(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号入力端子（Ｐ１）と電気信号出力端子（Ｐ２）とをつなぐ高周波伝送線路（６，７）が形成されたシリコンからなる第１の半導体基板（２）と、
前記第１の半導体基板（２）の上面に形成されたＶ溝（２ａ）内に、該Ｖ溝（２ａ）の先端の斜状面に設けられたチタンと金の積層膜からなる反射膜（９）に光路が対向するように配置されて、前記電気信号入力端子（Ｐ１）から入力する電気信号のうちの所定周波数帯域の電気信号を前記電気信号出力端子（Ｐ２）から出力するか否かの指令信号となる光信号が伝送される光ファイバ（３）と、
前記反射膜（９）にて反射される前記光ファイバ（３）からの光信号により動作特性が変化してコプレナー型線路よりなる前記高周波伝送線路（６，７）の途中において前記電気信号入力端子（Ｐ１）から入力する電気信号のうちの所定周波数帯域の電気信号を通過または遮断させるＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ系材料よりなるＨＥＭＴである半導体スイッチング素子（１６）、および該半導体スイッチング素子（１６）を含む高周波回路構成部材としての高周波伝送線路（１３，１４）とスタブ（１５）と電気信号入力ポート（１１）と電気信号出力ポート（１２）とゲートバイアスポート（１７）とドレインバイアスポート（１８）とコンデンサ（Ｃ１〜Ｃ３）が集積化された第２の半導体基板（４）と、を備えるとともに、
前記第１の半導体基板（２）における前記高周波伝送線路（６，７）上にバンプ（８）を設け、当該バンプ（８）を介して電気的に第１の半導体基板（２）上に第２の半導体基板（４）を実装したことを特徴とする光制御半導体スイッチ。
【請求項２】
電気信号入出力兼用端子（Ｐ２１）に接続された高周波伝送線路（２２）が形成されたシリコンからなる第１の半導体基板（２）と、
前記第１の半導体基板（２）の上面に形成されたＶ溝（２ａ）内に、該Ｖ溝（２ａ）の先端の斜状面に設けられたチタンと金の積層膜からなる反射膜（９）に光路が対向するように配置されて、前記電気信号入出力兼用端子（Ｐ２１）から入力する電気信号のうちの所定周波数帯域の電気信号を前記電気信号入出力兼用端子（Ｐ２１）から出力するか否かの指令信号となる光信号が伝送される光ファイバ（３）と、
前記反射膜（９）にて反射される前記光ファイバ（３）からの光信号により動作特性が変化してコプレナー型線路よりなる前記高周波伝送線路（２２）の端部において前記電気信号入出力兼用端子（Ｐ２１）から入力する電気信号のうちの所定周波数帯域の電気信号を反射または減衰させるＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ系材料よりなるＨＥＭＴである反射型半導体スイッチング素子（１６）、および該半導体スイッチング素子（１６）を含む高周波回路構成部材としての高周波伝送線路（２６）とスタブ（２７）と入出力兼用電気ポート（２５）とゲートバイアスポート（１７）とドレインバイアスポート（１８）とコンデンサ（Ｃ１１〜Ｃ１３）とが集積化された第２の半導体基板（２１）と、
を備えるとともに、
前記第１の半導体基板（２）における前記高周波伝送線路（２２）上にバンプ（８）を設け、当該バンプ（８）を介して電気的に第１の半導体基板（２）上に第２の半導体基板（２１）を実装したことを特徴とする光制御半導体スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号に応じて入力電気信号の出力／遮断を切り替える光制御半導体スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、長距離の情報伝達は同軸ケーブルなどの電気ケーブルが主であったが、最近は高速かつ大容量通信が可能な光ファイバによる伝送路が注目を集め実用化されつつある。この光ファイバによる伝送路の実用化とともに、自動車など高速で移動している移動端末と無線通信を行うモバイル通信技術への需要も高まっている。このような中、光ファイバ通信と無線通信とを組み合わせた光ファイバリンク無線通信システムを実用化する研究・開発が盛んに行われている。前記のようなシステムを構築するには、無線装置の送受時と受信時における信号伝達経路の切り替えを光ファイバ内を伝送する光信号によって行うことができるスイッチが必要不可欠である。そのためのスイッチとして、フォトダイオードを用いてトランジスタのオン・オフを行うことが考えられる（例えば、特開平８−３３５８６６号公報）。
【０００３】
このフォトダイオードを使用した半導体スイッチの具体例を図１０に示す。図１０の半導体スイッチ４０では、トランジスタ４１のゲート電極とソース電極間にフォトダイオード４２と抵抗４３をつなぎ、光入力時にフォトダイオード４２の両端に生じる光起電力によってトランジスタ４１のオン・オフを行う。また、半導体スイッチ４０には、コンデンサや高周波伝送線路等により高周波回路が構成されており、同スイッチ４０は、このトランジスタ４１のオン・オフにより、入力ポート４４から入力される電気信号を出力ポート４５に出力したり遮断したりする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図１０に示す半導体スイッチ４０において、フォトダイオード４２にて生じる起電力は非常に小さいため、フォトダイオード４２を複数個直列につながなければならない。つまり、高周波信号の出力／遮断を切り替えるためにトランジスタ４１に接続するフォトダイオード４２が複数必要となり、コストが増加してしまうといった問題が生じていた。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、光信号に応じた高周波信号の出力／遮断の切り替えを低コストで実現することができる光制御半導体スイッチを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、電気信号入力端子と電気信号出力端子とをつなぐ高周波伝送線路が第１の半導体基板に形成される。また、半導体スイッチング素子が第２の半導体基板に形成されている。そして、電気信号入力端子から入力する電気信号のうちの所定周波数帯域の信号を電気信号出力端子から出力するか否かの指令信号となる光信号が光ファイバにより伝送される。この光信号により半導体スイッチング素子の動作特性が変化し、高周波伝送線路の途中において電気信号入力端子から入力する電気信号のうちの所定周波数帯域の電気信号を通過または遮断させるようにしている。つまり、光ファイバからの光信号により半導体スイッチング素子の動作特性が変化し、この変化により、電気信号出力端子からの高周波信号の出力／遮断が切り替えられる。この場合、従来のようにトランジスタをオン・オフさせる必要がなく、そのためのフォトダイオードを省略できる。よって、光信号に応じた高周波信号の出力／遮断の切り替えを低コストで実現することができる。また、第１の半導体基板の上面に形成したＶ溝内に光ファイバを配置するとともに、高周波伝送線路上のバンプを介して電気的に第１の半導体基板に第２の半導体基板をフリップチップ実装するようにしている。これにより、第１の半導体基板に対し光ファイバと第２の半導体基板の双方の位置整合を高めるとともに、高周波信号が上記バンプを通過することができるため、簡単な構成でありながら光効率のよい光制御半導体スイッチを安価に実現することができる。そして、前記Ｖ溝の先端の斜状面に反射膜を形成し、光ファイバからの光を反射膜に反射させて半導体スイッチング素子に送るようにしている。この場合、基板表面と平行な方向から入射した光を、反射膜によって半導体スイッチング素子に導くことができ、実用上好ましいものとなる。さらに、第１の半導体基板がシリコンからなるようにしているので、安価な光制御半導体スイッチを実現できる。また、反射膜がチタンと金の積層膜からなるようにしているので、同反射膜のシリコン基板への密着性を向上できる。そして、高周波伝送線路がコプレナー型線路としているために、第１の半導体基板における集積化を図る上で好ましいものとなる。また、第２の半導体基板に、半導体スイッチング素子としてのトランジスタに加えて、該トランジスタを含む高周波回路構成部材として高周波伝送線路とスタブと電気信号入力ポートと電気信号出力ポートとゲートバイアスポートとドレインバイアスポートとコンデンサとを集積化するようにしている。これにより、半導体スイッチング素子としてのトランジスタを含む高周波回路をモノリシック集積回路として実現すると、半導体スイッチの小型化や低コスト化が可能となる。さらに、半導体スイッチング素子としてのトランジスタをＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓのＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）とするため、図９のように、光（例えば、波長１．５５μｍの光）の照射の有無により、出力反射の位相成分（反射係数）が大きく変化する。よって、信号のオン／オフ比が高い優れた半導体スイッチを設計することが可能となる。
【０００７】
また、光制御半導体スイッチは、請求項２に記載のように、電気信号用の入出力端子を兼用とし、入出力兼用端子から入力した電気信号を同端子に反射させる反射型半導体スイッチング素子を用いて実現できる。この半導体スイッチング素子も請求項１と同様に、光ファイバにて伝送される光信号により動作特性が変化する。そして、この変化により、高周波伝送線路の端部において電気信号入出力兼用端子から入力する電気信号のうちの所定周波数帯域の電気信号を反射または減衰させるようにしている。つまり、光ファイバからの光信号により半導体スイッチング素子の動作特性が変化し、その変化により、入出力兼用端子からの高周波信号の出力／遮断が切り替えられる。この場合も、従来のようにトランジスタをオン・オフさせる必要がなく、そのためのフォトダイオードを省略できるので、光信号に応じた高周波信号の切り替えを低コストで実現することができる。また、第１の半導体基板の上面に形成したＶ溝内に光ファイバを配置するとともに、高周波伝送線路上のバンプを介して電気的に第１の半導体基板に第２の半導体基板をフリップチップ実装するようにしている。これにより、第１の半導体基板に対し光ファイバと第２の半導体基板の双方の位置整合を高めるとともに、高周波信号が上記バンプを通過することができるため、簡単な構成でありながら光効率のよい光制御半導体スイッチを安価に実現することができる。そして、前記Ｖ溝の先端の斜状面に反射膜を形成し、光ファイバからの光を反射膜に反射させて半導体スイッチング素子に送るようにしている。この場合、基板表面と平行な方向から入射した光を、反射膜によって半導体スイッチング素子に導くことができ、実用上好ましいものとなる。さらに、第１の半導体基板がシリコンからなるようにしているので、安価な光制御半導体スイッチを実現できる。また、反射膜がチタンと金の積層膜からなるようにしているので、同反射膜のシリコン基板への密着性を向上できる。そして、高周波伝送線路がコプレナー型線路としているために、第１の半導体基板における集積化を図る上で好ましいものとなる。また、第２の半導体基板に、半導体スイッチング素子としてのトランジスタに加えて、該トランジスタを含む高周波回路構成部材として高周波伝送線路とスタブと入出力兼用電気ポートとゲートバイアスポートとドレインバイアスポートとコンデンサとを集積化するようにしている。これにより、半導体スイッチング素子としてのトランジスタを含む高周波回路をモノリシック集積回路として実現すると、半導体スイッチの小型化や低コスト化が可能となる。さらに、半導体スイッチング素子としてのトランジスタをＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓのＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）とするため、図９のように、光（例えば、波長１．５５μｍの光）の照射の有無により、出力反射の位相成分（反射係数）が大きく変化する。よって、信号のオン／オフ比が高い優れた半導体スイッチを設計することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。図１には、本実施の形態における光制御半導体スイッチ１の平面図を示し、図２には、図１におけるＡ−Ａ線での縦断面図を示す。
【００１６】
図１及び図２に示すように、光制御半導体スイッチ１は、その主な構成として、第１の半導体基板としてのシリコン基板（Ｓｉ基板）２と、光信号を伝送するための光ファイバ３と、第２の半導体基板４とを有する。この第２の半導体基板４内には複数の回路素子が集積化されており、同基板４内の素子により高周波信号に対するスイッチング回路（高周波回路）が形成されている。つまり、本実施の形態では、Ｓｉ基板２上にモノリシック集積回路が搭載されている。
【００１７】
より詳しくは、Ｓｉ基板２の表面（上面）には、グランド用導体６ａ，６ｂの間に伝送線路６ｃが延設されたコプレナー型の高周波伝送線路６が形成（パターニング）されている。同様に、Ｓｉ基板２の表面には、グランド用導体７ａ，７ｂの間に伝送線路７ｃが延設されたコプレナー型の高周波伝送線路７が形成されている。同伝送線路６，７上に、半導体基板４が例えばＳｎＰｂ／Ａｕから成るバンプ８を用いてフリップチップ実装されている。つまり、半導体基板４は、半田リフローによるセルフアライメント効果を用いたフリップチップ実装にてＳｉ基板２上に搭載されているため、Ｓｉ基板２に対して高精度に位置決めされている。
【００１８】
また、Ｓｉ基板２の上面には、Ｖ型の窪み（Ｖ溝）２ａが延設されている。このＶ溝２ａは一端が基板側面に開口し、他端が基板２の内方に直線的に延び、かつ、先端が斜状となっている。そして、Ｖ溝２ａには、接着剤等を用いて光ファイバ３が実装（固定）されている。なお、Ｖ溝２ａは、Ｓｉ3 Ｎ4 をマスクとし、ＫＯＨ等を用いたウェットエッチングにて高精度に形成される。このＶ溝２ａへの固定により、光ファイバ３は自動的に位置決めされ、その位置精度は極めて高くなっている。また、Ｖ溝２ａの先端での斜状面に、金とチタンの積層膜（Ａｕ／Ｔｉ）からなる反射膜（反射ミラー）９が蒸着等により形成されている。この反射膜９によって光ファイバ３からの入力光の伝搬する方向が変換され、その入力光が半導体基板４に照射されるようになっている。ここで、反射膜９を、Ａｕ／Ｔｉの積層膜としているので、Ｓｉ基板２への密着性を向上することができる。また、光ファイバ３を通して半導体基板４に照射される光の波長は、例えば１．５５μｍである。
【００１９】
なお、本実施の形態では、高周波伝送線路６の基板側面側の端部Ｐ１が電気信号入力端子となり、高周波伝送線路７の基板側面側の端部Ｐ２が電気信号出力端子となる。また、光ファイバ３の端部Ｐ３が光信号入力端子となっている。
【００２０】
図３には、半導体基板４内に形成された高周波回路の回路図を示す。図３に示すように、半導体基板４には、電気信号入力ポート１１、電気信号出力ポート１２、高周波伝送線路１３，１４、スタブ１５、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３、およびＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓのＨＥＭＴ１６が形成されている。また、半導体基板４には、半導体スイッチング素子としてのＨＥＭＴ１６を動作させるために、ゲートバイアスポート１７、ドレインバイアスポート１８が形成されている。
【００２１】
詳しくは、図３において、電気信号入力ポート１１は、コンデンサＣ１、高周波伝送線路１３、高周波伝送線路１４、コンデンサＣ２からなる直列回路を介して電気信号出力ポート１２に接続されている。高周波伝送線路１３と高周波伝送線路１４との接続部は、スタブ１５を介してＨＥＭＴ１６のドレイン端子に接続されている。ＨＥＭＴ１６のソース端子は接地され、ゲート端子は、コンデンサＣ３を介して接地されている。また、ゲート端子にはゲートバイアスポート１７が接続されるとともに、ドレイン端子にはドレインバイアスポート１８が接続されている。電気信号入力ポート１１は図１の伝送線路６ｃに、電気信号出力ポート１２は図１の伝送線路７ｃにバンプ８を介して電気的に接続される。また、図２の光ファイバ３からの光は、半導体基板４においてＨＥＭＴ１６に照射されるようになっている。
【００２２】
光制御半導体スイッチ１の作動時には、図３のゲートバイアスポート１７にゲートバイアス＝０．２Ｖ、ドレインバイアスポート１８にドレインバイアス＝２．０Ｖのバイアス電圧が印加される。そして、半導体スイッチ１は、光ファイバ３の入力光（光信号）の有無により、入力した高周波信号を通過または遮断させるようになっている。
【００２３】
具体的には、図１の電気信号入力端子Ｐ１から入力した高周波信号は、高周波伝送線路６を通して半導体基板４における入力ポート１１（図３参照）に入力される。この入力信号は、図３のコンデンサＣ１及び高周波伝送線路１３を通してスタブ１５との分岐部に入力される。そして、半導体基板４でのＨＥＭＴ１６に光を照射しないときは、入力信号のうち、ある周波数帯域ΔＦ内の信号のみが遮断（反射）され、反射した信号は高周波伝送線路１３及びコンデンサＣ１を通して入力ポート１１に戻る。一方、半導体基板４でのＨＥＭＴ１６に光が照射されるとＨＥＭＴ１６の動作特性が変化してドレイン側の位相条件が変化する。この変化により、光未照射時に遮断されていた周波数帯域ΔＦ内の信号が通過するようになり、同信号は、高周波伝送線路１４及びコンデンサＣ２を通して出力ポート１２から出力される。つまり、光ファイバ３にて光を照射することにより回路の整合がとれ、出力ポート１２に現れなかったΔＦの信号が出力ポート１２に現れるようになる。そして、そのΔＦの信号は、図１の高周波伝送線路７を通して電気信号出力端子Ｐ２から出力される。このように、本実施の形態の光制御半導体スイッチ１は、光信号のオン・オフによって所定周波数帯域ΔＦ内の信号の出力／遮断を切り替えるスイッチとして動作する。
【００２４】
ここで、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓのＨＥＭＴ１６を含む回路素子を集積化した半導体基板４にて３６ＧＨｚの信号に対する半導体スイッチ１を設計した際の特性を図４に示す。図４において、横軸は周波数、縦軸は入力信号に対する出力信号の相対強度であり、光ファイバ３を通して波長１．５５μｍの光を照射した場合の特性を破線で、光未照射の場合の特性を実線で示す。図４に示すように、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓのＨＥＭＴ１６を用いることにより、光照射時（光信号のオン時）と未照射時（光信号のオフ時）において、３６ＧＨｚの信号のオン・オフ比がおよそ２５ｄＢ確保できる。つまり、光ファイバ３を通して伝達される光信号により、３６ＧＨｚの高周波信号の出力／遮断を切り替える良好なスイッチの設計が可能となる。
【００２５】
このように本実施の形態は、下記の特徴を有する。
（１）図１，２に示すように、光制御半導体スイッチ１の構成として、Ｓｉ基板２に形成され、電気信号入力端子Ｐ１と電気信号出力端子Ｐ２とをつなぐ高周波伝送線路６，７と、電気信号入力端子Ｐ１から入力する電気信号のうちの所定周波数帯域の電気信号を電気信号出力端子Ｐ２から出力するか否かの指令信号となる光信号が伝送される光ファイバ３と、半導体基板４に形成され、光ファイバ３からの光信号により動作特性が変化して高周波伝送線路６，７の途中において電気信号入力端子Ｐ１から入力する電気信号のうちの所定周波数帯域の電気信号を通過または遮断させるＨＥＭＴ１６とを備えた。そして、光ファイバ３からの光信号により、ＨＥＭＴ１６の動作特性が変化し、その変化により、高周波信号の出力／遮断が切り替えられる。よって、図１０に示す従来技術のようにトランジスタ４１をオン・オフさせる必要がなく、そのためのフォトダイオード４２を省略できる。その結果、光信号に応じた高周波信号の出力／遮断の切り替えを低コストで実現することができる。
【００２６】
（２）光ファイバ３をＳｉ基板２の上面に形成したＶ溝２ａ内に配置するとともに、Ｓｉ基板２における高周波伝送線路６，７上にバンプ８を設け、そのバンプ８を介してＳｉ基板２上に半導体基板４をフリップチップ実装した。これにより、Ｓｉ基板２に対し光ファイバ３と半導体基板４の双方の位置整合を高めることができ、光効率のよい光制御半導体スイッチ１を実現できる。
【００２７】
（３）Ｖ溝２ａの先端の斜状面に反射膜９を形成し、光ファイバ３からの光を反射膜９に反射させてＨＥＭＴ１６に送るようにした。よって、基板２表面と平行な方向から入射した光を反射膜９によってＨＥＭＴ１６に導くことができ、実用上好ましいものとなる。
【００２８】
（４）基板２がシリコンからなるので、安価な半導体スイッチ１を実現できる。また、反射膜９がチタンと金の積層膜からなるので、同反射膜９のＳｉ基板２への密着性を向上できる。
【００２９】
（５）高周波伝送線路６，７がコプレナー型線路であるので、Ｓｉ基板２における集積化を図る上で好ましいものとなる。
（６）半導体基板４に、高周波回路構成部材として、図３の如く、ＨＥＭＴ１６と高周波伝送線路１３，１４とスタブ１５と電気信号入力ポート１１と電気信号出力ポート１２とゲートバイアスポート１７とドレインバイアスポート１８とコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３とを集積化した。つまり、ＨＥＭＴ１６を含む高周波回路をモノリシック集積回路として実現したので、半導体スイッチ１のダウンサイズ化や低コスト化が可能となる。
【００３０】
（７）半導体スイッチング素子としてのトランジスタがＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓのＨＥＭＴ１６であるので、図９のように、光（例えば、波長１．５５μｍの光）の照射の有無により、出力反射の位相成分（反射係数）が大きく変化する。よって、信号のオン／オフ比が高い優れた半導体スイッチ１を設計することが可能となる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
図５には、本実施の形態における光制御半導体スイッチ２０の平面図を示し、図６には、図５におけるＡ−Ａ線での縦断面図を示す。図５及び図６に示すように、光制御半導体スイッチ２０は、第１の半導体基板としてのＳｉ基板２と、光ファイバ３と、第２の半導体基板２１とを有する。第２の半導体基板２１内には複数の回路素子が集積化されており、同基板２１内の素子により高周波信号に対するスイッチング回路（高周波回路）が形成されている。
【００３２】
詳しくは、Ｓｉ基板２の表面（上面）には、グランド用導体２２ａ，２２ｂの間に伝送線路２２ｃが延設されたコプレナー型の高周波伝送線路２２が形成（パターニング）されている。同伝送線路２２上に、半導体基板２１が例えばＳｎＰｂ／Ａｕから成るバンプ８を用いてフリップチップ実装されている。また、Ｓｉ基板２の上面には、Ｖ溝２ａが延設されており、このＶ溝２ａに光ファイバ３が実装（固定）されている。さらに、Ｖ溝２ａの先端での斜状面に、Ａｕ／Ｔｉの反射膜（反射ミラー）９が形成され、同反射膜９によって光ファイバ３からの入射光の伝搬する方向が変換されて半導体基板２１に照射されるようになっている。
【００３３】
なお、本実施の形態では、高周波伝送線路２２の基板側面側の端部Ｐ２１が電気信号用の入力出力兼用端子となり、光ファイバ３の端部Ｐ３が光信号入力端子となる。
【００３４】
図７には、半導体基板２１内に形成された高周波回路の回路図を示す。図７に示すように、半導体基板２１には、入出力兼用電気ポート２５、高周波伝送線路２６、スタブ２７、コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３、およびＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓのＨＥＭＴ１６が形成されている。また、半導体基板２１には、反射型スイッチング素子としてのＨＥＭＴ１６を動作させるために、ゲートバイアスポート１７、ドレインバイアスポート１８が形成されている。つまり、本実施の形態においても、ＨＥＭＴ１６を含む高周波回路をモノリシック集積回路として実現しており、半導体スイッチ２０のダウンサイズ化や低コスト化が図られている。
【００３５】
図７の回路について詳述すると、ＨＥＭＴ１６のドレイン端子は、高周波伝送線路２６とコンデンサＣ１１との直列回路を介して入出力兼用電気ポート２５に接続されている。伝送線路２６とコンデンサＣ１１との間の接続点は、スタブ２７とコンデンサＣ１２との直列回路を介して接地されている。このスタブ２７とコンデンサＣ１２との間の接続点にドレインバイアスポート１８が接続されている。また、ＨＥＭＴ１６のゲート端子にはゲートバイアスポート１７が接続されている。さらに、ＨＥＭＴ１６のゲート端子はコンデンサＣ１３を介して接地され、ソース端子は接地されている。入出力兼用電気ポート２５は図５の伝送線路２２ｃにバンプ８を介して電気的に接続される。また、図６の光ファイバ３からの光は、半導体基板２１のＨＥＭＴ１６に照射されるようになっている。
【００３６】
光制御半導体スイッチ２０の作動時には、図７のゲートバイアスポート１７にゲートバイアス＝０．２Ｖ、ドレインバイアスポート１８にドレインバイアス＝２．０Ｖのバイアス電圧が印加される。そして、半導体スイッチ２０は、光ファイバ３からの入射光（光信号）の有無により、入力した高周波信号を反射または減衰させるようになっている。
【００３７】
具体的には、図５の入出力兼用端子Ｐ２１から入力した入力した高周波信号は、高周波伝送線路２２を通して半導体基板２１における入出力兼用電気ポート２５（図７参照）に入力される。そして、半導体基板２１でのＨＥＭＴ１６に光を照射しないときは、入出力兼用電気ポート２５に入力した高周波信号（入力信号）のうち、ある周波数帯域ΔＦ内の信号のみが減衰される。一方、半導体基板２１でのＨＥＭＴ１６に光が照射されるとＨＥＭＴ１６の動作特性が変化してドレイン側の位相条件が変化する。この変化により、光未照射時に減衰されていた周波数帯域ΔＦ内の信号が反射され、入出力兼用電気ポート２５から出力される。つまり、光ファイバ３にて光を照射することにより回路の整合条件が変化して、光未照射時に入出力兼用電気ポート２５に現れなかったΔＦの信号が同ポート２５に現れるようになる。そして、そのΔＦの信号は、図５の高周波伝送線路２２を通して入出力兼用端子Ｐ２１から出力される。このように、本実施の形態の半導体スイッチ２０は、光信号のオン・オフによって、所定周波数帯域ΔＦ内の信号の出力／遮断を切り替えるスイッチとして動作する。
【００３８】
なお、ＨＥＭＴ１６を含む回路素子を集積化した半導体基板２１にて３６ＧＨｚの信号に対する半導体スイッチ２０を設計した場合、その特性は、第１の実施の形態と同様に図４のようになる。つまり、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓのＨＥＭＴ１６を用いることにより、光照射時（光信号のオン時）と未照射時（光信号のオフ時）において、３６ＧＨｚの信号のオン・オフ比がおよそ２５ｄＢ確保できる良好なスイッチの設計が可能となる。
【００３９】
このように本実施の形態は、下記の特徴を有する。
（１）図５，６に示すように、光制御半導体スイッチ２０の構成として、Ｓｉ基板２に形成され、電気信号入出力兼用端子Ｐ２１に接続された高周波伝送線路２２と、電気信号入出力兼用端子Ｐ２１から入力する電気信号のうちの所定周波数帯域の電気信号を電気信号入出力兼用端子Ｐ２１から出力するか否かの指令信号となる光信号が伝送される光ファイバ３と、半導体基板２１に形成され、光ファイバ３からの光信号により動作特性が変化して高周波伝送線路２２の端部において電気信号入出力兼用端子Ｐ２１から入力する電気信号のうちの所定周波数帯域の電気信号を反射または減衰させるＨＥＭＴ１６とを備えた。そして、光ファイバ３からの光信号により、ＨＥＭＴ１６の特性が変化し、その変化により、高周波信号の出力／遮断が切り替えられる。この場合も、上記第１の実施形態と同様に、図１０のトランジスタ４１をオン・オフさせる必要がなく、そのためのフォトダイオード４２を省略できるので、光制御半導体スイッチ２０を低コストで実現することができる。
【００４０】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を、第２の実施の形態との相違点を中心に説明する。図８は、第３の実施の形態における光制御半導体スイッチ３０の構成図である。本実施の形態では、第２の実施形態における半導体スイッチ２０に高周波サーキュレータ３１を接続し、電気信号入力端子Ｐ３１からの電気信号を電気信号出力端子Ｐ３２に通過又は遮断するスイッチとして具体化している。
【００４１】
図８において、電気信号入力端子Ｐ３１及び電気信号出力端子Ｐ３２はサーキュレータ３１に接続されるとともに、同サーキュレータ３１の入出力兼用端子Ｐ３３は高周波伝送線路２２を介して半導体スイッチ２０に接続されている。ここで、サーキュレータ３１は、電気信号入力端子Ｐ３１から入力した高周波信号を半導体スイッチ２０に出力するとともに、半導体スイッチ２０にて反射された信号を電気信号出力端子Ｐ３２に出力するようになっている。また、光信号入力端子Ｐ３から入力した光は、光ファイバ３を介して半導体スイッチ２０内の半導体基板２１のＨＥＭＴ１６に照射されるようになっている。
【００４２】
そして、電気信号入力端子Ｐ３１に入力された高周波信号は、サーキュレータ３１を介して半導体スイッチ２０に入力される。ここで、光信号入力端子Ｐ３から光を入力しないときは、入力された高周波信号のうちΔＦ内の信号のみが減衰される。そのため、ΔＦ内の信号は、電気信号出力端子Ｐ３２には現れない。これに対し、光信号入力端子Ｐ３から光を入力したときには、ΔＦ内の高周波信号は半導体スイッチ２０で反射され、さらにサーキュレータ３１によって電気信号出力端子Ｐ３２側に送られる。これにより、ΔＦ内の高周波信号が出力端子Ｐ３２に現れる。つまり、本実施の形態の光制御半導体スイッチ３０は、光信号入力端子Ｐ３に光を入力するか否か（光信号のオン・オフ）によって、電気信号入力端子Ｐ３１からの高周波信号を電気信号出力端子Ｐ３２に出力したり、遮断したりする、スイッチとして動作する。
【００４３】
このように本実施の形態は、下記の特徴を有する。
（１）光制御半導体スイッチ３０の構成として、電気信号入力端子Ｐ３１からの電気信号を入出力兼用端子Ｐ３３に出力させるとともに当該入出力兼用端子Ｐ３３から戻ってきた電気信号を電気信号出力端子Ｐ３２に送るサーキュレータ３１と、Ｓｉ基板２（図５，６参照）に形成され、サーキュレータ３１の入出力兼用端子Ｐ３３と接続された高周波伝送線路２２と、電気信号入力端子Ｐ３１から入力する電気信号のうちの所定周波数帯域の電気信号を電気信号出力端子Ｐ３２から出力するか否かの指令信号となる光信号が伝送される光ファイバ３と、半導体基板２１（図５，６参照）に形成され、高周波伝送線路２２を介してサーキュレータ３１の入出力兼用端子Ｐ３３からの電気信号を入力するとともに、光ファイバ３からの光信号により動作特性が変化して高周波伝送線路２２の端部において電気信号入力端子Ｐ３１から入力する電気信号のうちの所定周波数帯域の電気信号を反射または減衰させるＨＥＭＴ１６とを備えた。そして、電気信号出力端子Ｐ３２からの高周波信号の出力／遮断を光信号の有無により切り替えることができる。よって、上記第１及び第２の実施形態と同様に、図１０のトランジスタ４１をオン・オフさせる必要がなく、そのためのフォトダイオード４２を省略できるので、光制御半導体スイッチ３０を低コストで実現することができる。
【００４４】
なお、上記以外に次の形態にて具体化できる。
上記各実施の形態において、反射膜９は、Ａｕ／Ｔｉの積層膜としたが、例えば、Ａｕ／Ｃｒの積層膜としてもよく、要は、Ａｕを最上層とした積層膜であればよい。反射材としてＡｕを用いると、光路の変換を効率よく行うことができ、反射材を最上層とした積層構造とすることにより、密着性の低いＳｉとＡｕの接触を防ぐことが可能となる。
【００４５】
また、上記各実施の形態において、光ファイバ３にて照射する光の波長は１．５５μｍであったが、これに限るものではなく、例えば波長が１．３０μｍの光を照射するようにしてもよく、光ファイバ通信に広く用いられている光を照射するものであればよい。また、光の波長を変更する場合、その波長の光を効率よく吸収するＨＥＭＴを用いるようにし、それに従い、半導体基板４，２１における回路整合を調節するとよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における光制御半導体スイッチの平面図。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線での縦断面図。
【図３】半導体基板内に形成される高周波回路の回路図。
【図４】光制御半導体スイッチのオン・オフ特性。
【図５】第２の実施の形態における光制御半導体スイッチの平面図。
【図６】図５におけるＡ−Ａ線での縦断面図。。
【図７】半導体基板内に形成される高周波回路の回路図。
【図８】第３の実施の形態における光制御半導体スイッチの構成図。
【図９】ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓＨＥＭＴの光照射時と未照射時の出力側反射特性。
【図１０】従来の半導体スイッチの回路図。
【符号の説明】
１…光制御半導体スイッチ、２…第１の半導体基板としてのＳｉ基板、２ａ…Ｖ溝、３…光ファイバ、４…第２の半導体基板、６，７…高周波伝送線路、８…バンプ、９…反射膜、１１…電気信号入力ポート、１２…電気信号出力ポート、１３，１４…高周波伝送線路、１５…スタブ、１６…ＨＥＭＴ、１７…ゲートバイアスポート、１８…ドレインバイアスポート、２０…光制御半導体スイッチ、２１…半導体基板、２２…高周波伝送線路、２５…入出力兼用電気ポート、２６…高周波伝送線路、２７…スタブ、３０…光制御半導体スイッチ、３１…サーキュレータ、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３、Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３…コンデンサ、Ｐ１…電気信号入力端子、Ｐ２…電気信号出力端子、Ｐ３…光信号入力端子、Ｐ２１…入出力兼用端子、Ｐ３１…電気信号入力端子、Ｐ３２…電気信号出力端子、Ｐ３３…入出力兼用端子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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