JPH02103021A - 量子井戸光デバイス - Google Patents
量子井戸光デバイスInfo
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- JPH02103021A JPH02103021A JP63310295A JP31029588A JPH02103021A JP H02103021 A JPH02103021 A JP H02103021A JP 63310295 A JP63310295 A JP 63310295A JP 31029588 A JP31029588 A JP 31029588A JP H02103021 A JPH02103021 A JP H02103021A
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- 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
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
- G02F1/01716—Optically controlled superlattice or quantum well 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
-
- 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
- G02F2/00—Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light
- G02F2/004—Transferring the modulation of modulated light, i.e. transferring the information from one optical carrier of a first wavelength to a second optical carrier of a second wavelength, e.g. all-optical wavelength converter
-
- 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]
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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】
［産業上の利用分野コ
本発明は光デバイスの分野に係り、特に、自己電気光学
効果を利用した半導体量子井戸からなるデバイスに関す
る。
効果を利用した半導体量子井戸からなるデバイスに関す
る。
［従来技術の説明］
近年、量子井戸デバイスの開発が行われ、変調、検出お
よび光信号発生のような古典的な光通信システム機能が
提供されている。例えば、米国特許第４．５２５，８８
７号参照。また、あるデバイスの非線形双安定性を利用
して、量子井戸デバイスをスイッチングシステムおよび
光コンピユーテイングの分野に拡張することも可能にな
った。後者の分野において、量子井戸デバイスは、ＡＮ
ＤやＯＲゲートのような基本プール論理デバイス、Ｓ−
Ｒフリップフロップや並列処理のための論理デバイスア
レイのような複合メモリ及び処理デバイス、およびＮＸ
Ｎスイッチングアレイのようなスイッチングデバイス、
として製造されている。
よび光信号発生のような古典的な光通信システム機能が
提供されている。例えば、米国特許第４．５２５，８８
７号参照。また、あるデバイスの非線形双安定性を利用
して、量子井戸デバイスをスイッチングシステムおよび
光コンピユーテイングの分野に拡張することも可能にな
った。後者の分野において、量子井戸デバイスは、ＡＮ
ＤやＯＲゲートのような基本プール論理デバイス、Ｓ−
Ｒフリップフロップや並列処理のための論理デバイスア
レイのような複合メモリ及び処理デバイス、およびＮＸ
Ｎスイッチングアレイのようなスイッチングデバイス、
として製造されている。
このような分野での量子井戸デバイスの改良は、一般に
５ＥＥＤデバイスと呼ばれる自己電気光学効果デバイス
の開発が中心を占めている。米国特許第４．５４８．２
４４号を参照。５ＥＥＤデバイスの動作において、ダイ
オードの光エネルギーの吸収から生じる光電流はダイオ
ード両端の電圧を変化させ、これはまたダイオードの吸
収特性に変化を起こす。このダイオードは一般にはＧａ
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓ系のｐ−１−ｎ構造で、真性領域（
ｉ）は１以上の量子井戸層からなる。ダイオードを抵抗
性負荷のような適当な電気的負荷と接続し、光信号の波
長をヘビーホールエキシトン共振波長に調整することで
、正帰還メカニズムを通じてスイッチング及び双安定動
作（ヒステリシス動作）が達成されうる。
５ＥＥＤデバイスと呼ばれる自己電気光学効果デバイス
の開発が中心を占めている。米国特許第４．５４８．２
４４号を参照。５ＥＥＤデバイスの動作において、ダイ
オードの光エネルギーの吸収から生じる光電流はダイオ
ード両端の電圧を変化させ、これはまたダイオードの吸
収特性に変化を起こす。このダイオードは一般にはＧａ
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓ系のｐ−１−ｎ構造で、真性領域（
ｉ）は１以上の量子井戸層からなる。ダイオードを抵抗
性負荷のような適当な電気的負荷と接続し、光信号の波
長をヘビーホールエキシトン共振波長に調整することで
、正帰還メカニズムを通じてスイッチング及び双安定動
作（ヒステリシス動作）が達成されうる。
提案されている５ＥＥＤデバイスにおいて、真性領域で
量子井戸を有するｐ−１−ｎダイオードは、“抵抗性“
負荷として用いられる普通のフォトダイオードと直列に
縦方向に集積される。１９８６年の応用物理レターズ（
ＡＩ）ｐＩ 、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、）第４９巻第１３
号第８２１−３頁を参照。２つダイオードは異なる波長
に反応し、負荷フォトダイオードは、もう１つのダイオ
ードの量子井戸で用いられる赤外波長にとっては透明体
で、赤外より短い波長には不透明体である。動作すると
き、負荷フォトダイオードに効率良く照射された制御光
ビームは、回路の負荷の抵抗値を変化させ、これによっ
て集積５ＥＥＤデバイスのスイッチング特性（速度とパ
ワー）に影響を与える。制御光ビームのほかに、入力赤
外光ビームが５ＥＥＤデバイスに導かれ、単一な赤外光
ビームがそのデバイスから出力される。
量子井戸を有するｐ−１−ｎダイオードは、“抵抗性“
負荷として用いられる普通のフォトダイオードと直列に
縦方向に集積される。１９８６年の応用物理レターズ（
ＡＩ）ｐＩ 、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、）第４９巻第１３
号第８２１−３頁を参照。２つダイオードは異なる波長
に反応し、負荷フォトダイオードは、もう１つのダイオ
ードの量子井戸で用いられる赤外波長にとっては透明体
で、赤外より短い波長には不透明体である。動作すると
き、負荷フォトダイオードに効率良く照射された制御光
ビームは、回路の負荷の抵抗値を変化させ、これによっ
て集積５ＥＥＤデバイスのスイッチング特性（速度とパ
ワー）に影響を与える。制御光ビームのほかに、入力赤
外光ビームが５ＥＥＤデバイスに導かれ、単一な赤外光
ビームがそのデバイスから出力される。
別の関連する開発では、対称５ＥＥＤデバイスが提案さ
れ、そこでは、直列に接続されている２つのｐ−１−ｎ
ダイオードが、それぞれの真性領域で実質上同じ量子井
戸層を有するように製造される。１９８７年のレーザー
とエレクトロオブティクス国際会議（Ｃｏｎｒｅｒｅｎ
ｃｅ ｏｎ Ｌａ５ｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｏｒｏ
ｏｐｔ １ｅｓ）の論文ＴｈＴ１２を参照。それぞれの
フォトダイオードは互いに相手方に対して負荷として働
くため、この構造は対称と呼ばれている。この構造を光
Ｓ−Ｒフリップフロップのような双安定光メモリ素子に
することが提案されている。Ｓ−Ｒフリップフロップと
するとき、この構造は２つの入力と２つの出力を提供し
、全ての入力と出力の光の波長は同じである。
れ、そこでは、直列に接続されている２つのｐ−１−ｎ
ダイオードが、それぞれの真性領域で実質上同じ量子井
戸層を有するように製造される。１９８７年のレーザー
とエレクトロオブティクス国際会議（Ｃｏｎｒｅｒｅｎ
ｃｅ ｏｎ Ｌａ５ｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｏｒｏ
ｏｐｔ １ｅｓ）の論文ＴｈＴ１２を参照。それぞれの
フォトダイオードは互いに相手方に対して負荷として働
くため、この構造は対称と呼ばれている。この構造を光
Ｓ−Ｒフリップフロップのような双安定光メモリ素子に
することが提案されている。Ｓ−Ｒフリップフロップと
するとき、この構造は２つの入力と２つの出力を提供し
、全ての入力と出力の光の波長は同じである。
上述のデバイスが、異なる波長の２つの入力光信号を受
信することも、またこの２つの入力信号に応じて対応す
る異なる波長の２つの出力信号を生成することもできな
いことは当業者には明らかである（ここでは少なくとも
１つの出力信号が異なる波長の入力信号に関数的に関係
する）。例えば、第１波長の光信号によって伝搬される
情報が、上述の量子井戸デバイスを利用する任意のオプ
トエレクトロニック回路を通じて、第２波長の別の光信
号に完全に移されること及びその逆はできない。言換え
れば、上述のデバイスは双方向波長変換により双方向情
報伝送を行うことができない。
信することも、またこの２つの入力信号に応じて対応す
る異なる波長の２つの出力信号を生成することもできな
いことは当業者には明らかである（ここでは少なくとも
１つの出力信号が異なる波長の入力信号に関数的に関係
する）。例えば、第１波長の光信号によって伝搬される
情報が、上述の量子井戸デバイスを利用する任意のオプ
トエレクトロニック回路を通じて、第２波長の別の光信
号に完全に移されること及びその逆はできない。言換え
れば、上述のデバイスは双方向波長変換により双方向情
報伝送を行うことができない。
［発明の概要］
上記従来のデバイスの問題点は、自己電気光学効果を促
進するために直列に接続された量子井戸デバイスを用い
たオプトエレクトロニック回路による本発明の原理によ
って解決される。オプトエレクトロニック回路は２つの
入力信号を受取り、２つの出力信号を提供する。入力信
号とそれに対応する出力信号は同じ波長である。第１波
長の光信号によって伝搬される情報は第２波長の別の光
信号へ完全に伝送でき、その逆もできる。つまり、オプ
トエレクトロニック回路は双方向波長変換により双方向
情報伝送を行う。
進するために直列に接続された量子井戸デバイスを用い
たオプトエレクトロニック回路による本発明の原理によ
って解決される。オプトエレクトロニック回路は２つの
入力信号を受取り、２つの出力信号を提供する。入力信
号とそれに対応する出力信号は同じ波長である。第１波
長の光信号によって伝搬される情報は第２波長の別の光
信号へ完全に伝送でき、その逆もできる。つまり、オプ
トエレクトロニック回路は双方向波長変換により双方向
情報伝送を行う。
このオプトエレクトロニック回路は、隣接量子井戸層の
光吸収係数あるいは屈折率を電気的に制御するために電
気的に直列に接続された量子井戸層を有する第１および
第２の素子からなる。それぞれの量子井戸層は、対応す
る異なる波長で所定の光応答特性を有する半導体材料か
らなる。
光吸収係数あるいは屈折率を電気的に制御するために電
気的に直列に接続された量子井戸層を有する第１および
第２の素子からなる。それぞれの量子井戸層は、対応す
る異なる波長で所定の光応答特性を有する半導体材料か
らなる。
［実施例の説明］
第１図は本発明の原理による電気的に直列に配置された
２つの逆バイアスされた多層量子井戸ダイオードの概略
図を示す。ダイオード２は実質上波長λ１の光信号に応
答する量子井戸層を含む。
２つの逆バイアスされた多層量子井戸ダイオードの概略
図を示す。ダイオード２は実質上波長λ１の光信号に応
答する量子井戸層を含む。
ダイオード４は実質上波長λ２の光信号に応答する量子
井戸層を含む。ダイオード２と４は電気リード線３によ
って直列に接続される。逆バイアス電圧は、電気リード
線１によってダイオード２に接続され、電気リード線５
によってダイオード４に接続された電源６によってそれ
らのダイオードに与えられる。
井戸層を含む。ダイオード２と４は電気リード線３によ
って直列に接続される。逆バイアス電圧は、電気リード
線１によってダイオード２に接続され、電気リード線５
によってダイオード４に接続された電源６によってそれ
らのダイオードに与えられる。
第１図に示されるオプトエレクトロニック回路は個別素
子を用いたハイブリッド回路として実現された。
子を用いたハイブリッド回路として実現された。
ダイオード２はＩ ｎＧａＡｓ多層量子井戸ｐ−ミーｎ
ダイオードとして形成され、量子井戸層はダイオードの
真性領域に設けられた。ダイオード２の製造方法は、１
９８７年の応用物理レターズ第５０巻第１５号第１０１
０−２頁に説明されている。このダイオード２は、Ｉｎ
ＧａＡｓＲ子井戸のヘビーホールエキシトン共振波長（
λｌ−１−１６１０ｎで同調可能なＮａＣ１カラーセン
ターレーザによって照射された。
ダイオードとして形成され、量子井戸層はダイオードの
真性領域に設けられた。ダイオード２の製造方法は、１
９８７年の応用物理レターズ第５０巻第１５号第１０１
０−２頁に説明されている。このダイオード２は、Ｉｎ
ＧａＡｓＲ子井戸のヘビーホールエキシトン共振波長（
λｌ−１−１６１０ｎで同調可能なＮａＣ１カラーセン
ターレーザによって照射された。
ダイオード４はＧａＡｓ多層量子井戸ｐ−１−ｎダイオ
ードとして形成され、量子井戸層はダイオードの真性領
域に設けられた。ダイオード４のの製造方法は米国特許
第４．５２５，６８７号に説明されている。このダイオ
ード４は、ＧａＡＳｆｆｉ子井戸のヘビーホールエキシ
トン共振波長（λ２−８５０ｎｒＡ）で同調可能な有機
色素レーザ（Ｌ Ｄ Ｓ ８２１）によって照射された
。有機色素レーザに対して一定の強度を保ちながら、カ
ラーセンターレーザの強度を強弱ることによって、ダイ
オード４からの出力の強度はダイオード２への入力の強
度の関数として変動することが観ａｌされた。言換えれ
ば、波長λｌの変調されたカラーセンターレーザビーム
によって伝搬された情報は、ダイオード４からの波長λ
２の出力ビームに完全に移された。この実験の結果は第
３図に示されている。
ードとして形成され、量子井戸層はダイオードの真性領
域に設けられた。ダイオード４のの製造方法は米国特許
第４．５２５，６８７号に説明されている。このダイオ
ード４は、ＧａＡＳｆｆｉ子井戸のヘビーホールエキシ
トン共振波長（λ２−８５０ｎｒＡ）で同調可能な有機
色素レーザ（Ｌ Ｄ Ｓ ８２１）によって照射された
。有機色素レーザに対して一定の強度を保ちながら、カ
ラーセンターレーザの強度を強弱ることによって、ダイ
オード４からの出力の強度はダイオード２への入力の強
度の関数として変動することが観ａｌされた。言換えれ
ば、波長λｌの変調されたカラーセンターレーザビーム
によって伝搬された情報は、ダイオード４からの波長λ
２の出力ビームに完全に移された。この実験の結果は第
３図に示されている。
関連する実験では、カラーセンターレーザに対して一定
の強度を保ちながら、有機色素レーザの強度を強弱する
ことによって、ダイオード２からの出力の強度はダイオ
ード４への入力の強度の関数として変動することが観測
された。言換えれば、波長λ２の変調された有機色素レ
ーザビームによって伝搬された情報は、ダイオード２か
らの波長λ１の出力ビームに完全に移された。
の強度を保ちながら、有機色素レーザの強度を強弱する
ことによって、ダイオード２からの出力の強度はダイオ
ード４への入力の強度の関数として変動することが観測
された。言換えれば、波長λ２の変調された有機色素レ
ーザビームによって伝搬された情報は、ダイオード２か
らの波長λ１の出力ビームに完全に移された。
明らかにこの実験の結果および上述の結果は、第１図と
第２図の単一オプトエレクトロニック回路が双方向波長
変換を有する双方向情報伝送が可能であることを示す。
第２図の単一オプトエレクトロニック回路が双方向波長
変換を有する双方向情報伝送が可能であることを示す。
第２図は、第１図のオプトエレクトロニック回路に含ま
れる典型的なデバイスの簡単な断面図を示す。第２図に
示される層はその大きさを示しているものではなく、単
に重要な活性層を表わし、基板のような他のものは省略
されていることは当業者によって理解されるだろう。
れる典型的なデバイスの簡単な断面図を示す。第２図に
示される層はその大きさを示しているものではなく、単
に重要な活性層を表わし、基板のような他のものは省略
されていることは当業者によって理解されるだろう。
第２図に示されるように、ダイオード２はｐｉ 、Ｑ
子ミーフォトダイオード構造からなり、層２１はｎドー
プ１ｎＰ（厚さ１．０ μｍ）であり、真性領域２２は
ＩｎＧａＡｓ井戸（厚さ１００オングストローム）とｌ
ｎＰバリア（厚さ１００オングストローム）との複数の
交互層（約１００ベア）を含んで量子井戸層を形成し、
層２３はｐドープＩｎＰ（厚さ１．０μｍ）である。層
２１には金属接触２５を通じて、また層２３には金属接
触２４を通じて各々電気接触が得られる。同様に、ダイ
オード４はｐ−１−ｎｕ子井戸フォトダイオード構造か
らなり、層４１はｎドープＡｌＧａＡｓ （厚さ１．０
μｍ）であり、真性領域４２はＧａＡｓ井戸（厚さ１０
０オングストローム）とＡｌＧａＡｓバリア（厚さ１０
０オングストローム）との多数の交互層（約１００ペア
）を含んで量子井戸層を形成し、層４３はｐドープＡｌ
ＧａＡｓ （厚さ１．０μｍ）である。層４１には金属
接触４５を通じて、また層４３には金属接触４４を通じ
て各々電気接触が得られる。２０ボルトのバイアス電圧
は金属接触２４（Ｖ−）と金属接触４４（Ｖ＋）に供給
され、逆バイアス状態が得られる。
子ミーフォトダイオード構造からなり、層２１はｎドー
プ１ｎＰ（厚さ１．０ μｍ）であり、真性領域２２は
ＩｎＧａＡｓ井戸（厚さ１００オングストローム）とｌ
ｎＰバリア（厚さ１００オングストローム）との複数の
交互層（約１００ベア）を含んで量子井戸層を形成し、
層２３はｐドープＩｎＰ（厚さ１．０μｍ）である。層
２１には金属接触２５を通じて、また層２３には金属接
触２４を通じて各々電気接触が得られる。同様に、ダイ
オード４はｐ−１−ｎｕ子井戸フォトダイオード構造か
らなり、層４１はｎドープＡｌＧａＡｓ （厚さ１．０
μｍ）であり、真性領域４２はＧａＡｓ井戸（厚さ１０
０オングストローム）とＡｌＧａＡｓバリア（厚さ１０
０オングストローム）との多数の交互層（約１００ペア
）を含んで量子井戸層を形成し、層４３はｐドープＡｌ
ＧａＡｓ （厚さ１．０μｍ）である。層４１には金属
接触４５を通じて、また層４３には金属接触４４を通じ
て各々電気接触が得られる。２０ボルトのバイアス電圧
は金属接触２４（Ｖ−）と金属接触４４（Ｖ＋）に供給
され、逆バイアス状態が得られる。
ダイオードは金属接触２５と４４とをリード線３で接続
することにより直列構成とする。
することにより直列構成とする。
動作中では、光ビーム３０と３１はそれぞれダイオード
２と４に入射する。ビーム３０はλ１−ｌＢ１０ｎｍの
波長を有し、これはほぼＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ ／
Ｉ ｎ Ｐｍ量子井戸ヘビーホールエキシトン共振波長
に近い。同様に光ビーム３１はλ２２−８５０ｎの波長
を有し、これはほぼＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓｊ７子井戸
のヘビーホールエキシミー共振波長に近い。
２と４に入射する。ビーム３０はλ１−ｌＢ１０ｎｍの
波長を有し、これはほぼＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ ／
Ｉ ｎ Ｐｍ量子井戸ヘビーホールエキシトン共振波長
に近い。同様に光ビーム３１はλ２２−８５０ｎの波長
を有し、これはほぼＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓｊ７子井戸
のヘビーホールエキシミー共振波長に近い。
光ビーム３０が変調され、光ビーム３１が一定の強度に
保たれるとき、光ビーム３３はダイオード４から出射し
、波長λ２で光ビーム３０の変調情報を帯びる。また、
光ビーム３１が変調され、光ビーム３０が一定の強度に
保たれるとき、光ビーム３２はダイオード２から出射し
て、波長λ１で光ビーム３１の変調情報を帯びる。
保たれるとき、光ビーム３３はダイオード４から出射し
、波長λ２で光ビーム３０の変調情報を帯びる。また、
光ビーム３１が変調され、光ビーム３０が一定の強度に
保たれるとき、光ビーム３２はダイオード２から出射し
て、波長λ１で光ビーム３１の変調情報を帯びる。
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ及びＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ
／ ＩｎＰの量子井戸デバイスの組合わせについて述べ
たが、他のタイプの量子井戸の組合わせが可能であるこ
とは当業者によって理解されうる。例えば、他の波長で
の変調変換を実現するために、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ、
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＳｂ／ＧａＡｌＳｂ及び
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰなどのような■−ｖ族半導体化合
物の量子井戸の組合せが第２図に示された量子井戸層と
置換えることができる。実際のヘビーホールエキシトン
共振波長は、デバイスの製造過程に用いられる特定のモ
ル分率（０≦Ｘ≦１． ０≦ｙ≦１）によって変化し、
それぞれの化合物に存在する波長範囲はほぼ次の通りで
ある。
／ ＩｎＰの量子井戸デバイスの組合わせについて述べ
たが、他のタイプの量子井戸の組合わせが可能であるこ
とは当業者によって理解されうる。例えば、他の波長で
の変調変換を実現するために、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ、
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＳｂ／ＧａＡｌＳｂ及び
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰなどのような■−ｖ族半導体化合
物の量子井戸の組合せが第２図に示された量子井戸層と
置換えることができる。実際のヘビーホールエキシトン
共振波長は、デバイスの製造過程に用いられる特定のモ
ル分率（０≦Ｘ≦１． ０≦ｙ≦１）によって変化し、
それぞれの化合物に存在する波長範囲はほぼ次の通りで
ある。
ｒｎ、Ｇａ１−ｘＡｓ、ＰＨ−、／ＴｎＰ
１．１−１．６μｍＧａＡｓ／Ａｌ、Ｇａ１−、ノ
＼ｓ ０．
８２−０．８６７＋ｍＧａＳｂ／ＧａｘＡｔ、−ｘＳｂ
１．４−１．３７＋ｍＩｎ０．
４７Ｇａ０．５３ノ＼ｊ／Ｔｎ０．４８ＡＩＯ，５２Ａ
Ｓ １．３ １．（５７＋ｍ
これらおよび他の化合物を含むデバイスは個別、ハイブ
リッド又は集積されたものでよい。■−■族化合物の基
本的なｐ−１−ｎ量子井戸構造の製造技術は技術文献か
らよく知られており、ここでは繰返さない。
１．１−１．６μｍＧａＡｓ／Ａｌ、Ｇａ１−、ノ
＼ｓ ０．
８２−０．８６７＋ｍＧａＳｂ／ＧａｘＡｔ、−ｘＳｂ
１．４−１．３７＋ｍＩｎ０．
４７Ｇａ０．５３ノ＼ｊ／Ｔｎ０．４８ＡＩＯ，５２Ａ
Ｓ １．３ １．（５７＋ｍ
これらおよび他の化合物を含むデバイスは個別、ハイブ
リッド又は集積されたものでよい。■−■族化合物の基
本的なｐ−１−ｎ量子井戸構造の製造技術は技術文献か
らよく知られており、ここでは繰返さない。
第３図は、ダイオード４からの波長λ２の光信号の出力
強度を、ダイオード２からの波長λ１の光信号の入力強
度の関数として示したグラフである。これらの結果を得
るための実験的構成および手順は、前述の第１図の説明
のところで述べた。
強度を、ダイオード２からの波長λ１の光信号の入力強
度の関数として示したグラフである。これらの結果を得
るための実験的構成および手順は、前述の第１図の説明
のところで述べた。
第４図は本発明の原理を用いる集積半導体回路の断面図
を示す。半導体へテロ構造を作るための標準エピタキシ
ャル成長技術、標準フォトリソグラフィ、さまざまなメ
サ構造を決めるためのマスキングとエツチング技術、お
よび接触を形成するためのアロイング技術を用いること
によって、第４図に示される集積回路を形成することが
可能である。
を示す。半導体へテロ構造を作るための標準エピタキシ
ャル成長技術、標準フォトリソグラフィ、さまざまなメ
サ構造を決めるためのマスキングとエツチング技術、お
よび接触を形成するためのアロイング技術を用いること
によって、第４図に示される集積回路を形成することが
可能である。
第４図に示されるように、この集積回路は、ｌｎＰ基板
１００上に成長された２つの直列多層量子井戸フォトダ
イオードからなる。基板１００は興味のある動作波長に
は透明体で、°従ってデバイスの活性層への光のアクセ
スが可能である。ダイオード２００と４００はエピタキ
シャルｐ型層、真性領域及びｎ型層からなる。ドーピン
グ濃度は一般に１０１７と１０１８ｃＩ−１ノ範囲にあ
る。
１００上に成長された２つの直列多層量子井戸フォトダ
イオードからなる。基板１００は興味のある動作波長に
は透明体で、°従ってデバイスの活性層への光のアクセ
スが可能である。ダイオード２００と４００はエピタキ
シャルｐ型層、真性領域及びｎ型層からなる。ドーピン
グ濃度は一般に１０１７と１０１８ｃＩ−１ノ範囲にあ
る。
ダイオード２００では、ｎドープ層２０１が厚さ約１μ
ｍのＩｎＧａＡｓＰであり、真性領域２０２が約１００
ペアの薄い（１００オングストローム）ＩｎＧａＡｓ井
戸層及びＩｎＧａＡｓＰバリア層からなり、ｎドープ層
２０３が厚さ約１μｍのＩｎＧａＡｓＰである。ＩｎＧ
ａＡｓＰ （２〜１．３μｍ）とＩｎＧａＡｓ （λ〜
１．５μｍ）との両方は格子がＩｎＰにマツチするよう
に選ばれる。電源への接続のため、合金接触２１０はｎ
ドープ層２０１−内に形成される。金の相互接続バッド
３０１を通じてダイオード２００からダイオード４００
への相互接続のため、合金接触２１１はｎドープ層２０
３内に形成される。ダイオード２００は波長１．５μｍ
の入力光ビーム３００に反応する。波長１．５μｍの光
ビーム３２０はダイオード２００からの出力である。
ｍのＩｎＧａＡｓＰであり、真性領域２０２が約１００
ペアの薄い（１００オングストローム）ＩｎＧａＡｓ井
戸層及びＩｎＧａＡｓＰバリア層からなり、ｎドープ層
２０３が厚さ約１μｍのＩｎＧａＡｓＰである。ＩｎＧ
ａＡｓＰ （２〜１．３μｍ）とＩｎＧａＡｓ （λ〜
１．５μｍ）との両方は格子がＩｎＰにマツチするよう
に選ばれる。電源への接続のため、合金接触２１０はｎ
ドープ層２０１−内に形成される。金の相互接続バッド
３０１を通じてダイオード２００からダイオード４００
への相互接続のため、合金接触２１１はｎドープ層２０
３内に形成される。ダイオード２００は波長１．５μｍ
の入力光ビーム３００に反応する。波長１．５μｍの光
ビーム３２０はダイオード２００からの出力である。
ダイオード４００では、ｎドープ層４０１が厚さ１μｍ
のＩｎＰであり、真性領域４０２が約１００ペアの薄い
（１００オングストローム）ＩｎＧａＡｓＰ井戸層及び
ＩｎＰバリア層からなり、ｎドープ層４０３が厚さ約１
μｍのＩｎＰである。ＩｎＧａＡｓＰ（２〜１．３μｍ
）は格子がＩｎＰにマツチするように選ばれる。電源へ
の接続のため、合金接触４１０はｎドープ層４０３内に
形成される。金の相互接続パッド３０１を通じてダイオ
ード４００からダイオード２００への相互接続のため、
合金接触４１１はｎドープ層４０１内に形成される。ダ
イオード４００は波長１．３μｍの入力光ビーム３１０
に反応する。
のＩｎＰであり、真性領域４０２が約１００ペアの薄い
（１００オングストローム）ＩｎＧａＡｓＰ井戸層及び
ＩｎＰバリア層からなり、ｎドープ層４０３が厚さ約１
μｍのＩｎＰである。ＩｎＧａＡｓＰ（２〜１．３μｍ
）は格子がＩｎＰにマツチするように選ばれる。電源へ
の接続のため、合金接触４１０はｎドープ層４０３内に
形成される。金の相互接続パッド３０１を通じてダイオ
ード４００からダイオード２００への相互接続のため、
合金接触４１１はｎドープ層４０１内に形成される。ダ
イオード４００は波長１．３μｍの入力光ビーム３１０
に反応する。
波長１．３μｍの光ビーム３３０はダイオード４００か
らの出力である。
らの出力である。
なお、オプトエレクトロニック回路は導波モードに用い
られることができ、真性領域での層の数の減少およびバ
イアス電源の除去は可能である。このような導波路構造
では、層の厚さを適当にして製造することで、フォトダ
イオード間の縦結合を有する反共振反射光導波路をもた
らすことができることも理解できる。
られることができ、真性領域での層の数の減少およびバ
イアス電源の除去は可能である。このような導波路構造
では、層の厚さを適当にして製造することで、フォトダ
イオード間の縦結合を有する反共振反射光導波路をもた
らすことができることも理解できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の原理によるオプトエレクトロニック回
路の概略図、 第２図は第１図に示された回路に用いられた半導体層の
断面図、 第３図は第１図の回路のヒステリシスを示す光強度のグ
ラフ、 第４図は本発明の原理を用いる集積回路の断面図である
。 １．３．５・・・電気リード線 ２．４，２００．４００・・・ダイオード２１．２３．
４１．４３・・・層 ２２．４２，２０２・・・真性領域 ２４．２５，４４．４５・・・金属接触３０．３１．３
２．３３，３２０．３３０・・・光ビーム１００・・・
基板 ２０１．４０１−−−ｎ−ドープ層 ２０３．４０３・・・ｐ−ドープ層 ２１０．２１１，４１０，４１１・・・合金接触３０Ｑ
、３ＬＯ・・・人力光ビーム ３０１・・・パッド 出 願 人：アメリカン テレフォン アンドテレグラ
フ カムバニ 入７！Ｉ鍾双 χノ
路の概略図、 第２図は第１図に示された回路に用いられた半導体層の
断面図、 第３図は第１図の回路のヒステリシスを示す光強度のグ
ラフ、 第４図は本発明の原理を用いる集積回路の断面図である
。 １．３．５・・・電気リード線 ２．４，２００．４００・・・ダイオード２１．２３．
４１．４３・・・層 ２２．４２，２０２・・・真性領域 ２４．２５，４４．４５・・・金属接触３０．３１．３
２．３３，３２０．３３０・・・光ビーム１００・・・
基板 ２０１．４０１−−−ｎ−ドープ層 ２０３．４０３・・・ｐ−ドープ層 ２１０．２１１，４１０，４１１・・・合金接触３０Ｑ
、３ＬＯ・・・人力光ビーム ３０１・・・パッド 出 願 人：アメリカン テレフォン アンドテレグラ
フ カムバニ 入７！Ｉ鍾双 χノ
Claims (10)
- （１）量子井戸領域を含む第１手段及び量子井戸領域を
含む第２手段を有する量子井戸光デバイスにおいて、 第１手段は、第２手段の量子井戸領域の光吸収又は屈折
率を電気的に制御するために、第２手段と電気的に直列
に接続され、 第２手段は、第１手段による電気的制御に応答して、前
記光吸収又は屈折率を変化させ、 第１手段の前記量子井戸領域は、第一の波長で所定の光
応答特性を有する半導体材料を含み、第２手段の前記量
子井戸領域は、第二の波長で所定の光応答特性を有する
半導体材料を含み前記第一及び第二の波長は相互に異な
る、 ことを特徴とする量子井戸光デバイス。 - （２）第１手段はｐ−ｉ−ｎダイオードを含み、第２手
段はｐ−ｉ−ｎダイオードを含むことを特徴とする請求
項１に記載の量子井戸光デバイス。 - （３）前記半導体材料はIII−Ｖ族から選択されること
を特徴とする請求項２に記載の量子井戸光デバイス。 - （４）第１手段の前記量子井戸領域の半導体材料はＡｌ
ＧａＡｓ／ＧａＡｓ系から選択された化合物からなり、
第２手段の前記量子井戸領域の半導体材料はＩｎＧａＡ
ｓ／ＩｎＰ系から選択された化合物からなることを特徴
とする請求項３に記載の量子井戸光デバイス。 - （５）第１手段の前記量子井戸領域の半導体材料はＩｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系から選択された化合物から
なり、第２手段の前記量子井戸領域の半導体材料はＩｎ
ＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系から選択された化合物からなるこ
とを特徴とする請求項３に記載の量子井戸光デバイス。 - （６）第２手段は、第１手段の量子井戸領域の光吸収あ
るいは屈折率を電気的に制御することを特徴とする請求
項１に記載の量子井戸光デバイス。 - （７）第１手段はｐ−ｉ−ｎダイオードを含み、第２手
段はｐ−ｉ−ｎダイオードを含むことを特徴とする請求
項６に記載の量子井戸光デバイス。 - （８）前記半導体材料はIII−Ｖ族から選択されること
を特徴とする請求項７に記載の量子井戸光デバイス。 - （９）第１手段の前記量子井戸領域の半導体材料はＡｌ
ＧａＡｓ／ＧａＡｓ系から選択された化合物からなり、
第２手段の前記量子井戸領域の半導体材料はＩｎＧａＡ
ｓ／ＩｎＰ系から選択された化合物からなることを特徴
とする請求項８に記載の量子井戸光デバイス。 - （１０）第１手段の前記量子井戸領域の半導体材料はＩ
ｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系から選択された化合物か
らなり、第２手段の前記量子井戸領域の半導体材料はＩ
ｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系から選択された化合物からなる
ことを特徴とする請求項８に記載の量子井戸光デバイス
。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/140,079 US4822992A (en) | 1987-12-31 | 1987-12-31 | Wavelength conversion using self electrooptic effect devices |
| US140079 | 1987-12-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02103021A true JPH02103021A (ja) | 1990-04-16 |
| JP2674626B2 JP2674626B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=22489655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31029588A Expired - Fee Related JP2674626B2 (ja) | 1987-12-31 | 1988-12-09 | 量子井戸光デバイス |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4822992A (ja) |
| EP (1) | EP0323073B1 (ja) |
| JP (1) | JP2674626B2 (ja) |
| DE (1) | DE3887974T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0467118A (ja) * | 1990-07-09 | 1992-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光ゲートアレイ |
| JPH0588122A (ja) * | 1991-03-01 | 1993-04-09 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 光電子スイツチ |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4952791A (en) * | 1988-12-12 | 1990-08-28 | At&T Bell Laboratories | Monolithic apparatus comprising optically interconnected quantum well devices |
| US4978842A (en) * | 1989-04-21 | 1990-12-18 | At&T Bell Laboratories | Programmable optical logic device with complementary inputs |
| GB8926183D0 (en) * | 1989-11-20 | 1990-01-10 | British Telecomm | Multiple quantum well structures |
| US5412226A (en) * | 1989-11-20 | 1995-05-02 | British Telecommunications Public Limited Company | Semi-conductor structures |
| US5013918A (en) * | 1990-04-02 | 1991-05-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Multicolor infrared photodetector |
| FR2667207B1 (fr) * | 1990-09-21 | 1993-06-25 | Thomson Csf | Convertisseur de frequences lumineuses. |
| FR2686431A1 (fr) * | 1992-01-21 | 1993-07-23 | Thomson Csf | Doubleur de frequence optique utilisant des structures quantiques semiconductrices. |
| US5264960A (en) * | 1992-05-08 | 1993-11-23 | At&T Bell Laboratories | Optical wavelength shifter |
| US5519529A (en) * | 1994-02-09 | 1996-05-21 | Martin Marietta Corporation | Infrared image converter |
| US5510627A (en) * | 1994-06-29 | 1996-04-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Infrared-to-visible converter |
| US6420728B1 (en) * | 2000-03-23 | 2002-07-16 | Manijeh Razeghi | Multi-spectral quantum well infrared photodetectors |
| US6603592B1 (en) | 2000-09-26 | 2003-08-05 | Lucent Technologies Inc. | Optical wavelength converter |
| JP2002203983A (ja) * | 2000-10-27 | 2002-07-19 | Oki Electric Ind Co Ltd | 受光素子 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4546244A (en) * | 1984-03-14 | 1985-10-08 | At&T Bell Laboratories | Nonlinear and bistable optical device |
| US4716449A (en) * | 1984-03-14 | 1987-12-29 | American Telephone And Telegraph Company At&T Bell Laboratories | Nonlinear and bistable optical device |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4450463A (en) * | 1981-06-29 | 1984-05-22 | Rockwell International Corporation | Multiple-quantum-layer photodetector |
| US4525687A (en) * | 1983-02-28 | 1985-06-25 | At&T Bell Laboratories | High speed light modulator using multiple quantum well structures |
-
1987
- 1987-12-31 US US07/140,079 patent/US4822992A/en not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-12-09 JP JP31029588A patent/JP2674626B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1988-12-13 EP EP88311779A patent/EP0323073B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-12-13 DE DE3887974T patent/DE3887974T2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| US4546244A (en) * | 1984-03-14 | 1985-10-08 | At&T Bell Laboratories | Nonlinear and bistable optical device |
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|---|---|---|---|---|
| JPH0467118A (ja) * | 1990-07-09 | 1992-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光ゲートアレイ |
| JPH0588122A (ja) * | 1991-03-01 | 1993-04-09 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 光電子スイツチ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0323073A2 (en) | 1989-07-05 |
| EP0323073A3 (en) | 1990-05-16 |
| DE3887974T2 (de) | 1994-06-01 |
| JP2674626B2 (ja) | 1997-11-12 |
| DE3887974D1 (de) | 1994-03-31 |
| US4822992A (en) | 1989-04-18 |
| EP0323073B1 (en) | 1994-02-23 |
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