(57)【要約】【課題】光電セル全体の静電容量を大きくすることなく光生成電流を増大する。【解決手段】半導体支持基板１０と、この半導体支持基板１０の一の面側に設けられる半導体活性層１２とにより構成され、光源と対向配置される受光チップ１Ａを光起電力装置に設けた。半導体活性層１２には、光源からの光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電セル１２０が上記一の面に沿って複数形成されているとともに、これら複数の光電セル１２０を電気的に直列接続するアルミ配線１２１が半導体支持基板１０側の面とは反対の面に設けられている。複数の光電セル１２０と対向する半導体支持基板１０の領域には、他の面側で反射部材としてのフレーム２１により閉塞される凹所１００が掘り込み形成されている。【選択図】　図１
2004039695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体支持基板と、この半導体支持基板の一の面側に設けられる半導体活性層とにより構成され、光源の光を受光する受光チップを備え、
前記半導体活性層には、前記光源からの光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電セルが前記一の面に沿って複数形成されているとともに、これら複数の光電セルを電気的に直列接続する配線が前記半導体支持基板側の面とは反対の面側に設けられ、
前記複数の光電セルと対向する前記半導体支持基板の領域には、他の面側に開口を有する凹所が掘り込み形成され、この凹所の開口側に反射面が形成されている
ことを特徴とする光起電力装置。
【請求項２】
前記受光チップは、前記半導体支持基板と前記半導体活性層との間に絶縁層が介在するＳＯＩ基板により構成され、前記凹所は前記絶縁層まで掘り込み形成されていることを特徴とする請求項１記載の光起電力装置。
【請求項３】
前記受光チップは、前記半導体支持基板と前記半導体活性層との間に絶縁層が介在するＳＯＩ基板により構成され、
前記凹所は、前記絶縁層との間に前記半導体支持基板の一部を実質的な光透過性の層として残す深さまで掘り込み形成され、
前記半導体支持基板の一部には電気的に高抵抗特性を示すようになる不純物が含有されている
ことを特徴とする請求項１記載の光起電力装置。
【請求項４】
前記受光チップは、前記半導体支持基板と前記半導体活性層との間に絶縁層が介在するＳＯＩ基板により構成され、
前記半導体活性層には、当該半導体活性層における前記複数の光電セルの部分の各周囲を囲繞することにより、それら複数の光電セルの部分を個々に分離するセル間分離領域が形成され、
前記凹所は、前記セル間分離領域に対向する前記半導体支持基板の領域の全部または一部を除いた領域において前記絶縁層まで掘り込み形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の光起電力装置。
【請求項５】
前記凹所の側面は光反射面となっていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光起電力装置。
【請求項６】
前記半導体活性層における前記半導体支持基板側の面とは反対の面側と前記半導体支持基板の凹所側とに前記光源としてそれぞれ設けられる第１の発光素子と第２の発光素子とを備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光起電力装置。
【請求項７】
前記光源として発光素子を備え、前記半導体活性層における前記半導体支持基板側の面とは反対の面側と前記半導体支持基板の凹所側とに前記発光素子の光を導く導光路を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光起電力装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の光起電力装置と、この光起電力装置の光起電力を利用して開閉するスイッチとを備えることを特徴とする半導体スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光照射により電気エネルギーを発生する半導体型の光起電力装置およびそれを用いた半導体スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１８は従来の光起電力装置の断面図である。この図に示す光起電力装置は、受光チップ１と、発光素子３０と、この発光素子３０が端部に実装されその発光素子３０の一の電極と電気的に接続されるフレーム２０と、受光チップ１と接着される支持用のフレーム２１と、発光素子３０の他の電極とボンディングワイヤＷで電気的に接続されるフレーム２２と、受光チップ１における直列接続された複数の光電セルの両端にそれぞれ電気的に接続される一対のフレーム（図示せず）と、これらのフレームの各一部を外部に露出した状態で上記各部を包み込む遮光性の樹脂部４とを備えている。
【０００３】
受光チップ１は、大略、半導体支持基板（ここではシリコン基板）１０と、この半導体支持基板１０の一の面（図では上面）側に設けられる半導体活性層１２とにより構成され、発光素子３０と対向配置される。そして、半導体活性層１２には、発光素子３０からの光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電セル１２０が上記一の面に沿って複数形成されているとともに、これら複数の光電セル１２０を電気的に直列接続するアルミ配線１２１が半導体支持基板１０側の面とは反対の面側（図では半導体活性層１２の上面）に設けられている。
【０００４】
このような概略構成の受光チップ１についてさらに説明すると、受光チップ１は、半導体支持基板１０と半導体活性層１２との間に絶縁層１１が介在するＳＯＩ（Ｓｉ１ｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕ１ａｔｏｒ）基板により構成されている。
【０００５】
半導体活性層１２には、当該半導体活性層１２における複数の光電セル１２０の部分の各周囲を囲繞することにより、それら複数の光電セル１２０の部分を個々に分離するセル間分離領域１２２が、半導体活性層１２の上面から下面にかけて形成されている。半導体活性層１２をｐ型またはｎ型のいずれかである第一導電型であるとすると、セル間分離領域１２２は第一導電型とは異なる第二導電型の不純物領域として形成される。また、光電セル１２０の１セル内にはセル間分離領域１２２と表面近傍で重なり合う重なりあう第二導電型領域（第二導電型の高濃度不純物領域）１２３と、隣接するセル間分離領域１２２と表面近傍で重なり合いかつ第二導電型領域１２３から離隔した第一導電型領域（第一導電型の高濃度不純物領域）１２４とが形成されている。そして、光電セル１２０間の接続については、アルミ配線１２１によって一セルの第二導電型領域１２３と隣接する他セルの第一導電型領域１２４とを接続し、複数セルを直列接続することにより、それらの直列合成出力を光起電力素子の出力としている。
【０００６】
発光素子３０と半導体活性層１２における半導体支持基板１０側の面とは反対の面側との間には、発光素子３０の光を半導体活性層１２における複数の光電セル１２０に照射するための導光路用の室が設けられ、この室内には透明樹脂４０が充填されている
このように構成される光起電力装置では、フレーム２０，２２から発光素子３０に駆動電流が流れて発光素子３０が発光すると、その光は透明樹脂４０内を通過して半導体活性層１２における複数の光電セル１２０の表面に入射する。このとき、光起電力効果により光電セル内で電子・正孔対が光励起され、電極まで達すると光生成電流となって出力として取り出される。
【０００７】
この後、フレーム２０，２２から発光素子３０への駆動電流の供給が停止すると、発光素子３０の発光が止まり、光電セル内部の電子・正孔対の発生もなくなり、出力がすみやかに止まる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記光生成電流は入射の光量と光電セルのｐｎ接合面積とに依存するので、上記従来の光起電力装置では、光電セルがＳＯＩ基板の半導体活性層に沿って形成され、光生成電流に寄与するｐｎ接合領域がＳＯＩ基板の表面側のみであり、光電セルのｐｎ接合面積を大きくとることができないことから、光生成電流が小さいという課題があった。
【０００９】
つまり、複数の光電セルからなる受光素子に光が照射されると、光励起された電子・正孔対が生成される。ここで、各光電セル内のｐ型領域で生成された光電子に着目すると、伝導帯の底に落ちた後、表面あるいはｎ型領域（ｎ型シリコン層）との接合部へ向かって拡散し、あるものは半導体内部や表面の再結合中心で失われるが、接合部へ達した電子は接合部での強い電界に加速されて、ｎ型領域へ流入する。ｎ型領域中では電荷中性条件を満たすために、流入してきた電子と同数の電子がｎ型領域の電極から流出する。電極から流出した電子は、外部の負荷回路を経由して、ｐ型領域で過剰になった正孔とｐ型領域の電極部で再結合する。生成された光電子の流れが光電流として観測される。以上のように光生成電流は入射の光量および光が照射されるｐｎ接合面積に依存する。
【００１０】
上記課題を解決するために光電セルのｐｎ接合面積を大きくすると、光生成電流は大きくなるものの、トレードオフ関係にあるｐｎ接合容量、つまり光電セル全体の静電容量が大きくなり、高速応答性能が劣化するという別の課題が発生する。
【００１１】
本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、光電セル全体の静電容量を大きくすることなく光生成電流を増大することができる光起電力装置およびそれを用いた半導体スイッチを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１記載の発明は、半導体支持基板と、この半導体支持基板の一の面側に設けられる半導体活性層とにより構成され、光源の光を受光する受光チップを備え、前記半導体活性層には、前記光源からの光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電セルが前記一の面に沿って複数形成されているとともに、これら複数の光電セルを電気的に直列接続する配線が前記半導体支持基板側の面とは反対の面側に設けられ、前記複数の光電セルと対向する前記半導体支持基板の領域には、他の面側に開口を有する凹所が掘り込み形成され、この凹所の開口側に反射面が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光起電力装置において、前記受光チップは、前記半導体支持基板と前記半導体活性層との間に絶縁層が介在するＳＯＩ基板により構成され、前記凹所は前記絶縁層まで掘り込み形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の光起電力装置において、前記受光チップは、前記半導体支持基板と前記半導体活性層との間に絶縁層が介在するＳＯＩ基板により構成され、前記凹所は、前記絶縁層との間に前記半導体支持基板の一部を実質的な光透過性の層として残す深さまで掘り込み形成され、前記半導体支持基板の一部には電気的に高抵抗特性を示すようになる不純物が含有されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の光起電力装置において、前記受光チップは、前記半導体支持基板と前記半導体活性層との間に絶縁層が介在するＳＯＩ基板により構成され、前記半導体活性層には、当該半導体活性層における前記複数の光電セルの部分の各周囲を囲繞することにより、それら複数の光電セルの部分を個々に分離するセル間分離領域が形成され、前記凹所は、前記セル間分離領域に対向する前記半導体支持基板の領域の全部または一部を除いた領域において前記絶縁層まで掘り込み形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の光起電力装置において、前記凹所の側面は光反射面となっていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の光起電力装置において、前記半導体活性層における前記半導体支持基板側の面とは反対の面側と前記半導体支持基板の凹所側とに前記光源としてそれぞれ設けられる第１の発光素子と第２の発光素子とを備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項７記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の光起電力装置において、前記光源として発光素子を備え、前記半導体活性層における前記半導体支持基板側の面とは反対の面側と前記半導体支持基板の凹所側とに前記発光素子の光を導く導光路を有することを特徴とする。
【００１９】
請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の光起電力装置と、この光起電力装置の光起電力を利用して開閉するスイッチとを備えることを特徴とする半導体スイッチ。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る各実施形態について図面を順次参照しながら説明する。先ず、本発明の光起電力装置が備える受光チップに係る各実施形態の受光チップの構成について説明し、次に、本発明の光起電力装置に係る各実施形態の光起電力装置について説明する。
【００２１】
（各実施形態の受光チップについて）
図１は本発明の光起電力装置が備える受光チップに係る第１実施形態の受光チップの断面図、図２は同受光チップを用いた光起電力装置の特性図である。
【００２２】
第１実施形態の受光チップ１Ａは、図１に示すように、大略、半導体支持基板（シリコン基板）１０と、この半導体支持基板１０の一の面（図では上面）側に設けられる半導体活性層１２とにより構成され、図外の光源と対向配置される。そして、半導体活性層１２には、上記光源からの光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電セル１２０が上記一の面に沿って複数形成されているとともに、これら複数の光電セル１２０を電気的に直列接続するアルミ配線１２１が半導体支持基板１０側の面とは反対の面側（図では上面）に設けられている。一方、複数の光電セル１２０と対向する半導体支持基板１０の領域には、他の面（図では下面）側で反射部材としての例えばフレーム２１により閉塞される凹所１００が掘り込み形成されている。フレーム２１は、金属製であり、少なくとも凹所１００側の面が光反射面となるように処理されている。
【００２３】
第１実施形態では、受光チップ１Ａは、半導体支持基板１０と半導体活性層１２との間に絶縁層１１が介在する、面方位（１００）のＳＯＩ基板により構成され、凹所１００は絶縁層１１まで掘り込み形成され、半導体支持基板１０における凹所１００を形成する内周壁１０１は開口側ほどより広くなるテーパー状になっている。
【００２４】
このような概略構成の受光チップ１Ａについてさらに詳述すると、絶縁層１１は、埋め込み酸化膜の絶縁膜である。
【００２５】
半導体活性層１２には、当該半導体活性層１２における複数の光電セル１２０の部分の各周囲を囲繞することにより、それら複数の光電セル１２０の部分を個々に分離するセル間分離領域１２２が、半導体活性層１２の上面から下面にかけて形成されている。半導体活性層１２をｐ型またはｎ型のいずれかである第一導電型であるとすると、セル間分離領域１２２は第一導電型とは異なる第二導電型で形成される。また、セル間分離領域１２２によって区切られた光電セル１２０の１セル内部には、セル間分離領域１２２と半導体活性層１２の上面近傍で重なるように形成された高濃度の第二導電型領域１２３と、第二導電型領域１２３と離隔しかつ隣接するセル間分離領域１２２と上面近傍で重なるように形成される第一導電型領域１２４とが形成されている。そして、光電セル１２０間の接続については、アルミ配線１２１によって一セルの第二導電型領域１２３と隣接する他セルの第一導電型領域１２４とを接続し、複数セルを直列接続することにより、それらの直列合成出力を光起電力素子の出力としている。
【００２６】
半導体支持基板１０において、凹所１００は、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）溶液等による異方性エッチングで掘り込み形成される。凹所１００は絶縁層１１に到達する深さまで形成されており、絶縁層１１の露出領域は、半導体活性層１２に形成された光電セル１２０の領域と対向している。異方性エッチングのため、凹所１００の内周壁１０１は面方位（１１１）面となり、面荒れのない光反射面（鏡面）になっている。
【００２７】
このように、複数の光電セル１２０と対向する半導体支持基板１０の領域に、他の面側で反射部材としての例えばフレーム２１により閉塞される凹所１００を掘り込み形成することにより、図１に示すように、半導体活性層１２に対し、半導体支持基板１０側の面とは反対の面側から入射する光Ｌ１，Ｌ２が、半導体活性層１２を通過した後に、凹所１００により光エネルギーが減衰することなく、反射部材としての例えばフレーム２１で反射して半導体活性層１２に再度入射することになるから、半導体活性層１２に再度入射する光により、光励起電子・正孔対をより多く発生させることができる。つまり、光電セルのｐｎ接合面積を大きくすることなく、しかも光源が発する光量を増やさなくても、光源から半導体活性層１２への入射光量を等価的に増やすことができ、光励起電子・正孔対をより多く発生させることができるため、光電セル全体の静電容量を大きくすることなく光生成電流を増大することができる（静電容量性能の維持および光生成電流特性の向上）。
【００２８】
また、ＳＯＩ基板を使用して、凹所１００を絶縁層１１まで掘り込み形成することにより、絶縁層１１（埋め込み酸化膜）が露出した構造になるので、図１に示す光Ｌ３のように、空気−絶縁層１１間の界面が入射光に対する反射膜として機能するとともに、光電セル電位と基板電位との間を絶縁できるので、光電セルの合成容量を低減することができる。
【００２９】
さらに、凹所１００の側面が光反射面（鏡面）となっているので、凹所１００の側面で光が反射して半導体活性層１２に再度入射するようになるから、光生成電流をさらに増大することができる。
【００３０】
ここで、図２において、横軸に光電セルの合成静電容量の逆数、縦軸に光生成電流を示す。目盛りはいずれも規格化した単位である。この両対数グラフ上では右上領域に向かうほど高性能である。半導体活性層の表面（上面）レイアウトが同じ水準についてグループ化してある。このグラフによると、裏面（下面）掘り込みした光起電力装置は、裏面掘り込みしていない光起電力装置に比べて合成静電容量の低減および光生成電流の増加がみられ（「合成静電容量」対「光生成電流」）トレードオフ曲線の改善が見られる。
【００３１】
図３は本発明の光起電力装置が備える受光チップに係る第２実施形態の受光チップの断面図である。
【００３２】
第２実施形態の受光チップ１Ｂは、図３に示すように、絶縁層１１が設けられていない点で、第１実施形態の受光チップ１Ａと相違し、凹所１００は半導体活性層１２に到達する深さまで掘り込み形成されている。
【００３３】
このように、複数の光電セル１２０と対向する半導体支持基板１０の領域に、他の面側で反射部材としての例えばフレーム２１により閉塞される凹所１００を掘り込み形成することにより、第１実施形態の受光チップ１Ａと同様に、光電セル全体の静電容量を大きくすることなく光生成電流を増大することができる。
【００３４】
図４は本発明の光起電力装置が備える受光チップに係る第３実施形態の受光チップの断面図である。
【００３５】
第３実施形態の受光チップ１Ｃは、図４に示すように、凹所１００ａが、絶縁層１１との間に半導体支持基板１０の一部１０２（厚みＴの部分）を実質的な光透過性の層として残す深さまで掘り込み形成されている点で、第１実施形態の受光チップ１Ａと相違する。なお、第３実施形態の半導体支持基板１０における凹所１００ａを形成する内周壁１０１ａも、第１実施形態の内周壁１０１と同様に面方位（１１１）面となり、面荒れのない光反射面（鏡面）になっている。
【００３６】
このように、絶縁層１１との間に半導体支持基板１０の一部１０２を実質的な光透過性の層として残すことにより、光電セル部の薄膜領域（ダイヤフラム部）の強度を高めることができる。
【００３７】
図５は本発明の光起電力装置が備える受光チップに係る第４実施形態の受光チップの断面図である。
【００３８】
第４実施形態の受光チップ１Ｄは、図５に示すように、実質的な光透過性の層として残る半導体支持基板の一部１０２ａに、この一部１０２ａが電気的に高抵抗特性を示すようになる不純物を含有している点で、第３実施形態の受光チップ１Ｃと相違する。
【００３９】
このように構成でも、第３実施形態と同様に、光電セル全体の静電容量を大きくすることなく光生成電流を増大することができる。
【００４０】
図６は本発明の光起電力装置が備える受光チップに係る第５実施形態の受光チップの断面図である。
【００４１】
第５実施形態の受光チップ１Ｅは、図６に示すように、凹所１００ｂが、セル間分離領域１２２に対向する半導体支持基板１０の領域の全部または一部を除いた領域において絶縁層１１まで掘り込み形成されている点で、第１実施形態の受光チップ１Ａと相違する。凹所１００ｂは、ＩＣＰによるドライエッチングにより絶縁層１１に到達する深さまで垂直掘り込み形成される。
【００４２】
このように、複数の光電セル１２０と対向する半導体支持基板１０の領域に、他の面側で反射部材により閉塞される凹所１００ｂを掘り込み形成する際に、凹所１００ｂを、セル間分離領域１２２に対向する半導体支持基板１０の領域の全部または一部を除いた領域において掘り込み形成することにより、光電セル部の薄膜領域（ダイヤフラム部）の強度をさらに高めることができるとともに、生成光電流を増加させることができる。
【００４３】
（各実施形態の光起電力装置について）
図７は本発明の光起電力装置に係る第１実施形態の光起電力装置の正面図、図８は図７のＡ１−Ａ１’線における断面図である。なお、図７，図８中のＷはボンディングワイヤである。
【００４４】
第１実施形態の光起電力装置は、図７，図８に示すように、上記受光チップ１Ａと同様の断面構造を持つ受光チップ１Ｆと、半導体活性層１２における半導体支持基板１０側の面とは反対の面側の上方に設けられる発光素子３０と、この発光素子３０が端部に実装されその発光素子３０の一の電極と電気的に接続されるフレーム２０と、半導体支持基板１０の他の面側で凹所１００を閉塞するフレーム２１と、発光素子３０の他の電極とボンディングワイヤで電気的に接続されるフレーム２２と、半導体活性層１２における直列接続された複数の光電セル１２０の両端にボンディングワイヤでそれぞれ電気的に接続されるフレーム２３，２４と、フレーム２０〜２４の各一部を外部に露出した状態で上記各部を包み込む遮光性の樹脂部４とを備えている。
【００４５】
そして、発光素子３０と半導体活性層１２における半導体支持基板１０側の面とは反対の面側との間には、発光素子３０の光を半導体活性層１２における複数の光電セル１２０に照射するための導光路用の室が設けられ、この室内には透明樹脂４０が充填されている一方、凹所１００内も導光路用の室として透明樹脂４１が充填されている。透明樹脂４１を凹所１００内に充填することにより、成型時の圧力に対してチップ割れを防止することができ、破壊耐性が向上する。
【００４６】
ここで、上記構成の光起電力装置について補説すると、半導体活性層１２の上面から下面にかけて形成されているセル間分離領域１２２は、第二導電型の不純物領域である。第二導電型領域１２３，第一導電型領域１２４は高濃度不純物領域である。フレーム２１は、半導体支持基板１０の他の面に接着され、フレーム２０と対向するように配置される。
【００４７】
いま、第一導電型の半導体活性層１２を例えばｐ型であるとすれば、半導体活性層１２における光電セル１２０の部分（図８のセル間分離領域１２２で囲繞される部分）がｐ型となり、このｐ型の部分とともに光電セル１２０を構成するセル間分離領域１２２はｎ型となる。そして、複数の光電セル１２０は直列接続され、その一端を担うｐ型の部分に接続されるアルミ配線１２１が、アノード側の電極となってフレーム２３，２４の一方に電気的に接続され、他端を担うｎ型のセル間分離領域１２２に接続されるアルミ配線１２１が、カソード側の電極となってフレーム２３，２４の他方に電気的に接続される。
【００４８】
このように構成される光起電力装置では、フレーム２０，２２から発光素子３０に駆動電流が流れて発光素子３０が発光すると、その光は透明樹脂４０内を通過して半導体活性層１２における複数の光電セル１２０の表面に入射する。このとき、光起電力効果により光電セル内で電子・正孔対が光励起され、電極まで達すると光生成電流となってフレーム２３，２４から外部に供給される。この外部に供給される電流量は、既に説明した凹所１００の作用により増大する。
【００４９】
この後、フレーム２０，２２から発光素子３０への駆動電流の供給が停止すると、発光素子３０の発光が止まり、光電セル内部の電子・正孔対の発生もなくなり、フレーム２３，２４から外部への出力も止まる。
【００５０】
図９は本発明の光起電力装置に係る第２実施形態の光起電力装置の正面図、図１０は図９のＡ２−Ａ２’線における断面図である。なお、図９，図１０中のＷはボンディングワイヤである。
【００５１】
第２実施形態の光起電力装置は、図９，図１０に示すように、凹所１００内に収納される発光素子３１をさらに備える点、フレーム２１に代えて、発光素子３１が実装されその両端と電気的に接続されたパターン付きフレーム２１ａを備える点、このパターン付きフレーム２１ａにフレーム２０，２２が電気的に接続される点で、第１実施形態の光起電力装置と相違する。
【００５２】
このように構成される光起電力装置では、パターン付きフレーム２１ａを通じてフレーム２０，２２から発光素子３０に駆動電流が流れて発光素子３０が発光するとともに、パターン付きフレーム２１ａから発光素子３１に駆動電流が流れて発光素子３１が発光すると、それらの光は透明樹脂４０，４１をそれぞれ通過して半導体活性層１２における複数の光電セル１２０に入射する。このとき、光起電力効果により光電セル内で電子・正孔対が光励起され、電極まで達すると光生成電流となってフレーム２３，２４からパターン付きフレーム２１ａに供給される。このパターン付きフレーム２１ａに供給される電流量は、既に説明した凹所１００の作用により増大する。
【００５３】
この後、発光素子３０への駆動電流の供給が停止すると、発光素子３０の発光が止まり、光電セル内部の電子・正孔対の発生もなくなり、フレーム２３，２４からパターン付きフレーム２１ａへの出力も止まる。
【００５４】
この構成によれば、２つの発光素子３０，３１が発光することにより光起電力が発生するので、より大きな光生成電流を取り出すことができる。
【００５５】
図１１は本発明の光起電力装置に係る第３実施形態の光起電力装置の正面図、図１２は図１１のＡ３−Ａ３’線における断面図である。なお、図１１，図１２中のＷはボンディングワイヤである。
【００５６】
第３実施形態の光起電力装置は、図１１，図１２に示すように、受光チップ１Ｇの半導体活性層１２における半導体支持基板１０側の面とは反対の面側と半導体支持基板１０の凹所側とに発光素子３０の光を導く導光路を有する点で、第１実施形態の光起電力装置と相違する。
【００５７】
すなわち、第３実施形態の光起電力装置には、半導体支持基板１０における凹所１００ｃがその半導体支持基板１０の一側面（図１１の例では右側面）の中央部を切り欠いた形状になっており、凹所１００ｃにより半導体支持基板１０がコ字状になっている。そして、凹所１００ｃは、半導体支持基板１０の切り欠かれた部分から絶縁層１１および半導体活性層１２の側方を通って発光素子３０の導光路用の室と連通し、これら連通した空間内に透明樹脂４２が充填されている。
【００５８】
このように構成される光起電力装置では、フレーム２０，２２から発光素子３０に駆動電流が流れて発光素子３０が発光すると、その光は透明樹脂４２内を通過して半導体活性層１２の両面から入射する。このとき、光起電力効果により光電セル内で電子・正孔対が光励起され、電極まで達すると光生成電流となってフレーム２３，２４から外部に供給される。この外部に供給される電流量は、凹所１００ｃの作用により増大する。
【００５９】
この後、フレーム２０，２２から発光素子３０への駆動電流の供給が停止すると、発光素子３０の発光が止まり、光電セル内部の電子・正孔対の発生もなくなり、フレーム２３，２４から外部への出力も止まる。
【００６０】
この構成によれば、発光素子３０の光を半導体活性層１２の両面に入射させることができるので、より大きな光生成電流を取り出すことができる。
【００６１】
図１３は本発明の光起電力装置に係る第４実施形態の光起電力装置の正面図、図１４は図１３のＡ４−Ａ４’線における断面図である。なお、図１４中のＷはボンディングワイヤである。
【００６２】
第４実施形態の光起電力装置は、図１３，図１４に示すように、発光素子３０が、受光チップ１Ｇの半導体支持基板１０の一側面の中央部が切り欠かれた側における受光チップ１Ｇの側方（図１４では下方）に設けられる点、フレーム２１に代えて、発光素子３１が実装されその両端と電気的に接続されたパターンによる入力端子２０ａ，２２ａを持つパターン付き基板２１ｂを備える点、このパターン付き基板２１ｂにおけるパターンによる出力端子２３ａ，２４ａに、半導体活性層１２における直列接続された複数の光電セル１２０の両端がボンディングワイヤでそれぞれ電気的に接続される点で、第３実施形態の光起電力装置と相違する。
【００６３】
発光素子３０は、一の電極がパターン付き基板２１ｂと対面する側にあって入力端子２０ａとバンプで電気的に接続され、当該発光素子３０の表面側に他の電極があってボンディングワイヤを介して入力端子２２ａと電気的に接続される。
【００６４】
このように構成される光起電力装置では、入力端子２０ａ，２２ａから発光素子３０に駆動電流が流れて発光素子３０が発光すると、その光は透明樹脂４２内を通過して半導体活性層１２の両面から入射する。このとき、光起電力効果により光電セル内で電子・正孔対が光励起され、電極まで達すると光生成電流となって出力端子２３ａ，２４ａから外部に供給される。この外部に供給される電流量は、凹所１００ｃの作用により増大する。
【００６５】
この後、発光素子３０への駆動電流の供給が停止すると、発光素子３０の発光が止まり、光電セル内部の電子・正孔対の発生もなくなり、出力端子２３ａ，２４ａ外部への出力も止まる。
【００６６】
図１５は本発明の光起電力装置に係る第５実施形態の光起電力装置の正面図、図１６は図１５のＡ５−Ａ５’線における断面図である。なお、図１５，図１６中のＷはボンディングワイヤである。
【００６７】
第５実施形態の光起電力装置は、図１５，図１６に示すように、発光素子３０が、受光チップ１Ｇの半導体支持基板１０における凹所１００ｃ内に収納される点、フレーム２１に代えて、発光素子３１が実装されその両端と電気的に接続されたパターンによる入力端子２０ａ，２２ａを持つパターン付き基板２１ｃを備える点、このパターン付き基板２１ｃにおけるパターンによる出力端子２３ａ，２４ａに、半導体活性層１２における直列接続された複数の光電セル１２０の両端がボンディングワイヤでそれぞれ電気的に接続される点で、第３実施形態の光起電力装置と相違する。
【００６８】
このように構成される光起電力装置では、入力端子２０ａ，２２ａから発光素子３０に駆動電流が流れて発光素子３０が発光すると、その光は透明樹脂４２内を通過して半導体活性層１２の両面から入射する。このとき、光起電力効果により光電セル内で電子・正孔対が光励起され、電極まで達すると光生成電流となって出力端子２３ａ，２４ａから外部に供給される。この外部に供給される電流量は、凹所１００ｃの作用により増大する。
【００６９】
この後、発光素子３０への駆動電流の供給が停止すると、発光素子３０の発光が止まり、光電セル内部の電子・正孔対の発生もなくなり、出力端子２３ａ，２４ａ外部への出力も止まる。
【００７０】
図１７は本発明の半導体スイッチに係る一実施形態の半導体スイッチの構成図である。
【００７１】
本実施形態の半導体スイッチは、図１７に示すように、これまでの各実施形態の光起電力装置と同様に、少なくとも発光素子３０を含む発光部３および受光チップ１Ｈにより構成される光起電力装置と、この光起電力装置における受光チップ１Ｈの出力と接続される制御回路５１と、この制御回路５１により開閉制御されるスイッチ素子（図ではＭＯＳ型ＦＥＴ）５２１，５２２を含むスイッチ部５２とにより構成されている。
【００７２】
発光部３の入力端子Ｔ３０，Ｔ３１は、上述したフレーム２０，２２や入力端子２０ａ，２２ａに対応する。受光チップ１Ｈの出力端子は、フレーム２３，２４や出力端子２３ａ，２４ａに対応する。そして、スイッチ素子５２１，５２２は、ゲート電極同士、ソース電極同士がそれぞれ共通に接続され、各々のドレイン電極が出力端子Ｔ１，Ｔ２に接続されている。
【００７３】
このように構成される半導体スイッチでは、入力端子Ｔ３０，Ｔ３１に入力信号が印加して発光素子３０が発光すると、その光は直列に接続された複数の光電セル１２０に入射し、これらの光電セル１２０の両端に光起電力が発生する。この後、その光起電力を受けて制御回路５１が起動し、スイッチ素子５２１，５２２のゲート容量への充電を始める。これにより、スイッチ素子５２１，５２２が導通状態となる。この後、入力端子Ｔ３０，Ｔ３１に入力信号が印加しなくなると、発光素子３０の発光が止まり、制御回路５１への光起電力の供給が止まる。これにより、制御回路５１がスイッチ素子５２１，５２２のゲート電荷を速やかに放電させるように動作が切り換わり、この結果、スイッチ素子５２１，５２２が遮断状態となる。
【００７４】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１記載の発明は、半導体支持基板と、この半導体支持基板の一の面側に設けられる半導体活性層とにより構成され、光源の光を受光する受光チップを備え、前記半導体活性層には、前記光源からの光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電セルが前記一の面に沿って複数形成されているとともに、これら複数の光電セルを電気的に直列接続する配線が前記半導体支持基板側の面とは反対の面側に設けられ、前記複数の光電セルと対向する前記半導体支持基板の領域には、他の面側に開口を有する凹所が掘り込み形成され、この凹所の開口側に反射面が形成されているので、半導体活性層に対し、半導体支持基板側の面とは反対の面側から入射する光が、半導体活性層を通過した後に、凹所により光エネルギーが減衰することなく、反射面で反射して半導体活性層に再度入射することになるから、半導体活性層に再度入射する光により、光励起電子・正孔対をより多く発生させることができる。つまり、光源から半導体活性層への入射光量を等価的に増やすことができ、光励起電子・正孔対をより多く発生させることができるため、光電セル全体の静電容量を大きくすることなく光生成電流を増大することができる。
【００７５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光起電力装置において、前記受光チップは、前記半導体支持基板と前記半導体活性層との間に絶縁層が介在するＳＯＩ基板により構成され、前記凹所は前記絶縁層まで掘り込み形成されているので、絶縁層が露出した構造となり、空気−絶縁層間の界面が入射光に対する反射膜として機能し、半導体活性層への再入射光量が増大するため、光励起による電子・正孔対を効率よく発生させることができ、光生成電流の増大が可能となるとともに、光電セル電位と基板電位との間を絶縁ないし容量結合抑制できるので、光電セルの合成容量を低減することができる。
【００７６】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の光起電力装置において、前記受光チップは、前記半導体支持基板と前記半導体活性層との間に絶縁層が介在するＳＯＩ基板により構成され、前記凹所は、前記絶縁層との間に前記半導体支持基板の一部を実質的な光透過性の層として残す深さまで掘り込み形成され、前記半導体支持基板の一部には電気的に高抵抗特性を示すようになる不純物が含有されているので、光電セル部の薄膜領域（薄膜ダイヤフラム構造）の強度を高めることができる。
【００７７】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の光起電力装置において、前記受光チップは、前記半導体支持基板と前記半導体活性層との間に絶縁層が介在するＳＯＩ基板により構成され、前記半導体活性層には、当該半導体活性層における前記複数の光電セルの部分の各周囲を囲繞することにより、それら複数の光電セルの部分を個々に分離するセル間分離領域が形成され、前記凹所は、前記セル間分離領域に対向する前記半導体支持基板の領域の全部または一部を除いた領域において前記絶縁層まで掘り込み形成されているので、光電セル部の薄膜領域（薄膜ダイヤフラム構造）の強度を高めることができ、残存する半導体支持基板の側壁が光の反射面として機能するのでさらに生成光電流を増加することができる。
【００７８】
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の光起電力装置において、前記凹所の側面は光反射面となっているので、凹所の側面で光が反射して半導体活性層に再度入射するようになるから、光の散逸を抑制でき、光生成電流をさらに増大することができる。
【００７９】
請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の光起電力装置において、前記半導体活性層における前記半導体支持基板側の面とは反対の面側と前記半導体支持基板の凹所側とに前記光源としてそれぞれ設けられる第１の発光素子と第２の発光素子とを備えるので、生成光電流を増加することができる。
【００８０】
請求項７記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の光起電力装置において、前記光源として発光素子を備え、前記半導体活性層における前記半導体支持基板側の面とは反対の面側と前記半導体支持基板の凹所側とに前記発光素子の光を導く導光路を有するので、フレームの対向配置による光結合が不要で、実装が簡単になる。
【００８１】
請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の光起電力装置と、この光起電力装置の光起電力を利用して開閉するスイッチとを備えるので、スイッチの応答時間が複数の光電セルからなる光電素子の寄生容量に比例するが、寄生容量を小さくできるので、高速応答が可能になり、また、スイッチの応答時間はスイッチを駆動する光電素子の生成光電流に依存するが、生成光電流を大きくできるので、高速応答が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光起電力装置が備える受光チップに係る第１実施形態の受光チップの断面図である。
【図２】同受光チップを用いた光起電力装置の特性図である。
【図３】本発明の光起電力装置が備える受光チップに係る第２実施形態の受光チップの断面図である。
【図４】本発明の光起電力装置が備える受光チップに係る第３実施形態の受光チップの断面図である。
【図５】本発明の光起電力装置が備える受光チップに係る第４実施形態の受光チップの断面図である。
【図６】本発明の光起電力装置が備える受光チップに係る第５実施形態の受光チップの断面図である。
【図７】本発明の光起電力装置に係る第１実施形態の光起電力装置の正面図である。
【図８】図７のＡ１−Ａ１’線における断面図である。
【図９】本発明の光起電力装置に係る第２実施形態の光起電力装置の正面図である。
【図１０】図９のＡ２−Ａ２’線における断面図である。
【図１１】本発明の光起電力装置に係る第３実施形態の光起電力装置の正面図である。
【図１２】図１１のＡ３−Ａ３’線における断面図である。
【図１３】本発明の光起電力装置に係る第４実施形態の光起電力装置の正面図である。
【図１４】図１３のＡ４−Ａ４’線における断面図である。
【図１５】本発明の光起電力装置に係る第５実施形態の光起電力装置の正面図である。
【図１６】図１５のＡ５−Ａ５’線における断面図である。
【図１７】本発明の半導体スイッチに係る一実施形態の半導体スイッチの構成図である。
【図１８】従来の光起電力装置の断面図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ　受光チップ
１０　半導体支持基板
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ　凹所
１０１　内周壁
１１　絶縁層
１２　半導体活性層
１２０　光電セル
１２１　アルミ配線
１２２　セル間分離領域
１２３　第二導電型領域
１２４　第一導電型領域
２０〜２４　フレーム
３　発光部
３０，３１　発光素子
４　樹脂部
４０，４１，４２　透明樹脂
５１　制御回路
５２　スイッチ部
【図１】
2004039695.tif 000003
【図２】
2004039695.tif 000004
【図３】
2004039695.tif 000005
【図４】
2004039695.tif 000006
【図５】
2004039695.tif 000007
【図６】
2004039695.tif 000008
【図７】
2004039695.tif 000009
【図８】
2004039695.tif 000010
【図９】
2004039695.tif 000011
【図１０】
2004039695.tif 000012
【図１１】
2004039695.tif 000013
【図１２】
2004039695.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2004039695.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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