JPS5856532A - 光論理演算素子 - Google Patents

光論理演算素子

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JPS5856532A
JPS5856532A JP15498081A JP15498081A JPS5856532A JP S5856532 A JPS5856532 A JP S5856532A JP 15498081 A JP15498081 A JP 15498081A JP 15498081 A JP15498081 A JP 15498081A JP S5856532 A JPS5856532 A JP S5856532A
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JP
Japan
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layer
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light emitting
light
emitting region
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Pending
Application number
JP15498081A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuo Kondo
和夫 近藤
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F3/00Optical logic elements; Optical bistable devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明#′i複数光入力信号を演算処理し、光信号とし
て出力する光論理演算素子に関する0光フアイバ伝送の
実用化に向けて各種光素子の開発が進められておシ、発
光素子、受光素子或いは光回路素子等が種々提案されて
いるが、これらは概ね単一の機能を有する素子であって
、光信号について論理演算t″爽施ゐ場合には、光信号
を一旦電気信号に変換して所要の演算を行い、これを再
び光信号に変換するという方式がとられている。このた
めに光電変換回路と電子回路とを一つの素子に組込むな
ど構造や製作工程が複雑となりている0 本発明者が先に%願li854−081084によシ提
案した光制御半導体発光素子はこの問題解決に対する一
つの示唆を与えるものである。
前記提案による光制御半導体発光素子は、基本的には、
入力光照射側に入力光の照射、非照射に応じて電気的に
導通状態、非導通状態となるーの光スイツチ領域を配設
し、出力側に半導体pn接合を含む発光領域を設け、内
領域に直列にかつ前記pn接合に対して順方向にバイア
ス電圧を印加したときに、前記光スイツチ領域の導通、
非導通の状態に応じて所定波長の光を前記発光領域から
発生成いは停止するようにした発光素子であって、前記
光スイツチ領域と前記発光領域との間に両者を光学的に
遮断する光吸収領域を設けたこと全特徴とするものであ
る。
本発明は、前記提案を一つの基礎として前記問題点を解
決すべく、複数光入力信号を論理演算処理し、光信号と
して出力するモノリシック光論理演算素子を得ることを
目的とする0 本発明の前記目的は、所要数の受光領域及び発光領域並
びに該受光領域と該発光領域とを光学的に遮断する光吸
収領域を含むエピタキシャル結晶半導体内において、高
抵抗化された区域及び/もしくはpn反転された区域を
形成することにより、該受光領域と該光吸収領域と該発
光領域の三領域の少くとも−を含む回路全直列及び/も
しくは並列に配設して、該受光領域への光入力信号の有
無の組合せに対応する該回路の電気的導通状態と非導通
状態との組合せ全構成することにより、該発光領域から
光出力信号を発光し、屯しくけ停止することを特徴とす
る光論理演算素子により達成される。
特に、前記受光領域が一導電型低抵抗層と、光入力化も
の有無に応じて電気的に導通状態もしくは非導通状態と
なる該低抵抗層に比較して禁止帯幅が小なる一導電型低
抵抗層と、咳高抵抗層に比較して禁止帯幅が犬なる一導
電型低抵抗層とを含み、かつ該発光領域が半導体pn接
合を含んで、該素子に該pn接合に対して順方向にバイ
アス電圧を印加する構逍とするときに前記目的が容易に
達成される。
以下、本発明を実施例により図面を参照して具体的に説
明する。
第1図に本発明の実施例に用いた半導体エピタキシャル
結晶の断面図を示す。図において、1はn−Ga1−x
A1xA+層12はn−Ga1−yAlyA8層、3は
n−Ga1−z Alz As M k示し、y < 
x 。
2であって、以上三層から発光領域全構成するもので、
n−Gah−yAlyAs層2に発光領域の活性層を構
成し、光出力信号の波長はこの層の組成yによって決定
される。又、n −Gal−xAlxAi N 1及び
n −GILI−zAlzAs層3Fi光及び少数キャ
リア閉じ込めmt樽成する0なお1中小文字n、pで示
した層は大文字N、 Pで示した層に比較して禁止帯幅
が小なることを示す。
また、5tln−Gal−tAA’tAs層、6tj:
n−Ga1−u AJu As @ 、 7は1(n)
−Gax −v Alv As層、8はH−Ga1−w
 A7w As N k示し、v(t、 u、 wであ
って、以上四層から受光領域を構成する。t(又はn 
) −GILI−vAJvAs層7は元入力信号に1シ
篭子・正孔対を生成し、光伝導を与える活性層を構成す
る高抵抗層でおる。またn −Gal −wAj!wA
s層8は電極コンタクト層兼少数キャリア閉じ込め層で
あって、電極のオーミックコンタクl確実化する充分高
い不純物濃度を有し、低抵抗であると共に、光入力信号
の光学窓とする場合には光入力信号に対して透明となる
ようにその組成Wが設定されている。更にn −Gat
 −tAJ tAsAs層びn−Ga1−uAluAs
−6はn −Gax−wA1wAs層8と同様に、前記
1(n)−Ga1−vAlvAs層7とへテロ接合をな
し、元入力信号により発生した少数キャリア(本実施例
では正孔)を前記1(n) Gax −vAlvAs層
7内に閉じ込める役割をはたす0従って層5゜6及び8
の禁止帯幅は層7の禁止帯幅より大きく設定されており
、前述の如<、v<t、  u、 wとなっている。な
お層7は選択成長法や層6に設けた溝に理め込む方法等
によシ形成される。更に第1図中4はn  GaAs層
であって、光吸収領域を桐成し、前記層1乃至3よりな
る発光領域と、前記層5乃至8よすなる受光領域と全光
学的に遮断する役割をはたす。従って、このn −Ga
As層4の厚さは光の侵入長よシ充分大きくなければな
らないが、この目的のためには通常数μmの厚さで充分
である。
しかし、とのn−GaAs層4に素子全体の機械的強度
を支持させると好都合であシ、この点を考慮すると50
乃至100μm程度の厚さとすることが望ましい。特に
この場合においては、このn−GaAs層における寄生
抵抗が大きくならないよう、比較的高濃度にn型不純物
を含有させる。
H−QaAs基板を前記n−GaAs層4として用いて
、その表孤面に層3,2及び1並びに層5,6゜7及び
8′ft夫々多層成長させる2段階の成長による方法も
有効である0各層の成長方法としては液相成長、気相成
長9分子線ビームエピタキシー等何れの方法によっても
よい。
第2図乃至第6図に、第1図に示した千尋体エピタキシ
ャル結晶を用いて製作した光論J!1i素子の断面図を
示す0 第2−乃至第6図において、交叉する斜線で示された領
域9は不純物拡散又は注入によって形成されたp型領域
、斜線で示された領域10はプロトン注入又はイオン注
入等によって形成された高抵抗領域、11は8101.
5isN4又はAJtol等よりなる絶縁膜、12は電
極を示す。
なお、以下の各実施例において、1. 2’及び3はス
トライプ構造のレーザで発光領域2を構成し、ストライ
ブは紙面に垂直な方向に延びている。
また5、7’、6及び8と5,7“、6及び8がそれぞ
れ独立な受光領域X及びYを構成する二受光領域の場合
を示し、pn接合に順方向にバイアス電圧が印加され、
7及び7′に入射する光入力信号及び2′よシ発光され
る光出力信号は何れも紙面に垂直な方向である。
第2図は論理積(AND)素子の断面図を示す。
このAND素子は受光領域X及びYが直列に配列されて
いるために、二受光領域が同時に光入力信号を受けてO
N状態となるときに限って発光領域ZがONとなシ、論
理積の演算を行う0第3図は論理和(OR)素子の断面
図を示すOこの08票子は受光領域X及びYが発光領域
2に対して並列に配列されているために、二受光領域X
或いはYの少くとも何れか一つがON状態になるとき発
光領域ZFiONとなシ論理和の演算を行うO 絽4図は否定(INVER8ION )素子の断面図を
示し、前記バイアスは定電流源によ〕与えられる。この
INVER8ION素子の受光領域はXのみであり、受
光領域XがOFF状態のとき発光領域2はON状態にあ
るが、受光領域XがON状態となるとき、電流は抵抗の
低いX側に多く流れて発光領域ZはOFF状態となる0
これは否定の演算である0 第5図は否定論理積(NAND)素子の断面図を示し、
前記バイアス社定電流源によシ与えられる0このNAN
D素子は受光領域X及びYの双方が同時にON状態にな
るときに限って発光領域2がOFFとなり、否定論理積
の演算を行う0 第6図は否定論理和(NOR’)素子の断面図を示し、
前記バイアスは定電流源によシ与えられる0このNOR
素子は受光領域X或いはYの少くとも何れか一つがON
状態になるとき発光領域2はOFF状態となシ否定論理
和の演算を行う。
以上第2図乃至第6図によって説明した実施例は、第1
図に示した一種類の半導体エピタキシャル結晶からAN
D、OR,INVER8ION、NAND及びNORの
光信号論理演算素子を形成したものである。
前記実施例においては、p型領域を結晶成長後に不純物
拡散又は注入によって形成したが、結晶成長時にp型領
域とする庵を選択成長する方法によって形成することも
可能である。
更に、前記実施例においては、発光領域としてP−?−
Nヘテロ接合ストライプ構造のレーザダイオードを用い
たが、分布帰還型レーザ或いは発光ダイオード等を用い
ることも可能であり、又、光出力信号の波長は光入力信
号の波長に対し独立して自由に選択することが可能でお
る。
前V!実施例では半導体材料としてGaAJ As系結
晶を用いたが、InGaAsP系、 GaAlAsSb
系等の他の半導体材料を用いても同様な光論理演算素子
を構成することが可能であシ、また、前記実施例として
は光入力信号数が二以下の場合全庁したが、前記実施例
の基本的演算機能の重畳9組合せ等によって三以上の光
入力信号を処理する光論理演算素子を構成し、更に複合
した論理を演算することが可能である。
本発明は以上1明した如く、所賛数の受光領域。
発光領域及び光吸収領域を含むエピタキシャル結晶半導
体内に前記三領域の少くとも−を含む回路を配設して、
受光領域への光入力信号の有無の組合せに対応する該回
路の電気的導通状態と非導通状態との組合せを構成する
ことによシ発光領域か発光領域のpn接合に順方向のバ
イアスを該素子に印加する構造とするとき容易に冥現す
ることが可能であって、光論理演算素子の実用化に大き
い効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に用いた半導体エピタキシャル
結晶の断面図、第2図乃至第6図は本発明の実施例を丞
す断面図である。 図において、1はn −Gal−xAlxAs層、2及
び2′はn−Ga1−yAJyAs層、3はn −Ga
+ −zAlzAs層、4はn−GaAg層、5はn 
−Gal−tAJtAs層、  6 Fin−Gal−
uAluAm層、  7. 7’及び7“は1(n)−
Gal−vAJvAa層、 8 Fin−Gal −W
AA”WAI層、9はp型領域、10は高抵抗領域、I
I#−1絶縁膜、12は電極を示す。 第1図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)受光領域及び発光領域並びに該受光領域と該発光
    領域とを光学的に遮断する光吸収領域を含むエビタ午シ
    ャル結晶半導体内において、高抵抗化された区域及び/
    もしくはpn反転された区域【形成することによシ、該
    受光領域と該光吸収領域と骸発光領域の三領域の少くと
    も−を含む回路を直列及び/もしくは蓬列に配設して、
    該受光領域への光入力信号の有無の組合せに対応する該
    回路の電気的導通状態と非導通状態との組合せを構成す
    る仁とにより、該発光領域から光出力信号を発光し、も
    しくは停止することt−特徴とする光論理演算素子0
  2. (2)前記受光領域が、−導電型低抵抗層と、光入力信
    号の有無に応じて電気的に導通状態もしくは非導通状態
    となる該低抵抗層に比較して禁止帯幅が小なる一導電型
    低抵抗層と、訳高抵抗層に比較して禁止帯幅が大なる一
    導電型低抵抗層とを含み、かつ、前記発光領域が半導体
    pn接合を含んで、骸累子に#pn接合に対して順方向
    にバイアス電圧を印加することを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の光論理演算素子。
JP15498081A 1981-09-30 1981-09-30 光論理演算素子 Pending JPS5856532A (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS494489A (ja) * 1972-03-14 1974-01-16
JPS5618486A (en) * 1979-07-18 1981-02-21 Western Electric Co Optical circuit device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS494489A (ja) * 1972-03-14 1974-01-16
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