JPS61137375A - 光半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ＋Ｉ−″ （発明の技術分野） この発明は電流集中作用領域を具えたダブルへテロ接合
型の負性抵抗光半導体素子に関する。

（背景技術の説明） この種の負性抵抗特性をもった光半導体素子は文献ｒ　
ＩＥＥＥ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＱＵＡＮＴＵＭ　Ｅ
ＬＥＣＴＯＮＴＣＪＶｏｌ、ＱＥ−１４、Ａｌ　　ｌ　
　、ＮＯＶ、　　１９７８．Ｐ　　８１０〜８１３にも
開示されておシ、−個の素子で発光、受光及びスイッチ
７グの機能を持っている点に特色がある。

第１図はこの従来の光半導体素子の構造の一例を示す断
面図である。この例ではＧａＡｓ　／　ＡｔＧａＡｓ系
の光半導体素子であって、ｎ型ＧａＡｓ基板１０基板面
Ｉａ上に、ｎ型ＡｔＸＧａ１−１Ａｓ層から成る第一ク
ラッド層２、ｐ型ＧａＡａ層から成る第一活性層３、ｎ
型ＧａＡｓ層から成る第二活性層４、ｐ型ＡＺｘＧ　ａ
　１−エＡｓ層から成る第二クラッド層５及びｎ型Ｇ、
’、ａＡａ層から成るキャッグ層６を、液相エピタキシ
ャル又は気相エピタキシャル成長法を用Ａて順次に開け
た光取シ出し又は受光用穴である。

；Ｊｉｉこの光半導体素子では、二つの大きなエネルギ
１゛ｆ −ギャップを持ったｎ型筒−クラッド層２及びｐ゛型型
筒クりッド層５と、これら層の間に挾まれた二１′ 二つの小さなエネルギーギャップを持ったｐ警笛−活性
層３及びｎ型第二活性層４とでサイリスタ（ＳＣＲ）と
同様なｐｎｐｎ構造を形成している。又、この従来構造
では第−及び第二活性層のエネルギーギャップは同一で
ある。

第２図はこの光半導体素子の等価回路を示し、第３図は
その電圧（横軸）−電流（縦軸）特性を示す。

第２図の等価回路図において、ｐｎｐ　）ランジスタＴ
ｒｌのエミッタ、ペース及びコレクタは第二クラッド層
５、第二活性層４及び第一活性層３に夫夫対応しておシ
、ｎｐｎ　）ランノスタＴ　ｒ　２のエミツスタＴ　ｒ
　、のコレクタとｎｐｎ　トランジスタＴ　ｒ　２のぺ
集中作用領域を経て第二クラッド層５に電気的につなが
っているｐ側電極８に対応し、端子１２は１第一クラッ
ド層２°に基板１を経て電気的につながっているｎ側電
極９に対応している。

今、ｐｎｐ　）ランジスタＴ　ｒ　１の電流増幅率をα
１とし、ｎｐｎ　）ランジスタＴ　ｒ　２の電流増幅率
をα２とし、端子１１を正電位とし、端子１２を負電位
とする時、第二及び第一活性層４及び３の接合を流れる
電流■とし、各コレクタを流れるコレクタ電流を夫々Ｉ
ｃ１及びＩＣ２とすると、αｌ＋α２＜１の条件の下で の関係が成立する。但し、ここでＩｃ、＋　Ｉｃｚは第
一活性層３及び第二活性層４の間の接合の全逆飽和電流
である〇 この電流増幅率αｌ及びα２は電流の関数であって電流
が増大すると大きくなる。従って印加電圧Ｖを高くする
と、電流■が増大し従ってコレンαｌ＋α２＝１の状態
での印加電圧Ｖが、第３図に示すようにしゃ断安′定領
域ｔから不安定領域ｍを経て導通安定領域ｎＫ転移する
、ターン電圧Ｖｔ（ブレークオーバ電圧ともいう）であ
る。この転移点をＴとする。α１＋α２が１より大きく
なると電流は急激に増大し、不安定領域（負性抵抗領域
）ｍに入シ、その後両端子１１及び１２間の電圧が急激
に低下し、導通安定領域ｎに入シ普通の順方向特性とな
る。このように、この構造の光半導体素子はＳ字形の負
性抵抗特性を示す。又、前述した通シそれぞれのトラン
ジスタＴｒ１及びＴ　ｒ　２のエミッタに対応する第二
クラッド層５及び第一クラッド層２のエネルギーギャッ
プがベースに対応する第三活性層４及び第二活性層３の
エネルギーギヤングに比べて大きいため、エミッタ注入
効率が大きく、従って夫々の電流増幅率αｌ及びα２が
大きい（以下、この効果をワイドエミッタ効果という）
。

（解決すべき問題点） 上述した構造の光半導体素子に速い立上がり・ぐ増加に
よって、直流時の転移点のターン電圧よシも低い電圧で
しゃ断安定領域ｔから導通安定領域ｎに転移するため、
転移点Ｔのターン電圧Ｖｔが低下し、高速動作時に安定
な動作が出来ない。

そしてこのターン電圧Ｖｔの低下は、第１図に示すよう
な電流集中を行なう構造の光半導体素子では、第二クラ
ッド層５側に電流集中作用領域が設けられているので、
電流増幅率αｌの方が電流増幅率α２よシも速く増大す
る。従ってこの構造の素子ではターン電圧Ｖｔは一層速
く低下してしまう。

このため、従来の光半導体素子では、このターン電圧Ｖ
ｔの低下を抑えるためバイアス電圧を変動させる必要が
あシ、複雑なバイアス回路が必要となるという欠点があ
った。

さらに、この光半導体素子をスイッチ素子として使用す
る場合、高速動作させると、ターン電圧溌明の目的） この発明の目的は、速い立上り・母ルス電圧が印加され
た場合でも、ターン電圧Ｖｔが低下しにくい構造の半導
体素子を提供することにある〇（問題点を解決すべき手
段） この目的の達成を図るため、この発明の光半導具えると
共に、該第二クラッド層と接触する電流集中作用領域を
具える、ダブルへテロ接合型の負性抵抗光半導体素子に
おいて、前記第二活性層のエネルギーギャップを前記第
一活性層のエネルギーギャップより大きくすると共に前
記第二クラッド層のエネルギーギャップよシも小さくし
て成ることを特徴とする。

（実施例の説明） 以下図面を参照してとの発明の実施例につき説明する。

尚、この発明の光半導体素子を構成する各層の配置関係
は従来の光半導体素子と同一であるので、第１図〜第３
図を参照することとする。

この発明においては第二活性層４を従来のｎ型ルギーギ
ャノデよシも小さくした構成となってい第２活性層Ａｔ
ｙＧａ　、−ｙＡｓの組成比ｙは０．１程度とするのが
好適である。又、−例としてｎ型の第二活性層４のエネ
ルギーギャップはｐ型の第一活性層３のエネルギーギャ
ップに比べ４％程度大とするのが好適である。

このように、ｎ型の第二活性層４のエネルギーギャップ
を従来の場合よシも大きくすると、ｐ型の第二クラッド
層５と、このｎ型第二活性層４とのエネルギーギャップ
の差が小さくなるだめ、エミッタ注入効率が小さくなっ
てワイドエミッタ効果が小さくなる。これがため、電流
集中作用を有するｐ拡散層７が設けられてｂても、ｐｎ
ｐ　トランジスタＴｒ、の電流増幅率αｌの増大が著し
く抑制され、よってαｌ＋α２が１となる時間も著しく
遅れることとなる。従って、速い立上がシの・ぐルス電
圧の印加時でも、第３図に示すＳ字型負性特性の転移点
Ｔのターン電圧Ｖｔの低下を抑制出来ることとなる。

尚、基板１をｐ型とし、これに対応して第−及び第二ク
ラッド層２及び５、第−及び第二活性層３及び４、キャ
ップ層６及び拡散層７の導電型を導体素子について説明
したがＩｎｐ系の負性抵抗光半導体とすることも出来る
。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかのように、この発明の、電流
集中構造をもったダブルへテロ接合型の負性抵抗光半導
体素子によれば、二つの大きなエネルギーギャップをも
った第−及び第二クラッド層間に挾まれた二つの小さな
エネルギーギャップをもった第−及び第二活性層のうち
、電流集中が行なわれる側の第二活性層のエネルギーギ
ャップを第一活性層のエネルギーギャップよシ大きくす
ることによって、これら第−及び第二活性層のエネルギ
ーギャップを不均衡となしているので、負性抵抗光半導
体素子を等何回路で表わした時の二りのトランジスタの
うちの一方のトランジスタの電流増幅率の増加を抑制す
ることが出来、よってターン電圧の低下を小さく又は低
下が実質的に起らないように抑制することが出来る。

従って、この発明の光半導体素子をスイッチ素子として
使用する場合、これを高速作動させる時であってもター
ン電圧が低下しにくいので、低速（資）動の場合と同様
に、ノイズマーノ／に余裕がある。という利点がある。

鴇らに、ターン電圧が低下しにくいので、このターン電
圧の変動を補償するために従来のような複雑な回路構成
のバイアス回路を必要とせず、簡単な構成のバイアス回
路を使用することが出来るとかう利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来及びこの発明の負性抵抗光半導体素子の説
明に供する路線的断面図、 第２図は第１図の光半導体素子の等価回路図、第３図は
第１図の光半導体素子の電圧−電流特性を示す線図であ
る。 １・・・基板、２・・・第一クラッド層、３・・・第一
活性層、４・・・第二活性層、５・・・第二クラッド層
、６・・・キャップ層、７・・・拡散層、８，９・・・
電極、１０・・・光取り出し又は受光用窓、’ｒｒ１１
　Ｔｒ２・・・トランジスタ、１１．１２・・・端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、基板上に第一クラッド層、第一活性層、第二活性層
   及び第二クラッド層を順次に具えると共に、該第二クラ
   ッド層と接触する電流集中作用領域を具える、ダブルヘ
   テロ接合型の負性抵抗光半導体素子において、前記第二
   活性層のエネルギーギャップを前記第一活性層のエネル
   ギーギャップより大きくすると共に前記第二クラッド層
   のエネルギーギャップよりも小さくして成ることを特徴
   とする光半導体素子。