JPS5825286A - 光励起発光素子 - Google Patents
光励起発光素子Info
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- JPS5825286A JPS5825286A JP57121967A JP12196782A JPS5825286A JP S5825286 A JPS5825286 A JP S5825286A JP 57121967 A JP57121967 A JP 57121967A JP 12196782 A JP12196782 A JP 12196782A JP S5825286 A JPS5825286 A JP S5825286A
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- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/29—Repeaters
- H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
- H04B10/2912—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form characterised by the medium used for amplification or processing
- H04B10/2914—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form characterised by the medium used for amplification or processing using lumped semiconductor optical amplifiers [SOA]
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4202—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details for coupling an active element with fibres without intermediate optical elements, e.g. fibres with plane ends, fibres with shaped ends, bundles
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B6/4295—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with semiconductor devices activated by light through the light guide, e.g. thyristors, phototransistors
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- H—ELECTRICITY
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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
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
- H01S5/0608—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by light, e.g. optical switch
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- H04B10/29—Repeaters
- H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
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- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F55/00—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto
- H10F55/10—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto wherein the radiation-sensitive semiconductor devices control the electric light source, e.g. image converters, image amplifiers or image storage devices
- H10F55/15—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto wherein the radiation-sensitive semiconductor devices control the electric light source, e.g. image converters, image amplifiers or image storage devices wherein the radiation-sensitive devices and the electric light source are all semiconductor devices
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-
- H—ELECTRICITY
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- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
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- H10H29/10—Integrated devices comprising at least one light-emitting semiconductor component covered by group H10H20/00
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- Optical Communication System (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (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】
本発明は光励起発光素子に関するものである。
電気およびマイクロ波を用いた通信方式がよく知られて
いる。近年通信システムの一部（二元ファイバ導波路を
用いて情報を伝達することが提案され、帯域幅が広いこ
と、電磁的干渉を実質的に受けないこと、および低価格
であることなどの利点を有することが示された。かかる
システムにおいては発光ダイオードにより電気的情報を
光信号ζ二変換し、光ファイバにより光情報を目的地（
二伝達する。目的地において光検知器により光信号を受
光し電気信号に変換する。
いる。近年通信システムの一部（二元ファイバ導波路を
用いて情報を伝達することが提案され、帯域幅が広いこ
と、電磁的干渉を実質的に受けないこと、および低価格
であることなどの利点を有することが示された。かかる
システムにおいては発光ダイオードにより電気的情報を
光信号ζ二変換し、光ファイバにより光情報を目的地（
二伝達する。目的地において光検知器により光信号を受
光し電気信号に変換する。
よす複雑なシステムにおいては光検知器からの電気信号
は更（二電子装置によって増幅され１．別の発光ダイオ
ード、光ファイバに伝達される。それ放光通信可能な距
離が増加する。
は更（二電子装置によって増幅され１．別の発光ダイオ
ード、光ファイバに伝達される。それ放光通信可能な距
離が増加する。
光検知器、電子増幅器および発光ダイオードにより光中
継器が形成される。
継器が形成される。
通信あるいはディジタル論理情報を短いパルスの形で各
光フアイバ内に伝達されるようシステムを構成すると、
そのパルスの強度が途中で減少し増幅を必要とするだけ
でなく。
光フアイバ内に伝達されるようシステムを構成すると、
そのパルスの強度が途中で減少し増幅を必要とするだけ
でなく。
そのパルス幅が広がることも不利な点となる。
上記事実は光信号に異なる速度で伝搬する成分が存在す
ることから生ずる光分散として知られる現象に起因する
。この観測可能なパルスの広がりは光中継器の光検知器
と発光ダイオードとの間に電子装置として電子パルス再
生器を付与することによって、光中継器で除去される。
ることから生ずる光分散として知られる現象に起因する
。この観測可能なパルスの広がりは光中継器の光検知器
と発光ダイオードとの間に電子装置として電子パルス再
生器を付与することによって、光中継器で除去される。
残念ながらかかる従来法による中継器、再生暮な用いる
光通信システムはかなり高価であり、従って多くの応用
例では同軸ケーブルおよび他の電気的通信システムと経
済的（：競合することは困難である。
光通信システムはかなり高価であり、従って多くの応用
例では同軸ケーブルおよび他の電気的通信システムと経
済的（：競合することは困難である。
上記問題は、少“なくとも１個のｐ −ｎ接合と９発光
をｐ−ｎ接合の一部分のみの領域（：閉じ込めるための
電位を印加する電極とを有する光励起発光素子における
本発明によって解決される。本発明の実施例（二よる素
子は更に。
をｐ−ｎ接合の一部分のみの領域（：閉じ込めるための
電位を印加する電極とを有する光励起発光素子における
本発明によって解決される。本発明の実施例（二よる素
子は更に。
接合の該部分の実質的に外側（二ある点において励起光
をｐ−ｎ接合に結合させるための方向性光学装置から成
り、その光学装置は、該領域からの発光の非常に微少部
分しがその光学装置に結合されないような方向に配置さ
れる。
をｐ−ｎ接合に結合させるための方向性光学装置から成
り、その光学装置は、該領域からの発光の非常に微少部
分しがその光学装置に結合されないような方向に配置さ
れる。
本発明の実施例に基づき構成される装置によれば従来法
で使用される電子パルス再生回路なしに微小入力パルス
を再生することが可能である。
で使用される電子パルス再生回路なしに微小入力パルス
を再生することが可能である。
本発明においては単一のｐ −ｎ接合が逆バイアスされ
、かつ赤外、可視あるいは紫外領域の光を照射されたと
き電流を発生する。またｐ −ｎ接合が順シ（イアス状
態になると上記領域の光を放出する。更に、素子の発光
領域を閉じ込めることができる電極構造をｐ−ｎ接合素
子が有している場合、逆バイアス時のｐ −ｎ接合の光
に感する領域は順バイアス時の素子の発光領域に含まれ
る接合領域に比して十分大きい。本発明は上記原理を利
用しており、逆バイアスされた接合上で発光領域の実質
的≦二外側にある部分に照射される光によって素子はト
リガすなわち励起されその接合の微小発光領域から光が
放出される。励起光を発光領域の実質的に外側の接合部
に結合させるための手段は入射光に対して方向性を有し
、それ散発光領域から増幅あるいは再生された光の内逆
行してその結合手段（二再び結合される部分は非常（二
微少である。実施例においてはこの結合手段は軸を接合
に直交して取り付けた光ファイバであることが望ましい
・以上のように本発明は光学的（ニ一方向性を示すもの
であり、かかる素子を複数個光通信システム（二使用し
ようとする場合１重要な利点となる。
、かつ赤外、可視あるいは紫外領域の光を照射されたと
き電流を発生する。またｐ −ｎ接合が順シ（イアス状
態になると上記領域の光を放出する。更に、素子の発光
領域を閉じ込めることができる電極構造をｐ−ｎ接合素
子が有している場合、逆バイアス時のｐ −ｎ接合の光
に感する領域は順バイアス時の素子の発光領域に含まれ
る接合領域に比して十分大きい。本発明は上記原理を利
用しており、逆バイアスされた接合上で発光領域の実質
的≦二外側にある部分に照射される光によって素子はト
リガすなわち励起されその接合の微小発光領域から光が
放出される。励起光を発光領域の実質的に外側の接合部
に結合させるための手段は入射光に対して方向性を有し
、それ散発光領域から増幅あるいは再生された光の内逆
行してその結合手段（二再び結合される部分は非常（二
微少である。実施例においてはこの結合手段は軸を接合
に直交して取り付けた光ファイバであることが望ましい
・以上のように本発明は光学的（ニ一方向性を示すもの
であり、かかる素子を複数個光通信システム（二使用し
ようとする場合１重要な利点となる。
本発明によれば安価な電気的制御あるいはりセラ・ト回
路を接続して素子の動作中電気的バイアスを光増幅ある
いは再生に適した方法で適切に制御することが有利な点
となる。第２の光ファイバなど付加的結合手段が微小部
部（二閉じ込められた発光領域に接続される。
路を接続して素子の動作中電気的バイアスを光増幅ある
いは再生に適した方法で適切に制御することが有利な点
となる。第２の光ファイバなど付加的結合手段が微小部
部（二閉じ込められた発光領域に接続される。
第１図において一方向性光スィッチとして動作する光励
起発光素子１は電極２に接地された金属ヒートシンク１
０に対して負電圧ＶＤが印加される。素子１はインジウ
ムガリウムヒ素燐（ＩｎＧａＡＳＰ）中の光に感する中
間ｐ−ｎ接合２２を有するｐ−ｎ−ｐ−ｎ型発光ダイオ
ードである。第１図において光線１６で示される励起光
のエネルギーは入力光ファイバ１４のコア１８中を伝搬
される。ファイバ１４はインジウム燐（ＩｎＰ）基板３
のくぼみ１３にエポキシ樹脂２６で固定される。ファイ
バ１４の端面２０がＩｎＰ基板６．インジウム燐バッフ
ァ層４およびｐ型Ｉ ｎ ＧａＡｓ Ｐ層を通して光線
１６を接合面の発光領域１１Ａの外側にある接合２２の
非発光領域２５に結合させるような位置（ニファイバ１
４は固定される。入射光１６の波長はＩｎＧａ入ｓＰの
禁制帯幅に対する波長以下かあるいは等しくされ（そし
てそれ故エネルギーはそれ以上かあるいは等しい）、そ
の結果スイッチ１をトリガして導通させるに十分なホト
キャリアが発生される。以上のようにｐ −ｎ −ｐ−
ｎ型素子１の光励起光スイッチングは最終発光帯から横
方向に離れた位置にキャリアを注入することによって生
ずる。
起発光素子１は電極２に接地された金属ヒートシンク１
０に対して負電圧ＶＤが印加される。素子１はインジウ
ムガリウムヒ素燐（ＩｎＧａＡＳＰ）中の光に感する中
間ｐ−ｎ接合２２を有するｐ−ｎ−ｐ−ｎ型発光ダイオ
ードである。第１図において光線１６で示される励起光
のエネルギーは入力光ファイバ１４のコア１８中を伝搬
される。ファイバ１４はインジウム燐（ＩｎＰ）基板３
のくぼみ１３にエポキシ樹脂２６で固定される。ファイ
バ１４の端面２０がＩｎＰ基板６．インジウム燐バッフ
ァ層４およびｐ型Ｉ ｎ ＧａＡｓ Ｐ層を通して光線
１６を接合面の発光領域１１Ａの外側にある接合２２の
非発光領域２５に結合させるような位置（ニファイバ１
４は固定される。入射光１６の波長はＩｎＧａ入ｓＰの
禁制帯幅に対する波長以下かあるいは等しくされ（そし
てそれ故エネルギーはそれ以上かあるいは等しい）、そ
の結果スイッチ１をトリガして導通させるに十分なホト
キャリアが発生される。以上のようにｐ −ｎ −ｐ−
ｎ型素子１の光励起光スイッチングは最終発光帯から横
方向に離れた位置にキャリアを注入することによって生
ずる。
素子１がトリガされると、 ｐ−ｎ接合２２は逆バイア
スの高インピーダンス状態から順バイアスの低インピー
ダンス状態に変化する。
スの高インピーダンス状態から順バイアスの低インピー
ダンス状態に変化する。
そして半導体層７．６．５．４．３を通して点状接触部
１２から電極２（二流入する電流が実質的に増加する。
１２から電極２（二流入する電流が実質的に増加する。
半導体内およびシリカ（ＳｉＯ２）絶縁層８で囲まれる
適切には５０ミクロンである微小幅Ｗの接触部１２にお
けるオーム性電圧降下のため発光はＮ＋およびｐ４ｆ！
！インジウム燐層４，７間にあるＩｎＧａＡｓＰ層５，
６の比較的微小領域１１のみに閉じ込められる。更に１
発光領域１１はｐ−ｎ接合２２の直径５０ミクロンの微
小部分あるいは領域１１Ａのみに限られる。
適切には５０ミクロンである微小幅Ｗの接触部１２にお
けるオーム性電圧降下のため発光はＮ＋およびｐ４ｆ！
！インジウム燐層４，７間にあるＩｎＧａＡｓＰ層５，
６の比較的微小領域１１のみに閉じ込められる。更に１
発光領域１１はｐ−ｎ接合２２の直径５０ミクロンの微
小部分あるいは領域１１Ａのみに限られる。
素子１に供給される電気的エネルギーは領域１１からＩ
ｎＰバッファ層４およびＩｎＰ基板３を通り、更（二出
力ファイバ１５の端面２１を通してその導波コア１９に
入射する第１図の光線１７で示される光エネルギーに変
換される。そのとき発光領域１１はファイバ１４の受光
用開口の実質的に外側にあるため１発光領域１１からフ
ァイバ１４に逆行する光量はほとんど無視できる。一方
ファイバ１５には領域１１からの発光の実質的部分が伝
搬され、光線１６が増幅されて光線１７シニなり。
ｎＰバッファ層４およびＩｎＰ基板３を通り、更（二出
力ファイバ１５の端面２１を通してその導波コア１９に
入射する第１図の光線１７で示される光エネルギーに変
換される。そのとき発光領域１１はファイバ１４の受光
用開口の実質的に外側にあるため１発光領域１１からフ
ァイバ１４に逆行する光量はほとんど無視できる。一方
ファイバ１５には領域１１からの発光の実質的部分が伝
搬され、光線１６が増幅されて光線１７シニなり。
逆過程が生じないという点で素子１は実質的に一方向性
となる。ファイバ１４．１５の軸は接合面２２に直交し
ており、くぼみ１３に同時にエポキシ樹脂２３で固定さ
れ、素子１のヒートシンクはその反対側Ｃニインジウム
（Ｉｎ）はんだ層９を通して容易に形成される。
となる。ファイバ１４．１５の軸は接合面２２に直交し
ており、くぼみ１３に同時にエポキシ樹脂２３で固定さ
れ、素子１のヒートシンクはその反対側Ｃニインジウム
（Ｉｎ）はんだ層９を通して容易に形成される。
第２図に素子１の上面図を示す。上から見た発光領域１
１は接合２２の円型領域１１ＡＣ実質的に一致する。発
光領域１１Ａの外側（二ある接合２２の光に感する領域
２５に光線１６を結合させるため光ファイバ１４のかわ
りにレンズなど別種の適切な手段を用いてもよい。逆バ
イアス状態にある発光領域１１Ａが光に感するのは当然
のことであるが、結合する光は一方向性動作に有効では
ないため。
１は接合２２の円型領域１１ＡＣ実質的に一致する。発
光領域１１Ａの外側（二ある接合２２の光に感する領域
２５に光線１６を結合させるため光ファイバ１４のかわ
りにレンズなど別種の適切な手段を用いてもよい。逆バ
イアス状態にある発光領域１１Ａが光に感するのは当然
のことであるが、結合する光は一方向性動作に有効では
ないため。
発光領域１１Ａの実質的に外側（＝ある領域２５内の接
合２２（二結合させる手段が必要となる。
合２２（二結合させる手段が必要となる。
第１図に示す各層の作成の詳細に関して以下に記載する
。連続的溶液槽を有する横型スライドグラファイトボー
ト方式により通常の液相エピタキシャル法（ＬＰＥ法）
で素子１は作成される。ＩｎＧａＡｓＰ発光ダイオード
作成（＝使用されるＬＰＥ法の詳細はＡ、Ｇ、デンタイ
（Ｄｅｎｔａｉ） 、 Ｔ、 Ｐ、リー（Ｌｅｅ） 、
Ｃ０Ａ、プラス（Ｂｕｒｒｕｓ） 著「１．２か
ら１，６ミクロン帯の微小面積高発光強度Ｃ０Ｗ、 Ｉ
ｎＧａＡｓＰ ＬＥＤ Ｊエレクトロニック・レター、
第１６巻第１６号第４８４〜４８５頁１９７７年８月４
日に記載されている。第１図の素子には長円形いいかえ
れば楕円あるいは卵形のくぼみ１５内Ｃ二出力フアイバ
１５のみでなくオフセット入力ファイバ１４が取り付け
られて・おり、その結果同一素子で検知器、ＬＥＤ両方
の機能を有するという点で上記文献に記載された発光ダ
イオードを改善した形になっている。更に、第１゜４、
５．６図（＝示した本発明の実施例ではＩｎＧａＡｓＰ
中にｐ−ｎホモ接合が作成されており。
。連続的溶液槽を有する横型スライドグラファイトボー
ト方式により通常の液相エピタキシャル法（ＬＰＥ法）
で素子１は作成される。ＩｎＧａＡｓＰ発光ダイオード
作成（＝使用されるＬＰＥ法の詳細はＡ、Ｇ、デンタイ
（Ｄｅｎｔａｉ） 、 Ｔ、 Ｐ、リー（Ｌｅｅ） 、
Ｃ０Ａ、プラス（Ｂｕｒｒｕｓ） 著「１．２か
ら１，６ミクロン帯の微小面積高発光強度Ｃ０Ｗ、 Ｉ
ｎＧａＡｓＰ ＬＥＤ Ｊエレクトロニック・レター、
第１６巻第１６号第４８４〜４８５頁１９７７年８月４
日に記載されている。第１図の素子には長円形いいかえ
れば楕円あるいは卵形のくぼみ１５内Ｃ二出力フアイバ
１５のみでなくオフセット入力ファイバ１４が取り付け
られて・おり、その結果同一素子で検知器、ＬＥＤ両方
の機能を有するという点で上記文献に記載された発光ダ
イオードを改善した形になっている。更に、第１゜４、
５．６図（＝示した本発明の実施例ではＩｎＧａＡｓＰ
中にｐ−ｎホモ接合が作成されており。
素子全体でｐ−ｎ−ｐ−ｎ型スイッチ構造となっている
。
。
素子の説明図において、（１１１）ＩｎＰ基板６はスズ
（Ｓｎ） でキャリア濃度約３Ｘ１０”の高濃度（ニ
ドープされたＮ生型である。ＩｎＰバッファ層の厚さは
２．８ミクロンが適切であり。
（Ｓｎ） でキャリア濃度約３Ｘ１０”の高濃度（ニ
ドープされたＮ生型である。ＩｎＰバッファ層の厚さは
２．８ミクロンが適切であり。
スズ（Ｓｎ）でキャリア濃度約ｌＸ１０’♂にドープさ
れたＮ生型である。ＩｎＧａＡｓＰ層５゜６の厚さは全
体で１．３ミクロンであり、９層５は亜鉛でキャリア濃
度約２Ｘ１０”にドープされている。高品質液相エピタ
キシャルＩｎｋ）ａＡｓＰ層は内径５１ミリメートルの
反応管を用い、底面の寸法６．９ｍｍ×１１．２１ｍ５
深さｉ Ｑ、 ２ ｍｍである多槽グラスファイトボ
ート法で作成される。波長１．２ミクロンに対する禁制
帯幅を得るだめの成長温度は６３５°Ｃ１冷却速度は０
．４°Ｑ／ｍｉｎ である。ＩｎＧａＡｓＰ溶液中の液
相組成はインジウムｉ、 ｏ ｏ ｏミリグラム。
れたＮ生型である。ＩｎＧａＡｓＰ層５゜６の厚さは全
体で１．３ミクロンであり、９層５は亜鉛でキャリア濃
度約２Ｘ１０”にドープされている。高品質液相エピタ
キシャルＩｎｋ）ａＡｓＰ層は内径５１ミリメートルの
反応管を用い、底面の寸法６．９ｍｍ×１１．２１ｍ５
深さｉ Ｑ、 ２ ｍｍである多槽グラスファイトボ
ート法で作成される。波長１．２ミクロンに対する禁制
帯幅を得るだめの成長温度は６３５°Ｃ１冷却速度は０
．４°Ｑ／ｍｉｎ である。ＩｎＧａＡｓＰ溶液中の液
相組成はインジウムｉ、 ｏ ｏ ｏミリグラム。
インジウム燐素（ＩｎＡｓ） ６０．３０ ミリグラ
ム。
ム。
ガリウムヒ素（ＧａＡｓ） １２．６１ ミリグラム、
インジウム燐（工ｎＰ） ９．７ミリグラムである。ｐ
型Ｉ ｎＧａＡｓ Ｐ溶液に０．０００１（１０−’）
原子パーセントの亜鉛（Ｚｎ）をドーパントとして入れ
るためには上記組成に亜鉛を０．０００５ （５Ｘ１０
−’ ）ミリグラムが添加される。溶液中での亜鉛の蒸
気圧が高いため、亜鉛を含む槽は昇華による亜鉛の蒸発
を防ぐため密閉されることが望ましい。ｎ型ドーパント
を溶液中で１．０原子パーセントとするためスズ（ｓｎ
）１０ミリグラムがｎ型ＩｎＧａＡｓＰ溶液に添加され
る。その結果得られるスズのドープされたｎ層乙のキャ
リア濃度は約Ｉ Ｘ １０１’であり、 ＩｎＧａＡ
ｓＰ層５，６間ζ二ｐ−ｎホモ接合２２が形成される。
インジウム燐（工ｎＰ） ９．７ミリグラムである。ｐ
型Ｉ ｎＧａＡｓ Ｐ溶液に０．０００１（１０−’）
原子パーセントの亜鉛（Ｚｎ）をドーパントとして入れ
るためには上記組成に亜鉛を０．０００５ （５Ｘ１０
−’ ）ミリグラムが添加される。溶液中での亜鉛の蒸
気圧が高いため、亜鉛を含む槽は昇華による亜鉛の蒸発
を防ぐため密閉されることが望ましい。ｎ型ドーパント
を溶液中で１．０原子パーセントとするためスズ（ｓｎ
）１０ミリグラムがｎ型ＩｎＧａＡｓＰ溶液に添加され
る。その結果得られるスズのドープされたｎ層乙のキャ
リア濃度は約Ｉ Ｘ １０１’であり、 ＩｎＧａＡ
ｓＰ層５，６間ζ二ｐ−ｎホモ接合２２が形成される。
ＩｎＧａＡｓＰ中のホモ接合の位置は臨界的ではないが
、利得、電気的な漏洩、高パンチスルー電圧および出力
光の吸収率など互いに競合する点の最適化を行うため（
二は９層５の厚さ１ミクロン、ｎ層乙の厚さ０．２ミク
ロンとすることが望ましいことが計算で示される。最適
の状態では素子１は特性曲線の“膝″（ｋｎｅｅ）にお
けるスイッチング閾値付近で動作させる必要はなく、従
って商業的Ｃ二実用化されている装置におけるような非
常（二精密なバイアス制机回路に対する必要性は減少す
る。ＩｎＰ層７の厚さは６．６ミクロンであり、適切な
キャリア濃度は２ Ｘ １０”のＰ生型で亜鉛でドープ
される。シリカ層８はＩｎＰ層７上に形成され。
、利得、電気的な漏洩、高パンチスルー電圧および出力
光の吸収率など互いに競合する点の最適化を行うため（
二は９層５の厚さ１ミクロン、ｎ層乙の厚さ０．２ミク
ロンとすることが望ましいことが計算で示される。最適
の状態では素子１は特性曲線の“膝″（ｋｎｅｅ）にお
けるスイッチング閾値付近で動作させる必要はなく、従
って商業的Ｃ二実用化されている装置におけるような非
常（二精密なバイアス制机回路に対する必要性は減少す
る。ＩｎＰ層７の厚さは６．６ミクロンであり、適切な
キャリア濃度は２ Ｘ １０”のＰ生型で亜鉛でドープ
される。シリカ層８はＩｎＰ層７上に形成され。
シリカ層８を通して通常の方法で微小点接触部１２が作
ｉされる。接触部１２はインジウムはんだ９Ｃユよって
接地されたヒートシンク１０と接続される。
ｉされる。接触部１２はインジウムはんだ９Ｃユよって
接地されたヒートシンク１０と接続される。
本発明の実施例（二おいてファイバ１４．１５は正方形
カバーガラス（図示されて啄）なシ））の小片に平行に
接着され、エポキシ樹脂で固定する工程での両者の平行
性が維持される。
カバーガラス（図示されて啄）なシ））の小片に平行に
接着され、エポキシ樹脂で固定する工程での両者の平行
性が維持される。
光学的精度の端面２０，２１を得るためファイバを襞間
する。このファイバは外径６０ミクロンで開口数０．６
の５０ミクロン径コアを有する。ファイバを取り付けた
ガラスは顕微鏡下のｘｙｚ微動台に置かれる。領域１１
からファイバ１５への出力はファイバ１５の他端にある
外部検知器で測定され最大とされる。領域１１Ａ直径が
約５０ミクロンであるため。
する。このファイバは外径６０ミクロンで開口数０．６
の５０ミクロン径コアを有する。ファイバを取り付けた
ガラスは顕微鏡下のｘｙｚ微動台に置かれる。領域１１
からファイバ１５への出力はファイバ１５の他端にある
外部検知器で測定され最大とされる。領域１１Ａ直径が
約５０ミクロンであるため。
発光領域から他方のファイバ１４への光の透過はほとん
どない。２本のファイバ１４．１５はくぼみ１３（ニエ
ポキシ樹脂２３で適切に固定され１作成工程は終了する
。
どない。２本のファイバ１４．１５はくぼみ１３（ニエ
ポキシ樹脂２３で適切に固定され１作成工程は終了する
。
第１，２図のｐ −ｎ −ｐ ”ｎ型半導体素子１に関
する２本の特性曲線３１．５２が第３図に示される。縦
軸よりは素子中を流れる電流値な表わし、横軸ＶＤは第
１図の電極２とヒートシンク１０間の電圧を表わす。曲
線６１は接合２２に光照射を行わない状態でのＳ型電圧
電流素子特性曲線である。点６６で示さバる負電圧■を
有する電池および負荷直線３３の傾きの逆数で表わされ
る抵抗からなる外部回路が点３４で特性曲線３１と交差
していることが知れる。このことは回路が高水準素子電
圧ＶＤ、低水準素子電流ＩＤにおいて許容動作点３４を
有することを意味している。
する２本の特性曲線３１．５２が第３図に示される。縦
軸よりは素子中を流れる電流値な表わし、横軸ＶＤは第
１図の電極２とヒートシンク１０間の電圧を表わす。曲
線６１は接合２２に光照射を行わない状態でのＳ型電圧
電流素子特性曲線である。点６６で示さバる負電圧■を
有する電池および負荷直線３３の傾きの逆数で表わされ
る抵抗からなる外部回路が点３４で特性曲線３１と交差
していることが知れる。このことは回路が高水準素子電
圧ＶＤ、低水準素子電流ＩＤにおいて許容動作点３４を
有することを意味している。
第１図における励起パルス光１６が接合２２に入射する
と、素子の特性曲線は特性曲線３２で示される位置に移
動する。負荷直線６６と特性曲線３２の交差点は交差点
３５のみである。この交差点は低素子電圧ＶＤ ｙ
高素子電流ＩＤにおける許容回路動作点を表わす。
と、素子の特性曲線は特性曲線３２で示される位置に移
動する。負荷直線６６と特性曲線３２の交差点は交差点
３５のみである。この交差点は低素子電圧ＶＤ ｙ
高素子電流ＩＤにおける許容回路動作点を表わす。
それ故素子電圧は点３４での値から電圧△■だけ降下し
点３５に対応する素子電圧となる。
点３５に対応する素子電圧となる。
また電流ＩＤの急激な増加（二よって接合２２が発光す
るだけでなく素子が導通状態となり光を切ったのちも素
子は点３５≦二とどまる。
るだけでなく素子が導通状態となり光を切ったのちも素
子は点３５≦二とどまる。
電圧３６が−２，７ボルト、回路抵抗Ｒが１４オームの
場合、デモンストレーションダイオードでは ａ）高電
圧（２，７Ｖ ）低電流（０，５ｍＡ）でほとんど光出
力のない（０，０１ｍＷ以下）状態、および ｂ）低電
圧（１，３Ｖ ）高電流（１００ｍＡ）でかなりの光出
力（１ｍＷ ）を伴う状態を示した。６マイクロワツト
の光入力信号１６で１００マイクロワツトの光信号を出
力ファイバ１５に＝結合させることが可能で（利得とし
ては１５ｂＢ）、そのとき外部電気回路には１．４ボル
トの信号△■が生ずる。
場合、デモンストレーションダイオードでは ａ）高電
圧（２，７Ｖ ）低電流（０，５ｍＡ）でほとんど光出
力のない（０，０１ｍＷ以下）状態、および ｂ）低電
圧（１，３Ｖ ）高電流（１００ｍＡ）でかなりの光出
力（１ｍＷ ）を伴う状態を示した。６マイクロワツト
の光入力信号１６で１００マイクロワツトの光信号を出
力ファイバ１５に＝結合させることが可能で（利得とし
ては１５ｂＢ）、そのとき外部電気回路には１．４ボル
トの信号△■が生ずる。
以上より第６図のＳ型特性曲線を有する第１図の素子１
が実質的に光に対して一方向特性を有する光励起発光増
幅素子として動作可能なことは明らかである。より複雑
な電気的制御回路が本発明の素子に対して使用される場
合は、負荷直線３３のかわりに第６図の特性曲線上にお
ける許容動作点のより複雑な移動を示す回路解析を行う
必要がある。
が実質的に光に対して一方向特性を有する光励起発光増
幅素子として動作可能なことは明らかである。より複雑
な電気的制御回路が本発明の素子に対して使用される場
合は、負荷直線３３のかわりに第６図の特性曲線上にお
ける許容動作点のより複雑な移動を示す回路解析を行う
必要がある。
上記のより複雑な回路について議論するまえに１本発明
による素子の別の実施例を示す。
による素子の別の実施例を示す。
何重ば第１図においてはくぼみ１３内に余地があり、光
に感する領域２５に１本以上の光ファイバ１４を結合さ
せ、かつ接合２２の発光領域１１Ａに１本以上の光ファ
イバ１５を結合させることが可能である。また領域１１
からは多方向に発光しているため、１本あるいはそれ以
上の出力ファイバ端を例えば接合２２の面内でファイバ
１４の端面に垂直に置くことも可能である。この場合、
ＩｎＰ層４，７は有効領域１１Ｂ内の領域１１から
の発光を端面結合型光出力ファイバ（図示されていない
）まで有効に導く。
に感する領域２５に１本以上の光ファイバ１４を結合さ
せ、かつ接合２２の発光領域１１Ａに１本以上の光ファ
イバ１５を結合させることが可能である。また領域１１
からは多方向に発光しているため、１本あるいはそれ以
上の出力ファイバ端を例えば接合２２の面内でファイバ
１４の端面に垂直に置くことも可能である。この場合、
ＩｎＰ層４，７は有効領域１１Ｂ内の領域１１から
の発光を端面結合型光出力ファイバ（図示されていない
）まで有効に導く。
第４図は低接合容量、それ故より高速のスイッチング速
度を得るため第１図の素子なメサエッチングしたもので
ある。シリカ層４５作成後で点状接触部４６を形成する
まえに。
度を得るため第１図の素子なメサエッチングしたもので
ある。シリカ層４５作成後で点状接触部４６を形成する
まえに。
第４図接触部４６を形成しよ５とする領域の外側部分が
エツチングされオサ形が形成される。そのエッチされた
部分はその後絶縁ワニス４４で満される。素子４０の各
層の厚さは第１図の素子１の値と同一である。第１図の
ＩｎＰ層４およびＩｎＧａＡｓＰ層５，６が実質的にエ
ッチされメサ型ＩｎＧａＡｓＰ層４１．４２の微小領域
が形成され、それ故接合容量はかなり小さくなる。第１
図のＩｎＰ層７．シリカ層８もまた実質的シニエツチさ
れ第４図の層４３．，４５となる。点状接触部４６は通
常の方法で作成される。
エツチングされオサ形が形成される。そのエッチされた
部分はその後絶縁ワニス４４で満される。素子４０の各
層の厚さは第１図の素子１の値と同一である。第１図の
ＩｎＰ層４およびＩｎＧａＡｓＰ層５，６が実質的にエ
ッチされメサ型ＩｎＧａＡｓＰ層４１．４２の微小領域
が形成され、それ故接合容量はかなり小さくなる。第１
図のＩｎＰ層７．シリカ層８もまた実質的シニエツチさ
れ第４図の層４３．，４５となる。点状接触部４６は通
常の方法で作成される。
第５図Ｃ二電極２ｓＩｎＰ基板３．および２．８ミクロ
ン厚さのＩｎＰバッファ層４を有する本発明の別種の低
容量素子５０の断面を示す。
ン厚さのＩｎＰバッファ層４を有する本発明の別種の低
容量素子５０の断面を示す。
但し亜鉛でキャリア濃度２ｘ１０ｓｓにドープされたｐ
型ＩｎＧａＡｓＰ層はＬＰＥ法で２．７ミクロン厚さに
作成される。次に窒化シリコン（Ｓｉ、Ｎ３）あるいは
シリカ（Ｓｉｎ２） マスクを用いて図示するような
両光ファイバを含む幅を有する領域が該層５１に形成さ
れる。ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層５２を形成するためドーパ
ントとしてイオウが使用され、まず原料であるアルミニ
ウムサルファイド（Ａ１２Ｓ３）を蒸着し５００℃〜１
０００℃の温度範囲で少な（とも１時間拡散を行う。そ
の結果ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層５２と９層５１の界面５８
Ｃおけるキャリア濃度約Ｉ Ｘ １０”となり、拡散深
さは１．７ミクロンとなる。Ｒ２Ｏ，フリーザ（Ｆｒｉ
ｅｓｅｒ）著［ガリウムヒ素への第■族化合物からのド
ナー拡脱ジャーナル オブ エレクトロケミカル ソサ
エティ第１１２巻、第７号第６９７頁１９６５年と比較
することが望まれる。次に上記のように作成されたＩｎ
ＧａＡｓＰ層５２上ζ二層化２上ζ二窒化シリコンカマ
スクを用いて更檻＝微小領域が形成され、原料として燐
化亜鉛（Ｚｎ３Ｐ２）を用いＰ生型工ｎＧａＡＳＰ層５
３を形成するため５００°Ｃで３０分乃至１時間亜鉛の
拡散が行われ、厚さ１．５ミクロン、キャリア濃度ｌＸ
１０”のＰ生型層が作成される。そ−の結果発光領域５
７Ａは層４から１ミクロン。
型ＩｎＧａＡｓＰ層はＬＰＥ法で２．７ミクロン厚さに
作成される。次に窒化シリコン（Ｓｉ、Ｎ３）あるいは
シリカ（Ｓｉｎ２） マスクを用いて図示するような
両光ファイバを含む幅を有する領域が該層５１に形成さ
れる。ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層５２を形成するためドーパ
ントとしてイオウが使用され、まず原料であるアルミニ
ウムサルファイド（Ａ１２Ｓ３）を蒸着し５００℃〜１
０００℃の温度範囲で少な（とも１時間拡散を行う。そ
の結果ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層５２と９層５１の界面５８
Ｃおけるキャリア濃度約Ｉ Ｘ １０”となり、拡散深
さは１．７ミクロンとなる。Ｒ２Ｏ，フリーザ（Ｆｒｉ
ｅｓｅｒ）著［ガリウムヒ素への第■族化合物からのド
ナー拡脱ジャーナル オブ エレクトロケミカル ソサ
エティ第１１２巻、第７号第６９７頁１９６５年と比較
することが望まれる。次に上記のように作成されたＩｎ
ＧａＡｓＰ層５２上ζ二層化２上ζ二窒化シリコンカマ
スクを用いて更檻＝微小領域が形成され、原料として燐
化亜鉛（Ｚｎ３Ｐ２）を用いＰ生型工ｎＧａＡＳＰ層５
３を形成するため５００°Ｃで３０分乃至１時間亜鉛の
拡散が行われ、厚さ１．５ミクロン、キャリア濃度ｌＸ
１０”のＰ生型層が作成される。そ−の結果発光領域５
７Ａは層４から１ミクロン。
層５３から０．２ミクロン離れた位置に生ずる。
続いて通常の方法でシリカ層５４が形成され。
点状接触部５６が作成さハる。
入力ファイバ１４への光１６によって接合５８が励起さ
れ、素子は高速スイッチングがなされ、領域５７から発
光する。高速スイッチングは素子の低容量に起因する。
れ、素子は高速スイッチングがなされ、領域５７から発
光する。高速スイッチングは素子の低容量に起因する。
本発明の実施例における光に対する一方向性機能により
、出力光１７は出力ファイバ１５と結合され、ファイバ
１４にはほとんど結合されない。
、出力光１７は出力ファイバ１５と結合され、ファイバ
１４にはほとんど結合されない。
第６図に第１図の素子とほとんど同じ構造の光励起発光
素子を示す。但しＩｎＧａＡｓＰ法を用いる場合、ファ
イバ７１．７２をエポキシ樹脂７５．７６で固定する場
所として１個ではなく２個のくぼみ７８．７９が用いら
れている点が異なっている。この構造では点状電極６８
から流れ出す電流はファイバ７２のいずれかの側面のみ
を通り、その結果Ｉ”Ｒで表わされるジュール熱が減少
し１発光接合領域７０Ａがより完全に規定され、そして
出力光７３の内入カフアイバフ１に逆行する部分がより
完全に除去される。上記のように入力光７３によって発
光領域７０を含むｐ−ｎ接合７７が励起され、続いて発
光領域７０から光７４が生じ、高結合効率で出力ファイ
バフ２のみに伝搬される。
素子を示す。但しＩｎＧａＡｓＰ法を用いる場合、ファ
イバ７１．７２をエポキシ樹脂７５．７６で固定する場
所として１個ではなく２個のくぼみ７８．７９が用いら
れている点が異なっている。この構造では点状電極６８
から流れ出す電流はファイバ７２のいずれかの側面のみ
を通り、その結果Ｉ”Ｒで表わされるジュール熱が減少
し１発光接合領域７０Ａがより完全に規定され、そして
出力光７３の内入カフアイバフ１に逆行する部分がより
完全に除去される。上記のように入力光７３によって発
光領域７０を含むｐ−ｎ接合７７が励起され、続いて発
光領域７０から光７４が生じ、高結合効率で出力ファイ
バフ２のみに伝搬される。
本発明は種々の物質系で実現されると考えられる。但し
、その物質系においである微小領域あるいは部分に渡っ
て発光する光励起可能な活性領域が存在することが必要
とされる。
、その物質系においである微小領域あるいは部分に渡っ
て発光する光励起可能な活性領域が存在することが必要
とされる。
本発明のこの原理は半導体ｐ−ｎ接合技術を含む種々の
材料技術を包含し゛ている。ｐ−ｎ接合作成に用いられ
る他の半導体材料のなかでも。
材料技術を包含し゛ている。ｐ−ｎ接合作成に用いられ
る他の半導体材料のなかでも。
ガリウムヒ素（ＧａＡｓ ）−アルミニウムガリウムヒ
素（ＡｆｆｌＧａＡｓ） 系がおそらく最も知られて
いる材料である。素子６０は以・下の記述に基づき上記
物質を用いて第１図の素子１と同じ厚さを有する素子と
して作成される。
素（ＡｆｆｌＧａＡｓ） 系がおそらく最も知られて
いる材料である。素子６０は以・下の記述に基づき上記
物質を用いて第１図の素子１と同じ厚さを有する素子と
して作成される。
Ｎ子基板６２はシリコン（Ｓｌ）でキャリア濃度１×１
０”９にドープされた（１００）結晶方向を有するＧａ
Ａｓ基板である。バッファ層６３はテルル（Ｔｅ）でキ
ャリア濃度Ｉ Ｘ １０１＠にドープされたＮ”ｆＪ
Ａ４．２． Ｇ、７． Ａｓである。、活性層６４はゲ
ルマニウム（Ｇｅ ）でキャリア濃度約ｌＸ１０”にド
ープされたｐ型ＧａＡＳである。
０”９にドープされた（１００）結晶方向を有するＧａ
Ａｓ基板である。バッファ層６３はテルル（Ｔｅ）でキ
ャリア濃度Ｉ Ｘ １０１＠にドープされたＮ”ｆＪ
Ａ４．２． Ｇ、７． Ａｓである。、活性層６４はゲ
ルマニウム（Ｇｅ ）でキャリア濃度約ｌＸ１０”にド
ープされたｐ型ＧａＡＳである。
活性層６５はテルル（Ｔｅ） でキャリア濃度２×１
０口にドープされたｎ型ＧａＡｓ である。
０口にドープされたｎ型ＧａＡｓ である。
層６６はゲルマニウム（Ｇｅ ）でキャリア濃度約２Ｘ
１０Ｉ＆にドープされたＰ＋ＷＡＡ！ 、２６ Ｇａ
、７５ Ａｓである。層６７は前の素子と同じくシリカ
であり１点状電極６８は通常の方法で形成される。イン
ジウムはんだ９で素子６０はヒートシンク１０に取り付
けられ、電極６１．ヒー。
１０Ｉ＆にドープされたＰ＋ＷＡＡ！ 、２６ Ｇａ
、７５ Ａｓである。層６７は前の素子と同じくシリカ
であり１点状電極６８は通常の方法で形成される。イン
ジウムはんだ９で素子６０はヒートシンク１０に取り付
けられ、電極６１．ヒー。
トシンク１０に対して接触がとられる。Ｉ−Ｖ層形成に
は標準的液相エピタキシャル法が用いられる。禁制帯幅
を下げるためアンチモン（ｓｂ ）あるいはインジウム
（Ｉｎ） を添加するなど材料を変化させることが別
の実施例では行われる。
は標準的液相エピタキシャル法が用いられる。禁制帯幅
を下げるためアンチモン（ｓｂ ）あるいはインジウム
（Ｉｎ） を添加するなど材料を変化させることが別
の実施例では行われる。
第７図は素子１及び素子１の電極２，１２に接続される
電気的リセット制御回路８１を含む本発明の光パルス再
生器の構成要素として第１図の素子およびそれと類似の
第４．５．６図の素子が組み込まれた状態を示している
。
電気的リセット制御回路８１を含む本発明の光パルス再
生器の構成要素として第１図の素子およびそれと類似の
第４．５．６図の素子が組み込まれた状態を示している
。
歪んだ微弱パルス９０が励起光１６としてファイバ１４
に入射する。素子１とリセット制御回路８１によって増
幅されたパルス幅の狭い再生パルス９７がファイバ１５
がら出力光として生ずる。リセット制御回路８１は抵抗
値Ｒを有する抵抗８３中に電流ＩＲを流す負電圧■の電
源８２を有する。この場合抵抗８３は容量Ｃの接地され
たコンデンサ８４およびインダクタンスＬのコイル８５
に接続されている。コイル８５はヒートシンク１ｏを通
して接地された素子１に直列に接続されている。
に入射する。素子１とリセット制御回路８１によって増
幅されたパルス幅の狭い再生パルス９７がファイバ１５
がら出力光として生ずる。リセット制御回路８１は抵抗
値Ｒを有する抵抗８３中に電流ＩＲを流す負電圧■の電
源８２を有する。この場合抵抗８３は容量Ｃの接地され
たコンデンサ８４およびインダクタンスＬのコイル８５
に接続されている。コイル８５はヒートシンク１ｏを通
して接地された素子１に直列に接続されている。
パルス９０印加前で素子１が高バイアス電圧ＶＤ、低電
流ＩＤの状態ではコンデンサＣは第８図のタイミング図
の素子電圧曲線において直線９２で示される比較的高電
圧に充電されている。直線９２に相当する電圧値は第３
図における動作点６４の値に等しい。パルス９０によっ
て素子１が励起され光パルス９７が発生し、同時に直線
部９３で示される急激な電圧降下△Ｖが生ずる。第７図
のＬＣ回路８４．８５は電流ループ８６および第８図の
電圧曲線部９４で示されるよう（：“回転（ｒｉｎｇ）
し始める。この回転により素子１にかかる電圧は電圧値
９２より６７以上低い値まで降下し、その結果素子は高
抵抗状態に復帰し同時に出力光パルス９７は停止する。
流ＩＤの状態ではコンデンサＣは第８図のタイミング図
の素子電圧曲線において直線９２で示される比較的高電
圧に充電されている。直線９２に相当する電圧値は第３
図における動作点６４の値に等しい。パルス９０によっ
て素子１が励起され光パルス９７が発生し、同時に直線
部９３で示される急激な電圧降下△Ｖが生ずる。第７図
のＬＣ回路８４．８５は電流ループ８６および第８図の
電圧曲線部９４で示されるよう（：“回転（ｒｉｎｇ）
し始める。この回転により素子１にかかる電圧は電圧値
９２より６７以上低い値まで降下し、その結果素子は高
抵抗状態に復帰し同時に出力光パルス９７は停止する。
以上のよう 励起光パルス９０によって電圧曲線部９４
を停止させるターンオフ条件９５で制限されるパルス幅
の発光が素子から生ずるよう素子１と制御回路８１は連
動する。曲線部９４≦二対する時間幅は ＴＰ−πＶ］買Ｆ（１） となる。最大電流ＩｍａＸ従って光出力はＩｍａｘ ”
ｏ−ｓΔｖ ６フ可（２）のようにＣとＬの比で決定
される。以上のように設計段階においてＣとＬの値はト
リガ後の素子電圧降下ΔＶ、所望の最大電流ＩｍａＸ
＃再生パルス幅Ｔｐから決定される。
を停止させるターンオフ条件９５で制限されるパルス幅
の発光が素子から生ずるよう素子１と制御回路８１は連
動する。曲線部９４≦二対する時間幅は ＴＰ−πＶ］買Ｆ（１） となる。最大電流ＩｍａＸ従って光出力はＩｍａｘ ”
ｏ−ｓΔｖ ６フ可（２）のようにＣとＬの比で決定
される。以上のように設計段階においてＣとＬの値はト
リガ後の素子電圧降下ΔＶ、所望の最大電流ＩｍａＸ
＃再生パルス幅Ｔｐから決定される。
外部回路の抵抗Ｒが十分大きい値ならば。
高電流パルス発生後ダイオード（そしてコンデンサＣ）
を二かかる電圧はバイアス電圧９２より６７以上降下
すること４二なる。（曲線部９４の最後の部分参照。）
そのあとコンデンサＣは時定数的ＲＣでもって抵抗Ｒを
通してバイアス電圧９２まで充電される。素子１はＣ（
＝かかる電圧が再びバイアス電圧９２（二はぼ等しくな
ってはじめて光入力に感するようＣ二なる。このため第
８図（二足すように例えば５００μｓの光入力パルスに
よって１個の６０μｓの出カバ”ルスのみがトリガされ
る。５００μｓの光入力パルスの最後の部分ではダイオ
ードにかかる電圧はまだ閾値より数百ミリボルト低い状
態にある。
を二かかる電圧はバイアス電圧９２より６７以上降下
すること４二なる。（曲線部９４の最後の部分参照。）
そのあとコンデンサＣは時定数的ＲＣでもって抵抗Ｒを
通してバイアス電圧９２まで充電される。素子１はＣ（
＝かかる電圧が再びバイアス電圧９２（二はぼ等しくな
ってはじめて光入力に感するようＣ二なる。このため第
８図（二足すように例えば５００μｓの光入力パルスに
よって１個の６０μｓの出カバ”ルスのみがトリガされ
る。５００μｓの光入力パルスの最後の部分ではダイオ
ードにかかる電圧はまだ閾値より数百ミリボルト低い状
態にある。
デユーティサイクルを増加するためには。
出力パルス幅および復帰時定数ともＣに比例するので（
一定のＩｍａＸ に対して）、外部抵抗Ｒを減少させ
ることが必要となる。しかしながら、Ｒが約５，４Δｖ
／ 工ｍａＸである臨界値以下ならば、素子をトリガし
て安定な高電流状態になったあと素子が発振を起こす。
一定のＩｍａＸ に対して）、外部抵抗Ｒを減少させ
ることが必要となる。しかしながら、Ｒが約５，４Δｖ
／ 工ｍａＸである臨界値以下ならば、素子をトリガし
て安定な高電流状態になったあと素子が発振を起こす。
我々の解析（二よれば最大デユーティサイクルＤｎ１ａ
Ｘは負抵抗都な含むｐ −ｎ −ｐ−ｎ型素子の特性に
依存し。
Ｘは負抵抗都な含むｐ −ｎ −ｐ−ｎ型素子の特性に
依存し。
Ｄｍａｘ ” １ ／ （１＋ ｋＲｎＩｍａｚ／Δｖ
） （３）と表わされる。ここでｋは約０，５に等し
い定数である。近似の精度を上げ２πで割った十分な感
度を得るためにはｋはＲＣ時定数とされる。１個の素子
に対してＲＮ＝３００Ω。
） （３）と表わされる。ここでｋは約０，５に等し
い定数である。近似の精度を上げ２πで割った十分な感
度を得るためにはｋはＲＣ時定数とされる。１個の素子
に対してＲＮ＝３００Ω。
Ｉ、１１ａｚ−０，０５ａｍｐ ｔ ΔＶ＝１．４’Ｖ
が用いられ。
が用いられ。
ＤｍａＸ−０，１６となる。５００μｓのパルス幅。
１６パーセントのデユーティサイクツし６二対して典型
的な成分値はＲ＝１８０オーム、Ｃ＝１０マイクロファ
ラッド、Ｌ＝２ミリヘンリとなる。
的な成分値はＲ＝１８０オーム、Ｃ＝１０マイクロファ
ラッド、Ｌ＝２ミリヘンリとなる。
トリガ後の最初の電圧降下９３は瞬時に起ると考えられ
る。より高周波における解析。
る。より高周波における解析。
実験によれば、この電圧降下の時定数は素子の接合容量
と負性抵抗の積ＲＮＣＪにほぼ等しい。第１図に示され
た型の素子ではＲＮ＝３００オーム、ＣＪは約２００ｐ
ＦでＲＮＣＪは約６０ｎＳとなる。この時定数では素子
の動作は約ＩＭＨｚ（二制限される。素子１（二おいて
は光学的活性領域が直径５０μｍにすぎないのに対し中
央のｐｎ接合は４００μｍチップ全体に拡がっているた
め、第４°あるいは５図（二足された設計シニ（二より
この接合容量を大幅（二減少することが可能となる。
と負性抵抗の積ＲＮＣＪにほぼ等しい。第１図に示され
た型の素子ではＲＮ＝３００オーム、ＣＪは約２００ｐ
ＦでＲＮＣＪは約６０ｎＳとなる。この時定数では素子
の動作は約ＩＭＨｚ（二制限される。素子１（二おいて
は光学的活性領域が直径５０μｍにすぎないのに対し中
央のｐｎ接合は４００μｍチップ全体に拡がっているた
め、第４°あるいは５図（二足された設計シニ（二より
この接合容量を大幅（二減少することが可能となる。
電力供給のためｐ−ｎ−ｐ−ｎ型ＬＥＤ素子１にクリッ
プリード線が接続された状態では、主として接合容量と
共振する浮遊インダクタンスによる１ ００ ＭＨｚの
電気振動が観測される。
プリード線が接続された状態では、主として接合容量と
共振する浮遊インダクタンスによる１ ００ ＭＨｚの
電気振動が観測される。
このことは少数キャリア寿命で決定される周波数までは
基礎的なバイポーラトランジスタ動作が有効であること
を示している。ＬＥＤ応答は６０から９０ ＭＨｚまで
測定される。
基礎的なバイポーラトランジスタ動作が有効であること
を示している。ＬＥＤ応答は６０から９０ ＭＨｚまで
測定される。
パルス９０のすそを引いた部分では第８図の充電曲線９
５における素子電圧ＶＤは素子１をスイッチさせるには
低すぎる。従って充電領域９５では素子電流ＩＤは小さ
い。続いて第２の光パルス９０′が照射されると、パル
ス９７′が再生され、素子電圧ＶＤは９３’、９４’。
５における素子電圧ＶＤは素子１をスイッチさせるには
低すぎる。従って充電領域９５では素子電流ＩＤは小さ
い。続いて第２の光パルス９０′が照射されると、パル
ス９７′が再生され、素子電圧ＶＤは９３’、９４’。
９５′と変化する。入力パルス９０の存在が２進符号の
「１」に相当する場合、短いパルス幅の２進符号１１」
パルス９７が再生されることζ二なる。しかしながら、
入力パルスが存在しない場合、素子１はトリガされず素
子電圧ＶＤは高電圧値９２“から変化しない。
「１」に相当する場合、短いパルス幅の２進符号１１」
パルス９７が再生されることζ二なる。しかしながら、
入力パルスが存在しない場合、素子１はトリガされず素
子電圧ＶＤは高電圧値９２“から変化しない。
回路８１に類似のリセット回路がジェネラル エレクト
リック ＳＣＲ取扱説明第５版第１２８，４３９ 頁
（＝いくつか記載されている。
リック ＳＣＲ取扱説明第５版第１２８，４３９ 頁
（＝いくつか記載されている。
しかしながら１本発明においてＲＬＣリセット回路の接
続された素子１は単に通常の整流型ＳＣＲあるいは光励
起される電気的単一ショット回路として動作するのでな
く、入力パルス９０より狭い出力パルスを発生する一方
向性光再生器として動作可能と考えられる。
続された素子１は単に通常の整流型ＳＣＲあるいは光励
起される電気的単一ショット回路として動作するのでな
く、入力パルス９０より狭い出力パルスを発生する一方
向性光再生器として動作可能と考えられる。
第９図に本発明による光励起発光素子中に単−ｐ−ｎ接
合１５１のみを含んだ一方向性素子１４０を有する光再
生器１３０を示す。
合１５１のみを含んだ一方向性素子１４０を有する光再
生器１３０を示す。
素子１４０はその制御回路１３９とともに本発明の光再
生器１６０を構成し、光通信システム、あるいは光論理
回路（＝使用するに適切な光再生器となる。
生器１６０を構成し、光通信システム、あるいは光論理
回路（＝使用するに適切な光再生器となる。
電池１３１．抵抗１６２．コンデンサ１３６およびコイ
ル１３４により第７図と類似のＲＣＲターンオフ回路が
構成され、トランジスタ１３５．１５６および抵抗１５
７，１３８で示されるシリコントランジスタｓｃＲ等価
回路を動作させる。回路１３５．１３６．１３７゜１３
８が高インピーダンス状態にあるとき。
ル１３４により第７図と類似のＲＣＲターンオフ回路が
構成され、トランジスタ１３５．１５６および抵抗１５
７，１３８で示されるシリコントランジスタｓｃＲ等価
回路を動作させる。回路１３５．１３６．１３７゜１３
８が高インピーダンス状態にあるとき。
微弱で歪んだパルス９ｏが入力ファイバ１４１を通り、
素子１４０に入射し、フォトン１５２が逆バイアス状態
で光検知器と動作するｐ−ｎ接合１５１上（−照、射さ
れる。接合１５１の発光はしないが光に感する領域１５
５で素子１４０内に発生するキャリアによりトランジス
タ１３５，１３６のベース−エミッタ接合の電流が増加
し、要素１３５．１３６．１３７゜１３８を用いた回路
は導通状態となる。トランジスタ１３５のコレクタ電圧
は増加、トランジスタ１３６のコレクタ電圧は減少し、
その結果接合１５１は順バイアス状態となり接合１５１
を通りヒートシンク１５０と電極１４５間（二重篩が流
れる。従って発光領域１５４から出力ファイバ１４２に
フォトン１５３が放出される。領域１５４とは微小金属
点状電極１４９により発光の閉じ込められる接合領域に
対応する。矢印１５３で表わされるフォトンの内入力フ
ァイバ１４１に逆行する量は多くとも極く微小であり、
素子の一方向性特性に有利となっている。回路１３５゜
１３６．１！１７，１３８ および素子１４０からの
発光が遮断されるや否やＬＣ回回路５３，１３４は回転
し始める。その結果パルス９７としての、パルス９０の
再生は終了する。コンデンサ１３３は抵抗１３２を通し
て電池１３１により再充電され、再生器１３０は次の入
力光パルス９０を再生可能な状態となる。
素子１４０に入射し、フォトン１５２が逆バイアス状態
で光検知器と動作するｐ−ｎ接合１５１上（−照、射さ
れる。接合１５１の発光はしないが光に感する領域１５
５で素子１４０内に発生するキャリアによりトランジス
タ１３５，１３６のベース−エミッタ接合の電流が増加
し、要素１３５．１３６．１３７゜１３８を用いた回路
は導通状態となる。トランジスタ１３５のコレクタ電圧
は増加、トランジスタ１３６のコレクタ電圧は減少し、
その結果接合１５１は順バイアス状態となり接合１５１
を通りヒートシンク１５０と電極１４５間（二重篩が流
れる。従って発光領域１５４から出力ファイバ１４２に
フォトン１５３が放出される。領域１５４とは微小金属
点状電極１４９により発光の閉じ込められる接合領域に
対応する。矢印１５３で表わされるフォトンの内入力フ
ァイバ１４１に逆行する量は多くとも極く微小であり、
素子の一方向性特性に有利となっている。回路１３５゜
１３６．１！１７，１３８ および素子１４０からの
発光が遮断されるや否やＬＣ回回路５３，１３４は回転
し始める。その結果パルス９７としての、パルス９０の
再生は終了する。コンデンサ１３３は抵抗１３２を通し
て電池１３１により再充電され、再生器１３０は次の入
力光パルス９０を再生可能な状態となる。
素子１４０はシリコン（Ｓｌ）のドープされたｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１４６内のくぼみ１４４にエポキシ樹脂１４３
で固定された入力および出力ファイバ１４１．１４２
を含む。ｐ型ＧａＡｓ層１４７は基板１４６への亜鉛
（ｚｎ）の通常の拡散（二より作成される。点状電極１
４９はシリカ（５ｉ０２ ）絶縁層で囲まれ、ヒートシ
ンク１５０に取り付けられる。例えばＣ，Ａ、プラス（
Ｂｕｒｒｕｓ）、 １１（、ｗ、ドーソン（Ｄａｗｓｏ
ｎ ）著「微小面積高電流密度ＣｋＡｓ エレクトロ
ルミネッセンスダイオードおよび劣化特性の改善法」ア
プライド フイジクスレター第３７巻第６号第９７〜９
９頁１９７０年を参照のこと。
Ａｓ基板１４６内のくぼみ１４４にエポキシ樹脂１４３
で固定された入力および出力ファイバ１４１．１４２
を含む。ｐ型ＧａＡｓ層１４７は基板１４６への亜鉛
（ｚｎ）の通常の拡散（二より作成される。点状電極１
４９はシリカ（５ｉ０２ ）絶縁層で囲まれ、ヒートシ
ンク１５０に取り付けられる。例えばＣ，Ａ、プラス（
Ｂｕｒｒｕｓ）、 １１（、ｗ、ドーソン（Ｄａｗｓｏ
ｎ ）著「微小面積高電流密度ＣｋＡｓ エレクトロ
ルミネッセンスダイオードおよび劣化特性の改善法」ア
プライド フイジクスレター第３７巻第６号第９７〜９
９頁１９７０年を参照のこと。
再生器１３０はゲインターンオンに対する電流閾値の非
常に低いシリコントランジスタ１３５．１３６ の使用
可能という利点を有し。
常に低いシリコントランジスタ１３５．１３６ の使用
可能という利点を有し。
そのため再生器１３０は光に対してより敏感となる。第
７図の再生器８０と比較したときに再生器１３０が経済
的に有利かどうかはフアイバを用いたシステムで再生器
を配置する距離が長くなりかつ素子１４０ではその層数
が少ないという点で軽減可能な費用と余分な回路１３５
，１６６、１３７．１３８ を取り付ける（二要する
費用の多少に依存する。
７図の再生器８０と比較したときに再生器１３０が経済
的に有利かどうかはフアイバを用いたシステムで再生器
を配置する距離が長くなりかつ素子１４０ではその層数
が少ないという点で軽減可能な費用と余分な回路１３５
，１６６、１３７．１３８ を取り付ける（二要する
費用の多少に依存する。
以上（二記載した素子に関して述べたように。
素子１４０も構造を考慮に入れればＡＡＧａＡｓ 。
Ｉｎｆ）ａＡｓＰおよび他の物質でも適切（二作成でき
る。素子容量低減のためメサ構造あるいは領域を制限し
た拡散接合構造が有効である。また多数のくぼみにファ
イバを結合させる方法も使用可能であり、望むならば１
本以上の出力ファイバが接合１５１に適切に結合される
。
る。素子容量低減のためメサ構造あるいは領域を制限し
た拡散接合構造が有効である。また多数のくぼみにファ
イバを結合させる方法も使用可能であり、望むならば１
本以上の出力ファイバが接合１５１に適切に結合される
。
第１図は本発明による素子を明確（二示すため縦方向を
相対的に２０倍に拡大して描いた倍率２００の前部断面
図、第２図は第１図の素子の上面図、第３図は第１図、
第２図の素子（二元を照射したとき、お家び照射しない
ときの電流電圧特性曲線図、第４図は低接合容量かつよ
り広い帯域幅動作のためメサ構造を何する本発明による
素ｒを明確に示すため第１図と同様縦方向を約２０倍（
＝拡大し一〇描いた倍率２００の前部断面図、第５図は
マスキングおよび拡散工程により作製される低容量接合
構造を有する本発明による素子を明確Ｃ二足すため第１
図と同様縦方向を約２０倍に拡大して描いた倍率２０［
）の前部断面図、第６図は多数の光フアイバ用くぼみを
有する本発明による素子を明確に示すため第１図と同様
縦方向を約２０倍に拡大して描いた前部断面図、第７図
は第１．４．５．６ 図の素子を用いた光パルス再生
器を電気的リセット制御回路とともに一部模式図、一部
回路図として示した図、第８図は素子動作電圧と時間の
関係を受光光強度、素子電流、再生光パルス強度と時間
の関係とともに示したグラフ、第９図は単一のｐ−ｎ接
合を有する本発明の素子に付属の制御回路を接続した本
発明による光再生器を一部断面図、一部回路図として示
した図である。 〔主要部分の符号の説明〕 特許請求範囲中の用語 符号 発明の詳細な説明中の用
語光励起発光素子 １ 光励起発光素子電極手段、一
方の電極 ２ 電極 電極手段、他方の電極 １０ ヒートシンク領域
１１発光領域 部分 １１Ａ発光領域 表面 １６＜ぼみ 光学装置、光ファイバ １４ 人カファイバ第２の光フ
ァイバ １５ 出力ファイバ励起光
１６ 入射光 発光−１７出力光 端面 ２０ 端面 ２１ ｐ−ｎ接合 ２２ ｐ−ｎ接合点
２５ 非発光領域 電位源 ８２ 電源 抵抗性素子 ８６ 抵抗 コンデンサ ８４ コンデンサ誘導性素子
８５ コイル ３４ 相補型トランジスタ １３５ トランジスタ３６ 第１の電極 １４５ 電極 出 願 人 ： ウェスターン エレクトリックカ
ムパニー インコーボレーテツド ＦＩＧ、 １ １０ ＦＩＧ、２ Ｆｌ（３，３ ＦＩＧ、８ ＦＩＧ ４ ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、６ ０ Ｆ１６ｉ、７ ＦＩＧ、９ 第１頁の続き ０発 明 者 タイエン・ペイ・リー アメリカ合衆国ニュージャーシ イ０７７３３モンマウス・ホルムデ ル・マリオン・ドライヴ５
相対的に２０倍に拡大して描いた倍率２００の前部断面
図、第２図は第１図の素子の上面図、第３図は第１図、
第２図の素子（二元を照射したとき、お家び照射しない
ときの電流電圧特性曲線図、第４図は低接合容量かつよ
り広い帯域幅動作のためメサ構造を何する本発明による
素ｒを明確に示すため第１図と同様縦方向を約２０倍（
＝拡大し一〇描いた倍率２００の前部断面図、第５図は
マスキングおよび拡散工程により作製される低容量接合
構造を有する本発明による素子を明確Ｃ二足すため第１
図と同様縦方向を約２０倍に拡大して描いた倍率２０［
）の前部断面図、第６図は多数の光フアイバ用くぼみを
有する本発明による素子を明確に示すため第１図と同様
縦方向を約２０倍に拡大して描いた前部断面図、第７図
は第１．４．５．６ 図の素子を用いた光パルス再生
器を電気的リセット制御回路とともに一部模式図、一部
回路図として示した図、第８図は素子動作電圧と時間の
関係を受光光強度、素子電流、再生光パルス強度と時間
の関係とともに示したグラフ、第９図は単一のｐ−ｎ接
合を有する本発明の素子に付属の制御回路を接続した本
発明による光再生器を一部断面図、一部回路図として示
した図である。 〔主要部分の符号の説明〕 特許請求範囲中の用語 符号 発明の詳細な説明中の用
語光励起発光素子 １ 光励起発光素子電極手段、一
方の電極 ２ 電極 電極手段、他方の電極 １０ ヒートシンク領域
１１発光領域 部分 １１Ａ発光領域 表面 １６＜ぼみ 光学装置、光ファイバ １４ 人カファイバ第２の光フ
ァイバ １５ 出力ファイバ励起光
１６ 入射光 発光−１７出力光 端面 ２０ 端面 ２１ ｐ−ｎ接合 ２２ ｐ−ｎ接合点
２５ 非発光領域 電位源 ８２ 電源 抵抗性素子 ８６ 抵抗 コンデンサ ８４ コンデンサ誘導性素子
８５ コイル ３４ 相補型トランジスタ １３５ トランジスタ３６ 第１の電極 １４５ 電極 出 願 人 ： ウェスターン エレクトリックカ
ムパニー インコーボレーテツド ＦＩＧ、 １ １０ ＦＩＧ、２ Ｆｌ（３，３ ＦＩＧ、８ ＦＩＧ ４ ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、６ ０ Ｆ１６ｉ、７ ＦＩＧ、９ 第１頁の続き ０発 明 者 タイエン・ペイ・リー アメリカ合衆国ニュージャーシ イ０７７３３モンマウス・ホルムデ ル・マリオン・ドライヴ５
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 少なくとも１個のｐ −ｎ接合と、ｐ−ｎ接合の
一部のみの領域に発光を閉じ込める電位を印加する電極
手段と、該電極手段に結合された光パルス再生器とを有
する光励起発光素子において、該再生器は、抵抗性素子
および誘導性素子を通じて該電極手段の一方の電極に直
列接続された電位源と。 該抵抗性素子と誘導性素子の接合部と該電極手段の他方
の電極間に接続されたコンデンサとを含むことを特徴と
する光励起発光素子。 ２、特許請求の範囲第１項（二記載された光励起発光素
子において、誘導性素子は一対の相補型トランジスタを
有するトランジスタ型シリコン制御整流器等価回路を通
して一方の電極に接続されることを特徴とする光励起発
光素子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US857369 | 1977-12-05 | ||
| US05/857,369 US4152713A (en) | 1977-12-05 | 1977-12-05 | Unidirectional optical device and regenerator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5825286A true JPS5825286A (ja) | 1983-02-15 |
Family
ID=25325840
Family Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53149775A Expired JPS593871B2 (ja) | 1977-12-05 | 1978-12-05 | 光励起発光素子 |
| JP57121967A Pending JPS5825286A (ja) | 1977-12-05 | 1982-07-13 | 光励起発光素子 |
| JP57121966A Pending JPS5825285A (ja) | 1977-12-05 | 1982-07-13 | 光励起発光素子 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53149775A Expired JPS593871B2 (ja) | 1977-12-05 | 1978-12-05 | 光励起発光素子 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57121966A Pending JPS5825285A (ja) | 1977-12-05 | 1982-07-13 | 光励起発光素子 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4152713A (ja) |
| JP (3) | JPS593871B2 (ja) |
| BE (1) | BE872506A (ja) |
| CA (1) | CA1106482A (ja) |
| CH (1) | CH638642A5 (ja) |
| DE (1) | DE2851643A1 (ja) |
| FR (1) | FR2410878A1 (ja) |
| GB (1) | GB2009501B (ja) |
| IT (1) | IT1100445B (ja) |
| NL (1) | NL7811841A (ja) |
| SE (1) | SE436160B (ja) |
Families Citing this family (34)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| FR2406896A1 (fr) * | 1977-10-18 | 1979-05-18 | Thomson Csf | Diode emettrice et receptrice en lumiere notamment pour telecommunications optiques |
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| US4233614A (en) * | 1979-03-06 | 1980-11-11 | Rca Corporation | Light emitting diode |
| JPS626705Y2 (ja) * | 1979-07-25 | 1987-02-16 | ||
| US4294510A (en) * | 1979-12-10 | 1981-10-13 | International Business Machines Corporation | Semiconductor fiber optical detection |
| US4346394A (en) * | 1980-03-24 | 1982-08-24 | Hughes Aircraft Company | Gallium arsenide burrus FET structure for optical detection |
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| DE3142918A1 (de) * | 1981-10-29 | 1983-05-11 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Opto-elektrische koppelanordnung |
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| EP0288267B1 (en) * | 1987-04-21 | 1993-10-06 | Nec Corporation | An optical semiconductor device |
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| US5055894A (en) * | 1988-09-29 | 1991-10-08 | The Boeing Company | Monolithic interleaved LED/PIN photodetector array |
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| US4977433A (en) * | 1989-10-27 | 1990-12-11 | University Of Colorado Foundation, Inc. | Optoelectronic semiconductor device |
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