JPH07235188A - Optical memory using impurity level in semiconductor fine particles - Google Patents

Optical memory using impurity level in semiconductor fine particles

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JPH07235188A
JPH07235188A JP6263764A JP26376494A JPH07235188A JP H07235188 A JPH07235188 A JP H07235188A JP 6263764 A JP6263764 A JP 6263764A JP 26376494 A JP26376494 A JP 26376494A JP H07235188 A JPH07235188 A JP H07235188A
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JP
Japan
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semiconductor
fine particles
optical memory
algasb
band
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Application number
JP6263764A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoshi Ideshita
知史 井手下
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH07235188A publication Critical patent/JPH07235188A/en
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Abstract

PURPOSE:To form an optical memory on a semiconductor substrate by utilizing an electron transition between impurities in a semiconductor by forming fine particles made of the semiconductor of a different type in the semiconductor. CONSTITUTION:AlSb 51 is used as a host crystal, and AlGaSb 52 having a large Al composition is used as fine particles. The AlGaSb 52 is grown on a semiconductor substrate made of like GaAs. The AlGaAs 52 is operated as a buffer or a barrier layer. A stress between the substrate and a grown structure can be preferably alleviated when an AlSb 52/GaSb superlattice, etc., is inserted between the GaAs and the AlGaSb 52 or the AlGaSb 52 is thickly stacked. After its surface is terminated with S or Se in the GaAs/AlGaSb, semiconductor fine particles are formed by a liquid-like epitaxy method. An Inks fine particle structure can be formed on the AlGaSb 52 by the same principle. The formed structure is embedded in a semiconductor by growing the AlGaSb. Thus, an optical memory can be formed on the substrate, input/output can be controlled only by a light. Multiplexing of one feature of the memory can be realized by altering a fine particle size.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】光コンピュータの実現が期待され
ているが、本発明は、これと深く関わる光メモリ素子に
関するものであり、特に、読み出し・書き込みが異なる
波長の光で行われることと、従来、光デバイス中では
「百害有って一利無し」と考えられてきた深い不純物準
位を利用していることを特徴としている。
BACKGROUND OF THE INVENTION Although it is expected that an optical computer will be realized, the present invention relates to an optical memory device which is closely related to the optical computer. In particular, the fact that reading and writing are performed by using lights of different wavelengths, The feature of the optical device is that it utilizes a deep impurity level which has been thought to be "one hundred harms and no interest".

【0002】[0002]

【従来の技術】光メモリとは、入出力が通常の電気の代
わりに光で成される記憶素子である。すなわち、デジタ
ル或いはアナログ情報を光によって記録し、必要なとき
に取り出せるようにした素子である。光メモリ素子にも
様々な種類があるが、材料として半導体を用いるなら
ば、高度に進歩した成長・プロセス技術を用いて、半導
体基板上に作製可能であり、既存の半導体レーザーや受
光素子、ひいては電子回路とともに集積化できるという
利点を持つ。
2. Description of the Related Art An optical memory is a storage element whose input and output are made of light instead of ordinary electricity. That is, it is an element which records digital or analog information by light and can be taken out when necessary. There are various types of optical memory devices, but if semiconductors are used as the material, they can be manufactured on semiconductor substrates using highly advanced growth and process technologies, and existing semiconductor lasers and photodetectors, and eventually electronic devices, can be used. It has the advantage that it can be integrated with circuits.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】現在使用されている光
メモリは、CD−ROMの様に破壊的に書き込まれた情
報を読み出すだけのものが多く、また、書き込みを可能
にするためには光磁気ディスクのように光以外の媒体を
使う必要がある。また、有機分子などのホールバーニン
グ効果を利用する提案もなされてきたが、半導体素子と
のカップリング、OEIC等への発展性等の点で、問題
が将来に先送りされた状態になっている。
Most of the optical memories currently in use only read destructively written information like a CD-ROM, and in order to enable writing, a magneto-optical device is used. It is necessary to use a medium other than light, such as a disc. In addition, although proposals have been made to use the hole burning effect of organic molecules and the like, the problems have been postponed in the future in terms of coupling with semiconductor elements, development into OEIC, and the like.

【0004】本発明によって解決される問題点として
は、(1)光だけで入出力制御ができる点、(2)半導
体基板上に形成できるために、半導体構造形成技術を利
用できる点、(3)光素子とのカップリングが容易な
点、(4)将来的な発展性、が挙げられる。
The problems to be solved by the present invention are (1) input / output control can be performed only by light, (2) semiconductor structure forming technology can be used because it can be formed on a semiconductor substrate, and (3) ) Easy coupling with an optical element, and (4) future developability.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第1の発明は、ホストである半導体中に、
異種の半導体からなる微粒子を形成し、その微粒子中の
電子準位と、微粒子あるいはホスト半導体中の不純物間
の電子遷移を利用したことを特徴とする光メモリであ
る。
In order to solve the above problems, a first invention of the present invention is to provide a semiconductor as a host,
An optical memory is characterized in that fine particles made of different kinds of semiconductors are formed and the electron level in the fine particles and the electronic transition between impurities in the fine particles or the host semiconductor are utilized.

【0006】第2の発明は、ホストである半導体中に、
異種の半導体からなる微粒子を形成し、NPPC(Ne
gative Persistent Photo−C
onductivity)を利用する光メモリであっ
て、前記微粒子半導体の伝導帯と前記ホスト半導体中の
不純物準位間における電子遷移を用いて書き込みを行
い、前記微粒子中の伝導帯と価電子帯とのバンド間遷移
を用いて読み出しを行うことを特徴とする光メモリであ
る。
According to a second aspect of the invention, in a semiconductor which is a host,
Fine particles made of different kinds of semiconductors are formed, and NPPC (Ne
gative Persistent Photo-C
and a valence band between the conduction band and the valence band in the fine particles, in which writing is performed by using electronic transition between a conduction band of the fine particle semiconductor and an impurity level in the host semiconductor. The optical memory is characterized in that reading is performed using transition.

【0007】第3の発明は、ホストである半導体中に、
異種の半導体からなる微粒子を形成し、DXセンタを利
用する光メモリであって、微粒子半導体中の不純物準位
と微粒子半導体中の伝導帯間における電子遷移を用いて
書き込みを行い、微粒子半導体の量子井戸中の量子準位
間遷移を用いて読み出しを行うことを特徴とする光メモ
リである。
According to a third aspect of the present invention, in a semiconductor which is a host,
An optical memory in which fine particles made of different kinds of semiconductors are formed and a DX center is used, and writing is performed by using electronic transition between an impurity level in the fine particle semiconductor and a conduction band in the fine particle semiconductor, and a quantum well of the fine particle semiconductor. The optical memory is characterized in that reading is performed by using a transition between quantum levels in the inside.

【0008】第4の発明は、ホストである半導体中に、
異種の半導体からなる微粒子を形成し、PPC(Per
sistent Photo−Conductivit
y)を利用する光メモリであって、微粒子半導体の価電
子帯とホスト半導体中の不純物準位間における電子遷移
を用いて書き込みを行い、微粒子の価電子帯中の量子準
位間遷移を用いるか、あるいは微粒子中の価電子帯と伝
導帯とのバンド間遷移を用いて読み出しを行うことを特
徴とする光メモリである。
A fourth aspect of the invention is to add a semiconductor, which is a host, to
Fine particles made of different kinds of semiconductors are formed, and PPC (Per
silent Photo-Condition
y) is an optical memory that utilizes the electronic transition between the valence band of the fine particle semiconductor and the impurity level in the host semiconductor for writing, and uses the transition between the quantum levels in the valence band of the fine particle. Alternatively, the optical memory is characterized in that reading is performed by using interband transition between the valence band and the conduction band in the fine particles.

【0009】[0009]

【作用】本発明の一例である、AlGaSb/InAs
系で見られるNPPC(Negative Persi
stent Photo−Conductivity)
を利用した光メモリについて述べる。試料構造は、図1
に示す。
Operation: An example of the present invention, AlGaSb / InAs
NPPC (Negative Persi)
sentence Photo-Conditionity)
An optical memory using is described. The sample structure is shown in Figure 1.
Shown in.

【0010】深い不純物準位を伴うAlGaSbとIn
Asのヘテロ接合系では、低温で、光を照射すると、I
nAsチャネル中の電子濃度が減少し、温度上昇などに
よって系を平衡状態にしない限り、永久に続くという、
NPPC現象が見られる。NPPCについては、詳しい
ことはわかっていないが、InAs井戸中の電子が、I
nAsの伝導帯とAlGaSb伝導帯との間のエネルギ
ー差(伝導帯不連続値)分のエネルギーを与えられて障
壁層中に出た後、障壁層中の深い不純物にトラップされ
るためにおこると考えられる。従って、この伝導帯不連
続値に相当する光を照射することによって、InAs微
粒子の伝導帯中の電子濃度を変化させることにより、情
報の書き込みができる(図2)。
AlGaSb and In with deep impurity levels
In the heterojunction system of As, when irradiated with light at a low temperature,
The electron concentration in the nAs channel decreases, and unless the system is brought into an equilibrium state due to temperature rise, etc., it continues forever.
The NPPC phenomenon can be seen. The details of NPPC are not known, but the electrons in the InAs well are
After the energy corresponding to the energy difference (conduction band discontinuity value) between the nAs conduction band and the AlGaSb conduction band is given to the barrier layer, the energy is emitted, and then it is trapped by a deep impurity in the barrier layer. Conceivable. Therefore, it is possible to write information by changing the electron concentration in the conduction band of InAs fine particles by irradiating with light corresponding to this conduction band discontinuity value (FIG. 2).

【0011】一方、InAs微粒子におけるバンド間の
光吸収について考えると、電子がInAs微粒子中の伝
導帯の第一量子準位を完全に占有している場合は、伝導
帯量子準位−価電子帯間の光吸収(つまり、InAs微
粒子中のバンド間遷移)は起こらず、占有されていない
場合は、吸収は起こる。従って、この原理を使って、読
み出しを行うことができる。図3が情報が書き込まれて
いない状態(0)の読み出しに相当し、図4が情報が書
き込まれている状態(1)の読み出しに相当する。バン
ド間励起に伴い生成された電子−正孔対は、再結合によ
って消滅するので、次回の読み出しに影響を与えないと
考えられる。
On the other hand, considering light absorption between bands in InAs fine particles, when electrons completely occupy the first quantum level of the conduction band in InAs fine particles, conduction band quantum level-valence band. No light absorption between them (that is, band-to-band transition in InAs fine particles) occurs, and absorption occurs when it is not occupied. Therefore, reading can be performed using this principle. FIG. 3 corresponds to reading in the state (0) in which no information is written, and FIG. 4 corresponds to reading in the state (1) in which information is written. The electron-hole pair generated by the band-to-band excitation disappears due to recombination, and is considered to have no influence on the next reading.

【0012】次に、DXセンタを利用した光メモリにつ
いて述べる。
Next, an optical memory using the DX center will be described.

【0013】例として、AlGaSb/AlSb系を考
えるが、DXセンタがホスト中に存在し、電子が微粒子
中に閉じこめられる構造であれば、材料は問わない。構
造を図5に示す。
As an example, consider the AlGaSb / AlSb system, but any material may be used as long as the DX center is present in the host and the electrons are confined in the fine particles. The structure is shown in FIG.

【0014】Al組成の大きなAlGaSb中にTe等
の不純物をドーピングすることによって、DXセンタと
呼ばれる不純物準位が形成されることが知られている。
DXセンタの起源は、現段階では明らかにはなっていな
いが、研究の初期段階に言われた複合欠陥ではなく、不
純物自体の性質の一つであることがわかっている。DX
センタは、双安定な浅い準位を伴い、両準位間の活性化
エネルギーは大きいことが知られている。どちらの準位
が安定かは、フェルミ準位の位置に依存する。また、低
温に冷やすと、熱的な電子のトランスファーはなくな
る。
It is known that an impurity level called a DX center is formed by doping impurities such as Te into AlGaSb having a large Al composition.
Although the origin of the DX center has not been clarified at this stage, it is known that it is one of the properties of the impurity itself, rather than the compound defect mentioned in the early stage of the research. DX
The center is known to have a bistable shallow level and a large activation energy between both levels. Which level is stable depends on the position of the Fermi level. When cooled to a low temperature, thermal electron transfer disappears.

【0015】先ず、初期状態で、DXセンタに電子が存
在する場合を考える。光学的な活性化エネルギー以上の
光を照射すると、DXセンタにあった電子は、双安定な
浅い準位の方に励起される。これが、書き込み操作であ
る(図6)。
First, consider the case where electrons are present in the DX center in the initial state. When irradiated with light having an optical activation energy or more, the electrons in the DX center are excited to the bistable shallow level. This is a write operation (Fig. 6).

【0016】次に、読み込み操作について述べる。浅い
準位に励起された電子は、有限温度では、容易に伝導帯
(第一量子準位)に励起される。したがって、第一量子
準位から第二量子準位への遷移に伴う光吸収が起こるこ
とになる。この吸収による入射光の減衰を検出すること
によって、電子が第一量子準位に存在しているかしてな
いかの情報を読みとることができる。図7が情報が書き
込まれていない状態(0)の読み出しに相当し、図8が
情報が書き込まれている状態(1)の読み出しに相当す
る。
Next, the read operation will be described. An electron excited to a shallow level is easily excited to the conduction band (first quantum level) at a finite temperature. Therefore, light absorption occurs due to the transition from the first quantum level to the second quantum level. By detecting the attenuation of the incident light due to this absorption, it is possible to read the information as to whether or not the electron exists in the first quantum level. FIG. 7 corresponds to reading in the state (0) in which no information is written, and FIG. 8 corresponds to reading in the state (1) in which information is written.

【0017】次に本発明の他の一例である、Alx Ga
1-x Sb/Aly Ga1-y Sb(x>0.5,y<0.
5)系で見られるPPC(Persistent Ph
oto−Conductivity)を利用した光メモ
リについて述べる。試料構造を図9に示す。
Next, another example of the present invention, Al x Ga
1-x Sb / Al y Ga 1-y Sb (x> 0.5, y <0.
5) PPC (Persistent Ph) seen in the system
An optical memory using the auto-conductivity will be described. The sample structure is shown in FIG.

【0018】深い不純物準位を伴う上記Alx Ga1-x
Sb/Aly Ga1-y Sbヘテロ接合系では、低温で、
光を照射すると、Aly Ga1-y Sbチャネル中の正孔
濃度が増加し、温度上昇などによって系を平衡状態にし
ない限り、永久に続くという、正孔のPPC現象が見ら
れる。PPCについては、詳しいことはわかっていない
が、Aly Ga1-y Sbの価電子帯中の電子が、Aly
Ga1-y Sbの価電子帯とAlx Ga1-x Sbの伝導帯
との間のエネルギー差(遷移エネルギー)の分のエネル
ギーで与えられて障壁層の伝導帯中に出た後、障壁層中
の深い不純物にトラップされ、低温では逆過程が起こら
ないため、Aly Ga1-y Sbの価電子帯中に正孔が永
久に生成されると考えられる。従って、この遷移エネル
ギーに相当する光を照射することによって、Aly Ga
1-y Sb微粒子の価電子帯中の正孔濃度を変化させるこ
とにより、情報の書き込みができる(図10)。
Al x Ga 1-x with deep impurity levels
The Sb / Al y Ga 1-y Sb heterojunction systems, at low temperature,
When light is irradiated, the hole concentration in the Al y Ga 1 -y Sb channel increases, and a PPC phenomenon of holes is observed, which continues forever unless the system is brought into an equilibrium state due to a temperature rise or the like. For PPC, but it is not known that the detailed, Al y Ga 1-y Sb valence electrons of the electron band in is, Al y
After the energy is given by the energy corresponding to the energy difference (transition energy) between the valence band of Ga 1-y Sb and the conduction band of Al x Ga 1-x Sb, the barrier appears after the energy is released into the conduction band of the barrier layer. It is considered that holes are permanently generated in the valence band of Al y Ga 1 -y Sb because they are trapped by deep impurities in the layer and the reverse process does not occur at low temperature. Therefore, by irradiating with light corresponding to this transition energy, Al y Ga
Information can be written by changing the hole concentration in the valence band of 1-y Sb particles (FIG. 10).

【0019】一方、Aly Ga1-y Sb微粒子における
サブバンド間の光吸収について考えると、正孔がAly
Ga1-y Sb微粒子中の価電子帯の第一量子準位に存在
しない場合は、第一量子準位−第二量子準位間の光吸収
(つまり、微粒子中のサブバンド間遷移)は起こらず、
正孔が存在する場合にのみ吸収が起こる。従って、この
原理を使って、読み出しを行うことができる。図11が
情報が書き込まれている状態(1)の読み出しに相当
し、図12が情報が書き込まれていない状態(0)の読
み出しに相当する。サブバンド間励起に伴い励起された
正孔は、エネルギー緩和するので、次回の読み出しに影
響を与えないと考えられる。
On the other hand, considering the light absorption between sub-bands in Al y Ga 1 -y Sb fine particles, holes are Al y
When the Ga 1 -y Sb fine particles do not exist in the first quantum level of the valence band, the optical absorption between the first quantum level and the second quantum level (that is, the intersubband transition in the fine particles) is Does not happen,
Absorption occurs only when holes are present. Therefore, reading can be performed using this principle. FIG. 11 corresponds to the reading in the state (1) where the information is written, and FIG. 12 corresponds to the reading in the state (0) where the information is not written. It is considered that the holes excited by the intersubband excitation relax the energy and do not affect the next reading.

【0020】また、読み出しには、GaSbのバンド間
遷移を利用することも可能である。この遷移に相当する
エネルギーの光では、PPCは起こらず、従って、非破
壊読み出しが可能である。さて、微粒子中の第一量子準
位に正孔がない場合、微粒子のバンド間遷移に相当する
エネルギーを持つ光を入射すると、バンド間遷移がおこ
る。つまり、光は吸収される(図13)。一方、第一量
子準位を正孔が満たしている場合は、遷移は起こらず、
従って、入射光は吸収されないまま出て行くことになる
(図14)。PPCが生じている状態を情報の書き込ま
れた状態(1)とすると、図13が(0)を図14が
(1)を表すことになる。
In addition, GaSb band-to-band transition can be used for reading. With light having an energy corresponding to this transition, PPC does not occur, and thus nondestructive read-out is possible. Now, when there is no hole in the first quantum level in the fine particles, the band-to-band transition occurs when light having energy corresponding to the band-to-band transition of the fine particles is incident. That is, light is absorbed (FIG. 13). On the other hand, when holes satisfy the first quantum level, transition does not occur,
Therefore, the incident light goes out without being absorbed (FIG. 14). Assuming that the state in which PPC has occurred is the state (1) in which information is written, FIG. 13 shows (0) and FIG. 14 shows (1).

【0021】この様に、深い不純物を伴う微粒子系を使
用することにより、半導体光メモリを作ることができ
る。微粒子を使用する理由は、キャリアのエネルギー準
位が完全に離散的になることと、情報が拡散などによっ
て失われない(つまり電子を完全に閉じ込められる)こ
とである。
As described above, a semiconductor optical memory can be manufactured by using a fine particle system with deep impurities. The reason for using fine particles is that the energy levels of carriers are completely discrete and that information is not lost due to diffusion or the like (that is, electrons are completely confined).

【0022】最近は、微粒子形成技術が発達し、かなり
均一なサイズのものが形成できるようになってきてい
る。微粒子の場合、サイズを変えることにより、量子準
位を変えることができるので、メモリの多重化も可能で
ある。
Recently, a fine particle forming technique has been developed, and it is possible to form particles having a fairly uniform size. In the case of fine particles, the quantum level can be changed by changing the size, so that the memory can be multiplexed.

【0023】[0023]

【実施例】【Example】

(実施例1)AlGaSb/InAs系を用いた本発明
の光メモリの一実施例について述べる(構造図は図
1)。GaAsのような半導体基板上にAlGaSbを
成長する。このAlGaSbは、バッファーとして、ま
た、障壁層として働く。GaAsとAlGaSbとの間
に、AlSb/GaSb超格子等を挿入した方が、ま
た、AlGaSbを厚く積んだ方が、基板と成長構造間
のストレスが緩和できてよい。Alx Ga1-x Sbの組
成は、x>0.2のものを使った方が、深い不純物準位
を形成しやすくてよい。最近、GaAs/AlGaAs
系で、表面をSやSeで終端した後に、液的エピタキシ
ーと言われる方法で、半導体微粒子が形成できることが
報告されているが、同じ原理で、AlGaSb上へのI
nAs微粒子構造の形成も可能である。形成した微粒子
構造は、さらにAlGaSbを成長することによって、
半導体内部に埋め込まれることになり、最終的には、図
1のような構造になる。サイズは制御できるが、10nm
程度にする。このとき、通常成長をすると微粒子は壊れ
るが、低温MEE成長等をすることによって微粒子の形
状保存は可能である。InAs微粒子近傍のAlGaS
b中にTe等をドープすると、深い準位が形成できる。
(Embodiment 1) An embodiment of the optical memory of the present invention using an AlGaSb / InAs system will be described (the structural diagram is FIG. 1). AlGaSb is grown on a semiconductor substrate such as GaAs. This AlGaSb functions as a buffer and as a barrier layer. The stress between the substrate and the growth structure may be relaxed by inserting an AlSb / GaSb superlattice or the like between GaAs and AlGaSb and by stacking AlGaSb thicker. As for the composition of Al x Ga 1 -x Sb, it is easier to form a deep impurity level when using x> 0.2. Recently, GaAs / AlGaAs
It has been reported that semiconductor fine particles can be formed by a method called liquid epitaxy after terminating the surface with S or Se in the system, but I on AlGaSb can be formed by the same principle.
It is also possible to form an nAs fine particle structure. The formed fine particle structure is formed by further growing AlGaSb,
It is embedded inside the semiconductor, and the structure finally becomes as shown in FIG. Size can be controlled, but 10nm
To a degree. At this time, the fine particles are broken during normal growth, but the shape of the fine particles can be preserved by performing low temperature MEE growth or the like. AlGaS in the vicinity of InAs fine particles
If Te or the like is doped into b, a deep level can be formed.

【0024】この試料を、約100K程度に冷却する
と、NPPCが生じる。つまり、AlGaSbとInA
sとの伝導帯不連続値(約1eV)に相当する光を入射
させると、InAs微粒子は空乏化する。空乏化したか
どうかは、InAs微粒子中のバンド間遷移に相当する
0.5eV程度の光を入れて、その吸収を見ることによ
ってできる。
When this sample is cooled to about 100 K, NPPC occurs. That is, AlGaSb and InA
When light corresponding to the discontinuity of the conduction band with s (about 1 eV) is incident, the InAs fine particles are depleted. Whether or not it has been depleted can be determined by putting in light of about 0.5 eV corresponding to the band-to-band transition in the InAs fine particles and observing its absorption.

【0025】(実施例2)次に、AlSb/AlGaS
b系を用いた本発明の光メモリの一実施例について述べ
る(構造図は図5)。ホストクリスタルとしてAlSb
を用い、微粒子としてAl組成の大きなAlGaSbを
用いる。微粒子形成方法とその埋め込み方法は、AlG
aSb/InAs系の部分で述べたのと同じである。
Example 2 Next, AlSb / AlGaS
An embodiment of the optical memory of the present invention using the b-system will be described (the structural diagram is FIG. 5). AlSb as host crystal
And AlGaSb having a large Al composition is used as the fine particles. The particle forming method and the embedding method thereof are
This is the same as described in the aSb / InAs system part.

【0026】試料を100K程度の低温に冷やす。この
試料に、微粒子中のDX準位−浅い準位の光学的活性化
エネルギーに相当する1eV程度の光を入射させると浅
い準位が形成され、大きい熱的活性化エネルギー(約
0.4eV)のため、DXセンタには戻らない。一方、
浅い準位は容易に活性化するので、伝導帯(第一量子準
位)に電子が励起される。この電子が存在するかどうか
を、量子準位間エネルギー差に相当する光(約0.1e
V)を入射することによって検出できる。
The sample is cooled to a low temperature of about 100K. When a light of about 1 eV corresponding to the optical activation energy of DX level-shallow level in fine particles is incident on this sample, a shallow level is formed and a large thermal activation energy (about 0.4 eV). Therefore, it will not return to the DX center. on the other hand,
Since the shallow level is easily activated, electrons are excited in the conduction band (first quantum level). Whether or not this electron exists is determined by the light (about 0.1e) corresponding to the energy difference between the quantum levels.
V) can be detected.

【0027】(実施例3)次に、AlSb/GaSb系
(x=1,y=0)を用いた本発明の光メモリの一実施
例について述べる(構造図は図9)。GaAsのような
半導体基板上にAlSbを成長する。このAlSbは、
バッファーとして、また、障壁層として働く。GaSb
とAlSbとの間に、AlSb/GaSb超格子等を挿
入した方が、また、AlSbを厚く積んだ方が、基板と
成長構造間のストレスが緩和できてよい。また、バッフ
ァーとしてだけならAlGaSbの方が酸化されにくい
のでよい。AlSb上に形成したGaSb微粒子構造
は、さらにAlSbを成長することによって、半導体内
部に埋め込まれることになり、最終的には、図9のよう
な構造になる。サイズは制御できるが、10nm程度にす
る。このとき、通常成長をすると微粒子は壊れるが、低
温MEE成長等をすることによって微粒子の形状保存は
可能である。
(Embodiment 3) Next, an embodiment of the optical memory of the present invention using the AlSb / GaSb system (x = 1, y = 0) will be described (the structural diagram is FIG. 9). AlSb is grown on a semiconductor substrate such as GaAs. This AlSb is
It acts as a buffer and as a barrier layer. GaSb
The stress between the substrate and the growth structure may be relaxed by inserting an AlSb / GaSb superlattice or the like between the AlSb and AlSb, or by stacking the AlSb thicker. If it is used only as a buffer, AlGaSb may be more difficult to be oxidized. The GaSb fine particle structure formed on AlSb is embedded in the semiconductor by further growing AlSb, and finally the structure shown in FIG. 9 is obtained. The size can be controlled, but it should be about 10 nm. At this time, the fine particles are broken during normal growth, but the shape of the fine particles can be preserved by performing low temperature MEE growth or the like.

【0028】この試料を、約100K程度に冷却する
と、PPCが生じる。つまり、AlSbの伝導帯とGa
Sbの価電子帯との間のエネルギー差(約1eV)に相
当する光を入射させると、GaSb微粒子中には正孔が
生じる。ここに、GaSb微粒子の第一量子準位−第二
量子準位間のエネルギー差に相当する光、あるいは、微
粒子のバンドギャップに相当するエネルギーを持つ光を
入射することにより、GaSb中に書き込まれた情報を
検出することができる。
When this sample is cooled to about 100 K, PPC occurs. That is, the conduction band of AlSb and Ga
When light corresponding to the energy difference (about 1 eV) from the valence band of Sb is made incident, holes are generated in the GaSb fine particles. The light corresponding to the energy difference between the first quantum level and the second quantum level of the GaSb fine particles or the light having the energy corresponding to the band gap of the fine particles is incident on the GaSb fine particles to write in GaSb. Information can be detected.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明によれば、微粒子の持つエネルギ
ーの離散性により、書き込み、読み出しが容易になる。
またメモリの密度も向上する。書き込みは光励起28,
108によって行われ、読み出しは価電子帯の量子準位
間エネルギーを持つ光、あるいはバンド間遷移エネルギ
ーを持つ光吸収をみることによって行われる。
According to the present invention, writing and reading are facilitated due to the discrete nature of the energy of fine particles.
Also, the memory density is improved. Writing is optical excitation 28,
Readout is performed by observing light absorption having energy between quantum levels in the valence band or light absorption having transition energy between bands.

【0030】発明の効果として、最も大きいのは、半導
体基板上に光メモリを形成できることである。つまり、
高度に進化した半導体成長・プロセス技術がそのまま使
え、かつ、レーザー及び受光素子と同じ基板上に成長で
き、将来的にモノリシック集積化が可能である点であ
る。また、本発明によれば、光だけで入出力制御がで
き、微粒子サイズを変えることによって、光メモリの特
徴の一つである、多重化を実現できる。
The greatest effect of the present invention is that an optical memory can be formed on a semiconductor substrate. That is,
Highly advanced semiconductor growth and process technology can be used as it is, and it can be grown on the same substrate as the laser and light receiving element, and monolithic integration is possible in the future. Further, according to the present invention, input / output control can be performed only by light, and by varying the particle size, multiplexing, which is one of the features of the optical memory, can be realized.

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

【図1】NPPCを利用した本発明の光メモリの構造を
示した断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of an optical memory of the present invention using NPPC.

【図2】図1の光メモリの書き込み動作を示すバンドダ
イアグラムである。
2 is a band diagram showing a write operation of the optical memory of FIG. 1. FIG.

【図3】図1の光メモリの“0”読み出し動作を示すバ
ンドダイアグラムである。
3 is a band diagram showing a "0" read operation of the optical memory of FIG.

【図4】図1の光メモリの“1”読み出し動作を示すバ
ンドダイアグラムである。
4 is a band diagram showing a "1" read operation of the optical memory of FIG.

【図5】DXセンタを利用した本発明の光メモリの構造
を示した断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a structure of an optical memory of the present invention using a DX center.

【図6】図5の光メモリの書き込み動作を示すバンドダ
イアグラムである。
6 is a band diagram showing a write operation of the optical memory of FIG.

【図7】図5の光メモリの“0”読み出し動作を示すバ
ンドダイアグラムである。
7 is a band diagram showing a "0" read operation of the optical memory of FIG.

【図8】図5の光メモリの“1”読み出し動作を示すバ
ンドダイアグラムである。
8 is a band diagram showing a "1" read operation of the optical memory of FIG.

【図9】PCCを利用した本発明の光メモリの構造を示
した断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing a structure of an optical memory of the present invention using PCC.

【図10】図9の光メモリの書き込み動作を示すバンド
ダイアグラムである。
10 is a band diagram showing a write operation of the optical memory of FIG.

【図11】図9の光メモリの“1”読み出し動作を示す
バンドダイアグラムである。
11 is a band diagram showing a "1" read operation of the optical memory of FIG.

【図12】図9の光メモリの“0”読み出し動作を示す
バンドダイアグラムである。
12 is a band diagram showing a "0" read operation of the optical memory of FIG.

【図13】GaSbのバンド間遷移を読み出しに利用し
た場合の、光メモリの“0”読み出し動作を示すバンド
ダイアグラムである。
FIG. 13 is a band diagram showing a “0” read operation of the optical memory when the GaSb transition between bands is used for reading.

【図14】GaSbのバンド間遷移を読み出しに利用し
た場合の、光メモリの“1”読み出し動作を示すバンド
ダイアグラムである。
FIG. 14 is a band diagram showing a “1” read operation of the optical memory when the GaSb band-to-band transition is used for reading.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、13、52 AlGaSb 12 InAs微粒子 21 AlGaSbの伝導帯 22 AlGaSbの価電子帯 23 InAsの価電子帯 25 イオン化したい深い不純物準位 26、106 第一量子準位 27、107 第二量子準位 28、108 光励起 29 電子捕獲 210、64 電子 211 深い不純物準位 111、121 ΔE(第一量子準位と第二量子準位と
のエネルギー差) 31 ΔE(伝導帯第一量子準位と価電子帯頂上とのエ
ネルギー差) 32、41、112、122、132、142 ΔEの
エネルギーを持つ入射光 33 禁止された価電子帯から第一準位への遷移過程 114 第一準位から第二準位への遷移過程 42 43の過程によって減衰を受けた透過光 34 減衰のない透過光 43 価電子帯から第一準位への励起(禁止されていな
い) 51 AlSb 61 AlSbの伝導帯 62 AlGaSbの伝導帯の第一量子準位 63 DX準位 65 光励起過程 66 浅い準位 67 浅い準位から量子準位への熱励起過程 71、81 AlGaSb井戸中の第一量子準位から第
二量子準位への遷移過程 72 71の過程遷移に相当するエネルギーを持つ入射
光 73 71の過程が起こらず、吸収を受けなかった透過
光 74 AlGaSbの第二量子準位 82 81の遷移過程に相当するエネルギーを持つ入射
光 83 81の過程に伴う吸収によって減衰を受けた透過
光 91、93 Alx Ga1-x Sb 92 Aly Ga1-y Sb微粒子 101 Alx Ga1-x Sbの伝導帯 102 Alx Ga1-x Sbの価電子帯 103 Aly Ga1-y Sbの伝導帯 104 Aly Ga1-y Sbの価電子帯 105 深い準位 109 正孔 1010 深い準位に捕獲された電子 113、123、133、143 透過光 124 禁止された第一準位から第二準位への遷移過程 131、141 ΔE(伝導帯第一量子準位と価電子帯
第一量子準位とのエネルギー差:バンド間遷移に必要な
エネルギー) 134 微粒子中のバンド間遷移過程 144 禁止された微粒子中のバンド間遷移過程
11, 13, 52 AlGaSb 12 InAs fine particles 21 Conduction band of AlGaSb 22 Valence band of AlGaSb 23 Valence band of InAs 25 Deep impurity level 26, 106 First quantum level 27, 107 Second quantum level 28 , 108 Photoexcitation 29 Electron capture 210, 64 Electron 211 Deep impurity level 111, 121 ΔE (energy difference between first quantum level and second quantum level) 31 ΔE (conduction band first quantum level and valence band) Energy difference from the summit) 32, 41, 112, 122, 132, 142 Incident light with energy of ΔE 33 Transition process from forbidden valence band to first level 114 First level to second level Transition process 42 to transmitted light that is attenuated by the process of 43 34 Unattenuated transmitted light 43 Excitation from valence band to first level (prohibited 51 AlSb 61 conduction band of AlSb 62 first quantum level of conduction band of AlGaSb 63 DX level 65 photoexcitation process 66 shallow level 67 thermal excitation process from shallow level to quantum level 71, 81 AlGaSb well The transition process from the first quantum level to the second quantum level in the inside 72 71 The process of incident light 73 71 having energy equivalent to the process transition of 71 71 The process of 71 71 that does not occur and is not absorbed 74 Second of AlGaSb Quantum level 82 81 Transmitted light 91, 93 Al x Ga 1-x Sb 92 Al y Ga 1-y Sb fine particles 101 attenuated by absorption accompanying incident light 83 81 having energy corresponding to transition process the valence band of the Al x Ga 1-x conduction band 102 of Sb Al x Ga 1-x Sb in the valence band 103 Al y Ga 1-y conduction band 104 of Sb Al y Ga 1-y Sb 105 deep level 109 hole 1010 electron trapped in deep level 113, 123, 133, 143 transmitted light 124 prohibited transition process from the first level to the second level 131, 141 ΔE (conduction band Energy difference between one quantum level and first valence band quantum level: energy required for band-to-band transition) 134 Inter-band transition process in fine particles 144 Inter-band transition process in forbidden fine particles

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ホストである半導体中に、異種の半導体か
らなる微粒子を形成し、その微粒子中の電子準位と、微
粒子あるいはホスト半導体中の不純物間の電子遷移を利
用した光メモリ。
1. An optical memory in which fine particles made of a different kind of semiconductor are formed in a semiconductor which is a host, and electron transition between the electron level in the fine particles and impurities in the fine particles or the host semiconductor is utilized.
【請求項2】ホストである半導体中に、異種の半導体か
らなる微粒子を形成し、NPPC(Negative
Persistent Photo−Conducti
vity)を利用する光メモリであって、前記微粒子半
導体の伝導帯と前記ホスト半導体中の不純物準位間にお
ける電子遷移を用いて書き込みを行い、前記微粒子中の
伝導帯と価電子帯とのバンド間遷移を用いて読み出しを
行うことを特徴とする光メモリ。
2. Fine particles made of different kinds of semiconductors are formed in a semiconductor which is a host, and NPPC (Negative) is formed.
Persistent Photo-Conducti
an optical memory utilizing the electron transfer between the conduction band of the fine particle semiconductor and the impurity level in the host semiconductor, and writing between the conduction band and the valence band in the fine particle. An optical memory characterized in that reading is performed using transitions.
【請求項3】ホストである半導体中に、異種の半導体か
らなる微粒子を形成し、DXセンタを利用する光メモリ
であって、前記微粒子半導体中の不純物準位と前記微粒
子半導体中の伝導帯間における電子遷移を用いて書き込
みを行い、前記微粒子半導体の量子井戸中の量子準位間
遷移を用いて読み出しを行うことを特徴とする光メモ
リ。
3. An optical memory in which fine particles made of different kinds of semiconductors are formed in a semiconductor which is a host and a DX center is used, which is between an impurity level in the fine particle semiconductor and a conduction band in the fine particle semiconductor. An optical memory characterized in that writing is performed by using electron transition and reading is performed by using transition between quantum levels in a quantum well of the fine particle semiconductor.
【請求項4】ホストである半導体中に、異種の半導体か
らなる微粒子を形成し、PPC(Persistent
Photo−Conductivity)を利用する
光メモリであって、前記微粒子半導体の価電子帯と前記
ホスト半導体中の不純物準位間における電子遷移を用い
て書き込みを行い、前記微粒子の価電子帯中の量子準位
間遷移を用いるか、あるいは前記微粒子中の価電子帯と
伝導帯とのバンド間遷移を用いて読み出しを行うことを
特徴とする光メモリ。
4. A PPC (Persistent) is formed by forming fine particles of a different semiconductor in a semiconductor that is a host.
An optical memory using Photo-Conductivity), wherein writing is performed by using an electronic transition between a valence band of the fine particle semiconductor and an impurity level in the host semiconductor, and a quantum level in the valence band of the fine particle is written. The optical memory is characterized in that reading is performed by using inter-transition or by using inter-band transition between valence band and conduction band in the fine particles.
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