JPH02155263A - 半導体光メモリ - Google Patents

半導体光メモリ

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JPH02155263A
JPH02155263A JP63310361A JP31036188A JPH02155263A JP H02155263 A JPH02155263 A JP H02155263A JP 63310361 A JP63310361 A JP 63310361A JP 31036188 A JP31036188 A JP 31036188A JP H02155263 A JPH02155263 A JP H02155263A
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JP
Japan
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layer
gaas
doped
semiconductor
type gate
Prior art date
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Pending
Application number
JP63310361A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenichi Kasahara
健一 笠原
Ichiro Ogura
一郎 小倉
Yoshiharu Tashiro
田代 義春
Mitsunori Sugimoto
杉本 満則
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH02155263A publication Critical patent/JPH02155263A/ja
Priority to US07/676,476 priority patent/US5084748A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/1443Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0605Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits made of compound material, e.g. AIIIBV

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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される半導
体光メモリに関する。
(従来技術とその問題点) 微小なトリガ光によってスイッチングし、トリガ光が無
くなった後でも、その状態を保持し、発光し続ける機能
を備えた半導体光メモリは、これからの光交換や光信号
処理システムを構成する際に不可欠となる。この様な半
導体光メモリとしては第3図のものが知られている。ジ
ャーナル・オブ・アプライド、フィジックス(J、Ap
pl、Phys、)の1986年、第59巻、第2号の
596頁〜600頁にその詳細が報告されている。第3
図に於いて、31はp−GaAsの基板、32はp−G
aAs(厚さ0.3pm)のバッファ層、33はp−A
IGaAs(0,5pm)のアノード層、34はn−G
aAs(lpm)のn型ゲート層、35はp−GaAs
(50人)のp型ゲート層、36はn−AIGaAs(
400人)のn型ゲー ト層、37はn−GaAs(0
,511m)のキャップ層である。この素子に光をあて
ないで順方向に電圧をかけていくと、成る電圧で電気的
にスイッチングを起こす。この電圧をスイッチング電圧
と呼ぶ。スイッチングを起こして高インピーダンス状態
から低インピーダンス状態に入ると発光し始める。低イ
ンピーダンス状態ではキャリアがn型ゲート層34に注
入され、注入されたキャリアは両脇が禁制帯幅の大きい
アノード層33とカソード層36で作られたポテンシャ
ル障壁で閉じ込められることになるので効率良く発光が
生じることになる。低インピーダンス状態は、電圧をス
イッチング電圧以下に下げていっても、保たれる(但し
、保持電圧迄)。次に、バイアス電圧をスイッチング電
圧よりも少し低目に設定しておき、この状態で成るレベ
ル以上の光を照射すると、スイッチングを起こしトリガ
光が無くなった後でも発光し続ける。即ち、光メモリと
して働く。トリガ光に対する主たる吸収層はn型ゲート
層34となる。そして、トリガ光の波長は第3図の例で
はGaAsの禁制帯波長よりも短い必要がある。
第3図の例ではp型ゲート層35のキャリア濃度NはN
=IX10 cm  、 n型 ゲ − ト 層34 
はN=IX10 cm  であった。順方向に電圧をか
けていくと高インピーダンス状態で空乏層は主として濃
度の低いn型ゲート層34の方にのびていく。電圧がス
イッチング電圧に達すると、空乏層領域でアバランシェ
降伏が生じ、これによってスイッチングを起こすわけで
あるが、アバランシェ降伏が起こる電界強度は、片側階
段型接合では不純物濃度の3/4乗に反比例する。動作
上、使い易い電圧として、スイッチング電圧を4v位に
設定するためには、n型ゲート層34のキャリア濃度を
N=IX10 cm  位にする必要がある。この位の
キャリア濃度では自然放出寿命はt=100nsとなる
そして、この時間が動作速度を決めることになる。発光
の立ち上(下)かり時間が100nSだと、最大10M
Hzでしか、使用できないことになる。Iは、バックグ
ランドのキャリア密度を上げると、それに反比例しか短
くなるので、n型ゲート層34の濃度を今以上に上げる
ことも考えられるが、それはできない。というのは、n
型ゲート層34の濃度を仮に今よりも20倍も上げ、N
=IX10 cm  位にすると、もはや、pnpn構
造特有の電流−電圧特性が得られなくなってしまうため
である。これはアバランシェ電圧が4vよりも低下し、
保持電圧(〜1.6V)以下になってしまうためである
。したがって、使い易いスイッチング電圧で、尚、且つ
数100Mb/Sで応答する光メモリは、これ迄無かっ
た。
(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半導体
光メモリは、n型のカソード層、p型の第1の半導体層
、p型乃至はn型の半導体層、n型の第3の半導体層、
p型のアノード層より成る半導体光メモリに於いて、前
記第2の半導体層がn型の場合°には、その不純物濃度
が前記第3の半導体層の不純物濃度よりも低く、且つ、
前記第3の半導体層の禁制帯幅は前記アノード層とカソ
ード層の禁制帯幅よりも小さく、又、前記第2の半導体
層がp型の場合には、その不純物濃度が前記第1の半導
体層の不純物濃度よりも低く、且つ、前記第1の半導体
層の禁制帯幅は前記アノード層とカソード層の禁制帯幅
よりも小さいことを特徴とする。
(発明の作用と原理) 第2(a)図はアバランシ降伏電圧をキャリア濃度、第
2(b)図は自然放出寿命とキャリア濃度の関係を示し
た図である。キャリア濃度を増やしていくと、工は減少
して速くなるがアバラシェ電圧は下がってしまうことを
示してる。スイッチング電圧を数Vに保ち、且つ、数1
00Mb/Sの光応答を可能とするために本発明ではゲ
ート層を低濃度層と高濃度層と2つ設けである。第3図
の従来例に即して説明すると、n型ゲート層34を2つ
に分け、p型ゲート層35に接する側には低濃度層を、
又、アノード層33に接する側は高濃度層となるように
する。このようにするとスイッチング電圧が空乏層がの
びる低濃度層のキャリア濃度で決まる。そして、低濃度
層と高濃度層のキャリア濃度が一桁近く違うと、殆んど
高濃度層のキャリア濃度で、寿命が決まり、短くできる
ので高速化が可能となる。
(実施例) 第1図は本発明に係わる一実施例である。GaAs系半
導体を用いた0゜8μm帯用0半導体光メモリである。
n型ゲート層以外は第3図の従来例と同じである。p−
GaAsの基板11上に、p−GaAs(厚さ0.3p
m、キャリア濃度2X10 am  、Beドープ)か
らなるバッファ0.711m、 Siドープ)からなる
高濃度n型ゲート層14、n−GaAs(5X10 c
m  、 0.3pm、 Siドープ)からなる低濃度
n型ゲート層15、p−GaAs(I X 10 cm
50人、Beドープ)からなるp型ゲート層16、n−
ドープ)からなるキャップ層18が形成されている。
MBE法でウェハーは作製しである。19はAuGe−
Niからなるn電極、20はCr/Auからなるp電極
である。
第1図は、断面図を示してあり、形状は円形をしており
、メサ径は30pmΦである。n型ゲート層を低濃度n
型ゲート層15と高濃度n型ゲート層14と2つの領域
に分けることによって、スイッチング電圧4vで、発光
の立ち上(下)がり速度が2nS迄短縮できた。低濃度
n型ゲート層15の厚さは0.3pmとしであるがこの
値は〜4vで実際にn型ゲート層に向かってのびてくる
空乏層の長さより長い。従って、0.3pmという値に
設定してあれば、スイッチング電圧には変化は及ぼさな
い。n型ゲート層の厚さは0.3pmと0.7pmで合
計1pmとなっているが、この位あれば、トリガ光の吸
収率を大きく減することはない。
本発明で、厚さ、キャリア濃度は同じにしてn型、p型
の関係を入れ替えた構造としても、同様な効果が得られ
る。又、材料系は本実施例ではAlGaAs/GaAs
系であったが、他の材料系のInGaAsP/InP系
、両者を組み合せた系でも良いことは言うまでもない。
(発明の効果) 本発明によれば、ゲート層として、低濃度層と高濃度層
を形成されているのでスイッチング電圧は低濃度層のキ
ャリア濃度に依存し、キャリア濃度の寿命は、高濃度層
のキャリア濃度によって各々決まる。したがってスイッ
チング電圧が数Vで、発光の立ち上がりが数100Mb
/Sの高速光応答が可能な半導体光メモリが得られる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明に係わる一実施例、第2(a)図、第2
(b)図はそれぞれキャリア濃度アバラシェ降伏電圧の
関係を示す図、キャリア濃度と自然放出寿命の示す図、
第3図は従来例の素子断面図である。 11.31は基板、12.32はバッファ層、13,3
3きアノード層、14は高濃度n型ゲート層、15は低
濃度n型ゲート層、16.25はp型ゲート層、17.
36はカソード層、18.37はキャップ層、19.3
8はn電極、20,39はp電極、34はn型ゲート層
である。 第 2(a) 図 2(b) キヤリア濃度;N (cm”) キャリア濃度; (cm”) 第 図 引 / キャップ層(n−GaAs) / n型ゲート層(n−GaAs) アノード層(p−AIGaAs) 32バッファ層(p−GaAs) 基板(p−GaAs) p電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)n型半導体から成るカソード層とp型半導体から
    成るアノード層とp型とn型の半導体層より構成されp
    n接合を有するゲート層とが半導体基板上に形成され、
    ゲート層はアノード層とカソード層によりはさまれてあ
    る構造の半導体光メモリに於いて、ゲート層は第1、第
    2、第3の3層の半導体層から成り、第1の半導体層は
    カソード層側に、第3の半導体層はアノード層側に配さ
    れており、この3層の伝導型は第1層がp型、第2層が
    n型、第3層がn型であり、かつ第2層は第3層よりも
    低い不純物濃度を持ち、第3層はアノード層とカソード
    層のいづれよりも禁制帯幅が小さいことを特徴とする半
    導体光メモリ。
  2. (2)請求項1記載の半導体光メモリにおいて、第2層
    がp型でありかつこの不純度濃度は第1層よりも低いこ
    とを特徴とする半導体光メモリ。
JP63310361A 1988-12-07 1988-12-07 半導体光メモリ Pending JPH02155263A (ja)

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JP63310361A JPH02155263A (ja) 1988-12-07 1988-12-07 半導体光メモリ
US07/676,476 US5084748A (en) 1988-12-07 1991-03-27 Semiconductor optical memory having a low switching voltage

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