JPS58101475A - 半導体光結合装置 - Google Patents

半導体光結合装置

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JPS58101475A
JPS58101475A JP56200469A JP20046981A JPS58101475A JP S58101475 A JPS58101475 A JP S58101475A JP 56200469 A JP56200469 A JP 56200469A JP 20046981 A JP20046981 A JP 20046981A JP S58101475 A JPS58101475 A JP S58101475A
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JP
Japan
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light
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semiconductor
elements
photodetectors
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JP56200469A
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Yukinori Kuwano
桑野 幸徳
Shoichi Nakano
中野 昭一
Masaru Takeuchi
勝 武内
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Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Denki Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Denki Co Ltd
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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】 本発明はアモルファス半導体等の非単結晶半導体から成
る受光素子を備えた半導体光結合装置に関する。
近年半導体材料の開発が進む中で、シランのプラズマ反
応等により得られるアモルファスシリコンに於いて、従
来から困難とされていたPN制御が可能であることが判
明し1.此の種アモルファス半導体が注目を集めている
。このアモルファス半導体は単結晶半導体に較べ製造エ
ネルギが小さく、工程が簡単で、連続的に大量生産が可
能であり、しかも使用材料が少なくてすむ、等の多くの
優れた特長点を有している。
この様なアモルファス半導体は石油等のエネルギ資源の
枯渇に対処すべく、非枯渇、クリーンエネルギ源である
太陽光から直接電気を得る太陽電池としての開発が盛ん
に行なわれている。
また、同じ理由により蒸着、印刷、スプレー、気相成長
等の方法によって10ミクロンオーダで得られる多結晶
半導体の太陽電池についても開発が行なわれている。
本発明は所るアモルファス半導体若しくは多結晶半導体
等の非単結晶半導体を備えた新規な半導体光結合装置を
提供するもので、以下に図面を参照しつつ本発明の実施
例につき詳述する。
第1図は本発明の一実施例を示し、(1)はガラス・耐
熱プラ入チック等の透光性絶縁基板、(2a)(2b)
Fi該絶縁基板(1)の一方の一生面口1)に配置され
良路1・第2の発光素子、C3a)C5b)Id上記絶
縁基板(11の他方の一生面(1b)に形成された第1
・第2の受光素子で、夫々第1・@2の発光素子(2m
)(2b)並びに受光素子(3m)(3b)は上記絶縁
基板(1)を隔てて対向する。
上記第1・第2の発光素子(2m)(2b)は例えばガ
リウム燐GaP単結晶から成り、その電極面の一部分は
第2図に示す如き絶縁基板(1)の−主面(1si) 
 にパターン印刷された銀ペースト等の導電性接着剤(
4)を介して上記絶縁基板(11を透過しようとする光
を遮ることなく被着される。そして、上記第1・第2の
発光素子(2i1)(2b)の他の電極面はワイヤリー
ド(5a)(5b)を介して絶縁基板(1)上の電極膜
(6)に結合される。
一方、絶縁基板(1)の他方の一生面(1b)に設けら
れ良路1・第2の受光素子(3m)(3b)は上記、絶
縁基板田土にパターニングされ九酸化スズ(Sn02)
、酸化インジウム(I n 20s入陵化インジクム・
スズ(InzOs : 5nOz)等の透明電極膜(7
)上に例えばPIN接合型のアモルファス半導体層(8
)が被着され、更にアルミニウム等の金属電極III 
(9)が重畳された積層構造を持つ。そして、上記第1
の受光素子(31)の金属電極膜(9)は絶縁基板(1
1上に延在し隣接する第2の受光素子(3b)の透明電
極膜(7)と結合するうその結果、第1の受光素子(3
a)と第2の受光素子(3b)とは直列関係になるべく
接続される。
次いでより具体的な実施例をその製造方法と共に説明す
る。
先ず透明電極、膜(7)が蒸着若しくけスパッタにより
被着されパターニングされたガラスから成る絶縁基板(
1)をプラズマ反応炉の反応電極間に配置し、上記絶縁
基板(1)を約300℃に加熱、し九状総でシフン(S
iHa)ガスと不純物ガスとしてジボラン(82H6)
を1000 ppm #I入する。そして上記反応電極
Kl &56MHz、100Wの高周波電力を付与して
、上記絶縁基板(1)上に厚み約10OAのP型のアモ
ルファスシリコン(a−8i:H)を得る。
その後B2H&ガスのみを除去して厚み約5000λの
I型a−5i:Hを析出せしめ、更にフォスフイン(P
us)を不純物ガスとして1000 ppm混入し50
0X程度のN型a−8i:Hを形成し、絶縁基板tl)
側からPIN各層を重畳したPIN接合を有するアモル
ファスシリコン(i−5t:H)半導体層(8)を得る
。尚上記a−5i:Hの成長速度は各層とも約1μm/
hrであるので、所望の厚みを得るべく時間制御される
次イで上記アモルファスシリコン半Jl 体Jl(8)
B予め定められたパターンにフォトエツチング若しくは
プラズマエツチング等の手段によって形成する。また上
記手段を使用せず、アモルファスシリコン半導体層(8
)を金属マスクを用いて選択的に形成してもよい。最吟
く、上記アモル7アスシIJ コ所るPIN接合型アモ
ルファスシリコン半導体層(8)から成る第1・第2の
受光素子(3m)(3b)は約580 nmに受光の中
心波長λ1が存在するっ一方、第1・第2の発光素子(
2m)(2b)は上記第1・第2の受光素子(3m)(
5b)の中心波長λ1 と発光の中心波長λ2 とを一
致せしめるべく、λ2#565nmのGaP単結晶から
成る緑色のLEDベレットを用いる。上記LEDペレッ
トの一方の電極面を絶縁基板(1)の受光素子(2m)
(2b)が対向する一生1i (1m )に、第2図の
如くパターン印刷された導電性接着剤(4)を介して破
線で示すように7エイスダクンボンデイングする。そし
て、他・方の電極面をワイヤーリード(5a)(5b)
を用いて絶縁基板(11上に設けられた電極II (6
)にポンディング書するっこれ4F第1・第2の発光素
子(2m)(2b)は入力信号の給電に対して独立して
応答し発光すべく上記導電性接着剤(4)及び電極膜(
6)は結線される。
そして最終的に上記第1・第2の発光素子(2m)(2
b)の入力線並び第1・第2の受光素子(3m)(3b
)の出力線を司どるリードフレーム(kl)(11)・
・・を結合して第1図に示す如く外米光を遮蔽するモー
ルド体Q7Jでモールドし半導体光結合装置を完成する
この様にして製造され丸字導体光結合装置の受光側は第
1・第2の受光素子(5si)(3b)が直列接続関係
にあり等価的に第3図の如°き回路図に置換することが
できる。即ち、受光素子(!1a) C5b)は大々直
流電流源(13a)(13b)とダイオード(14m)
(14b)  との逆並列回路で表わすことができる。
第6図に於いて、(R)は出力端子ttsae間に接続
された負荷抵抗である。
而して、第1の発光素子(2is)K入力信号がリード
フレーム(II(IQを介して給電されると、該第1の
発光素子(2a)は発光動作し絶縁基板(1)を透過し
て対向する第1の受光素子(3m)を光照射する。
光照射された第1の受光素子(5a)はアモルファスシ
リコン半導体層(8)の主にI型層に於いて自由状態の
電子及びホールが発生しその各々はPIN接合電界に引
かれて移動して透明電極膜(7)並びに金属電極膜(9
)闇に光起電力を発生せしめる。ところが第2の発光素
子(2b)は発光動作状縣にないので、対向する第2の
受光素子(3b)は、上記光起電力による直流電流源(
13m)と逆方向のダイオード(14b)状態にある。
従って負荷抵抗(R)には光電流が流れず出力端子U賛
IIwIKは出力が轡られない6 一方、この状鰺て第2の発光素子(2b)に入力信号を
供給し発光せしめると!J2の受光素子(5b)Fi逆
方向のダイオード(14b)状態から順方向の直流電流
源(13b)とな沙、負荷抵抗体)に光電流が流れる。
その結果出力端子a9αυ間に出力信号が得られる。こ
の様に2個の受光素子(la)(3b)  を直列接続
し、夫々に入力信号に対して独立して発光動作する2個
の発光素子(2m)(2b)を対向せしめる乙とによっ
て、出力信号として入力信号の論理積を得ることができ
る。
同様の考え方から第4図に示す如く第1の受光素子(3
m)と第2の受光素子(5b)とを並列関係に接続する
と少なくとも第1・第2の発光素子(、E)(2b)の
何れか一方が発光することにより出力端子t1100に
論理和出力を得ることができる。
第5図は本発明の更に他の実施例であシ、第1・第2の
発光素子(2m)(2b)をアモルファス半導体で形成
したところに特徴が存在する。製造方法は受光素子(3
m)(3b)と同様にプラズマ反応により形成される。
即ち、絶縁基板(11の一生面(1a)K透明電極#鰭
をパターン形成した後、反応ガスとして5it(4を7
0%、メタンCH4を60%導入しPIN接合型のアモ
ルファスシリコンカーパイ)″(a−5i C: H)
 ”?4体層Qlを4る。コ17)時P型N型を制御す
る不純物ガスとしてB2H6及びPHs  が夫々11
000ppの濃度で使用される。得られたPIN各膜厚
は順次100〜2(t。
A、5000A、500Aであり発光の中心波長λ1は
680 nmであった。
−力先の実施例に於ける第1・第2の受光素子(5aH
5b)はアモルファスシリコン半導体層(8)から成っ
ていたがその中心波長λ2が580nmである為に本実
施例には不都合である。その為に本実施例に於いては第
1・第2の受光素子(61)(3b)は中心波長λ4が
上記発光素子(2m) (2b)のそれと同じ680 
nmであるアモルファスシリコンゲルマニクム(a −
8iGe : H)  半導体層(8)が使用される。
この時導入される反応ガスけS(H*:60%、ゲルマ
ン(GeHa):40%であるO 斯る構造によれば発光素子(28)(211)としてア
モルファス半導体を使用することによって安価Kll造
することができるのみならず、絶縁基板+1)上にワイ
ヤリード(S&)(5b)を介さず直接金属電極1[−
に延在せしめることができ、モールド体lI坤を充填す
る際の上記ワイヤリード(5K)(51m)の断纏事故
を回避する仁とができる。
また、上述の如くアモルファス半導体層11)m−は、
同一素材で発光素子を形成し九場合と受光素子を形成し
友場合とでは発光中心波長が受光中心波長に験べ長波長
側に移−する特性を有していると共に、反応ガスの組成
並びに組成比を適宜選択することによって可視光領域に
@らず紫外・赤外の領域に感度を有する素子を自由に形
成することができる。更にアモルファス半導体層の形成
時に付与する高周波電力並びに水素渋皮を増大せしめる
ことによって、アモルファス半導体層を微結晶化し変換
効率の向上を図って4JllL<、P工M847111
1でなくてもpM*4r、ヘテロフェイス接合、シ冒ッ
トキパリア蓋でも実現し得る。
尚、以上の説明に於いては発光素子、受光素子は夫々2
個用いて論理積出力若しくは輪環和出力を得ていたが、
何にもこれに限定されるものでなく、例えば論理積回路
と論理和回路とを同一基板に多数配置しそれ等を結線し
ても良く、マ九配置状口も一次元に限ることなく二次元
方向に拡がっても良い勢の種々の変更が考えられる。
本発明半導体光結合装置は以上の説明から明らかな如く
、入力信号の給電に独立して応答し夫々微光する複数の
発光素子からの発光を受けて夫々電気信号に変換する複
数の受光素子を非単結晶半導体で構成しこれ等の少なく
とも2個を結合せしめ九ので、上記2個の受光素子から
入力信号に対し輪環的な出力信号を得ることができ、し
かも入力信号は一旦光信号に変換されている為に安価且
つ製造が容易な非単結晶半導体を使用したに−拘らず、
単結晶半導体を用いたもOK較べ遜色のない応答速度を
実現することができる。
【図面の簡単な説明】
1s1図は本発明の一夾施例断爾図、第2図はそO製造
工程の一部を説明する為の平面図、第3図はその受光側
の等価回路図、第4図は本発明の他の実施例の受光側等
価回路図、第5図は更に他の実施例の断面図、を夫々示
している。 (1)・・・透光性絶縁基板、(2L)(2m))・・
・第1・第20発光素子、(31L)(3m))・・・
第1・第2の受光素子。 314 第3図 第4図 二1L 手  続  補  正  書(自発) 昭和57年1月22日 特許庁長官殿 半導体光結合装置 6、補正をする者 特許出願人 住所 守口市京阪本通2丁目18番地 名称(188)三洋電機株式会社 代表者 井 植   薫 4、代理人 住所 守口市京阪本通2丁目18番地 連絡先:電話(東京) 835−1111%許センター
駐在鎌田5、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 6、補正の内容 明細書第11頁第20行を下記の如く補正します。 記 「トキパリア型でも実現し得る。また受光素子を形成す
るアモルファス半導体層(8)は上述の如き光照射に対
し光起電力を発生せしめる接合形態を持たず、光照射に
よって導電率が上昇する光導電効果を利用したものであ
っても本発明の作用効果を妨げるものではない。」

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)入力信号の給電に独立して応答し夫々発光する複
    数の発光素子と、該発光素子からの発光を受光して夫々
    電気信号に変換する非単結晶半導体から成る複数の受光
    素子と、を備え、上記複数の受光素子の少なくとも2個
    を電気的に結合し、これ等少なくとも2個の受光素子か
    ら論理的な出力信号を得ることを特徴とした半導体光結
    合装置。
  2. (2)上記複数の発光素子は透光性基板の一方の一生面
    に配置され、複数の受光素子は他方の一生面に形成され
    て夫々は対向する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装置。
  3. (3)上記少なくとも2個の受光素子は電気的に直列関
    係になるべく結合され、出力信号としてこれ等2個の受
    光素子と対向する発光素子へ給電される入力信号の論理
    積を得ることを特徴とする特許請求の範囲第1項若しく
    は第2項記載の半導体光結合装置。
  4. (4)少なくとも2個の受光素子は電気的に並列関係に
    なるべく結合され、出力信号としてこれ等2個の受光素
    子と対向する発光素子へ給電される入力信号の論理和を
    得ゐことを特徴とする特許請求の範囲第1項若しくけ第
    2項記載の半導体光結合装置。
  5. (5)上記非単結晶半導体はアモルファス半導体である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第4項何れ
    か記載の半導体光結合装置。
JP56200469A 1981-12-11 1981-12-11 半導体光結合装置 Granted JPS58101475A (ja)

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DE8282111464T DE3279526D1 (en) 1981-12-11 1982-12-10 Semiconductor optical logic device
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