(57)【要約】【課題】外付けのコンデンサを集積回路内部に組み込み、小型化された光ディスク用光源の発光に適した高周波発振装置を提供する。【解決手段】発振信号を出力するための高周波重畳回路が形成された半導体基板３０を含む高周波発振装置であって、発振信号を外部へ出力するパッド電極３４が半導体基板３０上に設けられ、パッド電極３４下にコンデンサが形成されている高周波発振装置によって上記課題を解決できる。【選択図】図４
2005072155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振信号を出力するための回路が形成された半導体チップを含む高周波発振装置であって、
前記発振信号を外部へ出力する第１のパッド電極が前記半導体チップ上に設けられ、
前記第１のパッド電極下にコンデンサが形成されていることを特徴とする高周波発振装置。
【請求項２】
発振信号を出力するための回路が形成された半導体チップを含む高周波発振装置であって、
共振用インダクタと接続される外部端子と接続される第２のパッド電極が前記半導体チップ上に設けられ、
前記第２のパッド電極下にコンデンサが形成されていることを特徴とする高周波発振装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の高周波発振装置において、
前記第１又は第２のパッド電極下の少なくとも一部の領域に絶縁膜が設けられていることを特徴とする高周波発振装置。
【請求項４】
請求項３に記載の高周波発振装置において、
前記第１又は第２のパッド電極の面積が２５００μｍ2以上２２５００μｍ2以下であることを特徴とする高周波発振装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の高周波発振装置において、前記発振信号の発振周波数は２００ＭＨｚ以上７００ＭＨｚ以下であることを特徴とする高周波発振装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の高周波発振装置において、金属フレームをさらに含み、前記半導体チップの前記回路が形成されていない裏面が前記金属フレームに固定され配置されていることを特徴とする高周波発振装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の高周波発振装置を含み、光ディスクの読み取りに用いられる光源を駆動する光ディスク用光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波数の発振信号を出力する高周波発振装置に関する。特に、光ディスクの光源を発光させるための駆動電圧に高周波数の発振信号を重畳させる高周波発振装置及びその高周波発振装置を備えた光ディスク用光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクに書き込まれたピットやランドの読み取りを行う場合、光源となるレーザダイオード（ＬＤ）に２００ＭＨｚ〜７００ＭＨｚ程度の高周波が重畳された電圧を印加することによって擬似的なマルチモードで動作させる（例えば、特許文献１）。これによって、データの読み取りを安定して行うことができることが知られている。
【０００３】
従来の光ディスク用光源装置は、図９に示すように、高周波重畳回路１０、重畳回路用電源１２、レーザ駆動用電源１４及びレーザダイオード（ＬＤ）１６を含んで構成される。
【０００４】
高周波重畳回路１０は、図１０に例示するように、発振回路部１０ａ及び増幅回路部１０ｂから構成される。また、高周波重畳回路１０は、図１１に示すように、１チップのＩＣとして集積化されたものが広く用いられている。
【０００５】
発振回路部１０ａのＬＣ外部端子Ｔ1には、発振用のインダクタＬ及びコンデンサＣが接続されて接地される。この発振回路部１０ａの電源端子Ｔ2には、不要輻射を防止するためのフィルタ回路Ｆ1を介して重畳回路用電源１２が接続される。重畳回路用電源１２からは直流電圧Ｖccが印加される。この直流電圧Ｖccの印加に伴って、インダクタＬ及びコンデンサＣの組み合わせで定まる基本発振周波数ｆの発振信号Ｓoutが生成される。発振信号Ｓoutは、増幅回路部１０ｂによって増幅され、外部出力端子Ｔ3から出力される。
【０００６】
レーザダイオード１６は、高周波用フィルタＦ2及びＤＣカット用コンデンサＣCを介して高周波重畳回路１０の外部出力端子Ｔ3と接続される。
【０００７】
発振信号Ｓoutには、図１２に示すように、基本発振周波数ｆの発振信号に加えて高調波成分が発生している。高周波用フィルタＦ2は、この高調波成分を減衰させ、不要輻射を低減する。
【０００８】
高周波用フィルタＦ2としては、図１３に示すように、（ａ）出力ラインをコンデンサＣfを介して接地するシャント型フィルタ、（ｂ）出力ラインにインダクタＬfを直列接続し、そのインダクタＬfの両端をコンデンサＣfを介して接地するπ型フィルタ等を用いることが好適である。
【０００９】
レーザダイオード１６には、レーザ駆動用電源１４も接続される。レーザ駆動用電源１４からは直流電圧ＶDRVがレーザダイオード１６へ供給される。これによって、直流電圧ＶDRVと高周波重畳回路１０からの発振信号Ｓoutとが重畳されてレーザダイオード１６へ印加される。その結果、レーザダイオード１６が擬似的なマルチモードで発光する。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−２１６４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のように、従来の光ディスク用光源装置において、共振用のコンデンサＣや高周波用フィルタＦ2のコンデンサＣfは共にＩＣ化された高周波重畳回路１０に外付けするものであった。このような外付けのコンデンサによって装置の小型化が妨げられていた。
【００１２】
また、外付け部品が多いことによって周辺回路の配線が長くなり、外部への不要輻射（ＥＭＩ）が大きくなる問題があった。
【００１３】
本発明は、上記従来技術の問題を鑑み、上記課題の少なくとも１つを解決できる高周波発振装置及び光ディスク用光源装置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】
【００１４】
上記課題を解決できる本発明は、発振信号を出力するための回路が形成された半導体チップを含む高周波発振装置であって、前記発振信号を外部へ出力する第１のパッド電極が前記半導体チップ上に設けられ、前記第１のパッド電極下にコンデンサが形成されていることを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決できる本発明は、発振信号を出力するための回路が形成された半導体チップを含む高周波発振装置であって、共振用インダクタと接続される外部端子と接続される第２のパッド電極が前記半導体チップ上に設けられ、前記第２のパッド電極下にコンデンサが形成されていることを特徴とする。
【００１６】
ここで、上記本発明の高周波発振装置において、前記第１又は第２のパッド電極下の少なくとも一部の領域に絶縁膜を設けることによってコンデンサが形成される。このとき、前記第１又は第２のパッド電極の面積が２５００μｍ2以上２２５００μｍ2以下であることが好適である。
【００１７】
また、上記本発明の高周波発振装置において、前記発振信号の発振周波数は２００ＭＨｚ以上７００ＭＨｚ以下であるときに特に本発明の効果が発揮される。
【００１８】
また、上記本発明の高周波発振装置において、金属フレームをさらに含み、前記半導体チップの前記回路が形成されていない裏面が前記金属フレームに固定されて配置されていることが好適である。
【００１９】
上記課題を解決できる本発明は、上記本発明の高周波発振装置を含み、光ディスクの読み取りに用いられる光源を駆動する光ディスク用光源装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、外付けのコンデンサを集積回路内部に組み込み、装置を小型化する等の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
＜第１の実施の形態＞
本発明の実施の形態における光ディスク用光源装置は、図１に示すように、高周波重畳回路２０、重畳回路用電源１２、レーザ駆動用電源１４、レーザダイオード（ＬＤ）１６、共振用インダクタＬ、共振用コンデンサＣ、フィルタ回路Ｆ1，Ｆ2及びカップリングコンデンサＣCを含んで構成される。このうち、高周波重畳回路２０は半導体チップ上に集積化される。
【００２２】
半導体チップ上には、図２に例示するように、発振回路部２０ａ及び増幅回路部２０ｂを含む回路が形成される。発振回路部２０ａのＬＣ外部端子Ｔ1は、発振用のインダクタＬ及びコンデンサＣを介して接地される。この発振回路部２０ａの電源端子Ｔ2には、不要輻射を防止するためのフィルタ回路Ｆ1を介して重畳回路用電源１２が接続される。重畳回路用電源１２からは直流電圧Ｖccが印加される。この直流電圧Ｖccの印加に伴って、インダクタＬ及びコンデンサＣの組み合わせで定まる基本発振周波数ｆの発振信号Ｓoutが生成される。発振信号Ｓoutは、増幅回路部２０ｂによって増幅された後に、出力端子Ｔ3から出力される。
【００２３】
さらに、高周波重畳回路２０の半導体チップ上にはコンデンサＣ1も形成される。このコンデンサＣ1を介して、増幅回路部２０ｂの出力ラインが接地される。コンデンサＣ1は、高周波重畳回路２０の出力とレーザダイオード１６との間に設けられる高周波フィルタの少なくとも一部を構成することができる。
【００２４】
高周波用フィルタとしては、図１３に示したように、（ａ）シャント型フィルタ又は（ｂ）π型フィルタ等を用いることが好適である。
【００２５】
例えば、図１の回路構成のように、コンデンサＣ1を介して接地された高周波重畳回路２０の出力端子Ｔ3にインダクタＬfを直列接続し、インダクタＬfの出力端子Ｔ3と接続された反対側の端子をコンデンサＣfを介して接地することによってπ型フィルタを構成することができる。
【００２６】
また、シャント型フィルタは、図３に示すように、高周波重畳回路２０に含まれるコンデンサＣ1のみで構成することができる。この場合、カップリングコンデンサＣCを介して、高周波重畳回路２０とレーザダイオード１６とを接続するだけで良い。
【００２７】
光ディスクの光源としてレーザダイオード１６等を駆動する場合には、発振信号の基本周波数ｆは２００ＭＨｚ以上７００ＭＨｚ以下であることが好ましい。この基本周波数ｆの高調波を有効に減衰させるためには、（ａ）シャント型フィルタではコンデンサＣ1を１ｐＦ以上５０ｐＦ以下とすることが好適である。また、（ｂ）π型フィルタでは、コンデンサＣ1を１ｐＦ以上５０ｐＦ以下とし、インダクタＬfを１ｎＨ以上５０ｎＨ以下とすることが好適である。
【００２８】
図４（ａ）及び（ｂ）に、半導体基板３０上に形成された高周波重畳回路２０のレイアウトの平面図及びラインＸ−Ｘに沿った断面図を示す。この図では、説明を簡単にするために高周波重畳回路２０の外部端子に接続されるパッド電極のみを強調して示し、パッド電極以外の回路３２の構成については省略して示した。
【００２９】
コンデンサＣ1は、図４（ｂ）に示すように、発振信号の出力端子Ｔ3に接続されるパッド電極３４の下に形成される。半導体基板３０に砒素（Ａｓ）等の不純物がイオン注入され、高濃度Ｎ+の埋め込み層３９が形成される。この埋め込み層３９はコンデンサＣ1の下部電極となる。続いて、半導体基板３０の埋め込み層３９が形成された領域の表面上に、埋め込み層３９を覆うように絶縁膜３８が形成される。絶縁膜３８としては、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いることができる。パッド電極３４は、その絶縁膜３８上に形成され、回路３２の発振信号の出力線と接続される。パッド電極３４は、発振信号を外部へ取り出す電極となる。一方、下部電極の埋め込み層３９は絶縁膜３８にコンタクトホールを形成した後、素子表面の電極と導通をとるように形成される。この電極が金属配線によりパッド電極３６と接続されることにより、コンデンサ下部電極はパッド電極３６と導通を得る。ここで、パッド電極３６は、高周波重畳回路２０を接地するための電極である。パッド電極３４，３６は、例えば、金属膜又は多結晶シリコン膜と金属膜の積層膜とすることができる。これらの層は、蒸着やスパッタリングすることによって形成することができる。
【００３０】
パッド電極３４，３６に用いられる金属としては、金、銀、銅、アルミニウム等の金属膜を用いることができるが、２００ＭＨｚ以上７００ＭＨｚ以下の高周波発振に対しては導電性が高い金や銀を用いることが好適である。このとき、チタン（Ｔｉ）−白金（Ｐｔ）−金（Ａｕ）電極とすることがより好適である。また、ワイヤボンディングによってパッド電極３４，３６から外部端子に配線を接続するためには、パッド電極３４，３６の一辺は少なくとも５０μｍ以上であることが好ましい。また、半導体チップのサイズを出来るだけ小さくするためには、パッド電極３４，３６の一辺は１５０μｍ以下であることが好ましい。言い換えると、パッド電極３４，３６の面積を２５００μｍ2以上２２５００μｍ2以下とすることが好適である。
【００３１】
接地されるパッド電極３６に接続される埋め込み層３９と発振信号の出力電極となるパッド電極３４とによって絶縁膜３８を挟み込むことによってコンデンサＣ1が構成される。ただし、コンデンサＣ1の構造はこれに限られるものではなく、パッド電極３４の下に容量性の素子を形成できるものであれば良い。例えば、埋め込み層３９の代わりに、絶縁層３８の下に金属層を埋め込んだ構造としても良い。
【００３２】
このとき、パッド電極３４の面積を上記の好適な範囲とし、絶縁膜３８の膜厚を一般的な半導体プロセスで形成できる範囲内で調整することによって、コンデンサＣ1を１ｐＦ以上５０ｐＦ以下とすることが可能である。このとき、絶縁膜３８は３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが好適である。すなわち、パッド電極３４の面積をワイヤボンディングに適した面積とすることによって、ちょうど２００ＭＨｚ以上７００ＭＨｚ以下の周波数を通過帯域とするフィルタを構成するために適したコンデンサＣ1を形成することができる。
【００３３】
このように、フィルタを構成するコンデンサを集積化することによって、半導体チップを従来のサイズに維持しつつ、フィルタを構成する外付けのコンデンサの数を低減することができる。これによって、装置全体を小型化することができる。また、周辺回路の配線を短くすることができ、外部への不要輻射（ＥＭＩ）を低減することができる。
【００３４】
次に、図５（ａ）及び（ｂ）に、半導体基板３０をＩＣとしてパッケージングした内部平面図及びラインＹ−Ｙに沿った断面図を示す。
【００３５】
半導体基板３０は、その裏面を介して金属フレーム４０と電気的に導通を保つように固定される。半導体基板３０上に形成されたパッド電極３４，３６は、ボンディングワイヤ４４により、それぞれＩＣピン４２及び金属フレーム４０とに接続される。
【００３６】
このように、金属フレーム４０の上部に半導体基板３０を配置し、ＩＣピン４２又は金属フレーム４０とパッド電極３４，３６とをボンディングワイヤ４４で接続することによって、インダクタンス成分が発生する。その結果、図６に示すように、高周波フィルタのインダクタＬfの一部を担うインダクタＬ1を高周波重畳回路２０のＩＣ内に構成することができる。これによって、外部に接続されるインダクタのインダクタンスを小さくすることができる。
【００３７】
＜第２の実施の形態＞
上記第１の実施の形態では、高周波重畳回路２０の半導体チップ上に高周波フィルタの構成要素となるコンデンサＣ1を形成した。第２の実施の形態では、高周波重畳回路２０の半導体チップ上に発振用のコンデンサＣを形成する場合について説明する。
【００３８】
半導体チップ上には、図７に例示するように、発振回路部２０ａ及び増幅回路部２０ｂを含む回路が形成される。半導体チップ上にはコンデンサＣも形成される。発振回路部２０ａのＬＣ外部端子Ｔ1は、発振用のインダクタＬを介して接地される。この半導体チップ上のコンデンサＣと外部に接続されたインダクタＬの組み合わせで定まる基本発振周波数ｆの発振信号Ｓoutが生成され、増幅回路部２０ｂによって増幅された後に出力端子Ｔ3から出力される。
【００３９】
光ディスクの光源としてレーザダイオード１６等を駆動する場合には、発振信号の基本周波数ｆは２００ＭＨｚ以上７００ＭＨｚ以下であることが好ましい。この基本周波数ｆで発振させるためには、コンデンサＣを３ｐＦ以上１００ｐＦ以下とすることが好適である。
【００４０】
図８（ａ）及び（ｂ）に、半導体基板３０上に形成された高周波重畳回路２０のレイアウトの平面図及びラインＺ−Ｚに沿った断面図を示す。この図では、説明を簡単にするために高周波重畳回路２０の外部端子に接続されるパッド電極のみを強調して示し、パッド電極以外の回路３２の構成については省略して示した。
【００４１】
第１の実施の形態で示したコンデンサＣ1と同様に、コンデンサＣはパッド電極５０の下に形成される。コンデンサＣは、図８（ｂ）に示すように、半導体基板３０に砒素（Ａｓ）等の不純物がイオン注入され、高濃度Ｎ+の埋め込み層３９が形成される。この埋め込み層３９はコンデンサＣの下部電極となる。続いて、半導体基板３０の埋め込み層３９が形成された領域の表面上に、埋め込み層３９を覆うように絶縁膜３８が形成される。絶縁膜３８としては、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いることができる。コンデンサ下部電極である埋め込み層３９は、絶縁膜３８にコンタクトホールを形成した後、素子表面の電極と導通をとるように形成される。この電極は金属配線により回路３２と導通を得る。パッド電極５０は、その絶縁膜３８上に形成される。パッド電極５０は、発振用インダクタを接続するための電極となる。パッド電極５０は、例えば、金属膜又は多結晶シリコン膜と金属膜の積層膜とすることができる。これらの層は、蒸着やスパッタリングすることによって形成することができる。このように、回路３２に導通される埋め込み層３９とパッド電極５０とで絶縁膜３８を挟み込むことによってコンデンサＣを構成することができる。
【００４２】
このとき、ワイヤボンディングによってパッド電極５０から外部端子に配線を接続するためには、パッド電極５０の一辺は少なくとも５０μｍ以上であることが好ましい。また、半導体チップのサイズを出来るだけ小さくするためには、パッド電極５０の一辺は１５０μｍ以下であることが好ましい。言い換えると、パッド電極５０の面積を２５００μｍ2以上２２５００μｍ2以下とすることが好適である。
【００４３】
パッド電極５０の面積を上記の好適な範囲とし、絶縁膜３８の膜厚を半導体プロセスで形成できる範囲内で調整することによって、コンデンサＣを３ｐＦ以上１００ｐＦ以下とすることが可能である。すなわち、パッド電極５０の面積をワイヤボンディングに対して適した面積とすることによって、２００ＭＨｚ以上７００ＭＨｚ以下の周波数で発振させるために適したコンデンサＣを形成することができる。
【００４４】
このように、半導体チップを従来のサイズに維持したまま、外付けのコンデンサＣを不要とできるために装置全体を小型化することが可能となる。また、周辺回路の配線を短くすることができ、外部への不要輻射（ＥＭＩ）を低減することができる。
【００４５】
なお、第１及び第２の実施の形態を組み合わせ、半導体チップ上にコンデンサＣ1及びコンデンサＣの両方を構成することもできる。これによって、第１及び第２の実施の形態における効果を同時に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第１の実施の形態における光ディスク用光源の駆動回路の例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態における高周波重畳回路の構成例を示す図である。
【図３】第１の実施の形態における光ディスク用光源の駆動回路の別例を示す図である。
【図４】第１の実施の形態における高周波重畳回路の回路レイアウトの例を示す平面図及び断面図である。
【図５】ＩＣ化された高周波重畳回路の構造の例を示す内部平面図及び断面図である。
【図６】第１の実施の形態における高周波重畳回路の構成の別例を示す図である。
【図７】第２の実施の形態における高周波重畳回路の構成例を示す図である。
【図８】第２の実施の形態における高周波重畳回路の回路レイアウトの例を示す平面図及び断面図である。
【図９】従来の光ディスク用光源の駆動回路を示す図である。
【図１０】従来の高周波重畳回路の構成を示す図である。
【図１１】ＩＣ化された高周波重畳回路を用いた光ディスク用光源の駆動回路を示す図である。
【図１２】高調波を含む発振信号の周波数スペクトルを示す図である。
【図１３】各種フィルタの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  高周波重畳回路、１０ａ  発振回路部、１０ｂ  増幅回路部、１２  重畳回路用電源、１４  レーザ駆動用電源、１６  レーザダイオード、２０  高周波重畳回路、２０ａ  発振回路部、２０ｂ  増幅回路部、３０  半導体基板、３２  回路、３４，３６  パッド電極、３８  絶縁膜、３９  埋め込み層、４０  金属フレーム、４２  ＩＣピン、４４  ボンディングワイヤ、４６  絶縁樹脂、５０  パッド電極。
【図１】
2005072155.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2005072155.tif 000014
【図１３】
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