JPH0254973A - 非線形光電変換装置 - Google Patents

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１ 本発明は、光双安定回路などを構成するのに用い得る非
線形′＃、１に変換装置に関し、とくに、■入射光強度
対出力電圧特性が、光強度がある第１の光強度値になる
までは光強度が増加するのに応じて出力電圧が連続的に
高くなるが、光強度が第１の光強度値に達すれば、出力
電圧が第１の電圧値から第２の電圧値に急激に上昇し、
続いて、光強度が第１の光強度値よりも増加すればそれ
に応じて出力電圧が連続的に高くなり、また、光強度を
第１の光強度値よりも高い光強度から連続的に低下させ
た場合、光強度が第１の光強度値よりも低い第２の光強
度値になるまでは光強度が低下するのに応じて出力電圧
が徐々に低下するが、光強度が第２の光強度値に達すれ
ば出力電圧が第２の電圧値よりも低い第３の電圧値から
第１の電圧値よりも低い第４の電圧値に急激に低下し、
続いて光強度が第２の光強度値よりも低下すればそれに
応じて出力電圧が連続的に低下する、というヒステリシ
ス特性を第１の光に対して呈するとともに、■第１の光
電変換素子用積層体に第１の光が、上述したヒステリシ
ス特性上でみて、第１の光強度値と第２の光強度値との
間の第３の光強度値で入射され、これに応じて第２の電
極と第１または第３の電極間でみた出力電圧が、上述し
たヒステリシス特性上でみて第１の光が第３の光強度値
である場合に第２の電圧値と第３の電圧値との間でとる
第５の電圧値で出力されている状態で、第２の光電変換
素子用積層体に第１の光に比し短い波長を有する第２の
光を入射させた場合、第２の電極と第１または第３の電
極間でみた出力電圧が、第５の電圧値から、上述したヒ
ステリシス特性上でみて、第１の光が第３の光強度値で
ある場合に第１の電圧値と第４の電圧値との間でとる第
６の電圧値に転移する、という出力電圧転移特性を呈す
る非線形光電変換装置に係る。 〔従来の技術１ 従来、超格子構造体の両面に反射膜を設けて構成された
共振３を用い且つ多重量子井戸構造体における励起子吸
収の飽和に伴う非線形光学特性を利用して構成され、入
射光強度対出力電圧特性が上述したヒステリシス特性を
呈するとともに、上述した出力電圧転移特性を呈する光
双安定回路などを構成するのに用い得る非線形光電変換
装置が提案されている。 【発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の非線形光電変換装置の場
合、入射光が、多重量子井戸構造体の励起子吸収帯に適
合する極めて狭い範囲の波長でなければならない制限を
有したり、共振器を、掻めて高い幾何学的精度で構成し
なければならない制限を有したり、出力電圧転移特性を
容易、高速に利用し得なかったりする欠点を有していた
。 よって、本発明は、上述した欠点のない、新規な、入射
光強度対出力電圧特性が上述したヒステリシス特性を呈
し、且つ上述した出力電圧・転移特性を呈する非線形充
電変換装置を提案せんとするものである。 【課題を解決するための手段１ 本願第１番目の発明による非線形光電変換装置は、 （イ）第１の導電型を有ツる半導体基板上に、第１の導
電型を有する第１の光電変換素子用半導体層と、第１の
導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の光電変換素
子用半導体層とを有し、且つ第１の光に応動する第１の
光電変換素子を構成している第１の光電変換素子用積層
体が、上記第１の光電変換素子用半導体層を上記半導体
基板側にして、形成され、また、 （ロ）上記第１の光電変換素子用積層体上に、■第２の
導電型を与える不純物を高濃度に導入していることによ
って第２の導電型を有する第１の負性抵抗素子用半導体
層と、第１の導電型を与える不純物を高濃度に導入して
いることによって第１の導電型を有する第２の負性抵抗
素子用半導体層とを有する負性抵抗素子用積層体が、上
記第１の負性抵抗素子用半導体層を上記光電変換素子用
積層体側にして、局部的に形成され、且つ■第２の導電
型を与える不純物を高濃度に導入していることによって
第２の導電型を有する第１の方向性結合素子用半導体層
と、上記第１の方向性結合素子用半導体層上に形成され
た第１の導電型を有する不純物を高濃度に導入している
ことによって第１の導電型を有する第２の方向性結合素
子用半導体層とを有し、且つ方向性結合素子を構成して
いる方向性結合素子用積層体を介して、第１の導電型を
有する第３の光電変換素子用半導体層と、第２の導電型
を有づる第４の光電変換素子用半導体層とを有し、且つ
上記第１の光に比し短い波長を有する第２の光に応動す
る第２の光電変換素子用積層体が、上記第３の光電変換
素子用半導体層を上記第１の光電変換素子用積層体側に
して、局部的に形成され、さらに、（ハ）上記半導体基
板に、第１の電極が付され、また、 （ニ）上記第１の光電変換素子用積層体に、上記半導体
基板側とは反対側において、第２の電極が付され、さら
に、 （ホ）上記負性抵抗素子用積層体に、上記第１の光電変
換素子用積層体側とは反対側において、第３の電極が付
され、また、 （へ）上記第２の光電変換素子用積層体に、上記第１の
光電変換素子用積層体側とは反対側において、第４の電
極が付され、さらに、（ト〉上記第３及び第４の電極が
、上記半導体基板または上記第１の電極に連結されてい
る という構成を有する。 また、本願第２番目の発明による非線形光電変換装置は
、 （イ）第１の導電型を有する半導体基板上に、第１の導
電型を有する第１の光電変換素子用半導体層と、第１の
導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の光電変換素
子用半導体層とを有し、且つ第１の光に応動する光電変
換素子を構成している光電変換素子用積層体が、上記第
１の光電変換素子用半導体層を上記半導体基板側にして
、形成され、また、 （ロ）上記光電変換素子用積層体上に、■第２の導電型
を与える不純物を高濃度に導入していることによって第
２の導電型を有する第１の負性抵抗素子用半導体層と、
第１の導電型を与える不純物を高濃度に導入しているこ
とによって第１の導電型を有する第２の負性抵抗素子用
半導体層とを有し、且つ負性抵抗素子を構成している負
性抵抗素子用積層体が、上記第１の負性抵抗素子用半導
体層を上記光電変換素子用積層体側にして、局部的に形
成され、且つ■第２の導電型を与える不純物を高濃度に
導入していることによって第２の導電型を有する第１の
方向性結合素子用半導体層と、上記第１の方向性結合素
子用半導体層上に形成された第１の導電型を有する不純
物を高濃度に導入していることによって第１の導電型を
有する第２の方向性結合素子用半導体層とを有し、且つ
方向性結合素子を構成している方向性結合素子用積層体
を介して、上記第１の光に比し短い波長を有する第２の
光に応動する光導電性素子を構成している光導電性素子
用半導体層が、局部的に形成され、さらに、 （ハ）上記半導体基板に、第１の電極が付され、また、 （ニ）上記光電変換素子用積層体に、上記半導体基板側
とは反対側において、第２の電極が付され、さらに、 （ホ）上記負性抵抗素子用積層体に、上記光電変換素子
用積層体側とは反対側において、第３の電極が付され、
また、 （へ）上記光導電性素子用半導体層に、上記光電変換素
子用積層体側とは反対側において、第４の電極が付され
、さらに、 （ト）上記第３及び第４の電極が、上記半導体基板また
は上記第１の電極に連結されている という構成をを有する。 【作用・効果】 本願第１番目の発明による非線形光電変換装置によれば
、次に述べる作用・効果が得られる。 すなわち、第１の光電変換素子用積層体が第１の光電変
換素子を構成しているので、いま、もし第３の電極が半
導体基板または第１の電極に連結されていないとした場
合、第１及び第２の電極間に負荷抵抗を予め接続してい
る状態で、第１の光電変換素子用積層体に、それには吸
収されるが第２の光電変換素子用積層体には実質的に吸
収されない第１の光を、外部から入射させれば、第１及
び第２の電極間に、第１の光の強度に応じた電圧値を有
する第１の電気信号が出力されることは明らかである。 また、第２の光電変換素子用積層体が、第２の光電変換
素子を構成し、また、第２の光電変換素子用積層体の第
１の光電変換素子用積層体側が、方向性結合素子用積層
体及び第１の光電変換素子用積層体の第２の光電変換素
子用積層体側を通じて第２の電極に連結され、さらば、
第２の光電変換素子用積層体の第１の光電変換素子用積
層体側とは反対側が、第４の電極及び半導体基板を通じ
てまたは第４の電極を通じて第１の電極に連結されてい
るので、上述したと同様に、いま、もし第３の電極が半
導体基板または第１の電極に連結されていないとした場
合、第１及び第２の電極間に、上述したように、負荷抵
抗を予め接続した状態で、第２の光電変換素子用積層体
に、それには吸収されるが、上述した第１の光電変換素
子用積層体には実質的に吸収されない、第１の光に比し
短い波長を有する第２の光を、外部から入射させれば、
第１及び第２の電極間に、第２の光の強度に応じた電圧
値を有する第２の電気信号が、上述した第１の電気信号
とは逆極性で、出力されることは明らかである。 さらに、上述したことから、上述したように、いま、も
し第３の電極が半導体基板または第１の電極に連結され
ていないとした場合、第１及び第２の電極部に、上述し
たように、負荷抵抗を予め接続し且つ第１の光電変換素
子用積層体に上述した第１の光を外部から入射させ、第
１・及び第２の電極間で上述した第１の電気信号を出力
させている状態で、第２の光電変換素子用積層体に上述
した第２の光を外部から適度の強度で入射させれば、第
１及び第２の電極間に、第１の電気信号と同極性ではあ
るが第１の電気信号に比し低い電圧値を有する第３の電
気信号が得られることは明らかである。 また、負性抵抗素子用積層体が負性抵抗素子を構成し、
また、負性抵抗素子用積層体の第１の光電変換素子用積
層体側が、第１の光電変換素子用積層体の負性抵抗素子
用積層体側を通じて、第２の電極に連結され、さらに、
負性抵抗素子用積層体の第１の光電変換素子用積層体側
とは反対側が、第３の電極を通じて半導体基板に連結さ
れ、または第３の電極を通じて第１の電極に連結されて
いるので、第２の電極と、第１または第３の電極との間
でみて、■入射光強度対出力電圧特性が、光強度を零値
から連続的に増加させた場合、光強度がある第１の光強
度値になるまでは光強度が増加するのに応じて出力電圧
が連続的に高くなるが、光強度が第１の光強度値に達す
れば、出力電圧が第１の電圧値から第２の電圧値に急激
に上昇し、続いて、光強度が第１の光強度値よりも増加
すればそれに応じて出力電圧が連続的に高くなり、また
、光強度を第１の光強度値よりも高い光強度から連続的
に低下させた場合、光強度が第１の光強度値よりも低い
第２の光強度値になるまでは光強度が低下するのに応じ
て出力電圧が徐々に低下するが、光強度が第２の光強度
値に達すれば出力電圧が第２の電圧値よりも低い第３の
電圧値から第１の電圧値よりも低い第４の電圧値に急激
に低下し、続いて光強度が第２の光強度値よりも低下す
ればそれに応じて出力電圧が連続的に低下する、という
ヒステリシス特性を、上述した第１の光に対して呈する
とともに、■第１の光電変換素子用積層体に第１の光が
、上述したヒステリシス特性上でみて、第１の光強度値
と第２の光強度値との間の第３の光強度値で入射され、
これに応じて第２の電極と第１または第３の電極間でみ
た出力電圧が、上述したヒステリシス特性上でみて第１
の光が第３の光強度値である場合に第２の電圧値と第３
の電圧値との間でとる第５の電圧値で出力されている状
態で、第２の光電変換素子用積層体に第１の光に比し短
い波長を有する第２の光を入射させた場合、第２の電極
と第１または第３の電極間でみた出力電圧が、第５の電
圧値から、上述したヒステリシス特性上でみて、第１の
光が第３の光強度値である場合に第１の電圧値と第４の
電圧値との間でとる第６の電圧値に転移する、という出
力電圧転移特性を呈する。 この場合、上述したヒステリシス特性を呈する入射光強
度対出力電圧特性は、前述した従来の非線形光電変換装
置の場合に比し、格段的に広い入射光の波長範囲で得ら
れる。 従って、本願第１番目の発明による非線形光電変換装置
によれば、それを用いて、広い波長範囲内からとり得る
波長を有する光を用いた光双安定回路などを容易に構成
することができる。 また、本願第１番目の発明による非線形光電変換装置に
よれば、上述したところから明らかなように、極めて簡
単な構成を有するので、入射光強度対出力電圧特性が上
述したヒステリシス特性を呈するとともに、上述した出
力電圧転移特性を呈する非線形光電変換！ＡＭを、従来
の非線形光電変換装置の欠点を伴うことなしに、半導体
基板上に、いわゆるモノリシックに、容易に、構成する
ことができる。 また、本願第２番目の発明による非線形光電変換装置に
よれば、次に述べる作用・効果が得られる。 すなわち、本願第１番目の発明による非線形光電変換装
置の場合と同様に、光電変換素子用積層体が光電変換素
子を構成しているので、いま、もし第３の電極が半導体
基板または第１の電極に連結されていないとした場合、
第１及び第２の電極間に負荷抵抗を予め接続している状
態で、光電変換素子用積層体に、それには吸収されるが
第２の光電変換素子用積層体には実質的に吸収されない
第１の光を、外部から入射させれば、第１及び第２の電
極間に、第１の光の強度に応じた電圧値を有する第１の
電気信号が出力されることは明らかである。 また、光導電性素子用半導体層が、光導電性素子を構成
し、また、光導電性素子用半導体層の光電変換素子用積
層体側が、光電変換素子用積層体の第２の光電変換素子
用積層体側を通じて第２の電極に連結され、さらに、光
導電性素子用半導体層の光電変換素子用積層体側とは反
対側が、第４の電極及び半導体基板を通じてまたは第４
の電極を通じて第１の電極に連結されているので、上述
したと同様に、いま、もし第３の電極が半導体基板また
は第１の電極に連結されていないとした場合、第１及び
第２の電極間に、上述したように、負荷抵抗を予め接続
した状態で、第２の光電変換素子用積層体に、それには
吸収されるが、上述した第１の光電変換素子用積層体に
は実質的に吸収されない、第１の光に比し短い波長を有
する第２の光を、外部から入射させれば、第１及び第２
の電極間が、方向性結合素子用積層体及び光導電性素子
用半導体層を介して接続されることは明らかである。 さらに、上述したことから、本願第１番目の発明による
非線形光電変換装置の場合と同様に、いま、もし第３の
電極が半導体基板または第１の電極に連結されていない
とした場合、第１及び第２の電極間に、上述したように
、負荷抵抗を予め接続し且つ第１０光電変換素子用積層
体に上述した第１の光を外部から入射させ、第１及び第
２の電極間で上述した第１の電気信号を出力させている
状態で、第２の光電変換素子用積層体に上述した第２の
光を外部から適度の強度で入射させれば、第１及び第２
の電極間に、第１の電気信号と同極性ではあるが第１の
電気信号に比し低い電圧値を有する第３の電気信号が得
られることは明らかである。 また、本願第１番目の発明による非線形光電変換装置の
場合と同様に、負性抵抗素子用積層体が負性抵抗素子を
構成し、また、負性抵抗素子用積層体の光電変換素子用
積層体側が、光電変換素子用積層体の負性抵抗素子用積
層体側を通じて、第２の電極に連結され、さらに、負性
抵抗素子用積層体の光電変換素子用積層体側とは反対側
が、第３の電極を通じて半導体基板に、または第３の電
極を通じて第１の電極に連結されているので、本願第１
番目の発明による非線形光電変換装置の場合と同様に、
第２の電極と、第１または第３の電極との間でみて、■
入射光強度対出力電圧特性が、光強度を零値から連続的
に増加させた場合、光強度がある第１の光強度値になる
までは光強度が増加するのに応じて出力電圧が連続的に
高くなるが、光強度が第１の光強度値に達すれば、出力
電圧が第１の電圧値から第２の電圧値に急激に上昇し、
続いて、光強度が第１の光強度値よりも増加すればそれ
に応じて出力電圧が連続的に高くなり、また、光強度を
第１の光強度値よりも高い光強度から連続的に低下させ
た場合、光強度が第１の光強度値よりも低い第２の光強
度値になるまでは光強度が低下するのに応じて出力電圧
が徐々に低下するが、光強度が第２の光強度値に達すれ
ば出力電圧が第２の電圧値よりも低い第３の電圧値から
第１の電圧値よりも低い第４の電圧値に急激に低下し、
続いて光強度が第２の光強度値よりも低下すればそれに
応じて出力電圧が連続的に低下する、というヒステリシ
ス特性を、上述した第１の光に対して呈するとともに、
■光電変換素子用積層体に第１の光が、上述したヒステ
リシス特性上でみて、第１の光強度値と第２の光強度値
との間の第３の光強度値で入射され、これに応じて第２
の電極と第１または第３の電極間でみた出力電圧が、上
述したヒステリシス特性上でみて第１の光が第３の光強
度値である場合に第２の電圧値と第３の電圧値との間で
とる第５の電圧値で出力されている状態で、第２の光電
変換素子用積層体に上述した第２の光を入射させた場合
、第２の電極と第１または第３の電極間でみた出力電圧
が、第５の電圧値から、上述したヒステリシス特性上で
みて、第１の光が第３の光強度値である場合に第１の電
圧値と第４の電圧値との間でとる第６の電圧値に転移す
る、という出力電圧転移特性を呈する。 この場合、上述したヒステリシス特性を呈する入射光強
度対出力電圧特性は、本願第１番目の発明による非線形
光電変換装置の場合と同様に、前述した従来の非線形光
電変換装置の場合に比し、格段的に広い入射光の波長範
囲で得られる。 従って、本願第２番目の発明による非線形光電変換装置
によっても、本願第１番目の発明による非線形充電変換
装置の場合と同様に、それを用いて、広い波長範囲内か
らとり得る波長を有する光を用いた光双安定回路などを
容易に構成することができる。 また、本願第２番目の発明による非線形光電変換装置に
よれば、上述したところから明らかなように、極めて簡
単な構成を有するので、本願第１番目の発明による非線
形光電変換装置の場合と同様に、入射光強度対出力電圧
特性が上述したヒステリシス特性を呈するとともに、上
述した出力電圧転移特性を呈する非線形充電変換装置を
、従来の非線形光電変換装置の欠点を伴うことなしに、
半導体基板上に、いわゆるモノリシックに、容易に、構
成することができる。

【実施例１１ 次に、第１図を伴って本願第１番目の発明による非線形
光電変換装置の実施例を述べよう。 第１図に示す本願第１番目の発明による非線形光電変換
装置は、次に述べる構成を有する。 すなわち、例えば、７ｎでなるｎ型不純物を例えば１×
１０１９ｃｍ−３程度の高濃度に導入していることによ
ってｐ型を有し且つ例えばＧａＡＳでなるとともに例え
ば３５０μｍの厚さを有する半導体基板１を有し、その
半導体基板１上に、第１の光に応動する第１の光電変換
素子を構成している第１の光電変換素子用積層体２が、
局部的に形成されている。 この第１の光電変換素子用積層体２は、総体的にみて、
内部で第１の光が吸収されるエネルギギャップを有する
ように、例えばＢｅでなるｎ型不純物をＩ　Ｘ　１０１
７ｃｍ””稈度の濃度に導入していることによってｐ型
を有し且つ例えばＧａＡｓでなるとともに例えば３．０
μｍの厚さを有する第１の光電変換素子用半導体層３と
、ｎ型を有する第２の光電変換素子用半導体層４とがそ
れらの順にｆＩＮｆｆされている構成を有する。 この場合、第１の光電変換素子用半導体、＠３は、半導
体基板１に連接して形成されている。 また、第２の光電変換素子用半導体層４は、例えばＳｉ
でなるｎ型不純物を例えば１×１０１７ｃｍ−３程度の
濃度に導入していることによってｎ型を有し且つ例えば
ＧａＡＳでなるとともに例えば３．５μｍの厚さを有す
る光電変換素子用半導体層５ａと、例えばＳｉでなるｎ
型不純物を例えば５　Ｘ　１０１８ｃｍ−３程度の高い
ｍ度に導入していることによってｎ型を有し且つ例えば
ＡＡＧａＡＳ系でなるとともに例えば１゜５μｍの厚さ
を有する光電変換素子用半導体層５ｂとが、それらの順
に積層されて、第１の光電変換素子用半導体層３上にそ
れと連接して形成されている構成を有する。 また、第１の光電変換素子用積層体２上に、負性抵抗素
子を構成している負性抵抗素子用積層体７が、局部的に
、比較的小さな面積に形成されている。 この負性抵抗素子用積層体７は、例えば３ｉでなるｎ型
不純物を例えばＩ　Ｘ　１０１９ｃｍ’程度の高いｍ度
に導入していることによってｎ型を有し且つ例えばＧａ
Ａｓでなるとともに例えば０．０５μｍの厚さを有する
第１の負性抵抗素子用半導体層８と、例えばＢｅでなる
ｎ型不純物を例えば２×１０１９ｃｍ−３程度の高い濃
度に導入していることによってｐ型を有し且つ例えばＧ
ａＡｓでなるとともに例えば０．０５μｍの厚さを有す
る第２の負性抵抗素子用半導体層９とが、それらの順に
１６層されて、第１の光電変換素子用積層体２上にそれ
と連接して、局部的に形成されている。 さらに、第１の光電変換素子用積層体２上に、上述した
第１の光に比し短い波長を有する第２の光に応動する第
２の光電変換素子を構成している第２の光電変換素子用
積層体１０が、局部的に形成されている。 この第２の光電変換素子用積層体１０は、総体的にみて
、第１の光電変換素子用積層体２に比し広いエネルギー
バンドギャップを有し、例えば、Ｂｅでなるｎ型不純物
を２×１０１７程度の濃度に導入していることによって
ｐ型を有し且つ例えばＡＩＧａＡＳ系でなるとともに例
えば２．０μｍの厚さを有する第３の光電変換素子用半
導体層１１と、ｎ型を有する第４の光電変換素子用半導
体層１２とが、それらの順に積層されて、第１の光電変
換素子用積層体２上に、負性抵抗素子用積層体７と同様
の構成を有する方向性結合素子用半導体層７′を介して
形成されている構成を有する。 この場合、方向性結合素子用半導体層７′は、負性抵抗
素子用積層体７の第１の負性抵抗素子用半導体層８と同
様の半導体層８′と、負性抵抗素子用積層体７の第２の
負性抵抗素子用半導体層９と同様の半導体＠９′とが、
それらの順に積層されて、第１の光電変換素子用積層体
２上に、それと連接して、局部的に、上述した負性抵抗
素子用１層体７と同時的に形成されている構成を有する
。 また、第３の光電変換素子用半導体層１１は、方向性結
合素子用半導体層７′に連接して形成されている。 さらに、第４の光電変換素子用半導体層１２は、例えば
Ｓｌでなるｎ型不純物を例えば３×１１０１７ａ’程度
の濃度に導入していることによってｎ型を有し且つ例え
ば、Ａ　Ｉ　ＧａＡｓ系でなるとともに例えば０．０５
μｍの厚さを有する光電変換素子用半導体層１３ａと、
例えばＳｌでなるｎ型不純物を例えば３Ｘ１０１８Ｃｍ
−３程度に導入していることによってｎ型を有し且つ例
えば光電変換素子用半導体層１２ａとは異なる組成を有
するＡｌＧａＡｓ系でなるとともに例えば０．１μｍの
厚さを有する光電変換素子用半導体層１３ｂとが、それ
らの順に積層されて、第３の光電変換素子用半導体！ｉ
１１１−Ｌにそれと連接して形成されている構成を有す
る。 さらに、半導体基板１に、その光電変換素子用積層体２
側とは反対側の主面上において、層状の第１の電極２１
がオーミックに付されている。 また、第１の光電変換素子用積層体２、負性抵抗素子用
積層体７、第２の光電変換素子用積層体１０、及び積層
体７′の外表面に、第１の光電変換素子用積層体２を半
導体基板１側とは反対側において外部に臨ませる窓３２
と、負性抵抗素子用積層体７を同様に半導体基板１側と
は反対側において外部に臨ませる窓３３と、第２の光電
変換素子用積層体１０を第１の光電変換素子用積層体２
側とは反対側において外部に臨ませる窓３４とを有する
絶縁８３０が形成され、そして、第１の光電変換素子用
積層体２に、半導体基板１側とは反対側において、絶縁
層３０の窓３２を通じて、層状の第２の電極２２がオー
ミックに付され、また、負性抵抗素子用積層体７に、半
導体基板１側とは反対側において、窓３３を通じて、層
状の第３の電極２３がオーミックに付され、さらに、光
電変換素子用積層体１０に、第１の光電変換素子用積層
体２側とは反対側において、窓３４を通じて、透光性ま
たは櫛歯状を有し且つ層状の第４の電極２４がオーミッ
クに付されている。 この場合、第３の電極２３は、絶縁層３０上を通って半
導体基板１の主面１９上まで延長し、その延長端が半導
体基板１にオーミックに連結されている。 また、第３の電極２３が絶縁層３０上を通って第４の電
極２４上まで延長し、その延長端が第４の電極２４に連
結され、よって、第４の電極２４が第３の電極２３を介
して、半導体基板１に連結されている。 以上が、本願第１番目の発明による非線形光電変換装置
の実施例の構成である。 このような構成を有する本願第１番目の発明による非線
形光電変換装置によれば、第１の光電変換素子用積層体
２が、ｐｎ接合型の第１の光電変換素子を構成している
ことは明らかである。 そして、第１の光電変換素子用積層体２の半導体基板１
側が半導体基板１を介して第１の電極２１に連結され、
また、第１の光電変換素子用積層体２の半導体基板１側
とは反対側が第２の電極２２に連結されている。 このため、いま、負性抵抗素子用積層体７の第１の光電
変換素子用積層体２側とは反対側に付されている第３の
電極２３が、半導体基板１上まで延長していず、従って
、半導体基板１に連結されていないとした場合、図示の
ように、第１及び第２の電極２１及び２２間に負荷抵抗
３５を予め接続している状態で、“第１の光電変換素子
用８ｉ層体２に半導体基板１側とは反対側の外部から、
第１の光３６を、第２の光電変換素子用積層体１０及び
方向性結合素子用半導体層７′を通じて矢示のように入
射させれば、電極２１及び２２間でみて、第１の光３６
の強度をパラメータとして、第２図に示すような電圧・
電流特性を有する。 このため、負荷抵抗３５に、第１の光２２の強度に応じ
た電流値を有する電気的出力が出力される。 また、負性抵抗素子用積層体７が、第３図に示すような
ｎ字形の電圧・電流特性を呈する負性抵抗素子を構成し
ていることは明らかである。 そして、その負性抵抗素子用積層体７の第１の光電変換
素子用積層体２側が光電変換素子２の半導体基板１側と
は反対側を通じて電極２２に連結され、また、負性抵抗
素子用積層体７の光電変換素子用積層体２側とは反対側
が電極２３及び半導体基板１を通じて電極２２に連結さ
れている。 このため、上述したように、電極２１及び２２間に負荷
抵抗３５を予め接続している状態で、光電変換素子用積
層体２に光３６を入射させれば、その光強度が、第１の
光電変換素子において、負性抵抗素子の電圧・電流特性
の極大電流値よりも大きな出力電流値が得られる、とい
う光強度値範囲にある限り、電極２１及び２２間でみて
、入射光強度対出力電圧特性が、第４図に示すように、
光強度を零値から連続的に増加させた場合、光強度があ
る第１の光強度値Ｓ１になるまでは光強度が増加するの
に応じて出力電圧が連続的に高くなるが、光強度が第１
の光強度値Ｓ１に達すれば、出力電圧が第１の電圧ｍｖ
ｉから第２の電圧値Ｖ２に急激に上昇し、続いて、光強
度が第１の光強度値Ｓ１よりも増加すればそれに応じて
出力電圧が連続的に高くなり、また、光強１度を第１の
光強度値Ｓ１よりも高い光強度から連続的に低下させた
場合、光強度が第１の光強度値Ｓ１よりも低い第２の光
強度１ｉ１ｓ２になるまでは光強度が低下するのに応じ
て出力電圧が徐々に低下するが、光強度が第２の光強度
値Ｓ２に達すれば出力電圧が第２の電圧値よりも低い第
３の電圧値■３から第１の電圧値ｖ１よりも低い第４の
電圧ｖ４に急激に低下し、続いて光強度が第２の光強度
値Ｓ２よりも低下すればそれに応じて出力電圧が連続的
に低下する、というヒステリシス特性を、第１の光３６
に対して呈する。 なお、このようなヒステリシス特性を呈する入射光強度
対出力電圧特性は、上述したように、その光強度が、第
１の光電変換素子において負性抵抗素子の電圧・電流特
性の極大電流値よりも大ぎな出力電流値が得られる、と
いう光強度範囲にある限り得られるものであるが、この
ように光電変換素子において得られる出力電流が負性抵
抗素子の電圧・電流特性の極大電流値よりも大きな値で
得られるのは、真性抵抗素子用積層体７が光電変換素子
用積層体２上に局部的に形成され、従って、負性抵抗素
子を、第１の光電変換素子に比し十分小さなｐｎ接合面
積を有するものとしているからである。 また、第２の光電変換素子用積層体１０が、ｐｎ接合の
第２の光電変換素子を構成していることは明らかである
。 そして、第２の光電変換素子用積層体１０の第１の光電
変換素子用積層体２側が、方向性結合素子用半導体層７
′及び第１の光電変換素子用積層体２の半導体基板１側
とは反対側を介して、電極２１に連結され、また、第２
の光電変換素子用積層体１０の第１の光電変換素子用積
層体２側とは反対側が、電極２４及びｚ２３と半導体基
板１とを通じて電極２１に連結されている。 このため、上述した場合と同様に、負性抵抗素子用積層
体７に付されている電極２３が、半導体基板１に連結さ
れていないとした場合、光電変換素子用積層体１０に、
゛上述した第１の光３６よりも短い波長を有する第２の
窓３７を入射されれば、電極２１及び２２間でみて、光
３７の強度をパラメータとして、第２図で上述したと同
様の電圧・電流特性を有する。 このため、負荷抵抗３５に、第２の光３７の強度に応じ
た電流値を有する電気的出力が、光３６が第１の光電変
換素子用積層体２に入射された場合とは逆極性で出力さ
れる。 なお、この場合、方向性結合素子用半導体層７′は、負
性抵抗素子用積層体７と同様の構成を有し、よって、第
３図で上述したと同様の負性抵抗特性を有する負性抵抗
素子を構成しているが、その面積が負性抵抗索子用積層
体７に比し大であるので、第２の光電変換素子ｈｕら出
力される電流が、負性抵抗特性上でみて、極大電流ｆＩ
以下の直の範囲でしか流れないため、低い抵抗値を有す
る方向性結合素子としての機能を有するものである。 以上のことから【作用・効果】の項で述べたように、第
１の光電変換素子用積層体２に第１の光３６が、上述し
たヒステリシ特性上でみて、′第１の光強度値Ｓ１と第
２の光強度値Ｓ２との間の第３の光強度値Ｓ３で入射さ
れ、これに応じて第１及び第２の電極２１及び２２との
間でみた出力電圧が、ヒステリシス特性上にみた第１の
光３６が、第３の光強度１直Ｓ３である場合に第２の電
圧値Ｖ２ど第３の電圧値Ｖ３との間で３とる第５の電圧
値Ｖ　５で出力されている状態で、第２の光電変換素子
用積層体１０に第２の光３７（第１の光３６よりも短い
波長を有する）を入用させた場合、第１及び第２の電極
２１及び２２間でみた出力電圧が、第５の電圧１直Ｖ５
から、ヒスチリシストｌ性上でみて、光３６が第３の光
強度１直Ｓ３である場合に、第１の電圧値ｖ１と第４の
電圧値４との間でとる第６の電１■舶■６に転移にする
、という出力電圧転移特性を呈する。 また、上述したヒステリシス特性を？する入）１光強麿
対出力電圧特性は、前述した従来の非線形光電変換装置
の場合に比し格段的に広い入射光２２の波長範囲で得ら
れる。 従って、第１図に示す本発明による非線形光電変換装置
によれば、それを用いて、広い波長範囲内から１！７る
波長を有する光を用いた光双安窓回路などを容易に構成
することができる。 また、第１図に示す本発明による非線形光電変換装置に
よれば、半導体基板１上に光電変換素子用半導体層３及
び４を右づる光電変換素子用積層体２が形成され、その
光電変換素子用積層体２上に負性抵抗素子用半導体Ｆ４
８及び９を右する負性抵抗素子用積層体７が局部的に形
成され、そして、４′導体基板１、光電変換素子用ＶＩ
層体重の光電変換素子用半導体層４及び負性戚抗累子用
積層体７の負性抵抗素子用半導体層９にそれぞれ電極１
１．１６及び１７が付されているという極めて簡単な構
成を有するので、入射光強度対出力電圧特性が上述した
特性を呈する非線形光電変換装間含、萌述した従来の非
線形光電変１！！！！装置の欠点を伴うことなしに、半
＋９体基板１上に、いわゆるしノリシックに、容易に、
製ｊ告することができる。 さらに、第１図に示す本発明による非線形光電変換装置
の場合、非線形光電変換装置を容易に製造することがで
きる。

【実施例２１ 次に、第５図を伴って、本願第２番目の発明による非線
形光電変換装置の実施例を述べよう。 第５図に示す本願第２番目の発明による非線形光電変換
装置は、【課題を解決するための手段】の項で述べたと
ころから明らかであるので、詳ｉｌｌ説明は省略する。 ただし、本例の場合、光電変換素子用ｇ１層体重０が、
ｐ型の半導体層４１と、ｎ型の半導体層４３ａ及び４３
ｂとを有するフォトダイオード構成の光導電性素子用半
導体層４０に置換されていることを除いて、第１図の場
合と同様の構成を有する。 このような、第５図に示す本願第２番目の発明による非
線形光電変換装間によれば、【作用・効果１の項で上述
したと同様の作用効果が１７られることは明らかであろ
う。 なお、上述においては、本発明による非線形光電変換装
置のわずかな実施例を示したに過ぎず、上述した構成に
おいて、ｐ型をｎ型に、ｎ型をｐ型に読み替えた構成と
することもでき、また、電極２３及び２４を直接的に電
極２１に連結させた構成とすることもでき、また、光電
変換素子用半導体層４を光電変換素子用半導体ｆｆ１５
ｂからだ（）からなるしのとした構成をすることもでき
、その他、本発明の精神をｌｌ５２？ｌることイイしに
、種々の変型、変更をなしくｑるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願第１番目の発明による非線形光電変換装
置の実施例を示す路線的断面図である。 第２図及び第３図は、ぞれぞれ第１図に示す本願第１番
目の発明による非線形光電変換装置の説明に供する光電
変換素子及び負性抵抗素子の電圧・電流特性図である。 第４図は、同様の入射光強度に対する出力電圧特性図で
ある。 第５図は、本願第２番目の発明による非線形光電変換装
置の実施例を示ず路線的断面図である。 第２図 第３図 ′１Ｌａ 第４図 ｏ２５ −べ財し床、＝、（ｍＷ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の導電型を有する半導体基板上に、第１の導電
   型を有する第１の光電変換素子用半導体層と、第１の導
   電型とは逆の第２の導電型を有する第２の光電変換素子
   用半導体層とを有し、且つ第１の光に応動する第１の光
   電変換素子を構成している第１の光電変換素子用積層体
   が、上記第１の光電変換素子用半導体層を上記半導体基
   板側にして、形成され、上記第１の光電変換素子用積層
   体上に、（１）第２の導電型を与える不純物を高濃度に
   導入していることによって第２の導電型を有する第１の
   負性抵抗素子用半導体層と、第１の導電型を与える不純
   物を高濃度に導入していることによって第１の導電型を
   有する第２の負性抵抗素子用半導体層とを有し、且つ負
   性抵抗素子を構成している負性抵抗素子用積層体が、上
   記第１の負性抵抗素子用半導体層を上記第１の光電変換
   素子用積層体側にして、局部的に形成され、且つ（２）
   第２の導電型を与える不純物を高濃度に導入しているこ
   とによって第２の導電型を有する第１の方向性結合素子
   用半導体層と、上記第１の方向性結合素子用半導体層上
   に形成された第１の導電型を有する不純物を高濃度に導
   入していることによって第１の導電型を有する第２の方
   向性結合素子用半導体層とを有し、且つ方向性結合素子
   を構成している方向性結合素子用積層体を介して、第１
   の導電型を有する第３の光電変換素子用半導体層と、第
   ２の導電型を有する第４の光電変換素子用半導体層とを
   有し、且つ上記第１の光に比し短い波長を有する第２の
   光に応動する第２の光電変換素子を構成している第２の
   光電変換素子用積層体が、上記第３の光電変換素子用半
   導体層を上記第１の光電変換素子用積層体側にして、局
   部的に形成され、 上記半導体基板に、第１の電極が付され、 上記第１の光電変換素子用積層体に、上記 半導体基板側とは反対側において、第２の電極が付され
   、 上記負性抵抗素子用積層体に、上記第１の 光電変換素子用積層体側とは反対側において、第３の電
   極が付され、 上記第２の光電変換素子用積層体に、上記 第１の光電変換素子用積層体側とは反対側において、第
   ４の電極が付され、 上記第３及び第４の電極が、上記半導体基 板または上記第１の電極に連結されていることを特徴と
   する非線形光電変換装置。 ２、第１の導電型を有する半導体基板上に、第１の導電
   型を有する第１の光電変換素子用半導体層と、第１の導
   電型とは逆の第２の導電型を有する第２の光電変換素子
   用半導体層とを有し、且つ第１の光に応動する光電変換
   素子を構成している光電変換素子用積層体が、上記第１
   の光電変換素子用半導体層を上記半導体基板側にして、
   形成され、 上記光電変換素子用積層体上に、（１）第２の導電型を
   与える不純物を高濃度に導入していることによって第２
   の導電型を有する第１の負性抵抗素子用半導体層と、第
   １の導電型を与える不純物を高濃度に導入していること
   によって第１の導電型を有する第２の負性抵抗素子用半
   導体層とを有し、且つ負性抵抗素子を構成している負性
   抵抗素子用積層体が、上記第１の負性抵抗素子用半導体
   層を上記光電変換素子用積層体側にして、局部的に形成
   され、且つ２第２の導電型を与える不純物を高濃度に導
   入していることによって第２の導電型を有する第１の方
   向性結合素子用半導体層と、上記第１の方向性結合素子
   用半導体層上に形成された第１の導電型を有する不純物
   を高濃度に導入していることによって第１の導電型を有
   する第２の方向性結合素子用半導体層とを有し、且つ方
   向性結合素子を構成している方向性結合素子用積層体を
   介して、上記第１の光に比し短い波長を有する第２の光
   に応動する光導電性素子を構成している光導電性素子用
   半導体層が、局部的に形成され、 上記半導体基板に、第１の電極が付され、 上記光電変換素子用積層体に、上記半導体 基板側とは反対側において、第２の電極が付され、 上記負性抵抗素子用積層体に、上記光電変 換素子用積層体側とは反対側において、第３の電極が付
   され、 上記光導電性素子用半導体層に、上記光電 変換素子用積層体側とは反対側において、第４の電極が
   付され、 上記第３及び第４の電極が、上記半導体基 板または上記第１の電極に連結されていることを特徴と
   する非線形光電変換装置。