JP2008085593A

JP2008085593A - 光半導体リレー

Info

Publication number: JP2008085593A
Application number: JP2006262704A
Authority: JP
Inventors: Masaru Yumura; 勝湯村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】
１チップ内に構成されている素子を変更することなく、多品種に適用可能な光半導体リレーを提供することを目的とする。
【解決手段】
電気信号を光信号に変換する発光ダイオード１５と、発光ダイオード１５の光信号を受光して電気信号に変換する複数のフォトダイオードを直列に接続して形成された第１のフォトダイオードアレイ１８ａ並びに第１のフォトダイオードアレイ１８ａに隣接した位置に形成された第２のフォトダイオードアレイ１８ｂと、前記第１及び第２のフォトダイオードアレイに接続された制御回路と、前記第１のフォトダイオードアレイと前記第２のフォトダイオードアレイの接続を切り替え可能に行う切り替え配線１９、２０とから構成される光半導体リレー。
【選択図】図１

Description

本発明は、光半導体リレーに係わり、特に素子を変更することなく多品種に対応可能な光半導体リレーに関する。

一般に、光半導体リレーは、入力側発光ダイオード、出力側フォトダイオードアレイと制御回路であるスイッチング用ＭＯＳＦＥＴ素子などから構成されており、入力側発光ダイオードの光信号を受光側フォトダイオードアレイが受光して電気信号に変換し、この電気信号がゲート電圧となってＭＯＳＦＥＴを駆動することによりスイッチングを行うものである。電気信号を光信号に変換して信号伝送するため、入・出力間を電気的に絶縁することができるとともに、メカニカルリレーとは異なり接点磨耗もなく高速、小型で低消費電力での駆動が可能である。

図３に従来の光半導体リレーの回路構成を示す。図３を参照して回路構成並びに動作を説明すると、オン状態への移行は、入力側の発光ダイオード１１のアノード端子１１ａ、カソード端子１１ｂ間に電流を流すことにより、発光ダイオード１１から光が出力される。出力された光が複数のフォトダイオードが直列接続されたフォトダイオードアレイ１２に照射されると光起電流１３が生ずる。この光起電流１３は、ＭＯＳＦＥＴ１４のソース端子１４ａ→ダイオード１５→フォトダイオードアレイ１２のカソード端子１２ａ→フォトダイオードアレイ１２→フォトダイオードアレイ１２のアノード端子１２ｂ→ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート端子１４ｂの経路で流れる。この結果、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート端子１４ｂに電荷が充電され、ＭＯＳＦＥＴ１４はオン状態となる。

次に、オフ状態への移行は発光ダイオード１１の入力電流を遮断することにより、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート端子１４ｂに蓄積された電荷は放電用抵抗１６からトランジスタ１７のベース１７ａに流れ込み、トランジスタ１７の電流増幅率Ｈｆｅ倍で増幅されたコレクタ電流１７ｂが流れることにより速やかに放電され、ＭＯＳＦＥＴ１４はオフ状態となる。

然るに、近年、上述した光半導体リレーは多様化された用途に応じた要求が高まっており多品種化が進んでいる。用途範囲としては、家電機器、通信機器、計測機器、セキュリティ機器など、多方面に幅広く利用されている。また、光半導体リレーを構成しているフォトダイオードアレイの光起電力は、直列接続されたフォトダイオードの数量および各フォトダイオードの面積に比例する。この結果、従来の設計では必要とされる光起電力に合わせてフォトダイオードの面積とフォトダイオードの直列接続数によって開発されていた。

本発明は、１チップ内に構成されている素子を変更することなく、多品種に適用可能な光半導体リレーを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、電気信号を光信号に変換する発光ダイオードと、前記発光ダイオードの光信号を受光して電気信号に変換する複数のフォトダイオードを直列に接続して形成された第１のフォトダイオードアレイと、前記発光ダイオードの光信号を電気信号に変換する複数のフォトダイオードを直列に接続し前記第１のフォトダイオードアレイに隣接した位置に形成された第２のフォトダイオードアレイと、前記第１及び第２のフォトダイオードアレイに接続された制御回路と、前記第１のフォトダイオードアレイと前記第２のフォトダイオードアレイの接続を切り替え可能に行う切り替え配線とを具備することを特徴とする光半導体リレーを提供する。

１チップ内に構成している素子を変更することなく、アルミニュウム配線マスクを変更することで、切り替え配線にて直列あるいは並列接続を簡単に形成することが可能となった。この結果、多品種化した光半導体リレーに必要な光起電力を提供することができるようになった。

以下に本発明に係わる実施形態を図を参照して説明する。本発明は、ＳＯＩウェハを分離して作製されたフォトダイオードアレイをアルミニュウム配線にてフォトダイオードを並列または直列接続につなぎ替えることにより、起電力と起電流特性を制御することを可能とした構成を提供する。なお、以下の説明では図３と同一箇所は同一符号を付して詳細な説明は省略する。

さて、図１に示すようにダイオード１５、放電用抵抗１６並びにトランジスタ１７からなる制御回路に隣接してフォトダイオードアレイ１８が形成されている。このフォトダイオードアレイ１８は各々６個のフォトダイオードが直列に接続されている第１フォトダイオードアレイ１８ａと、この第１のフォトダイオードアレイに隣接する位置に形成された、同じく６個のフォトダイオードが直列に接続されている第２フォトダイオードアレイ１８ｂから構成されている。

第１フォトダイオードアレイ１８ａと第２フォトダイオードアレイ１８ｂは、平行に隣接して配置されているが、各アレイの極性は反対に配置されている。すなわち、第１フォトダイオードアレイ１８ａの右端がアノード極であるのに対して、第２フォトダイオードアレイ１８ｂの右端はカソード極である。

さて、図１に点線で示した結線以外の構成素子は共通回路としてあらかじめ作製されている。図１の例では、第１フォトダイオードアレイ１８ａと第２フォトダイオードアレイ１８ｂを直列に接続すべく、点線で示した箇所をアルミニュウム配線で結線し、切り替え配線１９を形成するようにした。

図２では、図の点線で示すようにアルミニュウム配線で切替え配線２０を形成して第１フォトダイオードアレイ１８ａと第２フォトダイオードアレイ１８ｂを並列に接続させた例である。この並列接続は、図１に示した直列接続の出力特性と比較すると、起電圧は１／２で起電流は２倍の出力特性を得ることができる。

このように、半導体チップ内に構成されている素子を変更することなく、アルミニウム配線マスクを変更することによって多品種化した半導体リレーに必要な光起電力を提供することができるようになった。

本発明に係る一実施形態を示す回路構成図。本発明に係る他の実施形態を示す回路構成図。従来技術を示す回路構成図。

符号の説明

１５…ダイオード、１６…放電用抵抗、１７…トランジスタ、１８…フォトダイオードアレイ、１８ａ…第１フォトダイオードアレイ、１８ｂ…第２フォトダイオードアレイ、１９、２０…切り替え配線。

Claims

電気信号を光信号に変換する発光ダイオードと、前記発光ダイオードの光信号を受光して電気信号に変換する複数のフォトダイオードを直列に接続して形成された第１のフォトダイオードアレイと、前記発光ダイオードの光信号を電気信号に変換する複数のフォトダイオードを直列に接続し前記第１のフォトダイオードアレイに隣接した位置に形成された第２のフォトダイオードアレイと、前記第１及び第２のフォトダイオードアレイに接続された制御回路と、前記第１のフォトダイオードアレイと前記第２のフォトダイオードアレイの接続を切り替え可能に行う切り替え配線とを具備することを特徴とする光半導体リレー。
前記切り替え配線は、前記第１のフォトダイオードアレイと前記第２のフォトダイオードアレイを直列に接続する配線であることを特徴とする請求項１記載の光半導体リレー。
前記切り替え配線は、前記第１のフォトダイオードアレイと前記第２のフォトダイオードアレイを並列に接続する配線であることを特徴とする請求項１記載の光半導体リレー。
前記切り替え配線はアルミニウム配線であることを特徴とする請求項１乃至３記載の光半導体リレー。