JPH0685312A - 光受信器及び光データリンク - Google Patents
光受信器及び光データリンクInfo
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- JPH0685312A JPH0685312A JP5020944A JP2094493A JPH0685312A JP H0685312 A JPH0685312 A JP H0685312A JP 5020944 A JP5020944 A JP 5020944A JP 2094493 A JP2094493 A JP 2094493A JP H0685312 A JPH0685312 A JP H0685312A
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- photodetector
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/04—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
- H03F3/08—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light
- H03F3/082—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light with FET's
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/1446—Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高性能かつ安価なホトディテクタ・セルの相
互接続アレイを提供する。 【構成】 各ホトディテクタ・セルは、光パルスを検出
するホトディテクタ２２０と、ホトディテクタ・セルを
スイッチオンするホトディテクタ２３３とを有してい
る。各セルは、第１及び第２のバスバー２０５，２１０
を有し、これらバスバー間に、ホトディテクタはセルへ
の光入射に応答して電流を流す。アレイのセルは、第１
及び第２のバスバーによって並列に接続されている。ホ
トディテクタは、第１及び第２のバスバーに接続された
電極を、ＧａＡｓ上に堆積させることによって形成され
る。光パルスを検出するホトディテクタは、ホトディテ
クタ・セルをスイッチオンするホトディテクタよりも入
射光に対しかなり高速で応答する。
互接続アレイを提供する。 【構成】 各ホトディテクタ・セルは、光パルスを検出
するホトディテクタ２２０と、ホトディテクタ・セルを
スイッチオンするホトディテクタ２３３とを有してい
る。各セルは、第１及び第２のバスバー２０５，２１０
を有し、これらバスバー間に、ホトディテクタはセルへ
の光入射に応答して電流を流す。アレイのセルは、第１
及び第２のバスバーによって並列に接続されている。ホ
トディテクタは、第１及び第２のバスバーに接続された
電極を、ＧａＡｓ上に堆積させることによって形成され
る。光パルスを検出するホトディテクタは、ホトディテ
クタ・セルをスイッチオンするホトディテクタよりも入
射光に対しかなり高速で応答する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般には、半導体デバ
イスに関するものであり、特に、感光半導体デバイスに
関するものである。本発明は、具体的には、光信号を電
気信号に変換するのに用いられ、非常に低いキャパシタ
ンス、更には非常に大きな幾何学的領域を有するホトデ
ィテクタ回路の構造に関するものである。
イスに関するものであり、特に、感光半導体デバイスに
関するものである。本発明は、具体的には、光信号を電
気信号に変換するのに用いられ、非常に低いキャパシタ
ンス、更には非常に大きな幾何学的領域を有するホトデ
ィテクタ回路の構造に関するものである。
【０００２】このホトディテクタ回路は、光伝達媒体を
安価にホトディテクタ構造に配置することを可能にす
る。
安価にホトディテクタ構造に配置することを可能にす
る。
【０００３】
【従来の技術】演算能力の急速な増大は、分散演算につ
ながっていった。分散演算によれば、多くの異なった人
々の間に多くの小型コンピュータが拡がる結果となる。
この種の演算環境は、通信が高速の場合に有効であっ
て、これは、個々のコンピュータが、コンピュータ間を
転送される多量のデータを発生し、コンピュータが必要
とするデータを得るために、個々のコンピュータが長時
間待たされないように、通信が非常に高速でなければな
らないからである。その理由は、光通信技術によれば、
多量のデータを非常に高速に伝達できるからである。第
１のコンピュータは電気信号を第１の光データリンクに
送る。第１の光データリンクは、電気信号を光信号に変
換し、この光信号を、光ファイバケーブルのような光伝
達媒体を経て第２のデータリンクへ送る。第２のデータ
リンクは、光信号を電気信号に変換し、この電気信号を
第２のコンピュータに送る。
ながっていった。分散演算によれば、多くの異なった人
々の間に多くの小型コンピュータが拡がる結果となる。
この種の演算環境は、通信が高速の場合に有効であっ
て、これは、個々のコンピュータが、コンピュータ間を
転送される多量のデータを発生し、コンピュータが必要
とするデータを得るために、個々のコンピュータが長時
間待たされないように、通信が非常に高速でなければな
らないからである。その理由は、光通信技術によれば、
多量のデータを非常に高速に伝達できるからである。第
１のコンピュータは電気信号を第１の光データリンクに
送る。第１の光データリンクは、電気信号を光信号に変
換し、この光信号を、光ファイバケーブルのような光伝
達媒体を経て第２のデータリンクへ送る。第２のデータ
リンクは、光信号を電気信号に変換し、この電気信号を
第２のコンピュータに送る。
【０００４】図１は、前述した第２の光データリンクに
関連する光受信器を実施する代表的な従来の電気回路を
示す。この光受信器は、演算増幅器１０と、抵抗２０
と、ディテクタ４０とを備えている。ディテクタ４０
は、固有のディテクタ・キャパシタンス４５を有してい
る。演算増幅器１０へのディテクタ４０の接続は、寄生
キャパシタンス４６を発生させる。ディテクタ４０は、
演算増幅器１０とバイアス電源４７との間に接続されて
いる。光ファイバ５０は、光１５をディテクタ４０に伝
達する光伝達ガイドである。ディテクタ４０は、光信号
を電気信号に変換する。電気信号は、演算増幅器１０と
抵抗２０を接続するノード４３に送られる。増幅器１０
と抵抗２０との組合せは、ディテクタからの電気信号を
増幅し、電圧に変換して、ノード５２に出力する。ノー
ド５２に出力された電圧は、電気信号から情報をデコー
ドする後段電気回路によって用いることができる。ディ
テクタによって発生される電気信号の振幅と、ノード４
３に増幅器１０と抵抗２０から発生する電気雑音の振幅
との比は、信号対雑音比（ＳＮＲ）と通常呼ばれてい
る。ＳＮＲは、ディテクタ４０に関連するキャパシタン
スの平方根の逆数に比例する。ディテクタ４０に関連す
るキャパシタンスは、キャパシタンス４５と寄生キャパ
シタンス４６を含んでいる。高い信号対雑音比を得るに
は、ディテクタのキャパシタンス４５と寄生キャパシタ
ンス４６は小さくなければならない。このことは、典型
的に、ディテクタ４０の面積が小さく、ディテクタの固
有キャパシタンス４５を軽減させなければならないこと
を意味している。また、ディテクタのパッケージングの
有する寄生キャパシタンスは、非常に小さくなければな
らない。このことは、キャパシタンス４６を軽減させる
ために、特殊なパッケージングを使用しなければならな
いことを意味する。ノード４３で増幅器１０によって検
出される雑音は、また、増幅器１０をディテクタ４０に
物理的に接近して配置することにより軽減できる。さら
に、ディテクタ４０によって受信される信号の強度は、
光ファイバ５０から最大量の光をディテクタ４０に伝達
することによって増大する。増幅器１０がディテクタ４
０に接近していても、増幅器の位置は、ディテクタ４０
に対する光ファイバ５０の位置合せ要件に影響を与えな
い。
関連する光受信器を実施する代表的な従来の電気回路を
示す。この光受信器は、演算増幅器１０と、抵抗２０
と、ディテクタ４０とを備えている。ディテクタ４０
は、固有のディテクタ・キャパシタンス４５を有してい
る。演算増幅器１０へのディテクタ４０の接続は、寄生
キャパシタンス４６を発生させる。ディテクタ４０は、
演算増幅器１０とバイアス電源４７との間に接続されて
いる。光ファイバ５０は、光１５をディテクタ４０に伝
達する光伝達ガイドである。ディテクタ４０は、光信号
を電気信号に変換する。電気信号は、演算増幅器１０と
抵抗２０を接続するノード４３に送られる。増幅器１０
と抵抗２０との組合せは、ディテクタからの電気信号を
増幅し、電圧に変換して、ノード５２に出力する。ノー
ド５２に出力された電圧は、電気信号から情報をデコー
ドする後段電気回路によって用いることができる。ディ
テクタによって発生される電気信号の振幅と、ノード４
３に増幅器１０と抵抗２０から発生する電気雑音の振幅
との比は、信号対雑音比（ＳＮＲ）と通常呼ばれてい
る。ＳＮＲは、ディテクタ４０に関連するキャパシタン
スの平方根の逆数に比例する。ディテクタ４０に関連す
るキャパシタンスは、キャパシタンス４５と寄生キャパ
シタンス４６を含んでいる。高い信号対雑音比を得るに
は、ディテクタのキャパシタンス４５と寄生キャパシタ
ンス４６は小さくなければならない。このことは、典型
的に、ディテクタ４０の面積が小さく、ディテクタの固
有キャパシタンス４５を軽減させなければならないこと
を意味している。また、ディテクタのパッケージングの
有する寄生キャパシタンスは、非常に小さくなければな
らない。このことは、キャパシタンス４６を軽減させる
ために、特殊なパッケージングを使用しなければならな
いことを意味する。ノード４３で増幅器１０によって検
出される雑音は、また、増幅器１０をディテクタ４０に
物理的に接近して配置することにより軽減できる。さら
に、ディテクタ４０によって受信される信号の強度は、
光ファイバ５０から最大量の光をディテクタ４０に伝達
することによって増大する。増幅器１０がディテクタ４
０に接近していても、増幅器の位置は、ディテクタ４０
に対する光ファイバ５０の位置合せ要件に影響を与えな
い。
【０００５】分散演算環境での光通信に対する問題は、
コンピュータ間に多くの接続が存在することである。こ
のことは問題である。その理由は、光信号を電気信号に
変換するには、伝達媒体と、光データリンク内の光／電
気信号変換デバイスとの間の正確な位置合せが必要だか
らである。特に、光伝達媒体によって伝達されるデータ
に対してホトディテクタが十分に高速応答するには、ホ
トディテクタの有するキャパシタンスは非常に小さくな
ければさらない。ホトディテクタのキャパシタンスを軽
減するには、高価な特殊パッケージングを必要とする。
ホトディテクタのキャパシタンスを軽減するには、ま
た、ホトディテクタの面積の減少を必要とする。ホトデ
ィテクタの面積を減少させるには、ホトディテクタと光
ファイバとの間の位置合せが非常に正確でなければなら
ない。位置合せを非常に正確にするためには、コンピュ
ータ間の相互接続は、非常に高価になる。更には、多数
のコンピュータが存在する場合には、この高価な接続
は、何倍にもなる。従って、分散演算環境内のパッケー
ジング・コストと、光伝達媒体とホトディテクタとの間
の位置合せとの故に、非常に高価になる。
コンピュータ間に多くの接続が存在することである。こ
のことは問題である。その理由は、光信号を電気信号に
変換するには、伝達媒体と、光データリンク内の光／電
気信号変換デバイスとの間の正確な位置合せが必要だか
らである。特に、光伝達媒体によって伝達されるデータ
に対してホトディテクタが十分に高速応答するには、ホ
トディテクタの有するキャパシタンスは非常に小さくな
ければさらない。ホトディテクタのキャパシタンスを軽
減するには、高価な特殊パッケージングを必要とする。
ホトディテクタのキャパシタンスを軽減するには、ま
た、ホトディテクタの面積の減少を必要とする。ホトデ
ィテクタの面積を減少させるには、ホトディテクタと光
ファイバとの間の位置合せが非常に正確でなければなら
ない。位置合せを非常に正確にするためには、コンピュ
ータ間の相互接続は、非常に高価になる。更には、多数
のコンピュータが存在する場合には、この高価な接続
は、何倍にもなる。従って、分散演算環境内のパッケー
ジング・コストと、光伝達媒体とホトディテクタとの間
の位置合せとの故に、非常に高価になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来技術は、この問題
を種々の方法で処理してきた。第１の方法は、可調整コ
ネクタを用いて、ホトディテクタの応答がテスト用光信
号に一致するまで、ホトディテクタの位置を調整する方
法である。この方法は、低価格のコネクタを提供する
が、変更される度にケーブルを調整するコストが依然と
して高価である。更には、光ファイバケーブルの開口数
（代表的には、０．２〜０．４）の故に、光結合効果が
非常に悪く、これがホトディテクタの感度を悪くしてい
る。この光結合を改善するために普通は集光レンズを用
いているが、ホトディテクタに対するレンズの位置合せ
は、作業がきつく、かつ高価である。光ガイドとホトデ
ィテクタとの間の効果的な位置合せを改善する他の方法
は、ホトディテクタの光感度を単に改良する方法であ
る。ホトディテクタの感度が良ければ良いほど、ホトデ
ィテクタが不作動になる前に、ホトディテクタは位置合
せ誤りに耐えることができる。これは改善にはなり得る
が、ホトディテクタの光感度が良くなければならないが
故に、あまり有効ではない。その結果、それらの有効性
を限界までに改良しても、位置合せにおける十分な改善
は得られない。更に、ホトディテクタの応答を改善する
ことは、ホトディテクタの光入射領域に無反射コーティ
ングを施すというような高価な工程を一般に含んでい
る。
を種々の方法で処理してきた。第１の方法は、可調整コ
ネクタを用いて、ホトディテクタの応答がテスト用光信
号に一致するまで、ホトディテクタの位置を調整する方
法である。この方法は、低価格のコネクタを提供する
が、変更される度にケーブルを調整するコストが依然と
して高価である。更には、光ファイバケーブルの開口数
（代表的には、０．２〜０．４）の故に、光結合効果が
非常に悪く、これがホトディテクタの感度を悪くしてい
る。この光結合を改善するために普通は集光レンズを用
いているが、ホトディテクタに対するレンズの位置合せ
は、作業がきつく、かつ高価である。光ガイドとホトデ
ィテクタとの間の効果的な位置合せを改善する他の方法
は、ホトディテクタの光感度を単に改良する方法であ
る。ホトディテクタの感度が良ければ良いほど、ホトデ
ィテクタが不作動になる前に、ホトディテクタは位置合
せ誤りに耐えることができる。これは改善にはなり得る
が、ホトディテクタの光感度が良くなければならないが
故に、あまり有効ではない。その結果、それらの有効性
を限界までに改良しても、位置合せにおける十分な改善
は得られない。更に、ホトディテクタの応答を改善する
ことは、ホトディテクタの光入射領域に無反射コーティ
ングを施すというような高価な工程を一般に含んでい
る。
【０００７】本発明の目的は、光データリンクを製造す
ることにある。
ることにある。
【０００８】本発明の他の目的は、維持するのが安い安
価な光データリンクを製造することにある。
価な光データリンクを製造することにある。
【０００９】本発明のさらに他の目的は、高性能の安価
な光データリンクを製造することにある。
な光データリンクを製造することにある。
【００１０】本発明のさらに他の目的は、高性能かつ安
価な光データリンクを製造することにある。
価な光データリンクを製造することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、ホトディテク
タ・セルの相互接続アレイに関し、各ホトディテクタ・
セルは、光パルスを検出するホトディテクタと、ホトデ
ィテクタ・セルをスイッチオンするホトディテクタとを
有している。各セルは、第１及び第２のバスバーを有
し、これらバスバー間に、ホトディテクタはセルへの光
入射に応答して電流を流す。アレイのセルは、第１及び
第２のバスバーによって並列に接続されている。ホトデ
ィテクタは、第１及び第２のバスバーに接続された電極
を、ＧａＡｓ上に堆積させることによって形成される。
光パルスを検出するホトディテクタは、ホトディテクタ
・セルをスイッチオンするホトディテクタよりも入射光
に対しかなり高速で応答する。他のホトディテクタに対
する一方のホトディテクタの高速応答は、高速ホトディ
テクタを形成する電極間のＧａＡｓの間隔を減少させ、
あるいは一方のホトディテクタに積分コンデンサを付加
することによって、達成できる。
タ・セルの相互接続アレイに関し、各ホトディテクタ・
セルは、光パルスを検出するホトディテクタと、ホトデ
ィテクタ・セルをスイッチオンするホトディテクタとを
有している。各セルは、第１及び第２のバスバーを有
し、これらバスバー間に、ホトディテクタはセルへの光
入射に応答して電流を流す。アレイのセルは、第１及び
第２のバスバーによって並列に接続されている。ホトデ
ィテクタは、第１及び第２のバスバーに接続された電極
を、ＧａＡｓ上に堆積させることによって形成される。
光パルスを検出するホトディテクタは、ホトディテクタ
・セルをスイッチオンするホトディテクタよりも入射光
に対しかなり高速で応答する。他のホトディテクタに対
する一方のホトディテクタの高速応答は、高速ホトディ
テクタを形成する電極間のＧａＡｓの間隔を減少させ、
あるいは一方のホトディテクタに積分コンデンサを付加
することによって、達成できる。
【００１２】
【実施例】図２は、本発明のホトディテクタ構造のブロ
ック図である。このホトディテクタ構造では、ホトディ
テクタの有効キャパシタンスが非常に小さく、かつ、ホ
トディテクタの位置合せ領域は、安価な位置合せ及び接
続を可能にするに十分大きい。ディテクタ・セル２００
のアレイよりなるディテクタ・アレイ４０が、基板上に
形成されている。増幅器回路５５は アレイ４０に近接
して形成されている。増幅器回路５５は、演算増幅器１
０と抵抗２０とを有している。演算増幅器のゲインは、
代表的には１０であり、抵抗値は代表的に１０ｋΩであ
る。これらの値は通常の設計的選択事項であり、各回路
の構成に従って変化する。アレイ４０の面積は、光伝達
ガイドへの安価な位置合せを可能にするに十分なほど大
きい。例えば、光伝達媒体に位置合せするのが安価な典
型的なアレイは、０．５×０．５ｍｍである。より大き
なアレイ（例えば２×２ｍｍ）及びより小さなアレイ
（例えば１００×１００ミクロン）を形成することもで
きる。アレイのサイズは、用いるファイバ及びコネクタ
の種類に依存する。アレイ中の各ディテクタ・セルのサ
イズは、代表的には５０×５０ミクロンである。この寸
法は、アレイのサイズ及び光伝達媒体の寸法によって変
化する。図３は、単一基板１００上での複数のホトディ
テクタ構造の形成を示している。各ホトディテクタ構造
は、セル・アレイに隣接して形成された増幅回路を有し
ており、このことはノード４３でピックアップされる雑
音を最小にするのに役立つ。
ック図である。このホトディテクタ構造では、ホトディ
テクタの有効キャパシタンスが非常に小さく、かつ、ホ
トディテクタの位置合せ領域は、安価な位置合せ及び接
続を可能にするに十分大きい。ディテクタ・セル２００
のアレイよりなるディテクタ・アレイ４０が、基板上に
形成されている。増幅器回路５５は アレイ４０に近接
して形成されている。増幅器回路５５は、演算増幅器１
０と抵抗２０とを有している。演算増幅器のゲインは、
代表的には１０であり、抵抗値は代表的に１０ｋΩであ
る。これらの値は通常の設計的選択事項であり、各回路
の構成に従って変化する。アレイ４０の面積は、光伝達
ガイドへの安価な位置合せを可能にするに十分なほど大
きい。例えば、光伝達媒体に位置合せするのが安価な典
型的なアレイは、０．５×０．５ｍｍである。より大き
なアレイ（例えば２×２ｍｍ）及びより小さなアレイ
（例えば１００×１００ミクロン）を形成することもで
きる。アレイのサイズは、用いるファイバ及びコネクタ
の種類に依存する。アレイ中の各ディテクタ・セルのサ
イズは、代表的には５０×５０ミクロンである。この寸
法は、アレイのサイズ及び光伝達媒体の寸法によって変
化する。図３は、単一基板１００上での複数のホトディ
テクタ構造の形成を示している。各ホトディテクタ構造
は、セル・アレイに隣接して形成された増幅回路を有し
ており、このことはノード４３でピックアップされる雑
音を最小にするのに役立つ。
【００１３】アレイ４０内の各セル２００は、ホトディ
テクタと光作動スイッチとを有している。図４は、アレ
イ４０内の１行のセルの等価回路を示す。セルの各行
は、”高”電位に接続された第１のバスバー２０５を有
している。セルの各行は、また、”低”電位に接続され
たバスバー２１０を有している。バスバー２０５と２１
０は、アレイ４０の各桁に対して並列に接続され、増幅
器１０への入力を形成している。例えば、バスバー２０
５の並列接続は、図１の電気回路のノード４７への接続
を構成し、バスバー２１０の並列接続は、図１の電気回
路のノード４３への接続を構成する。アレイ内の各セル
２００は、ホトディテクタ２２０と光作動スイッチ２３
０との直列接続より構成されている。光がスイッチ２３
０に入射すると、バスバー２１０と対応するホトディテ
クタ２２０との間に、電気的接続が形成される。スイッ
チ２３０に光が入射しないと、スイッチは非導通であ
り、バスバー２１０と対応するホトディテクター２２０
との間の電気的接続は遮断される。
テクタと光作動スイッチとを有している。図４は、アレ
イ４０内の１行のセルの等価回路を示す。セルの各行
は、”高”電位に接続された第１のバスバー２０５を有
している。セルの各行は、また、”低”電位に接続され
たバスバー２１０を有している。バスバー２０５と２１
０は、アレイ４０の各桁に対して並列に接続され、増幅
器１０への入力を形成している。例えば、バスバー２０
５の並列接続は、図１の電気回路のノード４７への接続
を構成し、バスバー２１０の並列接続は、図１の電気回
路のノード４３への接続を構成する。アレイ内の各セル
２００は、ホトディテクタ２２０と光作動スイッチ２３
０との直列接続より構成されている。光がスイッチ２３
０に入射すると、バスバー２１０と対応するホトディテ
クタ２２０との間に、電気的接続が形成される。スイッ
チ２３０に光が入射しないと、スイッチは非導通であ
り、バスバー２１０と対応するホトディテクター２２０
との間の電気的接続は遮断される。
【００１４】図５は、セル２００のより詳細な等価回路
を示す。スイッチ２３０は、ホトディテクタ２３３とト
ランジスタ２３５とから構成されている。バスバー２０
５と、エンハンスメント型トランジスタ２３５のドレイ
ンとの間に、ホトディテクタ２２０が直列に接続され
る。トランジスタ２３５のソースは、バスバー２１０に
接続され、トランジスタ２３５のゲートは、第２のホト
ディテクタ２３３に接続される。第２のホトディテクタ
２３３は、バスバー２０５とトランジスタ２３５のゲー
トとの間に直列に接続されている。ホトディテクタ２３
３に光が入射すると、バスバー２０５とトランジスタ２
３５のゲートとの間に接続が形成される。バスバー２０
５は、電圧源２１５に接続されている。この電圧源は、
バスバー２１０に対してバスバー２０５を高電位にバイ
アスする。光がホトディテクタ２３３に入射すると、バ
スバー２０５の高電位がトランジスタ２３５のゲートに
接続され、トランジスタ２３５がターンオンし、ホトデ
ィテクタ２２０とバスバー２１０との間に電気的接続が
形成される。
を示す。スイッチ２３０は、ホトディテクタ２３３とト
ランジスタ２３５とから構成されている。バスバー２０
５と、エンハンスメント型トランジスタ２３５のドレイ
ンとの間に、ホトディテクタ２２０が直列に接続され
る。トランジスタ２３５のソースは、バスバー２１０に
接続され、トランジスタ２３５のゲートは、第２のホト
ディテクタ２３３に接続される。第２のホトディテクタ
２３３は、バスバー２０５とトランジスタ２３５のゲー
トとの間に直列に接続されている。ホトディテクタ２３
３に光が入射すると、バスバー２０５とトランジスタ２
３５のゲートとの間に接続が形成される。バスバー２０
５は、電圧源２１５に接続されている。この電圧源は、
バスバー２１０に対してバスバー２０５を高電位にバイ
アスする。光がホトディテクタ２３３に入射すると、バ
スバー２０５の高電位がトランジスタ２３５のゲートに
接続され、トランジスタ２３５がターンオンし、ホトデ
ィテクタ２２０とバスバー２１０との間に電気的接続が
形成される。
【００１５】ホトディテクタ２３３に入射する光は、ホ
トディテクタ２２０にも入射する。これらホトディテク
タは、同一のディテクタ・セル２００内に配置されてい
るからである。従って、図５の回路の動作は、個々のホ
トディテクタの動作に依存する。特に、ホトディテクタ
２３３は、光強度の変化への応答が、ホトディテクタ２
２０よりもかなり低速である。光伝達媒体からディテク
タ・アレイへ伝達され光信号は、高周波数の短光パルス
列である。この種の光信号は、ホトディテクタ２３３へ
の定光源をシュミレートする。その理由は、ホトディテ
クタ２３３が光パルス間では十分に速くターンオフしな
いからである。特に、ホトディテクタ２３３は、ホトデ
ィテクタ２２０応答時間よりも約１０〜１００倍の範囲
で変化する応答時間を有している。これとは対照的に、
ホトディテクタ２２０は、各光パルスでターンオン及び
ターンオフするような非常に高速の応答時間を有してい
る。この結果、光信号が光アレイ・セルに伝達されて、
個々の光パルスがホトディテクタ２２０によって検出さ
れ、図５の電気回路によって電気信号に変換されると、
トランジスタ２３５がホトディテクタ２３３によってタ
ーンオンされる。
トディテクタ２２０にも入射する。これらホトディテク
タは、同一のディテクタ・セル２００内に配置されてい
るからである。従って、図５の回路の動作は、個々のホ
トディテクタの動作に依存する。特に、ホトディテクタ
２３３は、光強度の変化への応答が、ホトディテクタ２
２０よりもかなり低速である。光伝達媒体からディテク
タ・アレイへ伝達され光信号は、高周波数の短光パルス
列である。この種の光信号は、ホトディテクタ２３３へ
の定光源をシュミレートする。その理由は、ホトディテ
クタ２３３が光パルス間では十分に速くターンオフしな
いからである。特に、ホトディテクタ２３３は、ホトデ
ィテクタ２２０応答時間よりも約１０〜１００倍の範囲
で変化する応答時間を有している。これとは対照的に、
ホトディテクタ２２０は、各光パルスでターンオン及び
ターンオフするような非常に高速の応答時間を有してい
る。この結果、光信号が光アレイ・セルに伝達されて、
個々の光パルスがホトディテクタ２２０によって検出さ
れ、図５の電気回路によって電気信号に変換されると、
トランジスタ２３５がホトディテクタ２３３によってタ
ーンオンされる。
【００１６】ホトディテクタ２３３は、ホトディテクタ
２２０よりも、光パルスに対してかなり低速の応答を有
している。ホトディテクタは、この要求に合致する種々
の方法で製造することができる。図６は、ＧａＡｓ技術
を用いた図５の回路の特定の実施例を示す。ホトダイオ
ードは、ＧａＡｓ内に作ることができる。この場合、Ｇ
ａＡｓ上に堆積され、かつ、適当な距離だけ離れてい
る、通常のタングステン・シリサイド（ＷＳｉ）合金の
ような材料よりなる２つの導体を堆積するだけで作るこ
とができる。図６は、バスバー２０５に接続された数個
の電極２０５（ａ〜ｅ）を示す。電極２２５（ａ〜ｃ）
は、電極２０５（ａ〜ｅ）間に挟まれ、トランジスタ２
３５のドレインに接続されている。トランジスタ２３５
のソースは、バスバー２１０に接続されている。電極２
０５（ａ，ｂ）と電極２２５（ａ）との間のＧａＡｓに
光が入射すると、電極２０５（ａ，ｂ）と電極２２５
（ａ）との間に電流が流れ、ＧａＡｓによって分離され
ている電極がホトダイオード２２０としては働く。電極
間に電流が発生する速度は、電極２０５（ａ，ｂ）と電
極２２５（ａ）との間の間隔に依存している。約２ミク
ロンの小さな間隔がある場合には、ダイオード２２０は
２ＧＨｚ以上で動作する。大きな間隔がある場合は、光
発生したキャリアは低速である。電極２０５（ａ〜ｅ）
は、電極２２５（ａ〜ｃ）と交差指型（ｉｎｔｅｒｄｉ
ｇｉｔａｔｅｄ ｄｅｓｉｇｎ）に形成され、バスバー
２０５に取付けられた複数の電極と、極２２５に取付け
られた複数の電極との間に、電流が発生する。
２２０よりも、光パルスに対してかなり低速の応答を有
している。ホトディテクタは、この要求に合致する種々
の方法で製造することができる。図６は、ＧａＡｓ技術
を用いた図５の回路の特定の実施例を示す。ホトダイオ
ードは、ＧａＡｓ内に作ることができる。この場合、Ｇ
ａＡｓ上に堆積され、かつ、適当な距離だけ離れてい
る、通常のタングステン・シリサイド（ＷＳｉ）合金の
ような材料よりなる２つの導体を堆積するだけで作るこ
とができる。図６は、バスバー２０５に接続された数個
の電極２０５（ａ〜ｅ）を示す。電極２２５（ａ〜ｃ）
は、電極２０５（ａ〜ｅ）間に挟まれ、トランジスタ２
３５のドレインに接続されている。トランジスタ２３５
のソースは、バスバー２１０に接続されている。電極２
０５（ａ，ｂ）と電極２２５（ａ）との間のＧａＡｓに
光が入射すると、電極２０５（ａ，ｂ）と電極２２５
（ａ）との間に電流が流れ、ＧａＡｓによって分離され
ている電極がホトダイオード２２０としては働く。電極
間に電流が発生する速度は、電極２０５（ａ，ｂ）と電
極２２５（ａ）との間の間隔に依存している。約２ミク
ロンの小さな間隔がある場合には、ダイオード２２０は
２ＧＨｚ以上で動作する。大きな間隔がある場合は、光
発生したキャリアは低速である。電極２０５（ａ〜ｅ）
は、電極２２５（ａ〜ｃ）と交差指型（ｉｎｔｅｒｄｉ
ｇｉｔａｔｅｄ ｄｅｓｉｇｎ）に形成され、バスバー
２０５に取付けられた複数の電極と、極２２５に取付け
られた複数の電極との間に、電流が発生する。
【００１７】図６は、ホトダイオード２２０と同様に、
ホトディテクタ２３３が形成されることを示している。
特に、トランジスタ２３５のゲートに取付けられた複数
の電極は、バスバー２０５に取付けられた複数の電極間
に挟まれている。トランジスタ２３５のゲートに取付け
られた電極（電極２３７のような）と、バスバー２０５
に取付けられた電極２０５（ｂ，ｃ）との間の間隔は、
ホトディテクタ２２０での間隔（Ａで示す）よりも広
い。例えば、ホトディテクタ２２０での間隔Ａが２ミク
ロンの場合、ホトディテクタ２３３での間隔Ｂは約１０
ミクロンである。ホトディテクタの電極間のこの増加さ
れた間隔は、電極とＧａＡｓによって形成されたダイオ
ードの動作を低速化し、ホトディテクタ２３３を光強度
の変化に対し低速で応答するようにする。ホトディテク
タの交差指電極間隔を調整することによって、ホトディ
テクタの応答速度を調整し、光受信器の要求データ速度
に適合させる。
ホトディテクタ２３３が形成されることを示している。
特に、トランジスタ２３５のゲートに取付けられた複数
の電極は、バスバー２０５に取付けられた複数の電極間
に挟まれている。トランジスタ２３５のゲートに取付け
られた電極（電極２３７のような）と、バスバー２０５
に取付けられた電極２０５（ｂ，ｃ）との間の間隔は、
ホトディテクタ２２０での間隔（Ａで示す）よりも広
い。例えば、ホトディテクタ２２０での間隔Ａが２ミク
ロンの場合、ホトディテクタ２３３での間隔Ｂは約１０
ミクロンである。ホトディテクタの電極間のこの増加さ
れた間隔は、電極とＧａＡｓによって形成されたダイオ
ードの動作を低速化し、ホトディテクタ２３３を光強度
の変化に対し低速で応答するようにする。ホトディテク
タの交差指電極間隔を調整することによって、ホトディ
テクタの応答速度を調整し、光受信器の要求データ速度
に適合させる。
【００１８】図７及び図８は、ホトディテクタ回路の他
の実施例を示す。図７は、ホトディテクタ２２０がバス
バー２０５とトランジスタ２３５のドレインとの間に接
続された状態を示している。トランジスタ２３５のソー
スは、バスバー２１０に接続されている。トランジスタ
２３５のゲートは、ホトディテクタ２３３とコンデンサ
２３６に接続されている。ホトディテクタ２３３は、さ
らにバスバー２０５に接続され、コンデンサ２３６は、
さらにバスバー２１０に接続されている。本実施例で
は、コンデンサ２３６は、トランジスタ２３５をターン
オンする電圧を発生させる時に、ホトディテクタ２３３
の応答を低速にする積分器として機能する。このよう
に、ホトディテクタ２３３の相対応答速度を、ホトディ
テクタ２２０の相対応答速度と同じにし、さらに回路の
動作を変えないようにすることができる。特に、コンデ
ンサ２３６の約２００フェムトファラッドのキャパシタ
ンスは、ホトディテクタ２３３の有効応答（トランジス
タ２３５のゲートでの）を、２ＧＨｚから約２ＭＨｚに
減少させることができる。さらに、積分コンデンサ２３
６と、電極間の異なる間隔との組合せが、また、有効帯
域幅時間を減少させる。図８は、積分コンデンサ２３６
と共に構成された場合の、ホトディテクタ２２０及び２
３３の構造を示している。電極２０５（ｃ，ｄ，ｅ）と
電極２２５（ａ，ｂ）との間の間隔Ａは、電極２３７と
電極２０５（ａ，ｂ）との間の間隔Ｂと同じである。
の実施例を示す。図７は、ホトディテクタ２２０がバス
バー２０５とトランジスタ２３５のドレインとの間に接
続された状態を示している。トランジスタ２３５のソー
スは、バスバー２１０に接続されている。トランジスタ
２３５のゲートは、ホトディテクタ２３３とコンデンサ
２３６に接続されている。ホトディテクタ２３３は、さ
らにバスバー２０５に接続され、コンデンサ２３６は、
さらにバスバー２１０に接続されている。本実施例で
は、コンデンサ２３６は、トランジスタ２３５をターン
オンする電圧を発生させる時に、ホトディテクタ２３３
の応答を低速にする積分器として機能する。このよう
に、ホトディテクタ２３３の相対応答速度を、ホトディ
テクタ２２０の相対応答速度と同じにし、さらに回路の
動作を変えないようにすることができる。特に、コンデ
ンサ２３６の約２００フェムトファラッドのキャパシタ
ンスは、ホトディテクタ２３３の有効応答（トランジス
タ２３５のゲートでの）を、２ＧＨｚから約２ＭＨｚに
減少させることができる。さらに、積分コンデンサ２３
６と、電極間の異なる間隔との組合せが、また、有効帯
域幅時間を減少させる。図８は、積分コンデンサ２３６
と共に構成された場合の、ホトディテクタ２２０及び２
３３の構造を示している。電極２０５（ｃ，ｄ，ｅ）と
電極２２５（ａ，ｂ）との間の間隔Ａは、電極２３７と
電極２０５（ａ，ｂ）との間の間隔Ｂと同じである。
【００１９】図２のアレイ４０の各セル２００は、自身
のスイッチを有し、アレイ４０の全てのセルは、バスバ
ー２０５及び２１０に並列に接続されている。この接続
は、光伝達媒体と最小のキャパシタンスを有するホトデ
ィテクタ・アレイとの間の容易な位置合せを可能にする
のに重要である。特に、光伝達媒体は、いずれか１つの
セルまたは小グループのセルと位置合せでき、電気信号
に変換された光信号は、そのセルからセルのグループに
変換される。セルのグループが光によって作動される
と、セル間の並列接続は、光源からの単一光が、異なる
位相の幾つかの信号に分割されないことを保証する。さ
らに、光伝達媒体に位置合せされないこれらのセルは、
ターンオフされる。光を検出しないこれらのセルをター
ンオフすることは、ホトディテクタ４０に関連するキャ
パシタンスを減少させ、図１のノード４３に発生する電
気信号の信号対雑音比を増大させる。さらに、キャパシ
タンス４５またはＳＮＲを増大させることなく、ディテ
クタ・アレイを便利なように、できるだけ大きくするこ
とができる。その結果、光伝達媒体を、ホトディテクタ
・アレイ４０内のいずれの位置にも安価に位置合せで
き、ホトディテクタ・アレイ４０のキャパシタンスから
最小効率で光信号を電気信号に変換できる。最小効率で
変換できる理由は、受光しないホトディテクタ・アレイ
４０の部分がターンオフするからである。この種のホト
ディテクタを使用することによって、安価な光相互接続
が可能になる。その理由は、光伝達媒体をホトディテク
タへ正確に位置合せする必要がないからである。大きな
アレイに光伝達媒体を単に位置合せすることで十分であ
り、これは通常の安価な技術で行うことができる。
のスイッチを有し、アレイ４０の全てのセルは、バスバ
ー２０５及び２１０に並列に接続されている。この接続
は、光伝達媒体と最小のキャパシタンスを有するホトデ
ィテクタ・アレイとの間の容易な位置合せを可能にする
のに重要である。特に、光伝達媒体は、いずれか１つの
セルまたは小グループのセルと位置合せでき、電気信号
に変換された光信号は、そのセルからセルのグループに
変換される。セルのグループが光によって作動される
と、セル間の並列接続は、光源からの単一光が、異なる
位相の幾つかの信号に分割されないことを保証する。さ
らに、光伝達媒体に位置合せされないこれらのセルは、
ターンオフされる。光を検出しないこれらのセルをター
ンオフすることは、ホトディテクタ４０に関連するキャ
パシタンスを減少させ、図１のノード４３に発生する電
気信号の信号対雑音比を増大させる。さらに、キャパシ
タンス４５またはＳＮＲを増大させることなく、ディテ
クタ・アレイを便利なように、できるだけ大きくするこ
とができる。その結果、光伝達媒体を、ホトディテクタ
・アレイ４０内のいずれの位置にも安価に位置合せで
き、ホトディテクタ・アレイ４０のキャパシタンスから
最小効率で光信号を電気信号に変換できる。最小効率で
変換できる理由は、受光しないホトディテクタ・アレイ
４０の部分がターンオフするからである。この種のホト
ディテクタを使用することによって、安価な光相互接続
が可能になる。その理由は、光伝達媒体をホトディテク
タへ正確に位置合せする必要がないからである。大きな
アレイに光伝達媒体を単に位置合せすることで十分であ
り、これは通常の安価な技術で行うことができる。
【００２０】複数の実施例に基づいて本発明を説明した
が、当業者であれば本発明から逸脱することなく種々の
変更が可能なことは明らかであろう。特に、前述した実
施例は、本発明によるＧａＡｓでの実施に関係してい
る。本発明は、また、シリコンまたは他の半導体による
実施（シリコン．バイポーラ及びＭＯＳによる実施を含
むが、これに限定されない）をも意図している。
が、当業者であれば本発明から逸脱することなく種々の
変更が可能なことは明らかであろう。特に、前述した実
施例は、本発明によるＧａＡｓでの実施に関係してい
る。本発明は、また、シリコンまたは他の半導体による
実施（シリコン．バイポーラ及びＭＯＳによる実施を含
むが、これに限定されない）をも意図している。
【００２１】
【発明の効果】本発明により、高性能かつ安価な光デー
タリンクが得られる。
タリンクが得られる。
【図１】本発明のホトディテクタを有することのできる
従来の回路を示す図である。
従来の回路を示す図である。
【図２】本発明のホトディテクタ・アレイを示す図であ
る。
る。
【図３】単一基板上に形成された本発明の複数のホトデ
ィテクタ・アレイを示す図である。
ィテクタ・アレイを示す図である。
【図４】本発明のホトディテクタ・アレイの行の等価回
路を示す図である。
路を示す図である。
【図５】本発明のホトディテクタ・アレイのセルの等価
回路を示す図である。
回路を示す図である。
【図６】本発明のホトディテクタ・アレイのホトダイオ
ードにおける電極間隔を示す図である。
ードにおける電極間隔を示す図である。
【図７】本発明のホトディテクタ・アレイのセルの他の
例の等価回路を示す図である。
例の等価回路を示す図である。
【図８】本発明のホトディテクタ・アレイの他の例のホ
トダイオードの電極間隔を示す図である。
トダイオードの電極間隔を示す図である。
１０ 演算増幅器 ２０ 抵抗 ４０ ディテクタ・アレイ ４３，５２ ノード ４６ 寄生コンデンサ ４７ バイアス電源 ５０ 光ファイバ ５５ 増幅器回路 １００ 単一基板 ２００ ディテクタ・セル ２０５，２１０ バスバー ２１５ 電圧源 ２２０，２３３ ホトディテクタ ２３０ スイッチ ２３５ トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 8220−5Ｋ Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｙ
Claims (10)
- 【請求項１】複数のホトディテクタ・セルを備え、これ
ら各ホトディテクタ・セルは、光エネルギを電気信号に
変換する第１及び第２のホトダイオードを有し、 前記第１のホトダイオードは、前記第１のホトダイオー
ドが光エネルギを検出した時に、前記第２のホトダイオ
ードを前記ホトディテクタ・セルの出力端子に接続する
スイッチ手段に接続され、 前記複数のホトディテクタ・セルの各々からの前記出力
端子は、並列に接続されている、 ことを特徴とする光受信器。 - 【請求項２】前記第１のホトダイオードは、前記第２の
ホトダイオードよりも低速で前記光エネルギに応答す
る、 ことを特徴とする請求項１記載の光受信器。 - 【請求項３】前記スイッチ手段は、トランジスタを有
し、このトランジスタは、前記第１のホトダイオードに
接続されたゲートと、前記第２のホトダイオードに接続
されたドレインと、前記出力端子に接続されたソースと
を有する、 ことを特徴とする請求項２記載の光受信器。 - 【請求項４】前記第１のホトダイオードに接続され、前
記光エネルギに対する前記第１のホトダイオードの応答
を遅延させる遅延手段をさらに備える、 ことを特徴とする請求項１記載の光受信器。 - 【請求項５】前記遅延手段は、コンデンサを有し、この
コンデンサは、前記第１のホトダイオードと前記出力端
子との間に接続され、前記スイッチ手段は、トランジス
タを有し、このトランジスタは、前記第１のホトダイオ
ードに接続されたゲートと、前記出力端子に接続された
ドレインと、前記出力端子に接続されたソースとを有す
る、 ことを特徴とする請求項４記載の光受信器。 - 【請求項６】光信号を受信し、前記光信号に相当する電
気信号をデータ処理システムに送信する光データリンク
において、 複数のホトディテクタ・セルを備え、これら各ホトディ
テクタ・セルは、光エネルギを電気信号に変換する第１
及び第２のホトダイオードを有し、 前記第１のホトダイオードは、前記第１のホトダイオー
ドが光エネルギを検出した時に、前記第２のホトダイオ
ードを前記ホトディテクタ・セルの出力端子に接続する
スイッチ手段に接続され、 前記複数のホトディテクタ・セルの各々からの前記出力
端子は、並列に接続されている、 ことを特徴とする光データリンク。 - 【請求項７】前記第１のホトダイオードは、前記第２の
ホトダイオードよりも低速で前記光エネルギに応答す
る、 ことを特徴とする請求項６記載の光データリンク。 - 【請求項８】光信号を電気信号に変換する方法におい
て、 光伝達媒体をホトディテクタ・アレイに位置合せし、前
記ホトディテクタ・アレイは、複数のセルを有し、各セ
ルはディテクタ・ホトダイオードとスイッチ・ホトダイ
オードとを有し、前記スイッチ・ホトダイオードは、光
が前記スイッチ・ホトダイオードを作動させると、前記
ディテクタ・ホトダイオードを高電位と低電位との間に
接続し、前記ディテクタ・ホトダイオードは、光が前記
ディテクタ・ホトダイオードを作動させると、高電位と
低電位との間に電流を流し、 前記光伝達媒体からの光を、前記ホトディテクタ・アレ
イ内の少なくとも１個の前記セルに送り、 前記ホトディテクタ・アレイの前記複数のセル内の前記
スイッチ・ホトダイオード及び前記ディテクタ・ホトダ
イオードの少なくとも１つを作動させ、 前記ホトディテクタ・アレイの前記複数のセル内の少な
くとも１つの前記スイッチ・ホトダイオードの作動を阻
止する、 ことを特徴とする光信号を電気信号に変換する方法。 - 【請求項９】前記スイッチ・ホトダイオードは、前記デ
ィテクタ・ホトダイオードよりも低速で作動する、 ことを特徴とする請求項８記載の光信号を電気信号に変
換する方法。 - 【請求項１０】前記スイッチ・ホトダイオードを、遅延
手段に接続し、前記遅延手段は、前記トランジスタの作
動を遅延させる、 ことを特徴とする請求項８記載の光信号を電気信号に変
換する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/863,575 US5189296A (en) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | Optical receiver having a low capacitance integrated photodetector |
| US863575 | 1992-04-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH0685312A true JPH0685312A (ja) | 1994-03-25 |
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