JPS5894218A - フオトカツプラ - Google Patents

フオトカツプラ

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JPS5894218A
JPS5894218A JP56192415A JP19241581A JPS5894218A JP S5894218 A JPS5894218 A JP S5894218A JP 56192415 A JP56192415 A JP 56192415A JP 19241581 A JP19241581 A JP 19241581A JP S5894218 A JPS5894218 A JP S5894218A
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light
gate
photocoupler
transistor
current
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Junichi Nishizawa
潤一 西澤
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Semiconductor Research Foundation
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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】 ーザダイオード,伝送線路としての光ファイバ及び受光
素子としてのp − i − nダイオード及びアバラ
ンシェフォトダイオードは,今日世界的にコストの低い
大容量通信ンステムとして開発され,大規模な実用化が
各所で推進されている。
従来のフォトカップラの受光素子であるp−i − n
 lイオード,アバランシエフォトダイオリスクは多く
の欠点を有している。
p − i − nダイオード,アバランシェフォトダ
イオードは,二端子素子であるために次段の素子とのフ
インレーション作用がないという欠点を有している。p
−i − nダイオードと7ハランシエフオトダイオー
ドは,空乏層に光を照射して動作させる為に比較的大き
な電圧を印加している。アバランシェフォトダイオード
は。
光により雪崩増倍をさせている為に非常に雑音が大きい
という重大な欠点を有している。
ハイポーラトランジスタを用いたフォトトランジスタは
利得が100程度と小さく,ベース抵抗が大きいために
非常に低速であるという欠点を有している。
第1図(イ)、(口)は従来のフォトカップラの一例で
ある。
第1図(イ)は発光素子としてGaAsの発光ダイオー
ド1,受光素子としてp−i−nダイオード2を用いた
フォトカップラである。
イオードを収容する容器(外囲器)である。2はアバラ
ンノエフォトダイオードの場合もある。動作は入力信号
11が発光ダイオード1に流れ、h−という光が発生し
、2のp −i −nフォトダイオードに■、という電
流が流れ、負荷抵抗RLに出力信号が出てくる。比較的
大きなバイアス電源を必要とすることと、ダイオードが
二端子素子であるために9次段の回路との結合に工夫を
要する欠点がある。
第1図(ロ)はバイポーラトランジスタ4を受光素子と
した従来のフォトカップラである。発光ダイオードlか
らの光h+はベースをフルーティングにしたバイポーラ
フォトトランジスタによって増幅される。バイポーラト
ランジスタはベース抵抗が大きく、動作速度が遅いとい
う欠点を有している。
このように従来のフォトカップラは、実用上大きな欠点
を有している。
本発明の目的は、静電誘導トランジスタ、静りにより受
光素子を形成することによ1ハ従来得られなかった高感
度、高速度、低電圧、低電流で動作するフォトカップラ
を提供することにある。
以下図面を参照して本発明を説明する。
第2図(イ)乃至(ハ)は2本発明のフォトカップラの
一実施例である。11は信号光を発生する発光ダイオー
ド又はレーザダイオードであり、13は受光素子として
のnチャンネルの静電誘導トランジスタないしは電界効
果トランジスタで、 14.15.16はそれぞれドレ
イン、ソース。
ゲート電極である。V(1@ I V(IBはそれぞれ
ドレイハンース間電圧源、ゲート・ソース間電圧源であ
り、RLは負荷抵抗である。又RGはゲートに接続した
ゲート抵抗で0から可変できる抵抗である。1zはフォ
トカップラとして外光を遮断するための容器(外囲器)
である。第2図(イ)乃至(ハ)は受光素子としての静
電誘導トランジスタのゲート・ソース間をそれぞれフロ
ーティングた動作例を示している。静電誘導トランジス
タはゲート間隔、ゲートの厚み、チャンネルの不純物密
度を変化させることによって、ゲート電圧が00ときに
よく電流が流れゲート電圧を逆バイアスにしたときに電
流が流れにくくなるノーマリオン型の工〜■特性を有す
るものと、ゲート電圧が0のとぎKは電流が流れないで
、ゲート電圧を順ノ・イアスにしたときに電流がよくな
いしは電界効果トランジスタであり、pチャノ不ルの静
電誘導トランジスタの場合には電源の極性を逆にすれば
良い。
静電誘導トランジスタが光に対して増幅する機構は、フ
ローテづングゲートの場合は、光がチャンネルに照射し
て電子、正孔対が生起し。
少数キャリアの正孔はゲートに集まりゲートが正に帯電
し、ゲート・ソース間の電位が下がり良に出力電圧Vo
utが生じる。順方向ノ・イアスの場合には、チャンネ
ルに照射された光により電子、正孔対が生起し、ゲート
・ソース間に電流が流れ、ゲート間のチャンネル領域(
真性ゲート領域)の電位が下がり、電子がソースからド
レインに流れることによって、負荷抵抗RLに出力電圧
V o u tが生じる。逆方向ノ・イアスの場合には
、チャンネルに照射された光により生起した電子、正孔
対のうち少数キャリアである正孔は買電゛位のゲートに
引き寄せられゲート・ソース間に電流が流れゲート抵抗
R6に電圧降下が生じゲートバイアスを浅くするように
なり、ソースよりトルインへよく電流が流れるようにな
り負荷抵抗RLに出力電圧を生ずる。
第2図ビ)乃至(→におけるように静電誘導トランジス
タをフォトトランジスタにしたときには、バイポーラト
ランジスタのようにベース抵抗が大きくないので、非常
に高速、高感度なフォトカップラが得られる。
てきだが、MI Sゲートのものでも良い。又静電誘導
トランジスタの構造は、埋込みゲート。
表面ゲート、切り込みゲート等で良いことはもちろんで
ある。Slの場合ゲートνンース、ドレイノの不純物密
度はおおよそ10゛〜10”cm−″・チャンネルの不
純物密度はおおよそ1×lO°ac11.−を以下とす
れば良い。
表面ゲート構造の静電誘導トランジスタを第2図(イ)
及び(ハ)の実施例、に従って測定をした結果、10“
 以上の増幅度が得られ1本発明のフォトカップラは従
来のフォトカップラよりも十分に利得が大きいことが判
明した。
第3図は本発明の別の実施例で、ゲートが接合ゲートで
はなくMISゲート、構造の静電誘導トランジスタを受
光素子としたフォトカップラである。
20はMISゲート構造の静電誘導トランジスタ+21
は発光素子で例えばGaAsの発光ダイオード、 22
.23.24はそれぞれドレイン21、受光素子20を
外光から遮断するための容器(外囲器)である。フォト
カップラとしての動作は第2図のものとほぼ同じである
第4図は受光素子と今静電誘導サイリスタとした本発明
の別の実施例である。
第4図(イ)はノーマリオフ型の静電誘導サイリスタ3
3と発光素子31及び光を遮光する外囲器32よりなる
フォトカップラである。34はアノード、35はカンー
ド、36はゲート端子であり、アノード・カンード間に
vA3  という電源と負荷抵抗RLが接続され、ゲー
ト・カンード間にはゲート抵抗R0が接続されている。
光が照射されないときには、33のサイリスタはノーマ
リオフであるので電流は流れな−い。光が照射され、ゲ
ート・カンード間に電流が流れ、Roに電圧降下が生じ
、ゲート・カンード間が導通状態になり7ノーF・カン
ード間に大きな電流が流れ、負荷抵抗RLに出力信号が
生じる。
次に光が照射されなくなると、ゲート・カン−て放電す
ることによって、ゲート・カン−1間は元の状態に戻り
、電流は遮断される。
第4図(ロ)は遮断状態を更に早くするためにゲート・
カン−)間に■。1の逆方向バイアス電源を接続したも
のである。38はノーマリオンあるいはノーマリオフ型
のnチャンネルの静電誘導サイリスタである他は第4図
と同じ構成のフtトカノブラ亭ある。       −
ノーマリオン型の静電誘導サイリスクの場合には、希望
する阻止電圧を与えるゲート・カンード間電圧を与えて
おく。オンするときは第4図計)と同じであるが、光が
消えて遮断するとぎには、ゲート・カンード1sf1.
に逆方向電圧が加わっているので、W、4図@)K示−
す実施夢[のものより有していする。静電誘導サイリス
クは、従来のp−n −p −nサイリスタがゲートに
よるター7オフ能力がないのにくらべて、完全にゲート
でターンオフさせることができること、オン電圧がと非
常に短くできるので、非常に能率の高(・スイッチング
ができるので、フォトカップラとした場合に大電力用に
非常に価値が高いといえる第6図は発光素子と受光素子
゛の静電誘導トランジスタ、電界効果トランジスタ、な
いしは静電誘導サイリスクを光、ファイノ・で接続した
構造の〕、オトカノズラである。゛3゛゛ 40社0発光素子、で例え1イ発光ダイオードやレーザ
ダイオード、41は光ファイノ・であって。
任意の、長さのものであり、42は帯電誘導)う7ノス
ター、電界効象トランジスタな〜・しは帯電誘導サイリ
スクである。42は本発明の実1例。
第2図乃至第4図のように・電源、負荷抵抗を、普続し
ておく。40に′より人力信号によって発光され゛だ光
は光デアイバ緋゛伝幡して42の静電誘導トランジスタ
、静電誘導サイリスタないしは電界効果トランジスタに
よって増幅され出力信号が得られる。光ファイ/・を発
光素子40から地からの信号伝送等には非常にS/N比
良く高速なフォトカップラとすることができる。
受光素子としての静電誘導トラ/ジスク、静電誘導サイ
リスタあるいは電界効果トランジスタはSlに限らず他
の半導体でも良いし、nチャンネルに限らすpチャンネ
ルでも良いことは勿論である。
外囲器は気密性、耐久力を増すために、光を減衰させな
い程度に樹脂等を入れたものでも良い。
以上説明したように本発明のフォトカップラは、一つの
発光素子と光を通す絶縁物を介して結合された静電誘導
トランジスタないしは電界効果トランジスタ、或いは静
電誘導サイリスクを接続した部分を有しており、非常に
高感度。
高速度、低電圧、低電流で動作を行うと共に。
受光素子以降の回路構成が簡単である等の利点を有し、
工業的価値は非常に高いものである。
【図面の簡単な説明】
1柵IIa58−94218  (4)、+、ij’J
M 1図(イ)1従来0受光素子と1に端子0タイオー
ドを用いたフォトカップラの構造図、第1図(1)は従
来の受光素子としてノ;イポーラトランジスタのフォト
トランジスタを用いたフォトカップラの構造図、第2図
乃至(ハ)(ま本発明の静電誘導トランジスタないしは
電界効果トランジスタを受光素子として用いたフォトカ
ップラのノプラの実施例、第4図(イ)、(ロ)は静電
誘導サイリスクを受光素子とした本発明のフォトカップ
ラの別の実施例、第5図は光の伝送路を光ファイかとし
たことを特徴とする本発明の別の実施例のフォトカップ
ラである。 1、11.21,31.40・・・・・・発光素子、 
3.12.25.32 ・・ 光を遮断する外囲器、1
3.20・・・・・・静電誘導トランジスタないしは電
界効果トランジスタ、 14.22 ・・・・・・ドレ
イ7 、15.23・・・・・・ンース、16.25・
・・・・・ゲート、 33.38・・・・・・静カンー
ド、36・・・・・・ゲート、42・・・・電源、抵抗
を含む本発明の第2〜4図に示す受光素子。 41・・・・・・光ファイ/; 特許出願人 第7図 酊2図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一つの発光素子と光を通す絶縁物を介して結合さ
    れた静電誘導トランジスタ゛ないしは電界効果トランジ
    スタを接続した部分を有することを特徴とするフォトカ
    ップラ。
  2. (2)一つの発光素子と光を通す絶縁物を介して結合さ
    れた静電誘導サイリスクを接続した部分を有することを
    特徴とするフォトカップラ。
JP56192415A 1981-11-30 1981-11-30 フオトカツプラ Pending JPS5894218A (ja)

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US06/519,779 US4629901A (en) 1981-11-30 1982-11-30 Photo coupler with static induction transistor type detector
DE8282903475T DE3278528D1 (en) 1981-11-30 1982-11-30 Photocoupler
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