JPS6260823B2 - - Google Patents

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JPS6260823B2
JPS6260823B2 JP58149746A JP14974683A JPS6260823B2 JP S6260823 B2 JPS6260823 B2 JP S6260823B2 JP 58149746 A JP58149746 A JP 58149746A JP 14974683 A JP14974683 A JP 14974683A JP S6260823 B2 JPS6260823 B2 JP S6260823B2
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JP
Japan
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light
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logic
wavelength
logical
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JP58149746A
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JPS59124775A (ja
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Aiuan Chaperu Terii
Matsukufuaason Utsudooru Jerii
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International Business Machines Corp
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International Business Machines Corp
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Publication date
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Publication of JPS6260823B2 publication Critical patent/JPS6260823B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/08Semiconductor 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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor 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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/14Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00Catheters; Hollow probes
    • A61M25/10Balloon catheters
    • A61M2025/1043Balloon catheters with special features or adapted for special applications
    • A61M2025/1059Balloon catheters with special features or adapted for special applications having different inflatable sections mainly depending on the response to the inflation pressure, e.g. due to different material properties

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野及び従来技術〕 本発明は、論理的組合せ(logic
combination)を示す信号を生じる様に論理変数
を表わす光学信号を組合せる技術に係る。処理速
度及びデバイス密度が増大するにつれて、光ビー
ムの形で情報信号を伝達させ、光フアイバの様な
導体によつてそれらの光ビームを送る事が増々有
利になりつつある。光学的な形の論理信号は電気
信号を生じる素子において論理的に組合される。
しかし、論理的組合せ処理は構造体の付加を伴
い、速度能力要件に適合しない遅延を紹く。
これまでは、光学的論理信号(各論理変数は異
つた波長で表わす)は単一の半導体において組合
された。論理組合せを行なう構造体は、夫々異な
る周波数に対する異つたバンド・ギヤツプ(禁止
帯の幅)を有するいくつかの半導体材料を用い
る。その様な構造体については、Electronics、
September 8、1981、P.42に開示されている。
従来の複雑なヘテロ構造体に於いて、拡散はキヤ
リヤ伝送メカニズムにより、従つて応答速度に限
度がある。半導体材のトンネリング部分における
キヤリヤの平均自由行程のオーダーのトンネリン
グ・バリヤによつて境界付けられた弾性伝送のた
めの厚さを有する未ドープ層を備えた半導体材料
において、ドリフトがキヤリヤ伝送メカニズムを
生じ、極めて高い出力電圧及びより高速度の応答
が達成される、光学的変換構造体の原理が他の特
許出願によつて既に提案されている。
〔発明の概要〕
本発明の論理動作を行うための光一電気信号変
換装置を提供するものであつて、特定の波長の論
理変数を表わすために用い、高速度の応答出力電
流もしくは出力電圧が用いられる論理変数の論理
的組合せによつて生じる論理演算子を表わす。
上記の他の提案に於いては、非常に薄いトンネ
リングP―n接合によつて境界付けられた未ドー
プ処理状態(以下未ドープと称する)の領域が簡
単な高性能変換装置を与える。
本発明の変換装置は上記他の提案の構造体と同
様な受光表面に関して直列に配置した半導体構造
体がある。変更された点は、論理的変換を行なう
ために、各波長変数に対してトンネリング領域に
おけるキヤリヤの平均自由行程程度の薄いトンネ
リング接合によつて境界を設けた別個の未ドープ
半導体領域を用いる点、特定の論理変数波長によ
つて最大数のキヤリヤを生じ、論理変数を示す他
の波長によつてその10%より小さい出力電流が生
じる様な寸法を各未ドープ領域が有する点にあ
る。
本発明の変換装置の構造体によつて、トンネリ
ング接合が未ドープ領域を境界付ける結果とし
て、高い電界が呈せられる。ひいては高い電界は
特定の論理変数光の波長によつて生じるキヤリヤ
を加速する。更に未ドープ状態の領域は、光によ
つて生じたキヤリヤが境界に向つて移動するにつ
れてキヤリヤ散乱を最小にする。未ドープ領域の
厚さ寸法はその領域に対する光の波長によつて生
じた最大数のキヤリヤを呈するに十分な厚さ寸法
である。
これらの条件によつて、拡散よりもドリフトが
主たるキヤリヤ伝送メカニズムとなりうる。よつ
て、ドリフトのみによつて制限されるキヤリヤ伝
送遅延を伴なう論理信号結果が得られる。トンネ
リング境界はキヤリヤのドリフト伝送に対し低イ
ンピーダンスを与え、また十分に薄いので、大き
な遅延は導入されない。
説明を理解し易くするために、光―電気変換効
率及び易働度が大であるという理由から選択した
材料GaAsに於ける“AND”論理機能に関して、
ドーピングのプロフイール及び材料の組成を示
す。しかしながら、他の材料を用いてもよい事は
云うまでもない。AND、OR及びNOTの組合せに
よつて全ての論理演算子が得られる。現存するバ
イアスを中断するOR信号によつてNOTが得ら
れ、単一の光検出器によつてORが得られる。
AND構成するのが最も複雑であるが、当業者は
本明細書に示した原理をAND、OR及びNOTの組
合せを含む論理に対して容易に移行させることが
できるであろう。
〔実施例〕
夫々第1図及び第2図は、AND構造体の表面
下の深さ対ドーピング・レベルを示す図及びエネ
ルギ図である。
その構造体は2論理変数一致構造体即ちAND
構造体である。該構造体はn+基板3の上方の光
入射表面1の下においてプレーナ領域として順次
配置した、各論理変数に対する別個の未ドープ領
域2を持つ。論理変数は各変数について独立した
波長信号の形で光入射表面を通して導入する。複
数の独立した波長論理変数信号は個々に伝送して
もよく、あるいは単一のビームになる様に変調し
てもよい。第1図及び第2図において、論理変数
信号はX軸すなわち横座標軸に沿つて光入射表面
を通して入れる。第1図に於いて、構造体のドー
ピングはY軸すなわち縦座標軸に沿つて行なわれ
る。トンネリング境界の縮退ドーピングは太線で
示す短かい距離にわたつて生じる。光入射表面に
隣接する、論理変数変換未ドープ領域はより短か
い波長に関して調整され、光入射表面から更に下
方の領域はより長い波長に関して調整される。
論理変数変換未ドープ領域は、トンネリング接
合領域Tに於けるキヤリヤの平均自由行程の幅寸
法を有する量子力学的トンネリング接合によつて
境界を設ける。ほとんどの材料、とりわけGaAs
の場合、50Åが十分な距離である。第1図におい
て、境界トンネリング接合は、相互に隣接する
n+及びp+の50Å幅の領域として示す。n+及び
p+領域の寸法の和100Å程度がGaAs材のトンネ
リング領域におけるキヤリヤの平均自由行程の寸
法である。
各々の論理変数変換領域の厚さ寸法は該領域が
応答すべき論理演算子の波長の光の90%程度を吸
収する様に調整する。
光入射表面から基板までの全体的な深さ寸法
は、少なくとも、基板に隣接する領域に於て吸収
されるべき論理変数に対する波長の光の貫通する
深さ寸法である。これは最も長い波長の論理変数
信号である。
或る波長の光の90%程度を吸収し、しかも他の
波長に関する領域における電流の10%のオーダー
よりも大きい電流を生じない様にして、複数の信
号を相互に識別する様に寸法及び波長を選択す
る。90%及び10%という値は良好な信号対雑音比
をうるために選択した値である。必要ならば、よ
り緊密な構造及び波長条件を用いてより近密な識
別を実現する事が可能である。
第1図及び第2図において、波長λ1の光に対
して大きな光電流応答信号を生じ、λ1のための
領域を通る波長λ2の光によつて上記光電流の、
10%より小さい光電流しか生じない様にするため
の第1の能動領域を設ける。同様に、表面から離
れた領域はλ2の波長の光に応答する。λ1はλ
2よりも小である。2つの能動領域の光電流応答
信号の調整はそれらの一方もしくは双方について
各領域の材料にわたつて組成の厚さないし禁止帯
の幅を変える事によつて行なう。信号変数を示す
信号同志の間の波長の離隔程度が大である程、2
つの信号間の識別能力はより低度なものでよい。
論理変数に関する要件が、波長がより接近したも
のである場合には、禁止帯幅及び厚さ両方の差分
が更に本質的な要素となる。
論理変数λの選定及び変換領域のパラメータは
次の様に定めるべきである。すなわち、各々の別
個の領域が所望の波長に対して或る量子効率を呈
し、しかも他の波長の効果が10%を越えない様に
定めるべきである。単一の未ドープ状態のGaAs
材を用いる第1図のデバイスの実施例に関して、
0.425μmのλ1に対して0.5μmの厚さW1を有
する。第1論理変数変換領域の量子効率は90%で
あり、0.78μmのλ2に関して、同じ領域におけ
る量子効率は6.9%である。1.9μmの厚さW2を
有する第2の論理変数変換領域では、λ2に対し
て量子効率が90%であるが、その領域においてλ
1に対する量子効率は10%である。
ドーピング・レベルが106原子/c.c.より小で
ある未ドープGaAs材について、各未ドープ領域
に3500V/cmの電界が存在する。各領域の厚さの
選択は、特定の波長に対して大きな吸収及び大き
な光電流が呈せられる様にして行なう。波長を示
す任意の他の論理変数はわずか10%の光電流を生
ずるにすぎないので、組合された各領域に対して
波長信号が存在する場合にのみ組合された領域を
通して出力信号レベルの光電流が存在する。
動作の際、バイアス電圧がないと、AND論理
演算子は基板に対するオーミツク接点及びグリツ
ドないし透明オーミツク接点の様な表面接点の間
に生じる。本発明のデバイスを、各々論理変数を
あらわす2種の異なる波長の単色光(単一のビー
ムに含まれてもよい)で照射すると、感知しうる
出力信号レベルの光電流がデバイスを通して流れ
る。もしもいずれかの波長の光のみが存在するな
らば、それらの領域は直列に配置されているの
で、ほとんど電流は流れない。即ち、本発明のデ
バイスは光学的アンド・ゲートとして動作し、両
方の波長の光が存在する場合にのみ感知しうる電
流が流れる。呈示した原理から、任意数の直列に
配列した論理変数変換領域が、全入力論理変数波
長光の論理的一致関数すなわちAND関数であ
る。出力論理演算子電流を生じる事を理解しうる
であろう。
本発明の原理を用いる構造体においては、光に
よつて生じたキヤリヤは拡散よりもドリフトによ
つて伝送されるので、非常に高速度な過渡応答が
呈せられ、付加的な論理遅延は生じない。
第1図及び第2図において、デバイスの制限的
な過渡応答は寸法W2で示す最も広い未ドープ領
域の走行時間によつて支配される。これは、フオ
ト・キヤリヤが両方の領域によつて同時に捕集さ
れ、よつて実質的に等しい結晶状態を用いる場
合、最も広い領域が最も遅くなるからである。第
1図のデバイスの場合、第1図のGaAsに関する
値及び寸法を用いて次式によつて走行時間が求め
られる。
tγ=W2/vs=24×10−5cm/10cm/s
ec=24ピコ秒 ここでtγは走行時間、vsは飽和ドリフト速
度である。説明した構造体に用いた物理的原理か
らして、多くの代替が可能である事が理解される
であろう。例えば、非常に薄い領域は、2種の異
なる波長の光に於いて高い吸収係数を有する様に
選択した2種の異なる半導体材から2つの領域を
エピタシヤル成長させる事によつて形成する事が
できるであろう。換言すると、厚さW1の未ドー
プGaAs領域の材料をより大きな禁止帯の幅を有
する例えばGaAlAsの様な材料で置換すると、他
の領域がGaAsであるならば、該領域はより小さ
い寸法W2を有することができる。これによつ
て、或る複数の周波数の光が貫通しうる深さ内に
より多くの領域を用いる事が可能になる。
第1図及び第2図のデバイスは、未ドープ領域
を単結晶として成長させる分子線エピタキシヤル
法を用いて作ることができる。“Electronics
Letters”16、22、P.836、October 23、1980に示
される様なプレーナ・ドーピング分子線エピタキ
シヤル法を用いて結晶の複数領域間にトンネリン
グ・バリヤを形成することができる。
デバイスのp+領域は、ドーパントとして本技
術分野では標準とされるが有毒であつて、取扱い
困難の原因であるBeよりもMgを用いてより安全
に形成するのが好ましい。
以上において、光学的―電気的論理動作を行な
うための半導体構造体であつて、所定の波長で示
される各論理変数に対して、構造体の未ドープ状
態の個々の層がトンネリング領域におけるキヤリ
ヤの平均自由行程ていどの寸法を有する薄いトン
ネリング接合によつて境界付けられており、その
未ドープ領域がキヤリヤの最大吸収が呈せられる
様に修整した寸法を有する半導体構造体について
説明した。
【図面の簡単な説明】
第1図はAND半導体構造体のドーピング・プ
ロフイールを示す図、第2図はエネルギー図であ
る。 1……光入射表面、2……未ドープ領域、3…
…n+基板。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 下記構成を有する光学―電気的論理素子。 (イ) トンネル接合によつて境界を設けた少くとも
    1つの単結晶半導体未ドープ領域を有する半導
    体論理変換素子であつて、該変換素子上の光入
    射表面から入射光が到達する距離内の位置に上
    記未ドープ領域を上記光入射表面と平行に配置
    すると共に上記トンネル接合の寸法を該接合に
    おけるキヤリヤの平均自由行程ていどになる様
    に構成した上記変換素子。 (ロ) 上記変換素子に接続した論理信号検出手段。 (ハ) 上記光入射表面に対して、各論理変数に対応
    する波長の光を指向する手段。
JP58149746A 1982-12-30 1983-08-18 光学−電気的論理素子 Granted JPS59124775A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US454747 1982-12-30
US06/454,747 US4504846A (en) 1982-12-30 1982-12-30 Multiwavelength optical-to-electrical logic operations

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59124775A JPS59124775A (ja) 1984-07-18
JPS6260823B2 true JPS6260823B2 (ja) 1987-12-18

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ID=23805908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58149746A Granted JPS59124775A (ja) 1982-12-30 1983-08-18 光学−電気的論理素子

Country Status (4)

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US (1) US4504846A (ja)
EP (1) EP0113074B1 (ja)
JP (1) JPS59124775A (ja)
DE (1) DE3376785D1 (ja)

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EP0113074B1 (en) 1988-05-25
EP0113074A3 (en) 1986-03-05
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