JPS59125676A - 受光発光装置 - Google Patents

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】 （技術分野） この発明は、発光受光トランジスタのペースとコレクタ
間に順方向電圧降下の小さなダイオードを付加して高速
度動作を得る受光発光装置に関する。

（従来技術） 従来の受光発光増巾装置、特に受光装置においては、入
射光強度の犬なる場合、受光トランジスタが飽和状態と
なる場合があシ、その場合ペースコレクタ間の蓄積電荷
が非常に犬きくなり、スイッチング時間の遅れが大とな
シ高速動作を得ることが困難なる欠点を有していた。

（発明の目的） この発明は、上記従来の欠点を除去するためになされた
もので、発光受光トランジスタのスイッチング動作を高
めることのできる受光発光装置を提供することを目的と
する。

（発明の構成） この発明の受光発光装置は、導光路全通して入射される
入力信号光に応じて発光受光トランジスタがオン、オフ
のスイッチング動作を行って出力信号光を発生し、この
出力信号光を導光ｗｉを経て出射するとともに、発光受
光トランジスタのペース・コレクタ間に順方向電圧降下
の小さいダイオ−ドを接続して過剰キャリアをダイオー
ドに分流させるようにしたものである。

（実施例） 以下、この発明の受光発光装置の実施例について図面に
基づき説明する。第１図（ａ）はその第１の実施例の模
式図である。その構成は電気的要素と光学的要素を共に
含んでいる。図中Ｑ＋は発光受光トランジスタであり、
化合物半導体、たとえばＧａＡｓ　、　ＡｔＧａＡｓ　
、　ＩｎＰ　、　ＩｎＧａＡｓＰ　　など１１１−ｖ族
化合物半導体で作られておシ、電気的には通常のパイポ
ーラトランジスタと同様な電流増巾作用を有しており、
光学的には広い波長範囲に亘る受光感度をもつ先覚変換
機能を有し、かつ比較的狭い波長範囲の発光子する電流
−光変換機能を有するトランジスタである。

また、大電流を通電すると、ペース領域附近でレーザ発
光をする場合もある。

図中、電気回路はペースφコレクタクランプ回路を構成
しである。したがってこの回路は電気的にに通常行われ
ているような変形もある。

また、Ａ、はコレクタ側バイアス端子、Ａ２はエミッタ
側グランド端子であるー Ｂ、ｆｄヘース側バイアス端子、Ｂ２は出力端子であシ
、このペース側バイアス端子は不可欠の端子ではないが
、あった方が制御性や安定性を考えて、付加的電気的素
子を接続する便宜を有する。

さらには、電気抵抗であシ、この抵抗Ｒ１は発光受光ト
ランジスタＱ、の電気的動作条件を決定するためのもの
である。

なお、他の抵抗やダイオードやトランジスタを付加した
回路変形は簡単化のため省略する。

上記ペース側バイアス端子Ｂ１は発光受光トランジスタ
Ｑ１のペースに接続されておｐｌこの発光受光トランジ
スタＱ１のペースとコレクタ間にはダイオードＤ１が接
続されている。ダイオードＤ１はクランプ用のダイオー
ドで、順方向電圧降下の小さいものが使用されている。

発光受光トランジスタＱ１のコレクタは抵抗Ｒ，を介し
てコレクタ側バイアス端子Ａ１に接続されているととも
に、エミッタ側グランド端子Ａ２に接続されている。な
お、出力端子Ｂ２は発光受光トランジスタＱ１のコレク
タに接続されている。

一方、Ｆ＋　、Ｆ＝ｉｌ−それぞれ導光路で、たとえば
光学ガラスや透明樹脂などで構成される。

また、Ｇ、　、　Ｇ２はある波長領域のみ低減衰量で通
過させ、他の波長領域では高減衰量で通過を阻止する光
学フィルタである。この光学フィルタＧ１゜Ｇ２は干渉
フィルタや回折格子や光学ガラスフィルタなどで実現可
能のものである。

導光路Ｆ、　、　Ｆ、にはそれぞれ上記光学フィルタＧ
、Ｉ０２が配置されておＱ、導光路Ｆ、の一端は入射光
ロエ、に対向しておシ、その他端は発光受光トランジス
タＱ１の光の導入または射出部１８（第１図（ｂ）参照
）に対向している。

同様にして、導光路Ｆ２の一端も上述の光の導入または
射出部１８に対向しておシ、その他端は出力出射光ロエ
、に対向している。

さらに、Ｃは発光受光トランジスタＱ、の周辺を光学的
に絶縁分離させるだめの遮光部で、たとえば光学的吸収
材、たとえば黒色樹脂や液体、粉末、黒色固体などの絶
縁体で構成し得るものである。

なお光学フィルタＧ＋　、　Ｇ２　ｒｔｘ不可欠なもの
ではない。

次に、以上のように構成されたこの発明の受光発光装置
の動作について説明する。いま、波長λ。

の入力信号光が入射光口■１よシ入射するとし、この入
力信号光は導光路Ｆ１および光学フィルタＧ１全通して
発光受光トランジスタＱ１に入射される。これによシ、
発光受光トランジスタＱ１がオンとなって波長λ２の出
力信号光を出射する。

この出力信号光は導光路Ｆ２および光学フィルタＧ２を
通υ、出力出射ロエ２よシ出カ信号光として出射する。

なお、波長λ１とＡ２はほぼ同一の波長の場合もある。

また入出力信号光は１個たとえば入射光口■３、または
出力出射光ロエ、のみの場合もあるし、また同時にそれ
ぞれ複数個の導光路を発光受光トランジスタＱ＋に接続
して同時に複数個の入出力信号光とすることもできるが
、簡単化のため省略しておく。

発光受光トランジスタＱ１とダイオードＤ１は電気的に
は増巾またはスイッチ回路を構成し得る。したがってダ
イオードＤ、かない場・合は入射光口■１より入射する
光量が犬なる場合、発光受光トランジスタＱ、の動作領
域は増巾領域より飽和領域とな９、過大なペース電流が
流れ、多大な小数キャリアのＳ積が行われるが、ダイオ
ードＤ１の順方向電圧降下が発光受光トランジスタＱ、
のペース・コレクタ間順方向電圧降下よシ小さいような
ダイオードＤ１でクランプすると、過剰なペース電流が
ダイオードＤ＋に通ってコレクタ側ノ々イアス端子Ａ１
の方へ分流される。

したがって、発光受光トランジスタＱ１は制限飽和形と
なシ、このため飽和が避けられ、過大なキャリアの蓄積
は発光受光トランジスタＱ１には生じない。これにより
、この回路は高速動作が可能となる。

フランジ用のダイオードＤ１に対する要件は前記のよう
な順方向電圧降下の小さいことと、小数キャリアの蓄積
が少ないかあるいは小数キャリア寿命の小さいことであ
る。したがってショットキダイオードか、小数キャリア
寿命の小さいｐｎ接合ダイオードであればその目的に適
合し、この発明ではそのようなダイオードが用いられて
いる。

第１図（ｂ）は第１図（ａ）の模式図に対応する具体的
構成會示す横断面図である。この構成例でに、抵抗Ｒ８
は外部接続として示されていないが、この第１図（ｂ）
に示されている絶縁性化合物半導体基板１５の内部また
は上部層としての化合物半導体層１１〜１５中に不純物
拡散やイオン注入法などを用いて単一基板内に構成し得
る。

まだ、純抵抗以外に等何曲に抵抗であればよいので、ト
ランジスタやダイオード等を用いて代用することも可能
であるが、本質的要件ではないので、その具体例は簡略
化のため詳述を省いた８化合物半導体層１１〜ｌ’ｌｊ
：発光受光トランジスタＱ１およびダイオードＤ１を構
成している。絶縁性化合物半導体基板で１５はたとえは
ＧａＡＢやＩｎＰで作成されて、その上にトランジスタ
Ｑ＋およびダイオードＤ＋’に同時に単一基板上に構成
している。

絶縁性半導体基板１５の上に発光受光トランジスタＱ＋
のコレクタ部およびダイオードのペース部全構成する化
合物半導体層１４、さらに、その上に発光受光トランジ
スタＱ＋のペース部およびダイオードのエミッタ部の一
部と匁る化合物半導体層１３、発光受光トランジスタＱ
、のエミッタ部をなす化合物半導体層１２、エミッタ電
極を良好なオーミック接続できるようにするためのコン
タクト層としての化合物半導体層１１をエピタキシャル
に成長させる。

次に、ペース電極を上部より取ｐ出すためのベース層と
同じｐ（またはｐｎｐ　）ランソスタの場合Ｕｎ）形の
不純物を拡散法あるいはイオン注入法などを用いて変質
させた変質層としての・化合物半導体層１６．１７をベ
ース層およびエミツタ層としての化合物半導体層１３，
１４４で形成する。

その後、エミッタ部の一部の化学的まだは物理的メサエ
ッチングにより取ｐ除くか、あるいはイオン注入法など
を用いた絶縁化によりエミッタペース間の一部絶縁化と
ベース層への光の導入または射出部１８を形成する。

したがって、この部分は単に真空や気体であってもよい
が、望ましくは各入出力信号光の波長において透明であ
ってかつでき得る限９半導体や導光路に近い屈折率を有
する樹脂や液体や固体で構成されることである。

その後、発光受光トランジスタＱ、のコレクタ電極を設
けるだめのエツチング、および発光受光トランジスタＱ
１のペースとダイオードＤ、のエミッタとを互に電気的
絶縁を行うだめのエツチングを行なう。

その後、各層のオーミック電極ｌ　９　、２０．２１゜
２２′！ｉ−蒸着法、メッキ法、シンタ法などを用いて
付加する。

一般には、エミツタ層としての化合物半導体層１２はベ
ース層としての化合物半導体層１３より大きなエネルギ
ギャップを有することが望しく、これによってエミッタ
からの小数キャリアの注入効率を向上させ得る。

たとえば、ベース層としての化合物半導体層１３がＧａ
ＡｓまたはＩｎＰで作られた場合、エミツタ層としての
化合物半導体層１２にはそれぞれＡｔＧａＡｓまたはＩ
　ｎＧａＡｓＰ々とが用いられるなどである。

また、同時にこのように行々うとベース層で吸収される
べき光の波長に対して、エミツタ層は光学的に透明にな
し得て、よシ光電変換効率を高めることが可能となる。

エミッタコンタクト層としての化合物半導体層１１は、
本質的には不要であるが、エミツタ層としての化合物半
導体層１２に直接オーミック電極がとり難い場合の補助
的な層として用いられるものである。

ベース層としての化合物半導体層１３、コレクタ層とし
ての化合物半導体層１４との組成は一般には同一組成で
作成されるのが通例であるが、この場合、ダイオードＤ
１の接合部２３の層のエネルギギャップは発光受光トラ
ンジスタＱ＋のベースコレクタ接合部のエネルギギャッ
プよシ小さくなされるべきである。　龜 したがって、コレクタ層としての化合物半導体層１４は
ベース層としての化合物半導体層１３より小さなエネル
ギギヤングの半導体層とするが、あるいは化合物半導体
層１４の下部にさらにこの化合物半導体層１４よシ小さ
なエネルギギャップ層１４′をさらに設けるようにして
、変質層１７をｘ　、１．　ルキキャップ層１４′まで
到達させるようにして接合面２３′を形成すればよい。

また、このベース層は発光受光トランジスタ鶴の電気的
および光学的特性に特に重要な作用を行なう層であシ、
■−■族化合物半導体に対しては、特に■族元素を不純
物として用いると特に望ましい特性がしばしば得られる
。

すなわち、少数キャリア拡散長が長く、発光あるいは受
光の変換効率が高い特性が得られる。

なお、ダイオードＤ１をショットキダイオードである場
合は、コレクタ層としての化合物半導体層１４に金属２
４を蒸着すればよく、特別にエネルギギャップの小さな
エネルギギャップ層１４′は必要はない。

また、遮光部Ｃｃ１部分は発光受光トランジスタＱ１、
ダイオードＤ１および導光路Ｆ、　、　Ｆ２間相互の光
学的および電極的絶縁を行々うだめの物質で、前述の材
料によって構成されるものである。これによって入出力
間の分離と同時に外来光による発光受光トランジスタＱ
１の誤動作を避けることが可能となる。

また、図中に（ｌ−１：導光路Ｆ、　、　Ｆ２はすべて
上部より取り出す構造を示しているが、絶縁性化合物半
導体基板１５の下方部に取り付けることも可能であるこ
と、あるいは特にレーザ発光させる場合には横方向に出
力取り出し用の導光路Ｆ２’ｉｒ：取シ伺けることが望
ましい。

また、遮光部Ｃは半導体部の上部のみに付加しているが
、より完全表光学的遮蔽を行なうために、下方部および
横方向部にも付加する方が望ましい。

第２図（ａ）は第１図（ａ）における発光受光トランソ
スタＱ１ｆダーリントン接続させることによって、より
太なる増巾率と入力インピーダンスを得る形式Ｑ１．Ｑ
２に変えた場合の実施例である。

すなわち、発光受光トランジスタＱ、のエミッタはダイ
オードＤ２に介して出力端子Ｂ２に接続されている。発
光受光トランジスタＱ、のエミッタは発光受光トランジ
スタＱ２のベースに接続されている。

この発光受光トランゾスタＱ２のコレクタは発光受光ト
ランジスタＱ、のコレクタに接続されている。

発光受光トランジスタＱ２のエミッタはエミッタ側グラ
ンド端子Ａ２に接続されている。

また、第２図（ｂ）は第１図（ａ）における発光受光ト
ランジスタＱ、のベース電極にさらにダイオードＤ２を
付加した場合の他の実施例である。

このダイオードＤ２はショットキバリアダイオードある
いはｐｎ接合ダイオードでよく、ベース層としての化合
物半導体層１３の上部に付加して一体的に作成可能であ
る。

第２図（ａ）と第２図（ｂ）とは互に独立の考え方を有
するものであシ、したがって、これらは組み合わせて用
いてもよい。具体的な構成のだめの構造図は簡易化のた
めに省略する。

なお、上記各実施例は第１図および第２図では入力およ
び出力信号部は１個のみを示したが、この数には複数個
でもよく、特に制限を受けるものではない。

以上説明したように、上記各実施例においては、発光受
光トランジスタの能動素子が電気的光学的に多機能な特
性含有するので、比較的簡単な回路で単純な構成によシ
同−基板上に多数個構成可會詫である。

また、電気的制御性も容易に得られる利点をも有すると
ともに、光学的な入出力信号光であるため電気的には他
の回路と全く絶縁した状態で動作可能であ）、その独立
性および制御性に大きなオ８点を有する。

したがって、これらの装置は並列的および直夕ＩＪ的接
続も可能でちゃ、かつ同一平面上に多数イ固集積化でき
る。

また、前記実施例はｎｐｎ形発光受光トランノスタを用
いた例のみが示されているカニ、ｐｎｐ形でも同様に構
成実施できることは容易に考えられるの亀 で省略した。

（発明の効果） 以上のように、この発明の受光発光装置によれば、導光
路を通して入射される入力信号光に応じて発光受光トラ
ンゾスタがオン、オフのスイッチング動作を行なって出
力信号光を発生し、この出力信号光を導光路を経て出射
するとともに発光受光トランジスタのペース−コレクタ
間に順方向電圧降下の小さいダイオードを接続して過剰
キャリアをダイオードに分流させるようにしたので、発
光受光トランジスタのスイッチング動作を速くすること
ができる。

これにともない、簡易にして多機能性かつ制御性を有す
る光学的飽和制限回路装置としての機能を呈することが
できるとともに、他の光学的論理回路比較器や遅延回路
、光掃引回路、光センサ、ディスプレイ回路、混合、増
巾、発振回路などの諸装置へ広範囲に応用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はこの発明の受光発光装置の一実施例の模
式図、第１図伽）は第１図（ロ））の受光発光装置の構
造を示す横断面図、第２図（ａ）は同上受光発光装置に
おける発光受光トランゾスタの部分を二つの発光受光ト
ランジスタをダーリントン接続した場合の他の実施例の
要部の模式図、第２図（ｂ）は同上受光発光装置におけ
る発光受光トランジスタのペースにダイオードを挿入し
た場合の他の実施例の要部の模式図である。 Ｑ＋　、Ｇ２・・・発光受光トランゾスタ、Ｄ＋　、　
Ｄ２・・・ダイオード、Ｆ、、Ｆ２・・・導光路、Ｇ１
．Ｇ２・・・光学フィルり、Ｃ・・・遮光部、１５・・
・絶縁性半導体基板、１１〜１７・・・化合物半導体層
、１８・・・光の導入まブζは射出部、１９〜２２・・
・オーミック電極。 特許出願人　沖電気工業株式会社 箪　２　図（ｂ） 手続補正告゛ 昭和５８年如月２５日 特許庁長官若杉和夫　殿 １、事件の表示 昭和５８年　特　許　願第　５０１ 、発明の名称 受光発光装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　特　許　出願人（０２９）沖電
気工業株式会社 ４、代理人 ５、補正命令の日付　　昭和　　年　　月　　日　（自
発）６、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ７　補正の内容 １）明細書４頁７行「電気抵抗」を「ＲＩは電気抵抗」
と訂正する。 ２）同８頁９行「１５」をｒ１４，１４’Ｊと訂正する
。 号３）同９頁１６行「エミッタ部」を「発光受光トラン
ジスタＱ、のエミッタ部」と訂正する。 ４）同１２頁１４行ｒ　Ｄ、を」をｒ　Ｄ、が」と］正
する。 ５）同１４頁末行「数には」を「数は」と訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力信号光を導入する第１の導光路と、この第１の導光
   路から入射される入力信号光の光量に応じてオン、オフ
   のスイッチング動作をしてオン時に出力信号光を出射す
   る発光受光トランジスタと、この発光受光トランジスタ
   から出射された出力信号光を外部に導き出す第２の導光
   路と、上記発光受光トランジスタのペースとコレクタ間
   に接続されてこの発光受光トランジスタの過剰キャリア
   をバイパスさせる順方向電圧降下の小さいダイオードと
   、上記発光受光トランジスタの周辺を光学的に絶縁分離
   する遮光手段とよりなる受光発光装置。