JPH0553164A - Optical flip-flop element - Google Patents

Optical flip-flop element

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Publication number
JPH0553164A
JPH0553164A JP23575091A JP23575091A JPH0553164A JP H0553164 A JPH0553164 A JP H0553164A JP 23575091 A JP23575091 A JP 23575091A JP 23575091 A JP23575091 A JP 23575091A JP H0553164 A JPH0553164 A JP H0553164A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
layer
phototransistor
optical modulator
characteristic
Prior art date
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Pending
Application number
JP23575091A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Matsuo
慎治 松尾
Takashi Kurokawa
隆志 黒川
Chikara Amano
主税 天野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP23575091A priority Critical patent/JPH0553164A/en
Publication of JPH0553164A publication Critical patent/JPH0553164A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To stably execute the operation by a simple optical system by allowing the (i) layer of an optical modulator to have a characteristic by which an attenuation characteristic of light is varied by the output voltage of a phototransistor, and also, allowing a multilayer reflecting film to have a characteristic by which a part of light transmits through. CONSTITUTION:An (i) layer 26a of an optical modulator 28a is constituted of an i-MQW (multiple well) layer, therefore, it has such a characteristic that transitivity of light is changed when an output voltage of a phototransistor 24a is varied. Also, an n-DBR(distributed Bragg reflector) layer 25a forms a multilayer reflecting film by forming semiconductor layers whose reflection factors are different to a laminated structure, and has such a quality as a part of light which transmits through the (i) layer 26a is allowed to pass through. Therefore, when the output voltage of the phototransistor 24a of a master side is varied, light transitivity in the (i) layer 26a is varied, a part of light which passes through the (i) layer 26a passes through an (n) layer 25a and reaches the phototransistor 24a and is amplified and becomes a set state, and it becomes a reset state in the same way on a slave side, as well.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光信号によって駆動お
よび制御される光フリップフロップ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 an optical flip-flop element driven and controlled by an optical signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】光フリップフロップは光信号処理や光情
報処理のキーデバイスとして、その開発が望まれてい
る。従来この種の素子としては、例えば文献[Apli
edPhysics Letters 52巻 141
9頁」に見られるように、同一半導体基板上に形成され
た2つの多重井戸(MQW)pin形光変調器を外部電
極により直列に接続し、かつその両端に定電圧電源を接
続した構成を有し、第1のpin形光変調器の光入力強
度により、第2のpin形光変調器に照射された光の透
過光を変化させる機能を持つ「シンメトリック・シード
(S−SEED)」と呼ばれる素子が提案されている。
2. Description of the Related Art Development of an optical flip-flop is desired as a key device for optical signal processing and optical information processing. As a conventional device of this type, for example, reference [Apli
edPhysics Letters Volume 52 141
As shown in "Page 9", two multi-well (MQW) pin type optical modulators formed on the same semiconductor substrate are connected in series by external electrodes, and a constant voltage power source is connected to both ends thereof. "Symmetric seed (S-SEED)" having a function of changing the transmitted light of the light irradiated to the second pin type optical modulator according to the optical input intensity of the first pin type optical modulator. An element called a is proposed.

【0003】この素子では、量子閉じ込めシュタルク効
果(QCSE)によって生じるエキシトン吸収ピーク近
傍の波長の光を用い、一定強度でバイアスされた光の透
過光を、それと同一波長の入力光により制御することが
できる。その構成と特性を図8使用して説明する。
In this device, light having a wavelength near the exciton absorption peak generated by the quantum confined Stark effect (QCSE) is used, and transmitted light biased with a constant intensity can be controlled by input light having the same wavelength. it can. The configuration and characteristics will be described with reference to FIG.

【0004】図8においてp−AlGaAs層1a、i
−MQW層2a、n−DBR(ディストリビューテッド
・ブラッグ・リフレクタ)層3aで構成される第1のM
QW−pin構造のダイオード4a(以下、ダイオード
と称する)が、i−AlGaAsの絶縁層5を介してi
−GaAs基板6上に積層されている。また、絶縁層5
の右側にダイオード4aと同一構造の第2のpin構造
ダイオード4bが形成され、n−DBR層3aとp−A
lGaAs層1bとが電極7により接続されている。
In FIG. 8, p-AlGaAs layers 1a, i
A first M composed of an MQW layer 2a and an n-DBR (Distributed Bragg Reflector) layer 3a.
A diode 4a having a QW-pin structure (hereinafter referred to as a diode) is connected to an i-AlGaAs insulating layer 5 via an i-AlGaAs insulating layer 5.
-Laminated on the GaAs substrate 6. Also, the insulating layer 5
A second pin structure diode 4b having the same structure as the diode 4a is formed on the right side of the n-DBR layer 3a and the p-A layer.
The 1 GaAs layer 1b is connected by the electrode 7.

【0005】今、ダイオード4aに入射されるセット光
8と読み出し光9、読み出し光9aの反射光を出力光1
0、トランジスタ4bに入射されるリセット光11と読
み出し光9b、読み出し光9bの反射光を出力光10b
とすると図9に示すフリップフロップ特性が得られる。
Now, the set light 8 incident on the diode 4a, the read light 9, and the reflected light of the read light 9a are output light 1
0, the reset light 11 incident on the transistor 4b, the read light 9b, and the reflected light of the read light 9b are output light 10b.
Then, the flip-flop characteristic shown in FIG. 9 is obtained.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の素子はエキシトン吸収近傍の光によって生じる
pin構造の負の電流−電圧特性による双安定性を用い
ているため、動作波長をエキシトン吸収ピークに設定す
る必要があり、光変調部の消光比が低く、損失が大き
い。
However, since such a conventional device uses the bistability due to the negative current-voltage characteristic of the pin structure generated by the light near the exciton absorption, the operating wavelength is set to the exciton absorption peak. It is necessary to set it, the extinction ratio of the light modulator is low, and the loss is large.

【0007】読み出し光を定常的に与えた場合には、出
力光10aとセット光8、あるいは出力光10bとリセ
ット光11との間のゲインが小さく、大きなゲインを持
たせるには読み出し光10a、10bをセット光8ある
いはリセット光11と時間的にずらして入射しなければ
ならない。従って光学系が複雑になり、かつ処理速度が
遅くなる。
When the read light is constantly applied, the gain between the output light 10a and the set light 8 or between the output light 10b and the reset light 11 is small. 10b must be incident with the set light 8 or the reset light 11 shifted in time. Therefore, the optical system becomes complicated and the processing speed becomes slow.

【0008】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
もので、高消光比、高速な応答速度を有したままで、出
力光10aとセット光8、あるいは出力光10bとリセ
ット光11の間に大きなゲインを持たせて、簡単な光学
系で安定に動作する光フリップフロップ素子を実現する
ものである。
The present invention has been made in view of such a situation. Between the output light 10a and the set light 8 or between the output light 10b and the reset light 11, the high extinction ratio and the high response speed are maintained. The optical flip-flop element which has a large gain and operates stably with a simple optical system.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、フォトトランジスタのコレクタにp
in構造光変調器のn層が接する構造の半導体装置をマ
スタ側とし、これに同一構造のスレーブ側半導体装置を
直列に接続した光フリップフロップ素子において、光変
調器のi層はフォトトランジスタの出力電圧変化によっ
て光の透過特性が変化する特性を有し、光変調器のn層
は多層反射膜で構成され前記i層を透過した光の一部が
透過する特性を有するものである。
In order to solve such a problem, the present invention provides a p-type collector for a phototransistor.
In an optical flip-flop element in which a semiconductor device having a structure in which n layers of an in-structure optical modulator are in contact is a master side, and a slave semiconductor device having the same structure is connected in series to the semiconductor device, the i layer of the optical modulator is an output of a phototransistor. The n-layer of the optical modulator has a multi-layered reflective film and part of the light transmitted through the i-layer is transmitted.

【0010】[0010]

【作用】マスタ側のフォトトランジスタ出力電圧が変化
すると光変調器のi層における光透過率が変化し、i層
を通過した光の一部がn層を通過してフォトトランジス
タに達し増幅されセット状態になる。スレーブ側のフォ
トトランジスタ出力電圧が変化すると同様にしてリセッ
ト状態になる。
When the output voltage of the phototransistor on the master side changes, the light transmittance in the i layer of the optical modulator changes, and a part of the light passing through the i layer passes through the n layer to reach the phototransistor and is amplified. It becomes a state. When the output voltage of the phototransistor on the slave side changes, the reset state is similarly established.

【0011】[0011]

【実施例】先ず、本発明素子の構造、その動作原理と特
性、素子の層構成と光フリップフロップ特性の順に説明
をする。
First, the structure of the device of the present invention, its operating principle and characteristics, the layer structure of the device, and the optical flip-flop characteristics will be described in this order.

【0012】図1は本発明の素子の断面図を示したもの
で、半絶縁性半導体基板(ドーピングしていない半導体
基板であり以下、半導体基板と称する)20上にnpn
構造のエミッタ21a、ベース22a、コレクタ23a
からなるフォトトランジスタ24aとが形成されてい
る。そして、その上に順にn−DBR層26、i−MQ
W層26a、p層27aからなるMQW−pin変調器
(以下、光変調器と称する)28aとが積層された構造
である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the device of the present invention, in which an npn is formed on a semi-insulating semiconductor substrate (a semiconductor substrate which is not doped and is hereinafter referred to as a semiconductor substrate) 20.
Structure of emitter 21a, base 22a, collector 23a
And a phototransistor 24a are formed. Then, the n-DBR layer 26, i-MQ
This is a structure in which an MQW-pin modulator (hereinafter referred to as an optical modulator) 28a including a W layer 26a and a p layer 27a is laminated.

【0013】すなわちフォトトランジスタ24aのコレ
クタ23aにpin構造の光変調器28aがそのn層を
接して形成され、これをマスタ側半導体装置30aと
し、半導体基板20の右側にはこれと同一構造のスレー
ブ側半導体装置30bが形成されている。そして光変調
器のi層26aはi−MQW層によって構成されること
によって、フォトトランジスタ24aの出力電圧が変化
すると光の透過率が変化する特性を有している。また、
n−DBR層は反射率の異なる半導体層を積層構造する
ことにより多層反射膜を形成しており、i層26aを透
過した光の一部を通過させる性質を有している。
That is, a pin-structured optical modulator 28a is formed on the collector 23a of the phototransistor 24a in contact with its n-layer, and this is referred to as a master side semiconductor device 30a, and a slave having the same structure as the slave side is formed on the right side of the semiconductor substrate 20. The side semiconductor device 30b is formed. The i layer 26a of the optical modulator has a characteristic that the light transmittance changes when the output voltage of the phototransistor 24a changes because the i layer 26a is formed of the i-MQW layer. Also,
The n-DBR layer forms a multilayer reflective film by stacking semiconductor layers having different reflectances, and has a property of passing a part of light transmitted through the i layer 26a.

【0014】光変調器28aの表面側、すなわちp層2
7aの上側には斜線で示す環状の電極29aが形成され
ており、その右側部分は接地されている。そして、左側
部分はフォトトランジスタ24aのエミッタ21aに形
成された電極32aに接続線33aによって接続されて
いる。また、光変調器28aのn−DBR層25a上に
も電極31aが形成され、フォトトランジスタ24aの
エミッタ21a上にも電極32aが形成され、電極30
aと電極32aが接続線33aによって接続されてい
る。
The surface side of the optical modulator 28a, that is, the p layer 2
A ring-shaped electrode 29a shown by diagonal lines is formed on the upper side of 7a, and the right side portion thereof is grounded. The left side portion is connected to the electrode 32a formed on the emitter 21a of the phototransistor 24a by the connection line 33a. Further, the electrode 31a is formed on the n-DBR layer 25a of the optical modulator 28a, the electrode 32a is formed on the emitter 21a of the phototransistor 24a, and the electrode 30 is formed.
a and the electrode 32a are connected by the connection wire 33a.

【0015】そして、半導体装置30bの電極32bに
プラスVbの電圧が供給されることによってフォトトラ
ンジスタ24bおよびフォトトランジスタ24aが準方
向にバイアスされ、光変調器28bおよび28aが逆方
向にバイアスされる。
When the voltage of plus Vb is supplied to the electrode 32b of the semiconductor device 30b, the phototransistor 24b and the phototransistor 24a are biased in the quasi-direction, and the optical modulators 28b and 28a are biased in the reverse direction.

【0016】セット光34は半導体基板20側よりフォ
トトランジスタ24aに入射され、出力光35は光変調
器28aに照射されたホールド光36の反射光として取
り出される。また、リセット光37は半導体基板20側
よりフォトトランジスタ24bに入射され、出力光38
は光変調器28bに照射されたホールド光39の反射光
として取り出される。
The set light 34 is incident on the phototransistor 24a from the semiconductor substrate 20 side, and the output light 35 is extracted as reflected light of the hold light 36 applied to the optical modulator 28a. Further, the reset light 37 enters the phototransistor 24b from the semiconductor substrate 20 side, and the output light 38
Is extracted as reflected light of the hold light 39 with which the light modulator 28b is irradiated.

【0017】そして、高コントラスト化のために光変調
器28a、28bの表面側、すなわちp層27aの表面
に無反射コーティング層40a、40bが形成され、表
面での反射を抑えている。なお、図では省略したが、半
導体基板20下部表面も無反射コーティングされてい
る。また図1において、各層の伝導性を全て反転させた
構造も可能であると共に、半導体基板上に光変調器、D
BR、フォトトランジスタの順に積層した構造も可能で
ある。
In order to increase the contrast, antireflection coating layers 40a and 40b are formed on the surface side of the optical modulators 28a and 28b, that is, on the surface of the p layer 27a to suppress reflection on the surfaces. Although not shown in the figure, the lower surface of the semiconductor substrate 20 is also antireflection coated. Further, in FIG. 1, a structure in which the conductivity of each layer is completely inverted is possible, and an optical modulator, D
A structure in which BR and a phototransistor are laminated in this order is also possible.

【0018】本発明の素子の動作原理を説明するため
に、先ずMQW−pin形の光変調器の動作原理を図2
を用いて説明する。図2(a)はMWQ−pin構造の
光変調器に逆バイアス電圧Vをかけたときのi層におけ
る吸収スペクトルの変化を示している。量子閉じ込めシ
ュタルク効果(QCSE)により、吸収端付近に現れる
励起吸収ピークが電圧Vの増加と共に長波長側にシフト
する。
In order to explain the operation principle of the device of the present invention, first, the operation principle of the MQW-pin type optical modulator is shown in FIG.
Will be explained. FIG. 2A shows a change in absorption spectrum in the i layer when a reverse bias voltage V is applied to the optical modulator having the MWQ-pin structure. Due to the quantum confined Stark effect (QCSE), the excitation absorption peak appearing near the absorption edge shifts to the long wavelength side as the voltage V increases.

【0019】この効果により、反射スペクトル(n層が
DBR構造の場合)における吸収ディップも、図2
(b)に示すように逆バイアス電圧Vの増加と共に長波
長側にシフトする。ここで、ゼロバイアス時(V=0)
の励起子吸収波長λ1における光出力強度Poおよび吸
収係数αの電圧依存性を図2(c)に示す。光出力強度
Poは電圧が増加するにつれてある値まで減少し、吸収
係数αはその反対に増加する。
Due to this effect, the absorption dip in the reflection spectrum (when the n layer has the DBR structure) is also shown in FIG.
As shown in (b), the wavelength shifts to the long wavelength side as the reverse bias voltage V increases. Here, at zero bias (V = 0)
FIG. 2C shows the voltage dependence of the optical output intensity Po and the absorption coefficient α at the exciton absorption wavelength λ1 of. The light output intensity Po decreases to a certain value as the voltage increases, and vice versa.

【0020】図3(a)は図1のフリップフロップ素子
のうち、フォトトランジスタ24aと光変調器28aか
らなる第1の半導体素子の等価回路を示したものであ
る。ホールド光36は光変調器28aに入射され、セッ
ト光34がフォトトランジスタ24aに入射する。図1
においてホールド光36のDBR層25aからフォトト
ランジスタ24aへの透過光41をPt、光変調器24
aに供給される逆バイアス電圧をV、吸収係数をα、D
BR層33aの反射率をRとするとその関係は次式で表
される。
FIG. 3A shows an equivalent circuit of the first semiconductor element, which is composed of the phototransistor 24a and the optical modulator 28a, in the flip-flop element shown in FIG. The hold light 36 enters the optical modulator 28a, and the set light 34 enters the phototransistor 24a. Figure 1
At the light modulator 24, the transmitted light 41 of the hold light 36 from the DBR layer 25a to the phototransistor 24a is Pt.
The reverse bias voltage supplied to a is V, the absorption coefficient is α, D
When the reflectance of the BR layer 33a is R, the relationship is represented by the following equation.

【0021】 Pt=(1−R)・Ph・exp{−α(V)L}Pt = (1-R) · Ph · exp {−α (V) L}

【0022】図3(b)はセット光34がゼロで、ホー
ルド光36のみを入射した場合の光変調器28aと、フ
ォトトランジスタ24aのそれぞれの電流−電圧曲線を
点線で、両方合わせたものを実線で示している。ホール
ド光36はゼロバイアス時のエキシトンピーク波長より
長波長側(図2のλ1)に設定した場合である。図2
(c)に見られるように、吸収係数は電圧が増加するに
従って増加するため、フォトトランジスタ24aへの漏
れ光は電圧の増加と共に減少する。即ち、総合特性は電
圧が上昇するにしたがって電流が減少する負性抵抗を示
し増幅作用があることを表している。
In FIG. 3B, the current-voltage curves of the optical modulator 28a and the phototransistor 24a in the case where the set light 34 is zero and only the hold light 36 is incident, and the current-voltage curves of the phototransistor 24a are both combined by a dotted line. It is shown by a solid line. The hold light 36 is in the case of being set on the longer wavelength side (λ1 in FIG. 2) than the exciton peak wavelength at the time of zero bias. Figure 2
As seen in (c), since the absorption coefficient increases as the voltage increases, the leakage light to the phototransistor 24a decreases as the voltage increases. That is, the overall characteristic shows a negative resistance in which the current decreases as the voltage increases, indicating that there is an amplifying action.

【0023】図4(a)は図1のフリップフロップ素子
の等価回路を示したものである。図4(b)はセット光
のない場合と、閾値以上のセット光を入射した場合、お
よびリセット光のない場合と、閾値以上のリセット光を
入射した場合の電流−電圧曲線を示している。この場合
ホールド光36、39は一定の光を常時照射されるよう
になっている。
FIG. 4 (a) shows an equivalent circuit of the flip-flop element shown in FIG. FIG. 4B shows current-voltage curves when there is no set light, when the set light above the threshold is incident, when there is no reset light, and when the reset light above the threshold is incident. In this case, the hold lights 36 and 39 are always irradiated with a constant light.

【0024】セット光34およびリセット光37の強度
がゼロの場合の動作点はa、あるいはb点のどちらでも
安定であり、以前の動作点を保持する。次に、セット光
34の光量が増えることによってセット光の特性は図4
(b)の上側に移動する。そして点線で示した特性に達
したときリセット光オフの特性とセット光の特性はc点
で交わるが、それ以上セット光の特性が上に上がると安
定点は急速にa点に移動する。
The operating point when the intensity of the set light 34 and the reset light 37 is zero is stable at either point a or point b, and the previous operating point is retained. Next, the characteristic of the set light is shown in FIG.
Move to the upper side of (b). When the characteristic indicated by the dotted line is reached, the characteristic of the reset light is turned off and the characteristic of the set light intersect at the point c, but when the characteristic of the set light further rises, the stable point rapidly moves to the point a.

【0025】この結果、光変調器28aにはゼロに近い
小さな電圧が、光変調器28bには逆バイアス電圧に近
い大きな電圧が供給される。そのとき出力光強度35は
非常に大きく、出力光強度38は非常に小さい。セット
光34を遮断した後も動作点はaのままであるから、そ
れぞれの出力光35の強度は保持される。
As a result, a small voltage close to zero is supplied to the optical modulator 28a, and a large voltage close to the reverse bias voltage is supplied to the optical modulator 28b. At that time, the output light intensity 35 is very large, and the output light intensity 38 is very small. Even after the set light 34 is blocked, the operating point is still a, so that the intensity of each output light 35 is maintained.

【0026】当初リセット状態にあると仮定するとフォ
トトランジスタ24bはオンでありフォトトランジスタ
24aはオフである。このため、光変調器28aには大
きなバイアスが供給され、光変調器28bはほとんど電
圧が供給されない。このことから、光変調器28bのi
−MQW層26bは吸収係数が小さくなりホールド光3
9はn−DBR層25bで反射され強い出力光38が得
られる。
Assuming that the phototransistor 24b is initially in the reset state, the phototransistor 24b is on and the phototransistor 24a is off. Therefore, a large bias is supplied to the optical modulator 28a, and almost no voltage is supplied to the optical modulator 28b. From this, i of the optical modulator 28b
The absorption coefficient of the MQW layer 26b becomes small, and the hold light 3
9 is reflected by the n-DBR layer 25b and strong output light 38 is obtained.

【0027】一方、光変調器28aはそれと反対である
からi−MQW層26aでの吸収係数が高くなりn−D
BR層25aで反射され戻ってくる出力光35は非常に
小さくなる。一方、閾値以上のセット光が供給されると
前述と逆の動作となって、出力光35が大きく、出力光
38が小さくなり、この状態は多層反射膜33aを漏れ
た光によってフォトトランジスタ24aに発生する電圧
が増幅されるのでラッチ作用を呈し、保持される。
On the other hand, since the optical modulator 28a is the opposite, the absorption coefficient in the i-MQW layer 26a becomes high and n-D.
The output light 35 reflected and returned by the BR layer 25a becomes very small. On the other hand, when the set light equal to or more than the threshold is supplied, the operation reverse to that described above is performed, the output light 35 becomes large and the output light 38 becomes small. In this state, the light leaking through the multilayer reflective film 33a causes the phototransistor 24a to reach the phototransistor 24a. Since the generated voltage is amplified, it exhibits a latching action and is held.

【0028】閾値以上のリセット光37を入射した場
合、動作点はaからb移動する。この場合、それぞれの
光変調器にかかる電圧は反転するため、出力光強度も反
転し、リセットされる。この状態はリセット光37遮断
した後も保持される。このときの入出力特性を図5に示
している。図5に示されるように、セット光の入射によ
り出力光35は明状態に、出力光38は暗状態にセット
され、リセット光37の入射により出力光強度は反転し
ている。更に、セット光34あるいはリセット光37を
遮断した後でも出力光強度は保持されていることが分か
る。
When the reset light 37 above the threshold is incident, the operating point moves from a to b. In this case, since the voltage applied to each optical modulator is inverted, the output light intensity is also inverted and reset. This state is maintained even after the reset light 37 is blocked. The input / output characteristics at this time are shown in FIG. As shown in FIG. 5, the output light 35 is set to the bright state and the output light 38 is set to the dark state by the incidence of the set light, and the output light intensity is inverted by the incidence of the reset light 37. Further, it can be seen that the output light intensity is maintained even after the set light 34 or the reset light 37 is blocked.

【0029】このようにセット光およびリセット光が変
化することによってi−MQW層26aでの光吸収量が
変わり、多層反射膜での反射量され出力される光量が変
化する。このため、ホールド光36エネルギは大きなも
のを使用すれば、i−MQW層26aでの吸収が少ない
ときは反射光35も大きなエネルギが得られる。そして
ホールド光36セットが大きくても、セット光34およ
びリセット37のエネルギは小さくて良い。このため、
この装置は小さなエネルギで大きなエネルギを制御で
き、結果として光増副作用を有することになる。
By changing the set light and the reset light in this way, the amount of light absorbed in the i-MQW layer 26a changes, and the amount of light reflected and output by the multilayer reflective film changes. Therefore, if the hold light 36 has a large energy, the reflected light 35 also has a large energy when the i-MQW layer 26a has a small absorption. Even if the set of the hold light 36 is large, the energy of the set light 34 and the reset 37 may be small. For this reason,
This device can control a large amount of energy with a small amount of energy, and as a result, it has a photoenhancing side effect.

【0030】次に具体例に付いて説明する。図6はGa
As/AlGaAsを用いた場合の素子の断面図であ
る。半絶縁性AlGaAs基板101(厚さ350μ
m)上に3つの構成部分、すなわちp−GaAsキャッ
プ層108(厚さ0.1μm)、p−Al0.3Ga0.7
sクラッド層107(厚さ0.5μm)、アンドープG
aAs井戸層(厚さ10nm)とアンドープAl0.3
0.7As障害層(厚さ3nm)を交互に310周期積
層した構造からなるi−MQW層106,n−AlAs
層(厚さ71.5nm)とn−Al0.3Ga0.7As層
(厚さ62.9nm)とを交互に7周期積層した構造か
らなるn−DBR(ディストリビューテッド・ブラッグ
・リフレクタ)層105を順に積層した構造からなる反
射モードMQWpin構造の光変調器120と、n−G
aASコレクタ層104(厚さ4μm)、p−GaAs
ベース層103(厚さ0.25μm)、n−Al0.3
0.7As層(厚さ0.5μm)からなるフォトトラン
ジスタ121を分子エピタキシャル成長法により形成し
た。p形、n形ドーパントにはBe、Siをそれぞれ用
いた。
Next, a specific example will be described. Figure 6 is Ga
It is sectional drawing of an element at the time of using As / AlGaAs. Semi-insulating AlGaAs substrate 101 (thickness 350μ
m) on top of three components, namely p-GaAs cap layer 108 (thickness 0.1 μm), p-Al 0.3 Ga 0.7 A
s clad layer 107 (thickness 0.5 μm), undoped G
aAs well layer (thickness 10 nm) and undoped Al 0.3 G
a i-MQW layer 106, n-AlAs having a structure in which obstacle layers (thickness 3 nm) of a 0.7 As are alternately laminated for 310 cycles
Layer (thickness 71.5 nm) and n-Al 0.3 Ga 0.7 As layer (thickness 62.9 nm) are alternately laminated for 7 periods to form an n-DBR (Distributed Bragg Reflector) layer 105. An optical modulator 120 having a reflection mode MQWpin structure having a laminated structure, and n-G
aAS collector layer 104 (thickness 4 μm), p-GaAs
Base layer 103 (thickness 0.25 μm), n-Al 0.3 G
A phototransistor 121 composed of an a 0.7 As layer (thickness: 0.5 μm) was formed by the molecular epitaxial growth method. Be and Si were used as the p-type and n-type dopants, respectively.

【0031】このウェハを図6のように加工した。p形
電極109としてはAuZnNi、n形電極113とし
てはAuGeNiを用いた。SiO2 薄膜116はi−
MQW層106を保護するためのものである。高コント
ラストを得るために、無反射コーティング層114を設
けている。2つの半導体素子間はCr/Auの接続線1
12により接続する。
This wafer was processed as shown in FIG. AuZnNi was used as the p-type electrode 109, and AuGeNi was used as the n-type electrode 113. The SiO 2 thin film 116 is i-
It is for protecting the MQW layer 106. A non-reflective coating layer 114 is provided to obtain high contrast. Cr / Au connection line 1 between two semiconductor elements
12 to connect.

【0032】図7は本実施例の素子の応答特性をホール
ド光エネルギ1mwのもとで測定したものである。セッ
ト光34あるいはリセット光37の強度よりも出力光強
度が大きいという光増幅機能を持ち、20dB以上の高
コントラストを持っている。また立ち上がり時間もそれ
ぞれの半導体素子が100μm系の試料で20nsと高
速であった。
FIG. 7 shows the response characteristics of the device of this embodiment measured under a hold light energy of 1 mw. It has an optical amplification function that the output light intensity is larger than the intensity of the set light 34 or the reset light 37, and has a high contrast of 20 dB or more. Also, the rise time was as high as 20 ns for each semiconductor element sample of 100 μm type.

【0033】以上述べた実施例はGaAs/AlGaA
sで光メモリを構成したが、これに限るものではなく、
InGaAs/InP、InAlAs/InGaAs、
GaAs/InGaAs等の他の材料系にも適用でき
る。
The embodiment described above is based on GaAs / AlGaA.
Although the optical memory is configured by s, it is not limited to this.
InGaAs / InP, InAlAs / InGaAs,
It can also be applied to other material systems such as GaAs / InGaAs.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、本発明による光フ
リップフロップ素子によれば、フォトトランジスタを用
いたときの特徴である光増副作用とオン時間の高速性を
生かして、低入力強度で高速に光フリップフロップ動作
をすることが可能になる。更に本発明によるフリップフ
ロップは消光比が大きいため光信号処理素子として非常
に有望である。
As described above, according to the optical flip-flop element of the present invention, the photo-transistor side effect and the high on-time characteristic, which are characteristics of the phototransistor, are utilized, and the low input strength and high speed are achieved. It becomes possible to operate an optical flip-flop. Further, since the flip-flop according to the present invention has a large extinction ratio, it is very promising as an optical signal processing element.

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

【図1】本発明の素子の一実施例を示す断面図FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an element of the present invention.

【図2】光変調器の特性を示すグラフFIG. 2 is a graph showing characteristics of an optical modulator.

【図3】マスタ側またはスレーブ側装置の等価回路およ
びその特性を示す図
FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of a master side device or a slave side device and its characteristics.

【図4】フリップフロップ素子の等価回路およびその特
性を示す図
FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of a flip-flop element and its characteristics.

【図5】フリップフロップ素子の応答特性を示すグラフFIG. 5 is a graph showing a response characteristic of a flip-flop element.

【図6】光フリップフロップ素子の実施例の構造を示す
断面図
FIG. 6 is a sectional view showing a structure of an embodiment of an optical flip-flop element.

【図7】図6に示す装置の応答特性を示すグラフ7 is a graph showing the response characteristics of the device shown in FIG.

【図8】従来装置の一例を示す断面図FIG. 8 is a sectional view showing an example of a conventional device.

【図9】図8の装置の特性を示すグラフ9 is a graph showing characteristics of the device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 半導体基板 24a、24b フォトトランジスタ 25a、25b n−DBR層 26a、26b i−MQW層 27a、27b p層 28a、28b 光変調器 29a、29b 電極 30a、30b 半導体装置電極 31a、31b 電極 32a、32b 電極 34 セット光 35、38 出力光 36、39 ホールド光 37 リセット光 20 semiconductor substrate 24a, 24b phototransistor 25a, 25b n-DBR layer 26a, 26b i-MQW layer 27a, 27b p layer 28a, 28b optical modulator 29a, 29b electrode 30a, 30b semiconductor device electrode 31a, 31b electrode 32a, 32b Electrode 34 Set light 35, 38 Output light 36, 39 Hold light 37 Reset light

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フォトトランジスタのpin構造の光変
調器が多層反射膜を挟んで垂直に積層された構造の半導
体装置をマスタ側とし、これに同一構造のスレーブ側半
導体装置を直列に接続した光フリップフロップ素子にお
いて、 前記フォトトランジスタは前記光変調器と並列に接続さ
れ、かつフォトトランジスタは順バイアスに、光変調器
は逆バイアスとして駆動され、 前記光変調器のi層は前記フォトトランジスタの出力電
圧変化によって光の減衰特性が変化する特性を有し、 前記多層反射膜は光の一部が透過する特性を有すること
を特徴とする光フリップフロップ素子。
1. A semiconductor device having a structure in which a phototransistor having a pin structure of a phototransistor is vertically stacked with a multilayer reflection film sandwiched therebetween is defined as a master side, and a slave side semiconductor device having the same structure is connected in series to the semiconductor device. In the flip-flop element, the phototransistor is connected in parallel with the optical modulator, the phototransistor is driven as a forward bias and the optical modulator is driven as a reverse bias, and the i layer of the optical modulator is an output of the phototransistor. An optical flip-flop element having a characteristic that a light attenuation characteristic changes according to a voltage change, and the multilayer reflective film has a characteristic that a part of light is transmitted.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104659140A (en) * 2015-03-06 2015-05-27 天津三安光电有限公司 Multijunction solar cell
US9151711B2 (en) 2009-06-04 2015-10-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Optoelectronic shutter, method of operating the same and optical apparatus including the optoelectronic shutter

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