JPS63136580A - Optical bistable element - Google Patents

Optical bistable element

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JPS63136580A
JPS63136580A JP61283287A JP28328786A JPS63136580A JP S63136580 A JPS63136580 A JP S63136580A JP 61283287 A JP61283287 A JP 61283287A JP 28328786 A JP28328786 A JP 28328786A JP S63136580 A JPS63136580 A JP S63136580A
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gaas
layer
free carriers
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Abstract

PURPOSE:To shorten the relaxation time of free carriers largely, and to increase the working speed of an etalon type optical bistable element sharply by providing a compound semiconductor superlattice, in which two kinds of compound semiconductor thin-films having different band gaps are laminated alternately, reflecting films formed onto both surfaces of the compound semiconductor superlattice and a means through which an electric field is applied between both reflecting films. CONSTITUTION:An AlGaAs film 102 and a GaAs/AlGaAs superlattice 103 are laminated onto a GaAs substrate 101, a window is bored to the substrate 101, and metallic reflecting films 106a and 106b having reflectivity of approximately 95% are shaped onto a window section and the GaAs/AlGaAs superlattice. When an electric field is applied to the GaAs/AlGaAs superlattice 103, free carriers being generated are tunneled to barrier layers in the mutually opposite directions by electrons and holes. The relaxation time of free carriers is determined by a tunnel time constant, but the value is faster than the recombination time of free carriers, thus largely increasing the working speed of an element.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光スイッチングや光記憶等の機能を有し、将
来の光通信システムや光情報処理システムにおいて重要
なエレメントとなる光双安定素子に関し、%〈高速、低
入射エネルギでスイッチング、光記憶の動作をする可能
性があ)、高集積化が可能な化合物半導体非線型エタロ
ン型光双安定素子に関する。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to an optical bistable device that has functions such as optical switching and optical storage, and will be an important element in future optical communication systems and optical information processing systems. This invention relates to compound semiconductor nonlinear etalon-type optical bistable devices that can perform high-speed, low-incident-energy switching and optical storage operations and can be highly integrated.

(従来の技術) 将来の光通信システム、光情報処理システムにおいて重
要なエレメントである光双安定素子に関する研究が近年
活発化している。光双安定素子には、上記適用分野から
考えて、高速動作、低エネルギ動作、高集積化の容易性
、動作波長が他の光デバイスや電子デバイスと整合する
ことなどが要求される。これまでに種々の動作機構にも
とずく光双安定素子が提案され製作されているが、化合
物半導体薄膜での大きな光学的非線型性を利用した素子
は、小型で高集積化と適し、低エネルギ動作の可能性が
あシ、現状の光デバイス、電子デバイスとの整合性も良
いことから将来量も有望である0とりわけ化合物半導体
の励起子の吸収飽和に伴う屈折率変化の非線型性を利用
したエタロン型光双安定素子は低エネルギ動作、2次元
アレイ化が可能という優れた特徴を有している。
(Prior Art) Research on optical bistable elements, which are important elements in future optical communication systems and optical information processing systems, has become active in recent years. Considering the above-mentioned fields of application, optical bistable devices are required to operate at high speed, operate at low energy, facilitate high integration, and match the operating wavelength with other optical devices and electronic devices. Optical bistable devices based on various operating mechanisms have been proposed and fabricated so far, but devices that utilize the large optical nonlinearity of compound semiconductor thin films are small, suitable for high integration, and have low cost. There is a possibility of energy operation, and it is compatible with current optical devices and electronic devices, so it is promising for future quantities.In particular, it is important to understand the nonlinearity of the refractive index change associated with exciton absorption saturation in compound semiconductors. The etalon-type optical bistable device used has excellent features such as low-energy operation and the possibility of forming a two-dimensional array.

第4図にそのエタロン型光双安定素子の構造の概略を示
す。入射光強度により屈折率が非線型に変化する非線型
屈折率媒質4010両側を反射膜204a、204bで
サンドイッチした構成となっている。非線型屈折率媒質
401による入射光強度に対する屈折率の非線型な応答
と、両側の反射膜204a、204bによる非線型応答
に対する正のフィードバックによυ入射光と透過光との
間に光双安定特性が生ずる。非線型屈折率媒質として室
温でも安定に励起子が存在するGaAs/AtGaAs
超格子を用いると、室温動作が可能な光双安定素子を実
現できることがエイチ・エム・ギプス(H−M−Gib
bg)らによシアブライド・フィツクス・レターズ(A
pPlied  Ph7sicaLetters)誌1
982年8月1日号(第41巻)221ページから22
2ページにおいて報告されている。GaAs/AtGa
As超格子を用いたエタロン型光双安定素子は室温でも
励起子吸収飽和にもとすく大きな屈折率の非線型性を利
用でき高集積化が可能で、動作波長も現状のGaAs系
半導体レーザと良く整合するため非常に有望な光双安定
素子である。
FIG. 4 schematically shows the structure of the etalon type optical bistable element. A nonlinear refractive index medium 4010 whose refractive index nonlinearly changes depending on the intensity of incident light is sandwiched between reflective films 204a and 204b on both sides. Due to the nonlinear response of the refractive index to the intensity of incident light by the nonlinear refractive index medium 401 and the positive feedback to the nonlinear response by the reflective films 204a and 204b on both sides, optical bistableness is created between υ incident light and transmitted light. Characteristics arise. GaAs/AtGaAs has excitons stably existing even at room temperature as a nonlinear refractive index medium
H-M-Gib has shown that using superlattices, it is possible to create optically bistable devices that can operate at room temperature.
bg) Rayo Shea Bride Fixtures Letters (A
pPlied Ph7sica Letters) Magazine 1
August 1, 982 issue (Volume 41) pages 221-22
It is reported on page 2. GaAs/AtGa
Etalon-type optical bistable devices using As superlattices are able to reach exciton absorption saturation even at room temperature, take advantage of the large nonlinearity of the refractive index, and can be highly integrated, and their operating wavelengths are similar to current GaAs-based semiconductor lasers. It is a very promising optical bistable device because of its good matching.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上述のGaAs/AtGaAs −r−
タロン型双安定素子にはスイッチ・オ/は高速で行なわ
れるが、スイッチ・オフが低速であるという問題点があ
る。これはスイッチ・オ/時間を決定する励起子のエネ
ルギ緩和時間(光が入射されることによシ励起子が形成
され、その後フォノンによシ励起子が電子とホールの対
処分解される時間)は非常に短かい(ピコ秒以下)がス
イッチ・オフ時間を決定する励起子分解により生じたフ
リーキャリアの緩和時間が自然再結合の場合30ナノ秒
程度と非常に遅いためである。
(Problems to be Solved by the Invention) However, the above-mentioned GaAs/AtGaAs -r-
Talon-type bistable devices have a problem in that they switch on/off quickly, but switch off slowly. This is the exciton energy relaxation time that determines the switch-on time (the time during which an exciton is formed by incident light, and then the exciton is decomposed into electrons and holes by phonons). is very short (less than picoseconds), but this is because the relaxation time of free carriers generated by exciton decomposition, which determines the switch-off time, is very slow at about 30 nanoseconds in the case of spontaneous recombination.

本発明は、化合物半導体超格子を用いたエタロン型光双
安定素子のスイッチ・オフ時間を決定するフリーキャリ
アの緩和時間を低減化して素子を高速化することを目的
とする。
An object of the present invention is to reduce the free carrier relaxation time that determines the switch-off time of an etalon-type optical bistable device using a compound semiconductor superlattice, thereby speeding up the device.

(問題点を解決するだめの手段) 前述の問題点を解決するために本願の第1の発明が提供
する光双安定素子は、バンドギャップの異なる2種類の
化合物半導体薄膜を交互に積層させた化合物半導体超格
子と、この化合物半導体超格子の両面に形成された反射
膜と、これら両反射膜間に電界を印加する手段とを備え
ていることを特徴とする。
(Means for solving the problem) In order to solve the above-mentioned problem, the optical bistable device provided by the first invention of the present application is made by alternately laminating two types of compound semiconductor thin films with different band gaps. It is characterized by comprising a compound semiconductor superlattice, a reflective film formed on both sides of the compound semiconductor superlattice, and means for applying an electric field between both of these reflective films.

また、前述の問題点を解決するために本願の第2の発明
が提供する光双安定素子は、バンドギャップの異なる2
種類の化合物半導体薄膜を交互に積層させた化合物半導
体超格子をi層とする化合物半導体pin ダイオード
の両面に反射膜が形成されてな)、前記pinダイオー
ドのp層およびn層化合物半導体中には深い準位を形成
する不純物が導入されていることを特徴とする。
In addition, in order to solve the above-mentioned problems, the optical bistable device provided by the second invention of the present application has two devices having different band gaps.
Reflective films are formed on both sides of a compound semiconductor pin diode (i-layer is a compound semiconductor superlattice made by alternately laminating different types of compound semiconductor thin films), and in the p-layer and n-layer compound semiconductor of the pin diode, It is characterized by the introduction of impurities that form deep levels.

さらに、前述の問題点を解決するために本願の第3の発
明が提供する光双安定素子は、バンドギャップの異なる
2種類の化合物半導体薄膜を交互に積層させた化合物半
導体超格子を1層とする化合物半導体pinダイオード
の両面に反射膜が形成されてなり、前記化合物半導体超
格子を形成する薄膜のなかでパンドギクツプの大きい方
の化合    ”物半導体中には深い準位を形成する不
純物が導入されていることを特徴とする。
Furthermore, in order to solve the above-mentioned problems, the optical bistable device provided by the third invention of the present application includes a single layer of a compound semiconductor superlattice in which two types of compound semiconductor thin films with different band gaps are alternately laminated. Reflective films are formed on both sides of a compound semiconductor pin diode that forms a compound semiconductor superlattice, and impurities that form a deep level are introduced into the compound semiconductor that has a larger breadth gap among the thin films that form the compound semiconductor superlattice. It is characterized by

(作 用) 本願の各発明においては、外部から化合物半導体超格子
へ電界を印加するか、もしくはpin構造のビルトイン
・ポテンシャルを利用することによシ化合物半導体超格
子へ電界庄印加するかして超格子のエネルギー・バンド
を傾斜させ、超格子のウェル層にたまったフリーキャリ
アをバリア層方向へトンネルさせる。このときキャリア
の緩和時間はトンネル時定数で決定されるがこれは数百
ピコ秒程度であるので、光双安定素子の動作速度は自然
再結合の場合に比べて十分高速となる。なおpin構造
の素子の場合は、電子とホールが逆方向にトンネルして
p層側に電子、n層側にホールが蓄積してしまうとバン
ドの傾斜が消失してしまうから、本願発明においては、
これを防止するために再結合中心となる不純物が導入さ
れた層を具備させている。
(Function) In each invention of the present application, an electric field is applied to the compound semiconductor superlattice from the outside, or an electric field is applied to the compound semiconductor superlattice by using the built-in potential of the pin structure. By tilting the energy band of the superlattice, free carriers accumulated in the well layer of the superlattice are tunneled toward the barrier layer. At this time, the relaxation time of carriers is determined by the tunneling time constant, which is approximately several hundred picoseconds, so the operating speed of the optical bistable element is sufficiently faster than in the case of natural recombination. In the case of an element with a pin structure, if electrons and holes tunnel in opposite directions and accumulate electrons in the p-layer side and holes in the n-layer side, the band slope disappears. ,
In order to prevent this, a layer into which impurities that become recombination centers are introduced is provided.

(実施例) 以下、図面を参照して本願発明の詳細な説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本願の第1の発明によるGaAs/AtGaA
s超格子エタロン型光双安定素子の構造を示す図であシ
、第1図(a)は素子構造を、第1図(b)はエネルギ
ー・バンドをそれぞれ示してhる。
FIG. 1 shows GaAs/AtGaA according to the first invention of the present application.
1(a) shows the device structure, and FIG. 1(b) shows the energy bands. FIG.

第1図の実施例においては、GaAs基板101上にA
tGaAs膜102、GaAs / AtGaAs超格
子103が積層され、GaAs基板101には窓があけ
られ、窓部およびGaAs/AtGaAs超格子の上に
は反射率が95%程度の金属反射膜106aおよび10
6bがそれぞれ形成されている。この金属反射膜106
aおよび106bには外部がらGaAs/AtGaAs
超格子へ電界を印加するための外部電源107が接続さ
れている。以上の構造によF)GaAs/AtGaAs
超格子103を非線型屈折率媒質とし、金属反射膜10
6 a、  106 bを反射鏡とするエタロン型光双
安定素子が構成される。
In the embodiment shown in FIG.
A tGaAs film 102 and a GaAs/AtGaAs superlattice 103 are laminated, a window is formed in the GaAs substrate 101, and metal reflective films 106a and 10 with a reflectance of about 95% are formed on the window and on the GaAs/AtGaAs superlattice.
6b are formed respectively. This metal reflective film 106
a and 106b have GaAs/AtGaAs on the outside.
An external power source 107 is connected to apply an electric field to the superlattice. With the above structure F) GaAs/AtGaAs
The superlattice 103 is a nonlinear refractive index medium, and the metal reflective film 10
An etalon type optical bistable element is constructed in which 6 a and 106 b serve as reflecting mirrors.

以下に第1図(a)に示すGaAs/AtGaAg非線
型コタロン型光双安定素子の製造方法を簡単に説明する
。先ずGaAs基板101上にGaAs基板のエツチン
グ・ストップ層となる1μm又はそれ以下の厚さのAt
GaAs膜102を形成する。
A method for manufacturing the GaAs/AtGaAg nonlinear Kotalon type optical bistable device shown in FIG. 1(a) will be briefly described below. First, a layer of At with a thickness of 1 μm or less is deposited on the GaAs substrate 101 to serve as an etching stop layer for the GaAs substrate.
A GaAs film 102 is formed.

AtGaAs膜102の上には300λ程度のGaAs
膜を交互にMBE法などによシ積層したGaAs/At
GaAs超格子を60周期程度形成する。その後GaA
s基板101をAtGaAsエツチング・ストップ層1
02が露出するまでエツチングして窓あけを行ない、最
後に露出したAtGaAs膜102上膜上02上As/
AtGaAs超格子103上に高反射率の金属反射膜1
06aおよび106bをそれぞれ形成する。
On the AtGaAs film 102, there is a GaAs film with a thickness of about 300λ.
GaAs/At film layered alternately by MBE method etc.
A GaAs superlattice is formed with about 60 periods. Then GaA
s substrate 101 with AtGaAs etching stop layer 1
Etching is performed until 02 is exposed and a window is opened, and finally As/
High reflectance metal reflective film 1 on AtGaAs superlattice 103
06a and 106b, respectively.

以上忙よシ得られた第1図(a)K示した構造の光双安
定素子が高速で動作する原理を説明する。
The principle by which the optical bistable device having the structure shown in FIG. 1(a)K, which has been successfully obtained above, operates at high speed will be explained.

第1図(a)に示す構造の素子に外部からGaA@/ 
AtGaAs超格子103へ電界を印加すると、第1図
(b)に示すように傾斜が生じ、励起子が分解されるこ
とによシ生じたフリーキャリアは電子とホールで互いに
逆の方向のバリア層へトンネルする。このときフリーキ
ャリアの緩和時間はトンネル時定数により決定されるが
、桝本ら忙よシGaAs/AtGaAs超格子における
フリーキャリアのトンネル時定数の測定が行なわれてお
り、電界強度が5.6X10  以上でトンネル時定数
が430ピコ秒程度であることがフィジカルレビュー(
PHYSICAL REVIEW)B誌1986年4月
15日号(第33巻)5961ページから5964ペー
ジにおいて報告されている。この値はフリーキャリアの
再結合時間(30n5ec程度)K比べて約100倍高
速であシ、Ga As / AtGa As超格子に層
に垂直方向に電界を印加するととによシ素子の大幅な高
速化が実現可能である。この際問題となるのは、電界は
常時印加されているから、光が入力されてスイッチ・オ
ンの状態とするときに励起子吸収飽和が抑圧されるので
はないかという点であるが、励起子がフォノンによ)分
解してできるフリーキャリアがクーロン力をスフリーリ
ングして励起子の分解を促進する過程はサブピコ秒と高
速であシ、フリーキャリアの緩和時間に比べて十分に短
い時間しか要しないので、電界が常時印加されていても
励起子の吸収飽和は生ずる。
GaA@/
When an electric field is applied to the AtGaAs superlattice 103, a tilt occurs as shown in FIG. 1(b), and the free carriers generated due to the decomposition of excitons form electrons and holes in the barrier layer in opposite directions. Tunnel to. At this time, the relaxation time of free carriers is determined by the tunneling time constant, and Masumoto et al. have measured the free carrier tunneling time constant in a GaAs/AtGaAs superlattice. Physical review shows that the tunnel time constant is about 430 ps (
PHYSICAL REVIEW) B magazine, April 15, 1986 issue (Volume 33), pages 5961 to 5964. This value is approximately 100 times faster than the free carrier recombination time (about 30n5ec), and when an electric field is applied perpendicular to the layer in the GaAs/AtGaAs superlattice, the device's speed is significantly higher. is possible. The problem in this case is that since the electric field is constantly applied, exciton absorption saturation may be suppressed when light is input and the switch is turned on. The process in which free carriers generated by decomposition of excitons (by phonons) frees the Coulomb force and promotes the decomposition of excitons takes place at sub-picosecond speeds, which is sufficiently short compared to the relaxation time of free carriers. Therefore, exciton absorption saturation occurs even if an electric field is constantly applied.

よって反射膜を金属膜として外部に電界印加用の電源を
付加するという本発明によシ、光双安定素子の大幅な高
速化が可能である。
Therefore, according to the present invention, in which the reflective film is made of a metal film and an external power supply for applying an electric field is added, it is possible to significantly increase the speed of the optical bistable element.

第2図は本願の第2の発明による光双安定素子の一実施
例を示す。本実施例においてもGaAs/juGaAs
超格子層へ電界を印加することによシ光双安定素子の高
速化をはかるが、第1図の実施例の場合とは異なシ、素
子なpin構造とし、そのビルトインポテンシャルを利
用するととくよシ外部から電界を印加することなしに超
格子層のバンドを傾斜させる。
FIG. 2 shows an embodiment of the optical bistable device according to the second invention of the present application. Also in this example, GaAs/juGaAs
By applying an electric field to the superlattice layer, we aim to increase the speed of the optical bistable device. Tilting the bands of a superlattice layer without applying an external electric field.

第2図(a)に本願の第2の発明によるその実施例の素
子構造を示す。GaAs / AtGaAs超格子層2
03を1層としその上下をP−GaAs201およびn
−GaAs202ではさみこんだpinダイオード構造
となっている。そしてp −GaAs5201側とn−
GaAs 202側の表面に高反射率の反射膜204a
および204bがそれぞれ形成されている。本実施例に
おいては素子がpin構造となっているので、そのビル
)−インポテンシャルを利用して、第2図(b)に示す
ように、GaAs/AtGaAs超格子層203のバン
ドを傾斜させることができる。したがって外部からの電
界を印加するととなく、第1図の実施例の場合と同じ原
理によってフリーキャリアの緩和時間を大幅に低減する
ことができる。ただし、この場合、トンネリングによシ
移動した電子およびホールがそれぞれp−GaAs20
1およびn−GaAs202に蓄積してしまうとバンド
の傾斜が消失してしまう。そこで本実施例だおいては、
p−GaAs層201およびn−GaAs層202中で
深い準位を形成し再結合中心となる不純物、例えばCr
等を導入する。こうすることによ、りp−GaAs層2
01およびn−GaAs層202ヘトンネリングによシ
移動してきたキャリアは高速で再結合するのでバンドの
傾斜の消失は生じず、光双安定素子の高速性が損なわれ
ることはない。
FIG. 2(a) shows the device structure of the embodiment according to the second invention of the present application. GaAs/AtGaAs superlattice layer 2
03 as one layer, and the upper and lower layers are P-GaAs201 and n
- It has a pin diode structure sandwiched between GaAs202. And the p-GaAs5201 side and the n-
High reflectance reflective film 204a on the GaAs 202 side surface
and 204b are formed, respectively. In this example, since the device has a pin structure, the band of the GaAs/AtGaAs superlattice layer 203 can be tilted by utilizing the building potential as shown in FIG. 2(b). I can do it. Therefore, the relaxation time of free carriers can be significantly reduced using the same principle as in the embodiment of FIG. 1 without applying an external electric field. However, in this case, the electrons and holes transferred by tunneling are
1 and n-GaAs 202, the band slope disappears. Therefore, in this example,
Impurities, such as Cr, form deep levels in the p-GaAs layer 201 and n-GaAs layer 202 and become recombination centers.
etc. will be introduced. By doing this, the p-GaAs layer 2
Since the carriers that have migrated into the 01 and n-GaAs layers 202 by tunneling recombine at high speed, the band slope does not disappear, and the high speed performance of the optical bistable device is not impaired.

第3図は本願の第3の発明による光双安定素子の一実施
例を示す。本実施例においても素子をpin構造とし、
そのビルト・インポテンシャルを利用してバンドを傾斜
させフリーキャリアをトンネリングさせてその緩和時間
を低減化させ素子を高速化する。
FIG. 3 shows an embodiment of an optical bistable device according to the third invention of the present application. In this example as well, the element has a pin structure,
The built-in potential is used to tilt the band and tunnel free carriers to reduce the relaxation time and speed up the device.

第3図(a)に本願の第3の発明によるその実施例の素
子構造を示す。GaAs層AtGaAs超格子層303
をi層とし、その上下をp−GaAs201およびn−
GaAs 202ではさみこんだpinダイオード構造
となっている。そしてp−GaAs 201とn −G
aAs 202の表面に高反射率の反射膜204aおよ
び204bがそれぞれ形成されている。本実施例におい
てはp1n構造のビルト・インポテンシャルを利用して
GaAs/AtGaAs 超格子層303のバンドを傾
斜させてフリーキャリアの緩和時間を低減することは第
2図の実施例と同様であるが、バンドの傾斜によシトン
ネリングしたフリーキャリアの再結合のさせ方が第2図
の実施例の場合とは異なる。本実施例においては、第3
図(b)に示すように、GaAs層 AtGaAs超格
子303のAtGaAsバリア層へのみ深い準位を形成
し再結合中心となる不純物を選択ドープする。励起子の
分解によpGaAsウェル層内で生じたフリーキクリア
は、p1n構造のビルト・インポテンシャルによりGa
As/AtGaAs超格子303のバンドが、第3図C
b’)だ示すように、傾斜しているのでトンネルしてA
tGaAs バリア層へ達する。ここで、AtGaAs
バリア層へは、前述のよって再結合中心となる不純物が
ドーピングされているから、その不純物を介して高速の
再結合が行なわれる。したがって本実施例にかいてもキ
ャリア蓄積だよるバンドの傾斜の消失は生じず、内部電
界によるキャリアのトンネリングと再結合中心層(At
GaAsバリア層)の導入によシ素子の高速化が達成さ
れる。
FIG. 3(a) shows an element structure of an embodiment according to the third invention of the present application. GaAs layer AtGaAs superlattice layer 303
is an i layer, and the upper and lower layers are p-GaAs201 and n-
It has a pin diode structure sandwiched between GaAs 202 layers. and p-GaAs 201 and n-G
Highly reflective reflective films 204a and 204b are formed on the surface of the aAs 202, respectively. In this embodiment, the built-in potential of the p1n structure is utilized to tilt the band of the GaAs/AtGaAs superlattice layer 303 to reduce the relaxation time of free carriers, which is similar to the embodiment shown in FIG. , the method of recombining the free carriers tunneled by the band inclination is different from that of the embodiment shown in FIG. In this example, the third
As shown in Figure (b), a deep level is formed only in the AtGaAs barrier layer of the GaAs layer AtGaAs superlattice 303, and impurities serving as recombination centers are selectively doped. The free-kary clear generated in the pGaAs well layer due to the decomposition of excitons is caused by the built-in potential of the p1n structure.
The bands of the As/AtGaAs superlattice 303 are shown in FIG.
As shown in b'), it is sloping, so make a tunnel and go to A.
It reaches the tGaAs barrier layer. Here, AtGaAs
Since the barrier layer is doped with the impurity that serves as a recombination center as described above, high-speed recombination occurs via the impurity. Therefore, even in this example, the disappearance of the band slope due to carrier accumulation does not occur, and carrier tunneling and recombination center layer (At
By introducing a GaAs barrier layer, high speed devices can be achieved.

(発明の効果) 以上のように本願の各発明を用いれば、外部からの電界
またはビルト・インポテンシャルを利用   ′した内
部電界によ)フリーキャリアをトンネリングさせること
によりフリーキャリアの緩和時間を従来よシも大幅に減
少させることができ、エタロン型光双安定素子の動作速
度を大幅に高速化することが可能となる。
(Effects of the Invention) As described above, if each of the inventions of the present application is used, the relaxation time of free carriers can be reduced by tunneling free carriers (by an external electric field or an internal electric field using built-in potential). The optical bistable element can be operated at a significantly higher speed.

本願の各発明は、上記実施例に限定されるものではなく
、上記実施例においては化合物中導体としてG a A
 s系のみをと夛あげたがInP系に対しても本願の各
発明を適用できることは言うまでもない・
Each invention of the present application is not limited to the above-mentioned examples, and in the above-mentioned examples, Ga A is used as a conductor in the compound.
Although only the s-type is mentioned, it goes without saying that the inventions of the present application can also be applied to the InP-type.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)は本願の第1の発明による実施例の構造を
模式的に示す断面斜、視図、第1図(b)は本図(a)
の実施例における超格子のエネルギ・バンドを示す図、
第2図(a)は本願の第2の発明による実施例の構造を
模式的に示す断面斜視図、第2図(b)は本図(a)の
実施例における超格子のエネルギ・バンドを示す図、第
3図(a)は本願の第3の発明だよる実施例の構造を模
式的に示す断面斜視図、第3図(b)は本図(a)の実
施例における超格子のエネルギ・バンドを示す図、第4
図はエタロン型光双安定素子の概略の構造を示す斜視図
である。 110・・・入射光、111・・・出射光、103・・
・GaAs / AAGaAs超格子、203・・・i
 −GaAs/AtGaAa超格子、303 ・・・i
 −GaAa /AtGaAs超格子(AtGaAs層
に不純物ドープ)、101= GaAs基板、102−
 AtGaAs膜、106 a。 106b・・・金属反射膜、107・・・外部電源、1
08− GaAs層、109− AtGaAs膜、20
1・p−GaAs 、 202−n −GaAs 、 
204a、 204b・・・反射膜、401・・・非線
型屈折率媒質。 代理人 弁理士 本 庄 伸 介 110入射光 111と1先 (a) i′81図 110λ酌た 111工蔓1光 (a) (b) 第2図 110λ柵丁と 111出射た (a) p       i      n イ涛モτ坊レベル (b) 110λJJ:′r光
FIG. 1(a) is a cross-sectional perspective view schematically showing the structure of an embodiment according to the first invention of the present application, and FIG. 1(b) is a main view (a).
A diagram showing the energy bands of the superlattice in an example of
FIG. 2(a) is a cross-sectional perspective view schematically showing the structure of the embodiment according to the second invention of the present application, and FIG. 2(b) shows the energy band of the superlattice in the embodiment of FIG. 2(a). FIG. 3(a) is a cross-sectional perspective view schematically showing the structure of an embodiment according to the third invention of the present application, and FIG. 3(b) is a diagram showing a superlattice structure in the embodiment of FIG. Diagram showing energy bands, 4th
The figure is a perspective view showing a schematic structure of an etalon type optical bistable element. 110...Incoming light, 111...Outgoing light, 103...
・GaAs/AAGaAs superlattice, 203...i
-GaAs/AtGaAa superlattice, 303...i
-GaAa/AtGaAs superlattice (AtGaAs layer doped with impurities), 101=GaAs substrate, 102-
AtGaAs film, 106a. 106b...Metal reflective film, 107...External power supply, 1
08- GaAs layer, 109- AtGaAs film, 20
1.p-GaAs, 202-n-GaAs,
204a, 204b...Reflection film, 401...Nonlinear refractive index medium. Agent Patent Attorney Shinsuke Honjo 110 Incident light 111 and 1 point (a) i'81 Figure 110λ taken into account 111 tree 1 light (a) (b) Figure 2 110λ fence and 111 output (a) p i n Itomo τbo level (b) 110λJJ:'r light

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)バンドギャップの異なる2種類の化合物半導体薄
膜を交互に積層させた化合物半導体超格子と、この化合
物半導体超格子の両面に形成された反射膜と、これら両
反射膜間に電界を印加する手段とを備えていることを特
徴とする光双安定素子。
(1) A compound semiconductor superlattice in which two types of compound semiconductor thin films with different band gaps are alternately laminated, a reflective film formed on both sides of this compound semiconductor superlattice, and an electric field applied between both reflective films. An optical bistable element comprising means.
(2)バンドギャップの異なる2種類の化合物半導体薄
膜を交互に積層させた化合物半導体超格子をi層とする
化合物半導体pinダイオードの両面に反射膜が形成さ
れてなり、前記pinダイオードのp層およびn層化合
物半導体中には深い準位を形成する不純物が導入されて
いることを特徴とする光双安定素子。
(2) Reflective films are formed on both sides of a compound semiconductor pin diode whose i-layer is a compound semiconductor superlattice in which two types of compound semiconductor thin films with different band gaps are alternately laminated, and the p-layer and An optical bistable device characterized in that an impurity that forms a deep level is introduced into an n-layer compound semiconductor.
(3)バンドギャップの異なる2種類の化合物半導体薄
膜を交互に積層させた化合物半導体超格子をi層とする
化合物半導体pinダイオードの両面に反射膜が形成さ
れてなり、前記化合物半導体超格子を形成する薄膜のな
かでバンドギャップの大きい方の化合物半導体中には深
い準位を形成する不純物が導入されていることを特徴と
する光双安定素子。
(3) Reflective films are formed on both sides of a compound semiconductor pin diode whose i-layer is a compound semiconductor superlattice in which two types of compound semiconductor thin films with different band gaps are alternately laminated to form the compound semiconductor superlattice. An optical bistable device characterized in that an impurity that forms a deep level is introduced into a compound semiconductor with a larger band gap in a thin film.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0394480A (en) * 1989-09-06 1991-04-19 Mitsubishi Electric Corp Optical multiple stable element
WO1991015795A1 (en) * 1990-04-05 1991-10-17 University Of Delaware Multi-bandgap dual function light emitting/detecting diode

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JPS59116612A (en) * 1982-12-23 1984-07-05 Toshiba Corp Light modulator

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