JPH036878A - 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１ 本発明は、光通信用部品として用い（ｑる、電子回路と
光回路とを有する光・電子集積回路に関する。 【従来の技術１ 従来、ＧａＡｓ系材料金材料て形成されていることによ
って０．７〜０．８μｍの波長帯で動作する光・電子集
積回路と、ｒｎＰ系材系材用いて形成されていることに
よって１μｍの波長帯で動作する光・電子集積回路とが
提案されている。 ＧａＡｓ系材料を用いて形成されている光・電子集積回
路の場合、ＧａＡｓ系材料を用いた電子回路を形成する
技術が発展していることがら、その電子回路を、高速・
高性能を有するものとして容易に形成することができる
。 しかしながら、光回路から得られる光が、０゜７〜０．
８μｍの比較的短い波長帯を有することから、その光を
光ファイバに伝送させるとぎ、その光が、散乱によって
比較的大きな伝播損失を伴い、このため、光ファイバを
用いた光の伝送距離が制限され、また、光ファイバとし
て通常用いられている１μｍ波長帯用単一モード光フ？
イバを用いる場合、その光フフイバに伝送する光にモー
ド分散が生じ、このため、光ファイバを用いた光の伝送
帯域が制限される、という欠点を有していた。 一方、ＩｎＰ系材料を用いて形成されている光・電子集
積回路の場合、その光回路から得られる光が１μｍの比
較的長い波長帯を有することから、その光を光ファイバ
に伝送させるとき、ＧａＡｓ系材料を用いて形成されて
いる光・電子集積回路の場合で上述した欠点をほとんど
有しない。 しかしながら、ＩｎＰ系＋ＡＦＡを用いた電子回路を形
成する技術が発展していないことから、電子回路を、高
速・高性能を有するものとして、容易に形成することが
できない、という欠点を右していた。 また、以上のことから、従来、ＩｎＰでなる半導体基板
上に、ＧａＡｓ系材料でなる半導体層と、ＩｎＰ系でな
る半導体層とが形成され、そして、ＧａＡｓ系材料でな
る半導体層を用いて電子回路が形成され、また、ＩｎＰ
系材籾でなる半導体層を用いＣ光回路が形成されている
、という光・電子集積回路が提案されている。 しかしながら、このような光・°電子集積回路の場合、
ＧａＡｓ系材料でなる半導体層がｌｎＰでなる半導体基
板との間に大きな格子不整合を有していることから、Ｇ
ａＡｓ系材料でなる°半導体層を用いて形成される電子
回路を、高性能を有するものとして形成することが困難
である、という欠点を有していた。 【発明が解決しようとする課題】 よって、本発明は、上述した欠点の伴わない、新規な光
・電子集積回路を提案せんとするものである。

【課題を解決するための手段】

本発明による光・電子集積回路は、■ＧａＡｓまたはＩ
ｎ　　Ｇａ１−ｘＡＳでなる半導体層を× チャンネル層としている電界効果トランジスタを用いて
構成されている、または、■’　ＧａＡｓでなる半導体
層とＡｌＧａＡｓでなるＶ　　　１−Ｖ 半導体層とを用いたヘテロバイポーラトランジスタを用
いて構成されている電子回路と、■Ｉｎ　　Ｇａ１−ｘ
Ａｓでなる半導体層を活性井戸層× とし、ＧａＡｓまたはＡ　Ｉ、Ｇａ１−、Ａｓでなる半
導体層を１５壁層とし、上記活性井戸層が上記障壁層の
２つによって挟まれている９子弁戸構造を有する光素子
を用いて構成されている光回路とが、■それらに共通の
、ＧａＡｓでなる半導体基板上に形成されている。

【作用・効Ｌ！］ 本発明による光・電子集積回路によれば、電子回路と光
回路とが、ＧａＡｓでなる半導体基板上に形成され、そ
して、電子回路が、ＧａＡｓまたは）ｎ　　Ｇａ１−ｘ
ＡＳでなる半導体層をチャンネル層としている電界効果
トランジスタ、またはＧａＡｓでなる半導体層とΔｌ　
　Ｇａ１−、ＡＳでなる半導体層とを用いたヘテロバイ
ポーラトランジスタを用いて構成され、従って、電子回
路が、ＧａＡｓ系材料を用いて形成されでいることから
、その電子回路を、ＧａＡｓ系材料を用いた電子回路を
形成する発展している技術を用いて、高速・高性能を有
】るものどじて、容易に形成することができる。 また、光回路が、Ｉ　ｎ　　Ｇａ１−ｘ　ＡＳ′ｃなる
′１〜９休層を体性井戸層どし、ＧａＡｓ、しだは△１
、Ｇａ、−、Ａｓでなる半導体層を陣を層とし、そして
、活性井戸層が上記障壁層の２つによって挟まれている
ω子弁戸構造を有する光素子を用いて構成されているこ
とから、光回路が、１μｍの波長帯で動作し、このため
、光回路から得られる光を光ファイバに伝送させるとき
、従来の前述した欠点を伴わない。 しかも、光素子が、量子弁戸構造を有していることから
、高性能を有して動作し、また、光素子のω子弁戸構造
における活性井戸層の厚さを十分簿＜することによって
、その活性井戸層をφλ１１／の十分少ないものとして
形成１“ることがひきることから、光素子が高信頼性を
有して勤伯し、よって、光回路が高い性能と高い信頼性
とを右して動作する。 （実施例１１ 次に、第１図を伴って、本発明による光・電子集積回路
の第１の実施例を述べよう。 第１図に示ザ木発明による光・電子集積回路は、次に述
べる構成を有する。 すなわち、電子回路１と光回路２とが、それらに共通の
、ＧａＡｓでなり且つ半絶縁性を有する半導体基板３上
に形成されている。 この場合、電子回路１は、電界効果トランジスタ１１を
用いて構成され、そして、その電界効果トランジスタ１
１は、半導体ＩＪ板３内に、その主面３ａ側から、ｎ＋
型を有するソース電極層及びドレイン電極層としての半
導体層１２及び１３がイオン注入法によって形成されて
いるとともに、それら半導体層１２及び１３間に延長し
且つｎ　型を有するチャンネル層としての半導体層１４
が同様にイオン注入法によって形成され、また、半導体
層１２及び１３にそれぞれソース電極１５及びドレイン
電極１Ｇが（＝Ｊされ、ざらに、半導体層１４上にグー
１〜電ＶＭ１７が配されている、従来公知の電界効果ト
ランジスタに準じた構成を有する。 また、光回路２は、光素子としての半導体レーザ２１を
用いて構成され、そして、その光素子２１は、半導体基
板３の主面３ａ上に、ＧａＡｓでなり且つＳｅが１０１
９ｃｍ−３以上の高濃度にドープされて形成されている
ｎ＋型を有するバッファ層兼電極層としての半導体層２
２と、Ａ　Ｉ　　Ｇ　ａ　１−ｘ　Ａ　Ｓ　（ただし、
例えばＸ−０１１）でなり且つＳｅが５×１０１７Ｃ「
３程度ドープされて形成されているｎ型を有するクラッ
ド層としての半導体層２３と、ＡＩ、Ｇａ１□ＡＳ（た
だし、例えばｙ−０〜０．３）でなり且つノンドープの
障壁層としての半導体層２４と、１ｍ　　Ｇａ１．Ａｓ
　（ただし、例えば、ｘ　＝Ｑ。 ３５）でなり且つノンドープの活性井戸層としての例え
ば６０人Ｎｏ半導体層２５と、半導体層２４と同様の半
導体層２６と、Ａｔ　　Ｇａ１−ｘＡＳでなる（ただし
、例えばｘ＝０．１＞でなり且つＺｎが５×１０１７Ｃ
Ｉ１１−３程度トーフサレで形成されているｐ型のクラ
ッド層としての半導体ＦｆＩＪ２７と、ＧａＡｓｒなり
且つｐ＋型キャップ層としてのの半導体層２８とがそれ
らの順に積層して形成され、また、半導体層２２及び２
８にそれぞれ電極２９及び３０が付されている、従来公
知の半導体レーザに準じた構成を有する。 以上が、本発明による光・電子集積回路の第１の実施例
の構成である。 このような構成を有する本発明による光・電子集積回路
によれば、電子回路１と光回路２が、それぞれ従来公知
の電界効果トランジスタ及び半導体レーザに準じた構成
を有するので、光・電子集積回路と、しての機能が得ら
れることは明らかであるが、この場合、電子回路１及び
光回路２とが、ＧａＡｓでなる半導体基板３上に形成さ
れ、そして、電子回路２が、ＧａＡｓでなる半導体層１
４をチャンネル層としている電界効果トランジスター１
を用いて構成され、従って、電子回路２が、ＧａＡｓ系
材料を用いて形成されていることから、その電子回路２
を、ＧａＡｓ系材料を用いた電子回路を形成する発展し
ている技術を用いて、高速・高性能を右するものとして
、容易に形成することができる。 また、光回路２が、ｉｎ　　Ｇａ１−ｘＡｓでな× る半導体層２５を活性井戸層とし、Ａ　ｌ　ｙ　Ｑ　ａ
ｔ−ｙＡｓでなる半導体層２４及び２６を障壁層とし、
そして、活性井戸層２５が障壁層２４及び２６によって
挟まれている吊子井戸構造を有する光素子どしての半導
体レーザ２１を用いて構成されていることから、光回路
２が、１μｍの波長帯で動作し、このため、光回路２か
ら得られる光を、光ファイバに伝送させるとき、従来の
前述した欠点を伴わない。 しかも、光素子としての半導体レーザ２１が、吊子井戸
構造を有していることから、高性能を有して動作し、ま
た、光素子としての半導体レーザ２１のか子弁戸構造に
おける活性井戸層２５の厚さを十分薄くすることによっ
て、その活性井戸層２５を転位の十分少ないものとして
形成することができることから、光素子としての半導体
レーザ２１が高信頼性を有して動作し、よって、光回路
２が高い性能と高い信頼性とを右して動作する。

【実施例２】 次に、第２図を伴って本発明による光・電子集積回路の
第２の実施例を述べよう。 第２図において、第１図との対応部分には同一符号を付
して詳細説明を省略する。 第２図に示す本発明による光・電子集積回路は、電子側
ｆｆ１１を構成している電界効果トランジスター１が、
第１図で上述した構成を右するのに代え、次の構成を有
することを除いて、第１図で上述した光・電子集積回路
と同様の構成を右する。 すなわら、電界効果１−ランジスタ１１が、半導体基板
３の主面３ａ上に、ＧａＡｓで・なり且つノンドープの
バッフ７層としての半導体片；４１と、ｉｎ　　Ｇａ１
−ｘＡｓでなるチｐ　＞ネル層としての半導体層４２と
、ＡｌＧａＡｓ×１−× でムるスペーサ層としての半導体層４３と、ＡＩ　　Ｇ
ａ１□Ａｓでなり且つｎ型を有する１４Ｐリア供給層と
しての半導体層４４とがそれらの順にエピタキシセル成
長法によって形成され、また、半導体層４４上に、それ
に接してゲート電極４５が形成されているとともに、そ
のゲート電極４５を挟んだ両位置において、ＧａＡｓで
なり且つｎ十型を有するキャップ層としての半導体層４
６及び４７が形成され、さらに、それら半導体層４６及
び４７上にそれぞれソース電極４８及びドレイン電極４
９が付されている、従来公知の電界効果トランジスタに
準じた構成を右する。 以上が、本発明による光・電子集積回路の第２の実施例
の構成である。 このような構成を有する本発明による光・電子集積回路
によれば、上述した事項を除いて第１図で上述した本発
明ににる光・電子集積回路と同様の構成を右するので、
詳細説明は省略するが、第１図で上述した本発明による
光・電子集積回路の場合に準じて、同様の作用効果が（
９られる。 【実施例３］ 次に、第３図を伴って本発明による光・電子集積回路の
第３の実施例を述べよう。 第３図において、第１図との対応部分には同一符号を付
して詳細説明を省略する。 第３図に示す本発明による光・電子集積回路は、電子回
路１を構成している電界効果トランジスタ１１が、次に
述べる構成を有するヘテロバイポーラトランジスタ５０
に置換されていることを除いて、第１図で上述した光・
電子集積回路と同様の構成を有づる。 すなわち、ヘテロバイポーラトランジスタ５０が、半導
体基板３の主面３ａ上に、ＧａＡｓでなり且つｎ＋型の
バック７層としての半導体層５１と、Ｉ　ｎ、Ｇａ１−
ｙＡｓでなるコレクタ領域としての半導体層５２と、Ｇ
ａＡｓでなり■つｎ型のベース領域としての半導体層５
３と、Ａｔ　　Ｇａ１−、Ａｓでなり且つｎ型を有する
エミッタ領域としての半導体層５４と、ＧａＡｓでなり
且つｎ＋型のキャップ層としての半導体層５５とがそれ
らの順にエピタキシ１１ル成艮法によって形成され、ま
た、半導体層５１．５３及び５５にそれぞれコレクタ電
極５６、ベース電極５７及びエミッタ電極５８が付され
ている、従来公知のへテロバイポーラトランジスタに準
じた構成を有する。 以上が、本発明による光・電子集積回路の第３の実施例
の構成である。 このような構成を有する本発明による光・電子集積回路
によれば、上述した事項を除いて第１図で上述した本発
明による光・電子集積回路と同様の構成を有するので、
詳細説明は省略するが、Ｍ１図で上述した本発明による
光・電子集積回路の場合に準じて、同様の作用効果が得
られる。 【実施例４１ 次に、第４図を伴って本発明による光・電子集積回路の
第４の実施例を述べよう。 第４図において、第１図との対応部分には同一符号を付
して詳細説明を省略する。 第４図に示す本発明による光・電子集積回路は、光回路
２を構成している半導体レーザ２１が、次に述べる構成
を有するフォトダイオード６１に置換されていることを
除いて、第１図で上述した光・電子集積回路と同様の構
成を有する。 すなわち、フォトダイオ−トス６１が、半導体基板３の
主面３ａ上に、Ｇ　ａ　Ａ　Ｓでなり且つｎ型のバッフ
ァ層としての半導体層６１と、Ｉｎ　　Ｇａ１−ｘＡｓ
でなり且つｎ型を右する半導休Ｆｉ６２と、Ｉｎ　　Ｇ
ａ１−ｘＡｓ’ｒなる半Ｉ層６３ａ、！：ＧａＡｓでな
る半導体層６３ｂとが交互順次に多数回積層され多重吊
子井戸構成を有する半導体層６３と、ＡＩ　　Ｇａ１□
ＡＳでなり且つｐ型を有する半導体層６４とがそれらの
順にエピタキシャル成長法によって形成され、また、半
導体層６４上に、ＧａＡｓでなり月つｐ＋型を右すると
ともに、窓６５を有するキＰツブ層としての半導体層６
６が形成され、さらに、半導体層６１及び６６上にそれ
ぞれ電極６７及び６８が付されている、従来公知のフォ
トダイオードに準じた構成を有する。 以上が、本発明による光・電子集積回路の第４の実施例
の構成である。 このような構成を看する本発明による光・電子集積回路
によれば、上述した事項を除いて第１図で上述した本発
明による光・電子集積回路と同様の構成を有するので、
詳細説明は省略するが、第１図で上述した本発明による
光・電子集積回路の場合に準じて同様の作用効果が得ら
れる。 なお、上述においては、本発明の僅かな実施例を述べた
に留まり、本発明の精神を脱することなしに、種々の変
型、変更をなし得ることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による光・電子集積回路の第１の実施
例を示す路線的断面図である。 第２図は、本発明による光・電子集積回路の第２の実施
例を示す路線的断面図である。 第３図は、本発明による光・電子集積回路の第３の実施
例を示す路線的断面図である。 第４図は、本発明による光・電子集積回路の第４の実施
例を示す路線的断面図である。 １・・・・・・・・・・・・・・・電子回路２・・・・
・・・・・・・・・・・光回路３・・・・・・・・・・
・・・・・半導体基板１１・・・・・・・・・・・・・
・・電界効果トランジスタ１２〜１４・・・・・・半導
体層 １５・・・・・・・・・・・・・・・ソース電極１６・
・・・・・・・・・・・・・・ドレイン電極１７・・・
・・・・・・・・・・・・ゲート電極２１・・・・・・
・・・・・・・・・半導体レーザ２２〜２８・・・・・
・半導体層 ２９、２０・・・・・・・・・電極 ４１〜４４・・・・・・半導体層 ４５・・・・・・・・・・・・・・・ゲート電極４６．
４７・・・・・・半導体層 ４８・・・・・・・・・・・・・・・ソース電極４９・
・・・・・・・・・・・・・・ドレイン電極５１〜５３
・・・・・・半導体層 ５６・・・・・・・・・・・・・・・コレクタ電極５７
・・・・・・・・・・・・・・・ベース電極５８・・・
・・・・・・・・・・・・エミッタ電極６１〜６４・・
・・・・半導体層 ６５・・・・・・・・・・・・・・・窓６６・・・・・
・・・・・・・・・・半導体層６７．６８・・・・・・
電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＧａＡｓまたはＩｎ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓでな
   る半導体層をチャンネル層としている電界効果トランジ
   スタを用いて構成されている電子回路と、 Ｉｎ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓでなる半導体層を活性井
   戸層とし、ＧａＡｓまたはＡｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙＡ
   ｓでなる半導体層を障壁層とし、上記活性井戸層が上記
   障壁層の２つによって挟まれている量子井戸構造を有す
   る光素子を用いて構成されている光回路とが、 それらに共通の、ＧａＡｓでなる半導体基 板上に形成されていることを特徴とする光・電子集積回
   路。 ２、ＧａＡｓでなる半導体層とＡｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿
   ｙＡｓでなる半導体層とを用いたヘテロバイポーラトラ
   ンジスタを用いて構成されている電子回路と、 Ｉｎ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓでなる半導体層を活性井
   戸層とし、ＧａＡｓまたはＡｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙＡ
   ｓでなる半導体層を障壁層とし、上記活性井戸層が上記
   障壁層の２つによって挟まれている量子井戸構造を有す
   る光素子を用いて構成されている光回路とが、 それらに共通の、ＧａＡｓでなる半導体基 板上に形成されていることを特徴とする光・電子集積回
   路。