JPH065911A - 光結合型pnpnスイッチ - Google Patents

光結合型pnpnスイッチ

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JPH065911A
JPH065911A JP16284092A JP16284092A JPH065911A JP H065911 A JPH065911 A JP H065911A JP 16284092 A JP16284092 A JP 16284092A JP 16284092 A JP16284092 A JP 16284092A JP H065911 A JPH065911 A JP H065911A
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JP
Japan
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type region
electrode
type
semiconductor substrate
cathode
Prior art date
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Pending
Application number
JP16284092A
Other languages
English (en)
Inventor
Yutaka Akiyama
豊 秋山
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 RGK値の設定によりターンオン特性及びdV/d
t耐量の限界が決定されてしまうという問題点を除去
し、それらの特性を同時に向上させることが出来る光結
合型PNPNスイッチを提供する。 【構成】 本発明の光結合型PNPNスイッチは、PN
PN素子の電極9とカソード間に、ターンオン動作の引
金となる光照射時に電極9に正電圧を印加するためのホ
トダイオード直列配列10と、光照射オフ時に電極9にチ
ャージされた電荷を除去するための通路としての抵抗11
が並列に接続されているので、ターンオン時(光照射
時)にのみ電極9とカソード間に正電圧を印加され、ゲ
ート・カソード間短絡抵抗(RGK)の抵抗値が大きくな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光結合型PNPNスイ
ッチのターンオン特性及びdV/dt耐量を同時に向上させ
る方式に関するものである。
【0002】
【従来技術】従来、光結合型PNPNスイッチは、図3
(b)の等価回路に示すように、PNPトランジスタと
NPNトランジスタで構成され、(1)式の条件を満足
することによりターンオンされる。
【0003】αPNP+αNPN ≧ 1 ・・・(1) αPNP:ベース設置PNPトランジスタの増幅率 αNPN:ベース設置NPNトランジスタの増幅率 通常のPNPN素子はαPNP,αNPNとも(1)式を満足
するように設計され、わずかなリーク電流で導通状態と
なる。阻止状態の維持は、NPNトランジスタのエミッ
タ・ベース間に短絡抵抗RGKを挿入し、実効的なαNPN
を極端に減少させることにより行う。
【0004】ここで、以下にターンオン動作について述
べる。
【0005】LEDにより光が照射されると、PNPト
ランジスタに光電流IPNPが発生する。この光電流IPNP
は、短絡抵抗RGKを流れ、RGKの端子間電圧VGK(=I
PNP×RGK)を生じる。このVGKがNPNトランジスタ
を動作させるのに十分な約0.6VになるとαNPNが大き
くなり、前記(1)式が満足されターンオンする。従っ
て、ターンオン特性を向上(駆動LED電流を低減)さ
せるには、RGK値を大きくすることが有効な手段であ
る。
【0006】次に、dV/dt耐量について述べる。
【0007】PNPN素子のアノード・カソード間に立
ち上がりの急峻な電圧がかかった時に、変位電流が発生
する。この変位電流は、前記ターンオン動作同様RGK
流れることにより、PNPN素子を誤動作(ON状態
に)させる。従って、dV/dt耐量を向上させるには、R
GK値を小さくすることが有効な手段である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前記した様に、光結合
型PNPNスイッチに於て、ターンオン特性及びdV/dt
耐量を向上させるには、RGK値に対して相反する特性を
要求するため、RGK値の設定により各々の特性の限界が
決定されてしまうという問題点があった。
【0009】本発明は以上述べた、RGK値の設定により
ターンオン特性及びdV/dt耐量の限界が決定されてしま
うという問題点を除去し、それらの特性を同時に向上さ
せることの出来る光結合型PNPNスイッチを提供す
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板
と、前記半導体基板中に形成された第1のP型領域と、
前記第1のP型領域に接合して前記半導体基板中に形成
された第1のN型領域と、前記第1のN型領域に接合し
て前記半導体基板中に形成された第2のP型領域と、前
記第2のP型領域に接合して前記半導体基板中に形成さ
れた第2のN型領域と、前記第1のP型領域上に前記第
1のP型領域と接続して形成されたアノード電極と、前
記第2のN型領域上に前記第2のN型領域と接続して形
成されたカソード電極と、前記第2のN型領域と前記第
2のP型領域とを接続するPゲート・カソード間短絡抵
抗とを有し、光が照射されると前記第1のP型領域,第
1のN型領域及び第2のP型領域が形成するPNPトラ
ンジスタに発生する光電流をきっかけにしてターンオン
動作する光結合型PNPNスイッチに於て、前記ターン
オン動作時には前記ターンオン動作時以外の動作時に比
べて前記Pゲート・カソード間短絡抵抗の抵抗値を大き
くする手段を有する様にしたものである。
【0011】そして、前記抵抗値を大きくする手段が受
光部を有しており、前記光が照射されているかどうかを
前記受光部で検知して前記ターンオン動作時であるかど
うかを判断する様にしたものである。
【0012】更に、半導体基板と、前記半導体基板中に
形成された第1のP型領域と、前記第1のP型領域に接
合して前記半導体基板中に形成された第1のN型領域
と、前記第1のN型領域に接合して前記半導体基板中に
形成された第2のP型領域と、前記第2のP型領域に接
合して前記半導体基板中に形成された第2のN型領域
と、前記第1のP型領域上に前記第1のP型領域と接続
して形成されたアノード電極と、前記第2のN型領域上
に前記第2のN型領域と接続して形成されたカソード電
極と、前記第2のP型領域と前記第2のN型領域との間
でPゲート・カソード間短絡抵抗として機能する第3の
P型領域とを有し、光が照射されると前記第1のP型領
域,第1のN型領域及び第2のP型領域が形成するPN
Pトランジスタに発生する光電流をきっかけにターンオ
ン動作するする光結合型PNPNスイッチに於て、前記
第3のP型領域上に絶縁膜を介して形成された電極と、
前記電極と接続して前記ターンオン動作時に前記電極に
正電圧を印加する手段を有する様にしたものである。
【0013】より詳細には、前記正電圧を印加する手段
として、前記光が照射された時に前記光を受光可能な位
置に配置され且つ前記電極と前記カソード電極の間に接
続されたホトダイオードと、前記ホトダイオードと並列
に接続された抵抗とを設けたものである。
【0014】
【作用】本発明は、光結合型PNPNスイッチに於て、
ターンオン動作時にはターンオン動作時以外の動作時に
比べて前記Pゲート・カソード間短絡抵抗の抵抗値を大
きくする手段を設けたので各動作時に要求される抵抗値
を実現することができる。
【0015】そして、光結合型PNPNスイッチに於い
てはターンオン動作時即ち光照射時なので、抵抗値を大
きくする手段が受光部を有していれば、ターンオン動作
時であるかどうかを確実に判断することができる。
【0016】更に、P型不純物を用いた拡散抵抗をPゲ
ート・カソード間短絡抵抗として使用し、ターンオン動
作時には、この拡散抵抗領域上に絶縁膜を介して形成さ
れた電極に正電圧を印加すると、拡散抵抗領域の基板表
面付近に集まるキャリアの量が制御され、Pゲート・カ
ソード間短絡抵抗の抵抗値が増大する。
【0017】
【実施例】本発明の実施例である光結合型PNPNスイ
ッチについて、PNPN素子の部分の断面図を図1に示
し、回路図を図2に示す。
【0018】図1のPNPN素子は、N型半導体基板の
第1のN型領域1内に、アノード電極が設けられた第1
のP型領域2と第2のP型領域3を形成し、次にこの第
2のP型領域3内にカソード電極が設けられた第2のN
型領域4を形成し、更に第1のN型領域1内に、この第
2のP型領域3に接する第3のP型領域5をPゲート・
カソード間短絡抵抗RGKとして形成したものである。
【0019】そして、Pゲート・カソード間短絡抵抗R
GKとして形成された第3のP型領域5では、この抵抗の
端部の電極6が、アルミニウム等の配線でカソード電極
7に接続されており、抵抗を形成する第3のP型領域5
上には、電圧を印加することによって基板表面付近に集
まるキャリアの量を制御し、RGK値を可変させるための
電極9が、絶縁膜8を介して、アルミニウム等の材質で
形成されている。
【0020】図2は、前記した実施例の光結合型PNP
Nスイッチの回路図である。
【0021】この回路図に示された前記PNPN素子に
は、電極9とカソード間に、ターンオン動作の引金とな
る光照射時に電極9に正電圧を印加するためのホトダイ
オード直列配列10と、光照射オフ時に電極9にチャージ
された電荷を除去するための通路としての抵抗11が並列
に接続され、光結合型PNPNスイッチを構成してい
る。
【0022】この光結合型PNPNスイッチのターンオ
ン動作を説明する。
【0023】PNPN素子自体の動作については前記し
た従来の光結合型PNPNスイッチと同様である。そし
て、発光ダイオード12からの照射光によって、PNPN
素子のPNPトランジスタに光電流が発生すると同時
に、ホトダイオード配列10にも電圧が発生する。この電
圧が電極9に正電圧として印加され、その結果第3のP
型領域5の不純物濃度が薄くなり、Pゲート・カソード
間短絡抵抗の抵抗値が増大する。
【0024】すなわち、RGKの端子間電圧(Pゲート・
カソード間電圧)VGK(=IPNP×RGK)として、NP
Nトランジスタを動作させるのに十分な約0.6Vを発
生させることが出来る。
【0025】発光ダイオード12からの光照射がオフする
と、ターンオン動作は終了し、同時にホトダイオード配
列10も電圧を発生しなくなり、電極9にチャージされて
いた電価は抵抗11を伝わって除去される。その結果、第
3のP型領域5の不純物濃度は通常状態に戻り、増大し
ていたPゲート・カソード間短絡抵抗の抵抗値は元の小
さな値になる。
【0026】従って、電極9に正電圧を印加する前のP
ゲート・カソード間短絡抵抗(RGK)の抵抗値を十分に
小さく設定しておくことが可能となるので、dV/dt耐量
を向上させることができる。
【0027】本発明の光結合型PNPN素子の、RGK
を可変させるための電極に用いる材質は導電材料であれ
ばよく、アルミニウム合金等であれば半導体素子形成に
一般的に用いられているので取扱が容易であるが、これ
ら一般的な材料に限定されるものではない。また、この
電極の構造並びに形状についても、電圧を印加すること
によって基板表面付近に集まるキャリアの量を制御し、
GK値を可変させることができれば、特に制限を有する
ものではない。
【0028】また、本実施例ではPゲート・カソード間
短絡抵抗(RGK)としてP型不純物を用いた拡散抵抗を
使用しているが、光結合型PNPN素子とは別の領域に
N型不純物を用いた拡散抵抗を形成し、第2のP型領域
と第2のN型領域に接続して、Pゲート・カソード間短
絡抵抗(RGK)としてもよい。この場合、Pゲート・カ
ソード間短絡抵抗(RGK)領域上に絶縁膜を介して形成
された電極とには、抵抗値を大きくするためには、ター
ンオン動作時に負電圧を印加する必要がある。
【0029】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明の光
結合型PNPNスイッチは、Pゲート・カソード間短絡
抵抗(RGK)領域上に抵抗値の可変を目的とした電極を
設け、光照射時にこの電極とカソード間に正電圧を印加
する回路を付加したものである。その結果、ターンオン
時(光照射時)には、前記電極とカソード間に正電圧を
印加されるので、Pゲート・カソード間短絡抵抗
(RGK)の抵抗値が大きくなる。つまり、ターンオン時
のみ抵抗値を大きくして、それ以外の時は抵抗値を低く
抑えておくことが可能なので、ターンオン特性及びdV/d
t耐量を同時に向上させることが可能となる。
【0030】更に、光照射時に前記電極とカソード間に
プラスの電圧を印加する回路として、直列に接続された
複数のホトダイオードと抵抗とを並列に配置したものを
付加したので、ターンオン時(光照射時)にPNPN素
子のPNPトランジスタに光電流が発生すると同時に、
ホトダイオードも光照射によって電圧を発生させるの
で、電圧を印可するタイミングを制御するための、特別
な手段を設ける必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の構造を示す断面図である。
【図2】本発明の実施例の構成図である
【図3】従来の光結合型PNPN素子の構成図及び等価
回路図である。
【符号の説明】
1 第1のN型領域 2 第1のP型領域 3 第2のN型領域 4 第2のP型領域 5 第3のP型領域 7 カソード電極 8 絶縁膜 9 電極 10 ホトダイオード直列配列 11 抵抗 12 発光ダイオード A アノード K カソード

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、前記半導体基板中に形成
    された第1のP型領域と、前記第1のP型領域に接合し
    て前記半導体基板中に形成された第1のN型領域と、前
    記第1のN型領域に接合して前記半導体基板中に形成さ
    れた第2のP型領域と、前記第2のP型領域に接合して
    前記半導体基板中に形成された第2のN型領域と、前記
    第1のP型領域上に前記第1のP型領域と接続して形成
    されたアノード電極と、前記第2のN型領域上に前記第
    2のN型領域と接続して形成されたカソード電極と、前
    記第2のN型領域と前記第2のP型領域とを接続するP
    ゲート・カソード間短絡抵抗とを有し、光が照射される
    と前記第1のP型領域,第1のN型領域及び第2のP型
    領域が形成するPNPトランジスタに発生する光電流を
    きっかけにしてターンオン動作する光結合型PNPNス
    イッチに於て、 前記ターンオン動作時には前記ターンオン動作時以外の
    動作時に比べて前記Pゲート・カソード間短絡抵抗の抵
    抗値を大きくする手段を有することを特徴とする光結合
    型PNPNスイッチ。
  2. 【請求項2】 半導体基板と、前記半導体基板中に形成
    された第1のP型領域と、前記第1のP型領域に接合し
    て前記半導体基板中に形成された第1のN型領域と、前
    記第1のN型領域に接合して前記半導体基板中に形成さ
    れた第2のP型領域と、前記第2のP型領域に接合して
    前記半導体基板中に形成された第2のN型領域と、前記
    第1のP型領域上に前記第1のP型領域と接続して形成
    されたアノード電極と、前記第2のN型領域上に前記第
    2のN型領域と接続して形成されたカソード電極と、前
    記第2のP型領域と前記第2のN型領域との間でPゲー
    ト・カソード間短絡抵抗として機能する第3のP型領域
    とを有し、光が照射されると前記第1のP型領域,第1
    のN型領域及び第2のP型領域が形成するPNPトラン
    ジスタに発生する光電流をきっかけにターンオン動作す
    るする光結合型PNPNスイッチに於て、 前記第3のP型領域上に絶縁膜を介して形成された電極
    と、前記電極と接続して前記ターンオン動作時に前記電
    極に正電圧を印加する手段を有することを特徴とする光
    結合型PNPNスイッチ。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の光結合型PNPNスイッ
    チに於て、前記抵抗値を大きくする手段が受光部を有し
    ており、前記光が照射されているかどうかを前記受光部
    で検知して前記ターンオン動作時であるかどうかを判断
    することを特徴とする光結合型PNPNスイッチ。
  4. 【請求項4】 請求項2記載の光結合型PNPNスイッ
    チに於て、前記正電圧を印加する手段として、 前記光が照射された時に前記光を受光可能な位置に配置
    され且つ前記電極と前記カソード電極の間に接続された
    ホトダイオードと、前記ホトダイオードと並列に接続さ
    れた抵抗とを有することを特徴とする光結合型PNPN
    スイッチ。
JP16284092A 1992-06-22 1992-06-22 光結合型pnpnスイッチ Pending JPH065911A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008529058A (ja) * 2005-01-20 2008-07-31 インテル・コーポレーション 光学トランジスタ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008529058A (ja) * 2005-01-20 2008-07-31 インテル・コーポレーション 光学トランジスタ
JP4696130B2 (ja) * 2005-01-20 2011-06-08 インテル・コーポレーション 光学トランジスタ

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Effective date: 20001226