JPS63181371A - 光電子集積回路 - Google Patents

光電子集積回路

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JPS63181371A
JPS63181371A JP62012766A JP1276687A JPS63181371A JP S63181371 A JPS63181371 A JP S63181371A JP 62012766 A JP62012766 A JP 62012766A JP 1276687 A JP1276687 A JP 1276687A JP S63181371 A JPS63181371 A JP S63181371A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
integrated circuit
base layer
bipolar transistor
base
Prior art date
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Pending
Application number
JP62012766A
Other languages
English (en)
Inventor
Teruhito Matsui
松井 輝仁
Kenichi Otsuka
健一 大塚
Hiroshi Sugimoto
博司 杉本
Yuji Abe
雄次 阿部
Toshiyuki Oishi
敏之 大石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/1443Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

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、例えば光通信に使用する受光素子と光信号
電流を増幅するトラレジスタを同一基板上に集積した光
電子集積回路に関するものである。
〔従来の技術〕
第4図は、例えばに、KASAHARAet al、。
E  Ieetronies  Lett、ers  
Vol、1 9  、No、2 2  p  905〜
906に示された従来の光電子集積回路の構造を示す側
断面図である。
この図において、21は段差を設けた半絶縁性InP基
板、22はn”  InP:+ンタクト層、23はn 
−−I nG aA sP光吸収層、24ばp−InP
窓層、25はp −I nGaAsP  コンタク1、
Bで、これらの各層は半絶縁性InP 基板21上に順
次液相エピタキシャル成長されている。26は前記p−
InP 窓層24の一部にZn拡散されたp+領領域2
7はSiO□絶縁層で、電界効果型トラレジスタ(FE
T)を構成するためにn”−InPコンタクI一層22
の一部を開口した部分に形成されている。28はFET
を構成するためのAlゲート電極、29はAuGeNi
/ Auソ 7. ・Fし4 ン電極、30はAuZn
/Auアノード電極、31は前記Alゲー1. fli
極28と接続されたAtカソード電極、32は信号光で
ある。
次に、その動作について説明する。
pinフォトダイオード構造の受光素子部は、AuZn
/Auアノード電極30とA1カソード電極31の間で
逆バイアスされる°ことにより、n−−I nG aA
 sP 光吸収層23中に空乏層が拡がる。
乙の空乏層内で信号光32が吸収されて電子と正孔が生
成され、生成され、た電子と正孔は空乏層内の電界で分
#、ドリフI・されて光電流として外部に取り出される
。この電流によって発生した電圧(フォトダイオードは
アースとの間に抵抗器が接続されているため)は、電界
効果型トランジスタのAlゲート電極28に印加され、
 A uG eN i/A uソース・ドレイン電極2
9間で増幅された信号電流として取り出される。
このような光受信系における前置増幅器としての電界効
果型トランジスタは、光信号電流を熱雑音に影響されな
いレベルまで増幅する機能を持っており、受信信号のS
/NR(信号対雑音比)を決定している。
信号光の変調度を100%とした場合、最小受信光強度
P III I nは次式で与えられろことが知られて
いる。
ただし、hニブランク定数、シ:先の振動数、1(:ボ
ルツマン定数、T:絶対温度、η:受光素子の量子効率
pq’電子の電荷、Ft:増幅器の雑音指数、B:帯域
、RL:負荷抵抗値、(S/N):所望の信号対雑音比
である。
入力信号の検出限界は負荷抵抗値RLを大きくする捏上
げることができろ。したがって、入力インピーダンスの
高い電界効果型トランジスタを前置増幅器に使用すると
受信感度を上げるうえで有利である。
また、このように受光素子と前置増幅器を同一基板上に
形成することは、個別の素子で回路を組む場合に比べて
配線等に伴う容量を低減させることができ、受信系の帯
域を改善することができる。
さらに、配線の減少によるコストの低減、信頼性の向上
、小形化にも寄与する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記のような従来の光電子sM@路は、受信感度を上げ
るために用いる前置増幅器としての電界効果型トランジ
スタの入力インピーダンスが大きいため、受光素子の容
量と電界効果型トランジスタの入力インピーダンスに基
づく波形ひずみが高速応答の場合には無視できなくなり
、数百Mb/S以上の伝送速度では低入力インピーダン
スの前置増幅器を用いる必要があり、また、MIS型(
Metal I n5ulator S emieon
duetor) F E Tは、絶縁膜と半導体の界面
が不安定で、時間に対して電流ドリフトが生じるなどの
問題点があった。
この発明は、かかる問題点を解決するなめになされたも
ので、数百M b / s以上の高速の信号伝送に対し
て電流ドリフトを生じず安定した状態を保って使用でき
る光電子集積回路を得ることを目的とする。
〔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、ベース層と、このベ
ース層とそれぞれ接合し、少なくともその一方の禁制帯
幅がベース層の禁制帯幅よりも大きいエミッタ層および
コレクタ層とから構成される装置増幅器としてのヘテロ
・バイポーラ・トランジスタと、このヘテロ・バイポー
ラ・トランジスタと同一チップ上に形成され、アノード
層とカソード層間にベース層と同じかそれよりも小さい
禁制帯幅の光吸収層を備えるとともに、ア、ノード層ま
たばカソード層がベース層と共通に構成されたpinフ
ォトダイオードとから構成したものである。
〔作用〕 この発明においては、逆バイアスされたpinフォトダ
イオードに入射された信号光が光吸収層中に拡がった空
乏層内で吸収されて電子と正孔が生成される。そして電
子と正孔は電界に、より分離され、pin接合に対して
逆方向の電流として流れ、この電流はヘテロ・バイポー
ラ・トランジスタのベースに供給されて増幅されたのち
、信号電流として取り出される。
〔実施例〕
第1図はこの発明の光電子集積回路の一実施例の構造を
示す側断面図である。
この図において、1はn”−InP基板、2はn−In
Pエミッタ (コレクタ)層、3はp”−InGaAs
ベース・アノード層、4はn−−InGaAS光吸収層
で、これらの各層はn”−InT’基板1上に順次エピ
タキシャル成長されている。5はn−InPコレクタ 
(エミッタ)層、6はカソード層としてのn−InP窓
層で、それぞれn−−InGaAs光吸収H4の一部を
エツチング除去した後に p +−InGaAsベース
・アノード層3上およびn−−InGaAs光吸収層4
上にエピタキシャル成長を行うことにより形成される。
7はp+領領域、受光素子部のn+−InP 基板1側
からp”−InGaAsベース・アノード層3を通して
n−−InGaAsnGaAs光吸収型4拡散を行うこ
とによって形成きれている。8はエミッタ(コレクタ)
電極、9はベース・アノード電極、10はコレクタ(エ
ミッタ)電極、11はカソード電極、12は信号光であ
る。
そして、n”−InP基板1と、n−InPエミッタ 
(コレクタ)層2と、p+−InGaAsベース。
アノード層3と、n−InPコレクタ (エミッタ)層
5とから前置増幅器としてのヘテロ・バイポーラ・トラ
ンジスタが構成されている。
次にその動作について説明する。
受光素子部のpinフォトダイオードの動作は従来の光
電子集積回路と同様であり、逆バイアスされることによ
り、空乏層がn−−InGaAs光吸収層4中に拡がる
。そして、n−InP窓H窓側6側びn”−InP基板
1側の少なくとも一方から入射された信号光12は、空
乏層内で吸収されて電子と正孔が生成され、生成された
電子と正孔は電界によりpin接合に対して逆方向に電
流が流れる。この電流は、p”−InGaAsベース・
アノード層3の受光素子部の領域から前置増幅器として
のへテロ・バイポーラ・l−ランジスタのベースとなる
同じp+〜InGaAs+−InGaAsベース領域に
供給され、増幅された信号電流としてエミッタ (コレ
クタ)電極8とコレクタ (エミッタ)電極9間より取
り出される。
ヘテロ・バイポーラ・トランジスタでは、エミッタ層を
形成する半導体層の禁制帯幅をベース層のそれよりも大
きく取ること°により、ベースからエミッタへの少数キ
ャリアの逆注入を抑えてエミッタ注入効率、すなわちr
i流利得を高くすることができる。このなめ、ベース層
のドーピングを上げて、ベース抵抗値を下げることがで
き、また、エミッタ層またはコレクタ層のドーピングを
下げることによってエミッタ・ベース接合容量およびコ
レクタ・ベース接合容量等を下げることができる。
したがって、この発明の光電子集積回路は、前置増幅器
としてヘテロ・バイポーラ・トランジスタを用いたので
・ベース抵抗値が低(なるうえ、エミッタ・ベース接合
容量およびコレクタ・ベース接合容量の少なくとも一方
Zよ小さくなるため、高速動作が可能になる。また、ヘ
テロ・バイポーラ・トランジスタの入力インピーダンス
が電界効果型トランジスタのそれに比べて小さいことに
、上っても高速動作が可能になる。
また、MIS型FETと違って絶縁膜と半導体間の界面
準位が存在せず、時間に対する電流ドリフトが生じない
ヘテロ・バイポーラ・トランジスタを用いているので、
安定した動作を得ることができる。
サラ1こ、pinフオ)・ダイオードのアノード電極 とを共通に形成したことにより、plnフォトダイオー
ドとヘテロ・バイポーラ・トランジスタ間の配線を省略
でき、不要な容量やインダクタンスが低減されることに
よっても高速化に有利となる。
なお、上記実施例では、受光素子部のn”−InP基板
1をエツチングにより除去したが、n+−InP基板1
が十分に薄い場合には、エツチングをせずにp+領域7
の形成のために直接熱拡散を行ってもよい。
また、第2図および第3図はこの発明の他の実施例の構
造を示す側断面図である。
これらの図において、第1図と同一符号は同一部分を示
し、13は半絶縁性InP 基板である。
第1図に示した光電子集積回路では、基板にn+−In
P基板1を用いたが、この実施例では第2図に示すよう
に半絶縁性InP 基板13を使用し、エミッタ (コ
レクタ)電極8をn−InPエミッタ(コレクタ)層2
に直接形成している。
また、上記実施例では、信号光12をp”−InGaA
sベース・アノード層3.n−−I nGaAs光吸収
@ 6 、 n −I n P窓H6の各エピタキシャ
ル層に垂直に入射させる場合について述べたが、第3図
に示すように、p+領域7を各エピタキシャル層の側面
から拡散によって形成し、信号光12をこのp+領域7
に側面から入射させても同様の効果を得ることができる
なお、上記実施例ではp型不純物を熱拡散することによ
り、p+領域7を形成したが、イオン注入法などを用い
てもよい。
また、上記実施例ではInP系材系材用いたplnフォ
トダイオードとへテロ・バイポーラ。
トランジスタの集積化について述べたが、GaAs系の
材料を用いても同様の効果を得ることができる。
さらに、上記実施例では前置増幅器としてダブル・ヘテ
ロ・バイポーラ・トランジスタを用いた場合を説明した
が、これはシングル・・\テロ・バイポーラ・トランジ
スタを用いても同様である。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明したとおり、ベース層と、このベー
ス層とそれぞれ接合し、少なくともその一方の禁制帯幅
がベース層の禁制帯幅よりも大きいエミッタ層およびコ
レクタ層とから構成される装置増幅器としてのへテロ・
バイポーラ・l・ランジスタと、このヘテロ・バイポー
ラ・トランジスタと同一チップ上に形成され、アノード
層とカソード層間にベース層と同じかそれよりも小さい
禁制帯幅の光吸収層を備えるとともに、アノード層また
はカソード層がベース層と共通に構成されたpinフォ
トダイオードとから構成したので、高速応答が可能であ
るうえ、電流ドリフI・の少ない良好な動作特性が得ら
れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の光電子集積回路の一実施例の構造を
示す側断面図、第2図はこの発明の他の実施例の構造を
示す側断面図、第3図はこの発明のさらに他の実施例の
構造を示す側断面図、第4図は従来の光電子集積回路の
構造を示す側断面図である。 図において、1はn ” −I n P基板、2はn−
InPzミッタ(コレクタ)層、3はp+−InGaA
sベース・アノード層、4はn−−InGaAs光吸収
層、5はn−InPコレクタ(エミッタ)層、6ばn−
InP窓層、7はp+領領域8はエミッタ(コレクタ)
電極、9はベース・アノード電極、10はコレクタ (
エミッタ) Tit%、11 バカソード電極、12は
信号光、13は半絶縁性InP基板である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人 大 岩 増 雄   (外2名)第1図 第2図 手続補正書(自発)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  ベース層と、このベース層とそれぞれ接合し、少なく
    ともその一方の禁制帯幅が前記ベース層の禁制帯幅より
    も大きいエミッタ層およびコレクタ層とから構成される
    前置増幅器としてのヘテロ・バイポーラ・トランジスタ
    と、このヘテロ・バイポーラ・トランジスタと同一チッ
    プ上に形成され、アノード層とカソード層間に前記ベー
    ス層と同じかそれよりも小さい禁制帯幅の光吸収層を備
    えるとともに、前記アノード層または前記カソード層が
    前記ベース層と共通に構成されたpinフォトダイオー
    ドとから構成したことを特徴とする光電子集積回路。
JP62012766A 1987-01-22 1987-01-22 光電子集積回路 Pending JPS63181371A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016535428A (ja) * 2013-09-25 2016-11-10 プリンストン インフラレッド テクノロジーズ インコーポレイテッド 低ノイズInGaAsフォトダイオードアレイ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016535428A (ja) * 2013-09-25 2016-11-10 プリンストン インフラレッド テクノロジーズ インコーポレイテッド 低ノイズInGaAsフォトダイオードアレイ
US10090356B2 (en) 2013-09-25 2018-10-02 Princeton Infrared Technologies, Inc. Low noise InGaAs photodiode array

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