JPS63158882A - Semicoductor optical memory - Google Patents
Semicoductor optical memoryInfo
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- JPS63158882A JPS63158882A JP61307034A JP30703486A JPS63158882A JP S63158882 A JPS63158882 A JP S63158882A JP 61307034 A JP61307034 A JP 61307034A JP 30703486 A JP30703486 A JP 30703486A JP S63158882 A JPS63158882 A JP S63158882A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は画像処理や光コンピュータ等において必要とさ
れる半導体光メモリに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor optical memory required in image processing, optical computers, and the like.
微少なトリガ光によって、光の透過率が変化させられ、
且つ、その状態をトリガ光の消失後も維持できるような
機能を備えた半導体光メモリは、これからの光交換や並
列光情報処理システムを構成する際に不可欠なキー・デ
バイスである。この様な機能を有するデバイスとしては
、例えば5EED (セルフ・エレクトロ・オプティッ
ク−Xフェクト・デバイス(5elf−ElecLro
−OpticEffect Device)の略)が知
られている。5EEDはアプライド・フィジックス・レ
ターズ(AppliedPhysics Letter
s)誌、第45巻、第13頁〜第15頁、1984年に
記載されているように、多重量子井戸中の励起子吸収の
印加電界による変化を利用して透過光に対して双安定特
性を生ぜしぬるものである。スイッチングに必要な光強
度(Ps )と応答時間〈τ、)の積は〜4fJ/μm
2である。光強度の低減と応答時間の短縮とはトレード
・オフの関係にある。5EEDの受光面積Sを10μm
X 10ttmとし、r、=10nsを得るにはPsと
して40mWが必要とされる。この値は集積化を考えた
場合、大き過ぎる。The light transmittance is changed by a minute trigger light,
Semiconductor optical memory, which has the ability to maintain this state even after the trigger light disappears, is an indispensable key device in constructing future optical exchange and parallel optical information processing systems. An example of a device having such a function is the 5EED (Self-Electro-Optic-X effect device).
- Optic Effect Device) is known. 5EED stands for Applied Physics Letters.
s), Vol. 45, pp. 13 to 15, 1984, bistable to transmitted light is achieved by utilizing changes in exciton absorption in multiple quantum wells due to an applied electric field. It is something that gives rise to characteristics. The product of light intensity (Ps) and response time (τ, ) required for switching is ~4 fJ/μm
It is 2. There is a trade-off relationship between reducing light intensity and shortening response time. The light receiving area S of 5EED is 10μm
Assuming that X is 10ttm, 40mW is required as Ps to obtain r,=10ns. This value is too large when considering integration.
又、透過光強度の“H゛′、“L 11時の比率は1:
0.6程度で消光比も良いとは言えない。Also, the ratio of the transmitted light intensity at "H" and "L" is 1:
The extinction ratio is about 0.6, which cannot be said to be good.
上述した従来の半導体光メモリである5EEDは、スイ
ッチングに必要な光強度の低減と応答時間の短縮は同時
に実現できないので集積化に不適であり、消光比も良く
ないという欠点がある。The 5EED, which is the conventional semiconductor optical memory described above, has the disadvantage that it is not suitable for integration because it cannot simultaneously reduce the light intensity required for switching and shorten the response time, and its extinction ratio is also poor.
本発明の目的はスイッチングに必要な光強度が小さくか
つ高速動作可能な半導体光メモリを提供することにある
。本発明の他の目的は消光比の改善された半導体メモリ
を提供することにある。An object of the present invention is to provide a semiconductor optical memory that requires low light intensity for switching and can operate at high speed. Another object of the present invention is to provide a semiconductor memory with improved extinction ratio.
本発明の半導体光メモリは、量子井戸構造の薄膜半導体
層を含むエミッタ領域、前記エミッタ領域と接合するベ
ース領域、前記エミッタ・ベース接合を挟んで前記ベー
ス領域にそれぞれ形成された金属層からなる第1.第2
のベース電極及び前記エミッタ領域に形成された金属層
からなるエミッタ電極を備えたユニジャンクション・ト
ランジスタと、前記エミッタ電極、前記第1のベース電
極及び前記第2のベース電極のそれぞれに所定の電位を
与えて前記ユニジョンクション・トランジスタを高イン
ピーダンス状態にバイアスするバイアス電圧供給手段と
、前記エミッタ領域直下のベース領域電位を低下させて
前記ユニジャンクション・トランジスタを導通状態にす
るトリガ光照射手段とを含んでなるものである。The semiconductor optical memory of the present invention includes an emitter region including a thin film semiconductor layer having a quantum well structure, a base region that is in contact with the emitter region, and a first metal layer formed on the base region with the emitter-base junction in between. .. Second
a unijunction transistor including a base electrode and an emitter electrode made of a metal layer formed in the emitter region, and a predetermined potential is applied to each of the emitter electrode, the first base electrode, and the second base electrode. bias voltage supply means for biasing the unijunction transistor to a high impedance state; and trigger light irradiation means for lowering a base region potential directly below the emitter region to bring the unijunction transistor into a conductive state. It consists of
高抵抗状態にバイアスされたユニジャンクション・トラ
ンジスタのベース領域にトリガ光を照射して導通状態に
スイッチングさせることにより、量子井戸構造の薄膜半
導体層に自由キャリアを供給すると光、特に励起子吸収
波長近傍の光に対する吸収係数は減少する。トリガ光の
照射を止めてもこの状態は保持される。By irradiating the base region of a unijunction transistor biased to a high resistance state with trigger light and switching it to a conductive state, free carriers are supplied to the thin film semiconductor layer of the quantum well structure. The absorption coefficient for light decreases. This state is maintained even if the irradiation of the trigger light is stopped.
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明の一実施例の主要部を示す半導体チップ
の模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor chip showing the main parts of an embodiment of the present invention.
この実施例は、量子井戸構造の薄膜半導体層15を含む
エミッタ領域14、エミッタ領域14と接合するベース
領域16、エミッタ・ベース接合を挟んでベース領域1
6にそれぞれ形成された金属層からなる第1.第2のベ
ース電極11゜12及びエミッタ領域14に形成された
金属層からなるエミッタ電極13を備えたユニジャンク
ション・トランジスタと、エミッタ電極13、第1のベ
ース電極11及び第2のベース電極12のそれぞれに所
定の電位V、、V、、GNDを与えてユニジョンクショ
ン・トランジスタを高インピーダンス状態にバイアスす
るバイアス電圧供給手段と、エミッタ領域14直下のベ
ース領域電位を低下させてユニジャンクション・トラン
ジスタを導通状態にするトリガ光19照射手段とを含ん
でなるものである。すなわち、ベース領域16は厚さ0
.2μmの高抵抗のn −GaAs層(Fe ドープ)
よりなり、薄膜半導体層15は厚さ5nmのアンドープ
GaAsとAe o、3(ia(1,7Asとが交互に
積層された多重量子井戸より成る。アンドープのGaA
sとAe O−’3GaO−7^Sはp型であり、バッ
クグランドのキャリア濃度はN= I X 10 ”c
m−’であった。積層数はそれぞれ、100層でこの部
分の厚さは合計、1μmとなっている。17はp−Ae
。、3Gao、7As層(厚さ0.5 μm、 N=
I X 1018cm−’)、18はオーミックコンタ
クト用のp −GaAs層(厚さ0.1 )tm、 N
=5X 1018cm−’)である。This embodiment includes an emitter region 14 including a thin film semiconductor layer 15 having a quantum well structure, a base region 16 that is in contact with the emitter region 14, and a base region 1 with an emitter-base junction in between.
The first . A unijunction transistor including an emitter electrode 13 made of a second base electrode 11, 12 and a metal layer formed in an emitter region 14; Bias voltage supply means biases the unijunction transistor to a high impedance state by applying a predetermined potential V, , V, , GND to each of the unijunction transistors; and trigger light 19 irradiation means for bringing the light into conduction. That is, the base region 16 has a thickness of 0.
.. 2μm high resistance n-GaAs layer (Fe doped)
The thin film semiconductor layer 15 consists of a multiple quantum well in which undoped GaAs and Aeo, 3(ia) (1,7As) are alternately stacked with a thickness of 5 nm.
s and Ae O-'3GaO-7^S are p-type, and the background carrier concentration is N= I
It was m-'. The number of laminated layers is 100, and the total thickness of this portion is 1 μm. 17 is p-Ae
. , 3Gao, 7As layer (thickness 0.5 μm, N=
I x 1018 cm-'), 18 is a p-GaAs layer (thickness 0.1) tm for ohmic contact, N
= 5X 1018 cm-').
60μmφの大きさで円形状にベース領域16までメサ
エッチングしである。なお、半絶縁性GaAs基板10
に裏面から選択的に円形状にエツチングして窓を設け、
透過率をよくしてもよい。Mesa etching is performed in a circular shape up to the base region 16 with a size of 60 μmφ. Note that the semi-insulating GaAs substrate 10
A window is selectively etched into a circular shape from the back side,
The transmittance may be improved.
次に、この実施例の動作について説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.
第2図は第1図の実施例の電圧−電流特性図、第3図は
GaAs −A/ GaAs多重量子井戸の温度15K
における励起子吸収ブリーチング前後の吸収係数を示す
吸収特性図である。FIG. 2 is a voltage-current characteristic diagram of the embodiment shown in FIG.
FIG. 3 is an absorption characteristic diagram showing absorption coefficients before and after exciton absorption bleaching in FIG.
所定のバイアス電圧が供給されて第2のベース電極12
から第1のベース電極11に向う電界がベース領域16
中に生じているとする。エミッタ領域14直下の電位V
cに比べてエミッタ電圧VtがVE<VCの時はpn接
合は逆方向に若干バイアスされており高インピーダンス
状態にある。Vi > Vcとなるとpn接合は順方向
にバイアスされて正孔の注入が行なわれる。それによっ
てエミッタ領域14と第1のベース電極11間が正帰還
効果で伝導度変調されてベース間電流は増加し、第2図
のような負性抵抗を示す、第2図でV=V、の点に電圧
を設定しておき、エミッタ領域14に所定波長の入射光
を照射する。トリガ光を第1のベース電極11よりのベ
ース領域16に照射するとこの部分の伝導率が増える。A predetermined bias voltage is supplied to the second base electrode 12.
The electric field directed toward the first base electrode 11 from the base region 16
Suppose that it is occurring inside. Potential V directly below the emitter region 14
When the emitter voltage Vt is VE<VC, the pn junction is slightly biased in the reverse direction and is in a high impedance state. When Vi>Vc, the pn junction is biased in the forward direction and holes are injected. As a result, the conductivity between the emitter region 14 and the first base electrode 11 is modulated by a positive feedback effect, and the base-to-base current increases, showing a negative resistance as shown in FIG. 2. In FIG. 2, V=V, A voltage is set at the point , and the emitter region 14 is irradiated with incident light of a predetermined wavelength. When the trigger light is applied to the base region 16 from the first base electrode 11, the conductivity of this portion increases.
その結果、Vcが低下することになり、Vi:>Vcに
達すると低インピーダンス状態に移行してエミッタ領域
14に急激に電流が流れ始める。■1をvE<Vcの範
囲でオン電圧に近づければ低インピーダンス状態に移行
させるのに必要なトリガ光強度は原理的にいくらでも小
さくできる。エミッタが逆方向に若干バイアスされて高
インピーダンス状態にある時には薄膜半導体層15の光
吸収は第3図の曲線(a)のようになる、矢印で示した
鋭といビークがn=1の量子準位に起因した励起子吸収
に相当する。薄膜の厚さをド・ブロイ波長程度以下とす
ることによって、室温でも顕著な励起子吸収が見える。As a result, Vc decreases, and when Vi:>Vc is reached, the state shifts to a low impedance state and current begins to rapidly flow into the emitter region 14. (2) If 1 is brought close to the on-voltage in the range vE<Vc, the trigger light intensity required to shift to the low impedance state can be reduced as much as desired in principle. When the emitter is slightly biased in the opposite direction and in a high impedance state, the light absorption of the thin film semiconductor layer 15 is as shown by the curve (a) in FIG. This corresponds to exciton absorption due to position. By keeping the thickness of the thin film below the de Broglie wavelength, significant exciton absorption can be seen even at room temperature.
入射光の波長はエキシトン波長にほぼ一致させるように
しておく、トリガ光によって非導通状1!(=高インピ
ーダンス状m>から導通状態(=低インピーダンス状態
)へと状態が変わり、薄膜半導体層15に急激に電流が
流れ込むようになると光吸収は第3図の曲線(b)のよ
うになる、吸収係数が電流注入によって減るのは、薄膜
半導体層15に自由キャリアが供給され、それに伴なう
スクリーニング効果等で励起子吸収が弱まる(ブリーチ
ング)なめである、フィジカル、レビュー・レターズ(
Physical ReviewLetters)誌、
第17巻、第2433頁〜第2436頁、1984年に
記されているようにGaAs−^e GaAsの励起子
吸収のブリーチングはlps以下で生じることが確かめ
られている。第3図(b)でブリーチング後も吸収係数
が完全に零におちきらないのは、バンドギャップシュリ
ンケージの効果などのためであるが、それでも1 :
0.4と従来例よりは大きな吸収係数比が得られ、導通
。The wavelength of the incident light is made to almost match the exciton wavelength, and the trigger light creates a non-conducting state 1! When the state changes from (=high impedance state m> to a conductive state (=low impedance state) and a current suddenly flows into the thin film semiconductor layer 15, light absorption becomes as shown in the curve (b) in Figure 3. The reason why the absorption coefficient decreases due to current injection is that free carriers are supplied to the thin film semiconductor layer 15, and exciton absorption is weakened (bleaching) due to the accompanying screening effect, etc., Physical, Review Letters (
Physical Review Letters) magazine,
As described in Vol. 17, pp. 2433-2436, 1984, it has been confirmed that bleaching of exciton absorption in GaAs-^e GaAs occurs at lps or less. The reason why the absorption coefficient does not completely fall to zero even after bleaching in Fig. 3(b) is due to the effect of band gap shrinkage, etc., but it is still 1:
0.4, a larger absorption coefficient ratio than the conventional example, resulting in conduction.
非導通時の透過率の違いも幾分増強することができる。The difference in transmittance when non-conducting can also be enhanced somewhat.
又、トリガ感度はバイアス電圧をオン電圧に十分近づけ
ておくことによって5EEDより改善することが可能と
なった。従って、光強度の低減と応答時間の短縮とがト
レード・オフの関係にあると仮定しても、トリガ光の強
度をそれほど強くしなくても小型化を達成できる。Furthermore, the trigger sensitivity can be improved over 5EED by keeping the bias voltage sufficiently close to the on-voltage. Therefore, even if it is assumed that there is a trade-off relationship between reducing the light intensity and shortening the response time, miniaturization can be achieved without increasing the intensity of the trigger light very much.
以上説明したように本発明は量子井戸構造の薄膜半導体
層をエミッタ領域に含むユニジャンクション・トランジ
スタのpn接合のバイアス状態 、をトリガ光により変
化させて非導通状態から導通状態にスイッチングさせて
励起子吸収のブリーチングを起こさせるものであるから
、半導体光メモリのスイッチングに必要な光強度を低減
し、もって高速動作を達成できる。このことは観点を変
えると集積化に好適な半導体光メモリが実現できること
になる。As explained above, the present invention uses a trigger light to change the bias state of the pn junction of a unijunction transistor including a thin film semiconductor layer with a quantum well structure in the emitter region to switch from a non-conducting state to a conducting state, thereby generating exciters. Since it causes absorption bleaching, it is possible to reduce the light intensity required for switching semiconductor optical memories, thereby achieving high-speed operation. From a different perspective, this means that a semiconductor optical memory suitable for integration can be realized.
第1図は本発明の一実施例の主要部を示す半導体チップ
の模式的断面図、第2図は第1図の実施例の電圧−電流
特性図、第3図はGaAs −kl o−5GaO,7
As多重量子井戸の温度15Kにおける励起子吸収ブリ
ーチング前後の吸収係数を示す吸収特性図で曲線(a)
はブリーチング前のもの、曲線(b)はブリーチング状
態のものである。
10・・・半絶縁性GaAs基板、11・・・第1のベ
ース電極、12・・・第2のベース電極、13・・・エ
ミッタ電極、14・・・エミッタ領域、15・・・薄膜
半導体層、16−・・ベース領域、17 ・” p
A1!O,5GJI0.7As層、1.8−p −Ga
As層、19−)ロガ光。
へ豹士
第j口FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor chip showing the main parts of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a voltage-current characteristic diagram of the embodiment of FIG. 1, and FIG. 3 is a GaAs-klo-5GaO ,7
Curve (a) is an absorption characteristic diagram showing the absorption coefficient before and after exciton absorption bleaching at a temperature of 15K in an As multiple quantum well.
is before bleaching, and curve (b) is in the bleached state. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Semi-insulating GaAs substrate, 11... First base electrode, 12... Second base electrode, 13... Emitter electrode, 14... Emitter region, 15... Thin film semiconductor Layer, 16--Base region, 17.''p
A1! O,5GJI0.7As layer, 1.8-p-Ga
As layer, 19-) Loga light. The leopard man's mouth
Claims (2)
、前記エミッタ領域と接合するベース領域、前記エミッ
タ・ベース接合を挟んで前記ベース領域にそれぞれ形成
された金属層からなる第1、第2のベース電極及び前記
エミッタ領域に形成された金属層からなるエミッタ電極
を備えたユニジャンクション・トランジスタと、前記エ
ミッタ電極、前記第1のベース電極及び前記第2のベー
ス電極のそれぞれに所定の電位を与えて前記ユニジョン
クション・トランジスタを高インピーダンス状態にバイ
アスするバイアス電圧供給手段と、前記エミッタ領域直
下のベース領域電位を低下させて前記ユニジャンクショ
ン・トランジスタを導通状態にするトリガ光照射手段と
を含んでなることを特徴とする半導体光メモリ。(1) An emitter region including a thin film semiconductor layer having a quantum well structure, a base region that is in contact with the emitter region, and first and second metal layers each formed on the base region with the emitter-base junction in between. A unijunction transistor includes a base electrode and an emitter electrode made of a metal layer formed in the emitter region, and a predetermined potential is applied to each of the emitter electrode, the first base electrode, and the second base electrode. bias voltage supply means for biasing the unijunction transistor to a high impedance state; and trigger light irradiation means for lowering the potential of a base region immediately below the emitter region to bring the unijunction transistor into a conductive state. A semiconductor optical memory characterized by:
光透過率を保持する特許請求の範囲第(1)項記載の半
導体光メモリ。(2) The semiconductor optical memory according to claim (1), wherein the thin film semiconductor layer maintains a light transmittance for incident light having an exciton absorption wavelength.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61307034A JPS63158882A (en) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | Semicoductor optical memory |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61307034A JPS63158882A (en) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | Semicoductor optical memory |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63158882A true JPS63158882A (en) | 1988-07-01 |
JPH0513549B2 JPH0513549B2 (en) | 1993-02-22 |
Family
ID=17964240
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61307034A Granted JPS63158882A (en) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | Semicoductor optical memory |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63158882A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5120664A (en) * | 1989-05-30 | 1992-06-09 | Mitsubishi Danki Kabushiki Kaisha | Method of making an infrared imaging device |
-
1986
- 1986-12-22 JP JP61307034A patent/JPS63158882A/en active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5120664A (en) * | 1989-05-30 | 1992-06-09 | Mitsubishi Danki Kabushiki Kaisha | Method of making an infrared imaging device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0513549B2 (en) | 1993-02-22 |
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