JPS5812361A - 光駆動形pnpnスイツチ素子 - Google Patents

光駆動形pnpnスイツチ素子

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JPS5812361A
JPS5812361A JP11179981A JP11179981A JPS5812361A JP S5812361 A JPS5812361 A JP S5812361A JP 11179981 A JP11179981 A JP 11179981A JP 11179981 A JP11179981 A JP 11179981A JP S5812361 A JPS5812361 A JP S5812361A
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JP
Japan
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light
electrode
pnpn
leakage current
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP11179981A
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English (en)
Inventor
Akira Tomono
明 伴野
Tadahiro Nagayama
長山 忠洋
Haruo Mori
森 春夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPS5812361A publication Critical patent/JPS5812361A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/111Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by at least three potential barriers, e.g. photothyristors
    • H01L31/1113Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by at least three potential barriers, e.g. photothyristors the device being a photothyristor

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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】 本発明は逆方向光漏れ電流を抑制した光駆動形PNPN
スイッデ素子に関するものである。
光属動形PNPNスイッチ素子(以下PNPN素子とい
う)の−適用例に、電話回線などを切替える通話路スイ
ッチマトリクスがある。第1図はその構成図であり、P
NPN素子を用いた交叉点回路5をマトリクス状に配し
て通話路スイッチマトリクス4を構成し、電話回線1〜
3と電話機T、〜−との接続切替えを行な5ものである
ところで、通話路スイッチに要求される機能としては回
線の切替えの他、近年、電話機回路の電子化などに伴っ
て極性を一定化する機能も必要になってきている。この
ため従来の通話路スイッチでは例えば第2図に示すよう
に1局線り、、L、間の電圧をダイオードブリッヂ9で
整流して極性を一定化した後、PNPN素子6,7で切
替えるよう構成していた。同、8はPNPN素子6,7
を駆動するための発光ダイオード、Tは電話機である。
しかし、この構成では1回線当り2個のダイオードと2
個のPNPN素子が直列に接続されるため、直流電圧降
下が増大して見かけ上の直流抵抗が増大し、このスイッ
チを用いた電話システムのナービス領域が制限されると
い5欠点があった。
そこで、この欠点を改善するために第3図に示すように
、発光ダイオード14で駆動される4個のPNPN素子
10〜14をブッッヂ接続した通話路スイッチが提案さ
れた。この回路では、各通話路スイッチにおいて回線の
切替えと極性の一定化とが同時に行なわれるもので、1
回線中に2個のPNPN素子が直列に接続されるだけで
あるから、直流抵抗は第2図示通話路スイツデに比ベダ
イオード2、個の直列回路を省略した分だけ小さくでき
る効果がある。しかしながら、通話路スイッチの特性の
良否は直流抵抗だけでは不十分で通話損失についても考
慮する必要があるが、従来この点につい℃検討されたこ
とはなく、第5図示通話路スイッデは通話損失が大きい
という欠点があった。
本発明はPNPN素子をブリッジ接続した通話路スイッ
チにおいて逆方向PNPN素子の光漏れ電流が通話損失
に多大な影響があることの発見な暗まえ、逆方向光漏れ
電流の少ない素子構造のPNPN素子があればこれを用
いることによって通話損失の少ない通話路スイッチが実
現できるとの発想の下に為されたものであり、その目的
は、逆方向光漏れ電流の少ないPNPN素子を提供する
ことにある。以下これについて詳細に説明する。
一般に従来のPNPN素子には、第4図に示すようなラ
テラル形と第5図に示すよ5なノ毫−テイカル形とがあ
る。ラテラル形PNPN素子は第4図に示すように、N
形基板17の横方向tCP−N−P−N領域を形成し、
その上にシリコン酸化膜などの透明で絶縁性の膜18.
AAなどで構成される電極19を設けて端子Aを陽極、
端子Kを陰極、端子0をゲートとしたものである。なお
、RexはPNPN素子が立上りの速い順方向電圧で誤
点弧する特性(dv/1を特性と呼ばれている)を抑制
し、安定した信頼度を確保するための抵抗、即ちdv/
dt耐量特性を向上させるためにゲート・陰極間に挿入
した抵抗である。またパーティカル形PNPN素子は第
5図に示すように、P形81基板21上にN形81層1
7′を設け、これKP+拡散層25及び必要なP−N領
域を設けたもので、図中下の方からP、N。
P、Nと縦形に素子が形成されているためパーティカル
形と呼ばれている。同、ここでは抵抗R61Eは省略し
である。
第4図及び第5図ともに、PNPN素子駆動のための発
光ダイオード14の光は、接合J、を集中的に照射する
構造になっているものの、接合J、 、 J。
も同時に照射される。第6図(a) 、 (b)は、P
NPN素子の動作説明図で、(1)は順方向に電圧が印
加された場合、−)は逆方向に電圧が印加された場合を
示す。マタ第7図(!1) 、 (b)はそれぞれ第6
 It(a) 、 (b)図示PNPN素子のバンド構
造を示す図であり、26は電子エネルギー分布、27は
正孔エネルギー分布であって、第7図(C)は電子エネ
ルギー分布の拡大図である。
第6図(@及び第7図(a)を参照してPNPN素子に
順方向に電圧を印加し、発光ダイオード14の光を照射
したときのPNPN素子の動作原理を説明すると、先ず
、PNPN素子に順方向の電圧を印加した場合電圧は主
として接合J、に印加され、空乏層がN層に広がる。こ
れをJllで示す。ここで、発光ダイオード14によっ
て空乏層Jam K光を照射すると、これに電子2B、
正孔29の電子・正孔対が発生する。そして、これらが
図中の矢印の方に進むと接合J、に印加されている電圧
を打ち消す方向に電界を発生するので接合J、の電位障
壁はなくなり、 PNPN素子は動作状態となる。この
場合、駆動特性は空乏層Jlに光を効率良く照射する程
良くなる・ 一方、 PNPN素子に逆方向に電圧を印加し、発光ダ
イオード14の光を照射した場合には、第6図(b)及
び第7図(b)K示すように、印加された電圧はほとん
ど接合J、にかかり、空乏層はN影領域に広がる。これ
をJllで示す。従って、発光ダイオード14の光がと
こに照射されると電子・正孔対が発生し、第61M(b
)の破線で示すように光漏れ電流が流れることになる。
第8図は上述のような特性のPNPN素子を用いてブリ
ッジ接続形通話路スイツデを構成した場合の動作説明図
であり、通話路スイッチを動作させるために4個のPN
PN素子10〜15に光を照射すると、PNPN素子1
0.11を介して電話機Tに電流■1が流れる他に、逆
方向に電圧が印加されたPNPN索子12.15に上記
の光漏れ電流2I、が流れる。この光漏れ電流は定電流
源で表わすことができ、本来電話機側に流れるべき電流
は、上記光漏れ電流に相当する分だけ少なくなることが
わかるから、第8図示回路の等価回路は第9図に示すも
のとなる。電話機に流れる電流が少なくなるとカーボン
送話機の出力は低下し、IT >> 2 ILの場合、
通話損失は近似的に次式で示される。
仮に、I、 = 3011ム、2■、として既存の代表
的なスイッチの特性を用い11=1〜211Aとすると
、通話損失はα6〜α6 dBとなる。この値は、線路
抵抗に換算すると58〜750にも相当する大きなもの
であり、前述の第2図示回路を第5図示回路に変更する
ことによって得られた直流抵抗の減少による通話損失の
改善効果を相殺してしまうものである。従って、プダツ
ジ接続形通話路スイツデでは前記漏れ電流を減少させな
い限り、通話損失的には従来の通話路スイッチに比べ改
善されたことにはならない。
本発明は、以上のような従来技術のもつ問題点の原因解
明の過程を経て為されたものであり、以下実施例につい
て説明する。
第10図は本発明の原理説明因であり、第6図と同一符
号は同一部分を示し、15は總蔽物である。PNPN素
子を小さな駆動電流で動作させるためには、接合Jmv
c効率良く光を照射することであるが、一方、逆方向漏
れ電流を少なくするためには、接合J、に光を照射しな
いことである。従って、接合J、と発光ダイオード14
との間Ellll種物を設置し発光ダイオード14の光
を遮断すれば、光漏れ電流を大幅に減少させることがで
きる。そこで、本発明では接合J、に光が入射されない
構造にしたものである。陶、本発明は、陽極ムと陰極に
との間に逆方向に電圧を印加したときに電圧が印加され
る接合とPNPN素子駆動用発光源との間に該接合への
光の照射を紡げる嬉蔽物な設けるものであり、第10図
では接合JaK抵抗RGKが並列接続されており接合J
sには低い電圧しか加わらないので該接合J、を遮蔽し
なかったものである。従って、抵抗Raxを設けない場
合は、接合J1も遁蔽する。
第11因はラテラル形PNPN素子へ本発明を適用した
実施例の素子断面図であり、第4図と同一符号は同一部
分を示し、20は電極兼透光物である。この実施例は、
第4図の陽極端千人が接続されている電極19を電極兼
備光物20としたものである。即ち、電極面積を陽極の
P形拡散領域より大きくし、発光ダイオード14に対向
する空乏領域J1の領域全体を覆うことによって発光ダ
イオード14の光を遮断するものである。実験によれば
、電極の設計を最適化することによって光漏れ電流を7
〇−減らすことができ、第6図示通話スイツデに適用し
た場合、通話損失なα1dB以下にすることができた。
一方、空乏層Jllへの光照射は電極兼透光物20を設
けたことによって影響を受けるものではないので、駆動
電流には影響はなかった。淘、電極兼透光物20の材料
としてはAA等が使用できる。
第12図は本発明の別の実施例の素子断面図であり、光
纏蔽板としてM等の電極19の他に他の不透明層24を
併用したものである1、この纏先物となる不透明層24
は透明な絶縁膜23を介して空乏層J11上に設けられ
る。該層24は絶縁性のものであり、例えば半導体用ホ
トレジスト等を炭化させ遮光性を持たせたものや、塗料
などが利用できる。
第13図はパーティカル形PNPN索子へ本発明を適用
した実施例の素子断面図であり、第5図と同一符号は同
一部分を示し、20は電極兼値先物である。パーティカ
ル形はラテラル形と異なり接合J、がN形8i層17′
とP+拡散層25との接合のみでなく、N形81層17
′とP形8i基板21との接合をも含むので電極電値光
物20の線光効果はラテラル形はど大きくないが、N形
8i層17′の深さを深くすることにより照射光22が
空乏層Jllの領域で吸収され、N形81層17′とP
形8盪基板21との接合まで達しないように素子設計す
ればラテラル形と同様の効果が得られる。
以上の説明から判るように、本発明は、逆方向光漏れ電
流の原因となる光照射な光逅蔽物で遮光したものであり
、極めて逆方向光漏れ電流の小さなPNPN素子が得ら
れる。従って、本発明のぺぺ素子を用いてブリッジ接続
形通話路スイツデを構成すれば、通話損失が極めて少な
いスイッチが実現でき、このスイッチを電子化ボタン電
話機や電子化PBXに適用した場合には通話品質の良い
システムが実現できる等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は通話路スイツテマ) リクスの構成図、第2図
及び第6図は通話路スイッチの回路構成図、第4図は従
来のラテラル形PNPN素子の断面図、fIs5図は従
来のパーティカル形PNPN素子の断面図、第6図(a
) 、 (b)はPNPN素子の動作説明図、第7図は
PNPN素子のバンド構造を示す図、第8図はPNPN
素子を用いたブリッジ接続形通話路スイッチの動作説明
図、第9図は′!J8図示回路の等価回路図、s10図
は本発明の原理説明図、第11図〜第16図は本発明の
それぞれ異なる実施例の素子断面図である。 17はN形基板、17′はN形8i層、18.23は絶
縁膜、19は電極、20は電極兼遮光物、21はP形8
i基板、22は照射光、24は不透明層である。 特許出願人  日本電信電話公社 代理人弁理士  玉蟲久五部 外5名 第1図 第3図 第4図 l1li5図 巳                        
     C第9図 第11図 14) 第12 1i21 4 第13  図 、14

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 陽極となる第1のP形半導体領域と該領域に接する第1
    のN形半導体領域と該領域に接する第2のP形半導体領
    域と該領域に接する第2のN形半導体領域とを備えた光
    駆動形PNPNスイッチ素子において、前記第1のN形
    半導体領域と前記第2のP形半導体領域の接合は遮光す
    ることなく前記第1のP形半導体領域と前記第2のN形
    半導体領域の接合及び前記第2のP形半導体領域と前記
    第2のN形半導体領域の接合の少なくとも一方を透光す
    る値蔽物を設けたことを特徴とする光駆動形PNPNス
    イッチ素子〇
JP11179981A 1981-07-16 1981-07-16 光駆動形pnpnスイツチ素子 Pending JPS5812361A (ja)

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