JP4475540B2 - 光半導体装置、及び光ピックアップ装置 - Google Patents

光半導体装置、及び光ピックアップ装置 Download PDF

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Description

本発明は、光半導体装置、及び光ピックアップ装置に関し、特に、光を電気信号に変換して出力する光半導体装置に関する。
近年、半導体集積回路装置の高集積化、高機能化、及び高速化に伴って、回路の大規模化が進んでいる。これにより、配線が長くなり、配線の寄生容量による周波数特性低下が問題となってきている。
光ピックアップ装置は、ＣＤ（Compact Disc）、及びＤＶＤ（Digital Versatile Disc）の各々に使用されるレーザ光を光ディスク媒体へ照射するレーザ発生器と、反射光を受光増幅する光半導体装置とを備える。光半導体装置は、受光した光を光電流に変換する複数の受光素子と、受光素子からの光電流を電圧に変換して出力する数チャンネルのアンプとを備える。
また、ＣＤは赤外レーザ、ＤＶＤは赤色レーザを光源として使用している。近年では赤外レーザと赤色レーザの２つの波長をモノリシックに形成した２波長レーザ発生器が普及している。２波長レーザ発振器は、各々の波長のレーザの発光位置が決められた間隔で配置され、光軸が２系統になる。よって、光ディスク媒体からの反射光を受光する光半導体装置もそれぞれの波長に対応する専用の受光素子及び増幅回路を形成する必要がある。これにより、同一半導体基板上に形成されるアンプのチャンネル数が増加している。
光半導体装置の周波数特性の低下の対策として、受光素子とアンプの入力とを接続する配線にシールド配線を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
以下、特許文献１に記載の光半導体装置のシールド配線について説明する。図１０は、特許文献１に記載の従来の光半導体装置の構成を示す図である。図１０に示す光半導体装置は、金属ケース５４内に配置された受光素子５１と、プリント基板６４上に形成された半導体集積回路６３と、内部リード５６及び５７とを備える。受光素子５１は、光信号を光電流に変換する。半導体集積回路６３は、受光素子５１からの光電流を電圧に変換する。半導体集積回路６３は、アンプ５２と、電圧フォロア５３とを備える。アンプ５２は、受光素子５１からの光電流を電圧に変換する。電圧フォロア５３は、ノード６２（アンプ５２の入力配線６０）の電位をバッファし、ノード６１に出力する。内部リード５７は、受光素子５１の接続配線５５と、端子５８を介してアンプ５２の入力配線６０とを接続する。内部リード５６は、端子５９を介してノード６１に接続され、内部リード５７の両側、及び下側（図示せず）に配置される。内部リード５６は、内部リード５７に発生する基板との寄生容量を排除し、内部リード５６との間に寄生容量が形成されるように配置されている。内部リード５６の電位は、内部リード５７の電位と同等であるため、寄生容量が発生しても、交流信号に対して同相で動作するため、内部リード５７に対する寄生容量による周波数特性低下は防止される。
特開平５−１６７３５７号公報
しかしながら、上記した従来の光半導体装置は、次のような問題がある。
受光素子５１とアンプ５２の入力とを接続する配線（内部リード５７）は電流信号が伝送されるため、若干の電圧降下による電圧振幅はあるが、配線の寄生容量による影響は小さい。一方、アンプ５２のフィードバック抵抗により電流信号が電圧信号に変換されたアンプ５２の出力段は電圧が大きく変動するため、配線の寄生容量による影響を受けやすくなる。出力段は電流能力が大きく伝達インピーダンスが低いため、配線の寄生容量の影響は小さいが、アンプ内部の配線、特に差動増幅器の接続配線は、流れる電流が少なく、見かけ上、伝達インピーダンスが大きいため、変換された電圧信号の振幅と同等の電圧振幅が伝達されると、配線の寄生容量による影響を受けやすく、周波数特性が低下するという問題がある。
そこで、本発明は、寄生容量の影響を低減し、周波数特性の低下を防止する光半導体装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る光半導体装置は、光を電気信号に変換する受光素子と、前記受光素子が入力に接続され、前記電気信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路により増幅された信号が出力される接続配線と、前記接続配線が入力に接続され、前記増幅回路により増幅された信号を電流増幅して出力端子に出力する出力回路と、前記増幅回路の入力と、前記出力端子との間に接続されるフィードバック抵抗と、前記出力回路が出力する電位、又は、前記出力回路が出力する電位を電圧フォロアした電位と接続され、前記接続配線への雑音を遮断するためのシールド配線とを備える。
この構成によれば、増幅回路の接続配線の信号と、シールド配線の信号とは同相になり、接続配線がガーディングされる。これにより、接続配線と、シールド配線間に生じる交流成分はゼロとなるので、増幅回路の接続配線に対する寄生容量の影響を低減することができる。よって、光半導体装置の周波数特性の低下を防止できる。
また、前記増幅回路、接続配線、及び出力回路は、半導体基板上に形成され、前記シールド配線は、前記接続配線の前記半導体基板側に形成されてもよい。
この構成によれば、増幅回路の接続配線と半導体基板との間に発生する寄生容量の影響を低減することができる。よって、光半導体装置の周波数特性の低下を防止できる。
また、前記光半導体装置は、さらに、前記シールド配線は、前記接続配線の前記半導体基板側、かつ前記半導体基板側を下方とした場合の前記接続配線の側方及び上方の少なくとも一方に形成されてもよい。
この構成によれば、増幅回路の接続配線に隣接した他の配線との間に発生する寄生容量の影響を低減することができる。よって更に周波数特性の低下を防止することができる。
また、前記シールド配線は、前記接続配線より下層の金属層、ポリシリコン層、又は拡散層で構成されてもよい。
この構成によれば、シールド配線を、金属膜又はポリシリコン膜で構成することで、シールド配線の抵抗値を低減し、シールド効果を向上させることができる。また、シールド配線を拡散層で構成することで、少ない配線層で、接続配線及びシールド配線の構成を実現することができる。よって、安価な光半導体装置を容易に実現することができる。
また、前記出力回路は、前記増幅回路により増幅された信号を電流増幅して出力端子に出力する第１の出力回路と、前記増幅回路により増幅された信号を電流増幅して前記シールド配線に出力する第２の出力回路とを備え、前記シールド配線は、前記第２の出力回路が出力する電位と接続され、前記接続配線への雑音を遮断してもよい。
この構成によれば、出力端子に対するシールド配線による寄生容量の影響を排除することができる。
また、前記増幅回路は、制御端子が前記受光素子に接続され、第１出力端子が前記接続配線に接続される第１のトランジスタと、制御端子が基準電圧に接続され、第２出力端子が前記第１のトランジスタの第２出力端子に接続される第２のトランジスタと、制御端子が前記第２のトランジスタの第１出力端子に接続され、第１出力端子が前記接続配線に接続され、第２出力端子が電源電圧に接続される第３のトランジスタと、制御端子及び第１出力端子が前記第２のトランジスタの第１出力端子に接続され、第２出力端子が電源電圧に接続される第４のトランジスタと、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタの第２出力端子と、ＧＮＤとの間に接続される第１の電流源とを備えてもよい。
また、前記増幅回路は、制御端子が前記受光素子に接続され、第１出力端子が前記接続配線に接続され、第２出力端子がＧＮＤに接続される第５のトランジスタと、前記接続配線と、電源電圧との間に接続される第２の電流源とを備えてもよい。
また、前記出力回路は、制御端子が前記接続配線に接続され、第１出力端子が電源電圧に接続され、第２出力端子が前記出力端子に接続される第６のトランジスタと、前記第６のトランジスタの第２出力端子と、ＧＮＤとの間に接続される第３の電流源とを備えてもよい。
また、前記増幅回路、接続配線、及び出力回路は、半導体基板上に形成され、前記接続配線の少なくとも一部が前記半導体基板の端線を基準として、４５°の整数倍以外の角度で配置されてもよい。
この構成によれば、増幅回路の出力と、出力回路の入力とを接続する接続配線の配線長を最短にすることができる。これにより、接続配線自体の面積を最小にできるので、接続配線の寄生容量を最小に抑えることができる。よって、光半導体装置の周波数特性の低下を防止できる。
また、本発明に係る光ピックアップ装置は、光ディスク媒体からの情報の読み出し、及び光ディスク媒体への情報の書き込みのうち少なくとも一方を行う光ピックアップ装置であって、レーザ光を前記光ディスク媒体に照射するレーザ光発生手段と、前記レーザ光発生手段が照射し、前記光ディスク媒体に反射したレーザ光を受光する前記光半導体装置とを備える。
この構成によれば、増幅回路の接続配線の信号と、シールド配線の信号とは同相になり、接続配線がガーディングされる。これにより、接続配線と、シールド配線間に生じる交流成分はゼロとなるので、増幅回路の接続配線に対する寄生容量の影響を低減することができる。よって、光ピックアップ装置の周波数特性の低下を防止できる。
本発明は、寄生容量の影響を低減し、周波数特性の低下を防止する光半導体装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置は、電流電圧変換アンプを構成する差動増幅器の接続配線を、電流電圧変換アンプの出力と接続されたシールド配線でシールドする。これにより、差動増幅器の接続配線に対する寄生容量を低減し、周波数特性の低下を防止することができる。
まず、本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置の構成を説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置の構成を示す回路図である。
図１に示す光半導体装置１００は、受光素子１１と、電流電圧変換アンプ１とを備える。受光素子１１は、照射された光信号を電流信号（光電流）に変換する。
電流電圧変換アンプ１は、受光素子１１からの電流信号を電圧信号に変換し、出力端子Ｖｏｕｔに出力する。電流電圧変換アンプ１は、差動増幅器２と、出力段３と、フィードバック抵抗１９と、接続配線２０と、シールド配線２１とを備える。
差動増幅器２は、反転入力端子に受光素子１１が接続され、非反転入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆが接続される。差動増幅器２は、差動増幅した信号を接続配線２０に出力する。差動増幅器２は、ＰＮＰトランジスタ１２及び１３と、ＮＰＮトランジスタ１４及び１５と、定電流源１６とを備える。ＮＰＮトランジスタ１４は、ベースが受光素子１１に接続され、コレクタが接続配線２０に接続され、エミッタがＮＰＮトランジスタ１５のエミッタ及び定電流源１６と接続される。ＮＰＮトランジスタ１５は、ベースが基準電圧Ｖｒｅｆに接続され、コレクタがＰＮＰトランジスタ１３のベース、コレクタ、及びＰＮＰトランジスタ１２のベースに接続され、エミッタがＮＰＮトランジスタ１４のエミッタ及び定電流源１６に接続される。ＰＮＰトランジスタ１２は、ベースがＮＰＮトランジスタ１５のコレクタ、ＰＮＰトランジスタ１３のベース及びコレクタに接続され、コレクタが接続配線２０に接続され、エミッタが電源電圧Ｖｃｃに接続される。ＰＮＰトランジスタ１３は、ベース及びコレクタがＮＰＮトランジスタ１５のコレクタ及びＰＮＰトランジスタ１２のベースに接続され、エミッタが電源電圧Ｖｃｃに接続される。定電流源１６は、ＮＰＮトランジスタ１４及び１５のエミッタと、ＧＮＤとの間に接続される。
出力段３は、接続配線２０が入力に接続され、差動増幅器２により増幅された信号を電流増幅して出力端子Ｖｏｕｔに出力する。出力段３は、ＮＰＮトランジスタ１７と、定電流源１８とを備える。ＮＰＮトランジスタ１７は、ベースが接続配線２０に接続され、コレクタが電源電圧Ｖｃｃに接続され、エミッタが出力端子Ｖｏｕｔに接続される。定電流源１８は、ＮＰＮトランジスタ１７のエミッタと、ＧＮＤとの間に接続される。
フィードバック抵抗１９は、電流電圧変換アンプ１の反転入力端子であるＮＰＮトランジスタ１４のベースと、出力端子Ｖｏｕｔとの間に接続される。
接続配線２０は、差動増幅器２の出力と、出力段３の入力とを接続する配線である。すなわち、接続配線２０は、ＮＰＮトランジスタ１４のコレクタと、ＰＮＰトランジスタ１２のコレクタと、ＮＰＮトランジスタ１７のベースとを接続する配線である。
シールド配線２１は、ＮＰＮトランジスタ１７のエミッタ（Ｖｏｕｔ）と接続された配線であり、接続配線２０の下方、側方及び上方に配置される。シールド配線２１は、接続配線２０への雑音を遮断するための配線である。
図２は、光半導体装置１００の接続配線２０及びシールド配線２１の断面構造を模式的に示す図である。図２に示すように光半導体装置１００は、接続配線２０と、シールド配線２１と、半導体基板２２と、絶縁膜２３〜２６とを備える。接続配線２０は、例えば、金属（Ａｌ、Ｃｕ又はＡｕ等）で構成される。シールド配線２１は、接続配線２０を囲むように形成される。シールド配線２１は、金属層２１ｂ、２１ｃ及び２１ｄを含む。金属層２１ｂは、接続配線２０の下層に形成されるシールド配線であり、例えば、金属（Ａｌ、Ｃｕ又はＡｕ等）又はポリシリコン等で構成される。金属層２１ｃは、接続配線２０と同層に形成され、例えば、金属（Ａｌ、Ｃｕ又はＡｕ等）で構成される。また、金属層２１ｃは、接続配線２０を挟むように、接続配線２０の両側方に形成される。金属層２１ｄは、接続配線２０の上層に形成され、例えば、金属（Ａｌ、Ｃｕ又はＡｕ等）で構成される。また、金属層２１ｂ、２１ｃ及び２１ｄは、電気的に接続される。
図２に示す構造により、接続配線２０は、シールド配線２１で包囲されているため、半導体基板２２、及び他の隣接した配線との寄生容量を排除することができる。
なお、シールド配線２０の断面構造として、下層の金属層２１ｂの代わりに、拡散層又はエピタキシャル層を用いてもよい。図３及び図４は、本実施の形態に係る光半導体装置の変形例における接続配線２０及びシールド配線２１の断面構造を模式的に示す図である。図３に示すように、接続配線２０の下層のシールド配線２１として、拡散層で構成されるシールド配線２１ｅを形成してもよい。また、図４に示すように、接続配線２０の下層のシールド配線２１として、他のエピタキシャル層と分離されたエピタキシャル層で構成されるシールド配線２１ｆを形成してもよい。接続配線２０の下層のシールド配線２１として、金属層２１ｂを用いた場合は、シールド配線２１を形成するために３層の配線層が必要となる。一方、接続配線２０の下層のシールド配線２１として、拡散層２１ｅ又はエピタキシャル層２１ｆを用いる場合は、２層の配線層でシールド配線を形成することができるという利点がある。なお、図２に示すように金属層２１ｂを用いた場合は、拡散層２１ｅ又はエピタキシャル層２１ｆを用いた場合に比べ、配線抵抗を低減させることができる。
次に、光半導体装置１００の動作を説明する。
受光素子１１に照射された光信号は電流信号に変換され、差動増幅器２の反転入力端子であるＮＰＮトランジスタ１４のベースとフィードバック抵抗１９とに入力される。電流信号は、フィードバック抵抗１９で電圧信号に変換され、出力段３のＮＰＮトランジスタ１７のエミッタ、及び出力端子Ｖｏｕｔへ出力される。
ＮＰＮトランジスタ１４のコレクタは、差動増幅器２の接続配線２０であり、出力段３のＮＰＮトランジスタ１７のベースに接続されている。従って、差動増幅器２の出力電流はＮＰＮトランジスタ１７のベース電流であり、ＮＰＮトランジスタ１７のエミッタ電流の１／（１＋ｈＦＥ）倍となる（ここで、ｈＦＥは電流増幅率）。
受光素子１１に光信号が照射されたときの光電流の変動量ΔＩＰＤは、ＮＰＮトランジスタ１７のエミッタから供給されるため、ＮＰＮトランジスタ１７のベース電流の変動量、すなわち差動増幅器２の出力電流の変動量ΔＩｏは、
ΔＩｏ＝ΔＩＰＤ／（１＋ｈＦＥ）
で表される。すなわち、出力電流の変動量ΔＩｏは極めて微少な電流変動であるので、接続配線２０のインピーダンスは大きくなる。一般的にインピーダンスの大きい配線は、寄生容量の影響を受けやすい。よって、差動増幅器２の接続配線２０の寄生容量が大きいと、周波数特性の低下が発生する。
図５は、ＮＰＮトランジスタ１７のベース電位２０ａ（接続配線２０の電位）と、エミッタ電位２１ａ（出力端子Ｖｏｕｔ及びシールド配線２１の電位）とを示す図である。図５に示すように、ＮＰＮトランジスタ１７のベース電位２０ａと、エミッタ電位２１ａとは、ＮＰＮトランジスタ１７のベース・エミッタ間電圧ＶＢＥの電位差をもった同相の信号となる。よって、差動増幅器の接続配線２０とシールド配線２１との間の寄生容量はほとんど無視することができる。
次に、本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置１００のレイアウトについて説明する。
図６は、光半導体装置１００が形成された半導体チップ２７におけるＰＮＰトランジスタ１２と、ＮＰＮトランジスタ１４及び１７と、接続配線２０とのレイアウトの一例を示す図である。
図６に示すように、本実施の形態に係る光半導体装置１００では、例えば、ＮＰＮトランジスタ１４のコレクタと、ＮＰＮトランジスタ１７のベースとを接続する配線長が最短となるように接続配線２０が形成される。ＮＰＮトランジスタ１４のコレクタと、ＮＰＮトランジスタ１７のベースとを接続する配線に対し、ＰＮＰトランジスタ１２のコレクタからの配線長が最短となるように、接続配線２０が形成される。すなわち、接続配線２０は、チップ端線２８を基準に４５°の整数倍以外の角度で配置される。従来の技術において、配線は、半導体チップ２７のチップ端線２８を基準に垂直、水平、又は±４５°になるように配置される。よって、図６に示すように、接続配線２０を、チップ端線２８を基準に４５°の整数倍以外の角度で配置することで、接続配線２０の配線長を縮小することができる。すなわち、接続配線２０の配線面積を縮小することができる。これにより、接続配線２０の寄生容量を低減することができる。よって、光半導体装置１００の周波数特性の低下を低減することができる。
以上より、本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置１００は、差動増幅器２の接続配線２０の下層に形成され、出力段３の出力と接続されたシールド配線２１ｂを備える。これにより、半導体基板２２と、接続配線２０との間の寄生容量を低減することができる。また、光半導体装置１００は、接続配線２０の側方に形成され、出力段３の出力と接続されたシールド配線２１ｃを備える。これにより、接続配線２０の側方に配置された他の配線と、接続配線２０との寄生容量を低減することができる。さらに、光半導体装置１００は、接続配線２０の上層に形成され、出力段３の出力と接続されたシールド配線２１ｄを備える。これにより、接続配線２０の上方に形成される配線と、接続配線２０との間の寄生容量を低減することができる。よって、光半導体装置１００の周波数特性の低下を低減することができる。
また、接続配線２０を、チップ端線２８を基準に４５°の整数倍以外の角度で配置することで、接続配線２０の配線長、すなわち配線面積を縮小することができる。これにより、接続配線２０の寄生容量を低減することができる。よって、光半導体装置１００の周波数特性の低下を低減することができる。
なお、上記説明において、シールド配線２１は、接続配線２０の下方、両側方及び上方に形成されるとしたが、周囲に配置される配線等の状況に応じて、下方、一方の側方、他方の側方及び上方のうちいずれか１以上に形成してもよい。
また、上記説明では、シールド配線２１と、出力段３の出力Ｖｏｕｔとを接続する例について説明したが、シールド配線２１をＶｏｕｔと同電位又は同相となるノードと接続してもよい。例えば、シールド配線２１に、Ｖｏｕｔの電位を電圧フォロアした電位と接続してもよい。また、出力段３とは別に、接続配線２０の信号をバッファする回路を設け、バッファした信号を接続配線２０に接続してもよい。
図７は、上述した第１の実施の形態の光半導体装置の変形例の構成を示す回路図である。図７に示す光半導体装置１１０の電流電圧変換アンプ１０１は、図１に示す電流電圧変換アンプ１の構成に加えて、バッファ４を備える。バッファ４は、接続配線２０の電圧を電流増幅してシールド配線２１に出力する。例えば、バッファ４は、出力段３と同構造であり、ＮＰＮトランジスタ１１７と、電流源１１８とを備える。ＮＰＮトランジスタ１１７は、ベースが接続配線２０に接続され、コレクタが電源電圧Ｖｃｃに接続され、エミッタがシールド配線２１に接続される。電流源１１８は、ＮＰＮトランジスタ１１７のエミッタと、ＧＮＤとの間に接続される。このように、出力段３の出力端子Ｖｏｕｔと同電位又は同相のノードとシールド配線２１とを接続することで、出力端子Ｖｏｕｔに対するシールド配線２１による寄生容量の影響を排除することができる。また、上述した光半導体装置１００と同様に、接続配線２０に対する寄生容量の影響を低減することができる。なお、バッファ４の構造は、出力段３の構造と異なってもよい。
なお、本発明は、上述した図１に示す差動増幅器２及び出力段３の構成に限定されるものではない。さらに、図１において差動増幅器２及び出力段３をバイポーラトランジスタで構成しているが、ＭＯＳトランジスタで構成してもよい。
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態では、第１の実施の形態に対して、電圧電流変換アンプの増幅器の構成を変更した光半導体装置について説明する。
まず、本発明の第２の実施の形態に係る光半導体装置の構成を説明する。
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る光半導体装置の構成を示す回路図である。図８に示す光半導体装置２００は、受光素子１１と、電流電圧変換アンプ２０１とを備える。光半導体装置２００は、図１に示す光半導体装置１００に対して、電流電圧変換アンプ２０１の増幅器２０２の構成が異なる。
受光素子１１は、照射された光信号を電流信号（光電流）に変換する。
電流電圧変換アンプ２０１は、受光素子１１からの電流信号を電圧信号に変換し、出力端子Ｖｏｕｔに出力する。電流電圧変換アンプ２０１は、増幅器２０２と、出力段２０３と、フィードバック抵抗３４と、接続配線３５と、シールド配線３６とを備える。
差動増幅器２０２は、入力に受光素子１１が接続され、増幅した信号を接続配線３５に出力する。差動増幅器２０２は、ＮＰＮトランジスタ３０と、定電流源３１とを備える。ＮＰＮトランジスタ３０は、ベースが受光素子１１に接続され、コレクタが接続配線３５に接続され、エミッタがＧＮＤに接続される。定電流源３１は、接続配線３５（ＮＰＮトランジスタ３０のコレクタ）と、電源電圧Ｖｃｃとの間に接続される。
出力段２０３の構成は、図１の出力段３の構成と同様である。出力段２０３は、接続配線３５が入力に接続され、増幅器２０２により増幅された信号を出力端子Ｖｏｕｔに出力する。出力段２０３は、ＮＰＮトランジスタ３２と、定電流源３３とを備える。ＮＰＮトランジスタ３２は、ベースが接続配線３５に接続され、コレクタが電源電圧Ｖｃｃに接続され、エミッタが出力端子Ｖｏｕｔに接続される。定電流源３３は、ＮＰＮトランジスタ３２のエミッタと、ＧＮＤとの間に接続される。
フィードバック抵抗３４は、電流電圧変換アンプ２０１の入力であるＮＰＮトランジスタ３０のベースと、出力端子Ｖｏｕｔとの間に接続される。
接続配線３５は、増幅器２０２の出力と、出力段２０３の入力とを接続する配線である。すなわち、接続配線３５は、ＮＰＮトランジスタ３０のコレクタと、電流源３１と、ＮＰＮトランジスタ３２のベースとを接続する配線である。
シールド配線３６は、ＮＰＮトランジスタ３２のエミッタ（Ｖｏｕｔ）と接続された配線であり、接続配線３５の下方、両側方及び上方に配置される。
なお、接続配線３５及びシールド配線３６の構造は、第１の実施の形態と同様に、図２〜図４の構造を用いることができる。
次に、光半導体装置２００の動作を説明する。
受光素子１１に照射された光信号は電流信号に変換され、エミッタ接地したＮＰＮトランジスタ３０のベースとフィードバック抵抗３４とに入力される。電流信号は、フィードバック抵抗３４で電圧信号に変換され、出力段２０３のＮＰＮトランジスタ３２のエミッタ、及び出力Ｖｏｕｔへ出力される。
ＮＰＮトランジスタ３０のコレクタは接続配線３５であり、出力段２０３のＮＰＮトランジスタ３２のベースに接続されている。従って、ＮＰＮトランジスタ３０の出力電流はＮＰＮトランジスタ３２のベース電流であり、ＮＰＮトランジスタ３２のエミッタ電流の１／（１＋ｈＦＥ）倍となる（ここで、ｈＦＥは電流増幅率）。
受光素子１１に光信号が照射されたときの光電流の変動量ΔＩＰＤはＮＰＮトランジスタ３２のエミッタから供給されるため、ＮＰＮトランジスタ３２のベース電流の変動量、すなわちＮＰＮトランジスタ３０の出力電流の変動量ΔＩｏは、
ΔＩｏ＝ΔＩＰＤ／（１＋ｈＦＥ）
で表される。すなわち、出力電流の変動量ΔＩｏは極めて微少な電流変動であるので、接続配線３５のインピーダンスは大きくなる。一般的にインピーダンスの大きい配線は、寄生容量の影響を受けやすい。よって、ＮＰＮトランジスタ３０の接続配線３５の寄生容量が大きいと、周波数特性の低下が発生する。
上述したように、本実施の形態に係る光半導体装置２００は、ＮＰＮトランジスタ３０の接続配線３５の周囲にシールド配線３６を設け、ＮＰＮトランジスタ３２のエミッタに接続する。ＮＰＮトランジスタ３２のベース電位、及びエミッタ電位は、第１の実施の形態で説明したとおり、ＮＰＮトランジスタ３２のＶＢＥの電位差をもった同相の信号が発生するため、ＮＰＮトランジスタ３０の接続配線３５とシールド配線３６の間の寄生容量はほとんど無視することができる。
以上より、本発明の第２の実施の形態に係る光半導体装置２００は、増幅器２０２の接続配線３５の周囲に形成され、出力段２０３の出力と接続されたシールド配線３６を備える。これにより、半導体基板及び他の配線と、接続配線３５との間の寄生容量を低減することができる。よって、光半導体装置２００の周波数特性の低下を低減することができる。
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態では、上述した光半導体装置を、光ピックアップ装置に適用した実施例について説明する。
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成を示す。
図９に示す光ピックアップ装置４０は、ＤＶＤ及びＣＤの両方に対応した光ピックアップ装置である。光ピックアップ装置４０は、光ディスク媒体４８からの情報の読み出し、及び光ディスク媒体への情報の書込みを行う。光ピックアップ装置４０は、赤外レーザ４１と、赤色レーザ４２と、３ビームグレーティング４３と、ビームスプリッタ４４ａ及び４４ｂと、コリメータレンズ４５と、ミラー４６と、対物レンズ４７ａ及び４７ｂと、受光用ＩＣ４９とを備える。受光用ＩＣ４９は、光ディスク媒体４８に反射したレーザ光を受光する。受光用ＩＣ４９は、例えば、複数の図１に示す第１の実施の形態に係る光半導体装置１００を含む受光用ＩＣである。
まず、ＣＤ対応時の動作について説明する。赤外レーザ４１は、赤外レーザ光を出射する。赤外レーザ４１が出射した赤外レーザ光は、３ビームグレーティング４３により、３ビームに分割される。分割された赤外レーザ光は、ビームスプリッタ４４ａ、コリメータレンズ４５、及びビームスプリッタ４４ｂを順次通って、ミラー４６で反射され、対物レンズ４７ａに入射する。対物レンズ４７ａで集光された光が、光ディスク媒体４８（ＣＤ）に入射される。光ディスク媒体４８に入射した赤外レーザ光は、光ディスク媒体４８で反射され、対物レンズ４７ａ、ミラー４６、ビームスプリッタ４４ｂを順次介す。ここで、ビームスプリッタ４４ｂによって、反射光は方向を曲げられ、対物レンズ４７ｂを通って受光用ＩＣ４９の受光面上に照射される。
光ディスク媒体４８からの反射戻り光には、ディスク面上のピット情報等が含まれている。受光用ＩＣ４９は、反射戻り光を受光し、受光素子で発生した光電流を演算処理することにより、光ディスク媒体４８の情報信号、フォーカスエラー信号、及びトラッキングエラー信号等を得る。具体的には、光ディスク媒体４８からの反射戻り光は、受光用ＩＣ４９のＣＤ用の複数の受光素子１１で光電流に変換され、それぞれ電流電圧変換アンプ１で電圧に変換され出力される。変換された電圧は、例えば、フォーカスエラー信号として出力される。また、複数の電流電圧変換アンプ１で電圧に変換された信号は、受光用ＩＣ４９が備える演算回路等（図示せず）で演算され出力される。受光用ＩＣ４９が出力する信号は、情報の読み取り、及び光ピックアップ装置の位置制御等に用いられる。
次に、ＤＶＤ対応時の動作について説明する。赤色レーザ４２から出射された赤色レーザ光は、ビームスプリッタ４４ａ、コリメータレンズ４５、及びビームスプリッタ４４ｂを順次通って、ミラー４６で反射され、対物レンズ４７ａに入射する。対物レンズ４７ａで集光された光が、光ディスク媒体４８（ＤＶＤ）に入射された後、反射され、対物レンズ４７ａ、ミラー４６、及びビームスプリッタ４４ｂを順次介す。ここで、ビームスプリッタ４４ｂによって、反射光は方向を曲げられ、対物レンズ４７ｂを通って受光用ＩＣ４９の受光面上に照射される。
光ディスク媒体４８からの反射戻り光は、受光用ＩＣ４９のＤＶＤ用の複数の受光素子１１で光電流に変換され、それぞれ電流電圧変換アンプ１で電圧に変換され出力される。変換された電圧は、例えば、フォーカスエラー信号として、出力される。また、複数の電流電圧変換アンプ１で電圧に変換された信号は、受光用ＩＣ４９が備える演算回路等（図示せず）で演算され出力される。受光用ＩＣ４９が出力する信号は、情報の読み取り、及び光ピックアップ装置の位置制御等に用いられる。ここで、ＣＤ対応時には、レーザ光が３ビームに分割されているのに対して、ＤＶＤ対応時には１ビームである。よって、戻り光はＣＤ対応時とＤＶＤ対応時とで受光部上の異なった位置に照射される。また、赤外レーザ４１から出射されたレーザ光及び赤色レーザ４２から出射されたレーザ光はそれぞれ、ビームスプリッタ４４ａから光ディスク媒体４８に至る光路、及び光ディスク媒体４８から受光用ＩＣ４９に至る光路において、光軸がほぼ同じになるように調整されている。これにより、同じ光学素子、及び同じ受光系を使用することができるので、光ピックアップ装置の小型化及び組立て時の調整等が容易となる。
以上より、本発明の第３の実施の形態に係る光ピックアップ装置４０は、受光用ＩＣ４９に搭載されている光半導体装置１００の電流電圧変換アンプ１において、差動増幅器２の接続配線２０の周囲に、出力段３の出力と接続されたシールド配線２１が形成される。これにより、半導体基板２２及び他の配線と、接続配線２０との間の寄生容量を低減することができる。よって、光半導体装置１００の周波数特性の低下を低減することができる。すなわち、光ピックアップ装置４０は、高周波帯域が用いられるＤＶＤ等の反射光の光電変換及び変換した電気信号の増幅における周波数特性の低下を低減することができる。
なお、本発明は、レーザ、受光用ＩＣ等の構造及び各部品の配置関係は、上述した構成に限定されるものでなく、適宜、設計に応じて変更が可能である。例えば、受光素子と増幅・演算回路とがそれぞれ別のＩＣチップに形成されていてもよい。
本発明は、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ及びＨＤ−ＤＶＤ等）の記録／再生を行う光ディスク再生・記録装置に用いられる光ピックアップ装置、及び光ピックアップ装置に用いられる光半導体装置に適用できる。
本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置の断面構造の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置の断面構造の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置の断面構造の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置の接続配線及びシールド配線の信号電圧を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置の接続配線のレイアウト配置を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置の変形例の構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光半導体装置の構成を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成を示す図である。 従来の光半導体装置の構成を示す図である。
符号の説明
１、１０１、２０１ 電流電圧変換アンプ
２ 差動増幅器
３、２０３ 出力段
４ バッファ
１１ 受光素子
１２、１３ ＰＮＰトランジスタ
１４、１５、１７、３０、３２、１１７ ＮＰＮトランジスタ
１６、１８、３１、３３、１１８ 定電流源
１９、３４ フィードバック抵抗
２０、３５ 接続配線
２１、３６ シールド配線
２０ａ 接続配線の信号電圧
２１ａ シールド配線の信号電圧
２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ 金属層
２１ｅ 拡散層
２１ｆ エピタキシャル層
２２ 半導体基板
２３、２４、２５、２６ 絶縁膜
２７ 半導体チップ
２８ チップ端線
２９ 配線の補助線
４０ 光ピックアップ装置
４１ 赤外レーザ
４２ 赤色レーザ
４３ ３ビームグレーティング
４４ａ、４４ｂ ビームスプリッタ
４５ コリメータレンズ
４６ ミラー
４７ａ、４７ｂ 対物レンズ
４８ 光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）
４９ 受光用ＩＣ
５１ 受光素子
５２ アンプ
５３ 電圧フォロア
５４ 金属ケース
５５ 受光素子の接続配線
５６、５７ 内部リード
５８、５９ 端子
６０ アンプの入力配線
６１、６２ ノード
６３ 集積回路
６４ プリント基板
１００、１１０、２００ 光半導体装置
２０２ 増幅器
Ｖｃｃ 正の電圧源（電源電圧）
ＧＮＤ 負の電圧源
Ｖｒｅｆ 基準電圧
Ｖｏｕｔ 出力端子

Claims (10)

  1. 光を電気信号に変換する受光素子と、
    前記受光素子が入力に接続され、前記電気信号を増幅する増幅回路と、
    前記増幅回路により増幅された信号が出力される接続配線と、
    前記接続配線が入力に接続され、前記増幅回路により増幅された信号を電流増幅して出力端子に出力する出力回路と、
    前記増幅回路の入力と、前記出力端子との間に接続されるフィードバック抵抗と、
    前記出力回路が出力する電位、又は、前記出力回路が出力する電位を電圧フォロアした電位と接続され、前記接続配線への雑音を遮断するためのシールド配線とを備える
    ことを特徴とする光半導体装置。
  2. 前記増幅回路、接続配線、及び出力回路は、半導体基板上に形成され、
    前記シールド配線は、前記接続配線の前記半導体基板側に形成される
    ことを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
  3. 前記光半導体装置は、さらに、
    前記シールド配線は、前記接続配線の前記半導体基板側、かつ前記半導体基板側を下方とした場合の前記接続配線の側方及び上方の少なくとも一方に形成される
    ことを特徴とする請求項２記載の光半導体装置。
  4. 前記シールド配線は、前記接続配線より下層の金属層、ポリシリコン層、又は拡散層で構成される
    ことを特徴とする請求項２記載の光半導体装置。
  5. 前記出力回路は、
    前記増幅回路により増幅された信号を電流増幅して出力端子に出力する第１の出力回路と、
    前記増幅回路により増幅された信号を電流増幅して前記シールド配線に出力する第２の出力回路とを備え、
    前記シールド配線は、前記第２の出力回路が出力する電位と接続され、前記接続配線への雑音を遮断する
    ことを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
  6. 前記増幅回路は、
    制御端子が前記受光素子に接続され、第１出力端子が前記接続配線に接続される第１のトランジスタと、
    制御端子が基準電圧に接続され、第２出力端子が前記第１のトランジスタの第２出力端子に接続される第２のトランジスタと、
    制御端子が前記第２のトランジスタの第１出力端子に接続され、第１出力端子が前記接続配線に接続され、第２出力端子が電源電圧に接続される第３のトランジスタと、
    制御端子及び第１出力端子が前記第２のトランジスタの第１出力端子に接続され、第２出力端子が電源電圧に接続される第４のトランジスタと、
    前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタの第２出力端子と、ＧＮＤとの間に接続される第１の電流源とを備える
    ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光半導体装置。
  7. 前記増幅回路は、
    制御端子が前記受光素子に接続され、第１出力端子が前記接続配線に接続され、第２出力端子がＧＮＤに接続される第５のトランジスタと、
    前記接続配線と、電源電圧との間に接続される第２の電流源とを備える
    ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光半導体装置。
  8. 前記出力回路は、
    制御端子が前記接続配線に接続され、第１出力端子が電源電圧に接続され、第２出力端子が前記出力端子に接続される第６のトランジスタと、
    前記第６のトランジスタの第２出力端子と、ＧＮＤとの間に接続される第３の電流源とを備える
    ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光半導体装置。
  9. 前記増幅回路、接続配線、及び出力回路は、半導体基板上に形成され、
    前記接続配線の少なくとも一部が前記半導体基板の端線を基準として、４５°の整数倍以外の角度で配置される
    ことを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
  10. 光ディスク媒体からの情報の読み出し、及び光ディスク媒体への情報の書き込みのうち少なくとも一方を行う光ピックアップ装置であって、
    レーザ光を前記光ディスク媒体に照射するレーザ光発生手段と、
    前記レーザ光発生手段が照射し、前記光ディスク媒体に反射したレーザ光を受光する請求項１〜９のいずれか１項に記載の光半導体装置とを備える
    ことを特徴とする光ピックアップ装置。
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