JPS58213482A - 光結合装置 - Google Patents

光結合装置

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JPS58213482A
JPS58213482A JP57096589A JP9658982A JPS58213482A JP S58213482 A JPS58213482 A JP S58213482A JP 57096589 A JP57096589 A JP 57096589A JP 9658982 A JP9658982 A JP 9658982A JP S58213482 A JPS58213482 A JP S58213482A
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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オトカプラという
。)は、一対のリードフレームのうち、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1−1さらに。
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た構成のものが多かつ九
この種のフォトカプラにあっては、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かくことがその
光量損を少なくシ、入光量に対する光電変換幼木を向上
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、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、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i%農作工程中での
厳密な管理が要求されるため、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に必要となるため
、このことが生産性を一層低下させている。
この発明は上記のような従来の欠点を改善するためにな
されたものであり、光結合度が高く、シかも、生産性の
高い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几めに、半
導体基板の主面上vcn形層とp形層とをヘテロ接合層
を介して積層状にエピタキシャル成長させるとともに、
この成長層に溝を形成して相対向する発光素子と受光素
子とを形成し、発光素子にかけるヘテロ接合層と受光素
子におけるヘテロ接合層とを光学的VC接合させたもの
である。
1°半導体基板の主面上にエピタキシャル成長法によっ
てn形層およびp形層をヘテロ接合層を介して成長させ
る場合、これらn形層、ヘテロ接合層およびp形層を平
担かり′均一に形成させることは容易である。そのため
、エピタキシャル成長層に溝を形成して相対向する発光
素子と受光素子とを形成させると、発光素子におけるヘ
テロ接合層と受光素子にかけるヘテロ接合層とは、半導
体基板主面の同一レベルで対向するよう′になり、これ
によって1発光素子の射光路と受光素子の入党路とが厳
密な生産管理を要せずに容易に合致され、光学的結合変
の高いフォトカプラが得られる。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定めの工数が不
要となり、画素子間を透光性樹脂でモールドする必要も
ないので、製作工程の簡略化や製品の小形化が容易に達
成される。
ま九、この発明の好適な実施例によれば、エピタキシャ
ル成長層を発光素子と受光素子とに分割するための溝が
湾曲状に形成され、たとえば、発光素子側の発光面が凸
状に張出されるのに対して受光素子側の受光面が凹入状
に陥入されるので。
発、光面積および受光面積が拡大され、しかも、そのレ
ンズ効果によって光結合効果がさらに高められたものと
なる。
さらに、この発明の他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、エピタキシャル成長層
がALCaAs三元混晶半導体からなるので、発光素子
および受光素子がともにALGaAs三元混晶坐導体で
構成され、従来のようにシリコン系素子を受光素子とし
て用い友ものに比べて高速応性のフォトカプラの提供が
可能とな()、しかも1発光素子と受光素子との間にす
ぐれた光学的マツチング状態が得られ、その結果、耐ノ
イズ性にすぐれた大きな光電流を得ることができるよう
になる。
この発明によって得られる発光素子および受光素子のn
形層、ヘテロ接合層およびP形接合層は半導体基板上に
エピタキシャル成長させて形成されるので、GaとAL
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n形層、ヘテロ接合層およびp形接合層となる。
さらに他の好適な実施例によれば1発光素子および受光
素子にはそれぞれ反射形電極層が設けられるため、発光
素子にお偽ては射出守光量増加の効果があり、受光素子
においては入射光のうちの反射形電極層に到達した光が
反射されて再び受光素子のへテロ接合層へ入射され、こ
れが受光素子の光電変換に寄与することとなるので、そ
の光電変換効率が高められ、性能向上につながる。
つぎに、この発明の実施例を図面にしたがって説明する
第1図に示されるように、この発明に係るフォトカプラ
は、≠導体基板lの主面上に、エピタキシャル成長法に
よって同時に形成された発光素子2と受光素子8とを有
し、これらの発光素子2と受光素子8とが半導体基板l
の幅方向に延びるように形成された直線上の溝4によっ
て一定の空間8を保持して水平方向で対向されている。
この状態において1発光素子2と受光素子8とは同時に
共通のエピタキシャル成長層6によって形成されたもの
であるため、それらのn形層とp形層との間に形成され
る各ヘテロ接合層、すなわち発光層6および受光層7は
、半導体基板1の主面上の同一レベルで対向し、それら
の射光路および入党路が完全に合致されている。そのた
め、このようなフォトカプラrcおいては、高い光結合
度が得られる。
ここにおいて、受光素子8がフォトダイオードとして構
成される場合には′%第2図に示されるよ7うに、発光
素子2は、半導体基板1上において下刃為ら順に積層さ
れたn形層8.p形層9および反射形電極層10かもな
る薄膜層群と、半導体基板1の裏面に形成された裏面電
極層11とから構成され、そのPN接合部はへテロ接合
層からなる効率の高い発光層6とされた発光ダイオード
として構成される。この場合、受光素子8は、半導体基
板1上において下から順に積層されたn形層12、p形
層181反射形電極層14およびn形層12上に形成さ
れた電極層15によ′つて構成され、PN接合部は受光
*7とされたフォトダイオードとして構成される。
一方、受光素子8がフォトトランジスタとして構成され
る場合には、第8図に示されるように。
半導体基板1上において下から順に積層されたn形層1
6.=p形層17、n形層181反射形電極層19およ
びp形層17上に形成された電極層20からなる薄膜層
群によって構成され、そのPN接合部はへテロ接合層か
らなる発光層6とされ九発光ダイオードとして構成され
る。この場合、受光素子8は、半導体基板l上において
下からn形層21.p形層22およびn形層28が順に
積層され7tNPNへテロ接合フォトトランジスタとし
て形成され、そのn形層28がエミッタ、p形層22が
ベース、n形層21がコレクタをなし、二層 電ツタ電極としてはn形層28上の反射形電極2△ 4、ペース電極としてはp形層22上の電極層2B、コ
レクタ電極としては半導体基板1の裏面電極層26がそ
れぞれ用いられる。
以上におい゛C1第2図に示される発光素子2側の反射
形電極層lOおよび裏面電極層11にはそれぞれ外部リ
ード端子27.28が接続されるのに対し、受光素子8
側の反射形電極層l雇および電極N415にもそれぞれ
外部リード端子29.80tIg接続される。1また、
#g8図に示される発光素子2側の反射形電極層19お
よび電極層20にはそれぞれ外部リード端子81.82
が接続されるのに対し、受光素子8@の反射形電極層2
4、電極層25および裏面電極層26にもそれぞれ外部
リード端子8g、84.86が接続される。
つぎに、半導体基板1がGaAs半導体からなI】、エ
ピタキシャル成長層6がALG&All三元混晶半導体
からなる場合の上記フォトカプラの製作手順について説
明する。
まず、製品としてのフォトカプラにおける発光素子2の
発光出力および波長と、受光素子8の受光感度および帯
域幅とが最適状態でマツチングするよりなALとG&と
A8の組成を化学量論に%とすいて決定する。すなわち
、A1GaAs系三元混晶半導体の組成ALxGa1−
xAaにおけるX値を発光素子2および受光素子8の各
薄膜層について決定する。これは、発光素子2の発光出
力および波長、受光素子8の受光感度および帯域幅が、
それぞれのn形Jij8.12.16.18゜21.2
2とp形層9.’13.17.22におけるALGaA
s系三元混晶十三元混晶半導体GaとAsの組成によっ
て決定されるPNヘテロ接合部、すなわち発光層6〉よ
び受光層7それぞれのエネルギギャップによって左右さ
れる7%らである。
つぎに、Gaを溶媒とし、GaAsおよびAAを溶質と
する液相条件において必要な濃度を、上記した各々のX
値にもとづいて理論計算によって求め、Ga%GaAs
およびAAの各々の材料を必要量準備する。また、n形
層8.12.16.18.21.22を形成する場合は
、上記材料に対してSnまたはTeをドーピングし、p
形層49゜18.17.22を形成する場合はGeをド
ーピングする。こう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GaAs半導体基板l上
に、上記した各薄膜層群(n形層およびp形りを順次積
層上に成長させ、PNヘテテロ合層6,7を形成させる
。仁の後、蒸着法あるいはスパッタ法などを利用して、
Cr、AuGe、AuZn%Au!in%人見あるいは
N1などの材料で反射形電極層10.14.19.24
を形成させ、つぎに1、エツチング、レーザビーム加工
放電加工などの化学的方法あるいは物理的方法によって
所定幅の溝4を形成して発光素子!!および受光素子8
を形成する。この場合、#I#4は少なくともエピタキ
シャル成長層6の厚み程度の深さのものとして形成する
。最後に、p形層18および反射形電極層14、n形層
18および反射形電極層19、n形層28および反射形
電極層24を加工し、蒸着法あるいはスパッタ法などに
よって電極層16.20,2.6を形成するとともに、
裏面電極層11.26をあわせて形成する。そして。
外部リード端子27〜85を接続する。
なお、上記説明においては、n形層およびp形層の形成
のために液相エピタキシャル成長法を利用した場合を説
明したが、気相あるいは分子線エピタキシー法を用いて
も同様の薄膜層が得られる。
第5図に、上記第8図に示されたフォトカプラにおける
発光素子2の出力と受光素子8の受光感度との関係が示
されている。これから明らかなように、発光素子出力と
受′光素子感度との間にはすぐれた光学的マツチング状
態が得られる。なか。
第5図は、受茜素子をフォトトランジスタとして構成り
、エミツタ層(n形層)はAlO,85GaO,65A
a、ベース#(p形層)はALQ、95G&0.95A
8、コレクタ層(n’形層)ハAj、O,Q5GaO,
95Asの均一組成であり、また、発光素子および受光
素子のベースとエミツタ層間のPNヘテロ接合にて発光
ダイオードとして発光させ比ものである。
つぎに、第4図は他の実施例を示したものである。すな
わち、この実施例では、エピタキシャル成長層5を発光
素子2と受光素子8とに分割するWII4を、その中央
部において半円弧状に湾曲させている。そのため、発光
素子2fc凸状の張出部2aが形成される一方、受光素
子8にはこの張出部2aに対向する四入秋の陥入部8a
が形成される。
乙のようなものによると、第1v!Jrc示されたよう
な溝4が直線状に形成されているものに比べて発光層6
の発光面積および受光層7の受光面積が増大し、そのレ
ンズ効果によって画素子間の光結合効果が一層向上する
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例によりフォトカプラ明図、第
4図は他の実施−例によるフォトカプラを楕念的に示し
た斜視図、第6図は発光素子出力と受光素子の受光感度
の一例を余す図である。 l・・・半導体基板、2・・・発光素子%ga・・・発
光素子の張出部、3・・・受光素子、8a・・・受光素
子の陥入部、4・・・溝、6工ビタキシヤル成長層、6
・・・発光層、7・・・受光層、8,12.16.18
.21゜28・・・n形層、9.1g、17.22・・
・p形層、10.14,19.24・・・反射形電極層
。 特許出願人 立石電機株式会社 μ 訓 A  11↓ 紐姑閣紮fha 17*)!l
凪第1図 第2F1 第3図 手続補正書(自制 昭和58年 2月10日 特許庁長官殿 1、事件の表示 特願昭57−096589号 2、発明の名称 光結金装置 3、補正をする者 事1・1との関係 特許出願人 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 郵便片P)’550 5、補正命令の日付 @和=二門し:=」ヒ:=丑ヨ発式田y    自発的
6、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄ならびに図面。 7、補正の内容 ム、明細書: (1)第6頁第18行目; 「接合」とあるを「結合」と訂正します。 (2)第4頁第2行目; 「平担」とあるを「平坦」と訂正します。 (3)第5頁#115行目および同頁筒19行目;「p
形接合層」とあるを「p形層」と訂正します。 (4)第9頁第17行目; 「AtXGaニーXA8Jとあるを[AtxGa、 −
XAIIJと訂正します。 (5)第9頁第18行目および第10貞第9行目;「X
値」とあるを「X値」と訂正します。 (6)第10頁第2行目および同頁筒12行目:r21
.22Jとあるをr21.2tJと訂正します。 30図面 : 第6図を別紙のとうり補正します。 以上

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 上*+*ニーe:::;:G=、二:::二で一二二□ 長させるとともに、この成長層に溝を形成して相対向す
    る発光素子と受光素子とを形成し1発光素子におけるヘ
    テロ接合層と受光素子におけるヘテロ接合層とを光学的
    に結合させてなる光結合装置。 (2)  l¥を湾曲状に形成し九特許請求のli!t
    I!A第1項記載の光結合装置。 (3)中溝体^板がGaAs半導体からなり、エピタキ
    シャ宛戎長層がALGaAs三元混晶半導体からなる特
    許請求の範囲@1項または第2項記軟の光結合装置。 (4)発光素子および受光素子に反射形電極層を設けた
    特許請求の範囲第1項、第2項プたは第8項記載の光結
    合装置。
JP57096589A 1982-06-04 1982-06-04 光結合装置 Granted JPS58213482A (ja)

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