JPH06188404A - 負荷抵抗集積型半導体光機能素子 - Google Patents
負荷抵抗集積型半導体光機能素子Info
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- JPH06188404A JPH06188404A JP33855592A JP33855592A JPH06188404A JP H06188404 A JPH06188404 A JP H06188404A JP 33855592 A JP33855592 A JP 33855592A JP 33855592 A JP33855592 A JP 33855592A JP H06188404 A JPH06188404 A JP H06188404A
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
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- H01L31/12—Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
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Abstract
(57)【要約】
【目的】負荷抵抗集積型半導体光機能素子において、光
機能素子にモノリシックに集積化する必要のある負荷抵
抗の作製プロセスを簡単化し同時に抵抗値の制御性を向
上させる。 【構成】本発明は、光機能素子17に負荷抵抗16を集
積化した負荷抵抗集積型半導体光機能素子において、該
光機能素子17が、フォトトランジスタと発光ダイオー
ドまたはフォトトランジスタとレーザーダイオードを隣
接して集積した構造、及びサイリスタ構造で、該素子1
7の発光部22から受光部21へ光が帰還することを特
徴とした光機能素子であって、該素子の最上層に形成さ
れた半導体層10を負荷抵抗16とした構造を特徴とす
る。 【効果】光機能素子と同じプロセスを用いて負荷抵抗を
作製することができるので作製プロセスが簡単になり、
且つ半導体の比抵抗を制御することで抵抗値を容易に制
御できる。
機能素子にモノリシックに集積化する必要のある負荷抵
抗の作製プロセスを簡単化し同時に抵抗値の制御性を向
上させる。 【構成】本発明は、光機能素子17に負荷抵抗16を集
積化した負荷抵抗集積型半導体光機能素子において、該
光機能素子17が、フォトトランジスタと発光ダイオー
ドまたはフォトトランジスタとレーザーダイオードを隣
接して集積した構造、及びサイリスタ構造で、該素子1
7の発光部22から受光部21へ光が帰還することを特
徴とした光機能素子であって、該素子の最上層に形成さ
れた半導体層10を負荷抵抗16とした構造を特徴とす
る。 【効果】光機能素子と同じプロセスを用いて負荷抵抗を
作製することができるので作製プロセスが簡単になり、
且つ半導体の比抵抗を制御することで抵抗値を容易に制
御できる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理や光伝送に
おいて基本素子である光機能素子に関し、特に、半導体
による発光部,受光部,負荷抵抗が、モノリシックに集
積化された負荷抵抗集積型光機能素子に関する。
おいて基本素子である光機能素子に関し、特に、半導体
による発光部,受光部,負荷抵抗が、モノリシックに集
積化された負荷抵抗集積型光機能素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、大容量の情報を高速に処理するた
め並列処理への期待が高まってきている。しかし、現在
の電子回路では配線による遅延が問題となり、処理速度
に限界がある。このため、電気配線の限界を越えるため
に光を用いて情報の伝送を行なう方法が考案されてい
る。このような光伝送素子の例としては、フォトトラン
ジスタと発光ダイオードを組み合わせた素子(A.Sasaki
et al.,IEEE Trans.Electron Devices,vol.35,no.6,p
p.780-786,1988)や、pnpn構造を持つ発光サイリス
タ(K.Kasahara et al.,Appl.Phys.Lett.,vol.52,no.9,
pp.679-681)が知られている。これらの光機能素子を単
独で動作させる場合は、負荷抵抗がなくても電圧を制御
することで素子に流れる電流を制御できるが、光機能素
子が多数個アレー状に並んでいる場合は、各素子に個別
の電源を取り付けることはコストがかかって現実的では
ないので、単一の電圧源から電力を供給することにな
る。このとき光機能素子のアレーに個別に負荷抵抗がな
いと、オンした素子だけに集中的に電流が流れ、素子が
破壊されたり、他の光機能素子に光を照射してもオンし
ないという問題が起きる。そのため光機能素子のアレー
では、素子に個別の負荷抵抗が必要となる。また光機能
素子は、アレーを独立に駆動することで並列化のメリッ
トが生かされること、システムをコンパクトで低コスト
にまとめ信頼性を向上させるためには、モノリシックに
集積化されていることが望ましいので、アレーの個々の
光機能素子に、モノリシックに負荷抵抗を集積化するこ
とは重要な課題となる。
め並列処理への期待が高まってきている。しかし、現在
の電子回路では配線による遅延が問題となり、処理速度
に限界がある。このため、電気配線の限界を越えるため
に光を用いて情報の伝送を行なう方法が考案されてい
る。このような光伝送素子の例としては、フォトトラン
ジスタと発光ダイオードを組み合わせた素子(A.Sasaki
et al.,IEEE Trans.Electron Devices,vol.35,no.6,p
p.780-786,1988)や、pnpn構造を持つ発光サイリス
タ(K.Kasahara et al.,Appl.Phys.Lett.,vol.52,no.9,
pp.679-681)が知られている。これらの光機能素子を単
独で動作させる場合は、負荷抵抗がなくても電圧を制御
することで素子に流れる電流を制御できるが、光機能素
子が多数個アレー状に並んでいる場合は、各素子に個別
の電源を取り付けることはコストがかかって現実的では
ないので、単一の電圧源から電力を供給することにな
る。このとき光機能素子のアレーに個別に負荷抵抗がな
いと、オンした素子だけに集中的に電流が流れ、素子が
破壊されたり、他の光機能素子に光を照射してもオンし
ないという問題が起きる。そのため光機能素子のアレー
では、素子に個別の負荷抵抗が必要となる。また光機能
素子は、アレーを独立に駆動することで並列化のメリッ
トが生かされること、システムをコンパクトで低コスト
にまとめ信頼性を向上させるためには、モノリシックに
集積化されていることが望ましいので、アレーの個々の
光機能素子に、モノリシックに負荷抵抗を集積化するこ
とは重要な課題となる。
【0003】ここで、負荷抵抗をモノリシックに集積化
した光機能素子の例としては、Cr−SiOサーメット
による負荷抵抗を作製している例(N.Komaba et al.,Th
irdOptoelectronics Conference(OEC'90)Tech.Dig.,1
2B4-7,pp.122-123,1990)が報告されている。また、光
機能素子の下に半導体層を利用して負荷抵抗を作製した
例(K.Matsuda et al.,IEEE Electron Devie Lett.,vo
l.11,no.10,pp.442-444,1990)も報告されている。
した光機能素子の例としては、Cr−SiOサーメット
による負荷抵抗を作製している例(N.Komaba et al.,Th
irdOptoelectronics Conference(OEC'90)Tech.Dig.,1
2B4-7,pp.122-123,1990)が報告されている。また、光
機能素子の下に半導体層を利用して負荷抵抗を作製した
例(K.Matsuda et al.,IEEE Electron Devie Lett.,vo
l.11,no.10,pp.442-444,1990)も報告されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような負荷抵抗を
モノリシックに集積化した光機能素子においては、負荷
抵抗の作製はなるべく簡単な方が望ましい。例えば、負
荷抵抗に半導体以外の抵抗材料を用いるならば、そのた
めの異なるプロセスが必要となり、プロセスが複雑とな
るが、半導体を用いれば、結晶成長時に同時に抵抗層を
作製できて、余分なプロセスがなくなり、半導体層の比
抵抗の制御も容易である。しかしながら、光機能素子の
下に負荷抵抗となる層がある場合は、抵抗の層まで上部
の光機能素子を除去する必要があり、この場合、抵抗と
なる層の厚さが変化すると抵抗値が変わることから、光
機能素子の下の抵抗層までを厚さを精密に制御できるエ
ッチング方法で上部の光機能素子を除去するなど、抵抗
層の作製プロセスが難しくなりやすい。
モノリシックに集積化した光機能素子においては、負荷
抵抗の作製はなるべく簡単な方が望ましい。例えば、負
荷抵抗に半導体以外の抵抗材料を用いるならば、そのた
めの異なるプロセスが必要となり、プロセスが複雑とな
るが、半導体を用いれば、結晶成長時に同時に抵抗層を
作製できて、余分なプロセスがなくなり、半導体層の比
抵抗の制御も容易である。しかしながら、光機能素子の
下に負荷抵抗となる層がある場合は、抵抗の層まで上部
の光機能素子を除去する必要があり、この場合、抵抗と
なる層の厚さが変化すると抵抗値が変わることから、光
機能素子の下の抵抗層までを厚さを精密に制御できるエ
ッチング方法で上部の光機能素子を除去するなど、抵抗
層の作製プロセスが難しくなりやすい。
【0005】本発明の目的は、負荷抵抗を集積化した半
導体光機能素子において、負荷抵抗の構造を工夫するこ
とで、光機能素子にモノリシックに集積化する必要のあ
る負荷抵抗の作製プロセスを、なるべく簡単化し同時に
抵抗値の制御性を向上させることである。
導体光機能素子において、負荷抵抗の構造を工夫するこ
とで、光機能素子にモノリシックに集積化する必要のあ
る負荷抵抗の作製プロセスを、なるべく簡単化し同時に
抵抗値の制御性を向上させることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、光機能素子に
負荷抵抗を集積化した負荷抵抗集積型半導体光機能素子
において、該光機能素子が、フォトトランジスタと発光
ダイオードまたはフォトトランジスタとレーザーダイオ
ードを隣接して集積した構造、及びサイリスタ構造で、
該素子の発光部から受光部へ光が帰還することを特徴と
した光機能素子であって、該素子の最上層に形成された
半導体層を負荷抵抗とした構造を特徴とする。すなわち
本発明では、光機能素子の構造そのものと光機能素子自
身の絶縁特性を利用し、素子の最上部の半導体層を負荷
抵抗として利用する。また、上記負荷抵抗集積型光機能
素子において、光機能素子を構成する半導体層として
は、例えば、AlGaAsとGaAsを用いる(請求項
2)。
負荷抵抗を集積化した負荷抵抗集積型半導体光機能素子
において、該光機能素子が、フォトトランジスタと発光
ダイオードまたはフォトトランジスタとレーザーダイオ
ードを隣接して集積した構造、及びサイリスタ構造で、
該素子の発光部から受光部へ光が帰還することを特徴と
した光機能素子であって、該素子の最上層に形成された
半導体層を負荷抵抗とした構造を特徴とする。すなわち
本発明では、光機能素子の構造そのものと光機能素子自
身の絶縁特性を利用し、素子の最上部の半導体層を負荷
抵抗として利用する。また、上記負荷抵抗集積型光機能
素子において、光機能素子を構成する半導体層として
は、例えば、AlGaAsとGaAsを用いる(請求項
2)。
【0007】
【作用】次に本発明の作用を説明する。始めに本発明に
関する光機能素子について説明する。本発明に関する光
機能素子は順方向に電圧を印加すると素子内部の光帰還
のため、光が入力しない場合には高インピーダンスのオ
フ状態、光が入力した場合には低インピーダンスのオン
状態が現われる。高インピーダンスのオフ状態は印加電
圧を増していくと、素子に固有なある電圧(ブレークオ
ーバー電圧)を越えると低インピーダンス状態のオン状
態に突然移行する。一方ブレークオーバー電圧以下では
オフ状態を保つ。光が入力してオン状態になると素子に
電流が流れ素子自身が発光し、その光を再度素子が吸収
するという正帰還が起こるため、素子はオン状態を維持
する。素子をオフ状態に戻すには、印加電圧を減少させ
ればよい。オン状態の時には素子に負荷抵抗で制限され
た電流が流れるためキャリアが閉じ込められて、素子内
部の半導体の禁制帯幅のエネルギーに相当する光を発す
る。すなわち光の入力の有無に応じて、光機能素子自身
から発光が得られるという機能を持つ。
関する光機能素子について説明する。本発明に関する光
機能素子は順方向に電圧を印加すると素子内部の光帰還
のため、光が入力しない場合には高インピーダンスのオ
フ状態、光が入力した場合には低インピーダンスのオン
状態が現われる。高インピーダンスのオフ状態は印加電
圧を増していくと、素子に固有なある電圧(ブレークオ
ーバー電圧)を越えると低インピーダンス状態のオン状
態に突然移行する。一方ブレークオーバー電圧以下では
オフ状態を保つ。光が入力してオン状態になると素子に
電流が流れ素子自身が発光し、その光を再度素子が吸収
するという正帰還が起こるため、素子はオン状態を維持
する。素子をオフ状態に戻すには、印加電圧を減少させ
ればよい。オン状態の時には素子に負荷抵抗で制限され
た電流が流れるためキャリアが閉じ込められて、素子内
部の半導体の禁制帯幅のエネルギーに相当する光を発す
る。すなわち光の入力の有無に応じて、光機能素子自身
から発光が得られるという機能を持つ。
【0008】次に抵抗としての作用について説明する。
半導体基板上に積層された光機能素子の最上層の半導体
層に電極を複数形成し、基板側が共通の電極であるとす
る。本発明に関する光機能素子は、その積層構造中にp
n接合を含むことに注意すると、最上層の半導体の伝導
型Aと、その下の逆の伝導型Bの半導体層からなるpn
接合のため、最上部の電極間に電圧を印加すると、電流
は最上層の伝導型Aの層だけを流れオーム性の抵抗とし
て機能する。一方、最上部の電極と基板の間に電圧を印
加しても、光入力がなく光機能素子のブレークオーバー
電圧以下では、光機能素子が高インピーダンスであるた
め、電流が遮断されて流れない。つまり光機能素子の構
造は、絶縁体の上に抵抗として機能する層が積層されて
いるとみなせる。これは、光機能素子の積層構造を作製
する際に、光機能素子の上にさらに抵抗となる層が追加
されている場合でも同じように考えられる。この追加さ
れた層の伝導型が光機能素子の最上層の伝導型と同じ場
合は、この層は光機能素子の最上層と共に抵抗として機
能し、逆の伝導型なら光機能素子の最上層とのpn接合
のため追加された層だけが抵抗層として作用する。この
追加される層は単一の層に限らないが、追加された層の
最上層と、その下に連続して積層された同じ伝導型の層
だけが抵抗層として作用する。
半導体基板上に積層された光機能素子の最上層の半導体
層に電極を複数形成し、基板側が共通の電極であるとす
る。本発明に関する光機能素子は、その積層構造中にp
n接合を含むことに注意すると、最上層の半導体の伝導
型Aと、その下の逆の伝導型Bの半導体層からなるpn
接合のため、最上部の電極間に電圧を印加すると、電流
は最上層の伝導型Aの層だけを流れオーム性の抵抗とし
て機能する。一方、最上部の電極と基板の間に電圧を印
加しても、光入力がなく光機能素子のブレークオーバー
電圧以下では、光機能素子が高インピーダンスであるた
め、電流が遮断されて流れない。つまり光機能素子の構
造は、絶縁体の上に抵抗として機能する層が積層されて
いるとみなせる。これは、光機能素子の積層構造を作製
する際に、光機能素子の上にさらに抵抗となる層が追加
されている場合でも同じように考えられる。この追加さ
れた層の伝導型が光機能素子の最上層の伝導型と同じ場
合は、この層は光機能素子の最上層と共に抵抗として機
能し、逆の伝導型なら光機能素子の最上層とのpn接合
のため追加された層だけが抵抗層として作用する。この
追加される層は単一の層に限らないが、追加された層の
最上層と、その下に連続して積層された同じ伝導型の層
だけが抵抗層として作用する。
【0009】こうした特徴を利用すると、基板上に積層
された光機能素子の一部分を用いることで、ある部分を
抵抗として使用し、別のある部分を光機能素子として使
用することができるので、光機能素子に必要な負荷抵抗
を、光機能素子と同じ層構造で作製することができる。
また、抵抗として作用する半導体層の比抵抗を制御する
ことで抵抗値の制御が容易にできる。
された光機能素子の一部分を用いることで、ある部分を
抵抗として使用し、別のある部分を光機能素子として使
用することができるので、光機能素子に必要な負荷抵抗
を、光機能素子と同じ層構造で作製することができる。
また、抵抗として作用する半導体層の比抵抗を制御する
ことで抵抗値の制御が容易にできる。
【0010】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。 [実施例1]図1に本発明の第一の実施例を示す。本実
施例は、光機能素子としてフォトトランジスタ(受光
部)21と発光ダイオード(発光部)22を集積化した
ものを考え、さらに負荷抵抗として作用する半導体層を
積層する構造である。以下、図1に従って本発明の負荷
抵抗集積型半導体光機能素子の作製プロセスについて説
明する。
に説明する。 [実施例1]図1に本発明の第一の実施例を示す。本実
施例は、光機能素子としてフォトトランジスタ(受光
部)21と発光ダイオード(発光部)22を集積化した
ものを考え、さらに負荷抵抗として作用する半導体層を
積層する構造である。以下、図1に従って本発明の負荷
抵抗集積型半導体光機能素子の作製プロセスについて説
明する。
【0011】まず有機金属気相成長法で、n−GaAs
基板1上にn−Al0.4Ga0.6As層(エミッタ,0.
3μm)2,p−GaAs層(ベース,0.1μm)
3,n−GaAs層(コレクタ,0.7μm)4,n−
Al0.4Ga0.6As層(クラッド層,1.0μm)5,
無添加−Al0.2Ga0.8As層(活性層,0.1μm)
6,p−Al0.4Ga0.6As層(クラッド層,0.7μ
m)7,p−GaAs層(コンタクト層,0.6μm)
8,n−Al0.4Ga0.6As層(エッチングストップ
層,0.05μm)9,n−GaAs層(抵抗層,0.
5μm)10の順に積層する(図1(a))。次に通常
のフォトリソグラフィーの手法で、抵抗を作製する部分
を残すレジストマスクを形成し、アンモニア/過酸化水
素系のエッチング液でn−GaAs抵抗層10を選択的
に除去する。そしてそのままレジストマスクを残した状
態で、燐酸系のエッチング液を用いてn−AlGaAs
エッチングストップ層9を除去すると抵抗16が形成さ
れる(図1(b))。
基板1上にn−Al0.4Ga0.6As層(エミッタ,0.
3μm)2,p−GaAs層(ベース,0.1μm)
3,n−GaAs層(コレクタ,0.7μm)4,n−
Al0.4Ga0.6As層(クラッド層,1.0μm)5,
無添加−Al0.2Ga0.8As層(活性層,0.1μm)
6,p−Al0.4Ga0.6As層(クラッド層,0.7μ
m)7,p−GaAs層(コンタクト層,0.6μm)
8,n−Al0.4Ga0.6As層(エッチングストップ
層,0.05μm)9,n−GaAs層(抵抗層,0.
5μm)10の順に積層する(図1(a))。次に通常
のフォトリソグラフィーの手法で、抵抗を作製する部分
を残すレジストマスクを形成し、アンモニア/過酸化水
素系のエッチング液でn−GaAs抵抗層10を選択的
に除去する。そしてそのままレジストマスクを残した状
態で、燐酸系のエッチング液を用いてn−AlGaAs
エッチングストップ層9を除去すると抵抗16が形成さ
れる(図1(b))。
【0012】次に再度レジストマスクを形成し、燐酸系
のエッチング液でp−GaAsコンタクト層8からn−
GaAs基板1に到達するまでエッチングして分離溝を
形成し、光機能素子17となる部分の素子分離を行なう
(図1(c))。次にレジストを除去した後、SiO2
を堆積して絶縁膜11とし、続いてポリイミド12を塗
布して段差を埋め込み、電極を形成する部分と光機能素
子17の光入力窓部のポリイミド12とSiO2 絶縁膜
11を除去する。次に抵抗16の上と光機能素子17の
上に各々オーム性電極13を形成し、抵抗16と光機能
素子17を接続する配線電極14を形成する。そして最
後に基板1の裏面に共通電極15を形成して作製プロセ
スを終了する(図1(d))。
のエッチング液でp−GaAsコンタクト層8からn−
GaAs基板1に到達するまでエッチングして分離溝を
形成し、光機能素子17となる部分の素子分離を行なう
(図1(c))。次にレジストを除去した後、SiO2
を堆積して絶縁膜11とし、続いてポリイミド12を塗
布して段差を埋め込み、電極を形成する部分と光機能素
子17の光入力窓部のポリイミド12とSiO2 絶縁膜
11を除去する。次に抵抗16の上と光機能素子17の
上に各々オーム性電極13を形成し、抵抗16と光機能
素子17を接続する配線電極14を形成する。そして最
後に基板1の裏面に共通電極15を形成して作製プロセ
スを終了する(図1(d))。
【0013】さて、以上のようにして作製された負荷抵
抗集積型半導体光機能素子においては、基板裏面側の電
極端子18と抵抗上の電極端子19との間に電圧を印加
すると、光機能素子17に入力光20が入射していない
場合は、光機能素子17が高インピーダンスのオフ状態
であり、一方抵抗16の下の積層構造が電流を遮断する
ため、端子間に電流は流れない。光機能素子17に光2
0が入射した場合は、光機能素子17が低インピーダン
スのオン状態に移行するため、電流が光機能素子と抵抗
16を経由して流れるが、抵抗の下の積層構造は電流を
遮断し続ける。このことから抵抗16が光機能素子17
に直列に接続された負荷抵抗として作用していることが
わかる。尚、この負荷抵抗の値は抵抗層の比抵抗を制御
することで行なう。
抗集積型半導体光機能素子においては、基板裏面側の電
極端子18と抵抗上の電極端子19との間に電圧を印加
すると、光機能素子17に入力光20が入射していない
場合は、光機能素子17が高インピーダンスのオフ状態
であり、一方抵抗16の下の積層構造が電流を遮断する
ため、端子間に電流は流れない。光機能素子17に光2
0が入射した場合は、光機能素子17が低インピーダン
スのオン状態に移行するため、電流が光機能素子と抵抗
16を経由して流れるが、抵抗の下の積層構造は電流を
遮断し続ける。このことから抵抗16が光機能素子17
に直列に接続された負荷抵抗として作用していることが
わかる。尚、この負荷抵抗の値は抵抗層の比抵抗を制御
することで行なう。
【0014】[実施例2]図2に本発明の第二の実施例
を示す。本実施例は光機能素子としてフォトトランジス
タ(受光部)121と発光ダイオード(発光部)122
を集積化したものを考え、さらに光機能素子の最上部の
層をそのまま利用して負荷抵抗とするものである。以
下、図2に従って本発明の負荷抵抗集積型半導体光機能
素子の作製プロセスについて説明する。
を示す。本実施例は光機能素子としてフォトトランジス
タ(受光部)121と発光ダイオード(発光部)122
を集積化したものを考え、さらに光機能素子の最上部の
層をそのまま利用して負荷抵抗とするものである。以
下、図2に従って本発明の負荷抵抗集積型半導体光機能
素子の作製プロセスについて説明する。
【0015】まず有機金属気相成長法で、n−GaAs
基板101上にn−Al0.4Ga0.6As層(エミッタ,
0.2μm)102,p−GaAs層(ベース,0.1
μm)103,n−GaAs層(コレクタ,0.5μ
m)104,n−Al0.4Ga0.6As層(クラッド層,
0.5μm)105,無添加−Al0.2Ga0.8As層
(活性層,0.1μm)106,p−Al0.4Ga0.6A
s層(クラッド層,0.5μm)107,p−GaAs
層(コンタクト層,0.2μm)108の順に積層する
(図2(a))。
基板101上にn−Al0.4Ga0.6As層(エミッタ,
0.2μm)102,p−GaAs層(ベース,0.1
μm)103,n−GaAs層(コレクタ,0.5μ
m)104,n−Al0.4Ga0.6As層(クラッド層,
0.5μm)105,無添加−Al0.2Ga0.8As層
(活性層,0.1μm)106,p−Al0.4Ga0.6A
s層(クラッド層,0.5μm)107,p−GaAs
層(コンタクト層,0.2μm)108の順に積層する
(図2(a))。
【0016】次に、イオン打ち込みのマスクとしてSi
N層109を堆積し、次いで通常のフォトリソグラフィ
ーの手法で、負荷抵抗110と光機能素子111として
作用する部分を電気的に分離するためのパターンを形成
し、分離する部分のSiN層を除去する。そして、そこ
へ水素イオン打ち込みを行ない、p−GaAsコンタク
ト層108からn−Al0.4Ga0.6Asエミッタ層10
2まで達する高抵抗領域(斜線部分)112を形成し
て、光機能素子111と抵抗部110とを電気的に分離
する(図2(b))。
N層109を堆積し、次いで通常のフォトリソグラフィ
ーの手法で、負荷抵抗110と光機能素子111として
作用する部分を電気的に分離するためのパターンを形成
し、分離する部分のSiN層を除去する。そして、そこ
へ水素イオン打ち込みを行ない、p−GaAsコンタク
ト層108からn−Al0.4Ga0.6Asエミッタ層10
2まで達する高抵抗領域(斜線部分)112を形成し
て、光機能素子111と抵抗部110とを電気的に分離
する(図2(b))。
【0017】次に、一旦SiN層109を除去した後、
絶縁層113としてSiO2 を堆積し、電極を形成する
部分と光機能素子の光入力窓部のSiO2 を除去する。
最後に抵抗110の上と光機能素子111の上に各々オ
ーム性電極と配線電極を兼ねた電極114を形成し、基
板101の裏面に共通電極115を形成してプロセスを
終了する(図2(c))。尚、本実施例の負荷抵抗集積
型半導体光機能素子において、電圧を印加するのは、共
通電極115側の電極端子116と抵抗110上の電極
と接続された電極端子117の間である。本実施例で
は、電気的な素子分離を行なう方法としてイオン打ち込
みを行なっているため、大きな段差が形成されないこと
が特徴である。
絶縁層113としてSiO2 を堆積し、電極を形成する
部分と光機能素子の光入力窓部のSiO2 を除去する。
最後に抵抗110の上と光機能素子111の上に各々オ
ーム性電極と配線電極を兼ねた電極114を形成し、基
板101の裏面に共通電極115を形成してプロセスを
終了する(図2(c))。尚、本実施例の負荷抵抗集積
型半導体光機能素子において、電圧を印加するのは、共
通電極115側の電極端子116と抵抗110上の電極
と接続された電極端子117の間である。本実施例で
は、電気的な素子分離を行なう方法としてイオン打ち込
みを行なっているため、大きな段差が形成されないこと
が特徴である。
【0018】[実施例3]図3に本発明の第三の実施例
を示す。本実施例も光機能素子としてフォトトランジス
タ(受光部)221と発光ダイオード(発光部)222
を集積化したものを考え、さらに光機能素子の最上部の
層をそのまま利用して負荷抵抗とするものである。以
下、図3に従って本発明の負荷抵抗集積型半導体光機能
素子の作製プロセスについて説明する。
を示す。本実施例も光機能素子としてフォトトランジス
タ(受光部)221と発光ダイオード(発光部)222
を集積化したものを考え、さらに光機能素子の最上部の
層をそのまま利用して負荷抵抗とするものである。以
下、図3に従って本発明の負荷抵抗集積型半導体光機能
素子の作製プロセスについて説明する。
【0019】まず有機金属気相成長法で、n−GaAs
基板201上にn−Al0.4Ga0.6As層(エミッタ,
0.2μm)202,p−GaAs層(ベース,0.1
μm)203,n−GaAs層(コレクタ,0.5μ
m)204,n−Al0.4Ga0.6As層(クラッド層,
0.5μm)205,無添加−Al0.2Ga0.8As層
(活性層,0.1μm)206,p−Al0.4Ga0.6A
s層(クラッド層,0.5μm)207,p−GaAs
層(コンタクト層,0.2μm)208の順に積層する
(図3(a))。
基板201上にn−Al0.4Ga0.6As層(エミッタ,
0.2μm)202,p−GaAs層(ベース,0.1
μm)203,n−GaAs層(コレクタ,0.5μ
m)204,n−Al0.4Ga0.6As層(クラッド層,
0.5μm)205,無添加−Al0.2Ga0.8As層
(活性層,0.1μm)206,p−Al0.4Ga0.6A
s層(クラッド層,0.5μm)207,p−GaAs
層(コンタクト層,0.2μm)208の順に積層する
(図3(a))。
【0020】次に、イオン打ち込みのマスクとしてSi
N層209を堆積し、次いで通常のフォトリソグラフィ
ーの手法で、負荷抵抗として作用する部分を電気的に分
離するためのパターンを形成して分離部分のSiNを除
去し、水素イオン打ち込みを行なう。このとき、打ち込
まれる水素イオンのドーズ量とエネルギーを制御して、
積層したp−GaAsコンタクト層208とp−Al
0.4Ga0.6Asクラッド層207の比抵抗を増加させ
ず、同時に無添加−Al0.2Ga0.8As活性層206か
らn−Al0.4Ga0.6Asエミッタ層202に至るまで
を高抵抗化させ高抵抗領域212を形成する(図3
(b))。
N層209を堆積し、次いで通常のフォトリソグラフィ
ーの手法で、負荷抵抗として作用する部分を電気的に分
離するためのパターンを形成して分離部分のSiNを除
去し、水素イオン打ち込みを行なう。このとき、打ち込
まれる水素イオンのドーズ量とエネルギーを制御して、
積層したp−GaAsコンタクト層208とp−Al
0.4Ga0.6Asクラッド層207の比抵抗を増加させ
ず、同時に無添加−Al0.2Ga0.8As活性層206か
らn−Al0.4Ga0.6Asエミッタ層202に至るまで
を高抵抗化させ高抵抗領域212を形成する(図3
(b))。
【0021】次に、一旦SiN層209を除去した後、
同様な手法で光機能素子211の素子分離を行なうため
に、再度イオン打ち込みのマスク形成と隣接する光機能
素子の素子分離領域へのイオン打ち込みを行なう。尚、
光機能素子とそれに接続する負荷抵抗の間には、素子分
離領域を設けない。このイオン打ち込みにより、今度
は、p−GaAsコンタクト層208からn−Al0.4
Ga0.6Asエミッタ層202まで達する高抵抗領域2
12を形成して、光機能素子211を電気的に分離し、
負荷抵抗210と光機能素子211が直接接続されるよ
うにする(図3(c))。
同様な手法で光機能素子211の素子分離を行なうため
に、再度イオン打ち込みのマスク形成と隣接する光機能
素子の素子分離領域へのイオン打ち込みを行なう。尚、
光機能素子とそれに接続する負荷抵抗の間には、素子分
離領域を設けない。このイオン打ち込みにより、今度
は、p−GaAsコンタクト層208からn−Al0.4
Ga0.6Asエミッタ層202まで達する高抵抗領域2
12を形成して、光機能素子211を電気的に分離し、
負荷抵抗210と光機能素子211が直接接続されるよ
うにする(図3(c))。
【0022】次に、SiN層209を除去した後、絶縁
層213としてSiO2 を堆積し、電極となる部分を除
去する。尚、本実施例では、光機能素子211の光入力
窓部のSiO2 を除去しなくてもよい。このとき、Si
O2 の厚さは、SiO2 内の光学波長換算で1/4と
し、入射光に対する簡易的な低反射コーティング膜とす
る。最後に抵抗210の上と光機能素子211の上に各
々オーム性電極214を形成し、基板201の裏面に共
通電極215を形成して作製プロセスを終了する(図3
(d))。尚、本実施例の負荷抵抗集積型半導体光機能
素子において、電圧を印加するのは、共通電極215側
の電極端子216と抵抗210上の電極と接続された電
極端子217の間である。
層213としてSiO2 を堆積し、電極となる部分を除
去する。尚、本実施例では、光機能素子211の光入力
窓部のSiO2 を除去しなくてもよい。このとき、Si
O2 の厚さは、SiO2 内の光学波長換算で1/4と
し、入射光に対する簡易的な低反射コーティング膜とす
る。最後に抵抗210の上と光機能素子211の上に各
々オーム性電極214を形成し、基板201の裏面に共
通電極215を形成して作製プロセスを終了する(図3
(d))。尚、本実施例の負荷抵抗集積型半導体光機能
素子において、電圧を印加するのは、共通電極215側
の電極端子216と抵抗210上の電極と接続された電
極端子217の間である。
【0023】本実施例では、電気的な素子分離を行なう
方法としてイオン打ち込みを行なっているため、大きな
段差が形成されないことと、抵抗層と光機能素子が直接
接続されているので、光機能素子211と負荷抵抗21
0を配線する電極が不要であり、よりコンパクトな素子
が作製できることが特徴である。
方法としてイオン打ち込みを行なっているため、大きな
段差が形成されないことと、抵抗層と光機能素子が直接
接続されているので、光機能素子211と負荷抵抗21
0を配線する電極が不要であり、よりコンパクトな素子
が作製できることが特徴である。
【0024】以上の各実施例の記述において、他の積層
手段、例えば分子線成長法や液層成長法等などの成長法
も用いることができ、絶縁膜としてはSiNなども用い
ることができる。また、実施例1での埋め込みは行なわ
なくてもよく、埋め込む場合はスピンオングラスなど他
の材料も用いることができる。また、素子を作製した材
料は、InGaAsP系など、他の化合物半導体の材料
も用いることができる。また、この他にも本発明の主旨
を妨げない範囲の手法や構造を用いることができる。
尚、実施例1〜3の負荷抵抗集積型半導体光機能素子を
1次元または2次元のアレー状に形成する場合は、図1
(d),図2(c),図3(d)の構造の素子を紙面に
垂直な方向に1次元または2次元のアレー状に作り、各
素子間に基板に達する分離溝または水素イオン打込みで
形成された高抵抗領域などの素子の電気的な絶縁領域を
設けることで、各素子を電気的に分離すれば、多数個の
負荷抵抗と光機能素子の組を備えた集積型半導体光機能
素子アレーを容易に作製することができる。
手段、例えば分子線成長法や液層成長法等などの成長法
も用いることができ、絶縁膜としてはSiNなども用い
ることができる。また、実施例1での埋め込みは行なわ
なくてもよく、埋め込む場合はスピンオングラスなど他
の材料も用いることができる。また、素子を作製した材
料は、InGaAsP系など、他の化合物半導体の材料
も用いることができる。また、この他にも本発明の主旨
を妨げない範囲の手法や構造を用いることができる。
尚、実施例1〜3の負荷抵抗集積型半導体光機能素子を
1次元または2次元のアレー状に形成する場合は、図1
(d),図2(c),図3(d)の構造の素子を紙面に
垂直な方向に1次元または2次元のアレー状に作り、各
素子間に基板に達する分離溝または水素イオン打込みで
形成された高抵抗領域などの素子の電気的な絶縁領域を
設けることで、各素子を電気的に分離すれば、多数個の
負荷抵抗と光機能素子の組を備えた集積型半導体光機能
素子アレーを容易に作製することができる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の負荷抵抗
集積型半導体光機能素子においては、光機能素子の最上
層に形成された半導体層を負荷抵抗とした構造を特徴と
するため、光機能素子と同じプロセスを用いて負荷抵抗
を作製することができるので、従来の負荷抵抗の構造よ
り作製プロセスが簡単になり、且つ半導体の比抵抗を制
御することで抵抗値を容易に制御でき、特に光機能素子
をアレー化する際に、負荷抵抗集積化プロセスの負担が
少なくなる長所がある。
集積型半導体光機能素子においては、光機能素子の最上
層に形成された半導体層を負荷抵抗とした構造を特徴と
するため、光機能素子と同じプロセスを用いて負荷抵抗
を作製することができるので、従来の負荷抵抗の構造よ
り作製プロセスが簡単になり、且つ半導体の比抵抗を制
御することで抵抗値を容易に制御でき、特に光機能素子
をアレー化する際に、負荷抵抗集積化プロセスの負担が
少なくなる長所がある。
【図1】本発明の第一の実施例を示す負荷抵抗集積型半
導体光機能素子の作製プロセス及び構造の説明図であ
る。
導体光機能素子の作製プロセス及び構造の説明図であ
る。
【図2】本発明の第二の実施例を示す負荷抵抗集積型半
導体光機能素子の作製プロセス及び構造の説明図であ
る。
導体光機能素子の作製プロセス及び構造の説明図であ
る。
【図3】本発明の第三の実施例を示す負荷抵抗集積型半
導体光機能素子の作製プロセス及び構造の説明図であ
る。
導体光機能素子の作製プロセス及び構造の説明図であ
る。
【符号の説明】 1,101,201・・・n−GaAs基板 2,102,202・・・n−Al0.4Ga0.6As層
(エミッタ層) 3,103,203・・・p−GaAs層(ベース層) 4,104,204・・・n−GaAs層(コレクタ
層) 5,105,205・・・n−Al0.4Ga0.6As層
(クラッド層) 6,106,206・・・無添加−Al0.2Ga0.8As
層(活性層) 7,107,207・・・p−Al0.4Ga0.6As層
(クラッド層) 8,108,208・・・p−GaAs層(コンタクト
層) 9・・・n−Al0.4Ga0.6As層(エッチングストッ
プ層) 10・・・n−GaAs層 11,113,213・・・SiO2 絶縁膜 12・・・ポリイミド 13,114,214・・・オーム性電極 14・・・配線電極 15,115,215・・・共通電極 16,110,210・・・負荷抵抗 17,111,211・・・光機能素子 18,116,216・・・共通電極側の電極端子 19,117,217・・・負荷抵抗側の電極端子 21,121,211・・・フォトトランジスタ(受光
部) 22,122,222・・・発光ダイオード(発光部) 109,209・・・SiNマスク 112,212・・・高抵抗領域
(エミッタ層) 3,103,203・・・p−GaAs層(ベース層) 4,104,204・・・n−GaAs層(コレクタ
層) 5,105,205・・・n−Al0.4Ga0.6As層
(クラッド層) 6,106,206・・・無添加−Al0.2Ga0.8As
層(活性層) 7,107,207・・・p−Al0.4Ga0.6As層
(クラッド層) 8,108,208・・・p−GaAs層(コンタクト
層) 9・・・n−Al0.4Ga0.6As層(エッチングストッ
プ層) 10・・・n−GaAs層 11,113,213・・・SiO2 絶縁膜 12・・・ポリイミド 13,114,214・・・オーム性電極 14・・・配線電極 15,115,215・・・共通電極 16,110,210・・・負荷抵抗 17,111,211・・・光機能素子 18,116,216・・・共通電極側の電極端子 19,117,217・・・負荷抵抗側の電極端子 21,121,211・・・フォトトランジスタ(受光
部) 22,122,222・・・発光ダイオード(発光部) 109,209・・・SiNマスク 112,212・・・高抵抗領域
Claims (2)
- 【請求項1】光機能素子に負荷抵抗を集積化した負荷抵
抗集積型半導体光機能素子において、該光機能素子が、
フォトトランジスタと発光ダイオードまたはフォトトラ
ンジスタとレーザーダイオードを隣接して集積した構
造、及びサイリスタ構造で、該素子の発光部から受光部
へ光が帰還することを特徴とした光機能素子であって、
該素子の最上層に形成された半導体層を負荷抵抗とした
構造を特徴とする負荷抵抗集積型光機能素子。 - 【請求項2】請求項1記載の負荷抵抗集積型光機能素子
において、該光機能素子を構成する半導体層として、A
lGaAsとGaAsを用いたことを特徴とする負荷抵
抗集積型光機能素子。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33855592A JPH06188404A (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 負荷抵抗集積型半導体光機能素子 |
US08/407,259 US5521402A (en) | 1992-12-18 | 1995-03-20 | Semiconductor optical functional element of loading resistor integrated type |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33855592A JPH06188404A (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 負荷抵抗集積型半導体光機能素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06188404A true JPH06188404A (ja) | 1994-07-08 |
Family
ID=18319282
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33855592A Pending JPH06188404A (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 負荷抵抗集積型半導体光機能素子 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5521402A (ja) |
JP (1) | JPH06188404A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004179368A (ja) * | 2002-11-27 | 2004-06-24 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 発光サイリスタおよび発光素子アレイチップ |
US6919583B2 (en) | 1998-11-04 | 2005-07-19 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | End surface light-emitting element having increased external light emission efficiency and self-scanning light-emitting element array using the same |
JP2018107420A (ja) * | 2016-08-29 | 2018-07-05 | キヤノン株式会社 | 発光素子、発光素子アレイ、露光ヘッド、および、画像形成装置 |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB9421138D0 (en) * | 1994-10-20 | 1994-12-07 | Hitachi Europ Ltd | Memory device |
JPH09260405A (ja) * | 1996-03-27 | 1997-10-03 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置とその製造方法 |
US7332861B2 (en) * | 2004-02-05 | 2008-02-19 | Agilight, Inc. | Light-emitting structures |
CN104681576B (zh) * | 2015-03-04 | 2018-03-20 | 扬州中科半导体照明有限公司 | 一种具有双绝缘层的发光二极管阵列及其生产方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
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