JPH06324366A - 光スイッチアレイ - Google Patents
光スイッチアレイInfo
- Publication number
- JPH06324366A JPH06324366A JP11304093A JP11304093A JPH06324366A JP H06324366 A JPH06324366 A JP H06324366A JP 11304093 A JP11304093 A JP 11304093A JP 11304093 A JP11304093 A JP 11304093A JP H06324366 A JPH06324366 A JP H06324366A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- output
- optical switch
- switch array
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Light Receiving Elements (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高速な応答速度を有したままで出力光と入力
光との間にゲインを持たせることができる低消費電力の
光スイッチアレイを提供する。 【構成】 入力光強度により出力光強度を制御する光ス
イッチアレイは素子に入力光を照射することにより電気
出力が変化する受光部３０と、その電気出力を増幅する
増幅部２０と、その増幅された電気出力により出力光が
変化する機能を有しかつ多重量子井戸構造をｉ層に含む
ＭＱＷ−ｐｉｎ構造からなる光変調部１０とを備える。
受光部はＭＳＭフォトダイオード３２と負荷抵抗３４と
定電圧源により構成する。増幅部は電界効果型トランジ
スタ１２により構成する。増幅部としてフォトコンダク
タを使用してもよい。
光との間にゲインを持たせることができる低消費電力の
光スイッチアレイを提供する。 【構成】 入力光強度により出力光強度を制御する光ス
イッチアレイは素子に入力光を照射することにより電気
出力が変化する受光部３０と、その電気出力を増幅する
増幅部２０と、その増幅された電気出力により出力光が
変化する機能を有しかつ多重量子井戸構造をｉ層に含む
ＭＱＷ−ｐｉｎ構造からなる光変調部１０とを備える。
受光部はＭＳＭフォトダイオード３２と負荷抵抗３４と
定電圧源により構成する。増幅部は電界効果型トランジ
スタ１２により構成する。増幅部としてフォトコンダク
タを使用してもよい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光信号により駆動およ
び制御される光スイッチアレイに関するものである。
び制御される光スイッチアレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光スイッチアレイ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非常に望まれてい
る。従来この種の素子としては、例えば文献「ＩＥＥＥ
ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴ
ＴＥＲＳ １巻、６２頁（１９８９）」にみられるよう
に、ＭＱＷ−ｐｉｎダイオードと負荷抵抗および定電圧
源からなる受光部、ＦＥＴからなる増幅部、多重量子井
戸（ＭＱＷ）ｐｉｎ型光変調器からなる光変調部により
構成され、フォトダイオードに入射する弱い入力光で、
ＭＱＷ−ｐｉｎ型光変調器に照射された光の透過光を変
化させる機能をもつ「フィールド・エフェクト・トラン
ジスタ・シード（Ｆ−ＳＥＥＤ）」と呼ばれる素子が提
案されている。この素子では、量子閉じ込めシュタルク
効果（ＱＣＳＥ）により、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１６を使って説明する。
処理のキーデバイスとしてその開発が非常に望まれてい
る。従来この種の素子としては、例えば文献「ＩＥＥＥ
ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴ
ＴＥＲＳ １巻、６２頁（１９８９）」にみられるよう
に、ＭＱＷ−ｐｉｎダイオードと負荷抵抗および定電圧
源からなる受光部、ＦＥＴからなる増幅部、多重量子井
戸（ＭＱＷ）ｐｉｎ型光変調器からなる光変調部により
構成され、フォトダイオードに入射する弱い入力光で、
ＭＱＷ−ｐｉｎ型光変調器に照射された光の透過光を変
化させる機能をもつ「フィールド・エフェクト・トラン
ジスタ・シード（Ｆ−ＳＥＥＤ）」と呼ばれる素子が提
案されている。この素子では、量子閉じ込めシュタルク
効果（ＱＣＳＥ）により、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１６を使って説明する。
【０００３】図１６（Ａ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓ
基板１上にｐ−ＡｌＧａＡｓ層２，ｉ−ＭＱＷ層３，ｎ
- −ＧａＡｓ層４およびｎ+ −ＧａＡｓ層５の順に積層
されたエピ基板を図のように加工してソース６，ドレイ
ン７，ゲート８をそれぞれ形成してある。ＦＥＴは右側
のＭＱＷ−ｐｉｎ構造の内、ｎ- −ＧａＡｓ層４をチャ
ネルとして用いている。今、左側のＭＱＷ−ｐｉｎ構造
に入射される光を入力光９ａ、右側のＭＱＷ−ｐｉｎ構
造に入射される光をバイアス光９ｂ、その透過光を出力
光９ｃとすると、図１６（Ｂ）に示す特性が現われる。
基板１上にｐ−ＡｌＧａＡｓ層２，ｉ−ＭＱＷ層３，ｎ
- −ＧａＡｓ層４およびｎ+ −ＧａＡｓ層５の順に積層
されたエピ基板を図のように加工してソース６，ドレイ
ン７，ゲート８をそれぞれ形成してある。ＦＥＴは右側
のＭＱＷ−ｐｉｎ構造の内、ｎ- −ＧａＡｓ層４をチャ
ネルとして用いている。今、左側のＭＱＷ−ｐｉｎ構造
に入射される光を入力光９ａ、右側のＭＱＷ−ｐｉｎ構
造に入射される光をバイアス光９ｂ、その透過光を出力
光９ｃとすると、図１６（Ｂ）に示す特性が現われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の素子で
は、次の問題点があった。すなわち、受光部として用い
ているＭＱＷ−ｐｉｎダイオードには電流増幅作用がな
いため負荷抵抗値が大きくなりその結果ＣＲ時定数（素
子容量と抵抗の積）が大きくなり応答速度が遅くなるこ
とである。
は、次の問題点があった。すなわち、受光部として用い
ているＭＱＷ−ｐｉｎダイオードには電流増幅作用がな
いため負荷抵抗値が大きくなりその結果ＣＲ時定数（素
子容量と抵抗の積）が大きくなり応答速度が遅くなるこ
とである。
【０００５】本発明の目的は、上記の問題点を解決し、
高速な応答速度を有したままで、出力光と入力光の間に
ゲインを持たせることができる低消費電力の光スイッチ
アレイを実現することにある。
高速な応答速度を有したままで、出力光と入力光の間に
ゲインを持たせることができる低消費電力の光スイッチ
アレイを実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明では、前述の問題点が以下のように解決
されている。
るために本発明では、前述の問題点が以下のように解決
されている。
【０００７】すなわち、本発明は、素子に入力光を照射
することにより電気出力が変化する受光部と、その電気
出力を増幅する増幅部と、その増幅された電気出力によ
り出力光強度が変化する機能を有しかつ多重量子井戸構
造をｉ層に含む多重量子井戸−ｐｉｎ構造からなる光変
調部とを備えた入力光強度により出力光強度を制御する
光スイッチアレイにおいて、前記受光部は金属−半導体
−金属フォトダイオードと負荷抵抗と定電圧源により構
成され、かつ前記増幅部は電界効果型トランジスタによ
り構成されることを特徴とする。
することにより電気出力が変化する受光部と、その電気
出力を増幅する増幅部と、その増幅された電気出力によ
り出力光強度が変化する機能を有しかつ多重量子井戸構
造をｉ層に含む多重量子井戸−ｐｉｎ構造からなる光変
調部とを備えた入力光強度により出力光強度を制御する
光スイッチアレイにおいて、前記受光部は金属−半導体
−金属フォトダイオードと負荷抵抗と定電圧源により構
成され、かつ前記増幅部は電界効果型トランジスタによ
り構成されることを特徴とする。
【０００８】また、本発明は、請求項１記載の光スイッ
チアレイにおいて、受光部に金属−半導体−金属フォト
ダイオードの替わりにフォトコンダクタを設けたことを
特徴とする。
チアレイにおいて、受光部に金属−半導体−金属フォト
ダイオードの替わりにフォトコンダクタを設けたことを
特徴とする。
【０００９】本発明においては受光部に次の二つの素子
のうちいずれかを用いるためスイッチング時間の低減が
可能となる。
のうちいずれかを用いるためスイッチング時間の低減が
可能となる。
【００１０】（１）金属−半導体−金属（ＭＳＭ）フォ
トダイオードを用いた場合 この場合、素子容量がＭＱＷ−ｐｉｎダイオードに比べ
て小さくでき高速応答が可能となる。
トダイオードを用いた場合 この場合、素子容量がＭＱＷ−ｐｉｎダイオードに比べ
て小さくでき高速応答が可能となる。
【００１１】（２）フォトコンダクタを用いた場合 この場合、電流増幅作用があるため負荷抵抗を小さくで
き高速応答が可能となる。
き高速応答が可能となる。
【００１２】
【作用】まず図１から図３を用いて本発明の光スイッチ
アレイにおける素子の構造について述べた後、図４から
図９を用いてその動作原理と特性について説明する。さ
らに図１０から図１５を用いて、素子の層構成と光スイ
ッチ特性の具体例を示す。
アレイにおける素子の構造について述べた後、図４から
図９を用いてその動作原理と特性について説明する。さ
らに図１０から図１５を用いて、素子の層構成と光スイ
ッチ特性の具体例を示す。
【００１３】図１は、請求項１記載の素子の第１の構成
例を示したものである。光変調部１０としてのＭＱＷ−
ｐｉｎ光変調器１２と光増幅部２０としてのＦＥＴ２２
が図示しない定電圧源に直列に接続されている。このと
き、ＭＱＷ−ｐｉｎ光変調器１２は逆バイアスになるよ
うに接続されている。２４，２６，２８はそれぞれＦＥ
Ｔ２２のソース，ドレイン，ゲートである。受光部３０
は、ＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
−Ｍｅｔａｌ）フォトダイオード３２と負荷抵抗３４が
図示しない定電圧源に直列に接続されている。ＭＳＭフ
ォトダイオード３２と負荷抵抗３４の接点３６はＦＥＴ
２２のゲート２６に接続される。バイアス光，Ｐbiasは
ＭＱＷ−ｐｉｎ変調器１２に入射され、入力光，Ｐinは
ＭＳＭフォトダイオード３２に入射する。
例を示したものである。光変調部１０としてのＭＱＷ−
ｐｉｎ光変調器１２と光増幅部２０としてのＦＥＴ２２
が図示しない定電圧源に直列に接続されている。このと
き、ＭＱＷ−ｐｉｎ光変調器１２は逆バイアスになるよ
うに接続されている。２４，２６，２８はそれぞれＦＥ
Ｔ２２のソース，ドレイン，ゲートである。受光部３０
は、ＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
−Ｍｅｔａｌ）フォトダイオード３２と負荷抵抗３４が
図示しない定電圧源に直列に接続されている。ＭＳＭフ
ォトダイオード３２と負荷抵抗３４の接点３６はＦＥＴ
２２のゲート２６に接続される。バイアス光，Ｐbiasは
ＭＱＷ−ｐｉｎ変調器１２に入射され、入力光，Ｐinは
ＭＳＭフォトダイオード３２に入射する。
【００１４】図２は、請求項１記載の素子の第２の構成
例を示したものである。第１の構成例との違いはＭＱＷ
−ｐｉｎ光変調器１２に並列に負荷抵抗１４を接続する
ことによりオフ時間が高速になることである。
例を示したものである。第１の構成例との違いはＭＱＷ
−ｐｉｎ光変調器１２に並列に負荷抵抗１４を接続する
ことによりオフ時間が高速になることである。
【００１５】図３は、請求項１記載の素子の第３の構成
例を示したものである。第１の構成例との違いはＭＱＷ
−ｐｉｎ光変調器１２とＦＥＴ２２が並列に接続されて
いる点である。この場合入力光が入射したときに光変調
部にかかる電圧の変化が第１の構成例と逆になりその結
果、第１，第２の構成例とは反転した論理になる。
例を示したものである。第１の構成例との違いはＭＱＷ
−ｐｉｎ光変調器１２とＦＥＴ２２が並列に接続されて
いる点である。この場合入力光が入射したときに光変調
部にかかる電圧の変化が第１の構成例と逆になりその結
果、第１，第２の構成例とは反転した論理になる。
【００１６】なお図には示さなかったが、請求項２記載
の素子についても図１から図３と同様の光スイッチがＭ
ＳＭフォトダイオードの代わりにフォトコンダクタを配
設することにより構成できる。
の素子についても図１から図３と同様の光スイッチがＭ
ＳＭフォトダイオードの代わりにフォトコンダクタを配
設することにより構成できる。
【００１７】本発明素子の動作原理を説明するために、
まずＭＱＷ−ｐｉｎ光変調器１２の動作原理を図４を用
いて説明する。
まずＭＱＷ−ｐｉｎ光変調器１２の動作原理を図４を用
いて説明する。
【００１８】図４（Ａ）は、光変調器、すなわちＭＱＷ
−ｐｉｎ構造に逆バイアス電圧Ｖｂ＝Ｖ1 をかけたとき
の反射スペクトルの変化を示す。４０はＶｂ＝０のとき
の特性曲線、４１はＶｂ＝０のときの特性曲線である。
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子吸収ピークが、電圧の増加と共に
Ｖ＝０のときのλ0 から長波長側にλ1 までシフトす
る。ここで、使用波長を（Ａ）図中のλ1 に設定した場
合の光出力強度の電圧依存性を図４（Ｂ）に示す。光出
力強度は電圧が増加するにつれて減少する。
−ｐｉｎ構造に逆バイアス電圧Ｖｂ＝Ｖ1 をかけたとき
の反射スペクトルの変化を示す。４０はＶｂ＝０のとき
の特性曲線、４１はＶｂ＝０のときの特性曲線である。
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子吸収ピークが、電圧の増加と共に
Ｖ＝０のときのλ0 から長波長側にλ1 までシフトす
る。ここで、使用波長を（Ａ）図中のλ1 に設定した場
合の光出力強度の電圧依存性を図４（Ｂ）に示す。光出
力強度は電圧が増加するにつれて減少する。
【００１９】図５（Ａ）はゲート電圧（ＶG ）のＭＳＭ
フォトダイオードに入射する入射光強度依存性を示して
いる。このとき、負荷抵抗はＲ１＝６０ｋΩ、電源電圧
はＶ１＝５Ｖ，Ｖ２＝−２Ｖと設定する。これはＦＥＴ
２２のドレイン電流のゲート電圧依存性が図５（Ｂ）に
示される特性を示すためにこのように設定する。図５
（Ａ）に示されるように入射光強度が２０μＷから１０
０μＷの所でゲート電圧（ＶG ）は−２Ｖから０Ｖへ変
化する。従ってドレイン電流（ＩD ）の入力光強度依存
性は図５（Ｃ）に示されるようになる。
フォトダイオードに入射する入射光強度依存性を示して
いる。このとき、負荷抵抗はＲ１＝６０ｋΩ、電源電圧
はＶ１＝５Ｖ，Ｖ２＝−２Ｖと設定する。これはＦＥＴ
２２のドレイン電流のゲート電圧依存性が図５（Ｂ）に
示される特性を示すためにこのように設定する。図５
（Ａ）に示されるように入射光強度が２０μＷから１０
０μＷの所でゲート電圧（ＶG ）は−２Ｖから０Ｖへ変
化する。従ってドレイン電流（ＩD ）の入力光強度依存
性は図５（Ｃ）に示されるようになる。
【００２０】図６（Ａ）は、図１のように素子を構成し
た場合の動作特性を説明する線図である。図５（Ｃ）の
ドレイン電流（ＩD ）の入力光強度依存性を示すととも
に、バイアス光を入射した場合のＭＱＷ−ｐｉｎ光変調
器の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を電源電圧と合わせて考
えたときのＩ−Ｖ特性も示している。後者の特性曲線を
ＩMQW で示す。まず、入力光がゼロの場合は動作点はａ
にあり、ＭＱＷ−ｐｉｎ光変調器はほとんど無電界状態
に近い。従って図４（Ｂ）から分かるように出力光強度
は大きい。入力光強度をＰ2 まで大きくしてもほとんど
この状態は変わらないが、入力光強度をＰ3 まで大きく
すると、動作点はｃからｄに移り光変調器にかかる電圧
が大きくなり、図４（Ｂ）から分かるように、出力光は
急激に小さくなる。さらに入力光強度を増加させても動
作点はｄのままであるから出力光強度は変化しない。従
って、図６（Ｂ）のような入出力特性になる。
た場合の動作特性を説明する線図である。図５（Ｃ）の
ドレイン電流（ＩD ）の入力光強度依存性を示すととも
に、バイアス光を入射した場合のＭＱＷ−ｐｉｎ光変調
器の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を電源電圧と合わせて考
えたときのＩ−Ｖ特性も示している。後者の特性曲線を
ＩMQW で示す。まず、入力光がゼロの場合は動作点はａ
にあり、ＭＱＷ−ｐｉｎ光変調器はほとんど無電界状態
に近い。従って図４（Ｂ）から分かるように出力光強度
は大きい。入力光強度をＰ2 まで大きくしてもほとんど
この状態は変わらないが、入力光強度をＰ3 まで大きく
すると、動作点はｃからｄに移り光変調器にかかる電圧
が大きくなり、図４（Ｂ）から分かるように、出力光は
急激に小さくなる。さらに入力光強度を増加させても動
作点はｄのままであるから出力光強度は変化しない。従
って、図６（Ｂ）のような入出力特性になる。
【００２１】図７（Ａ）は、図２のように構成した素子
の動作特性を説明する線図である。図５（Ｃ）のドレイ
ン電流（ＩD ）の入力光強度依存性に、バイアス光を入
射した場合のＭＱＷ−ｐｉｎ光変調器１２と負荷抵抗１
４、および電源電圧を合わせて考えたときのＩ−Ｖ特性
を示している。後者の特性曲線をＩMQW ＋ＩR2で示す。
図６（Ａ）との違いは負荷抵抗が光変調器に並列に接続
されているためｃ−ｅ間のＩ−Ｖ特性の傾きが大きくな
っていることである。まず、入力光がゼロの場合は動作
点はａにあり、ＭＱＷ−ｐｉｎ変調器はほとんど無電界
状態に近い。従って、図４（Ｂ）から分かるように出力
光強度は非常に大きい。入力光強度をＰ2 まで大きくし
てもほとんどこの状態は変わらないが、入力光強度をＰ
5 まで大きくしていくと、動作点はｂからｅに移り出力
光は小さくなる。さらに入力光強度を増加させても動作
点はｅのままであるから出力光強度は変化しない。従っ
て、図７（Ｂ）のような入出力特性になる。
の動作特性を説明する線図である。図５（Ｃ）のドレイ
ン電流（ＩD ）の入力光強度依存性に、バイアス光を入
射した場合のＭＱＷ−ｐｉｎ光変調器１２と負荷抵抗１
４、および電源電圧を合わせて考えたときのＩ−Ｖ特性
を示している。後者の特性曲線をＩMQW ＋ＩR2で示す。
図６（Ａ）との違いは負荷抵抗が光変調器に並列に接続
されているためｃ−ｅ間のＩ−Ｖ特性の傾きが大きくな
っていることである。まず、入力光がゼロの場合は動作
点はａにあり、ＭＱＷ−ｐｉｎ変調器はほとんど無電界
状態に近い。従って、図４（Ｂ）から分かるように出力
光強度は非常に大きい。入力光強度をＰ2 まで大きくし
てもほとんどこの状態は変わらないが、入力光強度をＰ
5 まで大きくしていくと、動作点はｂからｅに移り出力
光は小さくなる。さらに入力光強度を増加させても動作
点はｅのままであるから出力光強度は変化しない。従っ
て、図７（Ｂ）のような入出力特性になる。
【００２２】図８（Ａ）は、図３の素子の場合の動作特
性を説明する線図である。図５（Ｃ）のドレイン電流
（ＩD ）の入力光強度依存性に、バイアス光を入射した
場合のＭＱＷ−ｐｉｎ光変調器のＩ−Ｖ特性を足し合わ
せたものを示すとともに、負荷抵抗と電源電圧を合わせ
て考えたときのＩ−Ｖ特性を示している。前者の特性曲
線をＩD ＋ＩMQW で示し、後者の特性極性をＩR2で示
す。まず、入力光がゼロの場合は動作点はａにあり、Ｍ
ＱＷ−ｐｉｎ変調器にほとんどの電圧が印加された状態
に近い。従って、図４（Ｃ）から分かるように出力光強
度は非常に小さい。入力光強度をＰ4 まで大きくしてい
くと、動作点はｂからｅに移り出力光は大きくなる。さ
らに入力光強度を増加させても動作点はｅのままである
から出力光強度は変化しない。従って、図８（Ｂ）のよ
うな入出力特性になる。
性を説明する線図である。図５（Ｃ）のドレイン電流
（ＩD ）の入力光強度依存性に、バイアス光を入射した
場合のＭＱＷ−ｐｉｎ光変調器のＩ−Ｖ特性を足し合わ
せたものを示すとともに、負荷抵抗と電源電圧を合わせ
て考えたときのＩ−Ｖ特性を示している。前者の特性曲
線をＩD ＋ＩMQW で示し、後者の特性極性をＩR2で示
す。まず、入力光がゼロの場合は動作点はａにあり、Ｍ
ＱＷ−ｐｉｎ変調器にほとんどの電圧が印加された状態
に近い。従って、図４（Ｃ）から分かるように出力光強
度は非常に小さい。入力光強度をＰ4 まで大きくしてい
くと、動作点はｂからｅに移り出力光は大きくなる。さ
らに入力光強度を増加させても動作点はｅのままである
から出力光強度は変化しない。従って、図８（Ｂ）のよ
うな入出力特性になる。
【００２３】図９（Ａ）はゲート電圧のフォトコンダク
タに入射する入射光強度依存性を示している。このとき
負荷抵抗はＲ２＝６ｋΩ、電源電圧はＶ１＝１５Ｖ，Ｖ
２＝−２Ｖと設定した。図に示されるように入射光強度
が２０μＷから１００μＷの所でゲート電圧は−２Ｖか
ら０Ｖへ変化する。従ってドレイン電流の入力光強度依
存性は図９（Ｂ）に示されるようになる。これはＭＳＭ
フォトダイオードを用いた場合と同様の結果となるので
フォトコンダクタを用いて図１から図３までの光スイッ
チを作製した場合もそれぞれ図６から図８までと同じ入
出力特性が得られる。
タに入射する入射光強度依存性を示している。このとき
負荷抵抗はＲ２＝６ｋΩ、電源電圧はＶ１＝１５Ｖ，Ｖ
２＝−２Ｖと設定した。図に示されるように入射光強度
が２０μＷから１００μＷの所でゲート電圧は−２Ｖか
ら０Ｖへ変化する。従ってドレイン電流の入力光強度依
存性は図９（Ｂ）に示されるようになる。これはＭＳＭ
フォトダイオードを用いた場合と同様の結果となるので
フォトコンダクタを用いて図１から図３までの光スイッ
チを作製した場合もそれぞれ図６から図８までと同じ入
出力特性が得られる。
【００２４】
【実施例】以下、本発明と実施例により詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されないことは勿論
である。
が、本発明はこれらの実施例に限定されないことは勿論
である。
【００２５】（実施例１）本発明の光スイッチアレイの
図１の具体例を図１０に示す。図１０はＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓを用いた場合の素子の断面斜視図である。
図１の具体例を図１０に示す。図１０はＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓを用いた場合の素子の断面斜視図である。
【００２６】半絶縁性ＡｌＧａＡｓ基板１０１（厚さ３
５０μｍ）上に、光変調部として、ｐ−ＧａＡｓキャッ
プ層１０８（厚さ０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7
Ａｓクラッド層１０７（厚さ０．５μｍ）、アンドープ
ＧａＡｓ井戸層（厚さ１０ｎｍ）とアンドープＡｌ0.3
Ｇａ0.7 Ａｓ障壁層（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−ＡｌＡ
ｓ層（厚さ７１．５ｎｍ）とｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ
層（厚さ６２．９ｎｍ）とを交互に１５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
ック・リフレクタ）層１０５からなる層、受光部、増幅
部としてｎ+ −ＧａＡｓコンタクト層１０４（厚さ０．
５μｍ）、ｎ- −ＧａＡｓチャネル層１０３（厚さ０．
２５μｍ）、ｉ−ＧａＡｓ層１０２（厚さ１．５μｍ）
からなる層をまた、エッチングストップ層としてＩｎＧ
ａＰ層１０９を１０４と１０５の間に分子線エピタキシ
ャル成長法により形成した。ｐ型，ｎ型ドーパントには
各々Ｂｅ，Ｓｉを用いた。
５０μｍ）上に、光変調部として、ｐ−ＧａＡｓキャッ
プ層１０８（厚さ０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7
Ａｓクラッド層１０７（厚さ０．５μｍ）、アンドープ
ＧａＡｓ井戸層（厚さ１０ｎｍ）とアンドープＡｌ0.3
Ｇａ0.7 Ａｓ障壁層（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−ＡｌＡ
ｓ層（厚さ７１．５ｎｍ）とｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ
層（厚さ６２．９ｎｍ）とを交互に１５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
ック・リフレクタ）層１０５からなる層、受光部、増幅
部としてｎ+ −ＧａＡｓコンタクト層１０４（厚さ０．
５μｍ）、ｎ- −ＧａＡｓチャネル層１０３（厚さ０．
２５μｍ）、ｉ−ＧａＡｓ層１０２（厚さ１．５μｍ）
からなる層をまた、エッチングストップ層としてＩｎＧ
ａＰ層１０９を１０４と１０５の間に分子線エピタキシ
ャル成長法により形成した。ｐ型，ｎ型ドーパントには
各々Ｂｅ，Ｓｉを用いた。
【００２７】この成長ウェハを図１０のように加工して
図１に示す構成例の光スイッチアレイを作製した。ｐ型
電極１１０としてはＡｕＺｎＮｉ、ｎ型電極１１１とし
てはＡｕＧｅＮｉ、ショットキ電極１１２としてはＴｉ
／Ｐｔ／Ａｕ、素子間の配線用金属１１６としてＣｒ／
Ａｕを用いた。ＦＥＴのゲート１１２はｎ+ −ＧａＡｓ
コンタクト層１０４をエッチングにより取り除いた後で
Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を蒸着することにより形成した。
このエッチングでドレイン１１３とソース１１４も形成
される。またＭＳＭフォトダイオード１１５はエッチン
グによりメサを形成した後に櫛形状にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ
電極を蒸着することにより作製した。１１７は分離領域
である。高コントラストを得るためにＡＲコーティング
１１８を行っている。この場合、負荷抵抗１１９として
タングステンシリサイド膜を用いた（６０ｋΩ）が、こ
れ以外の金属薄膜を用いることも可能である。
図１に示す構成例の光スイッチアレイを作製した。ｐ型
電極１１０としてはＡｕＺｎＮｉ、ｎ型電極１１１とし
てはＡｕＧｅＮｉ、ショットキ電極１１２としてはＴｉ
／Ｐｔ／Ａｕ、素子間の配線用金属１１６としてＣｒ／
Ａｕを用いた。ＦＥＴのゲート１１２はｎ+ −ＧａＡｓ
コンタクト層１０４をエッチングにより取り除いた後で
Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を蒸着することにより形成した。
このエッチングでドレイン１１３とソース１１４も形成
される。またＭＳＭフォトダイオード１１５はエッチン
グによりメサを形成した後に櫛形状にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ
電極を蒸着することにより作製した。１１７は分離領域
である。高コントラストを得るためにＡＲコーティング
１１８を行っている。この場合、負荷抵抗１１９として
タングステンシリサイド膜を用いた（６０ｋΩ）が、こ
れ以外の金属薄膜を用いることも可能である。
【００２８】図１１は、本実施例の素子の入出力特性を
測定したものである。バイアス光強度を１ｍＷ、Ｖｂを
２０Ｖ、Ｖ１を５Ｖ、Ｖ２を−２Ｖに設定した。しきい
入力光強度（１５０μＷ）よりも出力光強度（４００μ
Ｗ）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。また応答時間も３００μ
Ｗの入力光でオン時間８ｎｓと高速であったが、オフ時
間は６０ｎｓと遅かった。
測定したものである。バイアス光強度を１ｍＷ、Ｖｂを
２０Ｖ、Ｖ１を５Ｖ、Ｖ２を−２Ｖに設定した。しきい
入力光強度（１５０μＷ）よりも出力光強度（４００μ
Ｗ）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。また応答時間も３００μ
Ｗの入力光でオン時間８ｎｓと高速であったが、オフ時
間は６０ｎｓと遅かった。
【００２９】本実施例においては、次の３つの理由によ
り高コントラストが得られている。すなわち、 ａ ｉ−ＭＱＷ層の厚さは、空乏化し得る限度いっぱい
まで厚くしてある。
り高コントラストが得られている。すなわち、 ａ ｉ−ＭＱＷ層の厚さは、空乏化し得る限度いっぱい
まで厚くしてある。
【００３０】ｂ ｉ−ＭＱＷ層の障壁層の厚さを井戸層
の半分以下に薄くすることにより、井戸層の総厚、すな
わち実効的な吸収長を長くしている。
の半分以下に薄くすることにより、井戸層の総厚、すな
わち実効的な吸収長を長くしている。
【００３１】ｃ ディストリビューテッド・ブラック・
レフレクタ（ＤＢＲ）を用いて反射型の素子とすること
により透過型の２倍の吸収長をとることができる。
レフレクタ（ＤＢＲ）を用いて反射型の素子とすること
により透過型の２倍の吸収長をとることができる。
【００３２】（実施例２）図１２は、図２の光スイッチ
の具体例を示す断面斜視図である。図１０との違いはＭ
ＱＷ−ｐｉｎ光変調器に並列に抵抗を接続するためにＦ
ＥＴのドレイン電極とＭＱＷ−ｐｉｎ光変調器のｎ側電
極の間にもタングステンシリサイド薄膜により抵抗（６
ｋΩ）を形成したことである。
の具体例を示す断面斜視図である。図１０との違いはＭ
ＱＷ−ｐｉｎ光変調器に並列に抵抗を接続するためにＦ
ＥＴのドレイン電極とＭＱＷ−ｐｉｎ光変調器のｎ側電
極の間にもタングステンシリサイド薄膜により抵抗（６
ｋΩ）を形成したことである。
【００３３】図１３に測定結果を示す。実験条件は図１
１の場合と同様である。しきい入力強度は２００μＷと
大きくなった。この時オン時間，オフ時間共に１０ｎｓ
（入力強度３００μＷ）であり、オン時間が余り遅くな
らずにオフ時間の改善ができている。
１の場合と同様である。しきい入力強度は２００μＷと
大きくなった。この時オン時間，オフ時間共に１０ｎｓ
（入力強度３００μＷ）であり、オン時間が余り遅くな
らずにオフ時間の改善ができている。
【００３４】（実施例３）図１４は、図３の光スイッチ
の具体例を示す断面斜視図である。図１１との違いはＭ
ＱＷ−ｐｉｎ光変調器をＦＥＴに並列に接続したことで
ある。
の具体例を示す断面斜視図である。図１１との違いはＭ
ＱＷ−ｐｉｎ光変調器をＦＥＴに並列に接続したことで
ある。
【００３５】図１５に測定結果を示す。実験条件は図１
１の場合と同様である。しきい入力強度は２００μＷで
あった。この場合、図１１，図１３とは、反転した結果
を出力している。この時オン時間，オフ時間共に１０ｎ
ｓ（入力強度３００μＷ）である。
１の場合と同様である。しきい入力強度は２００μＷで
あった。この場合、図１１，図１３とは、反転した結果
を出力している。この時オン時間，オフ時間共に１０ｎ
ｓ（入力強度３００μＷ）である。
【００３６】ＭＳＭフォトダイオードの代わりにフォト
コンダクタを用いた請求項２記載の素子の場合は、これ
までの具体例においてＭＳＭフォトダイオードの部分が
フォトコンダクタに変わるだけである。ＭＳＭフォトダ
イオードとフォトコンダクタの違いはＭＳＭがショット
キ電極をｉ−ＧａＡｓ上に形成するのに対して、フォト
コンダクタは、ｎ−ＧａＡｓ上にオーミック電極を取り
その上で電極間のｎ−ＧａＡｓ層をｉ−ＧａＡｓ層まで
エッチングするところである。フォトコンダクタはゲイ
ンを有するので負荷抵抗Ｒ1 は１０ｋΩとした。この素
子によりＭＳＭフォトダイオードと同じ特性が得られ
た。
コンダクタを用いた請求項２記載の素子の場合は、これ
までの具体例においてＭＳＭフォトダイオードの部分が
フォトコンダクタに変わるだけである。ＭＳＭフォトダ
イオードとフォトコンダクタの違いはＭＳＭがショット
キ電極をｉ−ＧａＡｓ上に形成するのに対して、フォト
コンダクタは、ｎ−ＧａＡｓ上にオーミック電極を取り
その上で電極間のｎ−ＧａＡｓ層をｉ−ＧａＡｓ層まで
エッチングするところである。フォトコンダクタはゲイ
ンを有するので負荷抵抗Ｒ1 は１０ｋΩとした。この素
子によりＭＳＭフォトダイオードと同じ特性が得られ
た。
【００３７】上に述べた実施例はＧａＡｓ／ＡｌＧａＡ
ｓで光スイッチアレイを構成したが、これに限るもので
はなく、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ，ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧ
ａＡｓ，ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ等の他の材料系にも適
用できる。
ｓで光スイッチアレイを構成したが、これに限るもので
はなく、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ，ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧ
ａＡｓ，ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ等の他の材料系にも適
用できる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による光ス
イッチアレイによれば、光増幅作用をもち、低入力強度
で高速に動作することが可能になる。さらに本発明によ
る光スイッチアレイは消光比が大きなため将来の光情報
処理素子として非常に有望である。
イッチアレイによれば、光増幅作用をもち、低入力強度
で高速に動作することが可能になる。さらに本発明によ
る光スイッチアレイは消光比が大きなため将来の光情報
処理素子として非常に有望である。
【図１】請求項１記載の素子の第１の構成例を示した説
明図である。
明図である。
【図２】請求項１記載の素子の第２の構成例を示した説
明図である。
明図である。
【図３】請求項１記載の素子の第３の構成例を示した説
明図である。
明図である。
【図４】（Ａ）はＭＱＷ−ｐｉｎ構造に逆バイアス電圧
Ｖ1 をかけたときの反射スペクトルの変化を示す特性
図、（Ｂ）は使用波長を（Ａ）中のλ1 に設定した場合
の光出力強度の電圧依存性を示す特性図である。
Ｖ1 をかけたときの反射スペクトルの変化を示す特性
図、（Ｂ）は使用波長を（Ａ）中のλ1 に設定した場合
の光出力強度の電圧依存性を示す特性図である。
【図５】（Ａ）はゲート電圧のＭＳＭフォトダイオード
に入射する入射光強度依存性を示す特性図、（Ｂ）はＦ
ＥＴのドレイン電流のゲート電圧依存性を示す特性図、
（Ｃ）はドレイン電流の入力光強度依存性を示す特性図
である。
に入射する入射光強度依存性を示す特性図、（Ｂ）はＦ
ＥＴのドレイン電流のゲート電圧依存性を示す特性図、
（Ｃ）はドレイン電流の入力光強度依存性を示す特性図
である。
【図６】（Ａ）は図１のように素子を構成した場合の動
作特性の説明図、（Ｂ）は入出力特性を示す説明図であ
る。
作特性の説明図、（Ｂ）は入出力特性を示す説明図であ
る。
【図７】（Ａ）は図２のように構成した素子の動作特性
の説明図、（Ｂ）は入出力特性を示す説明図である。
の説明図、（Ｂ）は入出力特性を示す説明図である。
【図８】（Ａ）は図３の素子の場合の動作特性の説明
図、（Ｂ）は入出力特性を示す説明図である。
図、（Ｂ）は入出力特性を示す説明図である。
【図９】（Ａ）はゲート電圧のフォトコンダクタに入射
する入射光強度依存性を示す特性図、（Ｂ）はドレイン
電流の入力光強度依存性を示す特性図である。
する入射光強度依存性を示す特性図、（Ｂ）はドレイン
電流の入力光強度依存性を示す特性図である。
【図１０】図１の本発明の光スイッチアレイの具体例を
示す断面斜視図である。
示す断面斜視図である。
【図１１】図１０の実施例の素子の入出力特性を示した
説明図である。
説明図である。
【図１２】図２の本発明の光スイッチアレイの具体例を
示す断面斜視図である。
示す断面斜視図である。
【図１３】図１２の実施例の素子の入出力特性を示す説
明図である。
明図である。
【図１４】図３の本発明の光スイッチアレイの具体例を
示す断面斜視図である。
示す断面斜視図である。
【図１５】図１４の実施例の素子の入出力特性を示す説
明図である。
明図である。
【図１６】（Ａ）は従来例の光スイッチアレイの素子を
説明する断面図、（Ｂ）はその入出力特性を示す説明図
である。
説明する断面図、（Ｂ）はその入出力特性を示す説明図
である。
１ ｐ−ＧａＡｓ基板 ２ ｐ−ＡｌＧａＡｓ層 ３ ｉ−ＭＱＷ層 ４ ｎ- −ＧａＡｓ層 ５ ｎ+ −ＧａＡｓ層 ６ ソース ７ ドレイン ８ ゲート ９ａ 入力光 ９ｂ バイアス光 ９ｃ 出力光 １０ 光変調部 １２ ＭＱＷ光変調器 １４ 負荷抵抗 ２０ 光増幅部 ２２ ＦＥＴ ２４ ソース ２６ ドレイン ２８ ゲート ３２ ＭＳＭフォトダイオード ３４ 負荷抵抗 ３６ 接点 ４０ 反射スペクトル曲線（基板印加電圧が０のとき） ４１ 反射スペクトル曲線（基板印加電圧がＶ１のと
き） １０１ 半絶縁性ＡｌＧａＡｓ基板 １０２ ｉ−ＧａＡｓ層 １０３ ｎ- −ＧａＡｓチャネル層 １０４ ｎ+ −ＧａＡｓコンタクト層 １０５ ｎ−ＤＢＲ層 １０６ ｉ−ＭＱＷ層 １０７ ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層 １０８ ｐ−ＧａＡｓキャップ層 １０９ ＩｎＧａＰ層 １１０ ｐ型電極 １１１ ｎ型電極 １１２ ゲート（ショットキ電極） １１３ ドレイン（Ｃｒ／Ａｕ） １１４ ソース １１５ ＭＳＭフォトダイオード １１６ 配線金属 １１７ 分離領域 １１９ 負荷抵抗
き） １０１ 半絶縁性ＡｌＧａＡｓ基板 １０２ ｉ−ＧａＡｓ層 １０３ ｎ- −ＧａＡｓチャネル層 １０４ ｎ+ −ＧａＡｓコンタクト層 １０５ ｎ−ＤＢＲ層 １０６ ｉ−ＭＱＷ層 １０７ ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層 １０８ ｐ−ＧａＡｓキャップ層 １０９ ＩｎＧａＰ層 １１０ ｐ型電極 １１１ ｎ型電極 １１２ ゲート（ショットキ電極） １１３ ドレイン（Ｃｒ／Ａｕ） １１４ ソース １１５ ＭＳＭフォトダイオード １１６ 配線金属 １１７ 分離領域 １１９ 負荷抵抗
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 // Ｈ０１Ｌ 31/10 (72)発明者 黒川 隆志 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 素子に入力光を照射することにより電気
出力が変化する受光部と、その電気出力を増幅する増幅
部と、その増幅された電気出力により出力光強度が変化
する機能を有しかつ多重量子井戸構造をｉ層に含む多重
量子井戸−ｐｉｎ構造からなる光変調部とを備えた入力
光強度により出力光強度を制御する光スイッチアレイに
おいて、前記受光部は金属−半導体−金属フォトダイオ
ードと負荷抵抗と定電圧源により構成され、 かつ前記増幅部は電界効果型トランジスタにより構成さ
れることを特徴とする光スイッチアレイ。 - 【請求項２】 請求項１記載の光スイッチアレイにおい
て、受光部に金属−半導体−金属フォトダイオードの替
わりにフォトコンダクタを設けたことを特徴とする光ス
イッチアレイ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11304093A JPH06324366A (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | 光スイッチアレイ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11304093A JPH06324366A (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | 光スイッチアレイ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06324366A true JPH06324366A (ja) | 1994-11-25 |
Family
ID=14601965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11304093A Pending JPH06324366A (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | 光スイッチアレイ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06324366A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005064870A (ja) * | 2003-08-12 | 2005-03-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光信号処理装置および光信号処理方法 |
| JP6074014B1 (ja) * | 2015-11-30 | 2017-02-01 | 日本電信電話株式会社 | 光クロック発生器 |
-
1993
- 1993-05-14 JP JP11304093A patent/JPH06324366A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005064870A (ja) * | 2003-08-12 | 2005-03-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光信号処理装置および光信号処理方法 |
| JP6074014B1 (ja) * | 2015-11-30 | 2017-02-01 | 日本電信電話株式会社 | 光クロック発生器 |
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