JPS63169822A - 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られ
る受光用光電子集積回路に関する。

［従来の技術］ 今日、光通信の発展は著しく、一層の高速化が要求され
てきている。このような光通信分野において光信号を電
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
、フォトダイオードのアノードと抵抗とを直列に接続し
、このフォトダイオードと抵抗の共通接続点を電界効果
トランジスタのゲート電極に接続する構成が一般的に用
いられている。

この構成においては、光信号がフォトダイオードへ与え
られると、すなわちフォトダイオードが光照射されると
、そこを流れる電流が増加する。

この電流が増加すると負荷抵抗の両端に現われる電位差
が増大し、この電位差が電界効果トランジスタのゲート
電極に印加され、電界効果トランジスタがオン状態とな
る。これにより電界効果トランジスタに光信号に対応し
たドレイン電流が流れる。

一方、光信号が与えられないときには、フォトダイオー
ドには電流はほとんど流れないので、負荷抵抗両端の電
位差も減少し電界効果トランジスタのゲート電極へ印加
される電圧も小さくなり、電界効果トランジスタはオフ
状態となり、そこにドレイン電流は流れない。

このように、フォトダイオードを流れる電流変化を負荷
抵抗両端の電圧変化として検出し、この電圧変化に応答
して電界効果トランジスタをオン・オフさせて光信号に
対応した電気信号（ドレイン電流）を取出す構成となっ
ている。

［発明が解決しようとする問題点］ 光電子集積回路の応答速度は電界効果トランジスタのゲ
ート容量に蓄積される電荷の充放電時間により規定され
る。電界効果トランジスタのゲート容量の充電はフォト
ダイオードを介して行なわれかつ放電は負荷抵抗を介し
て行なわれる。ゲート容量の放電時間は電界効果トラン
ジスタのゲート容量と負荷抵抗との積で決定されるが、
この放電時間を小さくして高速で電界効果トランジスタ
をオフさせるためには、負荷抵抗をできるだけ小さくす
るのが望ましい。しかしながら、負荷抵抗を小さくする
と、フォトダイオードの電流変化に対応した負荷抵抗両
端の電圧変化が小さくなり、電界効果トランジスタのゲ
ート電圧変化も小さくなる。この結果、光信号に対応し
て正確に電界効果トランジスタがオン・オフすることが
できなくなる場合が生じるため、光電子集積回路の感度
・増幅率が低下する。したがって、負荷抵抗を十分小さ
くするにも限度があるため、従来の負荷抵抗を用いた光
電子集積回路では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受光用光電子
集積回路の問題点を除去し、１０Ｇｂｐｓ以上の高速光
通信にも適用することのできる受光用光電子集積回路を
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、フォトダイオードと
飽和抵抗素子とを直列に接続し、フォトダイオードと飽
和抵抗素子の共通接続点に電界効果トランジスタのゲー
ト電極を接続するように構成したものである。

［作用］ 飽和抵抗素子は、両端に印加される電圧に応じてそこを
流れる電流が飽和璃象を起こすため、飽和抵抗素子は′
Ｒ５！源として作用する。したがって、フォトダイオー
ドに光が照射されると飽和抵抗素子は定電流源として動
作し、電界効果トランジスタのゲート電極に大きな電圧
を印加する。一方、光がフォトダイオードに照射されな
い場合は、小さな電流しか流れないので飽和抵抗素子は
非飽和領域で動作し、電界効果トランジスタのゲート電
極に小さな電圧しか与えず、かつ電界効果トランジスタ
のゲート容量に蓄積された電荷を強制的に高速で放電す
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。第１図においてこの発明の一実
施例である光電子集積回路は、そのカソードが第１の電
位ＶＯＯに接続されるフォトダイオード１と、その−万
端子がフォトダイオード１のアノードに接続され、その
他方端子が第２の電位Ｖｓｓに接続される飽和抵抗素子
２と、フォトダイオード１と飽和抵抗素子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ＶＯＯに接続されかつそのソースが第２の電位Ｖ
＄！　（但しＶｏ　ｏ　＞　Ｖｔ　ｓ　）に接続される
電界効果トランジスタ３とから構成される。

第２図は第１図の回路に用いられるフォトダイオードお
よび飽和抵抗素子の電流−電圧特性を示す図である。第
２図において曲！１ａは飽和抵抗素子２のｍ流−電圧特
性を示し、曲線すはフォトダイオード１の電流−電圧特
性を示す。第２図から見られるように、飽和抵抗素子２
は、その両端に印加される電圧に応答してそこを流れる
電流が飽和する飽和領域を有する。飽和抵抗素子２は電
極間距離が１０μｍ以下にされた抵抗であり、電極間に
数■印加されるとその内部に高電界が発生し、そこを流
れる電子が速度飽和を起こすために電流飽和現象が生じ
る。

フォトダイオード１は、第２図の曲線すに見られるよう
に、光を照射されると光励起されたキャリアにより大電
流が流れ、光の非照射時にはキャリアが光励起されない
ため小さな電流しか流れない。電界効果トランジスタ３
としては、ＭＥＳＦＥＴ（シミットキゲート電界効果ト
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）、お
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できる。以下、第１図および第２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
動作について説明する。

フォトダイオード１に光が照射されるとそこに大電流が
流れる。しかし、フォトダイオード１と飽和抵抗素子２
とは直列に接続されているので、フォトダイオード１を
流れる電流と飽和抵抗素子２を流れる電流とは同一とな
る。この結果、第２図のＡ点に示される高電圧が共通接
続点４に現われ、電界効果トランジスタ３のゲート電極
に印加される。この高電圧は電界効果トランジスタ３の
しきい値電圧より大きいので、電界効果トランジスタ３
がオン状態となり、そこにドレイン電流が流れる。

一方、光がフォトダイオード１に照射されない場合は、
フォトダイオード１にはキャリアの光励起が生じないの
で小電流しか流れない。フォトダイオード１と飽和抵抗
素子２とには同一の電流が流れるため、共通接続点４に
は第２図Ｂ点で示される電圧が現われることになる。こ
の小電圧は電界効果トランジスタ３のしぎい値電圧より
小さいので、電界効果トランジスタ３はオフ状態となる
。

このとき、電界効果トランジスタ３のゲート容量に蓄積
された電荷は飽和抵抗素子２を介して強制的に放電され
る。

上述の回路構成においては、回路の動作速度は電界効果
トランジスタ３のゲート容量に蓄積された電荷の放電時
間で決定されるが、この放電は飽和抵抗素子２を介して
強制的に高速で行なわれるので極めて短時間となり、高
速光通信に適用しても確実かつ正確に動作する光電子集
積回路を実現することができる。

第３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３図の構造において、まずインジウ
ム・リン（ＩｎＰ）、ガリウム・ヒ素（Ｇａ　Ａｓ　）
などの半絶縁性基板５表面の所定領域にイオン注入法を
用いてＮ型不純物であるシリコン（８１）、硫黄（Ｓ）
などの不純物イオンを注入し、イオン注入ｆｒ４域６を
形成する。次にフォトダイオード１となるべき領域のイ
オン注入領域にベリリウム（Ｂｅ　）などのＰ型不純物
イオンを注入し、第２のイオン注入領域７を形成する。

この後、イオン注入領域６．７の所定領域上に必要に応
じてオーミック、ショットキバリア型、接合型などの電
極８を形成し、所要の配線を形成することにより第１図
に示される光電子集積回路が実現される。この構造にお
いて電界効果トランジスタ３としてＭＥＳＦＥＴ、ＭＯ
ＳＦＥＴを用い。

ることができる。

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図の構造においては、半絶縁性基
板５表面上にＮ型エピタキシャル層を成長させた後、エ
ピタキシャル層にメサエッチングを施してメサ領域９を
形成する。次にフォトダイオード１となるべき領域のメ
サ領域９にＰ全不純物イオンを注入してイオン注入領域
１０を形成する。このときイオン注入領域１０を形成し
た後にエピタキシャル層のメサエッチングを行なっても
よい。この後必要とされる電極８および配線（図示せず
）を形成することにより、第１図の構成を有する光電子
集積回路を得ることができる。

この構造においては電界効果トランジスタ３としてはＭ
ＥＳＦＥＴのほかにＭＯＳＦＥＴ、ＨＥＭＴを用いるこ
とができる。

第５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。この構造においては、半絶縁性
基板５表面上にＮ型エピタキシャル層１１を形成した後
、酸素＜０２）、ボロン（Ｂ）、プロトン（Ｈ）などの
不純物イオンを注入して分離用イオン注入領域１２が形
成される。

これにより各素子領域が電気的に分離される。この後フ
ォトダイオード１となるべき領域のＮ型エピタキシャル
！１１１にＰ型不純物イオンを注入してＰ型イオン注入
領域１３を形成する。最後に必要な電極８および配線（
図示せず）を形成することにより第１図に示される光電
子集積回路が得られる。

なお上記実施例におては、Ｎ型領域に各素子を形成して
いるが、これに代えてＰ！！９ｆｌｌ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。

以上の構造においては電界効果トランジスタを製造する
際のプロセスに何ら複雑な工程を付加することなく容易
にこの発明の光電子集積回路を実現することができる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、フォトダイオードと飽
和抵抗素子とを直列に接続し、フォトダイオードと飽和
抵抗素子の共通接続点を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、電界効
果トランジスタのゲート容量の放電を飽和抵抗素子を介
して強制的に高速で行なうことができ、１０Ｇｂｐｓ以
上の高速光通信に適用しても確実に正確に動作する光電
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図は第１図の回路に用いら
れるフォトダイオードおよび飽和抵抗素子の電流−電圧
特性を示す図である。第３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４図はこの発
明による光電子集積回路の他の構造を示す概略断面図で
ある。 第５図はこの発明による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はフォトダイオード、２は飽和抵抗素子
、３は電界効果トランジスタ、５は半絶縁性基板、６．
７．１０はイオン注入領域、９はメサ領域、１１はエピ
タキシャル層、１２は素子分離用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領域を示す。 第１図 第２図 ｔ　尺 第３諷 第４ａｌｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 アノードとカソードとを有し、照射される光に応答して
   そこを流れる電流が変化するフォトダイオードと、 前記フォトダイオードの前記アノードにその一方端子が
   接続され、その両端に印加される電圧に応じてそこを流
   れる電流が飽和する飽和抵抗素子と、 前記フォトダイオードと前記飽和抵抗素子との共通接続
   点にそのゲート電極が接続される電界効果トランジスタ
   とを備える光電子集積回路。