JPH071354B2 - 半導体光学処理素子とその素子を具備する光処理装置 - Google Patents
半導体光学処理素子とその素子を具備する光処理装置Info
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- JPH071354B2 JPH071354B2 JP2180754A JP18075490A JPH071354B2 JP H071354 B2 JPH071354 B2 JP H071354B2 JP 2180754 A JP2180754 A JP 2180754A JP 18075490 A JP18075490 A JP 18075490A JP H071354 B2 JPH071354 B2 JP H071354B2
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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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光論理素子及び光学的又は電子的に制御可能
な光切換素子を含む光処理装置、特に、半導体メサ構造
を持つ上記光素子に関する。
な光切換素子を含む光処理装置、特に、半導体メサ構造
を持つ上記光素子に関する。
(従来技術) 半導体光論理素子(論理ゲート)、及び、光学的又は電
子的に制御される光切換素子(光スイッチ)は電気通信
のような様々な情況において有用である。これらの素子
は一般に(二値ディジタルに)パルス化された制御信号
(A)と、要求される素子が光論理ゲートが光スイッチ
かによってパルス化される又はされない被制御光ビーム
(B)からなる入力によって動作する。“パルス化され
る”とは、あらゆる瞬間における制御信号が一般に“ゼ
ロ(0)”と“イチ(1)”又は“低”と“高”に分け
られる2つの強さの両方を持ち得ることが意味する。従
来技術において、このような光スイッチの一例は、制御
信号Aが“高”(以下、“1";A=1)の場合、被制御ビ
ームBを利用手段へ出力し、制御信号Aが“低”(以
下、“0";A=0)の場合、被制御ビームBを出力しない
特性を持つ光能動素子、すなわち正のスイッチ又は、論
理ゲートAB即ち、“AND"、又は、Aが低(A=0)の
時、Bを出力し、Aが“高”(A=1)の時、Bを出力
しない−すなわち負又は反転光スイッチ、論理−AB素子
を利用している。
子的に制御される光切換素子(光スイッチ)は電気通信
のような様々な情況において有用である。これらの素子
は一般に(二値ディジタルに)パルス化された制御信号
(A)と、要求される素子が光論理ゲートが光スイッチ
かによってパルス化される又はされない被制御光ビーム
(B)からなる入力によって動作する。“パルス化され
る”とは、あらゆる瞬間における制御信号が一般に“ゼ
ロ(0)”と“イチ(1)”又は“低”と“高”に分け
られる2つの強さの両方を持ち得ることが意味する。従
来技術において、このような光スイッチの一例は、制御
信号Aが“高”(以下、“1";A=1)の場合、被制御ビ
ームBを利用手段へ出力し、制御信号Aが“低”(以
下、“0";A=0)の場合、被制御ビームBを出力しない
特性を持つ光能動素子、すなわち正のスイッチ又は、論
理ゲートAB即ち、“AND"、又は、Aが低(A=0)の
時、Bを出力し、Aが“高”(A=1)の時、Bを出力
しない−すなわち負又は反転光スイッチ、論理−AB素子
を利用している。
アプライド フィジックスレターズ(Applied Physics
Letters)50巻795頁〜797頁に発表されたタイら(K.Ta
i)による論文“InGaAs/InP多重量子井戸で作られるピ
コジュール切換エネルギーによる1.55−μm光論理エタ
ロン(Etalon)”において、ファブリーペロー(Fabry
−Perot)エタロン(多重反射干渉計)内に配置される
インジウムりん化物を基板とする多重量子井戸構造を含
む光スイッチは、制御信号が約1.06μmの波長の光ビー
ムAであり、被制御ビームBが約1.55μmの波長を持つ
と発表されている。当業間では周知のようにエタロンの
目的は制御ビームAが存在する場合対不存在の場合の出
力の対照比率(contrast ratio)を増加させることであ
る。
Letters)50巻795頁〜797頁に発表されたタイら(K.Ta
i)による論文“InGaAs/InP多重量子井戸で作られるピ
コジュール切換エネルギーによる1.55−μm光論理エタ
ロン(Etalon)”において、ファブリーペロー(Fabry
−Perot)エタロン(多重反射干渉計)内に配置される
インジウムりん化物を基板とする多重量子井戸構造を含
む光スイッチは、制御信号が約1.06μmの波長の光ビー
ムAであり、被制御ビームBが約1.55μmの波長を持つ
と発表されている。当業間では周知のようにエタロンの
目的は制御ビームAが存在する場合対不存在の場合の出
力の対照比率(contrast ratio)を増加させることであ
る。
[発明が解決しようとする課題] しかし、それらが、高速ディジタル光電気通信と光論理
のような高速動作環境での使用により実用的となるため
には、これらの素子の切換速度を増加させることが望ま
しい。
のような高速動作環境での使用により実用的となるため
には、これらの素子の切換速度を増加させることが望ま
しい。
[課題を解決するための手段及び作用] 半導体多重量子井戸メサ構造からなる光処理素子の光切
換速度の増加は、電荷キャリアの表面再結合速度を増加
するために、不純物を内部に導入した側表面を持たせる
ことによって達成される。
換速度の増加は、電荷キャリアの表面再結合速度を増加
するために、不純物を内部に導入した側表面を持たせる
ことによって達成される。
本発明の実施例において、インジウム−りん化物基板
が、各々インジウム−ガリウム−ひ化物とインジウム−
りん化物の交互の層からなる複数の多重量子井戸メサ構
造を支持している。各メサの側表面には、電荷キャリア
の表面再結合速度を増加させるために、ひ素のような不
純物が添加されており、それによって、メサ構造が光論
理又は切換に使用される場合に、動作速度が増加する。
が、各々インジウム−ガリウム−ひ化物とインジウム−
りん化物の交互の層からなる複数の多重量子井戸メサ構
造を支持している。各メサの側表面には、電荷キャリア
の表面再結合速度を増加させるために、ひ素のような不
純物が添加されており、それによって、メサ構造が光論
理又は切換に使用される場合に、動作速度が増加する。
(実施例の説明) 光処理素子1000(第1図)は、半絶縁姓のインジウム−
りん化物の本体10(“基板”)を含み、その上に、光反
射器(鏡)201−202、多重量子井戸11,12,13,…199、20
0、鏡301が堆積されている。鏡201−202及び301の各々
は、それ自体、インジウム−りん化物と、インジウム−
ガリウム−ひ化物又はインジウム−アルミニウム−ひ化
物の多重の交互の層(図示せず)のような多層構造であ
り、周知の化学ビームエピタキシーによって堆積されて
いる。これらの各層は約0.1マイクロメータの厚さを持
ち、従って、各々の鏡は、1.55マイクロメータの波長に
おいて、約92.5%の反射を行う。
りん化物の本体10(“基板”)を含み、その上に、光反
射器(鏡)201−202、多重量子井戸11,12,13,…199、20
0、鏡301が堆積されている。鏡201−202及び301の各々
は、それ自体、インジウム−りん化物と、インジウム−
ガリウム−ひ化物又はインジウム−アルミニウム−ひ化
物の多重の交互の層(図示せず)のような多層構造であ
り、周知の化学ビームエピタキシーによって堆積されて
いる。これらの各層は約0.1マイクロメータの厚さを持
ち、従って、各々の鏡は、1.55マイクロメータの波長に
おいて、約92.5%の反射を行う。
これらの鏡の間には、インジウム−ガリウム−ひ化物1
1,13,…199と、インジウム−りん化物12,…,200の交互
の層、全体で200層からなる複数の多重量子井戸メサ構
造101,102…が配置されている。周知のように、これら
の量子井戸層も、また化学ビームエピタキシーによって
形成される。既知の異方性プラズマエッチング技術が、
鏡301、多重量子井戸11,12,…199,200、鏡202に適用さ
れ、これによりメサ101,102,…が形成される。これらの
各メサは、従って、層11,12,…199,200によって、形成
される多重量子井戸メサ構造を含む。
1,13,…199と、インジウム−りん化物12,…,200の交互
の層、全体で200層からなる複数の多重量子井戸メサ構
造101,102…が配置されている。周知のように、これら
の量子井戸層も、また化学ビームエピタキシーによって
形成される。既知の異方性プラズマエッチング技術が、
鏡301、多重量子井戸11,12,…199,200、鏡202に適用さ
れ、これによりメサ101,102,…が形成される。これらの
各メサは、従って、層11,12,…199,200によって、形成
される多重量子井戸メサ構造を含む。
格子整合のために、インジウム−ガリウム−ひ化物層1
1、13、…199内のインジウム対ガリウムのモル比は0.53
対0.47である。これらの各インジウム−ガリウム−ひ化
物層11,…,199には、不純物は添加されておらず、10ナ
ノメータの厚さを持つ。各インジウム−りん化物層12,
…,200もまた、不純物は添加されておらず、15ナノメー
タの厚さである。
1、13、…199内のインジウム対ガリウムのモル比は0.53
対0.47である。これらの各インジウム−ガリウム−ひ化
物層11,…,199には、不純物は添加されておらず、10ナ
ノメータの厚さを持つ。各インジウム−りん化物層12,
…,200もまた、不純物は添加されておらず、15ナノメー
タの厚さである。
鏡201−202及び301は、内部に多重量子井戸メサ構造が
配置されているファブリ−ペロット(Fabry−Perot)干
渉計(エタロン)を提供する。
配置されているファブリ−ペロット(Fabry−Perot)干
渉計(エタロン)を提供する。
メサ形成後、メサ101,102,…の側表面−すなわち鏡202
の上端から鏡301の底部までにわたる円筒形状の表面…
は、電荷キャリアの再結合速度を増加させるために、多
重量子井戸メサ構造11,12,13,…199,200内に表面再結合
中心を導入する処理段階を経る。例えば、1平方センチ
メートルあたり1012−1013の量のひ素イオンが、これら
の側表面内に約20KeVで添加される。あるいは、酸素の
ような他のイオンも使用できる。あるいは、金、チタン
及びそれに類似するどんな金属も、1平方センチメート
ルあたり1012−1014の量を添加でき、それらは、側表面
の近隣を、本質的にバンドギャップ−ゼロの半導体物質
又は金属に変換し、表面付近の電荷キャリアの再結合を
速くする。
の上端から鏡301の底部までにわたる円筒形状の表面…
は、電荷キャリアの再結合速度を増加させるために、多
重量子井戸メサ構造11,12,13,…199,200内に表面再結合
中心を導入する処理段階を経る。例えば、1平方センチ
メートルあたり1012−1013の量のひ素イオンが、これら
の側表面内に約20KeVで添加される。あるいは、酸素の
ような他のイオンも使用できる。あるいは、金、チタン
及びそれに類似するどんな金属も、1平方センチメート
ルあたり1012−1014の量を添加でき、それらは、側表面
の近隣を、本質的にバンドギャップ−ゼロの半導体物質
又は金属に変換し、表面付近の電荷キャリアの再結合を
速くする。
一般に、1ナノ秒の切換速度に対して、メサの直径は約
5μmである。1.0又は0.8μmメサ直径にすれば、約25
倍以上で速度になるであろう。
5μmである。1.0又は0.8μmメサ直径にすれば、約25
倍以上で速度になるであろう。
第2図に示すように、光処理素子1000は、本質的に単色
の光ビームA及びBが入力であり、本質的に単色の光ビ
ームXが出力である光切換装置内において、その反射モ
ードで使用される。AとBの波長は、各々約0.9と1.55
マイクロメートルである。光源1001はビームAを供給
し、光源1002はビームBを供給する。ビームAはパルス
状ビームで、ビームBは連続ビームである。第1の光学
鏡素子501は、ビームAを反射するが、ビームBは透過
するように設計されている。第2の光学鏡素子502は、
ビーム分割鏡として、すなわちビームBの強度の約2分
の1を反射し、他の半分を透過するように設計されてい
る。このようにして、ビームA及びBは両方素子1000の
メサ101、102,…上表面上に垂直に入射し、それによ
り、メサの側面の電界強度がゼロとなるように、これら
のメサ内を電磁導波路モードにおいて、上下に伝達す
る。再結合中心が位置しているこれらの側表面におい
て、電磁場が消滅するのは好都合であり、そうでなけれ
ば、半導体の吸収端(absorption edge)が広くなり、
従って、素子の感度が減少され、好ましくない。ビーム
Aの強度のわずかな増加が、出力Xの強度の大きな増加
につながることが望ましい。
の光ビームA及びBが入力であり、本質的に単色の光ビ
ームXが出力である光切換装置内において、その反射モ
ードで使用される。AとBの波長は、各々約0.9と1.55
マイクロメートルである。光源1001はビームAを供給
し、光源1002はビームBを供給する。ビームAはパルス
状ビームで、ビームBは連続ビームである。第1の光学
鏡素子501は、ビームAを反射するが、ビームBは透過
するように設計されている。第2の光学鏡素子502は、
ビーム分割鏡として、すなわちビームBの強度の約2分
の1を反射し、他の半分を透過するように設計されてい
る。このようにして、ビームA及びBは両方素子1000の
メサ101、102,…上表面上に垂直に入射し、それによ
り、メサの側面の電界強度がゼロとなるように、これら
のメサ内を電磁導波路モードにおいて、上下に伝達す
る。再結合中心が位置しているこれらの側表面におい
て、電磁場が消滅するのは好都合であり、そうでなけれ
ば、半導体の吸収端(absorption edge)が広くなり、
従って、素子の感度が減少され、好ましくない。ビーム
Aの強度のわずかな増加が、出力Xの強度の大きな増加
につながることが望ましい。
出力ビームX(波長=1.55マイクロメートル)は素子10
00から発射し、鏡素子501を通過し、ビーム分割鏡502に
よって部分的に反射され、1.55マイクロメートルの波長
でのビームXの光放射を検出し利用する光検出及び利用
手段上に入射する。素子1000のパラメータは必要があれ
ば試行錯誤によって、ビームBが素子上に入射する場
合、ビームAがない時は、素子1000内に形成されたファ
ブリーペロー干渉計からはほとんどビームBが反射され
ないように設計される。従って、所定の比較的小さい強
度のビームAが素子1000上に入射すると、ビームAの屈
折率と吸収端への非線形的影響は、ビームXを形成する
為に、ファブリーペローから反射される比較的大きいビ
ームBの部分となる。従って論理回路の観点から、X=
AB(即ちX=AandB)となる。すなわちBの存在下で
は、XはAの存在下でのみ感知でき、これは、ビームB
のビームAによる光切換のために望ましい。
00から発射し、鏡素子501を通過し、ビーム分割鏡502に
よって部分的に反射され、1.55マイクロメートルの波長
でのビームXの光放射を検出し利用する光検出及び利用
手段上に入射する。素子1000のパラメータは必要があれ
ば試行錯誤によって、ビームBが素子上に入射する場
合、ビームAがない時は、素子1000内に形成されたファ
ブリーペロー干渉計からはほとんどビームBが反射され
ないように設計される。従って、所定の比較的小さい強
度のビームAが素子1000上に入射すると、ビームAの屈
折率と吸収端への非線形的影響は、ビームXを形成する
為に、ファブリーペローから反射される比較的大きいビ
ームBの部分となる。従って論理回路の観点から、X=
AB(即ちX=AandB)となる。すなわちBの存在下で
は、XはAの存在下でのみ感知でき、これは、ビームB
のビームAによる光切換のために望ましい。
ビームA内のノイズに対するより良い免疫性のために、
ビームAへの感度を多少犠牲にして、ビームAが全くの
ゼロではなく、上述の所定の比較的小さい強度の部分
(例、約0.3)に等しい場合に、ビームBの強度の絶対
最小値が起るように、素子のパラメータにわずかなオフ
セットを組み入れ可能である。
ビームAへの感度を多少犠牲にして、ビームAが全くの
ゼロではなく、上述の所定の比較的小さい強度の部分
(例、約0.3)に等しい場合に、ビームBの強度の絶対
最小値が起るように、素子のパラメータにわずかなオフ
セットを組み入れ可能である。
一実施例に関し本発明を詳細に記述したが、本発明の範
囲を離れない種々の応用がなされ得る。例えば、反射モ
ードの代わりにエタロンの透過モードを使用することが
でき、この場合は、検出手段1003は、素子1000の他端に
位置しB=1で、出力X=−ABである。またAとB両方
が論理変数であるように、ビームAとBの両方をパルス
化でき、エタロンによる反射後のXの検出の場合は、X
=AB、エタロン透過後のXの検出の場合は、X=−ABで
ある(ここで、−Aは、Aの符号反転を表す)。
囲を離れない種々の応用がなされ得る。例えば、反射モ
ードの代わりにエタロンの透過モードを使用することが
でき、この場合は、検出手段1003は、素子1000の他端に
位置しB=1で、出力X=−ABである。またAとB両方
が論理変数であるように、ビームAとBの両方をパルス
化でき、エタロンによる反射後のXの検出の場合は、X
=AB、エタロン透過後のXの検出の場合は、X=−ABで
ある(ここで、−Aは、Aの符号反転を表す)。
さらに鏡に不純物を添加するか、又は他の方法でそれら
を電気的に導電性にすること及び、これらの鏡に電極を
取り付けることによって、ビームBを電極に供給される
電気信号Aによって電子的に制御することが可能であ
り、それにより電子的に制御される光変調器、スイッチ
又は論理素子が形成できる。
を電気的に導電性にすること及び、これらの鏡に電極を
取り付けることによって、ビームBを電極に供給される
電気信号Aによって電子的に制御することが可能であ
り、それにより電子的に制御される光変調器、スイッチ
又は論理素子が形成できる。
上記の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲の包含
される。
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲の包含
される。
特許請求の範囲に記載された参照番号は、発明の容易な
る理解のためで、その範囲を制限するよう解釈されるべ
きではない。
る理解のためで、その範囲を制限するよう解釈されるべ
きではない。
第1図は、本発明の特定の実施例に従った光処理素子の
図、 第2図は、第1図に示される素子を用いた光論理装置を
示す概略図である。
図、 第2図は、第1図に示される素子を用いた光論理装置を
示す概略図である。
フロントページの続き (72)発明者 クオチョウ タイ アメリカ合衆国,07060 ニュージャージ ィ ノース プレインフィールド,ウィロ ー アベニュー 38 (56)参考文献 特開 昭63−211785(JP,A) 特開 昭63−269119(JP,A) 特開 平1−112226(JP,A) Appl.Phys.Lett.Vo l.50,No.13,PP.795−797 Appl.Phys.Lett.Vo l.53,No.4,PP.302−303 A.S.Grove:“Physics and Technology of Semicondactor Deric es”,PP.117〜148,1967 John Wiley,New York
Claims (4)
- 【請求項1】多重量子井戸III−V族化合物半導体のメ
サ構造(11,12,……200)を具備する半導体光学処理素
子(1000)において、 電荷キャリアの表面再結合速度を増加させるために、前
記メサ構造体の側表面内に砒素イオンを導入し、それに
よって光学素子の光切換速度を増加させることを特徴と
する半導体光学処理素子。 - 【請求項2】前記多重量子井戸メサ構造が、インジウム
を含む ことを特徴とする請求項1記載の素子。 - 【請求項3】多重量子井戸メサ構造が、インジウムガリ
ウム砒素の層を含むことを特徴とする請求項1に記載の
素子。 - 【請求項4】請求項1に記載の半導体光学処理素子(10
00)と、 前記素子上に入射する第1光ビーム(A)及び第2光ビ
ーム(B)を各々供給する第1及び第2の光源手段(10
01,1002)と、 前記第1光ビーム(A)及び第2光ビーム(B)に応じ
て、素子から出射される光放射を検出し、利用する光検
出及び光利用手段(1003)と からなることを特徴とする光処理装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US384341 | 1989-07-21 | ||
| US07/384,341 US5023673A (en) | 1989-07-21 | 1989-07-21 | Semiconductor mesa structured optical processing devices, with added side-surface recombination centers to improve the speed of operation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0359549A JPH0359549A (ja) | 1991-03-14 |
| JPH071354B2 true JPH071354B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2180754A Expired - Fee Related JPH071354B2 (ja) | 1989-07-21 | 1990-07-10 | 半導体光学処理素子とその素子を具備する光処理装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5023673A (ja) |
| EP (1) | EP0409478B1 (ja) |
| JP (1) | JPH071354B2 (ja) |
| CA (1) | CA2017971C (ja) |
| DE (1) | DE69014455T2 (ja) |
| HK (1) | HK136795A (ja) |
| SG (1) | SG31895G (ja) |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| FR2687480B1 (fr) * | 1992-02-18 | 1997-08-14 | France Telecom | Detecteur photoelectrique a puits quantiques a detectivite amelioree. |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4804639A (en) * | 1986-04-18 | 1989-02-14 | Bell Communications Research, Inc. | Method of making a DH laser with strained layers by MBE |
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-
1989
- 1989-07-21 US US07/384,341 patent/US5023673A/en not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-05-31 CA CA002017971A patent/CA2017971C/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-07-10 JP JP2180754A patent/JPH071354B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1990-07-11 DE DE69014455T patent/DE69014455T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-07-11 EP EP90307594A patent/EP0409478B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-02-22 SG SG31895A patent/SG31895G/en unknown
- 1995-08-31 HK HK136795A patent/HK136795A/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| A.S.Grove:"PhysicsandTechnologyofSemicondactorDerices",PP.117〜148,1967JohnWiley,NewYork |
| Appl.Phys.Lett.Vol.50,No.13,PP.795−797 |
| Appl.Phys.Lett.Vol.53,No.4,PP.302−303 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2017971C (en) | 1999-03-16 |
| DE69014455T2 (de) | 1995-04-06 |
| JPH0359549A (ja) | 1991-03-14 |
| HK136795A (en) | 1995-09-08 |
| SG31895G (en) | 1995-08-18 |
| DE69014455D1 (de) | 1995-01-12 |
| EP0409478B1 (en) | 1994-11-30 |
| CA2017971A1 (en) | 1991-01-21 |
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| US5023673A (en) | 1991-06-11 |
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