JPS63233563A - 光電子集積回路 - Google Patents

光電子集積回路

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JPS63233563A
JPS63233563A JP62069408A JP6940887A JPS63233563A JP S63233563 A JPS63233563 A JP S63233563A JP 62069408 A JP62069408 A JP 62069408A JP 6940887 A JP6940887 A JP 6940887A JP S63233563 A JPS63233563 A JP S63233563A
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JP
Japan
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layer
base
light
emitter
current
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Pending
Application number
JP62069408A
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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Publication of JPS63233563A publication Critical patent/JPS63233563A/ja
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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

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  • 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)

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先導波路と受光素
子および光信号電流を増幅するトランジスタを同一基板
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、KASAHARAetal、、 
Electronics Letters Vol、1
9.No、22 p905〜906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か
らなる基板、22はn”−1nPからなるコンタクト層
、23はn−−I nGaAsPからなる光吸収層、2
4はp−1nPからなる窓層、25はp−InGaAs
Pからなるコンタクト層で、これらの各層は基板21上
に順次液相エピタキシャル成長を行うことにより形成さ
れている。26は前記窓層24の一部にZn拡散された
p′″領域、27はS i O2からなる絶縁層で、電
界効果型トランジスタ(以下FETと略す)を構成する
ために、コンタクト層22の一部を開口した部分に形成
されている。28はAuGeNi/Auからなるソース
・ドレイン電極、30はAuZ n / A uからな
るアノード電極、31は前記ゲート電極28と接続され
たAflからなるカソード電極、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、アノード
電極30とカソード電極31の間で逆バイアスされるこ
とにより、光吸収層23中に空乏層が拡がる。この空乏
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離、ドリフ
ト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、FETのゲート電
極2日に印加され、ソース・ドレイン電極29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FET
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SNR(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 winは次式で与えられることが知られている。
ただし、hニブラン、り定数、シ:光の振動数。
k:ボルツマン定数、T:絶対温度、η:受光素子の量
子効率、q:電子の電荷+ F t ’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を大きくする程下
げることができる。したがって、入力インピーダンスの
高いFET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、配線の減少により
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集積回路は、受信感度を上げ
るために用いる前置増幅器としてのFETの人力インピ
ーダンスが大きいので、受光素子の容量とFET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
は無視できなくなる。このため数百M b、/ 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 In5
ulator Sem1−cnductor) 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ためになされたも
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ることなく安定した状態を保って
使用でき、かつ光ファイバとの結合が容易な光電子集積
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その禁制帯幅がベース層と同じかそ
れよりも小さい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受光素
子と、この受光素子と同一チップ上に形成され、光吸収
層まで光を導波するその禁制帯幅が光吸収層より大きい
光導波路層とから構成したものである。
〔作用〕
この発明においては、光導波路層に入射された信号光が
、光導波路層内を受光素子内の光吸収層まで導波されて
電流に変換され、この受光素子によフて変換された電流
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は半絶縁性InPからなる基板、2
はn−InPからなるエミッタ(コレクタ)層、3はp
”−InGaAsからなるベース・アノード層、4はn
−−I nGaAsからなる光吸収層で、これらの各層
は基板1上にエピタキシャル成長を行うことにより形成
されてりする。5はI nGaAsPからなる光導波路
層で、光吸収層4の一部とベース・アノード層3の一部
をエツチングで除去した後、エミッタ(コレクタ)層2
上にエピタキシャル成長を行うことにより形成されてい
る。6は前記ベース・アノード層3上にエピタキシャル
成長を行うことにより形成されたn−InPからなるコ
レクタ(エミッタ)層、7はクラッド層およびカソード
層としてのn−InP層で、光吸収層4上および光導波
路層5上にエピタキシャル成長を行うことにより形成さ
れている。8はp9領域で、受光素子部の基板1側から
ベース・アノード層3を通して、光吸収層4の一部にま
で熱拡散を行うことによりて形成されている。9はエミ
ッタ(コレクタ)電極、10はベース・アノード電極、
11はコレクタ(エミッタ)電極、12はカソード電極
、13は信号光である。
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も
のと同様であり、逆バイアスされることによって、空乏
層は光吸収層4中に拡がり、エミッタ(コレクタ)層2
およびn−InP層7のクラッド層としての領域にはさ
まれた光導波路層5に入射された信号光13は、この光
導波路層5中を光吸収層4に向って伝搬され、光吸収層
4の空乏層中で吸収されて、電子と正孔を生成する。生
成された電子と正孔は電界により、pin接合に対して
逆方向の電流となって流れる。この電流はベース・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ヘ
テロ・バイポーラ・トランジスタのベースとなる同じベ
ース・アノード層3の領域に供給され、増幅された信号
電流としてエミッタ(コレクタ)電極9とコレクタ(エ
ミッタ)電極11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、エミッタ注入効率、すなわち電流
利得を高くすることができる。このため、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ラ
・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、ベース抵抗値が低くなるうえ、エミッタ・ベース接
合容量およびコレクタ・ベース接合容量が小さくなるた
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FETのそれに
比べて小さいことによっても高速動作が可能になるほか
、MIS型FETと違って絶縁膜と半導体間の界面順位
が存在しないため、時間に対する電流ドリフトが生じず
、安定した動作を得ることができる。
また、pinフォトダイオードのアノード層とヘテロ・
バイポーラ・トランジスタのベース層とを共通に形成し
たことにより、pin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、不用な容
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
に有利となっている。
さらに、この発明の光電子集積回路は受光素子部の光吸
収層4まで信号光を導波するための光導波路層5を備え
ているため、効率良く信号光13を受光素子部の光吸収
層4に供給することができ、光ファイバとの接続も容易
であるうえ、光分波器、光スィッチ等を先導波路部に形
成することによって高機能化を図ることができる。
すなわち、このように、高速応答可能なヘテロ・バイポ
ーラ・トランジスタと光導波路層を有するpinフォト
ダイオードを同一基板上に集積化することにより高速型
の光電子集積回路を構成することができる。
また、第2図はこの発明の光電子集積回路の他の実施例
の構造を示す側断面図である。
この図において、第1図と同一符号は同一部分を示し、
7aはカソード層としてのn−InP層、7bはクラッ
ド層としてのn−InP層tある。
第1図に示した光電子集積回路では、p′″領域8を基
板1側からp型不純物を熱拡散することにより形成した
が、この実施例では、第2図に示すように、基板1側と
は反対の光吸収層4および光導波路5側から熱拡散を行
ってp0領域8を形成し、このp0領域8上および光吸
収層4とコレクタ(エミッタ)層6の間のベース・アノ
ード層3上にベース・アノード電極10を形成している
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8を形成したが、イオン注入法などを用いて
もよい。
また、上記実施例では基板を半絶縁性InPから構成し
た場合を説明したが、n”−InPから構成しても同様
である。
さらに、上記実施例ではInP系材料から構成した場合
について述べたが、GaAs系材料を用いても同様のも
のを構成することができる。
〔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
とカソード層間にその禁制帯幅がベース層と同じかそれ
よりも小さい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受光素子
と、この受光素子と同一チップ上に形成され、光吸収層
まで光を導波するその禁制帯幅が光吸収層より大きい光
導波路層とから構成したので、高速応答が可能なうえ、
電流ドリフトの少ない良好な動作特性を有し、また、容
易に光ファイバとの結合ができ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図はこの発明の光電子集積回路の他
の実施例の構造を示す側断面図、第3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は基板、2はエミッタ(コレクタ)層、
3はベース・アノード層、4は光吸収層、5は光導波路
層、6はコレクタ(エミッタ)層、7.7a、7bはn
−InP層、8はp0領域、9はエミッタ(コレクタ)
電極、10はベース・アノード電極、11はコレクタ(
エミッタ)電極、12はカソード電極、13は信号光で
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 第3図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (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その
    禁制帯幅が前記ベース層と同じかそれよりも小さい光吸
    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受光素子と、
    この受光素子と同一チップ上に形成され、前記光吸収層
    まで光を導波するその禁制帯幅が前記光吸収層より大き
    い光導波路層とから構成したことを特徴とする光電子集
    積回路。
  2. (2)アノード層が、基板側から不純物を光吸収層の一
    部にまで熱拡散することにより形成されたものであるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の光電子
    集積回路。
JP62069408A 1987-03-23 1987-03-23 光電子集積回路 Pending JPS63233563A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5032885A (en) * 1988-12-17 1991-07-16 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Semiconductor device including a light receiving element, an amplifier, and an equalizer having a capacitor with the same laminate structure as the light receiving element
JPH0774384A (ja) * 1993-07-08 1995-03-17 Sumitomo Electric Ind Ltd 光電子集積回路及びその製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5032885A (en) * 1988-12-17 1991-07-16 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Semiconductor device including a light receiving element, an amplifier, and an equalizer having a capacitor with the same laminate structure as the light receiving element
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