JPH0774876B2 - 光学あるいは光―電子デバイスを含む装置 - Google Patents
光学あるいは光―電子デバイスを含む装置Info
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- JPH0774876B2 JPH0774876B2 JP1141287A JP14128789A JPH0774876B2 JP H0774876 B2 JPH0774876 B2 JP H0774876B2 JP 1141287 A JP1141287 A JP 1141287A JP 14128789 A JP14128789 A JP 14128789A JP H0774876 B2 JPH0774876 B2 JP H0774876B2
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光学あるいは光−電子デバイスの分野、より具
体的にはこれらデバイスを含む装置に関する。
体的にはこれらデバイスを含む装置に関する。
（従来の技術） 多くの光学及び／あるいは光−電子デバイスは、これら
の動作をこのデバイスの少なくとも一部内の電子キャリ
ヤ（電子及び／あるいはホール）の（デバイス温度との
関係での）非平衡密度の存在に依存するが、この材料の
屈折率はキャリヤのこの密度に依存する。典型的には、
このデバイスの本発明と関連する部分は半導体材料から
成り、この非平衡キャリヤ分布は電磁放射の吸収によっ
て生成される（電子／ホール ペアの生成となる）。た
だし、この非平衡分布は、当業者にとっては明白なごと
く、このデバイスの部分にp-n接合によってキャリヤを
注入することによっても生成できる。
の動作をこのデバイスの少なくとも一部内の電子キャリ
ヤ（電子及び／あるいはホール）の（デバイス温度との
関係での）非平衡密度の存在に依存するが、この材料の
屈折率はキャリヤのこの密度に依存する。典型的には、
このデバイスの本発明と関連する部分は半導体材料から
成り、この非平衡キャリヤ分布は電磁放射の吸収によっ
て生成される（電子／ホール ペアの生成となる）。た
だし、この非平衡分布は、当業者にとっては明白なごと
く、このデバイスの部分にp-n接合によってキャリヤを
注入することによっても生成できる。
（発明が解決しようとする問題点） どのように生成されるとしても、この非平衡キャリヤ分
布が減衰する速度は、このデバイスが動作できる速度、
例えば、このデバイスが応答できる２つの信号パルス間
の最大時間に影響を与える。この動作速度が高いことが
要求されることは明白であり、従って、光あるいは光−
電子デバイスのこの部分内の非平衡キャリヤ分布の減衰
を促進する効果を与える手段を提供することは重要であ
る。本発明はこの手段を開示する。
布が減衰する速度は、このデバイスが動作できる速度、
例えば、このデバイスが応答できる２つの信号パルス間
の最大時間に影響を与える。この動作速度が高いことが
要求されることは明白であり、従って、光あるいは光−
電子デバイスのこの部分内の非平衡キャリヤ分布の減衰
を促進する効果を与える手段を提供することは重要であ
る。本発明はこの手段を開示する。
さらに、多くの半導体をベースとする光及び／あるいは
光−電子デバイスにおいては、非平衡キャリヤ分布の減
衰に対する重要なメカニズムとして非放射的なペアの再
結合がある。周知のごとく、このメカニズムはデバイス
を加熱する結果となるが、これは電子／ホール ペアに
よって散逸されるエネルギーがこの格子に伝導されるた
めである。これは、しばしば、困難な熱シンキング（he
at sinking）についての問題を与え、これは、あるデバ
イス、例えば、集積光学スイッチあるいは論理要素の可
能なエリア密度（area density）を制約する。従って、
非放射的再結合を放射的再結合に向ける効果を持つ適当
な手段を持つことは非常に重要である。これは、放射的
再結合においては、キャリヤ ペアによって散逸される
エネルギーの少なくとも一部がデバイスから放射光子の
形式にて除去され、結果として、熱シンキング（heat s
inking）要件が緩和されるためである。本発明はこの手
段についても開示する。
光−電子デバイスにおいては、非平衡キャリヤ分布の減
衰に対する重要なメカニズムとして非放射的なペアの再
結合がある。周知のごとく、このメカニズムはデバイス
を加熱する結果となるが、これは電子／ホール ペアに
よって散逸されるエネルギーがこの格子に伝導されるた
めである。これは、しばしば、困難な熱シンキング（he
at sinking）についての問題を与え、これは、あるデバ
イス、例えば、集積光学スイッチあるいは論理要素の可
能なエリア密度（area density）を制約する。従って、
非放射的再結合を放射的再結合に向ける効果を持つ適当
な手段を持つことは非常に重要である。これは、放射的
再結合においては、キャリヤ ペアによって散逸される
エネルギーの少なくとも一部がデバイスから放射光子の
形式にて除去され、結果として、熱シンキング（heat s
inking）要件が緩和されるためである。本発明はこの手
段についても開示する。
本発明は放射検出器（光−電子デバイス）を含むさまざ
まなデバイス内において具現できるが、以下の議論の多
くは、説明を簡単にするために、特定のクラスの光デバ
イス、つまり、ファブリーペロ タイプのエタロン（Fa
bry-Perot-type etalon）から成る非線形デバイスとの
関連で行なわれる。ただし、これによって本発明が制約
されるものではない。
まなデバイス内において具現できるが、以下の議論の多
くは、説明を簡単にするために、特定のクラスの光デバ
イス、つまり、ファブリーペロ タイプのエタロン（Fa
bry-Perot-type etalon）から成る非線形デバイスとの
関連で行なわれる。ただし、これによって本発明が制約
されるものではない。
双安定及び他の非線形光デバイスが周知であり、さまざ
まな信号処理機能が双安定デバイスによって遂行される
（“双安定”及び“非線形”は、特に背景が異ならない
かぎり、ここでは互換的に使用される）。最近のH.M.ギ
ブス（H.M.Gibbs）による研究論文［光学双安定性：光
による光の制御（Optical Bistability:Controlling Li
ght With Light）］、アカデミック プレス（Academic
Press）、1985年出版は、双安定光学デバイスの分野へ
の導入の役割を果す。例えば、ページ１〜17には、光学
トランジスタ、光学弁別器、リミッタ、パルス圧縮器、
発振器、ゲート、及びフリップフロップの双安定光学論
理デバイス（２状態及び多重状態の両方）に関する簡単
な説明が行なわれている（ページ195〜239）。
まな信号処理機能が双安定デバイスによって遂行される
（“双安定”及び“非線形”は、特に背景が異ならない
かぎり、ここでは互換的に使用される）。最近のH.M.ギ
ブス（H.M.Gibbs）による研究論文［光学双安定性：光
による光の制御（Optical Bistability:Controlling Li
ght With Light）］、アカデミック プレス（Academic
Press）、1985年出版は、双安定光学デバイスの分野へ
の導入の役割を果す。例えば、ページ１〜17には、光学
トランジスタ、光学弁別器、リミッタ、パルス圧縮器、
発振器、ゲート、及びフリップフロップの双安定光学論
理デバイス（２状態及び多重状態の両方）に関する簡単
な説明が行なわれている（ページ195〜239）。
多くの非線形光学デバイスは、非線形ファブリーペロ
（FP）エタロン、つまり、典型的には空胴内に光学的に
非線形の媒体を持つ固定された間隔の光学空胴を含む。
さらに、光学的に非線形のデバイスに関する研究のほと
んどは、固体（典型的には、半導体、一般的にはGaAsを
ベースとする）非線形媒体に的が絞られる。これらデバ
イスは、例えば、均質GaAs、及びGaAs-AlGaAsの多重量
子井戸（MQW）構造から成る。
（FP）エタロン、つまり、典型的には空胴内に光学的に
非線形の媒体を持つ固定された間隔の光学空胴を含む。
さらに、光学的に非線形のデバイスに関する研究のほと
んどは、固体（典型的には、半導体、一般的にはGaAsを
ベースとする）非線形媒体に的が絞られる。これらデバ
イスは、例えば、均質GaAs、及びGaAs-AlGaAsの多重量
子井戸（MQW）構造から成る。
アメリカ合衆国特許第4,756,606号には、周知の堆積及
び困難なエッチング ステップを伴わないパターン技術
によって製造できる能動の多層ミラーを持つ単体のファ
ブリーペロ エタロンが開示される。これらエタロンは
高いフィネス（finess）を持ち、多重エタロン アレイ
の形式にて製造することができる。
び困難なエッチング ステップを伴わないパターン技術
によって製造できる能動の多層ミラーを持つ単体のファ
ブリーペロ エタロンが開示される。これらエタロンは
高いフィネス（finess）を持ち、多重エタロン アレイ
の形式にて製造することができる。
非線形エタロンから成る光学デバイスの動作速度に関す
る主な制約はこのデバイスの非線形スペーサー材料内に
生成されるホール／電子ペアの再結合時間である。当業
者においては容易に理解できるごとく、このデバイスの
関連する部分内のペアの濃度が他のスイッチ動作が開始
される前に（非線形動作が起ることが要求される比較的
高い値から）比較的低い値に低下されることが要求され
る。
る主な制約はこのデバイスの非線形スペーサー材料内に
生成されるホール／電子ペアの再結合時間である。当業
者においては容易に理解できるごとく、このデバイスの
関連する部分内のペアの濃度が他のスイッチ動作が開始
される前に（非線形動作が起ることが要求される比較的
高い値から）比較的低い値に低下されることが要求され
る。
表面再結合はGaAsエタロンの回復の速度を促進するため
の周知の手段である。これに関しては、例えば、アプラ
イド、フィジクス レターズ（Applied Physics Letter
s）、49、486（1986年）に掲載のY.H.リー（Y.H.Lee）
らの論文を参照すること。この再結合は、典型的には、
非放射的であり、本質的にエネルギーの全てを熱として
発散する。さらに、ホール／電子ペアが典型的なデバイ
スの表面に拡散するまでの距離が比較的長いため、表面
再結合は、これが与える回復速度の促進において制約を
受けることが考えられる。一例として、先行技術による
構造では約30ps以下の回復時間を達成することは困難で
ある。
の周知の手段である。これに関しては、例えば、アプラ
イド、フィジクス レターズ（Applied Physics Letter
s）、49、486（1986年）に掲載のY.H.リー（Y.H.Lee）
らの論文を参照すること。この再結合は、典型的には、
非放射的であり、本質的にエネルギーの全てを熱として
発散する。さらに、ホール／電子ペアが典型的なデバイ
スの表面に拡散するまでの距離が比較的長いため、表面
再結合は、これが与える回復速度の促進において制約を
受けることが考えられる。一例として、先行技術による
構造では約30ps以下の回復時間を達成することは困難で
ある。
非線形FP（並びにそれらの機能が非平衡キャリヤ分布の
一時的な存在に依存するその他の光学あるいは光−電子
デバイス）によって、例えば（例えば光計算を含む）、
光学データ処理、及び光通信の分野において保持される
約束のため、オプションとして、非放射的再結合に対す
る放射的再結合の比を大きくし、これによって熱シンキ
ング要件を軽減することができるデバイスの回復速度を
促進するための有効な手段を持つことは非常に重要であ
り、本発明はこの手段も開示する。
一時的な存在に依存するその他の光学あるいは光−電子
デバイス）によって、例えば（例えば光計算を含む）、
光学データ処理、及び光通信の分野において保持される
約束のため、オプションとして、非放射的再結合に対す
る放射的再結合の比を大きくし、これによって熱シンキ
ング要件を軽減することができるデバイスの回復速度を
促進するための有効な手段を持つことは非常に重要であ
り、本発明はこの手段も開示する。
光学計算に関する情報については、例えば、IEEEの議事
録（Proceedings of the IEEE）、Vol.72（７）、1984
年に掲載の論文、特に、A.A.ソーチャック（A.A.Sawchu
ck）らによる論文（ページ758〜779）、及びA.ホーング
（A.Huang）らによる論文（ページ780〜786）を参照す
ること。A.ホーング（A.Huang）らは、IEEEグローバル
通信会議の議事録（Proceedings of the IEEE Global T
elecommunications Conference）、ジョージア州アトラ
ンタ（Atlanta,Georgia）、1984年、ページ121〜125に
おいて、非線形光学デバイスを使用して実現することが
可能な通信装置を開示する。
録（Proceedings of the IEEE）、Vol.72（７）、1984
年に掲載の論文、特に、A.A.ソーチャック（A.A.Sawchu
ck）らによる論文（ページ758〜779）、及びA.ホーング
（A.Huang）らによる論文（ページ780〜786）を参照す
ること。A.ホーング（A.Huang）らは、IEEEグローバル
通信会議の議事録（Proceedings of the IEEE Global T
elecommunications Conference）、ジョージア州アトラ
ンタ（Atlanta,Georgia）、1984年、ページ121〜125に
おいて、非線形光学デバイスを使用して実現することが
可能な通信装置を開示する。
（発明の開示） より一般的には、本発明は第１の半導体材料及びこの第
１の半導体材料と接触する少なくとも１つの“トラッピ
ング層（trapping layer,TL）”から成る少なくとも１
つの光学あるいは光−電子デバイス、この半導体材料の
少なくとも一部分内に非平衡キャリヤ分布を生成するた
めの手段（一例として、電磁放射のソースあるいはp-n
接合）、及びこの第１の半導体材料内の電子及び／ある
いはホールの密度に応答する手段を含む装置内に具現さ
れる。この装置の動作の際に、電子及び／あるいはホー
ルの非平衡密度が動作時間の一部分においてこの第１の
半導体材料内に、例えば、このデバイスを放射ソースか
らの放射に露出することによって、存在するようにされ
る。
１の半導体材料と接触する少なくとも１つの“トラッピ
ング層（trapping layer,TL）”から成る少なくとも１
つの光学あるいは光−電子デバイス、この半導体材料の
少なくとも一部分内に非平衡キャリヤ分布を生成するた
めの手段（一例として、電磁放射のソースあるいはp-n
接合）、及びこの第１の半導体材料内の電子及び／ある
いはホールの密度に応答する手段を含む装置内に具現さ
れる。この装置の動作の際に、電子及び／あるいはホー
ルの非平衡密度が動作時間の一部分においてこの第１の
半導体材料内に、例えば、このデバイスを放射ソースか
らの放射に露出することによって、存在するようにされ
る。
このTLはこの電子及び／あるいはホールの少なくとも１
つが第１の半導体材料内よりも低いポテンシャル エネ
ルギーをこの中に持つように選択された第２の材料の層
であり、これによって、この第１の半導体材料からTLに
入るキャリヤの少なくとも幾らかがTL内にトラップさ
れ、これによって第１の半導体材料内のキャリヤの濃度
が減少される。この第１の半導体材料内の電子及び／あ
るいはホールの密度の低減は、一例として、この結果、
光学スイッチあるいは他のデバイスがリセットするの
に、つまり、第１の事象に続くあるスイッチ（あるいは
他の適当な）事象に対して備えるのに要求される時間を
短縮する。本発明による別のデバイスは後に詳細に説明
されるように１つあるいは複数のTLの存在に起因する異
なる有効な特性を示す。一般に、TLとして使用される材
料は、III-V半導体、II-VI半導体、強くドープされたSi
及びGe、並びに、金属及び合金、例えば、NiAlから選択
される。
つが第１の半導体材料内よりも低いポテンシャル エネ
ルギーをこの中に持つように選択された第２の材料の層
であり、これによって、この第１の半導体材料からTLに
入るキャリヤの少なくとも幾らかがTL内にトラップさ
れ、これによって第１の半導体材料内のキャリヤの濃度
が減少される。この第１の半導体材料内の電子及び／あ
るいはホールの密度の低減は、一例として、この結果、
光学スイッチあるいは他のデバイスがリセットするの
に、つまり、第１の事象に続くあるスイッチ（あるいは
他の適当な）事象に対して備えるのに要求される時間を
短縮する。本発明による別のデバイスは後に詳細に説明
されるように１つあるいは複数のTLの存在に起因する異
なる有効な特性を示す。一般に、TLとして使用される材
料は、III-V半導体、II-VI半導体、強くドープされたSi
及びGe、並びに、金属及び合金、例えば、NiAlから選択
される。
本発明と関係する多くのデバイスと関連して、この装置
の動作時間の少なくとも一部において、デバイス内に空
間的に不均質な放射濃度の分布が存在する。より具体的
には、通常、１つあるいは複数の比較的低い放射密度の
領域がこれらデバイス内に存在する。本発明による幾つ
かの好ましい実施態様においては、TL（１つあるいは複
数）が低放射密度の領域（１つあるいは複数）内に位置
され、これによって、トラッピング層がデバイスの光学
特性に与える致命的な悪影響が実質的に回避される。
の動作時間の少なくとも一部において、デバイス内に空
間的に不均質な放射濃度の分布が存在する。より具体的
には、通常、１つあるいは複数の比較的低い放射密度の
領域がこれらデバイス内に存在する。本発明による幾つ
かの好ましい実施態様においては、TL（１つあるいは複
数）が低放射密度の領域（１つあるいは複数）内に位置
され、これによって、トラッピング層がデバイスの光学
特性に与える致命的な悪影響が実質的に回避される。
別の好ましい実施態様においては、デバイス パラメー
タ（例えば、トラッピング層の位置、厚さ、組成）はト
ラッピング層内の電子／ホール ペアの放射的再結合の
確率が大きく増加し、これによってデバイスに対する熱
シンキング要件が緩和されるように選択される。この目
的を達成するための一例としての手段についても下で議
論される。
タ（例えば、トラッピング層の位置、厚さ、組成）はト
ラッピング層内の電子／ホール ペアの放射的再結合の
確率が大きく増加し、これによってデバイスに対する熱
シンキング要件が緩和されるように選択される。この目
的を達成するための一例としての手段についても下で議
論される。
（実施例） このセクションの最初の部分においては、本発明による
特定のクラスのデバイス、つまり、FPエタロン状の幾何
を持つ非線形光デバイスに関して説明される。これは、
本発明の原理の説明のための便宜であり、本発明を制限
することを意図するものではない。
特定のクラスのデバイス、つまり、FPエタロン状の幾何
を持つ非線形光デバイスに関して説明される。これは、
本発明の原理の説明のための便宜であり、本発明を制限
することを意図するものではない。
第１図は先行技術による非線形エタロンの部分を示す
が、ここで、第１の反射手段14（複数の層11及び12から
成り、11及び12は異なる屈折率を持つ）が基板10（例え
ば、GaAsウェーハ）上に位置され、そして、スペーサ
ボデー13（例えば、適当な厚さのGaAs層）が第１の反射
手段14上に形成され、そして、第２の反射手段15（一例
としてこれも交互する層11及び12から成る）がこのスペ
ーサ ボデー上に形成される。一例として、層11はAlAs
であり、そして、層12はGaAsである。個々のタイプの層
の厚さは、層材料の屈折率及び動作波長λoに依存す
る。典型的には、この層の厚さはλo/4nに選択され、こ
こで、nは層材料のλoにおける屈折率である。ここに説
明のタイプの周期的な層構造を持つ媒体の光学特性は周
知である。これに関しては、例えば、M.ボロン（M.Bor
n）及びE.ウルフ（E.Wolf）による［オプティクスの原
理(Principles of Optics)］、第２版、1964年、ページ
68〜70を参照すること。現時点においては（能動ミラー
を含む）多層誘電ミラーが好まいとされるが、本発明に
よるFP−エタロンはこれに限定されるものでなく、光学
空胴を生成する能力を持つ全ての反射手段が考えられ
る。
が、ここで、第１の反射手段14（複数の層11及び12から
成り、11及び12は異なる屈折率を持つ）が基板10（例え
ば、GaAsウェーハ）上に位置され、そして、スペーサ
ボデー13（例えば、適当な厚さのGaAs層）が第１の反射
手段14上に形成され、そして、第２の反射手段15（一例
としてこれも交互する層11及び12から成る）がこのスペ
ーサ ボデー上に形成される。一例として、層11はAlAs
であり、そして、層12はGaAsである。個々のタイプの層
の厚さは、層材料の屈折率及び動作波長λoに依存す
る。典型的には、この層の厚さはλo/4nに選択され、こ
こで、nは層材料のλoにおける屈折率である。ここに説
明のタイプの周期的な層構造を持つ媒体の光学特性は周
知である。これに関しては、例えば、M.ボロン（M.Bor
n）及びE.ウルフ（E.Wolf）による［オプティクスの原
理(Principles of Optics)］、第２版、1964年、ページ
68〜70を参照すること。現時点においては（能動ミラー
を含む）多層誘電ミラーが好まいとされるが、本発明に
よるFP−エタロンはこれに限定されるものでなく、光学
空胴を生成する能力を持つ全ての反射手段が考えられ
る。
スペーサ ボデー13は、典型的には約λo/2n（あるいは
この倍数）の厚さを持つ。これは、通常、必ずしも必要
ではないが、λoにおいて光学的に活性な材料から成
る。第２のミラーは第１のミラーに類似するが、材料の
同一の組合せから成ること、及び／あるいは同数の層を
含むことは必要としない。多層ミラーの片方あるいは両
方は（必要ではないが）（λoにおいて）光学的に活性
な材料から成る。
この倍数）の厚さを持つ。これは、通常、必ずしも必要
ではないが、λoにおいて光学的に活性な材料から成
る。第２のミラーは第１のミラーに類似するが、材料の
同一の組合せから成ること、及び／あるいは同数の層を
含むことは必要としない。多層ミラーの片方あるいは両
方は（必要ではないが）（λoにおいて）光学的に活性
な材料から成る。
第２図は一例としての本発明によるエタロンの部分を簡
略的に示し、さらに、波長λoの放射がこのエタロン内
に結合されたとき、このデバイス内に存在する一例とし
ての場強度分布を示す。第１図との関連において説明の
要素に加えて、本発明によるエタロンは複数のTL22を含
むが、一例として、これは、任意のTLの中央平面が実質
的に定常波パターン24のノーダル平面（nodal plane）2
0と一致するように位置される。ここで、“ノーダル平
面”は定常波場内の最小強度の位置である。隣接するTL
はスペーサー材料21、例えば、GaAsによって分離され、
本発明によるエタロンは少なくとも１つ、典型的には、
複数のTLを含む。任意のTLの厚さは、基本的にはλo/2n
より小さく、好ましくは、約λo/10nとされ、この厚さ
は、TLが（ノーダル平面の所に適当に位置されたとき）
光学空胴内の放射場に実質的に影響を与えないように選
択される。TL材料及び厚さは少なくとも１つのキャリヤ
タイプがTL内に拘束され、少なくとも約kTの拘束エネ
ルギー（confinement energy）を持つように選択され
る。ここで、ｋはボルツマン定数であり、そしてＴは絶
対温度である。一例としての能動スペーサー層21はGaAs
であり、TLは15nm厚層のIn0.25Ga0.75Asであり、123nm
の間隔を与えられる。
略的に示し、さらに、波長λoの放射がこのエタロン内
に結合されたとき、このデバイス内に存在する一例とし
ての場強度分布を示す。第１図との関連において説明の
要素に加えて、本発明によるエタロンは複数のTL22を含
むが、一例として、これは、任意のTLの中央平面が実質
的に定常波パターン24のノーダル平面（nodal plane）2
0と一致するように位置される。ここで、“ノーダル平
面”は定常波場内の最小強度の位置である。隣接するTL
はスペーサー材料21、例えば、GaAsによって分離され、
本発明によるエタロンは少なくとも１つ、典型的には、
複数のTLを含む。任意のTLの厚さは、基本的にはλo/2n
より小さく、好ましくは、約λo/10nとされ、この厚さ
は、TLが（ノーダル平面の所に適当に位置されたとき）
光学空胴内の放射場に実質的に影響を与えないように選
択される。TL材料及び厚さは少なくとも１つのキャリヤ
タイプがTL内に拘束され、少なくとも約kTの拘束エネ
ルギー（confinement energy）を持つように選択され
る。ここで、ｋはボルツマン定数であり、そしてＴは絶
対温度である。一例としての能動スペーサー層21はGaAs
であり、TLは15nm厚層のIn0.25Ga0.75Asであり、123nm
の間隔を与えられる。
GaAsとInGaAsとの交互の層から成る構造のバンドギャッ
プが第３図に簡略的に示されるが、ここで、領域30及び
31はそれぞれGaAs及びInGaAsと関連し、そして、番号32
及び33は夫々電導帯エッジ及び価電子帯エッジを指す。
GaAsのバンドギャップは約1.4eVであり、In0.25Ga0.75A
sのバンドギャップは約1.0eVである。周知のごとく、室
温においては、kTは約0.025eVである。この条件は、TL
内に集められるキャリヤの少なくとも大部分が少なくと
も再結合時間のあいだTLに拘束されることを保証する。
プが第３図に簡略的に示されるが、ここで、領域30及び
31はそれぞれGaAs及びInGaAsと関連し、そして、番号32
及び33は夫々電導帯エッジ及び価電子帯エッジを指す。
GaAsのバンドギャップは約1.4eVであり、In0.25Ga0.75A
sのバンドギャップは約1.0eVである。周知のごとく、室
温においては、kTは約0.025eVである。この条件は、TL
内に集められるキャリヤの少なくとも大部分が少なくと
も再結合時間のあいだTLに拘束されることを保証する。
第２図に示されるようなタイプの単一体の本発明による
エタロン（並びに透過モードにて使用できるエタロン）
は周知の技術によって製造することができ、典型的に
は、適当な基板の平坦な主面上に第１の反射手段が堆積
され、この上にスペーサ ボデー（１つあるいは複数の
TL並びに能動材料の層から成る）が堆積され、そしてこ
の上に第２の反射手段、並びに、場合によっては、他の
層が堆積される。好ましくは、この一連の堆積は、ウェ
ーハを断続的に扱うことなく、例えば、複数のソースを
持つMBEチャンバー内において遂行される。
エタロン（並びに透過モードにて使用できるエタロン）
は周知の技術によって製造することができ、典型的に
は、適当な基板の平坦な主面上に第１の反射手段が堆積
され、この上にスペーサ ボデー（１つあるいは複数の
TL並びに能動材料の層から成る）が堆積され、そしてこ
の上に第２の反射手段、並びに、場合によっては、他の
層が堆積される。好ましくは、この一連の堆積は、ウェ
ーハを断続的に扱うことなく、例えば、複数のソースを
持つMBEチャンバー内において遂行される。
エタロンの堆積の終了の後に幾つかの製造ステップが遂
行される。一例として、これらステップには、トップ
ミラー上への保護コーティングの堆積、あるいはこうし
て製造された複合体の上側（及び／或は下側）面の適当
なレジストによるコーティング ステップが含まれ、こ
れによって、この複合体の上側（及び／或は下側）面
が、半導体産業における周知の方法によってパターン化
できるように処理される。このパターン化によってアレ
イのFPエタロンが製造される。このアレイはらくに100
×100個のエタロンを含み、場合によっては、1000×100
0個、あるいはそれ以上のエタロンを含むことができ
る。
行される。一例として、これらステップには、トップ
ミラー上への保護コーティングの堆積、あるいはこうし
て製造された複合体の上側（及び／或は下側）面の適当
なレジストによるコーティング ステップが含まれ、こ
れによって、この複合体の上側（及び／或は下側）面
が、半導体産業における周知の方法によってパターン化
できるように処理される。このパターン化によってアレ
イのFPエタロンが製造される。このアレイはらくに100
×100個のエタロンを含み、場合によっては、1000×100
0個、あるいはそれ以上のエタロンを含むことができ
る。
当業者にとっては容易に理解できるように、FPエタロン
のスペーサー ボデー内の比較的低いバンドギャップ材
料の１つあるいは複数の層の存在は、結果として、これ
ら層内にキャリヤ ペアを集めることとなる。通常のゲ
ーティング動作（gating operation）の間に光子励起に
よって（主にスペーサ ボデーの高バンドギャップ材料
内に）生成されるこれらキャリヤは、これらが低いバン
ドギャップ材料（TL）の層に遭遇するまで、あるいはこ
れらが表面の所あるいは材料の体積内において再結合す
るまで材料内に拡散する。これらがTLに遭遇すると、こ
れらキャリヤがTL内に侵入し、この中に捕らえられたま
まにとどまる可能性が非常に高くなる。こうして、TLは
デバイスの能動部分からキャリヤを除去するキャリヤ
シンク（carrier sinks）として機能し、従って、デバ
イスの回復の速度を上げる。本発明によるデバイスはTL
による回復速度の向上に加えて表面再結合も使用するこ
とに注意する。スペーサ ボデーの高バンドギャップ部
分から多数のキャリヤが除去されると直ちにデバイスは
別のゲーティング動作が可能となる。
のスペーサー ボデー内の比較的低いバンドギャップ材
料の１つあるいは複数の層の存在は、結果として、これ
ら層内にキャリヤ ペアを集めることとなる。通常のゲ
ーティング動作（gating operation）の間に光子励起に
よって（主にスペーサ ボデーの高バンドギャップ材料
内に）生成されるこれらキャリヤは、これらが低いバン
ドギャップ材料（TL）の層に遭遇するまで、あるいはこ
れらが表面の所あるいは材料の体積内において再結合す
るまで材料内に拡散する。これらがTLに遭遇すると、こ
れらキャリヤがTL内に侵入し、この中に捕らえられたま
まにとどまる可能性が非常に高くなる。こうして、TLは
デバイスの能動部分からキャリヤを除去するキャリヤ
シンク（carrier sinks）として機能し、従って、デバ
イスの回復の速度を上げる。本発明によるデバイスはTL
による回復速度の向上に加えて表面再結合も使用するこ
とに注意する。スペーサ ボデーの高バンドギャップ部
分から多数のキャリヤが除去されると直ちにデバイスは
別のゲーティング動作が可能となる。
デバイス サイクル時間がTL内の再結合時間よりかなり
短いことがよくある。この場合は、キャリヤがTL内にデ
バイス動作に対して高バンドギャップ材料内に要求され
るよりも（経験的には1018/cm3のオーダー）よりも非常
に高い密度で集まる。さらに、TLは高バンドギャップ層
より薄く、従って、キャリヤ濃度がさらに増加する。こ
れは本質的に再結合の速度を高める。
短いことがよくある。この場合は、キャリヤがTL内にデ
バイス動作に対して高バンドギャップ材料内に要求され
るよりも（経験的には1018/cm3のオーダー）よりも非常
に高い密度で集まる。さらに、TLは高バンドギャップ層
より薄く、従って、キャリヤ濃度がさらに増加する。こ
れは本質的に再結合の速度を高める。
例えば、あるデバイスは動作し、30psサイクル時間を持
つために約60nmの厚さを通じて1018キャリヤ／cm3を必
要とする。ただし、10nm厚のTL内の寿命はは500ps程度
であり、従って、（TL“量子井戸”内の1014cm-2に対応
する）1020cm-3のオーダーの蓄積された密度が計算でき
る。TL内の実際の寿命（及び、従って、キャリヤ密度）
は、典型的には、これよりも小さい。
つために約60nmの厚さを通じて1018キャリヤ／cm3を必
要とする。ただし、10nm厚のTL内の寿命はは500ps程度
であり、従って、（TL“量子井戸”内の1014cm-2に対応
する）1020cm-3のオーダーの蓄積された密度が計算でき
る。TL内の実際の寿命（及び、従って、キャリヤ密度）
は、典型的には、これよりも小さい。
表面上及び通常の内部の再結合は主に非放射的であり、
ほとんど全てのエネルギーが熱として解放されることが
知られている。これはしばしば重大な熱シンク問題を与
え、特に、単一の基板上に多くのエタロンが存在する場
合には問題となる。
ほとんど全てのエネルギーが熱として解放されることが
知られている。これはしばしば重大な熱シンク問題を与
え、特に、単一の基板上に多くのエタロンが存在する場
合には問題となる。
本発明の好ましい実施態様においては、TLを持たないデ
バイスとは対照的に、１つあるいは複数のTLが置かれ、
これらのパラメータが放射再結合を促進するように選択
される。つまり、同一の動作条件の下では、本発明の好
ましいデバイス内においては、放射再結合事象の数が、
放射再結合のための手段を持たない他の点で同一のデバ
イス内でよりも多くなる。
バイスとは対照的に、１つあるいは複数のTLが置かれ、
これらのパラメータが放射再結合を促進するように選択
される。つまり、同一の動作条件の下では、本発明の好
ましいデバイス内においては、放射再結合事象の数が、
放射再結合のための手段を持たない他の点で同一のデバ
イス内でよりも多くなる。
一例としての好ましい本発明によるFPエタロン内におい
ては、TLのピーク発光波長λeは、このエタロンの実質
的にこのエタロンの次に長い波長の伝送ピークと同一と
なる（周知のごとく、FPエタロンは波長の間隔を持つ一
連の狭い伝送ピークを持つ）。重要なことに、この長い
波長ピークに対して、定常波パターンの強度最大（inte
nsity maximum）の所あるいはこの付近に少なくとも１
つのTLが位置され、励起放射が促進される。従って、こ
のエタロンは、蛍光放射（λe＞λo）に対するレーザー
としても機能し、これによって、エタロンから熱として
散逸されるのでなく、放射されるエネルギーの量を最大
にする。この蛍光放射（luminescence radiation）は、
典型的には、放射される波長が動作波長λoと異なるた
め装置の動作には影響を与えない。これは本発明による
装置の大きな長所があるとみなすことができる。
ては、TLのピーク発光波長λeは、このエタロンの実質
的にこのエタロンの次に長い波長の伝送ピークと同一と
なる（周知のごとく、FPエタロンは波長の間隔を持つ一
連の狭い伝送ピークを持つ）。重要なことに、この長い
波長ピークに対して、定常波パターンの強度最大（inte
nsity maximum）の所あるいはこの付近に少なくとも１
つのTLが位置され、励起放射が促進される。従って、こ
のエタロンは、蛍光放射（λe＞λo）に対するレーザー
としても機能し、これによって、エタロンから熱として
散逸されるのでなく、放射されるエネルギーの量を最大
にする。この蛍光放射（luminescence radiation）は、
典型的には、放射される波長が動作波長λoと異なるた
め装置の動作には影響を与えない。これは本発明による
装置の大きな長所があるとみなすことができる。
次に、本発明がより一般的に説明される。第３図に図解
されるバンドギャップ関係は唯一の可能性ではなく、第
４図及び第５図は別の一例としての関係を示す。第４図
に示されるように、TL材料の導電帯エッジ及び価電子帯
エッジの両方が接触するスペーサー材料の対応するエッ
ジより低い場合は、電子はTL内に通常の方法にて捕えら
れ、結果としての局所化された電荷の不均衡がホールを
TL内に引き付け、そして、これらをこの中に捕える。第
５図は逆の状況を図解するが、ここでは、結果としてホ
ールが通常の方法にて捕えられ、電子がTLに静電的に引
き付けられる。実際のデバイス内の量子“井戸”は必ず
しも（そして通常は）第３図から第５図に示されるほど
鋭く定義されず、偶然的あるいは意図的グレーディング
を示すことに注意する。さらに、電荷がTL内に蓄積され
ると、結果として、バンド エッジの形状に局所化され
た変化が起こる。この効果は十分に知られたものであ
り、詳細な説明は不要であると考える。
されるバンドギャップ関係は唯一の可能性ではなく、第
４図及び第５図は別の一例としての関係を示す。第４図
に示されるように、TL材料の導電帯エッジ及び価電子帯
エッジの両方が接触するスペーサー材料の対応するエッ
ジより低い場合は、電子はTL内に通常の方法にて捕えら
れ、結果としての局所化された電荷の不均衡がホールを
TL内に引き付け、そして、これらをこの中に捕える。第
５図は逆の状況を図解するが、ここでは、結果としてホ
ールが通常の方法にて捕えられ、電子がTLに静電的に引
き付けられる。実際のデバイス内の量子“井戸”は必ず
しも（そして通常は）第３図から第５図に示されるほど
鋭く定義されず、偶然的あるいは意図的グレーディング
を示すことに注意する。さらに、電荷がTL内に蓄積され
ると、結果として、バンド エッジの形状に局所化され
た変化が起こる。この効果は十分に知られたものであ
り、詳細な説明は不要であると考える。
多くの場合、TL材料は半導体であるが、これは必須では
ない。より具体的には、場合によっては、金属をTL材料
として使用する方が有利な場合もある。一例として、こ
の金属としてAlNiが能動スペーサー材料としてのGaAsと
ともに使用される。この材料の組合せはエピタキシャル
成長が可能であり、好ましいデバイスにおいては、TL層
が接触するスペーサー材料とともにエピタキシャル成長
される。
ない。より具体的には、場合によっては、金属をTL材料
として使用する方が有利な場合もある。一例として、こ
の金属としてAlNiが能動スペーサー材料としてのGaAsと
ともに使用される。この材料の組合せはエピタキシャル
成長が可能であり、好ましいデバイスにおいては、TL層
が接触するスペーサー材料とともにエピタキシャル成長
される。
多くの場合は比較的深いトラップを生成する材料の組合
せを提供することが必要であるが、特に、放射再結合を
通じての効率的なエネルギーの除去が重要となる場合
は、トラップが比較的浅くなるようにデバイスを設計す
るのが有利である。説明のごとく、TL材料と能動材料内
のキャリヤ エネルギーの差はデバイス内の熱エネルギ
ーとして現れ、TL材料のバンドギャップ エネルギーの
みが放射的に除去できる 上に示したように、TLは好ましくは比較的低い放射強度
の領域内に置かれる。共振器タイプのデバイス、例え
ば、FPエタロンにおいては、ノーダル平面が低強度領域
であり、導波路状の構造を持つデバイスにおいては、こ
のデバイスの横方向の境界の所の（あるいはこれに接近
する）領域が典型的には低強度領域である。導波路状の
構造を持つデバイスにおいては、TLは、通常、デバイス
の横境界の所に位置され、TLの片側が能動材料と接触す
るようにされる。TLを横方向の境界（これは典型的には
また低強度領域でもある）の所に置くことは、幾つかの
共振器タイプのデバイス、例えば、多重量子井戸（MQ
W）FPエタロンにおいても有利である。
せを提供することが必要であるが、特に、放射再結合を
通じての効率的なエネルギーの除去が重要となる場合
は、トラップが比較的浅くなるようにデバイスを設計す
るのが有利である。説明のごとく、TL材料と能動材料内
のキャリヤ エネルギーの差はデバイス内の熱エネルギ
ーとして現れ、TL材料のバンドギャップ エネルギーの
みが放射的に除去できる 上に示したように、TLは好ましくは比較的低い放射強度
の領域内に置かれる。共振器タイプのデバイス、例え
ば、FPエタロンにおいては、ノーダル平面が低強度領域
であり、導波路状の構造を持つデバイスにおいては、こ
のデバイスの横方向の境界の所の（あるいはこれに接近
する）領域が典型的には低強度領域である。導波路状の
構造を持つデバイスにおいては、TLは、通常、デバイス
の横境界の所に位置され、TLの片側が能動材料と接触す
るようにされる。TLを横方向の境界（これは典型的には
また低強度領域でもある）の所に置くことは、幾つかの
共振器タイプのデバイス、例えば、多重量子井戸（MQ
W）FPエタロンにおいても有利である。
この構造の部分が第６図に簡略的に示される。より詳細
には、第６図はMQWデバイスの部分を示す。ここでは、
障壁層60が井戸層61と交互し、デバイスの側壁はTL62及
びもう１つの層63から構成され、後者は典型的にはTLよ
り大きなバンドギャップを持ち、キャリヤの表面再結合
を阻止する機能を持つ。
には、第６図はMQWデバイスの部分を示す。ここでは、
障壁層60が井戸層61と交互し、デバイスの側壁はTL62及
びもう１つの層63から構成され、後者は典型的にはTLよ
り大きなバンドギャップを持ち、キャリヤの表面再結合
を阻止する機能を持つ。
第６図に例示されるように、TLは量子井戸デバイス内に
組み込むことができる。TLはこのデバイスの横方向の境
界に沿って位置される必要はなく、この構造では縦方向
の電荷の輸送が制約されるという事実はあるが、MQW構
造を形成する層に平行に置くことができる。この横方向
のTLは量子井戸内にあるいはこれに接近して置かれる。
前者の場合は、TL（これは好ましくはこの量子井戸より
かなり薄く、典型的には、この井戸の厚さの25％以下と
される）は、原則的にはこの井戸内に任意の所に置くこ
とができるが、好ましくは、この場合、TLの存在がこの
デバイスの光学特性に比較的小さな影響しかもたないた
め、この井戸の“壁”のところあるいはこれに接近して
位置される。この構成が第７図に簡略的に示されるが、
ここで、番号70,71及び72はそれぞれ障壁層、井戸及びT
Lを示し、そして番号73及び74はそれぞれ導電帯及び価
電子帯エッジを示す。点線75及び76はそれぞれ井戸内の
電子及びホールの一例としての確率分布を示す。TLが量
子井戸の外側に位置される場合は、これは、好ましく
は、キャリヤが井戸からTLに抜ける大きな確率が存在す
るように井戸に接近して位置される。
組み込むことができる。TLはこのデバイスの横方向の境
界に沿って位置される必要はなく、この構造では縦方向
の電荷の輸送が制約されるという事実はあるが、MQW構
造を形成する層に平行に置くことができる。この横方向
のTLは量子井戸内にあるいはこれに接近して置かれる。
前者の場合は、TL（これは好ましくはこの量子井戸より
かなり薄く、典型的には、この井戸の厚さの25％以下と
される）は、原則的にはこの井戸内に任意の所に置くこ
とができるが、好ましくは、この場合、TLの存在がこの
デバイスの光学特性に比較的小さな影響しかもたないた
め、この井戸の“壁”のところあるいはこれに接近して
位置される。この構成が第７図に簡略的に示されるが、
ここで、番号70,71及び72はそれぞれ障壁層、井戸及びT
Lを示し、そして番号73及び74はそれぞれ導電帯及び価
電子帯エッジを示す。点線75及び76はそれぞれ井戸内の
電子及びホールの一例としての確率分布を示す。TLが量
子井戸の外側に位置される場合は、これは、好ましく
は、キャリヤが井戸からTLに抜ける大きな確率が存在す
るように井戸に接近して位置される。
上に説明のごとく、本発明によるデバイス内の非平衡
（non-equilibrium）キャリヤ分布は、p-n接合を介して
のキャリヤの注入を含む適当な方法によって生成するこ
とができる。光学性能を向上させるために逆バイアス電
圧をエタロンに加えるための手段を含む先行技術による
FPエタロンの一例としては、例えば、アメリカ合衆国特
許第4,518,934号を参照すること。
（non-equilibrium）キャリヤ分布は、p-n接合を介して
のキャリヤの注入を含む適当な方法によって生成するこ
とができる。光学性能を向上させるために逆バイアス電
圧をエタロンに加えるための手段を含む先行技術による
FPエタロンの一例としては、例えば、アメリカ合衆国特
許第4,518,934号を参照すること。
電圧を本発明によるデバイスにキャリヤの注入の目的の
ためのみでなく、当業者によって容易に理解できるよう
に、現存するキャリヤのTLに向っての速度を促すために
加えることができる。従って、本発明によるデバイス内
に電場をセット アップするための手段を提供すること
ができる。この電場の方向は、例えば、概ね縦あるいは
横方向にすることができ、典型的には、１つあるいは複
数の電極及び／或は逆バイアスされた接合から構成され
る。TLに向ってのキャリヤの移動速度は能動材料の適当
な組成グレーディングによっても促進できる。
ためのみでなく、当業者によって容易に理解できるよう
に、現存するキャリヤのTLに向っての速度を促すために
加えることができる。従って、本発明によるデバイス内
に電場をセット アップするための手段を提供すること
ができる。この電場の方向は、例えば、概ね縦あるいは
横方向にすることができ、典型的には、１つあるいは複
数の電極及び／或は逆バイアスされた接合から構成され
る。TLに向ってのキャリヤの移動速度は能動材料の適当
な組成グレーディングによっても促進できる。
本発明によるデバイスにおいては、TLが非平衡キャリヤ
分布の減衰の速度を促すための主な手段を構成し、ある
いは表面再結合が減衰の速度を促すためのもう１つの重
要な機構を構成する。他方、表面再結合を抑止するため
の手段（例えば、第６図に示されるような大きなバンド
ギャップ材料の表面層）を提供することもできる。これ
は、例えば、放射再結合を促進するために設計されたTL
との使用に有利である。
分布の減衰の速度を促すための主な手段を構成し、ある
いは表面再結合が減衰の速度を促すためのもう１つの重
要な機構を構成する。他方、表面再結合を抑止するため
の手段（例えば、第６図に示されるような大きなバンド
ギャップ材料の表面層）を提供することもできる。これ
は、例えば、放射再結合を促進するために設計されたTL
との使用に有利である。
GaAs系は本発明によるデバイスを製造するために使用で
きる唯一の材料系ではなく、本発明の原理は任意の適当
な材料系に適用するものである。例えば、本発明による
デバイスはInP基板上に製造でき、InGaAsPあるいはInGa
Asを能動材料とし、InAsをTLとすることができる。この
デバイスは約１μｍ以上の波長に対して透明である。
きる唯一の材料系ではなく、本発明の原理は任意の適当
な材料系に適用するものである。例えば、本発明による
デバイスはInP基板上に製造でき、InGaAsPあるいはInGa
Asを能動材料とし、InAsをTLとすることができる。この
デバイスは約１μｍ以上の波長に対して透明である。
当業者においては明白であるように、TLは広い意味では
光あるいは光−電子デバイスの特性を設計するための手
段とみなすことができる。例えば、TLを光学検出器、例
えば、PIN光ダイオード内に組み込むことによって、TL
が電流の流れに対して平行である場合はこの検出器の応
答振幅が促進でき、TLが電流の流れに対して直角の場合
は応答速度が向上される。
光あるいは光−電子デバイスの特性を設計するための手
段とみなすことができる。例えば、TLを光学検出器、例
えば、PIN光ダイオード内に組み込むことによって、TL
が電流の流れに対して平行である場合はこの検出器の応
答振幅が促進でき、TLが電流の流れに対して直角の場合
は応答速度が向上される。
第８図は本発明による一例としての装置の要素を簡略的
に示す。この装置は波長λｉの“入力”放射のソース8
0、波長λｐの“プローブ”放射のソース81、半分銀が
施されたミラー82及び83、本発明によるFPエタロン85、
フィルタ86及び放射検出器84を含む。一例として、λｐ
及びλｉはエタロンの非線形性が相対的にλｐの所で小
さくなり、λｉの所で大きくなるように選択される。λ
ｐ及びλｉのいずれか１つはλoにて同定できる。プロ
ーブ放射のみがエタロンに向けられた場合は、実質的に
反射放射は存在しない。プローブ放射及び入力放射の両
方がエタロンに向けられた場合は、エタロンの光学状態
が変化し、多量の反射されたプローブ放射が存在し、検
出器によって検出することができ、結果として、エタロ
ンのこの光学状態の指標である出力が与えられる。例え
ば、エタロンがGaAs能動材料を含む場合は、λｉ及びλ
ｐは、一例として、それぞれ868及び873nmである。他の
能動材料（例えば、InGaAsP及び関連する化合物）が使
用された場合は、この適当な波長は異なることとなる。
２つあるいはそれ以上のビーム（波長λｉ）がエタロン
上に向けられた場合は、これらの個々が光学状態の説明
の変化を起し、従って、エタロンは論理ORゲートとして
機能する。勿論、他の論理機能も実現可能である。最後
に、本発明による装置は典型的には複数の別個にアドレ
ス可能なデバイス、例えば、TLから成るエタロンを含
む。
に示す。この装置は波長λｉの“入力”放射のソース8
0、波長λｐの“プローブ”放射のソース81、半分銀が
施されたミラー82及び83、本発明によるFPエタロン85、
フィルタ86及び放射検出器84を含む。一例として、λｐ
及びλｉはエタロンの非線形性が相対的にλｐの所で小
さくなり、λｉの所で大きくなるように選択される。λ
ｐ及びλｉのいずれか１つはλoにて同定できる。プロ
ーブ放射のみがエタロンに向けられた場合は、実質的に
反射放射は存在しない。プローブ放射及び入力放射の両
方がエタロンに向けられた場合は、エタロンの光学状態
が変化し、多量の反射されたプローブ放射が存在し、検
出器によって検出することができ、結果として、エタロ
ンのこの光学状態の指標である出力が与えられる。例え
ば、エタロンがGaAs能動材料を含む場合は、λｉ及びλ
ｐは、一例として、それぞれ868及び873nmである。他の
能動材料（例えば、InGaAsP及び関連する化合物）が使
用された場合は、この適当な波長は異なることとなる。
２つあるいはそれ以上のビーム（波長λｉ）がエタロン
上に向けられた場合は、これらの個々が光学状態の説明
の変化を起し、従って、エタロンは論理ORゲートとして
機能する。勿論、他の論理機能も実現可能である。最後
に、本発明による装置は典型的には複数の別個にアドレ
ス可能なデバイス、例えば、TLから成るエタロンを含
む。
例１ MBEによって約123nmの間隔の９個のTL層（約10nm厚のIn
0.11Ga0.89As）を含み、残りのボデーがGaAsから成る約
１μｍ厚のボデーが成長された。Al0.4Ga0.6As層（465n
m厚）が表面再結合を阻止するためにこのボデーの両面
上に成長された。このボデーが次にファブリーペロ エ
タンを形成するために誘電ミラー間に挾まれた。このエ
タロンは850nmの波長の入力ビームによる発光の後に300
ps遅延の所で約80％の回復を示した。TLを持たないその
他は同一の比較用のデバイスは300ps遅延の所で回復の
兆候を示さなかった。この比較用のデバイスに類似のデ
バイスは典型的には約5nsの回復を持つことが知られて
いる。
0.11Ga0.89As）を含み、残りのボデーがGaAsから成る約
１μｍ厚のボデーが成長された。Al0.4Ga0.6As層（465n
m厚）が表面再結合を阻止するためにこのボデーの両面
上に成長された。このボデーが次にファブリーペロ エ
タンを形成するために誘電ミラー間に挾まれた。このエ
タロンは850nmの波長の入力ビームによる発光の後に300
ps遅延の所で約80％の回復を示した。TLを持たないその
他は同一の比較用のデバイスは300ps遅延の所で回復の
兆候を示さなかった。この比較用のデバイスに類似のデ
バイスは典型的には約5nsの回復を持つことが知られて
いる。
例２ スペーサ ボデーが上の例１の説明と本質的に同一の９
個のTLを含むことを除いてアメリカ合衆国特許第4,756,
606号の例２に説明のものと本質的に同一の複数のエタ
ロンが製造された。オプションとして、金属TLがFPエタ
ロン内のミラーとして機能するようにすることも、ある
いは電気コンタクトを金属FPに与え、例えば、第１の半
導体材料からTL内にキャリヤを移動するのを助ける電場
を提供することも可能である。
個のTLを含むことを除いてアメリカ合衆国特許第4,756,
606号の例２に説明のものと本質的に同一の複数のエタ
ロンが製造された。オプションとして、金属TLがFPエタ
ロン内のミラーとして機能するようにすることも、ある
いは電気コンタクトを金属FPに与え、例えば、第１の半
導体材料からTL内にキャリヤを移動するのを助ける電場
を提供することも可能である。
第１図は基板上の先行技術による非線形エタロンを簡略
的に示し； 第２図は複数のトラッピング層から成る本発明によるエ
タロンの部分を簡略的に示し； 第３図から第５図及び第７図は本発明による一例として
のデバイスと関連するバンドギャップを簡略的に示し； 第６図は本発明による一例としての多重量子井戸（MQ
W）デバイスを簡略的に示し； そして 第８図は本発明による一例としての主な要素を線図にて
示す。 ［主要部分の符号の説明］ 11,12……層 13……スペーサー ボデー 14……反射手段 20……ノーダル平面 21……スペーサー材料 22……TL
的に示し； 第２図は複数のトラッピング層から成る本発明によるエ
タロンの部分を簡略的に示し； 第３図から第５図及び第７図は本発明による一例として
のデバイスと関連するバンドギャップを簡略的に示し； 第６図は本発明による一例としての多重量子井戸（MQ
W）デバイスを簡略的に示し； そして 第８図は本発明による一例としての主な要素を線図にて
示す。 ［主要部分の符号の説明］ 11,12……層 13……スペーサー ボデー 14……反射手段 20……ノーダル平面 21……スペーサー材料 22……TL
Claims (18)
- 【請求項１】ａ）波長λoの電磁放射のソース； ｂ）第１の半導体材料の量を含む少なくとも１つの光学
あるいは光−電子デバイスであって、本装置の動作時間
の少なくとも一部においてこのデバイスが放射ソースか
らの放射に露出され、そして本装置の動作時間の少なく
とも一部においてこの第１の半導体材料内に電子及び／
あるいはホールの非平衡濃度が存在するようにされてい
るデバイス；及び ｃ）該第１の半導体材料内の電子及び／あるいはホール
の濃度に応答する手段を含む装置において、該デバイス
がさらに； ｄ）該第１の半導体材料と接触する第２の材料の少なく
とも１つの層（以下“トラッピング層”と称する）を含
み、該電子及び／あるいはホールの少なくとも１つが第
２の材料内で該第１の半導体材料内のときより低いポテ
ンシャル エネルギーを持つように第２の材料が選択さ
れ、これにより該第１の半導体材料内の電子及び／ある
いはホールの非平衡密度が低減され得るように該第１の
半導体材料から該トラッピング層に入る電子及び／ある
いはホールの少なくとも幾つかが該トラッピング層内に
捕らえられることを特徴とする装置。 - 【請求項２】該デバイスの該放射への露出が該デバイス
内に結果として放射の空間的に不均一の密度を与え、該
少なくとも１つのトラップ層が該放射の比較的低い強度
の領域内に位置することを特徴とする請求項１記載の装
置。 - 【請求項３】該第２の材料が金属あるいは第２の半導体
材料であり、該第１及び第２の半導体材料と第１及び第
２のバンドギャップ エネルギーが夫々関連し、該第２
のバンドギャップ エネルギーが第１のエネルギーより
少なくともkTだけ小さく、ここで、ｋはボルツマン定数
を表わし、Ｔは第１の半導体材料の絶対温度を表わすこ
とを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項４】該第１の半導体材料がGaAs及びInGaAsPか
ら成る一群から選択され、該第２の半導体材料がIII-V
半導体、II-VI半導体、強くドープされたSi及び強くド
ープされたGeから成る一群から選択されることを特徴と
する請求項３記載の装置。 - 【請求項５】該第１の半導体材料の量が比較的高いバン
ドギャップ半導体材料と比較的低いバンドギャップ半導
体材料の交互する層から成る多重量子井戸構造から成る
ことを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項６】該第２の材料が第２の半導体材料であり、
該第２の半導体材料とピーク発光波長λｅ＞λoが関連
し、該デバイスのパラメータが該第２の半導体材料の該
発光が結果として該デバイスの少なくとも一部内に波長
λｅの放射の相対的に高い強度を与えるように選択さ
れ、そして該少なくとも１つのトラッピング層が波長λ
ｅの放射の比較的高い強度の領域内に位置され、これに
よって該第２のトラッピング層内の電子及びホールの放
射再結合が促進され、非放射再結合が抑制されることを
特徴とする請求項２記載の装置。 - 【請求項７】該デバイスがファブリーペロ エタロン
（Fabry-Perot etalon）であり、該エタロンと一連の伝
送ピーク及び少なくとも１つのノーダル平面を持つ定常
波パターンが関連し、該少なくとも１つのトラッピング
層が該ノーダル平面の所にあるいはこれに接近して位置
し、λo/2nより実質的に小さな厚さを持ち、ここでｎが
該第１の半導体材料のλoにおける屈折率であることを
特徴とする請求項２及び６のいずれかに記載の装置。 - 【請求項８】該デバイスと縦方向とが関連し、該トラッ
ピング層が該縦方向と実質的に直角であり、該デバイス
が少なくとも１つの側面を持ち、該トラッピング層が該
側面と実質的に平行であり、そして該側面の所あるいは
これに接近して位置することを特徴とする請求項２記載
の装置。 - 【請求項９】該側面が該トラッピング層と接触する比較
的高いバンドギャップ材料によって形成され、これによ
って該トラッピング層内の電子及びホールの非放射再結
合が減少されることを特徴とする請求項８記載の装置。 - 【請求項１０】該トラッピング層が該比較的低いバンド
ギャップ半導体材料の層（“井戸”）内に位置され、該
第２の材料が該井戸を形成する該比較的低いバンドギャ
ップの半導体材料のバンドギャップより低い金属あるい
は半導体であることを特徴とする請求項５記載の装置。 - 【請求項１１】電子及び／あるいはホールを該第１の半
導体材料内に注入するための手段がさらに含まれること
を特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項１２】該トラッピング層が金属層であり、該ト
ラッピング層との電気接触を行なうための手段がさらに
含まれることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項１３】該デバイスが２つのミラーを含むファブ
リーペロ エタロン（Fabry-Perot etalon）であり、該
トラッピング層が金属層であり、該トラッピング層が該
エタロンのミラーであることを特徴とする請求項１記載
の装置。 - 【請求項１４】該デバイスに電場を加えるための手段が
さらに含まれ、これによって該第１の半導体材料から該
トラッピング層への電子及び／あるいはホールの移動が
促進されることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項１５】該第１の半導体材料が該第１の半導体材
料から該トラッピング層への電子及び／またはホールの
移動が促進されるように組成的に勾配されることを特徴
とする請求項１記載の装置。 - 【請求項１６】該装置が光コンピュータ、光データ処理
装置あるいは光通信装置であることを特徴とする請求項
１記載の装置。 - 【請求項１７】複数の光学的に隔離されたファブリーペ
ロ エタロン（Fabry-Perot etalon）がさらに含まれる
ことを特徴とする請求項16記載の装置。 - 【請求項１８】該トラッピング層が該比較的高いバンド
ギャップの半導体材料の層内で該比較的低いバンドギャ
ップの半導体材料の層に接近して位置することを特徴と
する請求項５記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/202,648 US4861976A (en) | 1988-06-06 | 1988-06-06 | Optical or opto-electronic device having a trapping layer in contact with a semiconductive layer |
| US202648 | 1988-06-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0296720A JPH0296720A (ja) | 1990-04-09 |
| JPH0774876B2 true JPH0774876B2 (ja) | 1995-08-09 |
Family
ID=22750749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1141287A Expired - Lifetime JPH0774876B2 (ja) | 1988-06-06 | 1989-06-05 | 光学あるいは光―電子デバイスを含む装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4861976A (ja) |
| EP (1) | EP0345971B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0774876B2 (ja) |
| CA (1) | CA1308799C (ja) |
| DE (1) | DE68923738T2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5023673A (en) * | 1989-07-21 | 1991-06-11 | At&T Bell Laboratories | Semiconductor mesa structured optical processing devices, with added side-surface recombination centers to improve the speed of operation |
| US5047622A (en) * | 1990-06-18 | 1991-09-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Long wavelength infrared detector with heterojunction |
| US5315128A (en) * | 1993-04-30 | 1994-05-24 | At&T Bell Laboratories | Photodetector with a resonant cavity |
| EP0772795B1 (en) * | 1995-05-30 | 2004-01-02 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Switching device and the use thereof |
| TW319916B (ja) * | 1995-06-05 | 1997-11-11 | Hewlett Packard Co | |
| GB2320610A (en) * | 1996-12-21 | 1998-06-24 | Sharp Kk | laser device |
| US6528827B2 (en) | 2000-11-10 | 2003-03-04 | Optolynx, Inc. | MSM device and method of manufacturing same |
| JP4585171B2 (ja) * | 2001-01-30 | 2010-11-24 | マイクロソフト インターナショナル ホールディングス ビイ．ヴイ． | 光変調器 |
| US7545999B2 (en) * | 2005-11-01 | 2009-06-09 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Photonic configuration |
| GB201107674D0 (en) * | 2011-05-09 | 2011-06-22 | Univ Surrey | Semiconductor laser |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3916390A (en) * | 1974-12-31 | 1975-10-28 | Ibm | Dynamic memory with non-volatile back-up mode |
| US4151537A (en) * | 1976-03-10 | 1979-04-24 | Gte Laboratories Incorporated | Gate electrode for MNOS semiconductor memory device |
| US4143393A (en) * | 1977-06-21 | 1979-03-06 | International Business Machines Corporation | High field capacitor structure employing a carrier trapping region |
| US4454524A (en) * | 1978-03-06 | 1984-06-12 | Ncr Corporation | Device having implantation for controlling gate parasitic action |
| JPS5642388A (en) * | 1979-08-31 | 1981-04-20 | Fujitsu Ltd | Semiconductor light emitting device |
| US4334292A (en) * | 1980-05-27 | 1982-06-08 | International Business Machines Corp. | Low voltage electrically erasable programmable read only memory |
| US4535349A (en) * | 1981-12-31 | 1985-08-13 | International Business Machines Corporation | Non-volatile memory cell using a crystalline storage element with capacitively coupled sensing |
| US4518934A (en) | 1982-02-16 | 1985-05-21 | At&T Bell Laboratories | Optical bistable device |
| US4476477A (en) * | 1982-02-23 | 1984-10-09 | At&T Bell Laboratories | Graded bandgap multilayer avalanche photodetector with energy step backs |
| DE3382279D1 (de) * | 1983-01-03 | 1991-06-13 | Western Electric Co | Ein lichtstrahl zugewandt zu einer integrierten schaltung ist von einem anderen strahl gesteuert. |
| WO1984003383A1 (en) * | 1983-02-17 | 1984-08-30 | William C Kennedy | Tailgating prevention apparatus |
| US4544617A (en) * | 1983-11-02 | 1985-10-01 | Xerox Corporation | Electrophotographic devices containing overcoated amorphous silicon compositions |
| US4737429A (en) * | 1986-06-26 | 1988-04-12 | Xerox Corporation | Layered amorphous silicon imaging members |
-
1988
- 1988-06-06 US US07/202,648 patent/US4861976A/en not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-05-04 CA CA000598674A patent/CA1308799C/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-05-25 EP EP89305312A patent/EP0345971B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-05-25 DE DE68923738T patent/DE68923738T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-06-05 JP JP1141287A patent/JPH0774876B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0296720A (ja) | 1990-04-09 |
| DE68923738T2 (de) | 1996-02-08 |
| EP0345971A2 (en) | 1989-12-13 |
| DE68923738D1 (de) | 1995-09-14 |
| EP0345971B1 (en) | 1995-08-09 |
| US4861976A (en) | 1989-08-29 |
| CA1308799C (en) | 1992-10-13 |
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