JP3111599B2 - 光電子集積回路 - Google Patents
光電子集積回路Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、２次元アレイ状に配列
された面発光半導体レーザを選択的に駆動する光電子集
積回路および光ファイバ等の光伝送路との光学結合が容
易な半導体レーザを含む光電子集積回路の構造に関す
る。
された面発光半導体レーザを選択的に駆動する光電子集
積回路および光ファイバ等の光伝送路との光学結合が容
易な半導体レーザを含む光電子集積回路の構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】２次元アレイ状に配列された面発光半導
体レーザを選択的に駆動する光電子集積回路は、例えば
レーザ・電子光学会議（Conference on Lasers and Ele
ctro-Optics）の１９９０年技術ダイジェスト・論文番
号ＣＴＵＦ３（M. Orenstein他:"Matrix addressable s
urface emitting laser array"）に示されている。この
光電子集積回路の構造を図４に示す。垂直共振器型の面
発光半導体レーザ４０１が半絶縁性の半導体基板４０２
上に２次元アレイ状に配列されており、行方向に隣接す
る面発光半導体レーザ４０１のアノード電極４０３は行
配線４０４によって接続されている。行配線４０４の端
部には行パッド４０５が形成され、外部回路に接続され
るようになっている。また、列方向に隣接する面発光半
導体レーザ４０１のカソードは共通のｎ+ 配線層４０６
によって接続され、配線層４０６の端部には列パッド４
０７が形成されている。隣接する配線層４０６は分離溝
４０８によって絶縁されている。以上の構成によって、
２次元アレイ状に配列された面発光半導体レーザ４０１
を選択的に駆動することが可能となる。すなわち、選択
した行の行パッド４０５と選択した列の列パッド４０７
の間にバイアス電圧を印加することで、その交点にある
面発光半導体レーザのみが駆動される。また、列配線に
順番にクロック信号を印加していき、これに同期して行
配線にバイアス電圧を印加することで、時分割で任意の
発光パターンを得ることも可能である。
体レーザを選択的に駆動する光電子集積回路は、例えば
レーザ・電子光学会議（Conference on Lasers and Ele
ctro-Optics）の１９９０年技術ダイジェスト・論文番
号ＣＴＵＦ３（M. Orenstein他:"Matrix addressable s
urface emitting laser array"）に示されている。この
光電子集積回路の構造を図４に示す。垂直共振器型の面
発光半導体レーザ４０１が半絶縁性の半導体基板４０２
上に２次元アレイ状に配列されており、行方向に隣接す
る面発光半導体レーザ４０１のアノード電極４０３は行
配線４０４によって接続されている。行配線４０４の端
部には行パッド４０５が形成され、外部回路に接続され
るようになっている。また、列方向に隣接する面発光半
導体レーザ４０１のカソードは共通のｎ+ 配線層４０６
によって接続され、配線層４０６の端部には列パッド４
０７が形成されている。隣接する配線層４０６は分離溝
４０８によって絶縁されている。以上の構成によって、
２次元アレイ状に配列された面発光半導体レーザ４０１
を選択的に駆動することが可能となる。すなわち、選択
した行の行パッド４０５と選択した列の列パッド４０７
の間にバイアス電圧を印加することで、その交点にある
面発光半導体レーザのみが駆動される。また、列配線に
順番にクロック信号を印加していき、これに同期して行
配線にバイアス電圧を印加することで、時分割で任意の
発光パターンを得ることも可能である。
【０００３】一方、半導体レーザあるいは半導体レーザ
を含む光電子集積回路と光ファイバを光学結合する実装
方法に関しては多数の技術が発表されている。半導体レ
ーザと光ファイバを高効率で結合するためには、両者の
間にレンズを挿入し、半導体レーザ、レンズ、光ファイ
バの位置関係を厳密に制御する必要がある。一般には、
半導体レーザを発光させた状態で光ファイバ遠端から出
射される光パワーをモニターしながらマニュピュレータ
によって位置合せを行い、光パワーが最大となるように
光ファイバを固定するという方法がとられるが、この方
法では位置合せに時間がかかり、また固定の際に位置ず
れが生じる等の問題があった。一方、パッケージの機械
精度によって位置合せを行うという試みもなされている
が、この場合には半導体レーザ、レンズ、光ファイバを
パッケージに対して精度よく固定する必要があり、マニ
ュピュレータによる位置合せに比べてかえってコストの
上昇を招くという問題があった。
を含む光電子集積回路と光ファイバを光学結合する実装
方法に関しては多数の技術が発表されている。半導体レ
ーザと光ファイバを高効率で結合するためには、両者の
間にレンズを挿入し、半導体レーザ、レンズ、光ファイ
バの位置関係を厳密に制御する必要がある。一般には、
半導体レーザを発光させた状態で光ファイバ遠端から出
射される光パワーをモニターしながらマニュピュレータ
によって位置合せを行い、光パワーが最大となるように
光ファイバを固定するという方法がとられるが、この方
法では位置合せに時間がかかり、また固定の際に位置ず
れが生じる等の問題があった。一方、パッケージの機械
精度によって位置合せを行うという試みもなされている
が、この場合には半導体レーザ、レンズ、光ファイバを
パッケージに対して精度よく固定する必要があり、マニ
ュピュレータによる位置合せに比べてかえってコストの
上昇を招くという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般に、垂直共振器型
の面発光半導体レーザは直列抵抗が大きく、高い駆動電
圧を必要とする。従って、上記の２次元アレイ状に配列
された面発光半導体レーザを選択的に駆動する光電子集
積回路において選択した面発光半導体レーザからの発光
を変調しようとすると、大きな電圧振幅を有する電気信
号を入力する必要がある。本発明の第１の目的は、小さ
な電圧振幅の入力信号で外部から選択的に変調可能な、
２次元アレイ状に配列された面発光半導体レーザを含む
光電子集積回路を提供することにある。
の面発光半導体レーザは直列抵抗が大きく、高い駆動電
圧を必要とする。従って、上記の２次元アレイ状に配列
された面発光半導体レーザを選択的に駆動する光電子集
積回路において選択した面発光半導体レーザからの発光
を変調しようとすると、大きな電圧振幅を有する電気信
号を入力する必要がある。本発明の第１の目的は、小さ
な電圧振幅の入力信号で外部から選択的に変調可能な、
２次元アレイ状に配列された面発光半導体レーザを含む
光電子集積回路を提供することにある。
【０００５】一方、半導体レーザあるいは半導体レーザ
を含む光電子集積回路と光ファイバを光学結合する実装
方法に関しては、一般には位置合せに時間がかかり、位
置ずれが生じやすいという問題がある。また、機械精度
によって位置合せを行うという方法も、かえってコスト
の上昇を招くという問題がある。本発明の第２の目的
は、光ファイバ等の光伝送路と容易に光学結合できる半
導体レーザを含む光電子集積回路を提供することにあ
る。
を含む光電子集積回路と光ファイバを光学結合する実装
方法に関しては、一般には位置合せに時間がかかり、位
置ずれが生じやすいという問題がある。また、機械精度
によって位置合せを行うという方法も、かえってコスト
の上昇を招くという問題がある。本発明の第２の目的
は、光ファイバ等の光伝送路と容易に光学結合できる半
導体レーザを含む光電子集積回路を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、導電性の半導体基板と、前記半導体基板
にアノードが接続された面発光半導体レーザと、前記面
発光半導体レーザのカソードにコレクタが接続されたヘ
テロ接合バイポーラトランジスタと、前記面発光半導体
レーザと前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタを含む
単位セルが前記半導体基板上に２次元アレイ状に配列さ
れたセルアレイと、前記セルアレイ内で行方向に隣接す
る前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタのエミッタを
共通に接続する行配線と、前記セルアレイ内で列方向に
隣接する前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタのベー
スを共通に接続する列配線とを有する構造で光電子集積
回路を構成する。
決するために、導電性の半導体基板と、前記半導体基板
にアノードが接続された面発光半導体レーザと、前記面
発光半導体レーザのカソードにコレクタが接続されたヘ
テロ接合バイポーラトランジスタと、前記面発光半導体
レーザと前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタを含む
単位セルが前記半導体基板上に２次元アレイ状に配列さ
れたセルアレイと、前記セルアレイ内で行方向に隣接す
る前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタのエミッタを
共通に接続する行配線と、前記セルアレイ内で列方向に
隣接する前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタのベー
スを共通に接続する列配線とを有する構造で光電子集積
回路を構成する。
【０００７】また、上記第２の課題を解決するために、
面発光半導体レーザと外部からの入射光を検出する受光
素子とを含む単位セルが半導体基板上に２次元アレイ状
に配列されたセルアレイと、前記セルアレイの単位セル
に接続されたマトリクス配線と、前記セルアレイに対向
して片端面が固定された光伝送路と、前記光伝送路の遠
端から入力されたアドレス光が入射する前記受光素子の
前記セルアレイ内での位置を識別し、かつ前記セルアレ
イ内の前記面発光半導体レーザを選択的に駆動する手段
とを有する構造で光電子集積回路を構成する。さらに、
本発明の光電子集積回路は、単位セルが面発光半導体レ
ーザとヘテロ接合バイポーラトランジスタよりなり、受
光素子が前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタのベー
ス・エミッタ接合であり、半導体基板が導電性であり、
前記面発光半導体レーザのアノードが前記半導体基板に
接続されており、前記ヘテロ接合バイポーラトランジス
タのコレクタが前記面発光半導体レーザのカソードに接
続されており、マトリクス配線が行配線と列配線よりな
り、前記行配線はセルアレイ内で行方向に隣接する前記
ヘテロ接合バイポーラトランジスタのエミッタを共通に
接続しており、前記列配線は前記セルアレイ内で列方向
に隣接する前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタのベ
ースを共通に接続しているものである。
面発光半導体レーザと外部からの入射光を検出する受光
素子とを含む単位セルが半導体基板上に２次元アレイ状
に配列されたセルアレイと、前記セルアレイの単位セル
に接続されたマトリクス配線と、前記セルアレイに対向
して片端面が固定された光伝送路と、前記光伝送路の遠
端から入力されたアドレス光が入射する前記受光素子の
前記セルアレイ内での位置を識別し、かつ前記セルアレ
イ内の前記面発光半導体レーザを選択的に駆動する手段
とを有する構造で光電子集積回路を構成する。さらに、
本発明の光電子集積回路は、単位セルが面発光半導体レ
ーザとヘテロ接合バイポーラトランジスタよりなり、受
光素子が前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタのベー
ス・エミッタ接合であり、半導体基板が導電性であり、
前記面発光半導体レーザのアノードが前記半導体基板に
接続されており、前記ヘテロ接合バイポーラトランジス
タのコレクタが前記面発光半導体レーザのカソードに接
続されており、マトリクス配線が行配線と列配線よりな
り、前記行配線はセルアレイ内で行方向に隣接する前記
ヘテロ接合バイポーラトランジスタのエミッタを共通に
接続しており、前記列配線は前記セルアレイ内で列方向
に隣接する前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタのベ
ースを共通に接続しているものである。
【０００８】
【作用】本発明の光電子集積回路は、面発光半導体レー
ザとこれを駆動するヘテロ接合バイポーラトランジスタ
とよりなる単位セルが半導体基板上に２次元アレイ状に
配列されている。単位セルを構成する面発光半導体レー
ザのカソードとヘテロ接合バイポーラトランジスタのコ
レクタは接続されており、セルアレイ内で行方向に隣接
するヘテロ接合バイポーラトランジスタのエミッタは共
通の行配線に接続され、列方向に隣接するヘテロ接合バ
イポーラトランジスタのベースは共通の列配線に接続さ
れている。また、半導体基板は導電性とし、面発光半導
体レーザのアノードは導電性の半導体基板に接続・接地
する。以上の構成によれば、選択した行配線に負のバイ
アス電圧−ＶEEを印加し、選択した列配線に−ＶEE＜Ｖ
＜０となる電圧Ｖを印加することで、その交点にある面
発光半導体レーザのみを発光させることができる。さら
に電圧Ｖを変調すれば面発光半導体レーザの駆動電流が
変調され、変調された出力光が得られる。この際、入力
信号はヘテロ接合バイポーラトランジスタによって増幅
されるので、小さな電圧振幅で十分な出力光の変調が行
われる。
ザとこれを駆動するヘテロ接合バイポーラトランジスタ
とよりなる単位セルが半導体基板上に２次元アレイ状に
配列されている。単位セルを構成する面発光半導体レー
ザのカソードとヘテロ接合バイポーラトランジスタのコ
レクタは接続されており、セルアレイ内で行方向に隣接
するヘテロ接合バイポーラトランジスタのエミッタは共
通の行配線に接続され、列方向に隣接するヘテロ接合バ
イポーラトランジスタのベースは共通の列配線に接続さ
れている。また、半導体基板は導電性とし、面発光半導
体レーザのアノードは導電性の半導体基板に接続・接地
する。以上の構成によれば、選択した行配線に負のバイ
アス電圧−ＶEEを印加し、選択した列配線に−ＶEE＜Ｖ
＜０となる電圧Ｖを印加することで、その交点にある面
発光半導体レーザのみを発光させることができる。さら
に電圧Ｖを変調すれば面発光半導体レーザの駆動電流が
変調され、変調された出力光が得られる。この際、入力
信号はヘテロ接合バイポーラトランジスタによって増幅
されるので、小さな電圧振幅で十分な出力光の変調が行
われる。
【０００９】また、本発明の光電子集積回路の第２の構
成では、面発光半導体レーザと外部からの入射光を検出
する受光素子とを含む単位セルが半導体基板上に２次元
アレイ状に配列されたセルアレイに対して光ファイバ等
の光伝送路を光学結合する。半導体レーザと光伝送路の
光学結合は、従来は両者の位置合せを行った後固定する
という方法が取られていたが、本発明では面発光半導体
レーザのアレイを用いて光伝送路と光軸の合う面発光半
導体レーザを発光させるという方法をとる。まず、セル
アレイに対向して光伝送路の片端面を固定するが、この
際の位置合せは光伝送路の片端面からの出力光がセルア
レイのどこかに入射するという条件を満足するだけでよ
い。次に、光伝送路の遠端から入力されたアドレス光を
受光素子によって検出し、アドレス光が入射された単位
セルを識別する。ここで複数の受光素子がアドレス光を
検出した場合には、最も受光パワーの大きかった単位セ
ルを選択する。最後に、この単位セルに対して選択的に
面発光半導体レーザを駆動すれば、出力光は光伝送路に
入射される。
成では、面発光半導体レーザと外部からの入射光を検出
する受光素子とを含む単位セルが半導体基板上に２次元
アレイ状に配列されたセルアレイに対して光ファイバ等
の光伝送路を光学結合する。半導体レーザと光伝送路の
光学結合は、従来は両者の位置合せを行った後固定する
という方法が取られていたが、本発明では面発光半導体
レーザのアレイを用いて光伝送路と光軸の合う面発光半
導体レーザを発光させるという方法をとる。まず、セル
アレイに対向して光伝送路の片端面を固定するが、この
際の位置合せは光伝送路の片端面からの出力光がセルア
レイのどこかに入射するという条件を満足するだけでよ
い。次に、光伝送路の遠端から入力されたアドレス光を
受光素子によって検出し、アドレス光が入射された単位
セルを識別する。ここで複数の受光素子がアドレス光を
検出した場合には、最も受光パワーの大きかった単位セ
ルを選択する。最後に、この単位セルに対して選択的に
面発光半導体レーザを駆動すれば、出力光は光伝送路に
入射される。
【００１０】より具体的な構造としては、上記のヘテロ
接合バイポーラトランジスタと面発光半導体レーザの組
み合せを単位セルとするセルアレイを用いる。ここで、
受光素子はヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース
・エミッタ接合を用いる。ベース・エミッタ接合を受光
素子として用いるためには、行配線に正の電圧を印加
し、列配線を接地電位とする。この時、ベースの吸収端
よりも短波長の光が入射されれば、列配線に光電流が流
れる。すなわち、行配線に順番に正の電圧を印加してい
き、各列配線の電流をモニターすれば、アドレス光が入
射された単位セルを識別することができる。また、アド
レス光が入射された単位セルを選択的に駆動する方法
は、上記第１の構成と同様である。
接合バイポーラトランジスタと面発光半導体レーザの組
み合せを単位セルとするセルアレイを用いる。ここで、
受光素子はヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース
・エミッタ接合を用いる。ベース・エミッタ接合を受光
素子として用いるためには、行配線に正の電圧を印加
し、列配線を接地電位とする。この時、ベースの吸収端
よりも短波長の光が入射されれば、列配線に光電流が流
れる。すなわち、行配線に順番に正の電圧を印加してい
き、各列配線の電流をモニターすれば、アドレス光が入
射された単位セルを識別することができる。また、アド
レス光が入射された単位セルを選択的に駆動する方法
は、上記第１の構成と同様である。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の一実施例の光電子集積回路の
断面図である。ｐ型ＧａＡｓよりなる半導体基板１０１
上に、面発光半導体レーザ１０２とヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ１０３の積層構造よりなる単位セル１０
４が２次元アレイ状（紙面横方向および奥行き方向）に
配列されている。面発光半導体レーザ１０２はｐ型Ｇａ
Ａｓとｐ型ＡｌＡｓが交互に積層されたｐ型反射器１０
５、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ歪超格子を活性層とする発
光部１０６、およびｎ型ＧａＡｓとｎ型ＡｌＡｓが交互
に積層されたｎ型反射器１０７により構成されている。
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ１０３はｎ型ＧａＡ
ｓコレクタ１０８、ｐ型ＧａＡｓベース１０９、ｎ型Ａ
ｌＧａＡｓエミッタ１１０よりなる。エミッタ１１０の
上にはエミッタ電極１１１が形成され、断面図の横方向
に隣接する単位セル１０４のエミッタ電極１１１は行配
線１１２によって接続されている。ベース１０９の上に
はベース電極１１３が形成され、断面図の奥行き方向に
隣接する単位セル１０４のベース電極１１３は列配線１
１４によって接続されている。行配線および列配線は、
例えばポリイミドよりなる層間絶縁膜１１５によって分
離されている。面発光半導体レーザ１０２のアノードは
結晶内部で半導体基板１０１に接続され、半導体基板１
０１は基板電極１１６を介して接地されている。また、
面発光半導体レーザ１０２からの出力光１１７は、半導
体基板１０１を透過して裏面より出力される。
断面図である。ｐ型ＧａＡｓよりなる半導体基板１０１
上に、面発光半導体レーザ１０２とヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ１０３の積層構造よりなる単位セル１０
４が２次元アレイ状（紙面横方向および奥行き方向）に
配列されている。面発光半導体レーザ１０２はｐ型Ｇａ
Ａｓとｐ型ＡｌＡｓが交互に積層されたｐ型反射器１０
５、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ歪超格子を活性層とする発
光部１０６、およびｎ型ＧａＡｓとｎ型ＡｌＡｓが交互
に積層されたｎ型反射器１０７により構成されている。
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ１０３はｎ型ＧａＡ
ｓコレクタ１０８、ｐ型ＧａＡｓベース１０９、ｎ型Ａ
ｌＧａＡｓエミッタ１１０よりなる。エミッタ１１０の
上にはエミッタ電極１１１が形成され、断面図の横方向
に隣接する単位セル１０４のエミッタ電極１１１は行配
線１１２によって接続されている。ベース１０９の上に
はベース電極１１３が形成され、断面図の奥行き方向に
隣接する単位セル１０４のベース電極１１３は列配線１
１４によって接続されている。行配線および列配線は、
例えばポリイミドよりなる層間絶縁膜１１５によって分
離されている。面発光半導体レーザ１０２のアノードは
結晶内部で半導体基板１０１に接続され、半導体基板１
０１は基板電極１１６を介して接地されている。また、
面発光半導体レーザ１０２からの出力光１１７は、半導
体基板１０１を透過して裏面より出力される。
【００１２】本実施例の等価回路は図２のようになる。
すなわち、面発光半導体レーザ２０１とヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタ２０２が直列に接続された単位セル
２０３が２次元アレイ状に配列され、面発光半導体レー
ザ２０１のアノードはすべて接地されている。ヘテロ接
合バイポーラトランジスタ２０２のエミッタは行配線２
０４に接続され、ベースは列配線２０５に接続される。
従って、選択した行配線に負のバイアス電圧−ＶEEを印
加し、選択した列配線に−ＶEE＜Ｖ＜０となる電圧Ｖを
印加することで、その交点にある面発光半導体レーザを
発光させることができる。ここで、選択しなかった行配
線には接地電位を印加し、選択しなかった列配線には−
ＶEEを印加しておけば、選択した行・列の交点にない面
発光半導体レーザは発光しない。さらに、電圧Ｖを上記
の範囲内で変調すれば面発光半導体レーザの駆動電流が
変調され、変調された出力光が得られる。この際、入力
信号はヘテロ接合バイポーラトランジスタによって増幅
されるので、小さな電圧振幅で十分な出力光の変調が行
われる。
すなわち、面発光半導体レーザ２０１とヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタ２０２が直列に接続された単位セル
２０３が２次元アレイ状に配列され、面発光半導体レー
ザ２０１のアノードはすべて接地されている。ヘテロ接
合バイポーラトランジスタ２０２のエミッタは行配線２
０４に接続され、ベースは列配線２０５に接続される。
従って、選択した行配線に負のバイアス電圧−ＶEEを印
加し、選択した列配線に−ＶEE＜Ｖ＜０となる電圧Ｖを
印加することで、その交点にある面発光半導体レーザを
発光させることができる。ここで、選択しなかった行配
線には接地電位を印加し、選択しなかった列配線には−
ＶEEを印加しておけば、選択した行・列の交点にない面
発光半導体レーザは発光しない。さらに、電圧Ｖを上記
の範囲内で変調すれば面発光半導体レーザの駆動電流が
変調され、変調された出力光が得られる。この際、入力
信号はヘテロ接合バイポーラトランジスタによって増幅
されるので、小さな電圧振幅で十分な出力光の変調が行
われる。
【００１３】本実施例は以上の動作を行うが、図４に示
した従来の光電子集積回路と比較して以下に述べる構造
上の利点も有している。一般に垂直共振器型の面発光半
導体レーザは反射器の層厚が厚いため、メサエッチング
によって隣接する素子を分離しようとすると深い分離溝
を形成する必要がある。製造上深い溝の底に金属による
配線を形成するのは困難なため、従来の光電子集積回路
では半導体層であるｎ + 配線層を列配線として用いてい
る。しかし、半導体層を配線に用いると、金属を用いた
場合に比べてシート抵抗が高くなるという欠点がある。
これに対し、本発明の列配線は層間絶縁膜によって深い
分離溝を埋めた上に形成すればよいので、容易に金属に
よる配線を実現できる。
した従来の光電子集積回路と比較して以下に述べる構造
上の利点も有している。一般に垂直共振器型の面発光半
導体レーザは反射器の層厚が厚いため、メサエッチング
によって隣接する素子を分離しようとすると深い分離溝
を形成する必要がある。製造上深い溝の底に金属による
配線を形成するのは困難なため、従来の光電子集積回路
では半導体層であるｎ + 配線層を列配線として用いてい
る。しかし、半導体層を配線に用いると、金属を用いた
場合に比べてシート抵抗が高くなるという欠点がある。
これに対し、本発明の列配線は層間絶縁膜によって深い
分離溝を埋めた上に形成すればよいので、容易に金属に
よる配線を実現できる。
【００１４】図３は本発明の第２の実施例の光電子集積
回路の断面図である。本実施例の構成は基本的には第１
の実施例と同様であるが、単位セルが半導体基板の表面
から光を入出力できる構造となっている点と、セルアレ
イに対向して片端面が固定された光伝送路（本実施例で
は光ファイバ）を有する点が異なっている。ｐ型ＧａＡ
ｓよりなる半導体基板３０１上に、面発光半導体レーザ
３０２とヘテロ接合バイポーラトランジスタ３０３の積
層構造よりなる単位セル３０４が２次元アレイ状（紙面
横方向および奥行き方向）に配列されている。面発光半
導体レーザ３０２はｐ型ＧａＡｓとｐ型ＡｌＡｓが交互
に積層されたｐ型反射器３０５、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡ
ｓ歪超格子を活性層とする発光部３０６、およびｎ型Ｇ
ａＡｓとｎ型ＡｌＡｓが交互に積層されたｎ型反射器３
０７により構成されている。ヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタ３０３はｎ型ＧａＡｓコレクタ３０８、ｐ型Ｇ
ａＡｓベース３０９、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ３１０
よりなる。エミッタ３１０の上にはエミッタ電極３１１
が形成され、断面図の横方向に隣接する単位セル３０４
のエミッタ電極３１１は行配線３１２によって接続され
ている。ベース３０９の上にはベース電極３１３が形成
され、断面図の奥行き方向に隣接する単位セル３０４の
ベース電極３１３は列配線３１４によって接続されてい
る。行配線および列配線は、例えばポリイミドよりなる
層間絶縁膜３１５によって分離されている。面発光半導
体レーザ３０２のアノードは結晶内部で半導体基板３０
１に接続され、半導体基板３０１は基板電極３１６を介
して接地されている。単位セル３０４の表面には光を入
出力できるように電極および配線の窓３１７が形成され
ている。また、単位セル３０４の２次元アレイに片端面
が対向するように光ファイバ３１８が固定されている。
回路の断面図である。本実施例の構成は基本的には第１
の実施例と同様であるが、単位セルが半導体基板の表面
から光を入出力できる構造となっている点と、セルアレ
イに対向して片端面が固定された光伝送路（本実施例で
は光ファイバ）を有する点が異なっている。ｐ型ＧａＡ
ｓよりなる半導体基板３０１上に、面発光半導体レーザ
３０２とヘテロ接合バイポーラトランジスタ３０３の積
層構造よりなる単位セル３０４が２次元アレイ状（紙面
横方向および奥行き方向）に配列されている。面発光半
導体レーザ３０２はｐ型ＧａＡｓとｐ型ＡｌＡｓが交互
に積層されたｐ型反射器３０５、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡ
ｓ歪超格子を活性層とする発光部３０６、およびｎ型Ｇ
ａＡｓとｎ型ＡｌＡｓが交互に積層されたｎ型反射器３
０７により構成されている。ヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタ３０３はｎ型ＧａＡｓコレクタ３０８、ｐ型Ｇ
ａＡｓベース３０９、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ３１０
よりなる。エミッタ３１０の上にはエミッタ電極３１１
が形成され、断面図の横方向に隣接する単位セル３０４
のエミッタ電極３１１は行配線３１２によって接続され
ている。ベース３０９の上にはベース電極３１３が形成
され、断面図の奥行き方向に隣接する単位セル３０４の
ベース電極３１３は列配線３１４によって接続されてい
る。行配線および列配線は、例えばポリイミドよりなる
層間絶縁膜３１５によって分離されている。面発光半導
体レーザ３０２のアノードは結晶内部で半導体基板３０
１に接続され、半導体基板３０１は基板電極３１６を介
して接地されている。単位セル３０４の表面には光を入
出力できるように電極および配線の窓３１７が形成され
ている。また、単位セル３０４の２次元アレイに片端面
が対向するように光ファイバ３１８が固定されている。
【００１５】上記の構造において、ヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ３０３のベース・エミッタ接合は受光素
子としても用いられる。この受光素子によって光ファイ
バ３１８の遠端から入力されたアドレス光３１９を受光
し、アドレス光３１９が入射された単位セルを識別す
る。アドレス光としては、波長がＧａＡｓの吸収端より
も短いものを用いる。ここで、行配線３１２に正の電圧
を印加し、列配線３１４を接地電位とすれば、アドレス
光が入射した単位セルに光電流が流れる。すなわち、行
配線に順番に正の電圧を印加していき、各列配線の電流
をモニターすれば、アドレス光が入射された単位セルの
位置を識別することができる。ここで複数の受光素子が
アドレス光を検出した場合には、最も受光パワー（光電
流）の大きかった単位セルを選択する。この単位セルに
含まれる面発光半導体レーザ３０２を選択的に駆動すれ
ば、出力光３２０は光ファイバ３１８に入射される。こ
こで、単位セルの集積密度が十分に大きく、光ファイバ
と光学結合する入射範囲のマージン内に必ず最低１個の
面発光半導体レーザが存在するようにすれば、光ファイ
バの位置合せは光ファイバの片端面からの出力光がセル
アレイのどこかに入射するという条件を満足するだけで
よい。光ファイバがマルチモードであれば入射範囲のマ
ージンは３０μｍ以上あるので、上記条件を満足するこ
とは容易である。また、一般に面発光半導体レーザは出
射光の広がり角が小さいので、光ファイバがマルチモー
ドであれば集光レンズは特に必要ないが、面発光半導体
レーザと光ファイバの間にレンズを挿入してもよい。
ラトランジスタ３０３のベース・エミッタ接合は受光素
子としても用いられる。この受光素子によって光ファイ
バ３１８の遠端から入力されたアドレス光３１９を受光
し、アドレス光３１９が入射された単位セルを識別す
る。アドレス光としては、波長がＧａＡｓの吸収端より
も短いものを用いる。ここで、行配線３１２に正の電圧
を印加し、列配線３１４を接地電位とすれば、アドレス
光が入射した単位セルに光電流が流れる。すなわち、行
配線に順番に正の電圧を印加していき、各列配線の電流
をモニターすれば、アドレス光が入射された単位セルの
位置を識別することができる。ここで複数の受光素子が
アドレス光を検出した場合には、最も受光パワー（光電
流）の大きかった単位セルを選択する。この単位セルに
含まれる面発光半導体レーザ３０２を選択的に駆動すれ
ば、出力光３２０は光ファイバ３１８に入射される。こ
こで、単位セルの集積密度が十分に大きく、光ファイバ
と光学結合する入射範囲のマージン内に必ず最低１個の
面発光半導体レーザが存在するようにすれば、光ファイ
バの位置合せは光ファイバの片端面からの出力光がセル
アレイのどこかに入射するという条件を満足するだけで
よい。光ファイバがマルチモードであれば入射範囲のマ
ージンは３０μｍ以上あるので、上記条件を満足するこ
とは容易である。また、一般に面発光半導体レーザは出
射光の広がり角が小さいので、光ファイバがマルチモー
ドであれば集光レンズは特に必要ないが、面発光半導体
レーザと光ファイバの間にレンズを挿入してもよい。
【００１６】上記の実施例では、光伝送路が光ファイバ
であるとしたが、他の基板上に形成された光導波路であ
ってもよく、また空間を伝播する光ビームのパスを仮想
的に光伝送路であると考えて同様の光軸合せを行うこと
もできる。
であるとしたが、他の基板上に形成された光導波路であ
ってもよく、また空間を伝播する光ビームのパスを仮想
的に光伝送路であると考えて同様の光軸合せを行うこと
もできる。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、選択的に駆動・変調が
可能な面発光半導体レーザが２次元アレイ状に配列され
た光電子集積回路を実現できる。本光電子集積回路には
面発光半導体レーザの駆動回路が集積されているので、
小さな電圧振幅の入力信号で外部から変調可能である。
また、本発明によれば、光伝送路との光学結合が容易な
半導体レーザを含む光電子集積回路を実現できる。
可能な面発光半導体レーザが２次元アレイ状に配列され
た光電子集積回路を実現できる。本光電子集積回路には
面発光半導体レーザの駆動回路が集積されているので、
小さな電圧振幅の入力信号で外部から変調可能である。
また、本発明によれば、光伝送路との光学結合が容易な
半導体レーザを含む光電子集積回路を実現できる。
【図１】本発明の一実施例の光電子集積回路の断面図
【図２】本発明の一実施例の光電子集積回路の等価回路
図
図
【図３】本発明の第２の実施例の光電子集積回路の断面
図
図
【図４】従来の光電子集積回路の斜視図
１０１ 半導体基板 １０２ 面発光半導体レーザ １０３ ヘテロ接合バイポーラトランジスタ １０４ 単位セル １１２ 行配線 １１４ 列配線 ２０１ 面発光半導体レーザ ２０２ ヘテロ接合バイポーラトランジスタ ２０３ 単位セル ２０４ 行配線 ２０５ 列配線 ３０１ 半導体基板 ３０２ 面発光半導体レーザ ３０３ ヘテロ接合バイポーラトランジスタ ３０４ 単位セル ３１２ 行配線 ３１４ 列配線 ３１８ 光ファイバ ３１９ アドレス光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｓ 5/026 Ｈ０１Ｌ 29/72 5/183 (56)参考文献 特開 平４−240766（ＪＰ，Ａ) 特表 平７−503104（ＪＰ，Ａ) ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥ ＲＳ，31．ＪＡＮ．1991，Ｖｏｌ．27, Ｎｏ．３，ｐｐ．216−217 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 27/15 H01L 29/73 H01L 31/10 - 31/119 H01S 5/00 - 5/50
Claims (2)
- 【請求項１】面発光半導体レーザと外部からの入射光を
検出する受光素子とを含む単位セルが半導体基板上に２
次元アレイ状に配列されたセルアレイと、前記セルアレ
イの単位セルに接続されたマトリクス配線と、前記セル
アレイに対向して片端面が固定された光伝送路と、前記
光伝送路の遠端から入力されたアドレス光が入射する前
記受光素子の前記セルアレイ内での位置を識別し、かつ
前記セルアレイ内の前記面発光半導体レーザを選択的に
駆動する手段とを有することを特徴とする光電子集積回
路。 - 【請求項２】単位セルが面発光半導体レーザとヘテロ接
合バイポーラトランジスタよりなり、受光素子が前記ヘ
テロ接合バイポーラトランジスタのベース・エミッタ接
合であり、半導体基板が導電性であり、前記面発光半導
体レーザのアノードが前記半導体基板に接続されてお
り、前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタのコレクタ
が前記面発光半導体レーザのカソードに接続されてお
り、マトリクス配線が行配線と列配線よりなり、前記行
配線はセルアレイ内で行方向に隣接する前記ヘテロ接合
バイポーラトランジスタのエミッタを共通に接続してお
り、前記列配線は前記セルアレイ内で列方向に隣接する
前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタのベースを共通
に接続している請求項１記載の光電子集積回路。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04044409A JP3111599B2 (ja) | 1992-03-02 | 1992-03-02 | 光電子集積回路 |
| US08/019,223 US5408105A (en) | 1992-02-19 | 1993-02-18 | Optoelectronic semiconductor device with mesa |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04044409A JP3111599B2 (ja) | 1992-03-02 | 1992-03-02 | 光電子集積回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05243552A JPH05243552A (ja) | 1993-09-21 |
| JP3111599B2 true JP3111599B2 (ja) | 2000-11-27 |
Family
ID=12690715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04044409A Expired - Fee Related JP3111599B2 (ja) | 1992-02-19 | 1992-03-02 | 光電子集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3111599B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0510497U (ja) * | 1991-07-22 | 1993-02-09 | 王子製紙株式会社 | 低圧フイーダーのシール構造 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5679964A (en) * | 1994-07-07 | 1997-10-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optoelectronic integrated device |
| JP3726398B2 (ja) * | 1997-02-14 | 2005-12-14 | 富士ゼロックス株式会社 | 半導体装置 |
| FR2793953B1 (fr) * | 1999-05-21 | 2002-08-09 | Thomson Csf | Capacite thermique pour composant electronique fonctionnant en impulsions longues |
| KR100428253B1 (ko) * | 2001-10-11 | 2004-04-28 | (주)옵토웨이 | 표면 방출형 반도체 레이저 어레이 및 그의 제조방법 |
| JP4586350B2 (ja) * | 2003-10-24 | 2010-11-24 | セイコーエプソン株式会社 | 薄膜デバイス及び電子機器 |
| US10761195B2 (en) | 2016-04-22 | 2020-09-01 | OPSYS Tech Ltd. | Multi-wavelength LIDAR system |
| KR102592139B1 (ko) | 2017-03-13 | 2023-10-23 | 옵시스 테크 엘티디 | 눈-안전 스캐닝 lidar 시스템 |
| JP6865492B2 (ja) | 2017-07-28 | 2021-04-28 | オプシス テック リミテッド | 小角度発散を伴うｖｃｓｅｌアレイｌｉｄａｒ送信機 |
| KR102589319B1 (ko) | 2017-11-15 | 2023-10-16 | 옵시스 테크 엘티디 | 잡음 적응형 솔리드-스테이트 lidar 시스템 |
| CN111919137A (zh) | 2018-04-01 | 2020-11-10 | 欧普赛斯技术有限公司 | 噪声自适应固态lidar系统 |
| WO2020210176A1 (en) | 2019-04-09 | 2020-10-15 | OPSYS Tech Ltd. | Solid-state lidar transmitter with laser control |
| CN113906316A (zh) | 2019-05-30 | 2022-01-07 | 欧普赛斯技术有限公司 | 使用致动器的眼睛安全的长范围lidar系统 |
-
1992
- 1992-03-02 JP JP04044409A patent/JP3111599B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，３１．ＪＡＮ．１９９１，Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．３，ｐｐ．２１６−２１７ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0510497U (ja) * | 1991-07-22 | 1993-02-09 | 王子製紙株式会社 | 低圧フイーダーのシール構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05243552A (ja) | 1993-09-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |