが少なくとも積層された半導体光機能
素子。 - 【請求項３】 第１のトンネル障壁層と量子井戸層と第
２のトンネル障壁層が積層された共鳴トンネルダイオー
ドと、吸収層と、共振器を含んでレーザ構造を形成した
活性層と、前記共鳴トンネルダイオード側からの制御光
が前記吸収層に照射されるように前記共鳴トンネルダイ
オード側に配置された第１の電極と、前記活性層の側に
配置された第２の電極とが少なくとも積層された半導体
機能素子。 - 【請求項４】 第１のトンネル障壁層と量子井戸層と第
２のトンネル障壁層が積層された共鳴トンネルダイオー
ドと、吸収層と、共振器を含んでレーザ構造を形成した
活性層と、前記共鳴トンネルダイオード側からの制御光
が前記吸収層に照射されるように前記共鳴トンネルダイ
オード側に配置された第１の電極と、前記活性層の側に
配置された第２の電極とが少なくとも積層され、 前記活性層と前記吸収層の組成はそれぞれの禁制帯幅波
長がほぼ同一になるように定められ、該活性層からの発
光が該吸収層で効果的に吸収されるように配置された半
導体光機能素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22849291A JP2678698B2 (ja) | 1991-08-15 | 1991-08-15 | 半導体光機能素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22849291A JP2678698B2 (ja) | 1991-08-15 | 1991-08-15 | 半導体光機能素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0545692A true JPH0545692A (ja) | 1993-02-26 |
| JP2678698B2 JP2678698B2 (ja) | 1997-11-17 |
Family
ID=16877309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22849291A Expired - Fee Related JP2678698B2 (ja) | 1991-08-15 | 1991-08-15 | 半導体光機能素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2678698B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5805327A (en) * | 1995-05-24 | 1998-09-08 | Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha | Reshaping device for optical short pulses |
| WO2000072383A1 (en) * | 1999-05-25 | 2000-11-30 | The University Court Of The University Of Glasgow | Improved optoelectronic device |
-
1991
- 1991-08-15 JP JP22849291A patent/JP2678698B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5805327A (en) * | 1995-05-24 | 1998-09-08 | Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha | Reshaping device for optical short pulses |
| WO2000072383A1 (en) * | 1999-05-25 | 2000-11-30 | The University Court Of The University Of Glasgow | Improved optoelectronic device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2678698B2 (ja) | 1997-11-17 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |