JPH06101557B2 - 光集積回路 - Google Patents
光集積回路Info
- Publication number
- JPH06101557B2 JPH06101557B2 JP22304986A JP22304986A JPH06101557B2 JP H06101557 B2 JPH06101557 B2 JP H06101557B2 JP 22304986 A JP22304986 A JP 22304986A JP 22304986 A JP22304986 A JP 22304986A JP H06101557 B2 JPH06101557 B2 JP H06101557B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- hbt
- optical waveguide
- collector
- base
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H29/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one light-emitting semiconductor element covered by group H10H20/00
- H10H29/10—Integrated devices comprising at least one light-emitting semiconductor component covered by group H10H20/00
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
- Bipolar Integrated Circuits (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はICチップ内の信号伝達を光によって行う光集積
回路の構造に関するものである。
回路の構造に関するものである。
従来の技術 本発明はヘテロ接合バイポーラトランジスタ（HBT）を
受光素子および発光素子として用い、複数のHBT間の信
号伝達を光によって行うことを目的としているので、従
来の技術としてまずHBTの従来構造を示す。HBTの従来構
造としては、例えばJ.Shibata他，“Monolithic integr
ation of an InGaAsP/InP laser diode with heterojun
ction bipolar transisters,"アプライド フィジック
ス レター（Appl.Phys.Lett.）vol.45,P.191（1984）
に示されている第４図のような構造がある。本構造は、
ｎ−InPエミッタ１、ｐ−InGaAsPベース２、ｎ−InPコ
レクタ３の３層によってHBTが構成されており、HBTとｎ
−InP基板４および複数のHBT相互の電気的分離を行うた
めにｐ−InP分離層５およびｐ型分離拡散領域６が形成
されている。本HBTは電気信号による動作のみを考えて
おり、受発光機能を有しているものの光信号の有効な入
出力方法が無く、乎素子としての利用は困難である。
受光素子および発光素子として用い、複数のHBT間の信
号伝達を光によって行うことを目的としているので、従
来の技術としてまずHBTの従来構造を示す。HBTの従来構
造としては、例えばJ.Shibata他，“Monolithic integr
ation of an InGaAsP/InP laser diode with heterojun
ction bipolar transisters,"アプライド フィジック
ス レター（Appl.Phys.Lett.）vol.45,P.191（1984）
に示されている第４図のような構造がある。本構造は、
ｎ−InPエミッタ１、ｐ−InGaAsPベース２、ｎ−InPコ
レクタ３の３層によってHBTが構成されており、HBTとｎ
−InP基板４および複数のHBT相互の電気的分離を行うた
めにｐ−InP分離層５およびｐ型分離拡散領域６が形成
されている。本HBTは電気信号による動作のみを考えて
おり、受発光機能を有しているものの光信号の有効な入
出力方法が無く、乎素子としての利用は困難である。
一方、光素子相互の信号伝達を光によって行う光集積回
路としては、従来より半導体レーザとホトダイオードの
間を光導波路で接合するというものが提案されている
（例えばJ.L.Merz他，“GaAs integrated optical circ
uits by wet chemical etching,"アイ イーイーイージ
ャーナル オブ カンタム エレクトロン（I EEE J.Qu
antum Electron）,vol.QE−15,P.72（1979））。
路としては、従来より半導体レーザとホトダイオードの
間を光導波路で接合するというものが提案されている
（例えばJ.L.Merz他，“GaAs integrated optical circ
uits by wet chemical etching,"アイ イーイーイージ
ャーナル オブ カンタム エレクトロン（I EEE J.Qu
antum Electron）,vol.QE−15,P.72（1979））。
しかし、このような組合せでは電気信号と光信号の相互
変換において増幅作用がないため、これだけでは単に半
導体レーザの光出力をホトダイオードでモニタするとい
う機能しか持ち得ない。
変換において増幅作用がないため、これだけでは単に半
導体レーザの光出力をホトダイオードでモニタするとい
う機能しか持ち得ない。
発明が解決しようとする問題点 ベースが直接遷移型半導体よりなるHBTは、本質的に受
発光機能を有しているが、従来の構造では光信号の有効
な入出力方法が無かったために光素子としての利用は困
難であった。本発明はこの点を改善し、同一ICチップ内
に形成されたHBT相互の信号伝達を光によって行うこと
が可能になるようにしようとするものである。また、HB
Tの増幅機能を利用することによって、増幅機能を有し
ない光素子相互を光結合した場合よりも、はるかに多く
の機能を付与することも目的としている。
発光機能を有しているが、従来の構造では光信号の有効
な入出力方法が無かったために光素子としての利用は困
難であった。本発明はこの点を改善し、同一ICチップ内
に形成されたHBT相互の信号伝達を光によって行うこと
が可能になるようにしようとするものである。また、HB
Tの増幅機能を利用することによって、増幅機能を有し
ない光素子相互を光結合した場合よりも、はるかに多く
の機能を付与することも目的としている。
問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するために、半導体基板と、
前記基板上に形成されたストライプ状の光導波路と、前
記光導波路の一部領域をコレクタもしくはエミッタとす
るヘテロ接合バイポーラトランジスタとを具備し、前記
ヘテロ接合バイポーラトランジスタは前記コレクタもし
くはエミッタ上に形成された前記光導波路よりもバンド
ギャップの小さいベースと、前記ベース上に形成された
エミッタもしくはコレクタより成るような構造で光集積
回路を構成するというものである。
前記基板上に形成されたストライプ状の光導波路と、前
記光導波路の一部領域をコレクタもしくはエミッタとす
るヘテロ接合バイポーラトランジスタとを具備し、前記
ヘテロ接合バイポーラトランジスタは前記コレクタもし
くはエミッタ上に形成された前記光導波路よりもバンド
ギャップの小さいベースと、前記ベース上に形成された
エミッタもしくはコレクタより成るような構造で光集積
回路を構成するというものである。
作用 ベースが直接遷移型の半導体よりなるHBTは飽和領域に
おいて発光する。その発光波長はベースのバンドギャッ
プによって決まるので、ベースに接してこれよりバンド
ギャップの大きな光導波路があれば、発光した光は光導
波路へ出力される。一方、HBTはホトトランジスタとし
ても機能するので、光導波路を伝播してきた光の波長が
ベースの吸収端よりも短かければHBTはこの光を受光す
ることができる。従って、複数のHBTのベースに接する
光導波路があれば、この光導波路を介してHBT間で光信
号の送受信を行うことができる。この際、光導波路のう
ち各HBTのベースに接する部分がコレクタもしくはエミ
ッタとなるようにしておけば簡単な構造で上記機能を実
現することが可能である。
おいて発光する。その発光波長はベースのバンドギャッ
プによって決まるので、ベースに接してこれよりバンド
ギャップの大きな光導波路があれば、発光した光は光導
波路へ出力される。一方、HBTはホトトランジスタとし
ても機能するので、光導波路を伝播してきた光の波長が
ベースの吸収端よりも短かければHBTはこの光を受光す
ることができる。従って、複数のHBTのベースに接する
光導波路があれば、この光導波路を介してHBT間で光信
号の送受信を行うことができる。この際、光導波路のう
ち各HBTのベースに接する部分がコレクタもしくはエミ
ッタとなるようにしておけば簡単な構造で上記機能を実
現することが可能である。
実 施 例 第１図は本発明の光集積回路の一実施例を示す要部断面
斜視図である。半絶縁性InP基板11上にInGaAsP光導波層
12（バンドギャップ波長λｇ＝1.1μｍ）が形成されて
いるが、光導波層12には層厚の厚いストライプ状領域が
あり、これが光導波路13となる。すなわち、光導波層12
を伝播する光はこのストライプ状光導波路13内を伝播し
ていくことになる。一方、光導波路13上には複数のHBT1
4が形成されているが、光導波路13のうちHBT14が形成さ
れる部分のみがｎ型となっており、HBT14のコレクタ15
として機能する。コレクタ15以外の光導波層12はｐ型と
なっており、複数のHBTを電気的に分離している。コレ
クタ15上にはｐ型InGaAsPベース16（λｇ＝1.3μｍ）、
ｎ型InGaAsPエミッタ17（λｇ＝1.1μｍ）が形成されて
おり、ベース16はｐ型拡散によって形成されたグラフト
ベース18を介してベース電極19に接続されている。さら
に、エミッタ17,コレクタ18上にはエミッタ電極20,コレ
クタ電極21がそれぞれ設けられている。なお、以上の構
成において、一部もしくは全部のHBTが、エミッタとコ
レクタを逆に使用する（説明におけるエミッタをコレク
タ、コレクタをエミッタと読み換える）ものであっても
よい。
斜視図である。半絶縁性InP基板11上にInGaAsP光導波層
12（バンドギャップ波長λｇ＝1.1μｍ）が形成されて
いるが、光導波層12には層厚の厚いストライプ状領域が
あり、これが光導波路13となる。すなわち、光導波層12
を伝播する光はこのストライプ状光導波路13内を伝播し
ていくことになる。一方、光導波路13上には複数のHBT1
4が形成されているが、光導波路13のうちHBT14が形成さ
れる部分のみがｎ型となっており、HBT14のコレクタ15
として機能する。コレクタ15以外の光導波層12はｐ型と
なっており、複数のHBTを電気的に分離している。コレ
クタ15上にはｐ型InGaAsPベース16（λｇ＝1.3μｍ）、
ｎ型InGaAsPエミッタ17（λｇ＝1.1μｍ）が形成されて
おり、ベース16はｐ型拡散によって形成されたグラフト
ベース18を介してベース電極19に接続されている。さら
に、エミッタ17,コレクタ18上にはエミッタ電極20,コレ
クタ電極21がそれぞれ設けられている。なお、以上の構
成において、一部もしくは全部のHBTが、エミッタとコ
レクタを逆に使用する（説明におけるエミッタをコレク
タ、コレクタをエミッタと読み換える）ものであっても
よい。
本実施例では、複数のHBT14が光導波路13によって結合
されている。従って、一方のHBTを飽和状態にして発光
させれば、他方のHBTでこれを受光することができる。
さらに受光用HBTはホトトランジスタとして機能してい
るから、光信号を増幅して電気信号に変換することがで
きる。第１図には、HBTの電気的配線は明示していない
が、通常のIC内の配線方法に従って任意の電気配線を施
すことが可能である。この電気配線と光結合による光配
線を組合せれば、種々の機能を有する光集積回路が構成
できる。以下にその例を示す。
されている。従って、一方のHBTを飽和状態にして発光
させれば、他方のHBTでこれを受光することができる。
さらに受光用HBTはホトトランジスタとして機能してい
るから、光信号を増幅して電気信号に変換することがで
きる。第１図には、HBTの電気的配線は明示していない
が、通常のIC内の配線方法に従って任意の電気配線を施
すことが可能である。この電気配線と光結合による光配
線を組合せれば、種々の機能を有する光集積回路が構成
できる。以下にその例を示す。
第２図は本実施例を光読出しメモリへ応用した場合の回
路図である。ここで、第１のHBT22と第１の負荷抵抗23
および第２のHBT24と第２の負荷抵抗25のペアが双安定
回路を構成しており、第３のHBT26によって保持電流が
供給されている。以上の回路（図中の点線で囲んだ部
分）が一つのメモリセルになっており、電源線27と接地
線28の間にこのようなセルが多数接続されてメモリを構
成している。一方、メモリ全体の光配線を模式的に示し
たのが第３図である。図中斜線を施した部分がHBTを示
しているが、簡略化のため第１のHBT22および第３のHBT
26のみを示している。すなわち、各セルをマトリクス状
に配置し、縦方向には第1HBT22を貫くように出力用光導
波路29が形成されており、横方向には第３のHBT26を貫
くように選択用光導波路30が形成されている。さらに、
選択用光導波路30の端には選択用HBT31が、出力用光導
波路29の端にはセンス用HBT32が形成されている。
路図である。ここで、第１のHBT22と第１の負荷抵抗23
および第２のHBT24と第２の負荷抵抗25のペアが双安定
回路を構成しており、第３のHBT26によって保持電流が
供給されている。以上の回路（図中の点線で囲んだ部
分）が一つのメモリセルになっており、電源線27と接地
線28の間にこのようなセルが多数接続されてメモリを構
成している。一方、メモリ全体の光配線を模式的に示し
たのが第３図である。図中斜線を施した部分がHBTを示
しているが、簡略化のため第１のHBT22および第３のHBT
26のみを示している。すなわち、各セルをマトリクス状
に配置し、縦方向には第1HBT22を貫くように出力用光導
波路29が形成されており、横方向には第３のHBT26を貫
くように選択用光導波路30が形成されている。さらに、
選択用光導波路30の端には選択用HBT31が、出力用光導
波路29の端にはセンス用HBT32が形成されている。
次に本メモリの動作機構について説明する。まず、メモ
リセルが選択されていない状態では、第３のHBT26のベ
ースには光が入力されておらず、ベース配線33から入力
されるベースバイアス電流によって双安定回路に定電流
を供給している。この際、ベースバイアス電流の値は双
安定回路のオン側のHBTが飽和しないように設定してお
く。この場合第1,第２のHBTはともに発光しない。次に
メモリセルを選択して、その内容を読出す時には、選択
したい行に光配線されている選択用HBT31を発光させ
る。この選択光信号34は選択用光導波路30を通じてその
行にあるセルの第３のHBT26に入力される。その結果、
双安定回路に供給される電流が増えて、オン側のHBTは
発光する。ここで第１のHBT22がオンであれば、その発
光は出力用光導波路30に出力され、出力光信号35はセン
ス用HBT32によって受光される。また、第１のHBTがオフ
であれば、出力光信号35は出力されないので、これによ
って第１のHBTのオン，オフが判別できる。すなわち、
選択した行のメモリ内容が読出せたことになる。
リセルが選択されていない状態では、第３のHBT26のベ
ースには光が入力されておらず、ベース配線33から入力
されるベースバイアス電流によって双安定回路に定電流
を供給している。この際、ベースバイアス電流の値は双
安定回路のオン側のHBTが飽和しないように設定してお
く。この場合第1,第２のHBTはともに発光しない。次に
メモリセルを選択して、その内容を読出す時には、選択
したい行に光配線されている選択用HBT31を発光させ
る。この選択光信号34は選択用光導波路30を通じてその
行にあるセルの第３のHBT26に入力される。その結果、
双安定回路に供給される電流が増えて、オン側のHBTは
発光する。ここで第１のHBT22がオンであれば、その発
光は出力用光導波路30に出力され、出力光信号35はセン
ス用HBT32によって受光される。また、第１のHBTがオフ
であれば、出力光信号35は出力されないので、これによ
って第１のHBTのオン，オフが判別できる。すなわち、
選択した行のメモリ内容が読出せたことになる。
以上の光読出しメモリの構成において、選択用光導波路
と出力用光導波路は直交しているので、同一の光導波層
を用いて両光導波路を形成しても、選択光信号と出力光
信号の間にクロストークを生じることはない。
と出力用光導波路は直交しているので、同一の光導波層
を用いて両光導波路を形成しても、選択光信号と出力光
信号の間にクロストークを生じることはない。
なお、以上の実施例の説明においては、半導体材料とし
てInGaAsP/InP系を用いてきたが、AlGaAs/GaAs系等の他
の化合物半導体材料を用いてもよい。また、HBTの電気
的分離に関しても,p−ｎ分離に限定されるものではな
く、コレクタ以外の光導波層に例えばプロトン照射を行
って半絶縁性としてもよい。さらに、本光集積回路の応
用例としても、上記の光読出しメモリに限定されるもの
ではなく、電気配線と光配線を組合せた種々の光集積回
路に応用することが可能である。
てInGaAsP/InP系を用いてきたが、AlGaAs/GaAs系等の他
の化合物半導体材料を用いてもよい。また、HBTの電気
的分離に関しても,p−ｎ分離に限定されるものではな
く、コレクタ以外の光導波層に例えばプロトン照射を行
って半絶縁性としてもよい。さらに、本光集積回路の応
用例としても、上記の光読出しメモリに限定されるもの
ではなく、電気配線と光配線を組合せた種々の光集積回
路に応用することが可能である。
発明の効果 以上述べてきたように、本発明によれば簡単な構造で電
気配線と光配線を兼ね備えた光集積回路を構成できる。
また、発光素子、受光素子としてHBTを用いているの
で、光素子自体が増幅機能を有しており、簡単な回路構
成で光メモリ等を実現することができる。
気配線と光配線を兼ね備えた光集積回路を構成できる。
また、発光素子、受光素子としてHBTを用いているの
で、光素子自体が増幅機能を有しており、簡単な回路構
成で光メモリ等を実現することができる。
第１図は本発明の一実施例の光集積回路の要部断面斜視
図、第２図はその応用例である光読出しメモリの回路
図、第３図はその光読出しメモリの光配線を示す模式
図、第４図は従来のヘテロ接合バイポーラトランジスタ
の断面図である。 11……基板、13……光導波路、14……ヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタ、15……コレクタ、16……ベース、17
……エミッタ。
図、第２図はその応用例である光読出しメモリの回路
図、第３図はその光読出しメモリの光配線を示す模式
図、第４図は従来のヘテロ接合バイポーラトランジスタ
の断面図である。 11……基板、13……光導波路、14……ヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタ、15……コレクタ、16……ベース、17
……エミッタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/205 29/73 33/00 Ａ 7376−4Ｍ
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板と、前記基板上に形成されたス
トライプ状の光導波路と、前記光導波路の一部領域をコ
レクタもしくはエミッタとするヘテロ接合バイポーラト
ランジスタとを具備し、前記ヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタは前記コレクタもしくはエミッタ上に形成され
た前記光導波路よりもバンドギャップの小さいベース
と、前記ベース上に形成されたエミッタもしくはコレク
タより成る光集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22304986A JPH06101557B2 (ja) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | 光集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22304986A JPH06101557B2 (ja) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | 光集積回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6377151A JPS6377151A (ja) | 1988-04-07 |
| JPH06101557B2 true JPH06101557B2 (ja) | 1994-12-12 |
Family
ID=16792033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22304986A Expired - Lifetime JPH06101557B2 (ja) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | 光集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06101557B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8814365D0 (en) * | 1988-06-16 | 1988-07-20 | Marconi Gec Ltd | Optical devices |
-
1986
- 1986-09-19 JP JP22304986A patent/JPH06101557B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6377151A (ja) | 1988-04-07 |
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