JPH04343273A - 共鳴トンネル型フォトトランジスタ及び光双安定素子 - Google Patents
共鳴トンネル型フォトトランジスタ及び光双安定素子Info
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- JPH04343273A JPH04343273A JP3115036A JP11503691A JPH04343273A JP H04343273 A JPH04343273 A JP H04343273A JP 3115036 A JP3115036 A JP 3115036A JP 11503691 A JP11503691 A JP 11503691A JP H04343273 A JPH04343273 A JP H04343273A
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 20
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- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光コンピューティング
あるいは光情報処理の分野で利用される共鳴トンネル型
フォトトランジスタ及び光双安定素子に関するものであ
る。
あるいは光情報処理の分野で利用される共鳴トンネル型
フォトトランジスタ及び光双安定素子に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、光双安定素子をはじめとする光機
能素子は、将来の光情報処理システムにおけるキーデバ
イスとして盛んに研究が行われている。これまでに光非
線形効果、量子閉じ込めシュタルク効果、あるいはサイ
リスタ効果を用いた素子が報告されている。
能素子は、将来の光情報処理システムにおけるキーデバ
イスとして盛んに研究が行われている。これまでに光非
線形効果、量子閉じ込めシュタルク効果、あるいはサイ
リスタ効果を用いた素子が報告されている。
【０００３】最近、本発明者等は共鳴トンネル効果によ
る負性抵抗（ＮＤＲ）を用いた新しいタイプの光双安定
素子を開発した。この素子はエミッタ層とベース層の間
に多重量子井戸共鳴トンネル素子を内蔵したフォトトラ
ジスタにレーザあるいは光変調器を結合した構造を有し
ている。
る負性抵抗（ＮＤＲ）を用いた新しいタイプの光双安定
素子を開発した。この素子はエミッタ層とベース層の間
に多重量子井戸共鳴トンネル素子を内蔵したフォトトラ
ジスタにレーザあるいは光変調器を結合した構造を有し
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この素
子の場合、レーザと結合した場合は負論理動作、また変
調器と結合した場合は正論理動作しか得られず応用上限
界があった。
子の場合、レーザと結合した場合は負論理動作、また変
調器と結合した場合は正論理動作しか得られず応用上限
界があった。
【０００５】本発明の目的は、上記従来技術における問
題点を解消し、フォトトランジスタとしての性能が向上
し、さらに従来に無い機能を有する共鳴トンネル型フォ
トトランジスタ及び光双安定素子を提供することにある
。
題点を解消し、フォトトランジスタとしての性能が向上
し、さらに従来に無い機能を有する共鳴トンネル型フォ
トトランジスタ及び光双安定素子を提供することにある
。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、第一の導電形を有する半導体基板上に、第
一の導電形を有する第一の半導体層、第二の導電形を有
する第二の半導体層、障壁層となる第三の半導体層と少
なくとも１つ以上の量子井戸層となる第四の半導体層を
交互に積層させた積層部、第一の導電形を有する第五の
半導体層、第一の導電形を有する第六の半導体層を順次
積層した構造を有することを特徴とする共鳴トンネル型
フォトトランジスタである。又、上記共鳴トンネル型フ
ォトトランジスタと半導体レーザを集積したことを特徴
とする光双安定素子である。更に、上記共鳴トンネル型
フォトトランジスタと光変調器を集積したことを特徴と
する光双安定素子である。
するために、第一の導電形を有する半導体基板上に、第
一の導電形を有する第一の半導体層、第二の導電形を有
する第二の半導体層、障壁層となる第三の半導体層と少
なくとも１つ以上の量子井戸層となる第四の半導体層を
交互に積層させた積層部、第一の導電形を有する第五の
半導体層、第一の導電形を有する第六の半導体層を順次
積層した構造を有することを特徴とする共鳴トンネル型
フォトトランジスタである。又、上記共鳴トンネル型フ
ォトトランジスタと半導体レーザを集積したことを特徴
とする光双安定素子である。更に、上記共鳴トンネル型
フォトトランジスタと光変調器を集積したことを特徴と
する光双安定素子である。
【０００７】
【作用】上記手段の構造を有する共鳴トンネル型フォト
トランジスタを用いることにより、ＮＤＲ特性のピーク
／バレイ比（Ｐ／Ｖ比）を光で制御することができる。 又、この共鳴トンネル型フォトトランジスタと半導体レ
ーザを集積することにより、双安定レーザ特性による双
安定動作が得られる。更に、この共鳴トンネル型フォト
トランジスタと光変調器を集積することにより、フォト
トランジスタへの入力光により変調器の透過光が制御で
き、双安定動作が得られる。
トランジスタを用いることにより、ＮＤＲ特性のピーク
／バレイ比（Ｐ／Ｖ比）を光で制御することができる。 又、この共鳴トンネル型フォトトランジスタと半導体レ
ーザを集積することにより、双安定レーザ特性による双
安定動作が得られる。更に、この共鳴トンネル型フォト
トランジスタと光変調器を集積することにより、フォト
トランジスタへの入力光により変調器の透過光が制御で
き、双安定動作が得られる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を挙げ、図面にもとず
いて詳細に説明する。なお、本実施例においてはＩｎＧ
ａＡｌＡｓ系の場合で、かつｎ形基板を用いた場合につ
いて説明するが、ＩｎＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＡｓ、Ａｌ
ＡｓＳｂ等他の材料系にも適用出来ることは言うまでも
無い。 実施例１
いて詳細に説明する。なお、本実施例においてはＩｎＧ
ａＡｌＡｓ系の場合で、かつｎ形基板を用いた場合につ
いて説明するが、ＩｎＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＡｓ、Ａｌ
ＡｓＳｂ等他の材料系にも適用出来ることは言うまでも
無い。 実施例１
【０００９】図１は、本発明の請求項１記載の共鳴トン
ネル型フォトトランジスタの実施例を示したものである
。図において、１はｎ形ＩｎＰ基板、２はｎ形ＩｎＧａ
Ａｓエミッタ層、３はｐ形ＩｎＧａＡｓベース層、４は
ダブルバリア共鳴トンネル素子のＩｎＡｌＡｓバリア層
、５はＩｎＧａＡｓ量子井戸層、６はｎ形ＩｎＧａＡｓ
コレクタ層、７はｎ形ＩｎＧａＡｓ電極層である。また
８はｎ形電極層である。なお、共鳴トンネル素子部は必
ずしもダブルバリア構造に限らず、多重井戸構造でも良
いことは言うまでもない。
ネル型フォトトランジスタの実施例を示したものである
。図において、１はｎ形ＩｎＰ基板、２はｎ形ＩｎＧａ
Ａｓエミッタ層、３はｐ形ＩｎＧａＡｓベース層、４は
ダブルバリア共鳴トンネル素子のＩｎＡｌＡｓバリア層
、５はＩｎＧａＡｓ量子井戸層、６はｎ形ＩｎＧａＡｓ
コレクタ層、７はｎ形ＩｎＧａＡｓ電極層である。また
８はｎ形電極層である。なお、共鳴トンネル素子部は必
ずしもダブルバリア構造に限らず、多重井戸構造でも良
いことは言うまでもない。
【００１０】図１の素子におけるコレクタ電流−コレク
タ・エミッタ電圧特性（ＩＣ −ＶＣＥ特性）は図２に
示すような光入力依存性を示す。すなわち入射強度の増
加とともにＮＤＲのピーク／バレイ比（Ｐ／Ｖ比）が増
加し、Ｐ／Ｖ比を光入力で制御出来ることがわかる。こ
れを図３のエネルギーダイヤグラムで説明する。図に示
したように、入射光を増加させるとダブルバリア構造に
注入されるエミッタ電流は増加する。ダブルバリアをト
ンネルして流れるコレクタ電流はダブルバリア構造のト
ンネル確率とダブルバリアに注入される電子濃度で決ま
るが、トンネル確率が一定であっても電子濃度が光入力
により増加すればＮＤＲのピーク電流が増加する。この
ように図１の素子を用いることによりＮＤＲ特性のＰ／
Ｖ比を光で制御することが可能である。実際に図１の素
子を作製したところ図２に示した特性が得られることが
確認出来た。 実施例２
タ・エミッタ電圧特性（ＩＣ −ＶＣＥ特性）は図２に
示すような光入力依存性を示す。すなわち入射強度の増
加とともにＮＤＲのピーク／バレイ比（Ｐ／Ｖ比）が増
加し、Ｐ／Ｖ比を光入力で制御出来ることがわかる。こ
れを図３のエネルギーダイヤグラムで説明する。図に示
したように、入射光を増加させるとダブルバリア構造に
注入されるエミッタ電流は増加する。ダブルバリアをト
ンネルして流れるコレクタ電流はダブルバリア構造のト
ンネル確率とダブルバリアに注入される電子濃度で決ま
るが、トンネル確率が一定であっても電子濃度が光入力
により増加すればＮＤＲのピーク電流が増加する。この
ように図１の素子を用いることによりＮＤＲ特性のＰ／
Ｖ比を光で制御することが可能である。実際に図１の素
子を作製したところ図２に示した特性が得られることが
確認出来た。 実施例２
【００１１】実施例１の素子とレーザを集積することに
より光−光双安定素子が可能である。図４に素子構造を
示す。１はｎ形ＩｎＰ基板、２はｎ形ＩｎＧａＡｓエミ
ッタ層、３はｐ形ＩｎＧａＡｓベース層、４はダブルバ
リア共鳴トンネル素子のＩｎＡｌＡｓバリア層、５はＩ
ｎＧａＡｓ量子井戸層、６はｎ形ＩｎＧａＡｓコレクタ
層、９はｎ形ＩｎＡｌＡｓクラッド層、１０はＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ（多重量子井戸）活性層、１
１はｐ形ＩｎＡｌＡｓクラッド層、１２はｐ形ＩｎＧａ
Ａｓ電極層である。また１３はｎ形電極、１４はｐ形電
極である。
より光−光双安定素子が可能である。図４に素子構造を
示す。１はｎ形ＩｎＰ基板、２はｎ形ＩｎＧａＡｓエミ
ッタ層、３はｐ形ＩｎＧａＡｓベース層、４はダブルバ
リア共鳴トンネル素子のＩｎＡｌＡｓバリア層、５はＩ
ｎＧａＡｓ量子井戸層、６はｎ形ＩｎＧａＡｓコレクタ
層、９はｎ形ＩｎＡｌＡｓクラッド層、１０はＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ（多重量子井戸）活性層、１
１はｐ形ＩｎＡｌＡｓクラッド層、１２はｐ形ＩｎＧａ
Ａｓ電極層である。また１３はｎ形電極、１４はｐ形電
極である。
【００１２】この素子が光−光双安定性を有することを
図５で説明する。図５において２１はフォトトランジス
タ部の電流電圧特性、２２はレーザ部の電流電圧特性で
ある。図５において、Ｖｏは印加電圧を示している。又
レーザ部の電流・電圧特性はＶｏを原点（ゼロバイアス
）とし、左側を順バイアス状態として表わしてある。 最初の状態が図中の点Ａにあったとする。ここでフォト
トランジスタへの光入力をＬ２−Ｌ１−Ｌ２と変化させ
ることにより図の点Ａから点Ｂにスイッチング出来る。 次にＬ２−Ｌ３−Ｌ２と変化させることにより点Ｂから
点Ａにスイッチングできる。Ａでレーザ発振が生じ、Ｂ
で発振がとまるように設定することにより双安定特性が
えられる。
図５で説明する。図５において２１はフォトトランジス
タ部の電流電圧特性、２２はレーザ部の電流電圧特性で
ある。図５において、Ｖｏは印加電圧を示している。又
レーザ部の電流・電圧特性はＶｏを原点（ゼロバイアス
）とし、左側を順バイアス状態として表わしてある。 最初の状態が図中の点Ａにあったとする。ここでフォト
トランジスタへの光入力をＬ２−Ｌ１−Ｌ２と変化させ
ることにより図の点Ａから点Ｂにスイッチング出来る。 次にＬ２−Ｌ３−Ｌ２と変化させることにより点Ｂから
点Ａにスイッチングできる。Ａでレーザ発振が生じ、Ｂ
で発振がとまるように設定することにより双安定特性が
えられる。
【００１３】図６は実際に得られた双安定レーザ特性で
ある。オン／オフ比（ｏｎ／ｏｆｆ比）１０ｄＢ以上の
双安定動作がえられていることがわかる。この特性は従
来の共鳴トンネル型双安定レーザと逆の論理型を有して
いる。 実施例３
ある。オン／オフ比（ｏｎ／ｏｆｆ比）１０ｄＢ以上の
双安定動作がえられていることがわかる。この特性は従
来の共鳴トンネル型双安定レーザと逆の論理型を有して
いる。 実施例３
【００１４】実施例１の素子と光変調器を集積すること
によっても光−光双安定素子が可能である。図７に素子
構造を示す。１はｎ形ＩｎＰ基板、２はｎ形ＩｎＧａＡ
ｓエミッタ層、３はｐ形ＩｎＧａＡｓベース層、４はダ
ブルバリア共鳴トンネル素子のＩｎＡｌＡｓバリア層、
５はＩｎＧａＡｓ量子井戸層、６はｎ形ＩｎＧａＡｓコ
レクタ層、９はｎ形ＩｎＡｌＡｓクラッド層、１５はＩ
ｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ ＭＱＷ（多重量子井戸）
変調器の光吸収層（吸収波長１．５μｍ）、１１はｐ形
ＩｎＡｌＡｓクラッド層、１２はｐ形ＩｎＧａＡｓ電極
層である。又１３はｎ形電極、１４はｐ形電極である。
によっても光−光双安定素子が可能である。図７に素子
構造を示す。１はｎ形ＩｎＰ基板、２はｎ形ＩｎＧａＡ
ｓエミッタ層、３はｐ形ＩｎＧａＡｓベース層、４はダ
ブルバリア共鳴トンネル素子のＩｎＡｌＡｓバリア層、
５はＩｎＧａＡｓ量子井戸層、６はｎ形ＩｎＧａＡｓコ
レクタ層、９はｎ形ＩｎＡｌＡｓクラッド層、１５はＩ
ｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ ＭＱＷ（多重量子井戸）
変調器の光吸収層（吸収波長１．５μｍ）、１１はｐ形
ＩｎＡｌＡｓクラッド層、１２はｐ形ＩｎＧａＡｓ電極
層である。又１３はｎ形電極、１４はｐ形電極である。
【００１５】この素子が光−光双安定性を有することを
図８で説明する。図８において３１はフォトトランジス
タ部の電流電圧特性、３２はＭＱＷ変調器の吸収電流特
性である。図８において、Ｖｏは印加電圧を示している
。又変調器の光電流特性はＶｏを原点（ゼロバイアス）
とし、左側を逆バイアス状態、右側を順バイアス状態と
して表わしてある。フォトトランジスタへの光入力を変
化させることにより実施例２の場合と同様、図の点Ａ、
点Ｂの二点をスイッチングできる。Ａでは変調器に加わ
る電圧が大きいため、変調器の吸収が電界効果により増
大し、透過率は小さい、他方Ｂでは変調器に加わる電圧
は小さいため吸収が減少し透過率は増加する。すなわち
フォトトランジスタへの入力光により変調器の透過光が
制御出来、光三端子型の双安定特性がえられる。図９は
実際に得られた双安定特性である。明瞭な双安定動作が
えられていることがわかる。
図８で説明する。図８において３１はフォトトランジス
タ部の電流電圧特性、３２はＭＱＷ変調器の吸収電流特
性である。図８において、Ｖｏは印加電圧を示している
。又変調器の光電流特性はＶｏを原点（ゼロバイアス）
とし、左側を逆バイアス状態、右側を順バイアス状態と
して表わしてある。フォトトランジスタへの光入力を変
化させることにより実施例２の場合と同様、図の点Ａ、
点Ｂの二点をスイッチングできる。Ａでは変調器に加わ
る電圧が大きいため、変調器の吸収が電界効果により増
大し、透過率は小さい、他方Ｂでは変調器に加わる電圧
は小さいため吸収が減少し透過率は増加する。すなわち
フォトトランジスタへの入力光により変調器の透過光が
制御出来、光三端子型の双安定特性がえられる。図９は
実際に得られた双安定特性である。明瞭な双安定動作が
えられていることがわかる。
【００１６】
【発明の効果】以上詳細に説明したごとく、本発明の共
鳴トンネル型フォトトランジスタ及び光双安定素子を用
いることにより、従来の共鳴トンネル型素子には無い特
性を得ることが出来ることから、将来の光情報処理シス
テムにおけるキーデバイスと成り得る。
鳴トンネル型フォトトランジスタ及び光双安定素子を用
いることにより、従来の共鳴トンネル型素子には無い特
性を得ることが出来ることから、将来の光情報処理シス
テムにおけるキーデバイスと成り得る。
【図１】本発明の実施例１の素子を示す構造説明図であ
る。
る。
【図２】本発明の実施例１の素子のＮＤＲ特性の光入力
依存性を示す特性図である。
依存性を示す特性図である。
【図３】本発明の実施例１の素子のエネルギーダイヤグ
ラムを示す説明図である。
ラムを示す説明図である。
【図４】本発明の実施例２の素子を示す構造説明図であ
る。
る。
【図５】本発明の実施例２の素子の双安定動作原理説明
図である。
図である。
【図６】本発明の実施例２の素子の双安定特性を示す特
性図である。
性図である。
【図７】本発明の実施例３の素子を示す構造説明図であ
る。
る。
【図８】本発明の実施例３の素子の双安定動作原理説明
図である。
図である。
【図９】本発明の実施例３の素子の双安定特性を示す特
性図である。
性図である。
１…ｎ形ＩｎＰ基板、２…ｎ形ＩｎＧａＡｓエミッタ層
、３…ｐ形ＩｎＧａＡｓベース層、４はダブルバリア共
鳴トンネル素子のＩｎＡｌＡｓバリア層、５はＩｎＧａ
Ａｓ量子井戸層、６はｎ形ＩｎＧａＡｓコレクタ層、７
…ｎ形ＩｎＧａＡｓ電極層、８…ｎ形電極。
、３…ｐ形ＩｎＧａＡｓベース層、４はダブルバリア共
鳴トンネル素子のＩｎＡｌＡｓバリア層、５はＩｎＧａ
Ａｓ量子井戸層、６はｎ形ＩｎＧａＡｓコレクタ層、７
…ｎ形ＩｎＧａＡｓ電極層、８…ｎ形電極。
Claims (3)
- 【請求項１】 第一の導電形を有する半導体基板上に
、第一の導電形を有する第一の半導体層、第二の導電形
を有する第二の半導体層、障壁層となる第三の半導体層
と少なくとも１つ以上の量子井戸層となる第四の半導体
層を交互に積層させた積層部、第一の導電形を有する第
五の半導体層、第一の導電形を有する第六の半導体層を
順次積層した構造を有することを特徴とする共鳴トンネ
ル型フォトトランジスタ。 - 【請求項２】 請求項１記載の共鳴トンネル型フォト
トランジスタと半導体レーザを集積したことを特徴とす
る光双安定素子。 - 【請求項３】 請求項１記載の共鳴トンネル型フォト
トランジスタと光変調器を集積したことを特徴とする光
双安定素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3115036A JPH04343273A (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | 共鳴トンネル型フォトトランジスタ及び光双安定素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3115036A JPH04343273A (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | 共鳴トンネル型フォトトランジスタ及び光双安定素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04343273A true JPH04343273A (ja) | 1992-11-30 |
Family
ID=14652617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3115036A Pending JPH04343273A (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | 共鳴トンネル型フォトトランジスタ及び光双安定素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04343273A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3910690A1 (en) * | 2020-05-13 | 2021-11-17 | INL - International Iberian Nanotechnology Laboratory | A neuromorphic device and a neural network system |
-
1991
- 1991-05-20 JP JP3115036A patent/JPH04343273A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3910690A1 (en) * | 2020-05-13 | 2021-11-17 | INL - International Iberian Nanotechnology Laboratory | A neuromorphic device and a neural network system |
| WO2021228972A1 (en) * | 2020-05-13 | 2021-11-18 | Inl - International Iberian Nanotechnology Laboratory | A neuromorphic device and a neural network system |
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