JPH01238632A - 光半導体素子及び光双安定素子 - Google Patents
光半導体素子及び光双安定素子Info
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- JPH01238632A JPH01238632A JP63066472A JP6647288A JPH01238632A JP H01238632 A JPH01238632 A JP H01238632A JP 63066472 A JP63066472 A JP 63066472A JP 6647288 A JP6647288 A JP 6647288A JP H01238632 A JPH01238632 A JP H01238632A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices
- G02F3/02—Optical bistable devices
- G02F3/026—Optical bistable devices based on laser effects
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices
- G02F3/02—Optical bistable devices
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- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
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。
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）
本発明は、光情報処理光通信の分野で用いられる光半導
体素子さらに詳しくは光双安定素子に関する。
体素子さらに詳しくは光双安定素子に関する。
（従来の技術）
光双安定素子は光情報処理分野での応用が期待され盛ん
に研究開発がなされている。しかしなから、現在のとこ
ろ全てに良好なデバイスは実現されていない。例えば、
文献アブライドフィジックスレターズ４５巻１３〜１５
ページ記載の５ＥＥＤと呼ばれる光双安定素子は本質的
には速い動作が期待されるもののＣＲ時定数が大きいた
め動作速度が遅い（〜ｐｓｅｃ）という欠点がある。現
在動作速度の速いものでは非線形材料を用いたエタロン
等（例えば文献アブライドフィジックスレターズ４１巻
２２１〜２２２ページ）があるが、入射パワーが１ｍＷ
以上必要であり比較的大きいという欠点があった。
に研究開発がなされている。しかしなから、現在のとこ
ろ全てに良好なデバイスは実現されていない。例えば、
文献アブライドフィジックスレターズ４５巻１３〜１５
ページ記載の５ＥＥＤと呼ばれる光双安定素子は本質的
には速い動作が期待されるもののＣＲ時定数が大きいた
め動作速度が遅い（〜ｐｓｅｃ）という欠点がある。現
在動作速度の速いものでは非線形材料を用いたエタロン
等（例えば文献アブライドフィジックスレターズ４１巻
２２１〜２２２ページ）があるが、入射パワーが１ｍＷ
以上必要であり比較的大きいという欠点があった。
本発明の目的は、入射パワーがある程度小さいままに速
度が速い光双安定素子およびそれを構成する光半導体素
子を提供する事にある。
度が速い光双安定素子およびそれを構成する光半導体素
子を提供する事にある。
（問題点を解決するための手段）
前述の目的を達成するために本発明が提供する光半導体
素子は第１導電型もしくは半絶縁性の半導体基板と、こ
の半導体基板の上に形成された第１導電型の下側クラッ
ド層と、この下側クラッド層の上に形成された第１導電
型の光ガイド層と、この光ガイド層の上に順次積層され
た薄いバリヤ層および、このバリヤ層より禁制帯幅の狭
い量子井戸層から成る共鳴トンネリングバリヤ構造と、
前記したバリヤ層のうち量子井戸層の上側に設けられた
バリヤ層の上に形成された前記第１導電型と反対の第２
導電型を有する光ガイド層と、この光ガイド層の上に形
成された第２導電型のクラッド層とを含み、しかも上記
量子井戸層の電子および正札の第一準位間のエネルギー
Ｅｗと光ガイド層のうちバリヤ層と接する部分の禁制帯
幅Ｅ３に関して不等式％式％ を満たすことを特徴とするものである。
素子は第１導電型もしくは半絶縁性の半導体基板と、こ
の半導体基板の上に形成された第１導電型の下側クラッ
ド層と、この下側クラッド層の上に形成された第１導電
型の光ガイド層と、この光ガイド層の上に順次積層され
た薄いバリヤ層および、このバリヤ層より禁制帯幅の狭
い量子井戸層から成る共鳴トンネリングバリヤ構造と、
前記したバリヤ層のうち量子井戸層の上側に設けられた
バリヤ層の上に形成された前記第１導電型と反対の第２
導電型を有する光ガイド層と、この光ガイド層の上に形
成された第２導電型のクラッド層とを含み、しかも上記
量子井戸層の電子および正札の第一準位間のエネルギー
Ｅｗと光ガイド層のうちバリヤ層と接する部分の禁制帯
幅Ｅ３に関して不等式％式％ を満たすことを特徴とするものである。
さらにこの光半導体素子と、負荷抵抗と電源とを直列に
接続し、前記負荷抵抗が前記光半導体素子の微分負性抵
抗に比べて大きくすると光双安定素子が得られる。
接続し、前記負荷抵抗が前記光半導体素子の微分負性抵
抗に比べて大きくすると光双安定素子が得られる。
また、前記光半導体素子において少なくとも量子井戸ま
で届くメサエッチングによって形成されたストライプを
形成させた構造を作れば、光の吸収距離を長くできる。
で届くメサエッチングによって形成されたストライプを
形成させた構造を作れば、光の吸収距離を長くできる。
（作用）
本発明の光半導体素子においては、本質的な動作速度が
電子の共鳴トンネルで決まるため、従来のデバイスに比
べて本質的な動作速度が速いという利点がある。又これ
に負荷抵抗および電源を付加して、本素子を光双安定素
子として駆動する場合に動作電圧が小さく、比較的大き
な電流で動作するため負荷抵抗を小さく出来てＣＲ時定
数が小さなために高速なスイッチングが出来るものであ
る。又、本発明の光半導体素子ではガイド層を備える事
によって有効に光を量子井戸バリアに閉じ込める事が出
来るために、入射光との結合を大きく出来、入射感度が
高くなる。このため入射パワーが小さいままに、高速で
動作出来る光双安定素子を構成出来る。
電子の共鳴トンネルで決まるため、従来のデバイスに比
べて本質的な動作速度が速いという利点がある。又これ
に負荷抵抗および電源を付加して、本素子を光双安定素
子として駆動する場合に動作電圧が小さく、比較的大き
な電流で動作するため負荷抵抗を小さく出来てＣＲ時定
数が小さなために高速なスイッチングが出来るものであ
る。又、本発明の光半導体素子ではガイド層を備える事
によって有効に光を量子井戸バリアに閉じ込める事が出
来るために、入射光との結合を大きく出来、入射感度が
高くなる。このため入射パワーが小さいままに、高速で
動作出来る光双安定素子を構成出来る。
（実施例）
次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
（実施例１）
第１図は本発明の請求項（１）についての実施例を説明
するため光半導体素子のエネルギーバンドダイヤグラム
、第２図は光半導体素子の構造および接続して光双安定
素子を形成した図である。図中、１はｎ型クラッド層（
ｎＡｌｘｃＧａｌ−ＸｃＡｓＡ１組成比Ｘｏ＝０．３〜
０．８）、２はｎ型光ガイド層（ｎ−ＡｌｘＧＧａ、−
、。ＡｓＡ１組成比Ｘ。＝Ｘｏ＋Ｘ８グレーデッド）、
３は第１スペーサ層（アンドープＡｌｘ８Ｇａ１−ｘ、
Ａｓ、Ｘ８＝ｏ−０，２、典型的にはＸ８〜０、厚さ５
０〜１００Ａ）、４は第１バリア層（アンドープＡｌＡ
ｓ、厚さ１０〜３０人）、５は量子井戸（アンドープＧ
ａＡｓ、厚さ５０−１００人）、６は第２バリア層（ア
ンドープＡｌＡｓ、厚さ１０−３０人）、７は第２スペ
ーサ層（アンドープＡｌｘ５Ｇａ１−ｘｓＡｓ）、８は
ｐ型光ガイド層（ｐ−ＡＩＸＧＧａｌ−ＸＧ、Ａ１組成
比Ｘ。＝Ｘ８→Ｘｏグレーデッド）、９はｐ型クラッド
層（ｐ−ＡＩＸＧＧａ、−８゜Ａｓ）、１ｏはＧａＡｓ
基板（ｎ−ＧａＡｓあるいは半絶縁性ＧａＡｓ基板）、
１１は５１０２．１２はＰ側電極、１３はｎ側電極、１
４は直列抵抗、１５は直流電源（ダイオードに対して順
方向に印加、電圧１〜５Ｖ）、１６は信号光、１７は出
力光である。
するため光半導体素子のエネルギーバンドダイヤグラム
、第２図は光半導体素子の構造および接続して光双安定
素子を形成した図である。図中、１はｎ型クラッド層（
ｎＡｌｘｃＧａｌ−ＸｃＡｓＡ１組成比Ｘｏ＝０．３〜
０．８）、２はｎ型光ガイド層（ｎ−ＡｌｘＧＧａ、−
、。ＡｓＡ１組成比Ｘ。＝Ｘｏ＋Ｘ８グレーデッド）、
３は第１スペーサ層（アンドープＡｌｘ８Ｇａ１−ｘ、
Ａｓ、Ｘ８＝ｏ−０，２、典型的にはＸ８〜０、厚さ５
０〜１００Ａ）、４は第１バリア層（アンドープＡｌＡ
ｓ、厚さ１０〜３０人）、５は量子井戸（アンドープＧ
ａＡｓ、厚さ５０−１００人）、６は第２バリア層（ア
ンドープＡｌＡｓ、厚さ１０−３０人）、７は第２スペ
ーサ層（アンドープＡｌｘ５Ｇａ１−ｘｓＡｓ）、８は
ｐ型光ガイド層（ｐ−ＡＩＸＧＧａｌ−ＸＧ、Ａ１組成
比Ｘ。＝Ｘ８→Ｘｏグレーデッド）、９はｐ型クラッド
層（ｐ−ＡＩＸＧＧａ、−８゜Ａｓ）、１ｏはＧａＡｓ
基板（ｎ−ＧａＡｓあるいは半絶縁性ＧａＡｓ基板）、
１１は５１０２．１２はＰ側電極、１３はｎ側電極、１
４は直列抵抗、１５は直流電源（ダイオードに対して順
方向に印加、電圧１〜５Ｖ）、１６は信号光、１７は出
力光である。
次に本実施例の光半導体素子の製作方法について簡単に
述べる。まずＧａＡｓ基板１ｏ上にｎ型クラッド層１、
ｎ型光ガイド層２、第１スペーサ層３、第１バリア層４
、量子井戸５、第２バリア層６、第２スペーサ層７、Ｐ
型光ガイド層８、Ｐ型りラッド層９を順次積層する。こ
のとき量子井戸５の電子および正札の第一量子準位間の
エネルギーＥｗとしたときに第１スペーサ層および第２
スペーサ層の禁制帯幅Ｅ。をＥｗ−０，２ｅＶ≦Ｅｏ≦
Ｅｗ （１）となる様に各層の組成および厚さ
を定める必要がある。−例としては量子井戸５の厚み５
０人の場合にはＥｗ ＝１．５８ｅＶとなってスペーサ
層のＡ１組成は（１）式の条件を満たすには０≦ｘ８≦
０．１５であれば良い。この条件は共鳴トンネルによる
負性抵抗を出現させるのに必要な条件である。なお、実
施例２の双安定素子を作製するためには結晶成長後第２
図に示される様に能動領域のストライプ１８をメサエッ
チングによって形成する。この構造を用いると実施例２
で説明するように光の吸収距離を長くとれるので有効で
ある。最後に８１０２膜１１およびＰ側電極１２、ｎ側
電極１３を形成する。
述べる。まずＧａＡｓ基板１ｏ上にｎ型クラッド層１、
ｎ型光ガイド層２、第１スペーサ層３、第１バリア層４
、量子井戸５、第２バリア層６、第２スペーサ層７、Ｐ
型光ガイド層８、Ｐ型りラッド層９を順次積層する。こ
のとき量子井戸５の電子および正札の第一量子準位間の
エネルギーＥｗとしたときに第１スペーサ層および第２
スペーサ層の禁制帯幅Ｅ。をＥｗ−０，２ｅＶ≦Ｅｏ≦
Ｅｗ （１）となる様に各層の組成および厚さ
を定める必要がある。−例としては量子井戸５の厚み５
０人の場合にはＥｗ ＝１．５８ｅＶとなってスペーサ
層のＡ１組成は（１）式の条件を満たすには０≦ｘ８≦
０．１５であれば良い。この条件は共鳴トンネルによる
負性抵抗を出現させるのに必要な条件である。なお、実
施例２の双安定素子を作製するためには結晶成長後第２
図に示される様に能動領域のストライプ１８をメサエッ
チングによって形成する。この構造を用いると実施例２
で説明するように光の吸収距離を長くとれるので有効で
ある。最後に８１０２膜１１およびＰ側電極１２、ｎ側
電極１３を形成する。
本実施例ではｐｎ接合に共鳴トンネルバリア（以下ＲＴ
Ｂと略す）を有した構造となっている。この構造を説明
する前に、通常のｎ−ＲＴＢ−ｎ構造の電流電圧特性に
ついて説明する。第３図はそれを説明するエネルギーバ
ンドダイヤグラムである。
Ｂと略す）を有した構造となっている。この構造を説明
する前に、通常のｎ−ＲＴＢ−ｎ構造の電流電圧特性に
ついて説明する。第３図はそれを説明するエネルギーバ
ンドダイヤグラムである。
図中、２０はエミッタ（ｎ−ＧａＡｓ、 ｎ〜５Ｘ１０
１７ｃｍ−３）、２１は第１バリア層（アンドープＡｌ
Ａｓ、厚さ〜２０人）、２２は量子井戸（アンドープＧ
ａＡｓ、厚さ５０〜１００人）、２３は第２バリア層（
アンドープＡｌＡｓ、厚さ〜２０人）、２４はコレクタ
（ｎ−ＧａＡｓ、 ｎ〜５Ｘ１０１７ｃｍ’）である。
１７ｃｍ−３）、２１は第１バリア層（アンドープＡｌ
Ａｓ、厚さ〜２０人）、２２は量子井戸（アンドープＧ
ａＡｓ、厚さ５０〜１００人）、２３は第２バリア層（
アンドープＡｌＡｓ、厚さ〜２０人）、２４はコレクタ
（ｎ−ＧａＡｓ、 ｎ〜５Ｘ１０１７ｃｍ’）である。
この構造においてデバイスに電圧を印加しない場合は第
３図（ａ）の熱平衡状態のエネルギーバンドダイヤグラ
ムの状態となっている。このときに量子井戸２２の電子
の量子準位２６は、量子化効果によってエミッタ２０の
伝導帯下端に比べて４０〜１４０ｍｅＶ高くなった状態
となっている。この値をΔＥとすると、素子にほぼ２．
八Ｅの電圧を印加した時には第３図（ｂ）に示される様
に電子準位２６とエミッタ２０、伝導帯下端の電子２５
のエネルギーレベルが一致して共鳴状態となる。このた
め電子のトンネル効果によって通過する確率が高くなっ
て大きな電流が流れる。
３図（ａ）の熱平衡状態のエネルギーバンドダイヤグラ
ムの状態となっている。このときに量子井戸２２の電子
の量子準位２６は、量子化効果によってエミッタ２０の
伝導帯下端に比べて４０〜１４０ｍｅＶ高くなった状態
となっている。この値をΔＥとすると、素子にほぼ２．
八Ｅの電圧を印加した時には第３図（ｂ）に示される様
に電子準位２６とエミッタ２０、伝導帯下端の電子２５
のエネルギーレベルが一致して共鳴状態となる。このた
め電子のトンネル効果によって通過する確率が高くなっ
て大きな電流が流れる。
しかしさらに電圧を印加すると第３図（Ｃ）の様に電子
準位２６と伝導帯下端電子２５のエネルギーレベルが一
致しなくなるため、電流が減少する。このため電流電圧
特性は第４図の曲線４０の様となる。図中、点４０（ｂ
）、４０（ｃ）はそれぞれ共鳴および非共鳴状態の状態
に対応する。
準位２６と伝導帯下端電子２５のエネルギーレベルが一
致しなくなるため、電流が減少する。このため電流電圧
特性は第４図の曲線４０の様となる。図中、点４０（ｂ
）、４０（ｃ）はそれぞれ共鳴および非共鳴状態の状態
に対応する。
一方第１の実施例の光半導体素子の様なＲＴＢとｐ−ｎ
接合が組合されたｐ−ＲＴＢ−ｎ構造では、電子の流れ
の他に正札も考慮しなくてはいけないが、基本的には前
述した共鳴現象のため負性抵抗が現われる。ただしｐ−
ｎ接合の拡散電圧だけ負性抵抗が現われる電圧が高くな
るため第４図曲線４１の様な電流電圧特性となる。
接合が組合されたｐ−ＲＴＢ−ｎ構造では、電子の流れ
の他に正札も考慮しなくてはいけないが、基本的には前
述した共鳴現象のため負性抵抗が現われる。ただしｐ−
ｎ接合の拡散電圧だけ負性抵抗が現われる電圧が高くな
るため第４図曲線４１の様な電流電圧特性となる。
（実施例２）
次に請求項２実施例として光双安定素子について説明す
る。前述した様に本実施例の光半導体素子ではＲＴＢを
有しているため、光照射しない状態では第４図に示され
る電流電圧特性４１を有する。第２図に示す様に負荷抵
抗１４と直流電源１５を接続し光双安定素子を作製した
場合には第５図に示される様な負荷抵抗直線４３が得ら
れる。動作点はこの負荷抵抗直線４３と暗時電流電圧特
性４１の交点Ａとなる。
る。前述した様に本実施例の光半導体素子ではＲＴＢを
有しているため、光照射しない状態では第４図に示され
る電流電圧特性４１を有する。第２図に示す様に負荷抵
抗１４と直流電源１５を接続し光双安定素子を作製した
場合には第５図に示される様な負荷抵抗直線４３が得ら
れる。動作点はこの負荷抵抗直線４３と暗時電流電圧特
性４１の交点Ａとなる。
光照射時には電流電圧特性４２の様にマイナスの電流方
向に電流電圧特性が移動するために動作点はＢ点へ移る
。動作点Ａにおいては共鳴状態となっており、量子井戸
５での電界強度は比較的小さいが、動作点Ｂでは非共鳴
状態となっており、量子井戸５には大きな電界（〜１０
０ｋｖ／ｃｍ）が印加された状態となっている。この量
子井戸５に印加される電界の違いによって量子井戸５の
吸収スペクトルは第６図の吸収スペクトル６０（動作点
Ａ）から吸収スペクトル６１（動作点Ｂ）に変化する。
向に電流電圧特性が移動するために動作点はＢ点へ移る
。動作点Ａにおいては共鳴状態となっており、量子井戸
５での電界強度は比較的小さいが、動作点Ｂでは非共鳴
状態となっており、量子井戸５には大きな電界（〜１０
０ｋｖ／ｃｍ）が印加された状態となっている。この量
子井戸５に印加される電界の違いによって量子井戸５の
吸収スペクトルは第６図の吸収スペクトル６０（動作点
Ａ）から吸収スペクトル６１（動作点Ｂ）に変化する。
従って吸収端より短波長のλ１では動作点ＡからＢの遷
移時に吸収が減少し、−力吸収端より長波長のλ２では
吸収が増大する。以上の吸収スペクトルの変化によって
第７図に示される光入出力特性が得られる。すなわち第
２図に示される様に信号光１６を入射して出力光１７を
観測すると信号光の波長がλ１（吸収端より短波長側）
では第７図光入出力特性７０に示される様に動作点Ａか
らＢへの遷移時に出力光１７が増大する。一方波長λ２
（吸収端より長波長側）では光入出力特性７１に示され
る様に動作点ＡからＢへの遷移時に出力光１７が減少す
る。
移時に吸収が減少し、−力吸収端より長波長のλ２では
吸収が増大する。以上の吸収スペクトルの変化によって
第７図に示される光入出力特性が得られる。すなわち第
２図に示される様に信号光１６を入射して出力光１７を
観測すると信号光の波長がλ１（吸収端より短波長側）
では第７図光入出力特性７０に示される様に動作点Ａか
らＢへの遷移時に出力光１７が増大する。一方波長λ２
（吸収端より長波長側）では光入出力特性７１に示され
る様に動作点ＡからＢへの遷移時に出力光１７が減少す
る。
本発明の光半導体素子の本質的な動作速度は電子の共鳴
トンネル速度で決まるため、従来のデバイスに比べて動
作速度が速いという利点がある。
トンネル速度で決まるため、従来のデバイスに比べて動
作速度が速いという利点がある。
又、動作電圧も従来の５ＥＥＤに比べて一桁程度低いた
めに高速のパルス電源を直流電源１５０代わりに用いる
事によって、高速繰り返し動作が可能となる。又、本実
施例では、ストライプ１８の端面から信号光１６を層と
平行に入射させる構造となっているために光を吸収する
距離が長い。又、スペーサ層、ガイド層を備えて有効に
光を量子井戸５に集中させる導波構造を有している。こ
のためほとんど信号光を吸収する事も可能であり低光パ
ワーで動作出来る。
めに高速のパルス電源を直流電源１５０代わりに用いる
事によって、高速繰り返し動作が可能となる。又、本実
施例では、ストライプ１８の端面から信号光１６を層と
平行に入射させる構造となっているために光を吸収する
距離が長い。又、スペーサ層、ガイド層を備えて有効に
光を量子井戸５に集中させる導波構造を有している。こ
のためほとんど信号光を吸収する事も可能であり低光パ
ワーで動作出来る。
（実施例３）
次に光双安定素子について別の実施例を説明する。第８
図は接続を示した図である。図中、８０は第１の実施例
で説明したｐ−ＲＴＢ−ｎ構造の光半導体素子、８１は
負荷抵抗として機能するホトダイオード、８２は直流電
源、８３はホトダイオードに電流を流すためのバイアス
光である。第９図の９０はホトダイオード８１に直流バ
イアス光８３入射した場合に、ホトダイオード８１と直
流電源８２による負荷抵抗曲線である。従って、光半導
体素子８０に信号光１６を入射しない場合には、第９図
の暗時電流電圧特性４１と負荷抵抗曲線９０の支点Ａが
動作点となる。次に光半導体素子８０に信号光１６を入
射すると電流電圧特性が変化して第９図４２に示される
曲線となるため、これと負荷抵抗曲線９０との交点Ｂが
動作点となる。従って第１の実施例と同様に量子井戸に
かかる電界が変化して量子井戸の光透過特性が変化する
ため出力光１７の強度が変化する。第２の実施例の場合
はホトダイオード８１に入射するバイアス光８３の光強
度を変化させることによって動作点を調節する事が出来
る利点がある。
図は接続を示した図である。図中、８０は第１の実施例
で説明したｐ−ＲＴＢ−ｎ構造の光半導体素子、８１は
負荷抵抗として機能するホトダイオード、８２は直流電
源、８３はホトダイオードに電流を流すためのバイアス
光である。第９図の９０はホトダイオード８１に直流バ
イアス光８３入射した場合に、ホトダイオード８１と直
流電源８２による負荷抵抗曲線である。従って、光半導
体素子８０に信号光１６を入射しない場合には、第９図
の暗時電流電圧特性４１と負荷抵抗曲線９０の支点Ａが
動作点となる。次に光半導体素子８０に信号光１６を入
射すると電流電圧特性が変化して第９図４２に示される
曲線となるため、これと負荷抵抗曲線９０との交点Ｂが
動作点となる。従って第１の実施例と同様に量子井戸に
かかる電界が変化して量子井戸の光透過特性が変化する
ため出力光１７の強度が変化する。第２の実施例の場合
はホトダイオード８１に入射するバイアス光８３の光強
度を変化させることによって動作点を調節する事が出来
る利点がある。
第１の実施例では量子井戸が１層のみであったがこれに
限らず２層以上の多層となっても良い。多層構造の場合
はＬＶ特性が２つ以上の負性抵抗の山を持つため双安定
ではなく３安定、４安定動作が可能となる。又、第１の
実施例では光ガイド層はグレーデツド層としたがこれに
限らず組成均一の層としく１１） でも良い。ただしグレーデツド層とした場合の方が量子
井戸へのキャリア注入が容易である効果がある。又、第
１の実施例ではドーパントが量子井戸に進入するのを避
けるためスペーサ層を設けたが、低温成長等の工夫によ
ってこのスペーサ層を省く事もできる。又、第３の実施
例において直流電源を用いたが、用いるホトダイオード
の光出力電圧の大きなものを選ぶ事によって直流電源を
省く事が出来る。
限らず２層以上の多層となっても良い。多層構造の場合
はＬＶ特性が２つ以上の負性抵抗の山を持つため双安定
ではなく３安定、４安定動作が可能となる。又、第１の
実施例では光ガイド層はグレーデツド層としたがこれに
限らず組成均一の層としく１１） でも良い。ただしグレーデツド層とした場合の方が量子
井戸へのキャリア注入が容易である効果がある。又、第
１の実施例ではドーパントが量子井戸に進入するのを避
けるためスペーサ層を設けたが、低温成長等の工夫によ
ってこのスペーサ層を省く事もできる。又、第３の実施
例において直流電源を用いたが、用いるホトダイオード
の光出力電圧の大きなものを選ぶ事によって直流電源を
省く事が出来る。
（発明の効果）
最後に本発明の効果を要約すれば高速かつ低光パワー動
作が可能な光双安定素子およびそれを構成する光半導体
素子が得られる事にある。
作が可能な光双安定素子およびそれを構成する光半導体
素子が得られる事にある。
第１図は第１の実施例に用いられる光半導体素子のエネ
ルギーバンドダイヤグラム、第２図は第２の実施例の構
造及び接続を示す図、第３図はｎ−ＲＴＢ−ｎ構造のエ
ネルギーバンドダイヤグラム、第４図はｎ−ＲＴＢ−ｎ
構造及び第１の実施例の光半導体素子の電流電圧特性、
第５図は第２の実施例の光双安定素子（入２）１ ′ の電流電圧特性、第６図は量子井戸の吸収スペクトル、
第７図は第２の実施例の光入出力特性、第８図は第３の
実施例の接続図、第９図は第３の実施例で作製した光双
安定素子の電流電圧特性である。 図中、１はｎ型クラッド層、２はｎ型光ガイド層、３は
第１スペーサ層、４は第１バリア層、５は量子井戸、６
は第２バリア層、７は第２スペーサ層、８はＰ型光ガイ
ド層、９はＰ型クラッド層、１０はＧａＡｓ基板、１１
はＳｉＯ２膜、１２はＰ側電極、１３はｎ側電極、１４
は負荷抵抗、１５は直流電源、１６は信号光、１７は出
力光、１８はストライプ、２０はエミッタ、２１は第１
バリア層、２２は量子井戸、２３は第２バリア層、２４
はコレクタ、２５は伝導帯下端の電子、２６は電子の量
子準位、４０はｎ−ＲＴＢ−ｎ構造の電流電圧特性、４
１は第１の実施例の光半導体素子の電流電圧特性、４２
は光照射時の第２の実施例の光双安定素子の電流電圧特
性、４３は第２の実施例の負荷抵抗直線、６０は動作点
Ａの吸収スペクトル、６１は動作点Ｂの吸収スペクトル
、７０は波長λ、での光入出力特性、７１は波長λ２で
の光入出力特性、８０は第１の実施例の光半導体素子、
８１はホトダイオード、８２は直流電源、８３はバイア
ス光、８４は信号光、９０は第３の実施例で作製した光
双安定素子の負荷抵抗曲線である。
ルギーバンドダイヤグラム、第２図は第２の実施例の構
造及び接続を示す図、第３図はｎ−ＲＴＢ−ｎ構造のエ
ネルギーバンドダイヤグラム、第４図はｎ−ＲＴＢ−ｎ
構造及び第１の実施例の光半導体素子の電流電圧特性、
第５図は第２の実施例の光双安定素子（入２）１ ′ の電流電圧特性、第６図は量子井戸の吸収スペクトル、
第７図は第２の実施例の光入出力特性、第８図は第３の
実施例の接続図、第９図は第３の実施例で作製した光双
安定素子の電流電圧特性である。 図中、１はｎ型クラッド層、２はｎ型光ガイド層、３は
第１スペーサ層、４は第１バリア層、５は量子井戸、６
は第２バリア層、７は第２スペーサ層、８はＰ型光ガイ
ド層、９はＰ型クラッド層、１０はＧａＡｓ基板、１１
はＳｉＯ２膜、１２はＰ側電極、１３はｎ側電極、１４
は負荷抵抗、１５は直流電源、１６は信号光、１７は出
力光、１８はストライプ、２０はエミッタ、２１は第１
バリア層、２２は量子井戸、２３は第２バリア層、２４
はコレクタ、２５は伝導帯下端の電子、２６は電子の量
子準位、４０はｎ−ＲＴＢ−ｎ構造の電流電圧特性、４
１は第１の実施例の光半導体素子の電流電圧特性、４２
は光照射時の第２の実施例の光双安定素子の電流電圧特
性、４３は第２の実施例の負荷抵抗直線、６０は動作点
Ａの吸収スペクトル、６１は動作点Ｂの吸収スペクトル
、７０は波長λ、での光入出力特性、７１は波長λ２で
の光入出力特性、８０は第１の実施例の光半導体素子、
８１はホトダイオード、８２は直流電源、８３はバイア
ス光、８４は信号光、９０は第３の実施例で作製した光
双安定素子の負荷抵抗曲線である。
Claims (3)
- （１）第１導電型もしくは半絶縁性の半導体基板と、こ
の半導体基板の上に形成された第１導電型の下側クラッ
ド層と、この下側クラッド層の上に形成された第１導電
型の光ガイド層と、この光ガイド層の上に順次積層され
た薄いバリヤ層および、このバリヤ層より禁制帯幅の狭
い量子井戸層から成る共鳴トンネリングバリヤ構造と、
前記したバリヤ層のうち量子井戸層の上側に設けられた
バリヤ層の上に形成された前記第１導電型と反対の第２
導電型を有する光ガイド層と、この光ガイド層の上に形
成された第２導電型のクラッド層とを含み、しかも上記
量子井戸層の電子および正札の第一準位間のエネルギー
Ｅｗと光ガイド層のうちバリヤ層と接する部分の禁制帯
幅Ｅｇに関して不等式 Ｅｗ−０．２ｅＶ≦Ｅｇ≦Ｅｗ を満たすことを特徴とする光半導体素子。 - （２）特許請求の範囲第１項記載の光半導体と、負荷抵
抗と電源とを直列に接続し、前記負荷抵抗が前記光半導
体素子の微分負性抵抗に比べて大きい事を特徴とする光
双安定素子。 - （３）特許請求の範囲第１項記載の光半導体素子におい
て少なくとも量子井戸まで届くメサエッチングによって
形成されたストライプを有することを特徴とする光半導
体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63066472A JPH01238632A (ja) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | 光半導体素子及び光双安定素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63066472A JPH01238632A (ja) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | 光半導体素子及び光双安定素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01238632A true JPH01238632A (ja) | 1989-09-22 |
Family
ID=13316761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63066472A Pending JPH01238632A (ja) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | 光半導体素子及び光双安定素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01238632A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013229638A (ja) * | 2013-08-12 | 2013-11-07 | Toshiba Corp | 半導体発光素子および発光装置 |
-
1988
- 1988-03-18 JP JP63066472A patent/JPH01238632A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013229638A (ja) * | 2013-08-12 | 2013-11-07 | Toshiba Corp | 半導体発光素子および発光装置 |
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