JPH0982900A - 光半導体記憶装置、その情報書き込み方法及び情報読み出し方法、並びに光半導体論理回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 記憶情報の保持時間が長く、大容量、且つ光
信号で読み出し書き込みができる光半導体記憶装置、情
報書き込み方法及び情報読み出し方法を提供する。ま
た、上記の光半導体記憶装置を用いた光半導体論理回路
装置を提供する。 【解決手段】 第１導電型の半導体よりなるコレクタ層
１４と、前記コレクタ層１４に接合され、第２導電型の
半導体よりなるベース層１６と、前記ベース層１６に接
合され、第１導電型の半導体よりなるエミッタ層１８
と、前記ベース層１６に形成された量子ドット２６とに
より構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光半導体記憶装置
に係り、特に光信号で記憶情報の書き込み、読み出しが
できる大容量の光半導体記憶装置、情報書き込み方法及
び情報読み出し方法、並びに光半導体論理回路装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】光半導体装置は、信号処理の高速化・信
号の並列処理が、電気信号に応答し或いは電気信号を出
力する電子デバイスと比較して容易であること等により
様々な研究がなされている。このような背景から、光半
導体装置を用いた記憶装置が種々提案されているが、現
在のところ実用化には至っていない。これは、メモリセ
ルを光半導体装置によって構築したとしても、周辺の論
理回路やスイッチング回路が電子デバイスによって構成
せざるを得なかったため、光半導体装置と電子デバイス
のそれぞれの特徴を十分に活用することができなかった
ことや、光半導体記憶装置の明確なデバイス概念がなか
ったこと等がその原因として挙げられる。

【０００３】本願発明者等はｐｎ接合をもつ半導体に光
を照射したときの電流−電圧特性の変化を利用して光信
号で書き込み読み出しを行う光半導体記憶装置を特願平
７−６５４９３号明細書において提案した。特願平７−
６５４９３号明細書記載の従来の光半導体記憶装置は、
負性抵抗特性を有するトンネルダイオードと負荷素子と
が直列接続された回路により構成され、回路の双安定状
態の変化を利用して記憶装置として用いている。

【０００４】特願平７−６５４９３号明細書記載の光半
導体記憶装置は、図２７に示すように、トンネルダイオ
ードのＩ−Ｖ特性曲線ａと負荷直線ｃとの交点におい
て、低電圧側安定点Ｓ₁と、高電圧側安定点Ｓ₂とを有す
る双安定状態を示す。つまり、印加電圧を変化すること
によって、安定点を低電圧側安定点Ｓ₁又は高電圧側安
定点Ｓ₂に制御することができる。

【０００５】また、トンネルダイオードに、その半導体
材料のエネルギーギャップ以上のエネルギーを有する光
を照射すると、価電子帯の電子が伝導帯に励起されて電
子・正孔対が形成される。このとき、電子はｎ型層に、
正孔はｐ型層に蓄積されるため、光を照射しない場合と
比較してｐｎ接合の電流が全体的に減少する（点線
ｂ）。これにより、安定点が高電圧側に移動され、高電
圧側安定点Ｓ₂だけを有する状態にすることができる。

【０００６】このように、印加電圧によって記憶情報の
書き換えを行うことができ、光を照射することによって
記憶情報をリセットできる光半導体記憶装置を構成する
ことができる。また、本願発明者等は、特願平７−６５
４９３号明細書においてバイポーラトランジスタ型の素
子を用いた光半導体記憶装置についても開示している。

【０００７】バイポーラトランジスタ型の素子を用いた
光半導体記憶装置は、ｐｎｐ接合又はｎｐｎ接合により
形成され、全てのｎ層とｐ層は有効状態密度以上に不純
物がドープされている。以下に、図２８に示すｎｐｎ接
合の素子を用いて説明する。高不純物濃度ｎｐｎ接合
は、左側のｎ型領域とｐ型領域とからなる負性抵抗特性
を有するトンネルダイオードと、ｐ型領域と右側のｎ型
領域とからなるトンネルダイオードを直列に接続したも
のに相当する（図２８（ａ））。ここで、右側のトンネ
ルダイオードは逆バイアスにより低抵抗化して使用する
ため、電流−電圧特性は、図２８（ｂ）中に曲線ａで示
すように、左側のトンネルダイオードの特性とほぼ等し
くなる。

【０００８】この構造に弱い光を照射し、左側のｎ型領
域に負の電圧を、右側のｎ型領域に正の電圧を印加する
と、この弱い光の照射によって発生する正孔がｐ型領域
に蓄積されて浮遊状態のｐ型領域のポテンシャルが下が
る。このため、左側のｎ型領域の伝導体がｐ型領域の禁
制帯に向かい合うことになり、左側のｎ型領域から電子
がトンネルによってｐ型領域に移動するのが困難とな
り、ピーク電流もバレー電流も減少する。

【０００９】これにより、電流−電圧特性は図２８
（ｂ）中に曲線ｂで示すようになり、安定点は高電圧側
安定点Ｓ₂のみの単安定状態となる。これに対し、この
構造に強い光を照射し、左側のｎ型領域に負の電圧を、
右側のｎ型領域に正の電圧を印加すると、この強い光の
照射によって発生する多量の正孔がｐ型領域に蓄積され
て浮遊状態のｐ型領域のレベルが著しく下がる。このた
め、左側のｎ型領域からｐ型領域の伝導帯の上を越えて
右側のｎ型領域に移動する電子が増加し、電流が全体的
に大きくなる。また、ピーク電流も増加するが、バレー
電流がこれよりさらに増加するため、負性抵抗が弱くな
る。

【００１０】これにより、電流−電圧特性は図２８
（ｂ）中に曲線ｃで示すように変化し、安定点は高電圧
側安定点Ｓ₁のみの単安定状態となる。なお、前記の弱
い光と強い光の中間的な強度の光を照射した場合には、
光を照射しない場合とほぼ等しい特性を示す。このよう
な特性を利用することにより、光の照射強度のみで双安
定状態を変化することが可能となる。即ち、光を照射し
ない状態で双安定状態を形成するようにしておけば、弱
い光を照射したときにはｎｐｎ接合のピーク電流が減少
するため安定点は高電圧側安定点Ｓ₂に移動し、強い光
を照射したときには電流が増加するため安定点は低電圧
側安定点Ｓ₁に移動する。

【００１１】従って、光の照射強度を変化させることに
より安定点を移動させることができるため、電気的な信
号を用いずに、光信号のみにより記憶情報を変化させる
ことができる。また、光の照射強度には加算効果がある
ため、２方向（例えばＸ方向とＹ方向）からの光信号に
より安定点を変化させることもできる。さらに、中間の
強度の光を照射すれば、双安定状態を変化させずに光に
よるチャンネル電流の変化を検知することができるの
で、記憶情報を変化させずに記憶情報を読み出すことが
できる。

【００１２】ところで、量子効果デバイスは、微細化に
適した新たな素子として注目されており、種々の研究が
なされている。特に、量子ドットを用いた記憶装置には
高集積化が期待されている。本願発明者等は、量子ドッ
トの基底準位間の遷移がきわめて急峻な光吸収スペクト
ルをもつこと、光吸収により強い吸収飽和を起こすこと
により光による情報の書き込み、読み出しが可能である
こと、量子ドットの形状・サイズを変化させれば量子ド
ットごとの吸収波長が変化し、波長多重で情報を記憶で
きることを見いだし、量子ドットを用いた波長多重メモ
リを提案している。

【００１３】量子ドットを用いた波長多重メモリは、例
えば図２９に示すように、ＧａＡｓ層からなる量子ドッ
ト４６を挟んでＡｌＧａＡｌ層からなるバリア層４８が
形成されており、その外には更にＡｌＡｓ層からなる井
戸層５０が形成されている。このような波長多重メモリ
に光を照射すると、ＧａＡｓ層からなる量子ドットの基
底準位間のセパレーションエネルギーに相当した波長を
もつ光を照射したときにのみ、電子−正孔対が生成され
る。

【００１４】ここで、電子はトンネル確率が高いため、
このように生成された電子はバリア層をトンネルしてエ
ネルギーの低いＡｌＡｓ層のＸバンドまで遷移する。一
方、正孔はバリア層をトンネルしにくいため、正孔のみ
が量子ドットにとり残された状態となる。このように量
子ドットに正孔がとり残された状態では、同じ波長の光
が更に照射されても正孔が存在するために強い吸収飽和
を起こすので、光の吸収がほとんど起こらなくなる。

【００１５】そこで、この現象を利用することにより、
光による情報の書き込み、読み出しが可能となる。ま
た、量子ドットのサイズ、即ち基底準位間のセパレーシ
ョンエネルギーＥ_Sを変化させれば、ある波長に対応し
た情報を、極めて小さい領域に記憶することができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の波長多重メモリでは、非発光再結合により記憶情報
の保持時間が決定されるため、保持時間が１ｎｓ程度と
短いといった問題があった。また、電子をトンネリング
によって他の井戸に移動した場合にも、熱励起により電
子が井戸に戻ってしまうため、３００Ｋにおいて約１ｍ
ｓ程度の保持時間しか得られないといった問題があっ
た。

【００１７】また、吸収飽和を光で検知するためには、
発光を検知する受光素子が必要となるため、装置が大が
かりになるといった問題があった。また、特願平７−６
５４９３号明細書記載の光半導体記憶装置では、量子ド
ットを用いた波長多重メモリと比較すると大容量化が困
難であるといった問題があった。

【００１８】本発明の目的は、比較的簡単な構造で、記
憶情報の保持時間が長く、大容量、且つ光信号で読み出
し書き込みができる光半導体記憶装置、情報書き込み方
法及び情報読み出し方法を提供することにある。また、
本発明の他の目的は、上記の光半導体記憶装置を用いた
光半導体論理回路装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、第１導電型
の半導体よりなるコレクタ層と、前記コレクタ層に接合
され、第２導電型の半導体よりなるベース層と、前記ベ
ース層に接合され、第１導電型の半導体よりなるエミッ
タ層と、前記ベース層に形成された量子ドットとを有す
ることを特徴とする光半導体記憶装置によって達成され
る。

【００２０】また、上記の光半導体記憶装置において、
前記ベース層には、サイズの異なる複数の量子ドットが
形成されていることが望ましい。また、上記の光半導体
記憶装置において、前記コレクタ層に接続された負荷素
子を更に有し、前記量子ドットにおいて双安定状態が形
成されていることが望ましい。

【００２１】このように光半導体記憶装置を構成するこ
とにより、光の照射強度の違いにより記憶情報の書き込
みを行うことができ、記憶情報を破壊することなく記憶
情報を読み出すことができる光半導体記憶装置を構成す
ることができる。また、上記の光半導体記憶装置におい
て、前記コレクタ層に接合された、第１導電型の第１の
半導体層を更に有し、前記コレクタ層と、前記第１の半
導体層とからなるｐｎ接合に流れる電流を前記量子ドッ
トの安定状態に応じて変化することにより、記憶情報を
電気的に読み出すことが望ましい。

【００２２】また、上記の光半導体記憶装置において、
前記ベース層に、複数の前記エミッタ層が形成されてい
ることが望ましい。複数のエミッタ層を形成すれば、光
の照射強度の違いにより記憶情報の書き込みを行うこと
ができる。また、コレクタ電流を検出することにより、
記憶情報を電気的に読み出すことができる。

【００２３】また、上記の光半導体記憶装置において、
複数の前記エミッタ層のうち、少なくともひとつのエミ
ッタ層に、第２導電型の第２の半導体層が接合されてお
り、前記第２の半導体層が接合された前記エミッタ層と
前記第２の半導体層とによる負性微分抵抗特性と、他の
エミッタ層と前記ベース層とによる負性微分抵抗特性と
により、前記量子ドットの双安定状態が形成されている
ことが望ましい。

【００２４】このように光半導体記憶装置を構成するこ
とにより、保持状態の消費電力を大幅に低減することが
できる。また、上記の光半導体記憶装置の情報書き込み
方法であって、前記量子ドットのセパレーションエネル
ギーに対応した波長の光を入射することにより、前記量
子ドットの安定状態を変化して前記量子ドットに情報を
書き込むことを特徴とする光半導体記憶装置の情報書き
込み方法によっても達成される。

【００２５】また、上記の光半導体記憶装置の情報書き
込み方法において、前記量子ドットに、電子−正孔対の
生成により生成される電子の数よりも、前記エミッタ層
から前記ベース層の伝導帯を越えて前記コレクタ層に到
達する電子の数が支配的になる強い光を照射することに
より、前記エミッタ層−前記コレクタ層間に流れる電流
を増加させ、前記安定状態を低電圧側に変化することが
望ましい。

【００２６】また、上記の光半導体記憶装置の情報書き
込み方法において、前記量子ドットに、電子−正孔対の
生成により生成される電子の数よりも、一のエミッタ層
から前記ベース層の伝導帯を越えて他のエミッタ層に到
達する電子の数が支配的になる強い光を照射することに
より、前記一のエミッタ層と前記他のエミッタ層に流れ
る電流を増加させ、前記安定状態を低電圧側に変化する
ことが望ましい。

【００２７】また、上記の光半導体記憶装置の情報読み
出し方法であって、電子−正孔対の生成による電子の数
と、前記エミッタ層から前記ベース層の伝導帯を越えて
前記コレクタ層に到達する電子の数とがほぼ等しくなる
中間の光を照射し、照射した前記光の吸収を検知するこ
とにより記憶情報を読み出すことを特徴とする光半導体
記憶装置の情報読み出し方法によっても達成される。

【００２８】また、上記の光半導体記憶装置の情報読み
出し方法であって、電子−正孔対の生成による電子の数
と、前記エミッタ層から前記ベース層の伝導帯を越えて
前記コレクタ層に到達する電子の数とがほぼ等しくなる
中間の光を照射し、前記第１の半導体層方向に流れる光
電流を測定することにより記憶情報を読み出すことを特
徴とする光半導体記憶装置の情報読み出し方法によって
も達成される。

【００２９】また、上記の光半導体記憶装置の情報読み
出し方法であって、電子−正孔対の生成による電子の数
と、一のエミッタ層から前記ベース層の伝導帯を越えて
他のエミッタ層に到達する電子の数とがほぼ等しくなる
中間の光を照射し、照射した前記光の吸収を検知するこ
とにより記憶情報を読み出すことを特徴とする光半導体
記憶装置の情報読み出し方法によっても達成される。

【００３０】また、複数の電気配線からなる列アドレス
信号線群と、前記列アドレス信号線群に交差する方向に
設けられた複数の光配線からなる行アドレス信号線群
と、前記列アドレス信号線群と前記行アドレス信号線群
との各交差部に設けられた上記の光半導体記憶装置とを
有し、前記エミッタ層は、前記列アドレス信号線群に接
続されており、前記ベース層には、前記行アドレス信号
線群より発した光が照射されるようになっていることを
特徴とする光半導体記憶装置によっても達成される。

【００３１】また、複数の電気配線からなる列アドレス
信号線群と、前記列アドレス信号線群に交差する方向に
配された複数の光配線からなる行アドレス信号線群と、
前記列アドレス信号線群に平行に配された、複数の電気
配線からなる読み出し信号線群と、前記列アドレス信号
線群及び前記読み出し信号線群と前記行アドレス信号線
群との各交差部に設けられた上記の光半導体記憶装置と
を有し、前記エミッタ層は、前記列アドレス信号線群に
接続されており、前記ベース層には、前記行アドレス信
号線群より発した光が照射されるようになっており、前
記第１の半導体層は、前記読み出し信号線群に接続され
ていることを特徴とする光半導体記憶装置によっても達
成される。

【００３２】また、上記の光半導体記憶装置を有する光
半導体論理回路装置であって、前記光半導体記憶装置の
前記コレクタ層は負荷素子を介して第１の電源線に接続
され、前記光半導体記憶装置の一のエミッタ層は接地さ
れ、前記光半導体記憶装置の他のエミッタ層は第２の電
源線に接続されており、前記他のエミッタ層に照射する
２種類の光の強度に応じて記憶情報を変化し、その情報
を出力することを特徴とする光半導体論理回路装置によ
っても達成される。

【００３３】

【発明の実施の形態】

［第１実施形態］本発明の第１実施形態による光半導体
記憶装置について、図１乃至図４を用いて説明する。図
１は本実施形態による光半導体記憶装置の構造を示す概
略断面図、図２は本実施形態による光半導体記憶装置の
エネルギーバンド構造を示す図、図３は本実施形態によ
る光半導体記憶装置における記憶情報の読み出し方法を
説明する図、図４はサイズの異なる量子ドットを形成す
る方法を示す概念図である。

【００３４】本実施形態による光半導体記憶装置は、ベ
ース層に量子ドットを有するｎｐｎ型バイポーラトラン
ジスタにより形成されている。即ち、半絶縁性ＧａＡｓ
基板１０上には、厚さ３００ｎｍ、不純物濃度５×１０
¹⁸ｃｍ^-3のｎ⁺−ＧａＡｓからなるコレクタコンタクト
層１２が形成され、その上に厚さ３００ｎｍ、不純物濃
度３×１０¹⁵ｃｍ^-3のｎ^-−ＡｌＧａＡｓからなるコレ
クタ層１４が形成され、その上に厚さ１００ｎｍ、不純
物濃度５×１０ ¹⁹ｃｍ^-3のｐ⁺−ＧａＡｓからなるベー
ス層１６が形成され、その上に厚さ２００ｎｍ、不純物
濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3のｎ−ＡｌＧａＡｓからなるエミ
ッタ層１８が形成され、その上に厚さ１５０ｎｍ、不純
物濃度５×１０¹⁹ｃｍ^-3のｎ⁺−ＧａＡｓからなるエミ
ッタコンタクト層２０が形成されている。コレクタコン
タクト層１２及びエミッタコンタクト層２０上には、そ
れぞれコレクタ電極２２及びエミッタ電極２４が形成さ
れている。

【００３５】ここで、通常のヘテロバイポーラトランジ
スタと異なる点は、ｐ⁺−ＧａＡｓからなるベース層１
６中に、サイズの異なる複数の量子ドット２６が形成さ
れていることにある。なお、本願明細書では、サイズの
異なる量子ドット２６を視覚的に示すため、異なる大き
さの○印により量子ドット２６を表現している。量子ド
ット２６がベース層１６に形成されたヘテロバイポーラ
トランジスタは、図２に示すエネルギーバンド構造を有
している。即ち、通常のｎｐｎ接合におけるベース層１
６に、ベース層１６のエネルギーバンドギャップよりバ
ンドギャップが狭く、基底準位間のセパレーションエネ
ルギーがＥ_Sである量子ドット２６が形成されている。
なお、図示するエネルギーバンド構造は、ある一つの量
子ドットについて示したものであり、この他に、異なる
セパレーションエネルギーＥ_Sをもつ量子ドットが局在
している。

【００３６】次に、本実施形態による光半導体記憶装置
の動作について説明する。図２に示す光半導体記憶装置
に光を入射すると、基底準位間のセパレーションエネル
ギーＥ_Sに対応した波長の光が入射したときにのみ光吸
収が生じ、電子−正孔対が生成される。このように生成
された量子ドット２６中の電子は、より安定な準位であ
るエミッタ層１８又はコレクタ層１４に移動する。一
方、生成された正孔は量子ドット２６中で最も安定な準
位を占有しており、量子ドット２６の外側に出るために
はエネルギーを必要とするため、結果として正孔のみが
量子ドット２６中にとり残された状態となる。このよう
にして、光の入射により量子ドット２６に情報を書き込
むことができる。なお、量子ドット２６に正孔がとり残
された状態では、同じ波長の光が更に照射されても、既
に正孔が存在するために吸収飽和を起こすので、光の吸
収がほとんど起こらなくなる。

【００３７】同様にして、異なる波長の光を入射すれ
ば、その波長に対応した別の量子ドットに情報を書き込
むことができる。なお、通常のヘテロバイポーラトラン
ジスタでは、ベース層のエネルギーバンドギャップであ
る１．４３ｅＶ以上のエネルギーを有する光を照射する
と、光吸収により価電子帯の電子が伝導帯に励起されて
電子−正孔対が生成されるので、波長多重メモリを形成
することはできない。

【００３８】このようにして記憶した量子ドット２６に
光を入射し、入射する光の波長をスキャンすると、図３
に示すように、情報が書き込まれた量子ドットに対応す
る波長のみ光の吸収飽和が生ずる。従って、量子ドット
における光吸収を検出することにより記憶情報として読
み出すことができる。なお、本実施形態では、ｎｐｎ接
合素子のベース層１６中に量子ドット２６を設けたこと
により、光吸収によって生成してエミッタ層１８又はコ
レクタ層１４に移動した電子が量子ドット２６に戻りに
くくなるので、図２９に示す従来の光半導体記憶装置と
比較して保持時間を長くすることができる。

【００３９】このように、本実施形態によれば、ｎｐｎ
接合素子のｐ型層に量子ドットを設けることにより光半
導体記憶装置を形成したので、量子ドット中に生成され
た正孔が再結合されにくく、記憶の保持時間を長くする
ことができる。また、量子ドットのサイズは非常に小さ
いので、通常のヘテロバイポーラトランジスタ構造（１
×１μｍ、厚さ０．１μｍ程度）の中に、５万個程度の
量子ドットを形成でき、非常に大きな記憶容量を実現す
ることができる。

【００４０】なお、上記実施形態では、ｎｐｎ接合素子
のｐ型層に量子ドットを設けたが、量子ドット中で生成
された電子が、ｐｎ接合のエネルギー差によって量子ド
ットに戻りにくくなればよいので、少なくともｐｎ接合
が一つ存在すれば上記効果を得ることができる。また、
本実施形態では、ベース層内にサイズの異なる複数の量
子ドットを形成したが、例えば、表面に微傾斜をもつＧ
ａＡｓ基板上にＩｎＡｓ歪み層を数原子層成長すること
により形成することができる（例えば、J.Y.Marchin et
al., "Photoluminescence of Single InAs Quantum Do
ts Obtained by Self-OrganizedGrowth on GaAs", Phy
s. Rev. Lett., Vol.73 (1994) pp.716-719参照）。こ
の方法により形成した量子ドットは、図４に示すよう
に、微傾斜のエッジ部においてサイズが異なるため、本
発明のベース層の成長方法としてそのまま適用すること
ができる。

【００４１】また、量子ドットのサイズや形状は、成長
温度、ＩｎとＡｓとのモル比などによっても自由に制御
できるので、吸収飽和の起こる光の波長を量子ドット間
で異なるものにすることができる。 ［第２実施形態］本発明の第２実施形態による光半導体
記憶装置について、図５乃至図９を用いて説明する。な
お、第１実施形態による光半導体記憶装置と同一の構成
要素には同一の符号を付して説明を省略又は簡略にす
る。

【００４２】図５は本実施形態による光半導体記憶装置
の原理を説明するエネルギーバンド図、図６は本実施形
態による光半導体記憶装置における電流−電圧特性を示
すグラフ、図７は本実施形態による光半導体装置の構造
を示す概略断面図、図８は図７に示す光半導体記憶装置
における電流−電圧特性を示すグラフ、図９は本実施形
態の変形例による光半導体記憶装置の構造を示す概略断
面図である。

【００４３】本実施形態による光半導体記憶装置は、第
１実施形態による光半導体記憶装置において、ｎ層及び
ｐ層の不純物が有効状態密度以上にドープされているこ
とに特徴がある。即ち、図５に示すように、ベース層に
量子ドットが形成されたｎｐｎ接合素子からなる光半導
体記憶装置において、ｎ型層のフェルミ準位が伝導帯中
に位置し、ｐ型層のフェルミ準位Ｅ_fが価電子帯中に位
置している。

【００４４】次に、本実施形態による光半導体記憶装置
の原理を説明する。各半導体層を有効状態密度以上にド
ープすると、エミッタ層１８の伝導帯の電子がベース層
１６の価電子帯に、ベース層の価電子帯の電子がコレク
タ層１４の伝導帯に、バンド間トンネリングし易くな
る。特に、エミッタ層１８からベース層１６への電子の
トンネル現象は、いわゆるエサキトンネルと呼ばれるも
のであり、負性微分抵抗特性（以下ＮＤＲ特性と呼ぶ）
を有している。

【００４５】また、ｎｐｎ層が全て高濃度にドープされ
ているため、エミッタ層１８の伝導帯からベース層１６
の価電子帯へのトンネリングに引き続き、ベース層１６
の価電子帯からコレクタ層１４の伝導帯へのバンド間ト
ンネル（ツェナートンネル）が生じるため、ＮＤＲ特性
がエミッタ−コレクタ間においても維持される。エミッ
タ−コレクタ間の電流−電圧特性は、図６に実線で示す
ように、ある電圧範囲内においてパルス的に増加するＮ
ＤＲ特性となる。このように電流−電圧特性がパルス的
になるのは、エミッタ層１８から注入された電子がベー
ス層１６を通過する際には、電子は量子ドット２６内の
正孔準位を介さなければならないからである。

【００４６】即ち、エミッタ−コレクタ間の電圧Ｖ_CEが
低く、注入された電子が量子ドット２６内の正孔準位以
下のエネルギーしかもっていない場合には電流Ｉ_Cは流
れない（領域I）。エミッタ−コレクタ間の電圧Ｖ_CEが
増加し、注入された電子が正孔準位以上のエネルギーを
もっている場合には、注入された電子が量子ドット２６
内の正孔準位を介してベース層１６を通過するが、量子
ドット２６内の準位を占有できる正孔はスピンを考慮し
ても多くて２つであるため、所定の値以上の電流は流れ
ない（領域II）。更にエミッタ−コレクタ間の電圧Ｖ_CE
が増加すると、通常のツェナーダイオードの場合と同様
に、エミッタ層１８の価電子帯がベース層１６の禁制帯
と向かい合いトンネル条件を満たさなくなるため電流が
流れなくなる（領域III）。このようにしてＮＤＲ特性
が現れる。

【００４７】この構造に、その半導体材料のエネルギー
ギャップ以上のエネルギーを有する強度の弱い光を照射
すると、電子−正孔対が生成され、電子はエミッタ層１
８側に、正孔はベース層１６側に移動するため電流は減
少する（図６点線）。正孔は電子と比較してベース層１
６中からトンネリングにより外にでにくいので、最終的
には量子ドット２６内に正孔が１個残される。

【００４８】その半導体材料のエネルギーギャップ以上
のエネルギーを有する強度の強い光を照射すると、ベー
ス層１６の価電子帯に更に正孔が生成されてベース層１
６のポテンシャルが低くなるため、エミッタ層１８から
ベース層１６の伝導帯を越えて電子が移動できるように
なり、コレクタ電流が増加する（図６一点鎖線）。これ
ら弱い光と強い光の中間程度の強度の光を入射した場合
には、電流の減少分と増加分が打ち消しあい、光を照射
しないときとほぼ同等の電流−電圧特性となる。

【００４９】なお、上記のｎｐｎ構造を第１実施形態に
よる光半導体記憶装置に適用すれば、エミッタ−コレク
タ間に電圧を印加することによりエミッタ層１８の伝導
帯からベース層１６の価電子帯の基底準位に向けて電子
を注入することができるので、ホールバーニングにより
形成された正孔を、注入した電子により中和・消滅する
ことができる。つまり、電子の注入により記憶情報を消
去することができる。

【００５０】次に、本実施形態による光半導体記憶装置
について説明する。本実施形態は、上述した特性を利用
して双安定状態を形成することにより光半導体記憶装置
を構成するものであり、ベース層に量子ドットを有する
ｎｐｎ型バイポーラトランジスタと、それに直列接続さ
れた負荷素子により構成されている。

【００５１】即ち、半絶縁性ＧａＡｓ基板１０上には、
厚さ１００ｎｍ、不純物濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3のｎ−Ｇ
ａＡｓからなるチャネル層２８が形成され、その上に厚
さ２００ｎｍ、不純物濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3のｎ⁺−Ｇ
ａＡｓからなるコレクタ層１４が形成され、その上に厚
さ１００ｎｍ、不純物濃度５×１０¹⁹ｃｍ^-3のｐ⁺−Ｇ
ａＡｓからなるベース層１６が形成され、その上に厚さ
２００ｎｍ、不純物濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3のｎ⁺−Ｇａ
Ａｓからなるエミッタ層１８が形成されている。チャネ
ル層２８上には、更に抵抗層３０が形成されている。抵
抗層３０及びエミッタ層１８上には、それぞれ電極３２
及びエミッタ電極２４が形成されている。ｐ⁺−ＧａＡ
ｓからなるベース層１６中には、サイズの異なる複数の
量子ドット２６が形成されている。

【００５２】ここで、図７に示す光半導体記憶装置のエ
ミッタ電極２４−電極３２間に電圧を印加すると、電流
−電圧特性は図８に示すようになる。即ち、光を照射し
ない場合には、実線ａと負荷直線ｄとが交わる低電圧側
安定点Ｓ₁及び高電圧側安定点Ｓ₂を有する双安定状態が
形成されている。この構造に弱い光を照射すると、エミ
ッタ−コレクタ間電流は減少して点線ｂに示すようにな
り、負荷直線ｄとの交点が高電圧側安定点Ｓ₂′のみの
安定状態となる。この状態は光を遮断しても変化せず、
高電圧側で安定状態を保つ。

【００５３】強い光を照射すると、エミッタ−コレクタ
間電流は増加して一点鎖線ｃに示すようになり、負荷直
線ｄとの交点が低電圧側安定点Ｓ₁のみの安定状態とな
る。この状態は光を遮断しても変化せず、低電圧側で安
定状態を保つ。このように、弱い光又は強い光を照射す
ることにより、高電圧側安定点Ｓ₂又は低電圧側安定点
Ｓ₁の何れかに情報を書き込むことができる。

【００５４】一方、これら弱い光と強い光の中間程度の
強度の光を入射した場合には、電流の減少分と増加分が
打ち消しあい双安定状態が保たれる。このとき、高電圧
側安定点Ｓ₂に記憶情報が書き込まれていた場合には、
量子ドット２６には正孔が取り込まれ、電子はない状態
であるので、吸収飽和によりその波長での光吸収率は減
少している。しかもこの場合には、エミッタ層１８の伝
導帯からベース層１６の価電子帯への電子トンネルによ
る正孔との中和は起こらず、また、読み出し時の光の照
射によって正孔が消滅することもないので、正孔は長い
時間保持されうる。

【００５５】低電圧側安定点Ｓ₁に記憶情報が書き込ま
れていた場合には、正孔は量子ドット２６中に存在しに
くい状態であり、なおかつエミッタの伝導帯から価電子
帯への電子のトンネルにより正孔は電子と中和される条
件にあるので吸収飽和は起こらず、また、読み出し時に
正孔が生成されてもすぐに中和されるので、この状態が
長く保持されうる。

【００５６】従って、弱い光と強い光の中間程度の強度
の光を入射し、光の吸収を測定するか、又は電流の変化
を測定することにより記憶情報を破壊することなく記憶
情報を読み出すことができる。なお、本実施形態におい
て、図８に示す電流−電圧特性が得られるのは、入射す
る光の波長が量子ドットのセパレーションエネルギーＥ
_Sに対応しているときのみであるので、サイズの異なる
複数の量子ドットをベース層に設けることにより、異な
る波長域において異なる情報を記憶できる波長多重メモ
リを形成することができる。

【００５７】即ち、照射光の波長によりサイズの異なる
複数の量子ドットの中から所定の量子ドットを選択し、
光の照射強度により記憶情報の書き込みを行うことがで
きる。また、中間強度の光を照射すれば、記憶情報を破
壊することなく記憶情報を読み出すことができる。この
ように、本実施形態によれば、ｐ型層に量子ドットが形
成され、ＮＤＲ特性を有するｐｎ接合素子により光半導
体記憶装置を構成したので、光の照射強度の違いにより
記憶情報の書き込みを行うことができる。また、記憶情
報を破壊することなく記憶情報を読み出すことができ
る。

【００５８】なお、上記実施形態では、負荷素子として
オーム性抵抗素子を設けたが、他の負荷素子であっても
よい。例えば、トンネルダイオード、オーム性抵抗素
子、ショットキーダイオード、定電流源、電界効果トラ
ンジスタなどを適用することができる。また、図９に示
すように、コレクタ層１４の直下に、ｐ型層３４とｎ型
層３６よりなるｐｎ接合を負荷素子として設け、ｎｐｎ
ｐｎ接合構造を形成してもよい。この構造においてベー
ス層１６に量子ドット２６を形成すれば、コレクタ層１
４の電位が高電圧状態と低電圧状態との２通りの状態で
安定状態を有する双安定状態を形成することができる。
なお、負荷素子がＮＤＲ特性を有していれば、２つのＮ
ＤＲ特性により双安定状態が形成されることになる。２
つのＮＤＲ特性により双安定状態が形成される場合につ
いては、第５の実施形態において詳述する。 ［第３実施形態］本発明の第３実施形態による光半導体
記憶装置について図１０及び図１１を用いて説明する。
なお、第１及び第２実施形態による光半導体記憶装置と
同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略又は
簡略にする。

【００５９】図１０は本実施形態による光半導体記憶装
置の構造を示す概略断面図、図１１は本実施形態の変形
例による光半導体記憶装置の構造を示す概略断面図であ
る。本実施形態による光半導体記憶装置は、図７に示す
第２実施形態による光半導体記憶装置のコレクタ層側
に、ｐ型層を更に設けたことに特徴がある。即ち、図１
０に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板１０上には、ｐ
−ＧａＡｓからなるｐ型層３４が形成され、その上にｎ
⁺−ＧａＡｓからなるコレクタ層１４が形成され、その
上にｐ⁺−ＧａＡｓからなるベース層１６が形成され、
その上にｎ⁺−ＧａＡｓからなるエミッタ層１８が形成
されている。ｐ型層３４上にはさらに、抵抗層３０が形
成されている。抵抗層３０、ｐ型層３４及びエミッタ層
１８上には、それぞれ電極３２、コレクタ電極２２、及
びエミッタ電極２４が形成されている。ｐ⁺−ＧａＡｓ
からなるベース層１６中には、サイズの異なる複数の量
子ドット２６が形成されている。

【００６０】ここで、本実施形態ではコレクタ層１４直
下にｐ型層３４を形成しているが、このようにｐ型層３
４を設けることにより記憶情報の読み出しを電気的に行
うことを容易にしている。即ち、コレクタ層１４に中間
の強度の光を照射すると、ベース層１６のポテンシャル
の高低に対応して、低い場合（高電圧側安定点Ｓ₂側に
保持されている場合）には光が透過するので、ｐ型層３
４に向かって光電流が流れる。従って、ｐ型層３４に接
続されたコレクタ電極２２より電流を測定すれば、光電
流が検出されたときには高電圧側安定点Ｓ₂に記憶情報
が保持されていることが判る。このようにして記憶情報
を電気的に読み出すことができる。

【００６１】このように、本実施形態によれば、コレク
タ層直下にｐ型層を設けることにより記憶情報に応じた
光電流が検出できるので、記憶情報の読み出しを電気的
に行うことができる。なお、図９に示す第２実施形態の
変形例による光半導体記憶装置において、コレクタ層１
４上にｐ型層３８を設け、コレクタ電極２２を形成して
もよい（図１１）。このようにｐ型層３８を設けること
により、図９に示す光半導体記憶装置においても、電気
的に記憶情報を読み出すことができる。 ［第４実施形態］本発明の第４実施形態による光半導体
記憶装置について図１２乃至図１４を用いて説明する。
なお、第１乃至第３実施形態による光半導体記憶装置と
同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略又は
簡略にする。

【００６２】図１２は本実施形態による光半導体記憶装
置の構造を示す概略断面図、図１３は本実施形態による
光半導体記憶装置における電流−電圧特性を示す図、図
１４本実施形態による光半導体記憶装置の読み出し原理
を説明する図、図１５は本実施形態の変形例による光半
導体記憶装置の構造を示す概略断面図である。本実施形
態による光半導体記憶装置は、第２実施形態による光半
導体記憶装置にエミッタ電極を複数設けた構造、いわゆ
るマルチエミッタ構造にしたことに特徴がある。

【００６３】即ち、図１２に示すように、半絶縁性Ｇａ
Ａｓ基板１０上には、ｎ⁺−ＧａＡｓからなるコレクタ
コンタクト層１２が形成され、その上にｎ⁺−ＧａＡｓ
からなるコレクタ層１４が形成され、その上にｐ⁺−Ｇ
ａＡｓからなるベース層１６が形成され、その上にｎ⁺
−ＧａＡｓからなるエミッタ層１８ａとエミッタ層１８
ｂとが形成され、その上にはそれぞれエミッタコンタク
ト層２０ａ、２０ｂが形成されている。コレクタコンタ
クト層１２、エミッタコンタクト層１８ａ、１８ｂ上に
は、それぞれコレクタ電極２２、エミッタ電極２４ａ、
２４ｂが形成されている。ｐ⁺−ＧａＡｓからなるベー
ス層１６中には、サイズの異なる複数の量子ドット２６
が形成されている。

【００６４】次に、本実施形態による光半導体記憶装置
の動作を説明する。図１２に示す光半導体記憶装置にお
いて、エミッタ電極２４ａに負の電圧を、エミッタ電極
２４ｂに正の電圧を印加すると、エミッタ層１８ａとベ
ース層１６により形成されるｐｎ接合は順バイアスさ
れ、エミッタ層１８ｂとベース層１６とにより形成され
るｐｎ接合は逆バイアスされる。このため、エミッタ電
極２４ａ−エミッタ電極２４ｂ間における電流−電圧特
性は図１３に示すようになる。

【００６５】即ち、エミッタ層１８ａとベース層１６よ
りなるｐｎ接合は順方向のＮＤＲ特性を（曲線ａ）、エ
ミッタ層１８ｂとベース層１６よりなるｐｎ接合は逆方
向ダイオード特性を示し（曲線ｂ）、低電圧側安定点Ｓ
₁と高電圧側安定点Ｓ₂とを有する双安定状態が形成され
る。このような双安定状態を有する光半導体記憶装置
は、第２実施形態において示したように、光照射により
電流−電圧特性が変化し、記憶情報を書き込むことがで
きる。即ち、弱い光を照射するとエミッタ間電流が減少
し（点線ｃ）、高電圧側安定点Ｓ₂のみの安定状態が記
憶され、強い光を照射するとエミッタ間電流が増加し
（一点鎖線ｄ）、低電圧側安定点Ｓ₁のみの安定状態が
記憶される。

【００６６】また、これら弱い光と強い光の中間程度の
強度の光を入射した場合には、双安定状態が保たれる。
従って、中間程度の強度の光を入射し、光の吸収を測定
するか、又は電流の変化を測定することにより記憶情報
を破壊することなく記憶情報を読み出すことができる。
なお、本実施形態では、コレクタ電流を検出することに
よって読み出しを容易にすることができる。

【００６７】即ち、低電圧側安定点Ｓ₁に記憶情報が書
き込まれている場合には、図１４（ａ）に示すように、
エミッタ−ベース間にかかる電圧が低いために電位差が
大きく、コレクタ電流がほとんど流れない。一方、高電
圧側安定点Ｓ₂に記憶情報が書き込まれている場合に
は、図１４（ｂ）に示すように、エミッタ−ベース間に
かかる電圧が高いために電位差が小さくコレクタ電流が
多い。このようなコレクタ電流の差により、記憶情報を
読み出すことができる。

【００６８】このように、本実施形態によれば、独立の
エミッタ層を複数設けることにより、光半導体記憶装置
を構成することができる。また、コレクタ電流を検出す
ることにより、記憶情報を容易に読み出すことができ
る。また、マルチエミッタ構造の光半導体記憶装置は構
造が簡単であるため、高集積化を容易にすることができ
る。

【００６９】なお、上記実施形態ではエミッタ電極を２
つ設けたが、より多くのエミッタ電極を形成してもよ
い。また、上記の実施形態では、図１５に示すように、
量子ドット２６を縦方向に並べた構造にすることもでき
る。この構造を実現するには、エミッタ層１８ａ、１８
ｂ間のストレスを利用してエミッタ層１８間のベース層
１６中に量子ドット２６を並べるようにすればよい。即
ち、２つのエミッタ領域の間の部分には、大きなストレ
スが生じているため、形状加工した後に加熱を行うと、
エミッタ間のみに領しドットを形成することができる。 ［第５実施形態］本発明の第５実施形態による光半導体
記憶装置について図１６及び図１７を用いて説明する。
なお、第１乃至第４実施形態による光半導体記憶装置と
同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略又は
簡略にする。

【００７０】図１６は本実施形態による光半導体記憶装
置の構造を示す概略断面図、図１７は本実施形態による
光半導体記憶装置における電流−電圧特性を示す図であ
る。本実施形態による光半導体記憶装置は、第４実施形
態による光半導体記憶装置において、エミッタ層とエミ
ッタ電極との間にｐ型層を設けたことに特徴がある。

【００７１】即ち、図１６に示すように、半絶縁性Ｇａ
Ａｓ基板１０上には、ｎ⁺−ＧａＡｓからなるコレクタ
コンタクト層１２が形成され、その上にｎ⁺−ＧａＡｓ
からなるコレクタ層１４が形成され、その上にｐ⁺−Ｇ
ａＡｓからなるベース層１６が形成され、その上にｎ⁺
−ＧａＡｓからなるエミッタ層１８ａとエミッタ層１８
ｂとが形成され、その上にはそれぞれｐ型層３４ａ、３
４ｂが形成されている。コレクタコンタクト層１２、ｐ
型層３４ａ、３４ｂ上には、それぞれコレクタ電極２
２、エミッタ電極２４ａ、２４ｂが形成されている。ｐ
⁺−ＧａＡｓからなるベース層１６中には、サイズの異
なる複数の量子ドット２６が形成されている。

【００７２】次に、本実施形態による光半導体記憶装置
の動作を説明する。図１６に示す光半導体記憶装置にお
いて、エミッタ電極２４ａに負の電圧を、エミッタ電極
２４ｂに正の電圧を印加すると、エミッタ層１８ａとベ
ース層１６よりなるｐｎ接合が順バイアスされ、ｐ型層
３４ｂとエミッタ層１８ｂよりなるｐｎ接合が順バイア
スされる。

【００７３】このため、この構造においては、図１７に
示すように、実線ａと点線ｂの２つのＮＤＲ特性との間
で双安定状態が形成される。このとき、双安定状態をバ
レー電圧付近に設定すれば、保持状態におけるエミッタ
電流Ｉ_Eを大幅に減少することができる。従って、保持
状態での消費電力を抑えることができる。このように、
本実施形態によれば、マルチエミッタ構造の光半導体記
憶装置において、エミッタ層上にｐ型層を形成すること
により、２つのＮＤＲ特性との間で双安定状態を形成し
たので、保持状態の消費電力を大幅に抑えることができ
る。

【００７４】なお、本実施形態では２つのエミッタ層１
８ａ、１８ｂ上に、それぞれｐ型層３４ａ、３４ｂを設
けたが、一方のエミッタ層のみにｐ型層を形成してもよ
い。例えば、上記実施形態と同様にバイアスを印加する
場合には、ｐ型層３４ａを設けずにｐ型層３４ｂのみを
形成してもよい。 ［第６実施形態］本発明の第６実施形態による光半導体
記憶装置について図１８を用いて説明する。なお、第１
乃至第５実施形態による光半導体記憶装置と同一の構成
要素には同一の符号を付して説明を省略又は簡略にす
る。

【００７５】図１８は本実施形態による光半導体記憶装
置の構造を示す概略断面図である。本実施形態による光
半導体記憶装置は、図１６に示す光半導体記憶装置にお
いて、量子ドット２６がベース層１６ではなくエミッタ
層１８ａ、１８ｂ中に形成されていることに特徴があ
る。即ち、図１８に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板
１０上には、ｎ⁺−ＧａＡｓからなるコレクタコンタク
ト層１２が形成され、その上にｎ⁺−ＧａＡｓからなる
コレクタ層１４が形成され、その上にｐ⁺−ＧａＡｓか
らなるベース層１６が形成され、その上にｎ⁺−ＧａＡ
ｓからなるエミッタ層１８ａとエミッタ層１８ｂとが形
成され、その上にはそれぞれｐ型層３４ａ、３４ｂが形
成されている。コレクタコンタクト層１２、ｐ型層３４
ａ、３４ｂ上には、それぞれコレクタ電極２２、エミッ
タ電極２４ａ、２４ｂが形成されている。ｎ⁺−ＧａＡ
ｓからなるエミッタ層１８ａ、１８ｂ中には、サイズの
異なる複数の量子ドット２６が形成されている。

【００７６】ここで、ｐ型層３４ａ−エミッタ層１８ａ
−ベース層１６と、ｐ型層３４ｂ−エミッタ層１８ｂ−
ベース層１６とには、それぞれｐｎｐ接合のバイポーラ
トランジスタ構造が形成されており、両方のｐｎｐ接合
バイポーラトランジスタが、ベース層１６において直列
に接続されている。従って、第５実施形態に示したよう
な、ベース層１６に量子ドット２６が形成されている場
合と同様に考えることができるので、エミッタ層１８
ａ、１８ｂに量子ドット２６を設ければ、エミッタ層１
８ａ、１８ｂに光を照射することにより双安定状態を変
化することができる。また、ベース層１６に光を照射す
れば、そのときのコレクタ電流の値により記憶情報を読
み出すことができる。

【００７７】このように、本実施例によれば、マルチエ
ミッタ構造の光半導体記憶装置において、エミッタ層に
量子ドットを形成したので、エミッタ層に光を照射する
ことにより記憶情報の書き込みができ、ベース層に光を
照射することにより記憶情報を変化せずに記憶情報の読
み出しができる。なお、本実施形態においては、エミッ
タ層１８とベース層１６とに波長が同じで異なる強度の
光を照射することも可能である。この場合、光配線を一
本にした場合であっても、光の強度を変化することによ
り選択的に記憶情報の書き込み、読み出しを行うことが
できる。 ［第７実施形態］本発明の第７実施形態による光半導体
記憶装置について図１９を用いて説明する。なお、第１
乃至６実施形態による光半導体記憶装置と同一の構成要
素には同一の符号を付して説明を省略又は簡略にする。

【００７８】図１９は本実施形態による光半導体記憶装
置の構造を示す概略断面図である。本実施形態による光
半導体記憶装置は、ｎｐｎ接合素子又はｐｎｐ接合素子
等において、各層に量子ドットが形成されていることに
特徴がある。即ち、図１９に示すように、半絶縁性基板
１０上には、コレクタコンタクト層１２を介して、ｐ型
層３４、ｎ型層３６、ｐ型層３８が積層して形成された
複数の記憶素子４４が形成されている。ｐ型層３８上に
は、エミッタコンタクト層２０が形成されており、コレ
クタコンタクト層１２、エミッタコンタクト層２２上に
は、それぞれコレクタ電極２２、エミッタ電極２４が形
成されている。ｐ型層３４、ｎ型層３６、ｐ型層３８の
各層には、それぞれ量子ドット（図示せず）が形成され
ている。

【００７９】この構造では、量子ドットの大きさがそれ
ぞれ異なっていること、それぞれの量子ドットが電気的
に分離されていることを特徴としている。従って、一つ
の量子ドットの記憶情報が他の量子ドットの記憶情報の
書き換えなどにより影響されることがなく、更に、量子
ドットのサイズを任意に選択できれば、そのサイズに対
応した光パルスの波長の差を各量子ドット間で大きくと
ることができ、波長選択性を向上することが可能とな
る。記憶情報の書き込みは、上述の他の実施形態と同様
に行うことができる。

【００８０】例えば、左側の記憶素子４４における量子
ドットの遷移エネルギーがＥ₁、中央の記憶素子４４に
おける量子ドットの遷移エネルギーがＥ₂、右側の記憶
素子４４における量子ドットの遷移エネルギーがＥ₃で
あるとする。この構造に、ある波長λ（＝ｈｃ／Ｅ₂）
の光を照射したとすると、中央の量子ドットのみが反応
して、情報の書き込み、読み出しが可能となる。詳細な
読み出し、書き込み方法は、上述の他の実施形態と同様
である。

【００８１】このように、本実施形態によれば、それぞ
れの量子ドットを電気的に分離して配置したので、ある
一つの量子ドットの記憶情報を書き換える場合などに
も、他の量子ドットの記憶情報に影響を与えることなく
行うことができる。 ［第８実施形態］本発明の第８実施形態による光半導体
記憶装置について図２０及び図２１を用いて説明する。
なお、第１乃至６実施形態による光半導体記憶装置と同
一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略又は簡
略にする。

【００８２】図２０は本実施形態による光半導体記憶装
置の構造を示す概略断面図、図２１は量子ドットのサイ
ズとＩｎＡｓ層の成長温度との関係を示すグラフであ
る。本実施形態による光半導体記憶装置は、量子ドット
を有する層が多層膜により形成されていることに特徴が
ある。即ち、半絶縁性ＧａＡｓ基板１０上には、ｎ−Ｇ
ａＡｓからなるチャネル層２８が形成され、その上にｎ
⁺−ＧａＡｓからなるコレクタ層１４が形成され、その
上に多層膜からなるベース層１６が形成され、その上に
ｎ⁺−ＧａＡｓからなるエミッタ層１８が形成されてい
る。チャネル層２８上には、さらに抵抗層３０が形成さ
れている。抵抗層３０及びエミッタ層１８上には、それ
ぞれ電極３２及びエミッタ電極２４が形成されている。
多層膜からなるベース層１６中は、サイズの異なる複数
の量子ドット（図示せず）を有する薄膜を積層して形成
されている。

【００８３】このようにしてベース層１６を形成すれ
ば、ベース層１６中の量子ドットの数を多くすることが
でき、記憶容量を大幅に増大することができる。また、
各層の成長を成長する際に、成長温度や膜厚を変化すれ
ば、各層における量子ドットのサイズを容易に変化する
ことができる。例えば、図２１に示すように、ＩｎＡｓ
層の成長温度を高くすると、量子ドットのサイズが大き
くなることが判っており、この技術を利用すれば、多層
における温度を変化させることにより量子ドットのサイ
ズの異なる層を形成することができる。

【００８４】このように、本実施形態によれば、量子ド
ットを有する薄膜よりなる多層膜によりベース層を形成
したので、記憶容量を大幅に増大することができる。な
お、上記実施形態では、量子ドットを有する薄膜よりな
る積層膜によりベース層を形成したが、このような層を
エミッタ層に適用してもよい。例えば、図１８に示す第
６実施形態による光半導体記憶装置にも適用することが
できる。 ［第９実施形態］本発明の第９実施形態による光半導体
記憶装置の情報読み出し方法及び情報書き込み方法につ
いて図２２を用いて説明する。なお、第１乃至第８実施
形態による光半導体記憶装置と同一の構成要素には同一
の符号を付して説明を省略又は簡略にする。

【００８５】図２２は本実施形態による光半導体記憶装
置の情報読み出し方法及び情報書き込み方法を示すグラ
フである。第１乃至第８実施形態による光半導体記憶装
置は、サイズの異なる複数の量子ドットを用いて構成し
ているため、量子ドットのサイズに対応した波長をもつ
光を照射することにより各量子ドットにおける記憶情報
の書き込み、読み出しができる。

【００８６】従って、第１実施形態で示したように、情
報を記憶した光半導体記憶装置に光を入射し、入射する
光の波長をスキャンすると、図２２（ａ）に示すよう
に、情報が書き込まれた量子ドットに対応する波長域の
みで光の吸収飽和が生ずる。従って、この光の吸収を検
出することにより記憶情報として読み出すことができ
る。

【００８７】このようにして、どの量子ドットにどのよ
うな記憶情報が記憶されているかを一回のスキャンによ
り読み出すことができる。一方、記憶情報を書き込む際
には、各量子ドットのセパレーションエネルギーに対応
する波長の光を照射することにより行うので、図２２
（ｂ）に示すように、書き込むべき量子ドットに対応す
る波長域の光のみを弱めたり、又は強めた光を照射する
ことにより、一括して任意の情報群を記憶させることが
できる。

【００８８】なお、このような一括した情報を一つのま
とまった情報と捉えれば、サイズの異なる複数の量子ド
ットを含む１個の素子により、”０”又は”１”の情報
だけでなく、多様な記憶情報を蓄えることができる。即
ち、いわゆる多値メモリや連想メモリ等を容易に実現す
ることができる。また、量子ドットのサイズをアドレス
として考えれば、ある波長の光のみにより選択的に書き
込み、読み出しをすることも可能であり、通常のＳＲＡ
Ｍや不揮発性メモリなどと同様なメモリデバイスとして
使用することができる。メモリアレーを構成する実施形
態については後述する。

【００８９】このように、本実施形態によれば、複数の
記憶情報を一括して書き込み、読み出しすることができ
るので、多値メモリや連想メモリ等に応用することがで
きる。 ［第１０実施形態］本発明の第１０実施形態による光半
導体記憶装置について図２３を用いて説明する。なお、
第１乃至第８実施形態による光半導体記憶装置と同一の
構成要素には同一の符号を付して説明を省略又は簡略に
する。

【００９０】図２３は本実施形態による光半導体記憶装
置の構造を示す平面図である。本実施形態による光半導
体記憶装置は、記憶素子を複数配列してメモリーアレー
が形成されていることに特徴がある。即ち、図２３に示
すように、行方向に光配線群ｈν₁、ｈν₂、ｈν₃、…
が配されており、これら光配線ｈν_nに交差する方向に
電気配線群ＥＳ₁、ＥＳ₂、ＥＳ₃、…が配されている。
光配線ｈν_nと電気配線ＥＳ_mとの交差部には、第２乃至
第７実施形態のいずれかに記載の光半導体記憶装置より
なるメモリセル４０がそれぞれ設けられている。

【００９１】メモリセル４０として、例えば、第２実施
形態による光半導体記憶装置（図７）を用いた場合に
は、光配線ｈν_nは、行方向に配列されたメモリセル４
０のベース層１６に光が照射されるように配置する。電
気配線ＥＳ_mは、列方向に配列されたメモリセル４０の
エミッタ電極２４に接続する。このように光配線ｈν_n
と電気配線とＥＳ_mとの交点にメモリセル４０を設ける
ことにより、各メモリセル４０毎に情報の書き込み、読
み出しを行うことができる。

【００９２】例えば、光配線ｈν₂と電気配線ＥＳ₃との
交点に設けられたメモリセル４０に情報を書き込む場合
には、電気配線ＥＳ₃以外の電気配線ＥＳ_mに高レベルの
電圧を印加し、光配線ｈν₂より弱い光又は強い光を照
射する。こうすることにより、光配線ｈν₂と電気配線
ＥＳ₃との交点に設けられたメモリセル４０のみが選択
され、入射光の強度に応じて高電圧側安定点Ｓ₂又は低
電圧側安定点Ｓ₁に情報を記憶することができる。

【００９３】記憶情報を読み出すときには、光配線ｈν
₂より所定の波長の光をメモリセル４０に照射し、その
波長における吸収率の変化を検出すればよい。記憶情報
が高電圧側安定点Ｓ₂に記憶されている場合には吸収飽
和により吸収率が減少するが、低電圧安定点Ｓ₁に記憶
されている場合には吸収飽和は起こらないからである。
従って、吸収率の変化を検出することにより記憶情報を
読み出すことができる。

【００９４】このようにしてメモリアレーを構成すれ
ば、通常の半導体メモリと同様のサイズのメモリセルの
中に極めて多くの記憶情報を蓄えることができるので、
記憶容量の飛躍的な増大が可能となる。さらに、メモリ
セルを光配線で結ぶため、従来のメモリセルのように、
配線によってセルサイズやチップサイズが制約された
り、集積度に限界がくることもない。即ち、光のビーム
をセルサイズ程度（約１〜４μｍ程度）に絞れば、各セ
ルに電気配線を施すことが不要となり、集積度を向上す
ることができるからである。

【００９５】このように、本実施形態によれば、量子ド
ットを有するｎｐｎ接合素子よりなるメモリセルを用い
てメモリアレーを構成したので、記憶容量を飛躍的に増
大することができる。また、メモリセルを光配線により
接続するため、配線によるセルサイズの制約を抑えるこ
とができる。なお、上記実施形態では、メモリセルとし
て図７に示す第２実施形態による光半導体記憶装置を用
いたが、図１に示す第１実施形態による光半導体記憶装
置を用いる場合には、電気配線を設けずに、２系統の光
配線群のみで構成することができる。第１実施形態によ
る光半導体記憶装置では、双安定状態を用いずに記憶情
報の保持を行うために記憶の保持時間は短くなるが、配
線による制約を完全に取り払うことができる。 ［第１１実施形態］本発明の第１１実施形態による光半
導体記憶装置について図２４を用いて説明する。なお、
第３又は第１０実施形態による光半導体記憶装置と同一
の構成要素には同一の符号を付して説明を省略又は簡略
にする。

【００９６】図２４は本実施形態による光半導体記憶装
置の構造を示す平面図である。本実施形態による光半導
体記憶装置は、記憶情報の読み出しを電気的に行うこと
ができることを特徴としている。即ち、本実施形態によ
る光半導体記憶装置は、図２４に示すように、光配線ｈ
ν_nに交差する方向に電気配線群ＥＲ₁、ＥＲ₂、ＥＲ₃、
…が更に設けられている。メモリセル４０として、例え
ば図１０に示す第３実施形態による光半導体記憶装置を
用いた場合には、行方向に配列されたメモリセル４０の
電極３２に電気配線ＥＲ_nを接続する。

【００９７】光配線ｈν₂と電気配線ＥＳ₃との交点に設
けられたメモリセル４０の記憶情報を読み出すときに
は、光配線ｈν₂より所定の波長の光をメモリセル４０
に照射し、電気配線ＥＲ₃によりコレクタ電流を検出す
ればよい。コレクタ層１４に中間の強度の光を照射する
と、コレクタ層１４のポテンシャルの高低に対応して、
低い場合（高電圧側安定点Ｓ₂側に保持されている場
合）にのみｐ型層３４に向かって光電流が流れるからで
ある。このようにして、電気的に記憶情報を読み出すこ
とができる。

【００９８】このように、本実施形態によれば、量子ド
ットを有するｎｐｎ接合素子によりなるメモリセルを用
いたメモリアレーにおいて、記憶情報を電気的に読み出
すことができる。なお、上記第１０及び第１２実施形態
では、第１乃至第３実施形態による光半導体記憶装置を
メモリセルとして用いた場合について示したが、同様に
して、第４乃至第８実施形態による光半導体記憶装置に
適用してもよい。 ［第１２実施形態］本発明の第１２実施形態による光半
導体論理回路装置について図２５及び図２６を用いて説
明する。なお、第６実施形態による光半導体記憶装置と
同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略又は
簡略にする。

【００９９】図２５は本実施形態による光半導体論理回
路装置の構造及び等価回路を示す図、図２６は本実施形
態による光半導体論理回路装置の動作を説明するグラフ
である。本実施形態による光半導体論理回路装置は、第
６実施形態による光半導体記憶装置を用いて論理回路を
構成していることに特徴がある。

【０１００】即ち、図２５（ａ）に示すように、半絶縁
性ＧａＡｓ基板１０上には、ｎ⁺−ＧａＡｓからなるコ
レクタコンタクト層１２が形成され、その上にｎ⁺−Ｇ
ａＡｓからなるコレクタ層１４が形成され、その上にｐ
⁺−ＧａＡｓからなるベース層１６が形成され、その上
にｎ⁺−ＧａＡｓからなるエミッタ層１８ａとエミッタ
層１８ｂとが形成され、その上にはそれぞれエミッタコ
ンタクト層２０ａ、２０ｂが形成され、エミッタコンタ
クト層２０ａ上にはｐ型層３４が形成されている。コレ
クタコンタクト層１２、ｐ型層３４、エミッタコンタク
ト層２０ｂ上には、それぞれコレクタ電極２２、エミッ
タ電極２４ａ、２４ｂが形成されている。エミッタ層１
８ａ、１８ｂ中には、サイズの異なる複数の量子ドット
２６が形成されている。

【０１０１】このような構造において、エミッタ電極２
４ａは接地され、エミッタ電極２４ｂは電源線Ｖ_cc′に
接続され、コレクタ電極２２は負荷素子４２を介して電
源線Ｖ_ccに接続されている（図２５（ｂ））。また、エ
ミッタ層１８ｂには入力信号である入射光ｈν₁(1)及び
ｈν₁(2)が照射されるようになっており、出力信号はコ
レクタ電極２２と負荷素子４２との間より得ることがで
きる。

【０１０２】次に、本実施形態による光半導体論理回路
装置の動作を説明する。図２５（ａ）に示す光半導体論
理回路装置のエミッタ層１８ｂに、量子ドット２６の基
底準位間のセパレーションエネルギーに対応する光ｈν
₁(1)及びｈν₁(2)が照射されない場合には弱い光（０，
０）で出力は１となる。光ｈν₁(1)又はｈν₁(2)のいず
れか一方のみ照射されると、中間の光（０，１）又は
（１，０）となり状態が保持される。

【０１０３】光ｈν₁(1)及びｈν₁(2)がともに照射され
ると、強い光（１，１）となり、出力は０となる（図２
６（ａ））。従って、出力は弱い光或いは強い光が照射
されたときのみ変化し、中間の光が照射されたときには
変化しないこととなり、状態を保持する回路が実現でき
る（図２６（ｂ））。

【０１０４】このように、本実施形態によれば、光の照
射により状態を変化する光半導体論理回路装置を構成す
ることができる。

【０１０５】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、第１導電
型の半導体よりなるコレクタ層と、コレクタ層に接合さ
れ、第２導電型の半導体よりなるベース層と、ベース層
に接合され、第１導電型の半導体よりなるエミッタ層
と、ベース層に形成された量子ドットとにより光半導体
記憶装置すれば、量子ドット中に生成された正孔が再結
合されにくく、記憶の保持時間を長くすることができ
る。

【０１０６】また、量子ドットのサイズは非常に小さい
ので非常に大きな記憶容量を実現することができる。ま
た、上記の光半導体記憶装置において、サイズの異なる
複数の量子ドットを形成すれば、異なる波長の光を用い
ることにより、量子ドット毎に情報を記憶できる波長多
重メモリを実現することができる。

【０１０７】また、上記の光半導体記憶装置において、
コレクタ層に負荷素子を接続し、量子ドットにおいて双
安定状態が形成されるようにすれば、光の照射強度の違
いにより記憶情報の書き込みを行うことができ、記憶情
報を破壊することなく記憶情報を読み出すことができる
光半導体記憶装置を構成することができる。また、上記
の光半導体記憶装置において、コレクタ層に接合され
た、第１導電型の第１の半導体層を設け、コレクタ層
と、第１の半導体層とからなるｐｎ接合に流れる電流を
量子ドットの安定状態に応じて変化するようにすれば、
記憶情報を電気的に読み出すことができる。

【０１０８】また、上記の光半導体記憶装置において、
複数のエミッタ層を形成すれば、光の照射強度の違いに
より記憶情報の書き込みを行うことができる。また、コ
レクタ電流を検出することにより、記憶情報を電気的に
読み出すことができる。また、上記の光半導体記憶装置
において、複数のエミッタ層のうち、少なくともひとつ
のエミッタ層に、第２導電型の第２の半導体層を接合
し、第２の半導体層が接合されたエミッタ層と第２の半
導体層とにより形成される負性抵抗素子と、他のエミッ
タ層とベース層とにより形成される負性抵抗素子とによ
り、量子ドットの双安定状態を形成すれば、保持状態の
消費電力を大幅に低減することができる。

【０１０９】また、上記の光半導体記憶装置は、量子ド
ットのセパレーションエネルギーに対応した波長の光を
入射することにより、量子ドットの安定状態を変化して
量子ドットに情報を書き込むことができる。また、上記
の光半導体記憶装置の情報書き込み方法において、量子
ドットに、電子−正孔対の生成により生成される電子の
数よりも、エミッタ層からベース層の伝導帯を越えてコ
レクタ層に到達する電子の数が支配的になる強い光を照
射することにより、エミッタ層−コレクタ層間に流れる
電流を増加させ、安定状態を低電圧側に変化すれば、情
報を書き込むことができる。

【０１１０】また、上記の光半導体記憶装置の情報書き
込み方法において、量子ドットに、電子−正孔対の生成
により生成される電子の数よりも、一のエミッタ層から
ベース層の伝導帯を越えて他のエミッタ層に到達する電
子の数が支配的になる強い光を照射することにより、一
のエミッタ層と他のエミッタ層に流れる電流を増加さ
せ、安定状態を低電圧側に変化すれば、情報を書き込む
ことができる。

【０１１１】また、上記の光半導体記憶装置の情報書き
込み方法において、サイズの異なる複数の量子ドットに
対応する波長域を有する光を照射すれば、複数の量子ド
ットに一括して情報を書き込むことができる。また、上
記の光半導体記憶装置は、電子−正孔対の生成による電
子の数と、エミッタ層からベース層の伝導帯を越えてコ
レクタ層に到達する電子の数とがほぼ等しくなる中間の
光を照射し、照射した光の吸収を検知することにより記
憶情報を破壊することなく読み出すことができる。

【０１１２】また、上記の光半導体記憶装置は、電子−
正孔対の生成による電子の数と、エミッタ層からベース
層の伝導帯を越えてコレクタ層に到達する電子の数とが
ほぼ等しくなる中間の光を照射し、第１の半導体層方向
に流れる光電流を測定することにより記憶情報を破壊す
ることなく読み出すことができる。また、上記の光半導
体記憶装置は、電子−正孔対の生成による電子の数と、
一のエミッタ層からベース層の伝導帯を越えて他のエミ
ッタ層に到達する電子の数とがほぼ等しくなる中間の光
を照射し、照射した光の吸収を検知することにより記憶
情報を破壊することなく読み出すことができる。

【０１１３】また、このように一括してデータを扱うこ
とにより、連想メモリや多値メモリを構成することがで
きる。また、複数の電気配線からなる列アドレス信号線
群と、列アドレス信号線群に交差する方向に設けられた
複数の光配線からなる行アドレス信号線群と、列アドレ
ス信号線群と行アドレス信号線群との各交差部に設けら
れた上記の光半導体記憶装置とを有し、エミッタ層は、
列アドレス信号線群に接続されており、ベース層には、
行アドレス信号線群より発した光が照射されるように構
成すれば、ＳＲＡＭ等の通常のメモリ素子と同様にして
使用することができる。

【０１１４】また、複数の電気配線からなる列アドレス
信号線群と、列アドレス信号線群に交差する方向に配さ
れた複数の光配線からなる行アドレス信号線群と、列ア
ドレス信号線群に平行に配された、複数の電気配線から
なる読み出し信号線群と、列アドレス信号線群及び読み
出し信号線群と行アドレス信号線群との各交差部に設け
られた請求項７記載の光半導体記憶装置とを有し、エミ
ッタ層は、列アドレス信号線群に接続されており、ベー
ス層には、行アドレス信号線群より発した光が照射され
るようになっており、第１の半導体層は、読み出し信号
線群に接続すれば、記憶情報を電気的に読み出せるメモ
リアレーを構成することができる。

【０１１５】また、上記の光半導体記憶装置を有する光
半導体論理回路装置において、光半導体記憶装置のコレ
クタ層を負荷素子を介して第１の電源線に接続し、光半
導体記憶装置の一のエミッタ層を接地し、光半導体記憶
装置の他のエミッタ層を第２の電源線に接続し、他のエ
ミッタ層に照射する２種類の光の強度に応じて記憶情報
を変化し、その情報を出力すれば光半導体論理回路装置
を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による光半導体記憶装置
の構造を示す概略断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態による光半導体記憶装置
のエネルギーバンド構造を示す図である。

【図３】本発明の第１実施形態による光半導体記憶装置
における記憶情報の読み出し方法を説明する図である。

【図４】サイズの異なる量子ドットを形成する方法を示
す概念図である。

【図５】本発明の第２実施形態による光半導体記憶装置
の原理を説明するエネルギーバンド図である。

【図６】本発明の第２実施形態による光半導体記憶装置
における電流−電圧特性を示すグラフである。

【図７】本発明の第２実施形態による光半導体装置の構
造を示す概略断面図である。

【図８】図７に示す光半導体記憶装置における電流−電
圧特性を示すグラフである。

【図９】本発明の第２実施形態の変形例による光半導体
記憶装置の構造を示す概略断面図である。

【図１０】本発明の第３実施形態による光半導体記憶装
置の構造を示す概略断面図である。

【図１１】本発明の第３実施形態の変形例による光半導
体記憶装置の構造を示す概略断面図である。

【図１２】本発明の第４実施形態による光半導体記憶装
置の構造を示す概略断面図である。

【図１３】本発明の第４実施形態による光半導体記憶装
置における電流−電圧特性を示す図である。

【図１４】本発明の第４実施形態による光半導体記憶装
置の読み出し原理を説明する図である。

【図１５】本発明の第４実施形態の変形例による光半導
体記憶装置の構造を示す概略断面図である。

【図１６】本発明の第５実施形態による光半導体記憶装
置の構造を示す概略断面図である。

【図１７】本発明の第５実施形態による光半導体記憶装
置における電流−電圧特性を示す図である。

【図１８】本発明の第６実施形態による光半導体記憶装
置の構造を示す概略断面図である。

【図１９】本発明の第７実施形態による光半導体記憶装
置の構造を示す概略断面図である。

【図２０】本発明の第８実施形態による光半導体記憶装
置の構造を示す概略断面図である。

【図２１】量子ドットのサイズとＩｎＡｓ層の成長温度
との関係を示すグラフである。

【図２２】本発明の第９実施形態による光半導体記憶装
置の情報読み出し方法及び情報書き込み方法を示すグラ
フである。

【図２３】本発明の第１０実施形態による光半導体記憶
装置の構造を示す平面図である。

【図２４】本発明の第１１実施形態による光半導体記憶
装置の構造を示す平面図である。

【図２５】本発明の第１２実施形態による光半導体論理
回路装置の構造及び等価回路を示す図である。

【図２６】本発明の第１２実施形態による光半導体論理
回路装置の動作を説明するグラフである。

【図２７】従来の光半導体記憶装置における電流−電圧
特性を示すグラフである。

【図２８】従来の光半導体記憶装置の構造を示すエネル
ギーバンド図及び電流−電圧特性を示すグラフである。

【図２９】従来の光半導体記憶装置の構造を示すエネル
ギーバンド図である。

【符号の説明】

１０…ＧａＡｓ基板 １２…コレクタコンタクト層 １４…コレクタ層 １６…ベース層 １８…エミッタ層 ２０…エミッタコンタクト層 ２２…コレクタ電極 ２４…エミッタ電極 ２６…量子ドット ２８…チャネル層 ３０…抵抗層 ３２…電極 ３４…ｐ型層 ３６…ｎ型層 ３８…ｐ型層 ４０…メモリセル ４２…負荷素子 ４４…記憶素子 ４６…量子ドット ４８…バリア層 ５０…井戸層

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型の半導体よりなるコレクタ層
   と、 前記コレクタ層に接合され、第２導電型の半導体よりな
   るベース層と、 前記ベース層に接合され、第１導電型の半導体よりなる
   エミッタ層と、 前記ベース層に形成された量子ドットとを有することを
   特徴とする光半導体記憶装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光半導体記憶装置におい
   て、 前記ベース層には、サイズの異なる複数の量子ドットが
   形成されていることを特徴とする光半導体記憶装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の光半導体記憶装置におい
   て、 前記コレクタ層に接続された負荷素子を更に有し、 前記量子ドットにおいて双安定状態が形成されているこ
   とを特徴とする光半導体記憶装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の光半導体記憶装置におい
   て、 前記コレクタ層に接合された、第１導電型の第１の半導
   体層を更に有し、 前記コレクタ層と、前記第１の半導体層とからなるｐｎ
   接合に流れる電流を前記量子ドットの安定状態に応じて
   変化することにより、記憶情報を電気的に読み出すこと
   を特徴とする光半導体記憶装置。
5. 【請求項５】 請求項３又は４記載の光半導体記憶装置
   において、 前記ベース層に、複数の前記エミッタ層が形成されてい
   ることを特徴とする光半導体記憶装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の光半導体記憶装置におい
   て、 複数の前記エミッタ層のうち、少なくともひとつのエミ
   ッタ層に、第２導電型の第２の半導体層が接合されてお
   り、 前記第２の半導体層が接合された前記エミッタ層と前記
   第２の半導体層とによる負性微分抵抗特性と、他のエミ
   ッタ層と前記ベース層とによる負性微分抵抗特性とによ
   り、前記量子ドットの双安定状態が形成されていること
   を特徴とする光半導体記憶装置。
7. 【請求項７】 請求項３乃至６のいずれかに記載の光半
   導体記憶装置の情報書き込み方法であって、 前記量子ドットのセパレーションエネルギーに対応した
   波長の光を入射することにより、前記量子ドットの安定
   状態を変化して前記量子ドットに情報を書き込むことを
   特徴とする光半導体記憶装置の情報書き込み方法。
8. 【請求項８】 請求項３又は４記載の光半導体記憶装置
   の情報書き込み方法において、 前記量子ドットに、電子−正孔対の生成により生成され
   る電子の数よりも、前記エミッタ層から前記ベース層の
   伝導帯を越えて前記コレクタ層に到達する電子の数が支
   配的になる強い光を照射することにより、前記エミッタ
   層−前記コレクタ層間に流れる電流を増加させ、前記安
   定状態を低電圧側に変化することを特徴とする光半導体
   記憶装置の情報書き込み方法。
9. 【請求項９】 請求項５又は６記載の光半導体記憶装置
   の情報書き込み方法において、 前記量子ドットに、電子−正孔対の生成により生成され
   る電子の数よりも、一のエミッタ層から前記ベース層の
   伝導帯を越えて他のエミッタ層に到達する電子の数が支
   配的になる強い光を照射することにより、前記一のエミ
   ッタ層と前記他のエミッタ層に流れる電流を増加させ、
   前記安定状態を低電圧側に変化することを特徴とする光
   半導体記憶装置の情報書き込み方法。
10. 【請求項１０】 請求項３記載の光半導体記憶装置の情
    報読み出し方法であって、 電子−正孔対の生成による電子の数と、前記エミッタ層
    から前記ベース層の伝導帯を越えて前記コレクタ層に到
    達する電子の数とがほぼ等しくなる中間の光を照射し、
    照射した前記光の吸収を検知することにより記憶情報を
    読み出すことを特徴とする光半導体記憶装置の情報読み
    出し方法。
11. 【請求項１１】 請求項４記載の光半導体記憶装置の情
    報読み出し方法であって、 電子−正孔対の生成による電子の数と、前記エミッタ層
    から前記ベース層の伝導帯を越えて前記コレクタ層に到
    達する電子の数とがほぼ等しくなる中間の光を照射し、 前記第１の半導体層方向に流れる光電流を測定すること
    により記憶情報を読み出すことを特徴とする光半導体記
    憶装置の情報読み出し方法。
12. 【請求項１２】 請求項５又は６記載の光半導体記憶装
    置の情報読み出し方法であって、 電子−正孔対の生成による電子の数と、一のエミッタ層
    から前記ベース層の伝導帯を越えて他のエミッタ層に到
    達する電子の数とがほぼ等しくなる中間の光を照射し、
    照射した前記光の吸収を検知することにより記憶情報を
    読み出すことを特徴とする光半導体記憶装置の情報読み
    出し方法。
13. 【請求項１３】 複数の電気配線からなる列アドレス信
    号線群と、 前記列アドレス信号線群に交差する方向に設けられた複
    数の光配線からなる行アドレス信号線群と、 前記列アドレス信号線群と前記行アドレス信号線群との
    各交差部に設けられた請求項１乃至３のいずれかに記載
    の光半導体記憶装置とを有し、 前記エミッタ層は、前記列アドレス信号線群に接続され
    ており、 前記ベース層には、前記行アドレス信号線群より発した
    光が照射されるようになっていることを特徴とする光半
    導体記憶装置。
14. 【請求項１４】 複数の電気配線からなる列アドレス信
    号線群と、 前記列アドレス信号線群に交差する方向に配された複数
    の光配線からなる行アドレス信号線群と、 前記列アドレス信号線群に平行に配された、複数の電気
    配線からなる読み出し信号線群と、 前記列アドレス信号線群及び前記読み出し信号線群と前
    記行アドレス信号線群との各交差部に設けられた請求項
    ４記載の光半導体記憶装置とを有し、 前記エミッタ層は、前記列アドレス信号線群に接続され
    ており、 前記ベース層には、前記行アドレス信号線群より発した
    光が照射されるようになっており、 前記第１の半導体層は、前記読み出し信号線群に接続さ
    れていることを特徴とする光半導体記憶装置。
15. 【請求項１５】 請求項６記載の光半導体記憶装置を有
    する光半導体論理回路装置であって、 前記光半導体記憶装置の前記コレクタ層は負荷素子を介
    して第１の電源線に接続され、前記光半導体記憶装置の
    一のエミッタ層は接地され、前記光半導体記憶装置の他
    のエミッタ層は第２の電源線に接続されており、 前記他のエミッタ層に照射する２種類の光の強度に応じ
    て記憶情報を変化し、その情報を出力することを特徴と
    する光半導体論理回路装置。