JPH02207585A - 光電子集積回路 - Google Patents
光電子集積回路Info
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- JPH02207585A JPH02207585A JP1028007A JP2800789A JPH02207585A JP H02207585 A JPH02207585 A JP H02207585A JP 1028007 A JP1028007 A JP 1028007A JP 2800789 A JP2800789 A JP 2800789A JP H02207585 A JPH02207585 A JP H02207585A
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- Japan
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- layer
- gaas
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- Pending
Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0262—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
- H01S5/0264—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、光電子集積回路の改良に関する。
光通信技術の進歩に伴い、その適用分野は５基幹伝送系
から加入者系、ＬＡＮ、データ・リンク等のシステムへ
急速に広がりつつある。このような、光システムの高度
化に対応するためには光デバイスの高性能化、高機能化
、高集積化が不可欠である。
から加入者系、ＬＡＮ、データ・リンク等のシステムへ
急速に広がりつつある。このような、光システムの高度
化に対応するためには光デバイスの高性能化、高機能化
、高集積化が不可欠である。
光電子集積回路は、これらの光システムの核となるキー
・デバイスの一つである。すなわち、低価格・小型・高
信頼・無調整化といった集積による基本的メリットのみ
ならず、高速化・高感度化といった光デバイスの性能改
善、さらには、光配線・光交換といった将来の光システ
ムを支える高機能・新機能デバイスの実現を狙いとする
。
・デバイスの一つである。すなわち、低価格・小型・高
信頼・無調整化といった集積による基本的メリットのみ
ならず、高速化・高感度化といった光デバイスの性能改
善、さらには、光配線・光交換といった将来の光システ
ムを支える高機能・新機能デバイスの実現を狙いとする
。
ＩｎＰ系材料は、光デバイスの信頼性や光ファイバの低
損失・低分散波長帯への整合性の点で優れ、光通信の分
野においては、この材料を用いた光デバイスは既に実用
化されており、実績がある。しかしながら、ＩｎＰ系材
系材用いた光デバイスは単価が高＜、ＧａＡｓ系材料を
用いた光デバ、イスの方が安価で入手が容易であり、ま
た、コンピュータのインターフェース間を短波長帯のＧ
ａＡｓ系光デバイスで光配線を行う提案もなされている
。このことから、加入者系ではＧａＡｓ系半導体材料を
用いた光デバイスを用い、基幹幹線系ではＩ ｒＩＰ系
材系材用いた光デバイスを用いようとする動きがある。
損失・低分散波長帯への整合性の点で優れ、光通信の分
野においては、この材料を用いた光デバイスは既に実用
化されており、実績がある。しかしながら、ＩｎＰ系材
系材用いた光デバイスは単価が高＜、ＧａＡｓ系材料を
用いた光デバ、イスの方が安価で入手が容易であり、ま
た、コンピュータのインターフェース間を短波長帯のＧ
ａＡｓ系光デバイスで光配線を行う提案もなされている
。このことから、加入者系ではＧａＡｓ系半導体材料を
用いた光デバイスを用い、基幹幹線系ではＩ ｒＩＰ系
材系材用いた光デバイスを用いようとする動きがある。
従って、将来は基幹幹線系と加入者系のインターフェー
スには長波長帯の光デバイスと短波長帯の光デバイスの
併用が考えられる。しかし、従来は長波長帯の光デバイ
スと短波長帯の光デバイスを別々に製造し、これらを独
立に使用していた。このため、入出力に互換性がない、
といった問題点があった。
スには長波長帯の光デバイスと短波長帯の光デバイスの
併用が考えられる。しかし、従来は長波長帯の光デバイ
スと短波長帯の光デバイスを別々に製造し、これらを独
立に使用していた。このため、入出力に互換性がない、
といった問題点があった。
Ｊ発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、これら長波長帯の光デバイスと短波長
帯の光デバイスの融合を行い、基幹幹線系の通信用とし
ても、加入者系の情報処理機器間の通信用としても、使
い易く、小型で、安価で、ＣＤ等の既存の情報機器との
入出力に互換性があり、高性能、高集積、かつ高信頼な
光電子集積回路を提供することにある。
帯の光デバイスの融合を行い、基幹幹線系の通信用とし
ても、加入者系の情報処理機器間の通信用としても、使
い易く、小型で、安価で、ＣＤ等の既存の情報機器との
入出力に互換性があり、高性能、高集積、かつ高信頼な
光電子集積回路を提供することにある。
前述の課題を解決し、上記目的を達成するために、本発
明が提供する光電子集積回路は、半絶縁性ＧａＡｓ；ｉ
たはＩｎＰ基板上に、Ｉ ｎＧａＡｓ又はＩ ｎＧａＡ
ｓＰを含むＩｎＰ系半導体を構成材料としｐｎ接合また
は光吸収層を少なくとも備える受光素子と、前記ＧａＡ
ｓまたはＩｎＰ基板上に、ＧａＡｓ又はＡ Ｉ Ｇ ａ
Ａ Ｓを含むＧａＡｓ系生導系層導体層材料としｐｎ
接合及び光発光層を少なくとも備える発光素子と、前記
ＧａＡｓ；１４たはＩｎＰ基板上の受光素子及び発光素
子を除く領域にΔＩ ＧａＡｓを含むＧａＡｓ系半導体
電子デバイスとが、ＧａＡｓ系半導体またはＩｎＰ系半
導体より構成されるバッファ層上に集積されていること
を特徴とする構成になっている。
明が提供する光電子集積回路は、半絶縁性ＧａＡｓ；ｉ
たはＩｎＰ基板上に、Ｉ ｎＧａＡｓ又はＩ ｎＧａＡ
ｓＰを含むＩｎＰ系半導体を構成材料としｐｎ接合また
は光吸収層を少なくとも備える受光素子と、前記ＧａＡ
ｓまたはＩｎＰ基板上に、ＧａＡｓ又はＡ Ｉ Ｇ ａ
Ａ Ｓを含むＧａＡｓ系生導系層導体層材料としｐｎ
接合及び光発光層を少なくとも備える発光素子と、前記
ＧａＡｓ；１４たはＩｎＰ基板上の受光素子及び発光素
子を除く領域にΔＩ ＧａＡｓを含むＧａＡｓ系半導体
電子デバイスとが、ＧａＡｓ系半導体またはＩｎＰ系半
導体より構成されるバッファ層上に集積されていること
を特徴とする構成になっている。
ＩｎＰ基板上にＩｎＰと格子整合のとれるＩｎＧ ａ
Ａ ｓまたはＩｎＧａＡｓＰを含むＩｎＰ系半導体を構
成することにより、長波長帯の光デバイスが得られる。
Ａ ｓまたはＩｎＧａＡｓＰを含むＩｎＰ系半導体を構
成することにより、長波長帯の光デバイスが得られる。
まｆｚ Ｉ ｎ Ｐ基板上にＧａＡｓまたはＡｌＧａＡ
ｓからなる歪バッファ層をはさんでＡｌＧａＡｓを含む
ＧａＡｓ系半導体からなる光デバイス、電子デバイスを
構成することにより、基板とチャネル層の間の格子整合
の影響をほとんど受けずに、短波長帯の光デバイスと信
頼性の高い電子デバイスが得られる。従って、信頼性の
高い電子回路を用いてなおかつ、短波長帯から長波長帯
、長波長帯から短波長帯といった波長変換が可能である
。このため、基幹系では長波長帯を用いることができ、
２加入者系では情報処理機器との入出力の可能な短波長
帯を用いることが出来る。
ｓからなる歪バッファ層をはさんでＡｌＧａＡｓを含む
ＧａＡｓ系半導体からなる光デバイス、電子デバイスを
構成することにより、基板とチャネル層の間の格子整合
の影響をほとんど受けずに、短波長帯の光デバイスと信
頼性の高い電子デバイスが得られる。従って、信頼性の
高い電子回路を用いてなおかつ、短波長帯から長波長帯
、長波長帯から短波長帯といった波長変換が可能である
。このため、基幹系では長波長帯を用いることができ、
２加入者系では情報処理機器との入出力の可能な短波長
帯を用いることが出来る。
次に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例であり、長波長帯用ＰＩＮフ
ォトダイオード、短波長帯用半導体レーザ、レーザ駆動
用ＧａＡｓＦＥＴをモノリシックに集積した例である。
ォトダイオード、短波長帯用半導体レーザ、レーザ駆動
用ＧａＡｓＦＥＴをモノリシックに集積した例である。
第１図（ａ）は光電子集積回路の斜視図、第１図（ｂ）
は、側面図である。第１図（ｂ）のように、本光電子集
積回路は、半絶縁性ＩｎＰ基板１上に層厚１．０μＩｎ
のノンドープＩｎＰフォトダイオードコンタクト層２、
層厚２，５μｍのノンドープＩｎＯ，５３Ｇ ａ ｏ４
７Ａ ｓ光吸収層３、層厚１．Ｏｕ、ｍの、ノンドープ
Ｉｎ、Ｐキャブ１層４より成るＰＩＮフォトダイオード
部１２、そして層厚１．５μｍのノンドープＧａＡｓ歪
バッファ層５、層厚１．５μｎｌのノンドープＡ １
ｏ、 ４５Ｇ ａ ６．５５Ａ Ｓバッフ層６、層厚０
．３１ｔｍ、キャリア濃度Ｉ Ｘ １０１７ｃｍづのＧ
ａＡｓチャネル層１１、層厚１．Ｃ）μｍ、キャリア濃
度Ｉ Ｘ １０１８ｃｍ−’のｎ型Ａ １０．４５Ｇ
ａ ０．５５Ａｓクラッド層７、層厚０．２μｍ、キャ
リア濃度Ｉ Ｘ １０ ”ｃｍづのｎ型Ｇ ａ Ａ ｓ
活性層８、層厚１．０１ｔｍ、キャリア濃度Ｉ Ｘ １
０ ”ｃｍ −３（７） ｐ型Ａ １０．４５Ｇ ａ
１）、 ５５Ａ Ｓクラッド層９、層厚０．３μｍキャ
リア濃度Ｉ Ｘ １０ ”ｃｍづのｐ型ＧａＡｓキャッ
プ層１０より成るレーザ一部１４、層厚０．３μｍ、キ
ャリア濃度１ ｘ １０１７ＣＩＩＩ−、のＧａＡｓチ
ャネル層１１全１１た電界効果トランジスタ部１３、抵
抗１７、ｐ電極１６、ｎ電極１５より構成されている。
は、側面図である。第１図（ｂ）のように、本光電子集
積回路は、半絶縁性ＩｎＰ基板１上に層厚１．０μＩｎ
のノンドープＩｎＰフォトダイオードコンタクト層２、
層厚２，５μｍのノンドープＩｎＯ，５３Ｇ ａ ｏ４
７Ａ ｓ光吸収層３、層厚１．Ｏｕ、ｍの、ノンドープ
Ｉｎ、Ｐキャブ１層４より成るＰＩＮフォトダイオード
部１２、そして層厚１．５μｍのノンドープＧａＡｓ歪
バッファ層５、層厚１．５μｎｌのノンドープＡ １
ｏ、 ４５Ｇ ａ ６．５５Ａ Ｓバッフ層６、層厚０
．３１ｔｍ、キャリア濃度Ｉ Ｘ １０１７ｃｍづのＧ
ａＡｓチャネル層１１、層厚１．Ｃ）μｍ、キャリア濃
度Ｉ Ｘ １０１８ｃｍ−’のｎ型Ａ １０．４５Ｇ
ａ ０．５５Ａｓクラッド層７、層厚０．２μｍ、キャ
リア濃度Ｉ Ｘ １０ ”ｃｍづのｎ型Ｇ ａ Ａ ｓ
活性層８、層厚１．０１ｔｍ、キャリア濃度Ｉ Ｘ １
０ ”ｃｍ −３（７） ｐ型Ａ １０．４５Ｇ ａ
１）、 ５５Ａ Ｓクラッド層９、層厚０．３μｍキャ
リア濃度Ｉ Ｘ １０ ”ｃｍづのｐ型ＧａＡｓキャッ
プ層１０より成るレーザ一部１４、層厚０．３μｍ、キ
ャリア濃度１ ｘ １０１７ＣＩＩＩ−、のＧａＡｓチ
ャネル層１１全１１た電界効果トランジスタ部１３、抵
抗１７、ｐ電極１６、ｎ電極１５より構成されている。
本実施例の製作工程は、まずＩｎＰ基板１上に液相成長
法または気相成長法によりＩｎＰフォトダイオード・コ
ンタクト層２、ノンドープＩ ｎ ０．５３Ｇ ａ ６
．４７Ａ Ｓ光吸収層３、ＩｎＰキャップＮ４を順次形
成する。次にＰＩＮフォトダイオード部１２を残し、コ
ンタクト層２、光吸収層３、キャップ層４をメサエッチ
し、ＩｎＰ基板１を露出させる。ＰＩＮフォトダイオー
ド部１２にＳ ｉ ０２よりなるマスクを施し、有機金
属気相成長法、又は分子線成長法を用いて、ＧａＡｓ歪
バッファ層５、Ａ Ｉ （１，４５Ｇ ａ Ｑ、 ５５
Ａ Ｓバッフ層６、ＧａＡｓチャネル層１１ 、Ａ １
ｏ、 ４５Ｇ ａ Ｏ，５，Ａ Ｓクラッド層７、Ｇ
ａＡｓ活性層８、ｐ型Ａ ｌ （３，４５Ｇ ａ ｏ、
５５Ａ Ｓクラッド層９、ＧａＡｓキャップ層１０を
形成する。次にＳｉＯ２より成るマスクを施しレーザ一
部１４以外のレーザー構成層７゜８．９．１０を除去し
、ＧａＡｓチャネル層１１全１１させる。ＧａＡｓチャ
ネル層１１全１１サエッチにより素子分離される。次に
５ｉ０２よりなるマスクを用いＰＩＮダイオード層１２
に選択的に亜鉛拡散し、ｐ形反転領域を形成する。ＰＩ
Ｎダイオード層１２及び、半導体レーザー層１４にｐ！
極、ｎ電極を形成する。さらに電界効果トランジスタ層
１３にゲート電極、ドレイン電極、ソース電極を形成し
、配線を施して実施例の光電子集積回路が完成する。
法または気相成長法によりＩｎＰフォトダイオード・コ
ンタクト層２、ノンドープＩ ｎ ０．５３Ｇ ａ ６
．４７Ａ Ｓ光吸収層３、ＩｎＰキャップＮ４を順次形
成する。次にＰＩＮフォトダイオード部１２を残し、コ
ンタクト層２、光吸収層３、キャップ層４をメサエッチ
し、ＩｎＰ基板１を露出させる。ＰＩＮフォトダイオー
ド部１２にＳ ｉ ０２よりなるマスクを施し、有機金
属気相成長法、又は分子線成長法を用いて、ＧａＡｓ歪
バッファ層５、Ａ Ｉ （１，４５Ｇ ａ Ｑ、 ５５
Ａ Ｓバッフ層６、ＧａＡｓチャネル層１１ 、Ａ １
ｏ、 ４５Ｇ ａ Ｏ，５，Ａ Ｓクラッド層７、Ｇ
ａＡｓ活性層８、ｐ型Ａ ｌ （３，４５Ｇ ａ ｏ、
５５Ａ Ｓクラッド層９、ＧａＡｓキャップ層１０を
形成する。次にＳｉＯ２より成るマスクを施しレーザ一
部１４以外のレーザー構成層７゜８．９．１０を除去し
、ＧａＡｓチャネル層１１全１１させる。ＧａＡｓチャ
ネル層１１全１１サエッチにより素子分離される。次に
５ｉ０２よりなるマスクを用いＰＩＮダイオード層１２
に選択的に亜鉛拡散し、ｐ形反転領域を形成する。ＰＩ
Ｎダイオード層１２及び、半導体レーザー層１４にｐ！
極、ｎ電極を形成する。さらに電界効果トランジスタ層
１３にゲート電極、ドレイン電極、ソース電極を形成し
、配線を施して実施例の光電子集積回路が完成する。
第２図は、本実施例の動作原理を説明するための図であ
る。ＰＩＮ〕オドダイオード１２に入射光１８が入射す
ると、フォトカレントＩ ｐｌｎが流れる。Ｉ＋＞１゜
が流れることによって、負荷抵抗１７で電圧降下が生じ
ゲートバイアス■８が変化する。この様子を第２図（ａ
）に示す。■、が変化すると、ドレイン電流Ｉｄが変化
する。本実施例ではＦＥＴにデプレッション型を用いて
いるために第２図（ｂ）のように、■、が浅くなるとＩ
ｄは大きくなる。Ｉｄが大きくなれば、ある閾値以上で
半導体レーザー１４が第２図（ｃ）の様に発振する。従
って、入射光１８のｏ ｎ ／ ｏ ｆ ｆに応じて出
射光１９がｏ ｎ ／ ｏ ｆ ｆする。
る。ＰＩＮ〕オドダイオード１２に入射光１８が入射す
ると、フォトカレントＩ ｐｌｎが流れる。Ｉ＋＞１゜
が流れることによって、負荷抵抗１７で電圧降下が生じ
ゲートバイアス■８が変化する。この様子を第２図（ａ
）に示す。■、が変化すると、ドレイン電流Ｉｄが変化
する。本実施例ではＦＥＴにデプレッション型を用いて
いるために第２図（ｂ）のように、■、が浅くなるとＩ
ｄは大きくなる。Ｉｄが大きくなれば、ある閾値以上で
半導体レーザー１４が第２図（ｃ）の様に発振する。従
って、入射光１８のｏ ｎ ／ ｏ ｆ ｆに応じて出
射光１９がｏ ｎ ／ ｏ ｆ ｆする。
本実施例は、長波長帯ＰＩＮフォトダイオード、電界効
果トランジスタ、短波長帯半導体レーザーがＩｎＰ基板
上にモノリシックに集積された基幹幹線系から加入者系
へのインターフェースであり、光送受信用の光電子集積
回路として動作する。しかしながら、ＰＩＮフォトダイ
オードにＧａＡｓ系材料、半導体レーザーにＩｎＰ系材
料を用いれば加入者系から基幹幹線系へのインターフェ
ースとなる。なお、上述の実施例において電界効果トラ
ンジスタの能動層の厚さ、キャリア濃度、組成は光電子
集積回路用の電子デバイスとして最適化されていればい
かなるものでもよい。また、光デバイスは、複数あって
もよく、光導波路によって異なる光双安定素子や光アン
プなどの光機能素子と集積してあってもよい。電子デバ
イスは、ＧａＡｓ電界効果トランジスタ、抵抗のみなら
ず、ダイオード等を含んでもよく、その集積規模もさら
に大きなものであってもよい。
果トランジスタ、短波長帯半導体レーザーがＩｎＰ基板
上にモノリシックに集積された基幹幹線系から加入者系
へのインターフェースであり、光送受信用の光電子集積
回路として動作する。しかしながら、ＰＩＮフォトダイ
オードにＧａＡｓ系材料、半導体レーザーにＩｎＰ系材
料を用いれば加入者系から基幹幹線系へのインターフェ
ースとなる。なお、上述の実施例において電界効果トラ
ンジスタの能動層の厚さ、キャリア濃度、組成は光電子
集積回路用の電子デバイスとして最適化されていればい
かなるものでもよい。また、光デバイスは、複数あって
もよく、光導波路によって異なる光双安定素子や光アン
プなどの光機能素子と集積してあってもよい。電子デバ
イスは、ＧａＡｓ電界効果トランジスタ、抵抗のみなら
ず、ダイオード等を含んでもよく、その集積規模もさら
に大きなものであってもよい。
以上説明したように本発明によれば、ＩｎＰ基板上に格
子整合のとれたＩｎＧａＡｓＰ又は、Ｉ ｎＧａＡｓを
含むＩｎＰ系半導体で構成した光デバイス、ＡｌＧａＡ
ｓを含むＧａＡｓ系半導体で構成した光デバイスと電界
効果トランジスタ等の電子回路を集積することにより、
基幹幹線系、加入者系相互の波長変換がおこなえ、安価
で、既存の情報処理機器と互換性のある、高性能かつ高
信顆な光電子集積回路が得られる。
子整合のとれたＩｎＧａＡｓＰ又は、Ｉ ｎＧａＡｓを
含むＩｎＰ系半導体で構成した光デバイス、ＡｌＧａＡ
ｓを含むＧａＡｓ系半導体で構成した光デバイスと電界
効果トランジスタ等の電子回路を集積することにより、
基幹幹線系、加入者系相互の波長変換がおこなえ、安価
で、既存の情報処理機器と互換性のある、高性能かつ高
信顆な光電子集積回路が得られる。
第１図は、本発明の一実施例を示す図であり、（ａ）は
斜視図、（ｂ）は断面図である。第２図は、本実施例の
原理を説明するための図であり、光入射によって、光出
力が得られる原理を示している。 １２・・・ＰＩＮフォトダイオード部、１３・・・電界
効果トランジスタ部、 ４・・・レーザ一部。
斜視図、（ｂ）は断面図である。第２図は、本実施例の
原理を説明するための図であり、光入射によって、光出
力が得られる原理を示している。 １２・・・ＰＩＮフォトダイオード部、１３・・・電界
効果トランジスタ部、 ４・・・レーザ一部。
Claims (1)
- 半絶縁性ＧａＡｓまたはＩｎＰ基板上に、ＩｎＧａＡｓ
又はＩｎＧａＡｓＰを含むＩｎＰ系半導体を構成材料と
しｐｎ接合または光吸収層を少なくとも備える受光素子
と、前記ＧａＡｓまたはＩｎＰ基板上に、ＧａＡｓ又は
ＡｌＧａＡｓを含むＧａＡｓ系半導体層を構成材料とし
ｐｎ接合及び光発光層を少なくとも備える発光素子と、
前記ＧａＡｓまたはＩｎＰ基板上の受光素子及び発光素
子を除く領域にＡｌＧａＡｓを含むＧａＡｓ系半導体電
子デバイスとが、ＧａＡｓ系半導体またはＩｎＰ系半導
体より構成されるバッファ層上に集積されていることを
特徴とする光電子集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1028007A JPH02207585A (ja) | 1989-02-06 | 1989-02-06 | 光電子集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1028007A JPH02207585A (ja) | 1989-02-06 | 1989-02-06 | 光電子集積回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02207585A true JPH02207585A (ja) | 1990-08-17 |
Family
ID=12236732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1028007A Pending JPH02207585A (ja) | 1989-02-06 | 1989-02-06 | 光電子集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02207585A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6211984B1 (en) | 1996-03-13 | 2001-04-03 | Nec Corporation | Clipping distortion controlling circuits |
-
1989
- 1989-02-06 JP JP1028007A patent/JPH02207585A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6211984B1 (en) | 1996-03-13 | 2001-04-03 | Nec Corporation | Clipping distortion controlling circuits |
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