JP6234090B2

JP6234090B2 - 半導体装置

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Publication number: JP6234090B2
Application number: JP2013143562A
Authority: JP
Inventors: 直斗鹿口; 陽一郎樽井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: CN104283533B; KR20150006776A; JP2015018861A; DE102014211905A1; DE102014211905B4; US9627571B2; KR101593904B1; CN104283533A; US20150014705A1

Description

この発明は、ワイドギャップ半導体素子を有し、当該ワイドギャップ半導体素子の温度検出が可能な半導体装置に関する。

従来、パワー半導体素子の動作温度の測定は、パワー半導体素子を有する半導体装置内にパワー半導体素子とは電気的に独立してポリシリコンダイオード等の温度検知素子を作りこみ、その温度検知素子の温度特性によりパワー半導体素子の温度を検出する半導体装置が一般的であった。このような半導体装置として例えば、特許文献１で開示された電流変換装置がある。

特開２００６−２７１０９８号公報

従来のパワー半導体素子の温度検出機能を有する１チップ化された半導体装置は、上述したように、半導体装置内にパワー半導体素子と共に温度検知素子を作りこみ、その温度検知素子の温度特性を利用してパワー半導体素子の動作温度を検出してしいた。このため、温度検知素子と外部との信号授受用のパッド部分とを形成する分、装置（チップ）面積が大きくなりコスト高を招き、かつ、上記パッド部分におけるワイヤボンディング工程を余分に行う必要があり、半導体装置の組立てにおける制約が大きくなるという問題点があった。

また、パワー半導体素子が発光性を有するワイドギャップ半導体材料で構成されているワイドギャップ半導体素子の場合、その動作時に期待されている２００℃以上の高温動作時には、フォトダイオード等の従来用いられていた温度検知素子が動作せず、使用できないという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消し、ワイドギャップ半導体素子の温度検出機能を正常に働かせながら、コストダウン及び組立て性の向上を図った半導体装置を得ることを目的とする。

この発明に係る請求項１記載の半導体装置は、発光性を有するワイドギャップ半導体材料で形成され、動作時に発光する半導体素子と、前記半導体素子の動作時に流れる電流を動作電流として検出する電流検出部と、前記半導体素子の動作時における出射光を入射する光ファイバーと、前記光ファイバーを伝搬して得られる前記出射光を受光するフォトダイオードとを備え、前記電流検出部は前記フォトダイオードと独立して前記動作電流を検出し、前記電流検出部により検出された前記動作電流及び前記フォトダイオードの出力電流は、前記動作電流と前記出力電流とから前記半導体素子の温度を求めることができる温度検出特性を有する。

請求項１記載の本願発明の半導体装置において、フォトダイオードは光ファイバーを介して受光した出射光の発光強度に関連した出力電流を発生する。フォトダイオードの上記出力電流は上記出射光の発光強度と半導体素子の動作時に流れる電流（動作電流）とにより決定する。また、上記発光強度は上記出射光の波長に依存性を有し、当該波長は出射時における半導体素子の温度に依存性を有している。

したがって、フォトダイオードの上記出力電流は動作時における半導体素子の温度と動作電流とにより決定されるため、動作時における半導体素子の温度を上記出力電流と上記動作電流とから求めることができる。すなわち、フォトダイオードを温度検出部として用いることができる。

加えて、光ファイバーを伝搬して得られる出射光を受光する形態でフォトダイオードを設けているため、フォトダイオードを半導体素子と一体的に設ける必要性がない分、半導体素子を形成する半導体素子形成部の形成面積を小さくことができるためコスト削減及び組立性の向上を図ることができる。

加えて、ワイドギャップ半導体素子形成部の形成面積を従来と同サイズで形成した場合、ワイドギャップ半導体素子の有効面積を従来に比べ大きく採ることができるため、ワイドギャップ半導体素子自体の特性向上を図ることもできる。

さらに、電気的に弱い温度検出部（フォトダイオード）を半導体素子と一体的に形成する必要がない分、半導体装置の信頼性を高めることができる。

加えて、半導体素子とフォトダイオードとの間に光ファイバーを介在させることにより、フォトダイオード近傍における温度を半導体素子近傍における温度よりも低くすることができる。例えば、半導体素子が２００℃以上の高温状態時においても光ファイバーを介在させてフォトダイオードが動作可能な１５０℃以下の温度環境下に設定することにより、フォトダイオードを流れる上記出力電流によって、２００℃以上の半導体素子の高温状態も検出することができる。

この発明の実施の形態１である半導体装置の概略構成を模式的に示す説明図である。図１で示したワイドギャップ半導体素子形成部の内部構成例を示す回路図である。ワイドギャップ半導体素子に流れる動作電流Ｉｗとフォトダイオード出力電流Ｉｐとの関係を示すグラフである。半導体材料における温度（Ｋ）とバンドギャップエネルギーとの関係を示すグラフである。受光する光の波長とフォトダイオードの受光感度との関係を示すグラフである。この発明の実施の形態２である半導体装置の平面構成を模式的に示す説明図である。この発明の実施の形態３である半導体装置の平面構成を模式的に示す説明図である。従来の温度検出機能を有する半導体装置の平面構成を模式的に示す説明図である。

（前提技術）
図８は従来の温度検出機能を有する半導体装置の平面構成を模式的に示す説明図である。同図に示すように、基板５０上の大部分の領域にＩＧＢＴの主電極（コレクタ電極となる）表面電極５１が形成され、一部にＩＧＢＴの絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極５３が構成される。そして、他の一部に電流センス部５２（電流センス主要部５２Ｍ及びパッド部５２Ｐ）が形成され、さらに他の一部に温度センス部５４（温度センス主要部５４Ｍ及びパッド部５４Ｐ）が形成される。なお、電流センス主要部５２Ｍには例えばセンス用ＩＧＢＴ（の主電極（コレクタ電極））が形成され、温度センス主要部５４Ｍには例えばフォトダイオードが形成される。

図８に示すように、基板５０上にＩＧＢＴ（表面電極５１，ゲート電極５３）と共に温度センス部５４を設ける分、半導体装置の回路形成面積を余分に大きくすることになる。その結果、チップ面積（基板５０上に形成可能な素子形成面積）が大きくなり、コスト高を招き、さらに、温度センス部５４に対してパッド部５４Ｐにワイヤボンディング処理等を余分に行う必要があり組立てにおける制約が大きくなる。

また、ＩＧＢＴが発光性を有するワイドギャップ半導体材料で構成されている場合、動作時に２００℃以上の高温動作が見込まれる。このため、従来用いられていたフォトダイオード等の温度検知素子が使用不可能な温度環境となってしまい、従来の温度検知素子をワイドギャップ半導体素子の温度検出用に用いることができないという問題点があった。このような問題点の解消を図ったのが以下で述べる実施の形態である。

＜実施の形態１＞
図１はこの発明の実施の形態１である半導体装置の概略断面構成を模式的に示す説明図である。

同図に示すように、半導体基板１０上にワイドギャップ半導体素子形成部１が設けられる。ワイドギャップ半導体素子形成部１は、基部１３、半導体能動部１２及び電極部１１の積層構造で形成され、主電極部となる電極部１１から信号線１５を介して外部と信号の授受が可能となる。

図２はワイドギャップ半導体素子形成部１の内部構成例を示す回路図である。同図に示すように、ワイドギャップ半導体素子形成部１内に発光性を有するワイドギャップ半導体材料で形成された本体ＩＧＢＴ１０１を有する。さらに、本体ＩＧＢＴ１０１に対し並列に電流センス用ＩＧＢＴ１０２が設けられ、本体ＩＧＢＴ１０１及び電流センス用ＩＧＢＴ１０２のコレクタが共通に外部端子Ｐ１に接続され、絶縁ゲートが共通に外部端子Ｐ２に接続される。本体ＩＧＢＴ１０１のエミッタは接地され、電流センス用ＩＧＢＴ１０２のエミッタは抵抗Ｒ１を介して接地される。そして、抵抗Ｒ１の両端Ｐ１１，Ｐ１２の電圧を測定することにより、本体ＩＧＢＴ１０１と電流センス用ＩＧＢＴ１０２とのサイズ比等に基づき本体ＩＧＢＴ１０１を流れる電流を算出することができる。このように、ワイドギャップ半導体素子形成部１はワイドギャップ半導体素子である本体ＩＧＢＴ１０１と電流センス部である電流センス用ＩＧＢＴ１０２とが１チップ化されて一体的に形成されている。

ワイドギャップ半導体素子形成部１の半導体能動部１２がワイドギャップ半導体材料を用いて形成され、接合を形成しているＮ型層とＰ型層のいずれか一方にキャリアの再結合センター（電子と正孔とが再結合して消滅する過程を促進させる不純物原子や複数不純物原子の複合体が存在する場所）を形成することにより、接合を通って電流を流すと光を発する発光性ワイドギャップ半導体素子（本体ＩＧＢＴ１０１）を得ることができる。以下、上述した再結合センターを形成することによる発光動作を単に「バイポーラ動作による発光」と称する場合がある。そして、半導体能動部１２は柱状（円柱状、角柱状等）に形成され、その側面からバイポーラ動作による発光時に出射光が照射される。

図１に戻って、光ファイバー２０の入射面３０から半導体能動部１２の発光時（本体ＩＧＢＴ１０１の（バイポーラ）動作時）における出射光が入射し、光ファイバー２０を介して出射面４０から上記出射光がフォトダイオード３に受光されるように、ワイドギャップ半導体素子形成部１の半導体能動部１２とフォトダイオード３との間に光ファイバー２０を設ける。

このように、ワイドギャップ半導体素子形成部１（半導体能動部１２）の側面近傍に入射面３０が位置するように光ファイバー２０を設置して、半導体能動部１２の発光時における出射光をフォトダイオード３まで誘導している。そして、フォトダイオード３は光ファイバー２０を介して受光した出射光の発光強度に関連した出力電流を発生する。

この際、ワイドギャップ半導体素子形成部１の側面に光ファイバー２０を設置することにより、主として電極部１１にて生じるモジュール組み立て時のワイヤボンドや半田接合などの影響を受けることなく、光ファイバー２０の入射面３０から出射光を入射することができる。

すなわち、光ファイバー２０の入射面３０をワイドギャップ半導体素子形成部１の側面部に対向するように配置することにより、ワイドギャップ半導体素子形成部１の電極部１１に主として形成される、ワイドギャップ半導体素子の表面電極による遮光の影響、ワイヤ配線、ダイレクトリード配線等の影響を受けることなく光ファイバー２０の入射面３０からワイドギャップ半導体素子の発光時における出射光を入射することができる。このため、フォトダイオード３側で精度良く高感度にフォトダイオード出力電流Ｉｐの計測が可能となる。

また、ワイドギャップ半導体素子からの出射光を集光してから光ファイバー２０に導入するように構成すれば、より精度を高めることが可能である。

そして、最終的に、図１で示す状態でワイドギャップ半導体素子形成部１、光ファイバー２０及びフォトダイオード３を光透過性を有するゲルによって封止してパッケージ化することにより、実施の形態１の半導体装置が完成する。

図３はワイドギャップ半導体素子である本体ＩＧＢＴ１０１に流れる動作電流Ｉｗとフォトダイオード３におけるフォトダイオード出力電流Ｉｐとの関係を示すグラフである。同図において、温度関係線Ｌ２５は本体ＩＧＢＴ１０１の動作温度が２５℃の場合、温度関係線Ｌ１５０は動作温度が１５０℃の場合を示している。

上述したように、半導体能動部１２がバイポーラ動作による発光すると、この出射光を光ファイバー２０を通じてフォトダイオード３に誘導し、フォトダイオード出力電流Ｉｐをフォトダイオード３から発生させることができる。

一方、上記出射光の発光強度はワイドギャップ半導体素子に流れる動作電流Ｉｗに比例する。また、フォトダイオード出力電流Ｉｐは上記出射光の発光強度に比例し、かつ波長依存性を持っている。

例えば、ワイドギャップ半導体材料としてＳｉＣを用いた場合、バンドギャップが４Ｈ−ＳｉＣでは３．２６ｅＶ（温度３００Ｋ）であり、発光波長は約３８０ｎｍとなる。

図４は半導体材料における温度（Ｋ）とバンドギャップエネルギーとの関係を示すグラフである。同図において、エネルギー曲線Ｌ１１、Ｌ１２及びＬ１３はＧｅ，Ｓｉ及びＧａＡｓのバンドギャップエネルギーを示している。

同図に示すように、半導体材料のバンドギャップは温度依存性を有しており、０（Ｋ）でのバンドギャップをＥｇ（０)とするとＴ（Ｋ）でのバンドギャップエネルギーは以下の式(1)で表され、バンドギャップエネルギーＥｇ（Ｔ)は温度上昇（Ｔの上昇）により小さくなる。

Eg(T)＝Eg(0)−αT^２/(T+β)…(1)
なお、式(1)のＥｇ（０）、α及びβは以下の表１で示す値となる。

式(1)から明らかなように、本体ＩＧＢＴ１０１等のワイドギャップ半導体素子の動作時における温度が上昇するとバンドギャップエネルギーは小さくなり、発光波長が長くなる。

図５は受光する光の波長とフォトダイオード３の受光感度との関係を示すグラフである。同図において、受光感度曲線Ｌ１、Ｌ２及びＬ３はＳｉ、ＩｎＧａＡｓ及びＧｅの場合を示している。

図５の受光感度曲線Ｌ１に示すように、フォトダイオード３としてＳｉのフォトダイオードを用いた場合、波長４００ｎｍ付近では波長が長い方が受光感度は高くなる。したがって、同じ発光強度（ワイドギャップ半導体素子に流れる動作電流Ｉｗが同じ）の場合でもワイドギャップ半導体素子の温度が高い方が発光波長が長く、フォトダイオード出力電流Ｉｐが大きくなる。

すなわち、フォトダイオード出力電流Ｉｐは、半導体能動部１２からの上記出射光の発光強度とワイドギャップ半導体素子の動作時に流れる動作電流Ｉｗとにより決定する。また、上記発光強度は上記出射光の波長に依存性を有し、当該波長は動作時における半導体素子の温度に依存性を有している。

上述した性質を利用することによりワイドギャップ半導体素子を流れる動作電流Ｉｗを図２で示した電流センス用ＩＧＢＴ１０２等の電流センス部によってモニタするとともに、フォトダイオード出力電流Ｉｐを測定することにより、ワイドギャップ半導体素子の温度を検出することが可能となる。

すなわち、フォトダイオード出力電流Ｉｐはワイドギャップ半導体素子の動作温度と動作電流Ｉｗとにより決定されるため、動作時におけるワイドギャップ半導体素子の温度をフォトダイオード出力電流Ｉｐと動作電流Ｉｗとから求めることができる。

なお、ワイドギャップ半導体材料としては、例えば、ＳｉＣ、ＧａＮ等が考えられ、ワイドギャップ半導体素子としては、ＪＢＳ（(Junction Barrier Schottky) 構造採用のショットキバリアダイオード）、ＰＮ（接合による）ダイオード、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)、及びバイポーラトランジスタ等が考えられる。実施の形態１の半導体装置は上述したワイドギャップ半導体材料あるいはワイドギャップ半導体素子種別のワイドギャップ半導体素子の動作温度を測定することができる。

加えて、光ファイバー２０を伝搬して得られる出射光を受光するフォトダイオード３を温度検出部として設けているため、フォトダイオード３をワイドギャップ半導体素子形成部１内に本体ＩＧＢＴ１０１等と一体的に設ける必要性がない分、ワイドギャップ半導体素子形成部１の形成面積を小さくことができ、コスト削減を図ることができる。

また、ワイドギャップ半導体素子形成部１の形成面積を従来と同サイズで形成した場合、温度検出部の形成が不要になる分、ワイドギャップ半導体素子の有効面積を従来に比べ大きく採ることができるため、ワイドギャップ半導体素子の特性向上を図ることができる。

さらに、電気的に弱いフォトダイオード３等の温度検出部をワイドギャップ半導体素子形成部１内に本体ＩＧＢＴ１０１等と一体的に形成しない分、ワイドギャップ半導体素子形成部１の信頼性を高めることができる。

また、ワイドギャップ半導体素子の発光時における出射光を光ファイバー２０を通してフォトダイオード３に誘導すればワイドギャップ半導体素子とは比較的離れた位置にフォトダイオード３を設置することができる。

したがって、ワイドギャップ半導体素子が２００℃以上の高温な動作温度になっても、光ファイバー２０の長さを調整して、半導体能動部１２，フォトダイオード３間の距離をフォトダイオード３が動作可能な温度(例えば１５０℃以下)に低下する距離に設定することができる。その結果、ワイドギャップ半導体素子を２００℃以上の高温で動作させても、１５０℃以下で動作するフォトダイオード３を用いてフォトダイオード出力電流Ｉｐを測定することができる。

一方、従来の半導体装置は、図８に示すように、ワイドギャップ半導体チップ（基板５０）の内部に温度検知素子（温度センス部５４）を設置していたため、ワイドギャップ半導体素子が２００℃以上で動作している場合、温度検知素子の温度環境も必然的に２００℃以上となり、温度を検出することは不可能であった。

このように、ワイドギャップ半導体素子とフォトダイオード３との間に光ファイバー２０を介在させることにより、フォトダイオード３近傍における温度をワイドギャップ半導体素子近傍における温度よりも低くすることができるため、フォトダイオード３にて検出可能なフォトダイオード出力電流Ｉｐによって、２００℃以上のワイドギャップ半導体素子の高温状態時であってもその動作温度を検出することができる。

＜実施の形態２＞
図６はこの発明の実施の形態２である半導体装置の平面構成を模式的に示す説明図である。同図に示すように、各々が図２で示した本体ＩＧＢＴ１０１及び電流センス用ＩＧＢＴ１０２等を有する複数のワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃが形成されており、ワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃはそれぞれの本体ＩＧＢＴ１０１等によるバイポーラ動作による発光により、図１で示したようにワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃそれぞれの半導体能動部１２の側面から複数の（３つの）出射光を照射する。

そして、実施の形態２の光ファイバー２１は、３つに分岐した分岐部分２１ａ〜２１ｃと分岐部分２１ａ〜２１ｃに共通に接続された統合部分２１ｘとから構成され、分岐部分２１ａ〜２１ｃの入射面３１ａ〜３１ｃから入射した光（ワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃからの出射光）を統合部分２１ｘの出射面４１から共通にフォトダイオード３に出力するように構成される。すなわち、分岐部分２１ａ〜２１ｃとワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃとが対応し、分岐部分２１ａ〜２１ｃの入射面３１ａ〜３１ｃはそれぞれワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃのうち対応するワイドギャップ半導体素子形成部の発光時（本体ＩＧＢＴ１０１の動作時）における出射光が入射されるように設けられる。一方、統合部分２１ｘの出射面４１は光ファイバー２１（分岐部分２１ａ〜２１ｃ＋統合部分２１ｘ）を介した出射光がフォトダイオード３にて受光されるように設けられる。

このように、実施の形態２の半導体装置は、一つのフォトダイオード３を用いて３つのワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃの動作時における温度検出が可能であり、コストを抑えられ、実施の形態１と同様に、ワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃ、光ファイバー２１及びフォトダイオード３をゲル封止してモジュール化した半導体装置全体の小型化を図ることができる。そして、以下のように、ワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃの動作時におけるいずれかの温度異常を検出する温度異常検出処理を実行することができる。すなわち、ワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃの動作時における温度がある温度以上になったことを検出し、保護をかけるべく次のような温度異常検出処理を行うことができる。

ワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃそれぞれに流れる動作電流Ｉｗの合計値からワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃ全てが室温で動作していた場合のフォトダイオード３によるフォトダイオード出力電流Ｉｐを予め求めることができる。

そこで、ワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃそれぞれが室温から温度上昇することによるフォトダイオード出力電流Ｉｐの増加分をΔＩ１、ΔＩ２、ΔＩ３とする。例えば、複数のワイドギャップ半導体素子（本体ＩＧＢＴ１０１）のうち、１つでもある温度、例えば２００℃以上になった場合に異常と判定したい場合に、ΔＩ１だけが温度上昇して増加し、その他は全て室温度で動作しているとしてフォトダイオード出力電流Ｉｐの増加電流総和ΔＩall（ΔＩ１＋ΔＩ２＋ΔＩ３）が予め設定した上限閾値であるΔα以上になると異常と判断するように設定することができる。

但し、実施の形態２の半導体装置は、ワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃのうち２つ以上のワイドギャップ半導体素子が同時に温度上昇すると、双方が共に２００℃以上に達しなくとも、増加電流総和ΔＩallがΔαを超える可能性があるため、過剰検知を伴う問題を有している。

このように、実施の形態２の半導体装置は、ワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃにおける複数（３つ）のワイドギャップ半導体素子を動作状態時にして複数の出射光を出力させ、統合部分２１ｘの出射面４１から出射される複数の出射光全体を一のフォトダイオード３にて受光することにより、一のフォトダイオード３を用いて複数のワイドギャップ半導体素子のうちいずれかの高温異常状態を検出することができる。

さらに、実施の形態２の半導体装置は、複数のワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃに対し、一のフォトダイオード３を設ける構成にすることにより、素子数を少なくしてコストを抑え、半導体装置全体の小型化を図ることができる。

＜実施の形態３＞
図７はこの発明の実施の形態３である半導体装置の平面構成を模式的に示す説明図である。同図に示すように、実施の形態２と同様、ワイドギャップ半導体素子形成部１として複数の（３つの）ワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃを有しており、ワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃはそれぞれ図１で示したように半導体能動部１２の側面から発光する。

そして、実施の形態３の光ファイバー２２は、３つに分岐した分岐部分２２ａ〜２２ｃと分岐部分２２ａ〜２２ｃに共通に接続された統合部分２２ｘから構成され、分岐部分２２ａ〜２２ｃと統合部分２２ｘとの間に光路スイッチである切換スイッチ２４が設けられる。

切換スイッチ２４は、機械型、電子型、全光型等の光スイッチとして構成され、制御回路２６の制御信号Ｓ２６に基づき、分岐部分２２ａ〜２２ｃのうちいずれか選択光路とし、選択光路，統合部分２２ｘとの間を光伝搬可能に結合する光路切換動作を行う。

実施の形態２の光ファイバー２１と同様、光ファイバー２２の分岐部分２２ａ〜２２ｃとワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃとが対応し、光ファイバー２２の分岐部分２２ａ〜２２ｃの入射面３２ａ〜３２ｃはそれぞれワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃのうち対応するワイドギャップ半導体素子形成部の発光時における出射光が入射されるように設けられる。一方、統合部分２２ｘの出射面４２は光ファイバー２２（選択光路＋統合部分２２ｘ）を介した出射光がフォトダイオード３にて受光されるように設けられる。

この際、切換スイッチ２４の光路切換動作により、分岐部分２２ａ〜２２ｃのうち選択光路に入射された出射光が統合部分２２ｘを伝搬して出射面４２からフォトダイオード３に出力される。

このように、実施の形態３の半導体装置は、一つのフォトダイオード３を用いて３つのワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃの発光時（動作時）における一のワイドギャップ半導体素子形成部における選択的な温度検出が可能に構成される。このため、実施の形態２と同様、コストを抑えられ、ワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃ、光ファイバー２２及びフォトダイオード３をゲル封止してモジュール化した半導体装置全体の小型化を図ることができる。

以下、実施の形態３の半導体装置による、ワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃの動作時における温度測定を選択的に行う選択的温度検出処理について説明する。

例えば、ワイドギャップ半導体素子形成部１ｂの温度測定を行う場合、制御信号Ｓ２６に基づく切換スイッチ２４の光路切換動作によって、分岐部分２２ｂを選択光路にして、分岐部分２２ｂ，統合部分２２ｘの光伝搬のみを有効にする。

以下、実施の形態１の半導体装置と同様、ワイドギャップ半導体素子形成部１ｂの動作電流Ｉｗとワイドギャップ半導体素子形成部１ｂの動作時におけるフォトダイオード出力電流Ｉｐとから、ワイドギャップ半導体素子形成部１ｂの動作温度を求めることができる。

したがって、実施の形態３の半導体装置では、切換スイッチ２４の光路切換動作によって分岐部分２２ａ〜２２ｃのうち一の分岐部分のみ選択光路として選択的に有効とすることができるため、ワイドギャップ半導体素子形成部１ａ〜１ｃが同時に動作している場合も、実施の形態２のデメリットであった過剰検出の問題も生じることはない。

このように、実施の形態３の半導体装置は光路スイッチである切換スイッチ２４によって分岐部分２２ａ〜２２ｃにおける選択光路を切り換えることにより、１つのフォトダイオード３によって複数の（３つ）ワイドギャップ半導体素子それぞれの動作温度の検出を選択的に行うことができる。

（その他）
図７で示した制御回路２６は、例えば、ソフトウェアに基づくＣＰＵを用いたプログラム処理によって実行することができる。

また、動作電流Ｉｗとフォトダイオード出力電流Ｉｐとによりワイドギャップ半導体素子の動作温度を求める動作温度算出手段は、例えば、ソフトウェアに基づくＣＰＵを用いたプログラム処理によって実行することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１，１ａ〜１ｃワイドギャップ半導体素子形成部、３フォトダイオード、２０〜２２光ファイバー、２４切換スイッチ。

Claims

発光性を有するワイドギャップ半導体材料で形成され、動作時に発光する半導体素子と、
前記半導体素子の動作時に流れる電流を動作電流として検出する電流検出部と、
前記半導体素子の動作時における出射光を入射する光ファイバーと、
前記光ファイバーを伝搬して得られる前記出射光を受光するフォトダイオードとを備え、
前記電流検出部は前記フォトダイオードと独立して前記動作電流を検出し、
前記電流検出部により検出された前記動作電流及び前記フォトダイオードの出力電流は、前記動作電流と前記出力電流とから前記半導体素子の温度を求めることができる温度検出特性を有する、
半導体装置。
請求項１記載の半導体装置であって、
前記半導体素子及び前記電流検出部は一体的に１チップ化された半導体素子形成部として形成され、前記半導体素子形成部の側面部から前記半導体素子の前記出射光が出射され、
前記光ファイバーの入射面を前記半導体素子形成部の前記側面部に対向するように配置したことを特徴とする、
半導体装置。
請求項２記載の半導体装置であって、
前記半導体素子形成部は各々が前記半導体素子及び前記電流検出部を有する複数の半導体素子形成部を含み、
前記光ファイバーは、各々が入射面を有する複数の分岐部分と出射面を有し前記複数の分岐部分に共通に接続される統合部分とから構成され、前記複数の分岐部分それぞれの入射面は前記複数の半導体素子形成部のうち対応する半導体素子形成部の発光時における出射光が入射されるように設けられ、前記統合部分の前記出射面は前記出射光が前記フォトダイオードにて受光されるように設けられる、
半導体装置。
請求項３記載の半導体装置であって、
前記複数の分岐部分と前記統合部分との間に設けられ、前記複数の分岐部分のうち一の分岐部分である選択光路と前記統合部分とにより形成される光路を有効にする光路スイッチをさらに備える、
半導体装置。
請求項１〜請求項４のうち、いずれか１項に記載の半導体装置であって、
発光性を有する前記ワイドギャップ半導体材料はＳｉＣ及びＧａＮのうち少なくとも一つを含み、
前記半導体素子は、ショットキバリアダイオード、ＰＮダイオード、ＩＧＢＴ、及びバイポーラトランジスタのうち少なくとも一つの素子を含む、
半導体装置。