JPH07209681A - Logic element displaying bistability of light without applied voltage from outside and its manufacture - Google Patents

Logic element displaying bistability of light without applied voltage from outside and its manufacture

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JPH07209681A
JPH07209681A JP30108394A JP30108394A JPH07209681A JP H07209681 A JPH07209681 A JP H07209681A JP 30108394 A JP30108394 A JP 30108394A JP 30108394 A JP30108394 A JP 30108394A JP H07209681 A JPH07209681 A JP H07209681A
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light
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seed
pin diode
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永完 崔
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五鈞 權
El-Hang Lee
一恒 李
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KANKOKU DENSHI TSUSHIN KENKYUSHO
Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
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KANKOKU DENSHI TSUSHIN KENKYUSHO
Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
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Abstract

PURPOSE: To improve bi-stability of light in SEED where the bi-stable characteristic of light is obtained with improvement without external voltage. CONSTITUTION: The thickness of an intrinsic area is reduced by appropriately reducing the frequency of a multiplex quantum well 31. Thus, SEED of an asymmetrical Fabry rot structure where resistance for considerably increasing the difference (ΔR) of a reflection factor between on/off states and the bi-stable width (ΔP) of light does not match while the appropriate on/off intensity ratio is maintained which is required from an optical system can be provided.

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、光の双安定の論理素子
(optical bistable logic device) である対称形のシー
ド(Symmetric Self Electro-optic Effect Device ; 以
下、‘S−SEED’という)およびその製造方法に関
するものである。より具体的には、光の双安定の特性(o
ptical bistability) を得るための外部電圧の印加のな
しに光の双安定の特性を示し、光の論理回路の機能を発
揮することができる無電圧の光の双安定の対称形のシー
ド(Nonbiased Optical Bistable S-SEED : 以下、‘N
OBS’という)およびその製造方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical bistable logic element.
The present invention relates to a symmetrical seed (Symmetric Self Electro-optic Effect Device; hereinafter referred to as “S-SEED”) which is an (optical bistable logic device) and a manufacturing method thereof. More specifically, the bistability characteristic of light (o
Non-biased symmetric bi-stable seeds of non-voltage light that exhibit optical bistable characteristics without the application of external voltage to achieve vertical bistability and can perform the functions of optical logic circuits. Bistable S-SEED: Below, 'N
OBS ') and its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】光の双安定の特性は、未来指向的な並列
の光の信号処理、光の変換、光コンピューター等を具現
することにおいて、根幹になる基本的な核心の概念であ
る。これを具現することができる幾つかの素子が知られ
ている。
2. Description of the Related Art The bistable characteristic of light is a fundamental concept that is the basis for realizing future-oriented parallel light signal processing, light conversion, and optical computer. Several devices are known that can implement this.

【0003】これらの中で、その代表的な光の双安定の
論理素子としては、真性領域(intrinsic region)に、多
重量子井戸の構造(multiple quantum well ; 以下、
‘MQW’という)をもっているPINダイオードシー
ド二つを、直列に連結した対称形のシード(S−SEE
D)を上げることができる。
Among these, as a typical optical bistable logic element, a structure of multiple quantum well (intrinsic region) (multiple quantum well;
Symmetrical seed (S-SEE) in which two PIN diode seeds with "MQW" are connected in series.
D) can be raised.

【0004】このようなS−SEED構造は、David A.
B. Miller によって開示された(USP4,546,2
44)。
Such an S-SEED structure is described by David A.
Disclosed by B. Miller (USP 4,546,2
44).

【0005】多重量子井戸(MQW)の構造をもつS−
SEEDにおいては、MQW内から吸収された光によっ
て光電流が生じており、この光電流に因る電圧が再びそ
のMQWに印加されることによって、MQWの光吸収の
特性が、影響を受ける。
S-with a multiple quantum well (MQW) structure
In SEED, photocurrent is generated by the light absorbed from within the MQW, and the voltage due to this photocurrent is applied to the MQW again, so that the light absorption characteristics of the MQW are affected.

【0006】このようなS−SEEDは、スイッチング
エネルギーが比較的に小さいということと、既存の化合
物の半導体の製造工程を利用して、並列の光の信号処理
を容易にしてやる2次元素子の配列を容易に具現するこ
とができるという長所をもっている。
Such an S-SEED has a relatively small switching energy, and an array of two-dimensional elements that facilitates parallel light signal processing by utilizing the existing compound semiconductor manufacturing process. Has the advantage that it can be easily realized.

【0007】図1は、従来のS−SEEDの断面図を図
示しているものであり、図2および図3は図1の平面図
および等価回路図である。
FIG. 1 shows a sectional view of a conventional S-SEED, and FIGS. 2 and 3 are a plan view and an equivalent circuit diagram of FIG.

【0008】図2において、図1と同一の部分は、同一
の参照番号によって表示されている。
In FIG. 2, the same parts as in FIG. 1 are indicated by the same reference numerals.

【0009】図2で、7はPINダイオードのメサ(mes
a)蝕刻されている部分の境界であり、8は各素子間の電
気的な分離のため蝕刻されている部分の境界を示してい
る。
In FIG. 2, 7 is the PIN diode mess.
a) The boundary of the etched portion, and 8 indicates the boundary of the etched portion for electrical isolation between the elements.

【0010】図3に図示のように、従来のS−SEED
は同一の二つのPINダイオードSEED(D1,D
2)が相互に直列に連結される構造をもっている。
As shown in FIG. 3, a conventional S-SEED is used.
Are two identical PIN diodes SEED (D1, D
2) has a structure in which they are connected in series with each other.

【0011】また、このS−SEEDには、逆方向の電
圧(VAP)が印加され、それぞれのSEEDが他のS
EEDに対して相互に負荷として作用して、光の双安定
の特性をもつ。逆方向の電圧(VAP)は、図1および
図2に図示の金属パッド5に印加される。
In addition, a reverse voltage (VAP) is applied to this S-SEED, and each SEED changes to another S-SEED.
They act as a load on the EED, and have the characteristic of optical bistable. A reverse voltage (VAP) is applied to the metal pad 5 shown in FIGS.

【0012】図1で、参照番号1と2は、それぞれオー
ム接触のためのn−接触層とp−接触層を示している。
In FIG. 1, reference numerals 1 and 2 respectively indicate an n-contact layer and a p-contact layer for ohmic contact.

【0013】二つのPINダイオードの間にあるn−接
触層1とp−接触層2は、金属配線4によって相互に連
結されている。残余のn−接触層とp−接触層は同一の
工程によって形成される金属層4によって金属パッド5
と連結され、この金属パッド5を通じて素子には外部電
源(図示されていない)が接続される。二つのPINダ
イオードは、半絶縁の基板上の、ノンドープ1/4波長
の反射層(undopped quater-wavelength reflector stac
k)までの蝕刻によって、電気的に相互に分離される。
The n-contact layer 1 and the p-contact layer 2 between the two PIN diodes are interconnected by a metal wire 4. The remaining n-contact layer and p-contact layer are formed by the metal layer 4 formed by the same process.
An external power source (not shown) is connected to the device through the metal pad 5. The two PIN diodes consist of an undoped quarter-wavelength reflector stac on a semi-insulating substrate.
They are electrically isolated from each other by etching up to k).

【0014】このように形成されている構造上に、Si
xまたはSiO2からなった絶縁層3を蒸着して、電気
的な漏話および表面の酸化等を防止する。
On the structure thus formed, Si
An insulating layer 3 made of N x or SiO 2 is vapor-deposited to prevent electrical crosstalk and surface oxidation.

【0015】光源は、光の入出力窓(optical window)6
を通じてPINダイオードに印加される。
The light source is an optical input / output window 6
Through a PIN diode.

【0016】このようなS−SEEDの製作方法につい
て、図1および図2を参照して記述すると次のようにな
る。
A method of manufacturing such an S-SEED will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.

【0017】a)n−層までメサ湿式蝕刻し、各PIN
ダイオード7を形成する。
A) Mesa wet etching up to the n-layer, each PIN
The diode 7 is formed.

【0018】b)各PINダイオードの電気的な分離の
ために、ノンドープ1/4波長反射層まで蝕刻する。
B) Etch up to the undoped quarter-wave reflective layer for electrical isolation of each PIN diode.

【0019】c)n−層のオーム接触のために、n−接
触層1を蒸着する。
C) Deposit n-contact layer 1 for ohmic contact of the n-layer.

【0020】d)電気的な漏話、表面の酸化等を防止す
るための絶縁層3を蒸着する。
D) Deposit an insulating layer 3 for preventing electrical crosstalk, surface oxidation and the like.

【0021】e)光の入出力窓6を開いて、金属間の連
結のためにn−接触層1とp−接触層(2参照)の絶縁
層3を蝕刻する。
E) Open the light input / output window 6 and etch the insulating layer 3 of the n-contact layer 1 and the p-contact layer (see 2) for metal-to-metal connection.

【0022】f)p−層のオーム接触のためのp−接触
層2を蒸着する。
F) Deposit p-contact layer 2 for ohmic contact of the p-layer.

【0023】g)電気的な配線のための配線金属4を蒸
着する。
G) Evaporating a wiring metal 4 for electrical wiring.

【0024】h)ワイヤボンディングのための厚い金属
パッド5を蒸着する。
H) Deposit thick metal pads 5 for wire bonding.

【0025】前述のように、同一の二つのPIN型のダ
イオードのSEED変調器を、相互に直列に連結し、逆
方向の電圧VAPを印加した場合、それぞれのSEED
は他のSEEDに対して負荷として作用する。
As described above, when two identical PIN type diode SEED modulators are connected in series to each other and a reverse voltage VAP is applied, the respective SEED modulators are applied.
Acts as a load on other SEEDs.

【0026】このとき、SEEDの逆方向の電圧(VA
P)に対する光電流の特性は、多重量子井戸(MQW)
の非線形の光吸収率の変化による非線形の特性をもつの
で、それぞれのダイオードに印加される電圧は、一般的
な線形の回路においてのようにVAP/2にならない。
At this time, the reverse voltage (VA) of SEED
The characteristic of the photocurrent with respect to P) is the multiple quantum well (MQW)
Since it has a non-linear characteristic due to the non-linear change of the optical absorption coefficient, the voltage applied to each diode does not become VAP / 2 as in a general linear circuit.

【0027】図17は、一般的なS−SEEDを利用し
た4×8の2次元の配列を図示している。
FIG. 17 shows a 4 × 8 two-dimensional array using general S-SEED.

【0028】2次元の配列が大きくなっても、類似な構
図をもつことができる。
Even if the two-dimensional array becomes large, it is possible to have a similar composition.

【0029】図17に、図示のように一般的な2次元の
S−SEED配列においては、各S−SEEDに逆方向
の電圧を印加しなければならないので、S−SEEDの
間に金属線が位置していなければならないし、ワイヤボ
ンディングのために金属パッドを必要となる。
As shown in FIG. 17, in the general two-dimensional S-SEED array, since a reverse voltage must be applied to each S-SEED, a metal wire is formed between S-SEED. Must be located and requires metal pads for wire bonding.

【0030】このような2次元の配列の等価回路は、図
18に図示されている。すべてのS−SEEDが、電気
的に連結されている。
An equivalent circuit of such a two-dimensional array is shown in FIG. All S-SEEDs are electrically connected.

【0031】このような構図においては、一つのS−S
EEDでも電気的な短絡が示すようになると、両電極間
に願う逆方向の電圧が印加されることができないので、
全体の配列を使用することができない。
In such a composition, one S-S
When an electrical short circuit occurs even in EED, the desired reverse voltage cannot be applied between both electrodes.
You cannot use the entire array.

【0032】また、製作上の配列の数が、多数になる
と、p層接触のための金属線とn層の接触のための金属
線とが、相互に接触する危険が増加する。
Further, if the number of arrays in fabrication becomes large, the risk that the metal wire for contacting the p-layer and the metal wire for contacting the n-layer increase with each other.

【0033】このような構造のS−SEEDを、図17
に図示のように、2次元の配列によって製作する場合、
逆方向の電圧印加のための金属配線、素子連結のための
金属配線およびワイヤボンディングのための金属パッド
を包含しなければならないし、回路の構成時に外部電源
までの電線等が必要である。
The S-SEED having such a structure is shown in FIG.
As shown in Fig.2, when manufacturing with a two-dimensional array,
A metal wire for applying a reverse voltage, a metal wire for connecting elements, and a metal pad for wire bonding must be included, and an electric wire to an external power source is required when the circuit is constructed.

【0034】このような基板上の電線の配列と外部の電
線とは、電線間の相互に誘導作用、電磁場による相互の
干渉および漏話等を招来する。
The arrangement of the electric wires on the substrate and the external electric wires cause mutual induction between the electric wires, mutual interference due to an electromagnetic field, and crosstalk.

【0035】特に、S−SEEDの配列を形成する場合
には、電源と連結される各S−SEEDのカソードが、
すべての一つに連結されなければならないので(電源と
連結されるアノードの場合も同様である)。各S−SE
EDは電気的に分離されることができないようになる。
In particular, when forming an S-SEED array, the cathode of each S-SEED connected to the power source is
All must be tied to one (as well as the anode tied to the power supply). Each S-SE
The ED will not be able to be electrically isolated.

【0036】したがって2次元の配列を成すS−SEE
Dの数が増加されると、前記の問題点がもっと深刻にな
って、素子の歩留りが大幅に低下され、その集積度も低
下されてしまう。
Therefore, S-SEE forming a two-dimensional array
When the number of D is increased, the above problems become more serious, the yield of the device is significantly reduced, and the integration degree thereof is also reduced.

【0037】また、金属配線と電線は、SEEDおよび
S−SEEDの回路を形成するとき、寄生的な受動素子
の成分として作用するので、高速スイッチングにおいて
は不利な点をもつようになる。
Further, since the metal wiring and the electric wire act as parasitic passive element components when forming the SEED and S-SEED circuits, they have a disadvantage in high speed switching.

【0038】一般的な逆方向の電圧を必要とするS−S
EEDおよびS−SEED配列がもっている前記の問題
点は、外部から電圧の印加がなくても光の双安定の特性
を示し、光の論理回路の機能をすることができる素子で
あれば、解決することができる。
SS which requires a general reverse voltage
The above-mentioned problem that the EED and S-SEED arrays have is solved if it is an element that exhibits the characteristics of optical bistable even if no voltage is applied from the outside and can function as an optical logic circuit. can do.

【0039】図5は、一般的なS−SEED回路の光電
流Ipの負荷曲線を示している。
FIG. 5 shows a load curve of the photocurrent Ip of a general S-SEED circuit.

【0040】図5で、電圧Vは、図4に図示の一番目の
ダイオード(D1)に印加される電圧である。実線の曲
線と点線の曲線は、電圧(V)に対するダイオードD1
とD2の負荷曲線をそれぞれ示している。
In FIG. 5, the voltage V is the voltage applied to the first diode (D1) shown in FIG. The solid curve and the dotted curve are the diode D1 with respect to the voltage (V).
And the load curve of D2 are shown, respectively.

【0041】動作点Aの場合、ダイオードD1にはV≒
0の電圧が印加され、ダイオードD2にはVAP−V≒
VAPの電圧が印加される。
At the operating point A, the diode D1 has V≈
A voltage of 0 is applied, and VAP-V≈ is applied to the diode D2.
The voltage of VAP is applied.

【0042】反対に、動作点Bの場合は、D1にV≒V
APの電圧が印加され、ダイオードD2にはVAP−V
≒0の電圧が印加される。即ち、S−SEED回路は、
同一構造をもっている二つのPINダイオードが直列に
連結されているが、それぞれのSEEDに、相互に異な
る電圧が安定的に印加されるものである。
On the other hand, in the case of the operating point B, D≈V≈V
The voltage of AP is applied, and VAP-V is applied to the diode D2.
A voltage of ≈ 0 is applied. That is, the S-SEED circuit
Two PIN diodes having the same structure are connected in series, but different voltages are stably applied to each SEED.

【0043】であるから、S−SEEDを成す各素子の
真性領域に位置したMQWに、相互に異なる電界が印加
され、これにより各素子の光の吸収率が異なる。相互に
異なる光の吸収率は、各SEEDの反射率(透過形のS
EEDの場合は透過率)を異ならしめる。そして、吸収
された光によって生成される非線形の光電流の特性によ
って、S−SEED回路が正帰還の特性をもつので、S
−SEED回路は、図6に図示のような光の論理素子の
必要条件である光の双安定性をもつことができる。
Therefore, different electric fields are applied to the MQWs located in the intrinsic region of each element forming the S-SEED, whereby the absorptance of light of each element is different. The absorptance of different light is the reflectance of each SEED (transmission type S
In case of EED, the transmittance is different. Since the S-SEED circuit has a positive feedback characteristic due to the characteristic of the non-linear photocurrent generated by the absorbed light, the S-SEED circuit has a positive feedback characteristic.
The SEED circuit can have the optical bistability which is a requirement of the optical logic device as shown in FIG.

【0044】図6で、Rは、SEEDの光の反射率を示
しているものであり、Pinは、SEEDに入力される
入力光の強さ、ΔPは、S−SEEDからの光の安定
幅、Ronは、オン(ON)状態のときの反射率、Ro
ffは、オフ(OFF)状態のときの反射率、ΔRは、
光反射率の差(Ron-Roff)をそれぞれ示している。
In FIG. 6, R represents the reflectance of the light of SEED, Pin is the intensity of the input light input to SEED, and ΔP is the stable width of the light from S-SEED. , Ron is the reflectance in the ON state, Ro
ff is the reflectance in the off state, and ΔR is
The difference in light reflectance (Ron-Roff) is shown.

【0045】一般的なSEEDは、量子束縛効果(Quant
um Confined Stark Effect; 以下、‘QCSE’とい
う)を利用する素子である。
A general SEED is a quantum binding effect (Quant
um Confined Stark Effect; hereinafter referred to as “QCSE”).

【0046】ここで、QCSEとは、MQWの重い正孔
の励起子の吸収ピーク(heavy holeexciton absorption
peak)を、電界の印加により赤色遷移させて、MQWの
固定された動作波長からの光の吸収率を非線形的に減少
させ、これによる素子の光電流と反射率を非線形的に変
えるようにして、光学的なオン/オフ状態を変化させる
ことができるようにするものである。
Here, QCSE is the absorption peak of heavy hole exciton absorption of MQW.
peak) is changed to red by the application of an electric field to reduce the absorption rate of light from the fixed operating wavelength of MQW in a non-linear manner, thereby changing the photocurrent and reflectance of the device in a non-linear manner. The optical ON / OFF state can be changed.

【0047】このようなMQWの非線形の特性が、上で
説明したS−SEED回路の原理により、SEEDが光
の論理素子として使用されることができるようにしてや
る。
The non-linear characteristic of the MQW enables the SEED to be used as an optical logic element according to the principle of the S-SEED circuit described above.

【0048】図7は、このような量子束縛効果(QCS
E)を利用したSEEDによって構成されるS−SEE
D回路から、外部の印加電圧VAP=0であるときのS
−SEED回路の負荷曲線を示している。
FIG. 7 shows such a quantum binding effect (QCS).
S-SEE configured by SEED using E)
From the D circuit, S when the external applied voltage VAP = 0
-Shows the load curve of the SEED circuit.

【0049】図7からみるように、VAP=0であると
きは、二曲線の交叉点、即ちS−SEEDの動作点は、
Cの一つのところである。したがって、S−SEEDを
構成するそれぞれのSEEDは、入射光による光電流が
誘起されても、二つのダイオードには、恒常V=0の電
圧が印加され、二つのダイオードのすべては、図8に図
示のように、熱平衡の状態のエネルギーバンドを維持す
る。
As shown in FIG. 7, when VAP = 0, the intersection of the two curves, that is, the operating point of S-SEED,
It is one of the places of C. Therefore, in each SEED constituting the S-SEED, the voltage of constant V = 0 is constantly applied to the two diodes even if the photocurrent caused by the incident light is induced, and all of the two diodes are shown in FIG. As shown, the energy band in thermal equilibrium is maintained.

【0050】したがって、各SEEDの真性領域を成す
MQWには、PINダイオードによって生成される内在
電圧VBIによる電界のみが印加され、その電界は、2
つのダイオードで相互に同一であるので、VAP=0一
つのときは、光の双安定をもつことができない。
Therefore, only the electric field due to the internal voltage VBI generated by the PIN diode is applied to the MQW forming the intrinsic region of each SEED, and the electric field is 2
Since the two diodes are the same as each other, when VAP = 0, it is impossible to have optical bistable.

【0051】これは一般的なQCSEを利用したSEE
Dにおける障壁層の伝導帯のエネルギーと井戸層の伝導
帯のエネルギーの差異であるΔECが大きく、しかも、
真性領域のMQWの総ての厚さdが厚いので、真性領域
に分布した内在電圧による電界が小さいためである(図
8で、ECは伝導帯のエネルギーを示しており、EVは
価電帯のエネルギー、EFはフェルミのエネルギーをそ
れぞれ示す)。
This is SEE using general QCSE
ΔEC which is the difference between the energy of the conduction band of the barrier layer and the energy of the conduction band of the well layer in D is large, and
This is because the total thickness d of MQW in the intrinsic region is large, so that the electric field due to the internal voltage distributed in the intrinsic region is small (in FIG. 8, EC indicates the energy of the conduction band and EV indicates the valence band). , EF is the energy of Fermi respectively).

【0052】このような電界は、光吸収によって量子井
戸に生成された電子−正孔対が障壁層を通過してアノー
ド層とカソード層とに分離されるのに充分ではないの
で、例え光吸収率が電界の増加により減少しても、光電
流の最大値である点Dを逆方向の電圧(図7から右側、
即ち第1上限)から得てVAP=0であるときは、非線
形の光電流の特性の安定的な動作点が点C以外には許容
されない。
Such an electric field is not sufficient for the electron-hole pairs generated in the quantum well by light absorption to pass through the barrier layer and be separated into the anode layer and the cathode layer. Even if the rate decreases due to the increase of the electric field, the point D, which is the maximum value of the photocurrent, is applied to the voltage in the opposite direction (from the right side of FIG. 7,
That is, when VAP = 0 obtained from the first upper limit), a stable operating point of the characteristic of the nonlinear photocurrent is not allowed except for the point C.

【0053】図9は、SEED構造の真性領域を薄い多
重量子の井戸(Shallow MQW; 以下、‘SMQW’とい
う)の構造によって形成したときのS−SEED回路の
負荷曲線を示している。
FIG. 9 shows the load curve of the S-SEED circuit when the intrinsic region of the SEED structure is formed by the structure of thin multiple quantum wells (Shallow MQW; hereinafter referred to as'SMQW ').

【0054】図9で、VEは、VAP=0であるときの
薄い量子井戸(SMQW)からなったS−SEED回路
の動作点がEであるときに、ダイオードD1に印加され
る電圧を示しており、VFは、VAP=0であるときの
MQWからなったS−SEED回路の動作点がFである
ときに、ダイオードD1に印加される電圧を示してい
る。
In FIG. 9, VE represents the voltage applied to the diode D1 when the operating point of the S-SEED circuit composed of thin quantum wells (SMQW) when VAP = 0 is E. VF represents the voltage applied to the diode D1 when the operating point of the S-SEED circuit composed of MQW when VAP = 0 is F.

【0055】図10は、図9と同じ負荷特性をもつS−
SEED回路の熱平衡の状態のエネルギーバンドを図示
している。
FIG. 10 shows S- having the same load characteristics as FIG.
7 illustrates the energy band of the SEED circuit in thermal equilibrium.

【0056】図9は、図7とは異なり、VAP=0であ
る場合にも安定的な動作点EとFが存在する。これは、
S−SEEDを成す二つのSEED素子に、相互に異な
る電圧が印加されることができるということを意味す
る。これによってVAP=0であるときも光の双安定が
形成される。
Unlike FIG. 7, FIG. 9 has stable operating points E and F even when VAP = 0. this is,
This means that different voltages can be applied to the two SEED elements forming the S-SEED. This creates a light bistable even when VAP = 0.

【0057】これは図10からわかるように、SMQW
の井戸層と障壁層の伝導帯のエネルギーの差異が常温で
あるとき30meV以下に大変小さいので、低電圧の吸
収が行なわれないためである。即ち、SMQW構造のS
EEDは、PIN型のダイオードによって生成される内
在電圧のみによっても、電界によるイオン化が行なわれ
ることによって、フラットバンド(Flat Band)(電界=
0)または大変小さい電界が存在するときにのみ、束縛
可能な励起子レベル(level)が除去されて、動作波長
からの光吸収率を大幅に減少する。
As can be seen from FIG. 10, this is SMQW.
This is because the difference in energy between the conduction band of the well layer and the barrier layer is very small at 30 meV or less at room temperature, so that low voltage absorption is not performed. That is, S of SMQW structure
The EED has a flat band (electric field = electric field), which is ionized by an electric field only by an internal voltage generated by a PIN diode.
0) or only in the presence of a very small electric field, the bindable exciton level is removed, greatly reducing the optical absorption from the operating wavelength.

【0058】であるから、光電流の最大値(点G)は、
PIN型のダイオードにある程度の陽電圧が印加され
て、対称形のSMQWに大変小さい電界のみが存在する
とき(即ち、励起子を束縛することができて高い光吸収
率を維持しながらも生成された電子−正孔対をアノード
とカソードに容易に分離してたくさんの陽の光電流を生
成させることができるとき)得ることができる。したが
って、SMQWを利用したSEEDは、VAP=0であ
るときも光の双安定を維持することができる。
Therefore, the maximum value of the photocurrent (point G) is
When a positive voltage is applied to the PIN diode to some extent and only a very small electric field exists in the symmetrical SMQW (ie, excitons can be bound and generated while maintaining high optical absorption). Electron-hole pairs can be easily separated into the anode and the cathode to generate a large amount of positive photocurrent). Therefore, SEED using SMQW can maintain the bistability of light even when VAP = 0.

【0059】このように、外部からの電圧の印加なしに
作動される自己バイアス型のS−SEEDは、配列を形
成するとき、既存の外部の電圧が必要な場合とは異な
り、各S−SEEDが電気的に独立させる設計が可能で
あるため、高密度の集積が可能であり、歩留りを高める
ことができる。
As described above, the self-biased S-SEED that is operated without applying an external voltage is different from each S-SEED when forming an array, unlike the case where an existing external voltage is required. Since they can be designed to be electrically independent, high density integration is possible and the yield can be increased.

【0060】また、このようなS−SEEDは、外部電
圧の印加のための配線接続用のバッド、配列からバッド
までの長い金属線、配列から電力供給源までの電線等の
電気的な設置が必要のないので、電線間の相互誘導作用
がなく、電磁場による相互干渉と漏話を防止することが
できるばかりでなく、高速スイッチングのための特別な
素子設計が特別に必要でない等の長所をもつことができ
る。
In addition, such S-SEED has electrical connection such as a pad for wiring connection for applying an external voltage, a long metal wire from the array to the pad, and an electric wire from the array to the power supply source. Since it is not necessary, there is no mutual induction effect between electric wires, mutual interference and crosstalk due to electromagnetic fields can be prevented, and special element design for high-speed switching is not particularly required. You can

【0061】しかし、このようにSMQW構造を利用し
たSEEDであっても、たくさんの陽の光を吸収するた
めには、一般的なQCSEを利用したSEEDと同様
に、真性領域を成すMQW構造の総ての厚さdを1μm
程度に大きくしてやる必要がある。一番広く使用されて
いるAlGaAs/GaAsからなったPIN型のダイ
オードSEEDの構造を例として上げて説明する。
However, even in the SEED using the SMQW structure as described above, in order to absorb a large amount of the positive light, the MQW structure forming the intrinsic region is formed like the SEED using the general QCSE. All thickness d is 1 μm
It is necessary to make it large. The structure of the PIN diode SEED made of AlGaAs / GaAs, which is the most widely used, will be described as an example.

【0062】VB1≒1.5Volts 、図9の動作点がE
であるとき、ダイオードD1に印加される電圧VE=
0.9Volts 、d=1.0μmと仮定したらダイオード
D1とD2とにはそれぞれVBI−VE=0.6Volts
とVB1+VE=2.4Voltsの電圧による電界6.0
×103V/cmと2.4×104V/cmがそれぞれ
形成される。
VB1≈1.5 Volts, the operating point in FIG. 9 is E
, The voltage applied to the diode D1 is VE =
Assuming that 0.9 Volts and d = 1.0 μm, VBI-VE = 0.6 Volts is respectively applied to the diodes D1 and D2.
And an electric field of 6.0 due to a voltage of VB1 + VE = 2.4 Volts
X 103 V / cm and 2.4 x 104 V / cm are formed, respectively.

【0063】この程度の電界差異は、VAP=0からS
MQW構造S−SEEDからの光の双安定の測定が可能
な値であるが、その大きさが充分でないので、反射率の
差異ΔR=Ron−Roffの値が小さく、光システム
における実用可能性が希薄である。
The electric field difference of this degree is from VAP = 0 to S.
It is a value that can measure the bistability of light from the MQW structure S-SEED, but since the magnitude is not sufficient, the difference in reflectance ΔR = Ron-Roff is small, which makes it practically applicable in optical systems. It is thin.

【0064】以上で説明したように、外部電圧の印加の
なしであっても光の双安定をもつことができる自己バイ
アス型のS−SEEDとしては、薄い多重量子の井戸
(SMQW)を利用した構造と、非対称の量子の井戸を
利用した構造が知られている。
As described above, a thin multiquantum well (SMQW) is used as a self-biased S-SEED that can maintain optical bistability even when an external voltage is not applied. A structure and a structure using an asymmetric quantum well are known.

【0065】これらを利用した既存のPIN型のダイオ
ードSEED構造は、量子束縛効果(QCSE)を利用
した一般的なSEED構造とあまり異なる点がない。即
ち、たくさんの陽の光を吸収するために、真性領域を成
す多重量子の井戸(MQW)の総厚さを、厚くする必要
があったのである。
An existing PIN type diode SEED structure using these is not much different from a general SEED structure using the quantum constraint effect (QCSE). That is, in order to absorb a lot of positive light, it was necessary to increase the total thickness of the multiple quantum wells (MQW) forming the intrinsic region.

【0066】であるから、自己バイアス型のS−SEE
Dを可能にするPIN型のダイオードの内在電圧による
内在電界が小さいので、光の双安定のための反射率の変
化と光の双安定の幅が、実質的な光システムに使用する
ことには充分でない欠点があった。
Therefore, the self-biased S-SEE
Since the internal electric field due to the internal voltage of the PIN diode that enables D is small, the change in the reflectance for the optical bistable and the width of the optical bistable is not suitable for practical optical systems. There was a flaw that was not enough.

【0067】既存の外部電圧の印加がなくとも光の双安
定を図ることができる無電圧の光の双安定の対称形のシ
ード(NOBS)としては、MQWとして薄い量子井戸
(Extremely Shallow Quantum Well:以下,“ESQ
W”という)、非対称の量子井戸(Asymmetric Coupled
Quantum Well :以下、“ACQW”という)、緊張さ
れたMQW(Strained MQW:以下、“SMQW”いう)
等を利用した構造、非対称のファブリーペロ(asymmetr
ic Fabry-Perot) の共鳴構造と薄い多重量子の井戸(E
SQW)を結合したS−SEED、および、非対称のフ
ァブリーペロの共鳴構造と非対称の量子井戸(asymmetr
ic coupled quantum well :以下、“ACQW”とい
う)の構造を結合したS−SEEDが知られている。
As a symmetric bi-stable seed (NOBS) of light without voltage capable of achieving light bistability without applying an existing external voltage, an MQW thin quantum well (Extremely Shallow Quantum Well: Below, "ESQ
W ”, asymmetric quantum well (Asymmetric Coupled)
Quantum Well: hereinafter referred to as "ACQW"), strained MQW (Strained MQW: hereinafter referred to as "SMQW")
, Asymmetric Fabry-Perot (asymmetr
ic Fabry-Perot) resonance structure and thin multiple quantum well (E
SQS) coupled S-SEED, and asymmetric Fabry-Perot resonance structure and asymmetric quantum well (asymmetr)
ic coupled quantum well (hereinafter referred to as "ACQW") is known as an S-SEED.

【0068】しかし、これらを既存の一般的な反射形の
SEED構造に適用する場合には、即ちたくさんの陽の
光吸収のために真性領域を成すMQWの総ての厚さを1
μm程度に大きくした場合には、無電圧の光の双安定の
特性が大変小さいという欠点が発生される。これはNO
BSを可能にするPINダイオードの内在電圧による内
在電界が、一般的な1μmの真性領域の厚さをもつSE
ED構造においては小さいためである。
However, when these are applied to the existing general reflection-type SEED structure, that is, the total thickness of the MQW forming the intrinsic region is 1 because of the large amount of positive light absorption.
If it is increased to about μm, the bistable characteristic of voltageless light is very small. This is NO
The intrinsic electric field due to the intrinsic voltage of the PIN diode that enables the BS is SE with a typical intrinsic region thickness of 1 μm.
This is because the ED structure is small.

【0069】このようなNOBSの問題点を解決し、特
にオン/オフの強度比(ON/OFF Contrast Ratio :以
下、“CR”という)を増加させるために提示された方
法としては、光の入力抵抗が一致されたAFPの共鳴構
造を利用しているものが提示されたこともある。これ
は、MQWの光の吸収程度を考慮するとき、光の入力抵
抗が一致されたAFPの共鳴構造を構成するために、必
要な光吸収の量子井戸の総ての厚さを減らした一般的な
構造より設定されている内在電圧に対する内在電界を大
幅に増加させることができるためである。
As a method presented in order to solve such a problem of NOBS, and in particular to increase the ON / OFF intensity ratio (ON / OFF Contrast Ratio: hereinafter, referred to as “CR”), a light input is used. There has also been proposed that utilizes the resonance structure of AFP with matched resistance. This is because when the MQW light absorption degree is taken into consideration, it is common to reduce the total thickness of the quantum wells for light absorption necessary to form the AFP resonance structure in which the light input resistances are matched. This is because the internal electric field with respect to the internal voltage set by such a structure can be significantly increased.

【0070】しかし、オフ状態の反射率をゼロ(zer
o)にする光の入力抵抗が、一致されたAFPを使用す
る場合には、CRが大変大きい(理論的には無限大であ
る)という長所があるが、オン状態とオフ状態の反射率
の差異(ΔR)と、光の双安定の幅(ΔP)とが相対的
に小さいという短所がある。
However, the off-state reflectance is set to zero (zer
When using AFPs whose light input resistances are matched to each other, the CR is very large (theoretically infinite), but the reflectance in the ON state and the reflectance in the OFF state are different from each other. There is a disadvantage that the difference (ΔR) and the width of the bistable light (ΔP) are relatively small.

【0071】図11は、よく知られている反射形のSE
ED構造の一つの例を示している。
FIG. 11 shows the well-known reflection type SE.
An example of an ED structure is shown.

【0072】この構造においては、基板11の上に、光
学の厚さが、MQWの励起子の動作波長が1/4になる
大きな屈折率をもつ第1のλ/4n反射層12と、小さ
い屈折率をもつ第2のλ/4n反射層13とを周期的に
成長させた下部の反射層を設け、その上に、MQWを真
性領域にするPINダイオードが形成されている。一般
的に、最上位の層に、反射防止の処理をして、素子の光
の吸収効率を増加させるようになっている。PINダイ
オードの形成における、層14をn−層に、層18をp
−層に形成してもよいし、反対に層14をp−層に、層
18をn−層に形成してもよい。
In this structure, the optical thickness of the substrate 11 is small, and the optical thickness of the first λ / 4n reflecting layer 12 is large, which has a large refractive index such that the operating wavelength of the excitons of the MQW is 1/4. A second λ / 4n reflective layer 13 having a refractive index and a lower reflective layer which is periodically grown are provided, and a PIN diode having MQW as an intrinsic region is formed thereon. Generally, the uppermost layer is subjected to antireflection treatment to increase the light absorption efficiency of the device. In forming the PIN diode, the layer 14 is an n-layer and the layer 18 is a p-layer.
Layer 14 may be formed as a p-layer, and layer 14 may be formed as an n-layer.

【0073】量子井戸層を除外したp−層、n−層、障
壁層、緩衝層、反射層はすべて動作波長に対して光吸収
のない物質でなければならない。
The p-layer, the n-layer, the barrier layer, the buffer layer, and the reflective layer excluding the quantum well layer must all be materials that do not absorb light at the operating wavelength.

【0074】一方、図12のようにQWLを上部に積層
して上部の反射層を形成し、下部の反射層から上部の反
射層までの厚さ(L)を光学の距離が動作波長の1/4
の定数倍になるように調節すると、AFPのモードと励
起子の共鳴波長が一致されるAFP構造を成すことにな
る。このとき、上部の反射層のためのQWLを積層させ
なくても空気/半導体の界面による上部の反射の反射率
(Rf)が0.32であるAFP構造を得ることが可能
である。
On the other hand, as shown in FIG. 12, the QWL is laminated on the upper portion to form the upper reflecting layer, and the thickness (L) from the lower reflecting layer to the upper reflecting layer is determined by setting the optical distance to the operating wavelength of 1 / 4
When adjusted so as to be a constant multiple of, an AFP structure is formed in which the resonant wavelength of the excitons and the AFP mode are matched. At this time, it is possible to obtain an AFP structure in which the reflectance (Rf) of the upper reflection by the air / semiconductor interface is 0.32 without stacking the QWL for the upper reflection layer.

【0075】図13は、前記の反射形のSEEDのMQ
Wの光の吸収計数(α)と光の吸収層の総ての厚さ
(D)の自乗による反射率の一つの例を示しているもの
で、反射防止層が満たされた一般的な反射形のSEED
の構造、上部の反射の反射率(Rf)がそれぞれ0.3
2、0.5であるAFP−SEEDの構造に関するもの
である。
FIG. 13 shows the above-mentioned reflective SEED MQ.
One example of the reflectance by the square of the light absorption coefficient (α) of W and the total thickness (D) of the light absorbing layer is shown, and a general reflection in which an antireflection layer is filled is shown. Shape SEED
Structure, the reflectance (Rf) of the upper reflection is 0.3, respectively.
It relates to the structure of AFP-SEED which is 2, 0.5.

【0076】図13で、A1とA2はそれぞれRf=
0.32であるAFP−SEEDとRf=0.5である
AFP−SEEDの光の入力抵抗の一致の条件を満足す
るαDの値を表示している。
In FIG. 13, A1 and A2 are Rf =
The value of αD that satisfies the condition of matching the optical input resistances of AFP-SEED of 0.32 and AFP-SEED of Rf = 0.5 is displayed.

【0077】MQWの光の吸収計数(α)は、MQWの
構造によって決定されるので、一般的に、図14に示し
ているように、MQWの励起子の共鳴波長から電界の増
加により減少する。
Since the absorption coefficient (α) of light of MQW is determined by the structure of MQW, it generally decreases as the electric field increases from the resonant wavelength of excitons of MQW, as shown in FIG. .

【0078】であるから、電界の増加によるαの減少
は、図13からみるように反射率(R)の増加を誘導し
てノーマルオフ、即ち電界の増加により反射率が増加す
る条件を満足するようになって光の双安定の特性をもつ
ようになる。
Therefore, the decrease of α due to the increase of the electric field satisfies the condition that the reflectivity (R) increases as shown in FIG. 13 and is normally off, that is, the reflectivity increases as the electric field increases. As a result, it comes to have the bistable characteristic of light.

【0079】このようなノーマルオフ条件は、AFP−
SEEDの場合、図13から光の入力抵抗の一致を満足
する支点A1とA2の左側の領域から可能である。
Such a normal-off condition is AFP-
In the case of SEED, it is possible from the area on the left side of the fulcrums A1 and A2 that satisfy the agreement of the input resistance of light from FIG.

【0080】その一つの例として、反射防止層が満たさ
れたSEEDとRf=3.2であるAFP−SEEDの
αoff(オフ状態のα)とDの二乗に対するオン状態
とオフ状態の反射率の比率(または、オン/オフ強度
比)(CR)と差異(ΔR)をαon/αoffの値が
0.35である場合を考慮して、それぞれ図15および
図16は示している。
As one example thereof, SEED filled with an antireflection layer and αoff (α in the off state) of AFP-SEED with Rf = 3.2 and the reflectance of the on state and the off state with respect to the square of D FIGS. 15 and 16 show the ratio (or on / off intensity ratio) (CR) and the difference (ΔR) in consideration of the case where the value of αon / αoff is 0.35.

【0081】図15および図16から、点A1は、抵抗
一致のAFP−SEED、点B1は、抵抗不一致のAF
P−SEEDをそれぞれ示している。
From FIG. 15 and FIG. 16, point A1 is AFP-SEED where the resistances match, and point B1 is AF where the resistances do not match.
P-SEED is shown respectively.

【0082】AFP−SEEDにおける、光の入力抵抗
が一致された条件を満足する点A1からは図15からみ
るようにCRの値が大変大きいが、図16のΔR値は
0.2以下に小さい値になる。
From the point A1 in AFP-SEED which satisfies the condition that the light input resistances are matched, the CR value is very large as seen from FIG. 15, but the ΔR value in FIG. 16 is as small as 0.2 or less. It becomes a value.

【0083】一方、光の入力抵抗の不一致の条件を満足
する点B1からは、オン/オフ強度比(CR)の値は1
0程度に充分な値を維持すると反射率の差異(ΔR)の
値を0.3程度に維持することができる。特に、NOB
Sにおいては外部の印加電圧のなしに内在電圧によって
のみαの値を変化させているので、αon/αoffの
値が0.35より小さくなるので、ΔRの値が相対的に
小さくなり、CRの値を必要な最小値を維持し、ΔRの
値を極大化させることがもっと必要になる。
On the other hand, the value of the on / off intensity ratio (CR) is 1 from the point B1 which satisfies the condition of the mismatch of the light input resistances.
If a sufficient value is maintained at about 0, the reflectance difference (ΔR) value can be maintained at about 0.3. Especially NOB
In S, since the value of α is changed only by the internal voltage without an externally applied voltage, the value of αon / αoff becomes smaller than 0.35, so the value of ΔR becomes relatively small, and CR It is more necessary to maintain the required minimum value and maximize the value of ΔR.

【0084】このような光の入力抵抗が不一致されたA
FP−SEEDは、フェイズマッチング(phase-matchi
ng)、即ちAFPのモードと励起子の共鳴波長が一致さ
れる。条件を満足するLの厚さを維持し、MQWの周期
数を減少させて容易に具現することができる。
When the light input resistances are not matched with each other, A
FP-SEED is a phase-matching
ng), that is, the mode of AFP and the resonant wavelength of excitons are matched. The thickness of L satisfying the conditions can be maintained, and the number of periods of MQW can be reduced to be easily realized.

【0085】[0085]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、外部電圧の
印加がなくとも光の双安定性を大幅に増加させることに
より、逆方向の電圧を必要とする光論理素子がもつ問題
点を除去すると同時に、光システムにおいて実用化が可
能な、自己バイアス型のS−SEED光の論理素子を提
供することにその主な目的がある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention eliminates the problems associated with optical logic devices that require reverse voltage by significantly increasing the bistability of light without the application of an external voltage. At the same time, its main purpose is to provide a self-biased S-SEED optical logic element that can be put to practical use in an optical system.

【0086】本発明の他の目的は、外部電圧の印加がな
くとも光の双安定性を大幅に増加さることにより、一般
的な逆方向の電圧を必要とする光論理素子がもつ問題点
を除去することができる非対称のファブリーペローの薄
い量子井戸シード(AFPESQWS−SEED)、ま
たは、非対称のファブリーペローの非対称の量子井戸シ
ード(AFPACQWS−SEED)等の、無電圧の光
の双安定の論理素子の製造を、簡潔でしかも効率的に行
うことができる素子の構成(lay-out)を提供することに
ある。
Another object of the present invention is to increase the bistability of light significantly without applying an external voltage, and thereby to solve the problems of general optical logic elements which require reverse voltage. An asymmetric Fabry-Perot thin quantum well seed (AFPESQWS-SEED) or an asymmetric Fabry-Perot asymmetric quantum well seed (AFPACQWS-SEED) that can be eliminated. Is to provide a device layout (lay-out) capable of being manufactured simply and efficiently.

【0087】本発明のさらに他の目的は、光双安定論理
素子の各ダイオード間の電気的な連結を簡素にして素子
の集積度を高めるため構成を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a structure for simplifying the electrical connection between the respective diodes of the optical bistable logic element and increasing the degree of integration of the element.

【0088】本発明のさらに他の目的は、外部電圧の印
加がなくとも動作する無電圧の光の双安定の論理素子の
電気的な分離を可能にして、全体の2次元の配列の中
で、一部分に欠陥が発生しても残余のS−SEED素子
には影響が及ばない、一部の欠陥に無関係な2次元の配
列のNOBS(Nonbiased Optical Bistable S−SE
ED)の構造を提供することにある。
Still another object of the present invention is to enable the electrical isolation of voltageless light bistable logic elements that operate without the application of an external voltage so that in the overall two-dimensional array. Even if a defect occurs in a part, the remaining S-SEED element is not affected, and a two-dimensional array of NOBS (Nonbiased Optical Bistable S-SE) irrelevant to the part of the defect.
ED) structure.

【0089】本発明のさらに他の目的は、外部電圧の印
加がなくとも光の双安定特性を大幅に増加させることが
できるAFP共鳴の構造を利用したNOBSの製造にお
けるCRを適切に維持しながらΔRとΔを極大化させる
構造を提供するものである。
Still another object of the present invention is to appropriately maintain CR in the production of NOBS utilizing the structure of AFP resonance which can significantly increase the bistable characteristics of light without applying an external voltage. A structure for maximizing ΔR and Δ is provided.

【0090】[0090]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の第一の態様によれば、SEED(Selr Electr
o-optic Effective Device) の光の論理素子において、
半絶縁のGaAsの基板と、前記基板上に所定の厚さに
成長され所定の屈折率(n)をもつ第1反射層と、この
第1反射層の上に所定の厚さに成長され、前記第1反射
層の屈折率と相異なる屈折率をもつ第2反射層とからな
る反射層が、少なくとも12周期以上に反復的に形成さ
れた下部反射層と、前記下部反射層上に所定の厚さに成
長される第1電極接触層と、前記第1電極接触層上に成
長される第1緩衝層と、前記第1緩衝層上に、障壁層お
よび薄い量子井戸層が所定の周期に成長される薄い多重
量子の井戸層と、前記薄い多重量子の井戸層上に成長さ
れる第2緩衝層と、前記第2緩衝層上に成長される第2
電極接触層とを包含する無電圧の光の双安定の論理素子
が提供される。
According to the first aspect of the present invention to achieve the above object, SEED (Selr Electr
In the optical element of (o-optic Effective Device),
A semi-insulating GaAs substrate, a first reflective layer grown to a predetermined thickness on the substrate and having a predetermined refractive index (n), and grown to a predetermined thickness on the first reflective layer, A lower reflective layer having a second reflective layer having a refractive index different from that of the first reflective layer, the lower reflective layer being repeatedly formed for at least 12 cycles, and a predetermined reflective layer on the lower reflective layer. A first electrode contact layer grown to a thickness, a first buffer layer grown on the first electrode contact layer, a barrier layer and a thin quantum well layer on the first buffer layer in a predetermined cycle. A thin multi-quantum well layer to be grown, a second buffer layer grown on the thin multi-quantum well layer, and a second buffer layer grown on the second buffer layer.
A voltageless light bistable logic element including an electrode contact layer is provided.

【0091】前記薄い多重量子の井戸層は、障壁層と薄
い量子の井戸層とを36周期に成長させたものであるこ
とができる。
The thin multi-quantum well layer may be formed by growing a barrier layer and a thin quantum well layer in 36 periods.

【0092】前記第1反射層の屈折率は、前記第2反射
層の屈折率より相対的に小さくすることができる。
The refractive index of the first reflective layer can be made relatively smaller than that of the second reflective layer.

【0093】また、前記第1反射層の屈折率は、前記第
2反射層の屈折率より相対的に大きくすることも可能で
ある。
Further, the refractive index of the first reflective layer can be made relatively higher than that of the second reflective layer.

【0094】前記第1電極の接触層は、P+のアノード
接触層であり、前記第2電極接触層は、N+のカソード
接触層であることができる。
The contact layer of the first electrode may be a P + anode contact layer, and the second electrode contact layer may be an N + cathode contact layer.

【0095】また、前記第1電極接触層は、N+のカソ
ード接触層であり、前記第2電極接触層は、P+アノー
ド接触層であることも可能である。
The first electrode contact layer may be an N + cathode contact layer, and the second electrode contact layer may be a P + anode contact layer.

【0096】前記第1反射層は、ドーピングされていな
いAlAsからなり、前記第2反射層は、ドーピングさ
れていないAlxGal-xAs(0.10.3)か
らなるものであることができる。
The first reflective layer is made of undoped AlAs, and the second reflective layer is made of undoped Al x Gal x As (0.1 < x < 0.3). be able to.

【0097】また、上記目的を達成するために、本発明
の第二の態様によれば、SEED(Self Electro-optic
Effective Device) の光の論理素子を製造する方法にお
いて、半絶縁のGaAsの基板上に、所定の屈折率
(n)をもつAlAsからなる第1λ/4n反射層(こ
こで、λは光の波長)を72.1nm程度の厚さに成長
させ、相対的に高い屈折率をもっているAlxGal-x
s(0.10.3)からなる第2λ/4n反射層
を60.7nm程度の厚さに成長させ、前記第1λ/4
n反射層と前記第2λ/4n反射層とを12周期以上に
形成することによって下部反射層を形成する工程と、前
記下部反射層上に、N+型のAlxGal-xAs(0.1
0.3)を500nm程度の厚さに成長させてカ
ソード接触層を形成する工程と、前記カソード接触層上
に、ドーピングされていないAlxGal-xAs(0.1
0.3)を20nm程度の厚さに成長させて第1
緩衝層を形成する工程と、前記第1緩衝層上に、障壁層
として6nm程度の厚さのAlxGal-xAs(0.1
0.4)層と井戸層として10nm程度の厚さのド
ーピングされていないGaAs層を順次に成長させ、前
記障壁層および前記井戸層を36周期に成長させて薄い
多重量子の井戸層(SMQW)を形成する工程と、前記
薄い多重量子の井戸層上に、20nm程度の厚さにドー
ピングされていないAlxGal-xAs(0.1
0.3)を成長させて第2緩衝層を形成する工程と、前
記第2緩衝層上に、506.7nm程度の厚さにP+
のAlxGal-xAs(0.1<x<0.3)を成長させ
てアノード接触層を形成する工程とを包含する無電圧の
光の双安定の論理素子の製造方法が提供される。
In order to achieve the above object, the present invention
According to the second aspect of SEED (Self Electro-optic
Effective Device) method of manufacturing optical logic elements
A semi-insulating GaAs substrate with a predetermined refractive index
The first λ / 4n reflective layer (this
Here, λ is the wavelength of light) and is grown to a thickness of about 72.1 nm.
Al having a relatively high refractive indexxGalxA
s (0.1<x<0.3) second λ / 4n reflective layer
Is grown to a thickness of about 60.7 nm, and the first λ / 4
The n reflection layer and the second λ / 4n reflection layer have 12 periods or more.
Forming a lower reflective layer by forming
On the lower reflective layer, N+Type of AlxGalxAs (0.1
<x<0.3) to a thickness of about 500 nm and
Forming a sword contact layer on the cathode contact layer
Undoped AlxGalxAs (0.1
<x<0.3) is grown to a thickness of about 20 nm and the first
Forming a buffer layer, and a barrier layer on the first buffer layer
With a thickness of about 6 nmxGalxAs (0.1<
x<0.4) layer and well layer with a thickness of about 10 nm
Ungrown GaAs layers are grown sequentially and
The barrier layer and the well layer are grown for 36 periods to be thin.
Forming a multi-quantum well layer (SMQW);
On the thin multi-quantum well layer, the thickness is about 20 nm.
Unpinged AlxGalxAs (0.1<x<
0.3) to form a second buffer layer, and
On the second buffer layer, a P layer having a thickness of about 506.7 nm is formed.+Type
AlxGalxGrow As (0.1 <x <0.3)
Forming an anode contact layer with
A method of making an optical bistable logic device is provided.

【0098】さらに、上記目的を達成するために、本発
明の第三の態様によれば、第一の態様の論理素子を2次
元に配列した構造が提供される。
Further, in order to achieve the above object, according to the third aspect of the present invention, there is provided a structure in which the logic elements of the first aspect are two-dimensionally arranged.

【0099】上記目的を達成するために、本発明の第四
の態様によれば、n−接触層、p−接触層、および、光
の入出力窓をそれぞれ有し量子井戸の領域を真性層とす
る第1、第2PINダイオードを直列に連結して、前記
量子井戸の領域からの光吸収を前記PINダイオードか
ら発生した光電流により変えるようにした光の双安定の
論理素子において、前記第1PINダイオードの前記接
触層と前記第2PINダイオードの前記接触層とを直接
に連結した無電圧の光の双安定の論理素子が提供され
る。
In order to achieve the above object, according to the fourth aspect of the present invention, an n-contact layer, a p-contact layer, and a quantum well region each having an input / output window for light are provided as an intrinsic layer. In the optical bistable logic element, the first and second PIN diodes are connected in series, and the light absorption from the quantum well region is changed by the photocurrent generated from the PIN diode. A voltageless light bistable logic element is provided that directly connects the contact layer of the diode and the contact layer of the second PIN diode.

【0100】前記第1PINダイオードのn−接触層、
光の入出力窓、p−接触層と、前記第2PINダイオー
ドのn−接触層、光の入出力窓、p−接触層とは、前記
論理素子を上からみたとき前記記載の順序のとおりに水
平の方向に一直線上に配列されており、前記第1PIN
ダイオードのn−接触層と前記第2PINダイオードの
p−接触層、前記第1PINダイオードのp−接触層と
前記第2PINダイオードのn−接触層は、それぞれ金
属配線によって連結されていることができる。
An n-contact layer of the first PIN diode,
The light input / output window, the p-contact layer, the n-contact layer of the second PIN diode, the light input / output window, and the p-contact layer are in the order described above when the logic element is viewed from above. The first PINs are arranged in a straight line in the horizontal direction.
The n-contact layer of the diode and the p-contact layer of the second PIN diode, and the p-contact layer of the first PIN diode and the n-contact layer of the second PIN diode may be connected by metal wiring.

【0101】前記第1PINダイオードと前記第2PI
Nダイオードとは並列に配置されているが、前記第1P
INダイオードのn−接触層のすぐ側の右側の側に所定
の距離を置いて前記第2PINダイオードのp−接触層
が位置し、前記第1、第2PINダイオードの光の入出
力窓は、並列の光信号の処理を容易にするために同一の
直線上に位置し、前記第1PINダイオードのp−接触
層のすぐ側に前記所定の距離を置いて前記第2PINダ
イオードのn−接触層が位置されるように配置されてお
り、前記第1PINダイオードのn−接触層と前記第2
PINダイオードのp−接触層、前記第1PINダイオ
ードのp−接触層と前記第2PINダイオードのn−接
触層は、それぞれ金属配線によって連結されていること
もできる。
The first PIN diode and the second PI
Although it is arranged in parallel with the N diode,
The p-contact layer of the second PIN diode is located at a predetermined distance on the right side of the n-contact layer of the IN diode, and the light input / output windows of the first and second PIN diodes are parallel to each other. The n-contact layer of the second PIN diode is located on the same straight line for facilitating the processing of the optical signal of the second PIN diode, and is located at a predetermined distance from the p-contact layer of the first PIN diode. And the n-contact layer of the first PIN diode and the second PIN diode.
The p-contact layer of the PIN diode, the p-contact layer of the first PIN diode and the n-contact layer of the second PIN diode may be connected to each other by metal wiring.

【0102】上記目的を達成するために、本発明の第五
の態様によれば、真性領域として多重量子井戸(MQ
W)と、前記多重量子井戸の励起子の共鳴波長に対して
相互に異なる反射率の上部の反射層と下部の反射層とを
もっており、共振器長が、励起子の共鳴波長と一致する
非対称形のファブリーペロー(AFP)の構造の光の双
安定の論理素子(SEED)において、光の入力抵抗が
一致された非対称形のファブリーペローの光の双安定の
論理素子(AFP−SEED)の多重量子井戸(MQ
W)の周期数より相対的に小さい周期数の多重量子の井
戸をもつことによって、光の吸収層の総ての厚さ(D)
が減少させた構造の光の入力の抵抗が不一致された無電
圧の光の双安定の論理素子が提供される。
In order to achieve the above object, according to the fifth aspect of the present invention, a multiple quantum well (MQ) is used as an intrinsic region.
W) and an upper reflecting layer and a lower reflecting layer having reflectances different from each other with respect to the resonant wavelength of the excitons of the multiple quantum well, and the resonator length is asymmetrical with the resonant wavelength of the excitons. Bistable logic element (SEED) having a Fabry-Perot (AFP) structure, the asymmetric Fabry-Perot optical bistable logic element (AFP-SEED) having multiple input resistances is matched. Quantum well (MQ
By having multiple quantum wells with a period number relatively smaller than that of W), the total thickness (D) of the light absorption layer is
A voltage-free optical bistable logic element having a mismatched resistance of the optical input is provided.

【0103】[0103]

【実施例】図19は、本発明による外部電圧の印加なし
に光の双安定を示すシード素子(NOBS)の回路図で
ある。
FIG. 19 is a circuit diagram of a seed element (NOBS) showing bistable light without applying an external voltage according to the present invention.

【0104】本発明によるNOBSの製造過程は、一般
的なS−SEEDと殆んど同じであるが、本発明のS−
SEEDは、無電圧の光の双安定素子(Nobiased Optic
al Bistable devics)であるので、従来の回路(図3)
のように外部の印加電圧が必要でない。したがって、図
1および図2とは異なり、金属パッド5が必要でない。
The manufacturing process of NOBS according to the present invention is almost the same as the general S-SEED, but the S-SEED of the present invention is used.
SEED is a bistable element of no voltage light (Nobiased Optic
al Bistable devics), so the conventional circuit (Fig. 3)
No external applied voltage is required. Therefore, unlike FIGS. 1 and 2, the metal pad 5 is not required.

【0105】図20および図21は、本発明による構造
をもっている無電圧の光の双安定シードの構成を示して
いる平面図であり。図20は、一般的なS−SEED構
造と同一のダイオードD1,D2が並列に位置した配列
の構図を示しており、図21は一般的なPINダイオー
ドの配列とは異なり、各ダイオードが、反対の方向に配
置された構図を示している。
20 and 21 are plan views showing the structure of a bistable seed of voltageless light having a structure according to the present invention. FIG. 20 shows the composition of an array in which the same diodes D1 and D2 as in a general S-SEED structure are arranged in parallel, and FIG. 21 differs from the general PIN diode array in that each diode is opposite. The composition is arranged in the direction of.

【0106】図20および図21における、図1および
図2に図示の構成要素と同一、または、それに対応の構
成要素は、図1および図2と同一の符号によって表示さ
れている。
20 and 21, the same or corresponding components as those shown in FIGS. 1 and 2 are indicated by the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2.

【0107】図21をみると、図面上で、左側のD1
は、上側にn−層、下側にp−層が位置し、右側のD2
は、上側にp−層、下側にn−層が位置して、D1のp
層とn層がそれぞれD2のn層とp層に容易に連結され
るように位置している。
Referring to FIG. 21, D1 on the left side of the drawing
Has an n-layer on the upper side and a p-layer on the lower side.
Has a p-layer on the upper side and an n-layer on the lower side.
The layer and the n-layer are located so as to be easily connected to the n-layer and the p-layer of D2, respectively.

【0108】反対に、左側のD1上側にp層を、下側に
n層を位置させ、右側のD2の上側にn層を、下側にp
層を位置させることも可能である。このとき、各ダイオ
ードの窓6(Optical window)は、並列の光信号処理を
容易に遂行するために水平に一直線上に位置されていな
ければならない。
On the contrary, the p layer is located on the upper side of D1 on the left side, the n layer is located on the lower side, the n layer is located on the upper side of D2 on the right side, and the p layer is located on the lower side.
It is also possible to position the layers. At this time, the windows 6 (optical windows) of the respective diodes must be horizontally aligned in order to easily perform parallel optical signal processing.

【0109】このような配置によって、図1に示した下
部の反射層までの電気的な分離のために湿式蝕刻された
部分8は、水平線上に位置しないようになる。このよう
にすると、各ダイオードD1,D2の連結のための金属
4の長さとS−SEEDを成す面積を最小化することが
できる。
With such an arrangement, the wet-etched portion 8 for electrical separation up to the lower reflection layer shown in FIG. 1 is not located on the horizontal line. In this way, the length of the metal 4 for connecting the diodes D1 and D2 and the area forming S-SEED can be minimized.

【0110】図22と図23は、本発明が提示するNO
BSを2次元に配列した構成の一例を図示している。
22 and 23 show NO presented by the present invention.
The figure shows an example of a configuration in which BSs are two-dimensionally arranged.

【0111】図22は、図20のNOBSを2次元に配
列した構成を示しているものであり、図23は、図21
のNOBSを2次元に配列した構成である。
22 shows a configuration in which the NOBSs of FIG. 20 are two-dimensionally arranged, and FIG. 23 shows FIG.
This is a configuration in which the NOBSs of 2 are arranged two-dimensionally.

【0112】図24の等価回路からわかるように、従来
の技術(図17,図18)とは異なり、各NOBSの相
互間に電気的に完全に分離されていることが分る。
As can be seen from the equivalent circuit of FIG. 24, unlike the conventional technique (FIGS. 17 and 18), it can be seen that the NOBSs are electrically completely separated from each other.

【0113】したがって、2次元の配列を成すNOBS
の中に、短絡したNOBSが発生しても、一緒に2次元
の配列を成す他のNOBSには全く影響を及ばない。
Therefore, NOBS forming a two-dimensional array
Even if a short-circuited NOBS occurs, it has no effect on other NOBSs that form a two-dimensional array together.

【0114】したがって、本発明が提示するNOBSの
構成を用いて、並列の光信号処理のを行う装置を構成し
た場合には、一部の欠陥に対して補完的な光信号処理装
置を構成することが可能である。
Therefore, when an apparatus for performing parallel optical signal processing is constructed by using the NOBS configuration presented by the present invention, an optical signal processing apparatus complementary to some defects is constructed. It is possible.

【0115】また、本発明が提案するNOBSの構図に
よる2次元の配列は、一般的なS−SEED配列(図1
7)とは異なり、素子間の外部の電圧印加のための金属
線が必要ないので、集積度を増加させることができるば
かりでなく、素子間の金属線が極小化される。これによ
り、半導体基板上で誘起される寄生的な受動要素(抵
抗、インダクタンス、キャパシタンス)を減少させるこ
とができる。これは、特に図21の一例の構図を利用す
ると、さらに減少させることができる。
The two-dimensional array according to the NOBS composition proposed by the present invention is a general S-SEED array (see FIG. 1).
Unlike 7), since a metal wire for applying an external voltage between elements is not required, the integration degree can be increased and the metal wire between elements can be minimized. This can reduce parasitic passive elements (resistance, inductance, capacitance) induced on the semiconductor substrate. This can be further reduced particularly by using the composition of the example of FIG.

【0116】以上で説明したように、本発明によると印
加電圧がなくとも大きな光の双安定をもっているAFP
ESQW S−SEED,AFP ACQW S−S
EEDまたはそれらの2次元の配列およびこれを利用し
た混合形の応用光素子と配列等を、容易に製造すること
が可能になる。
As described above, according to the present invention, an AFP having a large light bistability without an applied voltage.
ESQW S-SEED, AFP ACQW S-S
It becomes possible to easily manufacture an EED or a two-dimensional array thereof and a mixed-type applied optical element and array using the same.

【0117】本発明による無電圧の光の双安定の論理素
子の構成を用いると、2次元の配列を形成する場合、各
素子を電気的に分離させることができるので、素子の歩
留りを増大させることができ、一部の欠陥に無関係な2
次元の配列が可能になり、さらに、外部の電圧印加のた
めの金属配線とこのための基板上の空間が必要ないの
で、その集積度を大幅に増加させることができる長所が
ある。
When the configuration of the bistable logic element of voltageless light according to the present invention is used, each element can be electrically separated when forming a two-dimensional array, thus increasing the yield of the element. 2 that is irrelevant to some defects
Since there is no need for a metal wiring for applying an external voltage and a space on the substrate for this purpose, there is an advantage that the degree of integration can be significantly increased.

【0118】また、電線間の相互誘導作用、電磁場によ
る相互干渉および素子間の漏話の現象等を減少させるこ
とができるばかりでなく、高速スイッチング素子のため
の回路を容易に具現することができる。
Further, not only the mutual induction action between the electric wires, the mutual interference due to the electromagnetic field and the phenomenon of the crosstalk between the elements can be reduced, but also the circuit for the high speed switching element can be easily realized.

【0119】また、本発明の論理素子を用いた半導体部
品を組立てる際においてもワイヤボンディングと外部の
電圧印加のための電線の連結が必要でないので、工程が
簡単になって工程の単価を減少させることができるとい
う経済的な効果も期待される。
Also, when assembling a semiconductor component using the logic element of the present invention, it is not necessary to connect wires for wire bonding and external voltage application, so the process is simplified and the unit cost of the process is reduced. The economic effect of being able to do so is also expected.

【0120】図25は、無電圧の光の双安定シード(N
OBS)を実現するための本発明によるSMQW−AS
FP−SEED構造の望ましい例を示している断面図で
ある。
FIG. 25 shows a bistable seed (N
SMQW-AS according to the present invention for implementing OBS)
It is sectional drawing which shows the desirable example of FP-SEED structure.

【0121】まず、半絶縁のGaAs基板21上に、相
対的に低い屈折率(n=2.98)をもつAlAsから
なる第1λ/4n反射層(Quarter Wavelength Reflect
or Stack)(ここで、λは光の波長)22を72.1n
m程度の厚さに成長させ相対的に高い屈折率(n=3.
54)をもつAl0.1Ga0.9Asからなる第2λ/4n
反射層23を60.7nm程度の厚さに成長させ、前記
第1λ/4n反射層22と前記第2λ/4n反射層23
を12周期以上に(望ましくは14回反復して)形成す
ることによってλ/4n反射層(Quarter Wavelength R
eflector Stack,QWRS )からなる下部の反射層30を形
成する。このとっき、各層の光学的な厚さは、動作波長
860nm(SMQWの励起子の吸収ピークの波長)の
1/4になるようにする。このとき、反射層30の反射
率は95%以上になる。
First, on the semi-insulating GaAs substrate 21, a first λ / 4n reflection layer (Quarter Wavelength Reflect) made of AlAs having a relatively low refractive index (n = 2.98) is formed.
or Stack) (where λ is the wavelength of light) 22 7n
A relatively high refractive index (n = 3.
Second λ / 4n consisting of Al 0.1 Ga 0.9 As with
The reflective layer 23 is grown to a thickness of about 60.7 nm, and the first λ / 4n reflective layer 22 and the second λ / 4n reflective layer 23 are grown.
By forming the λ / 4n reflective layer (quarter wave length R
The lower reflective layer 30 made of eflector Stack, QWRS is formed. At this point, the optical thickness of each layer is set to 1/4 of the operating wavelength of 860 nm (the wavelength of the absorption peak of excitons of SMQW). At this time, the reflectance of the reflective layer 30 becomes 95% or more.

【0122】上記のように、前記第1λ/4n反射層2
2と前記第2λ/4n反射層23の12周期以上に(望
ましくは14周期)の反復成長させることによって下部
の反射層30を形成した後には、下部の反射層30上に
+ 型(5×1018cm~3)のAl0.1Ga0.9Asを5
00nm程度の厚さに成長させてカソード接触層24を
形成する。
As described above, the first λ / 4n reflective layer 2
2 and the second λ / 4n reflective layer 23 are repeatedly grown over 12 cycles (preferably 14 cycles) to form the lower reflective layer 30, and then the N + -type (5 × 10 18 cm ~ 3 ) Al 0.1 Ga 0.9 As 5
The cathode contact layer 24 is formed by growing the cathode contact layer 24 to a thickness of about 00 nm.

【0123】続いて、前記カソード接触層24上にドー
ピングされていないA10.1Ga0.9Asを20nm程度
の厚さに成長させて第1緩衝層25を形成する。
Then, undoped A1 0.1 Ga 0.9 As is grown to a thickness of about 20 nm on the cathode contact layer 24 to form a first buffer layer 25.

【0124】その後に、前記緩衝層25上に、6nm程
度の厚さのAl0.04Ga0.96As障壁層26と10nm
程度の厚さのGaAs井戸層27からなる薄い量子井戸
を多重(望ましくは36周期)に成長させることによ
り、薄い厚さの多重量子の井戸層(SMQW)31を形
成させる。
Then, an Al 0.04 Ga 0.96 As barrier layer 26 having a thickness of about 6 nm and a 10 nm layer are formed on the buffer layer 25.
A thin quantum well layer (SMQW) 31 having a small thickness is formed by growing a thin quantum well layer composed of a GaAs well layer 27 having a certain thickness in multiple layers (preferably 36 periods).

【0125】続いて、前記の薄い多重量子の井戸層31
上に、20nm程度の厚さにドーピングされていないA
0.1Ga0.9Asを成長させて第2緩衝層28を形成す
る。
Then, the thin multi-quantum well layer 31 is formed.
A, which is not doped to a thickness of about 20 nm
The second buffer layer 28 is formed by growing 0.1 Ga 0.9 As.

【0126】終りに、前記第2緩衝層28上に506.
7nm程度の厚さにP+ 型(1×1019cm~3)のA1
0.1Ga0.9Asを成長させてアノード接触層29を形成
する。
Finally, on the second buffer layer 28, 506.
P + type (1 × 10 19 cm ~ 3 ) A1 with a thickness of about 7 nm
An anode contact layer 29 is formed by growing 0.1 Ga 0.9 As.

【0127】以上のような工程によって製造されるPI
N型のSEEDにおいて、λ/4反射層(即ち、下部の
反射層)30より上の層24〜29の総ての厚さ(L)
は、1622.7nmになり、この反射層30は、非対
称のファブリーベロー共振器(キャビティ(Cavity))
(ASFP)を形成する。そのキャビティの長さは、λ
/4navg(ここで、navgはキャビティの平均屈折率)
の27倍(奇数の定数倍)である。
PI manufactured by the above steps
In N-type SEED, all thicknesses (L) of layers 24-29 above λ / 4 reflective layer (ie lower reflective layer) 30.
Is 1622.7 nm, and the reflection layer 30 is an asymmetric Fabry-bellow cavity (cavity).
(ASPP) is formed. The length of the cavity is λ
/ 4n avg (where n avg is the average refractive index of the cavity)
27 times (a constant multiple of an odd number).

【0128】これによって、空気と半導体との境界にお
いて、反射率30%程度の上部の反射が自然的に生成さ
れる。
As a result, the upper reflection having a reflectance of about 30% is naturally generated at the boundary between the air and the semiconductor.

【0129】したがって、SMQWを真正領域とするP
−I(MQW)−Nダイオードの構造に、上部および下
部の反射の反射率が、相互に異なるASFP共鳴の構造
が形成される。このとき、MQWの反復される回数(周
期数)は、外部の電圧印加のなしの状態、即ちゼロバイ
アスからASFPキャビティの全体の反射率(RT)が
ゼロになる次の数式1を満足させる定数値mと定められ
る。
Therefore, P where SMQW is the real area
A structure of ASFP resonance is formed in the structure of the -I (MQW) -N diode in which the reflectances of the upper and lower reflections are different from each other. At this time, the number of times MQW is repeated (the number of cycles) is a constant that satisfies the following formula 1 in which the total reflectance (RT) of the ASFP cavity becomes zero from the state without external voltage application, that is, zero bias. It is defined as the number m.

【0130】 RF=RBexp(−2α0mt) ・・・(1) ただし、RFは、上部の反射の反射率、RBは、下部の
反射の反射率、α0は、ゼロバイアスににおける量子井
戸の光吸収率、そしてtは、量子井戸の厚さである。
RF = RBexp (−2α 0 mt) (1) where RF is the reflectance of the upper reflection, RB is the reflectance of the lower reflection, and α 0 is the quantum well at zero bias. Is the optical absorptivity of, and t is the thickness of the quantum well.

【0131】図25の構造において、α0を16000
cm~1であると仮定すると、RF=0.3,RB=0.
95,t=10nmであるので、RT=0の数式1を満
足するmの値は36である。したがって、量子井戸の周
期数36が決定される。であるから、SMQWが包含さ
れた真正領域の総ての厚さが、0.62μm程度に減少
されて、熱平衡の状態における内在電位による電界は、
2.4×104V/cmの値をもつようになる。
In the structure of FIG. 25, α 0 is 16000.
Assuming that C m -1 , RF = 0. 3, RB = 0.
Since 95 and t = 10 nm, the value of m that satisfies Expression 1 at RT = 0 is 36. Therefore, the number of periods 36 of the quantum well is determined. Therefore, the total thickness of the genuine region including SMQW is reduced to about 0.62 μm, and the electric field due to the internal potential in the thermal equilibrium state is
It has a value of 2.4 × 10 4 V / cm.

【0132】このように、増加された内在電位による電
界は、SMQWの光の吸収率をさらに減少させることに
より、反射率Ronをさらに増加させることができるよ
うになる。ダイオードD1に印加される電界を一般的な
SMQWS−SEEDの値0.6×103V/cmに仮
定すると、d=0.62μmであるので、ダイオードD
2に印加される電界は4.2×104V/cmに増加さ
れて、光の双安定を増大することができる。この値は、
d=1.0μmの一般的なSMQWS−SEEDに逆方
向の電圧1.8Volts 印加した時のD2に印加される電
界値と類似である。
As described above, the electric field due to the increased internal potential can further increase the reflectance Ron by further reducing the light absorption rate of the SMQW. Assuming that the electric field applied to the diode D1 is a typical SMQWS-SEED value of 0.6 × 10 3 V / cm, d = 0.62 μm.
The electric field applied to 2 can be increased to 4.2 × 10 4 V / cm to increase the bistability of the light. This value is
This is similar to the electric field value applied to D2 when a reverse voltage of 1.8 Volts is applied to a general SMQWS-SEED with d = 1.0 μm.

【0133】数式1は、ASFP−SEEDのRoffの値
を0にするための条件である。ASFP共鳴の構造は、
下部の反射層の一番上層が高い屈折率の物質である場合
(本実施例の図25の場合、AlGaAs層)、その厚
さをλ/4navgの奇数の定数倍のみにすると得ること
ができる。ASFP−SEEDのRoff値を5%程度まで
許容すると、量子井戸の周期数をもっと減らして、これ
による内在電界をもっと増大させることができる。21
周期のSMQWからなるASFP構造を、例えば真性領
域の厚さを0.38μmにさらに減らした場合、ダイオ
ードD1に印加される電界を、一般的なSMQWS−S
EEDの値0.6×103V/cmであると仮定すると
き、D2に印加される電界は7.3×104V/cmに
増加する。この値は、d=1.0μmであるSMQWS
−SEEDに、逆方向の電圧5.0Volts を印加する場
合のD2に印加される電界値と類似な値である。
Formula 1 is a condition for setting the Roff value of ASFP-SEED to 0. The structure of the ASFP resonance is
When the uppermost layer of the lower reflective layer is a substance having a high refractive index (the AlGaAs layer in the case of FIG. 25 of the present embodiment), it can be obtained by making the thickness only an odd multiple of λ / 4n avg. it can. When the Roff value of ASFP-SEED is allowed up to about 5%, the number of periods of the quantum well can be further reduced and the internal electric field due to this can be further increased. 21
When the ASFP structure composed of periodic SMQWs is further reduced, for example, to a thickness of 0.38 μm in the intrinsic region, the electric field applied to the diode D1 is reduced to a general SMQWS-S.
Assuming an EED value of 0.6 × 10 3 V / cm, the electric field applied to D2 increases to 7.3 × 10 4 V / cm. This value is SMQWS with d = 1.0 μm.
-SEED is a value similar to the electric field value applied to D2 when a reverse voltage of 5.0 Volts is applied.

【0134】したがって、本実施例から提示しているS
MQW−ASFP−SEEDを利用すると、既存のSM
QWを利用したS−SEED回路よりもずっと大きな、
外部電圧なしの光の双安定性を得ることができるばかり
でなく、既存のSMQW−SEEDからなったS−SE
ED回路に、VAP=5.0Volts 印加した時に得られ
る光の双安定性と類似な程度の光の双安定性が可能な、
外部印加電圧なしの光の双安定素子である自己バイアス
S−SEEDが実現可能である。
Therefore, S presented from this embodiment is
Using MQW-ASFP-SEED, existing SM
Much larger than the S-SEED circuit using QW,
Not only the bistability of light without external voltage can be obtained, but also S-SE made of existing SMQW-SEED
Bistability of light similar to that obtained when VAP = 5.0 Volts is applied to the ED circuit,
A self-biased S-SEED, which is a light bistable element without an externally applied voltage, can be realized.

【0135】図26は、外部電圧なしの光の双安定シー
ド(NOBS)を実現するための本発明の他の実施例に
よるSMQW−ASFP−SEEDの構造を示している
説明図である。
FIG. 26 is an explanatory view showing the structure of the SMQW-ASFP-SEED according to another embodiment of the present invention for realizing a light bistable seed (NOBS) without an external voltage.

【0136】図26において、図25と同一であるか、
または、対応した部分は、同一の符号によって表示され
ている。
26, is the same as FIG. 25,
Alternatively, corresponding parts are indicated by the same reference numerals.

【0137】この構造の製造方法を説明すると次のよう
になる。
The manufacturing method of this structure is as follows.

【0138】図26を参照して、まず、半絶縁のGaA
s基板21上に、相対的に高い屈折率をもち、しかもド
ーピングされていないAlxGa1-xAs(0.1
0.3)からなるλ/4n反射層(ここで、λは光の波
長)23を成長させ、相対的に低い屈折率をもち、しか
もドーピングされていないAlAsからなるλ/4n反
射層22を成長させる。これら二つ反射層23,22を
12周期以上に(望ましくは14回反復して)形成する
ことによって、λ/4反射層(QWRS)からなる下部
の反射層30を形成する。このとき、各層の光学的な厚
さが、動作波長(SMQWの励起子の吸収ピークの波
長)の1/4になるようにする。
Referring to FIG. 26, first, semi-insulating GaA is used.
An undoped Al x Ga 1-x As (0.1 < x < having a relatively high refractive index on the s substrate 21.
0.3), a λ / 4n reflective layer (where λ is the wavelength of light) 23 is grown, and a λ / 4n reflective layer 22 made of undoped AlAs having a relatively low refractive index is formed. Grow. By forming these two reflective layers 23 and 22 in 12 cycles or more (preferably repeating 14 times), the lower reflective layer 30 made of a λ / 4 reflective layer (QWRS) is formed. At this time, the optical thickness of each layer is set to ¼ of the operating wavelength (wavelength of the absorption peak of excitons of SMQW).

【0139】上記のように、二つのλ/4n反射層2
3,22を12周期以上に(望ましくは14周期)反復
成長することによって、下部の反射層30を形成した後
には、下部の反射層30上にN+ 型のAlxGa1-xAs
(0.10.3)を成長させてカソード接触層2
4を形成する。
As described above, the two λ / 4n reflective layers 2
After forming the lower reflective layer 30 by repeatedly growing 3, 22 for 12 cycles or more (preferably 14 cycles), N + -type Al x Ga 1-x As is formed on the lower reflective layer 30.
(0.1 < x < 0.3) is grown to form the cathode contact layer 2
4 is formed.

【0140】続いて、前記カソード接触層24上に、ド
ーピングされていないAlxGa1-xAs(0.1
0.3)を所定の厚さに成長させて第1緩衝層25を形
成する。
Then, on the cathode contact layer 24, undoped Al x Ga 1-x As (0.1 < x <
0.3) is grown to a predetermined thickness to form the first buffer layer 25.

【0141】その後に、前記緩衝層25上に、ドーピン
グされていないAlxGa1-xAs障壁層(0.01
0.04)26とドーピングされていないGaAsの
井戸層27からなる薄い量子井戸を多重(望ましくは3
6周期)に成長させて厚さの薄い多重量子の井戸層31
を形成させる。
After that, on the buffer layer 25, an undoped Al x Ga 1-x As barrier layer (0.01 < x
< 0.04) 26 and a thin quantum well consisting of an undoped GaAs well layer 27 (preferably 3).
Thin multiple quantum well layer 31 grown for 6 periods)
To form.

【0142】続いて、前記の薄い多重量子の井戸層31
上に、ドーピングされていないAlxGa1-xAs(0.
0.3)を成長させて第2緩衝層26を形成す
る。
Then, the thin multi-quantum well layer 31 is formed.
On top, undoped Al x Ga 1-x As (0.
The first buffer layer 26 is formed by growing 1 < x < 0.3).

【0143】終りに、前記第2緩衝層28上に、P+
のAlxGa1-xAs(0.10.3)を成長させ
てアノード接触層29を形成する。
Finally, P + -type Al x Ga 1-x As (0.1 < x < 0.3) is grown on the second buffer layer 28 to form the anode contact layer 29.

【0144】図27は、無電圧の光の双安定シード(N
OBS)を実現するための本発明のさらに他の実施例に
よるSMQW−ASFP−SEEDの構造を示している
説明図である。
FIG. 27 shows a bistable seed (N
FIG. 6 is an explanatory view showing a structure of SMQW-ASFP-SEED according to still another embodiment of the present invention for realizing OBS).

【0145】図27において、図25と同一または対応
しているの部分は、同一の符号によって表示されてい
る。
In FIG. 27, portions which are the same as or correspond to those in FIG. 25 are indicated by the same symbols.

【0146】この構造の製造方法を説明すると次のよう
になる。
The manufacturing method of this structure is as follows.

【0147】図27を参照して、まず、半絶縁のGaA
s基板21上に、相対的に高い屈折率をもつ、そしてド
ーピングされていないAlxGa1-xAs(0.1
0.3)からなるλ/4n反射層(ここで、λは光の波
長)23を成長させ、相対的に低い屈折率をもち、しか
もドーピングされていないAlAsからなるλ/4n反
射層22を成長させる。前記二つ反射層23,22を1
2周期以上に(望ましくは14回反復して)形成するこ
とによって、λ/4反射層(QWRS)からなる下部の
反射層30を形成する。このとき、各層の光学的な厚さ
が、動作波長(SMQWの励起子の吸収ピークの波長)
の1/4になるようにする。
Referring to FIG. 27, first, semi-insulating GaA is used.
On the s substrate 21, undoped Al x Ga 1-x As (0.1 < x < having a relatively high refractive index is used.
0.3), a λ / 4n reflective layer (where λ is the wavelength of light) 23 is grown, and a λ / 4n reflective layer 22 made of undoped AlAs having a relatively low refractive index is formed. Grow. The two reflective layers 23, 22 are
The lower reflective layer 30 made of a λ / 4 reflective layer (QWRS) is formed by forming the reflective layer 30 in two cycles or more (preferably, repeating 14 times). At this time, the optical thickness of each layer is determined by the operating wavelength (wavelength of the absorption peak of excitons of SMQW).
Make it 1/4 of that.

【0148】上記のように二つλ/4n反射層23,2
2を12周期以上に(望ましくは14周期)反復成長さ
せることによって下部の反射層30を形成した後には、
下部の反射層30上に、P+ 型のAlxGa1-xAs
(0.10.3)を成長させてアノード接触層2
9を形成する。
As described above, the two λ / 4n reflective layers 23, 2
After the lower reflective layer 30 is formed by repeatedly growing 2 for 12 cycles or more (desirably 14 cycles),
P + type Al x Ga 1-x As is formed on the lower reflective layer 30.
(0.1 < x < 0.3) is grown to form the anode contact layer 2
9 is formed.

【0149】続いて、前記アノード接触層29上に、ド
ーピングされていないAlxGa1-xAs(0.1
0.3)を所定の厚さに成長させて、第1緩衝層25を
形成する。
Then, on the anode contact layer 29, undoped Al x Ga 1-x As (0.1 < x <
0.3) is grown to a predetermined thickness to form the first buffer layer 25.

【0150】その後に、前記緩衝層25上に、ドーピン
グされていないAlxGa1-xAs障壁層(0.01
0.04)26と、ドーピングされていないGaAs
井戸層27からなる厚さの薄い量子井戸を多重(望まし
くは36周期)に成長させて薄い多重量子の井戸層31
を形成させる。
Then, on the buffer layer 25, an undoped Al x Ga 1-x As barrier layer (0.01 < x
< 0.04) 26 and undoped GaAs
A thin quantum well layer composed of well layers 27 is grown in multiple layers (preferably 36 periods) to form thin multiple quantum well layers 31.
To form.

【0151】続いて、前記薄い多重量子の井戸層31上
に、ドーピングされていないAlxGa1-xAs(0.1
0.3)を成長させて第2緩衝層28を形成す
る。
Then, on the thin multi-quantum well layer 31, undoped Al x Ga 1-x As (0.1
< X < 0.3) is grown to form the second buffer layer 28.

【0152】終りに、前記第2緩衝層28上に、N+
のAlxGa1-xAs(0.10.3)を成長させ
てカソード接触層24を形成する。
Finally, the cathode contact layer 24 is formed on the second buffer layer 28 by growing N + -type Al x Ga 1-x As (0.1 < x < 0.3).

【0153】以上のように、望ましい実施例を通じて説
明した本発明を利用すると、印加電圧がなくとも光の双
安定特性が優秀なS−SEED、2次元のS−SEED
配列、これを利用した応用素子およびこれらの2次元の
配列等を製造することが可能である。
As described above, when the present invention described through the preferred embodiments is used, S-SEED and two-dimensional S-SEED having excellent bistable characteristics of light without an applied voltage are used.
It is possible to manufacture an array, an application device using the array, and a two-dimensional array of these.

【0154】本発明による無電圧の光の双安定素子を利
用して、2次元の配列を形成する場合、各素子を電気的
に分離させることができるので、素子の歩留りを増加さ
せることができ、外部電圧の印加のための金属電線と、
このための基板上の空間とが不必要であるので、配列の
集積度を大幅に増加させることができる。
When a two-dimensional array is formed by utilizing the bistable element for voltageless light according to the present invention, each element can be electrically separated, so that the yield of the element can be increased. , A metal wire for applying an external voltage,
Since a space on the substrate for this purpose is unnecessary, the degree of integration of the array can be greatly increased.

【0155】また、電線間の相互誘導作用、電磁場によ
る相互干渉、漏話現象等を低減させることができるばか
りではなく、高速スイッチング素子用の回路を容易に具
現することができる。本発明の素子を備えた半導体部品
の組立における電線接続と外部電圧の印加のための電線
の連結が必要でないので、製造工程が簡素化されて工程
の単価を減少させることができる経済的な効果が期待さ
れる。
Further, not only the mutual induction action between the electric wires, the mutual interference due to the electromagnetic field, the crosstalk phenomenon and the like can be reduced, but also the circuit for the high speed switching element can be easily realized. Since it is not necessary to connect an electric wire for assembling a semiconductor component including the device of the present invention and an electric wire for applying an external voltage, the manufacturing process can be simplified and the unit cost of the process can be reduced. There is expected.

【0156】外部からの電圧印加がなくとも光の双安定
特性をもつ本発明による図19の無電圧の光の双安定シ
ード(NOBS)は、外部からの印加電圧のない状態で
あるので、点V1とV2との間の電圧は、図28のNO
BSの負荷曲線に示されているように、安定された動作
点の電圧Vopと−Vopと考えることができる。
The voltageless optical bistable seed (NOBS) of FIG. 19 according to the present invention, which has optical bistable characteristics even when no external voltage is applied, is in a state where no externally applied voltage is applied. The voltage between V1 and V2 is NO in FIG.
As shown in the load curve of BS, it can be considered as the voltages Vop and -Vop at the stable operating point.

【0157】これはNOBSが光の双安定性を現わすと
き、各ダイオードに印加される電界が、(Vbi−Vo
p)/tiと(Vbi+Vop)/ti(ここで、ti
は真性領域の総ての厚さ)であることを意味する。
This is because when NOBS exhibits bistability of light, the electric field applied to each diode is (Vbi-Vo).
p) / ti and (Vbi + Vop) / ti (where ti
Means the total thickness of the intrinsic region).

【0158】したがって、二つのダイオード間の電界の
差異を、外部からの印加電圧のない状態において、大き
な差異をもつようにするためには、可及的ならtiを減
少させると有利である。光の入力抵抗が不一致されたA
FP−SEEDは、光吸収層の総ての厚さ(D)が、光
の入力抵抗が一致されたAFP−SEEDより小さくな
るように構成されるので、tiをさらに減少させること
もできるものである。
Therefore, in order to make a large difference in the electric field between the two diodes in the state where there is no voltage applied from the outside, it is advantageous to reduce ti as much as possible. The input resistance of light is not matched A
Since the FP-SEED is configured such that the total thickness (D) of the light absorption layer is smaller than that of the AFP-SEED having the matched light input resistance, ti can be further reduced. is there.

【0159】前記のNOBSの原理をその基本としてい
るNOBSの光の双安定特性の一つの例が図29に図示
されている。抵抗一致されたAFP−NOBSと抵抗不
一致のAFP−NOBSの差異点を確実に把握すること
ができる。抵抗一致されたAFP−NOBSは、抵抗一
致されていないAFP−NOBSよりオフ状態の値がゼ
ロに近接しているので、CRは確実に大きいのである
が、ΔRと光の双安定の幅(ΔP)は相対的に小さい値
をもつようになる。
An example of the NOBS light bistable characteristics based on the above-mentioned NOBS principle is shown in FIG. The difference between the resistance-matched AFP-NOBS and the resistance-mismatched AFP-NOBS can be reliably grasped. Since the resistance-matched AFP-NOBS is closer to zero in the off-state value than the non-resistance-matched AFP-NOBS, CR is certainly large, but the width of ΔR and the bistable width of light (ΔP ) Has a relatively small value.

【0160】特に、NOBSの場合には、オン状態の反
射率の値が、抵抗一致された場合には大変小さいため、
光システムに応用することには多少不適合である。
In particular, in the case of NOBS, the value of the reflectance in the ON state is very small when the resistances are matched.
It is somewhat unsuitable for application in optical systems.

【0161】[0161]

【発明の効果】したがって、本発明が提案している光の
入力抵抗の不一致の概念を利用してAFP−SEEDの
構造を設計することにより、光システムから必要とする
適切なCRを維持し、光システムを応用することにおい
て必要な程度のΔRと光の双安定の幅(ΔP)をもって
いるNOBSを可能にすることができるものである。
Therefore, by designing the structure of the AFP-SEED by utilizing the concept of the mismatch of the optical input resistances proposed by the present invention, it is possible to maintain an appropriate CR required from the optical system, It is possible to enable a NOBS having ΔR and a width of optical bistable (ΔP) required for application of an optical system.

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

【図1】典型的な対称形シード(S−SEED)素子の
断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a typical symmetrical seed (S-SEED) device.

【図2】図1の上面図。FIG. 2 is a top view of FIG.

【図3】図1の等価回路図。3 is an equivalent circuit diagram of FIG.

【図4】図1の等価回路図。FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of FIG.

【図5】図4に図示の回路の負荷曲線を示しているグラ
フ。
5 is a graph showing a load curve of the circuit shown in FIG.

【図6】図4に図示の回路の光の双安定の特性曲線を示
すグラフ。
6 is a graph showing a light bistable characteristic curve of the circuit shown in FIG. 4;

【図7】図4に図示の回路におけるVAP=0である場
合の負荷曲線を示しているグラフ。
7 is a graph showing a load curve when VAP = 0 in the circuit shown in FIG. 4;

【図8】従来のPIN型のダイオードSEEDの熱平衡
の状態におけるエネルギーバンドを示している説明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an energy band in a thermal equilibrium state of a conventional PIN diode SEED.

【図9】厚さの薄い量子井戸の構造SEEDからなった
S−SEED回路の逆方向の電圧(VAP)が0である
場合の負荷曲線を示すグラフ。
FIG. 9 is a graph showing a load curve when the reverse voltage (VAP) of the S-SEED circuit including the structure SEED of the thin quantum well is 0.

【図10】厚さの薄い量子井戸の構造からなったPIN
型のダイオードSEEDの熱平衡の状態におけるエネル
ギーバンドを示している説明図。
FIG. 10: PIN composed of a thin quantum well structure
Explanatory drawing showing the energy band in the state of thermal equilibrium of the diode SEED of the type.

【図11】一般的な反射形のSEEDの構造を示してい
る説明図。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the structure of a general reflective SEED.

【図12】非対称のファブリーベローシード(AFP−
SEED)の構造を示している説明図。
FIG. 12 shows an asymmetric Fabry bellow seed (AFP-
Explanatory drawing which shows the structure of SEED).

【図13】励起子の波長における反射形SEEDの光の
吸収計数と光の吸収層の厚さの二乗に対する反射率を示
しているグラフ。
FIG. 13 is a graph showing the light absorption coefficient of the reflective SEED at the wavelength of excitons and the reflectance with respect to the square of the thickness of the light absorbing layer.

【図14】非線形の光の吸収特性をもっている多重量子
井戸の励起子の波長における垂直の電界に対する光の吸
収係数の変化を示しているグラフ。
FIG. 14 is a graph showing a change in absorption coefficient of light with respect to a vertical electric field at a wavelength of an exciton of a multiple quantum well having a nonlinear light absorption characteristic.

【図15】AFP−SEEDの光の双安定の特性におけ
るON/OFF強度比の光の吸収計数と光の吸収層の厚
さの二乗に対する抵抗一致のAFP−SEEDおよび抵
抗不一致のAFP−SEEDの特性を示しているグラ
フ。
FIG. 15 shows the resistance-matching AFP-SEED and the resistance-mismatching AFP-SEED with respect to the square of the light absorption coefficient of the ON / OFF intensity ratio and the light absorption layer thickness in the light bistable characteristic of AFP-SEED. A graph showing the characteristics.

【図16】AFP−SEEDの光の双安定の特性におけ
るON/OFF反射率の差異の光の吸収計数と光の吸収
層の厚さの二乗に対する特性を示しているグラフ。
FIG. 16 is a graph showing the characteristics of the difference in ON / OFF reflectance in the light bistable characteristics of AFP-SEED with respect to the light absorption coefficient and the square of the light absorption layer thickness.

【図17】図2のS−SEEDからなる光の双安定の素
子の2次元の配列の上面図。
FIG. 17 is a top view of a two-dimensional array of S-SEED light bistable elements of FIG.

【図18】図17の等価回路図。18 is an equivalent circuit diagram of FIG.

【図19】本発明による外部印加電圧なしで光の双安定
の特性を示すS−SEEDの回路図。
FIG. 19 is a circuit diagram of S-SEED showing characteristics of light bistable without externally applied voltage according to the present invention.

【図20】本発明による無電圧の光の双安定素子の一つ
の例を示している上面図。
FIG. 20 is a top view showing one example of a voltage-free light bistable element according to the present invention.

【図21】本発明による無電圧の光の双安定素子の他の
例を示している上面図。
FIG. 21 is a top view showing another example of a voltage-free light bistable element according to the present invention.

【図22】図20に図示の無電圧の光の双安定素子の2
次元の配列の上面図。
FIG. 22 is a view of the voltage-free light bistable element 2 shown in FIG.
Top view of an array of dimensions.

【図23】図21に図示の無電圧の光の双安定素子の2
次元の配列の上面図。
FIG. 23 is a schematic view of the bistable element 2 of voltageless light shown in FIG.
Top view of an array of dimensions.

【図24】本発明による2次元の配列の無電圧の光の双
安定素子の等価回路図。
FIG. 24 is an equivalent circuit diagram of a two-dimensional array of voltage-free light bistable elements according to the present invention.

【図25】本発明の一つの実施例によるSEEDの構造
を示している説明図。
FIG. 25 is an explanatory view showing the structure of SEED according to one embodiment of the present invention.

【図26】本発明の他の実施例によるSEEDの構造を
示している説明図。
FIG. 26 is an explanatory view showing the structure of SEED according to another embodiment of the present invention.

【図27】本発明のまた他の実施例によるSEEDの構
造を示している説明図。
FIG. 27 is an explanatory view showing the structure of SEED according to another embodiment of the present invention.

【図28】無電圧の光の双安定を可能にするS−SEE
Dの負荷曲線を示すグラフ。
FIG. 28: S-SEE enabling bistable light without voltage
The graph which shows the load curve of D.

【図29】抵抗不一致のAFP−NOBS(Nonbiased
Optical Bistable S−SEED)と本発明による抵抗
不一致のAFP−NOBSの光の双安定特性の一つの例
を示しているグラフ。
FIG. 29 is a resistance mismatched AFP-NOBS (Nonbiased)
FIG. 6 is a graph showing one example of the optical bistable characteristics of AFP-NOBS having a resistance mismatch according to the present invention and Optical Bistable S-SEED).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n−コンタクト層、2…p−コンタクト層、3…絶
縁層、4…金属配線、5…金属パッド、6…光の入出力
窓。
1 ... n-contact layer, 2 ... p-contact layer, 3 ... insulating layer, 4 ... metal wiring, 5 ... metal pad, 6 ... light input / output window.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 SEED(Self Electro-optic Effectiv
e Device) の光の論理素子において、 半絶縁のGaAsの基板と、 前記基板上に所定の厚さに成長され所定の屈折率(n)
をもつ第1反射層と、この第1反射層の上に所定の厚さ
に成長され、前記第1反射層の屈折率と相異なる屈折率
をもつ第2反射層とからなる反射層が、少なくとも12
周期以上に反復的に形成された下部反射層と、 前記下部反射層上に所定の厚さに成長される第1電極接
触層と、 前記第1電極接触層上に成長される第1緩衝層と、 前記第1緩衝層上に、障壁層および薄い量子井戸層が所
定の周期に成長される薄い多重量子の井戸層と、 前記薄い多重量子の井戸層上に成長される第2緩衝層
と、 前記第2緩衝層上に成長される第2電極接触層とを包含
する無電圧の光の双安定の論理素子。
1. SEED (Self Electro-optic Effectiv)
e Device) optical logic element, a semi-insulating GaAs substrate and a predetermined refractive index (n) grown on the substrate to a predetermined thickness.
And a second reflective layer which is grown on the first reflective layer to a predetermined thickness and has a refractive index different from the refractive index of the first reflective layer. At least 12
A lower reflective layer that is repeatedly formed in a cycle or more; a first electrode contact layer that is grown to a predetermined thickness on the lower reflective layer; and a first buffer layer that is grown on the first electrode contact layer. A thin multiple quantum well layer in which a barrier layer and a thin quantum well layer are grown in a predetermined cycle on the first buffer layer, and a second buffer layer grown on the thin multiple quantum well layer. A voltage-free light bistable logic device comprising a second electrode contact layer grown on the second buffer layer.
【請求項2】 前記薄い多重量子の井戸層は、障壁層と
薄い量子の井戸層とが36周期に成長されることを特徴
とする請求項1記載の無電圧の光の双安定の論理素子。
2. The voltage-free optical bistable logic device according to claim 1, wherein the thin multi-quantum well layer comprises a barrier layer and a thin quantum well layer grown for 36 periods. .
【請求項3】 前記第1反射層の屈折率は、前記第2反
射層の屈折率より相対的に小さいことを特徴とする請求
項2記載の無電圧の光の双安定の論理素子。
3. The voltage-free light bistable logic device according to claim 2, wherein the refractive index of the first reflective layer is relatively smaller than the refractive index of the second reflective layer.
【請求項4】 前記第1反射層の屈折率は、前記第2反
射層の屈折率より相対的に大きいことを特徴とする請求
項2記載の無電圧の光の双安定の論理素子。
4. The voltage-free light bistable logic device according to claim 2, wherein a refractive index of the first reflective layer is relatively larger than a refractive index of the second reflective layer.
【請求項5】 前記第1電極の接触層は、P+のアノー
ド接触層であり、 前記第2電極接触層は、N+のカソード接触層であるこ
とを特徴とする請求項1記載の無電圧の光の双安定の論
理素子。
5. The non-contact electrode of claim 1, wherein the contact layer of the first electrode is a P + anode contact layer, and the second electrode contact layer is an N + cathode contact layer. Bistable logic element of voltage light.
【請求項6】 前記第1電極接触層は、N+のカソード
接触層であり、 前記第2電極接触層は、P+アノード接触層であること
を特徴とする請求項1記載の無電圧の光の双安定の論理
素子。
6. The non-voltage-applied electrode according to claim 1, wherein the first electrode contact layer is an N + cathode contact layer, and the second electrode contact layer is a P + anode contact layer. A bistable logic element of light.
【請求項7】 前記第1反射層は、ドーピングされてい
ないAlAsからなり、 前記第2反射層は、ドーピングされていないAlxGa
l-xAs(0.10.3)からなることを特徴と
する請求項1記載の無電圧の光の双安定の論理素子。
7. The first reflective layer is made of undoped AlAs, and the second reflective layer is undoped Al x Ga.
2. The voltageless light bistable logic element according to claim 1, wherein the logic element is made of lx As (0.1 < x < 0.3).
【請求項8】 SEED(Self Electro-optic Effectiv
e Device) の光の論理素子を製造する方法において、 半絶縁のGaAsの基板上に、所定の屈折率(n)をも
つAlAsからなる第1λ/4n反射層(ここで、λは
光の波長)を72.1nm程度の厚さに成長させ、相対
的に高い屈折率をもっているAlxGal-xAs(0.1
0.3)からなる第2λ/4n反射層を60.7
nm程度の厚さに成長させ、前記第1λ/4n反射層と
前記第2λ/4n反射層とを12周期以上に形成するこ
とによって下部反射層を形成する工程と、 前記下部反射層上に、N+型のAlxGal-xAs(0.
0.3)を500nm程度の厚さに成長させて
カソード接触層を形成する工程と、 前記カソード接触層上に、ドーピングされていないAl
xGal-xAs(0.10.3)を20nm程度の
厚さに成長させて第1緩衝層を形成する工程と、 前記第1緩衝層上に、障壁層として6nm程度の厚さの
AlxGal-xAs(0.10.4)層と井戸層と
して10nm程度の厚さのドーピングされていないGa
As層を順次に成長させ、前記障壁層および前記井戸層
を36周期に成長させて薄い多重量子の井戸層(SMQ
W)を形成する工程と、 前記薄い多重量子の井戸層上に、20nm程度の厚さに
ドーピングされていないAlxGal-xAs(0.1
0.3)を成長させて第2緩衝層を形成する工程と、 前記第2緩衝層上に、506.7nm程度の厚さにP+
型のAlxGal-xAs(0.1<x<0.3)を成長さ
せてアノード接触層を形成する工程とを包含する無電圧
の光の双安定の論理素子の製造方法。
8. SEED (Self Electro-optic Effectiv)
In the method of manufacturing a light logic element of e Device), a first λ / 4n reflective layer (where λ is the wavelength of light) made of AlAs having a predetermined refractive index (n) on a semi-insulating GaAs substrate. ) is grown to a thickness of about 72.1nm a, Al has a relatively high refractive index x Ga lx As (0.1
The second λ / 4n reflective layer made of < x < 0.3) is 60.7
a step of forming a lower reflection layer by growing the first λ / 4n reflection layer and the second λ / 4n reflection layer for 12 cycles or more, and growing the layer to a thickness of about nm. N + type Al x Gal x As (0.
1 < x < 0.3) to a thickness of about 500 nm to form a cathode contact layer, and undoped Al on the cathode contact layer.
x Ga lx As (0.1 < x < 0.3) is grown to a thickness of about 20 nm to form a first buffer layer, and a thickness of about 6 nm as a barrier layer is formed on the first buffer layer. is the Al x Ga lx as (0.1 < x <0.4) undoped of about 10nm thickness as layer and the well layer Ga
An As layer is sequentially grown, and the barrier layer and the well layer are grown for 36 periods to form a thin multi-quantum well layer (SMQ).
Forming a W), on the well layer of the thin multi-quantum, undoped to about 20nm thick Al x Ga lx As (0.1 < x
< 0.3) to form a second buffer layer, and P + with a thickness of about 506.7 nm on the second buffer layer.
And a step of growing Al x Gal x As (0.1 <x <0.3) of a type to form an anode contact layer.
【請求項9】 n−接触層、p−接触層、および、光の
入出力窓をそれぞれ有し量子井戸の領域を真性層とする
第1、第2PINダイオードを直列に連結して、前記量
子井戸の領域からの光吸収を前記PINダイオードから
発生した光電流により変えるようにした光の双安定の論
理素子において、 前記第1PINダイオードの前記接触層と前記第2PI
Nダイオードの前記接触層とを直接に連結した無電圧の
光の双安定の論理素子。
9. An n-contact layer, a p-contact layer, and first and second PIN diodes each having an input / output window for light and having a quantum well region as an intrinsic layer are connected in series to form the quantum layer. In a light bistable logic element in which light absorption from a well region is changed by a photocurrent generated from the PIN diode, the contact layer of the first PIN diode and the second PI are provided.
A voltage-free light bistable logic element directly connected to the contact layer of an N diode.
【請求項10】 前記第1PINダイオードのn−接触
層、光の入出力窓、p−接触層と、前記第2PINダイ
オードのn−接触層、光の入出力窓、p−接触層とは、
前記論理素子を上からみたとき前記記載の順序のとおり
に水平の方向に一直線上に配列されており、前記第1P
INダイオードのn−接触層と前記第2PINダイオー
ドのp−接触層、前記第1PINダイオードのp−接触
層と前記第2PINダイオードのn−接触層は、それぞ
れ金属配線によって連結されていることを特徴とする請
求項9記載の無電圧の光の双安定の論理素子。
10. The n-contact layer of the first PIN diode, the light input / output window, and the p-contact layer, and the n-contact layer, the light input / output window, and the p-contact layer of the second PIN diode,
When the logic elements are viewed from above, they are arranged in a straight line in the horizontal direction in the order described above.
The n-contact layer of the IN diode and the p-contact layer of the second PIN diode, and the p-contact layer of the first PIN diode and the n-contact layer of the second PIN diode are respectively connected by metal wiring. A voltage-free light bistable logic device according to claim 9.
【請求項11】 前記第1PINダイオードと前記第2
PINダイオードとは並列に配置されているが、前記第
1PINダイオードのn−接触層のすぐ側の右側の側に
所定の距離を置いて前記第2PINダイオードのp−接
触層が位置し、前記第1、第2PINダイオードの光の
入出力窓は、並列の光信号の処理を容易にするために同
一の直線上に位置し、前記第1PINダイオードのp−
接触層のすぐ側に前記所定の距離を置いて前記第2PI
Nダイオードのn−接触層が位置されるように配置され
ており、 前記第1PINダイオードのn−接触層と前記第2PI
Nダイオードのp−接触層、前記第1PINダイオード
のp−接触層と前記第2PINダイオードのn−接触層
は、それぞれ金属配線によって連結されていることを特
徴とする請求項9記載の無電圧の光の双安定の論理素
子。
11. The first PIN diode and the second PIN diode.
Although arranged in parallel with the PIN diode, the p-contact layer of the second PIN diode is located at a predetermined distance on the right side of the n-contact layer of the first PIN diode, The light input / output windows of the first and second PIN diodes are located on the same straight line in order to facilitate the processing of optical signals in parallel.
The second PI is placed at the predetermined distance directly on the contact layer.
The n-contact layer of the N diode is positioned so that the n-contact layer of the first PIN diode and the second PI are disposed.
10. The non-voltage application method according to claim 9, wherein the p-contact layer of the N diode, the p-contact layer of the first PIN diode and the n-contact layer of the second PIN diode are respectively connected by metal wiring. A bistable logic element of light.
【請求項12】 真性領域として多重量子井戸(MQ
W)と、前記多重量子井戸の励起子の共鳴波長に対して
相互に異なる反射率の上部の反射層と下部の反射層とを
もっており、 共振器長が、励起子の共鳴波長と一致する非対称形のフ
ァブリーペロー(AFP)の構造の光の双安定の論理素
子(SEED)において、 光の入力抵抗が一致された非対称形のファブリーペロー
の光の双安定の論理素子(AFP−SEED)の多重量
子井戸(MQW)の周期数より相対的に小さい周期数の
多重量子の井戸をもつことによって、光の吸収層の総て
の厚さ(D)が減少させた構造の光の入力の抵抗が不一
致された無電圧の光の双安定の論理素子。
12. A multi-quantum well (MQ) as an intrinsic region.
W) and an upper reflection layer and a lower reflection layer having reflectances different from each other with respect to the resonance wavelength of the excitons of the multiple quantum well, and the cavity length is asymmetrical with the resonance wavelength of the excitons. Bistable logic element (SEED) having a Fabry-Perot (AFP) structure, in which an asymmetric Fabry-Perot bistable logic element (AFP-SEED) having a matched optical input resistance is multiplexed. By having multiple quantum wells with a period number relatively smaller than that of the quantum well (MQW), the resistance of the light input of the structure in which the total thickness (D) of the light absorption layer is reduced. Mismatched voltageless light bistable logic element.
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