(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光部と、増幅回路と、外部入出力端子と、複数の放熱用端子と、前記受光部および前記増幅回路を設けた半導体基板と、前記半導体基板上の受光部周囲に設けられた金属層と、前記半導体基板を所定の位置に搭載し、かつ前記外部入出力端子および前記放熱用端子をそれぞれ前記半導体基板とは異なる位置に設けたダイパッドとを有し、前記金属層と前記放熱用端子とがワイヤにより結線され、かつ前記複数の放熱用端子は前記受光部に対し対称に配置されたことを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記増幅回路は前記金属層に覆われたことを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記金属層は、前記半導体基板上に形成された最下層の配線層を用いていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記金属層は、前記半導体基板上に形成された最上層の配線層を用いていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光半導体装置。
【請求項５】
少なくとも半導体レーザと、前記半導体レーザから発生するレーザ光を光ディスクへ集光するためのレンズと、光ディスクからの反射光を受光素子へ集光するための回折格子から構成される光ピックアップ装置であって、前記受光素子として請求項１ないし４のいずれかに記載の光半導体装置を用いたことを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路を内蔵した光半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現代の情報化社会の中において、ＣＤ、ＭＤ、ＭＯ、ＤＶＤなどの光ディスクは大容量でランダムアクセス可能なデジタルメディアとして必要不可欠なものとなっている。光ディスク装置において、光ディスク上に記録された情報はまず光信号として出力されるが、その光信号を電気信号に変換する光半導体装置としてフォトＩＣが用いられている。フォトＩＣは光信号を受信して電気信号に変換する受光部と受光部で変換された電気信号を増幅して出力する増幅回路部からなる。光ディスクの大容量化に伴い、短時間にたくさんの情報量を扱うことが求められるようになり、光半導体装置の高速化が必要になっている。
【０００３】
光半導体装置の従来例を図８に示す。通常、半導体基板２はくし形リードに設けられたダイパッド１上にマウントされていて、外部入出力用ボンディングパッド６からワイヤ７によって外部入出力端子５へ結線されている。半導体基板２上に生じた熱の一部は外部入出力用ボンディングパッド６からワイヤ７によって外部入出力端子５に伝わる。
【０００４】
ここで、くし形リードとは図１１で示すように、主にチップをマウントするためのダイパッド１と、ワイヤリングするための外部入出力端子５とで構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、光半導体装置の信号出力応答時間の高速化に伴い、半導体基板の消費電流が増加し、それと共に半導体基板の発熱量も増加している。この熱が半導体基板上の受光部や増幅回路に伝わることによって、受光部および増幅回路の特性変化をもたらし、光半導体装置の出力電圧および出力オフセット電圧の変動や周波数特性の低下など、光半導体装置の特性変化の原因となっている。さらに、光ピックアップ装置では、光集積回路の高速化に伴う消費電流の増加や、装置の小型化による素子間距離の近接とあいまって、光集積回路の発熱による半導体レーザへの熱流入が無視できなくなってきている。このことにより、半導体レーザの特性変動、特に半導体レーザの動作電流の増加や信頼性の劣化といった問題が顕著になってきている。
【０００６】
光半導体装置の回路ブロック図を図９に示す。各回路では、光入力信号を受光部１４で電流信号に変換し、ゲイン抵抗１５によって出力電圧ゲインを調整している。半導体基板の温度上昇によって受光部１４の特性変化が生じると、受光部１４において光から電流への変換効率が変化し、同じ光入力信号でも違った電流信号へ変換されてしまい、増幅回路への入力電流の変化から出力電圧の変化が生じる。また、増幅回路の発熱によって、ゲイン抵抗１５の抵抗値が変化し、出力電圧に変化が生じる。同様に、出力オフセット電圧調整抵抗１６によって、出力オフセット電圧を調整しているが、回路の発熱によって、出力オフセット電圧調整抵抗１６の抵抗値が変化し、出力オフセット電圧に変化が生じる。
【０００７】
光半導体装置の周波数特性グラフを図１０に示す。横軸は入力信号の周波数、縦軸は入力信号に対する出力信号のゲインである。半導体基板の温度上昇によって、集積回路の周波数特性が低下している。これは、高周波領域での出力電圧が低下することを意味する。
【０００８】
素子の温度を安定化させるために、ペルチェ素子を用いた温度制御を行ったり、半導体チップの近傍に放熱板を配置したりすることは、従来から知られている。しかしながら、ペルチェ素子を用いる場合には、部品点数の増加によりコストがかかり、また、装置の小型化に難がある。また、放熱板を配置する場合にしても単に基板と放熱板とを接続するのみでは、熱の伝搬を抑えきれず、前記したような特性変動が起こりやすい。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の光半導体装置は、受光部と、増幅回路と、外部入出力端子と、複数の放熱用端子と、前記受光部および前記増幅回路を設けた半導体基板と、前記半導体基板上の受光部周囲に設けられた金属層と、前記半導体基板を所定の位置に搭載し、かつ前記外部入出力端子および前記放熱用端子をそれぞれ前記半導体基板とは異なる位置に設けたダイパッドとを有し、前記金属層と前記放熱用端子とがワイヤにより結線され、かつ前記複数の放熱用端子は前記受光部に対し対称に配置されているものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照にしながら説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態における光半導体装置の斜視図である。
【００１２】
図１に示す光半導体装置は、くし形リードに設けられたダイパッド１上にマウントされている半導体基板２と、一端がワイヤボンディングされた外部入出力端子５および放熱用端子８と、前記半導体基板２上に形成された受光部３と増幅回路４、前記受光部３の周囲に設けられた放熱用ボンディングパッド９と、前記半導体基板２上に形成された外部入出力用ボンディングパッド６と、外部入出力端子５と外部入出力用ボンディングパッド６および放熱用端子８と放熱用ボンディングパッド９とを結線するワイヤ７から構成される。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態に係る光半導体装置において、半導体基板２上の受光部３の周囲に設けられた放熱用ボンディングパッド９は、少なくとも一本以上のワイヤ７によって放熱用端子８と結線されている。
【００１４】
本実施形態によれば、受光部３周囲に形成された放熱用ワイヤボンディングパッド９からワイヤ７によって放熱用端子８に余分な熱が運ばれるため、増幅回路４の動作により半導体基板２に伝わった熱が、さらに受光部３へ拡がるのを防ぐ。このことによって、受光部３の温度変化を小さくでき、光半導体装置の特性変化を抑制することができる。
【００１５】
また、受光部を挟んで、複数の放熱用端子を設けることにより、熱流入の非対称性を抑えられる。光半導体装置において、受光部は発光点に対して対称に配置されることが多く、受光信号を増幅する回路は受光部の各分割部分にそれぞれ設けられるため、これも対称形の配置を取ることが多い。よって、一方向からのみの放熱を行った場合は放熱効果が十分でないことが多く、図１に示すように放熱用端子や放熱用ワイヤボンディングパッドを受光部に対して対称に設けることにより、受光部の局所的な温度変化をさらに抑えられ、光半導体装置の特性変動がさらに抑えられる。
【００１６】
図２は本発明の第１の実施形態における光半導体装置の断面図の一例である。
【００１７】
図２に示す光半導体装置は、半導体基板２上に形成された受光部３と増幅回路４、前記受光部３周囲に形成された放熱用ワイヤボンディングパッド９と、前記半導体基板２上に形成された第一絶縁層１０と導体層１１と第二絶縁層１２から構成される。
【００１８】
図２に示すように、半導体基板２の受光部３周囲の第二絶縁層１２上に放熱用ワイヤボンディングパッド９が形成されている。
【００１９】
この構成によれば、配線層の一部を放熱パッドにできるため、工程の簡略化が図れる。また、放熱パッドが受光部の周囲で、かつ受光部に対して上方に配置されているので、受光部に侵入する迷光を遮蔽する効果も有する。
【００２０】
図３は本発明の第１の実施形態における光半導体装置の断面図の別の一例である。
【００２１】
図３に示す光半導体装置は、半導体基板２上に形成された受光部３と増幅回路４、前記受光部３の周囲に形成された放熱用ワイヤボンディングパッド９と、前記半導体基板２上に形成された第一絶縁層１０と導体層１１と第二絶縁層１２から構成される。
【００２２】
図３に示すように、半導体基板２の受光部３周囲の導体層１１を用いて放熱用ワイヤボンディングパッド９が形成されている。
【００２３】
この構成によれば、配線層の一部を放熱パッドにできるため、工程の簡略化が図れる。放熱パッドと受光部との距離が近いので放熱効果を向上できる。
【００２４】
また、放熱用ワイヤボンディングパッド９や放熱用端子８またはワイヤ７の材料として、導電性材料の中でも特に熱伝導性に優れた材料、例えばＡｕを用いることによって、放熱性をさらに向上させる効果が得られる。
【００２５】
（第２の実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態における光半導体装置の斜視図である。
【００２６】
図４に示す光半導体装置は、くし形リードに設けられたダイパッド１上にマウントされている半導体基板２と、一端がワイヤボンディングされた外部入出力端子５および放熱用端子８と、前記半導体基板２上に形成された受光部３と増幅回路４、前記増幅回路４の上部に設けられた放熱用ワイヤボンディングパッド９と、前記半導体基板２上に形成された外部入出力用ワイヤボンディングパッド６と、外部入出力端子５と外部入出力用ワイヤボンディングパッド６および放熱用端子８と放熱用ワイヤボンディングパッド９とを結線するワイヤ７から構成される。
【００２７】
図４に示すように、本実施の形態に係る光半導体装置において、半導体基板２上には増幅回路４上部に設けられた放熱用ワイヤボンディングパッド９は少なくとも一本以上のワイヤ７によって放熱用端子８と結線されている。
【００２８】
本実施の形態によれば、半導体基板２上の増幅回路４で生じた熱が、増幅回路４上部に形成された放熱用ワイヤボンディングパッド９からワイヤ７によって放熱用端子８に伝わり、増幅回路４の熱を放熱する。このことによって、増幅回路４の温度変化を小さくでき、光半導体装置の特性変化を抑制することができる。
【００２９】
また、第１の実施形態において述べたように、増幅回路４は対称形に配置されているため、増幅回路を挟んで、放熱用端子を対称に配置することにより、増幅回路の局所的な温度変化をさらに抑えられ、光半導体装置の特性変動がさらに抑えられる。
【００３０】
図５は本発明の第２の実施形態における光半導体装置の増幅回路４と放熱用端子８との位置関係を示した平面図である。放熱用ワイヤボンディングパッド９は増幅回路４を覆うように上部に設けられており、ワイヤ７によって、放熱用端子８と結線されている。また、外部入出力用ワイヤボンディングパッド６も、ワイヤ７によって放熱用端子８と結線されている。放熱用ワイヤボンディングパッド９とワイヤ７とのボンディング位置の直下には、回路素子は配置されないようにしている。
【００３１】
この構成によれば、放熱用ボンディングパッドの面積を大きくとれ、放熱効果がより高まる。また、増幅回路の上部を導体層で覆うことにより、増幅回路に対する遮光が十分に行われ、回路の誤動作を防止することができる。
【００３２】
（第３の実施形態）
図６は本発明の第３の実施形態に係る光ピックアップ装置の構成図である。
【００３３】
図６に示す光ピックアップ装置は、半導体レーザ１８と、前記半導体レーザ１８から発生するレーザ光を光ディスク１９へ集光するためのレンズ２０と、光ディスク１９からの反射光を受光部３へ集光するための回折格子２１から構成される。
【００３４】
半導体レーザ１８から発生したレーザ光は、レンズ２０を通って光ディスク１９上に集光される。そして、光ディスク１９上でレーザ光が反射する際に、ディスク上のパターンによって信号成分を含んだものとなる。この光信号を含んだレーザ光を回折格子２１によって受光部３へ集光し、そこで、信号から電気信号に変換される。
【００３５】
図７は本発明の第３の実施形態における光半導体装置の斜視図である。
【００３６】
図７に示す光半導体装置は、くし形リードに設けられたダイパッド１上にマウントされている半導体基板２と、一端がワイヤボンディングされた外部入出力端子５および放熱用端子８と、前記半導体基板２上に形成された受光部３と増幅回路４と、前記半導体基板２上に設けられた半導体レーザ１８と、前記増幅回路４の上部に設けられた放熱用ワイヤボンディングパッド９と、前記半導体基板２上に形成された外部入出力用ワイヤボンディングパッド６と、外部入出力端子５と外部入出力用ワイヤボンディングパッド６および放熱用端子８と放熱ワイヤ用ボンディングパッド９とを結線するワイヤ７から構成される。
【００３７】
図７に示すように、半導体基板２上に設けられた放熱用ワイヤボンディングパッド９は少なくとも一本以上のワイヤ７によって放熱用端子８と結線されている。
【００３８】
本実施の形態によれば、半導体基板２上の増幅回路４で生じた熱が、放熱用ワイヤボンディングパッド９からワイヤ７によって放熱用端子８に伝わるため、半導体レーザ１８への熱流入を低減する効果が得られる。このことによって、半導体レーザ１８の熱による特性変化を抑制できる。
【００３９】
半導体レーザの特性を安定化させることにより、光ピックアップ装置の信号安定度が増し、動作の信頼性が向上する。また、受光素子や増幅回路の特性を安定化させることにより、受光領域の感度設定も容易になり、光ピックアップ装置の動作マージンを確保できるとともに受光領域の面積低減が図れ、装置の小型化が図れる。
【００４０】
なお、第１の実施形態においてのみ、外部入出力用パッドと放熱用端子とを結線する例を示したが、他の構成においても、前記した結線を行ってよい。
【００４１】
また、放熱用端子や放熱用ボンディングパッドおよびこれらを結線するワイヤを複数設けることにより、結線のためのワイヤの長さを短くでき、放熱効果がより高まることは、前記した実施の形態いずれの場合でも同様である。これらの個数も必要に応じて変更してよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明に記載の光半導体装置によれば、半導体基板上に形成された受光部の周囲に設けられたワイヤボンディングパッドにワイヤによって結線された放熱用端子を設けることによって、受光部への熱流入を防ぎ、光半導体装置の温度変化による特性変化を抑制することができる。また、半導体基板上に形成された増幅回路上部に設けられたワイヤボンディングパッドにワイヤによって結線された放熱用端子を設けることによって、光半導体装置の温度変化による特性変化を抑制することができる。
【００４３】
さらに、本発明に記載の光ピックアップ装置では、半導体レーザへの熱流入を低減し、光源の信頼性が向上でき、光ピックアップ装置の長寿命化が図れる。また、受光素子への熱流入や増幅回路での熱負荷を低減し、光ピックアップ装置の動作マージンを確保できるともに受光領域の面積低減が図れ、装置の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における光半導体装置の斜視図
【図２】本発明の第１の実施形態における光半導体装置の断面図の一例を示す図
【図３】本発明の第１の実施形態における光半導体装置の断面図の別の一例を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態における光半導体装置の斜視図
【図５】本発明の第２の実施形態における光半導体装置の増幅回路および放熱板の位置を示した平面図
【図６】本発明の第３の実施形態における光ピックアップ装置の構成図
【図７】本発明の第３の実施形態における光半導体装置の斜視図
【図８】従来の技術における光半導体装置の斜視図
【図９】光半導体装置の回路ブロック図
【図１０】基板温度が変動した場合における光半導体装置の周波数特性グラフ
【図１１】くし形リードの概要説明図
【符号の説明】
１  ダイパッド
２  半導体基板
３  受光部
４  増幅回路
５  外部入出力端子
６  外部入出力用ワイヤボンディングパッド
７  ワイヤ
８  放熱用端子
９  放熱用ワイヤボンディングパッド
１０  第一絶縁層
１１  導体層
１２  第二絶縁層
１３  増幅回路ブロック
１４  受光部
１５  ゲイン抵抗
１６  出力オフセット電圧調整抵抗
１７  出力端子
１８  半導体レーザ
１９  光ディスク
２０  レンズ
２１  回折格子
【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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【図７】
0003997832.tif 000008
【図８】
0003997832.tif 000009
【図９】
0003997832.tif 000010
【図１０】
0003997832.tif 000011
【図１１】
0003997832.tif 000012