JPH02260668A - 半導体光結合記憶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 星粟上包科旦分圧 本発明は容量変化により一次側の情報を感知。

伝達並びに記憶する半導体光結合記憶素子に関する。

従速渾ｕ１柾 現在市販されている光結合素子としては、周知のように
通称フォトカプラと呼ばれる一次側ＬＥＤを流れる電流
に比例した電流を二次側フォトトランジスタから取るデ
バイスであり、その情報伝達形式は電流→光→電流であ
り、回路的に一次側と二次側が完全に分離されることが
最も大きな特徴である。

その結果として回路設計上グランドラインのとり方に制
約が少なくなる。二次側から一次側への信号のもれが全
くないこと等により極めて容易となる。

よ゛ しかしながら、上述のフォトカプラのような情報伝達形
式においては、原理的に一次側の情報を記憶する作用を
素子に期待することは全く不可能である。従って記憶作
用を持たせる為に発明者は特公昭１１ｉ２−６０８２８
号公報に於てその情報伝達形式として電流→光→容量変
化の方式を提示・出願した。

この方式は原理的に二次側受光素子のｐ−ｎ接合内及び
接合近傍に於る深い不純物準位を利用するものである。

この方式の動作原理につき以下に説明する。

半導体内の深い不純物準位の中には光学的捕獲断面積（
電子：δｎ、正子：δｐ）が特定の波長の光に対して極
めて大きく、又、−度単位に捕らえられた電子（又は正
孔）は熱的に再び開放されることが少ない場合がある。

従って、この種の捕獲中心は受ける光の波長によっての
みその準位の電子（又は正孔）の占有率が依存するため
、そのような捕獲中心をｐ−ｎ接合内に形成することに
より、接合容量に照射光波長依存性をもたせることがで
き、また、光照射後も照射時の接合容量を保持すること
ができる。

Ｚｎ、　０ドープのＧａＰ赤色ＬＥＤの場合には、Ｈｏ
ＫｕｋｌｍｏｔｏらがｒＰｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅ
ｗ　Ｂ　ｖｏｌ、７　ＮｏＥｉＰ２４８１１ｉ−Ｐ２５
０？’Ｊで報告しているように、ｐ−ｎ接合内及びＰ型
層にドープされる酸素（０）に前述した性質ｈｓｄある
ことが明らかにされている。

即ち、ＧａＰ中の酸素に関し、１．Ｒｅｖ　　（ｉｐ’
；６８９ｎｍ）以下のエネルギーの照射光波長範囲にお
いては、第５図の通りとなっている。第５図においてδ
ｐは価電子帯から電子を酸素準位に捕らえる時の、また
δｎは逆に酸素準位の電子を伝導帯に放出する時の各々
捕獲断面積を示す。従って、この図から、１．７ｅｖ以
上の光照射により、酸素準位は電子を捕獲して中性とな
り、！、２ｅｖ前後の光照射により、逆に電子を伝導帯
に放出してプラスのチャージを帯びる。

従ってこの時の容量変化は、第６図に示す通りとなる。

又、酸素準位は充分深い為、（伝導帯から０．９ｅｖ）
−度捕らえられた電子は、熱的にはわずかじか放出され
ない。以上の説明の通り、Ｚｎ−０ド一プＧａＰ赤色Ｌ
ＥＤは本発明の受光素子としての条件を備えていること
がわかる。

これに対し、−次側のＬＥＤとしては、上述した通り、
少なくとも２種類の発光波長を発する必要がある。この
為、基本的には２種類の波長（例えばＺｎ、ＯドープＧ
ａＰを受光素子９として用いる際は、７００ｎｍ以下及
び８８Ｇ−１２θＯｎｍ）のＬＥＤＩｏ、１１を各々１
個ずつ配した構造として、これに相対して受光素子９を
配することになる。（第７図） 上述の構造は最も基本的ではあるが、第７図において２
つのＬＥＤＩｏ、１１と１つの受光素子９の相対的位置
関係が伝達効率を支配する場合があり、実用的には必ず
しも良い構造とは言えない。

即ち、例えば−次側の７００ｎｍＬＥＤ１０の光を受光
素子９が充分受けられない場合、第６図における容量変
化増分が小さくなり、二つの状態における容量差（△Ｃ
）が小さくなり、素子としてのＳＮ比を悪化させる結果
となる。

この問題を基本的に解決する方法としては、上述の場合
、−次側のＬＥＤチップとして２個のＬＥＤｌｏ、１１
を同一製品内に組みこまれているが、これを１個のチッ
プに置き換えることが最も有効と考えられる。

：　　　、の 本発明の目的は前述した光結合記憶素子の組立・製品歩
留及び製造コストの問題点に鑑みなされたもので、従来
の２チツプのＬＥＤを使用した場合に比し、生産性並び
に品質の向上の面で極立って優れた結果を得ることがで
きる製品及び構造を提供するものである。

本発明の半導体光結合記憶素子は、１チツプで互いに充
分識別可能な二種類以上の発光波長を各々単独で発する
ことが可能な発光素子と、１個の受光素子により構成さ
れるもので、上記発光素子が発する波長の光に応じて受
光素子の容量が一定の値を示し、かつ発光素子が非発光
状態となっても容量値は保持される。

さらに、使用される受光素子は、例えばＺｎ−０ド一プ
ＧａＰ赤色ＬＥＤチップであり、発光素子は、例えば−
導電型の活性層の両側が逆導電型のキャリア注大層に隣
接し、かつ前記活性層内の両側における接合部及びその
近傍のＡｌＡｓ混品比が異なる値を有するＡｊＧａＡｓ
ＬＥＤである。

１且 上記した発光素子と受光素子の組み合わせにより、１チ
ツプの発光素子で二種類の発光波長の光を出すことが可
能であるとともに、１チツプの受光素子の容量変化で、
発光素子の発光状態、すなわち−次側の情報を感知、伝
達並びに記憶することができ、しかも−次側と二次側は
回路的に分離され、かつ発光素子が１チツプであるため
、実装上極めて有利となり、生産性の向上と伝達効率の
向上が図れる。

災血阻 次に本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本実施例において製作された光結合記憶素子の
チップ配置図を示す。即ち、受光素子１としては、Ｐ型
エピタキシャル層に２Ｘ１０　　ａｍの亜鉛（Ｚｎ）及
び５Ｘ１０　　ｃ＋ａの酸素（０）がドープされたＧａ
Ｐ赤色ＬＥＤ　　（ペレットサイズ０．５　ｔａｒｓ　
）。

発光素子２としては、以下に記載されるＡｊＧａＡｓ二
色ＬＥＤ　　（ペレットサイズ０．４　ｍ＋ａ　）であ
る。

第２図は上述のＡｊＧａＡｓ二色ＬＥＤｌ’ｌ素子断面
図である。通常の徐冷液相エピタキシャル成長法を用い
てＮ型（１００）　ＧａＡｓ基板上にはじめＳｌドープ
のｎ型及びＰ型のＡｊｘ　Ｇａ１−ｘ　Ａｓ層（３及び
４）を成長し、引き続いてＴｅドープのｎ型Ａｊｙ　Ｇ
ａ１−ｙ　Ａｓ層５を成長する。

各エピタキシャル層のＡ７ＡＳ混晶比分布は、第３図に
示される通りである。

次にこのエピタキシャルウェハースのｎ型ＧａＡｓ基板
を除去・し、またｎ型ＡＩＧ＝ｓＡｓｍ３を部分的にメ
γ サエ、チングを施し、Ｐ型ｌＧａＡｓ活性層４の一部を
露出させた状態で、ｎ側電極６，８及び、Ｐ側電極７を
各々形成する。

上述の手順により製作されたＬＥＤは、その構造から明
らかなように、Ｐ側共通電極７に正のバイアス電圧（又
は接地）を印加し、Ｐ側電極８を接地（又は負のバイア
ス電圧印加）した場合には、赤外光（入ｐ　ｚ９１０ｎ
ｍ）を発し、またｎ側電極６を接地（又は負のバイアス
電圧印加）した場合には、赤色光（入ｐｂ７００ｎｍ）
を発する。この結果から第２図のＬＥＤは本発明の光結
合記憶素子の１次側ＬＥＤして必要な備えていることが
示される。

発光、受光の各チップ２，１を第１図に示される配置に
構成し、透明又は白樹脂によりプリコートした後、全体
を黒樹脂（点線内）で覆い、外部光を遮断した。

次に上記により製作した光結合素子の容量変化を測定す
る。

測定周波数は１００ＫＨｚ、容量測定にはロッ′クイン
アップを用い、容量の変化分のみを記録した。

尚、非点灯時の容量は１２０　ＰＦであった。はじめに
ＡｊＧｓＡｓＬＥＤをｌＦ＝２０ｍＡ　、入Ｐ’ｂ１０
θｎｍの光を５秒点灯すると、△Ｃは＋１．ＯｐＦで飽
和し、ＬＥＤを消灯してもその減少は０．０５ｐＦ以下
であった。次に同一のＡｊＧａＡｓＬＥＤをＩＦ＝２０
ｍＡ入ｐＭＩＯｎｍの光を３秒点灯するとΔＣは直ちに
Ｏなり、初期状態に戻った。

この状態は入ｐ＝９１０ｎｍの光を消しても全く変化が
認められなかった。

結果を第４図に示す。第４図は第６図と全く同一の傾向
であることが判る。即ち、受光素子１としてＺｎ、Ｏド
ープのＧａＰ赤色ＬＥＤ、発光素子２として前述のＡｊ
ＧａＡｓ二波長発光素子を用いることにより、−成環の
情報、即ち７００ｎｍの発光状態か９１０ｎｍの発光状
態かを、二次側の受光素子１が検知でき、かつ記憶でき
ることが明らかとなった。

次に生産性に関してもニチップを一次側のＬＥＤとして
用いる場合に比し、組立位置精度の点で極めて容易とな
り、仮に前述の例において△Ｃ≦０．５ｐＦの伝達効率
を不良とした場合、不良率が従来の〜３０％に対し、本
発明の素子においては０％という結果を得た。

主帆Δ炊求 以上、実施例を用いて具体的に説明したように、本発明
による半導体光結合記憶素子は、−次側と二次側の回路
的分離という従来の光結合素子の利点を生かしつつ、−
次側の信号を二次側の受光素子が感知、記憶できるとい
う新機能を有すのみならず、−次側のＬＥＤとして二次
側の受光素子の容量に有意な差を生ぜしめる二種以上の
波長の光を単一チップで実現している為、実装上極めて
メリットが太き（生産性の面で多大な寄与が期待できる
。

尚、実施例においてはＬＥＤのＡｌＡｓ混晶比組成。

波長並びにチップの形状について具体的な一例を示した
が、必ずしもこれに限定されないことは言うまでもない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で用いられた光結合記憶素子の発光・受
光素子の配置図、第２図は同じく発光素結合素子の発光
・受光素子の配置図を示す。 １・・・・・・受光素子（Ｚｎ、ＯドープＧａＰ受光素
子）、２・・・・・・発光素子（ＡｊＧａＡｓ　ＬＥＤ
）、３・・・・・・ｎｉｌ／ＧａＡｓエピタキシャル層
、４・・・・・・Ｐ型ＡｊＧａＡｓエピタキシャル層、
５・・・・・・ｎ型ＡｊＧａＡｓエピタキシャル層、６
・・・・・・ｎ側電極、 ７・・・・・・Ｐ側電極（共通）、 ８・・・・・・ｎ側電極、 おいて製作された光結合記憶素子の容量変化特性図であ
る。 第５図はＧａＡｓ中における酸素の光学的な捕獲断面積
の波長依存性を示す特性図、第６図は同じく酸素ドープ
ＧａＰの一般的な容量変化の照射光依存性を示す特性図
、第７図はニチップＬＥＤ使用の光第１図 第４図 第５図 第６図 第２図 第３図 Ｎ Ｎ ９、　　ＺＡ、０）−７’Ｑ４ＰＩＪ−１＝）０、Ｚｎ
−０）”−アｋＰＬＥＤ １１、　　Ｓ−トープ嚇ｓＬεフ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに識別可能な二種類以上の発光波長の光を各
   々、単独に発することが可能な１個の発光素子と、 前記発光素子の発する各々の波長の光に対応して各々一
   定の容量値を示し、かつ前記発光素子が非発光状態とな
   った後においても、その直前の発光波長の光に対応した
   容量値を保持する１個の受光素子とを、光学的に結合し
   たことを特徴とする半導体光結合記憶素子。
2. （２）前記発光素子として一導電型の活性層の両側が逆
   導電型のキャリア注入層に隣接し、かつ前記活性層内の
   両側における接合部及びその近傍のＡｌＡｓ混晶比が異
   なる値を有するＡｌＧａＡｓＬＥＤを用い、前記受光素
   子としてＧａＰ赤色ＬＥＤを用いたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の半導体光結合記憶素子。