(57)【要約】【課題】熱暴走による破壊が起こりにくい半導体装置を提供する。【解決手段】サブマウント４は、導電型がＰ型のシリコン基板６およびその一方表面に形成された導電型がＰ型のエピタキシャル層７を含んでいる。エピタキシャル層７の表面から一定の深さにかけて、導電型がＮ型である複数の第１拡散層２５、導電型がＰ＋型である複数の第２拡散層２６、導電型がＮ型である第３拡散層８、および導電型がＰ＋型である第４拡散層１１が形成されている。第２拡散層２６は第１拡散層２５中に形成されており、第１および第２拡散層２５，２６、第３拡散層８、および第４拡散層１０は、互いに離隔して形成されている。第３拡散層８上にはレーザダイオード５が接合されている。隣接する２つの組の第１および第２拡散層２５，２６において、一方の組の第１拡散層２５と他方の組の第２拡散層２６とは、アルミニウム膜２７により電気接続されている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
この半導体チップを接合してこの半導体チップで発生する熱を放散させるためのサブマウントと、
極性が同じ方向になるように直列に接続された複数の第１保護ダイオードであって、上記半導体チップと同じ極性で上記半導体チップに並列に接続された第１保護ダイオードとを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記第１保護ダイオードが、上記サブマウントに形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
上記サブマウントが、シリコン、炭化珪素、およびダイヤモンドのいずれかからなる第１導電型の半導体基板と、
この半導体基板の一方表面に形成された上記第１導電型のエピタキシャル層とを含み、
上記複数の第１保護ダイオードが、それぞれ上記エピタキシャル層の表面近傍に形成された上記第１導電型とは異なる第２導電型の第１拡散層と、この第１拡散層の表面近傍に、上記エピタキシャル層の上記第１導電型の領域と離隔されて形成された上記第１導電型の第２拡散層とを含むことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
上記サブマウントが、上記エピタキシャル層とともに第２保護ダイオードを構成する第３拡散層であって、上記エピタキシャル層の表面近傍において、上記半導体チップとの接合域に形成された上記第２導電型の第３拡散層をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
上記サブマウントが、シリコン、炭化珪素、およびダイヤモンドのいずれかからなる第１導電型の半導体基板と、
この半導体基板の一方表面に形成された上記第１導電型のエピタキシャル層と、
このエピタキシャル層とともに第２保護ダイオードを構成する第３拡散層であって、上記エピタキシャル層の表面近傍において、上記半導体チップとの接合域に形成された上記第１導電型とは異なる第２導電型の第３拡散層とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項６】
上記半導体チップが上記第２導電型側の電極を備えており、
上記サブマウントが、上記電極と電気接続するための第４拡散層であって、上記エピタキシャル層の表面近傍に形成され、上記エピタキシャル層より不純物濃度が高い上記第１導電型の第４拡散層をさらに含むことを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
上記半導体チップがレーザダイオードであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップで発生した熱を効率的に放散させるためのサブマウントを備えた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高い放熱性が要求される半導体チップ、たとえば、レーザダイオードを含む半導体装置において、半導体チップは高い熱伝導率を有するサブマウントに接合される。これにより、半導体チップから効率的に放熱され、半導体チップに形成された半導体素子は良好な特性を維持できる。このようなサブマウントは、たとえば、下記特許文献１に開示されている。
【０００３】
図６は、従来のサブマウントを含む半導体装置の図解的な断面図である。この半導体装置は、一対の金属条材であるステム５１，５２と、一方のステム５１の一方表面に接合されたサブマウント５３と、サブマウント５３上に接合されたレーザダイオード５４とを含んでいる。
ステム５１，５２は互いに平行に、図６において紙面に垂直な方向に延びている。サブマウント５３は扁平な直方体形状を有しており、その一方表面がステム５１に接合されている。サブマウント５３の他方表面には、サブマウント５３より幅の狭い扁平な直方体形状のレーザダイオード５４が、サブマウント５３に平行に接合されている。レーザダイオード５４において、サブマウント５３に接合されている面、およびこの面とは反対側の面には、一対の電極が形成されている。
【０００４】
サブマウント５３は、導電型がＰ＋型のシリコン基板５５上に導電型がＮ−型のエピタキシャル層５６が形成されてなり、エピタキシャル層５６が形成されていない側の面がステム５１に向けられている。エピタキシャル層５６には、レーザダイオード５４とほぼ同じ大きさおよび形状を有し、導電型がＰ型である第１拡散層５７が形成されている。第１拡散層５７はエピタキシャル層５６の表面近傍にのみ形成されている。
【０００５】
サブマウント５３の周縁部近傍には、導電型がＰ＋型である第２拡散層５８が形成されている。第２拡散層５８は、第１拡散層５７と離隔した領域に、エピタキシャル層５６を厚さ方向に貫通して形成されており、シリコン基板５５に接続されている。すなわち、第１拡散層５７と第２拡散層５８との間には、これらと導電型が異なるエピタキシャル層５６が存在している。
エピタキシャル層５６の表面には、第１拡散層５７の大部分および第２拡散層５８の一部が露出するようなパターンを有する絶縁膜６３が形成されている。第１拡散層５７の露出部を含む領域には、アルミニウム（Ａｌ）からなる金属膜５９が形成されている。第２拡散層５８の露出部には、アルミニウムからなる金属膜６０が形成されている。金属膜５９，６０は、それぞれ、第１および第２拡散層５７，５８には接しているが、絶縁膜６３によりエピタキシャル層５６のＮ−型の部分と絶縁されている。
【０００６】
レーザダイオード５４は、金属膜５９上に、第１拡散層５７とほぼ重なるように接合されている。金属膜５９は、レーザダイオード５４と第１拡散層５７との対向部外に延設されており、金属膜５９のこの延設部とステム５２とは、ボンディングワイヤ６２により接続されている。このような構成により、レーザダイオード５４の金属膜５９側の面に形成された電極とステム５２とが電気接続されている。
【０００７】
レーザダイオード５４の金属膜５９側とは反対側の面に形成された電極と金属膜６０との間は、ボンディングワイヤ６１により接続されている。第２拡散層５８とシリコン基板５５とは、いずれも導電型がＰ＋型でありこれらの間は電気的に導通している。このような構成により、レーザダイオード５４の金属膜５９側とは反対側の面に形成された電極とステム５１とが電気接続されている。
したがって、所定の極性で、ステム５１とステム５２との間に通電することにより、レーザダイオード５４を発光させることができる。通電に伴ってレーザダイオード５４から発生する熱は、熱伝導率が高いシリコンからなるサブマウント５３を介して良好に放散されるので、レーザダイオード５４の温度は過剰には上昇しない。したがって、レーザダイオード５４の良好な発光特性が維持される。
【０００８】
シリコン基板５５、エピタキシャル層５６、および第１拡散層５７は、導電型が、それぞれ、Ｐ型、Ｎ型、およびＰ型であることから、これらは、互いに極性が逆方向になるように直列に接続された２つのダイオードと等価である。したがって、レーザダイオード５４と第１拡散層５７との間は、通常、電気的に分離されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭６１−１７９５８９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、レーザダイオード５４に順方向の電圧が印加された場合、電圧が大きくなるにしたがって、レーザダイオード５４に流れる電流が徐々に大きくなる（図５に破線で示す。）。上記の半導体装置は、レーザダイオード５４に流れる電流値が一定のレベルを超えないように使用される。しかし、レーザダイオード５４は、熱暴走、すなわち、発熱によるレーザダイオード５４の温度上昇と電流値の増大とが繰り返されて破壊に至るおそれがある。
【００１１】
そこで、この発明の目的は、熱暴走による破壊が起こりにくい半導体装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、半導体チップ（５）と、この半導体チップを接合してこの半導体チップで発生する熱を放散させるためのサブマウント（４）と、極性が同じ方向になるように直列に接続された複数の第１保護ダイオード（Ｄ１）であって、上記半導体チップと同じ極性で上記半導体チップに並列に接続された第１保護ダイオードとを含むことを特徴とする半導体装置（１）である。
【００１３】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この発明に係る半導体装置は、半導体チップで発生する熱をサブマウントを介して良好に放散できる。また、極性が同じ方向になるように直列に接続された複数の第１保護ダイオードは、順方向バイアスの印加電圧が大きくなると、ある電圧で急激に電流が大きくなる特性を有する。したがって、このような第１保護ダイオードと半導体チップとが、極性が同じ方向になるように直列に接続された回路において、順方向バイアスの印加電圧が大きくなると、ある電圧を超えると第１保護ダイオードに流れる電流が急激に大きくなる。これにより、半導体チップには電流が流れないようになり、半導体チップは熱暴走から保護される。
【００１４】
電流値が急激に大きくなる電圧の値は、直列に接続された第１保護ダイオードの数や、第１保護ダイオードのＰＮ接合面の面積によって調整可能である。直列に接続された第１保護ダイオードの数は、たとえば、３ないし６個とすることができる。
第１保護ダイオードは、サブマウントとは別に設けられていてもよく、請求項２記載のようにサブマウントに形成されていてもよい。第１保護ダイオードがサブマウントに形成されている場合、サブマウントと別に第１保護ダイオードを設ける手間を省くことができる。また、第１保護ダイオードは、サブマウントと別に設けられたものとサブマウントに形成されたものとを両方含んでいてもよい。
【００１５】
請求項３記載の発明は、上記サブマウントが、シリコン、炭化珪素、およびダイヤモンドのいずれかからなる第１導電型の半導体基板（６）と、この半導体基板の一方表面に形成され、シリコンからなる上記第１導電型のエピタキシャル層（７）とを含み、上記複数の第１保護ダイオードが、それぞれ上記エピタキシャル層の表面近傍に形成された上記第１導電型とは異なる第２導電型の第１拡散層（２５）と、この第１拡散層の表面近傍に、上記エピタキシャル層の上記第１導電型の領域と離隔されて形成された上記第１導電型の第２拡散層（２６）とを含むことを特徴とする請求項２記載の半導体装置である。
【００１６】
シリコン、炭化珪素、およびダイヤモンドのいずれかからなる半導体基板は、高い熱伝導率を有するので、半導体チップで発生した熱を、半導体基板を介して良好に放散させることができる。
第１拡散層と第２拡散層とは導電型が異なるので、これらはダイオードを構成する。したがって、第１および第２拡散層の導電型を適当に選択することにより、このダイオードを半導体チップの熱暴走を防ぐ（シャットダウンする）第１保護ダイオードとして機能させることができる。
【００１７】
第１拡散層は、エピタキシャル層において互いに離隔して複数個設けられていてもよく、この場合、各第１拡散層の表面近傍に第２拡散層が設けられているものとすることができる。各組の第１拡散層およびその中に形成された第２拡散層は、それぞれ第１保護ダイオードを構成する。ある組の第１保護ダイオードに属する第１拡散層と、他の組の第１保護ダイオードに属する第２拡散層とは、たとえば、エピタキシャル層の表面に形成された金属膜によって電気接続されていてもよい。
【００１８】
請求項４記載の発明は、上記サブマウントが、上記エピタキシャル層とともに第２保護ダイオード（Ｄ２）を構成する第３拡散層（８）であって、上記エピタキシャル層の表面近傍において、上記半導体チップとの接合域に形成された上記第２導電型の第３拡散層をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の半導体装置である。
半導体チップは、第２保護ダイオードと極性が逆方向になるように、第２保護ダイオードに並列に接続されているものとすることができる。この場合、第２保護ダイオードの整流作用により、半導体チップは逆バイアス電圧から保護から保護される。
【００１９】
具体的には、上述の接続において、半導体チップに順方向バイアスの電圧が印加された場合、第２保護ダイオードには逆バイアスの電圧が印加されるため、電流は半導体チップにのみ流れ第２保護ダイオードには流れない。一方、半導体チップに逆バイアスの電圧が印加された場合、第２保護ダイオードには順方向バイアスの電圧が印加されるため、電流は第２保護ダイオードにのみ流れ半導体チップは保護される。したがって、半導体チップを逆バイアス電圧から保護するための保護ダイオードを、サブマウントと別に設ける必要がない。
【００２０】
サブマウントの半導体部分の導電型は、半導体チップを保護ダイオードに対して上記の関係で接続し易いように選択することができ、たとえば、第１導電型がＰ型で第２導電型がＮ型とすることができる。半導体チップが、サブマウントの第１拡散層以外の部分と接触しないように、サブマウントの表面に酸化珪素などからなる絶縁膜が形成されていてもよい。
請求項５記載の発明は、上記サブマウントが、シリコン、炭化珪素、およびダイヤモンドのいずれかからなる第１導電型の半導体基板（６）と、この半導体基板の一方表面に形成され、シリコンからなる上記第１導電型のエピタキシャル層（７）と、このエピタキシャル層とともに第２保護ダイオード（Ｄ２）を構成する第３拡散層（８）であって、上記エピタキシャル層の表面近傍において、上記半導体チップとの接合域に形成された上記第１導電型とは異なる第２導電型の第３拡散層とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置である。
【００２１】
半導体チップは、第２保護ダイオードと極性が逆方向になるように、第２保護ダイオードに並列に接続されているものとすることができる。第２保護ダイオードの整流作用により、半導体チップは逆バイアス電圧から保護される。第１保護ダイオードは、サブマウントのエピタキシャル層に形成されていなくてもよく、たとえば、サブマウントとは別に設けられていてもよい。
請求項６記載の発明は、上記半導体チップが上記第２導電型側の電極（２１）を備えており、上記サブマウントが、上記電極と電気接続するための第４拡散層（１０）であって、上記エピタキシャル層の表面近傍に形成され、上記エピタキシャル層より不純物濃度が高い上記第１導電型の第４拡散層をさらに含むことを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の半導体装置である。
【００２２】
この発明によれば、不純物濃度が高い第４拡散層により、半導体チップに形成された第２導電型側の電極とエピタキシャル層とを良好にオーミック接続できる。半導体チップの第２導電型側の電極と第４拡散層とは、たとえば、ボンディングワイヤなどの配線部材を介して電気接続できる。半導体基板、エピタキシャル層、および第２拡散層は、いずれも第１導電型であるので、これらの界面をまたいで電流を流すことができる。したがって、半導体基板（サブマウント）において、半導体チップが接合された側とは反対側の面を介して半導体チップに通電できる。
【００２３】
請求項７記載の発明は、上記半導体チップがレーザダイオード（５）であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置である。
レーザダイオードは発光時の発熱が大きい。この発明によれば、レーザダイオードで発生した熱を、サブマウントを介して効率的に逃がすことができるとともに、第１保護ダイオードにより熱暴走を防止して、レーザダイオードの良好な発光特性を維持できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下では、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置１の構造を示す図解的な斜視図である。図２は、図１に示す半導体装置１の図解的な断面図である。
この半導体装置１は、一対の金属条材（細長い板状部材）であるステム２，３と、一方のステム２の一方表面に接合されたサブマウント４と、サブマウント４上に接合されたレーザダイオード５とを含んでいる。
【００２５】
ステム２とステム３とは、長さ方向および厚さ方向がほぼ一致するように配置されている。サブマウント４は平面視においてほぼ正方形の扁平な直方体形状であり、サブマウント４の一方表面がステム２に接合されている。サブマウント４の長さおよび幅はステム２の幅よりわずかに短く、ステム２の長さ方向とサブマウント４の長さ（幅）方向とは、ほぼ一致している。サブマウント４は、ステム２の幅方向中間部に接合されており、ステム２の先端面とサブマウント４の一端面とはほぼ面一にされている。
【００２６】
レーザダイオード５は平面視においてほぼ正方形の扁平な直方体形状を有しており、レーザダイオード５の一方表面がサブマウント４の他方表面（ステム２に接合されている面とは反対側の面）に接合されている。レーザダイオード５の長さおよび幅はサブマウント４の長さおよび幅より短い。レーザダイオード５の長さ（幅）方向は、サブマウント４の長さ（幅）方向とほぼ一致している。
レーザダイオード５は、ステム２の幅方向のほぼ中間部においてサブマウント４に接合されており、ステム２の先端側の端面からわずかに突出している。レーザダイオード５において、サブマウント４に接合されている面とは反対側の面にはＮ側電極２１が形成されており、サブマウント４に接合されている面にはＰ側電極２２が形成されている（図１では図示を省略）。
【００２７】
サブマウント４は、導電型がＰ型のシリコン基板６を備えており、シリコン基板６の一方表面には導電型がＰ型のエピタキシャル層７が形成されている。シリコン基板６は、エピタキシャル層７が形成されていない側の面が、ステム２に向けられている。エピタキシャル層７の厚さは、たとえば、５．０μｍ程度である。
図３は、レーザダイオード５が接合された面を見下ろすサブマウント４の図解的な平面図である。
【００２８】
図２および図３を参照して、エピタキシャル層７の表面近傍において、レーザダイオード５との接合部を回避した領域には、複数（この実施形態では４つ。図２には３つのみ示す。）の第１拡散層２５が互いに離隔して形成されている。第１拡散層２５の導電型は、いずれもＮ型である。
第１拡散層２５の表面から一定の深さにかけて、導電型がＰ＋型である第２拡散層２６が形成されている。第２拡散層２６の厚さは第１拡散層２５の厚さより薄い。第２拡散層２６は、サブマウント４を垂直に見下ろす平面視において第１拡散層２５の領域内に存在する。したがって、第２拡散層２６とエピタキシャル層７のＰ型の部分とは、第１拡散層２５により隔てられており直接接していない。
【００２９】
エピタキシャル層７の表面近傍において、レーザダイオード５との接合域を含む領域には、導電型がＮ＋型である第３拡散層８が形成されている。第３拡散層８は、エピタキシャル層７の表面から一定の深さにかけて形成されており、第３拡散層８の厚さはエピタキシャル層７の厚さより薄く、たとえば、２．０μｍ程度である。第３拡散層８は、サブマウント４を垂直に見下ろす平面視においてレーザダイオード５とほぼ同じ大きさおよび形状を有している。
【００３０】
サブマウント４の周縁部近傍には、導電型がＰ＋型である第４拡散層１０が形成されている。第４拡散層１０は、エピタキシャル層７の表面近傍に形成されている。また、第４拡散層１０は、第１ないし第３拡散層２５，２６，８と離隔した領域に形成されている。エピタキシャル層７の表面には、第１拡散層２５の一部および、第２ないし第４拡散層２６，８，１０の大部分が露出するようなパターンを有する酸化珪素（ＳｉＯ２）からなる絶縁膜１１が形成されている。第１および第２拡散層２５，２６は、複数の組についてそれぞれが絶縁膜１１から露出されている。
【００３１】
絶縁膜１１からの第３拡散層８の露出部を含む領域には、アルミニウム（Ａｌ）膜１２が形成されている。アルミニウム膜１２は、レーザダイオード５（Ｐ側電極２２）と第３拡散層８との対向部外に延設されており、第２拡散層２６の絶縁膜１１からの露出部２６Ｅの１つを覆っている。これにより、この露出部２６Ｅ、レーザダイオード５のＰ側電極２２、および第３拡散層８が電気接続されている。
【００３２】
隣接する２つの組の第１および第２拡散層２５，２６において、一方の組の第１拡散層２５の絶縁膜１１からの露出部２５Ｅと、他方の組の第２拡散層２６の絶縁膜１１からの露出部２６Ｅとを覆うように、アルミニウム膜２７が形成されている。これにより、一方の組の第１拡散層２５の露出部２５Ｅと、他方の組の第２拡散層２６の露出部２６Ｅとが、電気接続されている。すなわち、アルミニウム膜２７は、一方の組の第１拡散層２５と他方の組の第２拡散層２６とを電気接続する配線部材として機能する。
【００３３】
絶縁膜１１からの第４拡散層１０の露出部と、第１拡散層２５の絶縁膜１１からの露出部２５Ｅの１つを覆うように、アルミニウム膜１３が形成されている。
これにより、この露出部２５Ｅと第４拡散層１０とが電気接続されている。アルミニウム膜１２，２７，１３は、第１ないし第４拡散層２５，２６，８，１０のいずれかには接しているが、エピタキシャル層７のＰ型の部分には接していない。アルミニウム膜１２，２７，１３は、これらが形成されたサブマウント４の面の半分近くの面積を有している。
【００３４】
アルミニウム膜１２とレーザダイオード５との間には、アルミニウム膜１２側から順に、チタン（Ｔｉ）膜１４ならびに金（Ａｕ）および錫（Ｓｎ）の合金からなる金／錫層１５が介装されている。
図１および図２を参照して、アルミニウム膜１２のうち、レーザダイオード５と第３拡散層８との対向部外への延設部とステム３との間は、金からなるボンディングワイヤ１８により接続されている。アルミニウム膜１３上には、金からなるボンディングワイヤ１９の一方端が接続されている。ボンディングワイヤ１９の他方端は、レーザダイオード５のＮ側電極２１に接続されている。
【００３５】
アルミニウム膜１２，２７，１３からの絶縁膜１１の露出表面、アルミニウム膜１２上でレーザダイオード５との接合部およびボンディングワイヤ１８との接合部を回避した領域、ならびにアルミニウム膜１３上でボンディングワイヤ１９との接合部を回避した領域には、図示しない窒化珪素（ＳｉＮ）膜が形成されている。
以上のような構成により、ステム２から、シリコン基板６、エピタキシャル層７、第４拡散層１０、アルミニウム膜１３、ボンディングワイヤ１９、Ｎ側電極２１、レーザダイオード５、Ｐ側電極２２、金／錫層１５、チタン膜１４、アルミニウム膜１２、およびボンディングワイヤ１８を経てステム３に至る導電経路が形成されている。アルミニウム膜１３は、第４拡散層１０によりエピタキシャル層７に良好にオーミック接続されている。したがって、所定の極性で、ステム２とステム３との間に通電することにより、レーザダイオード５を発光させることができる。
【００３６】
サブマウント４の大部分は、熱伝導率の高いシリコンからなり、また、サブマウント４のうちシリコンからなる部分とレーザダイオード５との間の大部分には、金属からなるアルミニウム膜１２、チタン膜１４、および金／錫層１５のみが存在する。したがって、発光時にレーザダイオード５から発生する熱は、サブマウント４に良好に伝えられて放散されるので、レーザダイオード５の温度は過剰には上昇しない。したがって、レーザダイオード５の良好な発光特性が維持される。
【００３７】
図４は、図１および図２に示す半導体装置１の電気的な等価回路を示す図である。上述の導電経路とは別に、レーザダイオード５を回避して、ステム２からシリコン基板６、エピタキシャル層７、第４拡散層１０、アルミニウム膜１３、アルミニウム膜２７により電気接続された４組の第１および第２拡散層２５，２６、ならびにアルミニウム膜１２を経てステム３に至る導電経路も存在する。この導電経路において、第１拡散層２５と第２拡散層２６とは導電型が異なっているので、各組の第１および第２拡散層２５，２６は第１保護ダイオードＤ１とみなすことができる。
【００３８】
さらに上述の２つの導電経路とは別に、レーザダイオード５を回避して、ステム２からシリコン基板６、エピタキシャル層７、第３拡散層８、アルミニウム膜１２を経てステム３に至る導電経路も存在する。この導電経路において、エピタキシャル層７と第３拡散層８とは、導電型が異なっているので、第２保護ダイオードＤ２とみなすことができる。
したがって、半導体装置１は、図４に示すように、ステム２側の端子Ｔ２とステム３側の端子Ｔ３との間に、レーザダイオード５と、レーザダイオード５と極性が同じ方向の複数の第１保護ダイオードＤ１の直列回路と、レーザダイオード５とは極性が逆方向の第２保護ダイオードＤ２とが並列に接続されたものと電気的に等価である。端子Ｔ２は、接地されていてもよい。
【００３９】
図５は、端子２と端子３との間に、レーザダイオード５に対して順方向バイアスになるように電圧を印加したときの半導体装置１の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を示す図である。半導体装置１は、通常、レーザダイオード５に一定レベルＩＡ以下の電流が流れるようにして使用される。
レーザダイオード５の電流−電圧特性は、図５に破線で示すように、印加電圧の増大とともに電流値が徐々に大きくなるものである。第１保護ダイオードが接続されていない場合、熱暴走、すなわち、発熱によるレーザダイオード５の温度上昇と電流の増大とが繰り返され、レーザダイオード５が破壊に至ることがある。
【００４０】
一方、複数の第１保護ダイオードの電流−電圧特性は、図５に実線で示すように、ある一定の電圧ＶＡで、電流が急激に大きくなるものである。したがって、レーザダイオード５に第１保護ダイオードＤ１が並列に接続されている場合、この回路（端子Ｔ２，Ｔ３間）に印加される電圧がＶＡ以下のとき、電流は主としてレーザダイオード５を流れる。そして、印加される電圧がＶＡより大きくなると、電流は主として第１保護ダイオードＤ１を流れる。これにより、レーザダイオード５に過剰な電流が流れることはなく、レーザダイオード５は熱暴走による破壊から保護される。
【００４１】
第１保護ダイオードＤ１は、サブマウント４に作り込まれているので、レーザダイオード５を熱暴走から保護するための保護ダイオードを別途設ける必要はない。
電流が急激に大きくなるときの電圧ＶＡは、第１保護ダイオードＤ１の数が多くなるほど大きくなる。また、電圧ＶＡは、第１保護ダイオードＤ１のＰＮ接合面の面積、すなわち、第１拡散層２５と第２拡散層２６との界面の面積が大きくなるほど低くなる。
【００４２】
したがって、電圧ＶＡは、第１および第２拡散層２５，２６の数および第１拡散層２５と第２拡散層２６との界面の面積によって調整できる。たとえば、レーザダイオード５が通常２Ｖの印加電圧で使用される場合、適当な界面の面積を有する４つの第１および第２拡散層２５，２６（第１保護ダイオードＤ１）により、電圧ＶＡを２．４Ｖとすることができる。この場合、レーザダイオード５は熱暴走から良好に保護される。
【００４３】
次に、第２保護ダイオードＤ２の機能について説明する。レーザダイオード５に順方向バイアスの電圧が印加されるように、端子Ｔ２（ステム２）と端子Ｔ３（ステム３）との間に通電されているときは、第２保護ダイオードＤ２に逆バイアスの電圧が印加されている。この場合は、第２保護ダイオードＤ２を含む導電経路には電流は流れず、レーザダイオード５を含む導電経路および第１保護ダイオードＤ１を含む導電経路にのみ電流が流れる。
【００４４】
一方、レーザダイオード５に対して逆バイアスになるように、端子Ｔ２（ステム２）と端子Ｔ３（ステム３）との間に電圧が印加されると、第２保護ダイオードＤ２には順方向バイアスの電圧が印加されるので、第２保護ダイオードＤ２に電流が流れ、レーザダイオード５や第１保護ダイオードＤ１が保護されるようになっている。したがって、第２保護ダイオードＤ２により、レーザダイオード５に対して逆バイアス電圧から、レーザダイオード５が良好に保護される。
【００４５】
第２保護ダイオードＤ２は、サブマウント４に作り込まれているので、レーザダイオード５を逆バイアス電圧から保護するための保護ダイオードを別途設ける必要はない。
本発明に係る一実施形態の説明は以上の通りであるが、本発明は他の形態でも実施できる。たとえば、サブマウント４およびレーザダイオード５の半導体部分は、Ｐ型の部分とＮ型の部分とが逆であってもよい。このような場合でも、同様の電気特性を有することができる。
【００４６】
第１保護ダイオードＤ１は、サブマウント４とは別に設けられていてもよい。
この場合、第１保護ダイオードＤ１は、たとえば、ステム２，３が接続された配線基板上に実装されていてもよい。第２保護ダイオードＤ２は、サブマウント４とは別に設けられていてもよく、レーザダイオード５に逆バイアスの電圧が印加されるおそれがない場合はなくてもよい。
半導体チップとして、レーザダイオード５の代わりに、シリコンからなる半導体チップが用いられてもよい。シリコンからなる半導体チップは、金属製のリードフレーム（ステム）上に直接取り付けられることが多い。しかし、取り付け上の問題により、そのような構造とすることができない場合は、シリコンからなる半導体チップとリードフレームとの間に、シリコン基板６の代わりに炭化珪素（ＳｉＣ）やダイヤモンド（Ｃ）からなる半導体基板を備え、サブマウント４と同様の回路が形成されたサブマウントを介装することができる。これにより、半導体チップで発生する熱を、良好に放散させることができる。
【００４７】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な斜視図である。
【図２】図１に示す半導体装置の図解的な断面図である。
【図３】アルミニウム膜が形成された面を見下ろすサブマウントの図解的な平面図である。
【図４】図１および図２に示す半導体装置の電気的な等価回路を示す図である。
【図５】レーザダイオードに対して順方向バイアスになるように電圧を印加したときの図１および図２に示す半導体装置の電流−電圧特性を示す図である。
【図６】従来のサブマウントを含む半導体装置の図解的な断面図である。
【符号の説明】
１    半導体装置
２，３    ステム
４    サブマウント
５    レーザダイオード
６    シリコン基板
７    エピタキシャル層
８    第３拡散層
１０    第４拡散層
１２，１３，２７    アルミニウム膜
１８，１９    ボンディングワイヤ
２１    Ｎ側電極
２２    Ｐ側電極
２５    第１拡散層
２６    第２拡散層
Ｄ１    第１保護ダイオード
Ｄ２    第２保護ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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