JPH08236804A - 半導体装置及びフォトカプラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 フォトダイオード及び遮光電極を備えた受光
素子において、コモンモードノイズの影響を少なくする
光結合半導体装置を提供する。 【構成】 このフォトカプラは、フォトダイオード２２
と、これに接続され電流信号を電圧信号に変換する増幅
器Ａ１と、ダイオード２２より面積の小さい遮光ダイオ
ード２８と、これに接続されダイオード２２と面積略と
が等しく、この上又は近傍に延在している遮光電極１１
と、ダイオード２８及び電極１１に接続された増幅器Ａ
２とを備え、この回路の出力信号を基準信号として、回
路Ａ１の出力信号に基づいて動作してコモンモードノイ
ズに対する環境を等しくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置、とくに、
コモンモードノイズ耐量の大きな光結合半導体装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】フォトカプラなどの光結合半導体装置
は、半導体発光素子と半導体受光素子とを組み合わせて
構成されている。半導体発光素子側を入力とし、それか
ら放射される光エネルギーを半導体受光素子で受け、入
出力間は完全に電気的に分離された状態で出力側に入力
信号を伝達させるものである。フォトカプラは、受光側
に増幅器や波形成形回路などの回路を内蔵し、主にデジ
タル信号の伝送に使用されている。図１１を参照して従
来のフォトカプラの１例を説明する。この図は、フォト
カプラの断面図を示すものである。入力側にある発光素
子２１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）からなり、例え
ば、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓなどの化合物
半導体を材料として用いる。出力側にある受光素子２
は、例えば、フォトダイオードからなる。受光素子とし
ては、この他にフォトサイリスタやフォトトランジスタ
などが用いられる。発光素子２１は、信号を入力するリ
ード２０の上に固着され、受光素子２は、リード２７上
に固着されている。リード２０、２７は、互いに発光素
子２１及び受光素子２を対向させるように配置されてお
り、両者の間には光路が形成されている。

【０００３】発光素子２１、受光素子２及びリードは樹
脂封止体５によって被覆保護されているがリード２０、
２７の先端部分は露出している。対向する発光素子２１
及び受光素子２との間の光路はシリコン樹脂などの透明
樹脂体４からなり、その外側はエポキシ樹脂などの樹脂
封止体５によって被覆されている。樹脂封止体５は、ト
ランスファモールド（Transfermold) やキャスティング
(Casting) などの手段で形成される。図１４は、フォト
カプラの内部回路をブロック図で説明するもので、鎖線
で囲った領域は、樹脂封止体５の内部を示している。こ
の内部には発光素子２１と受光素子２が対向して配置さ
れている。受光素子２は、半導体基板（図示せず）に形
成されるが、フォトダイオード２２からなる受光部と差
動増幅器などの周辺回路とを備えている。入力端子であ
るリード２０に入力された信号によって、発光素子２１
のＬＥＤから発生した信号光は、フォトダイオード２２
で電気信号に変換され、この電気信号は帰還抵抗２４を
並列に接続した増幅器Ａ１で増幅され、電圧比較器とし
て動作する差動増幅器Ａ３に導かれる。樹脂封止体５に
は、フォトダイオード２２以外のフォトダイオード２３
が設けられている。フォトダイオード２３は、遮光電極
２６によって外部の光から遮光されており、遮光ダイオ
ードといわれている。

【０００４】通常遮光電極２６は、遮光ダイオード２３
の真上にこれを十分覆うように形成されている。前記増
幅器Ａ１と全く同じに構成されている帰還抵抗２５を備
えた増幅器Ａ２が遮光フォトダイオード２３に接続され
ており、その出力は、電圧比較器の基準電圧として利用
される。増幅器Ａ１及び増幅器Ａ２の出力はそれぞれ差
動増幅器Ａ３に入力され、この差動増幅器Ａ３が増幅器
Ａ１及び増幅器Ａ２の出力を比較してフォトダイオード
２２及び遮光ダイオード２３のデータを比較しその比較
結果を出力する。増幅器Ａ１と増幅器Ａ２を全く同じ構
成にするのは、温度変化によるドリフト等に起因する誤
動作などの不安定性を除くために基準電圧側（増幅器Ａ
２）も信号側（増幅器Ａ１）同じ条件にするのである。
電圧比較器には差動増幅器を用いているので同じ方向へ
のドリフトなどはキャンセルされて動作に影響しないか
らである。受光素子２を構成するダイオード、増幅器、
電圧比較器などは１つの半導体基板（チップ）に形成さ
れ、光路を介して対向している発光素子２１を構成する
チップと共に樹脂封止体５に収納されてフォトカプラを
形成している。

【０００５】また、外からの電磁ノイズやフォトカプラ
の重要な特性の１つであるコモンモードノイズに対して
もフォトダイオード２２と遮光ダイオード２３とを同じ
面積にしておけば、増幅器Ａ１及び増幅器Ａ２のノイズ
による出力電圧変動は、等しくなり、差動増幅器Ａ３の
出力変動はない。次に、図１５を参照して、図１４のフ
ォトカプラに用いられる受光素子が形成された半導体基
板のダイオードについて説明する。この半導体基板１
は、Ｐ型シリコン半導体から構成され、フォトカプラを
構成するフォトダイオード２２と遮光ダイオード２３が
形成されている。同じように半導体基板に形成されてい
る周辺回路の表示は省略する。半導体基板１の表面領域
には、フォトダイオード２２が形成されるＮウエル１２
と遮光ダイオード２３が形成されるＮウエル１３が形成
されている。Ｎウエル１２、１３と半導体基板１との間
にはＮ型不純物拡散埋め込み領域３が形成されている。
Ｎウエル１２、１３の表面にはそれぞれ引き出し電極が
形成される高濃度Ｎ^＋不純物拡散領域１４、１５が形成
されている。また、Ｎウエル１２、１３にはＰ型不純物
拡散領域１６、１７が形成され、ＮウエルとＰ型不純物
拡散領域とでダイオードを構成している。半導体基板１
の表面は、ＳｉＯ₂ などの絶縁膜６で被覆されている。

【０００６】この絶縁膜６には、Ｎ^＋拡散領域、Ｐ型不
純物拡散領域を部分的に開口するように開口部が形成さ
れていて、これらの開口部を介して半導体基板表面にＮ
^＋拡散領域１４、１５にＮ側電極３１、３２、Ｐ型不純
物拡散領域１６、１７にＰ側電極３３、３４のＡｌやＡ
ｌ合金などの金属電極がそれぞれ形成されている。これ
らの金属電極及び絶縁膜７を被覆するように半導体基板
１の表面にＳｉＯ₂ などの絶縁膜７が、例えば、ＣＶＤ
法などにより形成されている。この絶縁膜７はフォトダ
イオード２２の表面にも形成されているので、半導体基
板外部からの信号光に対して透明で無ければならない。
この様な材料としては、ＳｉＯ₂ の他にＳｉ₃ Ｎ₄ やポ
リイミドなどがある。絶縁膜７の上には遮光ダイオード
２３の真上に遮光電極２６が形成されている。この遮光
電極２６は、ＡｌやＡｌ合金などの金属膜やポリシリコ
ン膜などの半導体膜等からなり、絶縁膜７に形成された
開口部を介してＰ側電極３４に接続されている。この遮
光電極は、信号光からの影響を阻止することができる。
また、前述のように電圧比較器の出力の変化を無くすた
めに、ダイオード２２、２３は、同じ面積にしているの
で、遮光電極の面積もこれらダイオードとほぼ同じ面積
になっている。

【０００７】

【発明を解決するための課題】従来、外からの電磁ノイ
ズやコモンモードノイズに対してフォトダイオード２２
と遮光ダイオード２３とを同じ面積にすることによって
増幅器Ａ１及び増幅器Ａ２のノイズによる出力電圧変動
を等しくし、差動増幅器Ａ３の出力変動を減少させてい
る。とくにコモンモードノイズ耐量を良好にするために
は、２つのダイオードのコモンモードノイズに対する環
境を同じにする必要がある。そのためには、例えば、フ
ォトダイオード２２と遮光ダイオード２３と同じ面積に
する。また、金属膜の遮光電極で遮光した場合には、こ
の金属膜によってノイズ吸収などが発生し、ダイオード
からの信号を比較するときに増幅器に入力されるコモン
モードノイズ量が両者では異なってくる。このような状
態では両者の信号は正確に比較することができない。し
たがって、コモンモードノイズの影響を無くすには、遮
光電極を備えた遮光ダイオードの面積を幾分大きくして
両ダイオードの増幅器に入るコモンモードノイズ量を等
しくしていた。

【０００８】フォトダイオードを搭載した半導体チップ
において、この素子が最も大きな面積をとる素子の１つ
である。したがって、このダイオードよりさらに大きな
遮光ダイオードを搭載することは、チップサイズを小さ
くする方向に進む半導体装置の製造技術の動向とは反す
るものであり、チップサイズの縮小に対する大きな障害
となっている。また、現在のフォトダイオードは、半導
体基板表面の位置によってもコモンモードノイズが検知
される単位面積当たりの量が異なる場合も認められ、し
たがって両ダイオードのコモンモードノイズに対する環
境を等しくしなければならないという問題があった。本
発明は、このような事情によりなされたものであり、フ
ォトダイオードに遮光電極を備えた遮光ダイオードを併
置するか、あるいはフォトダイオードに遮光電極を併置
した受光素子において、これらのダイオードをコモンモ
ードノイズに対して同じ環境におくように配置した半導
体装置を提供することを目的にしている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、遮光ダイオー
ドの遮光電極を遮光ダイオードの上からフォトダイオー
ドの近傍もしくはその上に延在させ、遮光ダイオードの
面積をフォトダイオードの面積より小さくし、あるいは
遮光ダイオードを無くし、さらに遮光電極の面積は、フ
ォトダイオードの面積と等しいかこれよりも大きくする
ことを特徴としている。すなわち、本発明の半導体装置
は、半導体基板と、前記半導体基板に形成され、第１の
電極領域と第２の電極領域とを有する光信号を電流信号
に変換する第１のダイオード領域と、前記半導体基板に
形成され、前記第１のダイオード領域が接続され、かつ
前記電流信号を電圧信号に変換する第１の回路領域と、
前記半導体基板に形成され、第１の電極領域と第２の電
極領域とを有する第２のダイオード領域と、前記半導体
基板に形成され、前記第２のダイオード領域の前記第１
の電極領域に電気的に接続され、前記第１のダイオード
領域の前記第１の電極領域と面積が、等しいかそれより
面積が大きく、かつ前記第１のダイオード領域の前記第
１の電極領域上又はその近傍に延在する電極と、前記半
導体基板に形成され、前記第２のダイオード領域及び前
記電極が電気的に接続され、かつ前記第１の回路領域と
同じ構成になっている第２の回路領域とを備え、前記第
２のダイオード領域の面積は、前記第１のダイオード領
域の面積より小さく、前記第２の回路領域の出力信号を
基準信号として前記第１の回路領域の出力信号に基づい
て動作することを第１の特徴とする。

【００１０】また、半導体基板と、前記半導体基板に形
成され、第１の電極領域と第２の電極領域とを備えた光
信号を電流信号に変換するダイオード領域と、前記半導
体基板に形成され、前記ダイオード領域が接続された前
記電流信号を電圧信号に変換する第１の回路領域と、前
記半導体基板に形成され、前記ダイオード領域の前記第
１の電極領域と面積が等しいか、それより面積が大き
く、前記ダイオード領域の前記第１の電極領域上又はそ
の近傍に延在している電極と、前記半導体基板に形成さ
れ、前記電極が電気的に接続された前記第１の回路領域
と同じ構成になっている第２の回路領域とを備え、前記
第２の回路領域の出力信号を基準信号として前記第１の
回路領域の出力信号に基づいて動作することを第２の特
徴とする。前記第１の回路領域の出力信号を前記第２の
回路領域の出力信号と比較する際に前記第２の回路領域
には、定電位を加える様にしても良い。前記電極の前記
第１のダイオード領域又は前記ダイオード領域の上に延
在している部分は、格子状になっており、この格子状の
部分は前記第１のダイオード領域又は前記ダイオード領
域の真上に形成されている様にしても良い。前記電極の
前記第１のダイオード領域又はダイオード領域の上に延
在している部分は、前記第１のダイオード領域の少なく
とも半分を被覆している様にしても良い。前記電極の前
記第１のダイオード領域又はダイオード領域の上に延在
している部分は、前記第１のダイオード領域又は前記ダ
イオード領域の周囲を囲んでいるようにしても良い。ま
た、本発明の半導体装置は、前記半導体装置を受光素子
部とし、この受光素子部と、この受光素子部と対向配置
された発光素子部と、前記受光素子部と前記発光素子部
との間に介在された透明樹脂体と、前記受光素子部、前
記発光素子部及び前記透明樹脂体を封止する樹脂封止体
とを備えていることを特徴とする。

【００１１】

【作用】遮光ダイオードの遮光電極を遮光ダイオードの
上からフォトダイオードの近傍もしくはその上にまで延
在させることにより、遮光電極とフォトダイオードのコ
モンモードノイズに対する環境を等しくすることができ
る。さらに遮光ダイオードの面積は、フォトダイオード
の面積より小さくすることにより、半導体チップのサイ
ズを縮小させることができる。この様に、本発明では、
遮光電極は、遮光ダイオードを外部からの信号光から遮
蔽する作用など止まらず、信号光から得られた信号を基
準電圧に基づいて比較する際にコモンモードノイズの影
響を無くすために比較回路の基準電圧側にフォトダイオ
ードに吸収されるコモンモードノイズと同じ量のコモン
モードノイズを供給する作用を備えている。したがっ
て、従来フォトダイオードと同じ大きさであった遮光ダ
イオードは、フォトダイオードより小さくすることがで
きるし、これを不要にすることもできる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。まず、図１乃至図３を参照して第１の実施例を説
明する。図１は、光結合半導体装置であるフォトカプラ
の内部回路を示すブロック図、図２は、このフォトカプ
ラの受光素子部が形成されている半導体基板の一部を示
す断面図、図３は、この半導体基板の平面図であり、Ａ
−Ａ′線に沿う部分の断面図が図２である。図１の鎖線
で囲った領域は、受光素子と発光素子とを被覆する樹脂
封止体５の内部を示している。この内部には発光素子部
２１と受光素子部８が対向して配置されている。受光素
子部８は、半導体基板（図示せず）に形成されるが、フ
ォトダイオード２２からなる受光素子と差動増幅器など
の周辺回路とを備えている。入力端子であるリード２０
に入力された信号によって、発光素子部２１のＬＥＤか
ら発生した信号光は、フォトダイオード２２で電気信号
に変換され、この電気信号は、帰還抵抗２４を並列に接
続した増幅器Ａ１で増幅され電圧比較器として動作する
差動増幅器Ａ３に導かれる。樹脂封止体５には、フォト
ダイオード２２以外のダイオード２８が設けられてい
る。ダイオード２８は、遮光電極１１によって外部の光
から遮光されており、遮光ダイオードといわれている。

【００１３】遮光電極１１は、遮光ダイオード２８の真
上にこれを十分覆うように形成されおり、さらに、従来
と異なり、フォトダイオード２２の近傍及びその上に延
在している。この実施例では、遮光電極１１は、その大
部分がフォトダイオード２２の真上に来るように配置さ
れている。遮光電極１１は、フォトダイオード２２の上
に配置された領域は、格子状になっていてフォトダイオ
ード２２の受光部に信号光が入射するのを妨げられない
ようになっている。この実施例では、遮光電極１１は、
ダイオード２８の第１の電極領域であるアノード３０に
電気的に接続されている。そしてフォトダイオード２２
と遮光ダイオード２８の第２の電極領域であるカソード
１２、１８は定電位に接続されている。前記増幅器Ａ１
と全く同じに構成されている帰還抵抗２５を備えた増幅
器Ａ２が遮光ダイオード２８に接続されており、その出
力は、電圧比較器の基準電圧として利用される。増幅器
Ａ１及び増幅器Ａ２の出力はそれぞれ差動増幅器Ａ３に
入力され、この差動増幅器Ａ３が増幅器Ａ１及び増幅器
Ａ２の出力を比較してフォトダイオード２２及び遮光ダ
イオード２８のデータを比較し、その比較結果を出力す
る。増幅器Ａ１と増幅器Ａ２を全く同じ構成にするの
は、温度変化によるドリフト等に起因する誤動作などの
不安定性を除くために基準電圧側（増幅器Ａ２）も信号
側（増幅器Ａ１）同じ条件にするためである。

【００１４】電圧比較器には差動増幅器を用いているの
で同じ方向へのドリフトなどは、キャンセルされて動作
に影響しないからである。受光素子部８を構成するダイ
オード、増幅器、電圧比較器などは１つの半導体基板
（チップ）に形成され、光路を介して対向しているＬＥ
Ｄ２１を構成するチップと共に樹脂封止体５に収納され
てフォトカプラを形成している。この発光素子及び受光
素子は、従来と同じような配置構造で樹脂封止体に収納
されている（図１１参照）。すなわち、入力側にある発
光ダイオード（ＬＥＤ）からなる発光素子は、例えば、
ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓなどの化合物半導
体を材料として用いる。出力側にある受光素子は、例え
ば、フォトダイオードからなる。受光素子としては、こ
の他にフォトサイリスタやフォトトランジスタなどが用
いられる。発光素子は、信号を入力するリードの上に固
着され、受光素子は、信号を出力するリード上に固着さ
れている。発光素子及び受光素子は互いに対向するよう
に配置されており、両者の間には光路が形成されてい
る。発光素子、受光素子及びリードの一部は樹脂封止体
によって被覆保護されているがリードの先端部分は露出
している。対向する発光素子及び受光素子との間の光路
は、シリコン樹脂などの透明樹脂体からなり、その外側
はエポキシ樹脂などの樹脂封止体によって被覆されてい
る。樹脂封止体は、トランスファモールドやキャスティ
ングなどの手段で形成される。

【００１５】次に、図２を参照して、図１のフォトカプ
ラに用いられる受光素子部が形成されている半導体基板
について説明する。この半導体基板１は、例えば、Ｐ型
シリコン半導体から構成され、フォトカプラを構成する
フォトダイオード２２と遮光ダイオード２８が形成され
ている。同じように半導体基板１に形成されている周辺
回路はその表示を省略する。半導体基板１の表面領域に
は、フォトダイオード２２が形成されるＮウエル１２と
遮光ダイオード２８が形成されるＮウエル１８が形成さ
れている。Ｎウエル１２、１８と半導体基板１との間に
は高濃度Ｎ型不純物拡散埋め込み領域３が形成されてい
る。Ｎウエル１２、１８の表面にはそれぞれ引き出し電
極が形成される高濃度Ｎ^＋不純物拡散領域１４、１９が
形成されている。また、Ｎウエル１２、１８には、Ｐ型
不純物拡散領域１６、３０が形成され、ＮウエルとＰ型
不純物拡散領域とでダイオードを構成している。半導体
基板１の表面は、ＳｉＯ₂ などの絶縁膜６で被覆されて
いる。この絶縁膜６には、Ｎ^＋不純物拡散領域、Ｐ型不
純物拡散領域を部分的に開口するように開口部が形成さ
れていてこれらの開口部を介してＮ^＋拡散領域１４、１
９にＮ側電極３１、３６及びＰ型不純物拡散領域１６、
１８にＰ側電極３３、３７のＡｌ又はＡｌ合金などの金
属電極がそれぞれ形成されている。

【００１６】ＡｌやＡｌ合金などの他にＷ、Ｍｏなど高
融点金属等がもちいらる。これらの金属電極及び絶縁膜
７を被覆するように半導体基板１の表面にＳｉＯ₂ など
の絶縁膜７が、例えば、ＣＶＤ法などにより形成されて
いる。この絶縁膜７は、フォトダイオード２２の表面に
も形成されているので、半導体基板外部からの信号光に
対して透明である。この様な材料としては、ＳｉＯ₂ の
他にＳｉ₃ Ｎ₄ やポリイミドなどがある。絶縁膜７の上
には遮光ダイオード２８の真上とフォトダイオード２２
の上にＡｌやＡｌ合金などの金属膜からなる遮光電極１
１が形成されている。この遮光電極１１には、Ａｌなど
の他に、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏなどの高融点金属やポリシリコ
ン膜などの半導体膜等が用いられる。絶縁膜７に形成さ
れた開口部を介してＰ側電極３７に接続されている。遮
光電極１１は、金属電極３７に接続されている。遮光ダ
イオード２８の幅ｌは、フォトダイオード２２の幅Ｌよ
り小さく形成されており（ｌ＜Ｌ）、そのサイズも１／
１０〜１／３程度である。本発明では、遮光ダイオード
２８の面積は、フォトダイオード２２の面積の１／２０
〜１／２にすることができる。

【００１７】次に、図３を参照して半導体基板上の遮光
電極の配置状態を説明する。フォトダイオード２２は、
半導体基板１の任意の位置に形成される。遮光ダイオー
ド２８は、このフォトダイオード２２に比較的近接して
形成されている。両者を互いに近づけると遮光電極１１
の形状は複雑にならない。また、フォトダイオード２２
と遮光電極１１は、殆ど重なっているので、コモンモー
ドノイズに対する環境が同じになる。この遮光電極は、
信号光からの影響を阻止することができる。また、電圧
比較器の出力の変化を無くすために、遮光電極１１の面
積をフォトダイオード２２と同じか幾分大きくしている
ので、遮光ダイオード２８の面積変化によるコモンモー
ドノイズの影響は実質的に無視でき、したがって、遮光
ダイオード２８の大きさは、コモンモードノイズの影響
に関係なく必要な限り小さく形成することができるよう
になる。

【００１８】次に、図４を参照して第２の実施例を説明
する。図１と同じ様に、鎖線で囲った領域は、受光素子
と発光素子とを被覆する樹脂封止体５の内部を示してい
る。この内部には発光素子部２１と受光素子部８が対向
して配置されている。受光素子部８は、半導体基板（図
示せず）に形成されるが、フォトダイオード２２からな
る受光素子と差動増幅器などの周辺回路とを備えてい
る。入力端子であるリード２０に入力された信号によっ
て、発光素子部２１のＬＥＤから発生した信号光はフォ
トダイオード２２で電気信号に変換され、この電気信号
は、帰還抵抗２４を並列に接続した増幅器Ａ１で増幅さ
れ電圧比較器として動作する差動増幅器Ａ３に導かれ
る。この実施例では樹脂封止体５に遮光ダイオードが設
けられていない。その代わり、電源電圧Ｖccなどの定電
位が増幅器Ａ１、Ａ２の正入力に加えられるようになっ
ている。そして、遮光電極１１が増幅器Ａ２の負入力に
接続されている。遮光電極１１は、遮光ダイオード覆う
必要がなく、図３に示すような格子状の膜を用いてフォ
トダイオード２２の上に重ねるか、図６に示すように実
質的にフォトダイオード２２と同じ形状にして両者を近
接配置するか、あるいは図５に示すようにフォトダイオ
ード２２に部分的に重ねるように形成される。

【００１９】前記増幅器Ａ１と全く同じに構成されてい
る帰還抵抗を備えた増幅器Ａ２の出力は、電圧比較器の
基準電圧として利用される。増幅器Ａ１及び増幅器Ａ２
の出力はそれぞれ差動増幅器Ａ３に入力され、この差動
増幅器Ａ３が増幅器Ａ１及び増幅器Ａ２の出力を比較し
てフォトダイオード２２のデータを基準電位と比較しそ
の比較結果を出力する。受光素子部８を構成するダイオ
ード、増幅器、電圧比較器などは１つの半導体基板（チ
ップ）に形成され、光路を介して対向しているＬＥＤ２
１を構成するチップと共に樹脂封止体５に収納されてフ
ォトカプラを形成している。この実施例では、遮光電極
１１の面積をフォトダイオード２２の面積と等しいかそ
れよりも広くし、さらに遮光電極１１の大部分の領域を
フォトダイオード２２に近接させるかその上に配置する
ように延在させることにより電圧比較におけるコモンモ
ードノイズの影響をなくすことができる。また、遮光ダ
イオードを利用しないので、半導体装置のチップサイズ
を縮小させることができる。

【００２０】次に、図５乃至図１０を参照して第３の実
施例を説明する。各図は、フォトカプラの受光素子部が
形成された半導体基板の平面図であり、半導体基板上の
遮光電極とフォトダイオード及び遮光ダイオードとの配
置を説明する。図はいづれも半導体基板の絶縁膜７（図
２参照）上の遮光電極１１を示し半導体基板に形成され
ているダイオードは、点線で表示する。また、遮光電極
１１は、すべての図においてフォトダイオード２２とほ
ぼ同じ面積か、それよりも少し広く形成されている。図
５は、フォトダイオード２２と遮光ダイオード２８とが
近接して形成されている。そして、遮光電極１１は、遮
光ダイオード２８を信号光から保護する遮光領域Ａとそ
れ以外の領域Ｄからなり、領域Ｄはフォトダイオード２
２の半分近くを覆っている。遮光電極１１の面積をフォ
トダイオード２２の面積と等しいかそれよりも広くし、
さらに遮光電極１１の大部分の領域をフォトダイオード
２２に近接させ、かつその上に部分的に配置するように
延在させることにより電圧比較におけるコモンモードノ
イズの影響をなくすことができる。また、遮光ダイオー
ドを小さくするので半導体装置のチップサイズを縮小さ
せることができる。

【００２１】図６は、フォトダイオード２２と遮光電極
１１とが近接して形成されている。遮光電極１１は、遮
光領域Ａとそれ以外の領域Ｄからなり、フォトダイオー
ド２２と大きさ・形状をほぼ等しく配置している。この
ように、二者の大きさ・形状をほぼ等しくし、両者を近
接配置することにより、両者を重ねるよりは劣るがコモ
ンモードノイズに対する環境をより等しくし、電圧比較
におけるコモンモードノイズの影響をなくすことができ
る。また、遮光ダイオードを小さくするので半導体装置
のチップサイズを縮小させることができる。図７は、フ
ォトダイオード２２の周囲を囲むように遮光電極１１が
近接して形成されている。そして、遮光電極１１は、遮
光ダイオード２８を信号光から保護する遮光領域Ａとそ
れ以外の領域Ｄからなっている。遮光電極１１の面積を
フォトダイオード２２の面積と等しいかそれよりも広く
し、さらに遮光電極１１の大部分の領域をフォトダイオ
ード２２に近接させるようにに遮光ダイオードの上から
延在させることにより電圧比較におけるコモンモードノ
イズの影響をなくすことができる。また、遮光ダイオー
ドを小さくするので半導体装置のチップサイズを縮小さ
せることができる。

【００２２】図８及び図９は、いづれも遮光電極１１を
フォトダイオード２２に近接して形成する例である。図
８は、フォトフォトダイオード２２の３辺に遮光電極１
１を対向配置し、図９は、遮光電極１１が、フォトダイ
オードの１辺のみに近接配置されている。遮光遮光電極
１１は、遮光ダイオード２８を信号光から保護する遮光
領域Ａとそれ以外の領域Ｄからなっている。遮光電極１
１の面積をフォトダイオード２２の面積と等しいかそれ
よりも広くし、さらに遮光電極１１の大部分の領域をフ
ォトダイオード２２に近接させることにより電圧比較に
おけるコモンモードノイズの影響をなくすことができ
る。また、遮光ダイオードを小さくするので半導体装置
のチップサイズを縮小させることができる。図１０は、
図８と同じ様にフォトダイオード２２の三方を囲むよう
に遮光電極１１が近接して形成されている。しかし、遮
光ダイオード２８は、フォトダイオード２２からは離れ
て半導体基板１に形成されている。コモンモードノイズ
の吸収を遮光ダイオードに代えて遮光電極が行うため
に、遮光ダイオードがフォトダイオードから離れていて
も遮光電極の形状を適宜変形することにより、電圧比較
における入力信号側と基準電圧側のコモンモードノイズ
を等しくするようにフォトダイオード２２と遮光電極１
１のコモンモードノイズの環境を等しくすることは容易
に成し得るものである。

【００２３】そのために遮光電極１１は、遮光ダイオー
ド２８を信号光から保護する遮光領域Ａと、フォトダイ
オード２２の近傍の領域Ｄと、これらの領域を接続する
配線領域Ｈから構成されている。前記環境をより近付け
るために、領域Ｈ及び領域Ａは、領域Ｄに比較して極力
小さくする。遮光ダイオードは、半導体基板の任意の位
置に形成できるので、その製造時の自由度が大きくな
る。以上の実施例では遮光電極１１は、ダイオード２８
のアノードに電気的に接続されていたが、図１２及び図
１３に示す第４の実施例においては遮光電極１１はダイ
オード２８の第１の電極領域であるカソード１８にＮ側
金属電極３６を介して電気的に接続されている。図１２
は、フォトカプラの回路ブロック図、図１３は、図１２
のフォトカプラの受光素子部８の半導体基板の断面図で
ある。フォトダイオード２２と遮光ダイオード２８の第
２の電極領域であるアノードは、ＧＮＤになっている。
電圧比較器の出力の変化を無くすために、遮光電極１１
の面積をフォトダイオード２２の第１の電極領域である
カソード１８と同じか幾分大きくしている。

【００２４】遮光ダイオード２８の幅ｌは、フォトダイ
オード２２の幅Ｌより小さく形成されており（ｌ＜
Ｌ）、そのサイズも１／１０〜１／３程度である。本発
明では、遮光ダイオード２８の面積は、フォトダイオー
ド２２の面積の１／２０〜１／２にすることができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、遮光電極の面積をフォトダイ
オードの面積と等しいかそれよりも広くし、さらに遮光
電極の大部分の領域をフォトダイオードに近接させるよ
うに遮光ダイオードの上から延在させることにより電圧
比較におけるコモンモードノイズの影響を著しく減少さ
せることができる。また、遮光ダイオードが小さくなる
ので半導体装置のチップサイズを縮小させることができ
る。また、その半導体チップに形成される位置も選択の
自由度が大きくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のフォトカプラの回路ブ
ロック図。

【図２】第１の実施例に用いる半導体基板の断面図。

【図３】第１の実施例に用いる半導体基板の平面図。

【図４】第２の実施例のフォトカプラの回路ブロック
図。

【図５】第３の実施例に用いる半導体基板の平面図。

【図６】第３の実施例に用いる半導体基板の平面図。

【図７】第３の実施例に用いる半導体基板の平面図。

【図８】第３の実施例に用いる半導体基板の平面図。

【図９】第３の実施例に用いる半導体基板の平面図。

【図１０】第３の実施例に用いる半導体基板の平面図。

【図１１】従来及び本発明に用いるフォトカプラの断面
図。

【図１２】第４の実施例のフォトカプラの回路ブロック
図。

【図１３】第４の実施例に用いる半導体基板の断面図。

【図１４】従来のフォトカプラの回路ブロック図。

【図１５】図１４のフォトカプラに用いる半導体基板の
断面図。

【符号の説明】

１・・・半導体基板、 ２、８・・・受光素子部、３
・・・Ｎ^＋埋込み領域、 ４・・・透明樹脂体、５・
・・樹脂封止体、 ６、７・・・絶縁膜、１１、２６
・・・遮光電極、 １２、１３、１８・・・Ｎウエ
ル、１４、１５、１９・・・Ｎ^＋不純物拡散領域、１
６、１７、３０・・・Ｐ型不純物拡散領域、２０・・・
リード（入力端子）、 ２１・・・発光素子（発光素
子部）、２２・・・フォトダイオード、 ２３、２８
・・・遮光ダイオード、２４、２５・・・帰還抵抗、
２７・・・リード（出力端子）、３１、３２、３６・
・・Ｎ側電極、 ３３、３４、３７・・・Ｐ側電極

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【手続補正書】

【提出日】平成７年７月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来、外からの電磁ノ
イズやコモンモードノイズに対してフォトダイオード２
２と遮光ダイオード２３とを同じ面積にすることによっ
て増幅器Ａ１及び増幅器Ａ２のノイズによる出力電圧変
動を等しくし、差動増幅器Ａ３の出力変動を減少させて
いる。とくにコモンモードノイズ耐量を良好にするため
には、２つのダイオードのコモンモードノイズに対する
環境を同じにする必要がある。そのためには、例えば、
フォトダイオード２２と遮光ダイオード２３と同じ面積
にする。また、金属膜の遮光電極で遮光した場合には、
この金属膜によってノイズ吸収などが発生し、ダイオー
ドからの信号を比較するときに増幅器に入力されるコモ
ンモードノイズ量が両者では異なってくる。このような
状態では両者の信号は正確に比較することができない。
したがって、コモンモードノイズの影響を無くすには、
遮光電極を備えた遮光ダイオードの面積を幾分大きくし
て両ダイオードの増幅器に入るコモンモードノイズ量を
等しくしていた。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板と、前記半導体基板に形成さ
   れ、第１の電極領域と第２の電極領域とを有する光信号
   を電流信号に変換する第１のダイオード領域と、 前記半導体基板に形成され、前記第１のダイオード領域
   が接続され、かつ前記電流信号を電圧信号に変換する第
   １の回路領域と、 前記半導体基板に形成され、第１の電極領域と第２の電
   極領域とを有する第２のダイオード領域と、 前記半導体基板に形成され、前記第２のダイオード領域
   の前記第１の電極領域に電気的に接続され、前記第１の
   ダイオード領域の前記第１の電極領域と面積が等しいか
   それより面積が大きく、かつ前記第１のダイオード領域
   の前記第１の電極領域上又はその近傍に延在する電極
   と、 前記半導体基板に形成され、前記第２のダイオード領域
   及び前記電極が電気的に接続され、かつ前記第１の回路
   領域と同じ構成になっている第２の回路領域とを備え、 前記第２のダイオード領域の面積は、前記第１のダイオ
   ード領域の面積より小さく、前記第２の回路領域の出力
   信号を基準信号として前記第１の回路領域の出力信号に
   基づいて動作することを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 半導体基板と、 前記半導体基板に形成され、第１の電極領域と第２の電
   極領域とを備えた光信号を電流信号に変換するダイオー
   ド領域と、 前記半導体基板に形成され、前記ダイオード領域が接続
   された前記電流信号を電圧信号に変換する第１の回路領
   域と、 前記半導体基板に形成され、前記ダイオード領域の前記
   第１の電極領域と面積が等しいか、それより面積が大き
   く、前記ダイオード領域の前記第１の電極領域上又はそ
   の近傍に延在している電極と、 前記半導体基板に形成され、前記電極が電気的に接続さ
   れた前記第１の回路領域と同じ構成になっている第２の
   回路領域とを備え、 前記第２の回路領域の出力信号を基準信号として、前記
   第１の回路領域の出力信号に基づいて動作することを特
   徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】 前記第１の回路領域の出力信号を前記第
   ２の回路領域の出力信号と比較する際に前記第２の回路
   領域には、定電位を加えることを特徴とする請求項２に
   記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 前記電極の前記第１のダイオード領域又
   は前記ダイオード領域の上に延在している部分は、格子
   状になっており、この格子状の部分は前記第１のダイオ
   ード領域又は前記ダイオード領域の真上に形成されてい
   ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいづれかに
   記載の半導体装置。
5. 【請求項５】 前記電極の前記第１のダイオード領域又
   はダイオード領域の上に延在している部分は、前記第１
   のダイオード領域の少なくとも半分を被覆していること
   を特徴とする請求項１乃至請求項３のいづれかに記載の
   半導体装置。
6. 【請求項６】 前記電極の前記第１のダイオード領域又
   はダイオード領域の上に延在している部分は、前記第１
   のダイオード領域又は前記ダイオード領域の周囲を囲ん
   でいることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいづれ
   かに記載の半導体装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６のいづれかに記載
   の半導体装置を受光素子部とし、この受光素子部と、こ
   の受光素子部と対向配置された発光素子部と、前記受光
   素子部と前記発光素子部との間に介在された透明樹脂体
   と、前記受光素子部、前記発光素子部及び前記透明樹脂
   体を封止する樹脂封止体とを備えていることを特徴とす
   るフォトカプラ。