JPH0782754B2 - 半導体光素子 - Google Patents
半導体光素子Info
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- JPH0782754B2 JPH0782754B2 JP19395891A JP19395891A JPH0782754B2 JP H0782754 B2 JPH0782754 B2 JP H0782754B2 JP 19395891 A JP19395891 A JP 19395891A JP 19395891 A JP19395891 A JP 19395891A JP H0782754 B2 JPH0782754 B2 JP H0782754B2
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- quantum well
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体非線形光
素子に関し、２つの異なる波長で動作する新しい光双安
定素子に関するものである。
素子に関し、２つの異なる波長で動作する新しい光双安
定素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１と図２は、例えばレンティン他の論
文（Ａ.Ｌ.Ｌentine et al.,ＡppliedＰhysics Ｌetter
s,５２,No.１７,１４１９−１４２１(１９８８)）に示
された従来の半導体光素子である対称自己電気光学効果
素子(Ｓymmetric Ｓelf−electrooptic−effect−devic
e,Ｓ−ＳＥＥＤ)の構造を示し、図５はその動作原理を
示す。
文（Ａ.Ｌ.Ｌentine et al.,ＡppliedＰhysics Ｌetter
s,５２,No.１７,１４１９−１４２１(１９８８)）に示
された従来の半導体光素子である対称自己電気光学効果
素子(Ｓymmetric Ｓelf−electrooptic−effect−devic
e,Ｓ−ＳＥＥＤ)の構造を示し、図５はその動作原理を
示す。
【０００３】このＳ−ＳＥＥＤ素子は、２つの直列に接
続されたヘテロ接合型半導体のｐｉｎダイオード素子１
１、１２からなり、両者に逆バイアス定電圧源１３が接
続されている。そして、光学吸収端での光吸収の強さ、
あるいは透過光強度を電気光学的に変化させるために、
２つのｐｉｎダイオード構造中の真性半導体層（ｉ）に
同一の多重量子井戸(Ｍultiple Ｑuantum Ｗells，ＭＱ
Ｗ)構造が用いられている。各ダイオード素子１１、１
２は、図２に示すように、基板半導体１に、ｎ型半導体
コンタクト層２、ｎ型半導体クラッド層３、多重量子井
戸構造を含む真性半導体層４、ｐ型半導体クラッド層５
を順次積層してなり、さらに、ｐ型半導体コンタクト層
６が、ｐ型半導体クラッド層５の一部の上に積層され
る。図に示すように、各ダイオード素子１１、１２の側
面などが絶縁物８で被覆され、さらに、電極用金属７
が、ダイオード素子１１のｐ型半導体コンタクト層６に
接続され、電極用金属７’がダイオード素子１１のｎ型
半導体コンタクト層２とダイオード素子１２のｐ型半導
体コンタクト層６の間に接続され、電極用金属７”がダ
イオード素子１２のｎ型半導体コンタクト層２に接続さ
れる。そして、電極用金属７と７”が一定電圧源１３に
接続される。こうして、多重量子井戸構造に垂直な方向
から電界を印加できる。なお、多重量子井戸の代わりに
超格子構造（ＳＬ）を用いてもよい。
続されたヘテロ接合型半導体のｐｉｎダイオード素子１
１、１２からなり、両者に逆バイアス定電圧源１３が接
続されている。そして、光学吸収端での光吸収の強さ、
あるいは透過光強度を電気光学的に変化させるために、
２つのｐｉｎダイオード構造中の真性半導体層（ｉ）に
同一の多重量子井戸(Ｍultiple Ｑuantum Ｗells，ＭＱ
Ｗ)構造が用いられている。各ダイオード素子１１、１
２は、図２に示すように、基板半導体１に、ｎ型半導体
コンタクト層２、ｎ型半導体クラッド層３、多重量子井
戸構造を含む真性半導体層４、ｐ型半導体クラッド層５
を順次積層してなり、さらに、ｐ型半導体コンタクト層
６が、ｐ型半導体クラッド層５の一部の上に積層され
る。図に示すように、各ダイオード素子１１、１２の側
面などが絶縁物８で被覆され、さらに、電極用金属７
が、ダイオード素子１１のｐ型半導体コンタクト層６に
接続され、電極用金属７’がダイオード素子１１のｎ型
半導体コンタクト層２とダイオード素子１２のｐ型半導
体コンタクト層６の間に接続され、電極用金属７”がダ
イオード素子１２のｎ型半導体コンタクト層２に接続さ
れる。そして、電極用金属７と７”が一定電圧源１３に
接続される。こうして、多重量子井戸構造に垂直な方向
から電界を印加できる。なお、多重量子井戸の代わりに
超格子構造（ＳＬ）を用いてもよい。
【０００４】次に動作について説明する。多重量子井戸
構造を含む２つのダイオード素子１１、１２を直列に接
続し、逆バイアス定電圧(Ｖo)源１３を接続した回路(図
１)を形成する。逆バイアス電圧の増加により光吸収が
減少する波長領域において一定波長(λ1)、一定強度Ｐi
n1の光がスイッチ用ダイオード素子１１に入射すると、
ダイオード素子１１は、光吸収により生成された電荷キ
ャリアが存在するために低インピダンス状態になり、逆
バイアス電圧はダイオード素子１２に印加される。つま
りダイオード素子１２は高インピダンス状態となる。こ
の時、いわゆる量子シュタルク効果(前出のレンティン
他の論文参照)により、ダイオード素子１１は、光吸収
(透過)が大きい(小さい)状態になり、ダイオード素子１
２は、光吸収（透過）が小さい(大きい)状態となる。
構造を含む２つのダイオード素子１１、１２を直列に接
続し、逆バイアス定電圧(Ｖo)源１３を接続した回路(図
１)を形成する。逆バイアス電圧の増加により光吸収が
減少する波長領域において一定波長(λ1)、一定強度Ｐi
n1の光がスイッチ用ダイオード素子１１に入射すると、
ダイオード素子１１は、光吸収により生成された電荷キ
ャリアが存在するために低インピダンス状態になり、逆
バイアス電圧はダイオード素子１２に印加される。つま
りダイオード素子１２は高インピダンス状態となる。こ
の時、いわゆる量子シュタルク効果(前出のレンティン
他の論文参照)により、ダイオード素子１１は、光吸収
(透過)が大きい(小さい)状態になり、ダイオード素子１
２は、光吸収（透過）が小さい(大きい)状態となる。
【０００５】ダイオード素子１１と同一の波長で動作す
るダイオード素子１２に同一波長の光(λ2＝λ1)で光強
度Ｐin2の光を入射し、その強度を増加させると、ダイ
オード素子１２に生じる光電流は図５の実線（それぞれ
１つのＰｉｎ2に対応する）に示す様に増加し、回路を
流れる電流はダイオード素子１１の負荷曲線(図５の点
線)との交点（Ａ）によって決まる電流値となる。ダイ
オード素子１２に照射される光強度Ｐin2がＰin1よりも
小さい時は、ダイオード素子１１と１２における逆バイ
アス電圧の印加され方は前出の説明と同じである。
るダイオード素子１２に同一波長の光(λ2＝λ1)で光強
度Ｐin2の光を入射し、その強度を増加させると、ダイ
オード素子１２に生じる光電流は図５の実線（それぞれ
１つのＰｉｎ2に対応する）に示す様に増加し、回路を
流れる電流はダイオード素子１１の負荷曲線(図５の点
線)との交点（Ａ）によって決まる電流値となる。ダイ
オード素子１２に照射される光強度Ｐin2がＰin1よりも
小さい時は、ダイオード素子１１と１２における逆バイ
アス電圧の印加され方は前出の説明と同じである。
【０００６】しかし、Ｐin2＞Ｐin1のとき、しきい値を
越えるとダイオード素子１２が高インピダンス状態でい
られる負荷曲線の交点(Ａ)が存在しなくなるので、ダイ
オード素子１２は低インピダンス状態となり、印加バイ
アス電圧値のスイッチングの結果として、ダイオード素
子１１は低インピダンス状態から高インピダンス状態
(Ｂ)へスイッチする。このとき、ダイオード素子１１の
光吸収(透過)は小さい(大きい)状態となる。すなわち、
BR>Ｐin2の増加により、Ｐout1の光スイッチング動作
(ＯＦＦ→ＯＮ)が得られる。
越えるとダイオード素子１２が高インピダンス状態でい
られる負荷曲線の交点(Ａ)が存在しなくなるので、ダイ
オード素子１２は低インピダンス状態となり、印加バイ
アス電圧値のスイッチングの結果として、ダイオード素
子１１は低インピダンス状態から高インピダンス状態
(Ｂ)へスイッチする。このとき、ダイオード素子１１の
光吸収(透過)は小さい(大きい)状態となる。すなわち、
BR>Ｐin2の増加により、Ｐout1の光スイッチング動作
(ＯＦＦ→ＯＮ)が得られる。
【０００７】一方、Ｐin2を減少させるとき、負荷曲線
との交点(Ｃ)まではダイオード素子１２の低インピダン
ス状態は保持されるので、ダイオード素子１１のＯＮ状
態(高インピダンス状態)は保持され、結果として光メモ
リ動作が得られる。Ｐin2が減少し負荷曲線との交点Ｃ
を越えると、Ｃより下には負荷曲線との交点はないので
初期状態（Ｄ）への光スイッチング動作(Ｃ（ＯＮ）→
Ｄ（ＯＦＦ）)が起こり、光双安定動作が得られる。
との交点(Ｃ)まではダイオード素子１２の低インピダン
ス状態は保持されるので、ダイオード素子１１のＯＮ状
態(高インピダンス状態)は保持され、結果として光メモ
リ動作が得られる。Ｐin2が減少し負荷曲線との交点Ｃ
を越えると、Ｃより下には負荷曲線との交点はないので
初期状態（Ｄ）への光スイッチング動作(Ｃ（ＯＮ）→
Ｄ（ＯＦＦ）)が起こり、光双安定動作が得られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上に説明したＳ−ＳＥ
ＥＤ素子では、２つのｐｉｎダイオード素子が同一の多
重量子井戸構造を利用しているために、ダイオード素子
１１に照射した光とダイオード素子１２に照射した光は
同一波長である。したがって、それらを区別して微小な
素子開口部へ導くことが困難であり、いわゆるクロスト
ークの問題があり、ダイオード素子１１と１２に照射す
る光を互いに直交した偏光により区別しなければならな
い(例．Ｇ.Ｄ.Ｂoyd et al.,Ａpplied Ｐhysics,５７,N
o.１８,１８４３−１８４５,１９９０)など根本的な問
題点があった。この発明は、上記の問題点を解決するた
めになされたもので、２つの素子が異なった波長(λ1≠
λ2)で光吸収強度が変調できる様に構成された半導体光
素子を提供することを目的とする。
ＥＤ素子では、２つのｐｉｎダイオード素子が同一の多
重量子井戸構造を利用しているために、ダイオード素子
１１に照射した光とダイオード素子１２に照射した光は
同一波長である。したがって、それらを区別して微小な
素子開口部へ導くことが困難であり、いわゆるクロスト
ークの問題があり、ダイオード素子１１と１２に照射す
る光を互いに直交した偏光により区別しなければならな
い(例．Ｇ.Ｄ.Ｂoyd et al.,Ａpplied Ｐhysics,５７,N
o.１８,１８４３−１８４５,１９９０)など根本的な問
題点があった。この発明は、上記の問題点を解決するた
めになされたもので、２つの素子が異なった波長(λ1≠
λ2)で光吸収強度が変調できる様に構成された半導体光
素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体光素
子は、真性半導体層として多重量子井戸構造あるいは超
格子構造を有し、多重量子井戸構造あるいは超格子構造
に垂直な方向から電界を印加することによって光学吸収
端付近の波長領域で光透過率を変化させることが出来る
ヘテロ接合型半導体の第１ｐｉｎダイオードと、真性半
導体層として多重量子井戸構造あるいは超格子構造を有
し、多重量子井戸構造あるいは超格子構造に垂直な方向
から電界を印加することによって光学吸収端付近の波長
領域で光透過率を変化させることが出来、上記第１ｐｉ
ｎダイオードとは異なる波長領域で光透過率を変化させ
ることが出来るヘテロ接合型半導体の第２ｐｉｎダイオ
ードと、一定の逆バイアス電圧が印加できる定電圧源と
からなり、第１ｐｉｎダイオードと第２ｐｉｎダイオー
ドを定電圧源に直列に接続し、電気光学的にフィードバ
ック回路を構成できる。
子は、真性半導体層として多重量子井戸構造あるいは超
格子構造を有し、多重量子井戸構造あるいは超格子構造
に垂直な方向から電界を印加することによって光学吸収
端付近の波長領域で光透過率を変化させることが出来る
ヘテロ接合型半導体の第１ｐｉｎダイオードと、真性半
導体層として多重量子井戸構造あるいは超格子構造を有
し、多重量子井戸構造あるいは超格子構造に垂直な方向
から電界を印加することによって光学吸収端付近の波長
領域で光透過率を変化させることが出来、上記第１ｐｉ
ｎダイオードとは異なる波長領域で光透過率を変化させ
ることが出来るヘテロ接合型半導体の第２ｐｉｎダイオ
ードと、一定の逆バイアス電圧が印加できる定電圧源と
からなり、第１ｐｉｎダイオードと第２ｐｉｎダイオー
ドを定電圧源に直列に接続し、電気光学的にフィードバ
ック回路を構成できる。
【００１０】
【作用】この発明に係る半導体光素子は、スイッチ用と
トリガー用の２つのヘテロ接合型半導体ｐｉｎダイオー
ド素子で構成される自己電気光学効果（ＳＥＥＤ）素子
において、各ｐｉｎダイオード素子の真性半導体領域に
用いられている多重量子井戸又は超格子構造がお互いに
異なる波長域で働くように設計された異なる構造を有す
る層で構成されるようにしたものである。この発明にお
ける半導体光素子は、互いに異なる波長で動作する２種
類の異なるｐｉｎダイオードで非対称ＳＥＥＤ(Ａsymme
tric−ＳＥＥＤ,Ａ−ＳＥＥＤ)が構成されているので、
スイッチ光とトリガー光の波長を違えることができる。
このため、偏光により２種類の光を区別する必要がな
く、素子動作の光学機器構成が大幅に簡略化されるメリ
ットが得られる。また、ＧaＡs基板上に成長させたｐｉ
ｎダイオード構造において、２つのＳＥＥＤ素子（ダイ
オード素子）の片方をＩnＧaＡs歪量子井戸を有する多
重量子井戸または超格子で構成した場合、一つの波長を
ＧaＡs基板が透明体となる波長に設定することができる
ので、基板を除去することなく容易に素子を構成できる
という利点が得られる。
トリガー用の２つのヘテロ接合型半導体ｐｉｎダイオー
ド素子で構成される自己電気光学効果（ＳＥＥＤ）素子
において、各ｐｉｎダイオード素子の真性半導体領域に
用いられている多重量子井戸又は超格子構造がお互いに
異なる波長域で働くように設計された異なる構造を有す
る層で構成されるようにしたものである。この発明にお
ける半導体光素子は、互いに異なる波長で動作する２種
類の異なるｐｉｎダイオードで非対称ＳＥＥＤ(Ａsymme
tric−ＳＥＥＤ,Ａ−ＳＥＥＤ)が構成されているので、
スイッチ光とトリガー光の波長を違えることができる。
このため、偏光により２種類の光を区別する必要がな
く、素子動作の光学機器構成が大幅に簡略化されるメリ
ットが得られる。また、ＧaＡs基板上に成長させたｐｉ
ｎダイオード構造において、２つのＳＥＥＤ素子（ダイ
オード素子）の片方をＩnＧaＡs歪量子井戸を有する多
重量子井戸または超格子で構成した場合、一つの波長を
ＧaＡs基板が透明体となる波長に設定することができる
ので、基板を除去することなく容易に素子を構成できる
という利点が得られる。
【００１１】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。ここで、同一符号は同一又は相当部分を示す。図
３と図４は本発明の一実施例による非対称自己電気光学
効果（Ａ−ＳＥＥＤ）素子の構造を示す図である。この
Ａ−ＳＥＥＤ素子は、２つの直列に接続されたヘテロ接
合型半導体のｐｉｎダイオード素子３１、３２からな
り、両者に逆バイアス定電圧源３３が接続されている。
そして、光学吸収端での光吸収の強さ、あるいは透過光
強度を電気光学的に変化させるために、２つのｐｉｎダ
イオード構造中の真性半導体層２４，２４’に多重量子
井戸(Ｍultiple Ｑuantum Ｗells，ＭＱＷ)構造が用い
られている。
する。ここで、同一符号は同一又は相当部分を示す。図
３と図４は本発明の一実施例による非対称自己電気光学
効果（Ａ−ＳＥＥＤ）素子の構造を示す図である。この
Ａ−ＳＥＥＤ素子は、２つの直列に接続されたヘテロ接
合型半導体のｐｉｎダイオード素子３１、３２からな
り、両者に逆バイアス定電圧源３３が接続されている。
そして、光学吸収端での光吸収の強さ、あるいは透過光
強度を電気光学的に変化させるために、２つのｐｉｎダ
イオード構造中の真性半導体層２４，２４’に多重量子
井戸(Ｍultiple Ｑuantum Ｗells，ＭＱＷ)構造が用い
られている。
【００１２】ダイオード素子３１は、図４に示すよう
に、ＧａＡｓの基板半導体２１に、ｎ型半導体コンタク
ト層（ｎ−ＧａＡｓ）２２、ｎ型半導体クラッド層（ｎ
−ＡｌＧａＡｓ）２３、アンドープＩｎＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）または超格子
（ＳＬ）を含む真性半導体層２４、ｐ型半導体クラッド
層（ｐ−ＡｌＧａＡｓ）２５を順次積層してなり、さら
に、ｐ型半導体コンタクト層（ｐ−ＧａＡｓ）２６が、
ｐ型半導体クラッド層２５の一部の上に積層される。ダ
イオード素子３２は、同様に、ＧａＡｓの基板半導体２
１に、ｐ型半導体コンタクト層（ｐ−ＧａＡｓ）２
６’、ｐ型半導体クラッド層（ｐ−ＡｌＧａＡｓ）２
５’、アンドープＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓの多重量子井
戸構造（ＭＱＷ）または超格子（ＳＬ）を含む真性半導
体層２４’、ｎ型半導体クラッド層（ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓ）２３’を順次積層してなり、さらに、ｎ型半導体コ
ンタクト層（ｎ−ＧａＡｓ）２２’が、ｎ型半導体クラ
ッド層（ｎ−ＡｌＧａＡｓ）２３’の一部の上に積層さ
れる。図に示すように、各ダイオード素子３１、３２の
側面などが絶縁物２８で被覆され、さらに、電極用金属
２７が、ダイオード素子３１のｐ型半導体コンタクト層
２６に接続され、電極用金属２７’がダイオード素子３
１のｎ型半導体コンタクト層２２とダイオード３２素子
のｐ型半導体コンタクト層２６’の間に接続され、電極
用金属２７”がダイオード素子３２のｎ型半導体コンタ
クト層２２’に接続される。そして、電極用金属２７と
２７”が定電圧源３３に接続される。こうして、多重量
子井戸構造または超格子に垂直な方向から電界を印加で
きる。
に、ＧａＡｓの基板半導体２１に、ｎ型半導体コンタク
ト層（ｎ−ＧａＡｓ）２２、ｎ型半導体クラッド層（ｎ
−ＡｌＧａＡｓ）２３、アンドープＩｎＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）または超格子
（ＳＬ）を含む真性半導体層２４、ｐ型半導体クラッド
層（ｐ−ＡｌＧａＡｓ）２５を順次積層してなり、さら
に、ｐ型半導体コンタクト層（ｐ−ＧａＡｓ）２６が、
ｐ型半導体クラッド層２５の一部の上に積層される。ダ
イオード素子３２は、同様に、ＧａＡｓの基板半導体２
１に、ｐ型半導体コンタクト層（ｐ−ＧａＡｓ）２
６’、ｐ型半導体クラッド層（ｐ−ＡｌＧａＡｓ）２
５’、アンドープＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓの多重量子井
戸構造（ＭＱＷ）または超格子（ＳＬ）を含む真性半導
体層２４’、ｎ型半導体クラッド層（ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓ）２３’を順次積層してなり、さらに、ｎ型半導体コ
ンタクト層（ｎ−ＧａＡｓ）２２’が、ｎ型半導体クラ
ッド層（ｎ−ＡｌＧａＡｓ）２３’の一部の上に積層さ
れる。図に示すように、各ダイオード素子３１、３２の
側面などが絶縁物２８で被覆され、さらに、電極用金属
２７が、ダイオード素子３１のｐ型半導体コンタクト層
２６に接続され、電極用金属２７’がダイオード素子３
１のｎ型半導体コンタクト層２２とダイオード３２素子
のｐ型半導体コンタクト層２６’の間に接続され、電極
用金属２７”がダイオード素子３２のｎ型半導体コンタ
クト層２２’に接続される。そして、電極用金属２７と
２７”が定電圧源３３に接続される。こうして、多重量
子井戸構造または超格子に垂直な方向から電界を印加で
きる。
【００１３】真性半導体層２４，２４'は、互いに異な
る組成、膜厚で構成された多重量子井戸又は超格子構造
からなり、異なった波長領域で作動する。このため、ス
イッチ光（λ1）とトリガー光（λ2）の波長を違えるこ
とができるので、偏光により２種類の光を区別する必要
がない。Ａ−ＳＥＥＤ素子の動作原理は、ダイオード素
子３１とダイオード素子３２に用いている多重量子井戸
又は超格子構造が異なるために使用する波長がダイオー
ド素子３１(λ1)とダイオード素子３２(λ2≠λ1)で違
っている点、さらに、光電流を生じる際の電界による光
吸収強度を変調する光応答曲線が２種類ある点の他は、
光スイッチ動作および光メモリ動作の原理は，従来のＳ
−ＳＥＥＤ素子動作原理と同様の機構により容易に説明
できる。ただし、真性半導体層２４又は２４'に超格子
構造を用いた場合は、電界により光吸収強度が変調され
る機構はワニエ・シュタルク局在性(例えば、Ｋ.Ｆujiw
ara,Ｏptical and Ｑuantum Ｅlectronics,３２、Ｓ９９
−Ｓ３２０,１９９０参照)である点が異なっている。
る組成、膜厚で構成された多重量子井戸又は超格子構造
からなり、異なった波長領域で作動する。このため、ス
イッチ光（λ1）とトリガー光（λ2）の波長を違えるこ
とができるので、偏光により２種類の光を区別する必要
がない。Ａ−ＳＥＥＤ素子の動作原理は、ダイオード素
子３１とダイオード素子３２に用いている多重量子井戸
又は超格子構造が異なるために使用する波長がダイオー
ド素子３１(λ1)とダイオード素子３２(λ2≠λ1)で違
っている点、さらに、光電流を生じる際の電界による光
吸収強度を変調する光応答曲線が２種類ある点の他は、
光スイッチ動作および光メモリ動作の原理は，従来のＳ
−ＳＥＥＤ素子動作原理と同様の機構により容易に説明
できる。ただし、真性半導体層２４又は２４'に超格子
構造を用いた場合は、電界により光吸収強度が変調され
る機構はワニエ・シュタルク局在性(例えば、Ｋ.Ｆujiw
ara,Ｏptical and Ｑuantum Ｅlectronics,３２、Ｓ９９
−Ｓ３２０,１９９０参照)である点が異なっている。
【００１４】次にＡ−ＳＥＥＤ素子の動作について説明
する。多重量子井戸構造または超格子を含む２つのダイ
オード素子３１、３２を直列に接続し、逆バイアス定電
圧(Ｖo)源３３を接続した回路(図３)を形成する。この
素子においては、光電流を生じる際の電界による光吸収
強度を変調する光応答曲線がダイオード素子３１と３２
に対して２種類あるが、個々のダイオード素子３１、３
２の光スイッチ動作および光メモリ動作の原理は，図５
に示された光応答曲線により説明できる。トリガー用ダ
イオード素子３２へ入射するトリガー光によりスイッチ
用ダイオード素子３１に印加されるバイアス電圧が変化
され、これによりダイオード素子３１はスイッチ光（ト
リガー光と異なる波長を有する）を透過または遮断す
る。
する。多重量子井戸構造または超格子を含む２つのダイ
オード素子３１、３２を直列に接続し、逆バイアス定電
圧(Ｖo)源３３を接続した回路(図３)を形成する。この
素子においては、光電流を生じる際の電界による光吸収
強度を変調する光応答曲線がダイオード素子３１と３２
に対して２種類あるが、個々のダイオード素子３１、３
２の光スイッチ動作および光メモリ動作の原理は，図５
に示された光応答曲線により説明できる。トリガー用ダ
イオード素子３２へ入射するトリガー光によりスイッチ
用ダイオード素子３１に印加されるバイアス電圧が変化
され、これによりダイオード素子３１はスイッチ光（ト
リガー光と異なる波長を有する）を透過または遮断す
る。
【００１５】すなわち、逆バイアス電圧の増加により光
吸収が減少する波長領域において一定波長(λ1)、一定
強度Ｐin1のスイッチ光がスイッチ用ダイオード素子３
１に入射すると、ダイオード素子３１は、光吸収により
生成された電荷キャリアが存在するために低インピダン
ス状態になり、逆バイアス電圧がダイオード素子３２に
印加される。つまりトリガー用ダイオード素子３２は高
インピダンス状態となる。この時、いわゆる量子シュタ
ルク効果(前出のレンティン他の論文参照)により、ダイ
オード素子３１は、光吸収(透過)が大きい(小さい)状態
になり、光を通さないが（ＯＦＦ状態）、ダイオード素
子３２は、光吸収（透過）が小さい(大きい)状態とな
る。
吸収が減少する波長領域において一定波長(λ1)、一定
強度Ｐin1のスイッチ光がスイッチ用ダイオード素子３
１に入射すると、ダイオード素子３１は、光吸収により
生成された電荷キャリアが存在するために低インピダン
ス状態になり、逆バイアス電圧がダイオード素子３２に
印加される。つまりトリガー用ダイオード素子３２は高
インピダンス状態となる。この時、いわゆる量子シュタ
ルク効果(前出のレンティン他の論文参照)により、ダイ
オード素子３１は、光吸収(透過)が大きい(小さい)状態
になり、光を通さないが（ＯＦＦ状態）、ダイオード素
子３２は、光吸収（透過）が小さい(大きい)状態とな
る。
【００１６】スイッチ用ダイオード素子３１と異なる波
長で動作するトリガー用ダイオード素子３２に、スイッ
チ光の波長λ1と異なる波長λ2（λ2≠λ1)で光強度Ｐi
n2のトリガー光を入射し、その強度を増加させると、ダ
イオード素子３２に生じる光電流は、図５の実線（それ
ぞれ１つの光強度Ｐin2に対応する）に示す様に増加し
ていき、回路を流れる電流はダイオード素子３１の負荷
曲線(図５の点線)との交点（Ａ）によって決まる電流値
となる。ダイオード素子３２に照射されるトリガー光強
度Ｐin2（λ2）がスイッチ光強度Ｐin1（λ1）よりも小
さい時は、ダイオード素子３１と３２における逆バイア
ス電圧の印加された状態は前と変わらない。
長で動作するトリガー用ダイオード素子３２に、スイッ
チ光の波長λ1と異なる波長λ2（λ2≠λ1)で光強度Ｐi
n2のトリガー光を入射し、その強度を増加させると、ダ
イオード素子３２に生じる光電流は、図５の実線（それ
ぞれ１つの光強度Ｐin2に対応する）に示す様に増加し
ていき、回路を流れる電流はダイオード素子３１の負荷
曲線(図５の点線)との交点（Ａ）によって決まる電流値
となる。ダイオード素子３２に照射されるトリガー光強
度Ｐin2（λ2）がスイッチ光強度Ｐin1（λ1）よりも小
さい時は、ダイオード素子３１と３２における逆バイア
ス電圧の印加された状態は前と変わらない。
【００１７】しかし、Ｐin2＞Ｐin1のとき、或るしきい
値を越えるとトリガー用ダイオード素子３２が高インピ
ダンス状態で存在し得る負荷曲線の交点(Ａ)が存在しな
くなるので、トリガー用ダイオード素子３２は低インピ
ダンス状態となり、印加バイアス電圧値のスイッチング
の結果として、スイッチ用ダイオード素子３１は低イン
ピダンス状態から高インピダンス状態(Ｂ)へ変化する。
このとき、ダイオード素子３１は、光吸収(透過)が小さ
い(大きい)状態となり、スイッチ光強度Ｐout1の光を通
す。すなわち、トリガー光の強度Ｐin2の増加により、
スイッチ光強度Ｐout1の光スイッチング動作(ＯＦＦ→
ＯＮ)が得られる。
値を越えるとトリガー用ダイオード素子３２が高インピ
ダンス状態で存在し得る負荷曲線の交点(Ａ)が存在しな
くなるので、トリガー用ダイオード素子３２は低インピ
ダンス状態となり、印加バイアス電圧値のスイッチング
の結果として、スイッチ用ダイオード素子３１は低イン
ピダンス状態から高インピダンス状態(Ｂ)へ変化する。
このとき、ダイオード素子３１は、光吸収(透過)が小さ
い(大きい)状態となり、スイッチ光強度Ｐout1の光を通
す。すなわち、トリガー光の強度Ｐin2の増加により、
スイッチ光強度Ｐout1の光スイッチング動作(ＯＦＦ→
ＯＮ)が得られる。
【００１８】一方、トリガー光強度Ｐin2を減少させる
とき、負荷曲線との交点(Ｃ)まではトリガー用ダイオー
ド素子３２の低インピダンス状態は保持されるので、ス
イッチ用ダイオード素子３１のＯＮ状態(高インピダン
ス状態)は保持され、結果として光メモリ動作が得られ
る。トリガー光強度Ｐin2が減少し負荷曲線との交点Ｃ
を越えると、Ｃより下には負荷曲線との交点はないの
で、スイッチ用ダイオード素子３１の初期状態（Ｄ）へ
の光スイッチング動作(Ｃ（ＯＮ）→Ｄ（ＯＦＦ）)が起
こり、光双安定動作が得られる。
とき、負荷曲線との交点(Ｃ)まではトリガー用ダイオー
ド素子３２の低インピダンス状態は保持されるので、ス
イッチ用ダイオード素子３１のＯＮ状態(高インピダン
ス状態)は保持され、結果として光メモリ動作が得られ
る。トリガー光強度Ｐin2が減少し負荷曲線との交点Ｃ
を越えると、Ｃより下には負荷曲線との交点はないの
で、スイッチ用ダイオード素子３１の初期状態（Ｄ）へ
の光スイッチング動作(Ｃ（ＯＮ）→Ｄ（ＯＦＦ）)が起
こり、光双安定動作が得られる。
【００１９】図３と図４では、ダイオード素子３１の真
性半導体層４が基板１に対して透明となる波長で動作す
る多重量子井戸又は超格子構造を用いて構成したので、
基板を除去することなく、ダイオード素子３１とダイオ
ード素子３２に入射する光の入射方向を１８０度違えて
素子を構成した実施例を示している。また、図３と図４
では、２つの異なる組成、膜厚からなる層２４と２４'
が２回の成長で形成される場合を示したが、ダイオード
素子３１とダイオード素子３２を形成する位置で基板に
あらかじめ段差を設けておき、１回の成長で２つの異な
る層２４と２４'を形成してしまうことも可能である。
この場合、ダイオード素子３１に用いる光の波長λ1が
ダイオード素子３２に用いる光の波長λ2よりも長波長
となる様に構成すれば、ダイオード素子３１に入射する
光はダイオード素子３２に対しては透明となるので、も
れ光による光スイッチ、光メモリ動作時のＯＮ／ＯＦＦ
レベルの変動はなくすことが出来る。
性半導体層４が基板１に対して透明となる波長で動作す
る多重量子井戸又は超格子構造を用いて構成したので、
基板を除去することなく、ダイオード素子３１とダイオ
ード素子３２に入射する光の入射方向を１８０度違えて
素子を構成した実施例を示している。また、図３と図４
では、２つの異なる組成、膜厚からなる層２４と２４'
が２回の成長で形成される場合を示したが、ダイオード
素子３１とダイオード素子３２を形成する位置で基板に
あらかじめ段差を設けておき、１回の成長で２つの異な
る層２４と２４'を形成してしまうことも可能である。
この場合、ダイオード素子３１に用いる光の波長λ1が
ダイオード素子３２に用いる光の波長λ2よりも長波長
となる様に構成すれば、ダイオード素子３１に入射する
光はダイオード素子３２に対しては透明となるので、も
れ光による光スイッチ、光メモリ動作時のＯＮ／ＯＦＦ
レベルの変動はなくすことが出来る。
【００２０】ＧaＡs基板上に成長させたヘテロ接合型ｐ
ｉｎダイオード構造において、ＳＥＥＤ素子の片方のダ
イオード素子の真性半導体層をＩnＧaＡs歪量子井戸を
有する多重量子井戸または超格子で構成した場合、一つ
の波長をＧaＡs基板が透明体となる波長に設定すること
ができるので、従来の対称ＳＥＥＤ素子（図２）のよう
に光の入射、出射のために基板を除去することなく、容
易に半導体光素子を構成できる。
ｉｎダイオード構造において、ＳＥＥＤ素子の片方のダ
イオード素子の真性半導体層をＩnＧaＡs歪量子井戸を
有する多重量子井戸または超格子で構成した場合、一つ
の波長をＧaＡs基板が透明体となる波長に設定すること
ができるので、従来の対称ＳＥＥＤ素子（図２）のよう
に光の入射、出射のために基板を除去することなく、容
易に半導体光素子を構成できる。
【００２１】ヘテロ接合型半導体ｐｉｎダイオード構造
において、ＩｎＰを基板として用い、ＩｎＰ基板上に真
性半導体層としてＩnＧaＡs／ＩnＰ又はＩnＧaＡs／Ｉn
ＡlＡsで構成されている多重量子井戸構造あるいは超格
子構造を形成してもよい。さらに、非対称ＳＥＥＤ素子
の構成において、基板半導体１が多重量子井戸または超
格子層に対して透明でない場合でも、従来の対称ＳＥＥ
Ｄ素子と同様に、ｐｉｎダイオード層と基板との間に多
層薄膜で形成される反射膜を付加することによっても異
なる２つの波長λ1とλ2で動作する対称ＳＥＥＤ素子を
構成することが出来る。
において、ＩｎＰを基板として用い、ＩｎＰ基板上に真
性半導体層としてＩnＧaＡs／ＩnＰ又はＩnＧaＡs／Ｉn
ＡlＡsで構成されている多重量子井戸構造あるいは超格
子構造を形成してもよい。さらに、非対称ＳＥＥＤ素子
の構成において、基板半導体１が多重量子井戸または超
格子層に対して透明でない場合でも、従来の対称ＳＥＥ
Ｄ素子と同様に、ｐｉｎダイオード層と基板との間に多
層薄膜で形成される反射膜を付加することによっても異
なる２つの波長λ1とλ2で動作する対称ＳＥＥＤ素子を
構成することが出来る。
【００２２】
【発明の効果】この発明に係る半導体光素子において、
異なる波長λ1、λ2で動作する２種類の異なるｐｉｎダ
イオードで非対称ＳＥＥＤ素子が構成されているので、
信号スイッチ光とトリガー光の波長λ1、λ2を違えるこ
とが出来るという、光の持つ波長多重性を十分に利用で
きる。また、このため、非対称ＳＥＥＤ素子を構成部品
とした光演算システム等の光信号処理システムの構成を
大幅に簡略化できる。
異なる波長λ1、λ2で動作する２種類の異なるｐｉｎダ
イオードで非対称ＳＥＥＤ素子が構成されているので、
信号スイッチ光とトリガー光の波長λ1、λ2を違えるこ
とが出来るという、光の持つ波長多重性を十分に利用で
きる。また、このため、非対称ＳＥＥＤ素子を構成部品
とした光演算システム等の光信号処理システムの構成を
大幅に簡略化できる。
【図１】 従来の対称ＳＥＥＤの回路図である。
【図２】 従来の対称ＳＥＥＤの構造図である。
【図３】 この発明の一実施例による非対称ＳＥＥＤの
回路図である。
回路図である。
【図４】 この発明の一実施例による非対称ＳＥＥＤの
構造図である。
構造図である。
【図５】 光スイッチ、光メモリの動作原理を示す図で
ある。
ある。
２１： 基板、 ２３，２３’： ｎ型半導体クラッド層、 ２４，２４’： 多重量子井戸(ＭＱＷ)又は超格子(Ｓ
Ｌ)構造、 ２５，２５’： ｐ型半導体クラッド層、 ３１： スイッチ用ダイオード素子、 ３２： トリガー用ダイオード素子、 ３３： 定電圧電源。
Ｌ)構造、 ２５，２５’： ｐ型半導体クラッド層、 ３１： スイッチ用ダイオード素子、 ３２： トリガー用ダイオード素子、 ３３： 定電圧電源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−10302（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−77039（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】 真性半導体層が多重量子井戸構造あるい
は超格子構造を有し、多重量子井戸構造あるいは超格子
構造に垂直な方向から電界を印加することによって光学
吸収端付近の波長領域で光透過率を変化させることが出
来るヘテロ接合型半導体の第１ｐｉｎダイオードと、 真性半導体層が多重量子井戸構造あるいは超格子構造を
有し、多重量子井戸構造あるいは超格子構造に垂直な方
向から電界を印加することによって光学吸収端付近の波
長領域で光透過率を変化させることが出来、上記第１ｐ
ｉｎダイオードとは異なる波長領域で光透過率を変化さ
せることが出来るヘテロ接合型半導体の第２ｐｉｎダイ
オードと、 一定の逆バイアス電圧が印加できる定電圧源とからな
り、 第１ｐｉｎダイオードと第２ｐｉｎダイオードを定電圧
源に直列に接続し、電気光学的にフィードバック回路を
構成することを特徴とした半導体光素子。 - 【請求項２】 ヘテロ接合型半導体ｐｉｎダイオード構
造がＧaＡs基板上に形成され、真性半導体層が、歪Ｉn
ＧaＡs層で構成されＧaＡs基板が透明となる波長領域で
動作できる多重量子井戸構造あるいは超格子構造を有す
ることを特徴とした請求項１記載の半導体光素子。 - 【請求項３】 ヘテロ接合型半導体ｐｉｎダイオード構
造がＧaＡs基板上に形成され、ＧaＡs基板とダイオード
構造の間に多重薄膜反射膜を備えたことを特徴とした請
求項１記載の半導体光素子。 - 【請求項４】 ヘテロ接合型半導体ｐｉｎダイオード構
造がＩnＰ基板上に形成され、真性半導体層が、ＩnＧa
Ａs／ＩnＰ又はＩnＧaＡs／ＩnＡlＡsで構成されている
多重量子井戸構造あるいは超格子構造を有することを特
徴とした請求項１記載の半導体光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19395891A JPH0782754B2 (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | 半導体光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19395891A JPH0782754B2 (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | 半導体光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0536286A JPH0536286A (ja) | 1993-02-12 |
| JPH0782754B2 true JPH0782754B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=16316593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19395891A Expired - Fee Related JPH0782754B2 (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | 半導体光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0782754B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4800262A (en) * | 1987-12-31 | 1989-01-24 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Tri-state optical device with quantum well absorption |
| JPH0210302A (ja) * | 1988-06-29 | 1990-01-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 単結晶赤外ファイバ製造法 |
-
1991
- 1991-08-02 JP JP19395891A patent/JPH0782754B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0536286A (ja) | 1993-02-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |