(57)【要約】      （修正有）【課題】光電流の出力を切り替えできる光スイッチを提供する。【解決手段】光スイッチは、第１超格子構造を有し入射光に応答する入射光吸収層５０と、第２超格子構造を有し第２光に応答する第２光吸収層６０と、第３超格子構造を有する障壁層７０と、を備え、入射光吸収層、第２光吸収層及び障壁層は、第１軸に沿って配列し、入射光吸収層及び障壁層は、それぞれ、入射光吸収層の第１超格子構造の伝導帯及び障壁層の第３超格子構造の伝導帯に対して第２光吸収層の第２超格子構造の伝導帯に井戸を形成する第１バンドオフセット及び第２バンドオフセットを提供し、第２超格子構造の第２バンドギャップは第１超格子構造の第１バンドギャップより大きい。【選択図】図１
2018125452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光スイッチング素子であって、
第１超格子構造を有し入射光に応答する光吸収層と、
当該光スイッチング素子の動作温度に応じた熱励起により電子を生成し第２超格子構造を含む励起層と、
第３超格子構造を有する障壁層と、
を備え、
前記光吸収層及び前記障壁層は、それぞれ、前記光吸収層の前記第１超格子構造の伝導帯及び前記障壁層の前記第３超格子構造の伝導帯に対して前記励起層の前記第２超格子構造の伝導帯に井戸を形成する第１バンドオフセット及び第２バンドオフセットを提供する、光スイッチング素子。
【請求項２】
前記光吸収層の前記第１超格子構造は、ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造を含む、請求項１に記載された光スイッチング素子。
【請求項３】
前記励起層の前記第２超格子構造は、ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ／ＡｌＳｂ／ＧａＳｂ構造又はＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造を含む、請求項１又は請求項２に記載された光スイッチング素子。
【請求項４】
前記障壁層の前記第３超格子構造は、ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造を含む、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された光スイッチング素子。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された前記光スイッチング素子と、
前記光スイッチング素子に熱的に結合された温度調整素子と、
を備える、光スイッチング装置。
【請求項６】
前記光スイッチング素子に光学的に結合される光ファイバを更に備える、請求項５に記載された光スイッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチング素子及び光スイッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、中赤外線用のフォトダイオードを開示する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】N. Gautam et.al.，“Band engineered HOTmidwave infrared detectors based on type-II InAs/GaSb strained layersuperlattices”, Infrared Physics & Technology,Volume 59, pp.72-77 (2013)。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１に開示されたフォトダイオードは、ｐ型コンタクト層、電子ブロッキング層、光吸収層、ホールブロッキング層、及びｎ型コンタクト層を備える。このフォトダイオードでは、光吸収層において発生した光励起電子が、ホールブロッキング層を通過してｎ型コンタクト層まで流れて光電流が出力される。
【０００５】
発明者等の検討によれば、温度変化によって光電流を切り替えることができる光スイッチング素子は有用である。このような光スイッチング素子は、具体的には、光吸収層によって検知されるべき入射光を受けて光電流を生成すると共に、光スイッチング素子の環境温度の変化に応じて、光電流のためのゲートを開閉する。
【０００６】
本発明の一側面は、上記の背景に基づき為されたものであり、温度変化に応じて光電流の出力を切り替え可能な光スイッチング素子を提供することを目的とする。本発明の別の側面は、この光スイッチング素子を含む光スイッチング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る光スイッチング素子は、第１超格子構造を有し入射光に応答する光吸収層と、当該光スイッチング素子の動作温度に応じた熱励起により電子を生成し第２超格子構造を含む励起層と、第３超格子構造を有する障壁層と、を備え、前記光吸収層及び前記障壁層は、それぞれ、前記光吸収層の前記第１超格子構造の伝導帯及び前記障壁層の前記第３超格子構造の伝導帯に対して前記励起層の前記第２超格子構造の伝導帯に井戸を形成する第１バンドオフセット及び第２バンドオフセットを提供する。
【０００８】
本発明の一側面に係る光スイッチング装置は、光スイッチング素子と、前記光スイッチング素子に熱的に結合された温度調整素子と、を備える。
【０００９】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、温度変化に応じて光電流の出力を切り替え可能な光スイッチング素子が提供される。本発明の別の側面によれば、上記の光スイッチング素子を含む光スイッチング装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態に係る光スイッチを模式的に示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係る光吸収層、励起層及び障壁層における伝導帯を模式的に示す図である。
【図３】図３は、実施例に係る素子構造における光電流と温度との関係を示す図である。
【図４】図４は、実施例に係る素子構造における励起層の準位濃度と伝導帯からのエネルギー（温度）との関係を示す図である。
【図５】図５は、実施例に係る光スイッチング素子の構造を示す図である。
【図６】図６は、実施形態に係る光スイッチング装置を模式的に示す図である。
【図７】図７は、実施形態に係る光スイッチング素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。
【図８】図８は、実施形態に係る光スイッチング素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
引き続き、いくつかの具体例を説明する。
【００１３】
一形態に係る光スイッチング素子は、（ａ）第１超格子構造を有し入射光に応答する光吸収層と、（ｂ）当該光スイッチング素子の動作温度に応じた熱励起により電子を生成し第２超格子構造を含む励起層と、（ｃ）第３超格子構造を有する障壁層と、を備え、前記光吸収層及び前記障壁層は、それぞれ、前記光吸収層の前記第１超格子構造の伝導帯及び前記障壁層の前記第３超格子構造の伝導帯に対して前記励起層の前記第２超格子構造の伝導帯に井戸を形成する第１バンドオフセット及び第２バンドオフセットを提供する。
【００１４】
この光スイッチング素子によれば、励起層は、該励起層の第２超格子構造の伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ内に、熱励起電子の生成に寄与し得る複数の準位を含み、該準位に捕獲された電子が、光スイッチング素子の環境温度に応じて伝導帯に熱励起される。また、励起層の該準位は、エネルギー軸において分布する。エネルギー軸上の分布は、該準位のうち熱励起に寄与できる準位の数が環境温度に応じて変化するようになっている。該分布によれば、該準位から第２超格子構造の伝導帯への熱励起キャリア数が、環境温度に応じて変化するようにできる。第２超格子構造の伝導帯は、光吸収層の第１超格子構造の伝導帯に対して第１バンドオフセット分へこむと共に障壁層の第３超格子構造の伝導帯に対して第２バンドオフセット分へこみ、励起層は、井戸を形成する。この井戸は、該準位から第２超格子構造の伝導帯へ熱励起された電子を閉じ込める。第２超格子構造の伝導帯の電子（井戸内の電子）は、緩和により低いエネルギーの準位に遷移する。励起及び緩和の定常状態は、励起が緩和に打ち勝つ蓄積状態と、緩和が励起に打ち勝つ枯渇状態とを有する。蓄積状態では、井戸（励起層の井戸）はより多くの電子を蓄積し、枯渇状態では、井戸（励起層の井戸）は十分に少ない電子を蓄積する。蓄積状態及び枯渇状態の切り替わりは、エネルギー軸上の分布に関連している。蓄積状態及び枯渇状態のいずれにおいても、光吸収層は、入射光に応答して、第１超格子構造の価電子帯から伝導帯への電子の励起による光電流キャリアを生成できる。蓄積状態では、この光電流キャリアは、キャリアが溜まった励起層を横切って流れる。光スイッチング素子は、流れた光電流キャリアの量に応じた光電流を出力する。枯渇状態では、光電流キャリアは、励起層における衝突によってエネルギーを失って井戸（励起層の井戸）に捕獲されて、光スイッチング素子は、光入射に対応する光電流を出力しない。この光スイッチング素子によれば、蓄積状態及び枯渇状態は、温度変化に応じて光電流の出力の切り替えに利用される。
【００１５】
一形態に係る光スイッチング素子では、前記光吸収層の前記第１超格子構造は、ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造を含んでもよい。
【００１６】
この光スイッチング素子によれば、光吸収層のＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造は、所望の中赤外領域の光に応答して光電流キャリアを生成する。光吸収層の超格子構造は、光電流キャリアが捕獲される井戸を形成するための障壁を提供できる。
【００１７】
一形態に係る光スイッチング素子では、前記励起層の前記第２超格子構造は、ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ／ＡｌＳｂ／ＧａＳｂ構造又はＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造を含んでもよい。
【００１８】
この光スイッチング素子によれば、励起層のＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ／ＡｌＳｂ／ＧａＳｂ構造又はＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造は、井戸を形成する。この光スイッチング素子は、環境温度に応じた熱励起により電子を生成し、井戸に熱励起キャリアを溜める。
【００１９】
一形態に係る光スイッチング素子では、前記障壁層の前記第３超格子構造は、ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造を含んでもよい。
【００２０】
この光スイッチング素子によれば、励起層のＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造は、井戸を形成する。この光スイッチング素子は、環境温度に応じた熱励起により電子を生成し、井戸に熱励起キャリアを溜める。
【００２１】
一形態に係る光スイッチング装置は、（ａ）光スイッチング素子と、（ｂ）前記光スイッチング素子に熱的に結合された温度調整素子と、を備える。
【００２２】
この光スイッチング装置によれば、光スイッチング素子の温度は、光スイッチング素子に熱的に結合された温度調整素子の温度に応じて変更される。光スイッチング装置は、光スイッチング素子からの光電流の出力が、温度調整素子の温度（光スイッチング素子の温度）と光スイッチング素子内の準位分布とに応じて実現される内部状態遷移（蓄積状態及び枯渇状態間の遷移）の変化を利用して、切り替わるようにできる。
【００２３】
一形態に係る光スイッチング装置は、前記光スイッチング素子に光学的に結合される光ファイバを更に備えてもよい。
【００２４】
この光スイッチング装置によれば、光入射ファイバは、光スイッチング素子に入射光を提供できる。
【００２５】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、光スイッチング素子及び光スイッチング装置に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２６】
図１は、実施形態に係る光スイッチング素子を模式的に示す図である。具体的には、図１の（ａ）部は、光スイッチング素子の層構造を模式的に示す図である。図１の（ｂ）部は、実施形態に係る光スイッチング素子における伝導帯及び価電子帯を模式的に示す図である。
【００２７】
光スイッチング素子１は、光吸収層５０、励起層６０、及び障壁層７０を備え、光吸収層５０、励起層６０、及び障壁層７０は、第１軸Ａｘ１に沿って配列される。励起層６０は、光吸収層５０と障壁層７０との間に設けられる。光吸収層５０は、タイプＩＩの第１超格子構造５０Ｓを有し、入射光Ｌ１に応答する。励起層６０は、タイプＩＩの第２超格子構造６０Ｓを有し、当該光スイッチング素子１の動作温度に応じた熱励起キャリアを生成する。障壁層７０は、タイプＩＩの第３超格子構造７０Ｓを有する。
【００２８】
図１の（ｂ）部に示されるように、励起層６０の第２超格子構造６０Ｓの伝導帯Ｅｃ６０は、光吸収層５０の第１超格子構造５０Ｓの伝導帯Ｅｃ５０より低くなっている。伝導帯Ｅｃ６０は、障壁層７０の第３超格子構造７０Ｓの伝導帯Ｅｃ７０より低くなっている。光吸収層５０は、光吸収層５０の第１超格子構造５０Ｓの伝導帯Ｅｃ５０を基準に伝導帯Ｅｃ６０に井戸を形成する第１バンドオフセットＢＳ１を提供し、障壁層７０は、障壁層７０の第３超格子構造７０Ｓの伝導帯Ｅｃ７０を基準に伝導帯Ｅｃ６０に井戸を形成する第２バンドオフセットＢＳ２を提供する。
第１バンドオフセットＢＳ１及び第２バンドオフセットＢＳ２の例示。
第１バンドオフセットＢＳ１：３０〜５０ｍｅＶ。
第２バンドオフセットＢＳ２：３０〜５０ｍｅＶ。
【００２９】
励起層６０の第２超格子構造６０Ｓの価電子帯Ｅｖ６０は、光吸収層５０の第１超格子構造５０Ｓの価電子帯Ｅｖ５０より低くなっており、光吸収層５０は、光吸収層５０の価電子帯Ｅｖ５０に対して第３バンドオフセットＢＳ３を提供する。励起層６０の第２超格子構造６０Ｓの価電子帯Ｅｖ６０は、障壁層７０の第３超格子構造７０Ｓの価電子帯Ｅｖ７０より低くなっており、障壁層７０は、障壁層７０の価電子帯Ｅｖ７０に対して第４バンドオフセットＢＳ４を提供する。
第３バンドオフセットＢＳ３及び第４バンドオフセットＢＳ４の例示。
第３バンドオフセットＢＳ３：２５０〜２７０ｍｅＶ。
第４バンドオフセットＢＳ４：２５０〜２７０ｍｅＶ。
【００３０】
図２は、実施形態に係る光吸収層、励起層及び障壁層における伝導帯を模式的に示す図である。図２の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、励起層６０は、該励起層６０の第２超格子構造６０Ｓの伝導帯Ｅｃ６０と価電子帯Ｅｖ６０とのバンドギャップ内に、熱励起電子の生成に寄与し得る複数の準位ＥＳを含み、該準位ＥＳに捕獲された電子が環境温度に応じて伝導帯Ｅｃ６０に熱励起される。また、励起層６０の該準位ＥＳは、エネルギー軸において分布する。エネルギー軸上の分布は、該準位ＥＳのうち熱励起に寄与できる準位の数が環境温度に応じて変化するように設けられる。該準位ＥＳの分布によれば、該準位ＥＳから第２超格子構造６０Ｓの伝導帯Ｅｃ６０への熱励起キャリア数が環境温度に応じて変化するようにできる。既に説明したように、第２超格子構造６０Ｓの伝導帯Ｅｃ６０は、光吸収層５０の第１超格子構造５０Ｓの伝導帯Ｅｃ５０に対して第１バンドオフセットＢＳ１分へこむと共に障壁層７０の第３超格子構造７０Ｓの伝導帯Ｅｃ７０に対して第２バンドオフセットＥＳ２分へこみ、励起層６０は、井戸を形成する。この井戸は、該準位ＥＳから第２超格子構造６０Ｓの伝導帯Ｅｃ６０へ熱励起された電子を閉じ込める。第２超格子構造６０Ｓの伝導帯Ｅｃ６０の電子（井戸内の電子）は、緩和により低いエネルギーの準位に遷移する。励起及び緩和の定常状態は、励起が緩和に打ち勝つ蓄積状態（図２の（ａ）部）と、緩和が励起に打ち勝つ枯渇状態（図２の（ｂ）部）とを有する。
【００３１】
図２の（ａ）部に示されるように、蓄積状態では、井戸（励起層６０の井戸）はより多くの電子を蓄積し、枯渇状態では、井戸（励起層６０の井戸）はより少ない電子を蓄積する。蓄積状態及び枯渇状態の切り替わりは、エネルギー軸上の分布に関連している。蓄積状態及び枯渇状態のいずれにおいても、光吸収層５０は、入射光Ｌ１に応答して、第１超格子構造５０Ｓの価電子帯Ｅｖ５０から伝導帯Ｅｃ５０への電子の励起による光電流キャリアＣＰを生成できる。蓄積状態では、この光電流キャリアＣＰは、キャリアが溜まった励起層６０を横切って流れる。光スイッチング素子１は、流れた光電流キャリアＣＰの量に応じた光電流を出力する。具体的には、光スイッチング素子１では、第１超格子構造５０Ｓの光吸収層５０は、入射光Ｌ１に応答して、第１超格子構造５０Ｓの価電子帯Ｅｖ５０から伝導帯Ｅｃ５０への励起による光電流キャリアＣＰを生成する。この光電流キャリアＣＰは、熱励起キャリアＣＴが溜まった励起層６０を横切って流れることができるので、光スイッチング素子１は、流れた光電流キャリアＣＰに応じた光電流を出力する。
【００３２】
図２の（ｂ）部に示されるように、枯渇状態では、光電流キャリアＣＰは、励起層における衝突によってエネルギーを失って井戸（励起層６０の井戸）に捕獲されて、光スイッチング素子１は、光入射に対応する光電流を出力しない。このように、蓄積状態及び枯渇状態は、温度変化に応じて光電流の出力の切り替えに利用される。具体的には、励起層６０の井戸は熱励起キャリアＣＴによって満たされないので、光電流キャリアＣＰは、励起層６０において衝突によってエネルギーを失って励起層６０の井戸に捕獲される。光スイッチング素子１は、入射光Ｌ１の入射に対応する光電流を出力しない。
【００３３】
既に説明したように、準位ＥＳはエネルギー軸上において分布している。この分布がエネルギーの増加に伴って減少しないような温度範囲で、光スイッチング素子１は動作できる。このような温度範囲は、例えば絶対温度５０Ｋ〜９０Ｋである。この温度範囲では、価電子帯Ｅｖ６０からのキャリアの励起は実質的に起こらずに、主要な励起は、分布している準位ＥＳから生じる。
準位ＥＳの分布の範囲及び温度の例示。
準位ＥＳの分布の範囲：１５０〜２４０ｍｅＶ、１００Ｋ〜１５０Ｋ。
【００３４】
井戸を形成可能な第１超格子構造５０Ｓ、第２超格子構造６０Ｓ及び第３超格子構造７０Ｓは、例えば以下のような半導体を含むことができる。再び図１を参照すると、第１超格子構造５０Ｓ、第２超格子構造６０Ｓ及び第３超格子構造７０ＳにおけるＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜のうちの一つは、Ｖ族元素としてＳｂを含み、Ｖ族元素として、例えば、Ａｓを含むことができ、またＩＩＩ族元素として、例えば、Ｉｎ、Ｇａ及びＡｌの少なくともいずれかを含む。上記のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜のうち別の一つは、Ｖ族元素として、例えば、Ｓｂ及びＡｓの少なくともいずれかを含み、ＩＩＩ族元素として、例えば、Ｉｎ、Ｇａ及びＡｌの少なくともいずれかを含む。ＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜は、超格子構造にタイプＩＩのバンド構造を実現するような構成元素を含む。
【００３５】
光吸収層５０の第１超格子構造５０Ｓは、伝導帯Ｅｃ５０と価電子帯Ｅｖ５０との間の第１バンドギャップＥＢ１を有する。
第１バンドギャップＥＢ１の値を表すエネルギー及び光の波長の例示。
第１バンドギャップＥＢ１：２００〜２２５ｍｅＶ、５．５〜６μｍ。
第１超格子構造５０Ｓは、第１単位構造の積層を含み、第１単位構造は、例えば、互いに異なるバンドギャップを有する複数のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜の配列を含む。第１単位構造は、第１バンドギャップＥＢ１を形成するように配列される。光吸収層５０の第１単位構造は、具体的には、ＧａＳｂ層５１、ＩｎＡｓ層５２、及びＩｎＳｂ層５３を含み、第１単位構造の積層が第１超格子構造５０Ｓを構成する。具体的には、第１超格子構造５０Ｓは、例えばＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造を含むことができる。ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造は、所望の中赤外領域の光に感応する光吸収層５０を提供できる。また、光吸収層５０の第１超格子構造５０Ｓは、励起層６０の井戸を形成するための障壁を提供できる。光吸収層５０の第１超格子構造５０Ｓにおける第１単位構造の積層数は、１６０〜２４０の範囲であり、例えば２００である。光吸収層５０がｐ導電性を示すように、ＧａＳｂ層５１、ＩｎＡｓ層５２、及びＩｎＳｂ層５３の全て又は一部は、例えば、Ｂｅといったｐ型ドーパントを含む。光吸収層５０のｐ型ドーパント濃度は、０．１×１０１６〜１×１０１６ｃｍ−３であることができる。
【００３６】
励起層６０の第２超格子構造６０Ｓは、伝導帯Ｅｃ６０と価電子帯Ｅｖ６０との間の第２バンドギャップＥＢ２を有する。
第２バンドギャップＥＢ２の値を表すエネルギー及び温度の例示。
第２バンドギャップＥＢ２：４００〜４５０ｍｅＶ、１００〜１５０Ｋ。
第２超格子構造６０Ｓは、第２単位構造の積層を含み、第２単位構造は、例えば、互いに異なるバンドギャップを有する複数のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜の配列を含む。励起層６０の第２単位構造は、具体的には、ＧａＳｂ層６１、ＡｌＳｂ層６２、ＧａＳｂ層６３、ＩｎＡｓ層６４、及びＩｎＳｂ層６５を含むことができ、或いは励起層６０の第２単位構造は、具体的には、ＧａＳｂ層、ＩｎＡｓ層、及びＩｎＳｂ層を含むことができる。第２単位構造の積層が第２超格子構造６０Ｓを構成する。具体的には、第２超格子構造６０Ｓは、ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ／ＡｌＳｂ／ＧａＳｂ構造、及び／又はＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造を含むことができる。ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ／ＡｌＳｂ／ＧａＳｂ構造及びＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造は、励起層６０に井戸を形成できるバンドオフセットを提供できる。励起層６０の第２超格子構造６０Ｓにおける第２単位構造の積層数は、５０〜１００の範囲であり、例えば１００である。励起層６０がｎ導電性を示すように、第２単位構造を構成する半導体薄膜の全て又は一部は、例えば、Ｓｉといったｎ型ドーパントを含む。励起層６０のｎ型ドーパント濃度は、１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３であることができる。ｎ型ドーパントＳｉのドナーレベルは、第２超格子構造６０Ｓの伝導帯を基準に範囲１５０〜３００ｍｅＶ内にある。
【００３７】
障壁層７０の第３超格子構造７０Ｓは、伝導帯Ｅｃ７０と価電子帯Ｅｖ７０との間の第３バンドギャップＥＢ３を有する。
第３バンドギャップＥＢ３の値を表すエネルギー及び光の波長の例示。
第３バンドギャップＥＢ３：２００〜２２５ｍｅＶ、５．５〜６μｍ。
第３超格子構造７０Ｓは、第３単位構造の積層を含み、第３単位構造は、例えば、互いに異なるバンドギャップを有する複数のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜の配列を含む。第３単位構造は、第３バンドギャップＥＢ３を形成するように配列される。障壁層７０の第３単位構造は、具体的には、ＧａＳｂ層７１、ＩｎＡｓ層７２、及びＩｎＳｂ層７３を含み、第３単位構造の積層が、第３超格子構造７０Ｓを構成する。具体的には、第３超格子構造７０Ｓは、ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造を含むことができる。障壁層７０のＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造は、井戸を形成するための障壁を提供できる。障壁層７０の第３超格子構造７０Ｓにおける第３単位構造の積層数は、４０〜６０の範囲であり、例えば５０である。障壁層７０の第３超格子構造７０Ｓにおけるドーパント濃度、例えばＳｉドーパント濃度は、１×１０１７〜５×１０１７ｃｍ−３の範囲であることができる。
【００３８】
光吸収層５０は励起層６０に接合を成し、励起層６０は障壁層７０に接合を成す。光吸収層５０と励起層６０との境界付近にｐｎ接合が設けられる。
【００３９】
（実施例１）
図３は、実施例に係る光スイッチング素子のための素子構造における光電流の出力強度と素子温度との関係を示す図である。
光スイッチング素子１のための素子構造の主要な半導体層の実施例。
光吸収層５０。
層構造：ＧａＳｂ（厚さ２．１３ｎｍ）／ＢｅドープＩｎＡｓ（厚さ２．７４ｎｍ）／ＩｎＳｂ（厚さ０．２７ｎｍ）。
Ｂｅ濃度：１×１０１６ｃｍ−３。
単位構造の積層数：２００。
超格子構造の厚さ：１０２８ｎｍ。
励起層６０。
ＳｉドープＧａＳｂ（厚さ０．３０５ｎｍ）／ＳｉドープＡｌＳｂ（厚さ１．５３ｎｍ）／ＳｉドープＧａＳｂ（厚さ０．３０５ｎｍ）／ＳｉドープＩｎＡｓ（厚さ３．０３ｎｍ）／ＳｉドープＩｎＳｂ（厚さ０．１７ｎｍ）。
Ｓｉ濃度：１×１０１７ｃｍ−３。
単位構造の積層数：１００。
超格子構造の厚さ：５３４ｎｍ。
障壁層７０。
ＧａＳｂ（３．３５ｎｍ）／ＳｉドープＩｎＡｓ（２．１２ｎｍ）／ＳｉドープＩｎＳｂ（０．２３ｎｍ）。
Ｓｉ濃度：５×１０１７ｃｍ−３。
単位構造の積層数：５０。
超格子構造の厚さ：２８５ｎｍ。
これらの半導体層は、半導体メサ内に設けられる。図２に示されるように、励起層６０が光吸収層５０及び障壁層７０に対して井戸を形成する。
第１バンドオフセットＢＳ１：３０〜５０ｍｅＶ。
第２バンドオフセットＢＳ２：３０〜５０ｍｅＶ。
実施例１に係る素子構造は、図１に示される光スイッチング素子１に設けられた第１電極９１及び第２電極９２を備える。これらの電極間に電圧を印加して、第１電極９１と第２電極９２との間に接続された電流計に流れる電流を測定する。電流の測定は、絶対温度７０Ｋから絶対温度１５０Ｋまでの温度範囲において行われる。印加電圧は、０．２、０．５、及び１．０ボルト（Ｖ）である。入射光Ｌ１は、半導体メサの上面に照射されて、光吸収層５０、励起層６０及び障壁層７０を順に伝搬する。光の波長は２〜６μｍである。
【００４０】
図３に示されるように、実施例１に係る素子構造では、ある温度において、光電流が、印加電圧の増加に伴って増加する。また、いずれの印加電圧における光電流が、素子構造の温度上昇に伴って増加する。詳細には、約７０ケルビンから１００Ｋの範囲において、電流は、第１傾きＧＲ１で直線的に変化して、実質的に絶対温度に比例する。約１００ケルビンから１５０Ｋの範囲において、電流は、第１傾きＧＲ１より大きな第２傾きＧＲ２で直線的に変化して、実質的に絶対温度に比例する。１００ケルビン辺りでは、光電流に大きな遷移があって、この遷移は、いずれの印加電圧（０．２、０．５、及び１．０Ｖ）の光電流特性にも表れ、遷移の生じる温度は、印加電圧（０．２、０．５、及び１．０Ｖ）によって変わらない。また、第１傾きＧＲ１の電流の値は、上記温度において、照射光の強度に応じてあまり変化しない。これらの実験事実は、電流特性における遷移が素子構造の内部構造に起因することを示す。
【００４１】
発明者らの検討によれば、ほぼ一定の傾きで温度と共に増加する電流は、光照射に関連するので、光による励起に関連している。図３に示される測定における入射光の波長は、光吸収層５０におけるバンド間遷移を可能にする範囲にあり、励起層６０におけるバンド間遷移を可能にする範囲にない。約１００ケルビンから１５０Ｋの範囲のある温度における電流は、入射光によって生成された光電流である。また、第２傾きＧＲ２の電流の値は、約１００ケルビンから１５０Ｋの範囲のある温度において、照射光の強度に応じて変化する。
【００４２】
励起層６０が光吸収層５０及び障壁層７０に対して井戸を形成する点に着目すると、光吸収層５０から障壁層７０に流れる電子を捕獲するように働く。しかし、１００ケルビンより大きな温度領域における電流特性は、井戸による電子捕獲がないように見える。この振る舞いは、何者かが井戸に蓄積されていることにより説明される。
【００４３】
この実験及び他の実験に基づく発明者らの更なる検討によれば、超格子構造の励起層６０は、少なくとも１５０Ｋ程度の温度範囲のバンドギャップ内に複数の準位を有しており、これらの準位は、空間的にだけでなく、エネルギー軸上において分布している。
【００４４】
図４は、実施例に係る光スイッチング素子における準位濃度と素子構造の温度との関係を示す図である。発明者らは、図３に示される電流特性から、エネルギー軸上における準位の分布を見積もる。図４の（ａ）部は、準位分布の見積もりを示す。横軸は、温度（ケルビン）であり、縦軸は、単位体積当たり単位エネルギー当たりの準位濃度を示す。
【００４５】
７０ケルビンから１００Ｋの温度範囲内の第１温度Ｔ１ＯＰにおいて、素子構造の光電流の測定を行うとき、図４の（ｂ）部におけるハッチ領域の準位が井戸への熱励起に寄与できる。熱励起に寄与できる準位の総数は、ハッチ領域の面積に対応しており、温度上昇に伴って第１傾きＧＲ１によって単調に変化する。
【００４６】
１００ケルビンから１５０Ｋの温度範囲内の第２温度Ｔ２ＯＰにおいて、素子構造の光電流の測定を行うとき、図４の（ｃ）部におけるハッチ領域の準位が井戸への熱励起に寄与できる。熱励起に寄与できる準位の総数は、ハッチ領域の面積に対応しており、１００ケルビン以上の温度における温度上昇に伴って第２傾きＧＲ２によって単調に変化する。多数の熱励起電子が井戸に蓄積されて、井戸による光電流の捕獲を妨げる。このような準位分布は、励起層の内部構造である。発明者からは、準位は不純物に由来すると考えている。
【００４７】
図４の結果は、バンドギャップ内の準位は、７０ケルビンから１５０Ｋの温度範囲に対応するエネルギー範囲に分布すること、準位分布を反映する電流特性は、７０ケルビンから１５０Ｋの温度範囲内のある温度付近（遷移温度ＴＤとして参照する）において遷移することを示す。
【００４８】
図４の（ａ）部を参照すると、７０ケルビンから遷移温度ＴＤの温度範囲において一定の準位分布（Ｎ１）が示され、遷移温度ＴＤから１５０Ｋの温度範囲において一定の準位分布（Ｎ２）が示される。一定の準位分布（Ｎ１）及び一定の準位分布（Ｎ２）は、見積もりであって、実際の分布は、細かな形状を有する。このような事情を考慮して、発明者らは、以下のような準位分布を導き出している：７０ケルビンから遷移温度ＴＤの温度範囲に対応するエネルギー範囲における準位分布の最大値は、遷移温度ＴＤから１５０Ｋの温度範囲に対応するエネルギー範囲における準位分布の最小値より小さく、最大値は最小値より小さく、最小値と最大値との差の絶対値は、ゼロより大きい。
【００４９】
再び図１を参照しながら、光スイッチング素子１を説明する。光スイッチング素子１は、ｐ型バッファ層２０、第１超格子層３０、第２超格子層４０、及びｎ型キャップ層８０を更に備える。基板１０の主面上において、ｐ型バッファ層２０、第１超格子層３０、第２超格子層４０、光吸収層５０、励起層６０、障壁層７０、及びｎ型キャップ層８０は、この順に第１軸Ａｘ１方向に配列されることができる。
【００５０】
基板１０は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、例えば、ＴｅドープＧａＳｂを含む。ｐ型バッファ層２０は、例えば、ＢｅドープＧａＳｂを含む。ｎ型キャップ層８０は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、例えば、ＳｉドープＩｎＡｓを含む。
【００５１】
第１超格子層３０は、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の超格子構造３０Ｓを含み、この超格子構造３０Ｓは、タイプＩＩバンド構造を提供する複数のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜を含む単位構造、例えば、ＢｅドープＧａＳｂ層３１、ＢｅドープＩｎＡｓ層３２、及びＢｅドープＩｎＳｂ層３３を含む単位構造を有し、この単位構造が、第１軸Ａｘ１の方向に積層される。単位構造の積層数は、例えば５０である。
【００５２】
第２超格子層４０は、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の超格子構造４０Ｓを含み、この超格子構造４０Ｓは、タイプＩＩバンド構造を提供する複数のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜を含む単位構造、例えば、ノンドープＧａＳｂ層４１、ノンドープＩｎＡｓ層４２、ノンドープＧａＳｂ層４３、ノンドープＩｎＡｓ層４４、及びノンドープＩｎＳｂ層４５を含む単位構造を有し、この単位構造が、第１軸Ａｘ１の方向に積層される。単位構造の積層数は、例えば１６である。
【００５３】
光スイッチング素子１は、保護膜９０を更に備える。保護膜９０が、光スイッチング素子１の半導体メサＭＳの表面を覆うことができる。この半導体メサＭＳは、ｐ型バッファ層２０、第１超格子層３０、第２超格子層４０、光吸収層５０、励起層６０、障壁層７０、及びｎ型キャップ層８０を含む。第１電極９１は、保護膜９０の開口を介してｎ型キャップ層８０に接続され、第２電極９２は、保護膜９０の別の開口を介してｐ型バッファ層２０に接続される。この光スイッチング素子１では、入射光Ｌ１は、保護膜９０を介して半導体メサＭＳの上面に入射する。
【００５４】
必要な場合には、光スイッチング素子１におけるｐ型及びｎ型の導電型を逆導電型に替えてもよい。このような光スイッチング素子１では、ｎ型バッファ層、障壁層、励起層、光吸収層、第２超格子層、第１超格子層、及びｐ型キャップ層が、この順に基板１０の主面上に配列される。光スイッチング素子１は、ｐ型バッファ層２０に替えてｎ型バッファ層を備え、ｎ型キャップ層８０に替えてｐ型キャップ層を備える。
【００５５】
（実施例２）
図５は、実施例に係る光スイッチング素子の層構造を模式的に示す図である。図５の（ａ）部を参照すると、実施例２の光スイッチング素子１Ａは、ｐ型バッファ層２０、第１超格子層３０、第２超格子層４０、光吸収層５０、励起層６０、障壁層７０、及びｎ型キャップ層８０を備える。第１超格子層３０はｐ型コンタクト層として働き、第２超格子層４０は電子バリア層として働く。
【００５６】
図５の（ａ）部に示される光スイッチング素子１Ａの例示。
第１超格子層３０。
層構造：ＢｅドープＧａＳｂ（厚さ２．１３ｎｍ）／ＢｅドープＩｎＡｓ（厚さ２．７４ｎｍ）／ＢｅドープＩｎＳｂ（厚さ０．２７ｎｍ）。
Ｂｅ濃度：２×１０１７ｃｍ−３。
単位構造の積層数：５０。
厚さ：２５７ｎｍ。
第２超格子層４０。
層構造：ＧａＳｂ（厚さ３．６６ｎｍ）／ＩｎＡｓ（厚さ１．２１ｎｍ）／ＧａＳｂ（厚さ３．６６ｎｍ）／ＩｎＡｓ（厚さ１．２１ｎｍ）／ＩｎＳｂ（厚さ０．２７ｎｍ）。
ドーパント：ノンドープ（ｎ導電性）。
単位構造の積層数１６。
超格子構造の厚さ１６０．１６ｎｍ。
光吸収層５０。
超格子構造：ＧａＳｂ（厚さ２．１３ｎｍ）／ＢｅドープＩｎＡｓ（厚さ２．７４ｎｍ）／ＩｎＳｂ（厚さ０．２７ｎｍ）。
Ｂｅ濃度：１×１０１６ｃｍ−３。
単位構造の積層数：２００。
超格子構造の厚さ：１０２８ｎｍ。
励起層６０。
ＳｉドープＧａＳｂ（厚さ０．３０５ｎｍ）／ＳｉドープＡｌＳｂ（厚さ１．５３ｎｍ）／ＳｉドープＧａＳｂ（厚さ０．３０５ｎｍ）／ＳｉドープＩｎＡｓ（厚さ３．０３ｎｍ）／ＳｉドープＩｎＳｂ（厚さ０．１７ｎｍ）。
Ｓｉ濃度：１×１０１７ｃｍ−３。
単位構造の積層数：１００。
超格子構造の厚さ：５３４ｎｍ。
障壁層７０。
ＧａＳｂ（厚さ３．３５ｎｍ）／ＳｉドープＩｎＡｓ（厚さ２．１２ｎｍ）／ＳｉドープＩｎＳｂ（厚さ０．２３ｎｍ）。
Ｓｉ濃度：５×１０１７ｃｍ−３。
単位構造の積層数：５０。
超格子構造の厚さ：２８５ｎｍ。
ｐ型バッファ層２０。
ＢｅドープＧａＳｂ。
Ｂｅ濃度：３×１０１８ｃｍ−３。
膜厚：１マイクロメートル。
ｎ型キャップ層８０。
ＳｉドープＩｎＡｓ。
Ｓｉ濃度：１〜３×１０１８ｃｍ−３。
厚さ２０ｎｍ。
基板１０の材料：ＴｅドープＧａＳｂ。
保護膜９０：ＳｉＯ２、厚さ：３００〜５００ｎｍ。
第１バンドオフセットＢＳ１：３０〜５０ｍｅＶ。
第２バンドオフセットＢＳ２：３０〜５０ｍｅＶ。
第１バンドギャップＥＢ１：２００〜２２５ｍｅＶ。
第２バンドギャップＥＢ２：４００〜４５０ｍｅＶ。
遷移温度ＴＤ：約１００ケルビン。
【００５７】
光スイッチング素子１Ａは、波長２〜６マイクロメートルの入射光Ｌ１に応答して、遷移温度ＴＤに関連した動作を行う。上記のように、光吸収層５０はｐ導電性を有し、励起層６０及び障壁層７０はｎ導電性を有する。実施例２の光スイッチング素子１Ａは、光吸収層５０は、この光吸収層５０に最も近い励起層６０とｐｎ接合ＰＮ１を成し、外部電圧の印加に応答して、ｐｎ接合ＰＮ１に空乏層が広がる。空乏層内においてキャリアの光励起が生じる。光吸収層５０のキャリア濃度は励起層６０のキャリア濃度より小さい。
【００５８】
（実施例３）
図５の（ｂ）部を参照すると、実施例３の光スイッチング素子１Ｂは、励起層６０の第２超格子構造６０Ｓが、ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造となる点で、光スイッチング素子１Ａと異なる。第２超格子構造６０ＳのＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造は、超格子中のＩｎＡｓ層を薄くすることにより、比較的小さいドーピング濃度でも、伝導帯に所望のバンドオフセットを形成することができる。
【００５９】
図５の（ｂ）部に示される光スイッチング素子１Ｂにおける励起層６０の例示。
励起層６０。
ＳｉドープＧａＳｂ（厚さ０．３０５ｎｍ）／ＳｉドープＩｎＡｓ（厚さ２．０３ｎｍ）／ＳｉドープＩｎＳｂ（厚さ０．１７ｎｍ）。
Ｓｉ濃度：１×１０１６ｃｍ−３。
単位構造の積層数：１００。
超格子構造の厚さ：２５０．５ｎｍ。
第１バンドオフセットＢＳ１：３０〜５０ｍｅＶ。
第２バンドオフセットＢＳ２：３０〜５０ｍｅＶ。
第１バンドギャップＥＢ１：２００〜２２５ｍｅＶ。
第２バンドギャップＥＢ２：４００〜４５０ｍｅＶ。
遷移温度ＴＤ：約１００ケルビン。
【００６０】
上記のように、光吸収層５０はｐ導電性を有し、励起層６０及び障壁層７０はｎ導電性を有する。実施例３の光スイッチング素子１Ｂでは、光吸収層５０は、この光吸収層５０に最も近い励起層６０とｐｎ接合ＰＮ１を成し、外部電圧の印加に応答して、ｐｎ接合ＰＮ１に空乏層が広がる。空乏層内においてキャリアの光励起が生じる。光吸収層５０のキャリア濃度は励起層６０のキャリア濃度と同程度である。光スイッチング素子１Ｂは、波長２〜６マイクロメートルの入射光Ｌ１に応答して、所望の動作を行う。
【００６１】
図６は、実施形態に係る光スイッチング装置を模式的に示す図である。光スイッチング装置２は、光スイッチング素子１、筐体４、断熱室５、制御装置６、及び温度調整装置７を備え、また、光源３を更に備えることができる。温度調整装置７は、冷却装置を含むことができ、冷却装置は、光スイッチング素子１及び制御装置６の温度を変更できる。冷却装置は光スイッチング素子１を搭載する。光スイッチング素子１は、断熱室５内に設けられ、制御装置６に接続される。制御装置６は、例えば、光スイッチング素子１にバイアス電圧Ｖ１を印加する。また、制御装置６は、光スイッチング素子１からの光電流Ｐ１を受けると共に光電流Ｐ１を処理して電気信号Ｓ１を生成する。制御装置６は、外部装置に電気信号Ｓ１を提供する。温度調整装置７は、制御装置６からの信号に応答して断熱室５の温度を変更することができる。温度調整装置７は、断熱室５内の温度を、例えば絶対温度７７Ｋ〜２００Ｋの範囲において変更することができる。
【００６２】
光スイッチング装置２は、光ファイバ８を更に備えることができる。光源３が、入射光Ｌ１を生成し、光源３は、光ファイバ８を介して入射光Ｌ１を光スイッチング素子１に提供できるように、光スイッチング素子１に光学的に結合される。本実施例では、入射光Ｌ１の波長は、例えば２〜６マイクロメートルである。光ファイバ８は、ホーリーファイバを含むことができる。
【００６３】
光スイッチング装置２の基本動作は以下のものである。光スイッチング素子１の遷移温度より少し高い温度に置かれた光スイッチング素子１は、入射光Ｌ１の受信に応答して、光電流を生成でき、また光電流を出力できる。光スイッチング素子１の遷移温度より少し低い温度に置かれた光スイッチング素子１は、入射光Ｌ１の受信に応答した光電流の生成に関係無く、光電流を出力できない。
【００６４】
光スイッチング装置２は、入射光Ｌ１の受信をトリガーにして、光電流を出力するように動作可能であり、また遷移温度ＴＤを横切る温度変化をトリガーにして、光電流の出力を切り替えるように動作可能である。
【００６５】
光スイッチング素子の作製方法の概要を説明する。図７及び図８は、実施形態に係る光スイッチング素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。ＩＩＩ−Ｖ族半導体の基板１０を準備する。図７の（ａ）部に示されるように、基板１０上に、ｐ型バッファ層２０のためのＩＩＩ−Ｖ族半導体層と、第１超格子層３０、第２超格子層４０、光吸収層５０、励起層６０、及び障壁層７０のためのＩＩＩ−Ｖ族半導体超格子構造と、ｎ型キャップ層８０のためのＩＩＩ−Ｖ族半導体層とをこの順に成長する。これらの成長は、例えば、ＭＢＥ法によって行われ、これらの成長工程により、半導体積層ＳＬが形成される。
【００６６】
ｐ型バッファ層２０、第１超格子層３０、第２超格子層４０、光吸収層５０、励起層６０、障壁層７０、及びｎ型キャップ層８０の作製条件の例示。
半導体基板のＴｅドープＧａＳｂ基板、ＧａＳｂ（１００）主面。
成膜方法：ＭＢＥ法。
ガリウム原料：固体Ｇａ。
アンチモン原料：固体Ｓｂ。
インジウム原料：固体Ｉｎ。
ヒ素原料：固体Ａｓ。
ベリリウム原料：固体Ｂｅ。
シリコン原料：固体Ｓｉ。
ｐ型バッファ層２０：ＢｅドープＧａＳｂ。
第１超格子層３０。
ＢｅドープＧａＳｂ／ＢｅドープＩｎＡｓ／ＢｅドープＩｎＳｂ超格子構造。
第２超格子層４０。
ノンドープＧａＳｂ／ノンドープＩｎＡｓ／ノンドープＧａＳｂ／ノンドープＩｎＡｓ／ノンドープＩｎＳｂ超格子構造。
光吸収層５０。
ＢｅドープＧａＳｂ／ＢｅドープＩｎＡｓ／ＢｅドープＩｎＳｂ超格子構造。
励起層６０。
ＳｉドープＧａＳｂ／ＳｉドープＡｌＳｂ／ＳｉドープＧａＳｂ／ＳｉドープＩｎＡｓ／ＳｉドープＩｎＳｂ超格子構造。
障壁層７０。
ＳｉドープＧａＳｂ／ＳｉドープＩｎＡｓ／ＳｉドープＩｎＳｂ超格子構造。
ｎ型キャップ層８０：ＳｉドープＩｎＡｓ。
【００６７】
図７の（ｂ）部に示されるように、半導体積層ＳＬの主面上に半導体メサＭＳのための第１マスクＭ１を形成する。第１マスクＭ１は、例えば、ＳｉＮ又はＳｉＯ２を含む。
【００６８】
図７の（ｃ）部に示されるように、第１マスクＭ１を用いて半導体積層ＳＬをエッチングして、半導体メサＭＳを形成する。このエッチングは、第１超格子層３０の途中まで行われ、ドライエッチング法及び／又はウェットエッチング法を用いることができる。ドライエッチング法では、例えば、ヨウ化水素又は塩化シリコンガスをエッチャントとして用い、ウェットエッチング法では、例えば、リン酸及び過酸化水素水を含む水溶液をエッチャントとして用いる。半導体メサＭＳの形成後に、第１マスクＭ１を除去する。
【００６９】
図８の（ａ）部に示されるように、半導体メサＭＳ及びエッチングされた第１超格子層３０を覆う保護膜９０を形成する。保護膜９０は、例えば、ＳｉＮ又はＳｉＯ２を含み、プラズマＣＶＤ法といった成膜方法で形成される。
【００７０】
図８の（ｂ）部に示されるように、第２マスクＭ２を保護膜９０上に形成する。第２マスクＭ２は、例えば、ＳｉＮを含み、開口Ｍ２Ａ及び開口Ｍ２Ｂを有する。第２マスクＭ２を用いて、保護膜９０をエッチングする。このエッチングの後に、第２マスクＭ２を除去する。
【００７１】
図８の（ｃ）部に示されるように、開口Ｍ２Ａ及び開口Ｍ２Ｂを有する保護膜９０上に、第１電極９１及び第２電極９２のためのパターンを有するリフトオフマスクを形成する。リフトオフマスクは、半導体メサＭＳ上の開口Ｍ２Ａに位置すると共に第１電極９１の形状を規定する開口と、ｐ型バッファ層２０上の開口Ｍ２Ｂに位置すると共に第２電極９２の形状を規定する開口とを有する。リフトオフマスク上及び基板上に、第１電極９１及び第２電極９２のための金属を堆積する。第１電極９１及び第２電極９２の堆積は、例えば蒸着により行われる。金属膜のリフトオフを行って、基板生産物ＳＰ１を形成する。第１電極９１及び第２電極９２は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕを含む。このように作製された基板生産物ＳＰ１の基板１０が所望の厚さになるように裏面研磨する。研磨された基板生産物ＳＰ１の劈開を行って、光スイッチング素子のチップを形成する。
【００７２】
図８の（ｄ）部に示されるように、作製された光スイッチング素子の電流特性を第１電極９１と第２電極９２との電極間に電圧を印加して測定する。その測定結果に基づいて遷移温度ＴＤを決定する。電流の測定は、絶対温度７０Ｋから絶対温度１５０Ｋまでの温度範囲において行い、印加電圧は、例えば、０．２ボルト（Ｖ）である。
【００７３】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上説明したように、本実施形態によれば、当該光スイッチング素子の温度変化によって光電流の出力を切り替えできる光スイッチング素子が提供される。本実施形態によれば、上記の光スイッチング素子を含む光スイッチング装置が提供される。
【符号の説明】
【００７５】
１…光スイッチング素子、２…光スイッチング装置、３…光源、８…光ファイバ、１０…基板、２０…ｐ型バッファ層、３０…第１超格子層、４０…第２超格子層、５０…光吸収層、５０Ｓ…第１超格子構造、６０…励起層、６０Ｓ…第２超格子構造、７０…障壁層、７０Ｓ…第３超格子構造、８０…ｎ型キャップ層、９０…保護膜、９１…第１電極、９２…第２電極、Ａｘ１…第１軸、ＢＳ１…第１バンドオフセット、ＢＳ２…第２バンドオフセット、ＥＢ１…第１バンドギャップ、ＥＢ２…第２バンドギャップ、Ｅｃ５０…伝導帯、Ｅｃ６０…伝導帯、Ｅｃ７０…伝導帯、Ｌ１…入射光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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