JPH0730143A - 光結合半導体装置 - Google Patents

光結合半導体装置

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JPH0730143A
JPH0730143A JP19554693A JP19554693A JPH0730143A JP H0730143 A JPH0730143 A JP H0730143A JP 19554693 A JP19554693 A JP 19554693A JP 19554693 A JP19554693 A JP 19554693A JP H0730143 A JPH0730143 A JP H0730143A
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JP
Japan
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photodiode
diffusion layer
light receiving
light
receiving element
Prior art date
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Pending
Application number
JP19554693A
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English (en)
Inventor
Toshio Araki
俊雄 荒木
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光結合半導体装置の発光・受光素子間の静電
カップリングによる出力信号の変動および誤動作を低減
し、受光素子の受光電流を増加させることを目的とす
る。 【構成】 受光素子のフォトダイオード部の断面上層に
拡散層またはn拡散層を形成し、その拡散層を電
磁シールドとして、受光回路の中で、その電磁シールド
がグランドまたは電源電圧端子に直結する。さらに上記
拡散層を追加することによって新たに形成されたフォト
ダイオードをできるだけ並列接続することによって、フ
ォトダイオード部の受光電流を増加させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光結合半導体装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の受光素子のフォトダイオードは、
図2(a)のような断面構造を持ち、n埋込層16が
図2(b)の等価回路に示すように電磁シールド6に相
当する。応用回路は図2(c)のようなアクティブハイ
タイプの受光回路が構成される。この回路動作は、光を
受けないとき、トランジスタ7は抵抗R9を通して流
れる電流がすべてベース端子に流れ、トランジスタ7の
出力電圧Vo11は、ローレベル(約0.2V)に下が
る。受光したとき、抵抗R9を通して流れるは、ベー
ス端子からフォトダイオード3(PD3)に流れるよう
になり、トランジスタ7の出力電圧Vo11は、電源電
圧(Vcc)のハイレベル(Vcc)に上がる。このタ
イプの回路をアクティブハイタイプの回路と呼んでい
る。一方、アクティブロータイプの回路を有する受光素
子も構成されてきており、その従来例を図7および図9
に示す。
【0003】図7に示す第2の従来例は、図7(a)の
ようにnエピ17の上にp拡散層20を有し、フォト
ダイオード2(PD2)を形成している。そのフォトダ
イオードの等価回路は図7(b)のようになり、p
散層20が電磁シールド6に相当している。応用回路は
図7(c)のようなアクティブローの受光回路が構成さ
れる。また、図9に示す第3の従来例は、図9(a)の
ようにnエピ17の上にp拡散層20およびn拡散
層21を有し、そのn拡散層21がnエピ17および
拡散層19に延びて拡散された構造を有している。
これらよりカソード4とアノード5の端子間に、2つの
フォトダイオードPD1とPD2を形成している(例え
ば、特開昭63ー29427号公報)。フォトダイオー
ドの等価回路は図9(b)に示すようになり、n拡散
層21が電磁シールドに相当している。応用回路は、図
8(c)の回路と同様なアクティブロータイプの受光回
路が構成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、受光素子の
フォトダイオードの構造および応用回路を改良すること
により、従来の発光・受光素子間の静電カップリングに
よる影響を低減し、さらに、フォトダイオードの構造を
改良することにより、フォトダイオードの形成部位を増
やし、光を受けたときの光電流を増加させることを目的
としている。そこで、本発明が解決しようとする課題
は、下記の2点である。 (1)従来例の図2(c)および図7(c)の応用回路
のように、電磁シールド6がトランジスタ7のベース端
子に接続されているため、光結合半導体装置の発光・受
光素子間に光以外の電気的ノイズが伝搬すると、電磁シ
ールド6で受信され、そのノイズが直接トランジスタ7
のベースに入力され、出力信号が変動あるいはロジック
反転しやすいという問題点があった。 (2)従来例の図2(a)および図7(a)のフォトダ
イオード断面図のように、光電流を取り出せるフォトダ
イオードがそれぞれ1個づつであるので、そのフォトダ
イオードの光電流量によって光感度が限定されるという
問題点があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、発光素子と受
光素子とを相対向して配置する1パッケージ封止の光結
合半導体装置において、前記受光素子は光を受けて光電
流を生成するフォトダイオード有しており、前記フォト
ダイオードは、P基板上にn拡散層を埋め込み、前記
基板上にエピタキシャル層を成長させ、前記エピタキシ
ャル層にp型拡散層を有する、あるいは、前記エピタ
キシャル層にp型拡散層およびn型拡散層を備えて
いる光結合半導体装置である。
【0006】
【作用】本発明は、電磁遮蔽可能なベース・エピ間ダイ
オードを有するもので、この光結合半導体装置の受光素
子よれば、発光・受光素子間の電気的ノイズをグランド
または電源電圧端子へ回避させる電磁シールドに相当す
るp拡散層あるいは、n拡散層を備えている。ま
た、p拡散層あるいは、n拡散層を備えることで追
加形成されるpn接合のフォトダイオードを、並列接続
して光電流を増加させるような受光回路を備えている。
そのため、発光・受光素子間の静電カップリングによる
影響を低減することができ、また、フォトダイオードの
形成部位を増やし、光を受けたときの光電流を増加させ
ることができるという作用をするものである。
【0007】
【実施例】本発明の実施例によって、図面を参照して説
明する。
【実施例1】図1は本発明の一実施例の受光素子のフォ
トダイオード断面図と受光回路である。図1(a)の断
面図は、バイポーラICの拡散プロセスで形成されるも
ので、従来例図2(a)の断面構造に比べ、p拡散層
20を形成し、アノード端子5を追加している。図1
(b)はアノード5をグランドに接地したときの等価回
路である。このフォトダイオードを用いて受光回路を構
成すると、図1(c)のようになり、電磁シールド6は
グランドに接続され、フォトダイオード2(PD2)が
追加される。
【0008】
【実施例2】図3は、本発明の第2の実施例のフォトダ
イオードの断面図と等価回路である。図3(a)の断面
図は、図1(a)と比べて、p拡散層をp絶縁18
にまで拡げて拡散させており、第1の実施例のアノード
端子5はなく、アノード端子5をグランドに電極等で配
線する必要はない。このフォトダイオードの等価回路
は、図3(b)のようになり、回路構成は図1(b)と
同じになり、第1の実施例と同じ受光回路を構成でき
る。
【0009】
【実施例3】図4は、本発明の第3の実施例のフォトダ
イオードの断面図と等価回路図である。図4(a)の断
面図は、図3(a)と比べてn拡散層21を形成し、
PD1カソード端子13GND端子14を追加してい
る。図4(b)は、端子の13と14を接続したときの
等価回路図である。図4(c)は図4(b)の等価回路
図を簡略化した等価回路図であり、図1(b)と同じ回
路構成であることがわかる。
【0010】
【実施例4】図5は、本発明の第4の実施例のフォトダ
イオードの断面図と等価回路図である。図5(a)の断
面図は、図4(a)比べて、p拡散層20をnエピ1
7の内側だけに拡散した場合を示し、アノード端子5を
追加している。図5(b)は、端子13、14、15を
接続したときの等価回路図である。図5(c)は、図5
(b)の等価回路図を簡略化した等価回路であり、図1
(b)と同じ回路構成であることがわかる。
【0011】
【実施例5】図6は、本発明の第5の実施例のフォトダ
イオードの断面図と受光回路である。図6(a)の断面
図は、従来例図7(a)の断面構造に比べ、n拡散層
21を追加形成し、カソード端子4の取り出し場所をn
拡散層21から取り出すことに変更している。図6
(b)は、フォトダイオードの等価回路図を示し、回路
構成は、従来例図7(b)と比べ、電磁シールド6の接
続がアノード端子からカソード端子へ変更され、フォト
ダイオードが、PD2からPD1に変更された。このフ
ォトダイオードを用いて受光回路を構成すると図6
(c)のようになり、電磁シールド6が電源電圧端子1
0(Vcc)に接続される。この回路構成は、アクティ
ブロータイプであり、第1の実施例図1(c)のアクテ
ィブハイタイプとは異なっている。
【0012】
【実施例6】図8は、本発明の第6の実施例のフォトダ
イオードの断面図と受光回路図である。図8(a)の断
面構造は、第5の実施例図6(a)の断面構造と同じで
あるが、n拡散層19からカソード端子4を取り出す
ことを追加している。図8(b)は、フォトダイオード
の2つの端子4と13を接続したときの等価回路図であ
る。このフォトダイオードを用いて受光回路を構成する
と、図8(c)のようになり、電磁シールド6が、図6
(c)と同様、電源電圧に接続され、フォトダイオード
(PD2)が追加される。また、図8の第6の実施例
と、図9の従来例を比較すると、図9(a)の断面構造
は、図8(a)の断面構造のうち、n拡散層21がn
エピ17とn拡散層19に拡がり、端子13を除いた
構造である。しかし、これらのフォトダイオードの等価
回路、図8(b)と図9(b)は同等になり、図8
(c)の受光回路を構成するのに用いることができる。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、受光素子
のフォトダイオードにp拡散層またはn拡散層を追
加し、それを電磁シールドとし、受光回路の構成を電磁
シールドがグランドまたは電源電圧端子に接続されるよ
うにしたので、電磁シールドがトランジスタ7のベース
端子に接続されていた従来例に比べて、グランド端子に
接続される場合、静電カップリングによる影響は約20
分の1に、電源電圧端子に接続される場合その影響は約
12分の1に低減できるという効果を有する。また、本
発明は、エピ厚3.5μmのバイポーラICの拡散プロ
セスで製造した場合、フォトダイオードの受光時の光電
流の比は、PD1:PD2:PD3=1:2:6である
ので、例えば、図2(a)の従来例から図1(a)の実
施例へ変更した場合、光電流は約1.3倍になるという
ように、フォトダイオードの形成部位を追加することに
より光電流を増加させることができるという効果を有す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の一実施例の受光素子の断面
図。(b)は(a)に示した実施例の等価回路図。
(c)は(a)の受光素子を用いた応用回路。
【図2】(a)は従来例における受光素子の断面図。
(b)は(a)に示した従来例の等価回路図。(c)は
(a)の受光素子を用いた応用回路。
【図3】(a)は、本発明の第2の実施例の受光素子の
断面図。(b)は、(a)に示した第2の実施例の等価
回路図。
【図4】(a)は、本発明の第3の実施例の受光素子の
断面図。(b)は、(a)に示した第3の実施例の等価
回路図。(c)は(b)を簡略化した等価回路図。
【図5】(a)は、本発明の第4の実施例の受光素子の
断面図。(b)は(a)の等価回路図。(c)は(b)
を簡略化した等価回路図。
【図6】(a)は、本発明の第5の実施例の受光素子の
断面図。(b)は(a)の等価回路図。(c)は(a)
の受光素子を用いたアクティブロータイプの応用回路。
【図7】(a)は従来例における受光素子の断面図。
(b)は(a)に示した従来例の等価回路図。(c)は
(a)の受光素子を用いた応用回路図。
【図8】(a)は、本発明の第6の実施例の受光素子の
断面図。(b)は(a)に示した実施例の等価回路図。
(c)は(a)の受光素子を用いた応用回路図。
【図9】(a)は従来例における受光素子の断面図。
(b)は(a)に示した従来例の等価回路図。(c)は
(a)の受光素子を用いた応用回路図。
【符号の説明】
1.フォトダイオード1(PD1) 2.フォトダイオード2(PD2) 3.フォトダイオード3(PD3) 4.カソード 5.アノード 6.電磁シールド 7.トランジスタ 8.低抗R 9.低抗R 10.電源電圧(Vcc) 11.出力電圧(Vo) 12.接地(GND) 13.PDLカソード端子 14.GND端子 15.P基板 16.n埋込 17.nエピ 18.p絶縁 19.n拡散 20.p拡散 21.n拡散(エミッタ)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光素子と受光素子とを相対向して配置
    する1パッケージ封止の光結合半導体装置において、前
    記受光素子は光を受けて光電流を生成するフォトダイオ
    ード有しており、前記フォトダイオードは、P基板上に
    拡散層を埋め込み、前記基板上にエピタキシャル層
    を成長させ、前記エピタキシャル層にp型拡散層を有
    する、あるいは、前記エピタキシャル層にp型拡散層
    およびn型拡散層を備えていることを特徴とする光結
    合半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の受光素子は、フォトダイ
    オードがバイポーラICと一体化して成り、トランジス
    タと抵抗を備えており、電極配線をつなぐことにより、
    前記フォトダイオードの最上部の前記p型拡散層ある
    いは前記n型拡散層がグランド(GND)あるいは電
    源電圧(Vcc)の端子に接続される受光回路を備えて
    いることを特徴とする光半導体装置。
JP19554693A 1993-07-13 1993-07-13 光結合半導体装置 Pending JPH0730143A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6208447B1 (en) 1997-02-25 2001-03-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical receiver

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