JPS63169821A - 光電子集積回路 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は光電子集積回路、特に高速光通信に用いるこ
とのできる受光用光電子集積回路の構成に関する。

［従来の技術］ 今日の光通信における発展はめざましく、その高速性が
一段と要求されてきている。このような光通信分野にお
いて光変換された信号を電気信号に変換するための受光
用光電子集積回路としては、応答速度の優れたＰＩＮフ
ォトダイオードとフォトダイオード出力によりオン・オ
フ制御されるトランジスタとを集積化した構成が一般に
用いられている。この構成においては、ＰＩＮフォトダ
イオードが、与えられた光信号に応じてそこに電流を流
す。トランジスタは、ＰＩＮフォトダイオードを流れる
電流変化に応答してオン・オフ制御される。したがって
、トランジスタ出力が光信号に対応した電気信号となり
、光信号が電気信号に変換されたことになる。

［発明が解決しようとする問題点］ ＰＩＮフォトダイオードは、絶縁層（１層）を含まない
フォトダイオードよりも動作速度が速く、高速応答性に
優れているので、高速データ通信を行なうために一般的
に用いられている。

しかしながら、ＰＩＮフォトダイオードはそれ自体に並
列に奇生容量を有している。したがって、光が与えられ
たときにはその容量に電荷を蓄積し、光が与えられなく
なったときにこの蓄積された電荷が放電されるため、ト
ランジスタが光信号に応答して高速でターンオフするこ
とができなくなる。

この結果、従来のＰＩＮフォトダイオードとトランジス
タを用いた光電子集積回路の構成においては、トランジ
スタのターンオフ時間が長くなるため、高速、特に１０
Ｇｂｌ）３以上の高速光通信に対応することができない
という問題点があった。

それゆえ、この発明の目的は上述の従来の光電子集積回
路の有する問題点を除去し、１０Ｇｂｌ）８以上の高速
通信でも確実に対応することのできる光電子集積回路を
提供することである。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る光電子集積回路は、光導電素子と、ゲー
ト電極とその他方電極とが短絡された第１の電界効果ト
ランジスタとを直列に接続し、この光導電素子と第１の
電界効果トランジスタの共通接続点を第２の電界効果ト
ランジスタのゲート電極に接続したものである。

［作用］ 光導電素子は、光照射時には、その抵抗値が減少し、光
非照射時にはその抵抗値が増大する。一方ゲート電極と
他方電極とが短絡された第１の電界効果トランジスタは
能動負荷として作用し、定電流源として作用する。光導
電素子と第１の電界効果トランジスタとは直列に接続さ
れているので、そこを流れる電流は同一である。したが
って、光の照射／非照射に応じて共通接続点電位が増減
し、光の照射／非照射に応じて第２の電界効果トランジ
スタがオン・オフし、かつそのゲート容量は光導電素子
を介して充電されかつゲート容量の放電は定電流源とし
て作用する第１の電界効果トランジスタを介して強制的
に行なわれ、第２の電界効果トランジスタのターンオフ
時間が減少する。

［発明の実施例］ 第１図はこの発明の一実施例である光電子集積回路の構
成を示す回路図である。以下、第１図を参照してこの発
明の一実施例である光電子集積回路の構成および動作に
ついて説明する。

第１図においてこの発明による光電子集積回路は、その
−万端子が第１の電位Ｖｏｏに接続され、光照射時には
その抵抗値が減少し、光非照射時にはその抵抗値が増大
する光導電素子１と、そのドレインが光導電素子１の他
方端子に接続され、そのソースとゲート電極とが短絡さ
れるとともに第２の電源電位Ｖ９．（但しＶｏ　ｏ　＞
Ｖ＊　ｓ　）に接続される第１の電界効果トランジスタ
２と、光導電素子１と第１の電界効果トランジスタ２の
共通接続点４にそのゲート電極が接続され、そのドレイ
ンが第１の電位Ｖ００に接続され、そのソースが第２の
電源電位Ｖｓｓに接続される第２の電界効果トランジス
タ３とから構成される。

ソース電極とゲート電極とが短絡された第１の電界効果
トランジスタは能動負荷となり、定電流源として作用す
る。第２の電界効果トランジスタ３は、共通接続点４電
位に応じてオン・オフし、光信号に応じたドレイン電流
１流を流す。次に動作について説明する。

光導電素子１は、光が照射されるとその抵抗値が減少す
る。光導電素子１を流れる電流は第１の電界効果トラン
ジスタ２のドレイン電流と同一である。したがって、電
流が変化せずかつ光導電素子１の抵抗値が減少するため
、共通接続点４の電位は上昇し第２の電界効果トランジ
スタのしきい値電圧より高くなる。これにより第２の電
界効果トランジスタ３はオン状態となり、ドレイン電流
が第２の電界効果トランジスタ３を介して流れる。

一方、光８１１！素子１に光が照射されない場合には、
光導電素子１の抵抗値が高くなり、かつ定電流源として
機能する第１の電界効果トランジスタ２の作用によりそ
こを流れる電流は変化しないので、共通接続点４の電位
は低下し、第２の電界効果トランジスタ３はオフ状態と
なり第２の電界効果トランジスタ３にはドレイン電流が
流れなくなる。以上の動作により、光導電素子１に与え
られる光信号に応答して、第２の電界効果トランジスタ
３にドレイン電流が流れたり流れなくなったりするので
、光信号を電気信号に変換することができる。

上述の構成において、この光電子集積回路の動作速度は
第２の電界効果トランジスタ３のゲート容量の充放電の
時定数により決定される。第２の電界効果トランジスタ
３のゲート容量の充電は、光照射により低抵抗となった
光導電素子１を通して行なわれ、かつ光非照射時には、
定電流源として作用する第１の電界効果トランジスタに
より強制的にゲート容量に充電された電荷が放電される
。

これにより第２の電界効果トランジスタのゲート容量の
充放電は高速で行なわれることになり、高速でオン・オ
フすることが可能となる。

第２図はこの発明による光電子集積回路の構造を示す概
略断面図である。第２図において、インジウム・リン、
ガリウム・ヒ素などの半絶縁性化合物半導体基板５表面
の所定領域にイオン注入法を用いてシリコン（８１）、
硫黄＜８）などのＮ型不純′物イオンを注入し、イオン
注入領域６を形成する。この後、イオン注入領域６表面
上にオーミックまたはシミットキゲート、接合型などの
必要に応じたタイプの電極７を形成し、各電極７を配線
することにより、第１図に示される回路構成を有する光
導電集積回路が得られる。このイオン注入法を用いて光
電子集積回路を構成する場合、電界効果トランジスタ２
としては、ＭＥＳＦＥＴ（シミツキゲート型電界効果ト
ランジスタ、接合型電界効果トランジスタなど）　、Ｍ
ＯＳＦＥＴ〈絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）など
を構成することができる。

第３図はこの発明の光電子集積回路の他の構造を示す概
略断面図である。第３図の構造においては、インジウム
・リン、ガリウム・ヒ素などの半絶縁性化合物半導体′
基板５上に、Ｎ型不純物（シリコン、硫黄など）をドー
プしたＮ型層をエピタキシャル成長させた後、メサエッ
チングを施すことにより、光導電素子１および第１の電
界効果トランジスタ２のメサ領域を形成する。この後メ
サ領域８上に必要に応じたタイプの電極７を形成し、配
線することにより第１図に示される光電子集積回路を実
現することができる。このエピタキシャル成長層をメサ
エッチングして各素子を分離する構成においては、第１
の電界効果トランジスタ２としてＭＥｓＦＥＴ、ＭＯＳ
ＦＥＴ、ＢよびＨＥＭＴ（高電子移動度電界効果トラン
ジスタ）などを用いることが可能である。

第４図はこの発明の光電子集積回路の他の構造を示す概
略断面図である。第４図に示される構造においては、半
絶縁性化合物半導体基板５表面にエピタキシャルｌ１ｌ
（Ｎ型不純物が添加されている）９を成長させた後、所
定領域にイオン注入法を用いて酸素（０□）、ボロン（
Ｂ）、およびプロトン（Ｈ）などのイオンを注入して、
絶縁性イオン注入領域１０を形成し、光導電素子１と第
１の電界効果トランジスタ２とを電気的に分離する。こ
の後所定領域に電極７を形成し、配線を所定の形状に形
成することにより、第１図に示される回路構成を有する
光電子集積回路を得ることができる。

これらの構造においては、第２の電界効果トランジスタ
の製造プロセスと同様のプロセスを用いて同時に作成す
ることができるため、容易に複雑なプロセスを付加する
ことなく光電子集積回路を実現することができる。

なお、上記実施例においてはＮ型不純物を添加した領域
に各素子を形成したが、これに代えてＰ型イオンである
ベリリウム（Ｂｅ　）などを添加したＰ型領域に各素子
を形成しても上記実施例と同様の効果を得ることができ
る。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、光導電素子と、その
ゲート電極とその他方電極とが知略された第１の電界効
果トランジスタとを直列に接続し、光導電素子と第１の
電界効果トランジスタの共通接続点を第２の電界効果ト
ランジスタのゲート電極に接続して光電子集積回路を構
成したので、第２の電界効果トランジスタのゲート容重
に蓄積される電荷の充放電は、それぞれ光導電素子およ
び定電流源として機能する第１の電界効果トランジスタ
を介して強制的に行なわれるため、高速で第２の電界効
果トランジスタをオン・オフさせることができ、高速光
通信に適用することのできる光電子集積回路を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である光電子集積回路の構
成を示す回路図である。第２図はこの発明の光電子集積
回路の構造を示す概略断面図である。第３図はこの発明
の光電子集積回路の他の構造を示す概略断面図である。 第４図はこの発明の光電子集積回路のさらに他の構造を
示す概略断面図である。 図において、１は光導電素子、２は第１の電界効果トラ
ンジスタ、３は第２の電界効果トランジスタ、５は半絶
縁性化合物半導体基板、６はイオン注入領域、７は電極
、８はメサ領域、９はエピタキシャル層、１０は絶縁性
イオン注入領域である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 第１図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）照射される光に応答してその抵抗値が減少する光
   導電素子と、 前記光導電素子の一方端子にその一方導通電極が接続さ
   れ、そのゲート電極とその他方導通端子とが接続される
   第１の電界効果トランジスタと、前記光導電素子と前記
   第１の電界効果トランジスタの共通接続点にそのゲート
   電極が接続される第２の電界効果トランジスタとを備え
   る光電子集積回路。
2. （２）前記第１の電界効果トランジスタは、負のしきい
   値電圧を有するノーマリオン型である、特許請求の範囲
   第１項記載の光電子集積回路。