JPS63501528A - 非線形双安定光デバイス - Google Patents

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】 非線形双安定光デバイス 挟亙光更 本発明は非線形光デバイス、より具体的には高利得又は高帰還を用い多安定光状 態又は他の非線形光応答を用いるデバイスに係る。

又豆五！見 計算及びスイッチングシステムに用いる非線形及び双安定光デバイスは、低スイ ッチングエネルギーを持たなければならない、低スイッチングエネルギーにより 多くの同様のデバイスが並行処理できるため小容積中に充填することが可能にな り、また高速スイッチングが改善さエネルギーを必要とした。従って、それらは 非線形又は双安定動作に必要なスイッチングエネルギーを減らすた振器の高い利 得に依存してきた。低スイッチングエネルギーを有する双安定光デバイスについ ては、米国特許第４．５９７，６３８号に述べられている。このデバイスの二つ の状態間の光スイツチングエネルギーは、１００フェムトジュール／平方ミクロ ンより幾分大きがった。しかし、　Ｃｈｅｍｌａ　（チェムラ）らのデバイスで この低いスイッチングエネルギーの値を達成するためには、高性能のファブリペ ロ−空洞共振器を必要とした。

ｌ１空１整 本発明は、非常に低いスイッチングエネルギーを有する非線形又は双安定光デバ イスに係る。光スイツチングエネルギーは約４フエムトジユール／平方ミクロン で、電気的エネルギーを含む全エネルギーは約２０フエムトジユール／平方ミク ロンである。低スイッチングエネルギーは、光を吸収することができそれにより 光電流を発生する材料を使用することによって実現される。光電流に応答する電 圧が、半導体量子井戸領域の光吸収を光電流の変化に応答して変るため、半導体 量子井戸領域を有する構造に印加される。また、半導体量子井戸領域中の吸収の 変化は、光吸収できる材料の吸収に帰還路ができ非線形及び双安定光動作条件が 生じるよう影響を与えて第２図及び第３図は１本発明の動作特性を示すグラフの 図、 第４図は、本発明の光伝送を示すグラフの図、第５図は１本発明を示す側面図、 第６図は、本発明の光吸収係数を示すグラフの図、第７図及び第８図は１本発明 を示す概略等角図、第９図及び第１０図は、本発明の作成を示す側面図。

第１１図は、個別デバイスのアレイとして本発明を示す等角図、 第１２図は、ｐｉｎダイオード構造を用いた本発明を示す側面図、 第１３図及び第１４図は、本発明の動作特性を示すグラフの図、 第１５図は、光共振器を作るためにインダクタンスコイルを用いた本発明を示す 概略図。

第１６図は、定電流源を用いた本発明の概略図、第１７図、第１８図及び第１９ 図は、本発明の動作特性を示すグラフの図、 第２０図は、トランジスタを用いた本発明を示す概略図、 第２１図は、フォトダイオードを用いた本発明を示す概略図。

第２２図は、フォトダイオード又はフォトトランジスタを有する集積回路構造中 の本発明を示す概略図、第２３図は、本発明を示す側面図、 第２４図は、空間光変調器としての本発明を示す図、第２５図は、トランジスタ を有する半導体基体中に集積化された本発明の側面図、 第２６図は、フォトトランジスタ及びＭＱＷ変調器に作用する同じ光ビームを有 する本発明を示す概略図、第２７図は、導波路を有する本発明を示す等角図。

第２８図及び第２９図は、本発明の新しい実施例のそれぞれ断面図を対応する電 気回路ダイヤグラムを示す図、第３０図及び第３１図は、新しい実施例のアレイ を含むデバイスの断面図及び上面図、 第３２図及び第３３図は、新しい実施例を含む光論理デバイスのそれぞれ断面図 と対応する電気回路ダイヤグラムを示す図である。

！藍星星笠 第１図は、本発明の実施例の概略ダイヤグラムである。

光源（１００）は材料（１０４）に入射する入射光ビーム（１０２）を発生する 。入射光ビーム（１０２）の一部は、材料（１０４）から出力光ビーム（１０６ ）として出る。材料（１０４）は単一材料構造でもよく、あるいは材料（１０４ ）は電子回路のような多数の要素を有　″してもよい。

材料（１０４）の光特性は、第２図及び第３図に示されている。材料（１０４） が示す光吸収の原理は以下のとおりである。第１に、入射光ビーム（１０２）の 強度が増すと、材料（１０４）による吸収係数は増す、第２に、材料（１０４） による光エネルギーの吸収が増すと光吸収係数が増すように、材料（１０４）は 正帰還の機構を示す、これら２つの原理の結果、材料（１０４）は透過の安定な 光状態間でスイッチする。

入射光ビーム（１０２）の強度の変化の下での材料（１０４）の振舞は、第２図 で与えられている。しかし、以下の議論において、強度よりもビームパワーの単 位を用いる。ビームパワーはワット単位で表わされ、ビーム強度は平方メートル 当りのワットという単位で表わされる。ビームパワーは光ビームの軸に垂直な断 面での強度の積分である。パワーの単位は以下の議論でより有用である。なぜな らば、材料（１０４）はビームパワー、もっと具体的には、材料（１０４）によ り吸収されるパワーに応答する。第２図において、入射光ビーム（１０２）中の パワーが水平軸に沿ってプロットされている。垂直軸に沿っては出力光ビーム（ １０６）中のパワーが透過パワーとしてプロットされている。値Ａの入力パワー において、透過するパワーは第２図中に示されるようにＴＡの値で与えられる。

入力パワーがＢの値に増すにつれて透過パワーはＴＢＩの値に増す、しかし、材 料（１０４）の吸収係数は入射パワーとともに増し、従って入射パワーＡから入 射パワーＢへの透過曲線（１１０）のような一定勾配の線の下にある。更に、入 射パワーが値Ｂから値Ｃへ増すと、吸収係数は更に増し、材料（１０４）の透過 は不安定になり、ＴＣｌの値からＴｅ３の値へスイッチする。入射パワーがＤの 値まで更に増すと、透過の値はＴＤのような値になる。

光ビーム（１０４）の強度が減少すると、曲線（１０９）に沿って入射パワーＢ まで至る透過パワーが生じ、そこで材料（１０４）の吸収係数はより小さな値に スイッチし、透過したパワーはＴＢＩの値まで増す、材料（１０４）は光学的な 双安定性を示すと言える。なぜならば、材料−（１０４）は高透過の状態から光 入射パワーが増すにつれ低透過の状態ヘスイッチし、光入射パワーが減少するに つれ高透過にスイッチバックする。しかし、光学的双安定性はスイッチングの他 の過程にも存在する可能性がある。

第３図は、光学的双安定性を導く材料（１０４）の−組の特性の例を示す、光吸 収は材料励起の関数と仮定される。また、材料励起は材料（１０４）により吸収 される光パワーの関数と仮定される。これらの仮定により２つの方程式が同時に 導かれ、それらのグラフによる解が第３図に示されている。Ａが光吸収を表わし 、Ｎは材料励起を表わすとする。第１の仮定は第（１）式で一般に表わされる。

Ａ＝Ａ　（Ｎ）　（１） 第３図において、Ｔで表わされる透過がプロットされ。

Ｔは次式のように定義される。

Ｔ、＝１−Ａ　（２） 透過Ｔを第（１）式からの材料励起Ｎに対しプロットしたものが、曲線（１２０ ）により示されている８曲線（１２０）は材料励起Ｎの増加とともに光吸収、従 って透過Ｔが減少することを示す。

第（３）式で表わされる第２の仮定は、材料励起Ｎは吸収パワーに比例するとい うことである。入射光パワーはＰで表わされ、従って吸収された光パワーはＡＰ で。

材料吸収に対しては次式が与えられる。

Ｎ　＝　ｙ　Ａ　Ｐ　（３） 文字Ｙは比例定数を表わす、第３図において、直線は固定された入射パワーＰの 値の場合、材料励起Ｎに対する透過Ｔとして、第（３）式をプロットすることに より得られる。第２図中で値Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤと示される入射パワーの値に対し 、第３図中で直線がプロットされ。

第３図の直線は対応してＡ、Ｂ、Ｃ及びＤと印されている。

曲線（１２０）と線Ａの交点（１２０Ａ）は、第２図中でＴＡと示される透過パ ワーを与える。第３図中の曲線（１２０）と線Ｂには２つの交点があり、それら は第２図の２つの点ＴＢＩ及びＴＢ２に対応する。線Ｃは筒部に接するように引 かれる（入射パワーの値Ｃはこの接線が生ずるよう選ばれる）、また、線Ｃは曲 線（１２０）とＴｅ３に対応する点で交差する。材料（１０４）は入射光ビーム （１０２）の強度が値Ｃで表わされるパワーに到達したとき不安定で、そのため 材料（１０４）は透過パワー（ＴＣＩ）から（Ｔｅ３）により与えられる値にス イッチする。更に、入射パワーが第３図中の線りで表わされる値まで増すと、曲 線（１２０）及び線り間に唯一の交差を与え、それは第２図中の点ＴＤで表わさ れる。

双安定スイッチング特性を示し、試料温度を材料励起Ｎとして用いる材料の実施 例は、ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ多量子井戸（ＭＱＷ）試料である。これより後、 多量子井戸構造はＭＱＷ構造と呼ぶ、ＭＱＷ構造は米国特許第４．５２５，６８ ７号及び第４，５９７，６３８号中により十分述べられている。試料は８５オン グストロームの厚さのＧ　ａ　Ａ　ｓ層と交互になった３７５周期の８７オング ストロームの厚さのＧ　ａ　６４　Ａ　Ｑ　６１　Ａ　８層を含み、この構造全 体が約１．２ミクロンの厚さのＧ　ａ　、、、　ＡΩ。、３　Ａ　ｓキャップ層 間にはさまれ、約９ミクロンの全厚を与える。

試料は低熱伝導性でマウントするため、ガラスファイバにエポキシで固定した。

入射光ビーム（１０２）はレーザーにより供給された。レーザー波長は、励起共 鳴ピークより低いフォトンエネルギーに選ばれたが、励起ピークをレーザー波長 領域までシフトさせ、それにより材料（１０４）の吸収係数を増すように、ピー クに十分近かった。従って試料の温度が上昇すると光吸収の増加になった。また 、吸収が増すと試料温度が上昇し、それによって光吸収が増した。試料は第２図 中に示されるように光双安定スイッチングを示した。

第４図はＭＱＷ試料の光透過係数を、室温の場合には曲線（１２４）で、高温の 場合には曲線（１２６）で示す、試料は入射光ビーム（１０２）からのエネルギ ーの吸収により、高温に加熱された。レーザー・フォトンエネルギーは線（１２ ８）により示されている。試料透過係数は試料温度の上昇とともに、曲線（１２ ４）から曲線（１２６）への光吸収のシフトにより値（１３０）から値（１３２ ）へ減少した。試料は上で議論したように光学的双安定性を示す。

第５図は、自己電子光学効果デバイス（以下５ＥＥＤデバイスと呼ぶ）として本 発明の実施例をダイヤグラムで概略的に示す、第５図の要素は、第１図にしたが って印が付けられている。入射光ビーム（１０２）は、材料（１０４）に向けら れる。材料（１０４）はＭＱＷ構造を含み、それは電子回路（１０４Ｇ）に電気 的に接続された電極（１０４Ａ、１０４Ｂ）を有する。電子回路はＭＱＷ構造内 の光吸収により生じた電流に応答し、それはＭＱＷに電圧を印加し、それによっ てＭＱＷの光吸収特性に影響を与える。５ＥＥＤという名前は、第５図に示され た本発明の実施例に用いられる。なぜならば、ＭＱＷ内で生じた光電流は、ＭＱ Ｗの特性に影響を与えるように用いられ、従って“自己”電子光学効果デバイス となる。電子回路は、簡単な抵抗、コイル、自己インダクタンス、フォトダイオ ード、フォト　トランジスタ、定電流源又は他の有用な電子回路でよい、また、 電子回路は個別部品で作られてもよく、あるいはＭＱＷ構造を含む半導体ウェハ 中に集積化してもよい、ＭＱＷ構造を用いた本発明の多数の実施例についての説 明は、以下のとおりである。

本発明の以下の実施例は、光吸収体としてＭＱＷ構造を含む、光吸収体としてＭ ＱＷ構造を用いる理由は１ＭＱＷ構造に設けられた電極に印加された小さな電圧 が。

ＭＱＷ構造の光吸収特性に大きな変化を生じるからである。印加された電圧のＭ ＱＷ構造の光学特性に対する影響は、上で述べたＣｈｅｍｌａ　（チェムラ）ら の米国特許第５５８．５４５号に十分述べられている。電界のＭＱＷ特性に対す る影響の簡単な議論は、第６図を参照すると容易になる。第６図中の曲線は、Ｍ ＱＷに印加された異なる値の電界を持つアンドープ（真性’）ＭＱＷ構造の光透 過を示す、ＭＱＷは故意にはドープされず、バックグランドのドーピング不純物 レベルは約５　ｘ　１０　ａｓ　ａｌｌ”’ａより低かった。電界は真性ＭＱＷ をＰドープ電極（１０４Ａ）及びｎドープ電極（１０４Ｂ）間にはさむことによ り印加した。すると、ＭＱＷはｐｉｎダイオードの真性（ｉ）領域として働いた ＊　ｐ　ｌ　ｎダイオードはダイオード“作りつけ電界”が完全にＭＱＷ層領域 にシフトされるようバックバイアスした。光学的に活性なＭＱＷ領域は曲線（１ ４０）中に示されたように、０印加電圧での低電界から、ｐ及びｎ電極（１０４ Ａ）及び（１０４Ｂ）間に約８ボルト外部から印加することにより、曲線（１４ ４）中に示されるように約７．３Ｘ１’Ｏ’Ｖ／ａｍの電界までスイッチできる 。光吸収はＭＱＷに電界が印加されたとき、フォトンエネルギーＡに選ばれた動 作点の例へ急激に増加する。ゼロ印加電圧におけるヘビーホール励起共鳴（１４ ６Ａ）は、？、３Ｘ１０’Ｖ／ｃｍの印加電界で共鳴ピーク（１４６Ｂ）にシフ トする。

第７図および第８図は、ｐｉｎダイオードの真性領域（ｉ）としてＭＱＷを有し 、電子回路（１０４Ｇ）が単純な抵抗（１５０）及び電圧源（１５２）である本 発明の実施例である。電圧源（１５２）は必要に応じ設ければよく、以下の議論 のためゼロ電圧にセットされる。第７図においてｐ及びｎ電極層はＭＱＷの層に 平行である。

第８図において、電極層はＭＱＷの層に垂直である。光ビームがＭＱＷの層に垂 直である実施例の場合、キャップ層は動作波長で透明でなければならない、ＭＱ Ｗの層に平行な光ビームを有する実施例の場合、多数ではなく工ないし２つのみ の量子井戸層を持つことが必要となることがある。しかし、工ないし２つだけの 量子井戸層を有する構造を含めＭＱＷの名前を用いる。動作中ダイオードは作り つけ電界を有する＊　ｐ　ｉｎ構造の層は、外部印加電圧が無いとき、ＭＱＷは 本質的に“作りつけ電界”電界値とは違った光吸収を持つ、ＭＱＷ層により部分 的に吸収される光ビームを印加すると、電子及び正孔が発生する。電子及び正孔 は“作りっけ電界”を部分的に打ち消すように電気回路中を動く、従って、量子 井戸にがかる電界は減少する。量子井戸に印加される電界がこのように減少する と、量子井戸の吸収及び屈折が変わる。

本発明の実施例はまた。ＭＱＷ構造がｐｉｎダイオード構造に含まれないように するのも可能で、その場合、第７図及び第８図中の電極領域はｐ及びｎドープで ある必要はない。

第７図及び第８図の実施例に基づく多くの例で、１．５ｅＶフオトンの１ミリワ ツト光ビームは、１の量子効率（すべての光が吸収される）を仮定すると、約０ ．６６ｍＡの光電流が生じる。１０００オームの抵抗の場合、この電流は０．６ ６ボルトの電圧降下を生じる。そのような電圧は１．５電子ボルトの禁制帯を有 する半導体の場合、“作りつけ電界”を約（１，５−０，６６）／１．５、すな 造に印加された電界の大きな変化は、光吸収及び屈折率に著しい変化を起こす、 １００ミフロンＸＩミクロン×１ミクロンの体積とＭＱＷ面に平行な電極及び１ ０ミクロンの面を有するデバイスの応答時間を見積もることができる。デバイス の容量は、誘電定数１３の場合、約１．２Ｘ１０″″１４フアラツドである。１ ０００オーム抵抗を有すると、ＲＣ時定数は約１２ピコ秒で、この時間は１ミク ロン厚のデバイスの場合の掃引時間と同定度である。

また、必要な電圧源（１５２）を用いることにより、Ｐ及びｎ電極に直流逆バイ アスを印加してもよい、光電流は“作りつけ電界”を変え、ＭＱＷ層の光吸収及 び透過を修正するであろう。

本発明の実施例に基づく吸収光双安定性の例は、第６図に示される電子光吸収特 性を持つ、吸収双安定性は光強度を増すとともに、吸収が減少することに基づ＜ 、ＭＱＷ構造は、たとえば鏡面電極から形成されたファプリーペロ空洞共振器内 に置かれる。光ビームの強度がゼロから増すにつれ、ＭＱＷ材料中に吸収が起こ る。この吸収は光電流を生じる。光電流は抵抗（１５０）にかかる電圧降下を起 こし、それはＭＱＷにかかる電圧を減少させ、それによってＭＱＷ内の印加電界 が減少し、吸収スペクトルは曲線（１４４）から曲線（１４０）の方へ移動する 。ＭＱＷ内の吸収は、それによって減少する。ファプリーペロ空洞共振器内の吸 収が減少するにつれ、空洞性能係数は増し、空洞共振器内の光電界をより共振し て高める。飽和吸収体を用いると、このプロセスは正帰還し、プロセスは再生し うるようになり、空洞は入射強度を増すとともにスイッチオンする０本発明のこ の実施例を用いて、吸収は飽和し双安定スイッチングが起こる。

第６図に示された電子光吸収特性を有する本発明の実施例に基づく屈折性双安定 の例は、以下の通りである。

屈折性双安定は、光強度が増すとともに、屈折率が変化することに基づ＜、ＭＱ Ｗ構造は、たとえば鏡面電極から形成されたファプリーペロ空洞共振器内に置か れる。

光ビームの強度がゼロから増すにつれ、ＭＱＷ材料中で吸収が起こる。この吸収 は光電流を発生させる。光電流はＭＱＷにかかる電圧降下を起こし、それにより ＭＱＷ内の印加電界が減少し、吸収スペクトルが曲線（１４４）から曲線（１４ ０）の方向に動く、吸収スペクトルの得られた変化はまた、クラマースークロニ ツヒ関係を通して述べられるように、ＭＱＷの屈折率も変える。屈折率のこの変 化は、それがＭＱＷ内の光路長を変えるため、空洞共振器の共振条件を変える。

動作波長を適当に選ぶと、屈折率のこの変化は、空洞共振器を共振条件の方に移 動させ、その結果空洞共振器内の光強度は更に増す。

強度が更に増すと光電流が増し、従って屈折率が更に変化し、そのような再生プ ロセスのためデバイスは共振条件近くまでスイッチできる０本発明のこの実施例 を用いると、屈折率は入射光パワーに依存し、双安定スイッチングが起こる。

デバイスが吸収又は屈折性双安定あるいは２つの何らかの組合わせにより動作す るかは、波長及び他のパラメータの選択に依存する。

適当な電池（１５２）により生じる印加電圧が存在すると、以下のことを含むい くつかの利点が生じる。すなわち、電界が存在すると、ＭＱＷから荷電キャリヤ が掃引され出されるのを助け、それによりスイッチングを速くシ、吸収スペクト ルを曲線（１４０）の方あるいは曲線（１４４）の方ヘシフトすることにより、 動作点を調整する能力が生じる。

第９図及び第１０図は、本発明の集積化された実施例を形成する工程を示す、第 ９図において、基板（１６０）は、その上に成長させた第１の導電性キャップ層 （１６２）を有する１次に、導電性キャップ層（１６２）上にＭＱＷ構造（１６ ４）を成長させ、最後に制御された厚さの抵抗性キャップ層（１６６）をＭＱＷ 構造（１６４）上に成長させる。第９図に示された層のメサ（１６７）はエツチ ングにより形成され、絶縁層（１７０）がメサ上に堆積され、抵抗性キャップ層 （１６６）の最上部を露出するよう絶縁層中に孔（１７２）が形成される。メサ 中で、抵抗性キャップ層（１６６）は抵抗列（１６６Ａ）になる、最後に、導電 性電極（１７４）が絶縁層（１７０）上に堆積され、それによって孔（１７２） を通して抵抗列（１６６Ａ）に電気的接触が作られる。導電層（１７４）及び（ １６２Ａ）に電気的接触を作ることにより、ＭＱＷ（１６４Ａ）に電位を印加し てもよい、もし、動作波長で基板が透明でないなら、それを除去してもよい、抵 杭列（１６６Ａ）は長さ龜、及び幅Ｗを有し、その抵抗はΩ及びＷの制御、また 層（１６６）を製作するときに用いられるドーピング濃度の制御により容易に制 御される。

抵抗列（１６６Ａ）は第７図及び第８図に示されるように、抵抗（１５０）とし て働く、ゼロバイアスを用いた本発明の実施例は、単に導電層（１６２Ａ）と電 極（１７４）を単に電気的に接触させることにより作ってもよい、あるいは、電 池（１５２）のような電圧源を導電性電極（１７４）及び（１６２Ａ）間に接続 してもよい。

第１１図は、第１０図中に示されたようなデバイスの７レイ（１８０）としての 本発明の実施例を示す、第１０図中に示された１デバイスを作るのに用いられる プロセス工程は、第１１図中に示されたデバイスのアレイを作るのに特に適して いる。第１１図の層には、第１０図中に示された対応する層に印された数字が付 けである。たとえば、（１８０Ａ）のようなアレイ中の個々のデバイスは、アレ イ中の他のすべてのデバイスとは独立に動く。

この独立性はアレイ中の各デバイスの電気的独立性と各デバイスはそれ自身の負 荷抵抗（１６６Ａ）をもつという事実から生じる。また、もし外部電圧をデバイ ス（１８０Ａ、　１８０　Ｂ　、　１８０　Ｇ、、、、、、、、）に印加するた めには、アレイ（１８０）に２個のみの接続が必要で、すべての電極（１７４） 及び（１６２Ａ）を通して接続される。

デバイス（１８０Ａ、１８０Ｂ、１８０Ｃ，、、、、、）は独立光ビームで並行 して処理するために用いてもよく、各デバイスにより行なわれる論理は、他の任 意のデバイスが行なう論理と独立である。たとえば、１以上の独立の光ビームを 各デバイス（１８０Ａ、、、）に向けてもよい。

その目的は、デバイスの双安定性又は他の特性を用いてＡＮＤ又はＯＲ論理を行 なわせることである。また、アレイ（１８０）は、更に論理動作をさせるために 、他の上に積んでもよい。

本発明の実施例は第７図に示される回路を用い、ｐｉｎダイオードを逆バイアス するように電池の曲性を選び。

ＭＱＷ層に蚤直な光ビームを用い、且つ第１２図に示された半導体基体を用いる ことにより製作した。ＭＱＷ層（１９０）は５０のＧａＡｓ量子井戸層で９５オ ングストロームのＧ　ａ　Ａ　Ｑ　Ａ　ｓ障壁層で分離され、すべて故意にはド ーピングしていない、ＭＱＷの全厚は約０．９６ミクロンである。接触層中のド ーピングから真性ＭＱＷ層（１９０）を保護するため、超格子緩衝層（１９２゜ １９４）を用いた。超格子緩衝層（１９２，１９４）は０．２９ミクロンの厚さ で、ＧａＡｓ層の厚さは２８．５オングストロームで、６８．５　オングストロ ームのＧａＡＱＡｓ層と交互になっている。ＭＱＷ　（１９０）に隣接した層（ １９２Ａ）はアンドープである。すなわち。

それらは真性又はバックグランドのドーピングのみである０層（１９２Ｂ）はｐ ドープ接触層（１９６）との接触のためｐドーピングされている０層（１９６） は０．９８８ミフロンノさく１）　Ｇ　ａ、、、Ａ　ｆｉ、、！Ａ　ｓ　テ、約 ５Ｘ１０１７Ｑｍ”−’のｐドーピング濃度を有する０層（１９４Ａ）はアンド ープである。すなわち、それらはＭＱＷ（１９０）との接触のため真性である０ 層（１９４Ｂ）はｎドープ接触層（１９８）との接触のため　ｎドーピングであ る。

層（１９８）も０．９８ミクロンのＧ　ａ、、、　Ａ　Ｑ、、、　Ａ　ｓで。

約５Ｘ１０１７ａｍ″″３の濃度のｎドーピングである。真性層は約２×１０° ａｍ″″ｍの濃度のｐ形バックグランドドーピングを有する。このデバイスは分 子線エピタキシーによりＳｉドープ［１００］ＧａＡｓ基板（図示されていない ）上に成長させた。デバイスは層から横方向に約６００ミクロン直径のメサに規 定された１選択エッチにより、不透明な基板（図示されていない）を通して小孔 がエッチされた。金属電極がドープされた接触層（１９６゜１９８）に電気的に 付着された。デバイスの容量は約２０ｐＦである。

構造は真性（ｉ）層中にＭＱＷ層（１９０）を有するｐｉｎダイオードを形成す る。活性層は層（１９６）（１９８）間に約８ボルトを印加することにより、低 電界から約７．３Ｘ１０’Ｖ／ａｍまでスイッチできる。用いた試料については 、Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ（アプライド・フィジック ス・レターズ）第４４巻、１６頁、１９８４中のＷｏｏｄ　（ウッド）らによる 論文中に詳細に述べられている。

第１２図に示された半導体構造に逆バイアスが印加されると、ＭＱＷ層（１９０ ）に電界が印加され、禁制帯付近の吸収スペクトルは、第６図に示されるように 、励起ピークのある程度の広がりとともに、低エネルギーにシフトする１、この 光吸収により光電流が生成する。逆バイアスにおいてフォトン１個の吸収毎に約 １個の光キャリヤが集められる。約２ボルトより低い逆バイアスにおいてのみ量 子効率は低下する。恐らく、その理由は空乏層領域がＭＱＷを貫いて全体に延び ることがないためである。

第１２図に示された半導体構造の応答性Ｓは、第１３図中の曲線（２００）で与 えられる。応答性Ｓは単位入射光パワー当り生じる光電流で、入射光パワー当り のアンペアの単位で表わされる０曲線（２００）は光源として用いられ、レーザ ーが１．４５６ｅＶ　（８５１，７層ｍ）のフォトンエネルギーに調整された場 合の応答性を示す。

このフォトンエネルギーは、用いられるＭＱＷ構造のゼロバイアスの条件におけ るヘビーホール共鳴エネルギーにほぼ等しい、逆バイアスが増すにつれ、光電流 の集取が完了するとともに、応答性は最初増し、次に励起子吸収ピークが第６図 に示されるように、低エネルギーに移動するにつれ減少する０曲線（２００）中 の８ｖ及び１６Ｖ間のその後の“隆起”は、測定波長を通過して同様に動くライ トホール励起共鳴による。

デバイス及び第７図に示された電位源間に抵抗を接続したとき、デバイスの入力 −出力特性は、２つの同時方程式のグラフ解の助けで計算してもよい、グラフ解 は上で述べ第２図及び第３図中に示されるように、第１、第２及び第３式の解と 同様である。第１の方程式は曲線（２００）のように第１３図に示されたＭＱＷ 構造の測定された応答性で、その関係は一般に次の形で書かれる。

ｓ＝ｓ　（Ｖ）　（４） 第２の方程式はｖ＝ｖ　で、Ｐは光入力パワーでＶは次のように書くときのダイ オードにかかる電圧である。

第５式で与えられる直線は、積ＲＰの異なる値について第１３図中の破線で示さ れる。直線ＡおよびＤは曲線（２００）と１個だけの交点を持ち、安定な動作点 を表わす、直線Ｂ及びＣは曲線（２００）と接点（２ｏ２）及び（２０４）を有 する。接点（２０２，２０４）は不安定スイッチング点を表わす、線Ｂ及び０間 のすべての直線は曲線（２００）と３つの交差点をもち、中間の点は不安定動作 を表わす。

第１４図には、デバイスのスイッチングが示されている。入力パワーが増すにつ れ、出力パワーは曲線（２１０）に沿って点（２１２）まで増す、入力パワーが 点（２１２）を通過するにつれ、動作点は接点（２０４）に達し、デバイスは不 安定になり１点（２１４）すなわち低透過の状態にスイッチする。更に、入力パ ワーが増すにつれ出力パワーも増す、入力パワーを減らすと、デバイスは動作点 が他方の接点（２０２）に達するまで低透過状態のままで、点（２１６）により 表わされるその入力パワーで、デバイスは高透過の状態にスイッチする。このデ バイスの双安定動作は、第１図、第２図及び第３図中に概略が示される動作と同 様で、子の場合材料励起Ｎは光電流である。

第１表は、第１２図及び第７図に示されるデバイスで得られるスイッチングパワ ー、スイッチング時間、ＲＣ時定数及びスイッチングエネルギーを示す。

１００　０．６７　１，５００　２，０００　１．０１０　６．５　１８０　２ ００　１．２１　６６　２０　２０　１．３ ０．１　６６０　２．５　２　１．フ 、０２２　３，７００　．４　．４４　１．５デバイスは第１表かられかるよう に、広い範囲のパラメータで動作する。スイッチングパワー及び速度は、第１表 に示されるように、はぼ１０４の範囲で選択できる。

光双安定性は１５ボルトから最もよく用いられる点を通り４０ボルトまでの広い 電圧範囲で起こる。デバイス動作は１０ミクロン直径のスポットサイズより小さ いところから、用いもれる最大の１００ミクロン直径までのスポットサイズに１ ±感じない、スポットサイズに対するこの不感性は例のデバイスのように、光パ ワーに対するデバイスの応答性に期待される。光双安定性もまた８５０ないし８ ６０ｎｍの広い動作波長範囲で観察される。

デバイスは常にその動作のために電圧を変える必要はない。しかし、２０ボルト バイアス付近での約Ｏ，ＳＶの増加及び減少により、それぞれ高透過から低透過 へデバイスをスイッチすることができる。

デバイスは大きな（６００ミクロン）光学台で、従って大きな容量を持ち、スイ ッチングエネルギーは適度に低い、スイッチングエネルギーの観測された値は２ ０ボルトバイアスにおいて、約１ナノジユール入射光エネルギーで、４ナノジユ ールより少ない電気エネルギーが消散した。単位面積当りのスイッチングエネル ギーは１平方ミクロン入射光エネルギー当り約４フエムトジユールで、１平方ミ クロンの電気エネルギー当り約１４フエムトジユールである。より小さなデバイ スならば、より速く低いエネルギー動作が可能である。

負性抵抗発振器としての本発明の実施例が第１５図に示されている。第１２図中 に示された半導体構造（２２０）は、第１５図に示されるように、約９７ミリヘ ンリーの誘導コイル（２２２）、１　マイクロ　ファラッドの容量（２２４）、 １００キロオームの抵抗（２２５）を含む回路に接続されている。他の浮遊容量 とともに半導体構造（２２０）の約２０ｐＦの真性容量及び９７ミリヘンリーの 誘導コイル（２２２）は、負性抵抗増幅器として半導体構造と共に働く、１マイ クロフアラツドの容量（２２４）は、バイアスを与えたときＡＣ短絡として働く 、７ボルトの逆バイアス及び８５１．６ナノメータにおける　７０マイクロワツ トの定常レーザーパワーで２回路は約５６キロヘルツの周波数で発振した。透過 した光ビームは、なだれフォトダイオードで検出された。透過した光ビームの強 さは１発振周波数で変化し、導電性キャップ層（１９６，１９８）間で測定され た電気信号は、発振周波数で変化した。

定電流源を用いた本発明の実施例が、第１６図に示されている。ＭＱＷ　（２３ ０）は光変調器及び光検出器の両方として働き、ＭＱＷの応答はそれに印加され た電圧に依存する。Ａで表わされるＭＱＷの吸収は、ＭＱＷの層に印加される電 圧の増加とともに増加又は減少する。

吸収ＡがＭＱＷに印加された電圧とともに増加するか減少するかは、多数の要因 に、依存する。その中には動作点光波長、ＭＱＷがｐｉｎダイオード構造中にマ ウントされたときの“作りつけられた電界”の位置、印加された外部電圧の影響 下での“作りつけ電界″の動きが含まれる。第６図はＡと印された動作点の例を 示し１ＭＱＷ層に印加された電界の増加に伴う吸収の増加を持つ、印加された外 部電圧の増加とともに内部電界が増加する場合。

第６図中の動作点Ａの例では、外部電圧の増加とともに吸収が増す、しかし、も し０電界励起子ピーク（１４６Ａ）付近の動作点を選ぶなら、吸収は印加電圧の 増加とともに減少する。

第１の例は、光吸収が第１７図に示されるように、電圧の増加とともに減少する ＭＱＷ構造を有する。定電流源は電流が負荷間にかかる電圧には依存しない源で ある。

この例の負荷はＭＱＷ構造である。定電流源をモデル化する１つの方法は、それ を大きな電圧源ｖ０とそれに直列になった大きな抵抗Ｒによって近似することで ある。

負荷にかかる電圧が仮想の電圧Ｖに比べ低いとき、負荷を流れる電流はＩｃ＝Ｖ ／Ｈの値でほぼ一定である。この近似はＶ及びＲが大きくなるほど正確さも増す 、従って、第１６図の定電流源は、電圧ｖ０の電池と抵抗Ｒの抵抗で近似される であろう、すると、回路中の電流工の関数としての吸収Ａは、第１８図中の曲線 （２４０）により示されるように、電流とともに増加する。なぜならば、回路中 を流れる電流工は光電流で、Ｖ＝Ｖ、　−Ｉ　Ｒ（６） である、第（６）式において、ＶはＭＱＷ　（２３０）　に印加された電圧、Ｖ ｏは定電流源（２３４）モデル電池（図示されていない）により供給される電位 、Ｒはモデル定電流源中で用いられる抵抗の抵抗値である。回路中を流れる光電 流工は次式で与えられる。

Ｉ＝ｙＡＰ　（７） 第（７）式において、Ｐは入射光ビームパワー、ｙは比例定数である。第（７） 式を用いて工に対してＡをプロットしたものが、第１８図中において直線（２４ ２゜２４４．２４６，２４８）及び（２４９）で示されている。デバイス動作点 は曲′線（２４０）により与えられる電流対Ａと第（７）式により与えられる直 線の両方を満たすことにより決まる。線（２４４）のような線は、曲線（２４０ ）と３つの交点を持ち、従って光双安定を導く不安定な解を表わす、線（２４２ ）及び（２４６）は接点を持ち、不安定なスイッチング点を表わす、線（２４８ ゜２４９）は曲線（２４０）と１つだけの交点を持ち、従って安定な動作点を表 わす、ｖｏ及びＲが大きくなるとともに、１対Ａの特性（２４０）はＩｅで非常 に急峻になる。値Ｉｃは線（２５０）で示されている。定電流源の利点は、直線 と曲線（２４０）との必要な多くの交差を得るのがより容易になることである。

なぜならば、曲線（２４０）は低電位源で得られる曲線に比べ急峻になるからで ある。従って、ＭＱＷ構造にかがる電圧とともに比較的ゆっくり変化する吸収に 対してすら、双安定性が得られる。

定電流駆動ＭＱＷＳＥＥＤデバイスの第２の例は、光吸収Ａが電圧増加と共に増 加する構造を有する。すると光吸収Ａは一般的に第９図中に曲線（２６０）で示 されるような電流工の関数のような形を持つ、直線（２６２゜２６４．２６６） は第９図から第１９図中にプロットされている。第（７）式からのすべての線は 、曲線（２６０）とただ１つの交差を持ち、従って安定な動作点を表わす。

ＭＱＷ中に吸収されたパワーにより生じた光電流は、定電流源（２３４）を貫い て流れる。定電流源（２３４）はＭＱＷ（２３０）を通過する“定”電流Ｉｃを 作るようセットしてもよい、もし、光パワーが非常に低く、光は光電流が“定” 電流に等しくなるよう光電流を上げることはできない、光パワーを増加させてい くと、光電流が“定”電流に等しくなれる光パワーを通過する。より高い光パワ ーの場合、定電流源は光電流と“定”電流間を等しく保つため、光吸収を減少さ せるであろう、従って、定電流源はＭＱＷ中で一定の吸収パワーを保つ、このよ うにデバイスは吸収が“定”電流に対し直線的である直線反転変調器として動作 す６．変調器は吸収パワーを増すために、′定”電流が増すとともに透過強度が 減少するため反転となる。理想的な定電流源の限界において１曲線（２６０）は 定電流値Ｉｃ（２５０）の付近で非常に急峻にすることができる。

トランジスタを用い本発明を実施するのに適した定電流源の例が、第２０図に示 されている。ｐｉｎ　ＭＱＷダイオード構造変調器が、電極（２７０，２７２） 間に逆バイアスの形態で接続されている。電圧源ｖ０は一定のＤＣ電位を供給す る。ｐｉｎ　ＭＱＷダイオード構造中に発生する光′電流が入射光強度の変化と ともに変化しようとすると、トランジスタは電流を一定に保ち、従って電極（２ ７０，２７２）間の電圧を変える。すると、ｐｉｎＭＱＷ構造は、上で述べたよ うに、双安定性又は直線反転変調のいずれかを示す、接合トランジスタ及び電界 効果トランジスタは、定電流源としても等しく働くであろう。

フォトダイオードを定電流リミタとして有する本発明の実施例が、第２１図に示 されている。ＭＱＷ変調器（２８１）はｐｉｎダイオード（２８０）の真性層と して示されている。真性層（２８４）は空乏領域がバイアスには独立で、はぼ同 じ大きさに保たれるよう、必要に応じて含まれる。空乏領域中で起こる光吸収は ダイオード光電流を発生し、バイアスには本質的に独立な空乏領域の大きさを有 し、光電流はバイアスには本質的に独立で、吸収された光パワーにのみ依存する 。ｐｉｎダイオード（２８０）及び双安定特性を持つＭＱＷ変調器（２８１）の 場合、動作点はフォトダイオード（２８２）により吸収される光パワーにより制 御される。第１のスペクトル組成を有する第１の光ビーム（２８５）は、定電流 を制御するため、フォトダイオード（２８２）に向けてもよい、第２のスペクト ル組成を持つ第２の光ビーム（２Ｂ？）は、ｐｉｎダイオード（２８０）及びＭ ＱＷ変調器（２８１）により制御して・もよい、動作中電位源（２８６）により セットされる定電位ｖ０は、フォトダイオード（２８２）に一部かかり、ｐｉｎ ダイオード（２８０）に一部かかる。　２つの成分（２８０，２８２）　にかか る電位Ｖ、の比率は、フォトダイオード（２８２）中の電流が一定になるという 要求にしたがって変わる。直線反転変調モードにおいて、フォトダイオード（２ ８２）により吸収される光ビームの強度が増加すると、ＭＱＷ変調器を貫く電流 が増加し、ＭＱＷ層（２８１）の吸収が増加する。

従って、制御光ビーム強度の増加は、ｐｉｎダイオード（２８０）を貫いて透過 する光ビームの強度を減少させ、制御ビームの強度の変化とともにほぼ直線的に 減少させる。

第２２図は、ｐｉｎダイオードＭＱＷ変調器（２９２）と電気的に直列になった 集積フォトダイオード（２９０）として成長させた本発明の実施例を示す、フォ トダイオード（２９０）及びｐｉｎＭＱＷダイオード（２９２）は共に逆バイア スされる。接合（２９４）は順方向バイアスされ、従ってフォトダイオード（２ ９０）内に生成する光電流は、ｐｉｎ　ＭＱＷダイオード（２９２）中を通過で きる。フォトダイオード（２９０）は光電流がバイアスにほぼ独立であるよう設 計され、真性層（図示されていない）を含んでもよい。第２の光ビーム（２９８ ）は出力光ビーム（３００）になる第２２図に示された半導体構造がフォトダイ オード（２９０）とともに、上で述べたように、もし第１の光ビーム（２９６） の波長及び吸収を、それがＭＱＷ（２９３）に浸透せず吸収されないように選ば れ、もし第２の光ビーム（２９８）がフォトダイオード（２９０）によりほとん ど吸収されないならば、ｐｉｎＭＱＷダイオード（２９２）には独立に動作する であろう、もし、いずれかの光ビーム（２９６゜２９８）がフォトダイオード（ ２９０）及びｐｉｎＭＱＷダイオード（２９２）の両方により吸収されるなら、 より複雑な相互作用が起こる０例えば、構造全体をＧａＡ　ｓ　、　Ｇ　ａ　Ａ 　Ｑ　Ａ　ｓのような１つの種類の材料及び適当なｎ及びｐドーピング材料から １分子線エピタキシーにより成長させてもよい、第２２図に示された半導体層は トランジスタ動作を示してもよい。好ましくないトランジスタ動作は“寄生トラ ンジスタ動作″と呼ばれ、含まれる層は寄生トランジスタと呼ばれる。トランジ スタ動作は１つの半導体層からもう１つの層への荷電キャリヤの拡散を制御する ため、材料の厚さを選択することにより促進されたり、妨げられたりする。

たとえば、ｐｉｎＭＱＷダイオード（２９２）は、第７図、第８図、又は第２２ 図に示されたように１層平面に垂直に向けられた光ビームで動作させてもよい、 フォトダイオード（２９０）のｐ及びｎ領域は、第１の光ビーム（２９６）から のエネルギーを吸収し、それらは第２の光ビーム（２９８）の波長において透明 であるべきである＊　ＧａＡｓ／ＧａＡＱＡｓ系の場合、この透明さはフォトダ イオード全体を第２の光ビーム（２９８）に用いられるフォトンエネルギーより 大きくなるよう選ばれた禁制帯を有するＧ　ａ　Ａ　Ｑ　Ａ　ｓで作ることによ り実現することができる。　また、フォトダイオード（２９０）に超格子を用い ても、フォトダイオード（，２９０）のより大きな禁制帯が生ずる。第１の光ビ ーム（２９６）のフォトンエネルギーは第２の光ビーム（２９８）のフォトンエ ネルギーより大きく選択される。同様の技術は他の材料系に用いてもよい。

第２３図は集積フォトダイオード及びｐｉｎＭＱＷダイオード構造の実施例を示 す０層は分子線エピタキシーで成長させてもよく、メサをエッチし、絶縁層を堆 積させ、メサの最上部の絶縁体中に孔を作る。また、導電層をそれが第９図及び 第１０図を参照して十分述べたように、メサの最上部層に接触するように堆積さ せる。また、第２３図に示された構造は、第１１図を参照して述べたように、ア レイに製作するのに適している。第２３図に示されたような構造のアレイは、多 くの平行光ビーム及び他の光平行処理のために用いてもよい。第２３図に示され た構造のアレイは、第１１図に関して上で述べたように、アレイに対しては２個 だけの電気的接触を必要とする。

第２４図において、空間変調器として用いた本発明の実施例が示されている。第 ２３図及び第１１図に示された自己電子光学効果デバイス（Ｓ　Ｅ　Ｅ　Ｄ）の アレイ（３１０）が用いられている。非可干渉性および広帯域でよい照明（３１ ２）が、物体（３１４）に向けられる。照明（３１２）の一部は物体（３１４） から反射され、フィルタ（３１７）により鍵となる波長のみ取り出された後、５ ＥＥＤデバイスのアレイ（３１０）上に光ビームとして焦点が合わされる。光源 （３１６）は５ＥＥＤデバイスのアレイ（３１０）を照射する。アレイ（３１０ ）中の個々の５ＥＥＤデバイスの透過は、物体（３１４）により反射された照射 強度に依存する。光源（３１６）に用いる波長はフィルタ（３１７）により光ビ ーム（３１５）から濾波される。出力ビーム（３２，１）はアレイ（３１０）中 の５ＥＥＤデバイスにより、光源（３１６）からの光を透過させることにより形 成される。５ＥＥＤデバイスの透過状態は、各５ＥＥＤデバイス上に焦点を合わ せた物体（３１４）の像のその部分の強度によって決まる。出力ビーム（３２１ ）は最初ビームスプリッタ（３２４）により偏向され、次に　レンズ（３２２） により像（３２０）を形成するよう焦点を合わせる。もし、アレイ（３１０）中 の５ＥＥＤデバイスの高い強度の照射により、光源（３１６）からの光に対し５ ＥＥＤデバイスが低透過になるなら、像は照射された物体（３１４）のネガにな る。

像（３２０）は照射光（３１２）に含まれる波長とは完全に異なる波長で形成さ れてもよい。たとえば、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ／ＧａＡＱＡｓを用いると、５ＥＥＤデ バイスは可視可干渉照明（３１２）を使うことができ、光源（３１６）で可干渉 光源を用いると赤外像（３２０）を生じる。

第２５図は、ＭＱＷ変調器構造中に集積化されたフォトトランジスタを有する本 発明の実施例を示す、デバイスは、２個だけの電子的接続を有する。ベースは外 部回路に独立には接続されない、デバイスに対し２個だけの電気的接触に限られ ることは、デバイスのアレイが、第１１図を参照して述べたように、アレイ全体 に対しちょうど２個より多い電気的接続を必要としないように選ばれた。

第２５図は、半導体基体（３３２）中に集積化されたｐｉｎダイオードＭＱＷ構 造（３３０）と半導体基体中に集積化されたフォトダイオード（３３４）を有す る本発明の実施例を示す、フォトトランジスタ（３３４）はｐｉｎダイオード構 造（３３０）と電気的に直列になっている。動作中光はフォトトランジスタ中で 吸収され、それにより光電流が生じる。光電流はエミッタ領域（３３ｇ）。

ベース領域（３３６）及びコレクタ領域（３４０）間のトランジスタ動作により 増幅される。増幅された光電流は、第２０図中に示されたトランジスタあるいは 第２１図中に示されたフォトダイオードのように１本質的に一定の電流供給源で ある。第２５図に示されたフォトトランジスタの利点は、光吸収により生じた光 電流が増幅され、それにより第２１図の簡単なフォトダイオードより光に対し、 デバイスがより感度を持つようになることである。フォトトランジスタ（３３４ ）は定電流源として機能し、第１６図ないし第１９図を参照して述べたように動 作する。

第２２図に示された半導体構造は、上で述べたフォトダイオードとして働くとと もに、フォトトランジスタとして働かせることもできる。第２２図において、ｎ ドープ層（２９４Ａ）はフォトトランジスタのベースとして働き、２つのｐドー プ層（２９４Ｂ、２９４Ｃ）はそれぞれエミッタ及びコレクタとして働く、第２ ２図の半導体構造は、もしｎドープ１（２９４Ａ）がキャリヤ層（２９４Ｂ）及 び層（２９４Ｃ）間で拡散できないように十分厚く作り、あるいはもしそのよう なキャリヤの拡散を防止する何らかの手段がトンネル接合を層（２９４Ａ）内の キャリヤ変換として導入するように用いられるならば、フォトダイオードとして 働く、シかし層（２９４Ａ。

２９４Ｂ）及び（２９４Ｇ）は、もし層（２９４Ａ）の厚さをキャリヤのかなり の数が、層（２９４Ｂ）から層（２９４Ｃ’）に拡散できるように十分薄く選ぶ なら、フォトトランジスタとして機能する。ｐｎｐ）ランジスタを第２５図のよ うに示したが、ｐｉｎＭＱＷ変調器を逆バイアスする限り、ｎｐｎ）ランジスタ の構成も等しく働く、たとえば、第２５図において、ｎ層のそれぞれはｐ層で置 きかえてよく、ｐ層のそれぞれはｎ層で置きかえてもよく、供給電圧の極性を逆 にする。

第２２図に示された半導体構造がフォトトランジスタとして機能するよう構成す るとき、それはＭＱＷ変調器（２９３）と直列になった定電流源で、第１６図な いし第１９図を参照して述べたように機能する。

第２２図及び第２５図に示された集積化半導体構造は。

第１１図に示されたような個々のデバイスのアレイに製作するのに、特に適して いる。フォトトランジスタのベース領域に電気的接続する必要はなく、従ってア レイは２個だけの電気的接続を必要とする。たとえば、第２５図の半導体構造は 、同様のデバイスのアレイに組込まれたとき、デバイスの層（３４４）すべてを 電気的に接続してもよく、デバイスの層（３３８）のすべてを電気的に接続して もよい。第９図及び第１０図に示された製作工程は、第２５図中に示されたよう なデバイスのアレイに製作するのに用いてもよく、第２５図に示された追加され た層を作るのに必要な工程を加えてもよい。

第２６図はフォトトランジスタとＭＱＷ変調器を有し、同じ光ビームに応答する よう両方の構造が結合された本発明の実施例を示す、第２６図に示された構成は 別々の個別部品を用いて作ってもよく、あるいは第２２図及び第２５図に示され たような集積半導体構造を用いて作ってもよい。

動作の少くとも４つの別々の場合が、第２６図に示された本発明の実施例を用い て可能である。４つの場合は光ビームが最初にフォトトランジスタに浸透するか あるいはＭＱＷ変調器に最初に浸透するか、また２番目に変調器の吸収が変調器 に印加された外部電圧の増加とともに増加又は減少するかと選択することにより 生じる。

第１の場合、光ビームはビーム（３５０）で示されるように最初フォトトランジ スタに浸透し、電圧の増加とともに変調器の吸収が増加する。光ビーム（３５２ ）はデバイスの光出力である。デバイスの動作は最初光強度は非常に低く、強度 が増すにつれデバイスの応答が続くと考えることにより解析さ、れる、低強度に おいては、はとんど光電流はなく、はとんどの供給電圧はフォトトランジスタに かかる。光強度が増すにつれ光電流が増し、フォト１−ランジスタの電流はエミ ッターコレクタ電圧の減少とともに増加し、変調器にかかる電圧は増加する。

変調器吸収は変調器電圧の増加とともに増加し、それによって出力光ビーム（３ ５２）の強度は減少する。従って光９強度パワーに対してプロットした光出力パ ワーは上昇し、次に変調器吸収が増すにつれ落ちる。光出力パワーが光入力パワ ーの増加とともに減少する範囲内に動作点を調製することにより、デバイスは反 転増幅器として使用できる。

第２の場合、光ビームは光ビーム（３５０）のように最初トランジスタに浸透す るが、変調器の吸収は電圧の増加とともに減少する。低強度においてはほとんど 光電流はなく、はとんどの供給電圧はフォトトランジスタにかかり、従って変調 器はそれにかかる電圧が低いため、非常に吸収性である。そのため光ビーム（３ ５２）はＭＱＷ変調器により、本質的に阻止される。ビーム（３５０）の強度が 増すにつれ、ＭＱＷ変調器にかかる電圧は増加し、変調器の吸収は小さくなり、 出力光ビーム（３５２）の強度は急速に上昇する。

第３の場合、光ビームは最初ＭＱＷ変調器に浸透し。

光ビーム（３６０）で示されるように２番目にフォトトランジスタに浸透し、Ｍ ＱＷ吸収は電圧の増加とともに増加する。光ビーム（３６０）は入力光ビームで 、光ビーム（３６２）は出力光ビームである。低強度において、供給電圧はフォ トトランジスタにかかり、ＭＱＷ変調器は本質的に透明である０強度が増すにつ れ、フォトトランジスタは導電性になり始め、ＭＱＶ変調器にかかる電圧を増加 させ、変調器はより吸収性となり、それにより光がフォトトランジスタに到達す るのが妨げられる。動作特性を適当に選ぶことにより、デバイスは一定の透過パ ワーに到達する。この場合、本発明は光リミッタとして働く。

第４の場合、光は光ビーム（３６０）のように最初ＭＱＷ変調器に浸透し、Ｍ、 ＱＷ変調器吸収は印加電圧の増加とともに減少する。非常に低い強度において、 はとんどの印加電圧はフォトトランジスタにかかり、従って変調器は本質的に不 透明で、はとんど光はフォトトランジスタには浸透しない。しかし、光強度が増 すにつれ、パワーはフォトトランジスタに到達するようになり、フォトトランジ スタにかかる電圧は降下し、ＭＱＷ変調器にかかる電圧は上昇し始める。ＭＱＷ 変調器は電圧の上昇とともに徐々に透明になっていく、するとフォトトランジス タは急速に上昇する光強度を見て、光入射パワーが更に増すにつれ、光出力パワ ーを急速に上昇させるようになる。

フォトトランジスタ又はＭＱＷ変調器を光の追加されたビーム（図示されていな い）で照射することにより、追加された特性を有するデバイスを作ってもよい、 動作点は光ビームの強度を制御要素として用いることにより、調節される。

光路長が光ビーム強度に応答して変化する本月明の実施例が、第２７図に示され ている。低屈折率ｐ及びｎ電極１（４００）及び（４０２）が層（４００）及び （４０２）より高い屈折率の真性ＭＱＷ層（４０４）を囲むように作られた変調 器は、変調器及び光導波路として働く。フォトダイオード（４０６）に入射する 光ビーム（４１０）は光電流を生じ、それはＭＱＷ領域（４０４）上の電圧を変 調させ、それによりその吸収スペクトルをその屈折率スペクトルとともに変化さ せる。もし入射光ビーム（４１２）をそれが屈折率の変化が著しいようなスペク トル領域にあるように選択するなら、すなわち第６図中の動作点（１４７）の例 に近いがそれより低いフォトンエネルギーで見出されるように選択するなら、構 造を通過する際ビーム（４１２）がみる光路長は、著しく変化するであろう、こ の特性は光学的に制御された共振器、干渉計、方向性結合器及び光路長に感度を もつ他のデバイスを作るために利用してもよい、もし制御光ビーム（４１０）を 光ビーム（４１２）が構造を通過する前、後又はその間にそれから導くならば、 デバイスは内部帰還を利用し、ビーム（４１２）を非直線的にそれ自身の光路長 に影響を与えるように作ることができる。

フォトトランジスタ又は他の光感応性材料を用いて作除き、第２２図及び第２５ 図で述べた構造にフォトダイオード及びフォトトランジスタを集積化してもよい 、第２２図及び第２５図中の構造を用いて、導波路中の光モードの干渉で生じた しまがフォトトランジスタ又はフォトダイオード中で部分的に吸収され、それに より入射ビーム（４１２）が構造を通過している量大射光ビームから、制御ビー ムを導いてもよい。

ＭＱＷ構造の光吸収を制御するため、第２１図、第２２図、第２３図、第２５図 又は第２７図に示されたフォトダイオード又はフォトトランジスタではなく、光 導電体を用いてもよい。

ＭＱＷ構造を作るための材料には、ＩｎＧａＡＱＡｓ。

ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡＱ、Ａｓ及びＩｎＰのような他の半導体 材料が含まれる。たとえば、■−■族元素及び■−■族元素から作られる混晶又 は化合物は、ＭＱＷ構造を作るのに特に有用である。

第２２図及び第２５図に描かれた本発明の実施例は上で述べたように、同じよう に動作するが、それらは異なる具体的な動作特性を示し、それらは異なる利点を もたらす、たとえば、第２２図、に描かれた実施例の動作においては、外部電圧 は（集積化され直列接続された）フォトダイオード（２９０）とＭＱＷ変調器（ ２９２）にがかる、　この電圧の影響下で、第１の光ビーム（２９６）（制御ビ ーム）がフォトダイオード（２９０）上に入射し、はとんど吸収される。加えて 、制御ビーム（２９６）とは異なる波長を有する第２の入射光ビーム（バイアス ビーム）（２９８）はフォトダイオード（２９０）によりほとんど透過されＭＱ Ｗ変調器（２９２）により部分的に吸収される。変調器により透過されるバイア スビーム（２９８）の一部は、デバイスの出力ビーム（３００）を構成する。

先に述べたように、制御ビーム（２９６）のパワーの増加はフォトダイオード（ ２９０）の光導電性の増加（従って電気抵抗の減少）を生じる。これはフォトダ イオード（２９０）にかかる電圧降下を増加させ、対応して変調器（２９２）に かかる電圧降下を増加させる。（フォトダイオード（２９０）及び変調器（２９ ，２）は直列であるから、これらの回路要素にかかる電圧降下は、外部から印加 される電圧に等しくなければならない、）たとえば変調器にかかる増加した電圧 は、変調器（２９２）の吸収係数の増加を発生させ、出力ビーム（３００）の強 度を減少させることになる。

もし、フォトダイオード（２９０）を（先に述べたように）フォトトランジスタ で置きかえるならば、たとえば、ｎ領域（２９４Ａ）を領域（２９４Ａ、２９４ Ｂ）及び（２９４Ｇ）がバイポーラトランジスタを構成するように十分薄く作る なら、著しい利点が達成される。すなわち、直列に接続されたフォトダイオード （２９０）及び変調器（２９２）の動作において、制御ビーム（２９６）の強度 のわずかな変化はフォトダイオード（２９０）の光導電性にはわずかの変化を生 じさせるだけで、従って変調器（２９２）の吸収係数はわずかに変化するだけで 、透過するビーム（３００）の強度の変化もわずかたけである。フォトダイオー ド（２９０）をフォトトランジスタに置きかえることにより、トランジスタによ り生じる電流増幅は（制御ビーム（２９６）の強度の同じわずがな増加に応答し て）フォトダイオードによって生じるそれよりはるかに大きい、従って、光利得 が達成される。

すなわち、制御ビーム（２９６）の強度の増加は変調器（２９２）の吸収係数に 大きな変化を発生させ、そのため出力ビーム（３００）の強度に大きな変化を生 じる。

第２５図に描かれた本発明の実施例には、ＭＱＷ変調器（３３０）と集積化され 、直列になったフォトダイオード（３３４）を含む、動作の１モードにおいて、 単一波長（又はわずかな範囲の波長）の光のみがデバイスに入射する。すなわち 、制御及びバイアスビームは同じ波長である。この特徴は他にもある理由の中で 、それによってデバイスのカスケード接続、すなわち１つのデバイスの出力を別 のデバイスの入力として容易に用いられるようにできるため有利である。（それ に対し、第２２図の実施例のように異なる波長の２つのビームを用いると、一般 にカスケードにすることができなくなる。）加えて、フォトトランジスタが存在 することは、光利得を発生させる。しかし、バイアスビーム中の小さな（好まし くない）強度のふらつきの影響はフォトトランジスタ（３３４）により増幅され 、出力ビームの強度に比較的大きな好ましくないふ゛らつきを発生させる。その 結果、入射ビームは一般に好ましくない強度のふらつきを除く比較的高価で、か つ比較的複雑な光源により、発生させなければならない。

先に述べたように、上の実施例は異なる動作特性とそれに対応した異なる利点を 示す、残念なことに、これらの実施例のあるものが、これらすべての利点を示す わけではない。

第２２図及び第２５図に示されるように、上の実施例はまた、寄生トランジスタ も含む、たとえば、第２５図の実施例はｐ−領域（３４０）、ｎ−領域（３４２ ）及びＰ−領域（３４４）を含む寄生ｐ−ｎ−ｐトランジスタを含む、はとんど の用途に対し、これらの寄生トランジスタが存在することは、実施例の特性にほ とんど、あるいは全く悪い影響をもたない、しかし、たとえば光利得が１００あ るいはそれ以上に大きな係数となることが必要な用途のようなわずかの要求に対 しては、寄生トランジスタは特性を低下させることがある。

上の実施例のすべての利点を実現し、また寄生トランジスタ動作を抑えるか、あ るいは著しく減少させる新しい本発明の実施例が開発されている。この新しい実 施例の構造が第２８図に描かれ、一方、対応する電気的回路は第２９図に描かれ ている。

第２８図に示されるように、新しい実施例（４２０）はＭＱＷ変調器（４５０） と集積化され直列になったフォトトランジスタ（４４０）を含む、たとえば、フ ォトトランジスタ（４４０）はｎ　−ｐ　−ｎバイポーラトランジスタ又はｐ− ｎ−ｐバイポーラトランジスタである。

説明だけのため、第２８図に描かれたフォトトランジスタはｎ−ｐ−ｎ）−ラン ジスタで、それは露出された上部表面（４２２）を有するｎ形材料領域（４２４ ）、ｐ形材料領域（４２６）及びｎ形材料領域（４３０）を含む。

これらの領域はフォトトランジスタ（４４０）のそれぞれコレクタ、ベース及び エミッタを構成する（フォトトランジスタは動作中、第２８図に示されるように バイアスされる。） ＭＱＷ変調器（４５０）はｐ−１−ｎダイオードの形が一般に好ましく、それは ｎ形材料領域（４３０）、（真性半導体材料の）多重量子井戸領域（４３２）及 びｐ形材料領域（４３４）を含む、２．フォトトランジスタ（４４０）の１つの 要素、すなわちｎ影領域（４３０）（エミッタ）は変調器（４５０）と集積化さ れる。（もし、フォトトランジスタ（４４０）がｐ−ｎ−ｐ）−ランジスタなら 、変調器（４５０）中のｐ形及びｎ影領域は入れかえ、従ってフォトトランジス タのＰ影領域は変調器と集積化される。） 重要なことは、フォトトランジスタ（４４０）は（以（４２４）がエミッタ（４ ３０）（変調器（４５０）と集積化される要素）の上部表面（４２８）の一部（ すべてより小さい）と重なるように製作されることである。このことは非常に有 利である。なぜならば、動作中制御ビーム（４６０）はコレクタ（４２４）の露 出された上部表面（４２２）上に容易に入射する（フォトトランジスタ（４４０ ＞中に浸透し吸収される）からである。加えて、バイアスビーム（４７０）は表 面（４２８）の露出された一部分上に容易に入射する（ＭＱＷ領域（４３２）中 に侵入し、少くとも一部は吸収される）。バイアスビーム（４７０）は第２５図 の実施例の場合のように）フォトトランジスタに浸透する必要がないから、バイ アスビームの波長は制御ビームの波長と異なる必要はない。

その結果、デバイスのカスケード接続は容易に達成される。更に、制御及びバイ アスビームを用いることによって、実施例（４２０）は上で述べた他のすべての 利点を実現する。特にバイアスビームのわずかなふらつきは、フォトトランジス タでは増幅されない。

第２８図に示されるように、実施例（４２０）はｐ−ｎ−ｐ寄生トランジスタを 含み、それはｐ影領域（４２６）、ｎ影領域（４３０）及びｐ影領域（４３４） を含む、（真性ＭＱＷ領域（４３２）が存在することによって寄生トランジスタ 動作が除かれはしない、）これらの領域は寄生トランジスタのそれぞれエミッタ 、ベース及びコレクタを構成する。上で述べたように、要求される用途での好ま しくない動作を避けるため、フォトトランジスタ（４４０）の電流利得は寄生ト ランジスタのそれより大きくすべきである。（ここで用いるように、電流利得と いう用語は通常βで表わされるエミッタ接地構成でのｄｃ短絡電流利得をさす、 ）周知のように、１つのトランジスタの電流利得をもう１つに対して増加又は減 少させる各種の技術がある。第２８図の実施例において、たとえば寄生トランジ スタのエミッタ注入効率を、フォトトランジスタ（４４０）のそれより低く下げ ることにより、寄生トランジスタの電流利得をフォトトランジスタ（４４０）の それより減らすことが有利であるとわかっている。これはフォトトランジスタ（ ４４０）のベース領域（領域（４２６））　の禁制帯より大きな禁制帯幅をもつ ベース材料領域（領域（４３０））を有する寄生トランジスタを形成することに より、容易に実現される。（禁制帯という用語は価電子帯及び伝導帯間のエネル ギー間隙を意味する。禁制帯が大きいほど、エミッタによりベース中に注入され る多数キャリヤが見える電位障壁は、より大きくなり、従ってエミッタ注入効率 は下がる。）すなわち、このことは領域（４３０）及び（４２６）間の界面にヘ テロ接合を導入することにより、実現される。（ヘテロ接合については、Ｈ、Ｋ 　ｒｏｅｍｅｒ　（エイチ・クレーマー）Ｐｒｏｅ、’ＩＥＥＥ　（プロシーデ ィング・アイイーイーイー）、−１也−１第１号、１９８２年１月、１３−１５ での要因が同じと仮定すると、寄生トランジスタのベースの禁制帯は、フォトト ランジスタのベースのそれより少くともｋＴだけ大きくすべきである。ここでｋ はボルツマン定数、Ｔはデバイスの所望の動作温度（ケルビンの単位）である、 ｋＴより小さい禁制帯の差は、寄生トランジスタのエミッタ注入効率を好ましく ないほど小さくしか減少させないため望ましくなる。

所望の禁制帯差は、寄生トランジスタのベース（領域（４３０））を（典型的な 場合的１．８ｅＶの禁制帯をもつ）ガリウム・アルミニウムひ素で製作すること により、容易に実現される。更に、フォトトランジスタ（４４０）のベース（領 域（４２６））は、たとえば（約１．４ｅＶの禁制帯を有する）ガリウムひ素で 製作される０便宜上、実施例（４２０）の残りの部分はこれらと同じ材料で製作 される。すなわち、第２８図に示されるように、領域（４２４）はガリウムひ素 を含み、領域（４３４）はガリウム・アルミニウムひ素を含み、一方ＭＱＷ領域 （４３２）は（先に述べたように）ガリウムひ素及びガリウム・アルミニウムひ 素が交互になった領域を含む。

上で述べたガリウムひ素及びガリウム・アルミニウムひ素の領域は、たとえば通 常の分子線ビームエピタキシー技術を用いて、もう一方の上に容易に成長させら れる。

更に、表面（４２８）の一部は、たとえば領域（４２４）及び（４２６）の選択 成長により、露出したままにされる。あるいは領域（４２４）及び（４２６）は それが表面（４２８）全体を覆うように最初形成され、領域（４２４）及び（４ ２６）のそれぞれの部分を、表面（４２８）の一部を露出するため、通常のエッ チャントを用いてエッチ除去する。

重要なことは、上で述べたように、異なる禁制帯の材料を用いることにより、透 過及び吸収特性も有利になるということである。たとえば、もし領域（４２４） 及び（４２６）がガリウムひ素で作られ、表面（４２２）上に入射する制御ビー ム（４６０）がたとえば８５０ナノメータの波長をもつ光を含むなら、そのよう な光はフォトトランジスタ（４４０）により吸収されるであろう、もし、表面（ ４２８）の露出された部分に入射するパイアスビーム（４７０）も１．ｃカスケ ード接続のために望ましいように）同じ波長の光を含み、もし領域（４３０）及 び（４３４）がガリウム・アルミニウムひ素で作られているなら、（ガリウム・ アルミニウムひ素の禁制帯がより大きいため）これらの領域によるこの光の好ま しくない吸収は避けられる。（領域（４３０）及び（４３４）によるバイアスビ ームの吸収は、出力ビームの好ましくない減衰を生じる。）シかし、もしＭＱＷ 領域（４３２）がガリウムひ素とガリウム・アルミニウムひ素の交互にはさまれ た領域を含むなら、光はＭＱＷ領域で吸収され、実施例（４２０）は２つだけの 電気的接触（第２８図に示されるように、（エミッタ）領域（４２４）の最上部 と領域（４３４）の底部へ）を必要とするから、この実施例は共通の最上部電極 及び共通の底部電極を有する実施例のアレイを含む構造の形成を可能にする。第 ３０図−第３１図に示されるように、そのようなアレイは共通の基板中に形成さ れ、共通領域（４３４）への共通の底部電極（４６２）を有する複数の実施例（ ４２０）を含む、たとえば、もし領域（４３４）がガリウム・アルミニウムひ素 で作られるなら、底部電極は、たとえば領域（４３４）それ自身を含む。

アレイの領域（４２４）（エミッタ）への共通最上部電極（４７２）は、最初表 面（４２２）及び（４２８）（それらには制御及びバイアスビームが入射すべき である。）を除くプレイの最上部表面全体を被覆する絶縁層（４８８）を堆積さ せることにより形成される。この絶縁層はアレイの要素を、共通最上部電極を経 てアレイのエミッタ領域に印加される電圧から遮蔽する。もしアレイがガリウム ひ素及びガリウム・アルミニウムひ素で製作されるなら、有用な絶縁材料にはポ リイミド、シリコン酸化物及びシリコン窒化物が含まれる０次に各エミッタの各 表面（４２２）の一部を含むアレイの上部表面全体上に、電極層（または複数の 層）を堆積させることにより、共通最上部電極（４７２）が形成される。しかし 、各表面（４２２）の少くとも一部は、制御ビームが入射するよう露出したまま にされる。加えて、表面（４２８）もまたバイアスビームが入射するよう、露出 したままにする。

本発明の新しい実施例は、それが光論理デバイス用に容易に適用できるため、更 に有利である。たとえば、実施例（４２０）と直列になったフォトトランジスタ （４９０）を含む第３２図に描かれた構造（４８５）は、光ＮＡＮＤゲートを構 成する。（対応する電気回路は第３３図に描かれている。）すなわち、印加され た電圧は変調器（４５０）にかかり、従ってフォトトランジスタ（４９０）及び （４４０）の両方が制御ビーム（５００）及び（４６０）によりターンオンした 時のみ、出力ビーム（４８０）を減衰させる。

上で述べた用途の要求に対しては、フォトトランジスタ（４９０）及び（４４０ ）のそれぞれの電流利得は。

新しい実施例に固有の寄生トランジスタのそれより大きいことが望ましい、しか し、他の特に要求されない用途に対しては、この条件は本質的でない。

浄書（内「に変更なし） ムカパワー 浄書（内容にｔ′更なし） ７オト）エネ１し噂−（ｅＶ） ＦＩＧ、　５ フ＼゛力９ヂ、ヒ”−ｔ＾ 浄書（内容に変更なし） 浄偽（内容に変更なし） ＦＩＧ、　８ 浄ｉＦ（内容に変更なし） ＦＩＧ、１０ 浄書（内容に変更なし） △カッｆワー（Ｐ（’ｆＷ） ＾カッｒつ−Ｐ（ＡｌＷ） 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、　１５ ＦＩＧ、　１６ ＦＩＧ、　１７ 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、　１８ Ｖ鯵０ ＦＩＯ，１９ 、浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、２０ ＦＩＧ、２１ 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、２３ 浄書（内容に変更なし） 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、２５ ＦＩＧ、　２６ 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、２７ 浄書（内容に変更なＬ） ＦＩＧ、２８ ＦＩＧ、　２９ 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、３０ 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、　３２ ＦＴｏ、　３３ 補正書の（翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の７第１項） 昭和６２年　６月　８日 特許庁長官　黒　１）明　雄　殿 ＰＣＴ／ＵＳ８６１０２１０７ ２、発明の名称 非線形双安定光デバイス ３、特許出願人 ５、補正書の提出年月日　１９８７年　５月　５日６、添付書類の目録 ρ 補正書（翻訳文）　１通 請求の範囲 １．（修正後）　第１の表面を含み、前記第１の表面上に入射する電磁放射を吸 収でき、その吸収又は屈折率の両方又は一方は、それにかかる電圧を印加するか 又は前記印加電圧の変化を通すかの両方又は一方により変えられる第１の手段； 前記第１の手段にかかる電圧を生成し、前記電圧はそれに入射し吸収される電磁 放射に応答して変えうる第２の手段を含む光デバイスにおいて、 前記第１の手段は量子井戸領域を含み、前記第２の手段は前記の第１の手段と集 積化された少なくとも１個の第１の要素と前記第１の表面の全てよりは少ない一 部分上の第２の要素を含むことを特徴とする光デバイス。

２、（修正後）　請求の範囲第１項に記載された光デバイスにおいて、前記第２ の手段は少なくとも１個のフォトトランジスタを含むことを特徴とする光デバイ ス。

３、（修正後）　請求の範囲第２項に記載された光デバイスにおいて、 前記少なくとも１個のフォトトランジスタの電流利得は前記デバイスに固有の寄 生トランジスタのそれより大きいことを特徴とする光デバイス。

４、（修正後）　請求の範囲第２項又は第３項に記載された光デバイスにおいて 、 前記第２の手段は第１及び第２のフォトトランジスタを含むことを特徴とする光 デバイス。

５、（修正後）　請求の範囲第４項に記載された光デバイスにおいて、 前記フォトトランジスタのそれぞれの電流利得は、前記デバイスに固有の寄生ト ランジスタのそれより大きいことを特徴とする光デバイス。

６、（修正後）　請求の範囲第２項又は第３項に記載された光デバイスにおいて 。

前記フォトトランジスタ及び寄生トランジスタはそれぞれエミッタ、ベース及び コレクタを含み、前記寄生トランジスタのベースの禁制帯は前記フォトトランジ スタのベースの禁制帯より大きいことを特徴とする光デバイス。

７、（修正後）　請求の範囲第６項に記載された光デバイスにおいて、 前記フォトトランジスタのエミッタ、ベース及びコレクタはそれぞれガリウム・ アルミニウムひ素、ガリウムひ素及びガリウムひ素を含み、一方前記寄生トラン ジスタのエミッタ、ベース及びコレクタはそれぞれガリウムひ素、ガリウム・ア ルミニウムひ素及びガリウム・アルミニウムひ素を含むことを特徴とする光デバ イス。

手続ネ甫正書（方式） ％式％ ２　発明の名称 非線形双安定光デバイス ３　補正をする者 事件との関係：特許出願人 ４代理人 （１）別紙のとおり、正式図面を１通提出します。

国際調−査餠失 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＭＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＳＥＡ只ＣＨＲＥ：’ ＯＲＴ　ＯＮ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．第１の表面を含み，前記第１の表面上に入射した電磁放射を吸収でき、吸収 はそれに電圧を印加することにより変えうるか、あるいは前記印加電圧の変化に より変えうる第１の手段；及び 前記第１の手段にかかる電圧を生成し、前記電圧はそれに入射し吸収される電磁 放射に応答して変えうる第２の手段を含む光デバイスにおいて、 前記第１の手段は更に量子井戸領域を含み、前記第２の手段は前記第１の手段と 集積化された少なくとも１つの第１の要素及び前記第１の表面の全部よりは少な い一部上にある少なくとも１つの第２の要素を含むことを特徴とする光デバイス 。
2. ２．請求の範囲第１項に記載された光デバイスにおいて、前記第２の手段はフォ トトランジスタを含むことを特徴とする光デバイス。
3. ３．入射電磁放射を吸収でき、吸収はそれに電圧を印加することにより変えられ るか、前記印加電圧の変化を通して変えられる第１の手段； 前記第１の手段にかかる電圧を生成し、前記生成された電圧はそれに入射し吸収 される電磁放射に応答して変化する第２の手段、を含む光デバイスにおいて、前 記第１の手段は更に量子井戸領域を含み、前記第２の手段はフォトトランジスタ を含み、前記フォトトランジスタの電流利得は前記デバイスに固有の寄生トラン ジスタのそれより大きいことを特徴とする光デバイス。
4. ４．請求の範囲第３項に記載された光デバイスにおいて、前記フォトトランジス タ及び寄生トランジスタはそれぞれエミッタ、ベース及びコレクタを含み、前記 寄生トランジスタのベースの禁制帯は前記フォトトランジスタのベースの禁制帯 より大きいことを特徴とする光デバイス。
5. ５．請求の範囲第４項に記載された光デバイスにおいて、前記フォトトランジス タのエミッタ、ベース及びコレクタはそれぞれガリウム・アルミニウムひ素、ガ リウムひ素及びガリウムひ素を含み、一方前記寄生トランジスタのエミッタ、ベ ース及びコレクタはそれぞれガリウムひ素、ガリウム・アルミニウムひ素及びガ リウムひ素を含むことを特徴とする光デバイス。
6. ６．入射電磁放射を吸収でき、吸収はそれにかかる電圧を印加することにより変 えられ； 前記第１の手段にかかる電圧を生成し、前記生成電圧はそれに入射し吸収される 電磁放射に応答して変えられる第２の手段を含む光デバイスにおいて、前記第１ の手段は量子井戸を含み、前記第２の手段は第１及び第２のフォトトランジスタ を含むことを特徴とする光デバイス。
7. ７．請求の範囲第６項に記載された光デバイスにおいて、前記フォトトランジス タのそれぞれの電流利得は、前記デバイスに固有の寄生トランジスタのそれより 大きいことを特徴とする光デバイス。