JPH0715030A - 線形集積光結合素子およびその製造方法 - Google Patents
線形集積光結合素子およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 共通の半導体基板上に形成された発光ダイオ
ード２８と検出ダイオード２９とを有する線形光結合素
子７１。 【構成】 発光ダイオード２８によって発光された光
は、半導体基板３３に対して透過する。光反射材料３４
の層は、発光ダイオード２８および検出ダイオード２９
が形成された面とは反対の半導体基板の面に形成され
る。発光ダイオード２８によって発光された光の一部は
半導体基板３３を透過し、光反射材料３４の層によって
反射される。反射された光は半導体基板を透過して、検
出ダイオード２９によって受光される。光検出ダイオー
ド６１と、発光ダイオード２８および検出ダイオード２
９を含む半導体基板３３とは、互いに同一面でリードフ
レームに装着される。光束結合媒体７６は、発光ダイオ
ード２８からの光を光検出ダイオード２９に結合する。
ード２８と検出ダイオード２９とを有する線形光結合素
子７１。 【構成】 発光ダイオード２８によって発光された光
は、半導体基板３３に対して透過する。光反射材料３４
の層は、発光ダイオード２８および検出ダイオード２９
が形成された面とは反対の半導体基板の面に形成され
る。発光ダイオード２８によって発光された光の一部は
半導体基板３３を透過し、光反射材料３４の層によって
反射される。反射された光は半導体基板を透過して、検
出ダイオード２９によって受光される。光検出ダイオー
ド６１と、発光ダイオード２８および検出ダイオード２
９を含む半導体基板３３とは、互いに同一面でリードフ
レームに装着される。光束結合媒体７６は、発光ダイオ
ード２８からの光を光検出ダイオード２９に結合する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、光結合素子(o
ptocoupler) に関し、さらに詳しくは、線形光結合素子
として共通基板上に発光ダイオードと検出ダイオードと
を組み合わせる集積回路に関する。
ptocoupler) に関し、さらに詳しくは、線形光結合素子
として共通基板上に発光ダイオードと検出ダイオードと
を組み合わせる集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、標準的なトランジスタ光結合素
子回路は、ディスクリート素子から作られ、組み立てら
れる。例えば、一般的な線形光結合素子は、発光ダイオ
ード（ＬＥＤ），検出ダイオード（またはサーボ検出ダ
イオード）および光検出ダイオード(photo detector di
ode)によって構成される。一般に、発光ダイオードおよ
びサーボ検出ダイオードは、ガリウム砒素ダイオードで
ある。光検出ダイオードはシリコン光ダイオードである
ことが一般的である。各素子は、検出ダイオードおよび
光検出ダイオードのそれぞれが発光ダイオードから発光
される光を受光するように、複雑なパッケージ内で装着
され整合されるディスクリート・デバイスである。これ
らの素子は、（パッケージの制約内で）光送受信を最大
にするように互いに近接して配置される。発光ダイオー
ドとサーボおよび光検出ダイオードとの間の光束結合媒
体として、シリコーン・ゲルが用いられることがある。
子回路は、ディスクリート素子から作られ、組み立てら
れる。例えば、一般的な線形光結合素子は、発光ダイオ
ード（ＬＥＤ），検出ダイオード（またはサーボ検出ダ
イオード）および光検出ダイオード(photo detector di
ode)によって構成される。一般に、発光ダイオードおよ
びサーボ検出ダイオードは、ガリウム砒素ダイオードで
ある。光検出ダイオードはシリコン光ダイオードである
ことが一般的である。各素子は、検出ダイオードおよび
光検出ダイオードのそれぞれが発光ダイオードから発光
される光を受光するように、複雑なパッケージ内で装着
され整合されるディスクリート・デバイスである。これ
らの素子は、（パッケージの制約内で）光送受信を最大
にするように互いに近接して配置される。発光ダイオー
ドとサーボおよび光検出ダイオードとの間の光束結合媒
体として、シリコーン・ゲルが用いられることがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ディスクリート素子を
利用することに起因するいくつかの問題がある。まず第
１に、互いに極めて厳密な関係で各素子を保持するた
め、かなり複雑なパッケージを設計しなければならな
い。例えば、２つの相対する表面を有する非プレーナ型
リードフレーム・パッケージは、光結合素子技術分野で
周知である。発光ダイオードおよびサーボ検出ダイオー
ドは、一方の表面に配置される。光検出ダイオードは、
ＬＥＤを隔てて他方の表面に配置される。光検出ダイオ
ードは、ＬＥＤからの受光を最大にするように整合され
る。この種のパッケージングは製造が困難で、高価であ
る。
利用することに起因するいくつかの問題がある。まず第
１に、互いに極めて厳密な関係で各素子を保持するた
め、かなり複雑なパッケージを設計しなければならな
い。例えば、２つの相対する表面を有する非プレーナ型
リードフレーム・パッケージは、光結合素子技術分野で
周知である。発光ダイオードおよびサーボ検出ダイオー
ドは、一方の表面に配置される。光検出ダイオードは、
ＬＥＤを隔てて他方の表面に配置される。光検出ダイオ
ードは、ＬＥＤからの受光を最大にするように整合され
る。この種のパッケージングは製造が困難で、高価であ
る。
【０００４】第２に、整合が厳密である。例えば、ＬＥ
Ｄと検出ダイオードとの間のＬＥＤ束結合係数(LED flu
x coupling factor)は、ＬＥＤに対する検出ダイオード
の配置精度に依存する。この問題は、上述のような光束
結合媒体を利用することによって低減できる。
Ｄと検出ダイオードとの間のＬＥＤ束結合係数(LED flu
x coupling factor)は、ＬＥＤに対する検出ダイオード
の配置精度に依存する。この問題は、上述のような光束
結合媒体を利用することによって低減できる。
【０００５】第３に、ディスクリート素子を利用するこ
とは、製造公差により線形光結合素子の線形性を低減す
る。また、温度および経時変化(aging) の影響が各素子
の製造のばらつきによって大きくなる。
とは、製造公差により線形光結合素子の線形性を低減す
る。また、温度および経時変化(aging) の影響が各素子
の製造のばらつきによって大きくなる。
【０００６】最後に、個別の素子を利用することは、多
くの部品検査や取り扱いを必要とし、歩留りの低下や現
場破損の可能性が高くなる。線形性を向上させ、製造を
簡単にし、コストを節減する線形光結合素子が製造でき
れば極めて有利である。
くの部品検査や取り扱いを必要とし、歩留りの低下や現
場破損の可能性が高くなる。線形性を向上させ、製造を
簡単にし、コストを節減する線形光結合素子が製造でき
れば極めて有利である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】共通の半導体基板上に集
積された発光ダイオードと検出ダイオードとを有する線
形光結合素子が提供される。半導体基板は、発光ダイオ
ードから発光される光に対して透過的であり、発光ダイ
オードおよび検出ダイオードの両方の陰極となる。発光
ダイオードの陽極および検出ダイオードの陽極は、基板
上に形成される。検出ダイオードは、半導体基板を介し
て透過される光を受光する。
積された発光ダイオードと検出ダイオードとを有する線
形光結合素子が提供される。半導体基板は、発光ダイオ
ードから発光される光に対して透過的であり、発光ダイ
オードおよび検出ダイオードの両方の陰極となる。発光
ダイオードの陽極および検出ダイオードの陽極は、基板
上に形成される。検出ダイオードは、半導体基板を介し
て透過される光を受光する。
【０００８】発光ダイオードから発光される光を、共通
の半導体基板上に形成された検出ダイオードに結合する
方法が提供される。発光ダイオードおよび検出ダイオー
ドは、この半導体基板上に形成される。発光ダイオード
によって発光された光は、この半導体基板に対して透過
する。発光ダイオードから発光された光の一部は、半導
体基板を介して透過され、検出ダイオードによって受光
される。
の半導体基板上に形成された検出ダイオードに結合する
方法が提供される。発光ダイオードおよび検出ダイオー
ドは、この半導体基板上に形成される。発光ダイオード
によって発光された光は、この半導体基板に対して透過
する。発光ダイオードから発光された光の一部は、半導
体基板を介して透過され、検出ダイオードによって受光
される。
【０００９】
【実施例】図１は、線形光結合素子１２の一般的な利用
を示す図である。
を示す図である。
【００１０】線形光結合素子は回路間で非電気結合を提
供することは当技術分野で周知である。光結合素子の一
般的な用途には、電源フィードバック（電圧／電流），
医療センサの絶縁，音声信号インタフェースおよびプロ
セス制御トランスの絶縁などがある。発光ダイオード
（ＬＥＤ）および光検出ダイオードは、回路間の絶縁を
形成するために用いられる。第１回路の発光ダイオード
は、第２回路の光検出ダイオードによって受光され、電
圧または電流信号に変換される光を発光する。。発光ダ
イオードおよび光検出ダイオードのみを利用することの
問題点は、ＬＥＤおよび光検出ダイオードは非線形性を
生ずることである。ＬＥＤをバイアスする線形入力は、
光検出ダイオードにおいて非線形結果を生じる。
供することは当技術分野で周知である。光結合素子の一
般的な用途には、電源フィードバック（電圧／電流），
医療センサの絶縁，音声信号インタフェースおよびプロ
セス制御トランスの絶縁などがある。発光ダイオード
（ＬＥＤ）および光検出ダイオードは、回路間の絶縁を
形成するために用いられる。第１回路の発光ダイオード
は、第２回路の光検出ダイオードによって受光され、電
圧または電流信号に変換される光を発光する。。発光ダ
イオードおよび光検出ダイオードのみを利用することの
問題点は、ＬＥＤおよび光検出ダイオードは非線形性を
生ずることである。ＬＥＤをバイアスする線形入力は、
光検出ダイオードにおいて非線形結果を生じる。
【００１１】線形用途では、検出ダイオードが光結合素
子に追加される。サーボ・フィードバック・ダイオード
としても知られる検出ダイオードは、発光ダイオードに
よって透過された光を検出し、ＬＥＤから受光された光
に比例する電流を生成する。検出ダイオードは、ＬＥＤ
によって発光された光を検出するため、逆方向バイアス
・モードまたは光起電モード(photovoltaic mode) のい
ずれかで構築できることは当業者に周知である。検出ダ
イオードによって生成される信号電流／電圧は、入出力
関係を線形化するためＬＥＤ駆動電流をサーボする制御
信号として用いられる。線形性に影響を与える他の要因
には、温度，経時変化および検出ダイオードの受光のば
らつきがある。検出ダイオードは、発光ダイオードに結
合する一定かつ反復性のある光束を受光することが不可
欠である。ディスクリートな発光ダイオードおよびディ
スクリートな検出ダイオードを利用することは、配置，
経時変化特性および製造コストの増加といった多くの問
題を提起する。これらすべての問題点は、共通の基板上
で発光ダイオードと検出ダイオードとを集積することに
よって解消できる。
子に追加される。サーボ・フィードバック・ダイオード
としても知られる検出ダイオードは、発光ダイオードに
よって透過された光を検出し、ＬＥＤから受光された光
に比例する電流を生成する。検出ダイオードは、ＬＥＤ
によって発光された光を検出するため、逆方向バイアス
・モードまたは光起電モード(photovoltaic mode) のい
ずれかで構築できることは当業者に周知である。検出ダ
イオードによって生成される信号電流／電圧は、入出力
関係を線形化するためＬＥＤ駆動電流をサーボする制御
信号として用いられる。線形性に影響を与える他の要因
には、温度，経時変化および検出ダイオードの受光のば
らつきがある。検出ダイオードは、発光ダイオードに結
合する一定かつ反復性のある光束を受光することが不可
欠である。ディスクリートな発光ダイオードおよびディ
スクリートな検出ダイオードを利用することは、配置，
経時変化特性および製造コストの増加といった多くの問
題を提起する。これらすべての問題点は、共通の基板上
で発光ダイオードと検出ダイオードとを集積することに
よって解消できる。
【００１２】線形光結合素子１２を利用する周知の光絶
縁回路１１と、特に、回路１１の応答を線形化する検出
ダイオード１８の概略図を図１に示す。線形光結合素子
１２は、発光ダイオード１３，検出ダイオード１８およ
び光検出ダイオード１７を含む。発光ダイオード１３
は、光を発光するため順方向バイアスされる。発光ダイ
オード１３によって発光された光は、矢印１４，１６に
よって表される。検出ダイオード１８は光起電モードで
構成され、光検出ダイオード１７は逆方向バイアスされ
る。検出ダイオード１８および光検出ダイオード１７に
よって発生された電流は、発光ダイオードによって発光
される光度とともに変化する。
縁回路１１と、特に、回路１１の応答を線形化する検出
ダイオード１８の概略図を図１に示す。線形光結合素子
１２は、発光ダイオード１３，検出ダイオード１８およ
び光検出ダイオード１７を含む。発光ダイオード１３
は、光を発光するため順方向バイアスされる。発光ダイ
オード１３によって発光された光は、矢印１４，１６に
よって表される。検出ダイオード１８は光起電モードで
構成され、光検出ダイオード１７は逆方向バイアスされ
る。検出ダイオード１８および光検出ダイオード１７に
よって発生された電流は、発光ダイオードによって発光
される光度とともに変化する。
【００１３】入力回路は、増幅器１９，抵抗２２，発光
ダイオード（ＬＥＤ）１３および検出ダイオード１８に
よって構成される。電圧源２１は、入力信号を増幅器１
９に供給する。
ダイオード（ＬＥＤ）１３および検出ダイオード１８に
よって構成される。電圧源２１は、入力信号を増幅器１
９に供給する。
【００１４】入力回路から光絶縁された出力回路は、光
検出ダイオード１７，抵抗２４およびバッファ増幅器２
３によって構成される。
検出ダイオード１７，抵抗２４およびバッファ増幅器２
３によって構成される。
【００１５】線形性は、フィードバックを利用して達成
される。検出ダイオード１８は、増幅器１９のフィード
バック路にある。検出ダイオード１８は、回路１１内で
光起電モードで結合される。結合ダイオード１８を光起
電モードで結合すると、ＬＥＤ１３がオフのとき電流を
生成しない。検出ダイオード１８を光起電モードで利用
することは、ＬＥＤ１３との極めて良質な光束結合を必
要とするが、これはディスクリート素子では達成するこ
とが困難である。発光ダイオード１３から発光される光
の一部は、検出ダイオード１８によって受光され、電流
／電圧に変換され、これは増幅器１９の負入力に印加さ
れる。総利得（回路１１の出力２６に対する増幅器１９
の正入力）を計算すると、発光ダイオード１３のバイア
ス電流から独立した伝達関数が得られる。線形性を改善
するためにフィードバックを利用することは、当術分野
で周知である。あらゆる動作条件下で検出ダイオード１
８が発光ダイオード１３によって発光された光を受光で
きる能力は、回路１１の線形性にとって重要である。
される。検出ダイオード１８は、増幅器１９のフィード
バック路にある。検出ダイオード１８は、回路１１内で
光起電モードで結合される。結合ダイオード１８を光起
電モードで結合すると、ＬＥＤ１３がオフのとき電流を
生成しない。検出ダイオード１８を光起電モードで利用
することは、ＬＥＤ１３との極めて良質な光束結合を必
要とするが、これはディスクリート素子では達成するこ
とが困難である。発光ダイオード１３から発光される光
の一部は、検出ダイオード１８によって受光され、電流
／電圧に変換され、これは増幅器１９の負入力に印加さ
れる。総利得（回路１１の出力２６に対する増幅器１９
の正入力）を計算すると、発光ダイオード１３のバイア
ス電流から独立した伝達関数が得られる。線形性を改善
するためにフィードバックを利用することは、当術分野
で周知である。あらゆる動作条件下で検出ダイオード１
８が発光ダイオード１３によって発光された光を受光で
きる能力は、回路１１の線形性にとって重要である。
【００１６】図２は、半導体基板３３上に形成されたエ
ピタキシャル層２７の断面図である。好適な実施例で
は、半導体基板３３はガリウム砒素である。ガリウム砒
素は、線形光結合素子用に適する２つの特性を有する。
まず第１に、赤外線範囲の光を発光する発光ダイオード
は、ガリウム砒素上で形成しやすい。第２に、ガリウム
砒素は赤外線信号に対して透過性がある。同様に、シリ
コンなどの他の半導体材料も、半導体基板上で形成され
た発光ダイオードから発光される光がこの半導体基板に
対して透過性がある限り、半導体基板として利用でき
る。
ピタキシャル層２７の断面図である。好適な実施例で
は、半導体基板３３はガリウム砒素である。ガリウム砒
素は、線形光結合素子用に適する２つの特性を有する。
まず第１に、赤外線範囲の光を発光する発光ダイオード
は、ガリウム砒素上で形成しやすい。第２に、ガリウム
砒素は赤外線信号に対して透過性がある。同様に、シリ
コンなどの他の半導体材料も、半導体基板上で形成され
た発光ダイオードから発光される光がこの半導体基板に
対して透過性がある限り、半導体基板として利用でき
る。
【００１７】エピタキシャル層２７は、半導体基板３３
の一方のプレーナ面に形成される。エピタキシャル層２
７および半導体基板３３は、ダイオードを形成する。エ
ピタキシャル層２７は、ダイオードの陽極に相当する。
半導体基板３３は、ダイオードの陰極に相当する。
の一方のプレーナ面に形成される。エピタキシャル層２
７および半導体基板３３は、ダイオードを形成する。エ
ピタキシャル層２７は、ダイオードの陽極に相当する。
半導体基板３３は、ダイオードの陰極に相当する。
【００１８】図３は、本発明により半導体基板３３上で
集積された発光ダイオード２８および検出ダイオード２
９の断面図である。図３は図２に対応し、発光ダイオー
ド２８および検出ダイオード２９を形成するために必要
な処理工程を示す。
集積された発光ダイオード２８および検出ダイオード２
９の断面図である。図３は図２に対応し、発光ダイオー
ド２８および検出ダイオード２９を形成するために必要
な処理工程を示す。
【００１９】２つの分離されたエピタキシャル領域は、
エピタキシャル層２７（図２）から半導体基板３３まで
チャンネル３９をエッチングすることによって、半導体
基板３３上に形成される。エピタキシャル領域３１は、
発光ダイオード２８の陽極となる。エピタキシャル領域
３２は、検出ダイオード２９の陽極となる。半導体基板
３３は、発光ダイオード２８および検出ダイオード２９
の両方の陰極となる。端子３６はエピタキシャル領域３
１に結合し、端子３７はエピタキシャル領域３２に結合
して、電気接続点となる。
エピタキシャル層２７（図２）から半導体基板３３まで
チャンネル３９をエッチングすることによって、半導体
基板３３上に形成される。エピタキシャル領域３１は、
発光ダイオード２８の陽極となる。エピタキシャル領域
３２は、検出ダイオード２９の陽極となる。半導体基板
３３は、発光ダイオード２８および検出ダイオード２９
の両方の陰極となる。端子３６はエピタキシャル領域３
１に結合し、端子３７はエピタキシャル領域３２に結合
して、電気接続点となる。
【００２０】光反射材料３４の層は、２つの分離された
エピタキシャル領域が形成された面とは反対の半導体基
板３３の第２プレーナ面に形成される。好適な実施例で
は、光反射材料３４は導電性であり、金，銀およびアル
ミニウムなどからなる材料から選ばれる。光反射材料３
４は、半導体基板３３に電気的に結合する。端子３８
は、半導体基板３３に結合して、電気接続点となる。
エピタキシャル領域が形成された面とは反対の半導体基
板３３の第２プレーナ面に形成される。好適な実施例で
は、光反射材料３４は導電性であり、金，銀およびアル
ミニウムなどからなる材料から選ばれる。光反射材料３
４は、半導体基板３３に電気的に結合する。端子３８
は、半導体基板３３に結合して、電気接続点となる。
【００２１】通常、発光ダイオード２８は順方向バイア
ス・モードで動作され、検出ダイオード２９は逆方向バ
イアスまたは光起電モードのいずれかで動作される。発
光ダイオード２８が順方向バイアスされると、光が発光
ダイオード２８から発光される。発光された光の一部
は、矢印３０に示されるように、半導体基板３３を透過
して、光反射材料３４によって反射される。光（矢印３
０によって示される）は、矢印３５によって示されるよ
うに、再び半導体基板３３を透過して、検出ダイオード
２９によって受光される。検出ダイオード２９は、逆方
向バイアスまたは光起電モードで結合されたときに受光
された反射光の関数である電流を生成する。
ス・モードで動作され、検出ダイオード２９は逆方向バ
イアスまたは光起電モードのいずれかで動作される。発
光ダイオード２８が順方向バイアスされると、光が発光
ダイオード２８から発光される。発光された光の一部
は、矢印３０に示されるように、半導体基板３３を透過
して、光反射材料３４によって反射される。光（矢印３
０によって示される）は、矢印３５によって示されるよ
うに、再び半導体基板３３を透過して、検出ダイオード
２９によって受光される。検出ダイオード２９は、逆方
向バイアスまたは光起電モードで結合されたときに受光
された反射光の関数である電流を生成する。
【００２２】半導体基板３３は、発光ダイオード２８と
検出ダイオード２９とを形成するエピタキシャル領域３
１，３２の導電型とは反対の導電型を有する。半導体基
板３３およびエピタキシャル領域３１，３２の特性は、
発光ダイオードによって発光される光の波長や、破壊電
圧などの明白な要因を決定し、これらの要因は特定の線
形光結合素子用に調整される。
検出ダイオード２９とを形成するエピタキシャル領域３
１，３２の導電型とは反対の導電型を有する。半導体基
板３３およびエピタキシャル領域３１，３２の特性は、
発光ダイオードによって発光される光の波長や、破壊電
圧などの明白な要因を決定し、これらの要因は特定の線
形光結合素子用に調整される。
【００２３】図４は、図３に対応する発光ダイオード２
８および検出ダイオード２９の上面図であり、分離され
たエピタキシャル領域３１，３２を示す。好適な実施例
では、エッチングされたチャンネル３９は、エピタキシ
ャル領域３１，３２を取り囲み、実際に、エピタキシャ
ル領域３１，３２を電気的に絶縁する任意の配置で十分
である。半導体基板３３に対する電気接触は、光反射材
料３４（図示せず）によって行われる。
８および検出ダイオード２９の上面図であり、分離され
たエピタキシャル領域３１，３２を示す。好適な実施例
では、エッチングされたチャンネル３９は、エピタキシ
ャル領域３１，３２を取り囲み、実際に、エピタキシャ
ル領域３１，３２を電気的に絶縁する任意の配置で十分
である。半導体基板３３に対する電気接触は、光反射材
料３４（図示せず）によって行われる。
【００２４】図５は、図３に示す発光ダイオード２８お
よび検出ダイオード２９の概略図である。端子３８は、
発光ダイオード２８および検出ダイオード２９の共通の
陰極に結合する。端子３６は発光ダイオード２８の陽極
に結合し、端子３７は検出ダイオード２９の陽極に結合
する。
よび検出ダイオード２９の概略図である。端子３８は、
発光ダイオード２８および検出ダイオード２９の共通の
陰極に結合する。端子３６は発光ダイオード２８の陽極
に結合し、端子３７は検出ダイオード２９の陽極に結合
する。
【００２５】図６は、本発明により半導体基板４０上に
集積された発光ダイオード４１および検出ダイオード４
２の別の実施例である。
集積された発光ダイオード４１および検出ダイオード４
２の別の実施例である。
【００２６】図６の実施例では、エピタキシャル層４３
は半導体基板４０のプレーナ面に形成される。エピタキ
シャル層４３は、発光ダイオード４１の陽極となる。端
子４８は、エピタキシャル層４３に結合する。半導体基
板４０は、発光ダイオード４１の陰極となる。エピタキ
シャル層４３が形成された面とは反対の半導体基板４０
のプレーナ面には、エピタキシャル層４４が形成され
る。エピタキシャル層４４は、検出ダイオード４２の陽
極となる。半導体基板４０は、検出ダイオード４２の陰
極となる。金属層４６は、エピタキシャル層４４に対す
る電気接続点となる。端子４９は、金属層４６に結合す
る。端子４７は、半導体基板４０に結合して、電気接続
点となる。
は半導体基板４０のプレーナ面に形成される。エピタキ
シャル層４３は、発光ダイオード４１の陽極となる。端
子４８は、エピタキシャル層４３に結合する。半導体基
板４０は、発光ダイオード４１の陰極となる。エピタキ
シャル層４３が形成された面とは反対の半導体基板４０
のプレーナ面には、エピタキシャル層４４が形成され
る。エピタキシャル層４４は、検出ダイオード４２の陽
極となる。半導体基板４０は、検出ダイオード４２の陰
極となる。金属層４６は、エピタキシャル層４４に対す
る電気接続点となる。端子４９は、金属層４６に結合す
る。端子４７は、半導体基板４０に結合して、電気接続
点となる。
【００２７】通常、発光ダイオード４１は順方向バイア
ス・モードで動作され、検出ダイオード４２は逆方向バ
イアスまたは光起電モードで動作される。発光ダイオー
ド４１が順方向バイアスされると、光は発光ダイオード
４１から発光される。発光された光の一部は、矢印４５
によって示されるように、半導体基板４０を透過する。
半導体基板４０の相対する面に発光ダイオード４１およ
び検出ダイオード４２を形成することにより、検出ダイ
オード４２が半導体基板４０を透過する光を直接受光す
るように、発光ダイオードおよび検出ダイオードは互い
に整合される。検出ダイオード４２によって受光される
光は、光起電または逆方向バイアス・モードでバイアス
されたときに受光された光の関数である電流を生成す
る。検出器４２によって光を直接受光することにより、
線形光結合素子に必要な安定かつ一定の光束結合が得ら
れる。
ス・モードで動作され、検出ダイオード４２は逆方向バ
イアスまたは光起電モードで動作される。発光ダイオー
ド４１が順方向バイアスされると、光は発光ダイオード
４１から発光される。発光された光の一部は、矢印４５
によって示されるように、半導体基板４０を透過する。
半導体基板４０の相対する面に発光ダイオード４１およ
び検出ダイオード４２を形成することにより、検出ダイ
オード４２が半導体基板４０を透過する光を直接受光す
るように、発光ダイオードおよび検出ダイオードは互い
に整合される。検出ダイオード４２によって受光される
光は、光起電または逆方向バイアス・モードでバイアス
されたときに受光された光の関数である電流を生成す
る。検出器４２によって光を直接受光することにより、
線形光結合素子に必要な安定かつ一定の光束結合が得ら
れる。
【００２８】図７は、図６に示した発光ダイオード４１
および検出ダイオード４２の概略図である。端子４７
は、発光ダイオード４１および検出ダイオード４２の共
通の陰極に結合する。端子４８は発光ダイオード４１の
陽極に結合し、端子４９は検出ダイオード４２の陽極に
結合する。
および検出ダイオード４２の概略図である。端子４７
は、発光ダイオード４１および検出ダイオード４２の共
通の陰極に結合する。端子４８は発光ダイオード４１の
陽極に結合し、端子４９は検出ダイオード４２の陽極に
結合する。
【００２９】図８は、光検出ダイオード６１と、線形光
結合素子を形成するためリードフレーム５１に装着され
た集積発光ダイオード６２および検出ダイオード６３の
図である。
結合素子を形成するためリードフレーム５１に装着され
た集積発光ダイオード６２および検出ダイオード６３の
図である。
【００３０】リードフレーム・パッケージは、その簡単
な製造，低コストおよび信頼性について当技術分野で周
知である。リードフレーム５１は、リード５２〜５７
と、装着領域５８と、装着領域５９とを含む。装着領域
５８，５９は、同一面(co-planar) である。リード５２
〜５７は、光検出ダイオード６１，発光ダイオード６２
および検出ダイオード６３に対する電気相互接続とな
る。
な製造，低コストおよび信頼性について当技術分野で周
知である。リードフレーム５１は、リード５２〜５７
と、装着領域５８と、装着領域５９とを含む。装着領域
５８，５９は、同一面(co-planar) である。リード５２
〜５７は、光検出ダイオード６１，発光ダイオード６２
および検出ダイオード６３に対する電気相互接続とな
る。
【００３１】光検出ダイオード６１は、図１に示す光検
出ダイオード１７と同様である。光検出ダイオード６１
は、回路（図１参照）を互いに分離するために用いられ
るディスクリート素子であり、光検出ダイオード６１は
発光ダイオード６２に光結合される。光検出ダイオード
６１は、それぞれリード５４，５３に結合された陽極と
陰極とを有する。好適な実施例では、光検出ダイオード
６１を装着領域５８に接着または装着することは、陰極
をリード５３に電気的に結合する。ボンド・ワイヤ６４
は、光検出ダイオード６１の陽極をリード５４に結合す
る。リード５２は未使用である。
出ダイオード１７と同様である。光検出ダイオード６１
は、回路（図１参照）を互いに分離するために用いられ
るディスクリート素子であり、光検出ダイオード６１は
発光ダイオード６２に光結合される。光検出ダイオード
６１は、それぞれリード５４，５３に結合された陽極と
陰極とを有する。好適な実施例では、光検出ダイオード
６１を装着領域５８に接着または装着することは、陰極
をリード５３に電気的に結合する。ボンド・ワイヤ６４
は、光検出ダイオード６１の陽極をリード５４に結合す
る。リード５２は未使用である。
【００３２】発光ダイオード６２および検出ダイオード
６３は、図３に示すものと同様に形成される。図示され
ていない面は、導電性の光反射材料によってメタライゼ
ーションされている。装着領域５９に取り付けられる
と、光反射材料は発光ダイオード６２および検出ダイオ
ード６３の共通陰極に相当する半導体基板をリード５６
に結合する。発光ダイオード６２の陽極は、ボンド・ワ
イヤ６６によってリード５５に結合される。検出ダイオ
ード６３の陽極は、ボンド・ワイヤ６７によってリード
５７に結合される。この配置は、線形光結合素子を作る
ための簡単かつ経済的な手段を提供する。
６３は、図３に示すものと同様に形成される。図示され
ていない面は、導電性の光反射材料によってメタライゼ
ーションされている。装着領域５９に取り付けられる
と、光反射材料は発光ダイオード６２および検出ダイオ
ード６３の共通陰極に相当する半導体基板をリード５６
に結合する。発光ダイオード６２の陽極は、ボンド・ワ
イヤ６６によってリード５５に結合される。検出ダイオ
ード６３の陽極は、ボンド・ワイヤ６７によってリード
５７に結合される。この配置は、線形光結合素子を作る
ための簡単かつ経済的な手段を提供する。
【００３３】図９は、線形光結合素子を収容するパッケ
ージ７１の断面図である。図９は、光検出ダイオード７
３と発光ダイオード７４との間の光結合を示す。発光ダ
イオード７４は、半導体基板上で検出ダイオード７５と
集積される。
ージ７１の断面図である。図９は、光検出ダイオード７
３と発光ダイオード７４との間の光結合を示す。発光ダ
イオード７４は、半導体基板上で検出ダイオード７５と
集積される。
【００３４】リードフレーム７２は、図８で説明したの
と同様に装着された光検出ダイオード７３，発光ダイオ
ード７４および検出ダイオード７５を有する。光検出ダ
イオード７３および発光ダイオード７４は、物理的に互
いに離間されており、リードフレーム７２上で同一面に
装着されている。光検出ダイオード７３と発光ダイオー
ド７４との間の光結合は、発光ダイオード７４によって
発光された光を光検出ダイオード７３に誘導し、反射す
る光束結合媒体７６によって向上される。好適な実施例
では、光束結合媒体７６はシリコーン・ゲルである。保
護外被７７は、リードフレーム７２の一部，光束結合媒
体７６，光検出ダイオード７３，発光ダイオード７４お
よび検出ダイオード７５の周りに形成される。一般に、
保護外被７７はプラスチックまたはエポキシからなり、
線形光結合素子を外部環境から保護する。
と同様に装着された光検出ダイオード７３，発光ダイオ
ード７４および検出ダイオード７５を有する。光検出ダ
イオード７３および発光ダイオード７４は、物理的に互
いに離間されており、リードフレーム７２上で同一面に
装着されている。光検出ダイオード７３と発光ダイオー
ド７４との間の光結合は、発光ダイオード７４によって
発光された光を光検出ダイオード７３に誘導し、反射す
る光束結合媒体７６によって向上される。好適な実施例
では、光束結合媒体７６はシリコーン・ゲルである。保
護外被７７は、リードフレーム７２の一部，光束結合媒
体７６，光検出ダイオード７３，発光ダイオード７４お
よび検出ダイオード７５の周りに形成される。一般に、
保護外被７７はプラスチックまたはエポキシからなり、
線形光結合素子を外部環境から保護する。
【００３５】多くの利点を有する線形光結合素子につい
て説明してきた。線形光結合素子の効率向上の主要要因
は、半導体上で発光ダイオードと検出ダイオードとを集
積することである。集積は、発光ダイオードが形成され
る半導体基板に対して透過性のある周波数で光を発光す
る発光ダイオードを形成することによって実現される。
発光ダイオードから発光される光は、半導体基板を透過
して、検出ダイオードによって直接受光されるか、ある
いは半導体基板を介して反射され、検出ダイオードによ
って受光される。
て説明してきた。線形光結合素子の効率向上の主要要因
は、半導体上で発光ダイオードと検出ダイオードとを集
積することである。集積は、発光ダイオードが形成され
る半導体基板に対して透過性のある周波数で光を発光す
る発光ダイオードを形成することによって実現される。
発光ダイオードから発光される光は、半導体基板を透過
して、検出ダイオードによって直接受光されるか、ある
いは半導体基板を介して反射され、検出ダイオードによ
って受光される。
【００３６】発光ダイオードと検出ダイオードを集積す
ることは、線形光結合素子の製造に多くの利点を提供す
る。検出ダイオードを発光ダイオードに近接して配置す
ることにより、発光ダイオードと検出ダイオードとの間
に一定かつ反復性のある光束結合が得られる。これは、
線形光結合素子用途で実現することが困難な線形性を向
上させ、また光出力を監視する際に精度を向上させる。
デバイス寸法も、素子を近接して配置することによって
小型化が可能である。また、集積することは線形光結合
素子における素子数を減らし、コストおよび製造上の複
雑さを低減する。例えば、ディスクリート素子（発光ダ
イオード，検出ダイオードおよび光検出ダイオードがデ
ィスクリート素子である）を利用する線形光結合素子
は、発光ダイオードを光検出ダイオードおよび検出ダイ
オードの両方に整合させるため、製造するのが複雑かつ
高価なパッケージを有する。発光ダイオードおよび検出
ダイオードを集積することにより、これらの間で外部整
合を行う必要がなくなる。発光ダイオードから発光され
る光を受光するために、光検出ダイオードを整合するだ
けでよい。この整合は、前述のシリコーン・ゲルなどの
光束結合媒体を利用することにより問題にならない。以
上、小型化，高精度化，低コスト化を行い、製造上の複
雑さを低減する、共通の基板上で集積された発光ダイオ
ードと検出ダイオードとを有する線形光結合素子が提供
されたことが理解される。
ることは、線形光結合素子の製造に多くの利点を提供す
る。検出ダイオードを発光ダイオードに近接して配置す
ることにより、発光ダイオードと検出ダイオードとの間
に一定かつ反復性のある光束結合が得られる。これは、
線形光結合素子用途で実現することが困難な線形性を向
上させ、また光出力を監視する際に精度を向上させる。
デバイス寸法も、素子を近接して配置することによって
小型化が可能である。また、集積することは線形光結合
素子における素子数を減らし、コストおよび製造上の複
雑さを低減する。例えば、ディスクリート素子（発光ダ
イオード，検出ダイオードおよび光検出ダイオードがデ
ィスクリート素子である）を利用する線形光結合素子
は、発光ダイオードを光検出ダイオードおよび検出ダイ
オードの両方に整合させるため、製造するのが複雑かつ
高価なパッケージを有する。発光ダイオードおよび検出
ダイオードを集積することにより、これらの間で外部整
合を行う必要がなくなる。発光ダイオードから発光され
る光を受光するために、光検出ダイオードを整合するだ
けでよい。この整合は、前述のシリコーン・ゲルなどの
光束結合媒体を利用することにより問題にならない。以
上、小型化，高精度化，低コスト化を行い、製造上の複
雑さを低減する、共通の基板上で集積された発光ダイオ
ードと検出ダイオードとを有する線形光結合素子が提供
されたことが理解される。
【図１】線形結合素子の一般的な利用を示す図である。
【図２】本発明により半導体基板上に形成されたエピタ
キシャル層の断面図である。
キシャル層の断面図である。
【図３】本発明により半導体基板上に集積された発光ダ
イオードと検出ダイオードの実施例の断面図である。
イオードと検出ダイオードの実施例の断面図である。
【図４】分離されたエピタキシャル領域を示す、図３の
発光ダイオードと検出ダイオードの上面図である。
発光ダイオードと検出ダイオードの上面図である。
【図５】本発明による図３の発光ダイオードと検出ダイ
オードの概略図である。
オードの概略図である。
【図６】本発明により半導体基板上に集積された発光ダ
イオードと検出ダイオードの別の実施例の断面図であ
る。
イオードと検出ダイオードの別の実施例の断面図であ
る。
【図７】本発明による図６の発光ダイオードと検出ダイ
オードの概略図である。
オードの概略図である。
【図８】本発明により光検出ダイオードと、その上に装
着された集積型光発光ダイオードおよび検出ダイオード
とを有するリードフレームの上面図である。
着された集積型光発光ダイオードおよび検出ダイオード
とを有するリードフレームの上面図である。
【図９】本発明による光検出ダイオードと発光ダイオー
ドとの間の光結合を示すパッケージの断面図である。
ドとの間の光結合を示すパッケージの断面図である。
１１ 光絶縁回路 １２ 線形光結合素子 １３ 発光ダイオード １４，１６ 光の方向 １７ 光検出ダイオード １８ 検出ダイオード １９ 増幅器 ２１ 電圧源 ２２ 抵抗 ２３ バッファ増幅器 ２４ 抵抗 ２６ 出力 ２７ エピタキシャル層 ２８ 発光ダイオード ２９ 検出ダイオード ３０，３５ 光の方向 ３１，３２ エピタキシャル領域 ３３ 半導体基板 ３４ 光反射材料 ３６，３７，３８ 端子 ３９ チャンネル ４０ 半導体基板 ４１ 発光ダイオード ４２ 検出ダイオード ４３，４４ エピタキシャル層 ４５ 光の方向 ４６ 金属層 ４７，４８，４９ 端子 ５１ リードフレーム ５２〜５７ リード ５８，５９ 装着領域 ６１ 光検出ダイオード ６２ 発光ダイオード ６３ 検出ダイオード ６４，６６，６７ ボンド・ワイヤ ７１ パッケージ ７２ リードフレーム ７３ 光検出ダイオード ７４ 発光ダイオード ７５ 検出ダイオード ７６ 光束結合媒体 ７７ 保護外被
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板（３３，４０）；前記半導体
基板（３３，４０）上で形成された第１（３１，４３）
および第２（３２，４４）の分離されたエピタキシャル
領域であって、前記第１のエピタキシャル領域（３１，
４３）と前記半導体基板（３３，４０）とは発光ダイオ
ード（２８，４１）を形成し、前記半導体基板は前記発
光ダイオードによって発光される光に対して透過的であ
る第１および第２の分離されたエピタキシャル領域；お
よび前記発光ダイオード（２８，４１）によって発光さ
れた光の一部を前記半導体基板（３３，４０）を介して
受光する検出ダイオード（２９，４２）を形成する前記
第２エピタキシャル領域（３２，４４）と前記半導体基
板（３３，４０）；によって構成されることを特徴とす
る線形集積光結合素子。 - 【請求項２】 発光ダイオードから発光された光を半導
体基板上で集積された検出ダイオードに結合する方法で
あって：前記発光ダイオードによって発光される光に対
して透過性のある前記半導体基板を選択する段階；およ
び前記発光ダイオードからの光の一部を前記基板を介し
て前記検出ダイオードに透過させる段階；によって構成
されることを特徴とする方法。 - 【請求項３】 集積された発光ダイオード（２８，４
１）および検出ダイオード（２９，４２）であって：半
導体基板（３３，４０）；前記半導体基板（３３，４
０）上に形成された前記発光ダイオード（２８，４１）
の陽極と、前記半導体基板である前記発光ダイオード
（２８，４１）の陰極であって、前記発光ダイオード
（２８，４１）から発光される光は前記半導体基板（３
３，４０）に対して透過する前記発光ダイオード（２
８，４１）の陽極と陰極；および前記半導体基板（３
３，４０）上に形成された前記検出ダイオード（２９，
４２）の陽極と、前記半導体基板（３３，４０）である
前記検出ダイオード（２９，４２）の陰極であって、前
記発光ダイオード（２８，４１）から発光される光の一
部は前記半導体基板（３３，４０）を介して前記検出ダ
イオードに透過する前記検出ダイオード（２９，４２）
の陽極と陰極；によって構成されることを特徴とする集
積された発光ダイオード（２８，４１）および検出ダイ
オード（２９，４２）。
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- 1994-11-28 US US08/345,917 patent/US6031251A/en not_active Expired - Fee Related
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