JPH06152266A

JPH06152266A - 光受信回路

Info

Publication number: JPH06152266A
Application number: JP29243892A
Authority: JP
Inventors: Hironori Tanaka; 広紀田中; Atsumi Kawada; 篤美川田; Junji Shigeta; 淳二重田; Hiroki Yamashita; 寛樹山下
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-10-30
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1994-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】回路を構成する素子の特性ばらつきが発生し
ても安定なゲインを得ることができ、帯域特性が良好で
高速信号処理に優れた光受信回路を提供する。【構成】フォトダイオード１０２により入力光信号を
電気信号に変換し、この信号をＦＥＴ１０１の第１のゲ
ート電極に入力する。ＦＥＴ１０１は、を出力する光−
電気信号変換手段と、該光−電気信号変換手段の出力が
接続される第１のゲート電極と、素子特性のバラツキに
応じたバイアス信号が入力される第２のゲート電極とを
備え、ドレイン電極が出力端子に接続された電界効果ト
ランジスタとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光フアイバの中を伝送
された光信号を受信して電気信号に変換し、それを増幅
するための光受信回路に係り、特に、光受信回路を構成
するためのプリアンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光信号を電気信号に変換し、増幅
する光受信回路としては、例えば、ガリウムヒソアイ
シーシンポジウムテクニカルダイジェスト、(１
９９１年) 第２０９頁から２１２頁(ＧaＡs ＩＣＳym
posium Ｔechnical Ｄigest (１９９１) ｐｐ２０９−
２１２)に記載されているようなトランスインピーダン
ス型プリアンプが一般的に用いられている。図１５にト
ランスインピーダンス型プリアンプの構成例を示す。

【０００３】図１５において、１５０１は信号増幅を行
なうＦＥＴ、１５０２は入力された光信号に応じた電流
信号を発生するフォトダイオード、１５０３はフォトダ
イオード１０２が発生した電流信号を電圧信号に変換す
ると共に、出力を入力側に帰還するための帰還抵抗、１
５０４は負荷抵抗である。このようなトランスインピー
ダンス型プリアンプは、簡単な回路構成で動作点の設定
を行なうことができ、また、動作帯域特性が比較的良好
である等の特徴を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術は、製造上発生する素子特性のばらつきに対して
安定な増幅率を得ることが困難であり、また、増幅率が
小さい等の欠点を有している。例えば、図１５に示した
トランスインピーダンス型プリアンプにおいて、ＦＥＴ
１５０１の相互コンダクタンス係数をＫ、ゲート幅を
Ｗ、しきい電圧をＶth、負荷抵抗１５０４の値をＲL、
帰還抵抗１５０３の値をＲ_F、入力信号電圧値をＶ_inと
すると、増幅率β_Tは、次式で与えられる。

【０００５】

【数１】

【０００６】一方、帰還抵抗１５０３の出力に接続する
側の端子を出力端子に代えて電源に接続してオープンル
ープ型のプリアンプを構成する場合、その増幅率β_Oは
次式で与えられる。

【０００７】

【数２】

【０００８】通常、数１におけるＲ_L／(Ｒ_L＋Ｒ_F) の値
は１より小さい。このため、オープンループ型プリアン
プのゲインは、トランスインピーダンス型プリアンプの
ゲインに比較して、大きくすることができる。しかし、
オープンループ型プリアンプは、帰還ループがないた
め、動作点が素子特性のばらつきに対して、トランスイ
ンピーダンス型の場合よりさらに大きく変動し、安定な
ゲインを得ることができない。また、フォトダイオード
１５０２からの光電流△Ｉを電圧信号に変換する帰還抵
抗１５０３については、熱雑音の観点から、十分な信号
振幅が得られるようある程度大きな値に設定する必要が
ある。このため、トランスインピーダンス型プリアンプ
と比較して、入力信号振幅が増大し、帯域特性の劣化を
招くことになる。

【０００９】本発明の目的は、これら従来の光受信回路
の問題点を解決し、素子特性の製造上のばらつきが発生
しても安定なゲインを得ることが可能であると共に、帯
域特性が良好で高速信号処理に優れた光受信回路を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光受信回路は、光信号を受信し、この光信号
に応じた電気信号を出力する光−電気信号変換手段と、
光−電気信号変換手段の出力が接続される第１のゲート
電極と素子特性のバラツキに応じたバイアス信号が入力
される第２のゲート電極を備え、ドレイン電極が出力端
子に接続された電界効果トランジスタとを有してなる。

【００１１】電界効果トランジスタの第２のゲート電極
に与えられるバイアスは、好ましくは、光受信回路を構
成する回路と等価なモニタ回路、基準電圧発生回路、お
よびこれら回路の出力を入力とし、その一方の出力をモ
ニタ回路内の電界効果トランジスタの第２のゲート電極
に接続した作動回路からなるバイアス発生回路より供給
される。

【００１２】

【作用】電界効果トランジスタの第２のゲート電極に、
素子特性のバラツキに応じたバイアス電圧を加えること
により、増幅率の大きなオープンループ型のプリアンプ
を構成した場合であっても、電界効果トランジスタの動
作点を適正な点に安定させることができ、回路の増幅率
を安定したものとすることができる。

【００１３】また、バイアス発生回路は、光受信回路と
等価なモニタ回路を用い、このモニタ回路の動作点の変
動を押さえる信号を生成することにより、素子特性の変
化に対して柔軟に対応したバイアス電圧を供給すること
ができる。

【００１４】

【実施例】図１に本発明による光受信回路の一実施例を
示す。図１において、１０１はガリウム砒素基板上に形
性されたＭＥＳＦＥＴであり、チャネル上に形成される
通常のゲート電極Ｇの他にチャネル下に形成された第２
のゲート電極ＢＧを有している。１０２はフォトダイオ
ード（ＰＤ）、１０３は電圧変換用抵抗（ＲＢ）、１０
４は負荷抵抗（ＲＬ）である。また、ＶDD１、ＶDD２、
ＶSS１、ＶSS２は電源端子である。

【００１５】入力された光信号はＰＤ１０２によって、
まず電流信号に変換される。この電流信号は、さらにＲ
Ｂ１０３によって電圧信号に変換され、ＦＥＴ１０１の
第２のゲート電極ＢＧに入力される。ＦＥＴ１０１によ
り増幅された信号は負荷抵抗１０４とＦＥＴ１０１のド
レイン電極との接続点より出力される。ＦＥＴ１０１の
ゲート電極Ｇには、所定のバイアス回路からバイアス信
号が加えられる。このバイアス信号により、回路の動作
点を最適な状態にするとともに、素子特性がばらついて
も、安定なゲインが得られるようにＦＥＴ１０１の動作
が制御される。バイアス信号の詳細については後述す
る。

【００１６】図２は、ＦＥＴ１０１の断面構造を示す模
式図である。２００は反絶縁性ガリウム砒素基板、２０
１はソース電極のオーミック接続用Ｎ型の高能度不純物
層、２０２はドレイン電極のオーミック接続用Ｎ型の高
能度不純物層、２０３はＮ型チャネル層、２０４はチャ
ネル層２０３下に形成され第２のゲート電極ＢＧを構成
するＰ型の不純物層である。また、２０５はＦＥＴのソ
ース電極、２０６はゲート電極、２０７はドレイン電極
である。

【００１７】ＢＧは、例えば、フォトマスクを用いた選
択的イオン打ち込みにより、数百ｋｅＶの打ち込みエネ
ルギーで、Ｍg イオンを２×１０¹²/ｃｍ²以上打ち込む
ことによりチャネル層２０３下の半絶縁性ガリウム砒素
基板を導電化して形成することができる。ゲート電極２
０６下のチャネル層２０３の不純物濃度は、基板表面付
近は高く、基板の厚さ方向に向かって減少して行くのが
一般的である。このため、ＢＧ２０４に付随する寄生容
量は、通常使用されているチャネル上ゲート電極の約１
/２程度の容量となる。フォトダイオード１０２の光入
射時の電流は、通常１００μＡ以下の値であり、付加さ
れる容量が増加すると、光入射、遮断時にＲＢ１０３の
端子に発生する電圧変化の速度が急激に遅くなり、帯域
特性が劣化する。従って、フォトダイオード１０２の出
力をチャネル層下に形成されたＢＧで受けることによ
り、フォトダイオード１０２に付加される容量を低減で
き、ＲＢ１０３の端子に発生する電圧変化の高速化、す
なわち、高帯域化が実現可能となる。また、熱雑音の観
点から、ＲＢ１０３の値を大きくする必要があるが、Ｒ
Ｂ１０３の値を大きくすることによりＲＢ１０３の端子
に発生する信号振幅が増加しても、高速動作を行なわせ
ることができる。

【００１８】図３は図１において、ＦＥＴ１０１のＢＧ
に入力される電圧Ｖin と出力電圧Ｖout の関係を示し
たものである。入力電圧Ｖin が上昇すると、ＦＥＴ１
０１がオフ状態から、オン状態に変化して、ＲＬ１０４
に電流が流れ、Ｖout は低下する。３００はＦＥＴ１０
１の動作点が適切な点に設定されている状態を示してお
り、Ｖin がａ' からａ'' に変化した時、出力電圧Ｖou
t はｂ' からｂ'' に変化する。この状態では、ａ' か
らａ'' の変化に対して、ｂ' からｂ'' への変化の方が
十分に大きく、信号振幅の増幅が適切に行われているこ
とがわかる。しかしながら、ＦＥＴ１０１の素子特性の
バラツキによりしきい電圧が正の方向に浅くなると、Ｆ
ＥＴ１０１の入出力特性３００は３０１、３０２と変化
し、ＦＥＴ１０１の動作点が最適な状態からはずれてし
まう。素子特性の製造上のばらつきにより、ＦＥＴ１０
１の入出力特性が設計中心値の特性３００から３０１に
ずれた場合、Ｖin がａ' からａ'' に変化してもＶout
は、ｃの状態から変化せず、増幅作用はまったく行なわ
れない。この時、チャネル上のゲート電極Ｇに正方向の
電圧を印加すると、ＦＥＴ１０１のＶth を逆に負の方
向に深くしたのと同様の現象が発生するため、入出力特
性を３０１から３００の状態に戻すことができる。３０
１から３００への特性の移動量αは、Ｖth の変化量と
ほぼ同一であり、また、ゲート電極Ｇに印加するバイア
ス電圧により、Ｖth を制御することが可能である。従
って、αの値は任意の値に連続的に設定することがで
き、素子特性ばらつきの情報を含むバイアス電圧をゲー
ト電極Ｇに印加することで、オープンループ型プリアン
プでありながら、ＦＥＴの製造ばらつきに対して、安定
なゲインを有する回路を実現することができる。

【００１９】図４には、図１におけるＦＥＴ１０１のゲ
ート電極Ｇに与えるバイアス電圧を発生するための回路
を示す。

【００２０】図４において、ＦＥＴ１０１’、フォトダ
イオード１０２’、電圧変換用抵抗１０３'、および負
荷抵抗１０４’から構成される部分は、図１に示した回
路と等価な回路であり、バイアス電圧を発生させるため
に使用されるダミー回路である。４２０、４２１、４２
２は抵抗、４１０はダイオードであり、これらの素子
は、基準となる電圧を発生させる基準電圧発生回路を構
成している。抵抗４２３、４２４、およびＦＥＴ４１
１、４１２、４１３は作動回路を構成しており、ノード
４００および４０１に入力される電圧を比較し、両者に
差が発生した場合、これを阻止する方向のフィードバッ
クループが構成されている。

【００２１】抵抗４２０、４２１、４２２およびダイオ
ード４１０から構成される基準電圧発生回路部の出力ノ
ードＡの電位Ｖ_refは、ＶSS２の電位をＶ_(SS2)、ダイ
オード４１０の順方向電圧をＶ_F、抵抗４２１、４２２
の抵抗値をＲ₁、Ｒ₂とすると次式で与えられる。

【００２２】

【数３】

【００２３】図１に示す回路の出力は、次段のＦＥＴの
ゲートに入力されるため、その最大信号振幅はショット
キーダイオードの順方向電圧で制限される。すなわち、
図３において、出力電圧値ｃとＶ_(SS2)の電位差は上記
ダイオードの順方向電圧に相当することになる。基準電
圧発生回路における抵抗４２１および４２２の抵抗値を
等しい値に設定しておけば、数３より作動回路の一方の
入力となるノード４００には、ダイオード４１０の順方
向電圧Ｖ_Fの１／２に相当する電圧をＶSS2 の電位に加
えた電圧が出力されることになる。この値は、図３にお
いて、出力電位ｂ'とｂ''の間に相当する電位であり、
オープンループ型プリアンプの動作点が、最適な状態と
なっている場合の出力電位とほぼ等しい。また、作動回
路の他方の入力となるノード４０１には、図１の光受信
回路と等価なオープンループ型プリアンプを構成するダ
ミー回路の出力が接続されており、このダミー回路の出
力が基準電圧発生回路の出力電圧と比較される。

【００２４】ノード４０１の電位がノード４００の電位
より高くなった場合の動作を以下に説明する。この場
合、図３において、当初ＦＥＴ１０１の入出力特性を３
００として設計したものが、素子特性のばらつきによ
り、入出力特性が３０１あるいは、３０２の状態になっ
たと考えることができる。このような状態では、図４に
おいて、ノード４０３の電位は低下、ノード４０２の電
位は上昇することになる。その結果、ＦＥＴ１０１’の
ゲート電極Ｇの電位が上昇し、ＦＥＴ１０１'のしき
い電圧が負の方向に深くなったと同様の現象が発生す
る。このことはすなわち、図３において、３０１あるい
は３０２であった入出力特性が、３００に近づく事を意
味している。さらに、このＶth 調整動作は、ノード４
０１の電位がノード４０２の電位と等しくなるまで、す
なわち、図３において、３００の特性が実現されるまで
続行されるため、動作点が最適な状態が実現されること
になる。なお、容量４３０および４３１はノード４００
および４０１の電位を安定化させるために設けられてい
る。

【００２５】以上述べたように、図４の回路を用いれ
ば、素子特性のばらつきに応じたバイアス電圧を自動的
に発生させることが可能となる。ノード４０２の電位を
他の図１に示した光受信回路のＦＥＴ１０１のゲート電
極Ｇに与えるバイアス信号としてＧin に入力してやれ
ば、オープンループ型プリアンプの動作点の最適化を容
易に行なうことができる。なお、フォトダイオード１０
２’は必ずしも設ける必要は無い。また、フォトダイオ
ード１０２’への漏洩光を防ぐために一定電位に固定し
た金属膜で遮蔽してもよい。

【００２６】図５は、図１に示した光受信回路のレイア
ウトパターンを示したもので、Ｐ型のＢＧはＦＥＴ部か
ら取り出され、抵抗層ＲＢ５０３の一方の端子に接続さ
れると共に、コンタクトホール５００を介して、配線層
５０１に接続される。配線層５０１は、例えば、プリア
ンプと同一基板上に形成されたＰＤ、あるいは、ハイブ
リッド、別チップに形成されたＰＤに接続される。ま
た、ＲＢ５０３の他方の端子はＶSS1 へ接続され、ＲＬ
５０４の一端はＶCC2 へ、他端はＦＥＴのドレイン電極
５１１へ接続される。ＦＥＴのチャネル上のゲート電極
５１２は、配線層５０２を介して、バイアス端子Ｇin
へ接続され、ソース電極５１３は、ＶSS2へ接続され
る。なお、抵抗層ＲＢ５０３、ＲＬ５０４は通常、イオ
ン打ち込み技術により形成可能である。

【００２７】図５において、Ａ−Ａ'断面は、図２に示
した断面図と同様の形状を有している。Ｂ−Ｂ'断面に
ついては、その断面図を図６に示す。６０１はチャネル
層であり、その下には第２のゲート電極ＢＧを形成する
不純物層６０２が形成される。６０３は、ＢＧ６０２へ
のオーミック接続を可能とするための高濃度層、６０４
は、高濃度層６０３とのオーミック接続用金属層であ
る。

【００２８】図７には、本発明の他の実施例による光受
信回路の構成図を示す。図７において、７０１はガリウ
ム砒素基板上に形性されたＭＥＳＦＥＴであり、チャネ
ル上に形成される通常のゲート電極Ｇの他にチャネル下
に形成された第２のゲート電極ＢＧを有している。７０
２はフォトダイオード（ＰＤ）、７０３は電圧変換用抵
抗（ＲＢ）、７０４は負荷抵抗（ＲＬ）である。ＲＢ７
０３の一端が出力端子に接続されている点を除いて図１
の光受信回路と同様の構成となっている。本実施例の光
受信回路は、ＲＢ７０３の一端を出力端子に接続するこ
とによりフィードバックループを設けたトランスインピ
ーダンス型プリアンプを構成している。この場合、オー
プンループ型プリアンプのように高いゲインを得ること
はできないが、ＦＥＴ７０１のＢＧに付随する寄生容量
が低減されるため、帯域特性はさらに改善される。

【００２９】図８は、さらに、差動型のプリアンプに本
発明を適用した場合の一実施例の回路構成を示してい
る。

【００３０】図８において、８１１は光信号が入力され
るフォトダイオード（ＰＤＡ）、８１２はフォトダイオ
ード（ＰＤＢ）、８２３および８２４は電圧変換用抵抗
（ＲＢ）、８１３および８１４は、フォトダイオード８
１１、８１２からの信号をチャネル下に形成されたゲー
ト電極ＢＧで受けるＦＥＴ、８２１および８２２はＦＥ
Ｔ８２３、８２４の負荷となる抵抗である。また、８１
５は定電流源を構成するＦＥＴである。

【００３１】ＦＥＴ８１３、８１４、８１５および負荷
抵抗８２１、８２２は回路は作動回路を構成しており、
出力は、ＦＥＴ８１３のドレイン電極と負荷抵抗８２１
の接続点、または、ＦＥＴ８１４のドレイン電極と負荷
抵抗８２２の接続点より得られる。抵抗８２５、８２６
および８２７からなる回路は、ＦＥＴ８１３および８１
４のチャネル上のゲート電極へのバイアス供給用の回路
で、抵抗８２６の両端に発生する電位差をもつバイアス
電圧をがＦＥＴ８１３および８１４のゲート電極Ｇに加
えられる。ＦＥＴ８１３および８１４のゲート電極Ｇに
与えられるバイアスの電位差は、ＰＤＡ８１１に光が照
射されたときとされないときとで、ノード８００および
８０１の電位関係が反転するように設定される。

【００３２】図９は、図８の回路のレイアウトパターン
を示したもので、ＰＤＡ８１１、ＰＤＢ８１２がプリア
ンプと同一基板上に形成された場合において、ＰＤＡ８
１１に入射された光が、ＰＤＢ８１２に悪影響を与えな
いよう差動回路に対して対称に配置してある。また、さ
らに、漏洩光の影響を避けるため、図９においては、Ｐ
ＤＢ８１２の上部に一定電位に固定された遮蔽用金属膜
９００が設けてある。なお、図中ＢＧＡ、ＢＧＢはそれ
ぞれＦＥＴ８１３および８１４のチャネル層の下に形成
されるゲート電極ＢＧを示している。

【００３３】なお、ＰＤＢ８１２は、ダミーのフォトダ
イオードであり、特にこれを設けなくても本回路を動作
させることは可能である。

【００３４】図１０は、本発明の光受信回路のさらに他
の実施例を示す構成図である。本実施例は、ＦＥＴのチ
ャネル層の上に形成されたゲート電極でフォトダイオー
ド（ＰＤ）１００２からの信号を受け、チャネル層の下
に形成された第２のゲート電極（ＢＧ）にバイアスが与
えられる点のみ図１の光受信回路と相違している。フォ
トダイオード１００２、電圧変換用抵抗１００３、負荷
抵抗１００４の機能は図１の光受信回路と同様である。
本実施例では、ＰＤ１００２に付随する寄生容量の低減
は期待できないが、ＦＥＴ１００１のＢＧにバイアス電
位を印加することで、オープンループゲイン型アンプの
高いゲインを維持しつつ安定動作を可能としたものであ
る。

【００３５】図１１には、ＦＥＴ１００１の断面構造図
を示す。図１１において、１１００は反絶縁性ガリウム
砒素基板、１１０１はソース電極のオーミック接続用Ｎ
型の高能度不純物層、１１０２はドレイン電極のオーミ
ック接続用Ｎ型の高能度不純物層、１１０３はＮ型チャ
ネル層、１１０４はチャネル層２０３下に形成され第２
のゲート電極ＢＧを構成するＰ型の不純物層である。本
実施例では、ＦＥＴ１００１のＢＧは単なるバイアス印
加用として使用するため、第１の実施例のように、微細
化する必要はない。

【００３６】図１２は、図１０の回路の一部のレイアウ
トパターンを示したものであり、断面Ａ−Ａ'は図１１
と、断面Ｂ−Ｂ'は図６と同様の断面図となる。

【００３７】図１３は、図１０に示す光受信回路の変形
例を示す構成図である。図１３において、１３０１はＦ
ＥＴであり、チャネル上に形成される通常のゲート電極
Ｇの他にチャネル下に形成された第２のゲート電極ＢＧ
を有している。１３０２はフォトダイオード（ＰＤ）、
１３０３は電圧変換用抵抗（ＲＢ）、１３０４は負荷抵
抗（ＲＬ）である。ＲＢ１３０３の一端が出力端子に接
続されている点を除いて図１０の光受信回路と同様の構
成となっている。本回路によれば、Ｇin よりＦＥＴ１
３０１のＢＧに与えられるバイアス電圧を制御すること
によって、素子特性ばらつきに応じて動作点を変えるこ
とが可能なトランスインピーダンス型プリアンプを実現
することができる。

【００３８】図１４には、図１０の回路を用いて差動回
路を構成した光受信回路の構成図を示す。図１４におい
て、作動回路は、ＦＥＴ１４１３、１４１４、１４１５
および負荷抵抗１４２１、１４２２により構成される。
ＦＥＴ１４１３のチャネル層上のゲート電極には、フォ
トダイオード１４１１に入力された光信号に応じた電圧
信号が加えられる。また、ＦＥＴ１４１４のチャネル層
上のゲート電極には、フォトダイオード１４１２および
電圧変換用抵抗１４２４で構成されるダミー回路からの
信号が接続されている。抵抗１４２５、１４２６、およ
び１４２７は、バイアス発生用の回路で、ＦＥＴ１４１
３、１４１４のＢＧに与えられるバイアス電圧は、抵抗
１４２６の両端に発生する電位差に等しい電位差を有し
ている。これにより、フォトダイオード１４１４に光が
照射された場合、ノード１４００、１４０１の電位関係
を反転させて、ノード１４００または１４０１より入力
光信号に応じた出力を得ている。本実施例においても図
８に示した実施例と同様に、フォトダイオード１４１２
を省略することができる。

【００３９】なお、以上述べた実施例では、ＦＥＴとし
て主にエンハンスメト型ＦＥＴを用いて説明したが、本
発明はこれに限るものではなく、エンハンスメント型、
デプレッション型いずれの型のＦＥＴを用いて構成して
も構わない。また、本発明の範囲内において種々の変更
を加えられることはいうまでもない。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、プリアンプを構成する
ＦＥＴの素子特性の製造上のばらつきによる動作点の変
動を補償し、安定なゲインを得ることが可能である。さ
らに、帯域特性が良好で高速信号処理に優れた光受信回
路を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による光受信回路の構成図。

【図２】本発明に用いられるＦＥＴのデバイス構造を示
す断面図。

【図３】本発明の動作説明図。

【図４】本発明の一実施例によるバイアス供給回路の構
成図。

【図５】本発明の一実施例による光受信回路のレイアウ
ト図。

【図６】本発明の一実施例による光受信回路の断面図。

【図７】本発明の他の実施例による光受信回路の構成
図。

【図８】本発明のさらに他の実施例による光受信回路の
構成図。

【図９】図８に示す光受信回路のレイアウト図。

【図１０】本発明の他の実施例による光受信回路の構成
図。

【図１１】図１０に示す光受信回路を構成するＦＥＴの
デバイス構造を示す断面図。

【図１２】図１０に示す光受信回路のレイアウト図。

【図１３】本発明の他の実施例による光受信回路の構成
図。

【図１４】本発明の他の実施例による光受信回路の構成
図。

【図１５】従来の光受信回路の構成図。

【符号の説明】

１０１…接合型電界効果トランジスタ(ＦＥＴ)、１０２
…フォトダイオード、１０３…電圧変換用抵抗、１０４
…負荷抵抗、２００…反絶縁性基板、２０１、２０２…
高濃度不純物層、２０３…チャネル層、２０４…チャネ
ル下部ゲート電極、２０５…ソース電極、２０６…チャ
ネル上部ゲート電極、２０７…Ｄ…ドレイン電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山下寛樹東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光信号を受信し、該光信号に応じた電気信
号を出力する光−電気信号変換手段と、該光−電気信号
変換手段の出力が接続される第１のゲート電極と、素子
特性のバラツキに応じたバイアス信号が入力される第２
のゲート電極とを備え、ドレイン電極が出力端子に接続
された電界効果トランジスタとを有することを特徴とす
る光受信回路。
【請求項２】前記電界効果トランジスタはガリウム砒素
基板上に形成され、前記第１のゲート電極が前記電界効
果トランジスタのチャネル層の下部に形成され、前記第
２のゲート電極が前記チャネル層の上部に形成されたこ
とを特徴とする請求項１記載の光受信回路。
【請求項３】前記第１のゲート電極は前記チャネル層と
は異なる導電型の不純物層からなり、前記第２のゲート
電極は前記チャネル層上にショットキー接合を形成して
設けられた金属層からなることを特徴とする請求項２記
載の光受信回路。
【請求項４】前記電界効果トランジスタはガリウム砒素
基板上に形成され、前記第１のゲート電極が前記電界効
果トランジスタのチャネル層の上部に形成され、前記第
２のゲート電極が前記チャネル層の下部に形成されたこ
とを特徴とする請求項１記載の光受信回路。
【請求項５】前記第１のゲート電極は前記チャネル層上
にショットキー接合を形成して設けられた金属層からな
り、前記第２のゲート電極は前記チャネル層とは異なる
導電型の不純物層からなることを特徴とする請求項４記
載の光受信回路。
【請求項６】前記光−電気信号変換手段は、カソードが
第１の電源に接続され、アノードが前記電界効果トラン
ジスタの第１のゲート電極に接続されたフォトダイオー
ドと、一端が前記フォトダイオードのアノードに接続さ
れ、他端が第２の電源に接続された抵抗とを含んでなる
ことを特徴とする請求項１乃至５記載の光受信回路。
【請求項７】前記光−電気信号変換手段は、カソードが
第１の電源に接続され、アノードが前記電界効果トラン
ジスタの第１のゲート電極に接続されたフォトダイオー
ドと、一端が前記フォトダイオードのアノードに接続さ
れ、他端が出力に接続された抵抗とを含んでなることを
特徴とする請求項１乃至５記載の光受信回路。
【請求項８】前記光−電気信号変換手段および前記電界
効果トランジスタを含んでなる回路部と等価なモニタ回
路と、基準となる電圧を発生する基準電圧発生回路と、
前記モニタ回路および基準電圧発生回路の出力を受け、
一方の出力を前記モニタ回路を構成する電界効果トラン
ジスタの第１のゲート電極に接続した作動回路とを有
し、前記一方の出力を前記バイアス信号として用いるこ
とを特徴とする請求項１乃至７記載の光受信回路。
【請求項９】前記モニタ回路内のフォトダイオードに、
漏洩光を防止する一定電位に固定された遮蔽板を設けた
ことを特徴とする請求項８記載の光受信回路。
【請求項１０】光信号を受信し、該光信号に応じた電気
信号を出力する光−電気信号変換手段と、該光−電気信
号変換手段と等価なモニタ回路と、２つのゲート電極を
備え第１のゲート電極に前記光−電気信号変換手段の出
力が接続され、第２のゲート電極に第１のバイアス電圧
が与えられた第１の電界効果トランジスタと、２つのゲ
ート電極を備え第１のゲート電極に前記モニタ回路の出
力が接続され、第２のゲート電極に第２のバイアス電圧
が与えられ、前記第１の電界効果トランジスタと共に作
動回路を構成する第２の電界効果トランジスタとを有
し、前記第１または第２の電界効果トランジスタのドレ
イン電極から出力を取り出すことを特徴とする光受信回
路。
【請求項１１】前記第１及び第２の電界効果トランジス
タはガリウム砒素基板上に形成され、前記第１のゲート
電極が前記電界効果トランジスタのチャネル層の下部に
形成され、前記第２のゲート電極が前記チャネル層の上
部に形成されたことを特徴とする請求項１０記載の光受
信回路。
【請求項１２】前記第１及び第２の電界効果トランジス
タはガリウム砒素基板上に形成され、前記第１のゲート
電極が前記電界効果トランジスタのチャネル層の上部に
形成され、前記第２のゲート電極が前記チャネル層の下
部に形成されたことを特徴とする請求項１０記載の光受
信回路。
【請求項１３】前記光−電気信号変換手段は、カソード
が第１の電源に接続され、アノードが前記第１の電界効
果トランジスタの第１のゲート電極に接続されたフォト
ダイオードと、一端が前記フォトダイオードのアノード
に接続され、他端が第２の電源に接続された抵抗とを含
んでなることを特徴とする請求項１０乃至１２記載の光
受信回路。
【請求項１４】前記モニタ回路はカソードが前記第１の
電源に接続され、アノードが前記第２の電界効果トラン
ジスタの第１のゲート電極に接続されたフォトダイオー
ドと、一端が前記フォトダイオードのアノードに接続さ
れ、他端が前記第２の電源に接続された抵抗とを含んで
なることを特徴とする請求項１３記載の光受信回路。
【請求項１５】前記光受信回路は同一の基板上に形成さ
れ、光−電気信号変換手段と前記モニタ回路は、前記第
１及び第２の電界効果トランジスタを介して対称に配置
されていることを特徴とする請求項１４記載の光受信回
路。
【請求項１６】前記モニタ回路内のフォトダイオード
は、一定電位に固定され漏洩光を防止する遮蔽手段を備
えてなることを特徴とする請求項１４または１５記載の
光受信回路。
【請求項１７】前記モニタ回路は一端が前記第２の電界
効果トランジスタの第１のゲート電極に接続され他端が
前記第２の電源に接続された抵抗からなることを特徴と
する請求項１３記載の光受信回路。
【請求項１８】前記第１及び第２のバイアス電圧は、前
記光−電気信号変換手段への光入力の変化に応じて前記
第１及び第２の電界効果トランジスタのドレイン電極の
電位関係が反転するように定められることを特徴とする
請求項１０ないし１７記載の光受信回路。