JP2625889B2

JP2625889B2 - 光否定回路

Info

Publication number: JP2625889B2
Application number: JP12885188A
Authority: JP
Inventors: 知夫柳瀬
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-05-25
Filing date: 1988-05-25
Publication date: 1997-07-02
Anticipated expiration: 2012-07-02
Also published as: JPH01297858A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、光交換や光コンピュータの実現に必要とさ
れる光論理回路の中で、最も重要な回路の１つである光
否定回路に関するものである。

（従来の技術）従来の論理回路はトランジスターを主体とした電子回
路によって作られてきた。電子回路は、現在も将来も絶
え間なく発展すると考えられるが、ある分野では限界が
見え始めてきた。それは、トランジスター間を接続する
配線がトランジスターの数に比べて非常に多い論理回路
である。例えば、プロセッサーの数が非常に多い超並列
処理プロセッサーや、素子間をすべて接続しその接続の
重みに情報が蓄えられるニューロコンピューター、など
が典型的な例である。このような電子回路における配線
の限界をブレークスルーしようとする試みとして、光に
よる配線によって配線の密度を向上させたり、配線を任
意に可変出来るようにする試みが始まっている。例え
ば、ジェー・ダブリュ・グッドマン等（J.W.Goooman et
al.）はプロシーディング・オブ・ザ・アイ・イー・イ
ー・イーの1984年72巻の850頁（Prodeeding of the IEE
E,Vol.72,1984）に上述した光配線の概念を提案してい
る。この提案は、実際に試作されたものではなく、概念
が提案されたものに過ぎないが、光配線によって、配線
制限を改善しようとする革新的な試みである。しかし、
この提案の中でも光否定回路として具体的な提案はな
く、他にも実用に使えるものはまだ無い。実用という意
味は、電子回路のように小型化が可能で、消費電力が小
さく、かつ光で情報がやりとり出来るように、入力も出
力の光で行なわれる機能を有するという意味である。

（発明が解決しようとする問題点）上記した光否定回路として、電子回路のように小型化
が可能で、消費電力が小さく、かつ光で情報がやりとり
出来るように入力も出力の光で行なわれる機能を有する
光回路の提供にある。

（問題点を解決するための手段）本発明の第１の発明によれば、入射光によりスイッチ
するPNP形の光トランジスターと、PN形の発光ダイオー
ドが１枚の半導体基板上に形成され、かつ前記光トラン
ジスターのエミッター層と発光ダイオードのアノード層
が共通層であり、かつ光トランジスタ層のベース吸収層
及びカソード層と発光ダイオードの発光層及びコレクタ
ー層と発光ダイオードのはっこう層及びカソード層が素
子分離層により分離され、光トランジスターに入射する
光のオンとオフの状態の反対の状態で発光ダイオードが
発光することを特徴とする光否定回路が得られ、本発明
の第２の発明によれば、入射光によりスイッチするNPN
形の光トランジスターと、PN形の発光ダイオードが１枚
の共通の半導体基板上に形成され、かつ前記光トランジ
スターのエミッター層と発光ダイオードのカソード層が
共通層であり、かつ光トランジスタ層のベース吸収層及
びコレクター層と発光ダイオードの発光層及びアノード
層が素子分離層により分離され、光トランジスターに入
射する光のオンとオフの状態の反対の状態で発光ダイオ
ードが発光することを特徴とする光否定回路が得られ
る。

（作用）以下に、本発明の作用について第２図を用いて、簡易
に説明する。

第２図（ａ）は、本発明の第１の発明を説明する光否
定回路の回路図である。構成する素子は光トランジスタ
ー25と発光ダイオード26、そして共通の抵抗28と、発光
ダイオードと直列になった抵抗29である。ここではPNP
光トランジスター25が用いられ、この素子のＰ形半導体
であるエミッターと、PN発光ダイオードのＰ形半導体で
あるアノードとが共通化している。そしてこの共通端子
と止電源との間に抵抗28が狭まっている。このような構
成の回路で、第１の発明が構成されている。光トランジ
スター25の閾値レベル以上の光入力Ｘが光トランジスタ
ー25に入力すると、このトランジスターは導通状態とな
る。すると、抵抗28に流れる電流が増加し、発光ダイオ
ード26のアノードに加わる電圧が落ちる。この電圧がこ
の発光ダイオードの閾値電圧より低くなるように抵抗28
の値を設定しておく。すると、光トランジスター25が導
通状態のときには発光ダイオードは発光しない。また光
トランジスター25の光入力が光トランジスター25の閾値
以下のレベルになると、この光トランジスターは遮断状
態となり、抵抗28を流れる電流は低減し、そのため発光
ダイオード26のアノード側の電圧が上昇し、PN発光ダイ
オード26の立ち上がり電圧を越え、発光する。このよう
にして、光入力の状態と反対の状態の光出力が得られ
る。

第２図（ｂ）は、本発明の第２の発明を説明する光否
定回路の回路図である。構成する素子は第１の発明と同
様であるが、光トランジスターとしてNPN光トランジス
ター27が用いられていることと、この素子のＰ形半導体
であるエミッターと共通化している部分がPN発光ダイオ
ードのＮ形半導体であるカソードである点が、異なる。

光否定の動作は第１の発明と同様なので、説明は省略
する。

（実施例）次に図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
第１図は第１の発明の実施例を説明する図である。

半導体基板11はＰ形GaAs半導体が用いられた。この半
導体基板上に厚み５ミクロンの高純度GaAsで出来た共通
抵抗層23が形成された。抵抗値はほぼ100オームであっ
た。さらに厚さ２ミクロンのＰ形AlGaAs半導体層12が共
通抵抗層23の上一面に形成された。このＰ形AlGaAs半導
体層12を共通層として、この半導体基板上に２つの素子
が形成された。第１図の左断面図において、左半分には
光トランジスターが形成され、右半分には発光ダイオー
ドが形成された。ここでの発光ダイオードは共振器のな
い、面発光形LEDのことである。光トランジスターはPNP
形であり、発光ダイオードはダブルヘテロ接合のPN形で
ある。光トランジスターでは、Ｐ形半導体からなるAlGa
Asエミッター層が発光ダイオードのＰ形アノード層と共
通化し、前記Ｐ形AlGaAs半導体層12が用いられた。光ト
ランジスターのベース吸収層13はコレクター層の禁制帯
幅より狭い１ミクロンの厚みのＮ形GaAs層が用いられ
た。これは、光トランジスターへの光入力がベース層で
効率的に吸収されるためである。そして、光トランジス
ターのベース吸収層13の上には、２ミクロンの厚みのＰ
形AlGaAsで出来たＰ形コレクター層14が用いられた。

そして、発光ダイオードの発光層17も１ミクロンの厚
みのGaAs層が用いられた。この発光層17はＮ形AlGaAsカ
ソード層18とＰ形AlGaAsアノード層12にはさまれてい
る。そして吸収層13と発光層17はポリイミドで出来た素
子分離層16で分離された。Ｎ形AlGaAsカソード層18の上
には、高順度GaAlAs抵抗層25が形成され、抵抗値として
10オームとなるようにした。

光トランジスターと発光ダイオードのＰ側電極24と、
Ｎ側電極22は共通である。そしてＮ形電極には、各々光
トランジスター入射口15と、光トランジスター出射口19
が開けられ、そこを通して入射光20と、出射光21が出入
りする。

上述した構成によって、第２図（ａ）で示す光トラン
ジスター25と発光ダイオード26、そして共通の100オー
ム抵抗28と、発光ダイオードと直列になった10オーム抵
抗29がモノリシックに半導体基板上に形成された。

この実施例ではPNP光トランジスター25が用いられ、
この素子のＰ形半導体であるエミッターと、PN発光ダイ
オードのＰ形半導体であるアノードとが共通化してい
る。そしてこの共通端子と５ボルト止電源との間に100
オームの抵抗28が狭まっている。光トランジスター25の
閾値レベル以上の波長0.78ミクロンの光入力Ｘが光トラ
ンジスター25に入力すると、このトランジスターは導通
状態となる。すると、抵抗28に流れる電流が増加し、発
光ダイオード26のアノードに加わる電圧が落ちる。この
電圧がこの発光ダイオードの閾値電圧約1.5ボルトより
低くなるように抵抗28の値を１キロオームと設定してお
く。すると、光トランジスター25が導通状態のときには
発光ダイオードは発光しない。また光トランジスター25
の光入力が光トラキンジスター25の閾値以下のレベルと
なると、この光トランジスターは遮断以下状態となり、
抵抗28を流れる電流は低減し、そのため発光ダイオード
26のアノード側の電圧が上昇し、PN発光ダイオード26の
しきい値電圧1.5ボルトを越え、発光する。このように
して、光入力の状態と常に反対の状態の光出力が得られ
る。

以上説明した実施例では、半導体基板上に微少な素子
がモノリシックに形成されているために電子回路のよう
に小型化が可能で、消費電力が小さく、かつ光で情報が
やりとり出来るように入力も出力の光で行なわれる機能
を有する光否定回路が得られる。

第３図は第２の発明の実施例を説明する図である。

半導体基板31はＮ形GaAs半導体が用いられた。この半
導体基板上に厚み５ミクロンの高純度GaAsで出来た共通
抵抗層43が形成された。抵抗値はほぼ１キロオームであ
った。さらに厚さ２ミクロンのＮ形AlGaAs半導体層32が
共通抵抗層43の上一面に形成された。このＮ形AlGaAs半
導体層32を共通層として、この半導体基板上に２つの素
子が形成された。第３図の左断面図において、左半分に
は光トランジスターが形成され、右半分には発光ダイオ
ードが形成された。

構成する素子は第１の発明と同様であるが、光トラン
ジスターとしてNPN光トランジスター27が用いられてい
ることと、この素子のＰ形半導体であるエミッターと共
通化している部分がPN発光ダイオードのＮ形半導体であ
るカソードである点が、異なる。この実施例でも、光入
力の状態と常に反対の状態の光出力が得られる。

上記第１及び第２の実施例において述べられた、各層
の厚みや組成は特に限定されるものでないことは明かで
ある。

上記第１及び第２の実施例においては、GaAs/GaAlAs
系半導体が用いられたが、この材料系に本発明は限定さ
れず、InP/InGaAsP系などの他の化合物半導体でも可能
である。

上記第１及び第２の実施例においては、発光ダイオー
ドとして共振器のないLEDが用いられたが、共振器構成
を有しレーザ出力が得られるダイオードレーザでもよ
い。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によると、半導体基板上
に微少な素子がモノリシックに形成されているために電
子回路のように小型化が可能で、消費電力が小さく、か
つ光で情報がやりとり出来るように入力も出力の光で行
なわれる機能を有する光否定回路が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の実施例を説明する図であり、11…
…Ｐ形GaAs半導体基板、12……Ｐ形AlGaAsエミッターと
Ｐ形アノード層、13……Ｎ形GaAsベース吸収層、14……
Ｐ形AlGaAsコレクター層、15……光トランジスター入射
口、16……素子分離層、17……GaAs発光層、18……Ｎ形
AlGaAsカソード層、19……光トランジスター出射口、20
……入射光、21……出射光、22……Ｎ形電極、23……Ga
As共通抵抗層、24……Ｐ形電極、25……GaAlAs抵抗層、
を表す。第２図（ａ）は、本発明の第１の発明を説明する光否定
回路の回路図であり、（ｂ）は、本発明の第２の発明を
説明する光否定回路の回路図であり、25……PNP光トラ
ンジスター、26……PN発光ダイオード、27……NPN光ト
ランジスター、28……共通抵抗、29……抵抗、を表わ
す。第３図は第２の発明の実施例を説明する図であり、31…
…Ｎ形GaAs半導体基板、32……Ｎ形AlGaAsエミッターと
Ｐ形カソード層、33……Ｐ形GaAsベース吸収層、34……
Ｎ形AlGaAsコレクター層、25……光トランジスター入射
口、36……素子分離層、37……GaAs発酵層、38……Ｐ形
AlGaAsアノード層、39……光トランジスター出射口、40
……入射光、41……出射光、42……Ｐ形電極、43……Ga
As共通抵抗層、44……Ｎ形電極、45……GaAlAs抵抗層、
を表わす。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光によりスイッチするPNP形の光トラ
ンジスタと、PN形の発光ダイオード（ダイオードレーザ
も含む、以後発光ダイオードと総称する）が１つの共通
の半導体基板上に形成され、かつ前記光トランジスター
のエミッター層と発光ダイオードのアノード層が共通層
であり、かつ光トランジスタ層のベース吸収層及びコレ
クター層と発光ダイオードの発光層及びカソード層が素
子分離層により分離されてあることを特徴とする光否定
回路。
【請求項２】入射光によりスイッチするNPN形の光トラ
ンジスターと、PN形の発光ダイオードが１つの共通の半
導体基板上に形成され、かつ前記光トランジスターのエ
ミッター層と発光ダイオードのカソード層が共通層であ
り、かつ光トランジスタ層のベース吸収層及びコレクタ
ー層と発光ダイオードの発光層及びアノード層が素子分
離層により分離されてあることを特徴とする光否定回
路。