JPS63283081A - 光結合型半導体リレ−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 本発明は、半導体リレー装置に関し、さらに詳しくは、
点滅動作を行う発光部とこの発光部の点滅動作に基づい
てスイッチング動作を行う受光部とを含み、これら発光
部と受光部とが絶縁分離され、かつ光学的に結合された
半導体リレー装置に関する。

従来技術 近年、駆動装置を有する機械などの動作はコンピュータ
などによって制御されることが多い。一般に、コンピュ
ータの制御回路は、約５Ｖ程度の直流電圧で動作するの
に対し、前記駆動装置を有する機械などは、たとえば１
００■の商用交流電圧で動作するものがある。このよう
に異なる動作電圧を有する２つの回路間における信号の
授受は、電気的に絶縁分離された状態で行う必要がある
。

したがってこのような場合には、たとえば電磁リレー装
置や光学的に結合された半導体リレー装置などが用いら
れる。

電磁リレー装置においては、２つの回路間がコイルによ
って磁気的に結合されており、機械的動作を伴ってリレ
ー動作を行う。したがって電磁リレー装置は、機械的な
疲労などによって常に良好な状態で動作するとは限らず
、そのＲｈには限界があり、しかも装置自体か大形であ
る。また近年、前記電磁リレー装置に代えて小形かつ軽
量で長寿命の固体リレー素子が普及しつつある。たとえ
ばＳ　Ｓ　Ｒ（Ｓ　ｏｌｉｄ　Ｓ　ｔａｔｅ　Ｒｅｌａ
ｙ）と称される固体リレー素子では、大きな電力利得を
得ることがで慇るが、交流用と直流用とは区別して使用
しなければならず、使い勝手が悪い。

これに対して内部にＭＯ８型ＦＥＴ　　（金属−酸化膜
−半導体型電界効果トランジスタ、以下、トランジスタ
と称針る）を有する光結合型の固体リレー素子では、高
絶縁分離性、大電力利得を有し、交流／直流共用であり
、かつ長寿命である。このような光結合型固体リレー素
子は、大略的には発光部と受光部とから成り、発光部に
は発光ダイオード（Ｌ　Ｅ　Ｄ　）が配設され、受光部
にはホトダイオードおよび前記トランジスタが配設され
る。このような構成を有する光結合型固体リレー素子に
おいては、前記発光ダイオードで発生された光を、受光
部のホトダイオードが受光して充電変換を行い、その出
力に基づいて前記トランジスタが駆動される。

第２６図は、典型的な先行技術である光学結合型固体リ
レー素子の受光部１０１の構成を示す断面図である。受
光部１０１は、複数のホトダイオード１０３を有する受
光素子１０４と、トランジスタ１０５とを含み、これら
受光素子１０４およびトランジスタ１０５は、支持基板
１０２上に配設される。受光素子１０４は、シリコン基
板１０６上に前記複数のホトダイオード１０３が配設さ
れ、これら複数のホトダイオード１０３は金属配線１０
マを介して相互に接続されている。

相互に接続されたホトダイオード１０３の一端３一 部は、リード線１０９を介して前記トランジスタ１０５
のデート電極１０８に接続され、池端部は外部１′ノー
ド線１１０を介して外部に導出される。

一方、前記トランジスタ１０５の２つのドレイン領域１
１１．１１２は、２本のリード線１１３゜１１４を介し
て受光部１０１の出力端子に出力される。

発明が解決すべき問題点 前記受光部１０１においては、受光素子１０４を形成針
るチップとダイオード１０５を形成するチップとが、前
記支持基板１０２上にそれぞれ別個に配設され、相互に
リード線１０９を介して接続されている。このため、受
光部１０１が大形化してしまう。また、発光部で発生さ
れる光は、ホトダイオード１０３のみに効率よく照射さ
れるようにしなければならない。しかしながらこの受光
部１０１においては、ホトダイオード１０３と並列にト
ランジスタ１０５が配設されているために、このトラン
ジスタ１０５に前記光が照射してしまい、トランジスタ
１０５に悪影響を及ぼす。

さらに、該固体リレー素子の電流容量を大きく設定する
ためには、前記トランジスタ１０５の入力容量を太き（
設定しなければならず、このためにはトランジスタ１０
５の受光部１０１に占める面積を大きくしなけれはなら
ない。

一方、トランジスタ１０５の入力容量を大きく設定しよ
うとケると、曲記各ホトダイオード１０３の出力電圧が
０．５Ｖ　程度であるので、応答性を低下させずに前記
トランジスタ１０５を駆動するためには、ホトダイオー
ド１０３を複数個接続しな１すればならず、ホトダイオ
ード１０３の占める面積も大きくしなければならない。

したがって第２６図に示される受光部１０１を含む光結
合型固体リレー素子では、電流容量を大きく設定しよう
とすれば、小形であるという本末の特徴が損なわれ、近
年、小形化が進んだ電磁リレー装置と比較しても大差が
なくなってしまう。

本発明の目的は、前述の問題点を解決し、格段に小形化
され、かつ比較的大慇な電流を導通／遮断制御すること
ができる光学結合型半導体リレー装置を提供することで
ある。

問題点を解決するための手段 本発明は、発光部と、複数の入力／出力用電極を有し、
前記発光部に光学的に結合された受光部とを含み、発光
部の点滅動作に応答して、受光部において前記複数の入
力／出力用電極間を導通／遮断するスイッチング動作を
行う光結合型半導体リレー装置であって、 前記受光部は、半導体基板上に半導体スイッチング手段
と半導体光電変換手段とがこの順序に積層して構成され
、 前記光電変換手段は、複数の半導体光電変換素子が同一
方向に直列に接続された半導体光電変換素子列が１つま
たは複数列形成され、 各半導体光電変換素子列の共通する一方向側の各電極と
他方側の各電極は異なる共通配線にそれぞれ接続され、 共通配線の少なくともいずれが一方からの電圧に基づい
て前記半導体スイッチング手段をスイッチング動作させ
るようにしたことを特徴と針る光結合型半導体リーレー
装置である。

作　　用 本発明に従えば、受光部において、半導体基板上に半導
体スイッチング手段と半導体光電変換手段とをこの順序
に積層して構成するようにした。

これによって、受光部における半導体スイッチング手段
と半導体光電変換手段とが占める面積を格段に小さくす
ることができ、該光結合型半導体リレー装置を小形化す
ることができる。また前記光電変換手段においては、各
半導体光電変換素子列を構成する半導体光電変換素子を
希望する数に設定することによって、半導体光電変換手
段全体から得られる出力電圧を所望の大きさに選択する
ことができる。さらに、前記各半導体光電変換素子列を
希望する本数に設定することによって、半導体光電変換
手段全体から得られる出力電流を所望の大きさに選択す
ることができる。

また、光電変換手段の大きく設定された出力電圧に対応
して、半導体スイッチング手段の電流容量も大きくする
ことができるが、半導体スイッチング手段と半導体光電
変換手段とは前述したように積層して構成されるので、
受光部全体としては比較的小形でこれを実現することが
できる。

実施例 第８図は本発明の一実施例である光結合型半導体固体リ
レー素子１の全体の構成を示す斜視図であり、第９図は
固体リレー素子１の構成を示す断面図である。固体リレ
ー素子１は、遮光性を有する、たとえば黒色の合成樹脂
から成るパッケージ２によって覆われている。このパッ
ケージ２内には空隙３が形成され、この空隙３の一端面
には発光ダイオード（Ｌ　Ｅ　Ｄ　）などを含む発光部
４が配設され、前記一端面と対向する池端面には後述さ
れる半導体光電変換手段であるホトダイオードおよび半
導体スイッチング手段である金属−酸化膜−半導木型電
界効果トランジスタ　（ＭＯ３型ＦＥＴ、以下、トラン
ジスタと称する）などを含む受光部５が配設される。発
光部４および受光部５は、それぞれ１チツプ構成を有し
、それぞれ複数のｌ）−ドビン６の一端部に接続され、
これら複数のり一ドビン６の他端部は、パンケージ２の
外方側に導出される。なお前記空隙３は透明な合ｒ＆樹
脂１２０によって満たされている。

第１０図は、固体リレー素子１の等価回路図である。発
光部４においては、発光ダイオード７がスイッチＳ　Ｗ
　１を介して直流電源８に接続される。

受光部５は、複数のホトダイオード９と）・ランノスタ
１０とを含む。半導体光電変換素子である各ホトダイオ
ード９は、相互に直列に接続された複数のホトダイオー
ド列１１を構成する。各ホトダイオード列１１の７７−
ド側は、前記トランジスタ１０のｆ−）電極２０にそれ
ぞれ共通に接続される。このトランジスタ１００２つの
ドレイン電極１２．１３は、前記リードピン６を介して
パッケージ２の外方側に導出され、該固体リレー素子１
の出力端子として用いられる。

このような電気的構成を有する固体リレー素子１におい
ては、発光部４のスイッチＳＷＩを導通状態にすると、
発光ダイオード７が発光する。この光は、受光部５の複
数のホトダイオード９で受光されて充電変換が行われる
。充電変換によって発生した電圧は、前記トランジスタ
１０のデー）電極２０に与えられ、訊トランジスタ１０
の２つのドレイン電極１２．１３間のインピーダンスか
制御される。このようにして該固本すレー素Ｔ−１にお
いては、発光部４のスイッチＳＷＩを導通／遮断するこ
とによって、前記２つのドレイン電極１２．１３間のイ
ンピーダンスを制御することができる。

第１図は本発明の一実施例である固体リレー素子１に用
いられる受光部５の一部の構成を示針平面図であり、第
２図は第１図切断面線■−■から見た断面図であり、第
３図は第１図切断面線■−■から見た断面図であり、第
４図は第１図切断面線ＩＶ−ＩＶから見た断面図であり
、第５図は第１図切断面線■−■から見た断面図である
。以下、第１図〜第５図を参照して、受光部５の構成に
ついて説明する。

本実施例に従う受光部５においては、トランジスタ１０
ａ上に、このトランジスタ１０ａを覆うようにしてマト
リックス状に複数のホトダイオード９が形成され得る。

これら複数のホトダイオード９は、前記発光部４で発生
される光を受光するとともに、トランジスタ１０ａを遮
光する光吸収層としての機能をも有する。これら複数の
ホトダイオード９は、所望の出力電圧を得るために直列
に複数個、各ホトダイオード９上に付着された金属薄膜
（金属配線３４）を介して接続され、複数のホトダイオ
ード列１１が構成される。このホトダイオード列１１は
、所望の出力電流を得るために並列に複数列、金属薄膜
（基板電極２７およびホトダイオード連結用金属配線３
６）を介して接続される。

該トランジスタ１０ａのソース領域およびドレイン領域
は、それぞれ細長い帯状の形状を有し、複数本交互に配
列される。各ソース領域およびドレイン領域上には、略
櫛形の形状を有する２つの金属薄膜（ドレイン電極１２
．１３）が設けられる。

２つの金属薄膜は相互に入れ子状態に配設され、一方の
金属薄膜はすべてのソース領域を、他の金属薄膜はＹべ
てのドレイン領域をそれぞれ個別的・に接続する。

前述したすべての金属薄膜は、トランジスタ１０ａ上の
光吸収層（ホトダイオード９）が存在しない領域をも遮
光する光反射層として作用する。さらに、本実施例のト
ランジスタ１０ａは、キャリアが基板の厚みと垂直方向
に移動する、いわゆる横型のトランジスタである。ホト
ダイオード９は溶融再結晶化シリコン膜を用い、該トラ
ンジスタ１０ａのチャネル−ソース・ドレイン間領域上
に配設される。以下、受光部５の構成について詳細に説
明する。

受光部５の第２図下方側にはＰ＋型半導体基板１４が形
成されており、このＰ＋型半導体基板１４上にはＰ−型
成長層１５が形成される。Ｐ−型成長層１５には、帯状
のＮ＋型ドレイン層１６がＮ−型ウェル層１７に囲まれ
て、第１図上下方向に一定の間隔をあけて複数本平行に
配設される。

第６図は第２図切断面線Ｖｌ−Ｖｌから見た断面図であ
る。同図に示されるように各Ｎ−型ウェル層１７間には
、前記Ｐ−型成成長１５が充填されており、この各Ｎ−
型ウェル層１７間のＰ−型成長層１５において、訊トラ
ンジスタ１０ａのチャネル領域１８が形成される。この
チャネル領域１８上にはデート絶縁膜１９ａを介して、
たとえばポリシリコンから成るデート電極２０が配設さ
れる。

デート電極２０は、前記チャネル領域１８の長手方向両
端部、すなわち前記Ｎ−型ウェル層１７の長手方向両端
部において相互に結合されており、第７図に示されるよ
うに略梯形の形状を有する。

前記２つのドレイン電極１２．１３は、それぞれ第１図
上下方向に相互に平行に延びる基幹部２３．２４と、こ
れら２つの基幹部２３．２４から第１図上下方向に等間
隔をあけて相互に近接する方向に延びる複数のドレイン
接続部２５，２．６とから成り、略櫛形の形状を有する
。このような構成を有する２つのドレイン電極１２．１
３は、各ドレイン接続部２５．２６が相互に入れ子状態
で前記各ドレイン領域１６上に配設されて、第４図に示
されるようにドレイン領域１Ｇと接続される。

絶縁膜１９の前記各ドレイン領域１６に対応する部分に
は、帯状のコンタクトホール２６　Ａが複数本形成され
、これら複数のコンタクトホール２ＧＡ上−二金属薄膜
を蒸着させた後１：、工・／チップを行なって前記各ド
レイン接続部２６が形成される。このドレイン接続部２
Ｇは、その長手方向に平行な断面か、２つの側部２６ａ
、２６ｂと、これら２つの側部２６ａ、２６ｂの下端部
を相互に連結する水平部分２６ｃと、前記側部２６ｂの
上端部から前記基幹部２４と反対方向に延びる延長部分
２６ｄ　とから成る。

前記基幹部２４の第４図右方側端部は、前記側部２６ａ
の上端部と連結される。前記ドレイン接続部２５も、こ
のドレイン接続部２Ｇと同一構造を有する。

デート電極２０上には、金属薄膜から成る基板電極２７
が前記絶縁膜１つ上に配設される。この基板電極２７は
、前記各ドレイン接続部２５．２６上に平行に配設され
る平行部分２８と、これらを相互に連結する連結部分２
９とから構成され、大略的にクランク状の形状を有する
。この基板電極２７は１本につながれており、該受光部
５が形成されるチップの周囲で前記Ｐ＋型半導体基板１
４と接続されており、前記２つのドレイン電極１２．１
３を囲んで該チップ周囲を１周している。

各ホトダイオード９は、それぞれＰ型領域３０上にＮ＋
型領領域３１形成され、略矩形平板状の形状を有する。

これら複数のホトダイオード９は、相互に同一極性′で
あるように直列に方向性接合されて複数のホトダイオー
ド列１１を構成する。す−なわち、各ホトダイオード９
のＰ壁領域３０とＮ＋型領領域３１が、２つのコンタク
トホール３３を介して金属配線３４によって電気的に接
続され、複数のホトダイオード列１１が構成される。

各ホトダイオード列１１は、その長手方向に垂直に複数
列相互に間隔をあけて配列される。前記基板電極２７は
、各ホトダイオード列１１間に２列おきにクランク状に
巡って配列される。残余のホトダイオード列１１間には
、たとえばホトダイオード列１１の４列おきに前記ドレ
イン電極１２のドレイン接続部２５が配列され、残余の
４列おきの各ホトダイオード列１１間には、前記ドレイ
ン電極１３のドレイン接続部２６が前記ドレイン電極１
２のドレイン接続部２５と対向する状態（二装置される
。

ホトダイオード列１１の各同一側の一端部は、前記基板
電極２７の連結部２９にコンタクトホール３２を介して
接続され、他方側の一端部は、それぞれホトダイオード
連結用金属配線３６にコンタクトホール３７を介して相
互に接続される。また、前記ホトダイオード連結用金属
配線３６は、コンタクトホール３８を介して前記デート
電極２０に電気的に接続される。したがって各ホトダイ
オード列１１は、それぞれ一端部が基板電極２７に接続
され、他端部がデート電極２０に接続されることになる
。なお、これら複数のホトダイオード列１１は、ゲート
電極２０とドレイン領域１６間との前記Ｎ−型ウェル層
１７上に、前記絶縁膜１９を介して配設される。

第１１図は、１チツプ構成の受光部５の製造工程を説明
するための断面図である。以下、第１１図を参照して、
受光部５の製造工程について説明する。

まず同図（１）図示のよう：こ、高濃度のアクセプタを
含むＰ型シリコン基板であるＰ＋型半導体基板１４上に
、低濃度のアクセプタを含むＰ型シリコン層であるＰ−
型成長層１５をエピタキシャル成長させる。次に前記成
長層１５上に熱酸化膜であるデート絶縁膜１９ａを形成
して　（同図（２）参照）、この上にポリシリコン層２
０ａを堆積する。

このポリシリコン／１２０　ａは、低抵抗のＮ型にドー
ピングされた後に、ホトレノストをマスクとして所望の
パターン（本実施例では桶型）にエツチングされて、デ
ート電極２０に成形される（同図（４）参照）。

このように形成されたデート電極２０をマスクとして、
イオン注入によって高抵抗のＮ−型ウェル層１７が形成
される（同図（５）＠照）。

次に、同図（６）図に示されるように、全面に一様に絶
縁膜１９を堆積した後に、ポリシリコン層９ａを堆積す
る（同図（７）参照）。このポリシリコン層９ａに、た
とえばアルゴンレーザなどのエネルギビームを照射する
ことによって溶融・再結晶化されてシリコン単結晶膜が
得られる。エネルギビームの照射は所定の間隔で繰返し
行われ、帯状のシリコン単結晶膜９ｂが全面に亘って形
成される（同図（８）参照）。

この帯状のシリコン単結晶膜９））は、第１図に示され
る前記各ホトダイオード９が配設される領域以外がホト
レジストをマスクとしてエツチング除去される。このよ
うにしてエツチング除去されたシリコン単結晶膜９ｂは
、通常のＭ　ＯＳ　（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅ　Ｓｅｍ１
ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）製造工程を経てホトダイオード９
が製造される。

次に、絶縁膜１９にコンタクトホール２６Ａ　（第２図
参照）が形成され、このコンタクトホール２６Ａを介し
てＮ＋型トドレイン領域１６形成される（同図（９）参
照）。最後に、基板電極２７とホトダイオード９とを接
続するコンタクトホール３２と、各ホトダイオード９を
相互に接続するコンタクトホール３３と、ホトダイオー
ド９とホトグイオード連結用金属配線３６とを接続する
コンタクトホール３７と、前記金属配線３６とゲート電
極２０とを接続するコンタクトホール３８とが絶縁膜１
９に形成され、この後に、金属薄膜が積層され、この金
属薄膜を所望のパターンにエツチングすることによって
、２つのドレイン電極２１゜２２が得られる。このよう
にして第１図〜第５図に示される１チツプ構成の受光部
５が製造される。

第１２図は本発明の第２実施例である受光部４０の構成
を示す平面図であり、ｖＪ１３図は第１２図切断面線ｘ
ｍ−ｘｍから見た断面図であり、第１４図は第１２図切
断面線ＸＩＶ−Ｘ１’Ｖから見た断面図であり、第１５
図は第１２図切断面線Ｘ■−Ｘ■から見た断面図であり
、第１６図は受光部４０の金属配線パターンの構成を示
す図である。

以下、第１２図〜第１６図を参照して、受光部４０の構
成について説明する。なお実施例の受光部４０は、第１
実施例と同様に第８図および第９図に示されるパッケー
ジ２内に収納され、発光ダイオード９を有する発光部と
を含んで光結合型の半導体リレー装置を構成する。また
、本実施例は第１実施例と類似しており、対応する構成
には同一の参照符を付す。

本実施例に従う受光部４０においては、トランジスタ１
０ｂが、横型の構成を有し、溶融再結晶化シリコン膜を
用いたホトダイオード９が、チャネル−ドレイン間領域
上に配設される。また、トランジスタ１０ｂにおいては
、１つのソース電極（ソース領域共通電極４２）および
２つのドレイン電極５１．５２を含み、前記ソース領域
共通電極４２の両側部に２つのドレイン電極５１．５２
が略櫛形状を呈して配設される。各複数のホトダイオー
ド列１１は、その一端が前記ソース領域共通電極４２に
接続され、他端はデート電極２０に接続される。なお、
前記ソース領域共通電極４２および２つのドレイン電極
５１，５２を含む金属薄膜は、第１実施例と同様にトラ
ンジスタ１０ｂ上の光吸収層（ホトダイオード９）の存
在しない領域を遮光する反射層として機能する。以下、
受光部４０について詳細に説明する。

本実施例の受光部４０は、第１２図に示される対称面４
１に関して対称に構成される。受光部４０においては、
後述される複数のソース領域を共通に接続するソース領
域共通電極４２が中央部に配設される。このソース領域
共通電極４２は、第１６図に示されるように前記対称面
４１上にその軸線を有する基幹部４３と、前記基幹部４
４と第１６図左右方向に相互に等間隔をあけて配設され
る複数のデート接続部４６と、前記基幹部４３と複数の
デート接続部４６とを連結するソース接続部４７とから
構成される。

前記ソース領域共通電極４２の両側には２つのドレイン
電極５１．５２が配設される。これら２つのドレイン電
極５１，５２は、それぞれ基幹部５４．５５と、これら
基幹部５４．５５から第１６図上下方向に等間隔をあけ
て相互に近接する方向に帯状に延びる複数のドレイン接
続部５６．５７とから成る。なお前記複数のドレイン接
続部５６゜５７はソース領域共通電極４２の各ソース接
続部４７間に配設される。

前記ソース領域共通電極４２の第１４図下方側には、ゲ
ート配線４５が配設され、このデート配線４５は、ソー
ス領域共通電極４２の基幹部４３の軸線と同一方向の軸
線を有する基幹部４８と、その各道端部が前記ソース領
域共通電極４２のデート接続部４６と接続される一月の
デート電極４つとから構成される。前記各ゲート電極４
９は、基幹部４８の軸線と垂直な軸線を有し、それぞれ
ソース領域共通電極４２の各ソース接続部４７の下方側
に配設される。

このように本実施例の受光部４０は、前記対称面４１に
関して対称な構成を有するので、以下、第１６図左方側
の部分についてのみ説明する。

前記各ドレイン＃：続部５６（ドレイン電極５１）の第
１３図下方側には、帯状のＮ＋型トドレイン領域１６複
数本それぞれＮ−型ウェル層１７に囲まれて、Ｐ−型成
艮層１５上に形成される。また、前記各ソース接続部４
７　（ソース領域共通電極・１２）の第１３図下方側に
は、２本のＮ＋＋ソース領域６０が相互に間隔をあけて
帯状に形成され、これら２本のソース領域６０を囲んで
前記各Ｎ−型ウェル層１７間に充填されるＰ−型或艮層
１５において、チャネル領域１８が形成される。

絶縁膜１９には、前記２本のソース領域６０上に帯状の
コンタクトホール４７Ａが形成され、このコンタクトホ
ール４７Ａ上に金属薄膜を蒸着した後にエツチングする
ことによって前記ソース接続部４７が形成される。この
前記ソース接続部４７は、その長手方向に垂直な断面が
、２つの側部４７ａ、４７ｂと、これら２つの側部４７
ａ、４７ｂ□の第１３図下方側端部を相互に連結する連
結部４７ｃと、前記２つの側部４７ａ、４７ｂの第１３
図上方側端部から相互に離反する方向に延びる延長部分
４７ｄ、　４７ｅから成る。前記２つの延長部分４７ｄ
、４７ｅは、この下方にあるデート電極４９、Ｎ−型ウ
ェル層１７、チャネル領域１８および２本のソース領域
６０に発光部から照射される光を遮光するために設けら
れる。

前記チャネル領域１８とＮ＋型トドレイン領域６＝２３ ＝との間にあるＮ−型ウェル層１７上には、複数のホト
ダイオード９が絶縁層１９を介して前記各帯状のＮ＋型
トドレイン領域１６平行にマトリクス状に配設される。

これら複数のホトダイオード９は、相互に同一極性であ
るように直列に方向性接合されて複数のホトダイオード
列１１を構成し、・　各ホトダイオード列１１は、前記
Ｎ＋型型トレイ領領域Ｇに平行に配列される。これら複
数のホトダイオード列１１の一端は、ゲート接続用金属
配線５５を介して前記デート配線４９の基幹部４８に接
続され、他端は、前記ソース領域共通電極４２のデート
接続部４６に接続される。

このような構成を有する受光部４０においては、ソース
領域共通電極４２が入力端子として用いられ、ドレイン
電極５１＋　　５２か２つの出力端子として用いられる
。なお本実施例に従う受光部４０の等価回路は、第１０
図に示されるｆ５１実施例の受光部５０等価回路図と同
一の構成を有する。

第１７図は本発明の第３実施例である受光部７０の後述
されるゲート電極７１が形成された段階＝２４− の一部の構成を示す平面図であり、第１８図は第１７図
切断面線Ｘ■−Ｘ■から見た受光部７０の断面図であり
、第１９図は第１７図切断面線ＸＩＸ−ＸＩＸから見た
受光部７０の断面図であり、第２０図は第１７図切断面
線ｘｘ−ｘｘから見た受光部７０の断面図であり、第２
１図は受光部７０の金属配線パターンを示す図であり、
第２２図は後述されるデート電極７１の構成を示す図で
あり、第２３図はホトダイオード９の配設状態を示す図
である。以下、第１７図〜第２３図を参照して、本実施
例の受光部７０の構成について説明する。

なお、本実施例の受光部７０は、第１および第２実施例
の受光部５，４０と類似しており、対応する構成には同
一の参照符を付す。

本実施例においては、受光部７０に用いられるトランジ
スタ１０ｃは縦型の構成を有し、デート電極７１は、方
形の開口部７３がマトリックス状に形成された平板状の
形状を有し、溶融再結晶化シリコン膜を用いたダイオー
ドっけ、前記ゲート電極７１の開口部７３が形成される
以外の領域上に配設される。また、ソース領域７４は、
前記各開口部７３の周縁部下方側にドーナツ状に形成さ
れ、各ソース領域７４はそれぞれソース配線金属８１を
介して相互に接続される。

なお、前記複数のホトダイオード９が直列に接続されて
構成される各ホトダイオード列１１の一端は、前記ソー
ス配線金属８１に接続され、他端はゲート電極７１に接
続される。したがって、本実施例の受光部７０において
は、トランジスタ１０ｃが直流専用として用いられる。

そこで２つのトランジスタ１０ｃの一方の電極を相互に
接続し、各ホトダイオード列１１を逆直列に接続針るこ
とによって、直流／交流共用の固体リレー素工９１が構
成される。以下、受光部７０について詳細に説明する。

本実施例の受光部７０に用いられるデー１−電極７１は
、平板状であって、第２２図に示されるように方形にエ
ツチング除去されて形成される複数の開口部７３が、マ
トリクス状に配設される。各開口部７３の周縁部の第１
８図下方側には、　Ｎ＋＋ソース領域７４がドーナツ状
に形成される。このソース領域７４を囲んで、Ｐ−型ウ
ェル層７５がＮ−型成艮ｉ７Ｇ上に形成される。なおＮ
−型成艮層７６はＮ＋＋ドレイン領域７７上に設けられ
る。

ソース配線金属８１は、第２１図に示されるように略櫛
形の形状を有し、前記デート電極７１の各開口部７３を
貫通して絶縁膜１９に設けられるコンタクトホール８２
を介して前記各Ｎ＋＋ソース領域７４と接ｔ＆される。

前記デート電極７１の各開口部７３を除く領域上には、
複数のホトダイオード９が絶縁膜１９を介して前記ソー
ス配線金属８１と平行にマトリクス状に配列される　（
第２３図参照）。これら複数のホトダイオード９は、金
属配線３４を介して一方向に直列に接続された複数のホ
トダイオード列１１を榴成し、各ホトダイオード列１１
の一端は、前記ソース配線金属８１に接続され、他端は
、デート電極７１に接続される。

本実施例の受光部７０において注目すべきは、Ｐ−型つ
↓ル層７５に囲まれたＮ＋＋ソース領域７４を、前記デ
ート電極７１の各開口部７３の周縁部内方側の下方にド
ーナツ状に形成し、前記Ｐ−型ウエル層７５の前記開口
部７３の周縁部外方側の下方に位置する領域にチャネル
領域８４を設け、Ｎ−型成艮層７６の第１８図下方側に
Ｎ＋型トドレイン領域７７設けたことである。

Ｎ４型ソース領域７４、Ｎ＋型トドレイン領域７７よび
チャネル領域８４を第１Ｓ図に示されるように設けるこ
とによって、受光部７０は縦型のトランジスタを構成す
る。すなわち、前記ソース領域７４から出たキャリアは
、その周縁部に設けられるチャネル領域８４を介して第
１８図下方側で示される方向に向けて移動し、前記ドレ
イン領域７７に至る。

第２４図は本実施例の受光部７０を含む固体リレー素子
９０の等価回路図である。同図に示されるように本実施
例の固体リレー素子９０は、ホトダイオード列１１のカ
ソード側がトランジスタ１０ｃのソース金属配線８１に
接続される直流専用の構成を有する。したがって第２５
図に示されるように、本実施例ｔこ従う２つの受光部７
０を逆直列に接続して用いることによって直流／交流共
用リレー素子９１を構成することができる。

なお、第２および第３実施例の受光部４０，７０は、第
１実施例の受光部５とほぼ同様な製造工程によって製造
される。

以上のように第１〜第３実施例に従う受光部５゜４０．
７０においては、各ホトダイオードつとトランジスタ１
０ａ、１０ｂ、１０ｃ　とを積層し、全体として１チツ
プ構成に形成しているので、受光部５．４０．７０を小
形化することができる。また、各ホトダイオード９はマ
トリクス状に配列されるので、受光部Ｓ、４０．７０を
大形化することな（、各ホトダイオード９をきわめて効
率良（配設することができる。すなわち、各ホトダイオ
ード列１１において、所望の数のホトダイオード９を直
列に接続することによって、ホトダイオード９の全出力
電圧を大きく設定することが可能となる。さらに、前記
ホトダイオード列１１を所望の本数並列に配設Ｙること
によって、全ホトダイオード９の電流容量を大きく設定
ｒることかできる。

この上うに第１〜第３実施例の受光部５１’ＬＯ１７０
においては、全体の構成を大形化することなく、所望の
電圧および電流容量を得ることができる。

効　　果 以上のように本発明に従えば、光学結合型半導体リレー
装置を格段に小形化することができ、かつ比較的大きな
電流のスイッチング前作を行うことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である固体リレー素子１に用
いられる受光ｇｌＳ５の一部の構成を示す平面図、第２
図は第１図切断面線■−■から見た断面図、第３図は第
１図■−■から見た断面図、第４図は第１図の切断面線
ＩＶ−ＩＶから見た断面図、第５図は第１図切断面線■
−Ｖから見た断面図、第６図は第２図切断面線Ｖｌ−Ｖ
Ｉから見た断面図、第７図はゲート電極２０の構成を示
す図、第８図は固体リレー素子１の全体の構成を示す斜
視図、＠９図は固体リレー素子１の構成を示す断面図、
第１０図は固体リレー素子１の等価回路図、第１１図は
受光部５の製造工程を説明するための断面図、第１２図
は本発明の第２実施例である受光部４０の構成を示す平
面図、第１３図は第１２図切断面線ｘｍ−ｘｍから見た
断面図、第１４図は第１２図切断面線）ｌ’−ＸＩＶか
ら見た断面図、第１５図は第１２図切断面線ｘｖ−ｘｖ
から見た断面図、第１６図は受光部４０の金属配線パタ
ーンの構成を示す図、第１７図は本発明の第３実施例で
ある受光部７０のデート電極７１が形成された段階の一
部の構成を示す平面図、第１８図第１７図切断面線Ｘ■
−Ｘ■から見た断面図、第１９図は第１７図切断面線ｘ
ＩＸ−χ■から見た断面図、第２０図は第１７図切断面
線ＸＸ−χＸから見た断面図、第２１図は受光部７０の
金属配線パターンを示す図、第２２図はデート電極７１
の構成を示す図、第２３図はホトダイオード９の配設状
態を示す図、第２４図は本実施例の受光部７０を含む３
１一 固体リレー索子９０の等価回路図、第２５図は２つのリ
レー素子９０を逆直列に接続して構成される直流／交流
両用の固体リレー素子９１の等価回路図、第２６図は典
型的な先行技術である光結合型固体リレー素子の受光部
１０１の構成を示す断面図である。 １．９０・・・固体リレー素子、４・・・発光部、５，
４０．７０・・・受光部、マ・・・発光グイオーＶ、９
・・・ホトダイオード、１０・・・トランノスタ、１１
・・・ホトグイオード列、４５・・・ゲート配線、２０
，４９．７１・・・デート電極、１２，１３，２１，２
２．５１，５２・・・ドレイン電極、１４・・・Ｐ＋型
半導体基板、１５・・・Ｐ型成長層、１６・・・Ｎ＋型
ドレイン領域、１７・・・Ｎ−型ウェル層、１８．８４
・・・チャネル領域、２７・・・基板電極、３５．６４
・・・金属配線、６０゜７４・・・Ｎ＋ソース領域、７
５・・・Ｐ−型ウェル層、７６・・・Ｎ−型成長層、７
７・・・Ｎ“型ドレイン領域、９１・・・直流／交流共
用リレー素子 代理人　　弁理士　画数　圭一部 第８図 第９図 第１０図 ン（２（ Ｇ）　Ｐ　　　Ｃ０ −ｉ〜　　　　　ｉ〜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発光部と、複数の入力／出力用電極を有し、前記発光部
   に光学的に結合された受光部とを含み、発光部の点滅動
   作に応答して、受光部において前記複数の入力／出力用
   電極間を導通／遮断するスイッチング動作を行う光結合
   型半導体リレー装置であって、 前記受光部は、半導体基板上に半導体スイッチング手段
   と半導体光電変換手段とがこの順序に積層して構成され
   、 前記光電変換手段は、複数の半導体光電変換素子が同一
   方向に直列に接続された半導体光電変換素子列が１つま
   たは複数列形成され、 各半導体光電変換素子列の共通する一方向側の各電極と
   他方側の各電極は異なる共通配線にそれぞれ接続され、 共通配線の少なくともいずれか一方からの電圧に基づい
   て前記半導体スイッチング手段をスイッチング動作させ
   るようにしたことを特徴とする光結合型半導体リレー装
   置。