JPH06275862A - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
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- JPH06275862A JPH06275862A JP5745193A JP5745193A JPH06275862A JP H06275862 A JPH06275862 A JP H06275862A JP 5745193 A JP5745193 A JP 5745193A JP 5745193 A JP5745193 A JP 5745193A JP H06275862 A JPH06275862 A JP H06275862A
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- JP
- Japan
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- light
- ega
- egb
- input
- layer
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- Led Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】受光及び発光機能を有し、光通信における双方
向通信を可能にする半導体素子を提供する。 【構成】本発明の半導体素子は、半導体積層構造からな
り、駆動電圧が順方向、逆方向どちらの場合でもベース
電流もしくは入力光に対して利得を持ちかつベース端子
１８を有しかつコレクタ１３、ベース１２、エミッタ１
１の禁制帯幅がそれぞれEgc、Egb、Ege であるフォトト
ランジスタ１のコレクタ１３と、ダブルヘテロ構造を有
しかつｎクラッド層１３、活性層１４、ｐクラッド層１
５の禁制帯幅がそれぞれEgcn、Ega、Egcp である発光ダ
イオード２のカソードが電気的に直列に接続され、かつ
光の入出射方向と同一方向に集積化され、かつ光の入出
力を同一の光入出射窓２１から行い、かつ各層の禁制帯
幅が、Ega≧Egb、Egcn＞Ega、Egcp＞Ega、Ega＜Egc、Eg
e≧Egb であり、入射光の主ピークエネルギーに対してE
ga は同等であることを特徴とする。
向通信を可能にする半導体素子を提供する。 【構成】本発明の半導体素子は、半導体積層構造からな
り、駆動電圧が順方向、逆方向どちらの場合でもベース
電流もしくは入力光に対して利得を持ちかつベース端子
１８を有しかつコレクタ１３、ベース１２、エミッタ１
１の禁制帯幅がそれぞれEgc、Egb、Ege であるフォトト
ランジスタ１のコレクタ１３と、ダブルヘテロ構造を有
しかつｎクラッド層１３、活性層１４、ｐクラッド層１
５の禁制帯幅がそれぞれEgcn、Ega、Egcp である発光ダ
イオード２のカソードが電気的に直列に接続され、かつ
光の入出射方向と同一方向に集積化され、かつ光の入出
力を同一の光入出射窓２１から行い、かつ各層の禁制帯
幅が、Ega≧Egb、Egcn＞Ega、Egcp＞Ega、Ega＜Egc、Eg
e≧Egb であり、入射光の主ピークエネルギーに対してE
ga は同等であることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信等における光接
続及び光交換の基本となる素子であって、発光及び受光
の機能を有する半導体素子に関する。
続及び光交換の基本となる素子であって、発光及び受光
の機能を有する半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子機器内でのボード間や電子機器同士
の屋内での短距離の通信に、光ファイバーを数本束ねた
光ファイバーアレーを用いる研究が、近年盛んに行なわ
れている。例えば、「James W.Parker，IEEE Jounal of
Lightwave Technology，Vol.9,No.12，p.1764（199
1），”Optical Interconnection for Advanced Proces
sorSystems"」がある。このような用途に光ファイバー
アレーを用いる場合、従来のフラットケーブル等におけ
るコネクタと同じような簡便で安価な接続方法が必要で
ある。このため送信に発光ダイオードを、受信にはｐｉ
ｎ型フォトダイオードを用い、それぞれをモジュール化
し、送信用モジュール、受信用モジュールを構成する方
法が考案されている。このようなものとしては、「金子
秀樹 他、電子情報通信学会春期全国大会講演論文集、
4-331（1990）」がある。ここで、これまで考案されてい
るモジュールのほとんどは、受信もしくは送信専用であ
り、このことから必然的に、それぞれの光ファイバーは
必ず一方向のみの通信となっている。
の屋内での短距離の通信に、光ファイバーを数本束ねた
光ファイバーアレーを用いる研究が、近年盛んに行なわ
れている。例えば、「James W.Parker，IEEE Jounal of
Lightwave Technology，Vol.9,No.12，p.1764（199
1），”Optical Interconnection for Advanced Proces
sorSystems"」がある。このような用途に光ファイバー
アレーを用いる場合、従来のフラットケーブル等におけ
るコネクタと同じような簡便で安価な接続方法が必要で
ある。このため送信に発光ダイオードを、受信にはｐｉ
ｎ型フォトダイオードを用い、それぞれをモジュール化
し、送信用モジュール、受信用モジュールを構成する方
法が考案されている。このようなものとしては、「金子
秀樹 他、電子情報通信学会春期全国大会講演論文集、
4-331（1990）」がある。ここで、これまで考案されてい
るモジュールのほとんどは、受信もしくは送信専用であ
り、このことから必然的に、それぞれの光ファイバーは
必ず一方向のみの通信となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような送信、受
信モジュールを用いてデータバスのような双方向の通信
が必要とされるものを構成した場合、１チャンネル当り
２本の光ファイバーが必要となり、コスト高や接続の手
間がかかるという問題が生じる。本発明は上記事情に鑑
みなされたものであって、受光及び発光機能を有し、１
チャンネル当り１本の光ファイバーでデータバスのよう
な双方向通信を可能とする半導体素子を提供することを
目的とする。
信モジュールを用いてデータバスのような双方向の通信
が必要とされるものを構成した場合、１チャンネル当り
２本の光ファイバーが必要となり、コスト高や接続の手
間がかかるという問題が生じる。本発明は上記事情に鑑
みなされたものであって、受光及び発光機能を有し、１
チャンネル当り１本の光ファイバーでデータバスのよう
な双方向通信を可能とする半導体素子を提供することを
目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体素子は、駆動電圧が順方向、逆方向
どちらの場合でもベース電流もしくは入力光に対して利
得を持ちかつベース端子を有し、半導体積層構造からな
っており、少なくと３層構造で基本的にｎｐｎの電気伝
導型の積層構造を有しかつコレクタ、ベース、エミッタ
の禁制帯幅がそれぞれEgc、Egb、Ege であるフォトトラ
ンジスタと、半導体積層構造から構成されており基本的
にｐｎの電気伝導型を有しておりダブルヘテロ型の層構
造を有しかつｎクラッド層、活性層、ｐクラッド層の禁
制帯幅がそれぞれEgcn、Ega、Egcpである発光ダイオー
ドにより構成されている。そして、このフォトトランジ
スタのコレクタと発光ダイオードのカソードは電気的に
直列に接続されており、かつ光の入出射方向と同一方向
に集積化されており、かつ光の入出力を同一の光入出射
窓から行ない、かつ各層の禁制帯幅が、 Ega≧Egb Egcn＞Ega Egcp＞Ega Ega＜Egc Ege≧Egb であり、入射光の主ピークエネルギーに対してEga は同
等であることを特徴としている。
め、本発明の半導体素子は、駆動電圧が順方向、逆方向
どちらの場合でもベース電流もしくは入力光に対して利
得を持ちかつベース端子を有し、半導体積層構造からな
っており、少なくと３層構造で基本的にｎｐｎの電気伝
導型の積層構造を有しかつコレクタ、ベース、エミッタ
の禁制帯幅がそれぞれEgc、Egb、Ege であるフォトトラ
ンジスタと、半導体積層構造から構成されており基本的
にｐｎの電気伝導型を有しておりダブルヘテロ型の層構
造を有しかつｎクラッド層、活性層、ｐクラッド層の禁
制帯幅がそれぞれEgcn、Ega、Egcpである発光ダイオー
ドにより構成されている。そして、このフォトトランジ
スタのコレクタと発光ダイオードのカソードは電気的に
直列に接続されており、かつ光の入出射方向と同一方向
に集積化されており、かつ光の入出力を同一の光入出射
窓から行ない、かつ各層の禁制帯幅が、 Ega≧Egb Egcn＞Ega Egcp＞Ega Ega＜Egc Ege≧Egb であり、入射光の主ピークエネルギーに対してEga は同
等であることを特徴としている。
【０００５】
【作用】本発明の半導体素子では、発光ダイオードのア
ノードとフォトトランジスタのエミッタ間を発光ダイオ
ードのアノード側が正になるようにバイアスした場合
は、Egcn＞Egaであることから発光ダイオードから出射
した光はフォトトランジスタに到達する。ここで、もし
Egc≦Ega、Egb≦Egaであるとすると、発光ダイオードと
フォトトランジスタとの間で光の正帰還が生じ、ベース
電流と出力光の間にヒステリシス特性を有するようにな
る。しかし、本発明によれば、Egc＞Egaであることから
光の正帰還量は上記の場合に比べて小さくベース電流と
出力光との間にヒステリシスの無い特性が得られやすく
なる。この結果、フォトトランジスタは発光ダイオード
の駆動トランジスタとして働き、ベース電流に応じた光
が発光ダイオードから出射され、全体として発光素子と
して機能する。
ノードとフォトトランジスタのエミッタ間を発光ダイオ
ードのアノード側が正になるようにバイアスした場合
は、Egcn＞Egaであることから発光ダイオードから出射
した光はフォトトランジスタに到達する。ここで、もし
Egc≦Ega、Egb≦Egaであるとすると、発光ダイオードと
フォトトランジスタとの間で光の正帰還が生じ、ベース
電流と出力光の間にヒステリシス特性を有するようにな
る。しかし、本発明によれば、Egc＞Egaであることから
光の正帰還量は上記の場合に比べて小さくベース電流と
出力光との間にヒステリシスの無い特性が得られやすく
なる。この結果、フォトトランジスタは発光ダイオード
の駆動トランジスタとして働き、ベース電流に応じた光
が発光ダイオードから出射され、全体として発光素子と
して機能する。
【０００６】発光ダイオードのアノードとフォトトラン
ジスタのエミッタ間を発光ダイオードのアノードが負に
なるようにバイアスした場合、バイアス電圧が発光ダイ
オードの逆方向降伏電圧以上のとき、フォトトランジス
タはバイアスされる。ここで、入力光のエネルギー（主
ピークエネルギー）をEin とすると、 Ein＝Ega Ega≧Egb Egcn＞Ega Egcp＞Ega Ega＜Egc であることから、入力光は一部が発光ダイオードの活性
層で吸収されるものの、残りはフォトトランジスタのベ
ース領域まで到達することができる。このため、入力光
量に応じた出力電流が得られる。このとき、発光ダイオ
ードは逆バイアスであることから光は出射されず、素子
は受光素子としてのみ機能する。
ジスタのエミッタ間を発光ダイオードのアノードが負に
なるようにバイアスした場合、バイアス電圧が発光ダイ
オードの逆方向降伏電圧以上のとき、フォトトランジス
タはバイアスされる。ここで、入力光のエネルギー（主
ピークエネルギー）をEin とすると、 Ein＝Ega Ega≧Egb Egcn＞Ega Egcp＞Ega Ega＜Egc であることから、入力光は一部が発光ダイオードの活性
層で吸収されるものの、残りはフォトトランジスタのベ
ース領域まで到達することができる。このため、入力光
量に応じた出力電流が得られる。このとき、発光ダイオ
ードは逆バイアスであることから光は出射されず、素子
は受光素子としてのみ機能する。
【０００７】また、フォトトランジスタと発光ダイオー
ドは光の入出射方向と同一の方向に集積化され、かつ光
の入出力が同一の光入出射窓から行なわれることから、
光ファイバーとの結合が容易になり、複雑な光学系を用
いること無く、１チャンネル当り一本の光ファイバーで
双方向の光通信が可能になる。だが、この場合、入出力
光の波長が同一であるためにその分離が困難であること
や、素子が原理的に受発光の機能を同時に行なえないこ
と等から、送信と受信を同時に行なうことはできない。
しかし、例えばデータバスのように送信と受信は決して
同時には行なわれず送信と受信が時系列で行なわれるよ
うなシステムに対しては有効なものとなる。
ドは光の入出射方向と同一の方向に集積化され、かつ光
の入出力が同一の光入出射窓から行なわれることから、
光ファイバーとの結合が容易になり、複雑な光学系を用
いること無く、１チャンネル当り一本の光ファイバーで
双方向の光通信が可能になる。だが、この場合、入出力
光の波長が同一であるためにその分離が困難であること
や、素子が原理的に受発光の機能を同時に行なえないこ
と等から、送信と受信を同時に行なうことはできない。
しかし、例えばデータバスのように送信と受信は決して
同時には行なわれず送信と受信が時系列で行なわれるよ
うなシステムに対しては有効なものとなる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。本実施例の半導体素子は半導体積層構造か
らなり、例えば、半導体基板にｐｎｐｎの電気伝導型を
有する半導体積層膜を作製してその片側のｐｎの部分を
発光ダイオード、もう片側のｎｐｎの部分をフォトトラ
ンジスタとし、金属などで電極を取り出すことで構成
し、前述した動作を行なうものである。ここで、図１は
本発明の一実施例を示す半導体素子の回路構成図であ
る。本実施例の半導体素子は、駆動電圧が順方向、逆方
向どちらの場合でもベース電流もしくは入力光に対して
利得を持ちかつベース端子を有しかつコレクタ(Ｃ)、ベ
ース(Ｂ)、エミッタ(Ｅ)の禁制帯幅がそれぞれEgc、Eg
b、Ege であるフォトトランジスタ１と、ダブルヘテロ
構造を有しかつｎクラッド、活性層、ｐクラッドの禁制
帯幅がそれぞれEgcn、Ega、Egcp である発光ダイオード
２によって構成され、かつ各層の禁制帯幅が、 Ega≧Egb Egcn＞Ega Egcp＞Ega Ega＜Egc Ege≧Egb であり、入射光の主ピークエネルギーに対してEga は同
等であり、駆動回路として電圧源３と、回路全体を流れ
る電流を制限する負荷抵抗４が設けられている。また、
フォトトランジスタ１と発光ダイオード２は直列に接続
され負荷抵抗４を介して電圧源３に接続されている。
に説明する。本実施例の半導体素子は半導体積層構造か
らなり、例えば、半導体基板にｐｎｐｎの電気伝導型を
有する半導体積層膜を作製してその片側のｐｎの部分を
発光ダイオード、もう片側のｎｐｎの部分をフォトトラ
ンジスタとし、金属などで電極を取り出すことで構成
し、前述した動作を行なうものである。ここで、図１は
本発明の一実施例を示す半導体素子の回路構成図であ
る。本実施例の半導体素子は、駆動電圧が順方向、逆方
向どちらの場合でもベース電流もしくは入力光に対して
利得を持ちかつベース端子を有しかつコレクタ(Ｃ)、ベ
ース(Ｂ)、エミッタ(Ｅ)の禁制帯幅がそれぞれEgc、Eg
b、Ege であるフォトトランジスタ１と、ダブルヘテロ
構造を有しかつｎクラッド、活性層、ｐクラッドの禁制
帯幅がそれぞれEgcn、Ega、Egcp である発光ダイオード
２によって構成され、かつ各層の禁制帯幅が、 Ega≧Egb Egcn＞Ega Egcp＞Ega Ega＜Egc Ege≧Egb であり、入射光の主ピークエネルギーに対してEga は同
等であり、駆動回路として電圧源３と、回路全体を流れ
る電流を制限する負荷抵抗４が設けられている。また、
フォトトランジスタ１と発光ダイオード２は直列に接続
され負荷抵抗４を介して電圧源３に接続されている。
【０００９】次にこの回路の動作を説明する。図１
（ａ）に示すように、発光ダイオード２に対して順方向
にバイアスされた状態では、Egcn＞Ega であることか
ら、発光ダイオード２から出射した光はフォトトランジ
スタ１に到達する。また、Egc＞Egaであることから光の
正帰還量は小さくベース電流と出力光との間にヒステリ
シスの無い特性が得られやすくなる。この結果、フォト
トランジスタ１は発光ダイオード２の駆動トランジスタ
として働き、入力電流５に応じた出力６が発光ダイオー
ド２から出力される。また、図１（ｂ）に示すように、
発光ダイオード２に対して逆方向にバイアスされた状態
では、駆動電圧が発光ダイオード２の逆方向降伏電圧以
上の場合、フォトトランジスタ１はバイアスされる。こ
こで入力光７のエネルギーをEin とすると、 Ein＝Ega Ega≧Egb Egcn＞Ega Egcp＞Ega Ega＜Egc であることから、入力光７は一部が発光ダイオード２の
活性層で吸収されるものの、残りはフォトトランジスタ
１のベース領域まで到達することができ、入力光７に応
じた出力電流８が得られる。このとき、発光ダイオード
２は逆バイアスであることから光は出射されず、回路は
光検出器としてのみ動作する。以上のようにして、発光
及び受光の機能を有する半導体素子が得られる。
（ａ）に示すように、発光ダイオード２に対して順方向
にバイアスされた状態では、Egcn＞Ega であることか
ら、発光ダイオード２から出射した光はフォトトランジ
スタ１に到達する。また、Egc＞Egaであることから光の
正帰還量は小さくベース電流と出力光との間にヒステリ
シスの無い特性が得られやすくなる。この結果、フォト
トランジスタ１は発光ダイオード２の駆動トランジスタ
として働き、入力電流５に応じた出力６が発光ダイオー
ド２から出力される。また、図１（ｂ）に示すように、
発光ダイオード２に対して逆方向にバイアスされた状態
では、駆動電圧が発光ダイオード２の逆方向降伏電圧以
上の場合、フォトトランジスタ１はバイアスされる。こ
こで入力光７のエネルギーをEin とすると、 Ein＝Ega Ega≧Egb Egcn＞Ega Egcp＞Ega Ega＜Egc であることから、入力光７は一部が発光ダイオード２の
活性層で吸収されるものの、残りはフォトトランジスタ
１のベース領域まで到達することができ、入力光７に応
じた出力電流８が得られる。このとき、発光ダイオード
２は逆バイアスであることから光は出射されず、回路は
光検出器としてのみ動作する。以上のようにして、発光
及び受光の機能を有する半導体素子が得られる。
【００１０】次に、図３は本発明による半導体素子の応
用実施例を示す光通信システムの説明図である。本実施
例は、本発明による半導体素子３６を駆動用集積回路３
５と共にモジュール化し、該モジュール３４をパーソナ
ルコンピュータ等のＣＰＵ３０側のコネクタ３１及び周
辺機器３３のコネクタ３２にそれぞれ接続し、両モジュ
ール３４間を光ファイバー３７によって接続した例であ
る。上記したように、本発明の半導体素子によれば受光
と発光を同一の素子で行なうことができるため、１チャ
ンネル当り一本の光ファイバーで接続を行なうことがで
き、受光及び発光をそれぞれ専用のモジュールで行なう
従来の方法に比べて使用する光ファイバーの本数を大幅
に減らすことができる。
用実施例を示す光通信システムの説明図である。本実施
例は、本発明による半導体素子３６を駆動用集積回路３
５と共にモジュール化し、該モジュール３４をパーソナ
ルコンピュータ等のＣＰＵ３０側のコネクタ３１及び周
辺機器３３のコネクタ３２にそれぞれ接続し、両モジュ
ール３４間を光ファイバー３７によって接続した例であ
る。上記したように、本発明の半導体素子によれば受光
と発光を同一の素子で行なうことができるため、１チャ
ンネル当り一本の光ファイバーで接続を行なうことがで
き、受光及び発光をそれぞれ専用のモジュールで行なう
従来の方法に比べて使用する光ファイバーの本数を大幅
に減らすことができる。
【００１１】次に、本発明による半導体素子の構成の実
施例について詳細に説明する。図２は本発明による半導
体素子の一構成例を示す断面図である。この実施例で
は、ｎ−ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａ
ｓエミッタ層１１（キャリア濃度３×１０18、膜厚０．
２μｍ）、ｐ−ＧａＡｓベース層１２（キャリア濃度
５．５×１０18、膜厚０．０５μｍ）、ｎ−Ａｌ0.4Ｇ
ａ0.6Ａｓコレクタ兼クラッド層１３（キャリア濃度３
×１０17、膜厚１μｍ）、ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ活性
層１４（キャリア濃度８×１０16、膜厚０．２μｍ）、
ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層１５（キャリア濃度
１×１０18、膜厚１μｍ）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１６（キャリア濃度１×１０19、膜厚０．２μｍ）を順
次に積層した積層構造を有し、基板１０側から順に３層
１１〜１３がｎｐｎフォトトランジスタ１を構成し、そ
の上の３層１３〜１５が発光ダイオード２を構成する。
施例について詳細に説明する。図２は本発明による半導
体素子の一構成例を示す断面図である。この実施例で
は、ｎ−ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａ
ｓエミッタ層１１（キャリア濃度３×１０18、膜厚０．
２μｍ）、ｐ−ＧａＡｓベース層１２（キャリア濃度
５．５×１０18、膜厚０．０５μｍ）、ｎ−Ａｌ0.4Ｇ
ａ0.6Ａｓコレクタ兼クラッド層１３（キャリア濃度３
×１０17、膜厚１μｍ）、ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ活性
層１４（キャリア濃度８×１０16、膜厚０．２μｍ）、
ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層１５（キャリア濃度
１×１０18、膜厚１μｍ）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１６（キャリア濃度１×１０19、膜厚０．２μｍ）を順
次に積層した積層構造を有し、基板１０側から順に３層
１１〜１３がｎｐｎフォトトランジスタ１を構成し、そ
の上の３層１３〜１５が発光ダイオード２を構成する。
【００１２】フォトトランジスタ１は駆動電圧が順方
向、逆方向どちらの場合でもゲインを有するようにダブ
ルヘテロ接合フォトトランジスタとし、発光ダイオード
２はダブルヘテロ接合構造となっている。また、素子は
絶縁層１９によって被覆され、上部コンタクト電極１７
はｐ−ＧａＡｓコンタクト層１６上に開けられた絶縁層
１９の穴を通してｐ−ＧａＡｓコンタクト層１６に接し
ている。また、ベース電極１８はｐ−ＧａＡｓベース層
１２上に開けられた絶縁層１９の穴を通してｐ−ＧａＡ
ｓベース層１２に接している。また、ｐ−ＧａＡｓコン
タクト層１６のうち上部コンタクト電極１７と接してい
ない部分の一部がｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層１
５まで穴開けされ光入出射窓２１を形成している。ま
た、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の裏面側には下部コンタクト
電極２０が設けられている。
向、逆方向どちらの場合でもゲインを有するようにダブ
ルヘテロ接合フォトトランジスタとし、発光ダイオード
２はダブルヘテロ接合構造となっている。また、素子は
絶縁層１９によって被覆され、上部コンタクト電極１７
はｐ−ＧａＡｓコンタクト層１６上に開けられた絶縁層
１９の穴を通してｐ−ＧａＡｓコンタクト層１６に接し
ている。また、ベース電極１８はｐ−ＧａＡｓベース層
１２上に開けられた絶縁層１９の穴を通してｐ−ＧａＡ
ｓベース層１２に接している。また、ｐ−ＧａＡｓコン
タクト層１６のうち上部コンタクト電極１７と接してい
ない部分の一部がｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層１
５まで穴開けされ光入出射窓２１を形成している。ま
た、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の裏面側には下部コンタクト
電極２０が設けられている。
【００１３】次に、図２に示す構成の半導体素子の作製
プロセスについて説明する。まず、ｎ−ＧａＡｓ基板１
０上に上述の各層１１〜１６を有機金属気相成長法を用
いたエピタキシャル成長によって積層する。続いて通常
のフォトリソグラフィー技術により、ウェットエッチン
グ法を用いてｐ−ＧａＡｓコンタクト層１６からｎ−Ａ
ｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓコレクタ兼クラッド層１３までをメサ
状にエッチングする。次に、同様にｐ−ＧａＡｓベース
層１２からｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓエミッタ層１１まで
を上述のメサを含みかつそれよりも大きな面積のメサに
エッチングする。さらに、プラズマ気相成長法を用いて
絶縁膜１９を形成し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１６並
びにｐ−ＧａＡｓベース層１２上の絶縁層１９の一部分
に通常のフォトリソグラフィー技術により、ウェットエ
ッチング法を用いて穴を設ける。そして、ｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層１６上の絶縁膜１９の穴にリフトオフ技術
と真空蒸着法を用いて下層からＡｕ−Ｚｎ／Ａｕを積層
して上部コンタクト電極１７とし、ｐ−ＧａＡｓベース
層１２上の絶縁層１９の穴に同様の方法を用いて下層か
らＡｕ−Ｚｎ／Ａｕを積層してベース電極１８とする。
さらにｐ−ＧａＡｓコンタクト層１６の一部分を選択的
にウェットエッチングし、光入出射窓２１とする。また
ｎ−ＧａＡｓ基板１０の裏面側に下部コンタクト電極２
０を設ける。これによって、本発明による発光並びに受
光機能を有する半導体素子が得られた。
プロセスについて説明する。まず、ｎ−ＧａＡｓ基板１
０上に上述の各層１１〜１６を有機金属気相成長法を用
いたエピタキシャル成長によって積層する。続いて通常
のフォトリソグラフィー技術により、ウェットエッチン
グ法を用いてｐ−ＧａＡｓコンタクト層１６からｎ−Ａ
ｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓコレクタ兼クラッド層１３までをメサ
状にエッチングする。次に、同様にｐ−ＧａＡｓベース
層１２からｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓエミッタ層１１まで
を上述のメサを含みかつそれよりも大きな面積のメサに
エッチングする。さらに、プラズマ気相成長法を用いて
絶縁膜１９を形成し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１６並
びにｐ−ＧａＡｓベース層１２上の絶縁層１９の一部分
に通常のフォトリソグラフィー技術により、ウェットエ
ッチング法を用いて穴を設ける。そして、ｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層１６上の絶縁膜１９の穴にリフトオフ技術
と真空蒸着法を用いて下層からＡｕ−Ｚｎ／Ａｕを積層
して上部コンタクト電極１７とし、ｐ−ＧａＡｓベース
層１２上の絶縁層１９の穴に同様の方法を用いて下層か
らＡｕ−Ｚｎ／Ａｕを積層してベース電極１８とする。
さらにｐ−ＧａＡｓコンタクト層１６の一部分を選択的
にウェットエッチングし、光入出射窓２１とする。また
ｎ−ＧａＡｓ基板１０の裏面側に下部コンタクト電極２
０を設ける。これによって、本発明による発光並びに受
光機能を有する半導体素子が得られた。
【００１４】本実施例の構造は、光の入出力を同一の窓
で行なうことから、複雑な光学系を用いること無く、一
本の光ファイバーで双方向通信を行なうことができる利
点を有する。また、入力光に対してゲインを持つことか
ら、出力信号のＳ／Ｎ比の観点からも有利である。尚、
上記実施例においては、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導
体が用いられたが、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系等の他の
半導体でも可能である。また、上記実施例においては、
結晶成長方法として有機金属気相成長法を用いたが、分
子線エピタキシャル成長法や液相成長法でも可能であ
る。また、上記実施例において述べられた、各層の組成
については特に限定されるものではない。
で行なうことから、複雑な光学系を用いること無く、一
本の光ファイバーで双方向通信を行なうことができる利
点を有する。また、入力光に対してゲインを持つことか
ら、出力信号のＳ／Ｎ比の観点からも有利である。尚、
上記実施例においては、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導
体が用いられたが、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系等の他の
半導体でも可能である。また、上記実施例においては、
結晶成長方法として有機金属気相成長法を用いたが、分
子線エピタキシャル成長法や液相成長法でも可能であ
る。また、上記実施例において述べられた、各層の組成
については特に限定されるものではない。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体素
子によれば、受光機能及び発光機能の両方を有し、かつ
光の入出力を同一の光入出射窓から行なうことから、光
ファイバーとの結合が容易になり、複雑な光学系を用い
ること無く、１チャンネル当り一本の光ファイバーでデ
ータバスのような双方向の光通信が可能になる。従っ
て、本発明の素子を用いることにより、比較的低コスト
な光通信システムを構築することができる。
子によれば、受光機能及び発光機能の両方を有し、かつ
光の入出力を同一の光入出射窓から行なうことから、光
ファイバーとの結合が容易になり、複雑な光学系を用い
ること無く、１チャンネル当り一本の光ファイバーでデ
ータバスのような双方向の光通信が可能になる。従っ
て、本発明の素子を用いることにより、比較的低コスト
な光通信システムを構築することができる。
【図１】本発明の一実施例を示す半導体素子の回路構成
図であって、（ａ）は発光ダイオードに対して順方向に
バイアスされた状態を示す図、（ｂ）は発光ダイオード
に対して逆方向にバイアスされた状態を示す図である。
図であって、（ａ）は発光ダイオードに対して順方向に
バイアスされた状態を示す図、（ｂ）は発光ダイオード
に対して逆方向にバイアスされた状態を示す図である。
【図２】本発明による半導体素子の一構成例を示す断面
図である。
図である。
【図３】本発明による半導体素子の応用実施例を示す光
通信システムの説明図である。
通信システムの説明図である。
１・・・フォトトランジスタ ２・・・発光ダイオード ３・・・電圧源 ４・・・負荷抵抗 ５・・・入力電流 ６・・・出力光 ７・・・入力光 ８・・・出力電流 １０・・・ｎ−ＧａＡｓ基板 １１・・・ｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓエミッタ層 １２・・・ｐ−ＧａＡｓベース層 １３・・・ｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓコレクタ兼クラッド
層 １４・・・ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ活性層 １５・・・ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層 １６・・・ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１６ １７・・・上部コンタクト電極 １８・・・ベース電極 １９・・・絶縁膜 ２０・・・下部コンタクト電極 ２１・・・光入出射窓
層 １４・・・ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ活性層 １５・・・ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層 １６・・・ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１６ １７・・・上部コンタクト電極 １８・・・ベース電極 １９・・・絶縁膜 ２０・・・下部コンタクト電極 ２１・・・光入出射窓
Claims (1)
- 【請求項１】半導体積層構造からなり、駆動電圧が順方
向、逆方向どちらの場合でもベース電流もしくは入力光
に対して利得を持ちかつベース端子を有しかつコレク
タ、ベース、エミッタの禁制帯幅がそれぞれEgc、Egb、
Ege であるフォトトランジスタのコレクタと、ダブルヘ
テロ構造を有しかつｎクラッド層、活性層、ｐクラッド
層の禁制帯幅がそれぞれEgcn、Ega、Egcp である発光ダ
イオードのカソードが電気的に直列に接続され、かつ光
の入出射方向と同一方向に集積化され、かつ光の入出力
を同一の光入出射窓から行ない、かつ各層の禁制帯幅
が、 Ega≧Egb Egcn＞Ega Egcp＞Ega Ega＜Egc Ege≧Egb であり、入射光の主ピークエネルギーに対してEga は同
等であることを特徴とする半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5745193A JPH06275862A (ja) | 1993-03-17 | 1993-03-17 | 半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5745193A JPH06275862A (ja) | 1993-03-17 | 1993-03-17 | 半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06275862A true JPH06275862A (ja) | 1994-09-30 |
Family
ID=13056036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5745193A Pending JPH06275862A (ja) | 1993-03-17 | 1993-03-17 | 半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06275862A (ja) |
-
1993
- 1993-03-17 JP JP5745193A patent/JPH06275862A/ja active Pending
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