DE102014211905B4

DE102014211905B4 - Halbleitervorrichtung geeignet zur Detektion einer Temperatur eines Halbleiterbauelements mit breiter Bandlücke

Info

Publication number: DE102014211905B4
Application number: DE102014211905.7A
Authority: DE
Inventors: Naoto KAGUCHI; Yoichiro Tarui
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2019-01-10
Anticipated expiration: 2034-06-21
Also published as: JP6234090B2; US9627571B2; KR20150006776A; CN104283533B; JP2015018861A; KR101593904B1; CN104283533A; US20150014705A1; DE102014211905A1

Abstract

Halbleitervorrichtung, die Folgendes umfasst:ein Halbleiterelement (101), das aus einem Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke mit einer Lichtemissionseigenschaft ausgebildet ist und das während des Betriebs Licht emittiert;einen Stromdetektionsabschnitt (102), der einen Strom, der während des Betriebs des Halbleiterelements (101) als Betriebsstrom fließt, detektiert;eine Lichtleitfaser (20 bis 22), auf die emittiertes Licht während des Betriebs des Halbleiterelements (101) einfällt; undeine Photodiode (3), die das emittierte Licht empfängt, das durch Ausbreitung durch die Lichtleitfaser (20 bis 22) erhalten wird,wobei der Stromdetektionsabschnitt (102) getrennt von der Lichtleitfaser (20 bis 22) und von der Photodiode (3) ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, die ein Halbleiterelement mit breiter Bandlücke aufweist und die in der Lage ist, eine Temperatur des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke zu detektieren.
US 2012/0 141 327 A1 offenbart einen markierungsfreien Biosensor mit einem Substrat, einem Reaktionsinduktionsabschnitt zum Induzieren einer biologischen Antigen-Antikörper-Reaktion, einem Reaktionsfassungsabschnitt zum Erfassen einer Reaktion, der auf dem Substrat ausgebildet ist. Der Reaktionsfassungsabschnitt ist so angepasst, um ein biologisches Antigen zu erfassen, dass er eine Stromänderung zufolge der Änderung der Lichtmenge misst, die durch die biologische Antigen-Antikörper-Reaktion im Reaktionsinduktionsabschnitt verursacht wird.
US 6 180 966 B1 offenbart eine Graben-Gate-Type-Halbleitervorrichtung mit einer Stromdetektorzelle. Die Richtung der Kristallebene an der Seitenwände des Grabens einer Hauptzelle ist fast äquivalent wie die Richtung der Kristallebene an der Seitenwände des Grabens einer Stromdetektorzelle.
US 2003/0 227 950 A1 offenbart ein Lasermodul mit zwei Halbleiterlaservorrichtungen, die nebeneinander angeordnet sind, und einer Lasertreibschaltung. Die Lasertreibschaltung weist Ausgangsanschlüsse für Normalphasedaten und Entgegengesetztenphasedaten. Eine Halbleiterlaservorrichtung ist zum Normalphasedaten-Ausgangsanschluss angeschlossen und die andere Halbleiterlaservorrichtung ist zum Entgegengesetztenphasedaten -Ausgangsanschluss angeschlossen.
US 6 647 350 B1 offenbart ein radiometrisches System, das eine Erfassungsoptik, einen Filter und einen Photodetektor aufweist. Die Erfassungsoptik koppelt die Probenstrahlung direkt mit dem Filter und dem Photodetektor. Der Filter bestimmt, welche Strahlungswellenlängen gemessen werden, und enthält optional eine heiße / kalte Spiegeloberfläche zum Reflektieren unerwünschter Strahlungswellenlängen zurück zu der Probe. Der Detektor ist aus dotiertem GaAlAs mit einer Spitzenresonanz von ca. 900 nm gebildet. Ein Signalprozessor wandelt das Signal in einen Temperaturmesswert um.
Üblicherweise wurde zum Messen einer Betriebstemperatur eines Leistungshalbleiterelements im Allgemeinen eine Halbleitervorrichtung mit einem Leistungshalbleiterelement verwendet. Die Halbleitervorrichtung weist ein Temperaturdetektionselement wie z. B. eine Polysiliziumdiode, die darin elektrisch unabhängig vom Leistungshalbleiterelement ausgebildet ist, auf, um die Temperatur des Leistungshalbleiterelements durch Temperaturcharakteristiken des Temperaturdetektionselements zu detektieren. Als Halbleitervorrichtung dieses Typs gibt es beispielsweise eine Stromumsetzungsvorrichtung, die in JP 2006 - 271 098 A offenbart ist.
In einer üblichen Halbleitervorrichtung, die eine Temperaturdetektionsfunktion eines Leistungshalbleiterelements aufweist und in einen Chip integriert ist, wie vorstehend beschrieben, ist ein Temperaturdetektionselement innerhalb der Halbleitervorrichtung zusammen mit einem Leistungshalbleiterelement ausgebildet, um eine Betriebstemperatur des Leistungshalbleiterelements unter Verwendung von Temperaturcharakteristiken des Temperaturdetektionselements zu detektieren. Folglich bestanden Nachteile beim Ausbilden eines Kontaktstellenabschnitts zum Senden und Empfangen eines Signals zwischen dem Temperaturdetektionselement und der Außenseite. Diese Konfiguration vergrößert eine Vorrichtungsfläche (Chipfläche), was zu einer Kostenerhöhung führt, und erfordert einen umfangreichen Drahtbondprozess im Kontaktstellenabschnitt, was der Montage der Halbleitervorrichtung eine größere Einschränkung auferlegt.
In einem Fall eines Halbleiterelements mit breiter Bandlücke, in dem ein Leistungshalbleiterelement aus einem Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke mit einer Lichtemissionseigenschaft ausgebildet ist, bestand außerdem ein Problem, dass, wenn das Halbleiterelement mit breiter Bandlücke bei einer hohen Temperatur von 200 °C oder höher betrieben wird, die während des Betriebs davon vorgesehen ist, das üblicherweise verwendete Temperaturdetektionselement wie z. B. eine Photodiode nicht arbeitet und unbrauchbar ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Halbleitervorrichtung zu erhalten, in der eine Temperaturdetektionsfunktion eines Halbleiterelements mit breiter Bandlücke normal betrieben wird, und eine Kostenverringerung und Verbesserung der Montierbarkeit zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleiterelement, einen Stromdetektionsabschnitt, eine Lichtleitfaser und eine Photodiode. Die Halbleitervorrichtung ist aus einem Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke mit einer Lichtemissionseigenschaft ausgebildet, um Licht während des Betriebs zu emittieren. Der Stromdetektionsabschnitt detektiert einen Strom, der während des Betriebs des Halbleiterelements als Betriebsstrom fließt. Emittiertes Licht während des Betriebs des Halbleiterelements fällt auf die Lichtleitfaser ein. Die Photodiode empfängt das emittierte Licht, das durch Ausbreitung durch die Lichtleitfaser erhalten wird.
Gemäß der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung erzeugt die Photodiode einen Ausgangsstrom, der einer Lichtemissionsintensität des emittierten Lichts entspricht, das durch die Lichtleitfaser empfangen wird. Der Ausgangsstrom der Photodiode wird durch eine Lichtemissionsintensität des emittierten Lichts und einen Strom (Betriebsstrom), der während des Betriebs des Halbleiterelements fließt, bestimmt. Die Lichtemissionsintensität weist eine Abhängigkeit von der Wellenlänge des emittierten Lichts auf und die Wellenlänge davon weist eine Abhängigkeit von der Temperatur des Halbleiterelements zum Zeitpunkt der Lichtemission auf.
Folglich wird der Ausgangsstrom der Photodiode durch die Temperatur und den Betriebsstrom des Halbleiterelements während des Betriebs bestimmt und daher kann die Temperatur des Halbleiterelements während des Betriebs aus dem Ausgangsstrom und dem Betriebsstrom erhalten werden. Das heißt, die Photodiode kann als Temperaturdetektionsabschnitt verwendet werden.
Außerdem ist die Photodiode in einer Form vorgesehen, um das emittierte Licht zu empfangen, das durch Ausbreitung durch die Lichtleitfaser erhalten wird. Bei dieser Konfiguration muss daher die Photodiode nicht einteilig mit dem Halbleiterelement vorgesehen sein, so dass eine Ausbildungsfläche eines Halbleiterelement-Ausbildungsabschnitts, der das Halbleiterelement bildet, verkleinert werden kann, um eine Kostenverringerung und eine Verbesserung der Montierbarkeit zu erreichen.
In einem Fall, in dem eine Ausbildungsfläche eines Ausbildungsabschnitts des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke mit derselben Größe wie bei der üblichen Technik ausgebildet wird, kann außerdem eine größere effektive Fläche des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke im Vergleich zu jener der üblichen Technik erhalten werden, so dass die Eigenschaften des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke selbst verbessert werden können.
Ferner muss der Temperaturdetektionsabschnitt (Photodiode), der elektrisch schwach ist, nicht einteilig mit dem Halbleiterelement ausgebildet werden, so dass die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung verbessert werden kann.
Außerdem ist die Lichtleitfaser zwischen das Halbleiterelement und die Photodiode eingefügt, so dass eine Temperatur in der Nähe der Photodiode gegenüber einer Temperatur in der Nähe des Halbleiterelements gesenkt werden kann. Selbst wenn sich das Halbleiterelement beispielsweise in einem Zustand mit hoher Temperatur von 200 °C oder höher befindet, ist die Lichtleitfaser dazwischen eingefügt, so dass die Temperaturumgebung auf 150 °C oder niedriger gesetzt ist, um den Betrieb der Photodiode zu ermöglichen. Mit dieser Konfiguration kann der Zustand des Halbleiterelements mit hoher Temperatur von 200 °C oder höher auch durch den Ausgangsstrom, der durch die Photodiode fließt, detektiert werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Weitere und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

1 eine erläuternde Ansicht, die schematisch eine schematische Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 einen Schaltplan, der ein Beispiel einer internen Konfiguration eines Ausbildungsabschnitts eines Halbleiterelements mit breiter Bandlücke, der in 1 gezeigt ist, zeigt;
3 einen Graphen, der Beziehungen zwischen einem Betriebsstrom Iw, der durch das Halbleiterelement mit breiter Bandlücke fließt, und einem Photodioden-Ausgangsstrom Ip zeigt;
4 einen Graphen, der Beziehungen zwischen einer Temperatur (K) und der Bandlückenenergie gemäß jeweiligen Halbleitermaterialien zeigt;
5 einen Graphen, der Beziehungen zwischen einer Wellenlänge von zu empfangendem Licht und einer Lichtempfangsempfindlichkeit einer Photodiode zeigt;
6 eine erläuternde Ansicht, die schematisch eine planare Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 eine erläuternde Ansicht, die schematisch eine planare Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
8 eine erläuternde Ansicht, die schematisch eine planare Konfiguration einer üblichen Halbleitervorrichtung mit einer Temperaturdetektionsfunktion zeigt.

<Zugrunde liegende Technik>
8 ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch eine planare Konfiguration einer üblichen Halbleitervorrichtung mit einer Temperaturdetektionsfunktion zeigt. Wie in 8 gezeigt, ist eine Oberflächenelektrode 51 einer Hauptelektrode (die als Kollektorelektrode dient) eines IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) in einer Mehrheit eines Bereichs auf einem Substrat 50 ausgebildet und eine Gateelektrode 53 des IGBT ist in einem Teil der Oberflächenelektrode 51 ausgebildet. Dann ist ein Stromerfassungsabschnitt 52 (Stromerfassungshauptabschnitt 52M und Kontaktstellenabschnitt 52P) in einem anderen Teil als die Gateelektrode 53 ausgebildet und ein Temperaturerfassungsabschnitt 54 (Temperaturerfassungshauptabschnitt 54M und Kontaktstellenabschnitt 54P) ist in einem anderen Teil als die Gateelektrode 53 und der Stromerfassungsabschnitt 52 ausgebildet. Es ist zu beachten, dass ein Erfassungs-IGBT (Hauptelektrode, d. h. Kollektorelektrode) beispielsweise im Stromerfassungshauptabschnitt 52M ausgebildet ist und eine Photodiode beispielsweise in einem Temperaturerfassungshauptabschnitt 54M ausgebildet ist.
Wie in 8 gezeigt, ist der Temperaturerfassungsabschnitt 54 zusammen mit dem IGBT (Oberflächenelektrode 51, Gateelektrode 53) auf dem Substrat 50 vorgesehen, was zu einer übermäßigen Vergrößerung einer Schaltungsausbildungsfläche der Halbleitervorrichtung führt. Folglich verursacht diese Konfiguration eine Vergrößerung einer Chipfläche (Elementausbildungsfläche, die Elemente auf dem Substrat 50 bilden kann), was zu einer Kostenerhöhung führt, und erfordert ferner übermäßige Prozesse wie z. B. einen Drahtbondprozess am Kontaktstellenabschnitt 54P in Bezug auf den Temperaturerfassungsabschnitt 54, was der Montage eine größere Einschränkung auferlegt.
Wenn der IGBT aus einem Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke mit einer Lichtemissionseigenschaft ausgebildet ist, wird außerdem ein Betrieb mit einer hohen Temperatur von 200 °C oder höher während des Betriebs angenommen. Folglich bestand insofern ein Problem, als die Umgebung auf die Temperaturumgebung geändert wird, in der ein üblicherweise verwendetes Temperaturdetektionselement wie z. B. eine Photodiode nicht verwendet werden kann, und folglich kann das übliche Temperaturdetektionselement nicht für die Temperaturdetektion eines Halbleiterelements mit breiter Bandlücke verwendet werden. Nachstehend werden Beschreibungen von bevorzugten Ausführungsformen zur Lösung dieser Probleme durchgeführt.
<Erste bevorzugte Ausführungsform>
1 ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch eine schematische Querschnittskonfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 1 gezeigt, ist ein Ausbildungsabschnitt 1 eines Halbleiterelements mit breiter Bandlücke auf einem Halbleitersubstrat 10 vorgesehen. Der Ausbildungsabschnitt 1 des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke ist aus einer laminierten Struktur einer Basis 13, eines aktiven Halbleiterabschnitts 12 und eines Elektrodenabschnitts 11 ausgebildet. Vom Elektrodenabschnitt 11, der als Hauptelektrodenabschnitt dient, kann über einen Signaldraht 15 ein Signal zur Außenseite gesendet und von dieser empfangen werden.
2 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel einer internen Konfiguration des Ausbildungsabschnitts 1 des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke zeigt. Wie in 2 gezeigt, umfasst der Ausbildungsabschnitt 1 des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke darin einen IGBT-Hauptkörper 101, der aus einem Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke mit einer Lichtemissionseigenschaft ausgebildet ist. Ferner ist ein Stromerfassungs-IGBT 102 parallel zum IGBT-Hauptkörper 101 vorgesehen, Kollektoren des IGBT-Hauptkörpers 101 und des Stromerfassungs-IGBT 102 sind gemeinsam mit einem externen Anschluss P1 verbunden und isolierte Gates sind gemeinsam mit einem externen Anschluss P2 verbunden. Ein Emitter des IGBT-Hauptkörpers 101 ist geerdet und ein Emitter des Stromerfassungs-IGBT 102 ist über einen Widerstand R1 geerdet. Dann werden Spannungen an beiden Enden P11, P12 des Widerstandes R1 gemessen, so dass ein durch den IGBT-Hauptkörper 101 fließender Strom auf der Basis eines Größenverhältnisses zwischen dem IGBT-Hauptkörper 101 und dem Stromerfassungs-IGBT 102 und dergleichen berechnet werden kann. In dieser Weise sind der IGBT-Hauptkörper 101 als Halbleiterelement mit breiter Bandlücke und der Stromerfassungs-IGBT 102 als Stromerfassungsabschnitt in einen Chip integriert, um den Ausbildungsabschnitt 1 des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke einteilig auszubilden.
Der aktive Halbleiterabschnitt 12 des Ausbildungsabschnitts 1 des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke ist unter Verwendung des Halbleitermaterials mit breiter Bandlücke ausgebildet und ein Ladungsträgerrekombinationszentrum (Bereich, in dem Störstellenatome und ein Komplex von mehreren Störstellenatomen existieren, die einen Prozess erleichtern, in dem ein Elektron und ein Loch miteinander rekombiniert werden, so dass sie verschwinden) ist in irgendeiner von einer Schicht vom n-Typ und einer Schicht vom p-Typ ausgebildet, die einen Übergang bilden. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, ein Licht emittierendes Halbleiterelement mit breiter Bandlücke (IGBT-Hauptkörper 101) zu erhalten, das Licht emittiert, wenn ein Strom durch den Übergang fließt. Nachstehend kann die vorstehend beschriebene Lichtemissionsoperation durch Ausbilden des Rekombinationszentrums einfach als „Lichtemission durch die bipolare Operation“ bezeichnet werden. Der aktive Halbleiterabschnitt 12 ist in einer Säulenform (zylindrisch, prismatisch und dergleichen) ausgebildet und emittiertes Licht wird von einer Seitenoberfläche davon zum Zeitpunkt der Lichtemission durch die bipolare Operation abgestrahlt.
Mit Rückbezug auf 1 ist eine Lichtleitfaser 20 zwischen dem aktiven Halbleiterabschnitt 12 des Ausbildungsabschnitts 1 des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke und der Photodiode 3 vorgesehen, so dass das emittierte Licht zum Zeitpunkt der Lichtemission des aktiven Halbleiterabschnitts 12 (während der (bipolaren) Operation des IGBT-Hauptkörpers 101) auf eine Einfallsoberfläche 30 der Lichtleitfaser 20 einfällt, damit es von einer Emissionsoberfläche 40 an der Photodiode 3 durch die Lichtleitfaser 20 empfangen wird.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Lichtleitfaser 20 derart angeordnet, dass die Einfallsoberfläche 30 in der Nähe der Seitenoberfläche des Ausbildungsabschnitts 1 des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke (aktiver Halbleiterabschnitt 12) angeordnet ist, um das emittierte Licht zum Zeitpunkt der Lichtemission des aktiven Halbleiterabschnitts 12 zur Photodiode 3 zu führen. Dann erzeugt die Photodiode 3 einen Ausgangsstrom entsprechend einer Lichtemissionsintensität des emittierten Lichts, das durch die Lichtleitfaser 20 empfangen wird.
Zu diesem Zeitpunkt ist die Lichtleitfaser 20 an der Seitenoberfläche des Ausbildungsabschnitts 1 des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke angeordnet, so dass das emittierte Licht auf die Einfallsoberfläche 30 der Lichtleitfaser 20 einfallen kann, ohne durch eine Drahtbondstelle, eine Lötverbindung und dergleichen, die hauptsächlich am Elektrodenabschnitt 11 zum Zeitpunkt der Modulmontage vorkommen, beeinflusst zu werden.
Insbesondere ist die Einfallsoberfläche 30 der Lichtleitfaser 20 so angeordnet, dass sie einem Seitenoberflächenabschnitt des Ausbildungsabschnitts 1 des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke gegenüber liegt, so dass das emittierte Licht zum Zeitpunkt der Lichtemission des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke auf die Einfallsoberfläche 30 der Lichtleitfaser 20 einfallen kann, ohne durch eine Lichtunterbrechung durch eine Oberflächenelektrode des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke oder Drahtbonden, direktes Zuleitungsbonden und dergleichen beeinflusst zu werden, die hauptsächlich im Elektrodenabschnitt 11 des Ausbildungsabschnitts 1 des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke ausgebildet sind. Folglich ermöglicht diese Konfiguration, dass ein Photodioden-Ausgangsstrom Ip mit Genauigkeit und hoher Empfindlichkeit auf der Seite der Photodiode 3 gemessen wird.
Wenn das emittierte Licht vom Halbleiterelement mit breiter Bandlücke zur Lichtleitfaser 20 geführt wird, nachdem es fokussiert wurde, kann außerdem die Genauigkeit der Messung weiter verbessert werden.
Schließlich werden dann in einem in 1 gezeigten Zustand der Ausbildungsabschnitt 1 des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke, die Lichtleitfaser 20 und die Photodiode 3 mit einem Gelmaterial mit Lichtdurchlässigkeit abgedichtet und gekapselt, um die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform fertigzustellen.
3 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen einem Betriebsstrom Iw, der durch den IGBT-Hauptkörper 101 als Halbleiterelement mit breiter Bandlücke fließt, und dem Photodioden-Ausgangsstrom Ip in der Photodiode 3 zeigt. In 3 zeigt eine Temperatur-Beziehungslinie L25 den Fall, in dem die Betriebstemperatur des IGBT-Hauptkörpers 101 25 °C ist, während eine Temperatur-Beziehungslinie L150 den Fall zeigt, in dem die Betriebstemperatur davon 150 °C ist.
Wie vorstehend beschrieben, wird, wenn der aktive Halbleiterabschnitt 12 Licht durch die bipolare Operation emittiert, das emittierte Licht durch die Lichtleitfaser 20 zur Photodiode 3 geführt und dadurch kann der Photodioden-Ausgangsstrom Ip von der Photodiode 3 erzeugt werden.
Andererseits ist die Lichtemissionsintensität des emittierten Lichts zum Betriebsstrom Iw, der durch das Halbleiterelement mit breiter Bandlücke fließt, proportional. Der Photodioden-Ausgangsstrom Ip ist zur Lichtemissionsintensität des emittierten Lichts proportional und weist eine Wellenlängenabhängigkeit auf.
Wenn beispielsweise SiC als Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke verwendet wird, weist 4H-SiC eine Bandlücke von 3,26 eV (Temperatur 300 K) auf und eine Lichtemissionswellenlänge ist ungefähr 380 nm.
4 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen einer Temperatur (K) und der Bandlückenenergie gemäß den jeweiligen Halbleitermaterialien zeigt. In 4 zeigen Energiekurven L11, L12 und L13 die Bandlückenenergie von Ge, Si bzw. GaAs.
Wie in 4 gezeigt, weist die Bandlücke des Halbleitermaterials eine Temperaturabhängigkeit auf, und wenn die Bandlücke bei 0 (K) durch Eg(0) dargestellt wird, kann die Bandlückenenergie bei T(K) durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden. Insbesondere wird die Bandlückenenergie Eg(T) aufgrund des Temperaturanstiegs (Anstiegs von T) verringert. $Eg (T) = Eg (0) - α T^{2} / (T+ β)$
Die folgende Tabelle 1 zeigt Werte von Eg(0), α und β der Gleichung (1). [Tabelle 1]

MATERIAL Eg(0) α (× 10^-4) β

GaAs 1,519 5,405 204

Si 1,170 4,75 636

Ge 0,7437 4,774 235
Wie aus der Gleichung (1) ersichtlich ist, wird, wenn die Temperatur während des Betriebs des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke des IGBT-Hauptkörpers 101 und dergleichen ansteigt, die Bandlückenenergie verringert und die Lichtemissionswellenlänge wird lang.
5 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen einer Wellenlänge von zu empfangendem Licht und der Lichtempfangsempfindlichkeit der Photodiode 3 zeigt. In 5 zeigen Lichtempfangsempfindlichkeitskurven L1, L2 und L3 die Beziehungen dazwischen in den Fällen der Verwendung von Si, InGaAs bzw. Ge.
Wie in der Lichtempfangsempfindlichkeitskurve L1 von 5 gezeigt, wenn eine Photodiode, die aus Si besteht, als Photodiode 3 verwendet wird, weist eine längere Wellenlänge eine höhere Lichtempfangsempfindlichkeit bei einer Wellenlänge von ungefähr 400 nm auf. Selbst in einem Fall, in dem die Lichtemissionsintensität dieselbe ist (der Betriebsstrom Iw, der durch das Halbleiterelement mit breiter Bandlücke fließt, derselbe ist), ist daher die Lichtemissionswellenlänge länger, wenn die Temperatur des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke höher ist, und der Photodioden-Ausgangsstrom Ip wird größer.
Das heißt, der Photodioden-Ausgangsstrom Ip wird durch die Lichtemissionsintensität des emittierten Lichts vom aktiven Halbleiterabschnitt 12 und den Betriebsstrom Iw, der während des Betriebs des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke fließt, bestimmt. Außerdem weist die Lichtemissionsintensität eine Abhängigkeit von der Wellenlänge des emittierten Lichts auf und die Wellenlänge davon weist eine Abhängigkeit von der Temperatur des Halbleiterelements während des Betriebs auf.
Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Eigenschaften wird der Betriebsstrom Iw, der durch das Halbleiterelement mit breiter Bandlücke fließt, durch den Stromerfassungsabschnitt wie z. B. den Stromerfassungs-IGBT 102, der in 2 gezeigt ist, überwacht, und der Photodioden-Ausgangsstrom Ip wird gemessen, so dass die Temperatur des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke detektiert werden kann.
Das heißt, da der Photodioden-Ausgangsstrom Ip durch die Betriebstemperatur und den Betriebsstrom Iw des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke bestimmt wird, kann die Temperatur des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke während des Betriebs aus dem Photodioden-Ausgangsstrom Ip und dem Betriebsstrom Iw erhalten werden.
Obwohl beispielsweise SiC, GaN und dergleichen als Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke betrachtet werden, werden eine Schottky-Diode, die eine JBS-Struktur (Sperrschicht-Schottky-Struktur) verwendet, eine PN-Diode (Sperrschichtdiode), ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate), ein Bipolartransistor und dergleichen als Halbleiterelement mit breiter Bandlücke betrachtet. In der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform kann die Betriebstemperatur des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke für jedes der verschiedenen Halbleitermaterialien mit breiter Bandlücke oder für jeden der verschiedenen Typen der Halbleiterelemente mit breiter Bandlücke gemessen werden, wie vorstehend beschrieben.
Außerdem ist die Photodiode 3, die das emittierte Licht empfängt, das durch Ausbreitung durch die Lichtleitfaser 20 erhalten wird, als Temperaturdetektionsabschnitt vorgesehen. Mit dieser Konfiguration muss daher die Photodiode 3 nicht einteilig mit dem IGBT-Hauptkörper 101 und dergleichen innerhalb des Ausbildungsabschnitts 1 des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke vorgesehen sein, so dass eine Ausbildungsfläche des Ausbildungsabschnitts 1 des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke verkleinert werden kann, um eine Kostenverringerung zu erreichen.
Wenn die Ausbildungsfläche des Ausbildungsabschnitts 1 des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke in derselben Größe wie bei der üblichen Technik ausgebildet wird, ist ferner keine Ausbildung eines Temperaturdetektionsabschnitts erforderlich. Mit dieser Konfiguration kann eine größere effektive Fläche des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke im Vergleich zur üblichen Technik erhalten werden, so dass die Eigenschaften des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke verbessert werden können.
Ferner ist ein Temperaturdetektionsabschnitt wie z. B. die Photodiode 3 und dergleichen, die elektrisch schwach ist, nicht einteilig mit dem IGBT-Hauptkörper 101 und dergleichen innerhalb des Ausbildungsabschnitts 1 des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke ausgebildet. Mit dieser Konfiguration kann die Zuverlässigkeit des Ausbildungsabschnitts 1 des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke verbessert werden.
Wenn das emittierte Licht zum Zeitpunkt der Lichtemission des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke durch die Lichtleitfaser 20 zur Photodiode 3 geführt wird, kann ferner die Photodiode 3 in einer Position angeordnet sein, die vom Halbleiterelement mit breiter Bandlücke relativ weit entfernt ist.
Selbst wenn das Halbleiterelement mit breiter Bandlücke eine hohe Betriebstemperatur von 200 °C oder höher aufweist, ermöglicht folglich das Einstellen einer Länge der Lichtleitfaser 20, dass ein Abstand zwischen dem aktiven Halbleiterabschnitt 12 und der Photodiode 3 derart festgelegt wird, dass die Temperatur der Photodiode 3 mit dem Abstand dazwischen auf eine betriebsfähige Temperatur (z. B. 150 °C oder niedriger) verringert wird. Selbst wenn das Halbleiterelement mit breiter Bandlücke bei einer hohen Temperatur von 200 °C oder höher betrieben wird, kann folglich der Photodioden-Ausgangsstrom Ip unter Verwendung der Photodiode 3 gemessen werden, die bei 150 °C oder weniger arbeitet.
Andererseits ist in einer üblichen Halbleitervorrichtung, wie in 8 gezeigt, ein Temperaturdetektionselement (Temperaturerfassungsabschnitt 54) innerhalb eines Halbleiterchips mit breiter Bandlücke (Substrat 50) angeordnet. Mit dieser Konfiguration wird, wenn das Halbleiterelement mit breiter Bandlücke bei der Temperatur von 200 °C oder höher betrieben wird, das Temperaturdetektionselement unvermeidlich einer Temperaturumgebung von 200 °C oder höher ausgesetzt und es war unmöglich, die Temperatur zu detektieren.
Folglich wird die Lichtleitfaser 20 zwischen das Halbleiterelement mit breiter Bandlücke und die Photodiode 3 eingefügt. Mit dieser Konfiguration kann die Temperatur in der Nähe der Photodiode 3 gegenüber der Temperatur in der Nähe des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke verringert werden, so dass, selbst wenn das Halbleiterelement mit breiter Bandlücke sich in einem Zustand mit hoher Temperatur von 200 °C oder höher befindet, die Betriebstemperatur davon durch den Photodioden-Ausgangsstrom Ip, der durch die Photodiode 3 detektierbar ist, detektiert werden kann.
<Zweite bevorzugte Ausführungsform>
6 ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch eine planare Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 6 gezeigt, sind mehrere Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c eines Halbleiterelements mit breiter Bandlücke ausgebildet, von denen jeder einen IGBT-Hauptkörper 101, einen Stromerfassungs-IGBT 102 und dergleichen aufweist, wie in 2 gezeigt. Die Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke strahlen mehrere (drei) Teile von emittiertem Licht von Seitenoberflächen von jeweiligen aktiven Halbleiterabschnitten 12 der Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke, wie in 1 gezeigt, mit der Lichtemission durch die bipolare Operation durch die jeweiligen IGBT-Hauptkörper 101 und dergleichen ab.
Hier ist eine Lichtleitfaser 21 gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform durch Verzweigungsteile 21a bis 21c mit drei Zweigen und einen integrierten Teil 21x, der gemeinsam mit dem Verzweigungsteilen 21a bis 21c verbunden ist und derart konfiguriert ist, dass Teile des Lichts, das auf Einfallsoberflächen 31a bis 31c der Verzweigungsteile 21a bis 21c einfällt (Teile von emittiertem Licht von den Ausbildungsabschnitten 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke), gemeinsam von einer Emissionsoberfläche 41 des integrierten Teils 21x an die Photodiode 3 ausgegeben werden, konfiguriert. Insbesondere entsprechen die Verzweigungsteile 21a bis 21c und die Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke jeweils einander und die Einfallsoberflächen 31a bis 31c der Verzweigungsteile 21a bis 21c sind derart vorgesehen, dass das emittierte Licht zum Zeitpunkt der Lichtemission eines entsprechenden Ausbildungsabschnitts des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke von den jeweiligen Ausbildungsabschnitten 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke (während des Betriebs des IGBT-Hauptkörpers 101) einfällt. Andererseits ist die Emissionsoberfläche 41 des integrierten Teils 21x derart vorgesehen, dass das emittierte Licht durch die Lichtleitfaser 21 (Verzweigungsteile 21a bis 21c und integrierter Teil 21x) von der Photodiode 3 empfangen wird.
Folglich kann die Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform die Temperatur während des Betriebs der drei Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke unter Verwendung der einzelnen Photodiode 3 detektieren, kann die Kostenerhöhung unterdrücken und kann eine Größenverringerung der ganzen Halbleitervorrichtung erreichen, in der die Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke, die Lichtleitfaser 21 und die Photodiode 3 in derselben Weise wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform mit einem Gelmaterial abgedichtet sind, damit sie modularisiert sind. Wie nachstehend beschrieben, kann ein Temperaturanomalitätsdetektionsprozess ausgeführt werden, in dem eine Temperaturanomalität von irgendeinem der Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke während des Betriebs davon detektiert wird. Insbesondere kann die Detektion durchgeführt werden, dass die Temperatur während des Betriebs der Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke eine bestimmte Temperatur oder höher ist, und der Temperaturanomalitätsdetektionsprozess, wie nachstehend beschrieben, kann zum Schutz ausgeführt werden.
Der Photodioden-Ausgangsstrom Ip durch die Photodiode 3, wenn alle Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke bei Raumtemperatur betrieben werden, kann hauptsächlich von einem Gesamtwert der Betriebsströme Iw, die jeweils durch die Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke fließen, erhalten werden.
Hier stellen ΔI1, ΔI2 und ΔI3 Inkremente des Photodioden-Ausgangsstroms Ip dar, die erhöht sind, wenn die Temperaturen der jeweiligen Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke von der Temperatur ansteigen. Wenn es beispielsweise erwünscht ist, als Anomalität einen Fall zu bestimmen, in dem mindestens eines der mehreren Halbleiterelemente mit breiter Bandlücke (IGBT-Hauptkörper 101) eine Temperatur von 200 °C oder höher aufweist, kann beispielsweise festgelegt werden, als Anomalität einen Fall zu bestimmen, in dem eine erhöhte Stromsumme ΔIall (ΔI1 + ΔI2 + ΔI3) des Photodioden-Ausgangsstroms Ip gleich oder größer als ein vorbestimmter oberer Grenzschwellenwert Δα wird, mit dem Verständnis, dass, obwohl nur ΔI1 aufgrund eines Temperaturanstiegs erhöht ist, alle anderen dieselben Werte bleiben, die den Betrieb bei Raumtemperatur zeigen.
Wenn jedoch in der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform die Temperaturen von zwei oder mehr der Halbleiterelemente mit breiter Bandlücke von den Ausbildungsabschnitten 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke gleichzeitig ansteigen, kann eine Möglichkeit bestehen, dass die erhöhte Stromsumme ΔIall Δα übersteigt, selbst wenn die Temperaturen der zwei oder mehr Halbleiterelemente mit breiter Bandlücke nicht 200 °C oder höher erreichen. Folglich hat diese Konfiguration ein Problem, das mit einer übermäßigen Detektion verbunden ist.
Folglich werden in der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform die mehreren (drei) Halbleiterelemente mit breiter Bandlücke in den Ausbildungsabschnitten 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke in einen Betriebszustand gesetzt, um mehrere Teile von emittiertem Licht auszugeben, und dann werden alle der mehreren Teile von emittiertem Licht, das von der Emissionsoberfläche 41 des integrierten Teils 21x emittiert wird, durch die einzelne Photodiode 3 empfangen, so dass die einzelne Photodiode 3 verwendet werden kann, um einen anomalen Hochtemperaturzustand von irgendeinem der mehreren Halbleiterelemente mit breiter Bandlücke zu detektieren.
Ferner ist die Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform derart konfiguriert, dass die einzelne Photodiode 3 für die mehreren Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke vorgesehen ist. Mit dieser Konfiguration kann die Anzahl von Elementen verringert werden, um eine Kostensteigerung zu unterdrücken, und die Größe der ganzen Halbleitervorrichtung kann verringert werden.
<Dritte bevorzugte Ausführungsform>
7 ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch eine planare Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 7 gezeigt, umfasst die Halbleitervorrichtung mehrere (drei) Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c eines Halbleiterelements mit breiter Bandlücke, die einem Ausbildungsabschnitt 1 des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke, der in 1 gezeigt ist, entsprechen, in derselben Weise wie in der zweiten bevorzugten Ausführungsform. Die Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke emittieren Teile von Licht von Seitenoberflächen von jeweiligen aktiven Halbleiterabschnitten 12, wie in 1 gezeigt.
Eine Lichtleitfaser 22 gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform ist durch Verzweigungsteile 22a bis 22c mit drei Zweigen und einen integrierten Teil 22x, der gemeinsam mit den Verzweigungsteilen 22a bis 22c verbunden ist, konfiguriert und ist mit einem Umstellschalter 24 versehen, der als Strahlengangschalter zwischen den Verzweigungsteilen 22a bis 22c und dem integrierten Teil 22x dient.
Der Umstellschalter 24 ist als optischer Schalter eines mechanischen Typs, eines elektronischen Typs, eines ganz optischen Typs und dergleichen konfiguriert und wählt irgendeinen der Strahlengänge von den Verzweigungsteilen 22a bis 22c auf der Basis eines Steuersignals S26 einer Steuerschaltung 26 aus, um eine Strahlengang-Umstelloperation durchzuführen, die zwischen einem ausgewählten Strahlengang und dem integrierten Teil 22x verbindet, so dass Licht ausgebreitet werden kann.
In derselben Weise wie die Lichtleitfaser 21 der zweiten bevorzugten Ausführungsform entsprechen die Verzweigungsteile 22a bis 22c der Lichtleitfaser 22 und die Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke jeweils einander und die Einfallsoberflächen 32a bis 32c der Verzweigungsteile 22a bis 22c der Lichtleitfaser 22 sind derart vorgesehen, dass emittiertes Licht zum Zeitpunkt der Lichtemission eines entsprechenden Ausbildungsabschnitts des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke von den jeweiligen Ausbildungsabschnitten 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke einfällt. Andererseits ist eine Emissionsoberfläche 42 des integrierten Teils 22x derart vorgesehen, dass das emittierte Licht durch die Lichtleitfaser 22 (der ausgewählte Strahlengang und der integrierte Teil 22x) von der Photodiode 3 empfangen wird.
In diesem Zustand wird durch die Strahlengang-Umstelloperation des Umstellschalters 24 das emittierte Licht, das von den Verzweigungsteilen 22a bis 22c auf den ausgewählten Strahlengang einfällt, durch den integrierten Teil 22x ausgebreitet, damit es aus der Emissionsoberfläche 42 zur Photodiode 3 ausgegeben wird.
Folglich ist die Halbleitervorrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform so konfiguriert, dass sie zum selektiven Detektieren einer Temperatur an einem einzelnen Ausbildungsabschnitt des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke zum Zeitpunkt der Lichtemission (während des Betriebs) der drei Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke unter Verwendung der einzelnen Photodiode 3 in der Lage ist. Folglich kann in derselben Weise wie in der zweiten bevorzugten Ausführungsform eine Kostenerhöhung unterdrückt werden und die Größe der ganzen Halbleitervorrichtung, in der die Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke, die Lichtleitfaser 22 und die Photodiode 3 mit einem Gelmaterial abgedichtet sind, so dass sie modularisiert sind, kann verringert werden.
Nachstehend wird eine Beschreibung eines selektiven Temperaturdetektionsprozesses durchgeführt, bei dem die Temperaturmessung während des Betriebs der Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke selektiv in der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform durchgeführt wird.
Wenn beispielsweise die Temperaturmessung des Ausbildungsabschnitts 1b des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke durchgeführt wird, wird durch die Strahlengang-Umstelloperation des Umstellschalters 24 auf der Basis des Steuersignals S26 der Verzweigungsteil 22b als ausgewählter Strahlengang ausgewählt, um nur die optische Ausbreitung durch den Verzweigungsteil 22b und den integrierten Teil 22x zu aktivieren.
Anschließend kann in derselben Weise wie bei der Halbleitervorrichtung der ersten bevorzugten Ausführungsform eine Betriebstemperatur des Ausbildungsabschnitts 1b des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke aus dem Betriebsstrom Iw des Ausbildungsabschnitts 1b des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke und dem Photodioden-Ausgangsstrom Ip während des Betriebs des Ausbildungsabschnitts 1b des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke erhalten werden.
In der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform kann folglich nur ein Verzweigungsteil aus den Verzweigungsteilen 22a bis 22c selektiv als ausgewählter Strahlengang durch die Strahlengang-Umstelloperation des Umstellschalters 24 aktiviert werden, so dass, selbst wenn die Ausbildungsabschnitte 1a bis 1c des Halbleiterelements mit breiter Bandlücke gleichzeitig betrieben werden, kein Problem einer übermäßigen Detektion auftritt, das ein Nachteil der zweiten bevorzugten Ausführungsform war.
Folglich wird in der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform der ausgewählte Strahlengang von den Verzweigungsteilen 22a bis 22c durch den Umstellschalter 24, der als Strahlengangschalter dient, umgeschaltet. Mit dieser Konfiguration kann die Detektion der jeweiligen Betriebstemperaturen der mehreren (drei) Halbleiterelemente mit breiter Bandlücke selektiv durch die einzelne Photodiode 3 durchgeführt werden.
Eine Steuerschaltung 26, die in 7 gezeigt ist, kann beispielsweise durch einen Programmierprozess unter Verwendung einer CPU auf der Basis eines Softwareprogramms betrieben werden.
Außerdem kann das Betriebstemperatur-Berechnungsmittel zum Erhalten einer Betriebstemperatur eines Halbleiterelements mit breiter Bandlücke durch einen Betriebsstrom Iw und einen Photodioden-Ausgangsstrom Ip beispielsweise durch einen Programmierprozess unter Verwendung einer CPU auf der Basis eines Softwareprogramms implementiert werden.

Claims

Halbleitervorrichtung, die Folgendes umfasst: ein Halbleiterelement (101), das aus einem Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke mit einer Lichtemissionseigenschaft ausgebildet ist und das während des Betriebs Licht emittiert; einen Stromdetektionsabschnitt (102), der einen Strom, der während des Betriebs des Halbleiterelements (101) als Betriebsstrom fließt, detektiert; eine Lichtleitfaser (20 bis 22), auf die emittiertes Licht während des Betriebs des Halbleiterelements (101) einfällt; und eine Photodiode (3), die das emittierte Licht empfängt, das durch Ausbreitung durch die Lichtleitfaser (20 bis 22) erhalten wird, wobei der Stromdetektionsabschnitt (102) getrennt von der Lichtleitfaser (20 bis 22) und von der Photodiode (3) ausgebildet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Halbleiterelement (101) und der Stromdetektionsabschnitt (102) einteilig als Halbleiterelement-Ausbildungsabschnitt (1) ausgebildet sind, der in einen Chip integriert ist, das emittierte Licht des Halbleiterelements (101) von einem Seitenoberflächenabschnitt des Halbleiterelement-Ausbildungsabschnitts (1) emittiert wird, und eine Einfallsoberfläche (30 bis 32) der Lichtleitfaser (20 bis 22) so angeordnet ist, dass sie dem Seitenoberflächenabschnitt des Halbleiterelement-Ausbildungsabschnitts (1) gegenüberliegt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Halbleiterelement-Ausbildungsabschnitt (1) mehrere Halbleiterelement-Ausbildungsabschnitte (1a bis 1c) umfasst, von denen jeder das Halbleiterelement (101) und den Stromdetektionsabschnitt (102) aufweist, die Lichtleitfaser (20 bis 22) mehrere Verzweigungsteile (21a bis 21c, 22a bis 22c) jeweils mit Einfallsoberflächen (31a bis 31c, 32a bis 32c) und einen integrierten Teil (21x, 22x) mit einer Emissionsoberfläche (41, 42) umfasst, wobei der integrierte Teil (21x, 22x) gemeinsam mit den mehreren Verzweigungsteilen (21a bis 21c, 22a bis 22c) verbunden ist, wobei die jeweiligen Einfallsoberflächen (31a bis 31c, 32a bis 32c) der mehreren Verzweigungsteile (21a bis 21c, 22a bis 22c) derart bereitgestellt sind, dass das emittierte Licht zum Zeitpunkt der Lichtemission eines entsprechenden Halbleiterelement-Ausbildungsabschnitts (1) von den mehreren Halbleiterelement-Ausbildungsabschnitten (1a bis 1c) einfällt, und die Emissionsoberfläche (41, 42) des integrierten Teils (21x, 22x) derart bereitgestellt ist, dass das emittierte Licht von der Photodiode (3) empfangen wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, die ferner Folgendes umfasst einen Strahlengangschalter (24), der zwischen den mehreren Verzweigungsteilen (22a bis 22c) und dem integrierten Teil (22x) bereitgestellt ist und einen Strahlengang, der durch den integrierten Teil (22x) und einen ausgewählten Strahlengang gebildet ist, als einen der mehreren Verzweigungsteile (22a bis 22c) aktiviert.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke mit einer Lichtemissionseigenschaft SiC und/oder GaN umfasst, und das Halbleiterelement (101) mindestens ein Element einer Schottky-Diode, einer PN-Diode, eines IGBT und eines Bipolartransistors umfasst.