JP2000294806A - Retiming circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電気のデータ信号
をクロック信号に同期させるためのリタイミング回路に
係り、特に高速化を図ったリタイミング回路に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a retiming circuit for synchronizing an electric data signal with a clock signal, and more particularly to a retiming circuit for achieving high speed.
【0002】[0002]
【従来の技術】リタイミング回路は、ディジタル論理回
路を構成する上で不可欠な要素回路であり、従来では、
複数のトランジスタ等の能動素子を組み合わせたフリッ
プフロツプ回路によって実現されていた。しかし、この
能動素子を複数組み合わせた回路では、動作速度の限
界が使用する能動素子性能の30%程度に留まる、回
路内のフイードバックループ動作に要するデータの遅延
時間と同程度にクロック間隔が短いときは、回路が安定
動作しない、の2つの理由から、例えば100GHzで動
作するリタイミング回路の実現は非常に困難であった。2. Description of the Related Art A retiming circuit is an indispensable element circuit for constituting a digital logic circuit.
This has been realized by a flip-flop circuit combining active elements such as a plurality of transistors. However, in a circuit in which a plurality of active elements are combined, the operation speed is limited to about 30% of the performance of the active element used, and the clock interval is as short as the data delay time required for the feedback loop operation in the circuit. It has been very difficult to realize a retiming circuit operating at, for example, 100 GHz for two reasons: the circuit does not operate stably.
【0003】これら問題点を解決するために、データ信
号を伝播させる電気信号伝送線路と接地又は直流電源用
電極の間の基板を半導体基板とし、その半導体基板に対
してクロック光信号を照射して、その電気信号伝送線路
と接地又は直流電源用電極の間の容量を変調させ、デー
タ信号をクロック光信号に同期させるようにしたリタイ
ミング回路が特願平9−218986号明細書で提案されてい
る。In order to solve these problems, a substrate between an electric signal transmission line for transmitting a data signal and a ground or DC power supply electrode is used as a semiconductor substrate, and the semiconductor substrate is irradiated with a clock light signal. A retiming circuit that modulates the capacitance between the electric signal transmission line and the ground or DC power supply electrode and synchronizes the data signal with the clock light signal has been proposed in Japanese Patent Application No. 9-218986. I have.
【0004】図5はこの従来例を示す構成図である。1
101は半導体基板、1102はデータ信号の伝送線
路、1103,1104は接地又は電圧が印加された線
路(電極)、1105は光導波路である。FIG. 5 is a configuration diagram showing this conventional example. 1
101 is a semiconductor substrate, 1102 is a transmission line for data signals, 1103 and 1104 are lines (electrodes) to which ground or voltage is applied, and 1105 is an optical waveguide.
【0005】いま、クロック光が無い状態での伝送線路
1102の単位長さ当たりのインダクタンス成分をL
o、単位長さ当たりの容量成分をCoとすると、このと
きの伝送線路1102上の電気信号の伝播速度vは v=1/(Lo・Co) ・・・(1) で与えられる。Now, the inductance component per unit length of the transmission line 1102 in the absence of clock light is represented by L
Assuming that o and the capacitance component per unit length are Co, the propagation speed v of the electric signal on the transmission line 1102 at this time is given by: v = 1 / (Lo · Co) (1)
【0006】この回路で、光導波路1105にクロック
光が照射されると、その光導波路1105から染み出し
ている光が半導体基板1101で吸収されることによ
り、その半導体中に電子・正孔対が生成され、伝送線路
1102と接地又電圧が印加された線路1103、11
04との間の電界が変化することにより、図6に示すよ
うに空乏層容量が「Co+ΔC」へと増加する。このと
き、伝送線路上の電気信号の伝播速度v’は、式(1)を
用いて v’=1/[Lo・(Co+ΔC)] ・・・(2) となり、無光時に比べ伝播速度が低下することになり、
光の有無で電気信号の伝播速度を変調できることにな
る。In this circuit, when the optical waveguide 1105 is irradiated with clock light, the light leaking from the optical waveguide 1105 is absorbed by the semiconductor substrate 1101, so that electron-hole pairs are formed in the semiconductor. The generated transmission lines 1102 and the lines 1103 and 11 to which ground or voltage is applied
When the electric field between the electric field and the electric field 04 changes, the depletion layer capacitance increases to “Co + ΔC” as shown in FIG. At this time, the propagation velocity v ′ of the electric signal on the transmission line is given by v ′ = 1 / [Lo · (Co + ΔC)] (2) using equation (1). Will decrease,
The propagation speed of the electric signal can be modulated by the presence or absence of light.
【0007】そこで、クロック光信号の強度が図7に示
すような正弦波で示され、クロック光強度の平均値がI
mの時、伝送線路1102上の信号進行波の伝播速度が
光導波路中の光の速度と同じになるように伝送線路を設
計したリタイミング回路を考える。Therefore, the intensity of the clock light signal is represented by a sine wave as shown in FIG.
Consider a retiming circuit in which the transmission line is designed such that the propagation speed of the signal traveling wave on the transmission line 1102 at the time of m is equal to the speed of light in the optical waveguide.
【0008】この場合、図7の斜線部は、光照射による
空乏層容量の増加により電気信号の伝播速度がクロック
光よりも遅くなり、無印部は逆に空乏層容量の減少によ
り電気信号の伝播速度がクロック光よりも早くなり、斜
線部と無印部の境界(Im)では、両速度が一致する。In this case, the hatched portion in FIG. 7 indicates that the propagation speed of the electric signal becomes slower than that of the clock light due to the increase in the depletion layer capacitance due to light irradiation, and the unmarked portion conversely causes the propagation of the electric signal due to the decrease in the depletion layer capacitance. The speed becomes faster than the clock light, and the two speeds coincide at the boundary (Im) between the hatched portion and the unmarked portion.
【0009】従って、このようなリタイミング回路の入
力端に図8(a)のタイミングチャートで示されるような
タイミングで、クロック光とそのクロック光に対して±
1/4クロック以内のタイミングジッタを有する電気デー
タ信号が入力された場合、出力端では、図8(b)に示す
ように、クロック光に同期した電気データ信号を得るこ
とが出来る。Therefore, at the input end of such a retiming circuit, at a timing as shown in the timing chart of FIG.
When an electric data signal having a timing jitter within 1/4 clock is input, an electric data signal synchronized with the clock light can be obtained at the output end, as shown in FIG. 8B.
【0010】このようなリタイミング回路は、能動素
子を一切使用しないため、能動素子性能による帯域制限
がなく、回路内にフイードバックが存在しないので帰
還遅延による速度律速もないため、超高速のリタイミン
グ動作が可能となる。Since such a retiming circuit does not use any active elements, there is no band limitation due to the performance of the active elements, and there is no feedback in the circuit, so that there is no speed limitation due to feedback delay. Operation becomes possible.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】ところが、光照射によ
って半導体中に発生する電子・正孔対は光照射を止めた
瞬間に消滅するのではなく、有限の時間存在した後で電
子と正孔の再結合により、半導体のバンドギャップ分の
エネルギーを光または熱の形で半導体内に放出して消滅
する。この再結合の過程は確率的なもので、電子・正孔
対が再結合するまでの平均的な時間は再結合寿命と呼ば
れており、本リタイミング回路で半導体として用いられ
ることが想定される高純度のGaAsやInGaAsの場合、この
再結合寿命は室温で100 psから1 ns程度である。However, the electron-hole pairs generated in the semiconductor by light irradiation do not disappear at the moment when the light irradiation is stopped. By recombination, energy corresponding to the band gap of the semiconductor is released into the semiconductor in the form of light or heat and disappears. This recombination process is stochastic, and the average time until the electron-hole pairs recombine is called the recombination lifetime, and is assumed to be used as a semiconductor in this retiming circuit. In the case of high-purity GaAs or InGaAs, the recombination lifetime is about 100 ps to 1 ns at room temperature.
【0012】従来の提案されているリタイミング回路
は、空乏層容量が入力クロック周波数に追随して変化す
ることが必要なので、入力クロックの逆数は電子・正孔
対の再結合寿命より大きい必要がある。そのため、高純
俊の化合物半導体をそのまま用いてリタイミング回路を
作製した場合、その動作周波数はせいぜい10 GHz程度
である。In the conventionally proposed retiming circuit, since the depletion layer capacitance needs to change following the input clock frequency, the reciprocal of the input clock needs to be larger than the recombination life of the electron-hole pair. is there. Therefore, when a retiming circuit is manufactured using a compound semiconductor having high purity, the operating frequency is at most about 10 GHz.
【0013】このリタイミング回路の半導体での電子・
正孔対の再結合寿命を短くする手法として、半導体中に
あらかじめ再結合中心となる不純物等をドープして、再
結合させ易くすることが考えられるが、この場合、電子
・正孔対の再結合により半導体内に発生する熱は、残っ
た電子・正孔対に運動エネルギーを与え、再結合を妨げ
ることになるので、光照射が止んだ直後の電子・正孔対
の消滅レートは高くても、時間が経過するにつれてその
消滅レートが低くなり、実効的にリタイミング回路の動
作周波数を上げる手法とはなり得ない。[0013] The semiconductor in the retiming circuit
As a technique for shortening the recombination lifetime of a hole pair, it is conceivable that the semiconductor is doped with an impurity or the like which serves as a recombination center in advance to facilitate recombination. The heat generated in the semiconductor due to the bonding gives kinetic energy to the remaining electron-hole pairs and hinders recombination, so the annihilation rate of the electron-hole pairs immediately after the light irradiation stops is high. However, as the time elapses, the extinction rate decreases, and this cannot be a method of effectively increasing the operating frequency of the retiming circuit.
【0014】このように、従来リタイミング回路では半
導体内での電子・正孔対の再結合寿命がクロック周波数
の上限になり、それ以上の高速化は非常に困難であっ
た。As described above, in the conventional retiming circuit, the recombination life of the electron-hole pairs in the semiconductor becomes the upper limit of the clock frequency, and it is very difficult to further increase the speed.
【0015】本発明の目的は、上述した従来技術の問題
点を解消して、半導体内に熱の蓄積を生じさせること無
く半導体内の電子・正孔対を高速で消滅させ、100 G
Hz以上の高速で動作可能なリタイミング回路を提供する
ことにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to eliminate electron-hole pairs in a semiconductor at a high speed without causing heat to accumulate in the semiconductor.
An object of the present invention is to provide a retiming circuit that can operate at a high speed of not less than Hz.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第1の発明は、データ信号を伝播させる電気信号伝
送線路と接地又は直流電源用電極の間の基板を半導体基
板とし、該半導体基板に対してクロック光を照射して、
前記電気信号伝送線路と前記接地又は直流電源用電極の
間の容量を変調させ、データ信号をクロック光に同期さ
せるリタイミング回路において、前記電気信号伝送線路
直下の半導体基板の層構成が、バンドギャップエネルギ
ーが前記クロック光のエネルギーより小さな第1の伝導
型の第1の半導体層と、バンドギャップエネルギーが前
記クロック光のエネルギーより大きく且つ前記第1の伝
導型と反対の第2の伝導型の第2の半導体層と、前記第
1および第2の半導体層に挟まれ前記第1および第2の
半導体層より低い不純物ドーピング濃度を持ち又は不純
物ドープ無しでバンドギャップエネルギーが前記クロッ
ク光のエネルギーより大きな第3の半導体層と、前記第
1の半導体層に接して前記第3の半導体層の反対側に配
置されたバンドギャップエネルギーが前記クロック光の
エネルギーより大きな第1の伝導型の第4の半導体層と
を備え、前記接地又は直流電源用電極が前記第4の半導
体層とオーミック接続され、前記第2の半導体層がオー
ミック取出電極を有し、前記電気信号伝送線路と前記第
1の半導体層の間に少なくとも絶縁層が存在し、前記入
力クロック光が前記第1の半導体層で吸収される構造を
有するよう構成した。According to a first aspect of the present invention, a substrate between an electric signal transmission line for transmitting a data signal and a ground or DC power supply electrode is provided as a semiconductor substrate. Irradiating the substrate with clock light,
In a retiming circuit for modulating a capacitance between the electric signal transmission line and the ground or DC power supply electrode and synchronizing a data signal with a clock light, a layer structure of a semiconductor substrate immediately below the electric signal transmission line may have a band gap. A first semiconductor layer of a first conductivity type whose energy is smaller than the energy of the clock light; and a second semiconductor layer of a second conductivity type whose band gap energy is larger than the energy of the clock light and opposite to the first conductivity type. A second semiconductor layer and a lower impurity doping concentration than the first and second semiconductor layers between the first and second semiconductor layers, or a bandgap energy larger than the clock light energy without impurity doping. A third semiconductor layer, and a bandgap disposed in contact with the first semiconductor layer and on an opposite side of the third semiconductor layer. A first conduction type fourth semiconductor layer having a higher tap energy than the clock light energy, the ground or DC power supply electrode is ohmic-connected to the fourth semiconductor layer, and the second semiconductor layer is An ohmic extraction electrode, at least an insulating layer between the electric signal transmission line and the first semiconductor layer, and a structure in which the input clock light is absorbed by the first semiconductor layer. .
【0017】第2の発明は、第1の発明において、前記
接地又は直流電源用電極と前記オーミック取出電極の間
を接続するブリッジ電極を設けて構成した。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a bridge electrode is provided to connect between the ground or DC power supply electrode and the ohmic extraction electrode.
【0018】第3の発明は、第1又は第2の発明におい
て、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層の間に、
前記第1の半導体層と同程度の不純物濃度で且つ前記第
1の半導体層および前記第3の半導体層より薄い厚みの
前記第2の伝導型の第5の半導体層を介在させて構成し
た。According to a third invention, in the first or second invention, between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer,
A fifth semiconductor layer of the second conductivity type having the same impurity concentration as that of the first semiconductor layer and having a smaller thickness than the first semiconductor layer and the third semiconductor layer is provided.
【0019】第4の発明は、第1乃至第3の発明におい
て、前記第2の半導体層を基板の上面に形成し、該基板
の裏面に反射防止膜を形成して構成した。According to a fourth aspect, in the first to third aspects, the second semiconductor layer is formed on an upper surface of a substrate, and an antireflection film is formed on a back surface of the substrate.
【0020】第5の発明は、第1乃至第3の発明におい
て、前記第1の半導体層の上下の半導体層のバンドギャ
ップを段階的に大きくし、前記第1の半導体層の光屈折
率を該上下の半導体層のそれより大きくして構成した。In a fifth aspect based on the first to third aspects, the band gaps of the semiconductor layers above and below the first semiconductor layer are gradually increased, and the optical refractive index of the first semiconductor layer is increased. The upper and lower semiconductor layers were made larger than those.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】図1は本発明の一つの実施形態の
リタイミング回路の構成を示す図である。同図において
101は半導体基板、102はデータ信号の伝送線路、
103,104はその伝送線路102と組み合わせて所
定の特性インピーダンスを持つコプレーナ伝送線路を形
成した光励起正孔を取り出すための接地電極(又は直流
電源用電極)、105,106は光励起電子を取り出す
ための取出電極、107、108は電極103と105
の間、および電極104と106の間を同電位に保つた
めのブリッジ電極である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a retiming circuit according to one embodiment of the present invention. In the figure, 101 is a semiconductor substrate, 102 is a transmission line of a data signal,
Reference numerals 103 and 104 denote ground electrodes (or DC power supply electrodes) for extracting photoexcited holes formed with a coplanar transmission line having a predetermined characteristic impedance in combination with the transmission line 102, and 105 and 106 depict photoexcited electrons. Extraction electrodes 107 and 108 are electrodes 103 and 105
And a bridge electrode for maintaining the same potential between the electrodes 104 and 106.
【0022】図2は図1のリタイミング回路をA−A’
面で切断した断面図である。同図において、201は電
極側と反対側の表面を鏡面研磨した半絶縁性のInPから
成る半導体基板、202はn型不純物を2×1018cm-3だ
けドープしたInPから成る電子取出層(第2の半導体
層)、203は不純物を電子取出層202より少なくド
ープし或いは全くドープしない半絶縁性のInPから成る
電子走行層(第3の半導体層)、204はn型不純物を
2×1018cm-3だけドープした厚さ10 nm程度のInPから
成る緩衝層(第5の半導体層)、205はp型不純物を
2×1018cm-3だけドープしたIn0.53Ga0.47Asから成る光
吸収層(第1の半導体層)、206はp型不純物を4×1
019cm-3だけドープしたIn0.6Ga0.4As0.85P0.15から成る
拡散障壁層(正孔を拡散させ電子に対して障壁として働
く第4の半導体層)、207はSiO 2から成る絶縁層、
208はSiO2/TiO2、SiN等から成る反射防止膜であ
る。これらの基板、層又は膜201〜208は、図1の
半導体基板101の部分を構成している。FIG. 2 shows the retiming circuit of FIG.
It is sectional drawing cut | disconnected by the surface. In FIG.
From semi-insulating InP with mirror-polished surfaces on the opposite side
A semiconductor substrate 202 having an n-type impurity of 2 × 1018cm-3Is
Electron extraction layer (second semiconductor)
Layers 203) and 203 have a lower impurity concentration than the electron extraction layer 202.
Consisting of semi-insulating InP with no or no doping
The electron transit layer (third semiconductor layer) 204 contains n-type impurities
2 × 1018cm-3Doped InP with a thickness of about 10 nm
Buffer layer (fifth semiconductor layer) 205, p-type impurity
2 × 1018cm-3Only Doped In0.53Ga0.47Light consisting of As
The absorption layer (first semiconductor layer) 206 is composed of 4 × 1 p-type impurities.
019cm-3Only Doped In0.6Ga0.4As0.85P0.15Consisting of
Diffusion barrier layer (acts as a barrier to electrons by diffusing holes
Fourth semiconductor layer), 207 is SiO 2An insulating layer consisting of
208 is SiO2/ TiOTwoAnti-reflective coating made of
You. These substrates, layers or films 201 to 208 correspond to those of FIG.
A part of the semiconductor substrate 101 is formed.
【0023】この基板、層又は膜201〜208のう
ち、光吸収層205はバンドギャップエネルギーがクロ
ック光のエネルギーより小さく、他は大きい。また、緩
衝層204は他の層202,203,205,206よ
り薄い。また、接地電極103,104は拡散障壁層2
06にオーミック接触し、取出電極105,106も電
子取出層202にオーミック接触している。Of the substrates, layers or films 201 to 208, the light absorption layer 205 has a band gap energy smaller than that of the clock light, and the others are larger. The buffer layer 204 is thinner than the other layers 202, 203, 205, 206. In addition, the ground electrodes 103 and 104 are
06, and the extraction electrodes 105 and 106 are also in ohmic contact with the electron extraction layer 202.
【0024】図3は図2のリタイミング回路をB−B’
方向に見た場合の各層の電位を示すポテンシャル図であ
る。緩衝層204は電子走行203と光吸収層205の
ポテンシャルをほぼ連続化させている。FIG. 3 shows the retiming circuit of FIG.
FIG. 4 is a potential diagram showing a potential of each layer when viewed in a direction. The buffer layer 204 makes the potentials of the electron traveling 203 and the light absorbing layer 205 substantially continuous.
【0025】この回路は、半絶縁性のInPから成る半導
体基板201上に、有機金属化学気相堆積法または分子
線エピタキシ法で各層202〜206を成長した後、エ
ッチングにより不要な部分を除去し、金属リフトオフ法
および化学気相堆積法により、電極103〜106およ
び絶縁膜207を堆積し、反射防止膜208を被着させ
ることで作製可能である。In this circuit, after the layers 202 to 206 are grown on a semiconductor substrate 201 made of semi-insulating InP by metal organic chemical vapor deposition or molecular beam epitaxy, unnecessary portions are removed by etching. The electrodes 103 to 106 and the insulating film 207 are deposited by a metal lift-off method and a chemical vapor deposition method, and an anti-reflection film 208 is deposited.
【0026】本発明のリタイミング回路において、半導
体基板101の裏面(下面)より波長1.55ミクロンのク
ロック光が入力された場合、その光は反射防止膜20
8,基板201,電子取出層202,電子走行層20
3,緩衝層204は無減衰で通過し、光吸収層205で
吸収され、電子・正孔対に変換される。ここで、この光
吸収層205はp型不純物がドープされ光照射前から正
孔が存在するので、光照射により発生する電子および正
孔はそれぞれ、少数電子および過剰正孔と呼ばれる。こ
れら光励起キャリアにより光吸収層205は抵抗率が下
がり導体とみなすことが出来る。In the retiming circuit of the present invention, when clock light having a wavelength of 1.55 μm is input from the back surface (lower surface) of the semiconductor substrate 101, the light is transmitted to the anti-reflection film 20.
8, substrate 201, electron extraction layer 202, electron transit layer 20
Third, the light passes through the buffer layer 204 without attenuation, is absorbed by the light absorbing layer 205, and is converted into an electron-hole pair. Here, since the light absorption layer 205 is doped with a p-type impurity and has holes before light irradiation, electrons and holes generated by light irradiation are called minority electrons and excess holes, respectively. These light-excited carriers lower the resistivity of the light-absorbing layer 205 and can be regarded as a conductor.
【0027】この光吸収層205は拡散障壁層206を
介して接地電極103,104とつながっているため、
光が照射されている時は、信号伝送線路102と接地電
極103,104の間で生じる容量成分が大きくなるこ
とになる。従って、信号伝送線路102を伝わる電気の
データ信号の速度は、クロック光強度に対して図4に示
すような関係になり、タイミングジッタを有する電気デ
ータ信号が入力された場合でも、クロック光信号に同期
した電気データ信号を取り出すことが可能となる。Since the light absorption layer 205 is connected to the ground electrodes 103 and 104 via the diffusion barrier layer 206,
When light is irradiated, a capacitance component generated between the signal transmission line 102 and the ground electrodes 103 and 104 increases. Accordingly, the speed of the electric data signal transmitted through the signal transmission line 102 has a relationship as shown in FIG. 4 with respect to the clock light intensity, and even when an electric data signal having timing jitter is input, the speed of the clock light signal is reduced. Synchronized electrical data signals can be extracted.
【0028】また、光吸収層205内で発生した少数電
子は、拡散およびドリフト的移動で半絶縁性InPの電子
走行層203とn型InPの電子取出層202を経由して取
出電極105,106へ取り出される。また、光吸収層
205内で発生した過剰正孔は、誘電緩和的移動で拡散
障壁層206を経由して、接地電極103,104へ取
り出される。The minority electrons generated in the light absorption layer 205 are diffused and drifted and travel through the semi-insulating InP electron transit layer 203 and the n-type InP electron extraction layer 202 to the extraction electrodes 105 and 106. To be taken out. Excess holes generated in the light absorption layer 205 are extracted to the ground electrodes 103 and 104 via the diffusion barrier layer 206 by dielectric relaxation movement.
【0029】このため、光吸収層205で発生した少数
電子および過剰正孔の寿命は再結合寿命に依存しない。
この場合、少数電子および過剰正孔が光吸収層205か
ら消滅するまでの時間は、この層の正孔誘電時間より1
桁程度大きい少数電子の拡散時間で決まることになる
が、論文「IEEE Photonics Technology Letters、Vo1.
10、p.412〜414、1998年」に記述されているように、
光吸収層205の構造を適当に設計することで、2 ps
程度にすることが可能である。Therefore, the lifetime of the minority electrons and excess holes generated in the light absorption layer 205 does not depend on the recombination lifetime.
In this case, the time until the minority electrons and excess holes disappear from the light absorbing layer 205 is 1 time longer than the hole dielectric time of this layer.
It is determined by the diffusion time of a few electrons which is about an order of magnitude larger, but the paper "IEEE Photonics Technology Letters, Vo1.
10, p. 412-414, 1998,
By appropriately designing the structure of the light absorption layer 205, 2 ps
It is possible to do.
【0030】従って、100 GHz以上のクロック光に対
しても、このリタイミング回路を動作させることが可能
である。Therefore, it is possible to operate this retiming circuit even for a clock light of 100 GHz or more.
【0031】なお、本実施形態ではクロック光の波長と
して1.55ミクロンを想定したために、半導体材料として
InGaAsP系を用いた。しかし、これに限らず、光吸収層
をGaAsで形成し、その他の層をAlGaAsで形成すると、波
長0.85ミクロンの光をクロック光として使用する場合の
リタイミング回路が形成できる等、適切なIII−V族化
合物半導体を選択することで、クロック光波長を1.55ミ
クロン以外に設定できることは明らかである。In this embodiment, since the wavelength of the clock light is assumed to be 1.55 μm, the semiconductor material is
InGaAsP system was used. However, the present invention is not limited to this. If the light absorption layer is formed of GaAs and the other layers are formed of AlGaAs, a suitable re-timing circuit can be formed, for example, when a light having a wavelength of 0.85 μm is used as clock light. It is clear that the clock light wavelength can be set to a value other than 1.55 microns by selecting a group V compound semiconductor.
【0032】また、本実施形態ではクロック光を信号伝
送方向と垂直に半導体基板101の裏面から照射する構
造になっているが、これに限ったものではなく、光吸収
層205の上下の半導体層部分のバンドギャップを段階
的に大きくすることで、光吸収層205の屈折率を上下
の半導体層204〜206のそれよりも大きくして、伝
送線路102の直下にその伝送線路102の長手方向に
伸びる光導波路構造を形成することで、信号伝送方向の
横方向(図2の紙面に垂直な方向)から光を照射する構
造にすることも可能である。In this embodiment, the clock light is emitted from the back surface of the semiconductor substrate 101 in a direction perpendicular to the signal transmission direction. However, the present invention is not limited to this. By gradually increasing the band gap of the portion, the refractive index of the light absorbing layer 205 is made larger than that of the upper and lower semiconductor layers 204 to 206, and directly below the transmission line 102 in the longitudinal direction of the transmission line 102. By forming an extending optical waveguide structure, it is also possible to adopt a structure in which light is irradiated from the lateral direction of the signal transmission direction (the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2).
【0033】また、図2に示した各半導体層の伝導型は
これを反対に(p型をn型に、n型をp型に)しても同
様に動作することは勿論であるが、このとき拡散障壁層
206は正孔に対しては障壁となり電子に対してはこれ
を電極103,104に導く層となる。電子取出層20
2は正孔取出層となる。Although the conductivity type of each semiconductor layer shown in FIG. 2 is reversed (p-type is changed to n-type and n-type is changed to p-type), the same operation can be performed. At this time, the diffusion barrier layer 206 functions as a barrier for holes and guides electrons to the electrodes 103 and 104 for electrons. Electron extraction layer 20
2 becomes a hole extraction layer.
【0034】また、図2に示したリタイミング回路で
は、緩衝層204を設けたが、光吸収層205と電子走
行層203の伝導帯がほぼ連続するような材料を使用す
る場合には必要ない。Although the buffer layer 204 is provided in the retiming circuit shown in FIG. 2, it is not necessary when a material is used in which the conduction band of the light absorption layer 205 and the electron transit layer 203 is substantially continuous. .
【0035】更に、電極103,105間を接続するブ
リッジ電極107,電極104,106間を接続するブ
リッジ電極108は、必ずしも本リタイミング回路内に
設ける必要はなく、外部回路において、電極103,1
05間、電極104,106間が各々接続されるように
しても良い。Further, the bridge electrode 107 connecting between the electrodes 103 and 105 and the bridge electrode 108 connecting between the electrodes 104 and 106 do not necessarily need to be provided in the present retiming circuit.
The connection between the electrodes 05 and 05 and the connection between the electrodes 104 and 106 may be made.
【0036】[0036]
【発明の効果】本発明によれば、クロック光が光吸収層
に照射され電子・正孔対が発生した際に、この層でのキ
ャリア密度の変化により電気信号伝送路の特性インビー
ダンスが変化し、電気信号伝送速度が変化してデータ信
号をクロック光信号に同期させることでリタイミングが
可能となる。According to the present invention, when clock light is applied to the light absorbing layer to generate electron-hole pairs, the characteristic impedance of the electric signal transmission line is changed by the change in carrier density in this layer. It changes, the transmission speed of the electric signal changes, and the data signal is synchronized with the clock optical signal, thereby enabling retiming.
【0037】また、発生した電子・正孔対は、それぞれ
取出電極および接地又は直流電圧印加用電極に速やかに
吸収されるため、半導体基板の再結合寿命に依存せず、
半導体基板内に熱の蓄積を生じさせること無く半導体内
の電子・正孔対を高速で消滅させることができるので、
100 GHz以上の高速化を容易に実現できる。Further, the generated electron-hole pairs are quickly absorbed by the extraction electrode and the ground or DC voltage application electrode, respectively, and thus do not depend on the recombination lifetime of the semiconductor substrate.
Since the electron-hole pairs in the semiconductor can be eliminated at high speed without causing heat accumulation in the semiconductor substrate,
Higher speeds of 100 GHz or more can be easily realized.
【図1】 本発明の一つの実施形態のリタイミング回路
の構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a retiming circuit according to one embodiment of the present invention.
【図2】 図1のA−A’線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line A-A 'of FIG.
【図3】 図2のB−B’線に沿った各層のポテンシャ
ル分布図である。FIG. 3 is a potential distribution diagram of each layer along a line BB ′ in FIG. 2;
【図4】 本発明の上記実施形態のリタイミング回路に
入射されるクロック光強度と信号伝送線路を伝わる電気
データ信号の伝送速度の関係を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between a clock light intensity incident on the retiming circuit of the embodiment of the present invention and a transmission speed of an electric data signal transmitted through a signal transmission line.
【図5】 従来のリタイミング回路の構成を示す斜視図
である。FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a conventional retiming circuit.
【図6】 従来のリタイミング回路におけるクロック光
強度と空乏層容量の関係を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship between clock light intensity and depletion layer capacitance in a conventional retiming circuit.
【図7】 従来のリタイミング回路におけるクロック光
強度と電気データ信号伝送速度の関係を示す説明図であ
る。FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between clock light intensity and electric data signal transmission speed in a conventional retiming circuit.
【図8】 (a)、(b)は従来のリタイミング回路における
クロック光と入力電気データ信号、出力データ電気信号
の関係を示す説明図である。FIGS. 8A and 8B are explanatory diagrams showing the relationship between clock light, an input electrical data signal, and an output data electrical signal in a conventional retiming circuit.
101:半導体基板、102:データ信号の伝送線路、
103、104:接地電極、105,106:光励起電
子を引さ出すための取出電極、107、108:ブリッ
ジ電極 201:半絶縁性のInPから成る半導体基板、202:n
型不純物をドープしたInPから成る電子取出層、20
3:半絶縁性のInPから成る電子走行層、204:n型不
純物をドープしたInPから成る緩衝層、205:P型不純
物をドープしたIn0 .53Ga0.47Asから成る光吸収層、20
6:P型不純物をドープしたIn0.6Ga0.4As0. 85P0.15から
成る拡散障壁層、 207:SiO2から成る絶縁層、20
8:SiO2/TiO2、SiN等から成る反射防止膜101: semiconductor substrate, 102: transmission line for data signal,
103, 104: ground electrode, 105, 106: extraction electrode for extracting photoexcited electrons, 107, 108: bridge electrode 201: semiconductor substrate made of semi-insulating InP, 202: n
Electron extraction layer made of InP doped with n-type impurities, 20
3: electron transit layer made of semi-insulating InP, 204: buffer layer made of InP doped with n-type impurity, 205: light-absorbing layer made of In 0 .53 Ga 0.47 As doped with P-type impurities, 20
6: a diffusion barrier layer made of In 0.6 Ga 0.4 As 0. 85 P 0.15 doped with P-type impurity, 207: insulating layer made of SiO 2, 20
8: antireflection film made of SiO 2 / TiO 2, SiN, etc.
Claims (5)
と接地又は直流電源用電極の間の基板を半導体基板と
し、該半導体基板に対してクロック光を照射して、前記
電気信号伝送線路と前記接地又は直流電源用電極の間の
容量を変調させ、データ信号をクロック光に同期させる
リタイミング回路において、 前記電気信号伝送線路直下の半導体基板の層構成が、バ
ンドギャップエネルギーが前記クロック光のエネルギー
より小さな第1の伝導型の第1の半導体層と、バンドギ
ャップエネルギーが前記クロック光のエネルギーより大
きく且つ前記第1の伝導型と反対の第2の伝導型の第2
の半導体層と、前記第1および第2の半導体層に挟まれ
前記第1および第2の半導体層より低い不純物ドーピン
グ濃度を持ち又は不純物ドープ無しでバンドギャップエ
ネルギーが前記クロック光のエネルギーより大きな第3
の半導体層と、前記第1の半導体層に接して前記第3の
半導体層の反対側に配置されたバンドギャップエネルギ
ーが前記クロック光のエネルギーより大きな第1の伝導
型の第4の半導体層とを備え、 前記接地又は直流電源用電極が前記第4の半導体層とオ
ーミック接続され、前記第2の半導体層がオーミック取
出電極を有し、前記電気信号伝送線路と前記第1の半導
体層の間に少なくとも絶縁層が存在し、前記入力クロッ
ク光が前記第1の半導体層で吸収される構造を有するこ
とを特徴するリタイミング回路。A substrate between an electric signal transmission line for propagating a data signal and a ground or DC power supply electrode is used as a semiconductor substrate, and the semiconductor substrate is irradiated with clock light so that the electric signal transmission line is connected to the electric signal transmission line. In a retiming circuit that modulates a capacitance between a ground or a DC power supply electrode and synchronizes a data signal with a clock light, a layer configuration of the semiconductor substrate immediately below the electric signal transmission line has a bandgap energy whose energy is the energy of the clock light. A first semiconductor layer of a smaller first conductivity type and a second semiconductor layer of a second conductivity type having a bandgap energy larger than the energy of the clock light and opposite to the first conductivity type.
A semiconductor layer having a lower impurity doping concentration between the first and second semiconductor layers and having a lower impurity doping concentration than the first and second semiconductor layers, or having a band gap energy larger than the energy of the clock light without impurity doping. 3
A first conductive type fourth semiconductor layer having a bandgap energy larger than the clock light energy and disposed on the opposite side of the third semiconductor layer in contact with the first semiconductor layer. The ground or DC power supply electrode is ohmic-connected to the fourth semiconductor layer, the second semiconductor layer has an ohmic extraction electrode, and is provided between the electric signal transmission line and the first semiconductor layer. Wherein at least an insulating layer is present, and the input clock light is absorbed by the first semiconductor layer.
ック取出電極の間を接続するブリッジ電極を設けたこと
を特徴とする請求項1に記載のリタイミング回路。2. The retiming circuit according to claim 1, further comprising a bridge electrode connecting between the ground or DC power supply electrode and the ohmic extraction electrode.
の間に、前記第1の半導体層と同程度の不純物濃度で且
つ前記第1の半導体層および前記第3の半導体層より薄
い厚みの前記第2の伝導型の第5の半導体層を介在させ
たことを特徴とする請求項1又は2に記載のリタイミン
グ回路。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first semiconductor layer and said third semiconductor layer have an impurity concentration substantially equal to that of said first semiconductor layer and between said first semiconductor layer and said third semiconductor layer. The retiming circuit according to claim 1 or 2, wherein a fifth semiconductor layer of the second conductivity type having a small thickness is interposed.
し、該基板の裏面に反射防止膜を形成したことを特徴と
する請求項1乃至3に記載のリタイミング回路。4. The retiming circuit according to claim 1, wherein said second semiconductor layer is formed on an upper surface of a substrate, and an antireflection film is formed on a back surface of said substrate.
ンドギャップを段階的に大きくし、前記第1の半導体層
の光屈折率を該上下の半導体層のそれより大きくしたこ
とを特徴とする請求項1乃至3に記載のリタイミング回
路。5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the band gaps of the semiconductor layers above and below the first semiconductor layer are gradually increased, and the refractive index of the first semiconductor layer is made larger than that of the upper and lower semiconductor layers. 4. The retiming circuit according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11094540A JP2000294806A (en) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | Retiming circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11094540A JP2000294806A (en) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | Retiming circuit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000294806A true JP2000294806A (en) | 2000-10-20 |
Family
ID=14113160
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11094540A Withdrawn JP2000294806A (en) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | Retiming circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000294806A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008514011A (en) * | 2004-09-17 | 2008-05-01 | カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー | Manufacturing method of back-illuminated CMOS or CCD image sensor (IMAGER) made of SOI wafer |
-
1999
- 1999-04-01 JP JP11094540A patent/JP2000294806A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008514011A (en) * | 2004-09-17 | 2008-05-01 | カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー | Manufacturing method of back-illuminated CMOS or CCD image sensor (IMAGER) made of SOI wafer |
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