KR19980070786A - 고체 릴레이 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR19980070786A
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구사까데루오
오이시미쯔마
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가네꼬히사시
닛본덴기가부시끼가이샤
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Abstract

발광소자와 수광소자를 구비한 고체 릴레이와 그 제조 방법이 개시되어 있다. 평면 사이리스터, 포토다이오드, 포토트랜지스터, 또는 유사한 수광소자가 Si 기판 또는 웨이퍼 상에 형성된다. 수광소자의 표면은 SiO2, PSG(인 규산염 유리), 또는 유사한 투명 절연막으로 덮인다. ITO(인듐 주석 산화물) 또는 유사한 투명막, 유기 박막, 및 금속 전극이 투명 절연막 상에 순서대로 형성되어, 발광소자를 구성한다. 이러한 적층물은 다이싱에 의해 칩 형태로 웨이퍼로부터 분리된다. 상기 칩은 리드 프레임에 본딩되고, 와이어 본딩에 의해 리드 프레임의 리드들에 접속되며, 다음에 에폭시 수지 또는 유사한 수지로 밀봉된다.

Description

고체 릴레이 및 그 제조 방법
본 발명은 고체 릴레이(solid relay) 및 그 제조 방법에 관한 것이며, 구체적으로는, 일체로 구성된 발광소자와 수광소자를 구비하며 제조가 용이한 고체 릴레이 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일본 특허 공개 공보 제 58-213481호는 일체로 구성된 상기 발광소자 및 수광소자와 가장 유사한 포토커플러의 구조를 개시하고 있다. 포토커플러를 제조하기 위해, 각각 수 십 미크론 이하의 두께를 가지는 AlGaAs 3원 혼합 결정 반도체층들이 액상 에피텍셜 성장에 의해 GaAs 결정 기판 상에 형성된다. 특히, N형 AlGaAs층이 GaAs 결정 기판의 주 표면 상에 형성된다. 그 다음에, P형 AlGaAs층들과 N형 AlGaAs층들이 상기 N형 AlGaAs층 상에 서로 교대로 형성된다. 최종적인 4 또는 5층 블럭이 발광소자와 수광소자를 구성한다.
그러나, 상기 구성의 포토커플러는 그 발광소자와 수광소자가 서로 일체로서 형성되었지만 몇 가지 해결되지 않은 문제점이 있다. 첫째, 발광소자와 수광소자가 서로 절연 분리되지 않는다. 둘째, 특성, 안정성, 및 가격 면에서 화합물 반도체 디바이스를 능가하며 광범위하게 사용되는 Si 디바이스에 대해서는 사용될 수 없다. 셋째, 일반적인 반도체 디바이스를 고려하면, 포토커플러는 특수한 결정 재료와 특수 제조 공정, 예를 들어, 전용 설비와 제조 라인이 필요하다.
본 발명에 관련된 고체 릴레이의 기술 분야에서는, GaAs 발광소자(발광 다이오드 또는 LED)와 Si 수광소자(포토다이오드 또는 포토트랜지스터)를 분리하고 조립 또는 패키징 동안에 광학적으로 이들을 결합시키는 것이 일반적인 방식이다.
본 발명에 관련된 기술은 예컨대, 일본 특허 공개 공보 제 61-225879호 및 제 63-208322호에도 개시되어 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 안정된 디바이스 특성을 가지며, 제조가 용이하고, 저렴한 고체 릴레이 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
입력측으로 입력된 제어 신호에 응답하여 출력측에서 전력 또는 전류를 제어하기 위한 본 발명의 고체 릴레이는 입력측에 배치된 발광소자와, 출력측에 배치되고 발광소자에 광학적으로 결합된 수광소자를 구비한다. 수광소자는 평면 Si 디바이스이지만, 발광소자는 평면 Si 디바이스를 덮는 SiO2막 상에 형성된 박막 EL 디바이스이다.
도 1은 종래의 포토커플러를 도시한 단면도.
도 2a 및 2b는 종래의 고체 릴레이를 도시한 사시도와 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 고체 릴레이의 제1 실시예를 도시한 전면도.
도 4a - 4e는 도 3의 고체 릴레이를 제조하기 위한 단계들의 시퀀스를 도시한 단면도.
도 5a - 5e는 도 4a - 4e에 도시된 단계들 이후의 단계들의 시퀀스를 도시한 단면도.
도 6a - 6c는 도 5a - 5e에 도시된 단계들 이후의 단계들의 시퀀스를 도시한 단면도.
도 7은 칩 형태의 제1 실시예의 평면도.
도 8a 및 8b는 각각 패키지의 형태로 조립된 제1 실시예를 도시한 평면도와 단면도.
도 9는 제1 실시예의 작동 원리를 도시한 단면도.
도 10은 제1 실시예를 나타내는 등가 회로도.
도 11은 본 발명에 따른 고체 릴레이의 제2 실시예를 도시한 평면도.
도 12는 제2 실시예를 나타내는 등가 회로도.
도 13은 본 발명에 따른 고체 릴레이의 제3 실시예를 도시한 단면도.
도 14는 제3 실시예의 평면도.
도 15는 제3 실시예를 나타내는 등가 회로도.
도 16은 Si 결정의 파장과 양자 효율 간의 관계를 도시한 그래프.
도 17은 Si 결정의 파장과 흡수 계수 간의 관계를 도시한 그래프.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
4a, 4b : 제1 확산층
9a, 9b, 9c : 개구
12 : 투명 전극
13 : 유기막
14 : 금속 전극
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 및 장점은 첨부된 도면을 참조로 한 다음의 상세한 설명으로부터 자명해질 것이다.
본 발명을 보다 잘 이해하기 위해, 도 1에 도시된 종래의 포토커플러를 간단히 참조한다. 일체로 구성된 발광소자와 수광소자를 구비한 상기 포토커플러는 일본 특허 공개 공보 제 58-213418에 개시되어 있다. 도시된 바와 같이, 포토커플러는 GaAs 결정 기판(51)과 기판(51) 상에 형성되고 각각 수 십 미크론 이하의 두께를 가지는 AlGaAs 3원 혼합 결정 반도체층들을 포함한다. 3원 혼합 결정 반도체층은 혼합비를 변화시킴으로써 N형층들과 P형층들을 연속적으로 적층시키는 것이 가능한 특징이 있다. 특히, N형 AlGaAs층(52)이 GaAs 기판(51)의 주 표면 상에 형성된다. 다음에, P형 AlGaAs층(53), N형 AlGaAs층(54), 및 P형 AlGaAs층(55)가 순서대로 N형 AlGaAs층(52) 상에 형성된다. 서로 교대로 형성된 N형층들과 P형층들은 블럭을 구성한다. 층들(52 및 53)은 발광소자를 형성하고, 층들(54 및 55)는 수광소자를 형성한다. 도 1에는 또한 반사막(56), 전극층들(57 및 58), 출력 리드 단자(60 및 61), 및 입력 리드 단자(62 및 63)가 도시되어 있다.
도 2a 및 2b는 본 발명에 관련되며 고체 릴레이 기술에 광범위하게 사용되는 종래의 고체 릴레이의 특수 구조를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, GaAs 발광소자(LED)와 Si 수광소자는 서로 분리되어 있다. 발광소자와 수광소자는 패키지에 조립될 때 광학적으로 서로 결합된다. 참조기호(70 및 72)는 각각 흑색 외부 수지와 흰색 내부 수지를 표시한다.
본 발명에 따른 고체 릴레이의 양호한 실시예들이 아래에 기술될 것이다.
(제1 실시예)
본 발명을 구체화한 고체 릴레이를 설명하기 위해 도 3- 9를 참조한다. 간단한 실시예에서, SiO2막이 Si 기판의 주 표면 상에 형성된다. 개구가 SiO2막 내에 형성된 후에, Si 기판에 대해 도전형이 반대인 불순물이 예를 들어 2개의 제1 확산층들을 형성하도록 기판 내에 확산된다. 제2 확산층은 제1 확산층들 중 하나에 형성되고, 그 다음에 미리 선택된 금속 전극들이 형성된다. 그 다음에, 적층물의 전체 표면이 투명 보호층으로 덮임으로써 사이리스터(PNPN 구조를 가진 스위칭 디바이스)를 완성한다. 투명 전극, 유기 박막, 및 금속 전극이 순서대로 보호막 상에 형성된다. 이러한 제조 단계까지는, 적층물이 웨이퍼 형태로 취급된다. 칩이 웨이퍼로부터 분리된 후에, 고체 릴레이는 반도체 IC(집적 회로)와 동일한 방식, 즉, 칩을 리드 프레임의 아일랜드에 다이 본딩하고, 그것을 와이어 본딩에 의해 리드 프레임의 리드들에 접속시킨 다음에, 수지로 밀봉함으로써 제조된다.
특히, 도 4a에 도시된 바와 같이, 두께가 0.5 mm - 1mm이고 직경이 6 - 12인치이며 인 또는 유사한 N형 불순물로 도핑된 웨이퍼 형태의 Si 기판(1)이 준비된다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 0.5 ㎛ - 1.5 ㎛ 두께의 SiO2막(2)가 예를 들어 900℃ - 1,200 ℃의 온도에서 0.5 - 10 시간 동안 열 산화가 행해짐으로써 기판(1) 상에 형성된다. 웨이퍼의 전면 상에 형성된 SiO2막(2)의 부분과 웨이퍼의 배면 상에 형성된 부분은 각각 SiO2막들(2a 및 2b)로서 언급된다. 다음에, 도 4c에 도시된 바와 같이, 복수의 개구들(3)이 포토리소그래피에 의해 SiO2막(2a) 내에 형성된다. 붕소 또는 유사한 P형 불순물이 1,200 ℃의 온도에서 0.5 - 3 시간 동안 개구들(3)을 통해 기판(1) 내에 확산된다. 그 결과, 도 4d에 도시된 바와 같이, 두 개의 제1 확산층들(4a 및 4b)가 기판(1)에 형성된다. 이 때에, P형 불순물은 SiO2층으로 인해 기판(1)의 배면으로는 확산되지 않는다. 2개의 제1 확산층들(4a 및 4b)만이 도시되어 있지만 적합한 다른 수의 확산층들로 대체될 수 있다. 산화 분위기로 이루어지는 열 확산 동안에, SiO2막들(5a 및 5b)가 각각 확산층들(4a 및 4b) 상에 새롭게 성장한다. 도 4e에 도시된 바와 같이, 성장된 SiO2막(2b) 내에 포토리소그래피에 의해 개구(6)이 형성된다. 이 때에, 배면 SiO2막(2b)이 제거된다.
그 다음에, 인 또는 유사한 N형 불순물이 예를 들어 850 ℃ - 1,100 ℃의 온도에서 0.25 - 1.5 시간 동안 SiO2막(5b)의 개구(6)가 기판(1)의 배면을 통해 확산된다. 그 결과, 도 5a에 도시된 바와 같이, 2개의 제2 확산층들(7a 및 7b)가 각각 제1 확산층(4b)과 기판(1)의 배면에 형성된다. 열 확산 동안에, SiO2막들(8a 및 8b)이 제1 확산층들(4a 및 4b)의 형성 시와 동일한 방식으로 새롭게 성장한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 전극들을 위한 접촉을 실현하기 위해 순서대로 SiO2막들(5a, 8a, 및 5b) 내에 개구들(9a, 9b, 및 9c)이 형성된다. 이와 동시에, 배면 SiO2막(8b)가 제거된다.
도 5c에 도시된 바와 같이, Al 또는 유사한 금속의 박막(10)이 스퍼터링 또는 유사한 기술에 의해 전체 적층물의 전면 상에 형성된다. 그 다음에, 도 5d에 도시된 바와 같이, 금속막(10)이, 다음에 상세히 설명될, 사이리스터의 애노드, 캐소드, 및 게이트를 각각 구성하는 전극들(10a, 10b, 및 10c)을 형성하기 위해 패터닝된다. 그 다음에, 도 5e에 도시된 바와 같이, 적층물의 전면이 CVD(화학 기상 증착)에 의해 형성된 SiO2막, 인-규산염 유리(PSG)막, 또는 유사한 투명 보호막(11)로 덮인다. 도 7에 도시된 바와 같이, 보호막(11)이 개구들(15a, 15b, 및 15c)와 함께 형성되어, 리드 프레임의 리드들에 접속되는 와이어들이 본딩될 수 있다. 개구들(15a-15c)는 각각 사이리스터의 애노드, 캐소드, 및 게이트를 추출하는 데 사용된다. 상기 공정에 의해 제조된 Si 디바이스(사이리스터)는 릴레이가 완성될 때 감광성 스위치 디바이스를 구성할 것이다. 지금까지 설명된 공정은 범용 사이리스터 제조 라인에 의해 실현될 수 있다. 즉, 상기 Si 디바이스는 범용 사이리스터 제조 라인으로부터 선정된 사이리스터에 의해 실현될 수 있다.
도 6a-6c는 발광소자를 제조하기 위한 단계들의 시퀀스를 도시하고 있다. 먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, ITO(인듐 주석 산화물)막 또는 유사한 투명 전극(12)이 도 5a-5e에 도시된 공정에 의해 제조된 Si 디바이스 상에 스퍼터링 또는 이온 도금에 의해 형성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 투명 전극(12)은 평면도에 도시된 바와 같이 포토에칭에 의해 패터닝된다. 물론, ITO막은 예를 들어 SnO2, In2O3또는 ZnO2막으로 대체될 수 있다. 더우기, 전극(12)은 수 옹스트롬 정도로 얇고 투명한 Au막에 의해 실현될 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 800 옹스트롬 - 3,000 옹스트롬의 박막(13)이 CVD 또는 유사한 기술에 의해 투명 전극(12) 상에 형성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 유기막(13)이 패터닝된다. 도시된 실시예에서, 유기막(13)은 금속 마스크를 사용하여 섀도우 마스크 방법에 의해 패터닝된다. 상세하게는, 유기막(13)은 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 및 전자 주입층을 구성하는 2 - 5층 또는 그 이상의 층들의 적층물이다. 유기막(13)은 유기 박막 전자발광(EL) 디바이스에 사용 가능하고 CVD 처리 시에 막을 형성할 수 있는 임의의 재료로 형성될 수 있지만, 이 재료는 바람직하게 높은 내열성을 가져야 한다. 전형적으로, 알루미늄과 옥신의 합성물에 의해 실현된 발광소자, 테트라 또는 펜타 트리페닐라밀(triphenylamil) 유도체 또는 스타배스트 아민(starbast amine) 유도체에 의해 실현된 정공 수송층, 및 브랜치 옥사디오졸(branched oxadiozol) 유도체에 의해 실현된 전자 수송층으로 구성된 적층물이 사용된다. 높은 내열성이 필요한 응용을 위해, 유기 박막 EL 디바이스는 황화아연(ZnS) 또는 유사한 무기 물질을 사용한 박막 EL 디바이스로 대체될 수 있다.
도 6c에 도시된 바와 같이, 금속 전극(14)은 CVD를 사용한 섀도우 마스킹에 의해 유기막(13) 상에 형성된다. 금속 전극(14)는 작은 일함수를 가진 예를 들어 Li 도핑 Al 또는 MgAg로 형성된다. 이와 동시에, 와이어 본딩을 위한 본딩 패드들이 형성된다. 특히, 도 7에 도시된 바와 같이, 본딩 패드(16a 및 16b)가 유기 박막 EL 디바이스의 애노드, 및 캐소드를 유도하기 위해 형성된다.
평면도 상의 특정 면적이 도 3 및 7을 참조로 설명될 것이다. 제1 확산층들(4a 및 4b)는 각각 100 ㎛ × 400 ㎛ 및 150 ㎛ × 400 ㎛의 크기를 가지며 서로 75 ㎛만큼 간격을 유지한다. 유기 박막(13)은 170 ㎛ × 600 ㎛의 크기를 가지고 금속 전극(14)는 85 ㎛의 폭을 가진다. 칩 크기는 0.8 mm × 1.0 mm이다. 본딩 패드들(16a 및 16b)와 보호막(11)의 개구들(15a - 15c)은 각각 125 ㎛ × 125 ㎛의 크기이다. 물론, 이러한 면적들은 단지 예시적인 것이다.
복수의 적층물들이 도 5a - 5e 및 6a - 6c를 참조로 설명된 공정에 의해 Si 기판 또는 웨이퍼(1) 상에 생성된다. 도 7에 도시된 칩(30)은 Si 기판(1)을 다이싱(dicing)함으로써 생성된다. 도 8a 및 8b에 도시된 바와 같이, 칩(30)은 Fe-Ni42 합금 또는 Cu로 형성된 리드 프레임(17) 내에 포함된 아일랜드(17a)에 본딩된다. 이를 위해, Ag 페이스트 또는 유사한 접착제(18)가 사용된다. 그 다음에, 칩(30)은 예를 들어 25 ㎛의 직경을 가진 Al 와이어들을 사용한 와이어 본딩에 의해 리드 프레임(17) 내에 또한 포함된 리드들(17b)에 접속된다. 그 다음에, 칩(30)은 밀봉되고 에폭시 수지 또는 유사한 수지(19)에 의해 위치가 고정된다. 리드 프레임들이 절단된 후에, 패키지의 리드들은 고체 릴레이를 완성하도록 트리밍된다. 근본적으로, 완성된 고체 릴레이는 4개의 상이한 전극 단자들을 구비한다. 발광소자의 전극 단자들은 애노드와 캐소드로 언급하고, 수광소자의 전극 단자들은 애노드(A)와 캐소드(K)로 언급하기로 한다. 게이트(G)로서 제공한 전극 단자가 도 8a 및 8b에 또한 도시되어 있으며 사이리스터(수광소자)의 스위칭 감도를 조절하는 데 사용된다. 실제로, 스위칭 감도를 제어하기 위해 게이트(G)와 캐소드(K) 사이에 저항이 접속된다.
도 9는 상기 고체 릴레이의 동작 원리를 설명하는 단면도이다. 전극 단자(K)가 기준 전위에서 유지된다고 가정한다. 그 다음에, 전극 단자(A)는 정(postive) 전위로 바이어스된다. 그 결과, 사이리스터의 3개의 PN 접합, 역방향으로 바이어스된 PN 접합 간에, 공핍층(20)이 형성된다. 이러한 상태에서, 전극 단자들 A와 K 간에는 전류가 흐르지 않으며, 사이리스터는 스위치 오프(switched off) 상태를 유지한다. 유기 박막 EL 디바이스(발광소자)가 광을 방사하기 위해 전류가 애노드로부터 캐소드로 흐른다고 가정한다. 광은 투명 전극(12)와 SiO2막(2)을 통해 사이리스터로 입사되도록 전달된다. 그 결과, 공핍층(20)의 부근과 그 주위에서 생성된 전자 정공쌍들은 이동과 확산으로 인해 이동한다. 그러나, 사이리스터는 스위칭 디바이스틀 통해 흐르도록 생성된 트리거 전류로 인해 스위치 온(switched on)이 된다.
상기 광 구동을 이루기 위해서는, 발광소자의 방사 파장과 수광소자 내의 대응 전자 정공쌍들을 조사하는 것이 필요하다. 도시된 실시예에서, 유기 박막 EL 디바이스는 전형적으로 5,000 옹스트롬 - 6,000 옹스트롬의 방사 파장을 갖는다. 수광소자 또는 Si 소자에 대해서, 도 16 및 17은 각각 Si 결정의 양자 효율과 파장 간의 관계와 흡수 계수와 파장 간의 관계를 도시하고 있다. 일반적인 BaAs계 LED로써 가능한 약 7,000 옹스트롬의 전형적인 파장에서는, 흡수 계수가 크고 광이 Si 결정으로 깊게 침투하는 것을 방지하며, 또한 양자 효율은 낮다. 그러므로, 원칙적으로는, 구동 능력이 제한된다. 그러나, 실제로는, 방사와 수광 간의 광 결합이 강화되고 사이리스터의 감도(단자들 G와 K 간의 저항)가 조정 가능하기 때문에 구동능력이 충분하다.
도 10은 도 8a 및 8b에 도시된 릴레이를 전기적인 기호를 사용하여 도시하고 있다. 점선으로 둘러싸인 부분은 수지(19)로 밀봉된 패키지를 나타낸다.
(제2 실시예)
도 11 및 12를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예가 설명될 것이다. 제1 실시예는 하나의 패키지를 위해 수광소자를 실현한 단일 사이리스터를 사용하였으나, 제2 실시예는 하나의 패키지를 위해 2개의 사이리스터를 사용한다. 간단히 말하면, 본 실시예서는, 2개의 사이리스터가 양방향 스위칭 디바이스를 구성하기 위해 역 병렬 구조로 접속되고 유기 박막 EL 디바이스에 의해 선택적으로 구동된다. 특히, 2개의 사이리스터는 나란하게 형성되고 금속 전극 또는 배선(10)에 의해 역 병렬 구조로 접속된다. 이러한 면에서, 도 11에 도시된 바와 같이, 리드 전극들은 단자(1)(T1)과 단자(2)(T2)로서 언급될 것이다. 도시된 실시예에서, 제1 확산층들이 형성될 때, 도시는 생략되었으나, 확산 저항이 동시에 형성된다. 확산 저항은 금속 전극(10)이 형성될 때 전극 단자들(G 및 K) 사이에 저항으로서 접속된다. 이러한 구성에서, AC 100 V의 상용 전원이 단자들(T1 및 T2) 사이에 접속된다. 주 회로의 전력 또는 전류를 제어하기 위해 릴레이의 애노드와 캐소드 사이에 제어 신호가 공급된다. 도 12는 전기적인 기호를 사용하여 릴레이를 도시하고 있다. 점선으로 둘러싸인 부분은 수지(19)로 밀봉된 패키지를 나타낸다.
(제3 실시예)
도 13 - 15는 사이리스터 대신에 수광소자로서 포토다이오드를 사용한 본 발명의 제3 실시예를 도시하고 있다. 특히, 본 실시예에서는, Si 디바이스에 의해 실현된 포토다이오드가 형성되고, 그 다음에 유기 박막 EL 디바이스가 포토다이오드 상에 형성된다. 포토다이오드는 예를 들어 파워 MOSFET(금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터)의 게이트를 구동하기 위해 스위칭 디바이스를 구동한다.
보다 구체적으로, 도 13에 도시된 바와 같이, SiO2막들(2)이 N형 Si 기판 또는 웨이퍼(1)의 모든 주 표면들 상에 형성된다. 포토리소그래피에 의해 전면 SiO2막(2) 내에 개구가 형성된 후에, 제1 확산층(4)를 형성하기 위해 개구를 통해 기판(1) 내에 P형 불순물이 확산된다. 제2 확산층(7)을 형성하도록 기판(1)의 전체 배면을 통해 N형 불순물이 확산된다. 포토리소그래피에 의해 성장된 SiO2막(도시 생략) 내에 개구(6)가 형성된 후에, Al 박막이 스퍼터링 또는 유사한 기술에 의해 형성되고 그 다음에 금속(10)을 형성하도록 패터닝된다. 보호층(도시 생략), 투명 전극(12), 유기 박막(13), 및 금속 전극(14)가 금속 전극(10) 상에 순서대로 형성된다. 각각의 층은 제1 실시예와 동일한 방법으로 패터닝된다.
도 14에 도시된 바와 같이, Si 기판(1)은 칩(31)을 분리시키기 위해 다이싱된다. 칩(31)은 접착제(18)을 사용한 다이 본딩에 의해 리드 프레임(17)의 아일랜드에 본딩된다. 본 실시예에서, 접착제(18)로는, 도전성 재료가 사용된다. 도 13에 도시된 제2 확산층(7)은 원하는 저항 접촉을 형성하는 데 사용된다. 그 다음에, 도시는 생략되었지만, 칩(31)은 와이어 본딩에 의해 리드 프레임의 리드들에 접속되고 다음에 수지(19)로 밀봉된다. 이는 제1 실시예에 대해 설명된 공정을 따른다.
도 13에 도시된 단자(K)가 기준 전위에서 유지된다고 가정한다. 다음에, 단자(A)는 공핍층(20)이 포토다이오드의 PN 접합 내에 형성된 결과로써 부(negative) 전위로 바이어스된다. 전류가 애노드로부터 캐소드로 흐르게 되어, 유기 박막(13)이 광을 방사한다. 이 광은 투명 전극(12)와 SiO2막(2)를 통해 전달되어 공핍층(20)과 그 주위로 입사된다. 그 결과, 광기전력이 포토다이오드 내에 생성된다. 도 14에 도시된 평면도에서, 칩(31)은 약 350 ㎛ × 350 ㎛의 크기이다. 도 15는 전기적인 기호를 사용하여 릴레이를 도시하고 있다. 포토다이오드는 그것을 구동하도록 파워 MOSFET의 게이트에 접속된다. 도 15에 도시된 다단계 구성은 요구되는 구동 전압을 보장한다. 수광소자의 역할을 수행하는 포토다이오드는 원한다면 포토다이오드 만큼 대중적인 포토트랜지스터로 대체될 수 있다.
요약하면, 본 발명은 다음과 같은 다양한 새로운 장점들을 가진 고체 릴레이 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
(1) 수광소자는 범용 SI 디바이스, 즉, 양산된 평면 사이리스터에 의해 실현될 수 있다.
(2) 양산된 웨이퍼를 사용하고 Si 디바이스 제조 공정에 적합한 CVD 공정을 추가함으로써, Si 소자의 보호막 상에 발광소자의 유기 박막 EL 디바이스를 용이하게 형성하는 것이 가능해진다.
(3) 발광소자와 수광소자가 상기 항목(2)의 공정에 포함된 SiO2막 또는 유사한 절연막에 의해 분리되기 때문에, 이들은 높은 항복 전압을 이룬다. 이는 수광소자에 접속된 고 전압, 대 전류 주회로와 저전압, 소전류 제어 회로 간에 양호한 절연 분리를 설정한다.
(4) 발광소자와 수광소자가 서로 일체로 구성되어 있기 때문에, 릴레이는 오늘날 광범위하게 사용되는 2칩형 고체 릴레이보다 더 용이하게 조립될 수 있다. 종래의 화합물 반도체 디바이스는 비록 일체 구조를 가졌지만 전극 재료, 특성의 안정성, 제조설비의 개선도 등에 문제가 있다. 본 발명은 Si 디바이스 조립 공정을 또한 사용함으로써 이러한 문제점을 해결한다.
본 기술 분야에 숙련된 당업자는 본 발명의 가르침을 받은 후에 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 수정을 가할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 입력측으로 입력되는 제어 신호에 응답하여 출력측의 전력 또는 전류를 제어하기 위한 고체 릴레이에 있어서,
    상기 입력측에 배치된 발광소자; 및
    상기 출력측에 배치되고 상기 발광소자에 광학적으로 결합된 수광소자
    를 포함하되, 상기 수광소자는 평면 Si 디바이스를 포함하고, 상기 발광소자는 상기 평면 Si 디바이스를 덮는 SiO2막 상에 형성된 박막 EL 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 릴레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수광소자와 상기 발광소자는 각각 평면 사이리스터와 유기 박막 EL 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 릴레이.
  3. 제2항에 있어서, 상기 발광 소자를 구성하는 상기 유기 박막 EL 디바이스는 CVD에 의해 상기 수광소자 상에 형성된 것을 특징으로 하는 고체 릴레이.
  4. 제1항에 있어서, 상기 출력측은 상기 수광소자와 파워 스위칭 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 릴레이.
  5. 제4항에 있어서, 상기 수광소자는 최소한 하나의 포토트랜지스터 또는 최소한 하나의 포토다이오드를 포함하고, 상기 파워 스위칭 디바이스는 파워 MOSFET을 포함하는 것을 특징으로 고체 릴레이.
  6. 제1항에 있어서, 상기 박막 EL 디바이스는 무기 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 고체 릴레이.
  7. 제1항에 있어서, 상기 발광소자는 웨이퍼 형태의 일괄 처리에 의해 상기 수광소자 상에 적층된 것을 특징으로 하는 고체 릴레이.
  8. 제7항에 있어서, 상기 발광소자와 상기 수광소자로 구성된 블럭이 칩 형태로 상기 웨이퍼로부터 분리되고, 그 다음에 다이 본딩에 의해 리드 프레임의 아일랜드(island)에 설치되고, 다음에 와이어 본딩에 의해 상기 리드 프레임의 리드들에 접속되고, 다음에 수지로 밀봉됨으로써 패키지를 형성한 것을 특징으로 하는 고체 릴레이.
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