JPH0714078B2 - Semiconductor optical memory - Google Patents
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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必要とされる半
導体光メモリに関する。The present invention relates to a semiconductor optical memory required for image processing, an optical computer, and the like.
(従来の技術とその問題点) 微少なトリガ光によってレーザ発振をおこし、トリガ光
が無くなった後でも発振し続ける機能を備えた、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双安定半導体レー
ザが知られており、昭和60年通信学会総合全国大会886
などに詳細が報告されている。双安定半導体レーザの問
題点は〜数100μm程度の比較的強い強度のトリガ光が
必要なことであった。双安定半導体レーザをトリガ光で
ONさせるには、光をレンズを通してレーザ端面に照射
し、効率良く、非励起状態にある活性層に絞り込んでや
る必要がある。活性層の幅と厚みはそれぞれ約1μm、
0.1μmと狭く、効率良い光結合は困難であった。その
ために結合損失が大きくなり、相対的にトリガ強度は高
い値が必要とされるようになる。(Prior art and its problems) The semiconductor optical memory, which has a function to oscillate a laser beam with a slight amount of trigger light and continue to oscillate even after the trigger light is exhausted, is designed for future optical switching and parallel optical information processing systems. It is an indispensable key device for configuration. A bistable semiconductor laser is known as a device having such a function.
Details have been reported. The problem with the bistable semiconductor laser is that it requires a trigger light of a relatively strong intensity of about several hundred μm. Bistable semiconductor laser with trigger light
In order to turn it on, it is necessary to irradiate the laser end face with light through a lens and efficiently narrow it down to the active layer in the non-excited state. The width and thickness of the active layer are each about 1 μm,
It was as narrow as 0.1 μm, and efficient optical coupling was difficult. Therefore, the coupling loss becomes large, and a relatively high trigger strength is required.
第9図はジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス
(Journal of Applied Physics)誌、第59巻、第596頁
〜第600頁、1986年に記載されている半導体光メモリの
従来例の断面図である。FIG. 9 is a sectional view of a conventional example of a semiconductor optical memory described in Journal of Applied Physics, Vol. 59, pages 596-600, 1986.
この従来例はpnpnサイリスタ構造となっている。アノー
ド領域93とカソード領域95はそれぞれp−AlGaAsとn−
AlGaAsからなり、これらが禁制帯幅の狭いn−GaAsで形
成されたn型ベース層の4aを挾む構造となっている。サ
イリスタがオンし、高インピーダンス状態から低インピ
ーダンス状態に移ると、n型ベース層の4aにキャリアが
注入され、この部分に閉じ込められる結果、自然放出光
が生じる。但し、双安定レーザと違って高い光出力は得
られない。This conventional example has a pnpn thyristor structure. The anode region 93 and the cathode region 95 are p-AlGaAs and n-, respectively.
It is made of AlGaAs and has a structure sandwiching the n-type base layer 4a formed of n-GaAs having a narrow band gap. When the thyristor is turned on and shifts from the high impedance state to the low impedance state, carriers are injected into the n-type base layer 4a and are confined in this portion, resulting in spontaneous emission light. However, unlike the bistable laser, a high optical output cannot be obtained.
(発明が解決しようとする問題点) 従来例に於ける問題点をまとめると以下のようになる。
即ち、双安定半導体レーザでは出力光として誘導放出光
が得られるが、トリガ光の光結合が難しく、結合損失が
大きくなってしまうという問題があった。又、pnpnサイ
リスタでは出力光は、自然放出光であるので、双安定半
導体レーザの様に高い光出力が得られないという問題が
あった。(Problems to be Solved by the Invention) The problems in the conventional example are summarized as follows.
That is, in the bistable semiconductor laser, stimulated emission light is obtained as output light, but there is a problem that optical coupling of trigger light is difficult and coupling loss becomes large. Further, in the pnpn thyristor, since the output light is spontaneous emission light, there is a problem that a high optical output cannot be obtained unlike the bistable semiconductor laser.
(問題点を解決するための手段) 前述の問題点を解決するために本発明が提供するpnpn構
造を有する半導体光メモリは、ベース用n型半導体は第
1の半導体層、第2の半導体層および第3の半導体層を
順に積層してなり、アノード用p型半導体およびカソー
ド用n型半導体の禁制帯幅は前記第1及び第3の半導体
層のいずれの禁制帯幅より大きく、前記第2の半導体層
の禁制帯幅は前記第1及び第3の半導体層の禁制帯幅よ
り狭いことを特徴とする。(Means for Solving Problems) In order to solve the above problems, a semiconductor optical memory having a pnpn structure provided by the present invention is a base n-type semiconductor in which a first semiconductor layer, a second semiconductor layer and The third semiconductor layer is laminated in order, and the forbidden band width of the p-type semiconductor for anode and the n-type semiconductor for cathode is larger than the forbidden band width of either of the first and third semiconductor layers, The forbidden band width of the semiconductor layer is narrower than the forbidden band widths of the first and third semiconductor layers.
上記記載の半導体光メモリによって、光を前記ベース
用、n型半導体に吸収させることによって、順方向導通
状態、即ち、ON状態を引き起こし、電子と正孔を前記第
2の半導体層中に緩和させ、その電子と正孔との誘導放
出過程によってレーザ発振を起こさせることが可能とな
る。By the semiconductor optical memory described above, for the base, by causing the n-type semiconductor to absorb light, a forward conduction state, that is, an ON state is caused, and electrons and holes are relaxed in the second semiconductor layer, It is possible to cause laser oscillation by the stimulated emission process of the electrons and holes.
(作用) 第1図および第2図は本発明の原理を示すバンド図、第
3図は動作図である。(Operation) FIGS. 1 and 2 are band diagrams showing the principle of the present invention, and FIG. 3 is an operation diagram.
第1図(a)はバイアス電圧がかかっていない状態、同
図(b)は高インピーダンス状態、同図(c)はON状態
のバンド図である。簡単のためにヘテロ接合でのバンド
不連続等、本発明の本質に関わりないところは定性的に
近似を施して示した。第1図(a)に各層のキャリア濃
度と禁制帯エネルギーを示してある。アノード用p型半
導体、カソード用n型半導体の禁制帯幅はそれぞれE4と
E1で示されている(図ではE4=E1)。ベース用のn型半
導体層は禁制帯幅EgがE3とEaの2つの半導体から構成さ
れている。このうちEg=Eaの層がレーザ動作用の活性層
となる。禁制帯幅の大小関係はE4、E1>E3>Eaとなるよ
うにする。ベース用のn型半導体層のキャリア濃度(n2
とna)はある程度、低濃度にしておく。アノードに正、
カソードに負の電圧を印加していくと、始めのうちは電
流が殆ど流れない高インピーダンス状態となる(第1図
(a))。ベース用のn型半導体層が低濃度であるの
で、印加電圧は殆どベース領域のp−n接合にかかり、
空乏層はベース用n型半導体層中に伸びていく。アノー
ド用p型半導体中の正孔はベース、アノード間のp−n
接合に生じているポテンシャル障壁を越えられず、その
ために、電流が殆ど流れない高インピーダンス状態が生
じる。更に印加電圧を増大させていき、第3図(a)に
示したブレークオーバ電圧(VBO)を越えると、急に電
流が流れ始め、ON状態になる(第1図(c)。この辺の
動作メカニズムは通常のサイリスタと同じである。ON状
態でこの素子にかかる電圧は、実質的に1個のp−n接
合と同じになる。ベース用n型半導体中に禁制帯幅の狭
い半導体層(Eg=Ea)を設けておくと、電子と正孔の一
部はこのポテンシャルの窪みに落ち込む。外部に反射鏡
を置いておけば、利得が損失を上回ったところでレーザ
発振が得られる。カソード用n型半導体とアノード用p
型半導体の禁制帯幅をベース用n型半導体のそれよりも
大きくしておけば、ON状態のときにアノードに流れ出す
電子とカソードに流れ出す正孔の数を減らすことがで
き、活性層中にキャリアを緩和させやすくなる。従って
発光効率を高めることができる。第3図(a)で示した
V=VXの点に電圧を設定しておき、適当な光量の光を入
射させ、これをベース用n型半導体で吸収させる。第3
図(a)に於いてVHはON状態でぎりぎり保持される最低
の電圧で、保持電圧である。そうすると正孔がベース用
p型半導体に注入されることになる。注入された正孔は
トランジスタ効果でこの層を通過する電子を増やす。こ
の電子はベース用n型半導体に生じているポテンシャル
の傾きを緩やかにする。そうするとアノードからベース
に注入される正孔が増える。この正のフィードバック効
果でこの素子を高インピーダス状態からON状態に移行さ
せることかできる。即ち、第3図(b)で示した様に、
トリガ光でこの素子をレーザ発振させることができる。
VXをVBOに近づける程トリガ感度を高めることができ
る。Eg=Eaの半導体層をわざわざ設けずに、始めからベ
ース用n型半導体層を一層とし通常の半導体レーザの活
性層厚なみ(0.1μm)にして、禁制帯幅を小さくし
ておけば良いと考えられるかもしれないが、それは駄目
である。何故ならば、トリガ光の吸収が0.1μm程度の
厚さでは小さいのでトリガ感度が低下してしまうからで
ある。FIG. 1A is a band diagram in which no bias voltage is applied, FIG. 1B is a high impedance state, and FIG. 1C is an ON state band diagram. For simplification, the band discontinuity at the heterojunction and the like, which are not related to the essence of the present invention, are qualitatively approximated. FIG. 1 (a) shows the carrier concentration and the forbidden band energy of each layer. The band gap of p-type semiconductor for anode and n-type semiconductor for cathode is E 4 and
This is indicated by E 1 (E 4 = E 1 in the figure). The n-type semiconductor layer for the base is composed of two semiconductors having a forbidden band width E g of E 3 and E a . Of these, the layer with E g = E a becomes the active layer for laser operation. The size of the forbidden band should be E 4 , E 1 > E 3 > E a . Carrier concentration of the n-type semiconductor layer for the base (n 2
And n a ) should be kept low to some extent. Positive to the anode,
When a negative voltage is applied to the cathode, a high impedance state in which almost no current flows is initially obtained (FIG. 1 (a)). Since the n-type semiconductor layer for the base has a low concentration, the applied voltage is almost applied to the pn junction in the base region,
The depletion layer extends into the base n-type semiconductor layer. Holes in the p-type semiconductor for the anode are pn between the base and the anode.
The potential barrier occurring at the junction cannot be exceeded, which results in a high impedance state in which almost no current flows. When the applied voltage is further increased and the breakover voltage (V BO ) shown in Fig. 3 (a) is exceeded, a current suddenly starts to flow and the device is turned on (Fig. 1 (c). The operation mechanism is the same as that of a normal thyristor.In the ON state, the voltage applied to this element is substantially the same as that of one pn junction.The semiconductor layer having a narrow bandgap in the n-type semiconductor for the base. If (E g = E a ) is provided, some electrons and holes will fall into the pit of this potential.If a reflector is placed outside, laser oscillation can be obtained when the gain exceeds the loss. . N-type semiconductor for cathode and p for anode
If the band gap of the n-type semiconductor is made larger than that of the n-type semiconductor for the base, the number of electrons flowing out to the anode and holes flowing out to the cathode in the ON state can be reduced, and carriers in the active layer can be reduced. It becomes easy to relieve. Therefore, the luminous efficiency can be improved. A voltage is set in advance at a point of V = V X shown in FIG. 3 (a), light of an appropriate amount is made incident, and this is absorbed by the base n-type semiconductor. Third
In FIG. 5A, V H is the minimum voltage that is barely held in the ON state, which is the holding voltage. Then, holes will be injected into the p-type semiconductor for the base. The injected holes increase the number of electrons passing through this layer due to the transistor effect. These electrons moderate the slope of the potential generated in the base n-type semiconductor. Then, holes injected from the anode to the base increase. This positive feedback effect can shift this device from the high impedance state to the ON state. That is, as shown in FIG. 3 (b),
This element can be laser-oscillated by the trigger light.
The V X can be enhanced trigger sensitivity as close to the V BO. If you don't bother to provide a semiconductor layer with E g = E a and make the n-type semiconductor layer for base one layer from the beginning, and make it as thin as the active layer of a normal semiconductor laser (0.1 μm), the forbidden band width will be reduced. It may be considered good, but it is useless. This is because the absorption of the trigger light is small at a thickness of about 0.1 μm, so that the trigger sensitivity is lowered.
第2図はトリガ感度を高めるために行なった改良素子の
バンド図である。第1図との違いはベース用p型半導体
の層厚を薄くしてあることである。この層厚を薄くし、
例えば外部からの印加電圧が零の状態で空乏化する程に
薄くしておく。そうすると、n(カソード)−p(ベー
ス)−n(ベース)トランジスタの光電流利得が一層、
高まりトリガ感度を高めるために好都合となる。FIG. 2 is a band diagram of the improved element performed to enhance the trigger sensitivity. The difference from FIG. 1 is that the layer thickness of the base p-type semiconductor is thin. Make this layer thinner,
For example, it is made thin enough to be depleted when the voltage applied from the outside is zero. Then, the photocurrent gain of the n (cathode) -p (base) -n (base) transistor is further increased,
It is convenient to increase the trigger sensitivity.
ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス(J.App
l.Phys.59(2),pp.596〜600,1986)には、第2図の様
にp型ベース半導体の層厚を薄くした光サイリスタの報
告が成されている。この論文によれば〜数μmのトリガ
光で100mA以上の電流をONさせて流すことが可能であ
り、これだけの電流が活性層中に効率よく流れ込めれば
充分レーザ発振が可能である。Journal of Applied Physics (J.App
1 (Phys. 59 (2), pp. 596-600, 1986), an optical thyristor in which the layer thickness of the p-type base semiconductor is thin as shown in FIG. 2 is reported. According to this paper, it is possible to turn on and pass a current of 100 mA or more with a trigger light of a few μm, and if such a current can efficiently flow into the active layer, sufficient laser oscillation is possible.
第4図は電気的スイッチとして使われる通常のpnpnサイ
リスタのベース領域のキャリア濃度や層厚等のパラメー
タを定めるための設計図である。第4図を使えば本発明
でどの様な設計をすれば良いのか概略の指針が得られ、
サイリスタの高インピーダンス状態から低インピーダン
ス状態への移行はn型ベース領域のパンチ・スルー電圧
VPTとなだれ降伏電圧VB1によって決まる。n型ベース領
域が単一半導体層でできている場合、オン電圧は、パン
チ・スルー制御では、階段接合近似を用いると、 又、なだれ降伏制限では VBO=VB(1−α1−α2)1/n ……(3) VB60(Eg/1.1)3/2(ND/1016)-3/4 ……(4) と書き表わせる。(2)〜(4)式で、NDはベース層のキャリ
ア濃度、dはベース層厚、εSは誘電率、α1,α2はそ
れぞれnpn,pnpトランジスタの電流利得、nは定数、Eg
は禁制帯幅エネルギーである。(4)式ではEg,NDの単位
はそれぞれeV,cm-3である。第4図はベースがGaAsの場
合に対してオン電圧とキャリア濃度の関係を示したもの
である。本発明ではオン電圧が第5図で示された値より
若干、高電圧側にシフトする。FIG. 4 is a design diagram for determining parameters such as carrier concentration and layer thickness of the base region of a normal pnpn thyristor used as an electrical switch. By using FIG. 4, a general guideline of what kind of design should be made in the present invention can be obtained.
The transition from the high impedance state of the thyristor to the low impedance state is the punch-through voltage of the n-type base region.
Determined by V PT and avalanche breakdown voltage V B1 . When the n-type base region is made of a single semiconductor layer, the on-voltage is determined by using the step junction approximation in punch-through control. In the case of avalanche yield limitation, V BO = V B (1-α 1 −α 2 ) 1 / n …… (3) V B 60 (E g /1.1) 3/2 (N D / 10 16 ) -3 / 4 …… (4) can be written. In equations (2) to (4), N D is the carrier concentration of the base layer, d is the base layer thickness, ε S is the dielectric constant, α 1 and α 2 are the current gains of the npn and pnp transistors, and n is a constant, E g
Is the forbidden band energy. In Eq. (4), the units of E g and N D are eV and cm -3 , respectively. FIG. 4 shows the relationship between the on-voltage and the carrier concentration when the base is GaAs. In the present invention, the ON voltage is slightly shifted to the high voltage side from the value shown in FIG.
(実施例) 実施例1 第5図は本発明の一実施例を示す斜視図である。AlGaAs
/GaAs系半導体を用いた0.8μm帯用の光メモリである。
n−GaAs基板41にバッファ用のn−GaAs(厚さd=2μ
m、n=2×1018cm-3)をつんだ後、カソード側となる
n−Al0.4Ga0.6As(d=2μm、n=5×1017cm-3)4
2、ベース用p型半導体となるp−Al0.25Ga0.75As(d
=50Å、n=1×1019cm-3)43、ベース用n型半導体と
なるアンドープのn−Al0.25Ga0.75As(d=0.3μm、
n=1×1015cm-3)44、アンドープのn−GaAs(d=0.
1μm、n=1×1015cm-3)45、n−Al0.25Ga0.75As
(d=0.8μm、n=1×1017cm-3)46を成長させ、更
にアノードとなるp−Al0.4Ga0.6As(d=1μm、n=
5×1018cm-3)47とキャップ層用のp−GsAs(d=0.2
μm、n=2×1019cm-3)48とを成長させる。層44、4
5、46が第1図(a)のn2、na、n2にそれぞれ対応す
る。n−GaAs45が活性層となる。p型ドープはBeで、
又、n型ドープはSiで行った。成長は分子線エピタキシ
ー(MBE)法で行なった。バンド図は第1図とほぼ同じ
である 層44、45、46が第1図(a)のn2、na、n2にそれぞれ対
応する。n−GaAs45が活性層n−Al0.25Ga0.75As44と46
が主なる光吸収層となる。層44と45を低濃度層としたの
はトリガ光を照射した時に、光吸収層で発生したフォト
・キャリアが禁制帯幅の狭い活性層となるn−GaAs45で
トラップされるのを防ぐためである。即ち、層44、45を
低濃度化としておくとOFF状態で適当なバイアス電圧を
かけておくと層44、45を空乏化させておくことができ
る。空乏化していると、層45、即ち活性層には電解がか
かっているので、フォトキャリアは、ここを通り抜け
る。そして、電子はn−Al0.25Ga0.75As46にたまり、正
孔はp−Al0.25Ga0.75As43にたまることができるように
なり、トリガ光でOFF状態をON状態とすることができる
ようになる。もし、層44、45の濃度を低濃度化しておか
ないと、ブレーク・オーバ電圧は非常に高くなってしま
い、非常に遣いずらくなる。本実施例ではブレーク・オ
ーバ電圧、即ち、OFFからON状態に移行する電圧を約4V
にすることができトリガ光感度も1pJに下げることがで
きた。第5図で示したように幅1.5μmでエッチング加
工を施し、上部をストライプ状にする。その両側はポリ
イミド51でおおい、活性層とその両脇との屈折率差を小
さくすることによって横モードの制御をする。ポリイミ
ドコートはパッシベーションの役割も果たす。へき開で
共振面を形成する。共振器長は100μmである。電極4
9、50にはAuZn/Cr/AuとAuGe−Ni/Cr/Auを用いた。バイ
アス電圧を調整することにより、数10μmのトリガ光で
レーザ発振を起こさせ、数10mWの出力を得ることができ
た。又、その時の外部微分量子効率は片面で23%であっ
た。第6図に示したように発振波長はλ870μmであ
り、GaAsのバンドギャップに対応する誘導放出光が得ら
れた。また、発振の前後において、n−Al0.25Ga0.75As
44、46のバンドギャップに対応する波長での発光は認め
られず、ON状態で注入キャリアがn−GaAs45に有効に閉
じ込められていることが分かった。(Embodiment) Embodiment 1 FIG. 5 is a perspective view showing an embodiment of the present invention. AlGaAs
An optical memory for the 0.8 μm band using / GaAs-based semiconductors.
On the n-GaAs substrate 41, buffer n-GaAs (thickness d = 2 μ
m, n = 2 × 10 18 cm −3 ) and then the cathode side, n-Al 0.4 Ga 0.6 As (d = 2 μm, n = 5 × 10 17 cm −3 ) 4
2, p-Al 0.25 Ga 0.75 As (d
= 50Å, n = 1 × 10 19 cm -3 ) 43, undoped n-Al 0.25 Ga 0.75 As (d = 0.3 μm, which is an n-type semiconductor for the base)
n = 1 × 10 15 cm −3 ) 44, undoped n-GaAs (d = 0.
1 μm, n = 1 × 10 15 cm -3 ) 45, n-Al 0.25 Ga 0.75 As
(D = 0.8 μm, n = 1 × 10 17 cm −3 ) 46 is grown, and p-Al 0.4 Ga 0.6 As (d = 1 μm, n =
5 × 10 18 cm -3 ) 47 and p-GsAs (d = 0.2) for the cap layer
μm, n = 2 × 10 19 cm −3 ) 48. Layers 44, 4
Reference numerals 5 and 46 correspond to n 2 , n a and n 2 in FIG. 1 (a), respectively. The n-GaAs 45 serves as an active layer. The p-type dope is Be,
The n-type doping was performed with Si. The growth was carried out by the molecular beam epitaxy (MBE) method. The band diagram is almost the same as in FIG. 1. Layers 44, 45 and 46 correspond to n 2 , n a and n 2 in FIG. 1 (a), respectively. n-GaAs 45 is the active layer n-Al 0.25 Ga 0.75 As 44 and 46
Is the main light absorbing layer. The layers 44 and 45 are low-concentration layers in order to prevent photo carriers generated in the light absorption layer from being trapped by n-GaAs45 which is an active layer having a narrow band gap when the trigger light is irradiated. is there. That is, when the layers 44 and 45 are made to have a low concentration, the layers 44 and 45 can be depleted when an appropriate bias voltage is applied in the OFF state. When depleted, photocarriers pass through layer 45, ie, the active layer, because electrolysis is present. Then, the electrons can be accumulated in n-Al 0.25 Ga 0.75 As 46, and the holes can be accumulated in p-Al 0.25 Ga 0.75 As 43, and the OFF state can be turned on by the trigger light. If the concentration of the layers 44 and 45 is not lowered, the breakover voltage becomes very high, which makes it very difficult to use. In this embodiment, the breakover voltage, that is, the voltage at which the OFF-to-ON state shifts is approximately 4V.
The trigger light sensitivity could be lowered to 1 pJ . As shown in FIG. 5, etching is performed with a width of 1.5 μm, and the upper portion is formed into a stripe shape. Both sides thereof are covered with polyimide 51, and the transverse mode is controlled by reducing the difference in refractive index between the active layer and both sides thereof. The polyimide coat also serves as passivation. A cleavage plane forms a resonance surface. The resonator length is 100 μm. Electrode 4
AuZn / Cr / Au and AuGe-Ni / Cr / Au were used for 9 and 50. By adjusting the bias voltage, laser oscillation was caused by trigger light of several tens of μm, and an output of several tens of mW could be obtained. The external differential quantum efficiency at that time was 23% on one side. As shown in FIG. 6, the oscillation wavelength was λ870 μm, and stimulated emission light corresponding to the band gap of GaAs was obtained. In addition, before and after oscillation, n-Al 0.25 Ga 0.75 As
No light emission was observed at the wavelengths corresponding to the band gaps of 44 and 46, and it was found that the injected carriers were effectively confined in n-GaAs 45 in the ON state.
実施例2 第7図は本発明の第二実施例を示す斜視図である。InP
系半導体を用いた1μm帯用の光メモリである。n−In
P基板71にカソード側となるn−InP(厚さd=2μm、
n=2×1018cm-3)72、ベース用p型半導体となるp−
InGaAsP(λg=1.3μm、d=30A、n=2×1018cm-3)
73、ベース用n型半導体となるアンドープのn−InGaAs
P(λg=1.3μm、d=1015cm-3)74、アンドープのn
−In0.53Ga0.47As(λg=1.55μm、d=0.1μm、n=
5×1015cm-3)75、アンドープのn−InGaAsP(λg=1.
3μm、d=0.3μm、n=5×1015cm-3)76を成長さ
せ、更にアノードとなるp−InP(d=0.5μm、n=2
×1018cm-3)77とキャップ層用のp−InGaAsP(λg=1.
15μm、d=0.5μm、n=0.5μm、n=2×1019c
m-3)78とを成長させる。層74、75、76が第1図(a)
のn2、na、n2にそれぞれ対応する。n−InGaAs75が活性
層となる。Embodiment 2 FIG. 7 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention. InP
It is an optical memory for the 1 μm band using a system semiconductor. n-In
N-InP on the cathode side of the P substrate 71 (thickness d = 2 μm,
n = 2 × 10 18 cm −3 ) 72, p− which is a p-type semiconductor for base
InGaAsP (λ g = 1.3 μm, d = 30 A, n = 2 × 10 18 cm -3 )
73, undoped n-InGaAs as n-type semiconductor for base
P (λ g = 1.3 μm, d = 10 15 cm -3 ) 74, undoped n
-In 0.53 Ga 0.47 As (λ g = 1.55 μm, d = 0.1 μm, n =
5 × 10 15 cm −3 ) 75, undoped n-InGaAsP (λ g = 1.
3 μm, d = 0.3 μm, n = 5 × 10 15 cm −3 ) 76 was grown, and p-InP (d = 0.5 μm, n = 2) that became an anode was grown.
× 10 18 cm -3 ) 77 and p-InGaAsP for the cap layer (λ g = 1.
15 μm, d = 0.5 μm, n = 0.5 μm, n = 2 × 10 19 c
m -3 ) 78 and grow. Layers 74, 75 and 76 are shown in FIG. 1 (a).
N 2 , n a , and n 2 , respectively. The n-InGaAs75 becomes the active layer.
p型、n型のドーパントにはZnとSをそれぞれ用いた。Zn and S were used as p-type and n-type dopants, respectively.
第7図で示したように幅1.5μmでエッチング加工を施
し、上部をストライプ状にする。その両側はポリイミド
81でおおい、活性層とその両脇との屈折率差を小さくす
ることによって横モードの制御をする。ポリイミドコー
トはパッシベーションの役割も果たす。へき開で共振面
を形成する。共振器長は100μmである。バイアス電圧
を調整することにより、数10μWのトリガ光でレーザ発
振を起こさせ、数mWの出力を得ることができた。As shown in FIG. 7, etching is performed with a width of 1.5 μm so that the upper portion has a stripe shape. Polyimide on both sides
At 81, the transverse mode is controlled by reducing the difference in refractive index between the active layer and both sides of the active layer. The polyimide coat also serves as passivation. A cleavage plane forms a resonance surface. The resonator length is 100 μm. By adjusting the bias voltage, laser oscillation was caused by a trigger light of several tens of μW, and an output of several mW could be obtained.
実施例3 実施例2で説明した第7図と同様の構造の光メモリを半
導体層の厚さとキャリア濃度のみを一部変えて作製し
た。すなわち、ベース用p型半導体のp−InGaAs73の厚
さは500Åとし、ベース用n型半導体のn−InGaAsP74の
厚さを0.3μmとし、n−InGaAsP76の厚さは0.8μm、
電子濃度(n)は1×1017cm-3として成長させた。これ
以外の条件はすべて実施例2で説明したのと同様にし
た。作製した光メモリを数10μWのトリガ光でレーザを
発振させたところ数mWの出力が得られた。Example 3 An optical memory having the same structure as that of FIG. 7 described in Example 2 was manufactured by partially changing the thickness of the semiconductor layer and the carrier concentration. That is, the thickness of the base p-type semiconductor p-InGaAs73 is 500Å, the thickness of the base n-type semiconductor n-InGaAsP74 is 0.3 μm, and the thickness of the n-InGaAsP76 is 0.8 μm.
The electron concentration (n) was grown at 1 × 10 17 cm -3 . All other conditions were the same as described in Example 2. When the produced optical memory was oscillated with a trigger light of several tens of μW, an output of several mW was obtained.
実施例4 第8図は本発明の応用例である。本発明になる半導体光
メモリ86の外部に45゜ミラー87をエッチング加工で形成
し、共振面近くに配置しておけば、層厚方向に光がとり
出せる。並列光情報処理への応用で有用である。Embodiment 4 FIG. 8 is an application example of the present invention. If a 45 ° mirror 87 is formed on the outside of the semiconductor optical memory 86 according to the present invention by etching and arranged near the resonance surface, light can be extracted in the layer thickness direction. It is useful for application to parallel optical information processing.
実施例においてはAlGaAs/GaAs系とInGaAsP/InP系の材料
を用いて光メモリを作製した例を示したが本発明は、他
の材料例えばAlGaAs/GaAs系、InGaAsP/InP系の両者から
構成されるような意図的にミスマッチを導入した混晶系
材料やGaP系のような可視光材料にも応用できる。In the embodiment, an example in which an optical memory is manufactured using AlGaAs / GaAs and InGaAsP / InP materials is shown, but the present invention is composed of other materials such as AlGaAs / GaAs and InGaAsP / InP. It can also be applied to such mixed crystal materials with intentionally introduced mismatch and visible light materials such as GaP.
(発明の効果) 以上のように本発明によれば、トリガ光を吸収層に対し
て垂直方向から入射、吸収させる構造となるので、トリ
ガ光感度の高い光メモリが得られ光結合が容易となる。
そして更にその結果誘導放出を生ぜしむることができる
ので、高光出力の半導体光メモリが実現できる。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, since the trigger light is incident on and absorbed from the absorption layer in the direction perpendicular to the absorption layer, an optical memory with high sensitivity to trigger light is obtained and optical coupling is facilitated. .
Further, as a result, stimulated emission can be generated, so that a semiconductor optical memory with high light output can be realized.
第1図、第2図は本発明原理を示すバンド図、第3図は
動作図、第4図は設計図、第5図は本発明に係わる一実
施例の斜視図、第7図は本発明の第2の実施例の斜視
図、第6図は実施例の光メモリについて発振波長を測定
したスペクトル図、第8図は応用例、第9図に従来例の
断面図である。 41はn−GaAs基板、42はn−Al0.4Ga0.6As、43はp−Al
0.25Ga0.75As、44、46はn−Al0.25Ga0.75As、45はn−
GaAs、47はp−Al0.4Ga0.6As、48はp−GaAs、49、50、
79、80は電極、51、81はポリイミド、71はn−InP基
板、72はn−InP、73、78はp−InGaAsP、74、76はn−
InGaAsP、75はn−InGaAs、77はp−InP、85は半導体基
板、86は半導体光メモリ、87は45゜ミラー、91は半導体
基板、92はバッファ層、93はアノード領域、95はカソー
ド領域、96はキャップ層、97はカソード電極、98はアノ
ード電極、94aはn型ベース層、94bはp型ベース層であ
る。1 and 2 are band diagrams showing the principle of the present invention, FIG. 3 is an operation diagram, FIG. 4 is a design diagram, FIG. 5 is a perspective view of an embodiment relating to the present invention, and FIG. FIG. 6 is a perspective view of a second embodiment of the invention, FIG. 6 is a spectrum diagram of the oscillation wavelength of the optical memory of the embodiment, FIG. 8 is an application example, and FIG. 9 is a sectional view of a conventional example. 41 is an n-GaAs substrate, 42 is n-Al 0.4 Ga 0.6 As, 43 is p-Al
0.25 Ga 0.75 As, 44, 46 is n-Al 0.25 Ga 0.75 As, 45 is n-
GaAs, 47 is p-Al 0.4 Ga 0.6 As, 48 is p-GaAs, 49, 50,
79 and 80 are electrodes, 51 and 81 are polyimide, 71 is n-InP substrate, 72 is n-InP, 73 and 78 are p-InGaAsP, and 74 and 76 are n-
InGaAsP, 75 n-InGaAs, 77 p-InP, 85 semiconductor substrate, 86 semiconductor optical memory, 87 45 ° mirror, 91 semiconductor substrate, 92 semiconductor layer, 92 buffer layer, 93 anode region, 95 cathode region, 96 is a cap layer, 97 is a cathode electrode, 98 is an anode electrode, 94a is an n-type base layer, and 94b is a p-type base layer.
Claims (1)
て、ベース用n型半導体は第1の半導体層、第2の半体
層および第3の半導体層を順に積層してなり、アノード
用p型半導体およびカソード用n型半導体の禁制帯幅は
前記第1及び第3の半導体層のいずれの禁制帯幅より大
きく、前記第2の半導体層の禁制帯幅は前記第1及び第
3の半導体層の禁制帯幅より狭いことを特徴とする半導
体光メモリ。1. In a semiconductor optical memory having a pnpn structure, an n-type semiconductor for a base is formed by sequentially stacking a first semiconductor layer, a second half layer and a third semiconductor layer, and is a p-type for an anode. The forbidden band widths of the semiconductor and the n-type semiconductor for cathode are larger than the forbidden band widths of the first and third semiconductor layers, and the forbidden band width of the second semiconductor layer is the first and third semiconductor layers. A semiconductor optical memory characterized by being narrower than the forbidden band width of.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP717388A JPH0714078B2 (en) | 1988-01-14 | 1988-01-14 | Semiconductor optical memory |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP717388A JPH0714078B2 (en) | 1988-01-14 | 1988-01-14 | Semiconductor optical memory |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01186684A JPH01186684A (en) | 1989-07-26 |
| JPH0714078B2 true JPH0714078B2 (en) | 1995-02-15 |
Family
ID=11658689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP717388A Expired - Lifetime JPH0714078B2 (en) | 1988-01-14 | 1988-01-14 | Semiconductor optical memory |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0714078B2 (en) |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN1322597C (en) | 1999-08-23 | 2007-06-20 | 日本板硝子株式会社 | Light-emitting thyristor and self-scanning light-emitting device |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5567178A (en) * | 1978-11-14 | 1980-05-21 | Nec Corp | Luminous semiconductor element |
| JPS6257259A (en) * | 1985-09-06 | 1987-03-12 | Nec Corp | Light emitting semiconductor element |
-
1988
- 1988-01-14 JP JP717388A patent/JPH0714078B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01186684A (en) | 1989-07-26 |
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