JPH04240766A - 光電子記憶装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光信号だけではなく電
気信号によっても書込みが可能な光電子記憶装置の回路
構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】発光素子とフォトトランジスタが直列に
接続された光双安定素子を含む光電子記憶装置の構造と
しては、例えば特願昭６０−１５１５７８号公報に示さ
れている図５の構造がある。同図の構造では、ｎ型Ｉｎ
Ｐ半導体基板１上にｎ型ＩｎＰ第１コレクタ層２、ｐ型
ＩｎＧａＡｓＰ第１ベース層３、ｎ型ＩｎＰエミッタ層
４、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ第２ベース層５、ｎ型ＩｎＰ第
２コレクタ層６、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層７、ｐ型Ｉ
ｎＰクラッド層８が順次積層されている。このうち第１
コレクタ層２、第１ベース層３、エミッタ層４が第２の
フォトトランジスタ９を構成しており、エミッタ層４、
第２ベース層５、第２コレクタ層６が第１のフォトトラ
ンジスタ１０を構成している。さらに第２コレクタ層６
、活性層７、クラッド層８が発光素子１１を構成してい
る。

【０００３】図５の構造の等価回路を図６に示す。すな
わち、発光素子１１と第１のフォトトランジスタ１０が
直列に接続されて光双安定素子を構成しており、これと
並列に第２のフォトトランジスタ９が接続されている。 ここで図５の第１、第２、第３の電極１２、１３、１４
が等価回路の第１、第２、第３の端子１５、１６、１７
に対応している。外部回路としては、第１、第３の端子
１５、１７が結線され、外部抵抗１８を介して電源に接
続されており、第２の端子１６は接地されている。本回
路は、光入力によってオン状態となって自ら発光し、入
力光を止めてもオン状態を維持して出力光を出し続ける
という光双安定素子の特性を用いたものであり、第１の
フォトトランジスタ１０に光を入力すると電流が流れ発
光素子が発光１１し、入力光を止めても発光素子１１の
光が第１のフォトトランジスタ１０に入力されるため光
双安定素子はオン状態を維持し続ける。続いて、第２の
フォトトランジスタ９に光を入力すると第２のフォトト
ランジスタ９に電流が流れ、外部抵抗１８による電圧降
下のため光双安定素子はオフすることになる。このよう
に第１のフォトトランジスタによってオンし、第２のフ
ォトトランジスタによってオフし、オン時には出力光を
出力する記憶セルとなっている。

【０００４】また、上記光双安定素子を二次元アレイ状
に集積化した例としては、例えば特願昭６０−１８４０
４７号公報に示されている画像記憶装置がある。これを
図７に示す。また本装置は図８にような発光素子８６と
発光素子からの発光を受光可能なフォトトランジスタ８
７とが直列に接続された光双安定素子８８を基板上にア
レイ状に並べたものであり、電極７３，７４に電圧を印
加すれば光信号によって入力光９２がフォトトランジス
タ８７に入力しフォトトランジスタ８７がオンする。そ
れによって、発光素子８６がオンしてそのフィードバッ
ク光９４がフォトトランジスタ８７に入力し、光安定素
子８８が動作して出力光９３が光信号として出力する光
入出力記憶装置として機能する。本装置を光信号が基板
面に垂直に入出力できるよう縦続接続して用いれば非常
に高速の並列データ転送が可能である。しかし、この二
次元アレイを縦続接続したものは入力光９２、出力光９
３だけによるもので　　システム全体に対する入出力を
考えた場合、電気信号と二次元光信号の変換が必要にな
ってくる。

【０００５】この変換を行うための、電気信号によって
も書込みが可能な光電子記憶装置は例えば特願平１−１
５３３６８号公報に示されている。それを図９に示す。 光双安定素子１０１のアノードとカソードをそれぞれワ
ード線１０４とビット線１０５に接続し、光双安定素子
の降伏特性を利用して書込みを行っている。すなわち、
ワード線とビット線を選択した光双安定素子にのみ降伏
電圧以上の電圧を印加し、光双安定素子をブレークダウ
ンさせフォトトランジスタのベースに光を入力せずに素
子を動作させるものである。電気信号によって動作させ
たあとは、図８と同様に発光素子からのフィードバック
光（帰還光）によりフォトトランジスタを動作させ書込
みを行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記特願平１−１５３
３６８号公報に示されている回路構成によれば、二次元
アレイ中の光双安定素子を電気信号によってワード線と
ビット線により選択的にオンさせることが可能である。 しかし、発光素子とフォトトランジスタを直列に接続し
た光双安定素子の降伏電圧は、発光素子からフォトトラ
ンジスタへの光学的な正帰還作用に依存するために素子
ごとのばらつきが大きく、アレイの規模を大きくした場
合には安定な書込み動作が困難になる。

【０００７】そこで本発明では、光双安定素子の降伏特
性を用いずに電気信号による書込みを行い、アレイの規
模を大きくした場合にも安定な書込み動作が可能な光電
子記憶装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、発光素子と前記発光素子からの発光を受
光可能なフォトトランジスタが直列に接続された光双安
定素子と、前記フォトトランジスタに並列に接続された
バイポーラトランジスタとを含む記憶セルが半導体基板
上に二次元アレイ状に配列され、横方向に隣接する前記
記憶セルに含まれる前記光双安定素子のアノードがワー
ド線によって接続され、縦方向に隣接する前記記憶セル
に含まれる前記バイポーラトランジスタのベースがビッ
ト線によって接続された回路、もしくは発光素子と前記
発光素子からの発光を受光可能なフォトトランジスタが
直列に接続された光双安定素子と、前記発光素子と前記
フォトトランジスタの接続点にコレクタが接続されたバ
イポーラトランジスタとを含む記憶セルが半導体基板上
に二次元アレイ状に配列され、横方向に隣接する前記記
憶セルに含まれる前記バイポーラトランジスタのベース
がワード線によって接続され、縦方向に隣接する前記記
憶セルに含まれる前記バイポーラトランジスタのエミッ
タがビット線によって接続された回路によって光電子記
憶装置を構成する。

【０００９】

【作用】光双安定素子はオフ状態ではフォトトランジス
タに電流が流れず、発光素子も発光しない。一方、オン
状態ではフォトトランジスタに電流が流れ、発光素子が
発光するが、この発光自体がフォトトランジスタに入射
されてフォトトランジスタに電流が流れる。オフ状態を
オン状態に遷移させる書込みを行うためには、通常は光
信号をフォトトランジスタに入射することでオン状態の
正帰還を開始させる。これに対し、本発明では発光素子
とフォトトランジスタの接続点にバイポーラトランジス
タを接続し、このバイポーラトランジスタに電流を流す
ことで正帰還を開始させる。この際、ワード線およびビ
ット線によって、Ｘ・Ｙ両方向からのアドレスを可能に
するためには、１つの光双安定素子に対して２か所の電
位を制御して正帰還を開始させる必要がある。

【００１０】本光電子記憶装置の第１の構成では、フォ
トトランジスタに並列にバイポーラトランジスタを接続
し、そのベースの電位と光双安定素子のアノードの電位
を制御することで電気信号による書込みを行う。以下の
説明では、バイポーラトランジスタがｎｐｎトランジス
タであるとして電位の関係を述べる。ベースの電位を上
昇させバイポーラトランジスタに電流を流すと発光素子
にも電流が流れ、正帰還が開始される。ただし、正帰還
によって光双安定素子がオンするためには、発光素子を
流れる電流がある閾値をこえる必要がある。この閾値は
光双安定素子のアノードの電位によって変化し、アノー
ドの電位が高いほど小さくなる。従って、アノードの電
位とベースの電位を共に上昇させた場合にのみ書込みが
行われ、Ｘ・Ｙアドレスによる書込みが可能である。

【００１１】本光電子記憶装置の第２の構成では、発光
素子とフォトトランジスタの接続点にバイポーラトラン
ジスタのコレクタを接続し、バイポーラトランジスタの
ベースの電位とエミッタの電位を制御することで電気信
号による書込みを行う。この場合は、ベース電位を上昇
させエミッタ電位を低下させた場合にのみバイポーラト
ランジスタに電流が流れ、正帰還が開始される。また、
バイポーラトランジスタがダブルヘテロ接合バイポーラ
トランジスタ等のエミッタとコレクタを逆に接続しても
動作するトランジスタである場合には、ベース電位、コ
レクタ電位を共に上昇させれば、逆方向の電流が流れる
ため、正帰還を停止させることも可能である。すなわち
、オフ状態からオン状態への遷移だけではなく、オン状
態からオフ状態への遷移も電気信号によって選択的に行
うことができる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例の光電子記憶装置の
回路図である。発光素子１９とフォトトランジスタ２０
が直列に接続された光双安定素子２１と、フォトトラン
ジスタ２０に並列に接続されたバイポーラトランジスタ
２２とを含む記憶セル２３が半導体基板上に二次元アレ
イ状に配列されている。横方向に隣接する記憶セル２３
に含まれる光双安定素子２１のアノードはワード線２４
によって接続され、縦方向に隣接する記憶セル２３に含
まれるバイポーラトランジスタ２２のベースはビット線
２５によって接続されている。

【００１３】本実施例に含まれる記憶セル２３の具体的
構造の一例を図２に示す。ｎ型ＩｎＰ半導体基板２６上
に、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰベース層２７、ｎ型ＩｎＰコレ
クタ層２８、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層２９、ｐ型Ｉｎ
Ｐクラッド層３０が順次積層されている。エミッタの役
割をする半導体基板２６とベース層２７、コレクタ層２
８がフォトトランジスタ２０およびバイポーラトランジ
スタ２２を構成しており、コレクタ層２８、活性層２９
、クラッド層３０が発光素子１９を構成している。フォ
トトランジスタ２０のコレクタ上に設けられた第１コレ
クタ電極３１とバイポーラトランジスタのコレクタ上に
設けられた第２コレクタ電極３２は、配線３３によって
接続されている。また、フォトトランジスタ２０とバイ
ポーラトランジスタ２２は、ともに半導体基板２６をエ
ミッタとして用いているので、両者のエミッタは等価的
に接続され、接地されている。発光素子１９のアノード
電極３４はワード線２４に接続され、バイポーラトラン
ジスタ２２のベース電極３５はビット線２５に接続され
ている。

【００１４】次に本実施例の動作について説明する。光
双安定素子２１はオフ状態ではフォトトランジスタ２０
に電流が流れず、発光素子１９も発光しない。一方、オ
ン状態ではフォトトランジスタ２０に電流が流れ、発光
素子１９が発光するが、この発光自体がフォトトランジ
スタ２０に入射されてフォトトランジスタ２０に電流が
流れる。本実施例では、フォトトランジスタ２０に並列
にバイポーラトランジスタ２２が接続されており、その
ベースの電位と光双安定素子のアノードの電位を制御す
ることで電気信号による書込みを行う。ベースの電位を
上昇させバイポーラトランジスタ２２に電流を流すと発
光素子１９にも電流が流れ、正帰還が開始される。ただ
し、正帰還によって光双安定素子２１がオンするために
は、発光素子１９を流れる電流がある閾値をこえる必要
がある。この閾値は光双安定素子２１のアノードの電位
によって変化し、アノードの電位が高いほど小さくなる
。従って、アノードの電位とベースの電位を共に上昇さ
せた場合にのみ書込みが行われる。発光素子１９のアノ
ード電極３４はワード線２４に接続され、バイポーラト
ランジスタ２２のベース電極３５はビット線２５に接続
されているので、Ｘ・Ｙアドレスによる電気書込みが可
能である。

【００１５】図３は本発明の第２の実施例の光電子記憶
装置の回路図である。発光素子３６とフォトトランジス
タ３７が直列に接続された光双安定素子３８と、発光素
子３６とフォトトランジスタ３７の接続点にコレクタが
接続されたバイポーラトランジスタ３９とを含む記憶セ
ル４０が半導体基板上に二次元アレイ状に配列されてい
る。横方向に隣接する記憶セル４０に含まれるバイポー
ラトランジスタ３９のベースがワード線４１によって接
続され、縦方向に隣接する記憶セル４０に含まれるバイ
ポーラトランジスタ３９のエミッタがビット線４２によ
って接続されたており、光双安定素子３８のアノードは
電源線４３に接続し、カソードは接地されている。

【００１６】本実施例に含まれる記憶セル４０の具体的
構造の一例を図４に示す。半絶縁性ＧａＡｓ半導体基板
４３上に、ｎ型ＧａＡｓ埋込み層４４、ｎ型ＡｌＧａＡ
ｓコレクタ層４５、ｐ型ＧａＡｓベース層４６、ｎ型Ａ
ｌＧａＡｓエミッタ層４７が順次積層されている。コレ
クタ層４５、ベース層４６、エミッタ層４７がフォトト
ランジスタ３７およびバイポーラトランジスタ３９を構
成している。また、同様の層構造に対して、ベース層４
６にアノード電極４８を設け、エミッタ層４５をカソー
ドとすることで、発光素子３６を構成している。発光素
子３６のカソード、フォトトランジスタ３７のコレクタ
およびバイポーラトランジスタ３９のコレクタは、埋込
み層４４によって等価的に接続されている。発光素子３
６のアノード電極４８およびフォトトランジスタ３７の
第１のエミッタ電極４９は第１および第２の電源配線５
０、５１に接続され、バイポーラトランジスタ３９のベ
ース電極５２および第２のエミッタ電極５３はワード線
５４およびビット線５５に接続されている。

【００１７】次に本実施例の動作について説明する。本
実施例では、発光素子３６とフォトトランジスタ３７の
接続点にバイポーラトランジスタ３９のコレクタを接続
し、バイポーラトランジスタ３９のベースの電位とエミ
ッタの電位を制御することで電気信号による書込みを行
う。この場合、ベース電位を上昇させエミッタ電位を低
下させた場合にのみバイポーラトランジスタ３９に電流
が流れ、光双安定素子３８の正帰還が開始される。また
、図４の構造ではバイポーラトランジスタ３９がダブル
ヘテロ接合バイポーラトランジスタとなっているので、
エミッタとコレクタを逆に接続しても動作する。この場
合には、ベース電位、コレクタ電位を共に上昇させれば
、逆方向の電流が流れるため、正帰還を停止させること
も可能である。すなわち、オフ状態からオン状態への遷
移だけではなく、オン状態からオフ状態への遷移も電気
信号によって選択的に行うことができる。バイポーラト
ランジスタ３９のベース電極５２はワード線５４に接続
されており、第２のエミッタ電極５３はビット線５５に
接続されているので、Ｘ・Ｙアドレスによる電気書込み
が可能である。

【００１８】なお、以上の実施例においては、発光素子
が二重ヘテロ接合発光ダイオードとなっているが、レー
ザダイオードであってもよい。特に、多層の結晶構造を
分布ブラッグ反射器とする量子井戸面発光レーザとすれ
ば、二重ヘテロ接合発光ダイオードを用いた場合に比べ
て動作速度および量子効率が改善される。また、フォト
トランジスタはヘテロ接合フォトトランジスタとなって
いるが、受光機能と増幅機能を有する素子であれば他の
素子であってもよい。例えば、アバランシェフォトダイ
オードやＦＥＴのゲートを受光部とする素子を用いるこ
とで動作速度が改善される。

【００１９】

【発明の効果】本発明の光電子記憶装置では、光双安定
素子の降伏特性を用いるのではなく、光双安定素子を構
成する発光素子とフォトトランジスタの接続点に接続さ
れたバイポーラトランジスタに電流を流すことで電気信
号による書込みを行う。この結果、２次元アレイの規模
を大きくした場合にも安定な書込み動作が可能となる。 また、１つの光双安定素子に対して２か所の電位を制御
して正帰還を開始させる構成となっているので、ワード
線およびビット線によって、Ｘ・Ｙ両方向からのアドレ
スが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光電子記憶装置の回路図で
ある。

【図２】図１に示す実施例に含まれる記憶セルの断面図
である。

【図３】本発明の第２の実施例の光電子記憶装置の回路
図である。

【図４】図３に示す実施例に含まれる記憶セルの断面図
である。

【図５】従来の光電子記憶装置の断面図である。

【図６】図５に示す従来の光電子記憶装置の等価回路図
である。

【図７】従来の画像記憶装置の平面図である。

【図８】図７に示す画像記憶装置の光双安定素子の構成
断面図である。

【図９】従来の光電子記憶装置平面図である。

【符号の説明】

１９　　発光素子 ２０　　フォトトランジスタ ２１　　光双安定素子 ２２　　バイポーラトランジスタ ２３　　記憶セル ２４　　ワード線 ２５　　ビット線 ３６　　発光素子 ３７　　フォトトランジスタ ３８　　光双安定素子 ３９　　バイポーラトランジスタ ４０　　記憶セル ４１　　ワード線 ４２　　ビット線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　発光素子と前記発光素子からの発光を
   受光可能なフォトトランジスタが直列に接続された光双
   安定素子と、前記フォトトランジスタに並列に接続され
   たバイポーラトランジスタとを含む記憶セルが半導体基
   板上に二次元アレイ状に配列され、横方向に隣接する前
   記記憶セルに含まれる前記光双安定素子のアノードがワ
   ード線によって接続され、縦方向に隣接する前記記憶セ
   ルに含まれる前記バイポーラトランジスタのベースがビ
   ット線によって接続されたことを特徴とする光電子記憶
   装置。
2. 【請求項２】　　発光素子と前記発光素子からの発光を
   受光可能なフォトトランジスタが直列に接続された光双
   安定素子と、前記発光素子と前記フォトトランジスタの
   接続点にコレクタが接続されたバイポーラトランジスタ
   とを含む記憶セルが半導体基板上に二次元アレイ状に配
   列され、横方向に隣接する前記記憶セルに含まれる前記
   バイポーラトランジスタのベースがワード線によって接
   続され、縦方向に隣接する前記記憶セルに含まれる前記
   バイポーラトランジスタのエミッタがビット線によって
   接続されたことを特徴とする光電子記憶装置。