JPS58213481A - 光結合装置 - Google Patents

光結合装置

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JPS58213481A
JPS58213481A JP57096588A JP9658882A JPS58213481A JP S58213481 A JPS58213481 A JP S58213481A JP 57096588 A JP57096588 A JP 57096588A JP 9658882 A JP9658882 A JP 9658882A JP S58213481 A JPS58213481 A JP S58213481A
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JP
Japan
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light
receiving element
emitting element
layer
semiconductor substrate
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JP57096588A
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English (en)
Inventor
Masahiro Nonaka
野中 正煕
Tsukasa Takeuchi
司 竹内
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Omron Corp
Original Assignee
Tateisi Electronics Co
Omron Tateisi Electronics Co
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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
    • H01L31/12Semiconductor 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 structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H01L31/16Semiconductor 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 structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources
    • H01L31/167Semiconductor 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 structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources the light sources and the devices sensitive to radiation all being semiconductor devices characterised by potential barriers
    • H01L31/173Semiconductor 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 structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources the light sources and the devices sensitive to radiation all being semiconductor devices characterised by potential barriers formed in, or on, a common substrate

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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】 この発明は発光素子と受光素子とを光学的に結合させた
光結合装置に関するものである。
従来のこの種の光結合装置(以下、7+e)カプラとい
う。)は、一対のり一ド7レームのうち、一方のフレー
ムに発光素子を、他方のフレームに受光素子をそれぞれ
装着するとともに、これら画素子を所定間隔を維持して
対向配置し、さらK。
画素子間を透光性樹脂でモールドした後、成形樹脂によ
って所定の形状にパッケージし九構成のものが多かった
この種の7オトカプツにあっては、発光素子の射光路と
受光素子の入党路とを的確に合致させておくことがその
光量損を少なくし、入党量に対する光電変換効率を向上
させるのに重要である。しかしながら、従来のフォトカ
プラでは、上記のように1発光素子と受光素子とを各別
のフレームに装着する必要があり、しかも、画素子間を
透光性樹脂でモールドする必要があるために1画素子の
光路を厳密に一致させることが難しく、このことが製作
工程中での不良品の増加を招き、製品歩留りを低下さ゛
せている。また、画素子の光路を的確に合致させ、しか
も、製品歩留りを向上させようとすれば、製作工程中で
の厳密な管理が要求されるだめ、生産性の低下につなが
ることになる。さらに、発光素子および受光素子を各別
のフレームに装着するための工数が余分忙必要となるた
め、このことが生産性を一層低下させている。さらにま
た、発光素子と受光素子とが透光性樹脂モールドを介し
て対向している丸め、画素子相互間の光学的結合度が低
いものとなシやすい上、その小形化を達成しKくいとい
う欠点があった。
この発明は上記のような不都合や欠点を改善するため罠
なされたものであり、光結合度が高く、しかも生産性の
高い小形のフォトカプラを提供することを目的とするも
のである。
すなわち、この発明は上記目的を達成するために、半導
体基板の主面上に発光素子と受光素子とを積層状に配設
し、これらを光学的に結合させたものである。
この発明において、発光素子および受光素子は、それぞ
れ、厚さ数十ミクロン(μm)以下の薄暎層を多層に積
層することによって構成され、しかも、発光素子の発光
領域と受光素子の受光領域とが数百ミクロン以、下の透
明な薄膜群を介して近接されるため、上記発光領域と受
光領域との高度な光学的結合状態が容易に得られ、その
光量損がきわめて少なくなる上、小形化が容易に達成さ
れる。
加えて発光素子および受光素子をリードフレームに装着
するための工数が不要となるので、製作工程がffIJ
j18化される。
また、この発明の好適な実施例によれば、半導体基板が
GaAs半導体からなり1発光素子および受光素子がA
tGaAs三元混晶半導体からなるので、従来のように
シリコン系素子を受光素子として用いたものに比べて高
速応性の7オトカプラの提供が可能となり、しかも、発
光素子と受光素予きの間に良好な光学的マツチング状態
が得ら、れ、その結□  とができるようになる。さら
に、最上層に位置する発光素子の裏面′または受光素子
の裏面に反射膜が設けられるため、発光素子においては
射出光量増加の幼果があり、受光素子においては入射光
のうらの反射IlKに到達した光が反射されて再び受光
素子へ入射され、これが受光素子における光電変換(で
寄与することになるので、その充電変換効率が高められ
、性能向上につながる。
さらに、この発明の発光素子および受光素子を半導体基
板上に積層させるに際してエピタキシャルbZ k法を
用いる場合には、発光素子および受光斯子にふ・ける各
#膜層のGtnとA4との組成比の差異による格子不整
合が少なくなり、均一な薄膜成長層をもったフォトカプ
ラとなる。
つぎに、この発明の実施例を図面にしたがって4シε1
3j1する。
この発1.!l]のフォトカプラは、第1図に示すよう
に、半導体基板lの同−主面上に、薄膜構造の発光素子
2と受光素子3を上ドに積層し、受光素子3の受光領域
と発光素子2の発光領域上を対向配設して、画素子が光
学的に結合するように構成されている。
上記発光素子2は、第2図に示すように、上記半導体基
板l上のn形層44、P形層5の順に積層され、発光ダ
イオードとして形成される。この場合、n形層4の電極
は上記半導体基板lの裏面電極層10として形成される
。また、受光素子3け、第2図に示すようIIC,n形
層6、及びP形層7の順に積層形成されたフォトダイオ
ード、または、第3図に示すように、n形層16.P形
層17、n形層418の順に積層して、それぞれコレク
タ、ベース、エミッタを形成したフォトトランジスタと
して構成される。そして、受光素子3の裏面には、発光
素子2から発した光のうち、受光素子3を透過した光P
を反射させて、再び受光素子3に入射させて光電変換に
寄与させ、光電変換効率を向上させるために、反射膜8
が設けられている。
そして、上記のように1発光素子2、受光素子3、反射
膜8が積層配設されるとともに、上記各電極w45.6
.7.1O116,17,18ごとに階段状に段差をも
って形成ざ゛れており、これら電極層5.1O16,7
,16,17,18の露出面には、それぞれ入力側の外
部リード端子12.11、および出力側の外部リード端
子13.14.19.20,21が接続されている。な
お、9祉引出し電極層を示−している。
なお、上記実施側では、半導体基板1上に発光素子2、
受光素子3、反射111[8の順に積層して形成したが
、第4図に示すように上記受光素子3と発光素子2の位
置を入れかえ拳てもよい。このようにすれば、受光素子
3の受光領域を、発光素子20発光領域に対して、相対
的に広くできるので、一層効率のよい7オトカプラが得
られる。
りぎに、半導体基板1がGaAs半導体から冷°り、発
光素子2および受光素子3がAgGaAs三元混晶半導
体からなる場合の7オトカプ2を製作手順の一例を説明
する。
まず、フォトカブラに要求される応答スピード光電変換
効率、耐ノイズ性等を考慮して、発光素子20発光波長
と受光素子3の受光帯域幅を叶適状急にマツチングさせ
るように設定する。このようにして設定された、発光波
長及び受光帯域幅を実現するためにAlGaAs三元混
晶半導体のAtとGaとAsとの組成比を化学級論にも
とづいて決定する。
すなわち、三元混晶半導体の組成At xGa 1−x
AsにおけるX値を発光素子2および受光素子3を形成
する各薄膜層につbて決定する。そして、上記各薄1模
層をGaAs半導体基板l上に形成するために、たとえ
ば液相エピタキシセル法を用いるJllには、上記各w
i1閘層における上記x値を達成するために、Gaを溶
媒とし、 GaAsおよびAIを溶質とする液相条件に
おいて必要な各濃度を理論計算により求め、Ga s 
GaAs 、 AIの各々の材料の必要量を準備する。
また、上記各薄膜層のうち、n形層4.6.16.18
を形成する場合には、上記材料に対して激暇の5または
Teをドーピングする。P(杉−5,17を形成する場
合にはsGeをドーピングする。このようにして準備し
た材料を用いて液相エピタキシャル法によりn形のGa
As半導体基板上に上記各階11・)層を成長させ、n
形層とP形層の間にペテロ接合部を形成させる。つぎに
蒸着法、スノ譬ツタ法などによ”p At、 Ni #
Iの材料を用い、必要に応じて反射+1q 8を形成後
、エツチングまたはレーザービーム加工、放電加工など
により、n形またはP形の各薄膜層5.6.7.16.
17.18及び反射膜8を慎2図オたけ41r13図に
示すように1階段状に加工し、これらの上K、蒸着法、
スパッタ法など虻より Cy、 AuG1.A+iZn
、AuSn等の材料を用いて外部リード端子と接続する
ための引出し電極層9を形成する。次に同様にして、裏
面Ifft極−10を形成する。
そして、上記各電極層9と外部リード端子12.13.
14.11.19.20.21とを接続して、フォトカ
ブラを作製する。
上記のようにGaA+s半導体基板l上1cAzGaA
s三元混晶休からなるwI嗅層を用いて発光素子2およ
び受光素子3を形成することKより、第5図に示すよう
に、発光素子2と受光素子3.の光学的にすぐれた!ツ
チング状態が得られ、また、 G1As半導体基板l上
に各薄膜層を順次接層形成することKよって、上記受光
素子3の受光領域と上記発光素子2の発光領域との高度
な光学的結合が、光路の一致等に特別の注意をしないで
も容易に#られる。
また、上記各薄膜層は数ミクロンから数十ミクロンの厚
さの非常に燐いものであり、上記受光領域と発光領域が
数百ミクロン以下の透明な薄膜群を介して近接【7てい
るため光学的損失が極めて少なくなる。さらに、上記受
光素子3の裏面には反射膜°層8が配設され”Cいるた
め、受光素子3を透過した光は、ここで反射され再び受
光素子3へ入射させて光電変換に寄与させることができ
るので、光電変換効率が一層高いものとなる。
このような7オトカプラは上述した方法をζよって製作
されるが、その場合において、#膜層の形成にtよ、上
記した液相上、ビタキシiル法のほか、気相エピタキシ
ー法や分子線エピタキシー法を用いることも可能である
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の実施例によるフォトヵプラを概念
的に示した斜視図、第2図および第3図はその詳細説明
図、第4図はこの発明に係る他の実施例によるブオ′ト
カプラを概念的に示した斜視図、@5図は、第3図に示
さhたフォトカプラにおける発光素子及び受光素子の発
−受光スペクトル関係を示す図である。 1・・半導体基板、 2・・・発光素子、 3・・・受光素子、 4・・11・形層(n−A/ xIGal−xlAm 
)、5 ・))形層(P−AlzzGsi 1−zsA
+s )、6・・・、1形層(n−AzxaGmx −
zsAs )、7−P 形層 (P−AzxaGmx−
xaAs  )  、8・・・反射膜、 16−=−n形層(コレクタ層) (n;−AlziG
at sAs )、17 ・p形層(ペース層) (P
−AtxsGal−zsAs )、18 ・・叫1形層
(エミツタ層) (n−AzxvGal−zyAs )
、第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 (注りLBDの発光層= P−Al1.、QsGao、
NAsZオドトランジスタ (注2)    、     == n −A J o
 a G a 6 、、y A sの工毫ツタ層 手続補止讐!F(自発) 昭和58年 2”10n 特許庁長官殿 1、事件の表示 特願昭57−096588号 2、発明の名称 光結合装置 3、補正をする者 事件との関係 特許hH人 住 所−京都市右京区花園土堂町10番地名 称 (2
94)立石電機株式会社 4、代理人 郵便番号  550 明細書の「発明の詳細な説明」および「図面の7、補正
の内容 A、明細侮; (1)第6頁第5行目、同頁第9行目、同頁第11行目
、第8頁第17行目、第9頁第1行目 同頁第5行目、
第11頁第11行目(2個所)、同頁第13行目(2個
所)および同頁第16行目;「P」とあるをrpJと訂
正します。 (2)第8*@ 10行目; 「エピタキシセル」とあるを「エピタキシャル」と訂正
します。 (3)第8頁第16行目; 「微量」とあるを1微量」と訂正します。 (4)第9頁第9行目; 「al、huGllJとあるを「0rqAuGs Jと
訂正します。 (5)第10貞第4行目: 「得られる。」のつぎに下記の事項を加入します。 記 [なお、第5図において、曲$11Aは発光素子である
LID発光層(p −At0.050m0.96As 
)+7)特°性を示し、曲1MBは受光素子であるフォ
トトランジスタのエミツタ層(h −At0,3Ga0
.7As )の特性を示す。 」 (6)第11頁第1行目および同頁第1行目〜同頁第4
行目; 「斜視図jとあるを「説明図]と訂正します。 BJ面: 第6図および第5rgJをそれぞれ別紙のとうり補正し
ます。 以  上

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)半導体基板の主面上に発光素子と受光素子とを積
    層状に配設し、これらを光学的に結合させてなる光結合
    装置。 (!)半導体基板の主面上に下から順に発光素子と受光
    素子とを積層状に配設し、受光素子の裏面に反射膜を設
    けた特許請求の範囲第1項記載の光結合装置。 (3)半導体基板の主面上に下から順に受光素子と発光
    素子とを積層状に配設し、発光素子の裏面に反射膜を設
    けた特許請求の範囲第1項記載の光結合装置・ (4)受光素子が7゛オドトランジスタを九はフォトダ
    イオードである特許請求の範囲第1項、第2項または第
    3項記載の光結合装置。 (5)半導体基板がG1As半導体からなり、発光素子
    および受光素子がAlGmAm三元混晶半導体からなる
    特許請求の範囲第1項、第2項、第3項または第4項記
    載の光結合装置。
JP57096588A 1982-06-04 1982-06-04 光結合装置 Pending JPS58213481A (ja)

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JP57096588A JPS58213481A (ja) 1982-06-04 1982-06-04 光結合装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6025610A (en) * 1997-01-23 2000-02-15 Nec Corporation Solid relay and method of producing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6025610A (en) * 1997-01-23 2000-02-15 Nec Corporation Solid relay and method of producing the same

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