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公開番号2024176284
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-19
出願番号2023094736
出願日2023-06-08
発明の名称光スイッチ
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人弁理士法人東京国際特許事務所
主分類H01L 31/08 20060101AFI20241212BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】トリガー光が低強度であっても光スイッチが効率的に動作できること。
【解決手段】半導体基板11と、半導体基板に設置された一対の電極12A、12Bと、電極に接続されて一対の電極間に電位差を生じさせる電源13とを有し、半導体基板は、半絶縁性半導体から構成されると共に、一側面にトリガー光1を内部に導入させるトリガー光導入面14を備え、一対の電極に対応する内部には、トリガー光の通過によりキャリアが生成されて電気抵抗値が低下するキャリア生成領域16が設けられた光スイッチにおいて、半導体基板11は、一側面と対向する位置に、内部に導入されたトリガー光を全反射させる全反射面15を備え、トリガー光導入面14から半導体基板11内に導入されて全反射面15で全反射されるトリガー光1が、キャリア生成領域16を複数回通過するよう構成されたものである。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
半導体基板と、この半導体基板に設置された一対の電極と、この電極に接続されて一対の前記電極間に電位差を生じさせる電源とを有し、
前記半導体基板は、半絶縁性半導体から構成されると共に、一側面にトリガー光を内部に導入させるトリガー光導入面を備え、一対の前記電極に対応する内部には、前記トリガー光の通過によりキャリアが生成されて電気抵抗値が低下するキャリア生成領域が設けられた光スイッチにおいて、
前記半導体基板は、前記一側面と対向する位置に、内部に導入された前記トリガー光を全反射させる全反射面を備え、
前記トリガー光導入面から前記半導体基板内に導入されて前記全反射面で全反射される前記トリガー光が、前記キャリア生成領域を複数回通過するよう構成されたことを特徴とする光スイッチ。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記全反射面は、半導体基板の表面または裏面に対して垂直な面に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記全反射面は、半導体基板の表面または裏面に対する垂直な面に対しトリガー光の臨界角以上の角度に設定されると共に、全反射した前記トリガー光が前記半導体基板の前記表面または前記裏面に臨界角以上の角度で入射する角度に設定されたことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記全反射面は、半導体基板の表面または裏面に対する垂直な面に対しトリガー光の臨界角以上の角度に設定されると共に、全反射した前記トリガー光が前記半導体基板の前記表面または前記裏面に臨界角以上の角度で入射し、且つ、前記半導体基板の前記表面または前記裏面で全反射した前記トリガー光が前記半導体基板のトリガー光導入面に臨界角以上の角度で入射する角度に設定されたことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記半導体基板は全反射面を複数備え、
前記トリガー光は、複数の前記全反射面の配置方向に所定の幅を有し、複数の前記全反射面に同時に入射して全反射するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項６】
前記トリガー光導入面が、トリガー光に対してブリュースター角に設定されると共に、前記トリガー光が、前記トリガー光導入面に対してｐ偏光であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項７】
前記トリガー光導入面には、トリガー光に対する反射防止コーティングが施されたことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項８】
前記トリガー光は、半導体基板を構成する半絶縁性半導体のバンドギャップ波長の１倍より大きく且つ２倍以下の波長に設定されたことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項９】
前記トリガー光は、半導体基板を構成する半絶縁性半導体のバンドギャップ波長の２倍より大きく且つ３倍以下の波長に設定されたことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項１０】
前記トリガー光は、パルスレーザー光を含むレーザー光であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光を用いて回路を開閉する光スイッチに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
電気信号ではなく光によって回路を開閉する光スイッチは、電気制御よりも高速な応答、ノイズ対策、電気的なアイソレーション等、様々な用法に使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００３－２０９２６９号公報
特開２００５－１９１０７４号公報
実開昭５８－１６６６２７号公報
特開平７－２２６０３号公報
【非特許文献】
【０００４】
F. Lacassie et. Al., “Two photon absorption in semi-insulating gallium arsenide photoconductive switch irradiated by a picosecond infrared laser”The European Physical Journal - Applied Physics , Volume 11 , Issue 3 , September 2000 , pp. 189 - 195
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、半絶縁性半導体に、そのバンドギャップ波長よりも短い波長の光を入射すると価電子帯の電子が伝導帯に励起され、キャリアが注入されて電気抵抗値が低下する光伝導効果を使用した光伝導スイッチが開示されている。この光伝導スイッチは、高速なパルスレーザー光等をトリガー光として使用することで、電気信号制御の通常のスイッチング素子よりも高速な閉操作を行うことができ、また、半絶縁性半導体にて構成される基板の耐圧が高いことから高電圧化も可能である。
【０００６】
一方、従来の光伝導スイッチでは、レーザー光が基板表面のみで吸収されるためキャリア数が制限され、電流を大きくすることや、電気抵抗値を十分に下げること等が困難である。これを解決する２光子吸収を利用した光伝導スイッチが、非特許文献１に提案されている。２光子吸収型の光伝導スイッチでは吸収長が長くなるため、励起光が半絶縁性半導体の基板に浸透し、キャリアが注入される領域が面ではなく体積になるため、大量のキャリアを注入することが可能になる。
【０００７】
しかしながら、吸収長が長いことは同時に、入射光の大半が透過してしまうことに繋がり、光の利用効率が低下する。図７は、従来の２光子吸収型の光伝導スイッチ１００を示す。一対の正負の電極１０１Ａ、１０１Ｂが、半導体基板１０２に設置された構造を有する。一対の電極１０１Ａ、１０１Ｂは、電源１０３に接続され、この電源１０３により電極１０１Ａ、１０１Ｂ間に電圧差が印加される。トリガー光１０４が、半導体基板１０２の側面に設けられたトリガー光導入面１０５から入射すると、入射したトリガー光１０４は、半導体基板１０２のキャリア生成領域１０６を通過し、その一部がキャリア生成領域１０６で２光子吸収される。これにより、キャリア生成領域１０６の電気抵抗値が低下して、光伝導スイッチ１００は閉動作する。光伝導スイッチ１００が閉動作した際には、半導体基板１０２を経由して電極１０１Ａ、１０１Ｂ間に電流が流れる。
【０００８】
前述のように、２光子吸収型の光伝導スイッチ１００では、トリガー光１０４の大部分は吸収されず、光伝導スイッチ１００の開閉に寄与せずに、半導体基板１０２の反対側等から半導体基板１０２の外部へ放出される。このように、２光子吸収型の光伝導スイッチ１００では吸収長が長く、トリガー光１０４の大部分が放出されてトリガー光１０４の利用効率が低下するので、光伝導スイッチ１００を動作させるためにトリガー光１０４に要求される強度（出力）が増大してしまう。
【０００９】
本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、トリガー光が低強度であっても効率的に動作することができる光スイッチ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】
【００１０】
本発明の実施形態における光スイッチは、半導体基板と、この半導体基板に設置された一対の電極と、この電極に接続されて一対の前記電極間に電位差を生じさせる電源とを有し、前記半導体基板は、半絶縁性半導体から構成されると共に、一側面にトリガー光を内部に導入させるトリガー光導入面を備え、一対の前記電極に対応する内部には、前記トリガー光の通過によりキャリアが生成されて電気抵抗値が低下するキャリア生成領域が設けられた光スイッチにおいて、前記半導体基板は、前記一側面と対向する位置に、内部に導入された前記トリガー光を全反射させる全反射面を備え、前記トリガー光導入面から前記半導体基板内に導入されて前記全反射面で全反射される前記トリガー光が、前記キャリア生成領域を複数回通過するよう構成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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