JPH069334B2 - 光・電気集積化素子 - Google Patents

光・電気集積化素子

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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。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
一般に半導体集積回路の集積度は年々増大し、近年では
数mm四方のチップ内に数メガビットのメモリなどが実現
し始めている。そのなかで現時点に於ける集積回路の問
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
ック信号はシステム動作上最も基本的な信号であり、チ
ップ内でのクロッ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
遅延が生じ重大な問題となっている。またクロック信号
は論理ユニットに少なくとも１個以上接続されているた
めＩＣ全体に占めるクロック配線の比率は大きく、従っ
て高集積化への一つの障害となっている。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。
〔発明の目的〕
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、例えばクロック信号
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。
〔発明の概要〕
共通光信号を出力する半導体発光素子と、前記共通光信
号を検出する半導体受光素子及びこの半導体受光素子が
検出した共通光信号に応じて電気回路素子が動作する複
数の論理ユニットを有する集積回路とを備えた事を特徴
とする光・電気集積化素子。
〔発明の効果〕
本発明によれば、論理回路によるクロックをこの論理回
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四方のチップであれば全領域への光クロック
の伝搬遅延差が僅か数10psの言わば、略同時のクロック
を分配できる。各論理ユニットは半導体発光素子らの光
を検出する受光素子を１個付加するだけで良く、クロッ
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。また従来のクロック
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
に接続された全論理ユニットが動作不良を生ずるが、本
発明による光クロッ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ＩＣ
のクロッ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。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は一実施例を示すものであり、集積回路基板(1)
に単数或いに複数の論理素子からなる論理ユニット(2)
が複数集積化され、さらにこの集積回路基板(1)内には
中央部に１個又は２個以上の半導体発光素子(3)′がモ
ノリシックに形成されている。また各論理ユニット(2)
には、論理回路を構成する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。各論理ユニット(2)
にクロック信号を供給する場合は、このクロック信号を
半導体発光素子(3)に印加し、クロック信号に応じた光
信号を放出させる。このクロック信号に応じて放出され
た光信号は、複数の各論理ユニット(2)ごとにモノリシ
ック形成された光検出素子で一斉に検出されこの検出さ
れた信号はクロッ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
び論理回路の一部を構成するＦＥＴがモノリシックに形
成された部分の断面図を第２図に示して説明する。すな
わち、半導体発光素子部(5)、光検出素子部(6)、そして
ＦＥＴ部(7)が同一基板にモノリシックに形成されてい
る。半導体発光素子としては、光放射がより等方的とな
るように、例えばGaAlAsからなる発光ダイオード（以下
ＬＥＤと称す）が良い。この場合の発光ダイオードは発
光効率或いは高速性の点を考慮すると、例えば図示の如
く内部狭窄型のＬＥＤでも良い。すなわちこの内部狭窄
型のＬＥＤは下部電極(8)と上部電極(9)が設けられてお
り、狭窄層(10)で形成された狭窄領域(11)を通してダイ
オード電流を集中させ活性層(12)の一部で発光させるよ
うな構造となっている。このＬＥＤ部(5)の上部層(13)
は、論理回路を構成するＦＥＴ部(7)を形成する際の基
板となる如く予め低濃度層とされており、従ってＬＥＤ
部(5)を構成する部分の上部層は、例えばイオンインプ
ランテーションで高濃度領域(14)とされ通電が良好とな
るように形成されている。光検出素子としては、例えば
図示の如きフォトコンダクタを用いても良い。この場
合、通常のPIN−フォトダイオードを用いても良いこと
は明らかであるが、構造上の簡便さ、ＦＥＴ等の製作プ
ロセスとの整合性、また良好な光検出利得を持つことな
どの点でフォトコンダクタが有利である。第２図に於け
るフォトコンダクタからなる半導体光検出素子の電極(1
5)，(16)のうちの一方の電極(16)は論理回路の一素子を
構成するＦＥＴ部(7)のゲート電極(17)に直結された構
造となっている。またこのＦＥＴ部(7)は当然にソース
領域(17)とソース電極(18)及びドレイン電極(19)とドレ
イン電極(20)が形成されている。第３図は第２図に示す
ような光半導体素子部(5)と、複数の論理ユニットの光
半導体素子部(6)、ＦＥＴ部(7)の等価回路図を示すもの
であり、同一部分には同一番号を付してある。
本発明では、以上のように１個又は２個以上の半導体発
光素子と、対になった光検出素子と論理回路とが一体化
形成されており、このような構成で光クロック分配方式
を実現するのである。上記実施例では光検出素子として
ＬＥＤを用いたが、このＬＥＤの応答速度は出力パワー
を無視した極めて高速なものを除けば通常100MHz程度で
ある。従って、近時のマイコン、ミニコンのシステムク
ロックが10MHz以下であることを考慮すると、ＬＥＤで
十分であると言える。一方、より高速な光クロックを望
む場合は半導体レーザを用いることが考えられる。
次に本発明の他の実施例を第４図を参照して説明する。
第４図は本発明を信号選択装置に応用した例を示す図で
ある。すなわち、この実施例では複数個の半導体発光素
子(30),(31),(32)が論理回路(33),(34),(35)及び半導体
光検出素子(36),(37),(38)が形成された基板(39)にモノ
リシックに一体化形成されており、各半導体発光素子(3
0),(31),(32)は出力光の周波数が夫々異なるよう例えば
f1,f2,f3に制御されている。動作時には各半導体発光素
子(30),(31),(32)は夫々異なる周波数の光信合を出力し
夫々複数個の半導体光検出素子(36),(37),(38)に供給す
る。各半導体光検出素子(36),(37),(38)は異なる周波数
（例えば上記f1,f2,f3）の信号が重畳した信号を検出す
ることになり、この検出した信号を論理回路(36),(37),
(38)内に設けられた例えば加入者等の要求信号(40)に応
じて動作するチューナ(41),(42),(43)により選択的に取
り出し他の論理回路(44),(45),(46)に供給する。このよ
うに複数個の発光素子を一体化形成し、各出力光の周波
数を異ならせ光検出側でこれらの光信号を選択すること
により信号選択機能を持たせることができる。このよう
に本発明は論理ＩＣのクロック信号の光化に限らずアナ
ログ信号でもディジタル信号であっても良く、信号の種
類を特に限定するものではない。すなわち、本発明は電
子回路素子に於いて１或いは２種以上の共通信号を必要
とする場合にすべて適用できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は第１図の
一部断面図、第３図は第２図の等価回路図、第４図は他
の実施例を示す図である。 １…基板、 ２…論理ユニット、 ３…半導体発光素子、５…半導体発光素子部、 ６…半導体光検出素子部、 ７…ＦＥＴ部。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】共通光信号を出力する半導体発光素子と、
    前記共通光信号を検出する半導体受光素子及びこの半導
    体受光素子が検出した共通光信号に応じて電気回路素子
    が動作する複数の論理ユニットを有する集積回路とを備
    えた事を特徴とする光・電気集積化素子。
  2. 【請求項２】半導体発光素子が一つの場合は、該半導体
    発光素子は前記集積回路が形成された基板の中央部に一
    体化形成されてい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。
  3. 【請求項３】共通光信号は前記複数の論理ユニットを駆
    動する共通のクロック信号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。
  4. 【請求項４】論理ユニットにはＦＥＴが設けられてお
    り、該ＦＥＴのゲート電極に前記半導体光検出素子の一
    方の電極が接続されていることを特徴のする特許請求の
    範囲第１項記載の光・電気集積化素子。
  5. 【請求項５】半導体発光素子は発光ダイオードであるこ
    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。
  6. 【請求項６】半導体光検出素子はフォトコンダクタであ
    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。
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