JPS5949708B2 - 光半導体装置 - Google Patents

光半導体装置

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JPS5949708B2
JPS5949708B2 JP54075846A JP7584679A JPS5949708B2 JP S5949708 B2 JPS5949708 B2 JP S5949708B2 JP 54075846 A JP54075846 A JP 54075846A JP 7584679 A JP7584679 A JP 7584679A JP S5949708 B2 JPS5949708 B2 JP S5949708B2
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glass
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はケースにガラスのごとき光ファイバを設けこの
光ファイバを受光素子と光結合させた光ファイバ付き光
半導体装置に関するものである。
最近、半導体を使用した発光、受光素子及びガラスファ
イバの技術的進歩により電力制御の分野にも光を信号伝
送あるいはエネルギー伝送の手段として使用する例が増
えてきた。特に直流送電等の高電圧変換装置のように多
数のサイリスタを直並列接続して使用する場合には、ゲ
ート電源と高圧回路の絶縁の問題、耐ノイズ性、同時ト
リガ動作の確保の点からガラスファイバを使用した光ト
リガシステムがクローズアップされてきた。
このような電力制御用の光サイリスタではガラスファイ
バを受光ゲート領域に直接光結合させる必要がある。し
かし、ガラスファイバを光結合するに当つては光サイリ
スタのケースの気密性や熱放散能力を損なうことなくケ
ース内に導入できることおよび激しい温度サイクルに対
しても光結合が劣化しないようにすることが重要である
が、従来ではこれらの要件を十分に満足できるものはな
かつた。本発明は、このような点に鑑みてなされたもの
であり、構造を簡単にしてケースの気密性や熱放散性の
向上をはかるとともに、温度サイクルに対して光結合の
劣化を防止するようにした光半導体装置を提供するもの
である。
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明の一実施例を示すガラスファイバ付電力
用光サイリスタの断面構造図であり、第2図は第1図A
部の拡大図である。これらの図において、10はpnp
n四層構造を有してシリコンよりなる光サイリスタエレ
メントであり、この光サイリスタエレメント10はその
感光ゲート領域Tにガラスファイバ30を通して外部か
ら光が入射されてトリガするように平形圧接構造をもつ
ケース50によつて収容されている。前記光サイリスタ
エレメント10は、例えば高比抵抗(300Ωc!n)
のn形シリコン円板(直径501111)を基材にして
p形不純物を両面に全面拡散しその後片面にn形不純物
を環状に選択拡散して形成されたpnpn四層構造を有
し、p形エミツ夕層1と、n形ベース層2と、p形ベー
ス層3及び環状のn形エミツタ層4とからなる。
この場合、p形エミツタ層1は表面がアルミニウム層5
によつて円形のモリブデン支持板8に合金されてオーミ
ツクコンタクトされる。またn形エミツタ層4の表面は
アルミニウム層6が蒸着、ジッターされオーミツクコン
タクトが形成されており、その中心部分には表面より皿
状に10〜30ミクロン程度エツチングして光トリガす
るための受光ゲート領域Tが形成されている。ケース5
0は光サイリスタエレメント10をその両面から押圧し
て電気的、熱的に接続するように形成された導電部材と
しての陽極銅プロツク13と陰極銅プロツク21および
中空のセラミツク包囲器ITとからなり、陰極銅プロツ
ク21には後述するガラスフアイバ気密端子40が一体
的に組込まれる。
前記陽極銅プロツク13は、周側面に段部13aが形成
されており、その下面中心部分に外部との圧接組立を行
なう際に用いる位置決め用の小穴14が穿設されている
。そして、前記段部13aはコバールのような合金を使
用した段付リング15の一端が銀鑞16などによつて気
密鑞付されている。また、陽極銅プロツク13の周面は
アルミナで形成されたヒダ付きのセラミツク包囲器IT
が取り付けられ、この包囲器ITはその下部面がマンガ
ン−モリブデンのような金属でメタライズされた層を介
して銀鑞18により前記段付きリング15の他端と気密
鑞付されている。さらに、前記包囲器1?の上部面はコ
バールなどによつて形成されたフランジ19が銀鑞20
によ .り気密鑞付されている。陰極銅プロツク21は
、その周側面に段部21aを有し、中心部に段付き貫通
穴26aが軸方向に沿つて形成されるとともに、その貫
通穴26aの上部から円周方向に延びる溝26bが形成
されている。前記段部21aは ,銅製のくぼみ付きリ
ング22の一端と銀鑞23によつて気密鑞付され、この
リング22の他端はコバールのような材料よりなるフラ
ンジ24の端面に銀鑞25により気密鑞付されている。
40は金属製のベローズ2Tとスリーブ28お一よびガ
ラスフアイバ30から構成されるガラスフアイバ気密端
子であり、このベローズ2Tとスリーブ28は共にガラ
スフアイバ30と熱膨脹係数が近似した材料よりなり、
例えば0.1〜5×10−゜/℃の熱膨脹係数をもつガ
ラスフアイバ30の場合コバールが使用される。
ガラスフアイバ30は例えば0.5〜 2.5nの外径
を有し、その中心部分に光の透過率の高いコアガラスと
その外側に低屈折率のクラッドガラスが同心状に取り巻
いた構造を有する。このガラスフアイバ30は、その一
端を筒状のスリーブ28内に挿入して先端部分をスリー
ブ28の開口端より突出させるとともに、スリーブ28
との間隔部分にエポキシ34が充填されている。そして
、ガラスフアイバ30の突出部分とスリーブ28の開口
部がIP54O(米国、イノテツク社製)のフリツトガ
ラス31によつて加熱融着されている。また、前記スリ
ーブ28は両端に開口部を有するベローズ2T内に嵌入
されており、このスリーブ28の先端部分において前記
ベローズ27との間が銀鑞29によつて気密鑞付されて
いる。このようにして形成されたガラスフアイバ気密端
子40は、ベローズ2Tを陰極銅プロツク21に形成さ
れた貫通穴26a内に嵌入してこのベローズ2Tの一端
と前記陰極銅プロツク21の段部21aとの接合部分を
例えば鉛−錫−銀からなる半田32によつて気密鑞付け
して取付けられる。そして、この取付け後、ケース50
を構成する陽極銅プロツク13とともに光サイリスタエ
レメント10を次のようにして気密封止して組立てる。
すなわち、まずシリコーンゴムのような絶縁物で形成さ
れた断面L字状の位置決めリング12を陽極銅ブ頭ノク
13の段部外周にはめ込む。
この場合、位置決めリング12はモリブデン支持板8を
スムーズに嵌合可能な内径を有している。前記位置決め
リング12のはめ込み後、その内部に厚さ0.2U程度
の銀板11を陽極銅プロツク13上に載置し、そして位
置決めリング12内にモリブデン支持板8を収容し、こ
のモリブデン支持板8上に受光ゲート領域7を上にして
光サイリスタエレメント10を前記支持板8を介在させ
て銀板11に面接触するように載置する。次に、厚さ0
.5〜 1.01程度のモリブデンリング9を陰極側の
アルミニウム蒸着層6上に位置決めして載置する。この
場合、モリブデンリング9は位置ずれを防止するために
アルミニウム蒸着層6と合金接合してもよい。次いで、
光サイリスタエレメント10に形成された受光ゲート領
域Tの受光面及びガラスフアイバ気密端子40のガラス
フアイバ30の先端にそれぞれ透明でかつ弾力性に富む
シリコーンゴム33を付着させた後、これが固まらない
内にケース50の陰極側を光サイリスタエレメント10
上に載置し、両方をシリコーンゴムで結合させてそれを
加熱または常温で加硫して固着する。これによつて、前
記ガラスフアイバ30と光サイリスタエレメント10の
受光面との光結合を増進できる。しかる後、前記陰極側
を光サイリスタエレメント10上にかぶせた状態でフラ
ンジ19と24との外周部を揃えて窒素ガス中でアーク
熔接することにより、光サイリスタエレメント10がケ
ース5内に収容されて気密封止され、組立が完丁する。
以上のように、本発明による光サイリスタによると、ガ
ラスフアイバ30の入射端から導入される光はフアイバ
中のコアとクラッドガラスの界面を全反射しながら進行
してその出射面より光サイリスタエレメント10の受光
面に直接照射できるので、制御電源と電気的に絶縁しな
がら遠隔制御ができる。
そして、ガラスフアイバ30をその熱膨脹係数に近似し
た金属製のベローズ27とスリーブ28によつて気密鑞
付けしかつ前記ベローズ27と陰極銅プロツク21とを
気密鑞付けしているので、ガラスフアイバ30とケース
50との気密性を効果的に保持できる。また、前記ベロ
ーズ27のバネ作用を利用してガラスフアイバ30を所
定の圧力で光サイリスタエレメント10の受光面に接触
させることにより、このベローズ27は温度サイクルに
よる各部分の熱膨脹収縮差を吸収し、これによつて、ガ
ラスフアイバ30と前記受光領域7との接触を常に一定
に保持できる。さらに、ガラスフアイバ30は陰極銅プ
ロツク21の中心部で強く固定されしかも前記受光面と
の距離を非常に短かくでき、ガラスフアイバ30と受光
面との間が振動や衝撃によつて外れるのを防止できる。
さらにまた、ガラスフアイバ30を陰極銅プロツク21
を貫通する穴26aを通じて設けているので、従来の光
サイリスタのように高価なセラミツクよりなる包囲器に
穴をあけなくてもすみ、穴あけに伴なうペースやメタラ
イズが不要となり、コストの低減がはかれる。
また、従来のように光サイリスタエレメントと接触する
陰極銅プロツク面にゲートリードやガラスフアイバを通
すための横溝がないため、熱的接触が良好となり、接触
圧のアンバランスに伴なうストレスなどもない等の優れ
た効果がある。なお、上記実施例では光サイリスタの場
合について示したが、本発明は、これに限定されるもの
ではなく、光トライアツクや光トランジスタなどのよう
に光によつて制御可能な機能をもつ光半導体装置のすべ
てに適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す電力用光サイリスタの
断面構造図、第2図は第1図A部の拡大図である。 10・・・・・・光サイリスタエレメント、生』・・・
・・・ガラスフアイバ気密端子、鈍・・・・・・平形圧
接構造のケース、1・・・・・・p型エミツタ層、2・
・・・・・n形ベース層、3・・・・・・p形ベース層
、4・・・・・・n形エミツタ層、5・・・・・・アル
ミニウム層、6・・・・・・アルミニウム蒸着層、7・
・・・・・受光ゲート領域、8・・・・・・モリブデン
支持板、9・・・・・・モリブデンリング、11・・・
・・・銀板、12・・・・・・位置決めリング、13・
・・・・・陽極銅プロツク、14・・・・・・小穴、1
5・・・・・・リング、16,18,20,23,25
,29・・・・・・銀鑞、17・・・・・・セラミツク
包囲器、19・・・・・・フランジ、21・・・・・・
陰極銅プロツク、22・・一・・リング、24・・・・
・・フランジ、26a・・・・・・貫通穴、26b・・
・・・・溝、27・・・・・・金属製ベローズ、28・
・・・・・金属製スリーブ、30・・・・・・ガラスフ
アイバ、31・・・・・・フリツトガラス、32・・・
・・・半田、33・・・・・・シリコーンゴム、34・
・・・・・エポキシ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 互いに対向する一対の導電部材と中空の包囲器とを
    備えたケース内に受光面を有する光半導体エレメントを
    収容するに当り、上記一方の導電部材の中心に上記受光
    面に向つて貫通する穴を設け、かつ上記受光面にガラス
    ファイバの一方の端面を固着させるように上記貫通穴に
    嵌入して上記一方の導電部材に気密固着されたガラスフ
    ァイバ気密端子を設け、上記ガラスファイバ気密端子は
    ガラスファイバの先端外周に該ガラスファイバと熱膨脹
    係数が近似する金属製スリーブを被せて気密固着すると
    ともに該金属製スリーブの外周に両端に開口部を有する
    金属製ベローズの一端を気密固着し、かつ上記金属製ベ
    ローズの他端を上記貫通穴と対応する導電部材に気密固
    着することにより、上記ガラスファイバの他方の端面よ
    り導入される光を該ガラスファイバを通して上記受光面
    に入射させるようにしたことを特徴とする光半導体装置
JP54075846A 1979-06-13 1979-06-13 光半導体装置 Expired JPS5949708B2 (ja)

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RU2562744C2 (ru) * 2014-01-14 2015-09-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дагестанский государственный технический университет" Светотиристор

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