JPH0936413A - 光結合半導体装置 - Google Patents
光結合半導体装置Info
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- JPH0936413A JPH0936413A JP20158695A JP20158695A JPH0936413A JP H0936413 A JPH0936413 A JP H0936413A JP 20158695 A JP20158695 A JP 20158695A JP 20158695 A JP20158695 A JP 20158695A JP H0936413 A JPH0936413 A JP H0936413A
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- single crystal
- light
- semiconductor single
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Abstract
(57)【要約】
【目的】モノリシック構造のホトカップラにおいて入出
力を完全に電気的に絶縁分離すること。 【構成】支持基板１と、支持基板に形成された複数の半
導体単結晶領域３、４と、複数の半導体単結晶領域の相
互間に形成され、隣合う半導体単結晶領域の相互間を電
気的に分離する絶縁分離層２、５と、複数の半導体単結
晶領域の内の任意の一つの半導体単結晶領域３に形成さ
れ、光を発する発光素子６と、複数の半導体単結晶領域
の内の発光素子が形成される半導体単結晶領域とは別の
半導体単結晶領域４に形成され、発光素子の発した光を
受光する受光素子７とを有し、発光素子の光出射面９と
受光素子の光受光面１０が対向して配置されていること
を特徴とする。
力を完全に電気的に絶縁分離すること。 【構成】支持基板１と、支持基板に形成された複数の半
導体単結晶領域３、４と、複数の半導体単結晶領域の相
互間に形成され、隣合う半導体単結晶領域の相互間を電
気的に分離する絶縁分離層２、５と、複数の半導体単結
晶領域の内の任意の一つの半導体単結晶領域３に形成さ
れ、光を発する発光素子６と、複数の半導体単結晶領域
の内の発光素子が形成される半導体単結晶領域とは別の
半導体単結晶領域４に形成され、発光素子の発した光を
受光する受光素子７とを有し、発光素子の光出射面９と
受光素子の光受光面１０が対向して配置されていること
を特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子と受光素
子とを備える半導体装置に関し、特に、ホトカプラを他
の回路と共に集積化したモノリシック構造の半導体装置
に関する。
子とを備える半導体装置に関し、特に、ホトカプラを他
の回路と共に集積化したモノリシック構造の半導体装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオードとホトダイオードを対に
したホトカプラを同一基板上に形成したものが知られて
いる（特開昭５２−６３０８６号公報）。このホトカプ
ラは、半絶縁性GaAs基板上にGaAsとGaAlAsとをエピタキ
シャル成長させてヘテロ接合により発光ダイオードとホ
トダイオードとを形成したものである。このホトカプラ
では、発光ダイオードとホトダイオードとの間に半絶縁
性基板に至る縦溝が形成されており、発光ダイオードと
ホトダイオードとがその縦溝の両側に対面して存在する
ように配置され、その溝を横切って光が伝達される。
したホトカプラを同一基板上に形成したものが知られて
いる（特開昭５２−６３０８６号公報）。このホトカプ
ラは、半絶縁性GaAs基板上にGaAsとGaAlAsとをエピタキ
シャル成長させてヘテロ接合により発光ダイオードとホ
トダイオードとを形成したものである。このホトカプラ
では、発光ダイオードとホトダイオードとの間に半絶縁
性基板に至る縦溝が形成されており、発光ダイオードと
ホトダイオードとがその縦溝の両側に対面して存在する
ように配置され、その溝を横切って光が伝達される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の構造でモノリシ
ック構造のホトカプラが構成されるが、この構造の光伝
送路は発光ダイオードとホトダイオードとが対面する空
間である。従って、この空間を伝搬する光が半絶縁性Ga
As基板に入射される場合がある。この場合には、半絶縁
性GaAs基板の電子が光励起されて、半絶縁性GaAs基板が
電気伝導性を有するようになる。この結果、発光ダイオ
ードとホトダイオードとが電気的に完全に分離すること
ができず、このモノリシック構造のホトカップラを入出
力の完全な絶縁分離に用いることができないという問題
がある。
ック構造のホトカプラが構成されるが、この構造の光伝
送路は発光ダイオードとホトダイオードとが対面する空
間である。従って、この空間を伝搬する光が半絶縁性Ga
As基板に入射される場合がある。この場合には、半絶縁
性GaAs基板の電子が光励起されて、半絶縁性GaAs基板が
電気伝導性を有するようになる。この結果、発光ダイオ
ードとホトダイオードとが電気的に完全に分離すること
ができず、このモノリシック構造のホトカップラを入出
力の完全な絶縁分離に用いることができないという問題
がある。
【０００４】本発明は上記の課題を解決するために成さ
れたものであり、その目的は、モノリシック構造のホト
カップラにおいて、入出力を完全に電気的に絶縁分離す
ることである。
れたものであり、その目的は、モノリシック構造のホト
カップラにおいて、入出力を完全に電気的に絶縁分離す
ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の構成は、支持基
板と、支持基板に形成された複数の半導体単結晶領域
と、複数の半導体単結晶領域の相互間に形成され、隣合
う前記半導体単結晶領域の相互間を電気的に分離する絶
縁分離層と、複数の半導体単結晶領域の内の任意の一つ
の半導体単結晶領域に形成され、光を発する発光素子
と、複数の半導体単結晶領域の内の発光素子が形成され
る半導体単結晶領域とは別の半導体単結晶領域に形成さ
れ、発光素子の発した光を受光する受光素子とを有し、
発光素子の光出射面と受光素子の光受光面が対向して配
置されていることを特徴とする。
板と、支持基板に形成された複数の半導体単結晶領域
と、複数の半導体単結晶領域の相互間に形成され、隣合
う前記半導体単結晶領域の相互間を電気的に分離する絶
縁分離層と、複数の半導体単結晶領域の内の任意の一つ
の半導体単結晶領域に形成され、光を発する発光素子
と、複数の半導体単結晶領域の内の発光素子が形成され
る半導体単結晶領域とは別の半導体単結晶領域に形成さ
れ、発光素子の発した光を受光する受光素子とを有し、
発光素子の光出射面と受光素子の光受光面が対向して配
置されていることを特徴とする。
【０００６】又、他の構成は、絶縁分離層は、支持基板
上に形成された第１の絶縁層と、半導体単結晶領域の表
面側から第１の絶縁層に達する第２の絶縁層とを有し、
半導体単結晶領域は、支持基板と第１の絶縁層により電
気的にかつ光学的に分離され、また隣合う半導体単結晶
領域と第２の絶縁層により電気的且つ光学的に分離され
ていることを特徴とする。
上に形成された第１の絶縁層と、半導体単結晶領域の表
面側から第１の絶縁層に達する第２の絶縁層とを有し、
半導体単結晶領域は、支持基板と第１の絶縁層により電
気的にかつ光学的に分離され、また隣合う半導体単結晶
領域と第２の絶縁層により電気的且つ光学的に分離され
ていることを特徴とする。
【０００７】さらに、他の構成は、発光素子が、光を発
する部分に発光用活性領域を有し、また受光素子は光を
受ける部分に受光用活性領域を有し、絶縁分離層は発光
用活性領域、受光用活性領域のいずれよりも光学的な屈
折率が小さい材料で構成されていることを特徴とする。
する部分に発光用活性領域を有し、また受光素子は光を
受ける部分に受光用活性領域を有し、絶縁分離層は発光
用活性領域、受光用活性領域のいずれよりも光学的な屈
折率が小さい材料で構成されていることを特徴とする。
【０００８】
【作用及び発明の効果】本発明では絶縁分離層により発
光素子と受光素子とが分離されている。よって、発光素
子と受光素子とを対面させて空間により光を伝送させた
時に、その光が基板や半導体結晶領域に入射すること
で、基板や半導体結晶領域の電気伝導率が大きくなって
も支持基板と各半導体結晶領域とを完全に絶縁分離する
ことが可能となる。従って、本光結合半導体装置を用い
ることで、入出力を電気的に完全に絶縁分離することが
可能となる。
光素子と受光素子とが分離されている。よって、発光素
子と受光素子とを対面させて空間により光を伝送させた
時に、その光が基板や半導体結晶領域に入射すること
で、基板や半導体結晶領域の電気伝導率が大きくなって
も支持基板と各半導体結晶領域とを完全に絶縁分離する
ことが可能となる。従って、本光結合半導体装置を用い
ることで、入出力を電気的に完全に絶縁分離することが
可能となる。
【０００９】支持基板上に第１の絶縁層を形成し、その
第１の絶縁層上に半導体単結晶領域が形成され、各半導
体単結晶領域は第２の絶縁層により電気的且つ光学的に
分離されることで、本発明の構造が容易に製造できる。
第１の絶縁層上に半導体単結晶領域が形成され、各半導
体単結晶領域は第２の絶縁層により電気的且つ光学的に
分離されることで、本発明の構造が容易に製造できる。
【００１０】絶縁分離層は発光用活性領域、受光用活性
領域のいずれよりも光学的な屈折率が小さい材料で構成
されているため、絶縁分離層に対して臨界角よりも浅く
入射した場合に全反射することになり、絶縁分離層を通
過して他の半導体単結晶領域、支持基板に通過すること
が防止され、入出力のより完全な絶縁分離が可能とな
る。
領域のいずれよりも光学的な屈折率が小さい材料で構成
されているため、絶縁分離層に対して臨界角よりも浅く
入射した場合に全反射することになり、絶縁分離層を通
過して他の半導体単結晶領域、支持基板に通過すること
が防止され、入出力のより完全な絶縁分離が可能とな
る。
【００１１】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１において、シリコン基板１の上にSiO2から
成る第１の絶縁層２が形成されている。この第１の絶縁
層２はSiO2の他、Si3N4 でも良い。第１の絶縁層２の上
にはGaAsから成る活性層３、４（半導体単結晶領域）が
形成され、活性層３と活性層４との間には分離溝２０が
形成され、その分離溝２０にSiO2が充填されて、第２の
絶縁層５が形成されている。第２の絶縁層５はSi3N4 で
も、空洞、即ち、空気層でも良い。又、活性層３、４は
GaAsの他、シリコンでも良い。
明する。図１において、シリコン基板１の上にSiO2から
成る第１の絶縁層２が形成されている。この第１の絶縁
層２はSiO2の他、Si3N4 でも良い。第１の絶縁層２の上
にはGaAsから成る活性層３、４（半導体単結晶領域）が
形成され、活性層３と活性層４との間には分離溝２０が
形成され、その分離溝２０にSiO2が充填されて、第２の
絶縁層５が形成されている。第２の絶縁層５はSi3N4 で
も、空洞、即ち、空気層でも良い。又、活性層３、４は
GaAsの他、シリコンでも良い。
【００１２】半導体活性層３の上にはGaAsやGaAlAsをエ
ピタキシャル成長して、ｐｎ接合や、組成比の異なるGa
AlAsを少なくとも３層に形成してダブルヘテロ接合を形
成した発光ダイオードやレーザダイオード等の発光素子
６が形成され、半導体活性層４の上にはGaAsやGaAlAsを
エピタキシャル成長してｐｎ接合を形成して、フォトダ
イオード、フォトトランジスタ、アバランシェフォトダ
イオード等の受光素子７が形成されている。発光素子６
と受光素子７との間には絶縁のための空隙８が形成され
ている。発光素子６の光出射面９と受光素子７の受光面
１０は空隙８を介して互いに対面している。
ピタキシャル成長して、ｐｎ接合や、組成比の異なるGa
AlAsを少なくとも３層に形成してダブルヘテロ接合を形
成した発光ダイオードやレーザダイオード等の発光素子
６が形成され、半導体活性層４の上にはGaAsやGaAlAsを
エピタキシャル成長してｐｎ接合を形成して、フォトダ
イオード、フォトトランジスタ、アバランシェフォトダ
イオード等の受光素子７が形成されている。発光素子６
と受光素子７との間には絶縁のための空隙８が形成され
ている。発光素子６の光出射面９と受光素子７の受光面
１０は空隙８を介して互いに対面している。
【００１３】又、発光素子６に配線層１３により接続さ
れ、発光素子６を駆動する入力回路１１が活性層３に形
成され、受光素子７に配線層１４により接続され、受光
素子７により受光された光を電気信号に変換する出力回
路１２が活性層４に形成されている。
れ、発光素子６を駆動する入力回路１１が活性層３に形
成され、受光素子７に配線層１４により接続され、受光
素子７により受光された光を電気信号に変換する出力回
路１２が活性層４に形成されている。
【００１４】半導体活性層３と半導体活性層４は、共
に、その周囲が第１の絶縁層２と第２の絶縁層５とで完
全に覆われているため、それらは、お互いに電気的に分
離されている。従って、半導体活性層３、４の上に空隙
８を介して形成された発光素子６と受光素子７もお互い
に電気的に分離される。
に、その周囲が第１の絶縁層２と第２の絶縁層５とで完
全に覆われているため、それらは、お互いに電気的に分
離されている。従って、半導体活性層３、４の上に空隙
８を介して形成された発光素子６と受光素子７もお互い
に電気的に分離される。
【００１５】入力回路１１により発光素子６に電流を流
すと光出射面９より光１５が出射される。光出射面９よ
り出た光１５は空隙８を伝搬し、受光素子７の受光面１
０に到達する。受光素子７はその光を受光しして電気信
号に変換し、出力回路１２により増幅された信号が出力
される。
すと光出射面９より光１５が出射される。光出射面９よ
り出た光１５は空隙８を伝搬し、受光素子７の受光面１
０に到達する。受光素子７はその光を受光しして電気信
号に変換し、出力回路１２により増幅された信号が出力
される。
【００１６】図２は、第２実施例にかかる光結合半導体
装置の構成を示している。第１実施例の光結合半導体装
置と同一の構成要素については、同一の符号を付した。
発光素子６の光出射面９に集光用レンズ３１が形成さ
れ、その集光用レンズ３１により発光素子６から出射し
た光１５は受光素子７の受光面１０に入射するように構
成されている。このように集光用レンズ３１を設けるこ
とで、光１５の伝達効率を向上させることができる。
装置の構成を示している。第１実施例の光結合半導体装
置と同一の構成要素については、同一の符号を付した。
発光素子６の光出射面９に集光用レンズ３１が形成さ
れ、その集光用レンズ３１により発光素子６から出射し
た光１５は受光素子７の受光面１０に入射するように構
成されている。このように集光用レンズ３１を設けるこ
とで、光１５の伝達効率を向上させることができる。
【００１７】図３は、本発明の第３実施例に係る光結合
半導体装置の構成を示している。第１実施例の光結合半
導体装置と同一の構成要素については、同一の符号を付
した。但し、受光素子７は活性層４の表面に埋め込まれ
ており、その受光面１０は支持基板１の面に垂直な方向
である。又、発光素子６は第１実施例と同様に活性層３
の上に形成されているが、その光出射面９は支持基板１
の面に垂直な方向である。そして、プリズム３２が光出
射面９上に配設されており、光出射面９から出射した光
はプリズム３２で支持基板１の面に水平方向に屈折さ
れ、プリズム３３で受光し、支持基板１の面に垂直な方
向に屈折させて、受光素子７の受光面１０に入射させ
る。
半導体装置の構成を示している。第１実施例の光結合半
導体装置と同一の構成要素については、同一の符号を付
した。但し、受光素子７は活性層４の表面に埋め込まれ
ており、その受光面１０は支持基板１の面に垂直な方向
である。又、発光素子６は第１実施例と同様に活性層３
の上に形成されているが、その光出射面９は支持基板１
の面に垂直な方向である。そして、プリズム３２が光出
射面９上に配設されており、光出射面９から出射した光
はプリズム３２で支持基板１の面に水平方向に屈折さ
れ、プリズム３３で受光し、支持基板１の面に垂直な方
向に屈折させて、受光素子７の受光面１０に入射させ
る。
【００１８】以上のようにして、本発明の光結合半導体
装置は、モノリシック構造に構成することができ、同一
チップ上に複数の発光素子と受光素子との対を形成し
て、信号伝達の多チャネル化を実現したり、同一チップ
内に入力回路や出力回路を形成したりすることが可能と
なり、システムの小型化、高機能化が可能となる。
装置は、モノリシック構造に構成することができ、同一
チップ上に複数の発光素子と受光素子との対を形成し
て、信号伝達の多チャネル化を実現したり、同一チップ
内に入力回路や出力回路を形成したりすることが可能と
なり、システムの小型化、高機能化が可能となる。
【００１９】尚、上記実施例では、第２の絶縁層は１層
としたが、複層であっても良い。又、第２の絶縁層は光
反射の機能も有する。
としたが、複層であっても良い。又、第２の絶縁層は光
反射の機能も有する。
【図１】本発明の具体的な第１実施例に係る光結合半導
体装置の構成を示した断面図。
体装置の構成を示した断面図。
【図２】本発明の具体的な第２実施例に係る光結合半導
体装置の構成を示した断面図。
体装置の構成を示した断面図。
【図３】本発明の具体的な第２実施例に係る光結合半導
体装置の構成を示した断面図。
体装置の構成を示した断面図。
１…シリコン基板 ２…第１の絶縁層 ３，４…半導体活性層 ５…第２の絶縁層 ６…発光素子 ７…受光素子 ８…空隙 ９…光出射面 １０…受光面 １１…入力回路 １２…出力回路
Claims (3)
- 【請求項１】支持基板と、 前記支持基板上に形成された複数の半導体単結晶領域
と、 前記複数の半導体単結晶領域の相互間に形成され、隣合
う前記半導体単結晶領域の相互間を電気的に分離する絶
縁分離層と、 前記複数の半導体単結晶領域の内の任意の一つの前記半
導体単結晶領域に形成され光を発する発光素子と、 前記複数の半導体単結晶領域の内の前記発光素子が形成
される前記半導体単結晶領域とは別の半導体単結晶領域
に形成され、前記発光素子の発した光を受光する受光素
子とを有し、 前記発光素子の光出射面と前記受光素子の光受光面が対
向して配置されていることを特徴とする光結合半導体装
置。 - 【請求項２】 前記絶縁分離層は、前記支持基板上に形
成された第１の絶縁層と、前記半導体単結晶領域の表面
側から前記第１の絶縁層に達する第２の絶縁層とを有
し、前記半導体単結晶領域は、前記支持基板と前記第１
の絶縁層により電気的にかつ光学的に分離され、また隣
合う前記半導体単結晶領域と前記第２の絶縁層により電
気的且つ光学的に分離されることを特徴とする請求項１
に記載の半導体装置。 - 【請求項３】 前記発光素子は、光を発する部分に発光
用活性領域を有し、また前記受光素子は光を受ける部分
に受光用活性領域を有し、前記絶縁分離層は前記発光用
活性領域、前記受光用活性領域のいずれよりも光学的な
屈折率が小さい材料で構成されていることを特徴とする
請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20158695A JPH0936413A (ja) | 1995-07-14 | 1995-07-14 | 光結合半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20158695A JPH0936413A (ja) | 1995-07-14 | 1995-07-14 | 光結合半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0936413A true JPH0936413A (ja) | 1997-02-07 |
Family
ID=16443517
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20158695A Pending JPH0936413A (ja) | 1995-07-14 | 1995-07-14 | 光結合半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0936413A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100452336C (zh) * | 2005-06-16 | 2009-01-14 | 夏普株式会社 | 制造光耦合器的方法 |
| JP2010278239A (ja) * | 2009-05-28 | 2010-12-09 | Kyocera Corp | 受発光素子及びその製造方法、並びに受発光素子を備えた光センサ装置 |
| WO2015108488A1 (en) * | 2014-01-14 | 2015-07-23 | Massachusetts Institute Of Technology (Mit) | Method of forming an integrated circuit and related integrated circuit |
| US9099602B2 (en) | 2013-08-30 | 2015-08-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photocoupler |
| US9171969B2 (en) | 2013-09-12 | 2015-10-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Mounting member having die pad unit and terminals, and photocoupler having the mounting member |
| US9450134B2 (en) | 2013-03-22 | 2016-09-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photocoupler |
-
1995
- 1995-07-14 JP JP20158695A patent/JPH0936413A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100452336C (zh) * | 2005-06-16 | 2009-01-14 | 夏普株式会社 | 制造光耦合器的方法 |
| JP2010278239A (ja) * | 2009-05-28 | 2010-12-09 | Kyocera Corp | 受発光素子及びその製造方法、並びに受発光素子を備えた光センサ装置 |
| US9450134B2 (en) | 2013-03-22 | 2016-09-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photocoupler |
| US9099602B2 (en) | 2013-08-30 | 2015-08-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photocoupler |
| US9379095B2 (en) | 2013-08-30 | 2016-06-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photocoupler |
| TWI587537B (zh) * | 2013-08-30 | 2017-06-11 | Toshiba Kk | Optocoupler |
| US9171969B2 (en) | 2013-09-12 | 2015-10-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Mounting member having die pad unit and terminals, and photocoupler having the mounting member |
| US9379273B2 (en) | 2013-09-12 | 2016-06-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having a mounting member that includes a die pad unit and terminals with multiple conductive regions |
| US9722127B2 (en) | 2013-09-12 | 2017-08-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photocoupler having light receiving element, light emitting element and MOSFET on a die pad unit of a mounting member that includes terminals with multiplied conductive regions |
| WO2015108488A1 (en) * | 2014-01-14 | 2015-07-23 | Massachusetts Institute Of Technology (Mit) | Method of forming an integrated circuit and related integrated circuit |
| JP2017508279A (ja) * | 2014-01-14 | 2017-03-23 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | 集積回路を形成する方法およびそれに関連する集積回路 |
| US10324256B2 (en) | 2014-01-14 | 2019-06-18 | Massachusetts Institute Of Technology | Method of forming an integrated circuit and related integrated circuit |
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