JPH0638489B2 - 光・電気集積化素子 - Google Patents
光・電気集積化素子Info
- Publication number
- JPH0638489B2 JPH0638489B2 JP11638785A JP11638785A JPH0638489B2 JP H0638489 B2 JPH0638489 B2 JP H0638489B2 JP 11638785 A JP11638785 A JP 11638785A JP 11638785 A JP11638785 A JP 11638785A JP H0638489 B2 JPH0638489 B2 JP H0638489B2
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- Japan
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- circuit
- semiconductor
- optical
- signal
- light emitting
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- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は光素子と電気素子とを集積化した光・電気集積
化素子に関する。
化素子に関する。
半導体集積回路の集積度が年々増大するなかで現時点に
於ける問題点の一つは、高密度実装状態での配線長や負
荷の増大に伴う信号遅延や、配線の複雑化による設計，
製造コストの上昇等である。すなわち論理ＩＣ等に於い
てはクロツク信号はシステム動作上最も基本的な信号で
あり、チツプ内でのクロツク信号分配に関しては同時性
が必要とされるのであるが、高密度実装下では上記のよ
うな信号遅延が生じ同時性が損われることから重大な問
題となつている。またクロツク信号は論理ユニツトに少
なくとも１個以上接続されているためＩＣ全体に占める
クロツク配線の比率は大きく、従つて高集積化への一つ
の障害となつている。このような従来技術に於いて、高
速で同時性が十分確保されかつ分配の容易な信号分配が
望まれていた。
於ける問題点の一つは、高密度実装状態での配線長や負
荷の増大に伴う信号遅延や、配線の複雑化による設計，
製造コストの上昇等である。すなわち論理ＩＣ等に於い
てはクロツク信号はシステム動作上最も基本的な信号で
あり、チツプ内でのクロツク信号分配に関しては同時性
が必要とされるのであるが、高密度実装下では上記のよ
うな信号遅延が生じ同時性が損われることから重大な問
題となつている。またクロツク信号は論理ユニツトに少
なくとも１個以上接続されているためＩＣ全体に占める
クロツク配線の比率は大きく、従つて高集積化への一つ
の障害となつている。このような従来技術に於いて、高
速で同時性が十分確保されかつ分配の容易な信号分配が
望まれていた。
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、電子集積回
路に光半導体素子を一体的に複合化した光・電気集積化
素子を提供することを目的とする。すなわち光半導体素
子に電子回路での共通信号である、例えばクロツク信号
を担わせることにより従来の信号遅延や配線長の増大を
軽減することを目的とする。
路に光半導体素子を一体的に複合化した光・電気集積化
素子を提供することを目的とする。すなわち光半導体素
子に電子回路での共通信号である、例えばクロツク信号
を担わせることにより従来の信号遅延や配線長の増大を
軽減することを目的とする。
複数の回路ユニツトからなる集積回路と、この集積回路
が形成された基板に一体化形成された１個又は２個以上
の半導体発光素子と、複数の回路ユニツトに各一体化形
成され半導体発光素子からの共通光信号を検出しこの検
出した信号を回路ユニツトに供給する半導体光検出素子
とからなり、かつこの共通光信号は選択的に半導体光検
出素子のみで検出されることからなる光・電気集積化素
子を得るものである。
が形成された基板に一体化形成された１個又は２個以上
の半導体発光素子と、複数の回路ユニツトに各一体化形
成され半導体発光素子からの共通光信号を検出しこの検
出した信号を回路ユニツトに供給する半導体光検出素子
とからなり、かつこの共通光信号は選択的に半導体光検
出素子のみで検出されることからなる光・電気集積化素
子を得るものである。
本発明によれば、論理回路によるクロツクをこの論理回
路基板に一体化形成した光半導体素子により供給するこ
とで、数mm四方のチツプであれば全領域への光クロツク
の伝搬遅延差が僅か数10psの言わば、略同時のクロツク
を分配できる。各回路ユニツトは半導体発光素子からの
光を検出する受光素子を１個付加するだけで良く、クロ
ツク分配に関する配線が不要となる。その為ＩＣの有効
面積が増えさらに集積度が増加する。また従来のクロツ
クの配線に於いては配線の１箇所が切断されるとその配
線に接続された全回路ユニツトが動作不良を生ずるが、
本発明による光クロツクでは個別分配方式とも言うべき
機能を果すため、そのような問題は生じない。さらにＩ
Ｃのクロツク配線を省略することができるので、設計自
由度が増大し、パターンレイアウトも格段に容易とな
る。
路基板に一体化形成した光半導体素子により供給するこ
とで、数mm四方のチツプであれば全領域への光クロツク
の伝搬遅延差が僅か数10psの言わば、略同時のクロツク
を分配できる。各回路ユニツトは半導体発光素子からの
光を検出する受光素子を１個付加するだけで良く、クロ
ツク分配に関する配線が不要となる。その為ＩＣの有効
面積が増えさらに集積度が増加する。また従来のクロツ
クの配線に於いては配線の１箇所が切断されるとその配
線に接続された全回路ユニツトが動作不良を生ずるが、
本発明による光クロツクでは個別分配方式とも言うべき
機能を果すため、そのような問題は生じない。さらにＩ
Ｃのクロツク配線を省略することができるので、設計自
由度が増大し、パターンレイアウトも格段に容易とな
る。
又共通光信号は選択的に光検出素子のみで検出する様に
したことで、とかく問題となりがちな回路ユニツト内の
電子回路素子が僅かではあるが光検出特性を持つことか
らくる誤動作等を防げることが可能となる。
したことで、とかく問題となりがちな回路ユニツト内の
電子回路素子が僅かではあるが光検出特性を持つことか
らくる誤動作等を防げることが可能となる。
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１図
は本発明の実施例を説明する為の概念図を示すものであ
り、集積回路基板(1a)に単数或いは複数の論理素子から
なる回路ユニツト(2a)が複数集積化され、さらにこの集
積回路基板(1a)内には中央部に１個又は２個以上の半導
体発光素子(3a)がモノリシツクに形成されている。また
各回路ユニツト(2a)には、電気素子に結合した半導体光
検出素子が一体化形成されている。各回路ユニツト(2a)
にクロツク信号を供給する場合は、このクロツク信号を
半導体発光素子(3a)に印加し、クロツク信号に応じた光
信号を放出させる。このクロツク信号に応じて放出され
た光信号は、複数の各回路ユニツト(2a)ごとにモノリシ
ツク形成された光検出素子で一斉に検出されこの検出さ
れた信号はクロツク信号として論理回路を構成する電気
素子に供給される。次に半導体発光素子，光検出素子及
び電子回路の一部を構成するFETがモノリシツクに形成
された部分の断面図を第２図(a)に示し、その等価回路
を第２図(b)に示し、これを用いて説明する。
は本発明の実施例を説明する為の概念図を示すものであ
り、集積回路基板(1a)に単数或いは複数の論理素子から
なる回路ユニツト(2a)が複数集積化され、さらにこの集
積回路基板(1a)内には中央部に１個又は２個以上の半導
体発光素子(3a)がモノリシツクに形成されている。また
各回路ユニツト(2a)には、電気素子に結合した半導体光
検出素子が一体化形成されている。各回路ユニツト(2a)
にクロツク信号を供給する場合は、このクロツク信号を
半導体発光素子(3a)に印加し、クロツク信号に応じた光
信号を放出させる。このクロツク信号に応じて放出され
た光信号は、複数の各回路ユニツト(2a)ごとにモノリシ
ツク形成された光検出素子で一斉に検出されこの検出さ
れた信号はクロツク信号として論理回路を構成する電気
素子に供給される。次に半導体発光素子，光検出素子及
び電子回路の一部を構成するFETがモノリシツクに形成
された部分の断面図を第２図(a)に示し、その等価回路
を第２図(b)に示し、これを用いて説明する。
LED部(1)はダブルヘテロ構造で、１μｍ程度の活性層
(4)は３μｍ程度のＰ−GaAlAs層(3)と10μｍ程度のｎ−
GaAlAs層(6)とではさまれた形となつている。又LEDは発
光効率を高めるために２μｍ程度のＰ−GaAlAs層(5)に
より電流通路が狭窄された形となつている。LEDからの
光出力を受光すべく光検出器は５μｍ程度のｉ−GaAs層
(7)内にＰドーパントを拡散、あるいはイオン打ち込み
により形成されたＰ+領域とｎ−GaAlAs層(6)との間で作
られるＰ−Ｉ−Ｎ構造となつている。回路ユニツトの初
段FETはｉ−GaAs上にイオンインプラで形成されたソー
ス(11)，ドレイン(13)，ゲート部(12)からなり、ゲート
部はＰＩＮ−ＰＤ（フオトダイオード）のP+電極と接続
されている。又PIN-PDのＮ電極はLEDのＮ電極と共通層
(6)で接続され、外部端子(14)を持つ。以上の回路の等
価回路を第１図の下部に示す。この様な構造に於ては、
光入力を必要とするどの様な場所に於いてもPIN-PDのＰ
+電極を深く形成することで、あたかも井戸を堀るがご
とく光を受光することが出来る。又ｉ−GaAs層(7)は数
μｍ以上であれば光のほとんどを吸収し、FETには達つ
せず、このことで共通光信号は選択的に光検出素子のみ
に到達させることが出来る。
(4)は３μｍ程度のＰ−GaAlAs層(3)と10μｍ程度のｎ−
GaAlAs層(6)とではさまれた形となつている。又LEDは発
光効率を高めるために２μｍ程度のＰ−GaAlAs層(5)に
より電流通路が狭窄された形となつている。LEDからの
光出力を受光すべく光検出器は５μｍ程度のｉ−GaAs層
(7)内にＰドーパントを拡散、あるいはイオン打ち込み
により形成されたＰ+領域とｎ−GaAlAs層(6)との間で作
られるＰ−Ｉ−Ｎ構造となつている。回路ユニツトの初
段FETはｉ−GaAs上にイオンインプラで形成されたソー
ス(11)，ドレイン(13)，ゲート部(12)からなり、ゲート
部はＰＩＮ−ＰＤ（フオトダイオード）のP+電極と接続
されている。又PIN-PDのＮ電極はLEDのＮ電極と共通層
(6)で接続され、外部端子(14)を持つ。以上の回路の等
価回路を第１図の下部に示す。この様な構造に於ては、
光入力を必要とするどの様な場所に於いてもPIN-PDのＰ
+電極を深く形成することで、あたかも井戸を堀るがご
とく光を受光することが出来る。又ｉ−GaAs層(7)は数
μｍ以上であれば光のほとんどを吸収し、FETには達つ
せず、このことで共通光信号は選択的に光検出素子のみ
に到達させることが出来る。
第３図は本発明の他の実施例を示し、(a)は部分断面
図、(b)はその等価回路図である。先の例では受光部はP
IN-PDであつたが、ここでは製作の容易なフオトコンダ
クタ（PC）を用いたことである。LED部，FET部は先の実
施例と同じである。ｉ−GaAlAs層(28)中のPC部の電位と
LEDでのｎ−GaAlAs層(26)の電位とは一般的に異るため
電位分離の為のｉ−GaAlAs層を必要とする。この分離層
はｉの濃度により絶縁度が異るため、必要ならばもう一
層Ｐ−GaAlAs層をｉ−GaAlAs層(27)とｎ−GaAlAs層(26)
の間に入れる対処も考えられる。ＰＣ部を深く堀り込ん
だのはｉ−GaAs層が５μｍと厚い為であることは第１の
実施例と同様である。等価回路を第２図の下部に示す
が、LED部と回路ユニツト部は電位的には共通点は無
い。この例でも共通光信号は選択的にフオトコンでのみ
受光される。
図、(b)はその等価回路図である。先の例では受光部はP
IN-PDであつたが、ここでは製作の容易なフオトコンダ
クタ（PC）を用いたことである。LED部，FET部は先の実
施例と同じである。ｉ−GaAlAs層(28)中のPC部の電位と
LEDでのｎ−GaAlAs層(26)の電位とは一般的に異るため
電位分離の為のｉ−GaAlAs層を必要とする。この分離層
はｉの濃度により絶縁度が異るため、必要ならばもう一
層Ｐ−GaAlAs層をｉ−GaAlAs層(27)とｎ−GaAlAs層(26)
の間に入れる対処も考えられる。ＰＣ部を深く堀り込ん
だのはｉ−GaAs層が５μｍと厚い為であることは第１の
実施例と同様である。等価回路を第２図の下部に示す
が、LED部と回路ユニツト部は電位的には共通点は無
い。この例でも共通光信号は選択的にフオトコンでのみ
受光される。
先に述べたがFETのゲート自身も僅かではあるが、受光
感度を有する。もし回路動作上このFETを光検出素子と
して用いようとする場合FETを先の光検出素子のごとく
形成しても良いことは勿論のことである。
感度を有する。もし回路動作上このFETを光検出素子と
して用いようとする場合FETを先の光検出素子のごとく
形成しても良いことは勿論のことである。
第１図は本発明の一実施例を説明するための概念図、第
２図は第１図の一部断面図とその等価回路図、第３図は
他の実施例を示す図である。 ２……基板、１……半導体発光素子部 ９……半導体光検出素子部、10……FET部
２図は第１図の一部断面図とその等価回路図、第３図は
他の実施例を示す図である。 ２……基板、１……半導体発光素子部 ９……半導体光検出素子部、10……FET部
Claims (2)
- 【請求項１】複数の回路ユニツトからなる集積回路と、
該集積回路が形成された基板に一体化形成された１個又
は２個以上の半導体発光素子と、前記複数の回路ユニツ
トに各一体化形成され前記半導体発光素子からの共通光
信号を検出し、該検出した信号を前記回路ユニツトに供
給する半導体光検出素子とを具備し、かつこの共通光信
号は選択的に前記半導体光検出素子のみで検出されるこ
とを特徴とする光・電気集積化素子。 - 【請求項２】半導体光検出素子は回路ユニツトとともに
低濃度層に形成され、かつ選択的に受光する様に前記低
濃度層内に深く形成されたＰ−Ｉ−Ｎフオトダイオード
あるいはフオトコンダクタであることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の光・電気集積化素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11638785A JPH0638489B2 (ja) | 1985-05-31 | 1985-05-31 | 光・電気集積化素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11638785A JPH0638489B2 (ja) | 1985-05-31 | 1985-05-31 | 光・電気集積化素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61276258A JPS61276258A (ja) | 1986-12-06 |
| JPH0638489B2 true JPH0638489B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=14685760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11638785A Expired - Fee Related JPH0638489B2 (ja) | 1985-05-31 | 1985-05-31 | 光・電気集積化素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0638489B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01109758A (ja) * | 1987-10-23 | 1989-04-26 | Hitachi Ltd | 大規模論理集積回路 |
| JP4797221B2 (ja) * | 2000-02-21 | 2011-10-19 | ソニー株式会社 | 光電子集積回路装置 |
| JP4537832B2 (ja) * | 2004-11-11 | 2010-09-08 | 株式会社東芝 | 光クロック分配装置及び光クロック分配システム |
-
1985
- 1985-05-31 JP JP11638785A patent/JPH0638489B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61276258A (ja) | 1986-12-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |