JPS62502218A

JPS62502218A - Nonlinear/bistable optical device

Info

Publication number: JPS62502218A
Application number: JP60502342A
Authority: JP
Inventors: ミラー，デイヴイツド　アンドリユー　バークレイ
Original assignee: アメリカンテレフオンアンドテレグラフカムパニ−
Priority date: 1985-03-18
Filing date: 1985-03-18
Publication date: 1987-08-27
Also published as: EP0214984A1; WO1986005598A1; KR870700147A

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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】非線形・双安定光学装置技術分野本発明は非線形光学装置、特に多重安定光学状態或いはその他の非線形光学応答をもたらす高利得或いは高い帰還度を利用した非線形光学装置に関する。[Detailed description of the invention] Nonlinear/bistable optical device Technical field The invention relates to nonlinear optical devices, particularly those with multiple stable optical states or other nonlinear optical responses. The present invention relates to a nonlinear optical device that utilizes a high gain or a high degree of feedback.

発明の背景計算システムやスイッチングシステムに用いられる非線形・双安定光学装置は低いスイッチングエネルギーを有するものでなければならない。スイッチングエネルギーが低ければ小体積中に多くの類似装置が実装されて並列処理が可能になり、またスイッチングを高速にすることが出来る。Background of the invention Nonlinear and bistable optical devices used in computing and switching systems are It must have high switching energy. switching energy If energy is low, many similar devices can be implemented in a small volume and parallel processing becomes possible. , it is also possible to speed up switching.

非線形・双安定光学装置は従来大きなスイッチングエネルギーを必要とした。従ってこれ等の装置は、非線形成いは双安定動作に必要なスイッチングエネルギーを減らすためにファプリー・ペロ共振器などのフィネスの大きな光共振器が持つ大きな利得に依存している。スイッチングエネルギーの小さな双安定光学装置はディ、ニス。Nonlinear and bistable optical devices traditionally require large switching energy. subordinate Therefore, these devices require less switching energy for nonlinear or bistable operation. In order to reduce the dependent on large gains. Bistable optical devices with low switching energy Di, varnish.

ケムラ、ディ、エイ、ビー、ミラー、ピー、ダブリュ。Kemura, di, ai, bee, mirror, p, double.

スミス（Ｄ、　Ｓ、　Ｃｈｅｍｌａ　−Ｄ、　Ａ、　Ｂ、　Ｍｉｌｌｅｒ　−Ｐ、　Ｗ。Smith (D, S, Chemla-D, A, B, Miller-P , W.

Ｓｍ１ｔｈ　）等による米国特許出願番号第５６６．９６８号に記載されている。ケムラ等の装置の双安定状態間の光スイツチングエネルギーは１平方ミクロン当＃）１００ヘムトジユールよりわずかに大きい。しかしながら、ケムラ等の装置でこのよう逐小さなスイッチングエネルギーを得るにはファプリー・ペロ共振器のフィネスは大きくなければならない。No. 566.968 by Sm1th et al. . The optical switching energy between bistable states of Chemla et al.'s device is 1 square micron. #) Slightly larger than 100 hemets. However, the equipment of Chemura et al. In order to obtain such small switching energy at The finesse of the vessel must be great.

発明の要約本発明は非常に小さなスイッチングエネルギーを持つ非線形成いは双安定光学装置を与え乙ものである。この光スイツチングエネルギーは１平方ミクロン当シ約４ヘムトジュールであシ、電気エネルギーを含む全スイッチングエネルギーは１平方ミクロン当シ約２０ヘムトジュ・−ルである。このように小さなスイッチングエネルギーは光を吸収し、それにより光電流を生成し得る材料を用いて達成される。この光電流に応じる電圧が、半導体量子井戸領域の、光吸収を充電流変化に応じて変化させるために、半導体量子井戸領域を有する構造に印加される。Summary of the invention The present invention provides a nonlinear or bistable optical system with very small switching energy. It is a good thing to give a place. This light switching energy is about 1 square micron. It is 4 hemtojoules, and the total switching energy including electrical energy is 1 It is approximately 20 hemjoules per square micron. A small switch like this energy is achieved using materials that can absorb light and thereby generate a photocurrent. It will be done. The voltage corresponding to this photocurrent changes the charging current of the semiconductor quantum well region, which absorbs light. applied to a structure with semiconductor quantum well regions in order to vary accordingly.

また、半導体量子井戸領域における光吸収量の変化は、非線形・双安定光動作状態をもたらす帰還路を与えるように光を吸収出来る材料の光吸収量に影響する。In addition, the change in the amount of light absorption in the semiconductor quantum well region is due to the nonlinear and bistable optical operation state. This affects the amount of light absorbed by materials that can absorb light to provide a return path that leads to

図面の簡単な説明第１図は本発明を示す概略図である。Brief description of the drawing FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the present invention.

第２図及び３図は本発明の動作特性、を示すグラフである。FIGS. 2 and 3 are graphs showing the operating characteristics of the present invention.

第４図は本発明の光透過特性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the light transmission characteristics of the present invention.

第５図は本発明を示す側面図である。FIG. 5 is a side view showing the present invention.

第６図は本発明の光吸収係数を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the light absorption coefficient of the present invention.

第７図及び８図は本発明を示す等角投影概略図である。Figures 7 and 8 are isometric schematic diagrams illustrating the invention.

第９図及び１０図は本発明の構成を示す側面図である。9 and 10 are side views showing the structure of the present invention.

第１１図はディスクリート装置のアレイとしての本発明を示す等角投影図である。FIG. 11 is an isometric view showing the invention as an array of discrete devices. .

第１２図はピンダイオード構造を用いた本発明を示す側面図である。FIG. 12 is a side view showing the present invention using a pin diode structure.

第１３図及び１４図は本発明の動作特性を示すグラフである。FIGS. 13 and 14 are graphs showing the operating characteristics of the present invention.

第１５図はインダクタンスコイルを用いて光発振器を構成した本発明を示す概略図である。Figure 15 is a schematic diagram showing the present invention in which an optical oscillator is constructed using an inductance coil. It is a diagram.

第１６図は定電流源を用いた本発明の概略図である。FIG. 16 is a schematic diagram of the present invention using a constant current source.

第１７図、１８図１．１９図は本発明の動作特性を示すグラフである。Figures 17, 18, 1 and 19 are graphs showing the operating characteristics of the present invention.

第２０図はトランジスタを用いた本発明を示す概略図でちる。FIG. 20 is a schematic diagram showing the present invention using a transistor.

第２１図は光ダイオードを用いた本発明を示す概略図である。FIG. 21 is a schematic diagram showing the present invention using a photodiode.

第２２図は光ダイオード或いは光トランジスタを持つ集積構造における本発明を示す側面図である。Figure 22 shows the invention in an integrated structure with photodiodes or phototransistors. FIG.

第２３図は本発明を示す側面図でおる。FIG. 23 is a side view showing the present invention.

第２４図は空間光変調器としての本発明を示す概略図である。FIG. 24 is a schematic diagram showing the present invention as a spatial light modulator.

第２５図は半導体本体内でトランジスタと共に集積化された本発明の側面図である。FIG. 25 is a side view of the invention integrated with a transistor within a semiconductor body. Ru.

第２６図はフォトトランジスタとＭＱＷ変調器に作用する同じ光ビームを有する本発明を示す概略図である。Figure 26 has the same light beam acting on the phototransistor and the MQW modulator. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the present invention.

第２７図は導波路を有する本発明を示す等角投影図で第１図は本発明の実施例を示す概略図である。光源１００は材料１０４に入射する入力光ビーム１０２を発生する。入力光ビーム１０２０１部は出力光ビーム１０６として材料１０４から出射する。材料ｊ０４は単一材料構造でもよく、或いは材料１０４は電子回路などの一連の構成要素を有してもよい。FIG. 27 is an isometric view showing the invention with a waveguide, and FIG. 1 shows an embodiment of the invention. FIG. A light source 100 emits an input light beam 102 that is incident on a material 104. live. A portion of the input light beam 10201 is extracted from the material 104 as the output light beam 106. Emits light. Material j04 may be a single material structure, or material 104 may be an electronic circuit or the like. It can have any set of components.

材料１０４の光学特性が第２図及び３図に示しである。The optical properties of material 104 are shown in FIGS. 2 and 3.

材料１０４が示す光吸収の原理は、第１に、入力光ビーム１０２０強度が増すにつれて材料１０４による光吸収係数が増加し、第２に、材料１０４による光エネルギーの吸収が増すと光吸収係数が増すように材料１０４が正の帰還機構を示すという事で与えられる。これ等の２つの原理の結果として、材料１０４は安定な光学的透過状態間をスイッチする。The principle of light absorption exhibited by the material 104 is that, first, as the intensity of the input light beam 1020 increases, As time passes, the light absorption coefficient by the material 104 increases, and secondly, the light energy by the material 104 increases. The material 104 exhibits a positive feedback mechanism such that the optical absorption coefficient increases as the absorption of energy increases. It is given as such. As a result of these two principles, material 104 is stable. Switch between optically transparent states.

第２図には入力光ビーム１０２０強度が変化した場合の材料１０４の挙動を示している。但し、以下の説明では強度よシビームパワーが単位として用いられる。Figure 2 shows the behavior of the material 104 as the intensity of the input light beam 1020 changes. ing. However, in the following explanation, intensity and beam power are used as a unit.

ビームパワーはワットを単位とし、ビーム強度は平方メートル当りのワットを単位としている。ビームパワーは光ビームの軸線に垂直な断面にわたる強度の積分として与えられる。材料１０４はビームパワーに応答し、特に材料、１０４によシ吸収されたパワーに応するので、以下の説明ではパワーの単位がより有用である。第２図には、パワーで表わした入力光ビーム１０２が横軸に沿ってプロットしである。縦軸には、出力光ビーム１０６のパワーが透過パワーとしてプロットしである。入力パワーがＢの値まで増加すると、透過パワーはＴＢＩの値に増加する。しかし、材料１０４の吸収係数は入力パワーが増すにつれて増加し、従って入力パワーＡから入力パワーＢに到る透過曲線１０９は線１１０で示した一定傾斜線より下にある。入力パワーが値ＢからＣに更に増加すると、吸収係数が更に増加し、従って材料１０４の透過が不安定になシ、ＴＣｌからＴｅ３にスイッチする。入力パワーがＤに増加すると、透過量はＴＤになる。Beam power is measured in watts and beam intensity is measured in watts per square meter. It is ranked as Beam power is the integral of the intensity over a cross section perpendicular to the axis of the optical beam. given as. The material 104 is responsive to beam power, and in particular In the following discussion, the unit of power is more useful because it corresponds to the absorbed power. Ru. In FIG. 2, the input optical beam 102 in power is plotted along the horizontal axis. It is. On the vertical axis, the power of the output light beam 106 is plotted as transmitted power. It is. When the input power increases to the value of B, the transmitted power increases to the value of TBI do. However, the absorption coefficient of material 104 increases as the input power increases, so The transmission curve 109 from input power A to input power B is constant as shown by line 110. below the slope line. As the input power further increases from value B to C, the absorption coefficient increases. , and therefore the permeation of the material 104 becomes unstable, switching from TCl to Te3. Chi. When the input power increases to D, the amount of transmission becomes TD.

光ビーム１０４０強度が減ると、透過パワーは曲線１０９に沿って入力パワーＢに到り、ここで材料１０４の吸収係数はより小さな値にスイッチし、透過パワーはＴＢＩに増加する。ここで材料１０４は、光入力パワーの増加につれて透過量の大きな状態から小さな状態にスイッチし、また光入力パワーの減少につれて大きな透過量にスイッチパックするので、光双安定性を示すと言われる。しかし、光双安定性は他のスイッチングシーケンスに対して存在してもよい。As the light beam 1040 intensity decreases, the transmitted power changes along the curve 109 to the input power B , at which the absorption coefficient of material 104 switches to a smaller value and the transmitted power increases to TBI. Here, the material 104 increases the amount of transmission as the optical input power increases. switches from a large state to a small state, and also increases as the optical input power decreases. It is said to exhibit optical bistability because it switches to a large amount of transmission. but, Optical bistability may exist for other switching sequences.

第３図は光双安定性を与える材料１０４の特性例を示したものである。吸収量は材料励起の関数とされる。また材料励起は材料１０４による光吸収パワーの関数とされる。これ等の２つの仮定から２つの同時方程式が得られ、その図式層が第３図に示しである。Ａは光吸収を表わし、Ｎは材料励起を表わすとしよう。初めの仮定は式（１）によシ一般に表わされる。FIG. 3 shows an example of the characteristics of the material 104 that provides optical bistability. The amount of absorption is It is assumed to be a function of material excitation. Also, the material excitation is a function of the optical absorption power by the material 104. It is said that These two assumptions result in two simultaneous equations whose graphical layer is This is shown in Figure 3. Let A represent optical absorption and N represent material excitation. beginning The assumption is generally expressed by equation (1).

Ａ　＝　Ａ　（Ｎ）　（１）第３図には、Ｔで示した透過率がプロットしてあシ、このＴはＴ　＝　１−　Ａ　（２１で定義される。A = A (N) (1) In Figure 3, the transmittance indicated by T is plotted. T = 1-A (21 Defined by

式（１）から得られる透過率Ｔ対材料励起Ｎのプロットが曲線１２０によシ示される。この曲線１２０は、材料励起量Ｎが増加した時の吸収量の増加、従って透過率Ｔの減少を示したものである。入射光パワーはＰで表わされ、従って吸収光パワーはＡＰとなり、この場合の材料による光吸収量はＮ　＝　ｙ　Ａ　Ｐ　（３）となる。A plot of transmittance T versus material excitation N obtained from equation (1) is shown by curve 120. It will be done. This curve 120 shows the increase in the amount of absorption when the amount of material excitation N increases, and therefore the amount of transmission. This shows a decrease in the error rate T. The incident light power is represented by P, so the absorbed light The power is AP, and the amount of light absorbed by the material in this case is N = y A P (3) becomes.

記号ｙは比例定数である。第３図では、一定の入力パワー上に対して透過率Ｔ対材料励起量Ｎとして式（３）をプロットすることによシ直線が得られることを示している。The symbol y is a proportionality constant. In Figure 3, the transmittance T vs. It is shown that a straight line can be obtained by plotting equation (3) as the material excitation amount N. are doing.

第２図に示した入力パワー値に対して直線がＡ、Ｂ、Ｃ。The straight lines are A, B, and C for the input power values shown in Figure 2.

Ｄとして第３図にプロットされ、また第３図の直線は対応してＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄとラベルされる。D is plotted in Figure 3, and the straight lines in Figure 3 correspond to A, B, C, D. be labeled.

曲線１２０と線Ａの交点は第２図でＴＡとして表わした透過パワーを与える。第２図の２点ＴＢＩとＴＢ２に対応して第３図には曲線１２０と線Ｂの２つの交点が与えられる。線Ｃは第２図の点ＴＣＩによシ表わされる曲線１２０の上部に接して引かれたものである（入力パワーの値Ｃは、この接線条件が生じるように選択された）。The intersection of curve 120 and line A provides the transmitted power, expressed as TA in FIG. No. Corresponding to the two points TBI and TB2 in Figure 2, Figure 3 shows the two intersections of curve 120 and line B. is given. Line C is tangent to the top of curve 120 represented by point TCI in FIG. (The input power value C is chosen such that this tangent condition occurs. selected).

線ＣはまたＴｅ３に対応する点で曲線１２０と交差する。Line C also intersects curve 120 at a point corresponding to Te3.

材料１０４は、入力光ビーム１０２０強度が値Ｃにより表わされるパワーに達した時不安定であり、従ってＴｅ３により与えられる値に透過パワーＴＣ１からスイッチする。入力パワー°が更に増加し、第３図の線りにより表わされる値に達すると、第２図の点ＴＤに表わされる、曲線１２０と線りの間の唯一つの交差点を与えるようになる。The material 104 causes the input light beam 1020 intensity to reach a power represented by the value C. Therefore, the transmitted power TC1 shifts to the value given by Te3. It's itchy. The input power ° increases further and reaches the value represented by the line in Figure 3. Then, the only intersection point between the curve 120 and the line, represented by point TD in FIG. will begin to give.

双安定スイッチング特性を示し且つ材料励起Ｎとしてサンプル温度を用いる材料の実施例はＧａＡｓ　／　ＧａμＡｓ多重量子井戸（ＭＱＷ）型サンプルである。以下の説明では多重量子井戸構造はＭＱＷ構造と呼ばれる。ＭＱＷ構造は米国特許出願：デイ、ニス、ケムラ、ピー、エイ。Materials that exhibit bistable switching properties and use the sample temperature as the material excitation N The example is a GaAs/GaμAs multiple quantum well (MQW) sample. . In the following description, the multiple quantum well structure will be referred to as an MQW structure. MQW structure is US Patent applications: Day, Nis, Chemura, P, A.

ビー、ミラー、ピー、ダブリュ、スミス（Ｄ、Ｓ。Bee, Miller, P, W, Smith (D, S.

Ｃｈｅｍｌａ−Ｐ、　Ａ、　Ｂ、　Ｍｉｌｌｅｒ−Ｐ、　Ｗ、　Ｓｍ１ｔｈ　）の米国出願番号第５６７．２２２号　；ディ、ニス、ミラー、ディ。Chemla-P, A, B, Miller-P, W, Sm1th) U.S. Application No. 567.222; D. Niss, Miller, D.

エイ、ビー、ミラー、ピー、ダブリュー、スミス（Ｄ。A, B, Miller, P, W, Smith (D.

Ｓ、　Ｍｉｌｌｅｒ−Ｄ、　Ａ、　Ｂ、　Ｍｉｌｌｅｒ−Ｐ、　Ｗ、　Ｓｍ１ｔｈ　）の米国出願番号第５６６．９６８号；及びディ、ニス、ケミラ、ティ、シー、ダネン、エイ、シー、ゴサード、ディ、エイ、ビー、ミラー、ティ、エイチ、ウッド（Ｄ。S, Miller-D, A, B, Miller-P, W, Smlt h) U.S. Application No. 566.968; -, Dannen, A, C, Gossard, D, A, B, Miller, T, H , Wood (D.

Ｓ、　Ｄｈｅｍｌａ−Ｔ、　Ｃ，Ｄａｎｅｎ−Ａ、　Ｃ，Ｇｏｓｓａｒｄ　−Ｄ、　Ａ、　Ｂ、　Ｍｉｌｌｅｒ−Ｔ、　Ｈ，Ｗｏｏｄ　）の米国出願番号第５５８，５４５号に詳述されている。このサンプノしは３７５周期のＣａ　ｏ、７　Ｍｏ２Ｂ　Ａｓ　層を有し、その厚さは８７オングストロームで、８５オングストローム厚のＧａＡｓ　Ｍｉと交互し、この全体構造は厚みが約１．２ミクロンのＧａ、）、７　Ｍｏ、３　Ａｓ　キャップ層の間にサンドイッチされ、全厚みは約９ミクロンになる。このサンプルは熱伝導率の低いマウントを与えるためにガラスファイバーにエポキシ樹脂で接着された。レーザを入力光ビーム１０２として用いた。レーザ波長はエキシトン共鳴ピーク以下の光子エネルギーの所に選択されたが、サンプルの温度上昇によシエキシトンピークがレーザ波長領域にシフト肱それによシ材料１０４の吸収係数を増すようにピークに十分近いものであった。このようにして、サンプルの温度を増すと吸光量が増加した。吸光量の増加はサンプル温度の増加をもたらし、これは吸光量の増加をもたらした。S, Dhemla-T, C, Danen-A, C, Gossard-D , A., B., Miller-T., H., Wood), U.S. Application No. 55 No. 8,545. This sample has 375 cycles of Cao, 7 It has a Mo2B As layer, and its thickness is 87 angstroms and 85 angstroms. Alternating with Trohm-thick GaAs Mi, the overall structure is approximately 1.2 microns thick. Sandwiched between the cap layers of Ga, ), 7 Mo, and 3 As, the entire thickness is approximately 9 microns. This sample is designed to give a mount with low thermal conductivity. Glued to fiberglass with epoxy resin. The laser input light beam 102 and It was used as The laser wavelength is selected at a photon energy below the exciton resonance peak. However, as the sample temperature increases, the exciton peak shifts to the laser wavelength region. It should be close enough to the peak to increase the absorption coefficient of the material 104. It was. In this way, increasing the temperature of the sample increased the amount of absorbance. Increase in light absorption The addition resulted in an increase in sample temperature, which resulted in an increase in absorbance.

このサンプルは第２図に示したように光学的双安定スイッチングを示した。This sample exhibited optical bistable switching as shown in FIG.

第４図はＭＱＷサンプルの光透過係数を示したもので、曲線１２４は室温に対して、曲線１２６は上昇温度に対して与えられる。このサンプルの上昇温度は入力光ビーム１０２からのエネルギーの吸収による加熱によった。Figure 4 shows the light transmission coefficient of the MQW sample, where curve 124 is relative to room temperature. Thus, curve 126 is given for increasing temperature. Enter the temperature rise for this sample. By heating due to absorption of energy from light beam 102.

レーザ光子エネルギーは線１．２８により示しである。サンプルの透過係数はサンプルの温度上昇につれて値１３０から値１３２に減少するが、これは曲線１２４から曲線１２６までの光吸収のシフトによシ惹起される。Laser photon energy is indicated by line 1.28. The transmission coefficient of the sample is As the temperature of the sample increases, the value decreases from 130 to 132, which corresponds to curve 12. 4 to curve 126 is caused by a shift in optical absorption.

このようにして、このサンプルは上記のように光双安定性を与える。In this way, this sample confers optical bistability as described above.

第５図は自己エレクトロオプティック効実装置（以下では５ＥＥＤ装置）としての本発明の実施例の概略図である。第５図の構成要素は第１図に従って与えられる。Figure 5 shows a self-electro-optic effect device (hereinafter referred to as 5EED device). 1 is a schematic diagram of an embodiment of the present invention; FIG. The components of Figure 5 are given according to Figure 1. Ru.

入力光ビーム１０２が材料１０４に照射される。この材料１０４は電気接点部１０４Ａ、１０４Ｂを有したＭＱＷ構造を有し、電気接点部は電子回路１０４Ｃと電気的に接続されている。この電子回路はＭ　Ｑ　Ｗ構造内で光吸収により生成される光電流に応答し、ＭＱＷに電圧を印加し、それによｆｉＭＱＷの光吸収特性に影響を与える。上記のＳεｇＤという名称は第５図に示した本発明の実施例に対して用いられるが、それは、ＭＱＷ内で生成された光電流によりＭＱＷの性質に影響を与えるためで、従って「自己」エレクトロオプティック効実装置と呼ばれる。この電子回路は簡単な抵抗器、コイル、供給用インダクタンス、フォトダイオード、フォトトランジスタ、定電流源、或いはその他の有用な電子回路を用いることが出来る。この電子回路はまた個別構成で形成してもよく、或いはＭＱＷ構造を含む半導体ウェハ内に集積化してもよい。ＭＱＷによる本発明の多くの実施例を以下に説明する。An input light beam 102 is directed onto material 104 . This material 104 is the electrical contact part 1 It has an MQW structure with 04A and 104B, and the electrical contact part is connected to the electronic circuit 104C. electrically connected. This electronic circuit is generated by light absorption within the MQW structure. In response to the photocurrent generated, a voltage is applied to the MQW, which changes the optical absorption characteristics of the fiMQW. affect sexuality. The above name SεgD is the embodiment of the present invention shown in FIG. The photocurrent generated within the MQW increases the to influence the quality of the device, hence the term ``self'' electro-optic effect device. It will be revealed. This electronic circuit consists of a simple resistor, coil, supply inductance, and photo diodes, phototransistors, constant current sources, or other useful electronic circuits. It can be used. This electronic circuit may also be formed in discrete configurations or M It may also be integrated into a semiconductor wafer containing a QW structure. Many inventions by MQW An example will be described below.

本発明の以下に与える実施例は光吸収体としてＭＱＷ構造を有する、光吸収体としてＭＱＷ構造を用いる理由は、ＭＱＷ構造に装着された電気接合部に小電圧を印加すると、ＭＱＷ構造の光吸収性が太きく変化することによる。印加電圧がＭＱＷ構造の光学特性に与える作用は上記ケムラ等の米国特許出願番号５５８，５４５　に詳しく説明されている。第６図によシ、電場がＭＱＷの特性に与える効果を簡単に説明する。第６図に示した曲線は、ＭＱＷに印加された電場を種々変えた場合の未ドープ（真性）ＭＱＷ構造の光透過率を示すものである。The embodiments of the present invention given below will be described using a light absorber having an MQW structure as a light absorber. The reason for using an MQW structure is to apply a small voltage to the electrical junctions attached to the MQW structure. This is due to the fact that when the voltage is applied, the light absorption of the MQW structure changes sharply. The applied voltage is M The effect on the optical properties of the QW structure is described in U.S. Patent Application No. 558,5 by Kemura et al. 45 is explained in detail. Figure 6 shows the effect of electric field on the characteristics of MQW. Briefly explain the results. The curve shown in Figure 6 shows that the electric field applied to the MQW is varied. 2 shows the light transmittance of an undoped (intrinsic) MQW structure when obtained.

ＭＱＷは故意にはドープされず、背景としてのドープ不純物レベルは約５　Ｘ　１０　”　ｃｍ−”以下であった。この真性ドープＭＱＷをＰドープ接点部１０４Ａ及びＮドープ接点部１０４Ｂの間に挾んで電場を印加した。この時、ＭＱＷはピンダイオードの真性（ｉ）領域として動作した。このピンダイオードは、ダイオード内の［作りつけ電界（ｂｕｉｌｔ　ｉｎ　ｆｉｅｌｄ　）　Ｊ　をＭＱＷ層領域に完全にシフトさせるために逆バイアスされた。この光学的に活性なＭＱＷ領域は、ｐ及びｎ接点１０４Ａ及び１０４Ｂの前後に約８ボルトの電圧を外部から印加することによシ曲線１４０で示した印加電圧０ボルトの低電場から曲線１４４で示した約７．３Ｘ１０’Ｖ／σの電場状態にスイッチすることが出来る。ＭＱＷに電場が印加されると光吸収量は光子エネルギーＡの所で選択された代表動作点で急激に増加した。印加電圧０におけるヘビーホールエキシトン共鳴点１４６Ａは印加電場が７．３　Ｘ　１０’Ｖ／ｃｍの下では共鳴ピーク１４６Ｂにシフトしている。The MQW is not intentionally doped and the background doping impurity level is approximately 5× It was 10"cm-" or less. This intrinsically doped MQW is connected to the P-doped contact portion 10. An electric field was applied between the contact portion 4A and the N-doped contact portion 104B. At this time, MQW operated as the intrinsic (i) region of the pin diode. This pin diode is The built-in electric field J in the iode is MQ It was reverse biased to completely shift to the W layer region. This optically active M The QW region carries approximately 8 volts across the p and n contacts 104A and 104B. By applying the voltage from It is possible to switch to an electric field state of approximately 7.3 x 10'V/σ as shown by line 144. Ru. When an electric field is applied to the MQW, the amount of light absorption is selected at photon energy A. It increased rapidly at the representative operating point. Heavy hole exciton resonance at 0 applied voltage Point 146A is the resonance peak 146 under the applied electric field of 7.3 x 10'V/cm. Shifting to B.

第７図及び８図はピンダイオードの真性領域（ｉ）としてのＭＱＷを有する本発明の実施例を示したものであり、電子回路１０４Ｃは簡単な抵抗器１５０及び電圧源１５２である。電圧源は選択出来、以下の説明ではＯボルトに設定される。Figures 7 and 8 show the present invention with MQW as the intrinsic region (i) of the pin diode. The electronic circuit 104C includes a simple resistor 150 and a voltage This is a pressure source 152. The voltage source is selectable and will be set to O volts in the following description.

第７図において、ｐ及びｎ電気接触層はＭＱＷの層に平行でちる。第８図では、電気接触層［ＭＱＷの層に垂直である。光ビームがＭＱＷの層に垂直な実施例では、キャップ層は動作波長に対して透明でなければならない。光ビームがＭＱＷＯ層に平行な実施例では、必要な量子井戸層は多数ではなく、はんの１個或いは２個の方が良い場合もある。但し、ＭＱＷという名称は、量子井戸層が１つ或いは２つの場合も用いられる。ピン構造の層は、外部印加電圧が無い場合にＭＱＷがほぼ「作りつけ電界（ｂｕｉｌｔ　ｉｎ　ｆｉｅｌｄ　）　Ｊ　内にちるように配置される。従って、光ビームが無くてもＭＱＷは電場が０の時とは異なった光吸収挙動を示すことになる。ＭＱＷ層によ９１部吸収される光ビームを印加すると、電子及びホールが生成される。こ′れ等の電子及びホールは「作シつけ電界（ｂｕｉｌｔ　ｉｎ　ｆｉｅｌｄ　）　Ｊ　を１部相殺するように電気回路内を移動する。従って、量子井戸を通る電ｓＶｉ減少する。このように量子井戸に印加された電場が減少すると量子井戸の吸収及び屈折量が変化する。ピンダイオード構成にＭＱＷ構造が含まれないような実施例も本発明においては可能であシ、その場合は第７図及び８図の接触領域はｐ或いはｎドープされる必要はない。In FIG. 7, the p and n electrical contact layers are parallel to the MQW layers. In Figure 8, Electrical contact layer [perpendicular to the layer of MQW. In the embodiment where the light beam is perpendicular to the MQW layer The cap layer must be transparent to the operating wavelength. The light beam is MQW In the embodiment parallel to the O layer, the required quantum well layers are not multiple but one or more layers. Sometimes two is better. However, the name MQW refers to a structure with one quantum well layer. is also used in two cases. The layer of pin structure is MQW in the absence of externally applied voltage. almost falls within the built-in electric field J. will be placed in Therefore, even without a light beam, the MQW was different from when the electric field was 0. It shows light absorption behavior. Applying a light beam that is 91% absorbed by the MQW layer As a result, electrons and holes are generated. These electrons and holes are built in field J move. Therefore, the electric current sVi passing through the quantum well decreases. In this way, the quantum well As the applied electric field decreases, the amount of absorption and refraction of the quantum well changes. pindaio An embodiment in which the MQW structure is not included in the code structure is also possible in the present invention. , in which case the contact regions of FIGS. 7 and 8 need not be p- or n-doped.

ここで、第７図及び８図の実施例に基づいて数値例を挙げてみると、量子効率を１として（入射光が全て吸収される）、１．５ｅＶの光子からなる１ミリワツトの光ビームによシ約０．６６　ｍＡの光電流が発生する。抵抗器を１０００オームとすると、上・記の電流は０．６６ボルトの電圧降下を与える。このような電圧は、バンドギャップが１６５電子ボルトの半導体に対して、約（１，５−０，６６）／１．５、即ち約０．５６の因子だけ「作シつけ電界（ｂｕｉｌｔ　ｉｎ　ｆｉｅｌｄ　）　Ｊ　を低減させる。ＭＱＷ構造に印加される電場がこのように大きく変化すると、光吸収量及び屈折率も犬きく変化する。体積が１００ミフロン×１ミクロン×１ミクロンで、電極がＭＱＷ面に平行し、１０ミクロンの表面を有する装置の応答時間を評価することが出来る。この装置のキャパシタンスは、誘電率を１３とするとはｆｆ　１．２　Ｘ　Ｉ　Ｆ”ファラドである。抵抗器を１０００オームとすると、時定数ＲＣは約１２ピコ秒となり、この時間は厚みが１ミクロンの装置忙対する掃き出し時間（ｓｗｅｅｐ　ｏｕｔ　ｔｉｍｅ　）　と同程度である。Here, if we give a numerical example based on the embodiments shown in Figures 7 and 8, the quantum efficiency 1 (all incident light is absorbed), 1 milliwatt consisting of 1.5 eV photons A photocurrent of approximately 0.66 mA is generated by the light beam. 1000 ohm resistor The above current gives a voltage drop of 0.66 volts. This kind of electricity For a semiconductor with a bandgap of 165 eV, the pressure is approximately (1,5-0, 66)/1.5, or about a factor of 0.56. field) J is reduced. The electric field applied to the MQW structure is like this When there is a large change in the amount of light absorbed, the amount of light absorption and the refractive index also change significantly. Volume is 100mif Ron x 1 micron x 1 micron, with the electrode parallel to the MQW surface and a 10 micron surface. The response time of a device with a surface can be evaluated. Capacitance of this device If the dielectric constant is 13, it is ff 1.2 x IF” Farad.Resistance If the device is 1000 ohms, the time constant RC is approximately 12 picoseconds, and this time is Sweep out time for a 1 micron device ) is about the same.

更に、選択電圧源１５２によシ直流逆バイアスをｐ及び・ｎ接触部に印加してもよい。この場合の光電流は「作りつけ電界（ｂｕｉｌｔ　ｉｎ　ｆｉｅｌｄ　）　Ｊ　を変え、ＭＱＷ層の光吸収並びに光透過量を変化させる。Furthermore, even if a DC reverse bias is applied to the p and n contacts by the selection voltage source 152, good. In this case, the photocurrent is a “built-in electric field”. By changing J, the amount of light absorption and light transmission of the MQW layer is changed.

本発明の実施例に基づく吸収性の光安定性の例は、第６図に示したエレクトロオプティック吸収特性を与える。An example of absorptive photostability according to embodiments of the present invention is shown in FIG. Gives poutic absorption properties.

吸収性双安定性は吸光度の減少に基づいて与えられ、光学強度の増加をもたらす。ＭＱＷ構造は、例えば、反射電極からなるファプリー・ペロ共振器内に配置される。Absorptive bistability is given on the basis of a decrease in absorbance, resulting in an increase in optical intensity . The MQW structure is, for example, placed in a Fapley-Perot cavity consisting of reflective electrodes. It will be done.

光ビーム強度が０から増加すると、ＭＱＷ材料内に゛吸収が生じる。この吸収によシ光電流が発生する。この光電流は抵抗器１５０の前後で電圧降下を与え、これＭＱＷに印加される電圧を低減させ、これによＪＭＱＷ内の印加電場が減少し、また吸収スペクトルを曲線１４４から光吸収が低減する。ファプリー・ペロ共振器内の吸収が減少するにつれ、共振器のＱ係数が増加し、共振器内に共鳴光波を励振するようになる。可飽和吸収体が与えられると、上記のプロセスは正帰還をなし、再生状態になシ、共振器が入射強度の増加につれてスイッチオンする。As the light beam intensity increases from zero, absorption occurs within the MQW material. This absorption A light current is generated. This photocurrent causes a voltage drop across resistor 150, which This reduces the voltage applied to the MQW, which reduces the applied electric field within the JMQW. , and the light absorption is reduced from the absorption spectrum curve 144. Fapley Pero As the absorption within the resonator decreases, the Q-factor of the resonator increases, creating a resonant optical wave within the resonator. begins to excite. Given a saturable absorber, the above process has positive feedback When the resonator is in the regenerative state, the resonator switches on as the incident intensity increases.

本発明のこの実施例によれば、光吸収は可飽和であシ、双安定スイッチングが発生する。According to this embodiment of the invention, optical absorption is saturable and bistable switching occurs. live.

第６図に示したエレクトロオプティック光吸収特性を有する本発明の実施例に基づく屈折率双安定性の例を以下に説明する。屈折率双安定性は光強度が増加した場合の屈折率の変化に基づいて与えられる。ＭＱＷ構造体が、例えば反射電極からなるファプリー・ペロ共振器内に置かれる。光ビームの強度が０から増すにつれ、ＭＱＷ材料中に吸収が生じる。この吸収にょシ光電流が発生する。Based on the embodiment of the present invention having the electro-optic light absorption characteristics shown in FIG. An example of the resulting refractive index bistability will be explained below. Refractive index bistability increases light intensity It is given based on the change in refractive index of the case. Is the MQW structure, for example, a reflective electrode? It is placed in a Fapley-Perot resonator consisting of As the intensity of the light beam increases from 0 As a result, absorption occurs in the MQW material. This absorption generates a photocurrent.

この光電流はＭＱＷに対し電圧降下を与え、これにょシＭＱＷ内の印加電場が減少し、吸収スペクトルが曲線１４４から曲線１４０に向けて移動する。得られた吸収スペクトルの変化はまたクラマースークロニッヒ（Ｋｒａｍａｒｓ　−ＫｒｏｎＬｇ　）　の関係により明らかなようにＭＱＷの屈折率を変化させる。この屈折率の変化は、それがＭＱＷ内の共鳴条件を変えるので、共振器の共鳴榮件を変化させる。動作波長を適当に選択すると、この屈折率変化は、共振器内の光学強度が更に増加するような共鳴条件に向けて共振器を変化させる。光学強度が更に増加すると、光電流が増加し、従って屈折率が更に変化し、かくして装置はかかる再生過程に起因してほぼ共鳴した状態にスイッチされ得る。本発明のここに与えた実スイッチングが実現される。This photocurrent causes a voltage drop across the MQW, which in turn reduces the applied electric field within the MQW. The absorption spectrum shifts slightly from curve 144 toward curve 140. obtained Changes in the absorption spectrum can also be seen in the Kramars-Kronig As is clear from the relationship onLg), the refractive index of the MQW is changed. this The change in refractive index changes the resonant conditions of the cavity as it changes the resonant conditions within the MQW. change. With an appropriate choice of operating wavelength, this refractive index change can be The resonator is changed towards resonant conditions such that the intensity increases further. Increased optical strength , the photocurrent increases and therefore the refractive index changes further, thus making the device less active. Due to such a regeneration process, it can be switched to a nearly resonant state. Here of the invention The given real switching is realized.

本装置が、吸収性双安定により動作するか、或いは屈折率双安定性によるか、或いは両者の成る組合わせによるか波長及びその他のパラメータの選択次第である。whether the device operates by absorptive bistable or refractive index bistability; or a combination of both, depending on the choice of wavelength and other parameters. .

任意のバッテリ１５２によシ発生される印加電圧があると次のものを含む幾つかの利点が得られる。即ち、ＭＱＷから電荷キャリヤを一掃し、それによシスイツチングをよシ速くする電場が得られる。また吸収スペクトルを曲線１４０に或いは曲線１４４に向けてシフトさせることによシ動作点を調整することが出来る。The applied voltage generated by any battery 152 may include some of the following: benefits. That is, the charge carriers are swept away from the MQW, thereby An electric field can be obtained that speeds up the process. Also, the absorption spectrum is shown as curve 140. The operating point can be adjusted by shifting the curve 144 toward the curve 144.

第９図及び１０図は本発明の集積化した実施例を成長させるステップを示す。第９図で、基板１６０は先ずその上に成長させた導電性キャップ層１６２を有する。次に、ＭＱＷ構造１６４が導電性キャップ層上に成長され、最後に厚みが制御された抵抗性キャップ層１６６がＭＱＷ構造１６４の上に成長される。第９図に示した層のメサ１６７がエツチングによシ生成され、絶縁層１７０がこのメサにわたってデポジットされ、抵抗性キャップ層１６６の頂部を露出させるように孔１７２が絶縁層に形成される。メサ内では抵抗性キャップ層１６６が抵抗性カラム１６６’　Ａになる。最後に、導電電極１７４が絶縁層１７０にわたってデポジットされ、これにより孔１７２を通して抵抗性カラムに対する電気接点が与えられる。ＭＱＷｌ　６４Ａには、導電層１７４及び１６２Ａに電気的に接触させることによりポテンシャルが印加される。基板は、もし動作波長で透明でない場合は除去される。抵抗性カラム１６６Ａは長さが１１幅がＷで、その抵抗はｔ及びＷｌ並びに層１６６の製造時に用いられるドーピング濃度を制御することにより容易に制御される。この抵抗性カラム１６６Ａは第７図及び８図に示したように抵抗器１５０として用いられる。バイアスを０にした本発明の実施例は、電極１７４を導電層１６２人と電気的に結合するだけでよい。一方、バッテリ１５２などの電圧源は導電性電極１７４及び１６２Ａの間に接続される。9 and 10 illustrate the steps for growing an integrated embodiment of the present invention. No. In Figure 9, a substrate 160 first has a conductive cap layer 162 grown thereon. . Next, an MQW structure 164 is grown on the conductive cap layer and finally the thickness is controlled. A resistive cap layer 166 is grown over the MQW structure 164. In Figure 9 A mesa 167 of the layer shown is produced by etching and an insulating layer 170 is attached to this mesa. a hole is deposited across the resistive cap layer 166 to expose the top of the resistive cap layer 166. 172 is formed on the insulating layer. Within the mesa, a resistive cap layer 166 is provided with a resistive cap layer 166. It becomes 166'A. Finally, a conductive electrode 174 is deposited across the insulating layer 170. This provides electrical contact to the resistive column through hole 172. It will be done. MQWl 64A is in electrical contact with conductive layers 174 and 162A. A potential is applied by If the substrate is not transparent at the operating wavelength, If it is, it will be removed. The resistive column 166A has a length of 11 and a width of W, and its resistance is t and By controlling the doping concentrations used in the fabrication of layer 166 and Wl as well as easily controlled. This resistive column 166A is shown in FIGS. 7 and 8. It is used as the resistor 150. In the embodiment of the present invention where the bias is set to 0, the electrode 174 need only be electrically coupled to conductive layer 162. On the other hand, the battery 152 A voltage source such as is connected between conductive electrodes 174 and 162A.

第１１図は第１０図に示したような装置のアレイ１８０としての本発明の実施例を示す。第１０図に示した１つの装置を作る時に用いられる工程ステップは第１１図に示したように、装置のアレイを作るのに特に良く適している。第１１図における層には第１０図に示された対応する層に対して割り当てられた参照番号が与えられる。上記アレイ中の個々の装置、例えば１８０Ａはアレイ中の他の全ての装置とは独立に動作する。この独立性は、アレイ中の各装置の電気的独立性から、並びに、各装置はそれ自身の負荷抵抗器１６６Ａを有するという事実から得られる。また、外部電圧が装置１８０Ａ。FIG. 11 shows an embodiment of the invention as an array 180 of devices such as that shown in FIG. shows. The process steps used in making one device shown in Figure 10 are the first It is particularly well suited for making arrays of devices, as shown in FIG. In Figure 11 The layers in the table have the reference numbers assigned to the corresponding layers shown in Figure 10. Given. Each device in the array, e.g. 180A, is connected to all other devices in the array. operates independently of other devices. This independence is due to the electrical independence of each device in the array. and the fact that each device has its own load resistor 166A. It will be done. Also, the external voltage is 180A.

１８０Ｂ、１８０Ｃ・・・などに印加される時は、アレイ１８０に２つだけ結線が必要であり、また全ての装置は電極１７４及び１６２Ａを通して接続される。When applied to 180B, 180C, etc., only two wires are connected to the array 180. is required and all devices are connected through electrodes 174 and 162A.

装置Ｉ　ＢＯＡ、１８０Ｂ、１８０Ｃ・・・等を用いて独立の光ビームに対して並列処理が行われる。また各装置によシなされる論理は他の装置によシなされる論理とは無関係である。例えば、１つ以上の独立光ビームが各装置１８０Ａ・・・に照射され、装置の双安定性或いはその他の諸性質を用いてＡＮＤ或いはＯＲ論理が実施される。更に、アレイ１８０を互いに重ねて他の論理演算が行われる。Apparatus I For independent light beams using BOA, 180B, 180C...etc. Parallel processing occurs. Also, the logic created by each device is created by other devices. It has nothing to do with logic. For example, one or more independent light beams may be connected to each device 180A... ・AND or OR using bistable or other properties of the device. Logic is implemented. Additionally, other logical operations are performed by stacking the arrays 180 on top of each other. .

本発明の実施例は、第７図に示した回路を用い、ピンダイオードに逆バイアスをかけるようにバッテリの極性を選び、ＭＱＷ層面に垂直な光ビームを用い、更に第１２図に示した半導体を用いてなされた。ＭＱＷ層１９０は５０個のＧａＡｓ　量子井戸層でち９、各層の厚みは９５オングストロームで、９８オングストロームのＧａ　Ａｌ　Ａ　ｓ　障壁層によシ分離され、全ての層は故意にはドーピングはなされない。このＭＱＷの全体の厚みは約０．９６ミクロンである。超格子バッファ層１９２．１９４を用いて、真性ドープＭＱＷ層１９０が接触層内でドープされないようにしている。超格子バッファ層１９２．１９４の厚みは０．２９ミクロンで、ｉ　７’ＣＧａＡｓ層の厚みは２８．５オングストローム、６８．５オングストロークのＧａＡｌ　Ａ　ｓ　層と交互に与えられる。ＭＱＷ１９０に隣接する層１９２Ａは未ドープで、１）、即ち、真性の或いは背景ドーピングを有する。層１９２ＢはＰドープされ、Ｐドープ接触層１９６と接触する。The embodiment of the present invention uses the circuit shown in FIG. 7 and reverse biases the pin diode. Select the polarity of the battery so that the This was done using the semiconductor shown in FIG. The MQW layer 190 consists of 50 GaAs It is a quantum well layer 9, each layer is 95 angstroms thick and 98 angstroms thick. separated by a barrier layer of GaAlAs, all layers are intentionally doped. No matching is done. The total thickness of this MQW is approximately 0.96 microns. Super case An intrinsically doped MQW layer 190 is formed in the contact layer using child buffer layers 192 and 194. I try not to get doped. The thickness of the superlattice buffer layers 192 and 194 is 0. 29 microns, the thickness of the i7'CGaAs layer is 28.5 angstroms, 6 Alternating layers of 8.5 angular strokes of GaAl As are applied. MQW1 Layer 192A adjacent to layer 90 is undoped and has no intrinsic or background doping. has a Layer 192B is P-doped and contacts P-doped contact layer 196.

層１９６は厚さ０．９８ミクロンのＧａ９ｇ　Ａ１４２　Ａｓ　で、約５×１０１７．．３のＰドープ濃度を有する。層１９４Ａは未ドープであシ、即ちＭＱＷＩ　９０との接触のための真性ドープを有する。Layer 196 is 0.98 micron thick Ga9gA142As, approximately 5 x 10 17. ．． It has a P doping concentration of 3. Layer 194A is undoped, i.e. MQW. with intrinsic doping for contact with I90.

層１９４ＢＶｉｎドープ接触層１９５との接触のためのｎドーピングを有する。Layer 194 has n-doping for contact with BVin doped contact layer 195.

層１９８Ｖｉまた、０．９８ミクロン厚のＧａ、１１８　Ｎ、３２　ＡＢ　であシ、約５　Ｘ　１０　”　ｃｍ−”の濃度のｎドーピングを有する。真性層は約２　Ｘ　Ｉ　Ｑ　’　”ｃｍ−”　のＰ形背景ドーピングを有する。本装置はＳｉドープ［：１ｏｏ’）ＧａＡｓ　基板（同格）上に分子線エピタキシにょ構成長された。この装置は上記の諸層からエツチングされた直径が約６００ミクロンのメサにより横方向が規定された。Layer 198Vi is also 0.98 micron thick Ga, 118N, 32AB. , with an n-doping concentration of about 5 x 10"cm-". The intrinsic layer is approximately It has a P-type background doping of 2XIQ'"cm-". This device is S Molecular beam epitaxy configuration on i-doped [:1oo') GaAs substrate (apposition) lengthened. This device has a diameter of approximately 600 microns etched from the layers described above. The lateral direction was defined by the mesa.

選択的なエツチングによシネ透明な基板（同格）を通して小さな孔がエツチングされた。金属性接触部がドープされた接触層１９６．１９８に電気的に装着された。Small holes are etched through the cine transparent substrate (apposition) by selective etching. It was done. A metallic contact is electrically attached to the doped contact layer 196,198. Ta.

以上の構造は真性（ｉ）層内のＭＱＷ層１９０と共にピンダイオードを形成する。活性層は、層１９６．１９８の間に約８ボルトの電圧を印加することにより、低電場から約７．３　Ｘ　１０４ボルト／ｃｍの電場へとスイッチされ得る。使用サシプルはウッド（ｗｏｏｄ　）　等にょるアプライド　フィジックス　レターズ第４４巻（１９８４年）、第１６頁（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　。The above structure forms a pin diode together with the MQW layer 190 in the intrinsic (i) layer. . The active layer is activated by applying a voltage of approximately 8 volts between layers 196 and 198. It can be switched from a low electric field to an electric field of about 7.3 x 104 volts/cm. messenger The sash pull is wood, applied physics, etc. Volume 44 (1984), Page 16 (Applied Physics L etters.

Ｖｏｌ、　４４　、　ｐａｇｅ　１６．１９８４）に詳述されている。Vol. 44, page 16.1984).

第１２図に示した半導体構造に逆バイアスが印加されると、ＭＱＷ層１９０に電場が印加され、第６図に示したようにバンドギャップ近傍の吸収スペクトルが低エネルギー側にシフトすると共にエキシトンピークがブロードになる。この光吸収によシ光電流が発生される。逆バイアスをかけた場合、はぼ１つの光キャリヤが吸収された光子毎に得られる。約２ボルト以下の逆バイアスの場合だけ量子効率は低下するが、これは空乏領域がＭＱＷを通して延在しないことによる。When a reverse bias is applied to the semiconductor structure shown in FIG. When a field is applied, the absorption spectrum near the band gap decreases as shown in Figure 6. The exciton peak becomes broader as it shifts to the energy side. This light absorption A photocurrent is generated by the collection. When reverse biased, there is only one optical carrier is obtained for each absorbed photon. Quantum effects only occur for reverse biases below about 2 volts. The rate is reduced because the depletion region does not extend through the MQW.

第１２図で示した半導体構造の応答特性Ｓが第１３図の曲線２００として与えられる。この応答度Ｓは入射光パワ一単位あたシの光電流であシ、入射光パワーのワットあたシのアンペア数を単位として表わされる。曲線２００は光源として用いられたレーザに対する応答度Ｓを示すもので、レーザは光子エネルギー１．４５６ｅＶ（８５１，７ｎｍ　）　に同調された。この光子エネルギーは使用したＭＱＷ構造のバイアスが０の場合の近似的にヘビーホール共鳴エネルギーである。逆バイアスが増加する時、充電流収集が完了するようになるにつれ応答度が先ず増加し、次に第６図に示したように、エキシトンの吸収ピークが低エネルギーに移動するにつれ減少する。If the response characteristic S of the semiconductor structure shown in FIG. 12 is given as the curve 200 in FIG. It will be done. This response S is the photocurrent per unit of incident light power. It is expressed in units of amperage per watt. Curve 200 is used as a light source This shows the response degree S to a laser with a photon energy of 1.4. It was tuned to 56 eV (851,7 nm). This photon energy was used This is approximately the heavy hole resonance energy when the bias of the MQW structure is 0. . As reverse bias increases, responsivity shifts first as charge current collection is completed. Then, as shown in Figure 6, the exciton absorption peak becomes lower energy. It decreases as you move to .

曲線２００における８ｖと１６Ｖの間の次の１バンプ“は測定波長を過ぎて同様に移動するライトホールエキシトン共鳴に起因して生じる。The next bump “between 8v and 16V in curve 200” is similar past the measurement wavelength. This is caused by the lighthole exciton resonance that moves to .

第７図に示したように装置とポテンシャル源の間で抵抗器と接続された時の装置の入／出力特性は２つの同時方程式のグラフ解を利用して計算出来る。このグラフ解は、これまでに説明したように、また第２図及び３図に示したように方程式ｌ、２．及び３の解に類似している。The device when connected with a resistor between the device and the potential source as shown in Figure 7. The input/output characteristics of can be calculated using the graphical solution of two simultaneous equations. This graphics The solution to the equation is as explained above and as shown in Figures 2 and 3. l, 2. and 3 are similar to the solutions.

最初の方程式は曲線２００として第１３図に示したようにＭＱＷ構造の応答性の測定値で与えられ、それ等の関係は一般形で、Ｓ　＝　Ｓ　（ｖ）（４）となる。The first equation is the response of the MQW structure as shown in Figure 13 as curve 200. given by measured values, and their relationships are in general form, S = S (v) (4) becomes.

２番目の式はＶ。−Ｒ８Ｐとして与えられ、Ｐは光入力パワー、■はダイオードにかかる電圧であシ、次の関係を与える。The second equation is V. −R8P, where P is the optical input power and ■ is the diode. Given the voltage applied to , the following relationship is given.

式（５）で与えられる直線は積ＲＰの種々の値に対して、第１３図で破線としてプロットされである。直線ＡとＤは曲線２００と唯１つの交点を持ち、安定動作点を表わす。直線ＢとＣは曲線２００と接点２０２及び２０４を有する。これ等の接点２０２．２０４は不安定スイッチング点を表わす。直線ＢとＣの間の全ての直線は曲線２００と３つの交点を持ち、中点は不安定動作点を表わす。The straight line given by equation (5) is shown as a broken line in Figure 13 for various values of the product RP. It is plotted. Straight lines A and D have only one intersection with curve 200, and stable operation represents a point. Straight lines B and C have tangent points 202 and 204 with curve 200. These etc. Contacts 202 and 204 represent unstable switching points. Everything between straight lines B and C The straight line has three intersections with the curve 200, and the midpoint represents the unstable operating point.

第１４図には、装置の双安定スイッチングが示しである。入力パワーが増すにつれ、出力パワーは曲線２１０に沿って点２１２１で増加する。入力パワーが点２１２を通ると、動作点は接点２０４に達し、装置は不安定になシ、低透過状態の点２１４にスイッチする。更に、入力パワーが増加すると、出力パワーが増加する。入力パワーを減らすと、動作点が他の接点に達するまで装置は低透過状態のままであシ、点２１６によシ表わされるその入力パワーでは装置は高い透過状態にスイッチする。FIG. 14 shows the bistable switching of the device. As input power increases The output power increases along curve 210 at point 2121. Input power is point 2 12, the operating point reaches contact point 204, the device becomes unstable, and the low transmission state is reached. Switch to point 214. Furthermore, as the input power increases, the output power increases. Ru. When the input power is reduced, the device remains in a low transmission state until the operating point reaches the other contact. Still, at that input power, represented by point 216, the device is in a high transmission state. Switch to .

この装置の双安定動作は第１図、２図、及び３図で概観した動作に類似しているが、ここでは材料励起Ｎは光電流である。The bistable operation of this device is similar to that outlined in Figures 1, 2, and 3. However, here the material excitation N is a photocurrent.

第１表は第１２図及び７図で示した装置と共に得られたスイッチングパワー、スイッチング時間、ＲＣ時定数、及びスイッチングエネルギーを示している。Table 1 shows the switching power and speed obtained with the devices shown in Figures 12 and 7. Switching time, RC time constant, and switching energy are shown.

第　１　表抵抗　スイッチング　スイッチング　時定数　スイッチングパワー　時間　エネルギー（ｍｅｇａ）ｕｎ）　（ｍｉｃｒｏｗｔｔ）　（ｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄ）　（ｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄ）　（ｎａｎｏｊｏｕｌｅ）１００　０．６７　１，５００　２，０００　１．０１０　６．５　１８０　２００　１．２１　６６、　２０　２０　１．３本装置は第１表かられかるように広いパラメータ範囲にわたって動作する。スイッチングパワーと速度は、第１表に示すように、はぼ１０４の範囲にわたって選択することが出来る。光学的双安定性は１５ボルトから、使用最高電圧４０ボルトに到る電圧範囲にわたって生じる。Table 1 Resistance Switching Switching Time Constant Switching Power Time Energy Lugie (mega) un) (microwtt) (microsecond) ( microsecond) (nanojoule) 100 0.67 1,5 00 2,000 1.010 6.5 180 200 1.21 66, 20 20 1.3 The device operates over a wide parameter range as shown in Table 1. Sui The cutting power and speed can be selected over a range of approximately 104, as shown in Table 1. You can choose. Optical bistability starts from 15 volts, maximum operating voltage is 40 volts occurs over a voltage range up to

装置動作は、直径１０ミクロン以下のスポットサイズから、使用最大直径１００ミクロンまでのスポットサイズに対して感度がない。スポットサイズに対する上記の無感応性は、本実施例の装置と同様に、光パワーに応答する装置に対して予測されるものである。光学的双安定性はまた８５０鵡かｃ＞８６０ｍの動作波長範囲にわたって観測された。Device operation ranges from spot sizes below 10 microns in diameter to maximum diameters of 100 microns in diameter. No sensitivity to spot sizes down to microns. above for spot size The insensitivity described above is expected for a device that responds to optical power, like the device of this example. It is something that can be measured. Optical bistability also indicates an operating wavelength of 850 m or c > 860 m. Observed over a wide range.

本実施例の装置はその動作には時間的に変化する電圧は必要としない。但し、約０．８ボルトの増減は、それぞれ、バイアス２ｏポルトの近くで、高い透過状態から低い透過状態にスイッチすることが出来る。The device of this embodiment does not require a time-varying voltage for its operation. However, approximately An increase or decrease of 0.8 volts will result in a high transmission state near the bias 2o port, respectively. can be switched from to a low transmission state.

本装置は光学的規準により大きさが太きく（６０ｏミクロン）、従ってキャパシタンスも大きく、スイッチングエネルギーは適度に小さい。スイッチングエネルギーの観測値は入射光エネルギーが約１ナノジユールで、２０ポルトのバイアスで消費電気エネルギーは４ナノジユール以下であった。単位面積当シのスイッチングエネルギーは、入射光学エネルギーが平方ミクロン当シ約４フェムトジューノ呟電気エネルギーが平方ミクロン当シ約１４フェムトジュールである。装置が小さい程、速くて低いエネルギー動作が可能である。The device is large in size (60o microns) by optical standards and therefore has a large capacitance. The resistance is also large, and the switching energy is moderately small. switching energy The observed value of Gy is that the incident light energy is about 1 nanojoule and the bias is 20 ports. The electrical energy consumption was less than 4 nanojoules. Switch per unit area The incident optical energy is approximately 4 femtojoules per square micron. Electrical energy is approximately 14 femtojoules per square micrometer. The device is The smaller the size, the faster and lower energy operation possible.

負性抵抗発振器としての本発明の実施例が第１５図に示しておる。第１２図に示した半導体構造２２０は、第１５図に示したように、約９７ミリヘンリーの誘導コイル、１マイクロフアラドのコンデンサ、及びｌｏＯキロオームの抵抗器２２５を含む回路内に接続された。半導体構造２２０の約２０　ＰＦの固有キャパシタンス、及び他の漂遊キャパシタンス及び９７ミリヘンリの誘導コイル２２２がＬＣ回路を形成し、この回路は負性抵抗増幅器として半導体構造と共に動作する。１マイクロフアラドのコンデンサ２２４がバイナス電圧の交流ショート用として用いられる。逆バイアスが７ボルト、８５１．６ナノメードルにおける定常発振レーザパワーが７０マイクロワツトの場合、回路は約６６キロヘルツの周波数で発振した。透過光ビームはアバランシェフォトダイオードによシ検出された。An embodiment of the invention as a negative resistance oscillator is shown in FIG. As shown in Figure 12. As shown in FIG. 15, the semiconductor structure 220 obtained by Coil, 1 microfarad capacitor, and loO kilohm resistor 22 connected in a circuit containing 5. Intrinsic capacitance of approximately 20 PF of semiconductor structure 220 and other stray capacitances and a 97 millihenry induction coil 222. form an LC circuit, which operates with the semiconductor structure as a negative resistance amplifier . A capacitor 224 of 1 microfarad is used for AC shorting of the negative voltage. It is used as Steady emission at 851.6 nanometers with reverse bias of 7 volts If the laser power is 70 microwatts, the circuit will operate at a frequency of approximately 66 kilohertz. It oscillated. The transmitted light beam was detected by an avalanche photodiode.

透過光ビームの強度は発振周波数で変化し、また導電性キャップ層１９６．１９８間で測定された電気信号は発振周波数で変化した・定電流源を用いた本発明の実施例を第１６図に示す。The intensity of the transmitted light beam varies with the oscillation frequency and the conductive cap layer 196.19 The electrical signal measured between 8 and 8 varied with the oscillation frequency. An example is shown in FIG.

ＭＱＷ２３０は光変調器及び光検出器として用いられ、またＭＱＷの応答はその前後に印加された電圧に依存する。Ａで示したＭＱＷの吸収は、ＭＱＷの層に印加された電圧が増加するにつれ、増加するか、減少する。The MQW230 is used as a light modulator and a photodetector, and the response of the MQW is Depends on the voltage applied before and after. The MQW absorption shown in A is imprinted on the MQW layer. It increases or decreases as the applied voltage increases.

ＭＱＷに印加された電圧に従って吸収点Ａが増加するか減少するかは、光波長の動作点、ＭＱＷがピンダイオード構造内に実装された時の「作シこみ電界」の位置、及び印加外部電圧の影響下での「作りこみ電界」の移動などを含む多くの因子に依存する。第６図はＡと印された動作点例を示し、ＭＱＷ層に印加された電場が増加するにつれ、吸収が増加している。内部電場が印加外部電圧と共に増加する場合、第６図の動作点例Ａは、外部電圧が増加するにつれて吸収が増加する。但し、０電場エキシトンピーク１４６Ａ近傍の動作点１４９が選択されると、吸収は印加電圧が増加するにつれて減少する。Whether the absorption point A increases or decreases according to the voltage applied to the MQW depends on the optical wavelength. The operating point, the level of the “injected electric field” when the MQW is mounted in a pin diode structure. Many factors, including the movement of "built-in electric fields" under the influence of Depends on the child. Figure 6 shows an example operating point marked A, where the voltage applied to the MQW layer As the field increases, absorption increases. Internal electric field increases with applied external voltage 6, the absorption increases as the external voltage increases. . However, if the operating point 149 near the 0-field exciton peak 146A is selected, Absorption decreases as the applied voltage increases.

第１例のＭＱＷ構造では、光吸収は、第１７図に示したように、電圧が増加するにつれて減少する。定電流源は、負荷にかかる電圧とは無関係に電流を流す電源である。この例における負荷はＭＱＷ構造である。定電流源を作る１つの方法は、大きな抵抗器Ｒと直列に大きな電圧源ｖｏ　を接続することによシ近似的に得ることが出来る。負荷にかかる電圧が仮想電圧Ｖに比べて低い時は、負荷が流れる電流はほぼ一定で、値Ｉｃ＝Ｖ／Ｒとなる。In the first example MQW structure, light absorption increases as the voltage increases, as shown in Figure 17. decreases over time. A constant current source is a power source that flows current regardless of the voltage applied to the load. It is. The load in this example is an MQW structure. One way to make a constant current source is , can be obtained approximately by connecting a large voltage source vo in series with a large resistor R. Rukoto can. When the voltage applied to the load is lower than the virtual voltage V, the load will flow. The current flowing is almost constant and has a value Ic=V/R.

この近似は、■及びＲが任意に大きな数になる傾向がある時は任意に正確になる。従って、第１６図の定電流源は電圧Ｖ。のバッテリ及び抵抗Ｒの抵抗器として近似されることになる。次に、回路の電流の関数としての吸収Ａは第１８図の曲線２４０によシ示されるように電流とであシ、また、ｖ　＝　ｖｏ−Ｉ　Ｒ（６）を満たすことによる。This approximation becomes arbitrarily accurate when ■ and R tend to be arbitrarily large numbers. . Therefore, the constant current source in FIG. 16 has a voltage of V. As a battery and a resistor of resistance R It will be approximated. Next, the absorption A as a function of the current in the circuit is determined by the curve in Figure 18. With the current as shown by line 240, also v = vo-I R (6) By satisfying.

式（６）−ｔ’ＶＶ′ｉＭ　ＱＷ　２３０　Ｋ印加された電圧であシ、Ｖｏハ定電流源２３４形バッテリ（回路）によシ与えられたポテンシャルであシ、またＲはモデル定電流源で用いられた抵抗器の抵抗値である。回路を流れる光電流Ｉは、Ｉ＝ｙＡＰ　（７）によシ与えられる。Equation (6) - t'VV'iM QW 230K Applied voltage is constant, Vo is constant It is the potential given by the current source 234 type battery (circuit), and R is the resistance value of the resistor used in the model constant current source. The photocurrent I flowing through the circuit is , I=yAP (7) Yoshishi is given.

式（７）でＰは入射光ビームパワーであり、ｙは比例定数である。式（７）を用いて第１８図にＡ対Ｉが直線２４２．２４４．２４６．２４８、及び２４９としてプロットされる。装置の動作点は、曲線２４０によシ与えられるＡ対電流と式７によシ与えられる直線との同時群によシ決定される。線２４４などの線は曲線２４０と３つの交点を持ち、従って光学的双安定性を与える不安定解を与える。In equation (7), P is the incident light beam power and y is a proportionality constant. Using equation (7) In Figure 18, A vs. I is a straight line 242.244.246.248 and 249. is plotted. The operating point of the device is given by curve 240 vs. current and the equation It is determined by the simultaneous group with the straight line given by 7. Lines such as line 244 are curved lines. 240, giving an unstable solution that has three points of intersection, thus giving optical bistability.

線２４２と２４６は接点を持ち、不安定スイッチング点を表わす。線２４８．２４９は曲線２４０と唯１つの交点を持ち、従って安定動作点を表わす。ｖｏとＲが大きくされるにつれ、Ａ対■の特性２４０はＩＣで非常に急峻になることが出来る。値Ｉｃ　は線２５０として示される。定電流源を用いる利点は、曲線２４０が定ポテンシャル源と共に得られた曲線に対して急勾配にされるため直線と曲線２４０の必要な多重交点を得易いことにある。このようにして、双安定性は、ＭＱＷにかかる電圧Ｖと共に比較的ゆつくシ変化吸収Ａに対しても得ることが出来る。Lines 242 and 246 have contacts and represent unstable switching points. line 248.2 49 has only one intersection with curve 240 and therefore represents a stable operating point. vo and R As is increased, the A versus ■ characteristic 240 can become very steep in IC. come. The value Ic is shown as line 250. The advantage of using a constant current source is that curve 24 0 is made steeper with respect to the curve obtained with a constant potential source, so the straight line and the curve The reason is that it is easy to obtain the necessary multiple intersections of the lines 240. In this way, bistability is It is possible to obtain a relatively slow change absorption A with the voltage V applied to the MQW. come.

定電流駆動ＭＱＷ　５ＥＥＤ装置の第２例は、電圧が増加するにつれて光吸収Ａが増加する構造を有する。光吸収量Ａはこの時、曲線２６０により第１９図に示したように電流工の関数として一般的な形を持つ。式７によシ直線２６２．２６４．２６６が第１９図にプロットされる。式（７）から得られた全ての直線は曲線２６０と唯１つの交点を持ち、従って安定動作点を表わす。ＭＱＷで吸収されたパワーにより生成される光電流は定電流源を通る。定電流源２３４は、「セットされた」電流Ｉｃ　をしてＭＱＷ２３０を通過させるためにセントされる。もし光パワーが非常に低く、光電流がセットされた電流以下の場合、定電流源は光吸収量を調節して光電流を増加させようとするが、光パワーが低いため、定電流源は光電流を増加させて「セットされた」電流に等しくすることは出来ない。光パワーが増加するにつれて、光電流が「セットされた」電流に等しくなシ得る光パワーが得られる。光パワーが大きい場合は、定電流源は、光電流と「セット」された電流の間の等価性を維持するために光吸収を減少させる。従って、定電流源はＭＱＷ内の一定吸収パワーを維持する。このようにして、本装置は、吸収が「セットされた」電流と直線的な直線反転変調器として動作する。この変調器は、「セットされた」電流が増加するにつれて、透過強度が吸収されたパワーを増加させるために低減されるということから反転している。A second example of a constant current driven MQW 5EED device shows that as the voltage increases, light absorption A has a structure that increases. At this time, the amount of light absorption A is shown in FIG. 19 by curve 260. As shown above, it has a general form as a function of electric current. According to equation 7, the straight line 262.26 4.266 is plotted in FIG. All straight lines obtained from equation (7) are curved It has only one point of intersection with line 260 and thus represents a stable operating point. Absorbed by MQW The photocurrent generated by the applied power passes through a constant current source. The constant current source 234 The input current Ic is sent to pass through the MQW 230. too If the optical power is very low and the photocurrent is less than the set current, the constant current source will An attempt is made to increase the photocurrent by adjusting the amount of absorption, but because the optical power is low, the constant current The source cannot increase the photocurrent to equal the "set" current. light As the power increases, the photocurrent becomes equal to the "set" current. Gain power. When the optical power is large, the constant current source "sets" with the photocurrent Reduce optical absorption to maintain equivalence between the currents obtained. Therefore, constant current The source maintains constant absorbed power within the MQW. In this way, the device can absorb Operates as a linear inverting modulator with a "set" current. This modulator is , as the "set" current increases, the transmitted intensity increases the absorbed power. This is reversed from the fact that it is reduced in order to increase it.

定電流源が理想的とすると、曲線２６０はセットされた電流値Ｉｅ２５０近傍で非常に急峻になり得る。Assuming that the constant current source is ideal, the curve 260 will be near the set current value Ie250. It can be very steep.

トランジスタを用い、本発明の実施に適した定電流源が第２０図に例示される。A constant current source using a transistor and suitable for implementing the present invention is illustrated in FIG.

ピンＭＱＷダイオード構造変調器は接点２７０．２７２の間で逆バイアスになるように接続される。電圧源Ｖ。は定直流ポテンシャルを与える。ピンＭＱＷダイオード構造で仕成された光電流は入射光強度の変化と共に変化しようとするので、トランジスタは電流を一定に維持し、従って接点２γ０．２７２間電圧を変化させる。この時ピンＭＱＷ構造は以上に説明したように、双安定性か直線変換変調器として動作する。接合形トランジスタ及び電界効果トランジスタは定電流源として共に満足に動作する。Pin MQW diode structure modulator is reverse biased between contacts 270.272 connected like this. Voltage source V. gives a constant DC potential. pin MQW die The photocurrent generated by the ord structure tends to change with the change in the incident light intensity. , the transistor maintains the current constant and therefore changes the voltage across the contacts 2γ0.272 let At this time, the pin MQW structure is either bistable or linearly variable, as explained above. Works as a regulator. Junction transistors and field effect transistors are constant current sources work satisfactorily together.

定電流リミタとしてフォトダイオードを有する本発明の実施例を第２１図に示す。ピンダイオード２８０の真性層としてＭＱＷ変調器２８１が図示しである。フォトダイオード２８２が任意の真性層２８４走共に図示される。この真性層２８４は、空乏領域がバイアスとは無関係にほぼ同じ大きさを保つように任意に含まれる。空乏領域内に生じる光吸収がダイオード光電流を発生し、また空乏領域の大きさがバイアスとはほぼ無関係とすると、光電流はバイアスとはほぼ無関係になシ、吸収光パワーにのみ依存する。双安定特性を有するピンダイオード２８０及びＭＱＷ変調器２８１は、動作点が、フォトダイオード２８２によシ吸収された光パワーによ多制御される。第１スペクトル成分を有する第１光ビーム２８５が、定電流を制御するためにフォトダイオード２８２に照射される。第２スペクトル組成を持つ第２光ビームがピンダイオード２８０及びＭＱＷ変調器２８１により制御される。動作時は、ポテンシャル源２８６によシセットされた定ポテンシャル■。が部分的にフォトダイオード２８２０前後に、またピンダイオード２８０の前後に現われる。２つの成分２８０．２８２にかかるポテンシャル７０部分はフォトダイオード２８２を流れる定電流に対する要件が必要となるにつれ変化する。直線反転変調器モードでは、フォトダイオード２８２にょシ吸収された光ビーム強度の増加にょシ、ＭＱＷ変調器を通しての電流増加、及びＭＱＷ層２８１の吸収増加を惹起する。An embodiment of the present invention having a photodiode as a constant current limiter is shown in FIG. . An MQW modulator 281 is shown as the intrinsic layer of the pin diode 280. centre A photodiode 282 is shown along with an optional intrinsic layer 284. This intrinsic layer 28 4 is optionally included so that the depletion region remains approximately the same size independent of bias. It will be done. The optical absorption that occurs within the depletion region generates a diode photocurrent, and the depletion region If the magnitude is almost independent of bias, the photocurrent is almost independent of bias. However, it depends only on the absorbed optical power. Pin diode 280 with bistable characteristics The operating point of the MQW modulator 281 is absorbed by the photodiode 282. It is controlled by the optical power. a first light beam 285 having a first spectral component; is applied to the photodiode 282 to control the constant current. 2nd spec A second light beam having a torque composition is applied to a pin diode 280 and an MQW modulator 281. More controlled. In operation, a constant potentiometer set by potential source 286 is used. Char ■. is partially around the photodiode 2820, and also around the pin diode 2. Appears around 80. Potential applied to two components 280.282 70 parts may vary as the requirements for constant current flowing through photodiode 282 become necessary. become In linear inversion modulator mode, the photodiode 282 absorbs Increasing the light beam intensity, increasing the current through the MQW modulator, and increasing the MQW layer 2 81 causes increased absorption.

このようにして、制御光ビームの強度が増加するとピンダイオード２８０を通して透過させる光ビームの強度が減少し、制御ビーム強度の増加とほぼ直線的な減少を与える。In this way, as the intensity of the control light beam increases, it passes through the pin diode 280. The intensity of the transmitted light beam decreases, decreasing approximately linearly with the increase in control beam intensity. give a small amount.

第２２図はピンダイオードＭＱＷ変調器２９２と電気的に直列な集積形光ダイオード２９０として成長させた本発明の実施例を示したものである。光ダイオード２９０とピンＭ　Ｑ　、Ｗダイオード２９２は共に逆バイアスされる。接合部２９４は順方向バイアスダイオードでちり、また光ダイオード２９０内で生成された光電流はピンＭＱＷダイオード２９２に流入可能である。フォトダイオード２９０は、光電流がバイアスとはほとんど関係なく、また真性層（回路）を含むように設計される。第１光ビーム２９６は、一定「セット」電流を生成する−ためにフォトダイオード２９０によシ吸収される。第２光され、出力光ビーム３００となる。第２２図に示した半゛導体構造は、第１元ビーム２９６に対する波長と吸収が透過せず、ＭＱＷ２９３で吸収されるように選択される場合、及び第２光ビーム２９８がフォトダイオード２９０によりあまシ吸収されない場合に、上記のようにピンＭＱＷダイオード２９２と独立に動作するフォトダイオード２９２と共に動作する。光ビーム２９６．２９８のいずれかがフォトダイオード２９０及びピンＭＱＷダイオード２９２の両者によシ吸収される時はよシ複雑な相互作用が発生する。全体の構造は、例えば、ＧａＡｓ　、Ｇａ＃Ａｓ　ｓ及び適切なｎ及びｐドーピング材料などの単一系列の材料から分子ビームエピタキシーによ構成長され得る。第２２図に示した半導体層はトランジスタ作用を示す。予期しないトランジスタ作用は「寄生トランジスタ動作」と呼ばれ、また含まれる層は寄生トランジスタと呼ばれる。トランジスタ動作は材料厚の選択により増強され、阻害され、これによシミ荷キャリヤの１つの半導体層から他の層への拡散が制御される。FIG. 22 shows an integrated optical diode electrically in series with a pin diode MQW modulator 292. 2 shows an example of the present invention grown as a board 290. photodiode 290, pin MQ, and W diode 292 are both reverse biased. Joint part 2 94 is a forward-biased diode, and a photodiode 290 generates dust. The photocurrent can flow into pin MQW diode 292. Photodiode 2 90, the photocurrent is almost independent of bias and includes an intrinsic layer (circuit). It is designed to be The first light beam 296 produces a constant "set" current - so is absorbed by the photodiode 290. The second light is output light beam 300 becomes. The semiconductor structure shown in FIG. If the absorption is not transmitted and is chosen to be absorbed by MQW293, and the second light If beam 298 is not significantly absorbed by photodiode 290, the above The photodiode 292 operates independently from the pin MQW diode 292 as in Works with. Either of the light beams 296 or 298 is connected to the photodiode 290 and pin MQW diode 292. Occurs. The entire structure can be made of e.g. GaAs, Ga#As and suitable by molecular beam epitaxy from a single series of materials such as n- and p-doped materials. Can be configured in length. The semiconductor layer shown in FIG. 22 exhibits transistor action. expected Transistor action that does not occur is called "parasitic transistor action", and the layers involved are It is called a parasitic transistor. Transistor operation is enhanced by material thickness selection , which inhibits the diffusion of stain carriers from one semiconductor layer to another. be controlled.

例えば、ピンＭＱＷダイオード２９２は第７図、８図、或いは２２図に示したように層面に垂直な光、ビームにより動作される。フォトダイオード２９０のｐ及びｎ領域は第１光ビームからエネルギーを吸収し、またこれ等の領域は第２光ビーム２９８の波長で透明でなければならない。ＧａＡｓ　／　ＧａＡ／Ａｓ系に対しては、この透過性は、第２光ビーム２９８で用いられる光子エネルギーよシ大きく選んだバンドギャップを持つＧａＡ４　Ａｓかもフォトダイオードを作ることによシ得られる。フォトダイオード２９０に対して超格子材料を用いるとそのバンドギャップは一層大きくなる。この時、第１光ビームの光子エネルギーは第２光ビーム２９８の光子エネルギーより大きく選ばれる。他の材料の場合も同様の手法が用いられる。For example, pin MQW diode 292 may be configured as shown in FIGS. 7, 8, or 22. It is operated by a beam of light perpendicular to the plane of the sea urchin layer. photodiode 290 p and These regions absorb energy from the first light beam, and these regions absorb energy from the second light beam. It must be transparent at wavelengths of 298. GaAs / GaA/As system On the other hand, this transparency is similar to the photon energy used in the second light beam 298. Make a GaA4As photodiode with a large bandgap You can especially get it. Using a superlattice material for the photodiode 290 The bandgap becomes even larger. At this time, the photon energy of the first light beam is The photon energy of the second light beam 298 is chosen to be greater than that of the second light beam 298 . The same applies to other materials. A similar method is used.

第２３図は集積化したフォトダイオード及びビンＭＱＷダイオード構造の実施例を示している。内部の諸層は分子線エピタキシーにより成長され、メサがエツチングされ、絶縁層がデポジットされ、孔がメサの頂面の絶縁体内に形成され、また導電層が、第９図及び１０図を引用して説明したように、メサの上部層に接触するようにデポジットされる。また、第２３図に示した構造は第１１図によシ論じたように、アレイ形状に製造するのに適している。第２３図に示したような構造アレイは多くの平行光ビームを処理するために用いられ、また他の光学的並列処理に用いられる。第２３図に示した構造のアレイは、第１１図によシ既に説明したようにアレイに対する電気的接続は唯２つで済む。Figure 23 is an example of an integrated photodiode and bin MQW diode structure. It shows. The inner layers are grown by molecular beam epitaxy and the mesas are etched. an insulating layer is deposited, a hole is formed in the insulator on the top of the mesa, and an insulating layer is deposited. The conductive layer contacts the upper layer of the mesa as described with reference to FIGS. 9 and 10. Deposit will be made as follows. In addition, the structure shown in Fig. 23 is similar to Fig. 11. As shown, it is suitable for manufacturing in array form. The structure shown in Figure 23 Optical arrays are used to process many collimated beams of light, and can also be used to process other optical parallel beams. Used for processing. The array of structure shown in FIG. 23 has already been described in FIG. As before, only two electrical connections to the array are required.

第２４図には、本発明の実施例を空間光変調器として用いた場合を示している。FIG. 24 shows a case where the embodiment of the present invention is used as a spatial light modulator.

第２３図及び１１図に示した自己電気光学効果装置（ＳＥＥＤ）の７レイ３１０が用いられる。インコヒーレントで広帯域の光３１２が物体３１４に照射される。光３１２の１部は物体３１４により反射され、フィルタ３１７により主要波長がテ波された後、Ｓ　ＥＥＤ装置のアレイ３１０上に光ビームとして集光される。光源３１６は３　ＥＥＤ装置の７レイ３１０を照射する。アレイ３１０内の個々の５ＥＥＤ装置の透過は物体３１４によシ反射された光強度に依存する。光源３１６により用いられる波長はフィルタ３１７によシ光ビーム３１５からＦ波される。出力ビーム３２１はアレイ３１０内の５ＥＥＤ装置による光源３１６からの光透過によシ形成される。５ＥＥＤ装置の透過状態は各々のＳ　ＥＥＤ装置に集光された物体３１４の像のその部分の強度によシ決定される。出力ビーム３２１は先ずビームスプリツタ３−２４によシ偏向され、次にレンズ３２２によシ集光されて像３２０を形成する。アレイ３１０の５ＥＥＤ装置の照射強度が大きく光源３１６からの光に対する５ＥＥＤ装置の透過量が小さくなると、像３２０は照射物体３１４について逆になる。像３２０は光３１２に含まれる波長とは完全に異なる波長で形成される。例えば、ＧａＡｓ　／　ＧａＡ！’Ａｓを用いると、５ＥＥＤ装置は可視インコヒーレント光３１２を用いることが出来、また光源３１６にコヒーレント光源を用いると赤外像３２０を発生することが出来る。Seven rays 310 of the self-electro-optical effect device (SEED) shown in FIGS. 23 and 11 is used. Incoherent, broadband light 312 is directed onto an object 314 . A portion of the light 312 is reflected by an object 314 and a filter 317 separates the main wavelength. is focused as a light beam onto the array 310 of the SEED device. . A light source 316 emits 7 rays 310 of 3 EED devices. pieces in array 310 The transmission of each 5EED device depends on the intensity of light reflected by object 314. light source The wavelength used by optical beam 316 is filtered from optical beam 315 by filter 317. It will be done. Output beam 321 is from light source 316 by a 5EED device in array 310. It is formed by the transmission of light. 5The transmission state of the EED device is determined by each SEED device. It is determined by the intensity of that portion of the image of the focused object 314. Output beam 32 1 is first deflected by the beam splitter 3-24 and then focused by the lens 322. It is illuminated to form an image 320. The irradiation intensity of the 5EED device of array 310 is large. When the amount of transmission of the 5EED device to the light from the light source 316 decreases, the image 320 becomes The opposite is true for illuminated object 314. The image 320 is completely different from the wavelength contained in the light 312. formed at different wavelengths. For example, GaAs / GaA! ’As , 5EED devices can use visible incoherent light 312 and the light source By using a coherent light source at 316, an infrared image 320 can be generated.

第２５図はＭＱＷ変調器構造にフォトトランジスタを集積化した本発明の実施例を示している。この装置は唯２つの電気結線を有する。ベースは外部電気回路に独立には接続されない。装置に対する電気的接点は唯２つに制限されたが、これは、装置の７レイが、第１１図によシ説明したように、全７レイのために丁度２つの電気的結線以上は要求しないように選択された。Figure 25 is an embodiment of the present invention in which a phototransistor is integrated into an MQW modulator structure. It shows. This device has only two electrical connections. Base is for external electrical circuit Not independently connected. Electrical contacts to the device were limited to only two; The 7 rays of the device are exactly 2 for all 7 rays as explained in Figure 11. It was chosen not to require more than one electrical connection.

第２５図は、半導体本体３３２に集積化されたピンダイオードＭＱＷ構造を有し、また半導体本体３３２に集積化されたフォトトランジスタ３３４を有する本発明の実施例を示したものである。フォトトランジスタ３３４はピンダイオード構造３３０と電気的に直列に接続される。動作時には、光はフォトトランジスタに吸収され１またそれによシ光電流を発生する。この光電流は、エミッタ領域３３８、ベース領域３３６、及びコレクタ領域３４０間のトランジスタ作用によシ増幅される。この増幅された光電流は、第２０図に示したトランジスタ、或いは第２１図に示したフォトトランジスタの場合と同様に、はぼ一定の定電流である。FIG. 25 shows a pin diode MQW structure integrated in a semiconductor body 332. , and also has a phototransistor 334 integrated in the semiconductor body 332. This figure shows a clear example. The phototransistor 334 has a pin diode structure. It is electrically connected in series with the structure 330. During operation, light is directed into the phototransistor. 1, which also generates a photocurrent. This photocurrent is transmitted to the emitter region 33 8. Increased resistance due to transistor action between base region 336 and collector region 340 widened. This amplified photocurrent is transferred to the transistor shown in FIG. As in the case of the phototransistor shown in FIG. 21, the current is approximately constant.

第２５図に示したフォトトランジスラダの利点は、光吸収によシ発生される光電流が増幅され、これによシ第２１図の簡単なフォトダイオード構造よシ本装置が光に対してよシ高感度にされるという点にちる。このフォトトランジスタ３３４は、第１６図から１９図によシ説明したように、定電流源として動作する。The advantage of the phototransistor ladder shown in Fig. 25 is that the photoelectric current generated by light absorption is The current is amplified, and this allows the present device to use the simple photodiode structure shown in Figure 21. The reason is that it is highly sensitive to light. This phototransistor 334 operates as a constant current source as explained in FIGS. 16 to 19.

第２２図に示した半導体構造はフォトトランジスタとして用いられ、また上記のようにフォトトランジスタとして動作する。第２２図において、ｎドープ層２９４Ａはフォトトランジスタのベースとして用いられ１．また２つのｐドープ層２９４Ｂ、２９４Ｃは各々エミッタ及びコレクタとして用いられる。第２２図の半導体構造は、ｎドープ層、２９４　Ａが、層２９４Ｂと層２９４Ｃ間でキャリヤが拡散出来ないように十分厚くされるか、或いはこのようなキャリヤ拡散を防止する他の装置が層２９４Ａ内のキャリヤ変換器と同様にトンネル接合を取シ込んだものとして用いられる場合にフォトダイオードとして用いられる。しかしながら、層２９４Ａ、２９４　Ｂ、及び２９４Ｃは、層２９４Ａが十分薄く、従って有意数のキャリヤが層２９４Ｂから層２９４Ｃまで拡散し得る場合フォト十うンジスタとして動作する。The semiconductor structure shown in FIG. 22 is used as a phototransistor, and the semiconductor structure shown in FIG. It operates as a phototransistor. In FIG. 22, n-doped layer 29 4A is used as the base of the phototransistor and 1. There are also two p-doped layers 2 94B and 294C are used as an emitter and a collector, respectively. Figure 22 half The conductor structure has an n-doped layer 294A as a carrier between layer 294B and layer 294C. be thick enough to prevent carrier diffusion, or prevent such carrier diffusion. Other devices that input the tunnel junction as well as the carrier converter in layer 294A. It is used as a photodiode when used as a photodiode. But long , layers 294A, 294B, and 294C are such that layer 294A is sufficiently thin and therefore If a significant number of carriers can diffuse from layer 294B to layer 294C, the photo Operates as a register.

ｐｎｐ　）ランジスタは第２５図のように示されたが、ｎｐｎトランジスタ構成も、ピンＭＱＷ変調器が用いられる限シは、同様に動作する。例えば、第２５図において、ｎ層の各々はｐ層で代替出来、ｐ層の各々はｎ層で代替出来、また供給電圧の極性を反転させることも出来る。pnp) The transistor is shown as shown in Fig. 25, but the npn transistor configuration However, it works similarly insofar as pin MQW modulators are used. For example, Figure 25 In , each of the n layers can be replaced by a p layer, each of the p layers can be replaced by an n layer, and It is also possible to reverse the polarity of the supply voltage.

第２２図に示した半導体構造がフォトトランジスタとして動作するように構成されると、これはＭＱＷ変調器２９３と直列の定電流源であり、また第１６図から第１９図に説明したように機能する。The semiconductor structure shown in FIG. 22 is configured to operate as a phototransistor. , this is a constant current source in series with the MQW modulator 293, and from FIG. It functions as explained in FIG.

第２２図及び２５図に示した集積半導体構造は第１１図に示したように個別装置の７レイに製造するのに特に適している。フォトトランジスタのベース領域に対する電気的接続は侮辱必要なく、従って７レイには２つの結線だけで済む。例えば、第２５図の半導体構造は、類似装置の７レイに取シ込まれると、電気的に共に接続された装置の層３４４の全てを持つことが出来、また電気的に共に接続された装置の層３３８の全てを持つことが出来る。第９図及び１０図に示した製造ステップは、第２５図に示した付加層を形成するのに必要なステップを付加すれば、第２５図に示したような装置アレイの製造に使用出来る。The integrated semiconductor structure shown in FIGS. 22 and 25 can be integrated into individual devices as shown in FIG. Particularly suitable for manufacturing 7-rays. For the base region of the phototransistor The electrical connections to be made are unnecessary, so only two connections are required for the 7-ray. example For example, the semiconductor structure of FIG. can have all of the layers 344 of the device connected to and electrically connected together. It is possible to have all of the layers 338 of the device. Manufacture shown in Figures 9 and 10 The steps include adding the steps necessary to form the additional layers shown in Figure 25. For example, it can be used to fabricate a device array such as that shown in FIG.

第２６図は、同じ光ビームにフォトトランジスタＭＱＷ変調′器を応答させることにより結合される筒構造を有する本発明の実施例を示すものである。第２６図に示した構成は独自のディスクリート要素を用いることによシ得られ、或いは第２２図及び２５図に示したような第２６図に示した本発明の実施例を用いて少なくとも４つの独自の動作例が可能である。これ等の４つの例は、初めに光ビームがフォトトランジスタを透過するか否か、或いは初めにＭＱＷ構造を透過するか否か；また第２に、変調器に印加される外部電圧の増加につれて変調器の光吸収量が増加するか減少するか否かを選択することによシ得られる。Figure 26 shows how to make a phototransistor MQW modulator respond to the same light beam. This shows an embodiment of the present invention having a cylindrical structure connected by. Figure 26 The configuration shown in can be obtained by using unique discrete elements or by Using the embodiment of the invention shown in FIG. 26 as shown in FIGS. 22 and 25, At least four unique examples of operation are possible. These four examples begin with a light beam whether it passes through the phototransistor or whether it passes through the MQW structure first. Or not; and secondly, as the external voltage applied to the modulator increases, the light absorption of the modulator increases. This is obtained by selecting whether the amount increases or decreases.

第１の場合には、光ビームは、ビーム３５０により示されたように先ずフォトトランジスタを透過し、また変調器の吸収は電圧の増加と共に増加する。光ビーム３５２は装置の光出力である。装置動作は、先ず光強度が非常に低いと考えることによシ、次に強度が増した時の応答を追随することにより解析される。光強度が低い時は、光電流は殆んどなく、供給電圧の殆んどはフォトトランジスタにかかるようになる。光強度が増加すると、光電流が増加し、エミッターコレクタ間電圧の減少と共に光電流が増加し、また変調器にかかる電圧が増加する。In the first case, the light beam first passes through the photo spot as shown by beam 350. Transistor and modulator absorption increases with increasing voltage. light beam 352 is the optical output of the device. To operate the device, first consider that the light intensity is very low. Toyoshi is then analyzed by following the response when the intensity increases. light intensity When is low, there is almost no photocurrent and most of the supply voltage goes to the phototransistor. You will be able to earn money. As the light intensity increases, the photocurrent increases and the current flows between emitter and collector. As the voltage decreases, the photocurrent increases and the voltage across the modulator increases.

変調器の電圧が増加すると変調器の光吸収が増し、それによシ出力光ビーム３５２の強度が減少する。光入力パワーに対してプロットした光出力パワーは従って増加し、次に、変調器の光吸収量が増加するにつれ減少する。光入力パワーが増加するにつれて光出力パワーが減少する範囲内に動作点があるように調節することにより、装置は反転増幅器として用いることが出来る。As the voltage across the modulator increases, the light absorption of the modulator increases, thereby increasing the output light beam 35. The intensity of 2 decreases. The optical output power plotted against the optical input power is therefore increases and then decreases as the amount of light absorption of the modulator increases. Increased optical input power The operating point should be adjusted so that the operating point is within a range where the optical output power decreases as the This allows the device to be used as an inverting amplifier.

第２の場合には、光ビームは先ず元ビーム３５０としてトランジスタを透過するが、変調器の光吸収量は電圧増加につれて減少する。光強度が低い時は光電流は殆んどなく、印加電圧の殆んどはフォトトランジスタにかかるようになり、また従って変調器は、これにかかる電圧が低いため光を非常に吸収するようになる。In the second case, the light beam first passes through the transistor as the original beam 350. However, the amount of light absorbed by the modulator decreases as the voltage increases. When the light intensity is low, the photocurrent is Most of the applied voltage is now applied to the phototransistor, and The modulator therefore becomes highly absorbing of light due to the low voltage across it.

従って、出力光ビーム３５２はＭＱＷ変調器によシはぼブロックされる。ビーム３５０強度が増すとＭ　Ｑ　Ｗ変調器にかかる電圧が増加し、また変調器の光吸収量は減り、出力光ビーム３５２の強度は急速に増加するようになる。Therefore, the output light beam 352 is largely blocked by the MQW modulator. beam As the 350 intensity increases, the voltage applied to the MQW modulator increases and the optical absorption of the modulator increases. The yield decreases and the intensity of the output light beam 352 begins to increase rapidly.

第３の場合には、光ビーム３６０によシ示されるように、元ビームは先ずＭＱＷ変調器を透過し、第２にフォトトランジスタを透過し、また電圧増加と共にＭＱＷの光吸収量が増加する。光ビーム３６０は入力光ビームであシ、光ビーム３６２は出力光ビームである。光強度が弱い時は、供給電圧はフォトトランジスタにかかり、ＭＱＷ変調器はほぼ透明になる。光強度が増すにつれてフォトトランジスタは導通を開始し、ＭＱＷ変調器にかかる電圧を増加させ、また変調器はよシ吸収性になシ、これによりフォトトランジスタに達する光がブロックされる。動作特性を適切に選択すると、装置は一定透過パワーに達する。この場合、本発明は光リミタとして用いられる。In the third case, as shown by light beam 360, the original beam is first through the modulator, secondly through the phototransistor, and with increasing voltage The amount of light absorbed by W increases. Light beam 360 is an input light beam; light beam 36 2 is an output light beam. When the light intensity is low, the supply voltage is applied to the phototransistor. As a result, the MQW modulator becomes almost transparent. Phototransformation as light intensity increases The star starts conducting, increasing the voltage across the MQW modulator, and the modulator starts to conduct as well. It is non-absorbing, which blocks light from reaching the phototransistor. motion With proper selection of operating characteristics, the device will reach a constant transmitted power. In this case, the present invention is used as an optical limiter.

第４の場合には、光は光ビーム３６０として先ずＭＱＷ変調器を通過し、またＭＱＷ変調器の吸収量は印加電圧の増加と共に減少する。光強度が非常に低いと、供給電圧の殆んどはフォトトランジスタにかかるようになる。従って、変調器は殆んど不透明になシ、またフォトトランジスタを通る光は殆んどなくなる。しかしながら、光強度が増加するにつれてパワーはフォトトランジスタに達するようになシ、フォトトランジスタにかかる電圧が降下し始め、またＭＱＷ変調器にか１かる電圧が上透明になる。この時点でフォトトランジスタは光強度が急速に増加するのを感知し、光入力パワーが更に増加すると光出力パワーが迅速に増加するようになる。In the fourth case, the light first passes through the MQW modulator as a light beam 360 and also passes through the MQW modulator as light beam 360. The amount of absorption in a QW modulator decreases with increasing applied voltage. If the light intensity is very low, Most of the supply voltage will now be applied to the phototransistor. Therefore, the modulator is It becomes almost opaque, and almost no light passes through the phototransistor. deer However, as the light intensity increases, the power reaches the phototransistor. Unfortunately, the voltage across the phototransistor begins to drop, and the voltage across the MQW modulator begins to drop. 1 voltage becomes transparent. At this point, the phototransistor will notice a rapid increase in light intensity. If the optical input power increases further, the optical output power increases rapidly. Become so.

装置の付加的な特性が、付加的な光ビーム（回路）によりフォトトランジスタかＭＱＷ変調器のいずれかを照射することによシ得られる。この場合、動作点は制御要素として光ビームの強度を用いて調節される。Additional features of the device can be realized by additional light beams (circuits) obtained by illuminating any of the MQW modulators. In this case, the operating point is The intensity of the light beam is used as a control factor.

第２７図には、光ビーム強度に応じて光学的光路長が変化する本発明の実施例を示しである。層４００及び４０２より屈折率が大きい真性ドープＭＱＷ層４０４周りに屈折率の低いｐ及びｎ接触層４００及び４０２を有している変調器は変調器及び光導波路として用いられる。FIG. 27 shows an embodiment of the present invention in which the optical path length changes depending on the light beam intensity. This is an indication. Intrinsically doped MQW layer 404 with a higher refractive index than layers 400 and 402 A modulator having surrounding low index p and n contact layers 400 and 402 modulates It is used as a device and an optical waveguide.

フォトダイオードに入射した光ビーム４１０は光電流を生成し、これはＭＱＷ領域４０４にわたる電圧を増加させ、これによシその吸収スペクトルと屈折率スペクトルが変化することになる。もし入射光ビーム４１２が、第６図の動作点例１４７に近いがそれよシ小さい光子エネルギーに対して見出されるように、屈折率変化が有意にあるスペクトル領域に光ビームがあるように選択されると、構造通過時にビーム４１２が見る光学的光路長は有意に変更されることになる。この性質は光学的に制御された共振器や干渉計、方向性結合器及び光学的光路長を検知する他の装置を得るために用いることが出来る。制御光ビーム４１０が構造を通る前に、後に、或いは通過時に得られると、光ビーム４１２が非線形的にそれ自身の光学的光路長に影響することを可能にする。The light beam 410 incident on the photodiode generates a photocurrent, which flows through the MQW region. 404, which changes its absorption spectrum and refractive index spectrum. The vector will change. If the incident light beam 412 is As found for photon energies close to but much smaller than 47, the refractive index If the light beam is chosen to be in the spectral region where the change is significant, the structure The optical path length seen by beam 412 over time will be significantly changed. this sex Quality detects optically controlled resonators, interferometers, directional couplers and optical path lengths It can be used to obtain other devices that A control light beam 410 passes through the structure. When obtained before, after, or as it passes through, the light beam 412 nonlinearly Allows to influence the optical path length of the body.

フォトトランジスタ或いは他の感光性材料を用いて他の構造を与えることが出来、また第２２図及び２５図に示したものとは元ビームの方向が異なることを除くと、第２２図及び２５図に説明した構造にフォトトランジスタ及びフォトダイオードを集積化することが出来る。第２２図及び２５図に示した構造を用いると導波路内の光学モードのフリンジ場がフォトトランジスタ或いはフォトダイオード内に部分的に吸収され、これにより構造を通して入射ビーム４１２が通過する間に入射光ビームから制御ビームが導出される。Other structures can be provided using phototransistors or other photosensitive materials. , except that the direction of the original beam is different from that shown in Figs. 22 and 25. Then, a phototransistor and a photodiode are added to the structure explained in FIGS. 22 and 25. It is possible to integrate the codes. Using the structure shown in Figures 22 and 25 leads to The fringe field of the optical mode in the wave path is connected to a phototransistor or photodiode. during the passage of the incident beam 412 through the structure. A control beam is derived from the incident light beam.

第２１図、２２図、２３図、２５図□或いは２７図に示したように、光導電体がフォトダイオード或いはフォト造の光吸収量が制御されている。As shown in Figures 21, 22, 23, 25□ or 27, the photoconductor The amount of light absorbed by the photodiode or photostructure is controlled.

ＩｎＧａＡｓ　％　Ｉ＋Ｖ！／１、Ａ９％などの３元或いは４元構造、及びＩｎｐなどの他の半導体材料を含む。例えば、第■−ｖ族元素、及びＩＩ−ＶＩ族元素からなる合金或いは化合物はＭＱＷ構造を得るのに特に有用である。InGaAs% I+V! /1, ternary or quaternary structure such as A9%, and In Including other semiconductor materials such as p. For example, group ■-v elements and group II-VI elements Elemental alloys or compounds are particularly useful for obtaining MQW structures.

ＦＩＧ、／ＦＩＧ、　４ＦＩＧ、８ＦＩＧ、　／２ＦＩＧ、Ｉ５Ｆ／に、／θ Ｖ・０ＦＩＧ、２０ＦＩＧ、　２５ＦＩ６．２７国際調査報告ｌ内＋ｓｎ、＠ａ−−−＋Ａａｌ’１ｇｍ１．．．内Ｈ，，ＰＣＴ／ＩＪｓ８５１００３７３Ａ！０ＪＥＸ　Ｔｏ　Ｔａｅ：　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯＲＴ　ＯＮ噂−一瞬−＋＋・・−―＋・−一―轡−榔−−昏・−・−・−−儂一一＋＋−−嗜一―−−輪−ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　Ｎｏ、　ＰＣＴ／ＵＳ　８５１００３７３　（ＳＡ　９７２５）―−−――−−−・―−−−曇一一一――−――−−一−＋―−−−伽＋＋−呻−働−働−−自−−−御−−――響−一喝一FIG./ FIG. 4 FIG.8 FIG, /2 FIG.I5 F/to, /θ V・0 FIG. 20 FIG. 25 FI6.27 international search report +sn in l, @a---+Aal'1gm1. ．．．． Inner H,,PCT/IJs85 100373A! 0JEX To Tae: INTERNATIONAL 5 EARCHREPORT ON Rumors-For a moment-＋＋・・−＋・−１−轡−榔−− ・−・−・−−Ichiichi＋＋−−Shuichi---Win-INTERNATIONAL A PPLICATION No. PCT/US 85100373 (SA 9 725)----------・-----Kumichiichi-ichi---------1-+-----Kaga ++-groan-work-work--self--go---sound-one cheer

Claims

【特許請求の範囲】[Claims]

１．光に応答して光電流を発生する手段からなる光学装置であつて、半導体量子井戸領域を有する構造と；光電流に応答して、半導体量子井戸領域をして光電流の変動に応じて変化せしめるために半導体量子井戸領域の光吸収を電気的に制御する手段とを特徴とする光学装置。1. An optical device comprising means for generating a photocurrent in response to light, the optical device comprising: A structure having a semiconductor quantum well region; In response to the photocurrent, the semiconductor quantum well region changes according to the fluctuations in the photocurrent. and a means for electrically controlling light absorption in a semiconductor quantum well region in order to academic equipment.

２．前記光に応答して光電流を発生する手段は半導体量子井戸領域であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。2. The means for generating photocurrent in response to light is a semiconductor quantum well region. An optical device according to claim 1, characterized in that:

３．前記光電流に応答する手段は抵抗器であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。3. Claim 1, wherein the means responsive to photocurrent is a resistor. Optical device as described in section.

４．前記半導体量子井戸領域を持つ構造は１つの半導体量子井戸層を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。4. The structure having a semiconductor quantum well region has one semiconductor quantum well layer. The optical device according to claim 1, characterized in that:

５．前記半導体量子井戸領域を有する構造は複数個の半導体量子井戸層であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。5. The structure having the semiconductor quantum well region may include a plurality of semiconductor quantum well layers. The optical device according to claim 1, characterized in that:

６．前記光電流に応答する手段は量子井戸領域の層面にほぼ垂直な電圧を印加することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学的装置。6. The means responsive to the photocurrent applies a voltage substantially perpendicular to the layer plane of the quantum well region. The optical device according to claim 1, characterized in that:

７．前記光電流に応答する手段は量子井戸領域の層面にほぼ平行な電圧を印加することを特徴とすろ請求の範囲第１項に記載の光学装置。7. The means responsive to the photocurrent applies a voltage substantially parallel to the layer plane of the quantum well region. The optical device according to claim 1, characterized in that:

８．量子井戸領域の層面にほぼ垂直な光ビームを振り向ける手段を特徴とすろ請求の範囲第１項に記載の光学装置。8. The invention features a means for directing a light beam substantially perpendicular to the layer plane of the quantum well region. The optical device according to claim 1.

９．量子井戸領域の層面にほぼ垂直な光ビームを振り向ける手段を特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。9. A claim characterized by means for directing a light beam substantially perpendicular to the layer plane of the quantum well region. The optical device according to claim 1.

１０．前記光電流に応答する手段は更に電気ポテンシヤル源からなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。10. The means responsive to photocurrent further comprises an electrical potential source. An optical device according to claim 1.

１１．前記光電流に応答する手段は半導体量子井戸構造を有する構造の１体部分にされた抵抗器からなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。11. The means responsive to the photocurrent is an integral part of the structure comprising a semiconductor quantum well structure. 2. The optical device according to claim 1, wherein the optical device comprises a resistor.

１２．光学装置のアレイを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。12. Optical device according to claim 1, characterized by an array of optical devices.

１３．各々の光学装置がアレイ内の他の光学装置の各々とは無関係な論理を行うことが出来る光学装置の２次元アレイを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。13. Each optical device performs logic independent of each of the other optical devices in the array The light according to claim 1, characterized by a two-dimensional array of optical devices capable of academic equipment.

１４．前記光電流に応答する手段は更に、フオトダイオードを形成し且つ半導体量子井戸構造を有する構造の１体部分にされた半導体領域からなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。14. The photocurrent responsive means further comprises a photodiode and a semiconductor. characterized by consisting of a semiconductor region made into an integral part of a structure having a quantum well structure; An optical device according to claim 1.

１５．前記光電流に応答する手段は更に、トランジスタを形成し且つ半導体量子井戸構造を有する構造の１体部分にされた半導体領域からなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。15. The means responsive to the photocurrent further forms a transistor and includes a semiconductor quantum characterized in that it consists of a semiconductor region made into an integral part of a structure having a well structure. An optical device according to claim 1.

１６．前記半導体量子井戸領域を有する構造は更に、ｐドープ半導体層とｎドープ半導体層とからなり、ここに前記井戸領域は第１側でｐドープ半導体層に電気的に取り付けられ、且つ第２側でｎドープ半導体層に電気的に取り付けられてなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。16. The structure having the semiconductor quantum well region further includes a p-doped semiconductor layer and an n-doped semiconductor layer. a p-doped semiconductor layer, wherein the well region is electrically connected to the p-doped semiconductor layer on a first side. and electrically attached to the n-doped semiconductor layer on the second side. The optical device according to claim 1, characterized in that:

１７．前記光電流に応答する手段は更にインダクタからなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。17. The photocurrent responsive means further comprises an inductor. The optical device according to claim 1.

１８．前記光電流に応答する手段は更に定電流源からなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。18. Claim characterized in that said means responsive to photocurrent further comprises a constant current source. The optical device according to item 1.

１９．前記光電流に応答する手段は更にトランジスタからなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。19. The photocurrent responsive means further comprises a transistor. An optical device according to claim 1.

２０．前記光電流に応答する手段は更にフオトトランジスタからなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。20. The means responsive to photocurrent further comprises a phototransistor. An optical device according to claim 1.

２１．前記光電流に応答する手段は更にフオトダイオードからなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。21. The photocurrent responsive means further comprises a photodiode. An optical device according to claim 1.

２２．前記光に応答して光電流を発生する手段に光を振り向ける手段であつて、前者の光電流を発生する手段から光が出現し且つ半導体井戸領域に入つてなる前記光を振り向ける手段を特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。22. means for directing light to a means for generating a photocurrent in response to said light; Before the light emerges from the former photocurrent generating means and enters the semiconductor well region. 2. Optical device according to claim 1, characterized by means for directing the recorded light.

２３．前記半導体量子井戸領域に光を振り向ける手段であつて、前記領域から光が現われ且つ光に応答して光電流を発生する手段に入つてなる前記光を振り向ける手段を特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。23. means for directing light to the semiconductor quantum well region, the means for directing light from the region; appears and directs said light into means for generating a photocurrent in response to the light. 2. An optical device according to claim 1, characterized by means for:

２４．前記光に応答して光電流を発生する手段はフオトトランジスタであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。24. The means for generating photocurrent in response to the light is a phototransistor. The optical device according to claim 1, characterized in that:

２５．前記光に応答して光電流を発生する手段はフオトダイオードであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。25. The means for generating a photocurrent in response to said light is a photodiode. An optical device according to claim 1, characterized in that:

２６．前記光に応答して光電流を発生する手段は光導電体であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。26. The means for generating a photocurrent in response to light is a photoconductor. An optical device according to claim 1.