JPS6016109B2 - オプトエレクトロニク半導体遮蔽体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体デバイス特にオプトェレクトロニク半
導体デバイスに対する導電材料から成る遮蔽体を対象と
する。

光の送信器と受信器を光透過性の絶縁材料を通して結合
する際送信器と受信器の間に高い電場が存在すると特に
受信器の電気特性の変化が起る。

亀場の作用による希望されない、時には不可逆的の効果
は主として受信器に発生し、逆電流の増加、電流増幅率
の低下および動作点の移動等をひき起す。電気特性の大
きな変化は一般に半導体デバイスの作用を加重的に悪化
させる。この発明の目的は霞場の作用を阻止してそれに
伴う半導体デバイスの電気特性の変化を防止することが
できるオプトェレクトロニク半導体デバイス用の遮蔽体
を提供することである。

この目的はこの発明によれば光に対して透過性で十分な
導電性を有する半導体材料から成る遮蔽体を半導体デバ
イスにとりつけることによって達成される。

遮蔽体は４０仇のから１１０仇肌の間の波長の光に対し
て透過性であると特に有利である。

遮蔽体のとりつけに対しては半導体材料の方が金属材料
よりも有利な点がある。

金属遮蔽体の場合光の吸収損失が余り大きくならないよ
うにするためには極めて薄い層としなければならない。
このような薄い層は機械的および化学的の安定性に欠け
る。遮蔽体に半導体材料を使用すると実用波長範囲で吸
収を充分小さくすることができるから、電極層は充分な
機械的および化学的安定性が得られる厚さとすることが
できる。半導体材料として化合物半導体を選ぶことも有
利である。

例えばＡＩＢＷ、ＡＯＢＷ、Ａ皿ＢＶ、ＡＷＢＮ、ＡＶ
Ｂｍ、ＡのＢｎ、ＡＷＢＩ等の記号で表わされる化合物
半導体およびその混合物が使用される。遮蔽体を多結晶
半導体材料特にリシリコンで作ることも有利である。

多結晶半導体材料で作られた電極のとりつけ技術は既に
充分開発されている。更にポリシリコン層は高い比抵抗
のものを作ることができるからポリシリコン遮蔽体によ
って目的とする半導体デバイスの特性の改良は充分達成
される。ある応用分野では遮蔽体材料として半導体ガラ
スを使用することも有利である。

この発明による遮蔽体材料として非導電材料と導電材料
の混合物例えば二酸化シリコン（Ｓｉ０２）とクロムの
混合物を使用することも可能である。

この発明による遮蔽体はオプトェレクトロニク・カプラ
の発信側または受信側またはその双方に使用することが
できる。

オプトェレクトロニク・カプラでは、遮蔽体によって強
い亀場の作用から受信器を保護してその最良の動作状態
を確保することは確かに有利である。更にある場合には
受信器だけでなく半導体発信器にもこの発明による遮蔽
体を設ければ有利である。具体的な例としてはオプトェ
レクトロニク・カプラの受信側のフオトトランジスタま
たは増幅トランジスタに二つの遮蔽体を設け、その一方
は絶縁層で覆われたコレクタ・ベースｐｎ接合上に重ね
、他方は同じく絶縁層で覆われたベース・ェミツタｐｎ
接合の上に重ねる。その際それぞれの遮蔽体は常に多く
とも一つのトランジスタ領域にだけ導電的に結合される
。光受信器としてフオトトランジスタを使用する場合そ
れぞれの遮蔽体を一つのトランジスタ領域と結合するの
が経済的理由から特に有利である。半導体デバイスから
別別に引き出された接続線を遮蔽体に接触させることは
技術的に可能であるが通常これは不経済である。この発
明によれば遮蔽体層の光学厚さは遮蔽体においての反射
が最小となるように選ばれる。

これによってオプトエレクトロニク・カプラにおいて受
信器の受光効率を最高にすることができる。更にこの発
明によれば遮蔽体の電気抵抗を高くし、その抵抗値と遮
蔽電極とその下の半導体層の間の容量値の積である時定
数が遮蔽体をとりつけた半導体デバイスに与えられる信
号の最小立上り時間または減衰時間より大きくなるよう
にする。これによって遮蔽体を設けることによる信号立
上り時間または減衰時間の増大が防止され、同時に半導
体デバイスの特性の低下が阻止される。遮蔽体のとりつ
けは黍着によるのが有利である。特にポリシリコン電極
の場合蒸着によるとりつけは技術的に容易であり製作費
も低下する。特殊な目的に対しては遮蔽体材料の一つま
たはそれ以上の成分をガス相から析出させるか、分子線
として照射するか、スパッタリングによってつけること
により遮蔽体を設けることも有利である。例えばシリコ
ン遮蔽体の場合不活性ガスに混合したシラン（ＳｉＨ４
）、ジクロルシラン（ＳｉＱＣ１２）を熱分解して析出
させる。材料のスパッタリングによるか、または非導電
成分と導電成分を同時に蒸着することによって遮蔽体を
作ることも可能である。非導電材料としてはＳｉ０２が
、導電材料としてはクロムまたは鋼が使用される。二つ
の燕着源例えばＳｉ０２源とクロム源を使用して同時に
葵着することによってもこの発明の遮蔽体を作ることが
できる。洗い流し易い材料から沈降させることによって
半導体デバイス上にこの発明による遮蔽体を設けること
も有利である。次に図面と実施例によってこの発明を更
に詳細に説明する。

図面にはそれぞれこの発明による遮蔽体を備えたオプト
ェレクトロニク・カプラの三種の実施例が示されている
。

第１図に示したオプトェレクトロニク・カプラ１は光発
信部３と光受信部２から成り、受信部２はｎ型半導体基
板４に作られたフオトトランジスタである。基板４の中
央部分には表面９からドープされたｐ型領域５がある。
更に基板の表面からの拡散によりｎ型領域６が基板４の
ｎ型区域と中央のｐ型領域５内に作られる。半導体表面
９上の層７は二酸化シリコン層である。層８はげ型中央
領域６の金属接触であり導線１６によってデバイスの端
子１７と結ばれ、ｐ型領域５の接触１８は導線１９によ
って端子２０と結ばれ、基板４の接触層２１は導線２２
によって端子２３と結ばれている。層１０はこの発明に
よる遮蔽体である。

発信部３はｎ型半導体基板１３に作られた発光ダイオー
ドであり、基板表面１４にｐ型中央領域１１が拡散によ
って作られている。基板１３には接触電極層２１があり
導線２２によって端子２３と結ばれている。内表面１４
上の層１２は二酸化シリコンから成り、遮蔽体層１０と
重なっている。ｐ型領域１１の接触２４は導線２５によ
って端子２６と結ばれる。発光ダイオード３とフオトト
ランジスタ２は合成樹脂鋳造材１５によって結合されて
いる。第２図のカプラは発信部と受信部が共にダイオー
ドとして構成されている点で第１図のものと異っている
。

従って受信ダイオードも３として示されている。個個の
部分は第１図の同符号の部分と対応しているのでその説
明は省略する。第３図に示したオプトェレクトロニク・
カプラ３１は光発信部３３と光受信部３２から成り、こ
れらは合成樹脂鋳造材３４によって光学的に結合されて
いる。

鋳造材３４の形は発信部から出た光東ができるだけ損失
が少くまたできるだけ表面３６での全反射によって受信
部３２に到達するように選ばれている。オプトェレクト
ロニク・カプラの製作に当っては遮蔽体を受信側および
必要に応じて第１図、第２図に示すように発信側にも設
ける。

経済上の理由によりそれぞれの遮蔽体は多くとも一つの
トランジスタ領域だけに接続する。しかし経済上合理的
ではないがそれぞれの遮蔽体に接続を設け互に絶縁して
半導体デバイスから引き出すことも可能である。遮蔽体
の材料はある程度の電気伝導性を持っていなければなら
ない。

遮蔽体材料として金属を便用すると透光性の必要上極め
て薄い層としなければならないから機械的および化学的
安定性が低下する。遮蔽体材料として半導体材料を使用
する場合多結晶シリコン（ポリシリコン）が特に推奨さ
れる。

ポリシリコンは遮蔽体材料として半導体デバイスを障害
軍場から保護するのに必要な導電性と同時に充分な電気
抵抗を持ち半導体デバイスに導かれる信号の立上り時間
または減衰時間を長くすることがないから、半導体デバ
イスの作用はこの遮蔽体を設けることによって阻害され
ない。遮蔽体材料としてはこの外に化合物半導体特にＡ
ＩＢ肌型、ＡＯＢの型、ＡｍＢＶ型、ＡＷＢＷ型、ＡＶ
Ｂｍ、ＡのＢＯ型、Ａ肌ＢＩ型の化合物半導体およびそ
れらの混合物が使用される。具体的な例としてはョウ化
鋼ＣｕＪ、酸化鋼ＣＵ○、酸化ニッケルＮｉ○、酸化コ
バルトＣｏｏ、二酸化ウランＵ０２、硫化鉛ＲｂＳ、セ
レン化鉛Ｐ戊ｅ、酸化亜鉛Ｚｎ○、酸化チタンＴｉ０２
、三酸化タングステンＷ０３、酸化鉄Ｆｅ２０３、炭化
ケイ素ＳＩＣ、ヒ化ガリウム・アルミニウムＧａＡＩＡ
ｓ、ヒ化ガリウム・インジウムＧａｉｎＡｓ、硫化亜酸
ＺｎＳ、硫化カドミウムＣｄＳ、硫化鉛Ｐ根をあげるこ
とができる。更に別の遮蔽体材料としては半導体ガラス
が使用される。非導電材料と導電材料例えばＳｉ０２と
クロム、銅、銀、金の混合物も遮蔽体材料として使用す
ることができる。この発明による遮蔽体は半導体表面に
固着している酸化物費に必ずしも固く結合する必要はな
い。

遮蔽体を半導体表面と酸化物層からある間隔で離して置
くことも可能である。霞場効果を防止する点では第１図
に示した構造が特に適している。

この場合発信部は発光ダイオードであり、受信部はフオ
トトランジスタであって、その間を埋めた合成樹脂鋳造
材によって結合されている。電場効果を避けるためコレ
クタ・ベース・ダイオードとべ‐ス・エミツタ・ダイオ
ードの上に遮蔽体があってフオトトランジスタを外部電
場に対して遮蔽する。この遮蔽によりフオトトランジス
タの電気特性値の変化が避けられる。従って外部電場が
あってもフオトトランジスタの動作と品質は良好に保持
される。発信側にも必要に応じて図に示すように遮蔽体
を設けることができる。しかし発信側の遮蔽体は総ての
場合に必要となるものではない。この発明による遮蔽体
の使用はオプトェレクトロニク・カプラに限定されるも
のではなく、この外のオプトェレクトロニク・半導体デ
バイスに対しても外部電場を遮蔽する必要がある場合常
に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図はこの発明による遮蔽体を
備えた三種類のオプトェレクトロニク・カプラの断面図
である。 ２・・・・・・受信部としてのフオトトランジスタ、３
・・・・・・発信部または受信部としての光ダイオード
、１０・・・・・・遮蔽体層。 Ｆｉｇ．ｌ Ｆｉ９．２ Ｆｉｇ．３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光透過性で十分な導電性を有する半導体材料から成
   り、前記半導体材料は化合物半導体（ＡIＢVII、ＡIIＢ
   VI、ＡIIIＢV、ＢIVＢIV、ＡVＢIII、ＡVIＢII、ＡVII
   ＢI）、またはこれらの化合物半導体の混合物、または
   多結晶半導体層（多結晶ガラス）、または半導体ガラス
   、または非導電材料と導電材料の混合物（ＳｉＯ＿２と
   Ｃｒの混合物）であることを特徴とするオプトエレクト
   ロニク半導体デバイス用遮蔽体。 ２ 遮蔽すべき半導体デバイスの半導体表面上に設けた
   遮蔽体は、半導体表面と遮蔽体との間に絶縁層を挾んで
   半導体表面のｐｎ接合に重なつていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の遮蔽体。 ３ 遮蔽体の電気抵抗は、遮蔽体の抵抗値と、遮蔽体と
   その下にあり遮蔽体とは異なる電位にある半導体層との
   間の容量値の積で与えられる時定数が半導体デバイスの
   最小信号立上り時間または立下り時間より大きくなるよ
   うな高さに選ばれていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の遮蔽体。 ４ オプトエレクトロニク・カプラにおいて送信側およ
   び受信側、または送信側と受信側のいずれか一方に設け
   られていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の遮蔽体。