JPH03101275A - Light amplifying integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコン基板と化合物半導′体層板とを絶縁
膜を介して直接接合し、化合物半導体基板に発光素子等
の光素子を形成した光増幅集積回路に関する。The present invention relates to an optical amplification integrated circuit in which a silicon substrate and a compound semiconductor layer plate are directly bonded via an insulating film, and optical elements such as light emitting elements are formed on the compound semiconductor substrate.
従来、光・電子集積回路として、半絶縁性ガリウム砒素
基板に半導体レーザ等の発光素子とパワートランジスタ
等の駆動回路とを形成した発光集積回路や、半絶縁性ガ
リウム砒素基板にフォトダイオード等の受光素子と高周
波トランジスタ等の増幅回路とを形成した受光集積回路
が知られている。Conventionally, optical/electronic integrated circuits include light-emitting integrated circuits in which a light-emitting element such as a semiconductor laser and a drive circuit such as a power transistor are formed on a semi-insulating gallium arsenide substrate, and a light-receiving integrated circuit such as a photodiode on a semi-insulating gallium arsenide substrate. 2. Description of the Related Art A light-receiving integrated circuit including an element and an amplifier circuit such as a high-frequency transistor is known.
光通信の分野においては、光信号を増幅することが必要
となるが、その光信号を増幅する場合には、通常、光信
号を電気信号に変換し、その電気信号を増幅した後、又
、光信号に変換するという手順がとられている。
このような光増幅を行う回路を形成するには、通常、上
記の発光集積回路と受光集積回路とをハイブリッドに形
成するのが一般的であり、光の入射方向と放射方向とが
素子平面に平行になっている。
したがって、光信号の増幅機能を有するIチップで構成
され、光の進行方向に沿って、受光素子、発光素子を配
列した縦型、即ち、立体回路の光・電子集積回路の開発
が期待されている。
本発明は、高性能且つ製造容易な縦型の光増幅集積回路
を提供することを目的とする。In the field of optical communications, it is necessary to amplify optical signals, but when amplifying the optical signals, the optical signals are usually converted into electrical signals, and after amplifying the electrical signals, The procedure is to convert it into an optical signal. To form a circuit that performs such optical amplification, it is common to form a hybrid of the above-mentioned light-emitting integrated circuit and light-receiving integrated circuit. They are parallel. Therefore, it is expected to develop a vertical-type optoelectronic integrated circuit that is composed of an I-chip that has an optical signal amplification function and has a light receiving element and a light emitting element arranged along the direction of propagation of light, that is, a three-dimensional circuit. There is. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a vertical optical amplification integrated circuit that has high performance and is easy to manufacture.
本発明は、基板平面に垂直に入射する光の入射方向に向
かって開口した窓の形成されたシリコン基板と、シリコ
ン基板の光の入射側と反対側の主面上に形成された絶縁
膜と、シリコン基板に形成された絶縁膜と直接接合され
、シリコン基板に形成された窓に対面する位置において
光信号を電気信号に変換する受光素子又は電気信号を光
信号に変換する発光素子の形成された第1の半導体基板
と、第1の半導体基板の主面上に形成された絶縁膜と直
接接合し、第1の半導体基板に受光素子が形成されてい
る場合には電気信号を光信号に変換する発光素子が形成
され、第1の半導体基板に発光素子が形成されている場
合には光信号を電気信号に変換する受光素子の形成され
た第2の半導体基板とから成り、シリコン基板、第1の
半導体基板又は第2の半導体基板に、受光素子の出力す
る電気信号を増幅し、増幅された信号を発光素子に出力
するトランジスタ素子を形成したことを特徴とする。The present invention includes a silicon substrate in which a window is formed that is open toward the incident direction of light incident perpendicularly to the substrate plane, and an insulating film formed on the main surface of the silicon substrate on the opposite side to the light incident side. A light-receiving element that converts an optical signal into an electrical signal or a light-emitting element that converts an electrical signal into an optical signal is formed at a position that is directly bonded to an insulating film formed on a silicon substrate and faces a window formed on the silicon substrate. The first semiconductor substrate is directly bonded to an insulating film formed on the main surface of the first semiconductor substrate, and when a light receiving element is formed on the first semiconductor substrate, an electrical signal is converted into an optical signal. A silicon substrate, on which a light emitting element for converting light signals is formed, and a second semiconductor substrate on which a light receiving element for converting optical signals into electrical signals is formed when the light emitting elements are formed on the first semiconductor substrate; The present invention is characterized in that a transistor element is formed on the first semiconductor substrate or the second semiconductor substrate to amplify the electrical signal output from the light receiving element and output the amplified signal to the light emitting element.
主として、シリコン基板により、本発明の光増幅集積回
路の機械的強度が保たれている。シリコン基板の基板平
面に垂直に形成された窓から基板平面に垂直に光が入射
する。又、シリコン基板の光の入射側と反対側の主面上
に形成された絶縁膜に81、GaAs等の第1の半導体
基板が直接接合により接合されている。その第1の半導
体基板のシリコン基板に形成された窓に対面する部分に
は、光信号を電気信号に変換するフォトダイオード等の
受光素子又は半導体レーザ等の発光素子が形成されてい
る。第1の半導体基板に受光素子が形成されている場合
には、その受光素子にはシリコン基板の窓を介して光が
入射し、その受光素子によって光信号は電気信号に変換
される。又、発光素子が形成されている場合には、その
発光素子からシリコン基板の窓を介して光が出力される
。又、第1の半導体基板の主面上に形成された絶縁膜に
はS+、 GaAs等の第2の半導体基板が直接接合に
より接合されている。その第2の半導体基板には半導体
レーザ等の発光素子又はフォトダイオード等の受光素子
が形成されている。第2の半導体基板に発光素子が形成
されている場合には、その発光素子に電気信号が入力し
て光信号に変換され、その発光素子から光信号が出力さ
れる。又、第2の半導体基板に受光素子が形成されてい
る場合には、その受光素子に光信号が入射して、電気信
号に変化されて出力される。
そして、上記の受光素子と発光素子との間には、シリコ
ン基板、第1の半導体基板、又は、第2の半導体基板に
形成されたトランジスタ等の増幅素子が接続されており
、受光素子により変換された電気信号はその増幅素子に
より増幅された後、発光素子に入力して光信号に変換さ
れる。The mechanical strength of the optical amplification integrated circuit of the present invention is mainly maintained by the silicon substrate. Light is incident perpendicularly to the substrate plane from a window formed perpendicularly to the substrate plane of the silicon substrate. Further, a first semiconductor substrate 81 made of GaAs or the like is directly bonded to an insulating film formed on the main surface of the silicon substrate on the side opposite to the light incident side. A light receiving element such as a photodiode or a light emitting element such as a semiconductor laser that converts an optical signal into an electrical signal is formed in a portion of the first semiconductor substrate facing the window formed in the silicon substrate. When a light-receiving element is formed on the first semiconductor substrate, light enters the light-receiving element through a window in the silicon substrate, and the light-receiving element converts the optical signal into an electrical signal. Furthermore, if a light emitting element is formed, light is output from the light emitting element through the window of the silicon substrate. Further, a second semiconductor substrate made of S+, GaAs, etc. is directly bonded to the insulating film formed on the main surface of the first semiconductor substrate. A light emitting element such as a semiconductor laser or a light receiving element such as a photodiode is formed on the second semiconductor substrate. When a light emitting element is formed on the second semiconductor substrate, an electrical signal is input to the light emitting element and converted into an optical signal, and the optical signal is output from the light emitting element. Furthermore, if a light receiving element is formed on the second semiconductor substrate, an optical signal is incident on the light receiving element, changed into an electrical signal, and output. An amplifier element such as a transistor formed on a silicon substrate, a first semiconductor substrate, or a second semiconductor substrate is connected between the light receiving element and the light emitting element, and the light receiving element performs conversion. The generated electrical signal is amplified by the amplification element, and then input to the light emitting element and converted into an optical signal.
以下、本発明を具体的な一実施例に基づいて説明する。
第1図は、本発明の実施例にかかる光増幅集積回路の製
造工程を示した図である。
第1図のようにシリコン基板1に第1図(d>で形成さ
れるパワートランジスタの拡散層を第1図(a)に見ら
れるように予め形成しておいた。そして、主面を酸素雰
囲気中において1100℃で熱酸化して、Stewから
成る膜厚約1鴻の絶縁膜2を形成した。この時、接合す
るシリコン基板との接合強度を高めるために絶縁膜2の
表面を研磨することによって平滑度を増しても良い。
次に、Siから成る第1の半導体基板3の接合面32側
に、不純物を拡散してP型のSiから成る2層31を形
成した。
次に、第1の半導体基板3の接合面32とシリコン基板
1上に形成された絶縁膜2の表面を■、0゜−H,3口
、で洗浄して、それらの表面に水酸基を形成して活性化
した。
次に、第1の半導体基板3の接合面32とシリコン基板
1上に形成された絶縁膜2の表面を接合させ、酸素、窒
素等の不活性ガス中、または真空中1100〜1200
℃の範囲で加熱して、1時間放置した。この工程により
、第1の半導体基板3の接合面32とシリコン基板1上
に形成された絶縁WI2の表面に形成された水酸基が脱
水縮合反応を起こして、SiとS10.とが化学的に強
固に結合する。
本実施例では、接合時に電圧を印加していないが、シリ
コン基板1と第1の半導体基板3との間に電圧を印加す
るようにしても良い。
次に、第1図(b)に示すように第1の半導体基板3を
研磨して薄膜化した後、第1図(d)で形成される高周
波トランジスタの拡散層、及び8層34.2層31の拡
散層の形成を行い、2層31と8層34から成るフォト
ダイオードを形成した。
そして、第1の半導体基板3の主面33上にStewか
ら成る厚さ1贋の絶縁膜36を約1100℃に酸素雰囲
気中加熱することによって形成した。この時、接合する
化合物半導体との接合強度を高めるために絶縁膜36の
表面を研磨して平滑度を増しても良い。
以上、第1図(a) #よび(b)における接合界面の
絶縁膜は熱酸化膜であったが、CVD等で堆積した酸化
膜でも良い。また、各トランジスタの拡散層及びフォト
ダイオードの拡散層は接合界面である熱酸化膜の上から
イオン打ち込み法によって形成させても良い。
その後、第1図(C)に示すように、A/GaAsから
なるPIN構造の半導体レーザ42の形成されたGaA
sから成る第2の半導体基板4の接合面40と第1の半
導体基板3の絶縁膜36の表面をH,O,−H,SOl
で洗浄して、それらの表面に水酸基を形成して活性化し
た。
次に、第2の半導体基板4の接合面40と第1の半導体
基板3の絶縁膜36の表面を、陽極酸化により親水処理
した。その後、それらの表面を接合させて、約350〜
600℃の範囲で加熱して、1時間放置した。この工程
により、第2の半導体基板4の接合面40と第1の半導
体基板3上に形成された絶縁膜36の表面に形成された
水酸基が脱水縮合反応を起こして、GaAsと5iO−
とが化学的に強固に結合する。この時、電圧を印加して
接合させても良い。
このようにして、第2の半導体基板4と絶縁膜36とを
直接接合により接合させた。
その後、不必要な部分の第2の半導体基板4はエツチン
グにて除去された。
次に、第1の半導体基板3の予め拡散層が形成されてい
る部分に高周波トランジスタ5を形成した。
次に、エツチングにより第1の半導体基板3の素子の形
成されていない一部分を除去して、予め拡散層が形成さ
れているシリコン基板1の一部を露出させた。
次に、シリコン基板1の露出した部分にパワートランジ
スタ6を形成した。
その後、ホオトダイオード35により変換された電気信
号が高周波トランジスタ5で増幅されるように、アルミ
ニウムによる電気配線層51を形成した。又、高周波ト
ランジスタ5で増幅された電気信号を更にパワートラン
ジスタ6にて電力増幅して、半導体レーザ42を駆動す
るように、アルミニウムによる電気配線層52を形成し
た。その後、半導体レーザ42の光放射面42aのみ除
いて保護膜53を形成した。
次に、シリコン基板1の上部全体をホトレジスト等で保
護して、シリコン基板1の底面11から、窓7に対応す
る部分以外をマスクして、エツチングにより窓7を形成
した。
その後、窓7の側壁71にアルミニウムを蒸着して、導
光部を形成した。
このようにして作成された光増幅集積回路8は、第2図
のようにパッケージングされる。
即ち、連通孔91の形戊されたベース90上に、連通孔
94と光増幅集積回路8のシリコン基板1の窓7の中心
軸が一致するように、光増幅集積回路8が接着される。
そして、連通孔91に入力用の光ファイバー92が接続
される。又、ベース90にはケース93が接合しており
、そのケース93の上部には連通孔94が形成されてお
り、その連通孔93に出力用の光ファイバー95が接続
されている。そして、信号増幅用の電力はベース90か
ら突出したビン96.97を介して入力される。
このようにして作成された光増幅集積回路8では、窓7
から光が入射し、その光信号は、第1の半導体基板3に
形成されたフォトダイオード35によって電気信号に変
換される。そして、その電気信号は第1の半導体基板3
に形成された高周波トランジスタ5により増幅されて、
シリコン基板1に形戊されたパワートランジスタ6に入
力する。
そして、パワートランジスタ6によって第2の半導体基
板4に形成された半導体レーザ42が駆動され、その光
放射面42aから光が出力される。
尚、上記の実施例において、絶縁II!I36は5if
tで形成したが、5iOsl!iの他、SiとGaAs
との中間の熱膨張係数を有した物質 パイレックス等を
用いても良い。その物質によりSiとGaAsは強固に
固定される。
又、上記実施例では、第1の半導体基板3はSiで形成
されているが、第2の半導体基板4と同様に、GaAs
等の化合物半導体で形成しても良い。
又、上記実施例では、第1の半導体基板3に受光素子を
、第2の半導体基板4に発光素子を形戊したが、第1の
半導体基板3に発光素子を、第2の半導体基板4に受光
素子を形成しても良い。この場合には、第2図において
、光は上方から第2の半導体基板4に入射し、シリコン
基板1の窓7を介して下方に出力される。
次に、他の実施例について第3図を参照して説明する。
前実施例と同様に、シリコン基板1の上に絶縁[2が形
成されている。その絶縁膜2に対して、Siから成る第
1の半導体基板81とGaAsから成る第2の半導体基
板82とを前実施例で説明した直接接合により接合させ
た。第1の半導体基板81にはフォトダイオード83が
形成されており、第2の半導体基板82には半導体レー
ザ84が形成されている。そして、シリコン基板1には
、フォトダイオード83で変換された電気信号を増幅し
て、半導体レーザ82を駆動するトランジスタ85が形
成されている。又、シリコン基板1には、前実施例と同
様に窓7が形成されている。
この光増幅集積回路では、上部からフォトダイオード8
3に入射した光信号は、フォトダイオード83で電気信
号に変換され、その電気信号はトランジスタ85によっ
て増幅される。そして、その増幅された電気信号は、半
導体レーザ84に印加され、半導体レーザ84により光
信号に変換される。その光信号は、シリコン基板1の窓
7を介して下方に出力される。
このように、受光素子又は発光素子の形成された第1の
半導体基板81と第2の半導体基板82とをシリコン基
板1上の絶縁膜2の同一平面上に配設して、絶縁膜2と
直接接合により接合させてもよい。
又、第4図に示すように、シリコン基板に窓7a、7b
を形成して、窓7aの上の絶縁膜2に対して半導体レー
ザ84の形成された第2の半導体基板82を接合させ、
窓7bの上の絶縁膜2に対してフォトダイオード83の
形成された第1の半導体基板81を接合させても良い。
この場合には、光りは窓7bを介して下方からフォトダ
イオード83に入射し、窓7aを介して半導体レーザ8
4から下方に向かって出力される。
【発明の効果]
本発明は、シリコン基板上に絶縁膜を形成して、その絶
縁膜と第1の半導体基板とを直接接合により接合し、更
に、第1の半導体基板上に絶縁膜を形成し、その絶縁膜
と第2の半導体基板とを直接接合により接合し、第1の
半導体基板に受光素子、第2の半導体基板に発光素子を
形成し、又は、逆に、第1の半導体基板に発光素子、第
2の半導体基板に受光素子を形成し、シリコン基板、第
1の半導体基板、又は、第2の半導体基板に、受光素子
で変換された電気信号を増幅し、発光素子を駆動するト
ランジスタを形成している。したがって、半導体基板を
用いていることからエピタキシャル成長層を用いるのに
比べて、半導体の結晶性が良くその半導体に形成される
発光素子や受光素子の光・電子変換効率を高くすること
ができる。又、直接接合により半導体を形成しているの
で、従来のへテロエピタキシャル成長に比べて製造が容
易である。又、発光素子と受光素子とを光軸上に配置す
ると共に、信号増幅回路をシリコン基板又は半導体基板
上に配置したので、素子全体をコンパクトにすることが
できる。The present invention will be described below based on a specific example. FIG. 1 is a diagram showing the manufacturing process of an optical amplification integrated circuit according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a diffusion layer of a power transistor to be formed in FIG. 1 (d>) was formed in advance on a silicon substrate 1 as shown in FIG. Thermal oxidation was performed at 1100° C. in an atmosphere to form an insulating film 2 made of Stew and having a thickness of about 1 mm.At this time, the surface of the insulating film 2 was polished to increase the bonding strength with the silicon substrate to be bonded. The smoothness may be increased by doing so.Next, impurities were diffused on the bonding surface 32 side of the first semiconductor substrate 3 made of Si to form a two-layer 31 made of P-type Si.Next, The bonding surface 32 of the first semiconductor substrate 3 and the surface of the insulating film 2 formed on the silicon substrate 1 are cleaned with 0.degree. Next, the bonding surface 32 of the first semiconductor substrate 3 and the surface of the insulating film 2 formed on the silicon substrate 1 were bonded, and the bonding surface 32 of the first semiconductor substrate 3 was bonded to the surface of the insulating film 2 formed on the silicon substrate 1, and the temperature was increased to 1100 to 1200 in an inert gas such as oxygen or nitrogen, or in vacuum.
It was heated in the range of 0.degree. C. and left for 1 hour. Through this step, the hydroxyl groups formed on the bonding surface 32 of the first semiconductor substrate 3 and the surface of the insulating WI2 formed on the silicon substrate 1 cause a dehydration condensation reaction to form Si and S10. are strongly chemically bonded. In this embodiment, no voltage is applied during bonding, but a voltage may be applied between the silicon substrate 1 and the first semiconductor substrate 3. Next, as shown in FIG. 1(b), the first semiconductor substrate 3 is polished and made into a thin film, and then the diffusion layer and the eight layers 34.2 of the high frequency transistor formed in FIG. 1(d) are formed. A diffusion layer of layer 31 was formed, and a photodiode consisting of two layers 31 and eight layers 34 was formed. Then, a one-thick insulating film 36 made of Stew was formed on the main surface 33 of the first semiconductor substrate 3 by heating it to about 1100° C. in an oxygen atmosphere. At this time, the surface of the insulating film 36 may be polished to increase its smoothness in order to increase the bonding strength with the compound semiconductor to be bonded. Although the insulating film at the bonding interface in FIGS. 1(a) and 1(b) is a thermal oxide film, it may be an oxide film deposited by CVD or the like. Further, the diffusion layer of each transistor and the diffusion layer of the photodiode may be formed by ion implantation from above the thermal oxide film which is the junction interface. Thereafter, as shown in FIG. 1(C), a GaAs
The bonding surface 40 of the second semiconductor substrate 4 made of s and the surface of the insulating film 36 of the first semiconductor substrate 3 are coated with H, O, -H, SOl.
were washed with water to form hydroxyl groups on their surfaces and activate them. Next, the bonding surface 40 of the second semiconductor substrate 4 and the surface of the insulating film 36 of the first semiconductor substrate 3 were subjected to hydrophilic treatment by anodic oxidation. After that, those surfaces are joined and approximately 350 ~
It was heated in a range of 600°C and left for 1 hour. Through this step, the hydroxyl groups formed on the bonding surface 40 of the second semiconductor substrate 4 and the surface of the insulating film 36 formed on the first semiconductor substrate 3 cause a dehydration condensation reaction to form GaAs and 5iO-
are strongly chemically bonded. At this time, a voltage may be applied to bond them. In this way, the second semiconductor substrate 4 and the insulating film 36 were bonded together by direct bonding. Thereafter, unnecessary portions of the second semiconductor substrate 4 were removed by etching. Next, a high frequency transistor 5 was formed in a portion of the first semiconductor substrate 3 where a diffusion layer was previously formed. Next, a portion of the first semiconductor substrate 3 where no element was formed was removed by etching to expose a portion of the silicon substrate 1 on which a diffusion layer had been formed in advance. Next, a power transistor 6 was formed on the exposed portion of the silicon substrate 1. Thereafter, an electrical wiring layer 51 made of aluminum was formed so that the electrical signal converted by the photodiode 35 was amplified by the high frequency transistor 5. Further, an electric wiring layer 52 made of aluminum was formed so that the electric signal amplified by the high frequency transistor 5 was further amplified in power by the power transistor 6 to drive the semiconductor laser 42. Thereafter, a protective film 53 was formed except for only the light emitting surface 42a of the semiconductor laser 42. Next, the entire upper part of the silicon substrate 1 was protected with photoresist or the like, and the window 7 was formed by etching from the bottom surface 11 of the silicon substrate 1 by masking the portion other than the portion corresponding to the window 7. Thereafter, aluminum was deposited on the side wall 71 of the window 7 to form a light guide section. The optical amplification integrated circuit 8 thus produced is packaged as shown in FIG. That is, the optical amplification integrated circuit 8 is bonded onto the base 90 in which the communication hole 91 is formed so that the communication hole 94 and the central axis of the window 7 of the silicon substrate 1 of the optical amplification integrated circuit 8 coincide. An input optical fiber 92 is connected to the communication hole 91. Further, a case 93 is joined to the base 90, and a communication hole 94 is formed in the upper part of the case 93, and an optical fiber 95 for output is connected to the communication hole 93. Power for signal amplification is input through bins 96 and 97 protruding from the base 90. In the optical amplification integrated circuit 8 created in this way, the window 7
Light is incident from the photodiode 35 formed on the first semiconductor substrate 3, and the optical signal is converted into an electrical signal by the photodiode 35 formed on the first semiconductor substrate 3. Then, the electrical signal is transmitted to the first semiconductor substrate 3.
is amplified by a high frequency transistor 5 formed in
The signal is input to a power transistor 6 formed on a silicon substrate 1. Then, the semiconductor laser 42 formed on the second semiconductor substrate 4 is driven by the power transistor 6, and light is output from its light emitting surface 42a. In addition, in the above embodiment, insulation II! I36 is 5if
t, but 5iOsl! In addition to i, Si and GaAs
A material having a coefficient of thermal expansion intermediate between that of Pyrex and the like may also be used. This substance firmly fixes Si and GaAs. Further, in the above embodiment, the first semiconductor substrate 3 is made of Si, but like the second semiconductor substrate 4, it is made of GaAs.
It may be formed using a compound semiconductor such as. Furthermore, in the above embodiment, the light receiving element was formed on the first semiconductor substrate 3 and the light emitting element was formed on the second semiconductor substrate 4. A light receiving element may be formed on the surface. In this case, as shown in FIG. 2, the light enters the second semiconductor substrate 4 from above and is output downward through the window 7 of the silicon substrate 1. Next, another embodiment will be described with reference to FIG. As in the previous embodiment, an insulator [2] is formed on a silicon substrate 1. A first semiconductor substrate 81 made of Si and a second semiconductor substrate 82 made of GaAs were bonded to the insulating film 2 by direct bonding as described in the previous embodiment. A photodiode 83 is formed on the first semiconductor substrate 81, and a semiconductor laser 84 is formed on the second semiconductor substrate 82. A transistor 85 is formed on the silicon substrate 1 to amplify the electrical signal converted by the photodiode 83 and drive the semiconductor laser 82 . Further, a window 7 is formed in the silicon substrate 1 as in the previous embodiment. In this optical amplification integrated circuit, a photodiode 8 is connected from the top.
The optical signal incident on the photodiode 3 is converted into an electrical signal by the photodiode 83, and the electrical signal is amplified by the transistor 85. The amplified electrical signal is then applied to the semiconductor laser 84 and converted into an optical signal by the semiconductor laser 84. The optical signal is outputted downward through the window 7 of the silicon substrate 1. In this way, the first semiconductor substrate 81 and the second semiconductor substrate 82 on which the light-receiving element or the light-emitting element is formed are disposed on the same plane of the insulating film 2 on the silicon substrate 1, and the insulating film 2 and They may be joined by direct joining. Further, as shown in FIG. 4, windows 7a and 7b are formed on the silicon substrate.
and bonding the second semiconductor substrate 82 on which the semiconductor laser 84 is formed to the insulating film 2 on the window 7a,
The first semiconductor substrate 81 on which the photodiode 83 is formed may be bonded to the insulating film 2 on the window 7b. In this case, light enters the photodiode 83 from below through the window 7b, and enters the semiconductor laser 83 through the window 7a.
It is output downward from 4. Effects of the Invention The present invention forms an insulating film on a silicon substrate, joins the insulating film and a first semiconductor substrate by direct bonding, and further forms an insulating film on the first semiconductor substrate. Then, the insulating film and the second semiconductor substrate are directly bonded to form a light receiving element on the first semiconductor substrate and a light emitting element on the second semiconductor substrate, or conversely, the first semiconductor substrate A light emitting element is formed on the second semiconductor substrate, a light receiving element is formed on the second semiconductor substrate, and an electric signal converted by the light receiving element is amplified to drive the light emitting element on the silicon substrate, the first semiconductor substrate, or the second semiconductor substrate. It forms a transistor that Therefore, since a semiconductor substrate is used, the crystallinity of the semiconductor is better than when an epitaxial growth layer is used, and the light-to-electron conversion efficiency of a light emitting element or a light receiving element formed on the semiconductor can be increased. Furthermore, since the semiconductor is formed by direct bonding, manufacturing is easier than in conventional heteroepitaxial growth. Further, since the light emitting element and the light receiving element are arranged on the optical axis, and the signal amplification circuit is arranged on the silicon substrate or the semiconductor substrate, the entire element can be made compact.
第1図は本発明の具体的な一実施例に係る光増幅集積回
路の製造工程を示した断面図、第2図はその光増幅集積
回路の組付けを示した断面図、第3図及び第4図は他の
実施例に係る光増幅集積回路の断面図である。
1、 ・シリコン基板 2.36・・絶縁膜3.81
・第1の半導体基板
4.82°−第2の半導体基板
5・・・高周波トランジスタ
6・・・パワートランジスタ ?、7a、7b・窓35
.83・・・・フォトダイオード
42.84・・°・半導体レーザFIG. 1 is a sectional view showing the manufacturing process of an optical amplification integrated circuit according to a specific embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing the assembly of the optical amplification integrated circuit, and FIGS. FIG. 4 is a sectional view of an optical amplification integrated circuit according to another embodiment. 1. Silicon substrate 2.36 Insulating film 3.81
- First semiconductor substrate 4.82° - Second semiconductor substrate 5...High frequency transistor 6...Power transistor? , 7a, 7b・Window 35
.. 83...Photodiode 42.84...° Semiconductor laser
Claims (1)
した窓の形成されたシリコン基板と、前記シリコン基板
の光の入射側と反対側の主面上に形成された絶縁膜と、 前記シリコン基板に形成された前記絶縁膜と直接接合さ
れ、前記シリコン基板に形成された前記窓に対面する位
置において光信号を電気信号に変換する受光素子又は電
気信号を光信号に変換する発光素子の形成された第1の
半導体基板と、前記第1の半導体基板の主面上に形成さ
れた絶縁膜と、 前記第1の半導体基板に形成された前記絶縁膜と直接接
合し、前記第1の半導体基板に受光素子が形成されてい
る場合には電気信号を光信号に変換する発光素子が形成
され、前記第1の半導体基板に発光素子が形成されてい
る場合には光信号を電気信号に変換する受光素子の形成
された第2の半導体基板とから成り、 前記シリコン基板、前記第1の半導体基板又は第2の半
導体基板に、前記受光素子の出力する電気信号を増幅し
、増幅された信号を前記発光素子に出力するトランジス
タ素子を形成したことを特徴とする光増幅集積回路。[Scope of Claims] A silicon substrate in which a window is formed that is open toward the incident direction of light incident perpendicularly to the substrate plane, and a window formed on the main surface of the silicon substrate on the opposite side to the light incident side. an insulating film, and a light receiving element that is directly bonded to the insulating film formed on the silicon substrate and that converts an optical signal into an electrical signal at a position facing the window formed on the silicon substrate, or converts the electrical signal into an optical signal. A first semiconductor substrate on which a light-emitting element to be converted is formed, an insulating film formed on a main surface of the first semiconductor substrate, and directly bonded to the insulating film formed on the first semiconductor substrate. If a light receiving element is formed on the first semiconductor substrate, a light emitting element that converts an electrical signal into an optical signal is formed, and if a light emitting element is formed on the first semiconductor substrate, a light emitting element is formed. a second semiconductor substrate on which a light receiving element that converts a signal into an electrical signal is formed, and the electrical signal output from the light receiving element is amplified on the silicon substrate, the first semiconductor substrate, or the second semiconductor substrate. and a transistor element that outputs the amplified signal to the light emitting element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1238829A JPH03101275A (en) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | Light amplifying integrated circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP1238829A JPH03101275A (en) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | Light amplifying integrated circuit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03101275A true JPH03101275A (en) | 1991-04-26 |
Family
ID=17035894
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1238829A Pending JPH03101275A (en) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | Light amplifying integrated circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03101275A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008119379A (en) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Morita Alum Kogyo Kk | Indoor clothes-drying implement |
-
1989
- 1989-09-14 JP JP1238829A patent/JPH03101275A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008119379A (en) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Morita Alum Kogyo Kk | Indoor clothes-drying implement |
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