JPH0296720A - 光学あるいは光―電子デバイスを含む装置 - Google Patents

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】 （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。

（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　ベアの生成となる）。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０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ベアの再
結合がある０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　ベアに
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（ｈ
ｅａｔｓｉｎｋｉｎｇ）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（ａｒｅａｄａｎｓｉｔｙ）
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　ベ
アによって散逸き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（ｈｅａｔｓｉｎｋｔｎｇ）要件が緩和さ
れるためである１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、ファプリーペロ　タイプのエタロン（Ｆ
ａｂｒｙ−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ＷＲ＋ａ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（１′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
Ｈ２Ｍ、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
Ｂｆｓｔａｂｉ該ｔｙ　：　Ｃｏｎｔｒｏｌ該ｎｇ　Ｌ
ｉｇｈｔ　ＷｉｔｈＬｉｇｈｔ）　］、アカデミツク　
プレス（ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ）、　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１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、非線形ファプリーペロ（
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、−船釣にはＧ　ａ　Ａ　ｓ
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−Ａｌ
ＧａＡｓ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ツチング　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
体のファプリーペロ　エタロンが開示される。これらエ
タロンは高いフィネス（ｆｉｎａｓｓ）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。

表面再結合はＧ　ａ　Ａ　ｓ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　フイジクス　レターズ（Ａｐｐ該ｅｄ
　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）。

４．９．４８６　（１９８６年）に掲載のＹ　、　Ｈ。

ソー（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１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。

−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１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
を促進するだめの有効な手段を持つことは非常に重要で
あり１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
　　　（Ｐｒｏｃｓｅｄｉｎｇｇ　ｏｆ　ｔｈｓＩＥＥ
Ｅ）、Ｖｏ　１．７２　（７）、１９８４年に掲載の論
文、特に、Ａ、Ａ、ソーチャック（Ａ、　Ａ、　Ｓａｗ
ｃｈｕｃｋ）　　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　　へ議の （Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＩＥＥＥ　
Ｇｌｏｂａｌ　Ｔａ１ａｃｏ＋ｍ−ｍｕｎｉｃａｔｉｏ
ｎｓ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）　、ジョーシア州アトラ
ンタ（＾ｔｌａｎｔａ、　Ｇｅｏｒｇｊａ）、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１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１トラッピ
ング層（ｔｒａｐｐｉｎｇｌａｙｅｒ、　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（−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Ｔ
Ｌ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、−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０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６−般に、ＴＬとして使用される材料は、　ｍ−
ｖ半導体、ＩＩ−ＶＩ半導体、強くドープされたＳｉ及
びＧｓ、並びに、金属及び合金１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６本発明による幾つ
かの好ましい実施Ｓ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１Ｍｉ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
、本発明の詳細な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、Ｇ
ａＡｓウェーハ）上に位置され、そして、スペーサー　
ボデー１３（例えば、適当な厚さのＧａＡｓ／ｌ！りが
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（−例としてこれも交互する層１１及び１２か
ら成る）がこのスペーサー　ボデー上に形成される。−
例として、層１１はＡｌＡｓであり、そして、層１２は
ＧａＡｓである０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１口に依存する。典型的には、この
層の厚さはλ、／４ｎに選択され、ここで。

工は層材料のλ１．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１Ｍ、ボロン（Ｍ、　
Ｂｏｒｎ）及びＥ、ウルツ（Ｅ、　１ｌｏｌｆ）　　に
よる［オプティクスの　理（Ｐｒｉｎｃｉ　ｌａｇ　ｏ
ｆ　０ｐｔｉｃｓ）］、第２版、１９６４年、ページ６
８〜７０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１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。

スペーサー　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１通常、必ず
しも必要ではないが、λ０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）（
λ０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λ０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、−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（ｎｏｄ
ａｌ　ｐｌａｎｅ）　２０と一致するように位置される
。ここで、パノーダル平面”は定常渡場内の最小強度の
位置である。隣接するＴＬはスペーサー材料２１゜例え
ば、ＧａＡ、ｓ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
　／　ｌ　Ｏｎ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Ｔ　Ｌ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、モしてＴは絶対温度である。−例としての
能動スペーサー層２１はＧ　ａ　Ａ　ｓであり、ＴＬは
１５ｎｍ厚層のＩ　ｎ　＋１．Ｉｓ　Ｇ　ａ　ｏ７ｓＡ
ｓであり、１２３ｎｍの間隔を与えられる。

Ｇ　ａ　Ａ　ｓとＩ　ｎＧａＡｓ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Ｉ　
ｎＧａＡｓと関連し。

そして１番号３２及び３３は夫々型導帯エツジ及び価電
子帯エツジを指す、ＧａＡｓのバンドギャップは約１．
４ｅＶであり、　Ｉ　ｎ　ａｓｓ　Ｇ　ａ　ａｔｓＡｓ
のバンドギャップは約１．ＯｅＶである。

周知のごとく、室温においては、ｋＴは約０．０２５　
ｅ　Ｖ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Ｔ
Ｌ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Ｔ
Ｌ並びに能動材料の層から成る）が堆積され、ぞしてこ
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１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。−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
Ｘ１００個のエタロンを含み。

場合によっては、１００ＯＸ１００Ｏ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か非常に高
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　５ｉ
ｎｋｓ）として機能し、従って、デバイスの回復の速度
を上げる０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ｌ　Ｏ”／　ｃ、　ｍ’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キヤリ
ヤ／ａｍ３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
パ量子井戸′″内の１１０１４ａ””に対応する）１０
”　ｃ　ｍ−’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、
は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１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λ。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＜、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）０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
（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｍ　ａｘｉ−ｍｕｍ）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
（λ。〉　λ。）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（ｌｕｍｉ−ｎａｓｃｅｎｃｅ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ
）は、典型的には、放射される波長が動作波長λ。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で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材料の導電帯エツ
ジ及び価電子帯エツジの両方が接触するスペーサー材料
の対応するエツジより低い場合は、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１′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　エツ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。−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Ｇ　ａ　Ａ　ｓ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）Ｍ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１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（ＭＱＷ）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。

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、Ｍ
ＱＷ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、Ｔ
Ｌ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１番号７０．７１及び７２はそれ
ぞれ障壁層、井戸及びＴＬ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ツジを示す。

点ｆｉ７５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１本発明によるデバイス内の非平衡（
ｎｏｎ−ｅｑｕｉ該ｂｒｉｕ　ｍ　）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筒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５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１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０例えば、本発明に
よるデバイスはＩｎＰ基板上に製造でき、ＩｎＧａＡｓ
ＰあるいはＩｎＧａＡｓを能動材料とし、Ｉ　ｎＡｓ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０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１′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８３１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。−
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。λｐ及びλｉのいずれか１つはλ０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６例えば、エタロンがＧａＡｓ能動材料を含む
場合は、λｉ及びλＰは、−例として、それぞれ８６８
及び８７３ｎｍである。他の能動材料（例えば、ＩｎＧ
ａＡｓＰ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１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。

桝」工 ＭＢＥによって約１２３ｎｍの間隔の９個のＴＬ層（約
１０ｎｍ厚のＩ　ｎ　ａ、Ｌｘ　Ｇ　ａ　ａ、＊５Ａｓ
）を含み、残りのボデーがＧ　ａ　Ａ　ｓから成る約１
μｍ厚のボデーが成長された。

Ａ　Ｉ　０．４０　ａ　ａ、６　Ａ　９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プリーベロ　エ
タロ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３００ｐｓ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３０
０ｐｓ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。

舅−Ａ スペーサー　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筒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ｉＦＰ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。

【図面の簡単な説明】

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・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・層スペーサー　ボデー 反射手段 ノーダル平面 スペーサー材料 ＴＬ 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 ＦＩＧ。 ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　　３ ＦＩＧ、　６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ａ）波長λ＿０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、該装置がさ
   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。 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。 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ｋ
   Ｔ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。 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。 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。 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＞λ＿０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λｅ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。 ７、該デバイスがファブリ−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、λ＿０／２ｎ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λ＿０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記載の装置。 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。 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。 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
   であり、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に井戸に接近して位置し、電子及
   び／あるいはホールが該井戸から該障壁層内にトンネル
   移動するようにされることを特徴とする請求項５記載の
   装置。 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。 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。 １３、該デバイスが２つのミラーを含むファブリ−ペロ
   エタロン（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔｅｔａｌｏｎ）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。 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。 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／又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。 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。 １７、複数の光学的に隔離されたファブリ−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。