JPH06123931A - Optical information storage device - Google Patents

Optical information storage device

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JPH06123931A
JPH06123931A JP4272859A JP27285992A JPH06123931A JP H06123931 A JPH06123931 A JP H06123931A JP 4272859 A JP4272859 A JP 4272859A JP 27285992 A JP27285992 A JP 27285992A JP H06123931 A JPH06123931 A JP H06123931A
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Japan
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light
spectrum
quantum well
information storage
storage element
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Shunichi Muto
俊一 武藤
Hiroshi Arimoto
宏 有本
Atsushi Takeuchi
淳 竹内
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

PURPOSE:To enable the recording and reading out of information with wavelength multiplexing even if the layer thicknesses of quantum wells are not exactly controlled by differentiating the spectra of the transmitted light or absorbed light of the reading out light with which the plural quantum well layers varying in the layer thicknesses are irradiated with photon every. CONSTITUTION:A storage element 1 is irradiated with the reading out light from a reading out light source 11 and the transmitted light thereof is subjected to wavelength dispersion by a spectroscope 12 in the case of reading of the information out of the storage element 1. The transmitted light subjected to the wavelength dispersion is sent to a photodetector 13 and is converted to the electric signal corresponding to the light intensity of every wavelength. This electric signal is, therefore, the signal corresponding to the spectra of the transmitted light. This electric signal is inputted to a differentiating circuit 15 and is differentiated. This differentiation corresponds to the differentiation of the spectra of the transmitted light with photon energy and, therefore, the signal having a peak in the position corresponding to the energy of the writing light is obtd. When the information is recorded on the storage element 1 by irradiating the element with the writing light.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光学的に情報の書込み
や読出しが可能な光学的情報記憶装置に関し、特に波長
多重で情報の書込み・読出しが可能な光学的情報記憶装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical information storage device capable of optically writing and reading information, and more particularly to an optical information storage device capable of writing and reading information by wavelength multiplexing.

【0002】[0002]

【従来の技術】波長多重で情報の書込み・読出しが可能
な従来の光学的情報記憶装置として、特願昭63−17
7131号公報に掲載されたものがある。この公報に掲
載された光学的情報記憶装置は、直接遷移型半導体で形
成された量子井戸が光吸収遷移に基づく単一の鋭い励起
子吸収線スペクトルを有すること、および、この励起子
吸収線スペクトルが量子井戸の層厚に応じて異なった位
置に現れること、さらには、励起子吸収線スペクトルに
対応した波長光をその量子井戸に照射すると光吸収率が
減少し吸収飽和が生じることを利用したものである。
2. Description of the Related Art As a conventional optical information storage device capable of writing / reading information by wavelength multiplexing, Japanese Patent Application No. 63-17 is available.
Some are published in 7131. In the optical information storage device disclosed in this publication, a quantum well formed of a direct transition type semiconductor has a single sharp exciton absorption line spectrum based on optical absorption transition, and this exciton absorption line spectrum Was observed at different positions depending on the layer thickness of the quantum well, and furthermore, when the quantum well was irradiated with wavelength light corresponding to the exciton absorption line spectrum, the light absorption rate decreased and absorption saturation occurred. It is a thing.

【0003】すなわち、層厚の異なる量子井戸は、それ
ぞれ波長の異なる書込光に個別的に共鳴して吸収飽和を
生じる。吸収飽和を生じた量子井戸では、それが共鳴す
る波長光の吸収率が極端に低下し、その状態が暫時維持
される。このため、吸収飽和を生じた量子井戸にそれが
共鳴する波長光を照射しても光の吸収はほとんど起こら
ない。これに対し、吸収飽和を生じていない量子井戸で
は、光吸収率が低下していないので、それが共鳴する波
長光を照射すれば、当然に当該波長光の光吸収が生じ
る。
That is, the quantum wells having different layer thicknesses resonate individually with the writing lights having different wavelengths to cause absorption saturation. In the quantum well where absorption saturation occurs, the absorptance of light having a wavelength at which it resonates extremely decreases, and that state is maintained for a while. Therefore, even if the quantum well that has undergone absorption saturation is irradiated with light having a wavelength at which it resonates, almost no light absorption occurs. On the other hand, in a quantum well in which absorption saturation does not occur, the light absorptance does not decrease, and therefore, when the wavelength light with which it resonates is irradiated, the light absorption of the wavelength light naturally occurs.

【0004】したがって、吸収飽和が生じているか否か
は、その量子井戸が共鳴する波長光を含む読出光をその
量子井戸に照射し、その透過光または吸収光のスペクト
ルを分析し、当該波長光の吸収量(吸収率の変化)を調
べることによって知ることができる。そして、吸収飽和
が生じている状態を1(又は0)に対応させ、吸収飽和
が生じていない状態を0(又は1)に対応させれば、量
子井戸を光メモリとして用いることができる。しかも、
量子井戸はその幅(層厚)が異なれば、それぞれ波長の
異なる光に個別的に共鳴して吸収飽和を生じるのである
から、層厚の異なる量子井戸を積層しておけば、そのよ
うな量子井戸構造に対し、波長多重で各量子井戸に個別
の情報を記録し、読み出し得るというものである。
Therefore, whether or not absorption saturation has occurred is determined by irradiating the quantum well with read light containing a wavelength light at which the quantum well resonates, analyzing the spectrum of the transmitted light or the absorbed light, and measuring the wavelength light. It can be known by examining the absorption amount (change in absorption rate) of. The quantum well can be used as an optical memory by associating the state in which absorption saturation occurs with 1 (or 0) and the state without absorption saturation in 0 (or 1). Moreover,
If the quantum wells have different widths (layer thicknesses), they will resonate individually with light of different wavelengths to cause absorption saturation. Therefore, if quantum wells with different layer thicknesses are stacked, such quantum wells With respect to the well structure, individual information can be recorded and read out in each quantum well by wavelength multiplexing.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報に
掲載された光学的情報記憶装置では、量子井戸が光吸収
遷移に基づく単一の鋭い励起子吸収線スペクトルを有す
ることを前提といている。ところが、量子井戸の吸収ス
ペクトルは、単一の鋭い励起子吸収線スペクトル以外に
も連続吸収スペクトルを含んでいる、このため、上述の
ように波長多重で量子井戸構造に情報を記録し、読み出
すためには、励起子吸収線スペクトルとこれ以外の連続
吸収スペクトルとが正確に分離される必要がある。
The optical information storage device disclosed in the above publication is premised on that the quantum well has a single sharp exciton absorption line spectrum based on the optical absorption transition. However, the absorption spectrum of a quantum well includes a continuous absorption spectrum in addition to a single sharp exciton absorption line spectrum. Therefore, in order to record and read information in the quantum well structure by wavelength multiplexing as described above. For this reason, the exciton absorption line spectrum and the continuous absorption spectrum other than this must be accurately separated.

【0006】そして、励起子吸収線スペクトルと連続吸
収スペクトルとが正確に分離されるためには、量子井戸
の層厚が結晶成長時に原子層レベルで正確にコントロー
ルされいていることが必要となる。しかし、上述のよう
に、量子井戸の層厚を原子層レベルで正確にコントロー
ルすることは困難である。層厚が不均一な単一量子井戸
の吸収スペクトルは通常、励起子吸収ピークを有する連
続スペクトルとなり、その吸収率のスペクトルは図7
(A)に示したようになる。
In order for the exciton absorption line spectrum and the continuous absorption spectrum to be accurately separated, it is necessary that the layer thickness of the quantum well be accurately controlled at the atomic layer level during crystal growth. However, as described above, it is difficult to accurately control the layer thickness of the quantum well at the atomic layer level. The absorption spectrum of a single quantum well having a non-uniform layer thickness is usually a continuous spectrum having an exciton absorption peak, and its absorption spectrum is shown in FIG.
It becomes as shown in (A).

【0007】また、励起子吸収ピークに相当する光子エ
ネルギー以上の書込光が照射されると、量子井戸の光吸
収率は図7(B)に実線で示したように変化する。すな
わち、励起子ピークに相当する光子エネルギーの書込光
でなくても、それ以上の高エネルギーの書込光であれ
ば、その書込光を吸収して光吸収率が低下するのであ
る。このため、光吸収率の変化を調べても、図7(C)
に示したように、書込光エネルギーに対応しない位置に
吸収率の変化が現われ、光吸収率が低下する部分と書込
光エネルギーとが1対1で対応しなくなる。
When writing light having a photon energy equal to or higher than the exciton absorption peak is irradiated, the light absorption rate of the quantum well changes as shown by the solid line in FIG. 7B. That is, even if the writing light has a photon energy corresponding to the exciton peak, if the writing light has a higher energy, the writing light is absorbed and the light absorption rate is lowered. Therefore, even if the change in the light absorptance is examined, the result shown in FIG.
As shown in, the change in the absorptance appears at a position that does not correspond to the write light energy, and there is no one-to-one correspondence between the portion where the light absorptance decreases and the write light energy.

【0008】また、連続吸収スペクトルと励起子吸収ス
ペクトルとは、正確に分離されてもIII −V族半導体の
場合10meV程度以下である。このことは、情報の記
録に用いうる波長の幅が光子エネルギーで10meV以
下があることを意味する。したがって、上述した特願昭
63−177131号公報に記載された情報記憶装置で
は記録のエネルギー幅が連続吸収スペクトルと励起子吸
収スペクトルのエネルギー差に制限され、また、層厚が
原子層レベルで正確にコントロールされていない量子井
戸構造に対しては、上記公報に記載された光学的情報記
憶装置のように吸収飽和の有無に対応させて波長多重で
層厚の異なる各量子井戸に個別の情報を記録し、読み出
すことはできなくなるという問題があった。
Further, the continuous absorption spectrum and the exciton absorption spectrum are about 10 meV or less in the case of III-V group semiconductors even if they are accurately separated. This means that the wavelength width that can be used for recording information is 10 meV or less in photon energy. Therefore, in the information storage device described in Japanese Patent Application No. 63-177131, the recording energy width is limited by the energy difference between the continuous absorption spectrum and the exciton absorption spectrum, and the layer thickness is accurate at the atomic layer level. For quantum well structures that are not controlled by the above, individual information is provided to each quantum well of different layer thickness by wavelength multiplexing corresponding to the presence or absence of absorption saturation as in the optical information storage device described in the above publication. There is a problem that it is impossible to record and read.

【0009】本発明は、量子井戸の層厚が原子層レベル
で正確にコントロールされていない場合でも、励起子吸
収と連続吸収のエネルギー差に制限されずに、波長多重
で情報の記録・読み出しが可能な光学的情報記憶装置を
提供することを目的としている。
According to the present invention, even if the layer thickness of the quantum well is not accurately controlled at the atomic layer level, information recording / reading can be performed by wavelength multiplexing without being limited by the energy difference between exciton absorption and continuous absorption. The purpose is to provide a possible optical information storage device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明による光学的情報記憶装置においては、層厚
の異なる複数の量子井戸層を有する光学的情報記憶素子
に照射された読出光の透過光または吸収光のスペクトル
を光子エネルギーで微分することを特徴としている。
In order to achieve the above-mentioned object, in an optical information storage device according to the present invention, read light irradiated to an optical information storage element having a plurality of quantum well layers having different layer thicknesses. It is characterized by differentiating the spectrum of the transmitted light or the absorbed light by the photon energy.

【0011】ここで、図1を参照しつつ本発明の原理に
ついて説明する。上述したように、層厚が原子層レベル
で正確に制御されていない量子井戸では、書込光エネル
ギーと吸収率の変化が現われるエネルギーとが1対1で
対応していない。しかし、図1(A)に示したように、
量子井戸の層厚に応じ、連続吸収スペクトルの吸収端の
位置が変化する。したがって、ある一定波長の書込光を
層厚の異なる複数の量子井戸に照射すると、書込光エネ
ルギー以下に励起子ピークを有する量子井戸では、光吸
収率が低下する。すなわち、光吸収率の変化を調べる
と、図1(B)に示したように、書込光エネルギーに対
応する位置で光吸収率は急激に変化し、光吸収率の変化
曲線は段差を形成する。
Now, the principle of the present invention will be described with reference to FIG. As described above, in the quantum well whose layer thickness is not accurately controlled at the atomic layer level, the writing light energy and the energy at which the change in the absorptance appears do not have a one-to-one correspondence. However, as shown in FIG.
The position of the absorption edge of the continuous absorption spectrum changes depending on the layer thickness of the quantum well. Therefore, when a plurality of quantum wells having different layer thicknesses are irradiated with the writing light having a certain wavelength, the light absorption rate is lowered in the quantum well having the exciton peak below the writing light energy. That is, when the change in the light absorptance is examined, as shown in FIG. 1B, the light absorptance changes rapidly at the position corresponding to the writing light energy, and the change curve of the light absorptance forms a step. To do.

【0012】波長の異なる書込光を同時に照射した場合
も、図1(C)に示したように、それぞれの書込光エネ
ルギーに対応した位置に光吸収率の変化曲線に段差が形
成される。したがって、光吸収率の変化曲線を光子エネ
ルギーで微分すれば、図1(D)に示したように、書込
光エネルギーに対応した位置にピークを有する信号を得
ることができる。
Even when writing lights having different wavelengths are simultaneously irradiated, as shown in FIG. 1C, a step is formed in the change curve of the light absorption rate at the position corresponding to each writing light energy. . Therefore, by differentiating the change curve of the light absorptance with the photon energy, a signal having a peak at a position corresponding to the writing light energy can be obtained as shown in FIG.

【0013】これにより、書込光エネルギーに1対1で
対応する信号が得られるので、層厚が原子層レベルで正
確にコントロールされていない量子井戸構造に対して、
波長多重で情報の記録・読み出しが可能となる。ところ
で、光吸収率の変化は読出光の透過光または吸収光のス
ペクトルに反映されるので、これら透過光または吸収光
のスペクトルを光子エネルギーで微分すれば、光吸収率
の変化曲線を微分した場合と同様に、層厚が原子層レベ
ルで正確にコントロールされていない量子井戸構造に対
して、波長多重で情報の記録・読み出しが可能となる。
As a result, a signal corresponding to the writing light energy in a one-to-one relationship can be obtained, so that for a quantum well structure whose layer thickness is not precisely controlled at the atomic layer level,
Information can be recorded and read by wavelength division multiplexing. By the way, since the change of the light absorption rate is reflected in the spectrum of the transmitted light or the absorbed light of the reading light, if the spectrum of the transmitted light or the absorbed light is differentiated by the photon energy, the change curve of the light absorption rate is differentiated. Similarly, it becomes possible to record / read information by wavelength multiplexing for a quantum well structure whose layer thickness is not accurately controlled at the atomic layer level.

【0014】[0014]

【作用】本発明によれば、層厚の異なる複数の量子井戸
層に照射された読出光の透過光または吸収光のスペクト
ルを光子エネルギーで微分することにより、書込光エネ
ルギーに対応した位置にピークを有する信号を得ること
ができ、これにより、書込光エネルギーに1対1で対応
する信号が得られるようになる。
According to the present invention, the spectrum of the transmitted light or the absorbed light of the read light with which the plurality of quantum well layers having different layer thicknesses are irradiated is differentiated by the photon energy, so that the position corresponding to the write light energy can be obtained. A signal having a peak can be obtained, so that a signal corresponding to the write light energy in a one-to-one relationship can be obtained.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の実施例について図2〜図6を
参照しつつ、説明する。まず、本発明による光学的情報
記憶装置において、情報記憶媒体として用いられる光学
的情報記憶素子の構造について説明する。この光学的情
報記憶素子1は、図2に示したように、半導体基板1a
上に層厚の異なる複数の量子井戸層を有した積層部1b
が形成された構造となっている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. First, the structure of an optical information storage element used as an information storage medium in the optical information storage device according to the present invention will be described. As shown in FIG. 2, this optical information storage element 1 has a semiconductor substrate 1a.
Laminated portion 1b having a plurality of quantum well layers having different layer thicknesses thereon
Is formed.

【0016】その積層部1bにおける積層の一周期分の
断面を図3(A)に示す。この図において、結晶成長方
向は図面右側から左側へ向かう方向である。また、図3
(B)に、この断面構造のエネルギーレベルの分布を図
3(A)に対応させて示した。図示したように、この断
面構造内には直接遷移型の半導体からなる量子井戸層3
が形成されている。量子井戸層3は障壁層5a、5bに
よって挟まれている。障壁層5a、5bが形成する正孔
に対する障壁高さは比較的低く、量子井戸層3で光吸収
により生じた正孔がトンネル可能な高さに設定されてい
る。
FIG. 3A shows a cross section for one cycle of the lamination in the lamination portion 1b. In this figure, the crystal growth direction is from the right side to the left side of the drawing. Also, FIG.
FIG. 3B shows the energy level distribution of this cross-sectional structure in correspondence with FIG. As shown in the figure, the quantum well layer 3 made of a direct transition type semiconductor is included in this cross-sectional structure.
Are formed. The quantum well layer 3 is sandwiched between the barrier layers 5a and 5b. The barrier height for holes formed by the barrier layers 5a and 5b is relatively low, and is set to a height at which holes generated by light absorption in the quantum well layer 3 can be tunneled.

【0017】障壁層5aの量子井戸層3と反対側には、
量子井戸層3で光吸収により生じた電子に対する障壁高
さが障壁層5aよりも高い補助障壁層6a、6bに挟ま
れた正孔分離層7が形成されている。正孔分離層7は量
子井戸層3から障壁層5aをトンネルした正孔が補助障
壁層6b中を拡散した後、正孔分離層7に落ち込んだ場
合に正孔に対して安定な状態を提供するものである。
On the opposite side of the barrier layer 5a from the quantum well layer 3,
A hole separation layer 7 sandwiched between auxiliary barrier layers 6a and 6b having a barrier height against electrons generated by light absorption in the quantum well layer 3 higher than that of the barrier layer 5a is formed. The hole separation layer 7 provides a stable state for holes when the holes tunneling from the quantum well layer 3 to the barrier layer 5a diffuse in the auxiliary barrier layer 6b and then fall into the hole separation layer 7. To do.

【0018】なお、図3(A)に示した積層構造におい
ては、図3(B)に示したように、正孔分離層7の価電
子帯の上端が量子井戸3の価電子帯の上端より上方に位
置し、これと同様に、正孔分離層7の伝導帯の下端が量
子井戸3の伝導帯の下端より上方に位置している。そし
て、このような積層周期で層厚が異なる複数の量子井戸
層3を積層して積層部1bが構成されている。
In the laminated structure shown in FIG. 3 (A), the upper end of the valence band of the hole separation layer 7 is the upper end of the valence band of the quantum well 3 as shown in FIG. 3 (B). It is located above, and similarly, the lower end of the conduction band of the hole separation layer 7 is located above the lower end of the conduction band of the quantum well 3. Then, a plurality of quantum well layers 3 having different layer thicknesses are stacked in such a stacking cycle to form a stacked portion 1b.

【0019】このような積層構造中においては、図3
(B)に示したように、電子は量子井戸層3において最
も低いエネルギー状態をとり、正孔は正孔分離層7にお
いて最も低いエネルギー状態をとる。したがって、量子
井戸層3に励起子ピーク以上のエネルギーを持った書込
光が照射され、光吸収が生じて電子正孔対が発生する
と、電子は量子井戸層3内に残されるが、正孔は障壁層
5aをトンネルしたのち補助障壁層6b中を拡散して正
孔分離層7に移動し、そこに安定的に蓄積される。
In such a laminated structure, as shown in FIG.
As shown in (B), the electron has the lowest energy state in the quantum well layer 3 and the hole has the lowest energy state in the hole separation layer 7. Therefore, when the quantum well layer 3 is irradiated with writing light having an energy equal to or higher than the exciton peak, and light absorption occurs to generate electron-hole pairs, the electrons remain in the quantum well layer 3 but Tunnels through the barrier layer 5a, diffuses in the auxiliary barrier layer 6b, moves to the hole separation layer 7, and is stably accumulated therein.

【0020】このように、正孔と電子を空間的に分離す
ることにより、正孔電子対の再結合が生じにくくなり、
光吸収率変化の持続時間を長くすることができる。した
がって、情報の記憶時間を長くできるのである。なお、
正孔分離層7における光吸収を抑制するため、正孔分離
層7は間接遷移型の半導体で形成されることが好まし
い。
By spatially separating holes and electrons in this way, recombination of hole-electron pairs is less likely to occur,
The duration of the light absorption rate change can be lengthened. Therefore, the information storage time can be lengthened. In addition,
In order to suppress light absorption in the hole separation layer 7, the hole separation layer 7 is preferably formed of an indirect transition type semiconductor.

【0021】本実施例では、上述の量子井戸層3をIn
GaAsで、障壁層5a及び5bを(InAlAs)
0.6 (InGaAs)0.4 で形成した。また、補助障壁
層6a及び6bはAlAsSbで、正孔分離層7はGa
AsSbで形成した。そして、各層の層厚は、障壁層5
a及び5bが3.0nm、補助障壁層6a及び6bが2
0.0nm、正孔分離層7が2.05nmとし、量子井
戸層3の層厚は2.5〜5.0nmの範囲で段階的に変
化させ、層厚の異なる100種類の量子井戸層3を形成
した。なお、量子井戸層3の層厚は、励起子ピークのエ
ネルギー間隔がほぼ等間隔(約2meV)となるように
変化させた。
In the present embodiment, the quantum well layer 3 described above is replaced with In.
The barrier layers 5a and 5b are made of GaAs (InAlAs).
It is formed of 0.6 (InGaAs) 0.4 . The auxiliary barrier layers 6a and 6b are made of AlAsSb, and the hole separation layer 7 is made of Ga.
It was formed of AsSb. The layer thickness of each layer is the barrier layer 5
a and 5b are 3.0 nm, auxiliary barrier layers 6a and 6b are 2 nm
The thickness of the quantum well layer 3 is 0.0 nm, the hole separation layer 7 is 2.05 nm, the thickness of the quantum well layer 3 is gradually changed in the range of 2.5 to 5.0 nm, and 100 kinds of quantum well layers 3 having different layer thicknesses are used. Was formed. The layer thickness of the quantum well layer 3 was changed so that the energy intervals of exciton peaks were substantially equal (about 2 meV).

【0022】このような構造の積層部1bに対しては、
200meVのエネルギー幅内に4meV毎の波長多重
で0、1に二値化された情報を記録することができた。
したがって、光ビームの直径が1μmとして、1μm径
の面積毎に50個(5Gbit/cm2 )の光記録密度
を達成することができる。ところで、上述した光学的情
報記憶素子1の積層部1bにおいては、光吸収により生
じた正孔電子対のうち、正孔がトンネルして正孔分離層
7に移動し、安定的に蓄積される構造となっているが、
障壁層5a、5bの電子に対する障壁高さを量子井戸層
3で光吸収により生じた電子がトンネル可能な高さに設
定し、該電子が正孔の代わりに障壁層5a、5bをトン
ネルできるような構造の積層部1bを形成してもよい。
For the laminated portion 1b having such a structure,
In the energy width of 200 meV, it was possible to record binary information of 0 and 1 by wavelength multiplexing every 4 meV.
Therefore, when the diameter of the light beam is 1 μm, an optical recording density of 50 (5 Gbit / cm 2 ) can be achieved for each area of 1 μm diameter. By the way, in the laminated portion 1b of the optical information storage element 1 described above, of the hole-electron pairs generated by light absorption, holes tunnel and move to the hole separation layer 7, and are stably accumulated. Although it has a structure,
The barrier height for the electrons of the barrier layers 5a and 5b is set to a height at which electrons generated by light absorption in the quantum well layer 3 can tunnel so that the electrons can tunnel through the barrier layers 5a and 5b instead of holes. The laminated portion 1b having a different structure may be formed.

【0023】この場合には、正孔分離層7の代わりに、
量子井戸層3で光吸収により生じた正孔に対する障壁高
さが障壁層5aよりも高い補助障壁層6a、6bに挟ま
れた電子分離層を形成し、正孔が量子井戸層3において
最も低いエネルギー状態をとり、電子が電子分離層にお
いて最も低いエネルギー状態をとるように構成する。そ
して、電子分離層の価電子帯の上端が量子井戸3の価電
子帯の上端より下方に位置し、これと同様に、電子分離
層の伝導帯の下端が量子井戸3の伝導帯の下端より下方
に位置するように構成する。このように構成すれば、光
吸収により生じた正孔電子対のうち、正孔は量子井戸層
3内に残されるが、電子は障壁層5aをトンネルしたの
ち補助障壁層6b中を拡散して電子分離層7に移動し、
そこに安定的に蓄積される。
In this case, instead of the hole separation layer 7,
A barrier height for holes generated by light absorption in the quantum well layer 3 is higher than that of the barrier layer 5a to form an electron separation layer sandwiched between auxiliary barrier layers 6a and 6b, and holes are the lowest in the quantum well layer 3. An energy state is adopted, and the electron is configured to have the lowest energy state in the electron separation layer. The upper end of the valence band of the electron separation layer is located below the upper end of the valence band of the quantum well 3, and similarly, the lower end of the conduction band of the electron separation layer is lower than the lower end of the conduction band of the quantum well 3. It is configured to be located below. According to this structure, of the hole-electron pairs generated by light absorption, holes are left in the quantum well layer 3, but the electrons tunnel through the barrier layer 5a and then diffuse in the auxiliary barrier layer 6b. Moved to the electron separation layer 7,
It is accumulated there stably.

【0024】したがって、この場合も、正孔が正孔分離
層7に蓄積される上述の場合と同様に光学的情報記憶素
子1は作用し得る。次に、上述した光学的情報記憶素子
1を用いた本発明による光学的情報記憶装置の第一実施
例について図4を参照しつつ説明する。図4は、第一実
施例の構成を示したブロック図である。
Therefore, also in this case, the optical information storage element 1 can act in the same manner as in the above-mentioned case where holes are accumulated in the hole separation layer 7. Next, a first embodiment of an optical information storage device according to the present invention using the above-mentioned optical information storage element 1 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment.

【0025】図示したように、本実施例では、光学的情
報記憶素子1に対して書込光を照射する書込み光源10
及び読出光を照射する読出し光源11を備えている。書
込み光源10からは、記録しようとする情報に応じた波
長光が選択的に光学的情報記憶素子1に照射される。読
出し光源11は書込み光源10が照射し得る波長光のす
べてを記憶素子1に対して照射し得るものであればよ
い。したがって、連続スペクトルの白色光源等を用いる
ことができる。
As shown in the figure, in the present embodiment, the writing light source 10 for irradiating the optical information storage element 1 with writing light.
And a reading light source 11 that emits reading light. The writing light source 10 selectively irradiates the optical information storage element 1 with wavelength light corresponding to information to be recorded. The reading light source 11 may be one that can irradiate the storage element 1 with all the wavelength light that the writing light source 10 can irradiate. Therefore, a continuous spectrum white light source or the like can be used.

【0026】また、本実施例では、読出し光源11から
記憶素子1に照射された読出光の透過光を分光する分光
器12を備えている。そして、分光器12で分光された
透過光は光検出器13によって波長毎の光強度に応じた
電気信号に変換され、該電気信号が光検出器13から出
力される。光検出器13としては、例えば光電子増倍を
用いることができる。管光検出器13から出力された電
気信号は、微分回路15に入力される。
Further, in the present embodiment, a spectroscope 12 for separating the transmitted light of the read light emitted from the read light source 11 to the storage element 1 is provided. Then, the transmitted light split by the spectroscope 12 is converted by the photodetector 13 into an electric signal corresponding to the light intensity for each wavelength, and the electric signal is output from the photodetector 13. As the photodetector 13, for example, photomultiplier can be used. The electric signal output from the tube photodetector 13 is input to the differentiating circuit 15.

【0027】このように構成された光学的情報記憶装置
の動作について説明する。まず、記憶素子1に情報を記
憶させる場合、書込光源10から記憶素子1に記録させ
るべき情報に応じた波長の書込光が照射される。これに
より、書込光エネルギー以下に励起子ピークを有する量
子井戸層では、光吸収により正孔電子対が形成され、光
吸収率が低下する。
The operation of the optical information storage device thus configured will be described. First, when information is stored in the storage element 1, the writing light source 10 emits writing light having a wavelength corresponding to the information to be recorded in the storage element 1. As a result, in the quantum well layer having an exciton peak below the writing light energy, hole-electron pairs are formed by light absorption, and the light absorption rate is reduced.

【0028】そして、この情報を記憶素子1から読み出
す場合は、読出し光源11から読出光が記憶素子1に照
射される。そして、その透過光が分光器12で波長分散
される。そして、波長分散された透過光は光検出器13
に送られ、ここで波長毎の光強度に応じた電気信号に変
換されて出力される。したがって、この電気信号は、透
過光のスペクトルに対応した信号となっている。そし
て、この電気信号が微分回路15に入力され、微分され
る。そして、この微分は、透過光のスペクトルを光子エ
ネルギーで微分したものに相当する。
When reading this information from the storage element 1, the reading light source 11 irradiates the storage element 1 with read light. Then, the transmitted light is wavelength-dispersed by the spectroscope 12. The wavelength-dispersed transmitted light is detected by the photodetector 13
To be converted into an electric signal according to the light intensity of each wavelength and output. Therefore, this electric signal is a signal corresponding to the spectrum of the transmitted light. Then, this electric signal is input to the differentiating circuit 15 and differentiated. And this differentiation is equivalent to what differentiated the spectrum of transmitted light by photon energy.

【0029】したがって、記憶素子1に書込光が照射さ
れ情報が記録されている場合には、上述したように(図
1(B)(C)(D)参照)、書込光のエネルギーに対
応した位置にピークを有する信号を得ることができる。
記憶素子1に波長の異なる書込光の照射により、波長多
重で複数の情報が記憶されている場合でも、各書込光の
エネルギーに対応した位置にそれぞれピークを有する信
号を得ることができる。すなわち、書込光エネルギーに
応じた情報を記憶素子1から波長多重で読み出すことが
可能である。
Therefore, when the storage element 1 is irradiated with the writing light and information is recorded, the energy of the writing light is changed as described above (see FIGS. 1B, 1C and 1D). A signal having peaks at corresponding positions can be obtained.
By irradiating the storage element 1 with writing light having different wavelengths, even when a plurality of pieces of information are stored by wavelength multiplexing, it is possible to obtain signals each having a peak at a position corresponding to the energy of each writing light. That is, it is possible to read the information corresponding to the write light energy from the storage element 1 by wavelength multiplexing.

【0030】上述の微分回路としては、例えば、図5に
示したものを用いることができる。上述の第一実施例で
は、記憶素子1に照射した読出光の透過光のスペクトル
を微分して各書込光のエネルギーに1対1で対応したピ
ーク信号を得ることにより、書込光エネルギーに応じた
情報を記憶素子1から波長多重で読み出し得るものであ
るが、記憶素子1に照射した読出光の透過光のスペクト
ルの代わりに吸収光のスペクトルを微分しても同様の結
果を得ることができる。ここで、吸収光のスペクトル
は、記憶素子1に照射される前の読出光スペクトルと照
射後の透過光スペクトルとの差として求めることができ
る。
As the above-mentioned differentiating circuit, for example, the one shown in FIG. 5 can be used. In the above-described first embodiment, the spectrum of the transmitted light of the read light with which the storage element 1 is irradiated is differentiated to obtain the peak signal corresponding to the energy of each write light in a one-to-one manner. The corresponding information can be read from the storage element 1 by wavelength multiplexing, but similar results can be obtained by differentiating the spectrum of the absorbed light instead of the spectrum of the transmitted light of the read light with which the storage element 1 is irradiated. it can. Here, the spectrum of the absorbed light can be obtained as a difference between the read light spectrum before the storage element 1 is irradiated and the transmitted light spectrum after the irradiation.

【0031】ところで、上述した第一実施例では、微分
回路15を設けて透過光のスペクトルを電気的に微分し
ているが、光学的に透過光のスペクトルを微分すること
としてもよい。このように、光学的に透過光のスペクト
ルを微分することとした本発明の第二実施例について図
6を参照しつつ説明する。図6は、第2実施例のブロッ
ク図である。
By the way, in the above-mentioned first embodiment, the differentiating circuit 15 is provided to electrically differentiate the spectrum of the transmitted light, but the spectrum of the transmitted light may be optically differentiated. In this way, a second embodiment of the present invention in which the spectrum of transmitted light is optically differentiated will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram of the second embodiment.

【0032】この実施例では、屈折率が吸収率スペクト
ルωの微分に相当することを利用する。そのためには、
読出し光源11から出射される読出光はビームスプリッ
タ等により2つに分け、一方の読出光は記憶素子1の情
報記憶部に照射し、他方の読出光は記憶素子1の情報が
記録されていない参照部に照射する。そして、それぞれ
の透過光をビームスプリッタ等を用いて再び重ね合わせ
て互いに干渉させ、分光器12に入射させる。すると、
両者の位相差△φに比例した光強度が分光器12に入力
され、波長分散される。そして、波長分散された光強度
が光検出器13に送られ、ここで波長毎の光強度に応じ
た電気信号に変換されて出力される。
In this embodiment, the fact that the refractive index corresponds to the derivative of the absorption spectrum ω is used. for that purpose,
The reading light emitted from the reading light source 11 is divided into two by a beam splitter or the like, one reading light is applied to the information storage unit of the storage element 1, and the other reading light does not record the information of the storage element 1. Irradiate the reference part. Then, the respective transmitted lights are overlapped again by using a beam splitter or the like, interfere with each other, and enter the spectroscope 12. Then,
Light intensity proportional to the phase difference Δφ between the two is input to the spectroscope 12 and wavelength-dispersed. Then, the wavelength-dispersed light intensity is sent to the photodetector 13, where it is converted into an electric signal corresponding to the light intensity for each wavelength and output.

【0033】この場合において、位相差△φは記憶素子
1の情報記憶部と参照部の屈折率差に比例するので、書
込光の照射による屈折率変化△n(ω)が分光器12に
より波長分散されることになる。そして、波長分散され
た屈折率変化△n(ω)が光検出器13に送られ、波長
毎の屈折率変化△n(ω)が光信号又は電気信号として
光検出器から出力されることになる。
In this case, since the phase difference Δφ is proportional to the difference in refractive index between the information storage section and the reference section of the storage element 1, the refractive index change Δn (ω) due to the irradiation of the writing light is determined by the spectroscope 12. It will be wavelength-dispersed. Then, the wavelength-dispersed refractive index change Δn (ω) is sent to the photodetector 13, and the refractive index change Δn (ω) for each wavelength is output from the photodetector as an optical signal or an electrical signal. Become.

【0034】ところが、次に示すクラマース・クロニッ
ヒ(Kramers-Kronig)の関係式
However, the following Kramers-Kronig relational expression

【0035】[0035]

【数1】 [Equation 1]

【0036】から屈折率変化△n(ω)From the change in refractive index Δn (ω)

【0037】[0037]

【数2】 [Equation 2]

【0038】と吸収率変化△α(ω)And absorption rate change Δα (ω)

【0039】[0039]

【数3】 [Equation 3]

【0040】との間には、Between and

【0041】[0041]

【数4】 [Equation 4]

【0042】の関係が成り立つ。したがって、光検出器
13から出力される屈折率変化のスペクトルに応じた電
気信号は、ほぼ吸収率スペクトルの変化分の微分に相当
する。この結果、記憶素子1に書込光が照射され情報が
記録されている場合には、上述した第一実施例の場合と
同様に、書込光のエネルギーに対応した位置にピークを
有する信号を得ることができ、書込光エネルギーに応じ
た情報を記憶素子1から波長多重で読み出すことが可能
である。
The following relationship holds. Therefore, the electric signal output from the photodetector 13 according to the spectrum of the change in the refractive index substantially corresponds to the derivative of the change in the absorption spectrum. As a result, when the storage element 1 is irradiated with the writing light and information is recorded, a signal having a peak at a position corresponding to the energy of the writing light is generated as in the case of the first embodiment described above. It is possible to obtain the information, and it is possible to read the information according to the writing light energy from the storage element 1 by wavelength multiplexing.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
層厚の異なる複数の量子井戸層に照射された読出光の透
過光または吸収光のスペクトルを光子エネルギーで微分
することにより、書込光エネルギーに対応した位置にピ
ークを有する信号を得ることができ、これにより、書込
光エネルギーに1対1で対応する信号が得られる。した
がって、量子井戸の層厚が原子層レベルで正確にコント
ロールされていない場合でも、波長多重で情報の記録・
読み出しが可能な光学的情報記憶装置を提供できる。
As described above, according to the present invention,
A signal having a peak at a position corresponding to the write light energy can be obtained by differentiating the spectrum of the transmitted light or the absorbed light of the read light with which the quantum well layers having different layer thicknesses are irradiated, by the photon energy. As a result, a signal corresponding to the writing light energy on a one-to-one basis is obtained. Therefore, even if the quantum well layer thickness is not accurately controlled at the atomic layer level, information can be recorded and recorded by wavelength multiplexing.
A readable optical information storage device can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】層厚の異なる複数の量子井戸の光吸収率の変化
を示したグラフである。
FIG. 1 is a graph showing changes in optical absorptance of a plurality of quantum wells having different layer thicknesses.

【図2】本発明に用いられる光学的情報記憶素子の断面
図である。
FIG. 2 is a sectional view of an optical information storage element used in the present invention.

【図3】本発明に用いられる光学的情報記憶素子の積層
部の断面構造図及びエネルギーレベルの分布を示した図
である。
3A and 3B are a cross-sectional structural view and a diagram showing energy level distribution of a laminated portion of an optical information storage element used in the present invention.

【図4】本発明の第一実施例のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of a first embodiment of the present invention.

【図5】微分回路の一例を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a differentiating circuit.

【図6】本発明の第二実施例のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a second embodiment of the present invention.

【図7】単一量子井戸の書込光照射による光吸収率の変
化を示したグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a change in light absorption rate of a single quantum well by irradiation with writing light.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光学的情報記憶素子 1a…半導体基板積層部 1b…積層部 3…量子井戸層 5a、5b…障壁層 6a、6b…補助障壁層 7…正孔分離層 10…書込み光源 11…読出し光源 12…分光器 13…光検出器 15…微分回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical information storage element 1a ... Semiconductor substrate laminated | stacked part 1b ... Laminated part 3 ... Quantum well layer 5a, 5b ... Barrier layer 6a, 6b ... Auxiliary barrier layer 7 ... Hole separation layer 10 ... Writing light source 11 ... Read light source 12 … Spectroscope 13… Photodetector 15… Differentiation circuit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 層厚の異なる複数の量子井戸層を有する
光学的情報記憶素子と、 前記光学的情報記憶素子に記憶されている情報を読出す
ため、前記光学的情報記憶素子に読出光を照射する読出
光照射手段と、 前記読出光照射手段から前記光学的情報記憶素子に照射
された読出光の透過光または吸収光のスペクトルを得る
分光手段と、 前記分光手段で得られたスペクトルを光子エネルギーで
微分するスペクトル微分手段とを備えたことを特徴とす
る光学的情報記憶装置。
1. An optical information storage element having a plurality of quantum well layers having different layer thicknesses, and read light to the optical information storage element for reading information stored in the optical information storage element. Reading light irradiating means for irradiating, spectroscopic means for obtaining a spectrum of transmitted light or absorbed light of the reading light applied to the optical information storage element from the reading light irradiating means, and a spectrum obtained by the spectroscopic means for photon An optical information storage device comprising a spectrum differentiating means for differentiating with energy.
【請求項2】 請求項1記載の光学的情報記憶装置にお
いて、 前記スペクトル微分手段は、電気的にスペクトルを微分
する電気的微分回路であることを特徴とする光学的情報
記憶装置。
2. The optical information storage device according to claim 1, wherein the spectrum differentiating means is an electrical differentiating circuit that electrically differentiates a spectrum.
【請求項3】 請求項1記載の光学的情報記憶装置にお
いて、 前記スペクトル微分手段は、光学的にスペクトルを微分
する光学的微分手段であることを特徴とする光学的情報
記憶装置。
3. The optical information storage device according to claim 1, wherein the spectrum differentiating means is an optical differentiating means for optically differentiating a spectrum.
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