JPS63169823A - 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著しく、その高速化が一段
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、応答速度に優れたＰＩＮフォト
ダイオードと、ＰＩＮ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ものが一
般に用いられている。

この構成においては、ＰＩＮフォトダイオードは、与え
られた光信号に応答し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じ
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
自体に並列に寄生容量を有しいる。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Ｆ’ＩＮフ
ォトダイオードを用いた光電子集積回路では高速、特に
１０Ｇｂｐｓ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、１０ＧｂｐＳ以上の高速通
信でも確実に動作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、そこ
を流れる電流が飽和現象を示す飽和抵抗とを直列に接続
するともとに、光導電素子と飽和抵抗との接続点を電界
効果トランジスタのゲート電極に接続したものである。

［作用コ 光導電素子および飽和抵抗はともに寄生容量を持たない
ので、この回路の応答速度は電界効果トランジスタのゲ
ート容量の充放電時定数により決定される。したがって
、ゲート容量の充電は光照射時の低抵抗の光導電素子を
介して、放電は電流源として作用する飽和抵抗を介して
強制的にともに高速で行なわれる。

［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。

この発明による光電子集積回路は、その一方端子が第１
の電位ＶＤＤに接続され、光が照射されるとその抵抗値
が減少する光導電素子１と、その一方端子が光導電素子
の他方端子に接続され、その他方端子が第２の電位Ｖｓ
ｓ（但しｖｏ。〉Ｖｓｓ）に接続され、そこを流れる電
流が飽和現象を示す飽和抵抗素子２と、光導電素子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ＶＤＤに接続され、そ
のソースが第２の電位Ｖｓｓ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。

飽和抵抗素子２は、オーミック電極間が１０μｍ以下に
された抵抗体であり、この電極間に数１以上の電圧を印
加すると、そこに高電界が発生しそこを流れる電子が速
度飽和を起こし、第２図に示されるような電流−電圧特
性を示す。すなわち、飽和抵抗素子２は、定電流源とし
て作用する。

電界効果トランジスタ３としては、ＭＥＳＦＥＴ（シミ
ツトキーゲート電界効果トランジスタまたは接合型電界
効果トランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（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。次に
動作について説明する。

光信号が光導電素子１に与えられると、光導電素子１は
光照射によりその抵抗値が減少する。光導電素子１を流
れる電流は飽和抵抗素子２を流れると電流と等しくかつ
飽和抵抗素子２は定電流源として作用するので、この経
路を流れる電流は光が照射されても飽和抵抗２の飽和電
流と同一となる。したがって、光導電素子１と飽和抵抗
素子２の接続点４、すなわち電界効果トランジスタ３の
ゲート電極電位は光導電素子１の抵抗の減少分と飽和抵
抗素子２の飽和電流の積で与えられる電圧分だけ上昇し
て電界効果トランジスタ３のしきい値電圧より高くなり
、電界効果トランジスタ３がオン状態となり、電界効果
トランジスタ３にドレイン電流が流れる。

光が照射されなくなると、光導電素子１の抵抗値は大き
くなり、かつそこを流れる電流は飽和抵抗２を流れる電
流と同じであるので、接続点４の電位は低下しく第２図
の不飽和領域に対応）、電界効果トランジスタ３はオフ
状態となる。

この回路の動作速度は電界効果トランジスタ３のゲート
容量の充放電時間により規定される。電界効果トランジ
スタ３のゲート容量の充電は低抵抗の光導電索子１を介
して行なわれ、ゲート容量の放電は定電流源として作用
する飽和抵抗素子２を介して強制的に行なわれるので、
極めて高速で電界効果トランジスタをオン・オフ動作さ
せることが可能となる。

第３図は第１図に示される光電子集積回路を半絶縁性基
板上に形成した際の概略構造を示す断面図である。第３
図の構成において、インジウムφ燐やガリウム・砒素な
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（Ｓｉ）、硫黄（Ｓ）な
どをイオン注入することにより、光導電素子１、飽和抵
抗素子２および電界効果トランジスタ３となるイオン注
入領域６が形成される。その後、各イオン注入領域６表
面の所定領域に必要に応じてオーミック、ショットキー
バリア型または接合型などの電極７を形成する。この後
各電極７を第１図に示される回路構成となるように配線
接続することにより、半絶縁性基板５上に集積化された
光電子集積回路が得られる。

この構成により、何ら複雑な製造プロセスを付加するこ
となく、容易に高速動作可能な受光用光電子集積回路を
実現することができる。

第４図はこの発明の光電子集積化回路の他の構成を示す
概略断面図である。この構成においては、ノンドープの
インジウム・燐またはガラリム・砒素などの半絶縁性基
板５上に、シリコン（Ｓｉ）、硫黄（Ｓ）などの不純物
を添加したＮ型層８をエピタキシャル成長させる。次に
、所定領域のみを残すようにメサエッチングをエピタキ
シャル層８に施して、光導電素子１、飽和抵抗素子２お
よび電界効果トランジスタ３の各領域を分離する。この
後各メサ領域上に必要な電極７および配線を形成するこ
とにより、光導電素子１、飽和抵抗素子２および電界効
果トランジスタ３からなる光電子集積回路が得られる。

第５図はこの発明の光電子集積回路のさらに他の構成を
示す概略断面図である。第５図の構成においては、Ｎ型
エピタキシャル層９を半絶縁性基板５表面上に成長させ
た後に、所定領域に酸素（０２）、ボロン（Ｂ）または
プロトン（Ｈ）などのイオンの注入を行なって絶縁性イ
オン注入領域１０を形成し、光導電素子１、飽和抵抗素
子２および電界効果トランジスタ３の各領域を電気的に
分離する。この後各領域に電極７および配線を形成する
ことにより、光電子集積回路が得られる。

なお、上記実施例においては、Ｎ型のイオン注入層また
はエピタキシャル層に各素子を形成したが、ベリリウム
（Ｂｅ）などのＰ型不純物を添加したＰ型層を用いても
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、光導電素子と飽和抵抗
素子とを直列に接続し、この光導電素子と飽和抵抗素子
との接続点を電界効果トランジスタのゲート電極に接続
して受光用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充放電のみに回路の動作速度
が規定され、かつゲート容量の充電放電は定電流源とし
て動作する飽和抵抗素子を介して強制的に行なわれるの
で、高速の光信号に正確に応答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図はこの発明に用いられる
飽和抵抗素子の電流−電圧特性を示す図である。第３図
はこの発明の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端面図である。 図において、１は光導電素子、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はイオン
注入領域、７は電極、８はメサ領域、１０はイオン注入
分離領域である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 第１ｍ 第２ｍ 電　氏 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 外部から与えら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電極にその一方電極が接続され、
   その両電極間に与えられる電圧に応答してそこを流れる
   電流が飽和する飽和抵抗素子と、前記光導電素子と前記
   飽和抵抗素子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。