JPS58170057A - 光集積化半導体装置 - Google Patents

光集積化半導体装置

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JPS58170057A
JPS58170057A JP57053119A JP5311982A JPS58170057A JP S58170057 A JPS58170057 A JP S58170057A JP 57053119 A JP57053119 A JP 57053119A JP 5311982 A JP5311982 A JP 5311982A JP S58170057 A JPS58170057 A JP S58170057A
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light
laser
semiconductor device
electronic circuit
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JP57053119A
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English (en)
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Shigenobu Yamagoshi
茂伸 山腰
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • H01S5/32391Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers based on In(Ga)(As)P

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 il1発明の技術分野 本発明は光集積化半導体装置、より詳しくは半導体基板
上に発光素子もしくは受光素子と電子回路(例えば電界
効果トランジスタ)とをモノリシックに集積しh光集積
化半導体装置に関する。
(2)技術の背景 光集積化半導体装置は同一半導体基板上に光デバイスと
電子デバイスとを集積した装置で施り、これからの発展
が期待される製品である。
第1図は上記光集積化半導体装置の1例を示す斜視図で
、n型ガリウム砒素(n −GaAs)基板l上に電界
効果トランジスタ(PUT)AとレーザダイオードBと
を同時に形成し、前記FETによってレーザダイオード
Bの駆動を行う構成となっている。
ところで、上述した光集積化半導体装置は、その集積度
が上がるにつれて光デバイスと電子デバイスとの素子間
距離が短縮化され、その結果、電子デバイスが光デバイ
スの影響を受けて誤動作を行うことがある事実が知られ
ている。すなわち、光デバイスの動作時に発生する光が
、電子デバイスを形成する動作層内に光電流を発生し、
この光電流が誤動作の原因となるためである。
(3)従来技術と問題点 再び第1図を参照して従来技術を説明する。
同図に示す光集積化半導体装置は、n型GaAs結晶基
板1上にアルミニウム(Al)を添加したGaAji 
As層2、このGaAJ As層2の上にGaAsのレ
ーザ活性層3を、次いで再びクラ・ノド層であるGaA
ji As層4を成長させてダブルへテロ構造のレーザ
を形成し、さらに電子回路と光素子とを電気的に分離す
る高抵抗GaAlAs層5を介してNETの動作層であ
るGaAs層6を成長させた後、Aで示す1’ETを形
成したものである。当該FETは上記レーザダイオード
Bの駆動を目的とし、そのために破線9で示す如くクラ
ッド層4内まで亜鉛(Zn)を拡散もしくは注入し、P
電極lOが形成されている。
□1        なお同図において7は二酸化シリ
コン膜、8はn電極を示す。
ところで、上述した光集積化半導体装置において、レー
ザダイオードBのGaAs活性層3からは白ヌキ矢印で
示すように波長0.88μ鋼のレーザ光(Al添加の場
合は0.7〜0.88μ幣の光)が放出されるが、この
発光の際に、該活性層3内には指向性の強いレーザ光の
他に、指向性をもたない上記した波長の光の放射(自然
発光)が発生している。この放射光の一部は、クラッド
層4および高抵抗GaAl As層5が該放射光に対し
て透明なためFETの動作層6に到達するが、この動作
層6はGaAs結晶(レーザの活性層と同じ結晶)であ
るため、この光を吸収してキャリア対を発生する。発生
したキャリア(電子)は印加電圧により動作層6内を流
れるため、FETに与えられる信号電流とは無関係に動
作層6内に電流が流れることになる。
上述した光による電流の発生は、FBTの誤動作の原因
となり、この現象はレーザとPBTとの距離が短くなれ
ばなるほど顕著となる。
以上説明した如く、従来の光集積化半導体装置には、光
デバイスから放射される光の影響により、電子デバイス
の特性が劣下し、しかも集積度が高まるほどこの劣下が
著しくなるため、高密度集積化を困難にするという問題
がある。
(4)発明の目的 本発明は上記従来の問題点に鑑み、電子デバイスが光デ
バイスからの放射光の影響を受けることのない光集積化
半導体装置の提供を目的とする。
(5)発明の構成 そしてこの目的は本発明によれば、GaAs結晶中のA
l濃度によって当該結晶に吸収される光の波長が異なる
事実に基づき、電子回路を形成する動作層と光素子との
間に、前記光素子の発光部もしくは受光部と等しいかも
しくは小さい禁制釜中をもつ結晶を、少なくとも一層以
上介在させることを特徴とする光集積化半導体装置を提
供することによって達成される。
(6)発明の実施例 以下本発明実施例を図面によって詳述する。
第2図は本発明の詳細な説明するための線図で、GaA
s結晶中のAl濃度に対するバンドギャップ(禁制釜中
)Egの依存性を示す。
同図を参照すると、GaAs結晶中のAl濃度が大にな
る(図中横軸右方向に移る)につれて、バンドギャップ
Egが大になるため、あるAl濃度のGaAs結晶から
出た光は、これより Al濃度の小なる結晶には吸収さ
れ、逆に大なる結晶には吸収されない。
第3図は上記事実に基づいた本発明の第1の実施例を説
明するための図で、同図および以下の図において既に図
示したものと同じ部分は同じ符号を付して示す。
同図を参照すると、厚さ約1oo/7IIlのn+−G
aAs基板31上にダブルへテロ構造の半導体レーザB
(以下レーザという)を形成する。すなわち、前記n”
−GaAs基板31上に、厚さ1.5μ麟のGaAlt
 As結晶のバッファ層32を、次いで厚さ0.1μ僧
の活性層Ga1−xAl xAs  (0≦X≦1)3
3を、次いで厚さ1.5μ鋼のクラッド層34を成長さ
せる。
これら各層は、有機金属熱分解法(MO−CVD法)も
しくはMBt!  (Moleculer Beam 
Epitaxy)法によって成長させる。
次いで、レーザから放射される光を吸収するためのGa
+−yAllyAs  (0≦y≦1)吸収層35を成
長させる。該吸収層35の厚さdは、吸収係数をαとし
てαd≧1を満足するように選択する。光の吸収はex
p  (−αd)で与えられるため、例えばαd=”1
のとき、入射光は吸収により1/eに減少する。従って
αd≧1であれば入射する光の大部分が吸収され、入射
光は1/e以下に減衰する。
なおα= 2 X 10″l CM +のとき、αd≧
1を満足するdはd≧0.5μmである。
一方、該吸収層35の組成は、前記レーザの活性層33
より ^l濃度が小かもしくは等しくなる(X≧y)よ
うに選択する。このような組成をもつ結晶は、上記活性
層33から出る光をexp (−αd)に従って吸収す
るため、電子回路部に光が達せず、誤動作が皆無となる
、        pbzz゛、l:、E*e、15吋
ゝ゛1絶”性Ga1−zA# zAs (0≦2≦1)
層36、当該半絶縁性層36の上に電子回路のn−Ga
As動作層6を成長させる。
なお、前記吸収層35および半絶縁性Gap−zA/ 
zAs層36の成長は、レーザの場合と同様に、MO−
CVD法もしくはMB2法で行う。
最後に同図に破線9で示すレーザ部分に選択拡散もしく
はイオン注入でP形りラッド層34に達するまで、亜鉛
の拡散もしくは注入を行い、半導体レーザ駆動のための
P電極10を形成する。また他の動作層6上には、PE
T 、バイポーラトランジスタ、ダイオードなどを含む
電子回路を形成しく本実施例ではNETとショットキダ
イオードCを形成)、必要に応じて動作層6のメサエッ
チングを行い、素子間分離をなして光集積化半導体装置
を形成する。なお同図において37はショットキバリヤ
、38はN電極、Sはソース電極、Gはゲート電極、D
はドレイン電極である。
第4図は本発明の第2の実施例を説明するた″。図7あ
6・    。
本実施例は、高い4集積度のデバイスにおいて、信号の
混信を防ぐため、基板に半絶縁性GaAs基板を使用し
た場合においても、第1の実施例と同じ効果が期待可能
であることを示す。
同図を参照すると、第1の実施例と同様にGap−yA
j! yAs  (0≦2≦1)吸収層42が半絶縁性
Ga+−zAj! zAs  (0≦2≦1)層とレー
ザBとの間に形成されている。当該吸収層42の組成お
よび厚さについての条件は、第1の実施例と同じである
なお本実施例では基板41が半絶縁性であるため、N電
極8は、基板41上にn+−GaAs層31を形成し、
その上に設けられている。
当該実施例によってはまた、光集積化半導体装置の高簗
積度が可能となる。
第5図は本発明の第3の実施例を説明するための図であ
る。
当該実施例は、InGaAsP系の光集積化半導体装置
に関し、特に高速動作を目的として電子回路の動作層5
7にn−1nGaAs結晶を用いた場合である。
高速動作層に通したn−1nGaAs結晶は波長1.6
5μ預に吸収帯をもっているが、InGaAsP / 
InP系のダブルへテロ構造半導体レーザが波長1.3
μmおよび1.5μ鋼に発光帯をもっているため、前記
動作層がレーザの放射光を吸収し誤動作を引き起す。
本実施例は上記誤動作をなくすため、InGaAsP吸
収層を形成し、レーザ放射光の動作層への到達を防ぐ。
第5図を参照すると、n”−1nP基板上にInGaA
sP / InP 系ダブルへテロ構造の半導体レーザ
B (52〜54)が形成され、その上にInGaAs
P吸収層55、次いで半絶縁性1nPもしくはInGa
AsP層56が形成される。電子回路は前記半絶縁層5
6上のn −1nGaAs層57上に形成されている。
該1nGaAsP吸収層55の組成は、その禁制釜中が
レーザのInP活性層53のそれより小になるように決
められる。そうすることによって、吸収層55はレーザ
の放射光をすべて吸収する。
なお、上記InGaAsP系において基板に半絶縁性基
板を用いた場合も、第2の実施例と同様の効果を期待で
きる。
ところで、以上説明した実施例においては、ただ1つの
吸収層を介在させるだけであるが、複数の層により、各
層における吸収係数と厚さとの積の和が1に等しいかも
しくは大きい条件を満たして吸収層を形成する場合でも
同様の効果が得られる。また光素子と電子回路との配置
が、上記実施例のように縦方向の構成でなく、横方向に
並んでいる場合でも、これらの間に吸収層を介在させる
ことにより光のアイソレーションを達成し得る。
すなわち、各素子間をメサ形成等で電気的に分離した後
、光の吸収層で埋め込めば光のアイソレーションが可能
となり、この埋め込みに用いる層は光素子の発光部もし
くは受光部より小なる禁制釜中をもつ結晶のみならず、
樹脂、プラスチ7ク、もしくはメタル等によって行なっ
てもなんら本発明の効果を損なうものではない。
(7)発明の効果 以上、詳細に説明したように、本発明によれば、光素子
による光の影響によって電子回路の誤動作が発生1ず・
またぎ子回路を形成す6動作層、I        の
選択において光吸収に対する制限がない光集積化半導体
装置を提供できるため、半導体装置の信頼性向上、高速
化および高集積度化に効果大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光集積化半導体装置の斜視図、第2図は
GaAs結晶の禁制釜中Bgの当該結晶中^p濃度に対
する依存性を示す線図、第3図から第5図は本発明の詳
細な説明するための光集積化半導体装置の要部断面図で
ある。 3− GaAs活性層、6−GaAs動作層、31−n
 ” −GaAs基板、33・−Gap −xA I!
 XA!!活性層、35.42−Gap−yAj! y
As  (x >y ) 、41−半絶縁性GaAs基
板吸収層、51− n 十−1nP基板、53−1nG
aAsP活性層、55−InGaAsP吸収層 特 許 出願人  富士通株式会社

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上に、発光素子もしくは受光素子と電
    子回路とをモノリシックに集積した光集積化半導体装置
    において、上記光素子と電子回路との間に、該光素子の
    発光部もしくは受光部と等しいかもしくは小なる禁制釜
    中をもつ結晶を少なくとも一層以上介在させることを特
    徴とする光集積化半導体装置。
  2. (2)上記介在層において、当該介在層の吸収係数との
    積が1に等しいかもしくは大なる条件を満足する厚さを
    もって、該介在層を形成することを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の光集積化半導体装置。
  3. (3)複数の介在層を介在し、各介在層における吸収係
    数と層の厚さとの積の和が、1に等しいかもしくは大な
    る如く介在層を介在させることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の光集積化半導体装置。
JP57053119A 1981-11-30 1982-03-31 光集積化半導体装置 Pending JPS58170057A (ja)

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JP57053119A JPS58170057A (ja) 1982-03-31 1982-03-31 光集積化半導体装置
DE8282402152T DE3280183D1 (de) 1981-11-30 1982-11-26 Optische halbleiteranordnung.
EP82402152A EP0080945B1 (en) 1981-11-30 1982-11-26 Optical semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

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JP57053119A JPS58170057A (ja) 1982-03-31 1982-03-31 光集積化半導体装置

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