KR0170191B1 - Non-biased optical bistable device - Google Patents

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KR0170191B1
KR0170191B1 KR1019950053669A KR19950053669A KR0170191B1 KR 0170191 B1 KR0170191 B1 KR 0170191B1 KR 1019950053669 A KR1019950053669 A KR 1019950053669A KR 19950053669 A KR19950053669 A KR 19950053669A KR 0170191 B1 KR0170191 B1 KR 0170191B1
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권오균
김광준
현경숙
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양승택
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    • G02OPTICS
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    • G02F3/00Optical logic elements; Optical bistable devices
    • G02F3/02Optical bistable devices

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Abstract

본 발명은 광 쌍안정 논리소자에 관한 것으로 특히, 반 절연 반도체 기판 위에 화합물 반도체 다층 거울층을 성장시키는 제1 과정과; 상기 제1 과정에서 형성된 하부 거울층 위에 제1 도전층을 형성하는 제2 과정과; 상기 제2 과정에서 형성된 제1 도전층 위에 광학적 활성중간층 다중 양자 우물층을 형성하는 제3 과정과; 상기 제3 과정에서 형성된 층위에 상기 제1 도전층의 형성을 위해 사용되었던 도핑물질과 극성이 다른 도핑물질을 사용하여 제2 도전층을 형성하는 제4 과정과; 상기 제4 과정에서 형성된 제2 도전층위에 광학적 활성중간층 다중 양자 우물층을 형성하는 제5 과정과; 이 우물층 위에 상기 제2 과정의 제1 도전층을 형성하는 제6 과정과; 상기 제3, 제4 과정(혹은 제5, 제6 과정)을 순차적으로 반복 수행하여서 상기 제1 과정의 하부 거울층으로부터 소정의 두께(L)의 위치에 상부 거울층을 형성하는 제7 과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 무전압 광쌍안정소자의 제조방법 및 그에 따른 공명구조와 적층 다이오드구조가 결합된 수직구조형 광변조기를 외부인가 전압없이 자체의 다이오드 바이어스에 의해 동작하도록 외부전원 없이 자체적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 무전압 광쌍안정 논리소자의 구조를 제공하여 자체의 바이어스를 이용하며, 적층 구조에 비대칭 공명구조를 결합함으로써 적층된 각 다이오드의 중간층의 두께를 줄여 자체 바이어스에 의해서도 충분히 큰 구동전계를 얻을 수 있도록 하는 효과가 있다.The present invention relates to an optical bistable logic device, and in particular, a first process of growing a compound semiconductor multilayer mirror layer on a semi-insulating semiconductor substrate; A second process of forming a first conductive layer on the lower mirror layer formed in the first process; A third process of forming an optically active intermediate layer multiple quantum well layer on the first conductive layer formed in the second process; A fourth process of forming a second conductive layer on the layer formed in the third process by using a doping material having a polarity different from that of the doping material used for forming the first conductive layer; A fifth process of forming an optically active intermediate layer multiple quantum well layer on the second conductive layer formed in the fourth process; A sixth step of forming a first conductive layer of the second step on the well layer; A seventh process of sequentially forming the upper mirror layer at a predetermined thickness L from the lower mirror layer of the first process by sequentially repeating the third and fourth processes (or fifth and sixth processes); A method of manufacturing a voltage-free optical bistable device, and a vertical structured optical modulator combined with a resonance structure and a stacked diode structure, which is driven by itself without an external power source to operate by its own diode bias without an external voltage. It provides the structure of the voltageless photo bistable logic device, which uses its own bias, and combines the asymmetric resonance structure with the stacked structure to reduce the thickness of the intermediate layer of each stacked diode to obtain a sufficiently large driving electric field even by its own bias. It has the effect of making it possible.

Description

무전압 광쌍안정 논리소자 (NON-BIASED OPTICAL BISTABLE DEVICE)NON-BIASED OPTICAL BISTABLE DEVICE

제1도는 본 발명이 제시하는 비대칭 공명기와 적층다이오드로 구성된 구조의 일례(P-I-N-I-P...)이다.1 is an example of a structure composed of an asymmetric resonator and a stacked diode according to the present invention (P-I-N-I-P ...).

제2도는 본 발명이 제시하는 비대칭 공명구조와 적층 다이오드 구조를 갖는 무전압 광 논리소자의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a voltageless optical logic device having an asymmetric resonance structure and a stacked diode structure according to the present invention.

제3도는 제2도에서 제시한 무전압 광 쌍안정 소자 실시 평면구조예.3 is a plan view of an implementation of the voltage-free optical bistable element shown in FIG.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 반 절연 반도체 기판(substrate)1: semi-insulating semiconductor substrate

2 : 높은 반사율 거울층, 언 도프된(undoped)/4nH층과 언 도프된/4nL층의 적층 반도체 거울층(nH; 굴절율이 높은 층의 굴절율, nL;굴절율이 낮은층의 굴절율)2: high reflectivity mirror layer, undoped / 4n H layer and undoped Laminated semiconductor mirror layer of / 4n L layer (n H ; refractive index of high refractive index layer, n L ; refractive index of low refractive index layer)

3, 7 : 고농도로 도핑된 P+반도체 전극층(혹은 고농도로 도핑된 N+전극층)3, 7: P + semiconductor electrode layer heavily doped (or N + electrode layer heavily doped)

4 ,6 : 언 도프된 반도체 다중양자우물층 및 완충층의 광학적 활성층4,6: optically active layer of undoped semiconductor multi-quantum well layer and buffer layer

5 : 고농도로 도핑된 N+반도체 전극층(혹은 고농도로 도핑된 P+전극층)5: highly doped N + semiconductor electrode layer (or heavily doped P + electrode layer)

8 : 반도체/공기면의 거울층 혹은 상기 고 반사율 거울층(2)의 구조를 가지며 그 거울층(2)보다 낮은 반사율을 갖는 거울층막.8: A mirror layer film having a structure of the semiconductor / air plane mirror layer or the high reflectivity mirror layer 2 and having a lower reflectance than the mirror layer 2.

L : 상기 도면부호 2와 8 거울층 사이의 두께로 광학적 활성층(4,6)에 의한 동작파장()에 대해 반파장의 정수(m)배의 광학적 거리를 갖는다. 즉, L=m(2navg), 여기서 navg는 공명기 내의 평균 굴절율.L: the operating wavelength of the optically active layers 4 and 6 at a thickness between the 2 and 8 mirror layers ) Has an optical distance of half the integer (m) times. That is, L = m (2n avg ), where n avg is the average refractive index in the resonator.

9 : 절연막 (예, SiNx) 10 : P-오믹 금속9: insulating film (e.g., SiNx) 10: P-omic metal

11 : N-오믹 금속 12 : 오믹 금속간을 연결하는 금속배선11: N-omic metal 12: Metal wiring connecting ohmic metal

31 : 제1 메사(MESA)구조 32 : 제2 메사 구조31 first mesa structure 32 second mesa structure

33 : 격리 구조33: isolation structure

본 발명은 광 쌍안정 논리소자에 관한 것으로 특히, 반도체 기판위의 공명구조와 적층다이오드를 이용하여 전체 광논리구조가 무전압에서 동작하기 위한 무전압 광 쌍안정 논리소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to optical bistable logic devices, and more particularly, to a voltageless optical bistable logic device for operating an entire voltageless voltage structure using a resonance structure on a semiconductor substrate and a stacked diode.

종래의 광소자는 외부에서 전압을 인가하게 됨으로, 대용량의 초고속의 광정보 신호를 위한 광교환 소자로 사용하기에 높은 스위칭 에너지 등과 같은 소자의 물리적 한계점이 있었다.Since a conventional optical device applies a voltage from the outside, there are physical limitations of the device such as a high switching energy to use as a light exchange device for a large-capacity ultrafast optical information signal.

상술한 종래 기술에 부가하여 설명하면, 기존의 공명구조 PIN 구조의 소자는 높은 광신호 명암비를 얻기 위해서 P와 N 사이의 소정의 두께(1)를 가진다. 그러나 이 두께(1)는 다이오드의 자체 바이어스(Vb)에 비해 두꺼워 이것에 의해 충분히 구동 전계 얻을 수 없어 외부 전압(Va)이 추가로 필요하였다. 즉, 종래기술의 PIN 구조는, (Va+Vb)/1의 전계를 가진다.In addition to the above-described prior art, the device of the conventional resonant structure PIN structure has a predetermined thickness 1 between P and N in order to obtain a high optical signal contrast ratio. However, this thickness (1) was thicker than the diode's own bias (Vb), and thus, a sufficient driving electric field could not be obtained, thereby requiring an external voltage (Va). That is, the PIN structure of the prior art has an electric field of (Va + Vb) / 1.

상기와 같은 한계점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 자체의 바이어스를 이용하며, 적층(Stacted) 구조에 공명구조를 결합함으로써 적층된 각 다이오드의 중간층의 두께를 줄여 자체 바이어스에 의해서도 충분히 큰 구동전계를 얻을 수 있도록 하기 위한 무전압 광쌍안정 논리소자를 제공하는 데 있다.An object of the present invention to solve the above limitations is to use its own bias, and by combining the resonance structure to the stacked structure, reducing the thickness of the intermediate layer of each stacked diode to generate a driving field large enough by its own bias. It is to provide a voltage-free optical bistable logic device to obtain.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 공명구조와 적층다이오드 구조가 결합된 수직구조형 광변조기를 외부인가 전압없이 자체의 다이오드 바이어스에 의해 동작하도록 외부전원 없이 자체적으로 구동되는데 있다.A feature of the present invention for achieving the above object is that the vertical structure modulator combined with the resonance structure and the stacked diode structure is driven by itself without an external power source to operate by its diode bias without an external voltage applied.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은, 핀다이오드 구조내의 중간활성층은 양쪽의 반도체 PN 접합에 의한 내재전위에 의해 충분히 동작할 수 있도록 양자우물 주기수를 결정한 후 이 핀다이오드 구조를 반복적으로 수직방향으로 적층함으로써 공명구조에서 큰 광 민감도를 갖도록 하는데 있다.Another feature of the present invention for achieving the above object is that the pin diode structure is repeatedly determined after determining the number of cycles of the quantum well so that the intermediate active layer in the pin diode structure can be sufficiently operated by the intrinsic potential of the semiconductor PN junction. By stacking in the vertical direction, it has a large light sensitivity in the resonance structure.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 부가적인 특징은 단일 다이오드 공명구조로 공명조건을 만족하는 구조에서는 주어진 내재전위로 충분한 광변조가 어려워 이를 다층 다이오드에 분배함과 동시에 공명기를이용함으로써 무전압에서 매우 큰 신호 명암비와 층분히 큰 광신호차를 갖는데 있다.An additional feature according to the features of the present invention for achieving the above object is a single diode resonant structure is a structure that satisfies the resonance conditions, it is difficult to sufficiently modulate the light at a given intrinsic potential, by distributing it to the multilayer diode and using a resonator at the same time It has a very large signal contrast ratio and an extremely large optical signal difference in voltage.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징은, 반 절연 반도체 기판 위에 화합물 반도체 다층 거울층을 성장시키는 제1 과정과; 상기 제1 과정에서 형성된 하부 거울층 위헤 제1 도전층을 형성하는 제2 과정과; 상기 제2 과정에서 형성된 제1 도전층위에 광학적 활성중간층 다중 양자 우물층을 형성하는 제3 과정과; 상기 제3 과정에서 형성된 층위에 상기 제1 도전층의 형성을 위해 사용되었던 도핑물질과 극성이 다른 도핑물질을 사용하여 제2 도전층을 형성하는 제4 과정과; 상기 제4 과정에서 형성된 제2 도전층위에 광학적 활성중간층 다중 양자 우물층을 형성하는 제5 과정과; 이 우물층 위에 상기 제2 과정의 제1 도전층을 형성하는 제6 과정과; 상기 제3, 제4 과정(혹은 제5, 제6 과정)을 순차적으로 반복 수행하여서 상기 제1 과정의 하부 거울층으로부터 소정의 두께(L)의 위치에 상부 거울층을 형성하는 제7 과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 상술한 제1 도전층(P)과 제2 도전층(N)의 극성을 서로 바꾸어서 구현할 수도 있다.Another feature of the present invention for achieving the above object is a first process for growing a compound semiconductor multilayer mirror layer on a semi-insulated semiconductor substrate; A second process of forming a first conductive layer on the lower mirror layer formed in the first process; A third process of forming an optically active intermediate layer multiple quantum well layer on the first conductive layer formed in the second process; A fourth process of forming a second conductive layer on the layer formed in the third process by using a doping material having a polarity different from that of the doping material used for forming the first conductive layer; A fifth process of forming an optically active intermediate layer multiple quantum well layer on the second conductive layer formed in the fourth process; A sixth step of forming a first conductive layer of the second step on the well layer; A seventh process of sequentially forming the upper mirror layer at a predetermined thickness L from the lower mirror layer of the first process by sequentially repeating the third and fourth processes (or fifth and sixth processes); Characterized in that made. The polarity of the first conductive layer P and the second conductive layer N may be changed.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

일반적으로, 반도체 기판위의 비대칭 공명-적층 다이오드 구조는 첨부한 제1도에 도시되어 있는 바와 같이, 반 절연 GaAs 기판(1)위에 AlxGa1-xAs층과 AlAs층의 반도체를 동작파장(중간층 내의 양자우물 구조(4,6)에 의해 결정)의/4nH/4nL의 두께로 고 반사율 거울층(2)으로 성장하며, 이 AlxGa1-xAs/A1As고 반사율 거울층(2)의 주기수는 구조 조건에 따라서 선택하여 반사율을 결정한다(주기수가 많을수록 높은 반사율을 얻는다).In general, an asymmetric resonance-layered diode structure on a semiconductor substrate operates a semiconductor of an Al x Ga 1-x As layer and an AlAs layer on a semi-insulated GaAs substrate 1, as shown in FIG. (Determined by the quantum well structure (4,6) in the intermediate layer) of With / 4n H It grows into the high reflectivity mirror layer 2 with a thickness of / 4n L , and the period number of the Al x Ga 1-x As / A1As high reflectivity mirror layer 2 is selected according to the structural conditions to determine the reflectance (period) The higher the number, the higher the reflectance).

상기와 같은 전체구조의 개략적 구성을 살펴보면, 고 반사율 거울층(2) 위에서 차례로 P+-i-N+-i-P+-...(3,4,5,6,7)로 형성되는 층과 반도체 고 반사율 거울층(2)보다 낮은 반사율(이것은 주기수를 조절하여 구현할 수 있다)을 갖는 그 거울층(2) 보다 낮은 주기수의 거울층(8) 혹은 반도체/공기면의 상부 거울층(8)으로 구성되어 있다.Looking at the schematic structure of the whole structure as described above, the layer formed of P + -iN + -iP + -... (3,4,5,6,7) and semiconductor high on the high reflectivity mirror layer 2 in order A mirror layer 8 of lower frequency than the mirror layer 2 having a reflectance lower than that of the reflecting mirror layer 2 (which can be realized by adjusting the number of cycles) or the upper mirror layer 8 of the semiconductor / air plane It consists of.

상기 P+전극은 고농도로 도핑된 p형 AlxGa1-xAs층(3,7)으로 형성하였고 그 각 아래 위에 p형 불순물이 다중양자우물(multiple quantum well, MQW)층으로 확산하는 것을 막기 위한 언 도프된 AlxGa1-xAs완충층(4,6)을 형성하였다. 진성영역(4,6)은 AlxGa1-xAs 장벽층과 GaAs 우물층으로 다중양자우물구조와 이 층을 보호하기 위한 완충층으로 이루어져 있다.The P + electrode was formed of a highly doped p-type Al x Ga 1-x As layer (3,7), and the p-type impurity diffused into the multiple quantum well (MQW) layer above each of them. An undoped Al x Ga 1-x As buffer layer (4,6) was formed to prevent. The intrinsic regions 4 and 6 are composed of an Al x Ga 1-x As barrier layer and a GaAs well layer, which consist of a multi-quantum well structure and a buffer layer for protecting the layer.

N+전극층(5)은 고농도로 도핑된 n형 Al1-xGaxAs층으로 형성되었고 아래 위면에 불순물 확산을 막기 위하여 언 도프된 AlxGa1-xAs완충(buffer)의 광학적 활성층(4,6)을 만들었다.The N + electrode layer 5 was formed of a highly doped n-type Al 1-x Ga x As layer and an undoped Al x Ga 1-x As buffered optically active layer to prevent the diffusion of impurities on the upper and lower surfaces thereof. 4,6).

그리고 소자구조의 최상부는 동작파장에 대한 거울 효과를 얻기 위하여 상부 거우층(8)을 형성하였다.The uppermost part of the device structure was formed with an upper layer 8 to obtain a mirror effect on the operating wavelength.

상기 제1도에서 전체 광 논리소자 구조가 무전압에서 동작하기 위하여는 양(P+,N+) 반도체 전극에 의해서 형성되는 내재전위(built-in potential)에 의해서 충분히 공핍될 수 있도록 (4,6)층의 양자우물구조의 두께 및 주기수를 조절하여야 한다. 또한, 이 구조는 상부 거울막을 놓이게 함으로써 공명조건을 갖도록 두께를 조절하여야 한다. 즉, 양 거울사이의 총두께(L)는 반파장을 공명기내의 평균굴절(navg)로 나눈 값의 정수배(m)가 되도록 조절(L=m/(2navg))하여야 한다. 또한, 높은 광신호 판독비를 얻고 무전압 동작을 위해서는 광흡수층을 두껍게 하여야 하는데 필요한 양자우물 수를 무전압 동작 조건과 고려하여 여러층의 다이오드 중간층에 분배하여 공명기의 빛 가둠 효과로 해결하였다.In FIG. 1, the entire optical logic device structure can be sufficiently depleted by the built-in potential formed by the positive (P + , N + ) semiconductor electrode to operate at a no-voltage (4, 6) The thickness and cycle number of the quantum well structure of the layer should be adjusted. In addition, the structure must be adjusted to have a resonance condition by placing the upper mirror film. That is, the total thickness (L) between the two mirrors is adjusted to be an integer multiple (m) of the half wavelength divided by the average refraction (n avg ) in the resonator (L = m / (2n avg )) In addition, the number of quantum wells required for thickening the light absorbing layer to obtain high optical signal readout ratio and no-voltage operation was distributed to the diode interlayers in consideration of the no-voltage operating conditions to solve the light trapping effect of the resonator.

상기 제1도의 일례로 50Å AlxGa1-xAs/100Å GaAs 양자우물 구조(x-0.04)에 대하여 다이오드 중간층을 약 0.35m 로 할때 두층의 핀(PIN) 다이오드에 각각 15 주기씩 분배한 경우, 비대칭 공명기 이론으로부터 온 상태에서 25%, 오프 상태에서 1%정도의 광신호 반사율을 얻을 수 있다. 이때에 중요한 변수인 P, N 반도체 전극층(heavy doped AlxGa1-xAs)에 의하여 형성되는 내재전위값(일반적으로 본발명의 일례에서는 약 1.5V로 간주된다.)이 클수록 중간층의 두께를 크게 할 수 있으며, 이로 인하여 중간 흡수층의 양자우물 수를 높일 수 있어 광신호비나 광포화특성 등을 향상시킬 수 있다.As an example of FIG. 1, a diode intermediate layer is about 0.35 with respect to a 50 - kV Al x Ga 1-x As / 100-GaAs quantum well structure (x-0.04). In the case of m, 15 cycles are distributed to two layers of pin diodes, and the optical signal reflectivity of 25% in the on state and 1% in the off state can be obtained from the asymmetric resonator theory. At this time, the higher the intrinsic potential value (generally regarded as about 1.5V in the example of the present invention) formed by P and N semiconductor electrode layers (heavy doped Al x Ga 1-x As), which are important variables, the thickness of the intermediate layer is increased. This can increase the number of quantum wells of the intermediate absorbing layer, thereby improving the optical signal ratio and the light saturation characteristics.

제2도는 본 발명의 제1도에서 보여준 다층구조(multilayer structure)를 이용한 두 층의 다이오드를 적층시킨 광소자 구조의 단면도의 한 예이다. 본 광소자의 구조는 적층 다이오드구조, 즉 P-i-N-i-P를 가지므로 다이오드 광변조기(optical modulator)를 이용한 무전압 광 쌍안정 논리소자를 구현하기 위해서는 적층구조의 두 변조기를 전기적으로 연결하여야 하며 이를 위하여 제2도와 같은 구조를 이용할 수 있다.FIG. 2 is an example of a cross-sectional view of an optical device structure in which two layers of diodes are laminated using the multilayer structure shown in FIG. 1 of the present invention. Since the structure of the optical device has a stacked diode structure, that is, PiNiP, in order to implement a voltage-free optical bistable logic device using a diode optical modulator, two modulators having a stacked structure must be electrically connected. The same structure can be used.

이것은 기존의 P-i-N 구조를 갖는 S-SEED(symmetric self electrooptic effect device)를 이용한 외부인가 전압형 광소자의 전기적 연결과 달리 전기적 연결을 위해 필요한 전극층을 노출하여 이들을 양쪽의 광 변조기에 외부전원 없이 직렬로 연결하여야 한다. 전극간 혹은 반도체 전극과 금속배선 간의 필요한 절연을 위해 절연막(9)이 제2도와 같이 필요하며 p-오믹 금속(10)과 n-오믹 금속(11)은 각각 P형 반도체와 N형 반도체 전극과 오믹 접합을 이루는 금속이다.Unlike the electrical connection of an externally applied voltage type optical device using S-SEED (symmetric self electrooptic effect device) having a conventional PiN structure, it exposes the electrode layers necessary for electrical connection and connects them in series without external power to both optical modulators. shall. The insulating film 9 is required as shown in FIG. 2 for the necessary insulation between the electrodes or between the semiconductor electrode and the metal wiring, and the p-omic metal 10 and the n-omic metal 11 are formed of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor electrode, respectively. It is a metal forming an ohmic junction.

제3도는 제2도의 두 개의 다이오드를 적층시킨 광 변조기를 이용한 무전압 광논리소자의 평면 구도이다. 소자의 제작은 두번의 메사(MESA) 공정으로 제1 메사 구조(31), 제2 메사 구조(32)를 형성하고, 다이오드간의 전기적 고립을 위하여 비도우핑 하부 거울층인 고 반사율 거울층(2)의 일부까지 격리 식각을 한다. 전극간의 금속배선(12)시 절연을 위하여 절연막 SiNx(9)를 사용하고 노출된 반도체 전극에 대하여 오믹 금속막을 각각 p-오믹 금속(10), n-오믹 금속(11)으로 제작한다. 두개의 공명구조-적층다이오드 변조기 구조는 제2도와 같이 외부 인가 전압 없이 자체적으로 연결되어 있다. 광 신호의 출입은 상부 거울층인 윈도우(window)(8)를 개방하여 형성한다.FIG. 3 is a plan view of a voltageless optical logic device using an optical modulator in which two diodes of FIG. 2 are stacked. The device is fabricated in two mesa (MESA) processes to form a first mesa structure 31 and a second mesa structure 32, and a high reflectivity mirror layer 2, which is an undoped lower mirror layer, for electrical isolation between diodes. Isolate up to a portion of the surface. The insulating film SiNx (9) is used to insulate the metal wiring 12 between the electrodes, and the ohmic metal film is made of p-omic metal 10 and n-omic metal 11 for the exposed semiconductor electrode, respectively. The two resonant-layered diode modulator structures are self-connecting without an external applied voltage as shown in FIG. The entrance and exit of the optical signal is formed by opening a window 8 which is an upper mirror layer.

이러한 무전압 광쌍안정 논리소자는 제3도에서 제시하는 바와 같이 외부 전압인가를 위한 금속배선이 필요 없으므로 구조가 매우 간단하여 완전 광병렬신호처리를 위한 2차원 어레이 제작에 매우 용이하다. 또한, 본 발명은 상술한 종래기술과 비교하여 볼 때, 외부 인가 전압이 필요 없는데 이에 대해 간략히 살펴보면 다음과 같다. 즉, 본 발명은 공명 구조와 적층 pinip 다이오드 구조를 결합하여 높은 광신호 명암비에 필요한 소정의 두께(1)를 적층 다이오드 수 만큼 나누어, l/n을 얻어 외부 인가전압(Va)없이 자체의 다이오드 바이어스(Vb)만으로도 충분히 큰 구동 전계를 얻을 수 있는 것이다. 즉, 본 발명은 (nVb)/l의 전계를 가지며, 여기서, n은 적층 다이오드 수로 n에 따라 구동 전계는 충분히 커진다. 따라서, 본 발명은 외부인가 전압이 없이도 큰 신호비를 얻으며, 외부 전압(Va)이 없으므로 소자의 물리적 특성인 스위칭 에너지가 크게 감소되며, 또한 광전류에 의한 소자 성능의 열감퇴가 크게 감소된다. 더우기, 본 발명의 무전압 광소자는 적층구조와 공명구조를 채택하여 내재전위 만으로도 충분한 전계효과와 충분한 광흡수로 광신호처리 시스템에서 요구하는 적정한 광신호차와 높은 광신호 명암비를 얻을 수 있는 장점이 있다.Since the voltage-free optical bistable logic device does not need a metal wiring for external voltage application as shown in FIG. 3, the structure is very simple, and thus it is very easy to manufacture a two-dimensional array for fully optical parallel signal processing. In addition, the present invention does not require an externally applied voltage as compared with the prior art described above. That is, the present invention combines a resonance structure and a stacked pinip diode structure to divide a predetermined thickness (1) necessary for high optical signal contrast ratio by the number of stacked diodes to obtain l / n to obtain its own diode bias without an externally applied voltage Va. It is possible to obtain a sufficiently large driving electric field only by (Vb). That is, the present invention has an electric field of (nVb) / l, where n is the number of stacked diodes, so that the driving electric field is sufficiently large. Therefore, the present invention obtains a large signal ratio even without an externally applied voltage, and since there is no external voltage Va, the switching energy, which is a physical characteristic of the device, is greatly reduced, and thermal decay of the device performance due to photocurrent is greatly reduced. In addition, the voltage-free optical device of the present invention adopts a laminated structure and a resonance structure, and has an advantage of obtaining an appropriate optical signal difference and a high optical signal contrast ratio required by an optical signal processing system with sufficient electric field effect and sufficient light absorption only by the intrinsic potential. .

Claims (5)

공명구조와 p-i-n-i-p 적층 다이오드 구조가 결합된 수직구조형 광변조기를 외부인가 전압없이 자체의 다이오드 바이어스에 의해 동작하도록 외부전원 없이 자체적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 무전압 광쌍안정 논리소자의 구조.A vertical structured optical modulator combining a resonance structure and a p-i-n-i-p stacked diode structure is driven by itself without an external power source to operate by its diode bias without an external voltage. 핀다이오드 구조내의 중간활성층은 양쪽의 반도체 PN 접합에 의한 내재전위에 의해 충분히 동작할 수 있도록 양자우물 주기수를 결정한 후 이 핀다이오드를 구조를 반복적으로 수직방향으로 적층함으로써 공명구조에서 큰 광민감도를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 무전압 광쌍안정 논리소자의 구조.The intermediate active layer in the fin diode structure determines the number of cycles of the quantum well so as to be fully operated by the intrinsic potential of the semiconductor PN junctions, and then the pin diode is repeatedly stacked in the vertical direction to increase the light sensitivity in the resonance structure. The structure of the voltage-free optical bistable logic device characterized in that it has. 반 절연 반도체 기판 위에 화합물 반도체 다층 거울층을 성장시키는 제1 과정과; 상기 제1 과정에서 형성된 하부 거울층 위에 제1 도전층을 형성하는 제2 과정과; 상기 제2 과정에서 형성된 제1 도전층 위에 광학적 활성중간층 다중 양자 우물층을 형성하는 제3 과정과; 상기 제3 과정에서 형성된 층위에 상기 제1 도전층의 형성을 위해 사용되었던 도핑물질과 극성이 다른 도핑물질을 사용하여 제2 도전층을 형성하는 제4 과정과; 상기 제4 과정에서 형성된 제2 도전층위에 광학적 활성중간층 다중 양자 우물층을 형성하는 제5 과정과; 이 우물층 위에 상기 제2 과정의 제1 도전층을 형성하는 제6 과정과; 상기 제3, 제4 과정을 순차적으로 반복 수행하여서 상기 제1 과정의 하부 거울층으로부터 소정의 두께(L)의 위치에 상부 거울층을 형성하는 제7 과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 무전압 광쌍안정 소자의 제조방법.Growing a compound semiconductor multilayer mirror layer on the semi-insulating semiconductor substrate; A second process of forming a first conductive layer on the lower mirror layer formed in the first process; A third process of forming an optically active intermediate layer multiple quantum well layer on the first conductive layer formed in the second process; A fourth process of forming a second conductive layer on the layer formed in the third process by using a doping material having a polarity different from that of the doping material used for forming the first conductive layer; A fifth process of forming an optically active intermediate layer multiple quantum well layer on the second conductive layer formed in the fourth process; A sixth step of forming a first conductive layer of the second step on the well layer; And a seventh process of repeatedly performing the third and fourth processes sequentially to form an upper mirror layer at a predetermined thickness L from the lower mirror layer of the first process. Method of manufacturing the device. 제3항에 있어서, 상기 제1 도전층은 p-반도체 전극층(또는 n-반도체 전극층)으로 형성하고, 상기 제2 도전층은 상기 제1 도전층과는 다른 n-반도체 전극층(또는 p-반도체 전극층)으로 형성하는 것을 특징으로 하는 무전압 광쌍안정소자의 제조방법.The n-semiconductor electrode layer (or p-semiconductor) according to claim 3, wherein the first conductive layer is formed of a p-semiconductor electrode layer (or n-semiconductor electrode layer), and the second conductive layer is different from the first conductive layer. An electrode layer). 제3항에 있어서, 상기 제7 과정에서 형성되는 상부 거울층과 제1 과정에서 형성된 하부 거울층간의 거리는 공명조건을 만족하는 범위내에서 형성되는 것을 특징으로 하는 무전압 광쌍안정 소자의 제조방법.The method of claim 3, wherein a distance between the upper mirror layer formed in the seventh process and the lower mirror layer formed in the first process is formed within a range satisfying a resonance condition.
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