JPH0415632B2 - - Google Patents
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- JPH0415632B2 JPH0415632B2 JP57200514A JP20051482A JPH0415632B2 JP H0415632 B2 JPH0415632 B2 JP H0415632B2 JP 57200514 A JP57200514 A JP 57200514A JP 20051482 A JP20051482 A JP 20051482A JP H0415632 B2 JPH0415632 B2 JP H0415632B2
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- Japan
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- converting means
- photons
- electrode
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F55/00—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto
- H10F55/20—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto wherein the electric light source controls the radiation-sensitive semiconductor devices, e.g. optocouplers
- H10F55/25—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto wherein the electric light source controls the radiation-sensitive semiconductor devices, e.g. optocouplers wherein the radiation-sensitive devices and the electric light source are all semiconductor devices
- H10F55/255—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto wherein the electric light source controls the radiation-sensitive semiconductor devices, e.g. optocouplers wherein the radiation-sensitive devices and the electric light source are all semiconductor devices formed in, or on, a common substrate
Landscapes
- Led Devices (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Description
〔本発明の分野〕
本発明は、光電子装置に関するものである。
このような装置では、外部信号が装置のある部
分で導入され、装置内で光子に変換される。光子
は、外部信号のキヤリヤとして働らき、それか
ら、光子は、出力側で、電気信号に再変換され
る。 〔背景技術〕 半導体構造体において信号のキヤリヤとして光
子を用いることは、当分野において行なわれてい
た。簡単なトランジスタの適用において信号キヤ
リヤとして光子を使用することが、米国特許第
3229104号に例示されている。単一の光子エミツ
タ（photon emitter）及び米国特許第4158144号
に示されているような、複数の光応答性
（photoresponsive）部材を有することにより、電
圧差を得ることができる。技術は単一の構造体中
へ集積するように開発されてきたが、装置内のキ
ヤリヤの流れを逆にすることができるような概念
が、米国特許第3881113号に示されている。米国
特許第4295002号は、インダイレクト・バンドギ
ヤツプ型（indirect bandgaptype）の光学的に活
性な（optically active）物質における複数のpn
接合から成るソーラ・エネルギー変換装置を教示
している。 従つて、先行技術は、例えば、電流及び電圧の
ような入力信号のパラメータが出力信号のパラメ
ータと実質的に異なるようにして、入力信号を出
力信号へ効率的に変換する方法を全く示していな
い。 〔本発明の概要〕 本発明の目的は、光子をキヤリヤとする信号変
換構造体を提供することである。 本発明は、次のような、ダイレクト・バンドギ
ヤツプ（direct bandgap）のモノリシツク半導
体構造体を用いる実施態様を含む。即ち、この構
造体においては、光学的に活性な領域で、入力信
号が光子に変換され、そして光子が出力信号に再
変換される。また、本発明の実施態様において
は、入力信号の光子発生及び出力信号の光子収集
のうちの少なくとも一方が、入力側の光子発生か
ら出力側の光子収集までの、構造体における光子
の移動パスに対して斜めに、構造体中に設けられ
ている複数のｐ−ｎ接合セグメントを含む。 半導体物質のダイレクト・バンドギヤツプ特性
は、次のようなバンド縁部近くで、放射的な再結
合の高い効率及び高い吸収性を提供する。即ち、
このバンド縁部は、入力側では、内部のエレクト
ロルミネツセンスの高い効率を、そして出力側で
は、光起電力変換の高い効率を提供する。 本発明の実施態様では、光子の移動パスに斜め
になつている複数接合のセグメントをなすダイレ
クト・バンドギヤツプの半導体物質と、セグメン
ト外のダイレクト・バンドギヤツプの半導体物質
との組合せが、より大きな効率及び入力対出力の
パラメータのより大きな差を提供する。 これらの能力は、“オン・チツプ”の半導体電
源及び変圧器型の機能のような適用を提供する。 本発明の構造体は、機能的には、交流（AC）
から直流（DC）、ACからAC及びDCからDCへ信
号を変換するような変圧器に類似している。 動作原理は、広い面領域の接合が装置の一方の
側で用いられる例において示される。 〔本発明の実施例〕 第１図を参照するに、構造体は、電気信号を光
子へ変換できる広い面領域２を有する単結晶半導
体基体１より成る。ダイレクト・バンドギヤツプ
半導体中のｐ−ｎ接合については、この変換は、
エレクトロルミネツセンスとして知られている。
逆転可能な（reversible）装置とするために、領
域２は、また光子を電気信号へ変換できるべきで
ある。ダイレクト・バンドギヤツプｐ−ｎ接合の
場合には、これは、光起電力変換である。領域２
は、ｎ、ｐ−及びｐと各々示されているように、
種々のバンドギヤツプ及び種々の導電型を有する
格子整合された（lattice matched）半導体物質
より成る複数の層３，４及び５から構成されると
良い。この場合、ｐ−ｎ接合は、層３及び層４の
間に存在する。層４は、領域２のうちで最も小さ
なバンドギヤツプを有する。信号の入出力用のオ
ーミツク接点としても働らく、反射特性を有する
金属接点６が提供される。領域３及び領域４の間
のｐ−ｎ接合を横切る信号用として、領域５に第
２のオーミツク接点７が提供される。 逆転可能な装置とするために、入力側として選
択された領域からの光子が、出力側の領域により
吸収されなければならない。 信号から光子への変換効率及び光子から信号へ
の変換効率のために、半導体基体の物質は、ダイ
レクト・エネルギー・バンドギヤツプ型であるべ
きである。 広い面領域２は、発生される光子に対して光学
的に透過性である、高抵抗率若しくは半絶縁性の
領域８とエピタキシヤル的に結合される。 内部的な損失を制御し、そして高い効率を保証
するために、光学的に透過性の半絶縁性基板８
は、光子に応答することができる複数の半導体接
合を含む領域１０、格子及び屈折率の調節層９に
よつて結合される。調節層９は、光応答領域にお
いてより広範囲の物質の使用を可能にし、そして
なる単結晶構造体を維持するために提供されてい
る。 領域１０は、領域８を通る光子のパスに対して
斜めの方向に長い寸法を有している本質的には平
行なグリツドにおいて、数多くの半導体接合を有
する。第１図では、領域２から光子が進むパス
は、領域８を通つて領域１０へまつすぐになつて
いる。しかしながら、光子は画領域の上で放射さ
れることもあるので、領域１０のグリツドの収集
部分へのパスは、グリツドの面に対して斜めにな
ることがある。 領域１０は、非常に効率の良い光応答性接合の
セグメントより成るグリツドを用いて構成され得
る。そして、領域１０は、当分野において周知で
あり、またIEEE Transactions on Electron
Devices Volume ED−26、No.７、July1979及び
米国特許第4200472号に述べられているような、
Ｖ溝の複数接合型光応答性セルの原理を用いて例
示されている。 Ｖ溝の複合接合型構造体においては、複数の軽
くドープされたｐ−型の単結晶領域１１が、接合
セグメントとして働らく、両側面にあるｐ及びｎ
のヘテロ接合１２及び１３を備えている。反射的
な金属接点により覆われた、キヤリヤが反射する
領域１４が、領域１１の露出部分に提供される。
オーミツク接点１５が一方の直列端に提供され、
オーミツク接点１６が反対側の直列端に提供され
る。そして、Ｖ溝セルの各々は、オーミツク接続
により直列に接続される。 本発明の構造体は、ｐ−ｎ接合の数及び応答性
を変えることにより、信号を光子へ変換したり、
種々の信号パラメータの下で光子を再変換する。
従つて、光学的に透過性の基板の各々の側に提供
される接合の型が、信号パラメータの変動のステ
ツプ・アツプ又はステツプ・ダウンの様子を支配
する。そして、変圧器のような機能が達成され
る。本発明の原理内で、シヨツトキ・バリア接合
を使用するような、数多くの変更がなされ得る。
さらに、入力対出力の電圧比が、接合の周期性を
変えることにより調整され得る。 第１図では、領域２は、格子調節
（latticeaccommodation）層を用いて構成され
る。これは、ガリウムの割合及びアルミニウムの
割合を変動させて、半導体物質のガリウム・アル
ミニウム砒化物の層を作ることにより達成され得
る。 光学的に透過性の基板８は、光子の輸送を不利
に減衰させることのない程十分に薄い厚さを有し
ており、そしてそれを半絶縁性にするための、適
切なドーピング濃度を有するガリウム燐化物から
成る。 格子調節及び屈折率調節の層９もまた、それを
半絶縁性にするための適切なドーピング濃度を有
するガリウム・アルミニウム砒化物より成ると良
い。そして、Ｖ溝セルの軽くｐ−ドープされた領
域１１は、領域１２及び１３用にｐ及びｎの適切
なドープが施されているガリウム砒化物から成る
と良い。表面再結合制御又は表面安定化の領域１
４は、半絶縁性のガリウム・アルミニウム砒化物
から成ると良い。Ｖ溝構造体は、領域１４の方で
合体するように傾いている領域１２及び１３によ
り、光子の応答性を提供している。 以下の表は、高効率用に設計されたので結果と
して、装置は逆転可能ではないのだが、本発明の
実施を容易にするために、相対的なドーピング濃
度、物質及びそれらの構成、物理的な寸法並びに
バンドギヤツプを表わしている。領域２は、エレ
クトロルミネツセンス領域即ち入力として働ら
き、そして領域１０は、光変換領域即ち出力とし
て働らく。
分で導入され、装置内で光子に変換される。光子
は、外部信号のキヤリヤとして働らき、それか
ら、光子は、出力側で、電気信号に再変換され
る。 〔背景技術〕 半導体構造体において信号のキヤリヤとして光
子を用いることは、当分野において行なわれてい
た。簡単なトランジスタの適用において信号キヤ
リヤとして光子を使用することが、米国特許第
3229104号に例示されている。単一の光子エミツ
タ（photon emitter）及び米国特許第4158144号
に示されているような、複数の光応答性
（photoresponsive）部材を有することにより、電
圧差を得ることができる。技術は単一の構造体中
へ集積するように開発されてきたが、装置内のキ
ヤリヤの流れを逆にすることができるような概念
が、米国特許第3881113号に示されている。米国
特許第4295002号は、インダイレクト・バンドギ
ヤツプ型（indirect bandgaptype）の光学的に活
性な（optically active）物質における複数のpn
接合から成るソーラ・エネルギー変換装置を教示
している。 従つて、先行技術は、例えば、電流及び電圧の
ような入力信号のパラメータが出力信号のパラメ
ータと実質的に異なるようにして、入力信号を出
力信号へ効率的に変換する方法を全く示していな
い。 〔本発明の概要〕 本発明の目的は、光子をキヤリヤとする信号変
換構造体を提供することである。 本発明は、次のような、ダイレクト・バンドギ
ヤツプ（direct bandgap）のモノリシツク半導
体構造体を用いる実施態様を含む。即ち、この構
造体においては、光学的に活性な領域で、入力信
号が光子に変換され、そして光子が出力信号に再
変換される。また、本発明の実施態様において
は、入力信号の光子発生及び出力信号の光子収集
のうちの少なくとも一方が、入力側の光子発生か
ら出力側の光子収集までの、構造体における光子
の移動パスに対して斜めに、構造体中に設けられ
ている複数のｐ−ｎ接合セグメントを含む。 半導体物質のダイレクト・バンドギヤツプ特性
は、次のようなバンド縁部近くで、放射的な再結
合の高い効率及び高い吸収性を提供する。即ち、
このバンド縁部は、入力側では、内部のエレクト
ロルミネツセンスの高い効率を、そして出力側で
は、光起電力変換の高い効率を提供する。 本発明の実施態様では、光子の移動パスに斜め
になつている複数接合のセグメントをなすダイレ
クト・バンドギヤツプの半導体物質と、セグメン
ト外のダイレクト・バンドギヤツプの半導体物質
との組合せが、より大きな効率及び入力対出力の
パラメータのより大きな差を提供する。 これらの能力は、“オン・チツプ”の半導体電
源及び変圧器型の機能のような適用を提供する。 本発明の構造体は、機能的には、交流（AC）
から直流（DC）、ACからAC及びDCからDCへ信
号を変換するような変圧器に類似している。 動作原理は、広い面領域の接合が装置の一方の
側で用いられる例において示される。 〔本発明の実施例〕 第１図を参照するに、構造体は、電気信号を光
子へ変換できる広い面領域２を有する単結晶半導
体基体１より成る。ダイレクト・バンドギヤツプ
半導体中のｐ−ｎ接合については、この変換は、
エレクトロルミネツセンスとして知られている。
逆転可能な（reversible）装置とするために、領
域２は、また光子を電気信号へ変換できるべきで
ある。ダイレクト・バンドギヤツプｐ−ｎ接合の
場合には、これは、光起電力変換である。領域２
は、ｎ、ｐ−及びｐと各々示されているように、
種々のバンドギヤツプ及び種々の導電型を有する
格子整合された（lattice matched）半導体物質
より成る複数の層３，４及び５から構成されると
良い。この場合、ｐ−ｎ接合は、層３及び層４の
間に存在する。層４は、領域２のうちで最も小さ
なバンドギヤツプを有する。信号の入出力用のオ
ーミツク接点としても働らく、反射特性を有する
金属接点６が提供される。領域３及び領域４の間
のｐ−ｎ接合を横切る信号用として、領域５に第
２のオーミツク接点７が提供される。 逆転可能な装置とするために、入力側として選
択された領域からの光子が、出力側の領域により
吸収されなければならない。 信号から光子への変換効率及び光子から信号へ
の変換効率のために、半導体基体の物質は、ダイ
レクト・エネルギー・バンドギヤツプ型であるべ
きである。 広い面領域２は、発生される光子に対して光学
的に透過性である、高抵抗率若しくは半絶縁性の
領域８とエピタキシヤル的に結合される。 内部的な損失を制御し、そして高い効率を保証
するために、光学的に透過性の半絶縁性基板８
は、光子に応答することができる複数の半導体接
合を含む領域１０、格子及び屈折率の調節層９に
よつて結合される。調節層９は、光応答領域にお
いてより広範囲の物質の使用を可能にし、そして
なる単結晶構造体を維持するために提供されてい
る。 領域１０は、領域８を通る光子のパスに対して
斜めの方向に長い寸法を有している本質的には平
行なグリツドにおいて、数多くの半導体接合を有
する。第１図では、領域２から光子が進むパス
は、領域８を通つて領域１０へまつすぐになつて
いる。しかしながら、光子は画領域の上で放射さ
れることもあるので、領域１０のグリツドの収集
部分へのパスは、グリツドの面に対して斜めにな
ることがある。 領域１０は、非常に効率の良い光応答性接合の
セグメントより成るグリツドを用いて構成され得
る。そして、領域１０は、当分野において周知で
あり、またIEEE Transactions on Electron
Devices Volume ED−26、No.７、July1979及び
米国特許第4200472号に述べられているような、
Ｖ溝の複数接合型光応答性セルの原理を用いて例
示されている。 Ｖ溝の複合接合型構造体においては、複数の軽
くドープされたｐ−型の単結晶領域１１が、接合
セグメントとして働らく、両側面にあるｐ及びｎ
のヘテロ接合１２及び１３を備えている。反射的
な金属接点により覆われた、キヤリヤが反射する
領域１４が、領域１１の露出部分に提供される。
オーミツク接点１５が一方の直列端に提供され、
オーミツク接点１６が反対側の直列端に提供され
る。そして、Ｖ溝セルの各々は、オーミツク接続
により直列に接続される。 本発明の構造体は、ｐ−ｎ接合の数及び応答性
を変えることにより、信号を光子へ変換したり、
種々の信号パラメータの下で光子を再変換する。
従つて、光学的に透過性の基板の各々の側に提供
される接合の型が、信号パラメータの変動のステ
ツプ・アツプ又はステツプ・ダウンの様子を支配
する。そして、変圧器のような機能が達成され
る。本発明の原理内で、シヨツトキ・バリア接合
を使用するような、数多くの変更がなされ得る。
さらに、入力対出力の電圧比が、接合の周期性を
変えることにより調整され得る。 第１図では、領域２は、格子調節
（latticeaccommodation）層を用いて構成され
る。これは、ガリウムの割合及びアルミニウムの
割合を変動させて、半導体物質のガリウム・アル
ミニウム砒化物の層を作ることにより達成され得
る。 光学的に透過性の基板８は、光子の輸送を不利
に減衰させることのない程十分に薄い厚さを有し
ており、そしてそれを半絶縁性にするための、適
切なドーピング濃度を有するガリウム燐化物から
成る。 格子調節及び屈折率調節の層９もまた、それを
半絶縁性にするための適切なドーピング濃度を有
するガリウム・アルミニウム砒化物より成ると良
い。そして、Ｖ溝セルの軽くｐ−ドープされた領
域１１は、領域１２及び１３用にｐ及びｎの適切
なドープが施されているガリウム砒化物から成る
と良い。表面再結合制御又は表面安定化の領域１
４は、半絶縁性のガリウム・アルミニウム砒化物
から成ると良い。Ｖ溝構造体は、領域１４の方で
合体するように傾いている領域１２及び１３によ
り、光子の応答性を提供している。 以下の表は、高効率用に設計されたので結果と
して、装置は逆転可能ではないのだが、本発明の
実施を容易にするために、相対的なドーピング濃
度、物質及びそれらの構成、物理的な寸法並びに
バンドギヤツプを表わしている。領域２は、エレ
クトロルミネツセンス領域即ち入力として働ら
き、そして領域１０は、光変換領域即ち出力とし
て働らく。
【表】
入力及びセグメントの数が等しく、セグメント
当りの出力電流密度が約100A／cm2であり、そし
て１つのセグメントの長さが4.83ミクロンである
ような場合についての、第１図の装置の例えば変
換効率及び出力電圧は、等式１乃至３を含む以下
の議論から見積られ得る。 等式１ ηVpcFF Isc／VioIio ここで、Iscは、領域１０の短絡回路電流であ
る。 Iioは、領域２の入力電流である。 Ｖ溝複数接合型構造の高収集効率のためにIsc
Iioであり、典型的には、Iscは、0.95Iioである。 FFは、領域１０の飽和因子（fill factor）で
あり、H.J.Hovel著、Semiconductors and
Semimetalsの第11巻、第61頁の第３４図に示さ
れているように、ほぼ0.90である。 Vpcは、領域１０の開回路電圧であり、この例
は、ほぼ1.2Vである。 Vioは、電流Iioを生じるための、領域２に印加
される電圧であり、ほぼ1.6Vである。 従つて、 等式２ η＝1.2×0.90×0.95Iio／1.6Iio＝64％ 出力電圧は、次の等式３で表わされる。即ち、 等式３ Vput＝0.9Vpcセルの長さ／4.83×10-4cm／セ
ル ＝2236V／cm×セルの長さ さて、本発明の好実施例では、第１図の広い面
積の光子変換領域２は、異なる周期性を有する以
外には第１図のグリツド１０に類似している一連
の接合セグメントで置換されることになる。 その構造体が第２図に示されている。この図で
は、第１図におけるのと同じ参照番号が使用され
ており、簡明にするために、領域２の接合セグメ
ントの周期性は、領域１０の周期性の半分に示さ
れている。 このような適用では、領域１１上の接合セグメ
ント１２及び１３は、Ga0.5Al0.5Asで構成され、
一方がｎ型にそして他方がｐ型になるであろう。
ところが、領域１１自体の中央の部分は、ほぼ
Ga0.9Al0.1Asになるであろう。 このような構造体におけるGa0.9Al0.1As中のア
ルミニウムの比率及びガリウムの比率は、端子１
７及び１８の入力側においてより大きなバンドギ
ヤツプを与え、そして、端子１５及び１６の出力
側においてより小さなバンドギヤツプを与えるよ
うに、微妙に調節されることになるであろう。従
つて、入力側から放射される光は、効率良く、出
力側によつて吸収されることになるであろう。例
えば、入力側の構成は、Ga0.9-〓Al0.1+〓Asとなる
であろう。ここで、入力側から出力側までの差は
Δは、0.1よりも小さいであろう。 本発明のエピタキシヤル構成体は、層のエピタ
キシヤル成長及びフオトマスキングを含む、当分
野の周知である分子線エピタキシのような標準の
技術を用いて製造されても良い。 本発明の実施を容易にするために、領域２及び
１０の間のグリツド比を選択することに関係した
考慮すべきことの例示が、以下に提供される。周
期性は、第２図のものと異なつている。 端子１７及び１８における入力信号が、V1ボ
ルト及びI1アンペアであると仮定する。ここで、
V1は、交流又は直流のいずれであつても良い。
この例では、V1は115VのDCライン電圧（line
voltage）である。 N1は、入力領域２のグリツドにおける接合セ
グメントの数を表わす。 Eg1は、入力側の半導体物質のバンドギヤツプ
を表わす。これは、1.5である。 Eg2は、出力側の半導体物質のバンドギヤツプ
を表わす。これは、1.43である。 ｑは、電子の電荷を表わす。 それで、N1は次のような等式４により表わさ
れることになる。即ち、 等式４ N1qV1／Eg1＝77 領域１０の端子１５及び１６における出力で
は、選択電圧はV2になり、5Vの選択電圧を発生
すべき領域１０におけるグリツドの周期性は、次
のような等式５で表わされるようになる。即ち、 等式５ N2qV2／0.76Eg2＝５ 本発明の構造体は、固体変圧器のような有用な
回路配置を可能にする能力を有している。 このような回路が、第３図に示されている。こ
の図では、端子１９及び２０におけるAC入力が、
光子エミツタ即ち光放射ダイオード２１におい
て、一方の極性で光に変換され、そして逆に接続
された光子エミツタ即ち光放射ダイオード２２に
おいて、他方の極性で光に変換される。各回路素
子２１及び２２は、各々、対応する適切に極性化
された直列接続の光子変換器２４及び２５に、光
学的に結合されている。これらの光子変換器は、
それから、出力端子２６及び２７に、並列に接続
されている。 第３図の回路は、第４図に示されているよう
に、逆の極性を１対に組合せて第２図におけるよ
うな構造体を提供することにより、本発明の効率
の良い固体変圧器に具現され得る。 第４図を参照するに、この図には、第３図の回
路機能を生じる、第２図との差違を例示するため
の構造体が示されている。第４図においては、第
３図の直列アレイ２４及び２５の各々に対応する
２つの出力グリツド領域２８及び２９が、光学的
分離体３０により分離されて示されている。領域
２８及び２９は、ｎ及びｐの導電性表示により示
されているように、接合の極性を反対にして構成
されている。これは、第２図の領域１２及び１３
のｎ及びｐのドーピングを換えることにより達成
される。光学的分離体３０は、光子減衰物質であ
るだろう、即ち、近接範囲外に領域を単に置くに
すぎない。入力領域は示されていないが、第２図
におけるものと同じであり、第３図のように極性
を逆にされる。
当りの出力電流密度が約100A／cm2であり、そし
て１つのセグメントの長さが4.83ミクロンである
ような場合についての、第１図の装置の例えば変
換効率及び出力電圧は、等式１乃至３を含む以下
の議論から見積られ得る。 等式１ ηVpcFF Isc／VioIio ここで、Iscは、領域１０の短絡回路電流であ
る。 Iioは、領域２の入力電流である。 Ｖ溝複数接合型構造の高収集効率のためにIsc
Iioであり、典型的には、Iscは、0.95Iioである。 FFは、領域１０の飽和因子（fill factor）で
あり、H.J.Hovel著、Semiconductors and
Semimetalsの第11巻、第61頁の第３４図に示さ
れているように、ほぼ0.90である。 Vpcは、領域１０の開回路電圧であり、この例
は、ほぼ1.2Vである。 Vioは、電流Iioを生じるための、領域２に印加
される電圧であり、ほぼ1.6Vである。 従つて、 等式２ η＝1.2×0.90×0.95Iio／1.6Iio＝64％ 出力電圧は、次の等式３で表わされる。即ち、 等式３ Vput＝0.9Vpcセルの長さ／4.83×10-4cm／セ
ル ＝2236V／cm×セルの長さ さて、本発明の好実施例では、第１図の広い面
積の光子変換領域２は、異なる周期性を有する以
外には第１図のグリツド１０に類似している一連
の接合セグメントで置換されることになる。 その構造体が第２図に示されている。この図で
は、第１図におけるのと同じ参照番号が使用され
ており、簡明にするために、領域２の接合セグメ
ントの周期性は、領域１０の周期性の半分に示さ
れている。 このような適用では、領域１１上の接合セグメ
ント１２及び１３は、Ga0.5Al0.5Asで構成され、
一方がｎ型にそして他方がｐ型になるであろう。
ところが、領域１１自体の中央の部分は、ほぼ
Ga0.9Al0.1Asになるであろう。 このような構造体におけるGa0.9Al0.1As中のア
ルミニウムの比率及びガリウムの比率は、端子１
７及び１８の入力側においてより大きなバンドギ
ヤツプを与え、そして、端子１５及び１６の出力
側においてより小さなバンドギヤツプを与えるよ
うに、微妙に調節されることになるであろう。従
つて、入力側から放射される光は、効率良く、出
力側によつて吸収されることになるであろう。例
えば、入力側の構成は、Ga0.9-〓Al0.1+〓Asとなる
であろう。ここで、入力側から出力側までの差は
Δは、0.1よりも小さいであろう。 本発明のエピタキシヤル構成体は、層のエピタ
キシヤル成長及びフオトマスキングを含む、当分
野の周知である分子線エピタキシのような標準の
技術を用いて製造されても良い。 本発明の実施を容易にするために、領域２及び
１０の間のグリツド比を選択することに関係した
考慮すべきことの例示が、以下に提供される。周
期性は、第２図のものと異なつている。 端子１７及び１８における入力信号が、V1ボ
ルト及びI1アンペアであると仮定する。ここで、
V1は、交流又は直流のいずれであつても良い。
この例では、V1は115VのDCライン電圧（line
voltage）である。 N1は、入力領域２のグリツドにおける接合セ
グメントの数を表わす。 Eg1は、入力側の半導体物質のバンドギヤツプ
を表わす。これは、1.5である。 Eg2は、出力側の半導体物質のバンドギヤツプ
を表わす。これは、1.43である。 ｑは、電子の電荷を表わす。 それで、N1は次のような等式４により表わさ
れることになる。即ち、 等式４ N1qV1／Eg1＝77 領域１０の端子１５及び１６における出力で
は、選択電圧はV2になり、5Vの選択電圧を発生
すべき領域１０におけるグリツドの周期性は、次
のような等式５で表わされるようになる。即ち、 等式５ N2qV2／0.76Eg2＝５ 本発明の構造体は、固体変圧器のような有用な
回路配置を可能にする能力を有している。 このような回路が、第３図に示されている。こ
の図では、端子１９及び２０におけるAC入力が、
光子エミツタ即ち光放射ダイオード２１におい
て、一方の極性で光に変換され、そして逆に接続
された光子エミツタ即ち光放射ダイオード２２に
おいて、他方の極性で光に変換される。各回路素
子２１及び２２は、各々、対応する適切に極性化
された直列接続の光子変換器２４及び２５に、光
学的に結合されている。これらの光子変換器は、
それから、出力端子２６及び２７に、並列に接続
されている。 第３図の回路は、第４図に示されているよう
に、逆の極性を１対に組合せて第２図におけるよ
うな構造体を提供することにより、本発明の効率
の良い固体変圧器に具現され得る。 第４図を参照するに、この図には、第３図の回
路機能を生じる、第２図との差違を例示するため
の構造体が示されている。第４図においては、第
３図の直列アレイ２４及び２５の各々に対応する
２つの出力グリツド領域２８及び２９が、光学的
分離体３０により分離されて示されている。領域
２８及び２９は、ｎ及びｐの導電性表示により示
されているように、接合の極性を反対にして構成
されている。これは、第２図の領域１２及び１３
のｎ及びｐのドーピングを換えることにより達成
される。光学的分離体３０は、光子減衰物質であ
るだろう、即ち、近接範囲外に領域を単に置くに
すぎない。入力領域は示されていないが、第２図
におけるものと同じであり、第３図のように極性
を逆にされる。
第１図は、広い面領域の接合を有する本発明の
構造体の断面図である。第２図は、両側に異なる
数のセグメントを有する接合を備えた本発明の構
造体の断面図である。第３図は、光学的に結合さ
れる変圧器の概略的な配線図である。第４図は、
第３図の回路の実施を示す図である。 １……半導体基体、２……電気信号を光子へ変
換できる広い面領域、８……光学的に透過性の半
絶縁性基板、１０……光子に応答可能な複数の半
導体接合を含む領域。
構造体の断面図である。第２図は、両側に異なる
数のセグメントを有する接合を備えた本発明の構
造体の断面図である。第３図は、光学的に結合さ
れる変圧器の概略的な配線図である。第４図は、
第３図の回路の実施を示す図である。 １……半導体基体、２……電気信号を光子へ変
換できる広い面領域、８……光学的に透過性の半
絶縁性基板、１０……光子に応答可能な複数の半
導体接合を含む領域。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光子が透過できる厚さにより隔てられた平行
な第１及び第２の主平面を有する電気的に半絶縁
性乃至は絶縁性の単結晶体と、 前記単結晶体の第１及び第２主平面にエピタキ
シヤルに結合された第１及び第２結晶格子調節領
域と、 前記第１結晶格子調節領域の表面にエピタキシ
ヤルに結合されて、前記単結晶体の第１及び第２
主平面間の光子の経路に対して傾斜された複数の
ｐ−ｎ接合セグメントからなる変換領域をもつ、
入力電気信号から光子への変換を実行する第１変
換手段と、 前記第２結晶格子調節領域の表面にエピタキシ
ヤルに結合されて、前記単結晶体の第１及び第２
表面間の格子の経路に対して傾斜された、前記第
１変換手段とは異なる数の複数のｐ−ｎ接合セグ
メントからなる変換領域をもつ、光子から出力電
気信号への変換を実行する第２変換手段と、 前記第１変換手段の前記複数のｐ−ｎ接合セグ
メントの少なくとも隣接するものの間を電気的に
接続するように配置された複数のオーミツク接点
材料と、 前記第１変換手段のオーミツク接点材料のう
ち、第１のものに接触するように設けた第１の電
極と、 前記第１変換手段のオーミツク接点材料のう
ち、前記第１の電極とはｐ−ｎ接合セグメントの
格子の配列方向に離隔する第２のものに接触する
ように設けられた第２の電極と、 前記第２変換手段の前記複数のｐ−ｎ接合セグ
メントの少なくとも隣接するものの間を電気的に
接続するように配置された複数のオーミツク接点
材料と、 前記第２変換手段のオーミツク接点材料のう
ち、第１のものに接触するように設けた第３の電
極と、 前記第２変換手段のオーミツク接点材料のう
ち、前記第３の電極とはｐ−ｎ接合セグメントの
格子の配列方向に離隔する第２のものに接触する
ように設けられた第４の電極と、 を備えた信号変換構造体。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/341,955 US4477721A (en) | 1982-01-22 | 1982-01-22 | Electro-optic signal conversion |
| US341955 | 1982-01-22 |
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|---|---|
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Family
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Family Applications (1)
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| Country | Link |
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| JP (1) | JPS58130580A (ja) |
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-
1982
- 1982-01-22 US US06/341,955 patent/US4477721A/en not_active Expired - Fee Related
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