(57)【要約】【課題】駆動電圧を低電圧化できる半導体装置、およびそれを用いたドライバ、半導体リレーを提供する。【解決手段】半導体装置１は、電気信号を光に変換する発光装置２と、発光装置２から出力される光を電気信号に変換する受光器３とを備えている。このように構成される半導体装置１によれば、発光装置２に電気的に接続された一次側回路と、受光器３に電気的に接続された二次側回路との間で、電気的な絶縁性を確保しつつ、信号等を伝達することが可能である。発光装置２は、１．１３Ｖ以下の入力電圧が印加されることにより発光するように構成されている。【選択図】図１
2015177204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号を光に変換する発光装置と、
前記発光装置から出力される光を電気信号に変換する受光器とを備え、
前記発光装置は、１．１３Ｖ以下の入力電圧が印加されることにより発光するように構成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記発光装置は、発光波長が１．１μｍ以上の発光ダイオードである
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記発光装置は、発光波長が４．０μｍ以下の発光ダイオードである
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記受光器は、少なくとも１つのフォトダイオードであって、
前記フォトダイオードは、検出波長が前記発光装置の発光波長と重複している
ことを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記発光装置は、抵抗体にて形成され通電時に熱放射によって発光する発光素子である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記発光装置は、前記入力電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路で昇圧された電圧が印加されることにより発光する発光素子とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置と、
前記受光器に電気的に接続され、前記受光器からの入力電流に応じて制御信号を出力する制御回路とを備える
ことを特徴とするドライバ。
【請求項８】
請求項７に記載のドライバと、
前記制御回路の出力端間に電気的に接続され、前記制御信号に応じてオン、オフが切り替わる半導体スイッチとを備える
ことを特徴とする半導体リレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に半導体装置、ドライバ、半導体リレーに関し、より詳細には受光器を備える半導体装置、およびそれを用いたドライバ、半導体リレーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体リレーなどに用いられる半導体装置として、光起電力素子である受光器（受光素子アレイ）を用いた半導体装置が提案されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１に記載の構成では、受光器と、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を有する発光装置との間が電気的に絶縁されている。受光器は、発光装置からの光を受けて、出力用のパワーＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）トランジスタを駆動する起電力を発生する。
【０００３】
特許文献１に記載の半導体リレーにおいては、発光素子は、発光波長λ＝８５０ｎｍの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。さらに、特許文献１によれば、受光器は、支持基板と活性層とを絶縁膜で分離したＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板上に形成されており、活性層厚１５μｍで上記発光波長（８５０ｎｍ）における受光器の光吸収率は約６３％となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したような従来の半導体リレーにおいては、発光装置に用いられる発光素子の発光波長は、通常０．６０〜１．０μｍ程度であり、周囲温度の影響を考慮しない場合、この発光素子の順方向電圧は１．２４〜２．０７Ｖ程度である。発光波長が８５０ｎｍのＬＥＤであれば発光素子の順方向電圧は約１．４６Ｖとなる。発光素子は、順方向電圧よりも低い電圧では発光しないので、従来の半導体リレーを駆動するためには、最低でも１．２４Ｖ程度の駆動電圧を発光装置に印加する必要がある。
【０００６】
しかし、近年、低消費電力化に伴い、半導体リレーなどの半導体装置を駆動するための駆動回路であって、マイコン（マイクロコンピュータ）等からなる駆動回路においても、電源電圧の低電圧化が進んでいる。いずれ駆動回路の電源電圧が半導体装置の駆動電圧を下回ると、駆動回路にて半導体装置を駆動できなくなることも考えられるため、半導体装置の駆動電圧の低電圧化が望まれている。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されており、駆動電圧を低電圧化できる半導体装置、およびそれを用いたドライバ、半導体リレーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体装置は、電気信号を光に変換する発光装置と、前記発光装置から出力される光を電気信号に変換する受光器とを備え、前記発光装置は、１．１３Ｖ以下の入力電圧が印加されることにより発光するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
この半導体装置において、前記発光装置は、発光波長が１．１μｍ以上の発光ダイオードであることが望ましい。
【００１０】
この半導体装置において、前記発光装置は、発光波長が４．０μｍ以下の発光ダイオードであることがより望ましい。
【００１１】
この半導体装置において、前記受光器は、少なくとも１つのフォトダイオードであって、前記フォトダイオードは、検出波長が前記発光装置の発光波長と重複していることがより望ましい。
【００１２】
この半導体装置において、前記発光装置は、抵抗体にて形成され通電時に熱放射によって発光する発光素子であることがより望ましい。
【００１３】
この半導体装置において、前記発光装置は、前記入力電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路で昇圧された電圧が印加されることにより発光する発光素子とを有することがより望ましい。
【００１４】
本発明のドライバは、上記いずれかの半導体装置と、前記受光器に電気的に接続され、前記受光器からの入力電流に応じて制御信号を出力する制御回路とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の半導体リレーは、上記のドライバと、前記制御回路の出力端間に電気的に接続され、前記制御信号に応じてオン、オフが切り替わる半導体スイッチとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、発光装置が、１．１３Ｖ以下の入力電圧が印加されることにより発光するように構成されているので、最低でも１．２４Ｖ程度の駆動電圧を印加する必要があった従来の半導体装置に比べ、駆動電圧を低電圧化できる、という利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１に係る半導体装置を用いた半導体リレーのブロック図である。
【図２】実施形態１に係る半導体装置を用いた半導体リレーの概略回路図である。
【図３】実施形態２に係る半導体装置を用いた半導体リレーの概略図である。
【図４】実施形態３に係る半導体装置を用いた半導体リレーの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施形態１）
本実施形態に係る半導体装置１は、図１に示すように、電気信号を光に変換する発光装置２と、発光装置２から出力される光を電気信号に変換する受光器３とを備えている。このように構成される半導体装置１によれば、発光装置２に電気的に接続された一次側回路と、受光器３に電気的に接続された二次側回路との間で、電気的な絶縁性を確保しつつ、信号等を伝達することが可能である。
【００１９】
ここで、発光装置２は、１．１３Ｖ以下の入力電圧が印加されることにより発光するように構成されている。
【００２０】
とくに、本実施形態では、発光装置２は発光波長が１．１μｍ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）である。ここで、発光ダイオードにおいては、順方向電圧Ｖｆ〔Ｖ〕と発光波長λ〔μｍ〕との関係式は、
Ｖｆ≒１．２４／λ・・・（１）
で表される。なお、この関係式は、ｅ×Ｖｆ＝ｈν＝ｈ×（ｃ／λ）より求められる（「ｅ」は電子の電荷、「ν」は振動数、「ｈ」はプランク定数、「ｃ」は光速）。
【００２１】
すなわち、発光波長が１．１μｍ以上であれば、上記（１）式より発光ダイオードの順方向電圧は１．１３Ｖ以下となる。
【００２２】
これにより、本実施形態に係る半導体装置１は、発光装置２に１．１３Ｖ以下の入力電圧が印加されたときに発光装置２を発光させることができる。そして、発光装置２が発光すると、受光器３が発光装置２からの光を電気信号に変換し、半導体装置１は駆動することになる。要するに、本実施形態に係る半導体装置１は、周囲温度の影響を考慮しない場合に最低でも１．２４Ｖ程度の駆動電圧を印加する必要があった従来の半導体装置に比べ、半導体装置１を駆動するために必要な駆動電圧を低電圧化できる、という利点がある。
【００２３】
本実施形態に係る半導体装置１は、たとえば半導体リレーに用いられる。半導体リレーは、メカニカルリレーのような可動接点を持たない無接点リレーであり、たとえばセキュリティ機器、アミューズメント機器、医療機器や蓄電池システム、ヒータ、ＤＣモータの各種の制御など、種々の用途がある。
【００２４】
半導体リレー１００は、図１に示すように、半導体装置１に加えて、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などを用いた半導体スイッチ４と、制御回路５とを備えている。半導体リレー１００では、半導体スイッチ４が、メカニカルリレーにおける接点の機能を果たすことになる。
【００２５】
半導体装置１は、制御回路５と共に、半導体スイッチ４を駆動するためのドライバ（駆動装置）１０を構成する。つまり、ドライバ１０は、半導体装置１と制御回路５とを備えている。制御回路５は、受光器３の出力端間に電気的に接続され、受光器３からの入力電流に応じて制御信号を出力するように構成されている。
【００２６】
半導体スイッチ４は、制御回路５の出力端間に電気的に接続され、制御信号に応じてオン、オフが切り替わるように構成されている。つまり、半導体リレー１００は、ドライバ１０と、制御回路５の出力端間に電気的に接続され、制御信号に応じてオン、オフが切り替わる半導体スイッチ４とを備えている。
【００２７】
このように構成される半導体リレー１００は、半導体装置１の発光装置２へ電力供給されていないときには、半導体スイッチ４がオフである。一方、発光装置２に電力供給されて発光装置２が発光すると、発光装置２からの光を受けた受光器３で生じる光電流により、制御回路５が半導体スイッチ４をオンする。すなわち、半導体リレー１００は、発光装置２が駆動に伴い半導体スイッチ４のオン、オフを切り替えて、半導体スイッチ４の両端（一対の出力端子７１，７２）間の導通、非導通を切り替える。
【００２８】
以下、本実施形態の半導体装置１、およびそれを用いたドライバ１０、半導体リレー１００の構成について詳しく説明する。ただし、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は、下記実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【００２９】
図２は、本実施形態に係る半導体装置１を用いた半導体リレー１００の一例を示す回路図である。図２の例では、半導体リレー１００は、一対の入力端子６１，６２と、一対の出力端子７１，７２とを備えている。
【００３０】
半導体装置１は、上述したように発光装置２と受光器３とを備えている。
【００３１】
発光装置２は、一対の入力端子６１，６２に電気的に接続され、一対の入力端子６１，６２に入力された電気信号を光に変換する発光素子であって、本実施形態では、発光ダイオード２１である。発光ダイオード２１は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを含む発光部（図示せず）を具備し、順方向電圧が印加された際に発光部で発生する光を発光面（図示せず）から出射するように構成されている。
【００３２】
発光ダイオード２１は、アノード（ｐ型半導体層側）を第１の入力端子６１に接続し、カソード（ｎ型半導体層側）を第２の入力端子６２に接続する向きで設けられている。したがって、第１の入力端子６１を正極、第２の入力端子６２を負極とする電圧（順方向電圧）が一対の入力端子６１，６２間に印加されることで、発光ダイオード２１は発光する。発光ダイオード２１の順方向電圧および発光波長については、後に詳しく説明する。
【００３３】
受光器３は、発光装置２からの光を受光して電気信号に変換する受光素子を用いて構成されており、ここでは少なくとも１つのフォトダイオードである。本実施形態では、受光器３は、複数のフォトダイオード３１，３２…３ｎからなるフォトダイオードアレイである。複数のフォトダイオード３１，３２…３ｎは、制御回路５の入力端間において直列に接続されている。
【００３４】
受光器３は、制御回路５の正極の入力端にフォトダイオードアレイのアノード（フォトダイオード３１のアノード）を接続し、制御回路５の負極の入力端にフォトダイオードアレイのカソード（フォトダイオード３ｎのカソード）を接続している。これにより、受光器３は、受光面（図示せず）に光が入射すると光電流を発生し、制御回路５には正極の入力端から光電流が流れ込むことになる。
【００３５】
受光器３は、受光器３の受光面を発光装置２の発光面に対向させる向きに配置される。具体的には、受光器３は、電気絶縁性および透光性を有する光結合部材（図示せず）を介して発光装置２と向かい合わせに配置されている。これにより、発光装置２と受光器３とは互いに光結合され、発光装置２の発光面から出た光が受光器３の受光面へ入射する。
【００３６】
また、本実施形態においては、フォトダイオード３１，３２…３ｎは、検出波長が発光装置２の発光波長と重複している。つまり、受光器３としてのフォトダイオードアレイを構成する複数のフォトダイオード３１，３２…３ｎは、少なくとも発光装置２の発光波長の光に対して実用的な感度を有している。これにより、受光器３は、発光装置２からの光が受光器３の受光面へ入射したときに光電流を発生する。
【００３７】
制御回路５は、発光装置２および受光器３を備える半導体装置１と共にドライバ１０を構成する。図２の例では、制御回路５は、受光器３の出力端間に電気的に接続された可変インピーダンス素子５１と抵抗５２とを有している。可変インピーダンス素子５１と抵抗５２とは、受光器３の出力端間において直列に接続されている。ここでは、一例として可変インピーダンス素子５１はｎチャネルのデプレッション型ＭＯＳＦＥＴである。
【００３８】
可変インピーダンス素子５１のドレインは、制御回路５の正極（フォトダイオード３１のアノード側）の入力端に電気的に接続されている。可変インピーダンス素子５１のソースは、抵抗５２を介して制御回路５の負極（フォトダイオード３ｎのカソード側）の入力端に電気的に接続されている。可変インピーダンス素子５１のゲートは、制御回路５の負極（フォトダイオード３ｎのカソード側）の入力端に電気的に接続されている。言い換えれば、抵抗５２は、可変インピーダンス素子５１のゲート−ソース間に電気的に接続されている。
【００３９】
このような構成の制御回路５は、可変インピーダンス素子５１のドレイン、ソースをそれぞれ出力端として、受光器３からの入力電流（光電流）に応じて出力端から制御信号を出力する。
【００４０】
半導体スイッチ４は、発光装置２、受光器３、および制御回路５を備えるドライバ１０と共に半導体リレー１００を構成する。図２の例では、半導体スイッチ４は、それぞれｎチャネルのエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴからなる一対のスイッチング素子４１，４２を有している。第１のスイッチング素子４１と第２のスイッチング素子４２とは、一対の出力端子７１，７２間において電気的に直列に接続されている。第１のスイッチング素子４１のドレインは第１の出力端子７１に接続され、第２のスイッチング素子４２のドレインは第２の出力端子７２に接続されている。
【００４１】
第１のスイッチング素子４１と第２のスイッチング素子４２とはゲート同士が接続されている。そして、第１のスイッチング素子４１および第２のスイッチング素子４２のゲートは、制御回路５の正極の出力端（可変インピーダンス素子５１のドレイン）に電気的に接続されている。さらに、第１のスイッチング素子４１と第２のスイッチング素子４２とはソース同士が接続されている。第１のスイッチング素子４１および第２のスイッチング素子４２のソースは、制御回路５の負極の出力端（可変インピーダンス素子５１のソース）に電気的に接続されている。
【００４２】
このような構成の半導体スイッチ４は、制御回路５から入力される制御信号に応じてオン、オフが切り替わる。つまり、半導体スイッチ４は、制御回路５の出力により、第１のスイッチング素子４１および第２のスイッチング素子４２のゲート−ソース間電圧がしきい値を超えていれば、第１のスイッチング素子４１および第２のスイッチング素子４２がオンになる。
【００４３】
一方、半導体スイッチ４は、第１のスイッチング素子４１および第２のスイッチング素子４２のゲート−ソース間電圧がしきい値を下回ると、第１のスイッチング素子４１および第２のスイッチング素子４２がオフになる。第１のスイッチング素子４１および第２のスイッチング素子４２がオフの状態では、半導体スイッチ４はオフとなり、一対の出力端子７１，７２間が非導通となる。
【００４４】
ここでは、半導体スイッチ４は一対のスイッチング素子４１，４２の直列回路であるので、半導体リレー１００は、半導体スイッチ４のオン時には、一対の出力端子７１，７２間に双方向に電流を流すことができる。
【００４５】
次に、図２に示す半導体リレー１００の動作を簡単に説明する。
【００４６】
半導体リレー１００は、一対の入力端子６１，６２間に発光ダイオード２１の順方向電圧が印加されている状態では、発光装置２が発光して受光器３から制御回路５へ光電流が流れる。この状態において、制御回路５は、受光器３からの入力電流（光電流）により抵抗５２の両端間に電圧降下を生じる。抵抗５２の両端電圧がデプレッション型ＭＯＳＦＥＴからなる可変インピーダンス素子５１のしきい値を超えていると、制御回路５は、可変インピーダンス素子５１がオフ状態にある。
【００４７】
このとき、制御回路５は、可変インピーダンス素子５１のドレイン−ソース間が高インピーダンス状態にある。したがって、半導体スイッチ４は、第１のスイッチング素子４１および第２のスイッチング素子４２のゲート容量が充電され、第１のスイッチング素子４１および第２のスイッチング素子４２がオン状態となる。第１のスイッチング素子４１および第２のスイッチング素子４２がオンの状態では、半導体スイッチ４はオンとなり、一対の出力端子７１，７２間が導通する。
【００４８】
一方、半導体リレー１００は、一対の入力端子６１，６２間に電圧が印加されていない状態、あるいは印加されていても当該電圧が発光ダイオード２１の順方向電圧を下回る状態では、発光装置２が発光せず、受光器３から制御回路５への入力電流は生じない。この状態において、制御回路５は、抵抗５２の両端間に電圧降下が生じず、可変インピーダンス素子５１がオン状態となり、可変インピーダンス素子５１のドレイン−ソース間が低インピーダンス状態となる。
【００４９】
そのため、半導体スイッチ４は、第１のスイッチング素子４１および第２のスイッチング素子４２のゲート容量が、可変インピーダンス素子５１を通して放電され、第１のスイッチング素子４１および第２のスイッチング素子４２がオフ状態となる。第１のスイッチング素子４１および第２のスイッチング素子４２がオフの状態では、半導体スイッチ４はオフとなり、一対の出力端子７１，７２間が非導通となる。
【００５０】
なお、上述した制御回路５、半導体スイッチ４の回路構成は一例に過ぎず、適宜変更可能である。たとえば、半導体スイッチ４は、エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴを用いた構成に限らず、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などを用いて構成されていてもよい。
【００５１】
ところで、本実施形態に係る半導体装置１は、発光装置２が発光するのに必要な入力電圧（駆動電圧）を低電圧化するため、発光装置２としての発光ダイオード２１の順方向電圧（ジャンクション電圧）が１．１３Ｖ以下に設定されている。ここで、発光ダイオード２１の順方向電圧は、上記（１）式より発光ダイオード２１の発光波長から一意に求まる。表１は、代表的ないくつかの発光波長と順方向電圧との対応関係を表している。
【００５２】
【表１】
2015177204.tif 000003
【００５３】
表１より、発光ダイオード２１の発光波長が１．１μｍであれば、発光ダイオード２１の順方向電圧は１．１３Ｖとなる。本実施形態においては、半導体装置１は発光ダイオード２１の順方向電圧が１．１３Ｖ以下となるので、発光装置２は発光波長が１．１μｍ以上の発光ダイオード２１である。言い換えれば、発光装置２としての発光ダイオード２１の発光波長の下限は１．１μｍである。
【００５４】
さらに、発光装置２は、発光波長が１．２μｍ以上の発光ダイオード２１であることが好ましい。言い換えれば、発光装置２としての発光ダイオード２１の発光波長の下限は１．２μｍであることが好ましい。表１より、発光ダイオード２１の発光波長が１．２μｍであれば、発光ダイオード２１の順方向電圧は１．０３Ｖとなり、駆動電圧がさらに低電圧化される。
【００５５】
また、発光装置２は、発光波長が４．０μｍ以下の発光ダイオード２１であることが好ましい。言い換えれば、発光装置２としての発光ダイオード２１の発光波長の上限は４．０μｍであることが好ましい。表１より、発光ダイオード２１の発光波長が４．０μｍであれば、発光ダイオード２１の順方向電圧は０．３１Ｖとなる。順方向電圧が０．３Ｖを下回ると発光装置２がノイズの影響で発光しやすくなり半導体装置１の誤動作が増えるが、順方向電圧が０．３Ｖ以上であれば、半導体装置１は誤動作の発生率を実用レベルまで低減できる。
【００５６】
さらに、発光装置２は、発光波長が１．３μｍ以上の発光ダイオード２１であることがより好ましい。言い換えれば、発光装置２としての発光ダイオード２１の発光波長の下限は１．３μｍであることが好ましい。表１より、発光ダイオード２１の発光波長が１．３μｍであれば、発光ダイオード２１の順方向電圧は０．９５Ｖとなり、駆動電圧がさらに低電圧化される。従来、１．０Ｖ以下で駆動できる半導体装置１はなかったので、このように１．０Ｖ以下で駆動できる半導体装置１は非常に有用である。
【００５７】
とくに好ましくは、発光装置２は、発光波長が１．３μｍあるいは１．５μｍの発光ダイオード２１である。表１より、発光ダイオード２１の発光波長が１．５μｍであれば、発光ダイオード２１の順方向電圧は０．８３Ｖとなる。発光波長が１．３μｍあるいは１．５μｍの発光ダイオード２１は、光通信の技術分野において一般的に用いられているため、これらの発光ダイオード２１を選択することで、発光装置２は汎用品の発光ダイオード２１を用いることができる。その結果、半導体装置１の製造コストの低コスト化を図ることができる。
【００５８】
また、本実施形態においては、受光器３として用いられているフォトダイオード３１，３２…３ｎは、上述したように検出波長が発光装置２の発光波長と重複している。そのため、発光ダイオード２１の発光波長の上限、下限に合わせて、フォトダイオード３１，３２…３ｎの検出波長も決定されている。
【００５９】
ここにおいて、発光ダイオード２１の発光波長は、発光ダイオード２１の材料（半導体化合物）によって異なる。発光ダイオード２１の発光波長の下限が１．１μｍである場合、発光ダイオード２１は、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）またはＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウムヒ素リン）が材料に用いられることが好ましい。
【００６０】
受光器３として用いられているフォトダイオード３１，３２…３ｎについても同様に、ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰが材料に用いられることが好ましい。
【００６１】
ただし、発光ダイオード２１とフォトダイオード３１，３２…３ｎとに同じ材料が用いられることは必須ではなく、発光ダイオード２１とフォトダイオード３１，３２…３ｎとの一方にＩｎＧａＡｓ、他方にＩｎＧａＡｓＰが用いられてもよい。また、発光ダイオード２１とフォトダイオード３１，３２…３ｎとの一方にのみ、ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰが材料として用いられ、他方にはＩｎＧａＡｓおよびＩｎＧａＡｓＰ以外の材料が用いられてもよい。
【００６２】
以上説明した本実施形態の半導体装置１によれば、発光装置２に１．１３Ｖ以下の入力電圧が印加されたときに発光装置２が発光し、半導体装置１は駆動することになる。したがって、半導体装置１は、周囲温度の影響を考慮しない場合に最低でも１．２４Ｖ程度の駆動電圧を印加する必要があった従来の半導体装置に比べ、半導体装置１を駆動するために必要な駆動電圧を低電圧化できる。
【００６３】
また、本実施形態では、発光装置２は発光波長が１．１μｍ以上の発光ダイオード２１であるので、発光ダイオード２１の発光波長と順方向電圧との関係から、発光ダイオード２１の順方向電圧は１．１３Ｖ以下となる。要するに、この構成によれば、発光装置２は、１．１μｍを上限とする発光波長の発光ダイオード２１を用いることにより、他の回路を付加することなく、１．１３Ｖ以下の入力電圧が印加されたときに発光装置２が発光する構成を実現できる。
【００６４】
また、発光装置２は、上述したように発光波長が１．２μｍ以上、さらには１．３μｍ以上の発光ダイオード２１であることが好ましい。この構成によれば、発光装置２を発光させるために必要な順方向電圧がさらに低くなり、半導体装置１を駆動するために必要な駆動電圧をさらに低電圧化できる。
【００６５】
また、発光装置２は、上述したように発光波長が４．０μｍ以下の発光ダイオード２１であることが好ましい。この構成によれば、半導体装置１は誤動作の発生率を実用レベルに抑制することができる。
【００６６】
さらに、本実施形態では、受光器３は少なくとも１つのフォトダイオード３１，３２…３ｎであって、フォトダイオード３１，３２…３ｎは検出波長が発光装置２の発光波長と重複している。受光器３は、発光装置２と同じく特定範囲の波長（たとえば１．３〜４．０μｍ）の光に対して感度を持つことで、発光装置２からの光に対しては十分な感度を保ちつつ、たとえば遠赤外線領域など周囲の物質から放射される熱線の影響を受けにくくなる。したがって、受光器３は、耐ノイズ性が向上し、ＳＮ比の向上を図ることができる。
【００６７】
また、半導体装置１は、上述したように発光ダイオード２１やフォトダイオード３１，３２…３ｎに、ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰが用いられることが好ましい。この構成によれば、遠距離用光通信で用いられる半導体デバイスとして一般的な発光ダイオードやフォトダイオードを、発光装置２や受光器３に用いることができる。これにより、発光装置２や受光器３は汎用品の半導体デバイスを用いることができ、半導体装置１の製造コストの低コスト化を図ることができる。
【００６８】
半導体装置１が半導体スイッチ４用のドライバ１０や、半導体リレー１００に用いられる場合には、半導体装置１の駆動電圧の低電圧化がとくに望まれるので、上述した半導体装置１の効果はとくに顕著である。
【００６９】
なお、発光装置２は、発光ダイオード２１に限らず、たとえば有機ＥＬ（Electro-Luminescence）など、発光ダイオード以外の発光素子を用いて構成されていてもよい。また、受光器３は、複数のフォトダイオード３１，３２…３ｎからなるフォトダイオードアレイに限らず、たとえば単発のフォトダイオード、フォトトランジスタや太陽電池などを用いて構成されていてもよい。
【００７０】
（比較例）
従来、半導体リレーに使用される受光素子（フォトダイオード）には、通常、シリコン（Ｓｉ）が用いられている。シリコンは広く一般的に使用されている半導体材料であり、シリコンを用いた半導体装置の製造設備、製造工程は広く普及しており、シリコンを用いた受光素子であれば製造コストを低く抑えることができる。また、半導体スイッチのスイッチング素子にも同じくシリコンが用いられる場合には、半導体リレーは、スイッチング素子と受光素子とを一体化（１チップ化）でき、小型化を図ることができる。
【００７１】
そこで、ここでは比較例として、受光素子にシリコンを用いた半導体リレー用の半導体装置（図示せず）を例示する。
【００７２】
シリコンを用いた受光素子は、０．８μｍ付近をピークとして約０．６０〜１．０μｍの波長の光に対して感度を持ち、１．０μｍ以上の波長の光に対しては実用的な感度を持たないことが知られている。そのため、比較例としての半導体装置の発光装置には、発光波長が０．６０〜１．０μｍの範囲内にある発光ダイオードが用いられる。
【００７３】
すなわち、比較例に係る半導体装置においては、発光波長が０．６０〜１．０μｍの範囲内にある発光ダイオードを用いているため、周囲温度の影響を考慮しない場合、上記（１）式より、発光ダイオードの順方向電圧は略１．２４〜２．０７Ｖの範囲内となる。
【００７４】
このような比較例に対し、上述した実施形態１に係る半導体装置１は、発光ダイオード２１の順方向電圧が１．１３Ｖ以下であるため、発光ダイオード２１を発光させるために必要な入力電圧が比較例に比べて低くなる。よって、実施形態１に係る半導体装置１は、比較例に係る半導体装置に比べて、半導体リレー１００を駆動するのに必要な駆動電圧を低電圧化することができる。
【００７５】
（実施形態２）
本実施形態に係る半導体装置１は、図３に示すように、発光装置２が、抵抗体にて形成され通電時に熱放射によって発光する（第１の）発光素子２２である点で、実施形態１の半導体装置１と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
【００７６】
すなわち本実施形態では、発光装置２は発光ダイオードに代えて、抵抗体にて形成された発光素子２２を光源として用いている。発光素子２２は、所望の電気抵抗を有し電流が流れたときにジュール効果によって発生する熱（ジュール熱）によって光を放射する素子である。ここでは一例として、発光素子２２は、ニクロムやカンタル（登録商標）等の合金からなる電熱線である場合を示す。ただし、発光素子２２は、その他の抵抗体、たとえば拡散抵抗や薄膜抵抗であってもよく、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を利用して適宜の構造に形成されていてもよい。
【００７７】
この半導体装置１において、一対の入力端子６１，６２から発光装置２に入力電圧が印加されると、発光素子２２に電流が流れて発光装置２が発光する。この半導体装置１では、発光装置２に１．１３Ｖ以下の入力電圧が印加されたときに、受光器３が光電流を発生して半導体スイッチ４を駆動するのに十分な強度の光を発光素子２２が放射するように、発光素子２２の抵抗値が設定されている。
【００７８】
以上説明した本実施形態の半導体装置１によれば、発光装置２に印加される入力電圧の値は、発光素子２２の抵抗値と発光素子２２を流れる電流の値との積で表されるから、半導体装置１を駆動するために必要な駆動電圧を連続的に変化させることができる。したがって、この半導体装置１は、半導体装置１を駆動するために必要な駆動電圧を、細かく調整することができるという利点がある。
【００７９】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【００８０】
（実施形態３）
本実施形態に係る半導体装置１は、図４に示すように、発光装置２が、入力電圧を昇圧する昇圧回路２３と、昇圧回路２３で昇圧された電圧が印加されることにより発光する（第２の）発光素子２４とを有する点で、実施形態１の半導体装置１と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。なお、図４の例では発光素子２４は発光ダイオードである。
【００８１】
すなわち本実施形態では、一対の入力端子６１，６２から発光装置２に入力電圧が印加されると、この入力電圧は昇圧回路２３で昇圧されてから発光素子２４に印加される。そのため、発光素子２４には、発光装置２に印加された入力電圧よりも大きな電圧が印加されることになり、発光装置２に１．１３Ｖ以下の入力電圧が印加されたときでも、昇圧回路２３は発光素子２４に１．１３Ｖを超える電圧を印加できる。
【００８２】
したがって、発光素子２４は、順方向電圧が１．１３Ｖを超える発光ダイオードであってもよく、たとえば発光波長が０．６〜１．０μｍの範囲の発光ダイオードであってもよい。発光ダイオードの発光波長が０．６μｍであれば、発光ダイオードの順方向電圧は２．０７Ｖとなるため（表１参照）、昇圧回路２３は、入力電圧を２．０７Ｖ以上に昇圧することになる。発光ダイオードの発光波長が１．０μｍであれば、発光ダイオードの順方向電圧は１．２４Ｖとなるため（表１参照）、昇圧回路２３は、入力電圧を１．２４Ｖ以上に昇圧することになる。
【００８３】
昇圧回路２３は、たとえば昇圧チョッパ回路などの周知の回路構成を適用することができる。そのため、ここでは昇圧回路２３についての詳しい説明は省略する。
【００８４】
以上説明した本実施形態の半導体装置１によれば、従来使用されている発光ダイオードなどの発光素子２４に昇圧回路２３を付加するだけで、半導体装置１を駆動するために必要な駆動電圧の低電圧化を図ることができる。
【００８５】
なお、発光素子２４は、発光ダイオードに限らず、たとえば有機ＥＬや実施形態２で説明した抵抗体などであってもよい。
【００８６】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【００８７】
さらに、上記各実施形態に係る半導体装置１は、半導体リレー１００に関わらず、たとえばフォトカプラやフォトインタラプタなどに用いられてもよい。これらの場合でも、半導体装置１は、半導体リレー１００に用いられる場合と同様に、駆動電圧を低電圧化できるという効果がある。
【符号の説明】
【００８８】
１  半導体装置
２  発光装置
２１  発光ダイオード
２２  （第１の）発光素子
２３  昇圧回路
２４  （第２の）発光素子
３  受光器
３１，３２…３ｎ  フォトダイオード
４  半導体スイッチ
５  制御回路
１０  ドライバ
１００  半導体リレー
【図１】
2015177204.tif 000004
【図２】
2015177204.tif 000005
【図３】
2015177204.tif 000006
【図４】
2015177204.tif 000007