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JPH0354474B2 - - Google Patents
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JPH0354474B2 - - Google Patents

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JPH0354474B2
JPH0354474B2 JP408583A JP408583A JPH0354474B2 JP H0354474 B2 JPH0354474 B2 JP H0354474B2 JP 408583 A JP408583 A JP 408583A JP 408583 A JP408583 A JP 408583A JP H0354474 B2 JPH0354474 B2 JP H0354474B2
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light emitting
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F55/00Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto

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  • Static Random-Access Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) この発明は、発光受光トランジスタを利用し、
内部記憶セルおよび外部との情報信号の交換や制
御をも行わせる発光受光装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] (Technical Field) This invention utilizes a light-emitting light-receiving transistor,
The present invention relates to a light-emitting light-receiving device that also exchanges and controls information signals with internal storage cells and the outside.

(従来技術) 従来、光学的記憶装置は光デイスク装置に見ら
れるごとく機械的操作が入るため、情報の書き込
み、読み出し速度が遅い欠点を有していた。
(Prior Art) Conventionally, optical storage devices have had the disadvantage of slow information writing and reading speeds because they require mechanical operations, as seen in optical disk devices.

また、半導体レーザを用いたメモリの提案があ
り、超高速のメモリ装置が可能と考えられている
が、その装置構成において製作上極めて精密な加
工を必要とし、また、その使用上の制御性も極め
て困難を伴うことが予想されているなどの欠点を
有していた。
Furthermore, there have been proposals for memory using semiconductor lasers, and it is believed that ultra-high-speed memory devices are possible, but the device configuration requires extremely precise processing to manufacture, and the controllability of its use is also limited. However, it has the disadvantage that it is expected to be extremely difficult.

さらに、pnpn型負性抵抗発光受光素子を用い
たものが考えられたが、その特性の制御使用法の
困難性などに幾つかの欠点を有していた。
Furthermore, a device using a pnpn type negative resistance light-emitting light-receiving device has been considered, but it has several drawbacks such as difficulty in controlling its characteristics and use.

(発明の目的) この発明は、これら従来の欠点を除去するため
になされたもので、簡易に構成でき、制御性に優
れ、使用条件範囲が広く、安定な動作を有し、外
部電気信号により容易に制御できかつ内部的に光
学的信号と操作を利用できる発光受光装置を提供
することを目的とする。
(Objective of the Invention) The present invention has been made to eliminate these conventional drawbacks. It is an object of the present invention to provide a light emitting/receiving device that can be easily controlled and internally utilizes optical signals and operations.

(発明の構成) この発明の発光受光装置は、外部電気制御信号
および受光光線により第1の1対の発光受光トラ
ンジスタをオン、オフさせて2値の状態で記憶、
読み出し操作を行なう記憶セルを構成し、この第
1の1対の発光受光トランジスタの発光光線およ
び相対的バイアス電位の変化に応じて第2の1対
の発光受光トランジスタをオン、オフさせて記憶
セルの読み出し、書き込み操作を行なう各発光受
光トランジスタの発光光線を導光路により伝達す
るようにしたものである。
(Structure of the Invention) The light emitting/receiving device of the present invention turns on and off a first pair of light emitting/receiving transistors using an external electric control signal and a received light beam, and stores the results in a binary state.
A memory cell is configured to perform a read operation, and a second pair of light-emitting and light-receiving transistors is turned on and off in response to changes in the emitted light beam and relative bias potential of the first pair of light-emitting and light-receiving transistors. The light emitted from each light emitting/receiving transistor that performs reading and writing operations is transmitted through a light guide path.

(実施例) 以下、この発明の発光受光装置の実施例につい
て図面に基づき説明する。第1図はその第1の実
施例の模式図である。その構成は電気的要素と光
学的要素を共に含んでいる。図中Q1〜Q4は発光
受光トランジスタであり、化合物半導体たとえば
GaAs、AlGaAs、InP、InGaAsPなど−族
化合物半導体で作られており、電気的には通常の
バイポーラトランジスタと同様な電流増巾作用を
有しており、光学的には広い波長範囲に亘る受光
感度をもつ光電変換機能を有し、かつ比較的狭い
波長範囲の発光をする電流光交換機能を有するト
ランジスタである。また大電流を通電するとベー
ス領域付近でレーザ発光をする場合もある。
(Example) Hereinafter, an example of the light emitting light receiving device of the present invention will be described based on the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of the first embodiment. Its configuration includes both electrical and optical elements. In the figure, Q 1 to Q 4 are light-emitting and light-receiving transistors, which are made of compound semiconductors such as
It is made of - group compound semiconductors such as GaAs, AlGaAs, InP, and InGaAsP. Electrically, it has the same current amplification effect as a normal bipolar transistor, and optically, it has light receiving sensitivity over a wide wavelength range. This is a transistor that has a photoelectric conversion function and a current-optical exchange function that emits light in a relatively narrow wavelength range. Furthermore, when a large current is applied, laser light may be emitted near the base region.

この第1図の電気回路はフリツプフロツプ回路
を記憶セルとして構成してある。したがつてこの
回路は電気的には通常行われている変形もある。
The electrical circuit shown in FIG. 1 is constructed using a flip-flop circuit as a memory cell. Therefore, there are some electrical variations of this circuit that are commonly used.

また、A1,A3,A5はコレクタ側バイアス端
子、A2,A4,A6はエミツタ側バイアス端子、
B1,B2はベース側バイアス端子である。
Also, A 1 , A 3 , A 5 are collector side bias terminals, A 2 , A 4 , A 6 are emitter side bias terminals,
B 1 and B 2 are base side bias terminals.

コレクタ側バイアス端子A1,A2,A3,A5はそ
れぞれ横方向の他のセルとの共通線W1,W2
W3,W4(語選択線)で接続結線されている。こ
の共通線W1,W2は何れか一方か両方を同時に用
いてよく、また、共通線W3,W4は共通としても
よく、さらに共通線W1とも共通としてもよい。
Collector side bias terminals A 1 , A 2 , A 3 , A 5 are connected to horizontal common lines W 1 , W 2 ,
They are connected by W 3 and W 4 (word selection lines). Either or both of the common lines W 1 and W 2 may be used at the same time, and the common lines W 3 and W 4 may be used in common, and furthermore, they may be used in common with the common line W 1 .

エミツタ側バイアス端子A4,A5は読み出しお
よび書き込み用のデジツト線(ビツト線)D1
1に接続されていて縦方向の他のセルと共通に
連結されている。
Emitter side bias terminals A 4 and A 5 are used for reading and writing digit lines (bit lines) D 1 ,
It is connected to D 1 and commonly connected to other cells in the vertical direction.

ベース側バイアスB1,B2端子は縦方向の共通
線D22に接続されているが、横方向の共通線
と接続してもよい。
Although the base side bias terminals B 1 and B 2 are connected to the vertical common lines D 2 and 2 , they may be connected to the horizontal common line.

R1〜R6は電気抵抗であつて、それぞれ発光受
光トランジスタQ1〜Q4の電気的および光学的動
作条件を決定するためのものである。さらに他の
抵抗やダイオードやトランジスタを付加した回路
変形は簡易化のため省略する。
R 1 to R 6 are electrical resistances that determine the electrical and optical operating conditions of the light emitting and receiving transistors Q 1 to Q 4 , respectively. Furthermore, circuit modifications in which other resistors, diodes, and transistors are added are omitted for the sake of simplicity.

ベース側バイアス端子B1は抵抗R5を介して、
発光受光トランジスタQ3のベースに接続されて
いる。この発光受光トランジスタQ3のコレクタ
は抵抗R3を介してコレクタ側バイアス端子A3
接続されている。また、エミツタはエミツタ側バ
イアス端子A4に接続されている。
Base side bias terminal B1 is connected via resistor R5 ,
Connected to the base of the light emitting and receiving transistor Q3 . The collector of this light emitting/receiving transistor Q3 is connected to the collector side bias terminal A3 via a resistor R3 . Further, the emitter is connected to the emitter side bias terminal A4 .

同様にして、ベース側バイアス端子B2は抵抗
R6を通して発光受光トランジスタQ4のベースに
接続されている。この発光受光トランジスタQ4
のコレクタは抵抗R4を介してコレクタ側バイア
ス端子A5に接続され、そのエミツタはエミツタ
側バイアス端子A6に接続されている。
Similarly, the base side bias terminal B 2 is connected to a resistor.
It is connected to the base of the light emitting/receiving transistor Q4 through R6 . This light emitting light receiving transistor Q4
The collector of is connected to the collector side bias terminal A5 via the resistor R4 , and its emitter is connected to the emitter side bias terminal A6 .

また、発光受光トランジスタQ1,Q2はフリツ
プフロツプ回路の主体をなすものである。発光受
光トランジスタQ1のベースは発光受光トランジ
スタQ2のコレクタに接続され、発光受光トラン
ジスタQ2のベースは発光受光トランジスタQ1
コレクタに接続されている。
Furthermore, the light-emitting and light-receiving transistors Q 1 and Q 2 form the main body of the flip-flop circuit. The base of the light emitting and receiving transistor Q1 is connected to the collector of the light emitting and receiving transistor Q2 , and the base of the light emitting and receiving transistor Q2 is connected to the collector of the light emitting and receiving transistor Q1 .

両発光受光トランジスタQ1,Q2のコレクタは
それぞれ抵抗R1,R2を通してコレクタ側バイア
ス端子A1に接続されている。両発光受光トラン
ジスタQ1,Q2のエミツタ側バイアス端子A2に接
続されている。
The collectors of both the light emitting and receiving transistors Q 1 and Q 2 are connected to the collector side bias terminal A 1 through resistors R 1 and R 2 respectively. It is connected to the emitter side bias terminal A 2 of both the light emitting and receiving transistors Q 1 and Q 2 .

一方、F1,F2,F3,F4は導光路(フアイバ)
で、たとえば、光学ガラスや透明樹脂などで構成
される。
On the other hand, F 1 , F 2 , F 3 , F 4 are light guide paths (fibers)
For example, it is made of optical glass or transparent resin.

導光路F1は発光受光トランジスタQ1とQ3の光
の導入または射出部32,34(ともに第3図参
照)に対向している。
The light guide path F 1 faces the light introduction or emission parts 32 and 34 (both shown in FIG. 3) of the light emitting/receiving transistors Q 1 and Q 3 .

導光路F2は発光受光トランジスタQ2,Q4の光
の導入また射出部33,35(ともに第3図参
照)に対向している。
The light guide path F 2 faces the light introduction and emission sections 33 and 35 (both shown in FIG. 3) of the light emitting and receiving transistors Q 2 and Q 4 .

導光路F3の一端は出力出射光口I1に対向してお
り、他端は発光受光トランジスタQ3の光の導入
または射出部34に対向している。
One end of the light guide path F 3 faces the output light exit port I 1 , and the other end faces the light introduction/emission section 34 of the light emitting/receiving transistor Q 3 .

さらに、導光路F4の一端は出力出射光口I2に対
向している。この導光路F4の他端は発光受光ト
ランジスタQ4の光の導入または射出部35に対
向している。
Furthermore, one end of the light guide path F4 faces the output light exit port I2 . The other end of the light guide path F 4 faces the light introduction or emission section 35 of the light emitting/receiving transistor Q 4 .

導光路F3とF4にはそれぞれ光学フイルタG1
G2が設けられている。この光学フイルタG1,G2
はある波長領域のみ低減衰量で通過させ、他の波
長領域では高域衰量で通過を阻止するものであ
り、干渉フイルタや回折格子や光学ガラスフイル
タなどで実現可能なものである。
Optical filters G 1 ,
G2 is provided. This optical filter G 1 , G 2
This allows only a certain wavelength range to pass with low attenuation and blocks other wavelength ranges with high attenuation, and can be realized using an interference filter, a diffraction grating, an optical glass filter, or the like.

なお、Cは発光受光トランジスタQ1,Q2,Q3
Q4間を互に光学的に絶縁分離させるための遮光
部で、たとえば光学的吸収材、たとえば黒色樹脂
や液体、粉末、黒色固体などの絶縁体で構成し得
るものである。また、光学フイルタG1,G2は不
可欠なものではない。
Note that C is a light emitting/receiving transistor Q 1 , Q 2 , Q 3 ,
A light shielding part for optically insulating and separating Q 4 from each other, and can be made of an optically absorbing material, such as an insulator such as black resin, liquid, powder, or black solid. Furthermore, the optical filters G 1 and G 2 are not essential.

次に、以上のように構成されたこの発明の発光
受光装置の動作について説明する。発光受光トラ
ンジスタQ1,Q2から発光した光はそれぞれ導光
路F1,F2から発光受光トランジスタQ3,Q4へ入
射し、デジツト線D11を通る受光電流として
検出される。
Next, the operation of the light emitting/receiving device of the present invention configured as above will be explained. The light emitted from the light emitting/receiving transistors Q 1 , Q 2 enters the light emitting/receiving transistors Q 3 , Q 4 from the light guide paths F 1 , F 2 , respectively, and is detected as a light receiving current passing through the digit lines D 1 , 1 .

また、同時にその受光電流にしたがつて発光受
光トランジスタQ3,Q4が発光もするので、導光
路F3,F4、光学フイルタG1,G2を通つて出力出
射光口I1,I2より出射光としても検出可能であ
る。
At the same time, the light emitting/receiving transistors Q 3 and Q 4 emit light in accordance with the light receiving current, so that the output light passes through the light guides F 3 , F 4 and the optical filters G 1 , G 2 to the output light ports I 1 , I 2 , it can also be detected as emitted light.

発光受光トランジスタQ1〜Q4からの発光する
波長は必ずしも同一の波長である必要はなく、異
なる波長であることを利用する場合もある。
The wavelengths of light emitted from the light emitting and receiving transistors Q 1 to Q 4 do not necessarily have to be the same wavelength, and the fact that they are different wavelengths may be utilized.

第2図は第1図の回路動作を時系列的に示した
ものの一例である。この例では共通線W1,W3
W4はほぼ同一の正電位に固定されているものと
し、ベース側バイアス端子B1,B2もほぼ同一の
正電位にあるものと仮定している。
FIG. 2 is an example showing the circuit operation of FIG. 1 in chronological order. In this example, the common lines W 1 , W 3 ,
It is assumed that W 4 is fixed at approximately the same positive potential, and that the base side bias terminals B 1 and B 2 are also at approximately the same positive potential.

したがつて、この回路動作は共通線W2、書き
込み用デジツト線D11が接続されているエミ
ツタ側バイアス端子A2,A4,A6の電位によつて
ほぼ決定する。
Therefore, the operation of this circuit is almost determined by the potentials of the emitter side bias terminals A 2 , A 4 , A 6 to which the common line W 2 and the writing digital lines D 1 , 1 are connected.

定常状態の記憶状態ではエミツタ側バイアス端
子A2の電位をコレクタ側バイアス端子A1の電位
より僅かに低くしておく。そのとき、これらの端
子に接続されている発光受光トランジスタQ1
Q2はフリツプフロツプ回路を構成しているので、
その何れか一方がオン、他方がオフの状態にな
る。
In the steady state storage state, the potential of the emitter side bias terminal A2 is kept slightly lower than the potential of the collector side bias terminal A1 . At that time, the light emitting/receiving transistor Q 1 connected to these terminals,
Since Q 2 constitutes a flip-flop circuit,
One of them is on and the other is off.

いま、発光受光トランジスタQ1がオン(発光
状態)、発光受光トランジスタQ2がオフ(消光状
態)にあるものとする。第2図中の横軸は時刻を
示し、t0〜t5の時間中t1〜t2は記憶状態の読み出
し、t3〜t4の時間帯に書き込み動作を行なうもの
とする。縦軸はそれぞれの端子の相対電位を示し
ている。
Assume that the light-emitting and receiving transistor Q 1 is on (light-emitting state) and the light-emitting and receiving transistor Q 2 is off (quenching state). The horizontal axis in FIG. 2 indicates time, and it is assumed that during the time period t0 to t5 , the storage state is read out from t1 to t2 , and the write operation is performed during the time period t3 to t4 . The vertical axis indicates the relative potential of each terminal.

第2図a〜第2図cは読み出し操作を行なうた
めの相対電位の時系列、第2図d〜第2図fは書
き込みの相対電位の時系列を示している。
2a to 2c show a time series of relative potentials for a read operation, and FIGS. 2d to 2f show a time series of relative potentials for writing.

読み出し時(t1〜t2間)はエミツタ側バイアス
端子A2の電位をコレクタ側バイアス端子A1の電
位より充分低くして、発光受光トランジスタQ1
に大きな電流を流し発光強度を大とし、同時にエ
ミツタ側バイアス端子A4,A6の電位をベース側
バイアス端子B1,B2の電位より僅かに下げた状
態にして、発光受光トランジスタQ3,Q4を遮断
にやや近い状態にしておく。
During readout (between t1 and t2 ), the potential of the emitter side bias terminal A2 is made sufficiently lower than the potential of the collector side bias terminal A1 , and the light emitting/receiving transistor Q1
A large current is applied to the light emitting and receiving transistors Q 3 , to increase the light emission intensity, and at the same time, the potential of the emitter side bias terminals A 4 and A 6 is slightly lower than the potential of the base side bias terminals B 1 and B 2 . Leave Q 4 in a state somewhat close to shutoff.

これによつて、発光受光トランジスタQ1より
発した光を導光路F1を通して発光受光トランジ
スタQ3で受光し書き込み用デジツト線D1に受光
電流として増巾検出する。
As a result, the light emitted from the light emitting and receiving transistor Q1 is received by the light emitting and receiving transistor Q3 through the light guide path F1, and is amplified and detected as a light receiving current on the writing digit line D1 .

同時に、発光受光トランジスタQ3はこの受光
電流に応じた発光をするので、導光路F3、光学
フイルタG1を通して出力出射光口I1より光検出を
行うこともできる。
At the same time, since the light emitting/receiving transistor Q3 emits light in accordance with this light receiving current, light can also be detected from the output light port I1 through the light guide path F3 and the optical filter G1 .

一方、発光受光トランジスタQ2は消光状態に
あるので、導光路F2を通しての光はない。した
がつて、発光受光トランジスタQ4の受光電流、
書き込み用デイジツト線1の検出電流はないの
で、オフ状態の検出ができたことになる。
On the other hand, since the light emitting/receiving transistor Q2 is in the extinction state, no light passes through the light guide path F2 . Therefore, the light receiving current of the light emitting and receiving transistor Q4 ,
Since there is no detection current in the write digit line 1 , this means that the off state has been detected.

書き込み時(t3〜t4間)はエミツタ側バイアス
端子A2は記憶時同様、コレクタ側バイアス端子
A1より僅かに低い電位としておく、エミツタ側
バイアス端子A4,A6の電位はオン状態にしたい
何れか一方の電位をベース側バイアス端子B1
たはベース側バイアス端子B2より充分低くする
ことによつて記憶状態を作れる。
During writing (between t 3 and t 4 ), the emitter side bias terminal A 2 is the collector side bias terminal as well as during storage.
The potential of the emitter side bias terminals A 4 and A 6 , which should be kept at a potential slightly lower than that of A 1 , should be sufficiently lower than the potential of either base side bias terminal B 1 or base side bias terminal B 2 , whichever one you want to turn on. A memory state can be created by

この例では、発光受光トランジスタQ2をオン
状態に換えるため、エミツタ側バイアス端子A6
をベース側バイアス端子B2より充分低くして発
光受光トランジスタQ4を発光させ、導光路F2
通して発光受光トランジスタQ2に入射させ、こ
の発光受光トランジスタQ2をオン状態とさせ、
発光受光トランジスタQ1がオフ状態となる。
In this example, in order to turn on the light emitting/receiving transistor Q 2 , the emitter side bias terminal A 6
is sufficiently lower than the base side bias terminal B 2 to cause the light emitting/receiving transistor Q 4 to emit light, and the light is incident on the light emitting/receiving transistor Q 2 through the light guide path F 2 to turn on the light emitting/receiving transistor Q 2 .
The light emitting/receiving transistor Q1 is turned off.

発光受光トランジスタQ1がオン、発光受光ト
ランジスタQ2がオフの状態を論理の「1」状態
とし、発光受光トランジスタQ1がオフ、発光受
光トランジスタQ2がオン状態のときを「0」状
態に対応させれば、前述の操作や状態は2値論理
の機能状態を記憶し、読み出し、書き込みの記憶
と操作ができたことになる。第2図a〜第2図f
はそれぞれこの状態を示しているものであり、
A1,A2,A4,A6,B1,B2はそれぞれ第1図の
符号と対応し、その位置の電位を示す。
The state where the light emitting/receiving transistor Q 1 is on and the light emitting/receiving transistor Q 2 is off is the logic "1" state, and the state where the light emitting/receiving transistor Q 1 is off and the light emitting/receiving transistor Q 2 is on is the "0" state. If they are made to correspond, the above-mentioned operations and states will mean that the functional state of binary logic is stored, and storage and operations such as reading and writing are possible. Figure 2a to Figure 2f
indicate this state, and
A 1 , A 2 , A 4 , A 6 , B 1 , and B 2 correspond to the symbols in FIG. 1, respectively, and indicate the potentials at those positions.

以上の説明でわかるごとく、記憶状態やその読
み出し、書き込みはすべて端子間の相対電位によ
つてきまるので、たとえばエミツタ側バイアス端
子A2を固定し、コレクタ側バイアス端子A1を可
変とすることや、同時に両者を可変とすること
や、あるいはまたエミツタ側バイアス端子A4
A6を固定としてベース側バイアス端子B1,B2
可変とすることによつて読み出し、書き込み操作
を行うこともできる。
As you can see from the above explanation, the storage state, reading, and writing all depend on the relative potential between the terminals, so for example, the emitter side bias terminal A 2 can be fixed and the collector side bias terminal A 1 can be made variable. Alternatively, both can be made variable at the same time, or the emitter side bias terminal A 4 ,
Reading and writing operations can also be performed by fixing A 6 and making the base side bias terminals B 1 and B 2 variable.

ただし、ベース側バイアス端子B1,B2を変え
る場合でも検出電流は書き込み用デイジツト線
D11で行なう方が電流を多くとることができ
る。
However, even if the base side bias terminals B 1 and B 2 are changed, the detection current is the same as the write digit line.
A larger current can be obtained by using D 1 and 1 .

これらの幾つかの組合せについては簡単化のた
めに省略する。
Some of these combinations will be omitted for simplicity.

第3図は第1図の模式図に対応する具体的構成
法の一実施例の横断面図を示している。この構成
例では抵抗R1〜R6は外部接続として示されてい
ないが、本図中に示されている絶縁性化合物半導
体基板19の内部または上部の化合物半導体層1
1〜31中に不純物拡散やイオン注入法などを用
いて単一基板内に構成し得る。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of an embodiment of a specific construction method corresponding to the schematic diagram of FIG. 1. Although resistors R 1 to R 6 are not shown as external connections in this configuration example, they are connected to the compound semiconductor layer 1 inside or on the insulating compound semiconductor substrate 19 shown in this figure.
1 to 31 can be constructed within a single substrate using impurity diffusion, ion implantation, or the like.

また、純抵抗以外に等価的に抵抗であればよい
のでトランジスタやダイオードなどを用いて代替
えすることも可能であるが、本質的要件ではない
のでその具体例は簡略化のため詳述を省いた。
In addition, it is possible to replace it with a transistor, diode, etc., as any equivalent resistance other than a pure resistor is required, but as this is not an essential requirement, detailed explanations of specific examples have been omitted for the sake of brevity. .

図中の化合物半導体層11〜31は発光受光ト
ランジスタQ1〜Q4を構成している。絶縁性化合
物半導体基板19はたとえばGaAsやInPで作成
されて、その上に発光受光トランジスタQ1〜Q4
を同時に単一基板上に構成している。
Compound semiconductor layers 11 to 31 in the figure constitute light emitting and receiving transistors Q 1 to Q 4 . The insulating compound semiconductor substrate 19 is made of, for example, GaAs or InP, and light emitting/receiving transistors Q 1 to Q 4 are formed on it.
are simultaneously configured on a single substrate.

絶縁性化合物半導体基板19の上に各発光受光
トランジスタQ1〜Q4のコレクタ部を構成する化
合物半導体層14,18,23,27、さらにそ
の上にベース部となる化合物半導体層13,1
7,22,26、エミツタ部をなす化合物半導体
層12,16,21,25、エミツタ電極を良好
なオーミツク接続できるようにするためのコンタ
クト層としての化合物半導体層11,15,2
0,24をエピタキシヤルに成長させている。
On the insulating compound semiconductor substrate 19 are compound semiconductor layers 14, 18, 23, 27 forming the collector portions of the respective light emitting/receiving transistors Q1 to Q4 , and compound semiconductor layers 13, 1 forming the base portions thereon.
7, 22, 26, compound semiconductor layers 12, 16, 21, 25 forming emitter portions, compound semiconductor layers 11, 15, 2 as contact layers to enable good ohmic connection of emitter electrodes.
0.24 is grown epitaxially.

次に、ベース電極を上部より取り出すためのベ
ース層と同じp(pnpトランジスタの場合はn)
形の不純物を拡散法あるいはイオン注入法などを
用いて変質させた層としての化合物半導体層2
8,29,30,31をベース層としての化合物
半導体層13,17,22,26まで形成させ
る。
Next, the same p as the base layer to take out the base electrode from the top (n in the case of a pnp transistor)
Compound semiconductor layer 2 as a layer in which impurities of the form are altered using a diffusion method, an ion implantation method, etc.
8, 29, 30, and 31 are formed up to compound semiconductor layers 13, 17, 22, and 26 as base layers.

その後、エミツタ部の一部の化学的または物理
的メサエツチングにより取り除くか、あるいはイ
オン注入法などを用いた絶縁化によりエミツタベ
ース間の一部絶縁化とベース層への光の導入また
は射出部32,33,34,35を形成する。
After that, a part of the emitter part is removed by chemical or physical mesa etching, or by insulation using ion implantation method, a part of the emitter base is insulated and light is introduced into the base layer or the light emitting part 32, 33. , 34, 35 are formed.

また、36,37の部分も発光受光トランジス
タQ1とQ3,Q2とQ4間の光結合部を示す。したが
つて、この部分は単に真空や気体であつてもよい
が、望ましくは各入出力光の波長において透明で
あつてかつでき得る限り半導体や導光路に近い屈
折率を有する樹脂や液体や固体で構成されること
である。
Further, portions 36 and 37 also indicate optical coupling portions between the light emitting and receiving transistors Q 1 and Q 3 and between Q 2 and Q 4 . Therefore, this part may be simply a vacuum or a gas, but it is preferably a resin, liquid, or solid that is transparent at each wavelength of input and output light and has a refractive index as close to that of the semiconductor or light guide as possible. It consists of:

その後、発光受光トランジスタQ1〜Q4のコレ
クタ電極を設けるためのエツチング、および発光
受光トランジスタQ1〜Q4を互に電気的絶縁を行
なうためのエツチングを行なう。
Thereafter, etching is performed to provide collector electrodes of the light emitting and receiving transistors Q 1 to Q 4 and etching to electrically insulate the light emitting and receiving transistors Q 1 to Q 4 from each other.

その後、各層のオーミツク電極を蒸着法、メツ
キ法、シンタ法などを用いて付加する。
Thereafter, ohmic electrodes for each layer are added using a vapor deposition method, a plating method, a sintering method, or the like.

一般には、エミツタ層としての化合物半導体層
12,16,21,25はベース層としての化合
物半導体層13,17,22,26より大きなエ
ネルギギヤツプを有することが望ましく、これに
よつてエミツタからの小数キヤリアの注入効率を
向上させ得る。
Generally, it is desirable that the compound semiconductor layers 12, 16, 21, 25 as emitter layers have a larger energy gap than the compound semiconductor layers 13, 17, 22, 26 as base layers, thereby reducing the fractional carrier from the emitter. injection efficiency can be improved.

たとえば、ベース層としての化合物半導体層1
3,17,22,26がGaAsまたはInPで作ら
れた場合、エミツタ層としての化合物半導体層1
2,16,21,25にはそれぞれAlGaAsまた
はInGaAsPなどが用いられるなどである。
For example, a compound semiconductor layer 1 as a base layer
3, 17, 22, 26 are made of GaAs or InP, compound semiconductor layer 1 as an emitter layer
For example, AlGaAs or InGaAsP is used for 2, 16, 21, and 25, respectively.

また、同時にこのように行なうと、ベース層で
吸収されるべき光の波長に対してエミツタ層は光
学的に透明になし得て、より光電変換効率を高め
ることが可能となる。
Moreover, if this is done at the same time, the emitter layer can be made optically transparent to the wavelength of light to be absorbed by the base layer, making it possible to further enhance the photoelectric conversion efficiency.

エミツタコンタクト層としての化合物半導体層
11,15,20,24は本質的には不要である
が、エミツタ層としての化合物半導体層12,1
6,21,25に直接オーミツク電極がとり難い
場合の補助的な層として用いられるものである。
The compound semiconductor layers 11, 15, 20, 24 as emitter contact layers are essentially unnecessary, but the compound semiconductor layers 12, 1 as emitter contact layers are essentially unnecessary.
It is used as an auxiliary layer when it is difficult to attach ohmic electrodes directly to 6, 21, and 25.

ベース層としての化合物半導体層13,17,
22,26の組成は一般には同一組成で同時に作
成されるのが通例であるが、入出力光に対する波
長特性を種々変更したい場合には異なるものとす
るように作成させる。
Compound semiconductor layers 13, 17 as base layers,
Generally, the compositions 22 and 26 are the same and are made at the same time, but if it is desired to variously change the wavelength characteristics for input and output light, they are made to have different compositions.

これは、たとえば、選択エピタキシヤル成長法
を用いて母材結晶の組成を変える方法や同一組成
結晶を成長後不純物を選択的に拡散あるいはイオ
ン注入法を用いて変質させることによつて達成可
能である。
This can be achieved, for example, by changing the composition of the base material crystal using selective epitaxial growth, or by selectively diffusing impurities after growing a crystal with the same composition or modifying it using ion implantation. be.

また、このベース層は発光受光トランジスタ
Q1〜Q4の電気的および光学的特性に特に重要な
作用を行なう層であり、−族化合物半導体に
対しては特に族元素を不純物として用いると特
に望ましい特性が屡々得られる。
In addition, this base layer is used as a light emitting/receiving transistor.
This layer has a particularly important effect on the electrical and optical properties of Q 1 to Q 4 , and particularly desirable properties are often obtained when a group element is used as an impurity for - group compound semiconductors.

すなわち、少数キヤリア拡散長が長く、発光あ
るいは受光の交換効率が高い特性が得られる。
That is, characteristics such as a long minority carrier diffusion length and high exchange efficiency for light emission or light reception can be obtained.

さらに、図中Cの部分は発光受光トランジスタ
Q1〜Q4および導光路F1〜F4間相互の光学的およ
び電極的絶縁を行なうための物質で、前述の材料
によつて構成されるものであり、第1図で述べた
遮光部である。これによつて入出力間の分離と同
時に各発光受光トランジスタの誤動作を避けるこ
とが可能となる。
Furthermore, part C in the figure is a light emitting/receiving transistor.
A substance for providing mutual optical and electrode insulation between Q 1 to Q 4 and light guide paths F 1 to F 4 , and is made of the above-mentioned material, and is similar to the light shielding part described in Fig. 1. It is. This makes it possible to separate the input and output and at the same time avoid malfunctions of the light-emitting and light-receiving transistors.

また、図中には導光路F1〜F4はすべて上部よ
り取り出す構造を示しているが、絶縁性化合物半
導体基板19の下方部に取り付けることも可能で
あること、あるいは特にレーザ発光させる場合に
は横方向に出力取り出し用の導光路F1〜F4を取
り付けることが望ましい。
In addition, although the figure shows a structure in which all the light guide paths F 1 to F 4 are taken out from the top, it is also possible to attach them to the lower part of the insulating compound semiconductor substrate 19, or especially when emitting laser light. It is desirable to install light guide paths F 1 to F 4 for output extraction in the lateral direction.

また、遮光部Cは半導体部の上部のみ付加して
いるが、より完全な光学的遮蔽を行なうために下
方部および横方向部にも付加する方が望ましい。
Further, although the light shielding part C is added only to the upper part of the semiconductor part, it is preferable to add it also to the lower part and the lateral part in order to achieve more complete optical shielding.

なお、光学フイルタG1,G2は簡略化のため外
部接続として省略した。
Note that the optical filters G 1 and G 2 are omitted as external connections for simplicity.

第4図は第1図の構成例に対する部分的変形実
施例の模式図である。第4図aは第1図における
発光受光トランジスタQ1〜Q4の一部または全部
をダーリントン接続させることによつて、より大
なる増巾率と入力インピーダンスを得る形式
(Qi,Q′i)に変えた場合の実施例である。
FIG. 4 is a schematic diagram of a partially modified embodiment of the configuration example of FIG. 1. Figure 4a shows a form (Qi, Q'i) in which a larger amplification factor and input impedance are obtained by connecting some or all of the light emitting/receiving transistors Q 1 to Q 4 in Figure 1 to Darlington connections (Qi, Q'i). This is an example in which the configuration is changed to .

また、第4図bは第1図における発光受光トラ
ンジスタのベースコレクタ間にダイオードDiを
付加した場合の他の実施例である。
Further, FIG. 4b shows another embodiment in which a diode Di is added between the base and collector of the light-emitting and light-receiving transistor shown in FIG.

このダイオードDiはシヨツトキーバリアダイ
オードあるいはトランジスタのベースコレクタ間
の順方向電圧降下より小さい順方向電圧降下を有
する通常のpn接合ダイオード、たとえばベース
コレクタの構成材料より、より小さなエネルギギ
ヤツプを有する半導体材料を用いたダイオードで
構成される。
This diode Di is a Schottky barrier diode or a normal p-n junction diode which has a forward voltage drop smaller than the forward voltage drop between the base and collector of a transistor, for example, a semiconductor material with a smaller energy gap than the material of the base collector. It consists of the diode used.

これによつて、発光受光トランジスタの過大な
ベース駆動電流の流入がなくなり、過大な少数キ
ヤリア注入が減少し、蓄積効果によるスイツチン
グ時間遅れが著しく短かくなる利点を生ずる。
This eliminates the inflow of an excessive base drive current of the light emitting/receiving transistor, reduces excessive minority carrier injection, and has the advantage that the switching time delay due to the accumulation effect is significantly shortened.

第4図aと第4図bとは互に独立の考え方を有
するものであり、したがつて、これらは組み合わ
せて用いてもよい。具体的な構成のための構造図
は簡易化のために省略する。
FIG. 4a and FIG. 4b have mutually independent concepts, and therefore, they may be used in combination. Structural diagrams for specific configurations are omitted for the sake of simplicity.

第5図および第6図は、第1図の実施例を変形
した他の実施例の模式図である。この実施例で
は、第1図における発光受光トランジスタQ1
Q2で構成されたフリツプフロツプ形記憶セル部
のみ変形し、抵抗R3をコレクタ部(第5図の場
合)またはエミツタ部(第6図の場合)に付加し
ただけのものである。他の部分は第1図と同じも
のであるから簡略化して図示してある。
5 and 6 are schematic diagrams of other embodiments that are modified from the embodiment of FIG. 1. In this embodiment, the light-emitting and light-receiving transistors Q 1 ,
Only the flip-flop type memory cell section composed of Q 2 is modified, and a resistor R 3 is simply added to the collector section (in the case of FIG. 5) or the emitter section (in the case of FIG. 6). The other parts are the same as those in FIG. 1, so they are shown in a simplified manner.

このようにすることによつて、高抵抗の抵抗
R3を入れると発光受光トランジスタQ1,Q2が非
飽和動作が可能となり、第1図の場合の飽和形動
作の場合より、より高速化動作が可能となる。記
憶動作および構成例は第1図の場合と同様である
から省略する。
By doing this, high resistance resistance
When R 3 is inserted, the light emitting/receiving transistors Q 1 and Q 2 can operate in a non-saturated manner, allowing higher speed operation than in the saturated type operation shown in FIG. The storage operation and configuration example are the same as in the case of FIG. 1, so a description thereof will be omitted.

以上説明したように、上記各実施例においては
発光受光トランジスタの能動素子が電気的光学的
に多機能な特性を有するので、比較的簡単な回路
で単純な構成により同一基板上に多数個構成可能
である。
As explained above, in each of the above embodiments, the active elements of the light-emitting and light-receiving transistors have multi-functional characteristics in terms of electro-optics, so a large number of them can be constructed on the same substrate with a relatively simple circuit and simple configuration. It is.

また、電気的制御性も容易に得られる利点をも
有するとともに、記憶セルと駆動回路とが光学的
な入出力信号であるため電気的には他の回路と全
く絶縁した状態で動作可能であり、その独立性お
よび制御性に大きな利点を有する。
In addition, it has the advantage of being easily electrically controllable, and since the memory cell and drive circuit use optical input/output signals, it can operate in a completely electrically isolated state from other circuits. , has great advantages in its independence and controllability.

したがつて、これらの装置は並列的および直列
的接続も可能であり、かつ同一平面上に多数個集
積化できる。
Therefore, these devices can be connected in parallel and in series, and can be integrated in large numbers on the same plane.

また、前記各実施例はnpn形発光受光トランジ
スタを用いた例のみが示されているがpnp形でも
同様に構成実施できることは容易に考えられるの
で省略した。
In addition, although each of the above-mentioned embodiments shows only an example using an npn type light emitting/receiving transistor, it is easily possible to implement the structure in a similar manner with a pnp type, so the description is omitted.

(発明の効果) 以上のように、この発明の発光受光装置によれ
ば、外部電気制御信号および受光光線により第1
の1対の発光受光トランジスタをオン、オフさせ
て2値の状態で記憶、読み出し操作を行なう記憶
セルを構成し、この第1の1対の発光受光トラン
ジスタの発光光線および相対的バイアス電位の変
化に応じて第2の1対の発光受光トランジスタを
オン、オフさせて記憶セルの読み出し、書き込み
操作を行なうようにしたので、簡易にして多機能
性かつ制御性を有する光学的光記憶回路装置とし
ての機能を呈することができる。これにともない
他の光学的比較器や遅延回路、光掃引回路、光セ
ンサ、デイスプレイ回路、混合、増巾、発振回路
などの諸装置へ広範囲に応用可能である。
(Effects of the Invention) As described above, according to the light emitting/receiving device of the present invention, the first
The first pair of light emitting and receiving transistors is turned on and off to form a memory cell that performs storage and read operations in a binary state, and changes in the emitted light beam and relative bias potential of the first pair of light emitting and receiving transistors are performed. The second pair of light emitting/receiving transistors is turned on and off in response to the reading and writing operations of the memory cell, so that the optical storage circuit device is simple and has multifunctionality and controllability. can exhibit the following functions. Accordingly, it can be widely applied to various devices such as other optical comparators, delay circuits, optical sweep circuits, optical sensors, display circuits, mixing, amplification, and oscillation circuits.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の発光受光装置の一実施例の
構成を示す模式図、第2図aないし第2図fはそ
れぞれ第1図の発光受光装置の動作を時系列的に
示した図、第3図は第1図の発光受光装置の構造
を示す要部の横断面図、第4図aはこの発明の発
光受光装置における発光受光トランジスタをダー
リントン接続した場合の回路図、第4図bはこの
発明の発光受光装置における発光受光トランジス
タにそのベースコレクタ間にダイオードをクラン
プ接続した場合の回路図、第5図および第6図は
それぞれこの発明の発光受光装置の他の実施例を
示す模式図である。 Q1〜Q4,Qi,Q′i……発光受光トランジスタ、
R1〜R6……抵抗、C……遮光部、F1〜F4……導
光路、G1,G2……光学フイルタ、Di……ダイオ
ード、11〜31……化合物半導体層、19……
絶縁性化合物半導体基板、32〜35……光の導
入または射出部、36,37……光結合部。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an embodiment of the light emitting and receiving device of the present invention, and FIGS. 2a to 2f are diagrams chronologically showing the operation of the light emitting and receiving device of FIG. 1, respectively. FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part showing the structure of the light-emitting and receiving device of FIG. 1, FIG. 4a is a circuit diagram when the light-emitting and receiving transistors in the light-emitting and receiving device of the present invention are connected in Darlington, and FIG. 4b is is a circuit diagram in which a diode is clamp-connected between the base and collector of the light-emitting and light-receiving transistor in the light-emitting and light-receiving device of the present invention, and FIGS. 5 and 6 are schematic diagrams showing other embodiments of the light-emitting and light-receiving device of the present invention, respectively. It is a diagram. Q 1 to Q 4 , Qi, Q′i……light emitting light receiving transistor,
R1 to R6 ...Resistor, C...Light shielding part, F1 to F4 ...Light guide path, G1 , G2 ...Optical filter, Di...Diode, 11-31...Compound semiconductor layer, 19 ……
Insulating compound semiconductor substrate, 32-35... Light introduction or emission part, 36, 37... Optical coupling part.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 外部電気制御信号および受光光線によりオ
ン、オフしてオン時に発光しかつオフ時に消光し
て2値の状態で記憶および読み出し機能を呈する
記憶セルを構成する第1の1対の発光受光トラン
ジスタと、この第1の1対の発光受光トランジス
タの発光光線を伝達する第1の1対の導光路と、
この第1の1対の導光路を通して伝達される上記
発光光線によりそれぞれ個別に発光してこの発光
光線を受光電流として検出するとともにバイアス
電位を相対的に変えてオン、オフさせて上記記憶
セルへの読み出し書き込み操作を行なう第2の1
対の発光受光トランジスタと、この第2の1対の
発光受光トランジスタの発光光線を外部に伝達す
る第2の1対の導光路と、上記各発光受光トラン
ジスタとともに一体的に形成されて各発光受光ト
ランジスタを光学的に遮へいする遮光部とよりな
る発光受光装置。
1 A first pair of light-emitting and light-receiving transistors constituting a memory cell that is turned on and off by an external electrical control signal and a light-receiving light beam, emitting light when on and extinguishing when off, exhibiting a storage and read function in a binary state; , a first pair of light guide paths for transmitting the light emitted from the first pair of light emitting/receiving transistors;
The emitted light beams transmitted through the first pair of light guide paths emit light individually, and the emitted light beams are detected as a received light current, and are turned on and off by relatively changing the bias potential to be sent to the memory cell. The second one performs read and write operations of
A pair of light-emitting and light-receiving transistors, a second pair of light guide paths that transmit the light emitted from the second pair of light-emitting and receiving transistors to the outside, and each light-emitting and receiving transistor is integrally formed with each of the above-mentioned light-emitting and light-receiving transistors. A light-emitting light-receiving device consisting of a light-shielding part that optically shields a transistor.
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