JPS6213086A - 光記憶装置 - 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】 ２べ−・′ 産業上の利用分野 本発明は光によって情報を書込み、読出し、消去する光
記憶装置に関するものである。

従来の技術 従来、半導体光記憶装置としては、半導体レーザの光双
安定動作を用いるものや、発光ダイオード（あるいは半
導体レーザ）とフォト・ダイオードの組合せによる光双
安定動作を用いるものが提案されている。これら従来の
技術においては、情報を光によって書込み、光出力とし
て読出すことはできるが、光によって情報を消去するこ
とは困難であった。この点を改良した従来例としては例
えば、特開昭６０−７９７７４号公報に示されている光
集積回路がある。この従来例を等価回路で示すと第４図
のようになる。第４図において、第１の発光ダイオード
１とフォト・トランジスタ２が電気的に直列接続される
と同時に光学的に結合されて光双安定素子を構成してい
る。この光双安定素子は、第５図に示すような入力光−
出力光特性を有している。すなわち、バイアス入力光ｐ
ｂが３　′・−一 与えられている場合には２つの出力光状態Ａ、Ｈのいず
れかを選択できる。従って、第４図に示す第２の発光ダ
イオード３によってフォト・トランジスタ２ヘバイアス
入力光を与えるようにすれば、光記憶装置を構成するこ
とができる。この場合、パルス信号光をフォト・トラン
ジスタへ入力すれば出力状態は人からＢへ遷移して情報
が書込まれる。また、書込まれた情報を消去するために
は、第２の発光ダイオードからの発光を一時的に停止す
れば、出力状態（ｉ７Ｂからムにもどすことができる。

すｈわち、第２の発光ダイオード３からの）（イアス入
力光ｐｂは記憶を保持するだめのホールド信号として作
用する。

発明が解決しようとする問題点 第４図に示した従来例においては、光によって情報の書
込み、消去ができるという利点を有している。しかし、
これを光記憶装置として用いるためには、情報を消去す
る時以外は常にバイアス入力光を与えておく必要がある
。このため、光によって情報を消去すると言っても実際
には第２０発光ダイオードへの印加電流をオフすること
によって情報を消去しているに過ぎず、その用途は限定
されたものになっている。す々わち、光記憶装置が有効
に機能するためには、定常状態では光の照射を行う必要
がかく、情報を書込みあるいは消去する時のみに光を入
力するという形のものがＴ１しい。本発明はこのような
光記憶装置を実現しようとするものである。

問題点を解決するだめの手段 本発明は上記問題点を解決するために、発光素子と第１
のフォト・トランジスタを電気的に直列接続し、前記直
列接続構成と第２のフォト・トランジスタを電気的に並
列接続した回路を含み、前記発光素子からの発光を前記
第１のフォト・トランジスタは受光し、前記第２のフォ
ト・トランジスタは受光し々いという構成で光記憶装置
を実現するというものである。この際、発光素子からの
発光波長λ１と、第１のフォト・トランジスタの受光可
能な最長波長λ２と、第２のフォト・トランジスタの受
光可能々最長波長λ３の間に、λ３＜λ１≦λ２６　ベ
ー／゛ なる関係が成立つようにしてもよく、さらに発光素子と
第１のフォト・トランジスタと第２のフォト・トランジ
スタが積層構造となっていてもよい。

作用 本発明の光記憶装置においては、発光ダイオードと第１
のフォト・トランジスタの直列接続が光双安定素子を構
成している。ここで、発光ダイオードから第１のフォト
・トランジスタへの光学的結合を十分太きくしておけば
、入力光が０になっても出力光が出力される状態を保持
できる。すなわち、従来例で必要とされたバイアス入力
光は不要となる。次に、出力光をオン（ＯＮ）状態から
オフ（ＯＦＦ）状態にもどすためには、光双安定素子と
並列に接続された第２のフォト・トランジスタへ消去信
号光を入力する。これによって、光双安定素子の両端の
電圧が低下するので、光双安定素子はオフ状態にもどる
。すなわち、入力光が００場合に出力がオン、オフの２
状態となる光双安定素子とこれを光によってオフするだ
めのフォト・トランジスタ全並列接続することによって
、６　ページ 書込み信号光によってオンし、消去信号光によってオフ
され、定常時には光を照射し々くても記憶が保持される
光記憶装置が実現される。

実施例 第１図は本発明の光記憶装置の一実施例を示す断面図で
ある。本実施例では、ｎ型ＩｎＰ基板４」二にｎ　Ｉｎ
Ｐ第２エミッタ５、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ（バンド・ギャ
ップ波長λｇ　＝　１．１μｍ）第２ペース６、ｎ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ（λｇ−１，１μＩＩ＋）第１エミツタ兼
第２コレクタ７、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．３μ
ｍ）第１ベース８、ｎ型ＩｎＰｎクラッド兼第１コレク
タ９、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ　（λｇ＝１．３μｍ）活性
層１０、ｐ型ＩｎＰｐクラッド１１が積層されている。

このうち、ｐクラッド１１、活性層１０．ｎクラッド９
が発光素子（ダブル・ペテロ接合発光ダイオード）１２
を構成しており、その発光波長けλ１−１．３μｍであ
る。さらに、第１コレクタ９、第１ベース８、第１エミ
ツタ７が第１のフォト・トランジスタ１３を構成し、第
２コレクタ７、第２ベース６、第２エミツタ５が第２の
フォト・トラン７　′・−・ ジスタ１４を構成している。第１、第２のフォト・トラ
ンジスタは、ともにワイド・バンド・ギャップ・エミッ
タ・フォト・トランジスタであり、その受光可能な最長
波長λ２、λ５はベースのバンド・ギャップによって決
まる。従って、との場合はλ２＝１．３μｍ、λ３＝１
．１μｍである。１だ、ｐクラッド１１−ヒに第１の電
極１６、第１エミツタ兼第２コレクタ上に第２の電極１
６、基板４の裏面に第３の電極１７がそれぞれ形成され
ており、外部回路と接続さｔている。

本実施例を等価回路で示すと第２図のようになる。すな
わち、発光素子１２と第１のフォト・トランジスタ１３
が直列に接続されており、これらと第２のフォト・トラ
ンジスタ１４が並列に接続されている。ここで、第１図
の第１、第２、第３の電極１６．１６．１７が等価回路
の第１、第２、第３の端子１８．１９．２ｏに対応して
いる。外部回路としては、第１、第３の端子１８．２０
が結線され、外部抵抗２１を介して電源に接続されてお
り、第２の端子１９は接地されている。また、光学的に
は第１のフォト・トランジスタ１３に波長λＷ（λ５＜
λＷ≦λ２）の書込み信号光が入力され、第２のフォト
・トランジスタ１４に波長λＲ（λ４＜λ８≦λ３）の
消去信号光が入力される。ここで、λ４はＩｎＰのバン
ド・ギャップ波長である。第１のフォト・トランジスタ
１３では、書込み信号光の他に発光素子１２からの波長
λ１の出力光も受光されるが、第２のフォト・トランジ
スタ１４ではこの出力光は受光されない。出力光の一部
は、外部へ出力される。

これらの信号光、出力光の実際の経路は第１図に示され
ている。ｔ８ず、波長λＷの書込み信号光は、基板裏面
から入射さ扛るが、λＷ〉λ３であるために第２のフォ
ト・トランジスタ１４では受光されず、λＷ≦λ２より
第１のフォト・トランジスタ１３で受光されることにな
る。一方、波長λＸの消去信号光は、やはり基板裏面よ
り入射されるが、λ冨≦λ３より第２のフォト・トラン
ジスタ１４で受光されてし１い、第１のフォト・トラン
ジスタ１３では受光さ扛ない。この際、λ翼〉λ４なの
で９　ページ 消去信号光が基板４で吸収されてしまうことはない。次
に、発光素子１２の活性層１０は波長λ１で発光し、そ
の一部はｐクラッド１１０表面から外部へ出力される。

また、他の一部は第１のフォト・トランジスタ１３の方
向へ出力され、λ１≦λ２より第１のフォト・トランジ
スタで受光されることになる。この際、λ１〉λ５であ
るから、発光素子１２０発光を第２のフォト・トランジ
スタ１４が受光することはない。

このように等価回路で説明した光学的結合は構造と光の
波長によって決定されているので、書込み信号光と消去
信号光を同じ方向から入射することが可能であり、壕だ
発光素子と第１のフォト・トランジスタを光学的に結合
し、発光素子と第２のフォト・トランジスタは結合しな
いということが可能になる。

次に、本実施例の動作を第２図の等価回路と第３図の電
圧−電流特性図を用いて説明する。第３図の電圧は、第
２図の第１の端子１８と第２の端子１９間の電圧であり
、電流は各素子を流れる電１０・＼−２ 流である。このうち、外部抵抗２１を流れる電流が負荷
線２２で示され、発光素子１２と第１のフォト・トラン
ジスタ１３で構成される光双安定素子を流れる電流がオ
フ時にはオフ特性２３となり、オン時にはオン特性２４
となる。また、消去信号光入力時に第２のフォト・トラ
ンジスタ１４を流れる電流が消去時特性２６となる。ま
ず、消去信号光が入力されていない場合を考える。この
場合、光双安定素子は、書込み信号光が入力されなくて
もオン、オフの２状態が選択可能である。オフ状態では
、発光素子が発光しておらず、このため第１のフォト・
トランジスタには全く光が入力されず、このため第１の
フォト・トランジスタおよびこれと直列に接続された発
光素子には電流が流れない（従って発光素子は発光しな
い）。一方、オン状態では、発光素子が発光しており、
このだめ第１のフォト・トランジスタはその光を受光し
、この結果光双安定素子に電流が流れる（従って発光素
子が発光する）。この２状態の電圧−電流特性が、前述
のオフ特性２３およびオン特性２４で１１　ｌ＼−／ ある。通常、光双安定素子に電圧を印加していった場合
には、オフ状態となるが、これに書込み信号光を入力す
ると光双安定素子に電流が流れ始めてオン状態となり、
この状態は書込み信号光が入力あれなくなっても維持さ
れる。この状態変化は、第３図の特性図において動作点
がムからＢに移動することに対応している。動作点ムで
は出力光は出力されず、動作点Ｂでは出力されるから、
書込み信号光によって情報が書込まれ記憶されたことに
なる。

続いて、光双安定素子がオン状態の場合に、消去信号光
が入力された場合を考える。この場合、第３図に消去時
特性２６として示す電流が第２のフォト・トランジスタ
に流れる。従って動作点はｃ　、　ｃ’に移動する。す
なわち、第２のフォレトランジスタを流れる電流によっ
て電圧降下が生じ（動作点Ｃ）、光双安定素子には電流
が流れなくなる（動作点Ｃ／　、。ここで、消去信号光
をオフすると動作点は人にもどり、消去信号光によって
記憶された情報が消去されたことになる。

以上説明してきたように、本実施例は書込み信号光によ
ってオンし、消去信号光によってオフされ、オン時には
出力光を出力する光記憶装置となっている。このような
光記憶装置を実現するだめの構造は第１図に示した構造
に限定されるものではなく、基本的には等価回路が第２
図のようになるものであればどのような構成をとっても
よい。

しかし、第１図の例のように、構造と光の波長によって
光学的結合を確定すれば、その動作は確実なものとでき
る。すなわち、一般的に言うと発光素子からの発光波長
λ１と、第１のフォト・トランジスタの受光可能な最長
波長λ２と、第２のフォト・トランジスタの受光可能な
最長波長λ３の間にλ５＜λ１≦λ２なる関係が成立し
、λＥ≦λ６＜λＷ≦λ２なる波長λＷ、λにの光をそ
れぞれ書込み信号光および消去信号光として用いること
が望ましい。このような条件を満せば、第１図のような
発光素子、第１のフォト・トランジスタ、第２のフォト
・トランジスタを積層した構造で光記憶装置を実現でき
る。そして、光の入出力は基板の表裏面のみか１３ペー
ジ ら行うことができるので、多数の光記憶装置を同一基板
上に二次元的に配置することが可能となる。

なお、本実施例の説明においては発光素子を発光ダイオ
ードとしだが、半導体レーザであってもよい。また、光
記憶装置を構成する材料に関しても、ＩｎＧａＡｓＰ／
ＩｎＰ系に限定されるものではなく、ム／ＧａＡｓ　／
　ＧａＡｓ系等の他の半導体材料を用いてもよいことは
言うまでもない。

発明の効果 以上述べてきたように、本発明によれば定常状態では光
の照射を行う必要がなく、情報を書込む場合には書込み
信号光を入力し、消去する場合には消去信号光を入力し
、情報が書込まれている場合には常に出力光が出力され
る光記憶装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における光記憶装置の断面図
、第２図は同装置の等価回路図、第３図は同装置の動作
を説明するための特性図、第４図は従来の光記憶装置の
等価回路図、第５図は同装置４ページ 置の動作を説明するだめの特性図である。 １２・・・・・・発光素子、１３・・・・・・第１のフ
ォト・トランジスタ、１４・・・・・・第２のフォト・
トランジスタ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ｖ−
一

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光素子と第１のフォト・トランジスタを電気的
   に直列接続し、前記直列接続構成と第２のフォト・トラ
   ンジスタを電気的に並列接続した回路を含み、前記発光
   素子からの発光を前記第１のフォト・トランジスタは受
   光し、前記第２のフォト・トランジスタは受光しないよ
   うに構成した光記憶装置。
2. （２）発光素子からの発光波長λ＿１と、第１のフォト
   ・トランジスタの受光可能な最長波長λ＿２と、第２の
   フォト・トランジスタの受光可能な最長波長λ＿３の間
   に、λ＿３＜λ＿１≦λ＿２なる関係が成立つ特許請求
   の範囲第１項記載の光記憶装置。
3. （３）発光素子と第１のフォト・トランジスタと第２の
   フォト・トランジスタが、積層構造となっている特許請
   求の範囲第２項記載の光記憶装置。