JPH0620128B2 - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
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- JPH0620128B2 JPH0620128B2 JP62164006A JP16400687A JPH0620128B2 JP H0620128 B2 JPH0620128 B2 JP H0620128B2 JP 62164006 A JP62164006 A JP 62164006A JP 16400687 A JP16400687 A JP 16400687A JP H0620128 B2 JPH0620128 B2 JP H0620128B2
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- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 12
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体素子に関し、時にpnpn半導体素子の
応答速度の改善に関する。
応答速度の改善に関する。
〔従来技術とその問題点〕 光技術を使った交換や情報処理は、今後の発展が期待さ
れる分野であり、光メモリや光演算素子は、そのために
不可欠のキーデバイスとなる。pnpn半導体素子を用
いると、このような特性が実現でき、例えばジー・ダブ
ル・テーラ等(G.W.Taylor et al.)により、アプライ
ド・フィジックス・レターズ(Appl.Phys.Lett.)誌,
第50巻2号,1987年,第338頁〜第340頁にその内容が記
載されている。pnpn半導体素子に適当なバイアス電
圧をかけた状態で、トリガ光を照射すると、トランジス
タの帰還効果によってオフからオン状態に移行する。オ
ン状態のバンド構造が、半導体レーザや発光ダイオード
で用いられるダブル・ヘテロ構造のようになるようにし
ておくと、発光を生じさせることができる。このように
光トリガにより発光を生ぜしめるためには、一度、pn
pn素子をオフ状態に戻す必要がある。オンからオフ状
態に戻すためには、順バイアスとなっている3個のpn
接合から過剰キャリアを素早く追い出す必要がある。上
記論文に述べられたpnpn素子は、アノードとカソー
ドとに電極が形成された二端子素子となっているが、こ
のような二端子素子では過剰キャリアを高速に消滅させ
て、オンからオフ状態に素早くターンオフさせることは
難しい。
れる分野であり、光メモリや光演算素子は、そのために
不可欠のキーデバイスとなる。pnpn半導体素子を用
いると、このような特性が実現でき、例えばジー・ダブ
ル・テーラ等(G.W.Taylor et al.)により、アプライ
ド・フィジックス・レターズ(Appl.Phys.Lett.)誌,
第50巻2号,1987年,第338頁〜第340頁にその内容が記
載されている。pnpn半導体素子に適当なバイアス電
圧をかけた状態で、トリガ光を照射すると、トランジス
タの帰還効果によってオフからオン状態に移行する。オ
ン状態のバンド構造が、半導体レーザや発光ダイオード
で用いられるダブル・ヘテロ構造のようになるようにし
ておくと、発光を生じさせることができる。このように
光トリガにより発光を生ぜしめるためには、一度、pn
pn素子をオフ状態に戻す必要がある。オンからオフ状
態に戻すためには、順バイアスとなっている3個のpn
接合から過剰キャリアを素早く追い出す必要がある。上
記論文に述べられたpnpn素子は、アノードとカソー
ドとに電極が形成された二端子素子となっているが、こ
のような二端子素子では過剰キャリアを高速に消滅させ
て、オンからオフ状態に素早くターンオフさせることは
難しい。
この問題を解決するために、ゲートに電極を設けたGT
O(Gate Turn-Off)と呼ばれるpnpn素子が知られ
ている。その内容は、IEEE誌,第ED−13巻7号,19
66年,第590頁〜第597頁に記載されている。第3図はG
TO及びその駆動回路を示したものである。GTOは、
p1層,n1層,p2層,n2層からなるpnpn半導
体素子1で、n1層にゲート電極15が形成されている。
電源6はpnpn素子1自体を動かすためのものであ
り、p1層に形成されたアノード電極8とn2層に形成
されたカソード電極9との間に、負荷抵抗2を介して接
続されている。ゲート電極15と電源6との間には、ゲー
ト用抵抗4とゲート用電源5とゲートスイッチ7とから
成るゲート回路が設けられている。
O(Gate Turn-Off)と呼ばれるpnpn素子が知られ
ている。その内容は、IEEE誌,第ED−13巻7号,19
66年,第590頁〜第597頁に記載されている。第3図はG
TO及びその駆動回路を示したものである。GTOは、
p1層,n1層,p2層,n2層からなるpnpn半導
体素子1で、n1層にゲート電極15が形成されている。
電源6はpnpn素子1自体を動かすためのものであ
り、p1層に形成されたアノード電極8とn2層に形成
されたカソード電極9との間に、負荷抵抗2を介して接
続されている。ゲート電極15と電源6との間には、ゲー
ト用抵抗4とゲート用電源5とゲートスイッチ7とから
成るゲート回路が設けられている。
このGTOでは、ゲートスイッチ7を開き、電源6によ
りアノード電極8に正の電圧を印加し、増加させるとp
npn素子1はオン状態となる。逆に、アノード電極8
側に負の電圧を印加し、そのタイミングに合わせてゲー
トスイッチ7を閉じるとn1層に蓄積されていた過剰電
子がゲート用電源5で引っ張られて流れ出す。電荷中性
条件を満たすように、p2層に蓄積されていた過剰な正
孔もそれに伴ってn2層の方向に移動する。それによっ
て、ゲート回路がない場合に比べて、高速にpnpn素
子1をターンオフできる。
りアノード電極8に正の電圧を印加し、増加させるとp
npn素子1はオン状態となる。逆に、アノード電極8
側に負の電圧を印加し、そのタイミングに合わせてゲー
トスイッチ7を閉じるとn1層に蓄積されていた過剰電
子がゲート用電源5で引っ張られて流れ出す。電荷中性
条件を満たすように、p2層に蓄積されていた過剰な正
孔もそれに伴ってn2層の方向に移動する。それによっ
て、ゲート回路がない場合に比べて、高速にpnpn素
子1をターンオフできる。
上述したGTOでは、ゲート用電源5,ゲート用抵抗4
及びゲートスイッチ7より成るゲート回路が必要であ
り、かつpnpn素子1の電源6とタイミングを合わせ
て、即ち同期させてゲート回路をスイッチングさせる必
要があった。
及びゲートスイッチ7より成るゲート回路が必要であ
り、かつpnpn素子1の電源6とタイミングを合わせ
て、即ち同期させてゲート回路をスイッチングさせる必
要があった。
本発明の目的は、このような同期を要するゲート回路が
不要で、しかも簡単なプロセス工程で作製でき、ターン
オフ時間がGTO並に短縮された半導体素子を提供する
ことにある。
不要で、しかも簡単なプロセス工程で作製でき、ターン
オフ時間がGTO並に短縮された半導体素子を提供する
ことにある。
本発明の半導体素子は、第1導電型の第1の半導体層
と、前記第1導電型とは異なる第2導電型の第2の半導
体層と、前記第1導電型と同一の第3導電型の第3の半
導体層と、前記第2導電型と同一の第4導電型の第4の
半導体層とが順次形成された半導体素子において、前記
第3の半導体層の上にショットキー電極が形成され、こ
のショットキー電極は前記半導体素子の内部で前記第1
の半導体層に形成された電極と結線されていることを特
徴とする。
と、前記第1導電型とは異なる第2導電型の第2の半導
体層と、前記第1導電型と同一の第3導電型の第3の半
導体層と、前記第2導電型と同一の第4導電型の第4の
半導体層とが順次形成された半導体素子において、前記
第3の半導体層の上にショットキー電極が形成され、こ
のショットキー電極は前記半導体素子の内部で前記第1
の半導体層に形成された電極と結線されていることを特
徴とする。
〔作用〕 本発明の作用を、第1導電型及び第3導電型をn型、第
2導電型及び第4導電型をp型とするpnpn半導体素
子で説明する。
2導電型及び第4導電型をp型とするpnpn半導体素
子で説明する。
第1の半導体層と第3の半導体層間にはショットキー電
極が形成されているが、アノード(第4の半導体層)が
カソード(第1の半導体層)に対して正、即ち順方向に
バイアスされている状態ではショットキーダイオードは
非導通となり、本体の動作に影響を及ぼさない。pnp
n素子に逆方向に電圧をかけると、ショットキーダイオ
ードは導通状態となり、n型の第3の半導体層に蓄積さ
れた過剰電子はショットキーダイオードを通して掃き出
される。p型の第2の半導体層に蓄積された過剰な正孔
は、それに伴って電気的中性条件を保つように、速やか
にn型の第3の半導体層に移動し消滅する。
極が形成されているが、アノード(第4の半導体層)が
カソード(第1の半導体層)に対して正、即ち順方向に
バイアスされている状態ではショットキーダイオードは
非導通となり、本体の動作に影響を及ぼさない。pnp
n素子に逆方向に電圧をかけると、ショットキーダイオ
ードは導通状態となり、n型の第3の半導体層に蓄積さ
れた過剰電子はショットキーダイオードを通して掃き出
される。p型の第2の半導体層に蓄積された過剰な正孔
は、それに伴って電気的中性条件を保つように、速やか
にn型の第3の半導体層に移動し消滅する。
第1図を用いて作用を更に詳述する。第1図(a)には
本発明と比較するために、ショットキー電極がない二端
子素子を、第1図(b)はショットキー電極10を設けた
本発明に係るpnpn素子を示している。図中、11はア
ノード層(第4の半導体層)を、12はn型ゲート層(第
3の半導体層)を、13はp型ゲート層(第2の半導体
層)を、14はカソード層(第1の半導体層)を示してい
る。第1図(a)及び(b)とともに、ターンオフする
ためにpnpn素子に逆方向電圧をかけたところを示し
てある。即ちカソードに対してアノードには負の電圧−
Vがかかっている。3つのpn接合のうち左端と右端の
接合には逆バイアスがかかって、空乏層が伸びている。
図では空乏層を破線で示してある。n型ゲート層12には
過剰電子、p型ゲート層13には過剰な正孔が蓄積されて
いる。両者はそれぞれの領域で多数キャリアである。n
型ゲート層12にはその他に正孔が、また、p型ゲート層
13には電子が存在している。これらは少数キャリアであ
る。今、pnpn素子には発光及び宇光機能を持たせる
ことを考えているので、半導体材料としてはGaAs系
やInP受などの直接遷移型ものを想定している。ゲー
ト層12,13に残存しているキャリアのうち少数キャリア
は発光再結合過程を通じて光となって消滅するか、また
はゲート層を拡散していき、正孔はアノード層11に、電
子はカソード層14に吸い込まれて消滅していく。発光再
結合による消滅は発光再結合時間で決まり、拡散による
消滅は空乏層が伸びていないゲート層を少数キャリアが
拡散する時間で決まる。
本発明と比較するために、ショットキー電極がない二端
子素子を、第1図(b)はショットキー電極10を設けた
本発明に係るpnpn素子を示している。図中、11はア
ノード層(第4の半導体層)を、12はn型ゲート層(第
3の半導体層)を、13はp型ゲート層(第2の半導体
層)を、14はカソード層(第1の半導体層)を示してい
る。第1図(a)及び(b)とともに、ターンオフする
ためにpnpn素子に逆方向電圧をかけたところを示し
てある。即ちカソードに対してアノードには負の電圧−
Vがかかっている。3つのpn接合のうち左端と右端の
接合には逆バイアスがかかって、空乏層が伸びている。
図では空乏層を破線で示してある。n型ゲート層12には
過剰電子、p型ゲート層13には過剰な正孔が蓄積されて
いる。両者はそれぞれの領域で多数キャリアである。n
型ゲート層12にはその他に正孔が、また、p型ゲート層
13には電子が存在している。これらは少数キャリアであ
る。今、pnpn素子には発光及び宇光機能を持たせる
ことを考えているので、半導体材料としてはGaAs系
やInP受などの直接遷移型ものを想定している。ゲー
ト層12,13に残存しているキャリアのうち少数キャリア
は発光再結合過程を通じて光となって消滅するか、また
はゲート層を拡散していき、正孔はアノード層11に、電
子はカソード層14に吸い込まれて消滅していく。発光再
結合による消滅は発光再結合時間で決まり、拡散による
消滅は空乏層が伸びていないゲート層を少数キャリアが
拡散する時間で決まる。
少数キャリアに対し、過剰多数キャリアは、電子と正孔
がそれぞれn型ゲート層12とp型ゲート層13に存在した
ままで、なかなか消滅できない。それは、中央のpn接
合には、順方向でほとんど電圧がかかっていないためで
ある。そのために第1図(a)のタイプのpnpn素子
では、ターンオフ時間は非常に長くなる。ところが第1
図(b)のようにショットキー電極10がn型ゲート層12
に設けられていると、n型ゲート層12の電子は、この電
極を通してカソード側に吸い出される。電子が吸い出さ
れると、電気的中性を保つように、p型ゲート層13の正
孔はそれに引きずられn型ゲート層12に入り込み、その
後は少数キャリアとして速やかに消滅していく。従って
ターンオフ時間の短縮が可能となる。
がそれぞれn型ゲート層12とp型ゲート層13に存在した
ままで、なかなか消滅できない。それは、中央のpn接
合には、順方向でほとんど電圧がかかっていないためで
ある。そのために第1図(a)のタイプのpnpn素子
では、ターンオフ時間は非常に長くなる。ところが第1
図(b)のようにショットキー電極10がn型ゲート層12
に設けられていると、n型ゲート層12の電子は、この電
極を通してカソード側に吸い出される。電子が吸い出さ
れると、電気的中性を保つように、p型ゲート層13の正
孔はそれに引きずられn型ゲート層12に入り込み、その
後は少数キャリアとして速やかに消滅していく。従って
ターンオフ時間の短縮が可能となる。
ショットキーダイオードとした理由は、pnダイオード
と比べそれ自体が高速で動くこと、製作が容易であるこ
と、更に順方向の立上がり電圧が低いことにある。ま
た、pnpn素子に逆方向バイアス電圧をかけオン状態
からオフさせようとしたときに、ダイオードは導通して
できるだけ電流を引き込めることが望ましい。引き込み
能力が高い程、短時間に多数キャリアを掃き出させるこ
とができるからで、それには立上がり電圧の低いショッ
トキーダイオードが最適である。
と比べそれ自体が高速で動くこと、製作が容易であるこ
と、更に順方向の立上がり電圧が低いことにある。ま
た、pnpn素子に逆方向バイアス電圧をかけオン状態
からオフさせようとしたときに、ダイオードは導通して
できるだけ電流を引き込めることが望ましい。引き込み
能力が高い程、短時間に多数キャリアを掃き出させるこ
とができるからで、それには立上がり電圧の低いショッ
トキーダイオードが最適である。
次に図面を参照して本発明の半導体素子の一実施例につ
いて説明する。
いて説明する。
第2図は第1図の構造をMBE成長法を用いてn型Ga
As基板20の上に実現したものである。n型GaAs基
板20上には、n−Al0.4Ga0.6As層(d=1μm,
ND=1×1018cm-3)21、p+−GaAs層(d=50
Å,NA=1×1019cm-3)22、活性層となるn−Ga
As層(d=1.0μm,ND=1×1017cm-3)23、p−
Al0.4Ga0.6As層(d=0.5μm,NA=1×1018c
m-3)24、コンタクト用のp+−GaAa層(d=0.15
μm,NA=1×1019cm-3)25が順次形成されてい
る。
As基板20の上に実現したものである。n型GaAs基
板20上には、n−Al0.4Ga0.6As層(d=1μm,
ND=1×1018cm-3)21、p+−GaAs層(d=50
Å,NA=1×1019cm-3)22、活性層となるn−Ga
As層(d=1.0μm,ND=1×1017cm-3)23、p−
Al0.4Ga0.6As層(d=0.5μm,NA=1×1018c
m-3)24、コンタクト用のp+−GaAa層(d=0.15
μm,NA=1×1019cm-3)25が順次形成されてい
る。
コンタクト用のp+−GaAs層25にはAu/CrAu
Znから成るアノード電極27が、GaAs基板20にはA
uGe−Niから成るカソード電極26が、n−GaAs
層23にはAlを用いたショットキー電極28がそれぞれ設
けられている。29はSiO2膜であり、ショットキー電
極28はこのSiO2膜上を経てカソード電極26に接続さ
れている。なお、30はAuGe−Niから成るステムと
の融着用金属層である。
Znから成るアノード電極27が、GaAs基板20にはA
uGe−Niから成るカソード電極26が、n−GaAs
層23にはAlを用いたショットキー電極28がそれぞれ設
けられている。29はSiO2膜であり、ショットキー電
極28はこのSiO2膜上を経てカソード電極26に接続さ
れている。なお、30はAuGe−Niから成るステムと
の融着用金属層である。
作製したpnpn素子サイズは、アノード電極27がつい
たメサ部で90μmφ、ショットキー電極28がついたメサ
部で約200μmφである。
たメサ部で90μmφ、ショットキー電極28がついたメサ
部で約200μmφである。
本実施例のpnpn半導体素子では、順バイアス状態で
トリガ光をn−GaAs層23で吸収させることによっ
て、オフからオン状態に移行させることができる。それ
に伴う発光は同じn−GaAs層23中での電子と正孔と
の発光再結合によって生ずる。逆バイアス状態、即ちア
ノード側の電圧をカソード側に対して負になるようにす
ると、先に作用の項で説明したように速やかにターンオ
フすることができる。
トリガ光をn−GaAs層23で吸収させることによっ
て、オフからオン状態に移行させることができる。それ
に伴う発光は同じn−GaAs層23中での電子と正孔と
の発光再結合によって生ずる。逆バイアス状態、即ちア
ノード側の電圧をカソード側に対して負になるようにす
ると、先に作用の項で説明したように速やかにターンオ
フすることができる。
具体的には、トリガ光が照射されていない状態でのスイ
ッチオン電圧Vsは約4Vであった。バイアス電圧をス
イッチオン電圧Vs近くに設定しておくと微量の光トリ
ガでオンして発光を開始する。オフさせるにはアノード
に−1V程度の電圧を加えた。
ッチオン電圧Vsは約4Vであった。バイアス電圧をス
イッチオン電圧Vs近くに設定しておくと微量の光トリ
ガでオンして発光を開始する。オフさせるにはアノード
に−1V程度の電圧を加えた。
本実施例によれば、ショットキー電極28を設けない場合
にはターンオフに1μS〜10μSかかったものを、10n
S以下に短縮することができた。
にはターンオフに1μS〜10μSかかったものを、10n
S以下に短縮することができた。
なお、以上の実施例では第1導電型(第3導電型)をn
型、第2導電型(第4導電型)をp型としたが、n,p
を逆転させても同様の効果が実現できる。
型、第2導電型(第4導電型)をp型としたが、n,p
を逆転させても同様の効果が実現できる。
以上説明したように本発明によれば、ターンオフ時間の
短い半導体素子が、簡単な構造で実現でき、および簡単
なプロセス工程で作製できるので、従来のような同期を
要する外付けのゲート回路が不要となる。従って、半導
体素子全体の大きさを小さくすることも可能となる。
短い半導体素子が、簡単な構造で実現でき、および簡単
なプロセス工程で作製できるので、従来のような同期を
要する外付けのゲート回路が不要となる。従って、半導
体素子全体の大きさを小さくすることも可能となる。
第1図は本発明の作用を説明するための図、 第2図は本発明の一実施例を示す図、 第3図は従来例を示す図である。 1……pnpn素子 2……負荷抵抗 4……ゲート用抵抗 5……ゲート用電源 6……電源 7……ゲートスイッチ 8,27……アノード電極 9,26……カソード電極 10,28……ショットキー電極 11……アノード層 12……n型ゲート層 13……p型ゲート層 14……カソード層 15……ゲート電極 20……n型GaAs基板 21……n−Al0.4Ga0.6 As層 22……p+−GaAs層 23……n−GaAs層 24……p−Al0.4Ga0.6As層 25……p+−GaAs層 29……SiO2膜 30……融着用金属層
Claims (1)
- 【請求項1】第1導電型の第1の半導体層と、前記第1
導電型とは異なる第2導電型の第2の半導体層と、前記
第1導電型と同一の第3導電型の第3の半導体層と、前
記第2導電型と同一の第4導電型の第4の半導体層とが
順次形成された半導体素子において、前記第3の半導体
層の上にショットキー電極が形成され、このショットキ
ー電極は前記半導体素子の内部で前記第1の半導体層に
形成された電極と結線されていることを特徴とする半導
体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62164006A JPH0620128B2 (ja) | 1987-07-02 | 1987-07-02 | 半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62164006A JPH0620128B2 (ja) | 1987-07-02 | 1987-07-02 | 半導体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS649659A JPS649659A (en) | 1989-01-12 |
| JPH0620128B2 true JPH0620128B2 (ja) | 1994-03-16 |
Family
ID=15784972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62164006A Expired - Lifetime JPH0620128B2 (ja) | 1987-07-02 | 1987-07-02 | 半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0620128B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160091618A (ko) * | 2015-01-26 | 2016-08-03 | 현대자동차주식회사 | 요소탱크 온도제어방법 및 그 제어장치 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6770911B2 (en) * | 2001-09-12 | 2004-08-03 | Cree, Inc. | Large area silicon carbide devices |
-
1987
- 1987-07-02 JP JP62164006A patent/JPH0620128B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160091618A (ko) * | 2015-01-26 | 2016-08-03 | 현대자동차주식회사 | 요소탱크 온도제어방법 및 그 제어장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS649659A (en) | 1989-01-12 |
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