JPS60165777A - 光双安定集積素子 - Google Patents

光双安定集積素子

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JPS60165777A
JPS60165777A JP59021123A JP2112384A JPS60165777A JP S60165777 A JPS60165777 A JP S60165777A JP 59021123 A JP59021123 A JP 59021123A JP 2112384 A JP2112384 A JP 2112384A JP S60165777 A JPS60165777 A JP S60165777A
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JP
Japan
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light
semiconductor laser
laser
optical
phototransistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP59021123A
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English (en)
Inventor
Yuichi Odagiri
小田切 雄一
Tomoji Terakado
知二 寺門
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS60165777A publication Critical patent/JPS60165777A/ja
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    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
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    • G02F3/00Optical logic elements; Optical bistable devices
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、半導体を用いた光交換・光情報処(1) 理の主要構成要素である光双安定集積素子に関する。
(従来技術とその問題点) 光交換・光情報処理に主要な光記憶・光論理素子として
最近検討されてきている光双安定素子は低エネルギーで
高速動作する可能性があり、その将来性が注目されてい
る素子である。光双安定素子とは、ある一つの入射光強
度あるいは注入電流価に対して出射光強度が高f斤2つ
の安定状態をとりうろことに由来している。この素子に
は半導体を始め液晶、誘電体を用いたものが検討されて
いるが、半導体拐料を用いたものは、特にその高速性を
最も良く発揮できるものとして注目されている。その中
に波長依存性が小さく周囲温度の変動に対して特性が左
右されない素子として、光トランジスタと発光ダイオー
ドを同一基板に積層させて形成した光双安定素子がある
。これについては佐々木氏のアイ・イー・イー・イー・
トランスアクション・オン・エレクトpン・デバ(−/
((IEEETRAN8ACTION ON ELEC
TRON DEVICES )誌の第ED−29巻、第
9号、第1382頁〜1388頁、1982年に記載さ
れた論文に詳しい。
この動作原理を説明するためK、第1図にその構成図を
示す。入射光は光トランジスターの基板2゜エミツタ層
3を透過してベース層4.コレクタ層5で吸収されて電
子及び正孔を生成させる。そのうちの電子は2つのクラ
ッド層6にはさまれた発光ダイオード7の活性層8へ流
れこみ最上層のP形キャップ層9から活性層8へ流入し
た正孔と再結合して発光する。このときの出射光の一部
は光トランジスタIK帰還される。光トランジスターは
通常入射光によって生じた光電流が、その光強度に対し
て飽和する特性を有している。したがっである程度の強
度の入射光が光トランジスターに結合することKより発
光ダイオード7が発光を開始すると、光帰還の効果によ
って光トランジスターの光電流が飽和状態に達するまで
発光ダイオード7への注入電流が増加する。この場合、
発光ダイ( オード7での注入電流に対する光出力への変換効率をa
、光トランジスターでの光入力に対する光電流、への変
換効率なkとするとak)1の条件を満足したときに光
双安定特性が観測されることが知られている。この場合
aの値が通常10−3mW/mAのオーダであるため、
ak:)1となるためには、光トランジスタ1の電流増
幅率を1000以上にする必要がある。この程度の電流
増幅率を有する光トランジスタ1はベース層の厚さ、及
びエミツタ層3とベース層4を構成する半導体材料のエ
ネルギーギャップの大きさ、を最適化することにより実
現可能とはなるが、応答速度とトレード・オフσ)関係
があるため高速動作の方を優先すると電流増幅率を1桁
程度は少なくとも下げる必要がでてくる。そこで発光ダ
イオード7の代りに半導体レーザで置換えられれば、a
の値が07程度となるため大幅な値の電流増幅率を必要
としない。そのため半導体レーザと光トランジスタを組
合わせて集積化でき、しかも両者の間に光帰還が可能な
構成を冶する光双安定素子の実現が望まれていた。
(発明の目的) 本発明は、このような従来の欠点を除去せしめて、半導
体レーザと受光素子を集積化して高速動作を可能にした
光双安定集積素子を提供するととKある。
(発明の構成) 本発明の光双安定集積素子は、光導波路上に回折格を備
えている分布帰還形半導体レーザと、受光素子とを積層
した構造であって、前記半導体レーザの少なくとも一方
の端面は共振器軸方向の光軸に対して全反射角となるよ
うKMめに形成されており、この斜めに形成された端面
で反射された光を受光する位置に前記受光素子が設置さ
れており、かつ、前記受光素子の前記半導体レーザに接
していない方の面が、外部からの入射光に対する受光面
となっていることを特徴としている。
(構成の詳細な説明) この発明では半導体レーザ例えば分布帰還形半導体レー
ザの8i層方向に沿りて受光素子例えば光トランジスタ
を積層して構成されている。分布帰還形半導体レーザの
場合はレーザ光の出射端面が共振器とはならないため、
出射端面が斜めにエラより出射光を斜め方向に取り出す
ことができる。
そこで出射端面の一つが全反射面となるようにエツチン
グ角度を選べば半導体内部で全反射した光は半導体内部
を通って積層された面にほぼ垂直な方向に出射すること
となる。そこで出射する面上に受光素子例えば光トラン
ジスタを積層させておけば、全反射した出射光の殆んど
が光トランジスタに吸収される。これKよって生じた光
電流は半導体レーザ例えば分布帰還形半導体レーザに再
びバイアス電流として注入される。光トランジスタには
前述のように入射光の強度に対して光電流が飽和する特
性を有しているので、この光帰還効果を利用して光電流
が飽和値に達するまで分布帰還形半導体レーザに電流が
注入されつづける。この場合外部からの入射光が光トラ
ンジスタの受光面から注入されれば、そのことがトリガ
となって光双安定動作を実現できる。したがって、本発
明においては半導体レーザと受光素子とを同一半導体基
板上に集積化することが可能となるため、高速動作に適
した構造の受光素子で構成でき、高速動作の可能な光双
安定素子を構成することができる。
(実施例) 次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第2図は本発明の一実施例の斜視図である。光双安定4
J積素子101は分布帰還形半導体レーザ102と光ト
ランジスタ 103とから構成されている。この場合、
分布帰還形半導体レーザ102の一部に光トランジスタ
103が積層されている。
分布帰還形半導体レーザ1021c11L流を供給する
電極と光トランジスタへの電極は溝104によって隔て
られており、いわゆるタンデム電、極構造を形成してい
る。光双安定集積素子101の製法としては、まずp形
基板105上Kp−InP第1のバッファ層106 、
p−InPクラッド層107゜ノンドープのIHGaA
iP活性層10B 、回折格子を有するn−InGaA
aPガイド層109 、n −InPクラッド層11G
 、n InP第2のバッファ層111 、n−InG
aAsP=+レクタ層112、p−InG&AgPベー
ス層113 、n −InP :x−ミッタ層114を
積層する。
次に分布帰還形半導体レーザ102 K電流を供給しや
すいように光トランジスタ103となるところ以外のコ
レクタ層112、ペース113、エミツタ層114をエ
ツチング忙より除去する。さらに光トランジスタ103
への第1の電&115と分布帰還形半導体レーザ102
への第2の電極116は、互いに独立に機能するように
第2のバッファ層111をエツチングして除去し溝10
4 !lcより分離される。第2のバッファ層111を
除去する理由は第1の電極115 と第2の電極116
との間の抵抗を大きくしたためである。
光トランジスタ103としては高速動作を可能にする必
要性から、応答速度を左右する接合容量が小さくなるよ
う受光面117をとりかこむような第1の電極115を
形成する。次に、光トランジスタ103と分布帰還形半
導体レーザ102とが光学的に結合する必要性から、分
布帰還形半導体レーザ102の共振器軸方向の一方の側
の出射側端面な逆メサ方向にエツチングする。エツチン
グされた角度を全反射角度にとれば、全反射端面120
で全反射した光は分布帰還形半導体レーザ102直上の
光トランジスタ103に吸収される。
したがりてトリガとして外部から入射光が光トランジス
タ103 K受光面117から注入されるとコレクタF
Vj112 、ペース層113での光の吸収によって生
じた正孔、電子のうちの電子が第1のtt&l15と第
3の′#を極118の間の電界により第3の電極118
の方へ引きませられる。その結果として、分布帰還形半
導体レーザ102へ電子が供給され、また第3の電&1
18からL正孔が供給される。これKより電子と正孔が
再結合して分布帰還形半導体レーザ発振を始める。この
場合に第2の電極116からあらかじめ電流をある程度
注入して利得をあげておけばさらにレーザ発振は容易と
なる。発振したレーザ光は全反射端面120により光ト
ランジスタ 103へ光帰還される。
この光帰還が繰返えされた結果、光トランジスタ103
の光電流が入射光強度に対して飽和状独となったところ
で分布帰還形半導体レーザ102からの出射光強度は一
定値となる。この実施例ではレーザ発振閾値100mA
K対して、第2の電極116への注入電流を80mA、
入射光強度を30μm、光トランジスタ103の電流増
幅率を100とした。
光トランジスタ103への印加電圧は5■である。
したがってレーザ発振に必要な残る20mAは入射光の
光−電気変換による。一旦レーザ発振を開始するとak
)1を十分満足しているので、光トランジスタ103の
光電流が飽和するまで急峻に出射光強度が増加した。あ
とは入射光強度を増加させても殆んど出射光強度に変化
は見られなかった。
次に入射光強度を減少させていくと、光トランジスタ1
02の光電流が飽和点のところまで出射光が変化せず、
さらに減少させていくと急峻に出射光強度が減少した。
立上り、立下りでの入射光強度には差があり、光双安定
動作が観測された。また半導体レーザを用いているので
高速動作にも効果的なことがわかった。この実施例では
分布帰還形半導体レーザ102の大きさは、共振器長が
350μm1幅150μm1第2の電極116の長さが
250μm1溝104の長さが50μm、才だ光トラン
ジスタ103の太きさは受光面の大きさが20μmであ
る。結晶成長の様子は成長方法や成長条件等により太幅
Kかわるのでそれらとともに適切な寸法を採用すべきこ
とは言うまでもない。
本発明の実施例の形態は、以上のべた実施例の他VC種
々ありうる。p−InP基板の代りK n −InP基
板を用いてもよいが、この場合には結晶成長する他の層
のpとnを逆にする<vh壺がある。また分布帰還形半
導体レーザ102を活性層108上に回折格子を設けた
ガイド層にした全面電極タイプとしたが、動作電流を小
さく抑えられるように、埋め込みヘテp構造としてもよ
い。また半導体材料としてもInP/InGaAsP系
K[らずGaAs/A4GaAs系等の他のものであっ
てもよい。
また以上の実施例では半導体レーザとして分布帰還形半
導体レーザ102を、受光素子として光トランジスタ 
103を用いたが限定されるものではない。例えば受光
素子としてフォトダイオードやAPDを用いても同様の
効果が得られる。才だ、半導体レーザからの出射光を積
層面に垂直な方向Kl(liり出せるようKもう1つの
出射側端面を全反射端面としてもよい。また以上の実施
例では分布帰還形半導体レーザ]02への注入電流用と
して第2の電極116を設けたが、光トランジスタ10
3の電流増幅率が十分大きければ、がならずしも設ける
必要はない。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例の構成図、第2図は本発明の実施例の斜
視図を示す図である。 なお図において、1・・・光トランジスタ、2・・・基
板、3・・・エミツタ層、4・・・ベース層、5・・・
コレクタ廣、6・・・クラッド層、7・・・発光ダイオ
ード、8・・・活性層、9・・・キャン7[、10i 
・・・光双安定集積素子、102・・・分布帰還形牛導
体レーザ、103・・・光トランジスタ、104・・・
溝、105・・・p形基板、106−p−Inp第1の
バッファ層、107・・・p−InPクラッド層、10
8・・・ノンドープのInGaAsP活性層、109−
 n −InGaAsPガイド層、110・・・n−I
nPクラッド層、111・・・n−InP第2のバッフ
ァ層、112−n−InGaAsP’:lレクタ層、l
 13−p−InGaAsPベース層、114・=n 
−1nP エミツタ層、115・・・第1の電極、11
6・・・第2のIM、IIi、11r・・・受光面、1
18・・・第3の電、極、120・・・全反射端面をそ
れぞれあられす。 ト −

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 光導波路上に回折路を備えている分布帰還形半導体レー
    ザと、受光素子とを積層した構造であって、前記半導体
    レーザの少なくとも一方の端面は共振器軸方向の光軸に
    対して全反射角となるようKNめに形成されており、こ
    の斜めに形成された端面で反射された光を受光する位置
    に前記受光素子が設置されており、かつ、前記受光素子
    のOff iii半導体レーザに接していない方の面が
    、外部からの入射光に対する受光面となっていることを
    特徴とする光双安定集積素子。
JP59021123A 1984-02-08 1984-02-08 光双安定集積素子 Pending JPS60165777A (ja)

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JP59021123A JPS60165777A (ja) 1984-02-08 1984-02-08 光双安定集積素子

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JP59021123A JPS60165777A (ja) 1984-02-08 1984-02-08 光双安定集積素子

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JP (1) JPS60165777A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4950622A (en) * 1988-04-28 1990-08-21 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Method for manufacturing a surface emitting type AlGaAs/GaAs semiconductor laser diode
US8333086B2 (en) 2007-11-21 2012-12-18 The Tokyo Electric Power Company, Incorporated Condenser and cooling device
JP2015018925A (ja) * 2013-07-10 2015-01-29 ソフトバンクテレコム株式会社 波長変換素子及び波長変換装置

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