JPH0797691B2 - 光双安定半導体装置 - Google Patents
光双安定半導体装置Info
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- JPH0797691B2 JPH0797691B2 JP62229717A JP22971787A JPH0797691B2 JP H0797691 B2 JPH0797691 B2 JP H0797691B2 JP 62229717 A JP62229717 A JP 62229717A JP 22971787 A JP22971787 A JP 22971787A JP H0797691 B2 JPH0797691 B2 JP H0797691B2
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 15
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 6
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
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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
- G02F3/028—Optical bistable devices based on self electro-optic effect devices [SEED]
-
- G—PHYSICS
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- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
- H01S5/0207—Substrates having a special shape
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18341—Intra-cavity contacts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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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- H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
- H01S5/18369—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors based on dielectric materials
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Semiconductor Lasers (AREA)
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等に用いる光論理素子に関する。
（従来の技術） 近年、光の持つ高度な並列性を利用したデジタル情報処
理が注目を集めている。このためには光を２次元的に制
御するいわゆる面型論理素子の開発が必要である。その
うちの一つとして光双安定素子はとくに重要である。従
来、低い光入力強度で動作するものとして第３図に示す
構造がアプライドフィジックスレターズ（Applid Physi
cs Letters）45巻、13頁（1984）においてミラー（Mile
r,D.A.B.）等によって報告されている。GaAsとGaAlAsの
薄膜を交互に積層した量子井戸層31を導電型がそれぞれ
ｐ型とｎ型のGaAlAsからなるクラッド層32,33ではさん
だpin構造に大きな抵抗21を介して電圧を加えている。
入力する光が弱いときには、光のエネルギーが量子井戸
の励起子のエネルギーと異なるため、吸収が小さい。光
が強くなると光の吸収によって生じる光電流が流れて、
抵抗での電圧降下のため量子井戸にかかる電界強度が低
下して励起子のエネルギーが変化して光に対する吸収が
大きくなる。このため、更に光電流は増加し抵抗での電
圧降下が大きくなる。このような正帰還により、光双安
定性が実現される。この光双安定素子は光強度が大きく
なると透過強度が低下するnot型の特性を持つ。
理が注目を集めている。このためには光を２次元的に制
御するいわゆる面型論理素子の開発が必要である。その
うちの一つとして光双安定素子はとくに重要である。従
来、低い光入力強度で動作するものとして第３図に示す
構造がアプライドフィジックスレターズ（Applid Physi
cs Letters）45巻、13頁（1984）においてミラー（Mile
r,D.A.B.）等によって報告されている。GaAsとGaAlAsの
薄膜を交互に積層した量子井戸層31を導電型がそれぞれ
ｐ型とｎ型のGaAlAsからなるクラッド層32,33ではさん
だpin構造に大きな抵抗21を介して電圧を加えている。
入力する光が弱いときには、光のエネルギーが量子井戸
の励起子のエネルギーと異なるため、吸収が小さい。光
が強くなると光の吸収によって生じる光電流が流れて、
抵抗での電圧降下のため量子井戸にかかる電界強度が低
下して励起子のエネルギーが変化して光に対する吸収が
大きくなる。このため、更に光電流は増加し抵抗での電
圧降下が大きくなる。このような正帰還により、光双安
定性が実現される。この光双安定素子は光強度が大きく
なると透過強度が低下するnot型の特性を持つ。
（発明が解決しようとする問題点） 以上に述べた光双安定素子では量子井戸の吸収係数の変
化を利用してため、光を吸収する長さが十分とれない面
型の素子ではオン状態とオフ状態の出力の比を大きくで
きない。また、オン状態でも吸収が起きているため、光
を吸収する素子の長さを大きくしてオフ状態の出力を小
さくすると、オン状態での損失が大きくなってしまうと
いう欠点を持つ。
化を利用してため、光を吸収する長さが十分とれない面
型の素子ではオン状態とオフ状態の出力の比を大きくで
きない。また、オン状態でも吸収が起きているため、光
を吸収する素子の長さを大きくしてオフ状態の出力を小
さくすると、オン状態での損失が大きくなってしまうと
いう欠点を持つ。
本発明の目的はオン状態での損失が小さく、オンオフ比
を大きくできる面型光双安定装置を提供することにあ
る。
を大きくできる面型光双安定装置を提供することにあ
る。
（問題点を解決するための手段） 本発明の光双安定半導体装置とは２つの互いに平行な反
射鏡からなるファブリ・ペロ共振器の内部に第一の導電
型の第一の半導体層と、真性半導体の多重量子井戸構造
の能動層と、第二の導電型の第二の半導体層とからなる
半導体多層構造を有し、前記半導体多層構造を挟む電極
が抵抗を介して電圧源に接続され、前記半導体多層構造
に電圧が印加されていない状態でのファブリペロ共振器
の共鳴エネルギーが無電界時の前記多重量子井戸構造の
励起子エネルギーよりも低エネルギー側にあり、信号光
に前記の状態でのファブリペロ共振器の共鳴エネルギー
の光を用いることを特徴とする。
射鏡からなるファブリ・ペロ共振器の内部に第一の導電
型の第一の半導体層と、真性半導体の多重量子井戸構造
の能動層と、第二の導電型の第二の半導体層とからなる
半導体多層構造を有し、前記半導体多層構造を挟む電極
が抵抗を介して電圧源に接続され、前記半導体多層構造
に電圧が印加されていない状態でのファブリペロ共振器
の共鳴エネルギーが無電界時の前記多重量子井戸構造の
励起子エネルギーよりも低エネルギー側にあり、信号光
に前記の状態でのファブリペロ共振器の共鳴エネルギー
の光を用いることを特徴とする。
（作用） 本発明において電圧源が接続されていない状態でのファ
ブリ・ペロ共振器に共鳴する光のエネルギーは、電界が
印加されていない時の能動層の多重量子井戸構造の励起
子のエネルギーよりも低エネルギー側にある。信号光と
して用いる光のエネルギーはこの電圧源が接続されてい
ない状態でのファブリ・ペロ共振器に共鳴する光のエネ
ルギーである。
ブリ・ペロ共振器に共鳴する光のエネルギーは、電界が
印加されていない時の能動層の多重量子井戸構造の励起
子のエネルギーよりも低エネルギー側にある。信号光と
して用いる光のエネルギーはこの電圧源が接続されてい
ない状態でのファブリ・ペロ共振器に共鳴する光のエネ
ルギーである。
光が入射していない時には多重量子井戸構造に電圧源か
らの電圧がそのまま加わるため、励起子のエネルギーが
低エネルギー側にずれ、信号光に対する屈折率は多重量
子井戸構造に電界が加わっていない時より大きい。この
ため、ファブリ・ペロ共振器の共鳴エネルギーがずれ
て、光の透過率は小さい。この時、光は大部分反射され
るため、ファブリ・ペロ共振器の内部に入る光強度は小
さく光が多重量子井戸構造に吸収される割合は小さい。
らの電圧がそのまま加わるため、励起子のエネルギーが
低エネルギー側にずれ、信号光に対する屈折率は多重量
子井戸構造に電界が加わっていない時より大きい。この
ため、ファブリ・ペロ共振器の共鳴エネルギーがずれ
て、光の透過率は小さい。この時、光は大部分反射され
るため、ファブリ・ペロ共振器の内部に入る光強度は小
さく光が多重量子井戸構造に吸収される割合は小さい。
入射する光の強度が大きくなると吸収による光電流のた
め、抵抗による電圧降下が起きて多重量子井戸構造に印
加される電界が減少する。このため、励起子のエネルギ
ーが高エネルギー側にずれて信号光に対する屈折率が減
少し、ファブリ・ペロ共振器の共鳴エネルギーが信号光
のエネルギーに近づく。信号光の透過率は大きくなる。
同時に、ファブリ・ペロ共振器の内部に入る光強度が大
きくなるため、光が多重量子井戸構造に吸収される割合
が増え更に光電流が増大する。
め、抵抗による電圧降下が起きて多重量子井戸構造に印
加される電界が減少する。このため、励起子のエネルギ
ーが高エネルギー側にずれて信号光に対する屈折率が減
少し、ファブリ・ペロ共振器の共鳴エネルギーが信号光
のエネルギーに近づく。信号光の透過率は大きくなる。
同時に、ファブリ・ペロ共振器の内部に入る光強度が大
きくなるため、光が多重量子井戸構造に吸収される割合
が増え更に光電流が増大する。
以上のような正帰還により光双安定性が実現される。従
来の技術が多重量子井戸構造の電界による吸収係数の変
化を利用していたのに対し、本発明の光双安定性は屈折
率の変化を利用しそれをファブリ・ペロ共振器の優れた
透過特性と組合せているため、オン状態での損失が小さ
く、オンオフ比を大きくできる面型光双安定装置が実現
できる。
来の技術が多重量子井戸構造の電界による吸収係数の変
化を利用していたのに対し、本発明の光双安定性は屈折
率の変化を利用しそれをファブリ・ペロ共振器の優れた
透過特性と組合せているため、オン状態での損失が小さ
く、オンオフ比を大きくできる面型光双安定装置が実現
できる。
（実施例） 第１図は本発明の１実施例を示す構成図である。ｎ型の
GaAsの基板11上にｎ型−Al0.4Ga0.6Asのコンタクト層12
を厚さ２μｍ、アンドープAl0.4Ga0.6Asのバッファ層13
を厚さ50nm、10nm厚のアンドープGaAsのウェル層141と1
0nmの厚のアンドープAl0.4Ga0.6Asのバリア層142を交互
に５層ずつ積層した多重量子井戸層14、アンドープのAl
0.4Ga0.6Asのバッファ層15を厚さ50nm、ｐ型−As0.4Ga
0.6Asのコンタクト層16を厚さ２μｍ順次積層し、光の
入射する部分の基板11をエッチングで除去する。さら
に、入射側、出射側に誘電体多層膜による反射率98％の
反射鏡17,18とｎ側電極19、ｐ側電極20を形成する。100
kΩの抵抗21を介して電源22に接続する。また、電源電
圧は2.4Vである。
GaAsの基板11上にｎ型−Al0.4Ga0.6Asのコンタクト層12
を厚さ２μｍ、アンドープAl0.4Ga0.6Asのバッファ層13
を厚さ50nm、10nm厚のアンドープGaAsのウェル層141と1
0nmの厚のアンドープAl0.4Ga0.6Asのバリア層142を交互
に５層ずつ積層した多重量子井戸層14、アンドープのAl
0.4Ga0.6Asのバッファ層15を厚さ50nm、ｐ型−As0.4Ga
0.6Asのコンタクト層16を厚さ２μｍ順次積層し、光の
入射する部分の基板11をエッチングで除去する。さら
に、入射側、出射側に誘電体多層膜による反射率98％の
反射鏡17,18とｎ側電極19、ｐ側電極20を形成する。100
kΩの抵抗21を介して電源22に接続する。また、電源電
圧は2.4Vである。
本実施例の入出力特性を第２図に示す。ファブリ・ペロ
共振器は、電場が０の時に1.45eVの光に共鳴する。実線
は透過光、破線は反射光である。入力光の強度Pinが0.2
4mWのとき透過光がオフ状態からオン状態に遷移し、0.1
5mWのときオン状態からオフ状態に遷移するヒステリシ
スを持つ。反射光はその逆のヒステリシス特性を示す。
オン状態とオフ状態の強度比はPin＝0.24mWにおいて透
過光で9:1、反射光で4:1程度である。従来は透過光で例
えば2.5:1であった。光の制御機構にファブリ・ペロ共
振型変調器を用いているため大きなオンオフ比が得られ
る。また消光比も3dB向上した。また、オフ状態からオ
ン状態に遷移するのに必要な光パワーは同じ大きさの負
荷抵抗を持つミラー等の実験例では0.67mWであったか
ら、約1/3である。
共振器は、電場が０の時に1.45eVの光に共鳴する。実線
は透過光、破線は反射光である。入力光の強度Pinが0.2
4mWのとき透過光がオフ状態からオン状態に遷移し、0.1
5mWのときオン状態からオフ状態に遷移するヒステリシ
スを持つ。反射光はその逆のヒステリシス特性を示す。
オン状態とオフ状態の強度比はPin＝0.24mWにおいて透
過光で9:1、反射光で4:1程度である。従来は透過光で例
えば2.5:1であった。光の制御機構にファブリ・ペロ共
振型変調器を用いているため大きなオンオフ比が得られ
る。また消光比も3dB向上した。また、オフ状態からオ
ン状態に遷移するのに必要な光パワーは同じ大きさの負
荷抵抗を持つミラー等の実験例では0.67mWであったか
ら、約1/3である。
（発明の効果） 本発明の効果を要約するとオン状態での損失が小さく、
オンオフ比を大きくできる面型光双安定装置が得られる
ことである。
オンオフ比を大きくできる面型光双安定装置が得られる
ことである。
第１図は本発明の１実施例を示す構成図である。図中、
11は基板、12はコンタクト層、13はバッファ層、14は多
重量子井戸層、15はバッファ層、16はコンタクト層、1
7,18は反射鏡、19はｎ側電極、20はｐ側電極である。14
1はウェル層、142はバリア層である。また、21は抵抗、
22は電源である。 第２図は本実施例の入出力特性を示す図である。横軸は
入力光の強度、縦軸は出力光の強度である。実線は透過
光、破線は反射光である。 第３図は従来の技術の一例を示す構造図である。31は量
子井戸層、32,33はクラッド層である。
11は基板、12はコンタクト層、13はバッファ層、14は多
重量子井戸層、15はバッファ層、16はコンタクト層、1
7,18は反射鏡、19はｎ側電極、20はｐ側電極である。14
1はウェル層、142はバリア層である。また、21は抵抗、
22は電源である。 第２図は本実施例の入出力特性を示す図である。横軸は
入力光の強度、縦軸は出力光の強度である。実線は透過
光、破線は反射光である。 第３図は従来の技術の一例を示す構造図である。31は量
子井戸層、32,33はクラッド層である。
Claims (1)
- 【請求項１】２つの互いに平行な反射鏡からなるファブ
リペロ共振器の内部に第一の導電型の第一の半導体層
と、真性半導体の多重量子井戸構造からなる能動層と、
第二の導電型の第二の半導体層とからなる半導体多層構
造を有し、前記半導体多層構造を挟む電極が抵抗を介し
て電圧源に接続され、前記半導体多層構造に電圧が印加
されていない状態でのファブリペロ共振器の共鳴エネル
ギーが無電界時の前記多重量子井戸構造の励起子エネル
ギーよりも低エネルギー側にあり、信号光に前記の状態
でのファブリペロ共振器の共鳴エネルギーの光を用いる
ことを特徴とする光双安定半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62229717A JPH0797691B2 (ja) | 1987-09-16 | 1987-09-16 | 光双安定半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62229717A JPH0797691B2 (ja) | 1987-09-16 | 1987-09-16 | 光双安定半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6473786A JPS6473786A (en) | 1989-03-20 |
| JPH0797691B2 true JPH0797691B2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=16896599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62229717A Expired - Lifetime JPH0797691B2 (ja) | 1987-09-16 | 1987-09-16 | 光双安定半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0797691B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH067623B2 (ja) * | 1984-11-09 | 1994-01-26 | 日本電気株式会社 | 光双安定集積素子 |
| JPS6257274A (ja) * | 1985-09-06 | 1987-03-12 | Nec Corp | 面発光半導体レ−ザ |
| JPH0711656B2 (ja) * | 1986-02-17 | 1995-02-08 | 日本電気株式会社 | 光双安定素子 |
-
1987
- 1987-09-16 JP JP62229717A patent/JPH0797691B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6473786A (en) | 1989-03-20 |
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