JPH0645633A - 半導体光スイッチとその駆動方法 - Google Patents
半導体光スイッチとその駆動方法Info
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- JPH0645633A JPH0645633A JP4216417A JP21641792A JPH0645633A JP H0645633 A JPH0645633 A JP H0645633A JP 4216417 A JP4216417 A JP 4216417A JP 21641792 A JP21641792 A JP 21641792A JP H0645633 A JPH0645633 A JP H0645633A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/0004—Devices characterised by their operation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
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- H01L31/00—Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/12—Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ２次元集積が可能で、かつ高速な動作が可能
な、発光・受光機能を有する半導体光スイッチとその駆
動方法を提供する。 【構成】 エミッタ及びコレクタのエネルギーギャップ
がベースのそれよりも大きなダブルヘテロ構造のバイボ
ーラトランジスタを基板上に集積し、隣合うトランジス
タのベースを他方のコレクタに接続してフィードバック
ループを形成する。コレクタに接続した抵抗を介し、光
入射と同時に電圧を印加すれば、ベース層で吸収された
光がベース電流となり正帰還によって光を入射したトラ
ンジスタがＯＮ他方がＯＦＦ状態へとスイッチする。Ｏ
Ｎしたトランジスタのベース電位とコレクタ電位はほぼ
等しくなるため、電流増幅作用が失われ注入された電荷
はダブルヘテロ構造によってベースに蓄積され、発光す
る。一定時間発光させた後に電圧を０として電荷を引き
抜くことによって状態変化に必要な光強度を小さくする
ことが可能である。
な、発光・受光機能を有する半導体光スイッチとその駆
動方法を提供する。 【構成】 エミッタ及びコレクタのエネルギーギャップ
がベースのそれよりも大きなダブルヘテロ構造のバイボ
ーラトランジスタを基板上に集積し、隣合うトランジス
タのベースを他方のコレクタに接続してフィードバック
ループを形成する。コレクタに接続した抵抗を介し、光
入射と同時に電圧を印加すれば、ベース層で吸収された
光がベース電流となり正帰還によって光を入射したトラ
ンジスタがＯＮ他方がＯＦＦ状態へとスイッチする。Ｏ
Ｎしたトランジスタのベース電位とコレクタ電位はほぼ
等しくなるため、電流増幅作用が失われ注入された電荷
はダブルヘテロ構造によってベースに蓄積され、発光す
る。一定時間発光させた後に電圧を０として電荷を引き
抜くことによって状態変化に必要な光強度を小さくする
ことが可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は半導体光スイッチとそ
の駆動方法に関する。
の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光を情報処理に利用することによって高
速、大容量な処理が可能になると期待されている。これ
は光が空間を伝播し、干渉性が小さいために高密度な情
報伝送が行えるためである。このような光の性質を活用
するためには、２次元に集積でき、垂直方向に光信号の
入出力が行える光デバイスが必要である。その例として
ｐｎｐｎ構造の光サイリスタを用いた光スイッチがあ
る。この素子については、１９８８年発行の雑誌「アプ
ライド・フィジックス・レター（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙ
ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ）」のボリューム５２の６７９
頁から６８１頁に掲載の論文“低消費ダイナミックメモ
リとしてのダブルヘテロ構造光電スイッチ（Ｄｏｕｂｌ
ｅ ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｐｔｏｅｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃ ｓｗｉｔｃｈ ａｓ ａ ｄｙｎａｍ
ｉｃ ｍｅｍｏｒｙ ｗｉｔｈ ｌｏｗ−ｐｏｗｅｒ
ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）”に詳しく述べられている。
この素子はｐｎｐｎ最上部と最下部に設けたアノード及
びカソード電極の間に順方向の電圧を加えておき、光を
入射することにより、高抵抗のＯＦＦ状態から低抵抗の
ＯＮ状態へとスイッチし、電流が流れて発光する。この
素子を用いて光入出力を行なう場合、ＯＮ状態の素子を
ＯＦＦ状態にリセットするのに時間がかかるため、高速
な動作が困難である。これは素子に蓄積した電荷が消滅
しにくい構造となっているためで、素子を高速に駆動す
るためには、中央のｐ及びｎ層にも電荷引き抜きのため
のゲート電極をそれぞれ設け、４端子構造とし、素子内
部に蓄積された電荷を高速に引き抜く構造が必要であ
る。しかしながら、４端子構造とした場合、４つの電極
を設けるための素子作製技術が複雑となり、２次元に集
積した場合、素子特性の不均一、駆動回路の複雑化等の
問題が生じると考えられる。
速、大容量な処理が可能になると期待されている。これ
は光が空間を伝播し、干渉性が小さいために高密度な情
報伝送が行えるためである。このような光の性質を活用
するためには、２次元に集積でき、垂直方向に光信号の
入出力が行える光デバイスが必要である。その例として
ｐｎｐｎ構造の光サイリスタを用いた光スイッチがあ
る。この素子については、１９８８年発行の雑誌「アプ
ライド・フィジックス・レター（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙ
ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ）」のボリューム５２の６７９
頁から６８１頁に掲載の論文“低消費ダイナミックメモ
リとしてのダブルヘテロ構造光電スイッチ（Ｄｏｕｂｌ
ｅ ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｐｔｏｅｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃ ｓｗｉｔｃｈ ａｓ ａ ｄｙｎａｍ
ｉｃ ｍｅｍｏｒｙ ｗｉｔｈ ｌｏｗ−ｐｏｗｅｒ
ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）”に詳しく述べられている。
この素子はｐｎｐｎ最上部と最下部に設けたアノード及
びカソード電極の間に順方向の電圧を加えておき、光を
入射することにより、高抵抗のＯＦＦ状態から低抵抗の
ＯＮ状態へとスイッチし、電流が流れて発光する。この
素子を用いて光入出力を行なう場合、ＯＮ状態の素子を
ＯＦＦ状態にリセットするのに時間がかかるため、高速
な動作が困難である。これは素子に蓄積した電荷が消滅
しにくい構造となっているためで、素子を高速に駆動す
るためには、中央のｐ及びｎ層にも電荷引き抜きのため
のゲート電極をそれぞれ設け、４端子構造とし、素子内
部に蓄積された電荷を高速に引き抜く構造が必要であ
る。しかしながら、４端子構造とした場合、４つの電極
を設けるための素子作製技術が複雑となり、２次元に集
積した場合、素子特性の不均一、駆動回路の複雑化等の
問題が生じると考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、上
記の欠点を無くし、２次元集積が容易な半導体光スイッ
チ及びその駆動方法を提供するものである。
記の欠点を無くし、２次元集積が容易な半導体光スイッ
チ及びその駆動方法を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の光スイッチは直
接遷移形半導体を材料とするバイポーラトランジスタが
同一基板上に集積され、隣合う２つのバイポーラトラン
ジスタのベース電極が他方のコレクタ電極に各々接続さ
れ、クレクタ電極は抵抗を介して同一の電源に接続され
ていることを特徴とし、そのバイポーラトランジスタ
の、エミッタ及びコレクタ部分の半導体エネルギーギャ
ップがベース部分の半導体のエネルギーギャップよりも
大きい、ダブルヘテロ構造となっていることを特徴とし
てる。
接遷移形半導体を材料とするバイポーラトランジスタが
同一基板上に集積され、隣合う２つのバイポーラトラン
ジスタのベース電極が他方のコレクタ電極に各々接続さ
れ、クレクタ電極は抵抗を介して同一の電源に接続され
ていることを特徴とし、そのバイポーラトランジスタ
の、エミッタ及びコレクタ部分の半導体エネルギーギャ
ップがベース部分の半導体のエネルギーギャップよりも
大きい、ダブルヘテロ構造となっていることを特徴とし
てる。
【０００５】第二の発明の光スイッチは、第一の発明の
光スイッチを構成するそれぞれのバイポーラトランジス
タの上下に光反射鏡が形成されていることを特徴として
いる。さらに第三の発明の光スイッチでは、半導体光ス
イッチを構成する２つのバイポーラトランジスタの各々
のベース電極が逆方向に接続されたダイオードを介して
第２の電源に接続されていることを特徴としている。
光スイッチを構成するそれぞれのバイポーラトランジス
タの上下に光反射鏡が形成されていることを特徴として
いる。さらに第三の発明の光スイッチでは、半導体光ス
イッチを構成する２つのバイポーラトランジスタの各々
のベース電極が逆方向に接続されたダイオードを介して
第２の電源に接続されていることを特徴としている。
【０００６】また、本発明の光スイッチを駆動する方法
としては半導体光スイッチを構成する２つのバイポーラ
トランジスタにそれぞれ強度の異なる光を入射し、光入
射と同時にエミッタ、ベース接合を順方向に、コレク
タ、ベース接合を逆方向となるように電圧を印加するこ
とを特徴としており、さらに別の駆動方法ではベース電
極にダイオードを介して第２の電源電圧を接続した構成
で、光入射の直前までダイオードに印加する電圧を逆方
向とし、光入射時に順方向にすることを特徴としてい
る。
としては半導体光スイッチを構成する２つのバイポーラ
トランジスタにそれぞれ強度の異なる光を入射し、光入
射と同時にエミッタ、ベース接合を順方向に、コレク
タ、ベース接合を逆方向となるように電圧を印加するこ
とを特徴としており、さらに別の駆動方法ではベース電
極にダイオードを介して第２の電源電圧を接続した構成
で、光入射の直前までダイオードに印加する電圧を逆方
向とし、光入射時に順方向にすることを特徴としてい
る。
【０００７】
【作用】本発明では、直接遷移形の半導体を材料とする
バイポーラトランジスタ構造を用いる。このバイポーラ
トランジスタのエミッタ及びコレクタ部分の半導体のエ
ネルギーギャップをベース部分の半導体のエネルギーギ
ャップよりも大きくしたダブルヘテロ構造としている。
エミッタ、ベース接合及びコレクタ、ベースの接合の界
面は組成をなだらかに変えた層を挿入しており、直接接
合した場合に接合部にできる突起状の電位障壁を抑制し
ている。バイポーラトランジスタは半導体基板上に集積
され、隣合う２つのバイポーラトランジスタの各々のベ
ース電極を他方のコレクタ電極と接続し、コレクタ電極
を抵抗を介して電源と接続し、エミッタとコレクタ間に
電圧を加える。この電圧はエミッタ、ベース間を順方
向、コレクタ、ベース間を逆方向となるようにする。こ
の状態で一方のトランジスタに光を入射するとベース層
で光が吸収されてベース電流となり、このベース電流と
トランジスタの電流増幅率の積がコレクタ電流となって
コレクタ電流に接続された抵抗に電圧を発生させ、コレ
クタの電位が下がる。このため他方のトランジスタはベ
ース電位が下がり、電流が流れないカットオフ状態とな
りコレクタ電圧が上がる。光を入射したトランジスタの
ベースは他方のトランジスタのコレクタ電位の上昇によ
ってさらに順方向にバイアスされ、コレクタ電流を増加
させる。この電流の正帰還によって２つのトランジスタ
は光を入射した側がＯＮ状態に、他方がＯＦＦ状態にな
る。ＯＮ状態になったトランジスタは、光入射をやめて
もＯＮ状態に保たれる。この状態でＯＮになったトラン
ジスタには電流が流れるが、このトランジスタのベース
電位とコレクタ電位はほぼ同じとなりトランジスタの電
流増幅動作をほとんど示さない飽和状態となる。このた
め、注入された電荷はベース層に蓄積し、再結合して発
光する。この場合に、エミッタとコレクタはベースより
もエネルギーギャップが大きいため、注入された電荷は
ベース層内に効率よく蓄積されるようになっている。こ
のような構成により、光を受けてスイッチし、電流注入
によって発光するスイッチが得られる。さらにバイポー
ラトランジスタの上下を光反射鏡で挟み、光共振器を形
成することによってレーザ発振が可能となり、垂直方向
のレーザ光出力が得られる。
バイポーラトランジスタ構造を用いる。このバイポーラ
トランジスタのエミッタ及びコレクタ部分の半導体のエ
ネルギーギャップをベース部分の半導体のエネルギーギ
ャップよりも大きくしたダブルヘテロ構造としている。
エミッタ、ベース接合及びコレクタ、ベースの接合の界
面は組成をなだらかに変えた層を挿入しており、直接接
合した場合に接合部にできる突起状の電位障壁を抑制し
ている。バイポーラトランジスタは半導体基板上に集積
され、隣合う２つのバイポーラトランジスタの各々のベ
ース電極を他方のコレクタ電極と接続し、コレクタ電極
を抵抗を介して電源と接続し、エミッタとコレクタ間に
電圧を加える。この電圧はエミッタ、ベース間を順方
向、コレクタ、ベース間を逆方向となるようにする。こ
の状態で一方のトランジスタに光を入射するとベース層
で光が吸収されてベース電流となり、このベース電流と
トランジスタの電流増幅率の積がコレクタ電流となって
コレクタ電流に接続された抵抗に電圧を発生させ、コレ
クタの電位が下がる。このため他方のトランジスタはベ
ース電位が下がり、電流が流れないカットオフ状態とな
りコレクタ電圧が上がる。光を入射したトランジスタの
ベースは他方のトランジスタのコレクタ電位の上昇によ
ってさらに順方向にバイアスされ、コレクタ電流を増加
させる。この電流の正帰還によって２つのトランジスタ
は光を入射した側がＯＮ状態に、他方がＯＦＦ状態にな
る。ＯＮ状態になったトランジスタは、光入射をやめて
もＯＮ状態に保たれる。この状態でＯＮになったトラン
ジスタには電流が流れるが、このトランジスタのベース
電位とコレクタ電位はほぼ同じとなりトランジスタの電
流増幅動作をほとんど示さない飽和状態となる。このた
め、注入された電荷はベース層に蓄積し、再結合して発
光する。この場合に、エミッタとコレクタはベースより
もエネルギーギャップが大きいため、注入された電荷は
ベース層内に効率よく蓄積されるようになっている。こ
のような構成により、光を受けてスイッチし、電流注入
によって発光するスイッチが得られる。さらにバイポー
ラトランジスタの上下を光反射鏡で挟み、光共振器を形
成することによってレーザ発振が可能となり、垂直方向
のレーザ光出力が得られる。
【０００８】この光スイッチの状態を反転させるには、
ＯＦＦ状態のトランジスタに光を入射し、ベース電流を
流すことで可能であるが、ＯＮ状態であったトランジス
タに蓄積された電荷を打ち消すだけの電流を流す必要が
あるため、光の強度を大きくしなければならず、必要と
なる光のエネルギーが大きい。光のエネルギーを小さく
するには、光を入射する前に電源電圧を０まで下げ、ト
ランジスタに蓄積された電荷を引き抜き、両方のトラン
ジスタを一度ＯＦＦ状態にしておき、光入射に合わせて
再び電圧を印加する。
ＯＦＦ状態のトランジスタに光を入射し、ベース電流を
流すことで可能であるが、ＯＮ状態であったトランジス
タに蓄積された電荷を打ち消すだけの電流を流す必要が
あるため、光の強度を大きくしなければならず、必要と
なる光のエネルギーが大きい。光のエネルギーを小さく
するには、光を入射する前に電源電圧を０まで下げ、ト
ランジスタに蓄積された電荷を引き抜き、両方のトラン
ジスタを一度ＯＦＦ状態にしておき、光入射に合わせて
再び電圧を印加する。
【０００９】さらに、それぞれのベース電極にダイオー
ドを逆方向に接続し、それらを別の電源に接続し、逆の
方向の電圧を印加すれば、ダイオードが導通し、ベース
に蓄積された電荷を高速に引き抜くことができる。光を
入射するときにこの電圧をコレクタに印加する電圧と同
じ程度にしておけば、ダイオードはスイッチングに影響
しなくなる。先の方法では抵抗を介して電荷の引き抜き
を行うのに対して、この方法ではダイオードを導通させ
て電荷を引き抜くので、さらに高速な動作が可能とな
る。
ドを逆方向に接続し、それらを別の電源に接続し、逆の
方向の電圧を印加すれば、ダイオードが導通し、ベース
に蓄積された電荷を高速に引き抜くことができる。光を
入射するときにこの電圧をコレクタに印加する電圧と同
じ程度にしておけば、ダイオードはスイッチングに影響
しなくなる。先の方法では抵抗を介して電荷の引き抜き
を行うのに対して、この方法ではダイオードを導通させ
て電荷を引き抜くので、さらに高速な動作が可能とな
る。
【００１０】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。以下に示す実施例で用いるトランジスタはｐｎｐｎ
形のものであるが、ｐｎｐｎ形の場合にも電源の極性が
逆になるだけで同様の効果が得られる。
る。以下に示す実施例で用いるトランジスタはｐｎｐｎ
形のものであるが、ｐｎｐｎ形の場合にも電源の極性が
逆になるだけで同様の効果が得られる。
【００１１】図１は本発明の請求項１から請求項２に記
載の半導体光スイッチの原理を示す図で、ｐｎｐｎトラ
ンジスタによって構成した例を示してある。同一基板上
に形成された隣合うトランジスタ１とトランジスタ２の
コレクタ電極はそれぞれ同じ抵抗値の抵抗３を介して電
源４に接続されている。各々のトランジスタのベース電
極は他方のトランジスタのコレクタ電極に接続され、エ
ミッタ電極は電源のグランドに接続されている。電源４
の電圧をグランドに対して正とすれば、トランジスタの
エミッタ、ベース間は順方向、コレクタ、ベース間は逆
方向にバイアスされる。それぞれのトランジスタには光
入出射用の窓が設けてあり、異なる強度の光５，６を入
射する。先ず、トランジスタ１に入射光５が入射した場
合の動作を説明する。入射した光はトランジスタ１のベ
ース層で吸収されてベース電流となり、その電流が増幅
されてコレクタ電流が流れ、コレクタに接続された抵抗
に電圧降下を起こすためトランジスタ１のコレクタ電位
が下がる。トランジスタ２のベースはトランジスタ１の
コレクタと接続されているので電位が下がり、カットオ
フ状態となり、トランジスタ２のコレクタ電位が上が
る。このためトランジスタ１のベース電流が増加し、コ
レクタ電位をさらに下げる。この正帰還によって光を入
射したトランジスタ１はＯＮ状態に、トランジスタ２は
ＯＦＦ状態に安定し、光入射を止めてもこの状態は変化
しない。ＯＮしたトランジスタには電流が注入されて発
光し、光入出射用の窓を通して出射する。両方のトラン
ジスタに光が入射した場合には、その強度の違いによっ
て各々のトランジスタのベース電流に差が生じ、一方に
光入射がある場合と同様な正帰還によって入射光の強度
が大きい方のトランジスタがＯＮする。抵抗３の値は電
源電圧とＯＮしたトランジスタを発光させるのに必要な
電流によって決まる。電源電圧を３Ｖから５Ｖ程度、注
入電流を１０ｍＡ程度とすると、抵抗３は数１００Ωの
値となる。
載の半導体光スイッチの原理を示す図で、ｐｎｐｎトラ
ンジスタによって構成した例を示してある。同一基板上
に形成された隣合うトランジスタ１とトランジスタ２の
コレクタ電極はそれぞれ同じ抵抗値の抵抗３を介して電
源４に接続されている。各々のトランジスタのベース電
極は他方のトランジスタのコレクタ電極に接続され、エ
ミッタ電極は電源のグランドに接続されている。電源４
の電圧をグランドに対して正とすれば、トランジスタの
エミッタ、ベース間は順方向、コレクタ、ベース間は逆
方向にバイアスされる。それぞれのトランジスタには光
入出射用の窓が設けてあり、異なる強度の光５，６を入
射する。先ず、トランジスタ１に入射光５が入射した場
合の動作を説明する。入射した光はトランジスタ１のベ
ース層で吸収されてベース電流となり、その電流が増幅
されてコレクタ電流が流れ、コレクタに接続された抵抗
に電圧降下を起こすためトランジスタ１のコレクタ電位
が下がる。トランジスタ２のベースはトランジスタ１の
コレクタと接続されているので電位が下がり、カットオ
フ状態となり、トランジスタ２のコレクタ電位が上が
る。このためトランジスタ１のベース電流が増加し、コ
レクタ電位をさらに下げる。この正帰還によって光を入
射したトランジスタ１はＯＮ状態に、トランジスタ２は
ＯＦＦ状態に安定し、光入射を止めてもこの状態は変化
しない。ＯＮしたトランジスタには電流が注入されて発
光し、光入出射用の窓を通して出射する。両方のトラン
ジスタに光が入射した場合には、その強度の違いによっ
て各々のトランジスタのベース電流に差が生じ、一方に
光入射がある場合と同様な正帰還によって入射光の強度
が大きい方のトランジスタがＯＮする。抵抗３の値は電
源電圧とＯＮしたトランジスタを発光させるのに必要な
電流によって決まる。電源電圧を３Ｖから５Ｖ程度、注
入電流を１０ｍＡ程度とすると、抵抗３は数１００Ωの
値となる。
【００１２】図２は本半導体光スイッチの構成をするト
ランジスタの構造を示した図である。ｎ形ＧａＡｓ基板
１１の上にｎ形ＡｌＧａＡｓ層１２、ｎ形ＡｌＧａＡｓ
グレーディッド層１３、ｐ形ＧａＡｓ層１４、ｎ形Ａｌ
ＧａＡｓグレーディッド層１５、ｎ形ＡｌＧａＡｓ層１
６、ｎ形ＧａＡｓ層１７を順に積層したバイポーラトラ
ンジスタ構造となっている。各層の組成、膜厚及び不純
物濃度は、１２のＡｌＧａＡｓはＡｌ組成が０．４、膜
厚４００ｎｍ、不純物濃度１×１０18ｃｍ-3、１３のＡ
ｌＧａＡｓはＡｌ組成を０．４から０まで膜厚２０ｎｍ
の中でなだらかに変化させており、不純物濃度は１×１
０18ｃｍ-3である。１４のＧａＡｓは膜厚１００ｎｍ、
不純物濃度２×１０18ｃｍ-3、１５のＡｌＧａＡｓはＡ
ｌ組成を０から０．４まで膜厚２０ｎｍの中でなだらか
に変化させており、不純物濃度は１×１０17ｃｍ-3であ
る。１６のＡｌＧａＡｓはＡｌ組成０．４、膜厚４００
ｎｍ、不純物濃度１×１０17ｃｍ-3、１７のＧａＡｓは
膜厚１００ｎｍ、不純物濃度２×１０18ｃｍ-3である。
本実施例ではｐ形ＧａＡｓ層１４をベース、基板側のｎ
形ＡｌＧａＡｓ層１２，１３をエミッタ、上側のｎ形Ａ
ｌＧａＡｓ層１５，１６をコレクタとしている。１７の
ＧａＡｓ層はコレクタ電極形成のためのコンタクト層
で、コレクタ電極には光入射用の窓が形成されている。
ベース電極はエッチングによりコレクタ部分となるＡｌ
ＧａＡｓ層１５，１６を取り去った後に形成する。さら
にｐ形ＧａＡｓ層１４及びｎ形ＡｌＧａＡｓ層１２，１
３をエッチングしてエミッタ部分を形成する。ｎ形Ａｌ
ＧａＡｓ層１２をエミッタとして用いると、ｎ形ＧａＡ
ｓ基板１１を共通のグランドすることができ、基板裏面
にグランド電極を形成することで個々のエミッタ電極を
形成する必要が無くなる。
ランジスタの構造を示した図である。ｎ形ＧａＡｓ基板
１１の上にｎ形ＡｌＧａＡｓ層１２、ｎ形ＡｌＧａＡｓ
グレーディッド層１３、ｐ形ＧａＡｓ層１４、ｎ形Ａｌ
ＧａＡｓグレーディッド層１５、ｎ形ＡｌＧａＡｓ層１
６、ｎ形ＧａＡｓ層１７を順に積層したバイポーラトラ
ンジスタ構造となっている。各層の組成、膜厚及び不純
物濃度は、１２のＡｌＧａＡｓはＡｌ組成が０．４、膜
厚４００ｎｍ、不純物濃度１×１０18ｃｍ-3、１３のＡ
ｌＧａＡｓはＡｌ組成を０．４から０まで膜厚２０ｎｍ
の中でなだらかに変化させており、不純物濃度は１×１
０18ｃｍ-3である。１４のＧａＡｓは膜厚１００ｎｍ、
不純物濃度２×１０18ｃｍ-3、１５のＡｌＧａＡｓはＡ
ｌ組成を０から０．４まで膜厚２０ｎｍの中でなだらか
に変化させており、不純物濃度は１×１０17ｃｍ-3であ
る。１６のＡｌＧａＡｓはＡｌ組成０．４、膜厚４００
ｎｍ、不純物濃度１×１０17ｃｍ-3、１７のＧａＡｓは
膜厚１００ｎｍ、不純物濃度２×１０18ｃｍ-3である。
本実施例ではｐ形ＧａＡｓ層１４をベース、基板側のｎ
形ＡｌＧａＡｓ層１２，１３をエミッタ、上側のｎ形Ａ
ｌＧａＡｓ層１５，１６をコレクタとしている。１７の
ＧａＡｓ層はコレクタ電極形成のためのコンタクト層
で、コレクタ電極には光入射用の窓が形成されている。
ベース電極はエッチングによりコレクタ部分となるＡｌ
ＧａＡｓ層１５，１６を取り去った後に形成する。さら
にｐ形ＧａＡｓ層１４及びｎ形ＡｌＧａＡｓ層１２，１
３をエッチングしてエミッタ部分を形成する。ｎ形Ａｌ
ＧａＡｓ層１２をエミッタとして用いると、ｎ形ＧａＡ
ｓ基板１１を共通のグランドすることができ、基板裏面
にグランド電極を形成することで個々のエミッタ電極を
形成する必要が無くなる。
【００１３】図３は図２の層構造で、ベース電極の形成
方法を変えた構造である。表面からベースまでのｎ形の
層に拡散あるいはイオン注入によってｐ形の領域３１を
形成し、その領域の上にベース電極を形成することによ
って、エッチングによる段差の少ない素子作製工程が可
能である。
方法を変えた構造である。表面からベースまでのｎ形の
層に拡散あるいはイオン注入によってｐ形の領域３１を
形成し、その領域の上にベース電極を形成することによ
って、エッチングによる段差の少ない素子作製工程が可
能である。
【００１４】図４は図２に示したトランジスタを２個用
いて光スイッチを構成した実施例である。各々のトラン
ジスタのコレクタ電極を他方のトランジスタのベース電
極に接続する配線と、外付けの抵抗に配線するための電
極パッド４１を絶縁膜の上に形成している。
いて光スイッチを構成した実施例である。各々のトラン
ジスタのコレクタ電極を他方のトランジスタのベース電
極に接続する配線と、外付けの抵抗に配線するための電
極パッド４１を絶縁膜の上に形成している。
【００１５】図５は請求項３に記載の光スイッチの構造
を示す実施例である。トランジスタの上下をＡｌＧａＡ
ｓ５１とＡｌＡｓ５２を厚みがそれぞれ発光波長の１／
４の膜を積層した多層膜反射鏡５０で挟んだ構造とし、
光共振器を形成している。トランジスタ部分は全体の膜
厚を発光波長の１／２の整数倍となるようにする。活性
層となるベース層を共振器内に形成される定在波の腹の
位置に置くことにより、光の吸収効率及び、発光効率を
最大にできる。本実施例ではトランジスタの膜厚を発光
波長の２倍とし、ベース層をトランジスタの中心に位置
させている。
を示す実施例である。トランジスタの上下をＡｌＧａＡ
ｓ５１とＡｌＡｓ５２を厚みがそれぞれ発光波長の１／
４の膜を積層した多層膜反射鏡５０で挟んだ構造とし、
光共振器を形成している。トランジスタ部分は全体の膜
厚を発光波長の１／２の整数倍となるようにする。活性
層となるベース層を共振器内に形成される定在波の腹の
位置に置くことにより、光の吸収効率及び、発光効率を
最大にできる。本実施例ではトランジスタの膜厚を発光
波長の２倍とし、ベース層をトランジスタの中心に位置
させている。
【００１６】図６は請求項４に記載の光スイッチの構成
を示す実施例である。トランジスタのベース電極にダイ
オード６２のアノードを接続し、カソードを第二の電源
６１に接続する。
を示す実施例である。トランジスタのベース電極にダイ
オード６２のアノードを接続し、カソードを第二の電源
６１に接続する。
【００１７】図７は、ｎ形ＡｌＧａＡｓ層の一部をカソ
ード部分と分離し、ｐｎ接合のダイオードを構成してい
る。
ード部分と分離し、ｐｎ接合のダイオードを構成してい
る。
【００１８】図８は請求項５に記載の光スイッチの駆動
方法の実施例を示す図である。パルス状の光を入射する
のと同時に、正の電圧をコレクタに印加する。光を入射
した側のトランジスタは正帰還によってＯＮ状態とな
り、発光する。一定時間光を出力した後、電圧を０とし
てトランジスタに蓄積された電荷を消滅させる。次の光
入力と同時に正の電圧を印加してスイッチングさせる。
方法の実施例を示す図である。パルス状の光を入射する
のと同時に、正の電圧をコレクタに印加する。光を入射
した側のトランジスタは正帰還によってＯＮ状態とな
り、発光する。一定時間光を出力した後、電圧を０とし
てトランジスタに蓄積された電荷を消滅させる。次の光
入力と同時に正の電圧を印加してスイッチングさせる。
【００１９】図９は請求項６に記載の光スイッチの駆動
方法の実施例を示す図である。光を入射する前に、ベー
スに逆方向に接続されたダイオードに電源電圧２として
一定時間負の電圧を加え、ダイオードを導通状態として
トランジスタ内の電荷を引き抜く。光入射に合わせてダ
イオードに電源電圧２を正にすることによってダイオー
ドは逆バイアスとなって電気的に切り放される。コレク
タには常時一定の電源電圧１を加えておき、光入射によ
って光が入射した方のトランジスタがＯＮ状態にスイッ
チする。
方法の実施例を示す図である。光を入射する前に、ベー
スに逆方向に接続されたダイオードに電源電圧２として
一定時間負の電圧を加え、ダイオードを導通状態として
トランジスタ内の電荷を引き抜く。光入射に合わせてダ
イオードに電源電圧２を正にすることによってダイオー
ドは逆バイアスとなって電気的に切り放される。コレク
タには常時一定の電源電圧１を加えておき、光入射によ
って光が入射した方のトランジスタがＯＮ状態にスイッ
チする。
【００２０】
【発明の効果】以上詳細に述べたように、本発明によれ
ば、構造が簡単で、かつ、高速駆動が可能な半導体光ス
イッチが実現できる。
ば、構造が簡単で、かつ、高速駆動が可能な半導体光ス
イッチが実現できる。
【図１】第１の発明の半導体光スイッチの原理を示す
図。
図。
【図２】光スイッチを構成するトランジスタの一実施例
を示す図。
を示す図。
【図３】光スイッチを構成するトランジスタの別の実施
例を示す図。
例を示す図。
【図４】光スイッチの構成の一実施例を示す図。
【図５】第２の発明の半導体光スイッチの実施例を示す
図。
図。
【図６】第３の発明の半導体光スイッチの構成を示す
図。
図。
【図７】第３の発明の半導体光スイッチの実施例を示す
図。
図。
【図８】半導体光スイッチの駆動方法の一実施例を示す
図。
図。
【図９】半導体光スイッチの駆動方法の別の実施例を示
す図。
す図。
１，２ トランジスタ ３ 抵抗 ４ 電源 ５，６ 入射光 １１ ｎ形ＧａＡｓ基板 １２，１６ ｎ形ＡｌＧａＡｓ層 １３，１５ ｎ形ＡｌＧａＡｓグレーディッド層 １７ ｎ形ＧａＡｓ層 １８ コレクタ電極 １９ ベース電極 ２０ エミッタ電極 ３１ 不純物拡散領域 ４１ 電極パッド ５０ 半導体多層膜反射鏡 ５１ ｎ形ＡｌＧａＡｓ層 ５２ ｎ形ＡｌＡｓ層 ６１ 第２電源 ６２ ダイオード ７０ カソード電極
Claims (6)
- 【請求項１】 直接遷移形半導体を材料とするバイポー
ラトランジスタが同一基板上に集積され、隣合う２つの
バイポーラトランジスタのベース電極が他方のコレクタ
電極に各々接続され、コレクタ電極は抵抗を介して同一
の電源に接続されていることを特徴とする半導体光スイ
ッチ。 - 【請求項２】 前記バイポーラトランジスタで、エミッ
タ及びコレクタ部分の半導体エネルギーギャップがベー
ス部分のエネルギーギャップよりも大きく、エミッタと
ベースの接合部分及び、コレクタとベースの接合部分に
エネルギーギャップをなだらかに変化させた層が挿入さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の半導体光ス
イッチ。 - 【請求項３】 前記バイポーラトランジスタの上下に光
反射鏡が形成されていることを特徴とする請求項１又は
２に記載の半導体光スイッチ。 - 【請求項４】 前記２つのバイポーラトランジスタの各
々のベース電極が逆方向に接続されたダイオードを介し
て第２の電源に接続されていることを特徴とする請求項
１又は２に記載の半導体光スイッチ。 - 【請求項５】 請求項１又は２に記載された半導体光ス
イッチを駆動する方法において、前記２つのバイポーラ
トランジスタに強度の異なる光を入射し、光入射と同時
にエミッタ、ベース接合を順方向に、コレクタ、ベース
接合を逆方向となるように電圧を印加することを特徴と
する半導体光スイッチの駆動方法。 - 【請求項６】 請求項４に記載された半導体光スイッチ
を駆動する方法において、前記ベース電極にダイオード
を介して接続された第２の電源電圧を光入射の直前まで
逆方向とし、光入射時に順方向にすることを特徴とする
半導体光スイッチの駆動方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4216417A JPH0645633A (ja) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | 半導体光スイッチとその駆動方法 |
| US08/093,717 US5414282A (en) | 1992-07-22 | 1993-07-20 | Semiconductor optoelectronic switch and method for driving the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4216417A JPH0645633A (ja) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | 半導体光スイッチとその駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0645633A true JPH0645633A (ja) | 1994-02-18 |
Family
ID=16688241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4216417A Pending JPH0645633A (ja) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | 半導体光スイッチとその駆動方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5414282A (ja) |
| JP (1) | JPH0645633A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2018128103A1 (ja) * | 2017-01-05 | 2019-07-25 | パナソニック株式会社 | 半導体リレー |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5604136A (en) * | 1995-05-26 | 1997-02-18 | National Science Council | Method of manufacturing light converter with amorphous-silicon pin heterojunction diode |
| SE511314C2 (sv) * | 1997-02-07 | 1999-09-06 | Ericsson Telefon Ab L M | Framställning av heterobipolär transistor och laserdiod på samma substrat |
| US6137123A (en) * | 1999-08-17 | 2000-10-24 | Honeywell International Inc. | High gain GaN/AlGaN heterojunction phototransistor |
| US6473541B1 (en) | 1999-09-15 | 2002-10-29 | Seng-Tiong Ho | Photon transistors |
| US6298180B1 (en) | 1999-09-15 | 2001-10-02 | Seng-Tiong Ho | Photon transistors |
| US6707074B2 (en) * | 2000-07-04 | 2004-03-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device and apparatus for driving the same |
| DE10131608B4 (de) * | 2001-06-29 | 2004-02-05 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Photosensor für ein Durchlichtverfahren zur Detektion der Bewegungsrichtung von Intensitätsmaxima und Intensitätsminima einer optischen stehenden Welle |
| JP3760235B2 (ja) * | 2003-04-04 | 2006-03-29 | 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 | 半導体レーザ及び半導体レーザの発振方法 |
| JP4720637B2 (ja) * | 2005-09-07 | 2011-07-13 | セイコーエプソン株式会社 | 光素子及びその製造方法 |
| US7960753B2 (en) * | 2007-09-11 | 2011-06-14 | The Aerospace Corporation | Surface plasmon polariton actuated transistors |
| US11011666B2 (en) * | 2018-08-15 | 2021-05-18 | National Taiwan University Of Science And Technology | Optoelectronic semiconductor structure having a bipolar phototransistor structure and manufacturing method thereof |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3564300A (en) * | 1968-03-06 | 1971-02-16 | Ibm | Pulse power data storage cell |
| US3686645A (en) * | 1968-10-01 | 1972-08-22 | Bell Telephone Labor Inc | Charge storage flip-flop |
| US4160258A (en) * | 1977-11-18 | 1979-07-03 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Optically coupled linear bilateral transistor |
| US4573064A (en) * | 1981-11-02 | 1986-02-25 | Texas Instruments Incorporated | GaAs/GaAlAs Heterojunction bipolar integrated circuit devices |
| US4672414A (en) * | 1985-06-28 | 1987-06-09 | Texas Instruments Incorporated | Planar heterojunction bipolar device and method |
| JP2804095B2 (ja) * | 1989-07-10 | 1998-09-24 | 株式会社東芝 | ヘテロ接合バイボーラトランジスタ |
| JPH0479273A (ja) * | 1990-07-20 | 1992-03-12 | Sharp Corp | 光伝送電気信号増幅デバイス |
-
1992
- 1992-07-22 JP JP4216417A patent/JPH0645633A/ja active Pending
-
1993
- 1993-07-20 US US08/093,717 patent/US5414282A/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2018128103A1 (ja) * | 2017-01-05 | 2019-07-25 | パナソニック株式会社 | 半導体リレー |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5414282A (en) | 1995-05-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19990817 |