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JPH0728022B2 - 光信号伝達系を備えた電子デバイス - Google Patents
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JPH0728022B2 - 光信号伝達系を備えた電子デバイス - Google Patents

光信号伝達系を備えた電子デバイス

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JPH0728022B2
JPH0728022B2 JP60095445A JP9544585A JPH0728022B2 JP H0728022 B2 JPH0728022 B2 JP H0728022B2 JP 60095445 A JP60095445 A JP 60095445A JP 9544585 A JP9544585 A JP 9544585A JP H0728022 B2 JPH0728022 B2 JP H0728022B2
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幸男 高崎
泰治 下元
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忠明 平井
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、集積回路や電子デバイス等の内部での信号伝
達法に係り、とくに３次元集積回路のごとく異なる機能
をもつ層が積層集積されている場合にも所望の層へ信号
を伝達する信号伝達系を提供するものである。
〔発明の背景〕
電子デバイスの動作にあたつては、内部での情報信号が
重要な役割をもつ。とくに、機能の異なる部分が並列ま
たは積層して連結集積された構造の電子デバイスでは、
相互に情報の受け渡しを行うことが不可欠である。この
ために最も一般的には両者を電気的に連結する方法が採
用される。これに関してはジヤパン ジヤーナル オブ
アプライド フイジツクス（Japan Journal of Appli
ed Physics）,Vol20,No.9,（1981）ppL623-L626に記載
されている。
しかし、これら機能部分が絶縁物を介して配置されてい
る場合や、上下に多層構造をなしている場合などは、電
気的な配線が不可能であつたり、複雑なプロセスを必要
とした。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記の如き構成の電子デバイス間、ま
たは各機能部分間相互での信号の受授を円滑に行なうた
めの信号伝達系を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記の目的を達成するために、本発明では、以下に述べ
るような構造から成る光伝達路を用い、光の形態で信号
伝達を行なうことを特徴とする。
一般に、物質の光透過率はそれぞれに個有のものであ
り、二種類の物質を混合した場合はその混合物特有の透
過率が一義的に定まる。しかし、近年、光透過率すなわ
ちエネルギーギヤツプの異なる半導体を極く薄い層状に
規則的に重ね合わせることで、両者と異なるエネルギー
ギヤツプを形成できることがわかつた。
第１図はこのような現象の説明図である。図中ＢはＡよ
りエネルギーギヤツプが大きい材料で、たとえばＡがGa
As、ＢがGaAlAsのような材料の組み合わせである。この
ような積層構造の各層厚が100Åのオーダにまで薄くな
ると、量子効果があらわれ、第１図に示すように、エネ
ルギーギャップの狭いＡの部分に、新しいエネルギー準
位が形成される。図で１はＡの伝導帯、２はＢの伝導
帯、３はＡの価電子帯、４はＢの価電子帯であり、５お
よび６は新しく形成された準位の伝導帯および価電子帯
である。新しい準位の位置は とあらわされる。ここで、ＬはＡの厚さ、ｈはプランク
定数、ｍはキヤリアの有効質量である。ｎは準位の順番
で、第１図にはｎ＝１の場合が示してある。ｎが増える
ほど高エネルギー側にシフトする。ｍとして電子の値を
選んだ時の値は伝導帯側に対応し、正孔の値を選ぶと価
電子帯に対応する。
このような状況では、この系の光学特性は主として伝導
帯５および価電子帯６からなる新しいエネルギーギヤツ
プEcで支配される。たとえばキヤリア注入による発光波
長はEcに相当する値となり、光吸収率もEcに相当する波
長に対して最も大きい。従つて、例えばジヤパニーズ
ジヤーナル オブ アプライド フイジツクス（Japane
se Journal of Applied Physics）,Vol20,No.9,1981,p
p.L623-L626に述べられているように、エネルギー閉じ
込め幅Ｌを変えることで光学特性を変えることも可能で
ある。
本発明者らは、この現像をたくみに利用し、光を選択的
に導くことができ、しかも集積回路等の電子デバイスの
中へ作りつけることも容易な光伝達略を考案した。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を説明する。第２図は三種類の
例えば、センシング部，データ処理部，メモリ部など異
なる機能をもつ回路7,8,9から成る電子デバイスであ
る。図中10から15が本発明の信号伝達機構であり、10,1
1は回路７内に設けられた光信号発生部、12,13はそれぞ
れ回路8,9内に設けられた光伝達部、14,15はそれぞれ回
路8,9内に設けられた光電変換部である。第３図はこの
信号伝達機構のエネルギーバンド説明図である。
第３図に示すように、回路７に付属する光信号発生部10
および11は、エネルギーギヤツプの異なる物質の積層構
造で、第１図のＡに相当するギヤツプの狭い物質の厚さ
は10の方が11より厚い。この結果、（１）式から、領域
10中に形成されるエネルギーギアツプは11よりも狭くな
り発生する光波長は、10が長波長、11が短波長である。
一方、回路8,9内に設けられた光伝送路12,13も同じく異
種物質の積層構造から成るが、12の方が、13よりもエネ
ルギーギヤツプが広くなるような層厚を選択してある。
具体例として、物質ＡにGaAs（エネルギーギヤツプ1.43
eV）、物質ＢにAlAs（エネルギーギヤツプ2.16eV）を選
び、分子線エピタキシー、もしくは有機金属のプラズマ
分解によるCVD法によつて形成する。領域10および13で
はGaAs層の幅を100Å、領域11および12ではGaAs層の幅
を35Åとする。AlAsの幅はいずれも100Åとした。この
時、領域10,13では実効的なエネルギーギヤツプがほぼ
1.5eV、領域11,12では1.65eVとなる。
今、回路７で領域10にキヤリア注入を行なうと約8200Å
の波長で発光し、この光は領域11,12を透過し、領域13
で吸収されフオトキヤリアを発生する。このフオトキヤ
リアは回路９内に設けられた光電変換部15を通して電気
信号として取り出される。また領域11にキヤリア注入を
行なうと約7500Åの波長で発光し、この光は領域12で吸
収され、発生したフオトキヤリアが回路８内に設けられ
た光電変換部14を介して電気信号として取り出される。
この波長の場合、領域13でも吸収されるが、領域12の井
戸の数を増やすか、領域13の読み出しレベルを低く設定
するなどの方法で、領域13にはフオトキヤリアが流れな
いように出来る。
このようにして、光信号発生器10を駆動した時は回路９
に信号が送られ、光信号発生器11を駆動した時は回路８
に信号が送られる。光信号発生器を点滅させることでデ
イジタル信号の伝達も可能である。
本実施例では、発光部から光伝送部まで同一材料の組み
合わせで形成する方法を示したが、発光部別の材料を用
いたり、発光ダイオード等を用いても同様の効果が得ら
れる。また、例では一方向へ信号を伝達しているが、中
間層の８から上下方向へ送り出すこともできる。本発明
の特徴は、信号を送り出す発光部からの距離が増えるに
つれて、順次井戸層の幅が広くなる多層構造を形成し、
光吸収率に波長依存性をもたせることにあり、一組の材
料で対応し切れなくなつた時には、途中から別種の組み
合せで光伝達路を形成することも可能である。回路の数
は３組に限定されることはなく、また横方向に配置され
ていてもよく、さらに光透過性の絶縁膜を介していても
よいことは勿論である。
本実施例では化合物半導体材料で効果を説明したが、取
り扱う電子デバイスに組み込みやすい材料を選択すれば
よい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、電子デバイス内
の所望の場所に信号を伝達することができるので、異な
る機能をもつ回路を組み合せた電子デバイス内部での情
報のやりとりを極めて円滑に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、エネルギーギヤツプの異なる物質A,Bを積層
した構造の断面図、およびその時のエネルギー帯の説明
図である。第２図は、本発明に係る信号伝達系を組み込
んだ電子デバイスの概観図、第３図は、信号伝達系のエ
ネルギー帯の説明図である。 ５…量子効果により形成された伝導帯、６…量子効果に
より形成された価電子帯、7,8,9…電子デバイス中の異
なる機能部分、10,11…信号光発生部、12,13…光伝送
路、14,15…光電変換部。
フロントページの続き (72)発明者 下元 泰治 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 松原 宏和 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 平井 忠明 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−149780（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−132051（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】互いに区画して設けられた複数の回路部分
    と、該複数の回路部分のうちのいずれか一つの回路部分
    内に設けられており互いに波長の異なる光信号を放出す
    る複数の光源と、上記光源が設けられいる回路部分とは
    異なる複数の回路部分内にそれぞれ設けられた光電変換
    部と、上記複数の光源からの光信号をそれぞれに対応し
    た上記光電変換部に伝達せしめるための光信号伝達路と
    を有してなり、該光信号伝達路は上記光電変換部が設け
    られている回路部分内にそれぞれ設けられた光吸収部を
    順次連結したものからなり、前記光吸収部は前記光源か
    らの距離が大なるものほどその光吸収端を長波長側にシ
    フトせしめられていることを特徴とする光信号伝達系を
    備えた電子デバイス。
  2. 【請求項２】前記の光吸収部は、エネルギーギヤツプの
    異なる複数の物質を積層してなる超格子構造からなって
    おり、かつ、上記複数の物質のうちエネルギーギヤツプ
    の狭い方の物質の層厚が前記光源からの距離に応じて順
    次変化せしめられており、それにより前記した光源から
    の距離に応じた光吸収端のシフトがなされていることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光信号伝達系
    を備えた電子デバイス。
  3. 【請求項３】前記複数の光源が、エネルギーギヤツプの
    異なる複数の物質を積層してなる超格子構造からなって
    おり、かつ、上記複数の物質のうちエネルギーギヤツプ
    の狭い方の物質の層厚が光源毎に順次変化せしめられて
    おり、それにより光源毎の光信号波長が異ならしめられ
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
    ２項に記載の光信号伝達系を備えた電子デバイス。
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EP86106207A EP0204167B1 (en) 1985-05-07 1986-05-06 Electronic device having light transmission system
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