JPH01235282A - 半導体装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体装置に関する。

〔従来の技術〕

例えば、ＦＥＴ　（半導体スイッチ素子）と、フォトダ
イオード（発光素子）およびフォトトランジスタ（受°
光素子）からなるフォトカプラーを組み合わせて、フォ
トダイオードに加わる信号に応じてＦＥＴがオン・オフ
動作（スイッチング動作）するという装置がある。この
装置は、フォトダイオードとフォトトランジスタの間は
、電気信号でなく、光信号で伝達される。そのため、こ
の装置は、半導体スイッチ素子側を入力側と電気的に切
り離す必要がある場合、あるいは、半導体スイッチ素子
側と入力側の電圧レベルが違う場合等に利用されている
。

このような装置は、通常、半導体スイッチ素子、発光素
子、受光素子をそれぞれ個別に作成して組み付け、各素
子間に電気配線を行うようにして製造されることが多い
。あるいは、第５図に示す半導体装置のように、フォト
カプラーと半導体スイッチ素子を個別に作成して両者を
組み付は各素子間に電気配線を行うようにして製造され
るものもある。

後者の半導体装置５０は、フォトカプラー５２が、別途
作成されたＦＥＴを有する半導体基板５１の上に組み付
けられており、フォトカプラー５２の光電変換アレイ（
受光素子）５３と、半導体基板５１のＦＥＴ間が半田付
け５４により接続されている。フォトカプラー５２は、
厚い透明絶縁基板５５の表面に発光素子５６が、裏面に
光電変換アレイ５３が形成されているものである０発光
素子５６の光は透明絶縁基板５５を透過して受光素子５
３に入るようになっている。

（発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記のような構成の半導体装置は、いず
れも受光素子と半導体スイッチ素子の間の電気配線が必
要であるため手間がかかり、生産性が良くない。

電子機器の小型化が推進されている昨今、この半導体装
置も小型化の要求が当然に強い。小型化のためには、各
素子それぞれを小型化することになる。そうなると、組
み付けの際、受光素子・半導体スイッチ間の位置合わせ
・配線が益々難しく生産性は、−層、低くなる。

また、透明絶縁基板５５の両面に発光素子５６と受光素
子５３を形成する場合は、−枚の基板の片面に素子を形
成してから、もう一方の素子を他の面に形成することに
なるため、先に形成された素子が後の素子を形成する際
に破損しないように特別に工夫する必要があり、この点
でも手間である。

この発明は、上記の事情に鑑み、生産性が高く、小型化
にも通した構成の半導体装置を提供することを課題とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するため、この発明にかかる半導体装置
では、受光素子が、半導体スイッチ素子を有する半導体
基板の表面に形成された絶縁膜の上に積層形成され、か
つ、発光素子が、同受光素子上に透明絶縁層を介して積
まれている。

〔作　　　用〕

受光素子は、半導体スイッチ素子を有する半導体基板の
上に形成された絶縁膜に積層形成されている。そのため
、受光素子の積層形成工程中に電気配線工程を組み入れ
ることができる。電気配線工程では、通常の半導体素子
の電極配線用のマイクロ加工技術による配線形成方法を
使用できる。

したがって、半田付けによる電気配線の必要がなく、小
型化にも十分に対応できる。

発光素子は受光素子の形成後に積まれている。

つまり、半導体基板の上に向け、受光素子、ついで発光
素子と積んでゆけばよいのである。従来のように絶縁基
板の表面に素子形成を行い、その後ひっくり返して裏面
に他方の素子を形成するという手間のかかる工程は必要
ない。

〔実　施　例〕

以下、この発明にかかる半導体装置を、その−例をあら
れす図面を参照しながら詳しく説明する第１図は、この
発明にかかる半導体装置の一実施例の構成をあられす。

第２図は、この半導体装置の等価回路をあられす。

半導体装置は、半導体スイッチ素子である電界効果トラ
ンジスタＴ、（以下、ｒＦＥＴＪと記す）、薄膜発光素
子（発光素子）Ｌｌ、および、光起電力素子アレイ　（
受光素子）Ｌｍを備えているＦＥＴは、並列に接続構成
された複数のＦＥＴユニットＴＵからなる。ＦＥＴユニ
ットＴＵは、半導体基板１にソース領域２とドレイン領
域３を備え、両領域２．３の間にチャンネル領域４を備
えている。さらに、このＦＥＴユニットＴＵは、チャン
ネル領域４の上に絶縁膜５を介してポリシリコンからな
るゲート電極６を備えている。チャンネル領域４のある
Ｐ゛層とソース領域３であるＮ゛層は、いわゆる二重拡
散不純物領域である。

したがって、ＦＥＴは、高耐電圧、高速動作に通したＤ
−ＭＯ３構造である。また、ドレイン電極９は、半導体
基板１裏面側にあり、したがって、ＦＥＴは縦型構造で
もある。７はソース電極であり、８はガードリング領域
である。

光起電力素子アレイＬ、はＦＥＴを有する半導体基板１
の表面に形成された絶縁膜１１の上に積層形成されてい
る。この光起電力素子アレイＬ２は、複数個の光起電力
素子（太陽電池）１２が直列に接続されている。個々の
光起電力素子１２は、電極１３．１４と両電極間のアモ
ルファスシリコンからなる２層１５．１ｒ５１６、Ｎ屓
１７とで構成すれたＰｉＮ型アモルファスシリコンフォ
トダイオードである。各層１５〜１７は、導電性薄膜（
Ｎｉ−Ｃｒ等）からなる電極１３の上に順に積層形成さ
れたものである。電ｆｆ１１４は、Ｉｎｔｏ８等のよう
な透明導電性薄膜であり、光信号が透過できるようにな
っている。各光起電力素子１２は、電極１４が隣接する
素子の電極１３に接触するように形成されることにより
直列に接続された状態になっている。

光起電力素子アレイＬ２とＦＥＴの間の電気的接続は以
下のようになっている。光起電力素子アレイし、の一方
の末端である左端の電４４１３の延長部１３′は、導電
層７′を介してゲート電橋５に接続され、他方の末端で
ある右端の電極１４は、延長部１３“を介してソース電
極７に接続されている。つまり、電極１３形成の際に絶
縁膜１１に窓を明け、受光素子と半導体スイッチ素子の
間の導通接続がとれるように延長部１３′、１３″を形
成しておくのである。

薄膜発光素子Ｌ１は、光起電力素子アレイＬ２の表面に
形成された透明絶縁膜（絶縁層）２０の上に積層形成さ
れている。透明絶縁膜２０は、例えば、５ｉｎｓ膜等で
形成されている。この薄膜発光素子Ｌ１は、透明導電性
薄膜からなる透明電極２１、電極２５と、透明電極２１
上に順に積層されたアモルファスシリコンカーバイドか
らなるＰ屓２２、ｉｌ’ｉｉ２３、Ｎ層２４とで構成さ
れている。

２６は保護用の絶縁膜である９発光素子り、の光は、透
明電極２１透明絶縁膜２０、および、透明電極１４を透
過して光起電力素子１２内に入り起電力を発生させる。

続いて、第２図を参照しながら、この半導体装置のスイ
ッチング動作を説明する。

入力端子３１．３１に信号が印加されると、薄膜発光素
子Ｌ＋が発光し、この光を受は光起電力素子アレイＬ８
は、その両端に電圧が誘起される。そうなると、ＦＥＴ
のゲートに電圧が加わってＦＥＴの導通状態が反転し、
出力端子３２．３２間の開閉状態が反転する。

入力端子３１．３１の信号が消滅すると、薄膜発光素子
り、は消光する。そのため、光起電力素子Ｌ８の両端に
は電圧もなくなるため、ＦＥＴの導通状態が再び反転し
、出力端子３２．３２間の開閉状態は元に復帰する。

続いて、他の実施例について説明する。

第３図および第４図は、それぞれ、この発明にかかる他
の実施例をあられしており、透明絶縁層より下の構成（
光起電力素子アレイＬ８およびＦＥＴを有する半導体基
板ｌ）は先の実施例と同じである。

第３図に示す半導体装置は、透明絶縁層が透明性のある
シリコン樹脂等の熱硬化性樹脂を塗布することに形成さ
れた絶縁層３５であり、薄膜発光素子り、はこの絶縁層
３５の上に積層形成されている。

第４図に示す半導体装置は、透明絶縁層が透明ガラス等
の透明絶縁基板３６からなり、薄膜発光素子Ｌ１は、こ
の絶縁基板３６の上に積層形成されている。絶縁基板３
６を使う場合、優れた絶縁性が確保できる。

透明絶縁層と発光素子は、予め透明絶縁層の上に発光素
子を形成しておいて、透明絶縁層と発光素子が一体化さ
れたものを受光素子の上に積むようにしてもよい。

この発明は上記実施例に限らない。受光素子がアモルフ
ァスシリコンフォトダイオードでなく、レーザ熔融化結
晶法によるシリコン単結晶の薄膜からなるもの等でもよ
い。発光素子もアモルファスシリコンカーバイドＬＥＤ
でなく、ＥＬ薄膜からなるもの等でもよい。半導体スイ
ッチ素子が、トランジスタでなく、サイリスタ等であっ
てもよい。

半導体装置の回路も、例えば、半導体スイッチ素子や受
光素子が複数あるような回路であってもよい。半導体ス
イッチ素子が複数ある場合、主スィッチ素子だけが半導
体基板に形成され、副スイツチ素子は、受光素子と同じ
ように半導体基板の表面に積層形成されている構成であ
ってもよい。

〔発明の効果〕

この発明は、上に述べたように、受光素子の積層形成工
程中に電気配線工程を組み入れ、通常の半導体素子の電
極配線用のマイクロ加工技術による配線形成方法を使用
することができるため、小型化に十分対応でき、しかも
、半田付けによる電気配線の必要がなく生産性が向上す
る。

さらに、半導体基板の上に向けて受光素子ついで発光素
子と積んでゆけばよく、従来のように絶縁基板の表面に
素子形成を行い、その後ひっくり返して裏面に他方の素
子を形成するという手間のかかる工程が必要ないので、
この点でも、生産性が向上する。生産性の向上に伴いコ
ストダウンも図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明にかかる半導体装置の一例をあられ
す要部断面図、第２図は、この半導体装置の等価回路図
、第３図および第４図は、それぞれ、他の実施例を模式
的にあられす外観斜視図、第５図は、従来の半導体装置
を模式的にあられす外観斜視図である。 １・・・半導体基板　　１１・・・絶縁膜　　２０．３
５．３６・・・透明絶縁層　　Ｌ、・・・薄膜発光素子
（発光素子）　　Ｌｘ・・・光起電力素子アレイ　（受
光素子）　　Ｔ１・・・半導体スイッチ素子代理人　弁
理士　　松　本　武　彦 第３図 ［１ 第４図 、ＬＩ 第５図 手続補正書（自発 １］＃６３１５）１　’７　Ｅｌ謬

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　発光素子と受光素子を備えるとともに、半導体スイ
   ッチ素子を備え、発光素子の光が受光素子に入射するよ
   うになっていて、この受光素子により半導体スイッチ素
   子が制御されるようになっている半導体装置において、
   前記受光素子が、前記半導体スイッチ素子を有する半導
   体基板の表面に形成された絶縁膜の上に積層形成され、
   かつ、前記発光素子が、同受光素子上に透明絶縁層を介
   して積まれていることを特徴とする半導体装置。