JP2003258300A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 より安価であってかつ発光効率が高められた
半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 この半導体発光素子１０は、互いに表裏
の関係を有する第1面２０ａと第2面２０ｂとをもつシリ
コン単結晶基板２０と、上記第１面２０ａの選択された
領域に導電性を有する所定の中間層２５を介して形成さ
れた窒化ガリウム系半導体層４０と、上記窒化ガリウム
系半導体層４０の最上層に一部が接触させられ、かつ上
記シリコン単結晶基板２０に対して絶縁されている第1
電極層５１と、上記シリコン単結晶基板２０の適部に形
成された第2電極層５２とを備えており、かつ、上記シ
リコン単結晶基板２０には、上記窒化ガリウム系半導体
層４０から発せられた光を上記第2面２０ｂ側に導く導
光路３０が形成されている。
半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 この半導体発光素子１０は、互いに表裏
の関係を有する第1面２０ａと第2面２０ｂとをもつシリ
コン単結晶基板２０と、上記第１面２０ａの選択された
領域に導電性を有する所定の中間層２５を介して形成さ
れた窒化ガリウム系半導体層４０と、上記窒化ガリウム
系半導体層４０の最上層に一部が接触させられ、かつ上
記シリコン単結晶基板２０に対して絶縁されている第1
電極層５１と、上記シリコン単結晶基板２０の適部に形
成された第2電極層５２とを備えており、かつ、上記シ
リコン単結晶基板２０には、上記窒化ガリウム系半導体
層４０から発せられた光を上記第2面２０ｂ側に導く導
光路３０が形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、窒化ガリウム系
の半導体発光素子およびその製造方法に関する。
の半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】青色発光用の半導体発光素子（青色発光
ダイオード）として、サファイア基板上に窒化ガリウム
（ＧａＮ）系の化合物半導体の結晶を有機金属化合物気
相成長法等によってエピタキシャル成長させて形成した
ものが開発され、実用化されている。サファイアは、窒
化ガリウム系半導体の結晶との格子定数差が小さいの
で、結晶方位を引き継いで、その表面上に上記の窒化ガ
リウム系の化合物半導体層を適正にエピタキシャル成長
させることができる。
ダイオード）として、サファイア基板上に窒化ガリウム
（ＧａＮ）系の化合物半導体の結晶を有機金属化合物気
相成長法等によってエピタキシャル成長させて形成した
ものが開発され、実用化されている。サファイアは、窒
化ガリウム系半導体の結晶との格子定数差が小さいの
で、結晶方位を引き継いで、その表面上に上記の窒化ガ
リウム系の化合物半導体層を適正にエピタキシャル成長
させることができる。
【０００３】しかしながら、サファイアは、それ自体高
価である上に、加工性に乏しいため、これを基板として
用いて製造される従来の青色発光用のダイオードは、な
お高価なものとならざるをえない現状である。
価である上に、加工性に乏しいため、これを基板として
用いて製造される従来の青色発光用のダイオードは、な
お高価なものとならざるをえない現状である。
【０００４】ところで、たとえば、特許第３０２８８０
９号公報には、青色発光ダイオードのための基板とし
て、安価で加工性のよいシリコン単結晶基板を用いた技
術が開示されている。この技術は、シリコン単結晶基板
上に水素終端処理を施した上で窒化チタン膜を中間層と
して形成し、その上に窒化ガリウム系半導体を成長させ
るというものである。水素終端処理を施すことにより、
シリコン基板の表層のタングリングボンドに水素が結合
させられ、アモルファス膜であるＴｉシリサイドの形成
を防止することができる。また、窒化チタンは、シリコ
ンと同様の立方晶系の結晶構造をもつため、シリコン基
板の結晶方位を良好に引き継いで配向させることができ
る。この窒化チタンの膜厚を適正に選ぶことにより、そ
の上層に成長させるべき窒化ガリウム系の化合物半導体
層もまた、シリコンの結晶方位を良好に引き継いだもの
とすることができる。
９号公報には、青色発光ダイオードのための基板とし
て、安価で加工性のよいシリコン単結晶基板を用いた技
術が開示されている。この技術は、シリコン単結晶基板
上に水素終端処理を施した上で窒化チタン膜を中間層と
して形成し、その上に窒化ガリウム系半導体を成長させ
るというものである。水素終端処理を施すことにより、
シリコン基板の表層のタングリングボンドに水素が結合
させられ、アモルファス膜であるＴｉシリサイドの形成
を防止することができる。また、窒化チタンは、シリコ
ンと同様の立方晶系の結晶構造をもつため、シリコン基
板の結晶方位を良好に引き継いで配向させることができ
る。この窒化チタンの膜厚を適正に選ぶことにより、そ
の上層に成長させるべき窒化ガリウム系の化合物半導体
層もまた、シリコンの結晶方位を良好に引き継いだもの
とすることができる。
【０００５】なお、シリコン単結晶基板上に窒化ガリウ
ム系半導体をエピタキシャル成長させて青色発光ダイオ
ードを形成するための手法としては、上記のように窒化
チタン層の中間層を形成する他、ＡｌＮ／ＡｌＧａＮ中
間層を形成する手法も提案されている。
ム系半導体をエピタキシャル成長させて青色発光ダイオ
ードを形成するための手法としては、上記のように窒化
チタン層の中間層を形成する他、ＡｌＮ／ＡｌＧａＮ中
間層を形成する手法も提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリコ
ンは、周知のように光吸収性の材料であるため、上記特
許公報に開示された構成の青色発光ダイオードは、発光
効率においてなお改善すべき点がみられる。
ンは、周知のように光吸収性の材料であるため、上記特
許公報に開示された構成の青色発光ダイオードは、発光
効率においてなお改善すべき点がみられる。
【０００７】また、発光効率を向上させるための技術と
して、たとえば、特開平５−１３８１６号公報には、サ
ファイア基板が透明性を有している点を有効に利用し
て、サファイア基板側から光を取り出すようにしたもの
もある。
して、たとえば、特開平５−１３８１６号公報には、サ
ファイア基板が透明性を有している点を有効に利用し
て、サファイア基板側から光を取り出すようにしたもの
もある。
【０００８】しかしながら、上記したように、サファイ
アは高価で加工性に乏しいため、このような基板を用い
て製造された青色発光ダイオードは依然として高価であ
るし、また、基板が高価であるが故に、あるいは活性層
を流れる電流密度を高めるために、チップとしては可能
な限り小型化が図られるのであり、そうすると、このよ
うな小型のチップを発光効率を確保しつつ適正に母基板
やフレームに実装するための現実的かつ有効な方策を図
る必要がある。
アは高価で加工性に乏しいため、このような基板を用い
て製造された青色発光ダイオードは依然として高価であ
るし、また、基板が高価であるが故に、あるいは活性層
を流れる電流密度を高めるために、チップとしては可能
な限り小型化が図られるのであり、そうすると、このよ
うな小型のチップを発光効率を確保しつつ適正に母基板
やフレームに実装するための現実的かつ有効な方策を図
る必要がある。
【０００９】本願発明は、上記したような事情のもとで
考え出されたものであって、より安価であってかつ発光
効率が高められた半導体発光素子を提供することを目的
とする。
考え出されたものであって、より安価であってかつ発光
効率が高められた半導体発光素子を提供することを目的
とする。
【００１０】本願発明はまた、良好な発光効率をもちな
がら、実装対象への簡易な実装が可能な半導体発光素子
を提供することを他の目的とする。
がら、実装対象への簡易な実装が可能な半導体発光素子
を提供することを他の目的とする。
【００１１】
【発明の開示】上記の目的を達成するため、本願発明で
は、次の各技術的手段を採用した。
は、次の各技術的手段を採用した。
【００１２】本願発明の第1の側面によって提供される
半導体発光素子は、互いに表裏の関係を有する第1面と
第2面とをもつシリコン単結晶基板と、上記第１面の選
択された領域に導電性を有する所定の中間層を介して形
成された窒化ガリウム系半導体層と、上記窒化ガリウム
系半導体層の最上層に一部が接触させられ、かつ上記シ
リコン単結晶基板に対して絶縁されている第1電極層
と、上記シリコン単結晶基板の適部に形成された第2電
極層とを備えており、かつ、上記シリコン単結晶基板に
は、上記窒化ガリウム系半導体層から発せられた光を上
記第2面側に導く導光路が形成されていることを特徴と
している。
半導体発光素子は、互いに表裏の関係を有する第1面と
第2面とをもつシリコン単結晶基板と、上記第１面の選
択された領域に導電性を有する所定の中間層を介して形
成された窒化ガリウム系半導体層と、上記窒化ガリウム
系半導体層の最上層に一部が接触させられ、かつ上記シ
リコン単結晶基板に対して絶縁されている第1電極層
と、上記シリコン単結晶基板の適部に形成された第2電
極層とを備えており、かつ、上記シリコン単結晶基板に
は、上記窒化ガリウム系半導体層から発せられた光を上
記第2面側に導く導光路が形成されていることを特徴と
している。
【００１３】好ましい実施の形態においては、上記導光
路は、上記窒化ガリウム系半導体層の最下層の表面の一
部を上記第2面側に実質的に露出させるようにして上記
シリコン単結晶基板を厚み方向に貫通する孔によって形
成されている。
路は、上記窒化ガリウム系半導体層の最下層の表面の一
部を上記第2面側に実質的に露出させるようにして上記
シリコン単結晶基板を厚み方向に貫通する孔によって形
成されている。
【００１４】この場合において、上記孔には、好ましく
は、透光性の樹脂が充填されている。また、好ましく
は、上記樹脂には、蛍光体または光散乱材が混合されて
いる。
は、透光性の樹脂が充填されている。また、好ましく
は、上記樹脂には、蛍光体または光散乱材が混合されて
いる。
【００１５】好ましい実施の形態においてはまた、上記
孔は、第2面側に向かうほど拡径テーパ状を呈してい
る。また、孔は、第2面側に向かうほど拡径するパラボ
ラ状を呈していてもよい。
孔は、第2面側に向かうほど拡径テーパ状を呈してい
る。また、孔は、第2面側に向かうほど拡径するパラボ
ラ状を呈していてもよい。
【００１６】好ましい実施の形態においてはさらに、上
記窒化ガリウム系半導体層の最上層は、所定の中央領域
を残して絶縁層によって覆われており、この絶縁層に覆
われていない中央領域が上記第1電極層に接触させられ
ている。
記窒化ガリウム系半導体層の最上層は、所定の中央領域
を残して絶縁層によって覆われており、この絶縁層に覆
われていない中央領域が上記第1電極層に接触させられ
ている。
【００１７】好ましい実施の形態においてはまた、上記
中央領域の径は、実質的に上記シリコン単結晶基板に設
けた孔よりも小径とされている。
中央領域の径は、実質的に上記シリコン単結晶基板に設
けた孔よりも小径とされている。
【００１８】好ましい実施の形態においてはさらに、上
記選択された領域は、上記第1面から陥没させた陥没部
に形成されている。この場合において、好ましくは、上
記陥没部には、保護部材が装填されている。この上記保
護部材は、好ましくは、熱伝達機能を備えている。
記選択された領域は、上記第1面から陥没させた陥没部
に形成されている。この場合において、好ましくは、上
記陥没部には、保護部材が装填されている。この上記保
護部材は、好ましくは、熱伝達機能を備えている。
【００１９】好ましい実施の形態においてはさらに、上
記窒化ガリウム系半導体層は、その一部が他の部分に対
して厚み方向に偏倚させられている。
記窒化ガリウム系半導体層は、その一部が他の部分に対
して厚み方向に偏倚させられている。
【００２０】他の好ましい実施の形態においては、上記
シリコン単結晶基板の第1面には、他の電子素子が造り
込まれている。
シリコン単結晶基板の第1面には、他の電子素子が造り
込まれている。
【００２１】好ましい実施の形態においては、上記第1
電極層および第2電極層は、上記第1面側に配置されてい
る。
電極層および第2電極層は、上記第1面側に配置されてい
る。
【００２２】本願発明の第2の側面によって提供される
半導体発光素子の実装構造は、上記本願発明の第1の側
面に係る半導体発光素子が、上記第1面を下にして実装
対象に対して実装されていることを特徴としている。
半導体発光素子の実装構造は、上記本願発明の第1の側
面に係る半導体発光素子が、上記第1面を下にして実装
対象に対して実装されていることを特徴としている。
【００２３】本願発明の第3の側面によって提供される
半導体発光素子の製造方法は、次のステップを含むこと
を特徴としている。 (a) 互いに表裏の関係を有する第1面と第2面とをもつシ
リコン単結晶基板の第１面の選択された領域に対し、導
電性を有する所定の中間層を介して窒化ガリウム系半導
体層を形成するステップ、(b) 上記窒化ガリウム系半導
体層の最上層に一部が接触させられ、かつ上記シリコン
単結晶基板に対して絶縁されている第1電極層、およ
び、上記シリコン単結晶基板の適部に形成された第2電
極層を形成するステップ、(c)上記シリコン単結晶基板
に、上記窒化ガリウム系半導体層から発せられた光を上
記第2面側に導くための導光路を形成するステップ。
半導体発光素子の製造方法は、次のステップを含むこと
を特徴としている。 (a) 互いに表裏の関係を有する第1面と第2面とをもつシ
リコン単結晶基板の第１面の選択された領域に対し、導
電性を有する所定の中間層を介して窒化ガリウム系半導
体層を形成するステップ、(b) 上記窒化ガリウム系半導
体層の最上層に一部が接触させられ、かつ上記シリコン
単結晶基板に対して絶縁されている第1電極層、およ
び、上記シリコン単結晶基板の適部に形成された第2電
極層を形成するステップ、(c)上記シリコン単結晶基板
に、上記窒化ガリウム系半導体層から発せられた光を上
記第2面側に導くための導光路を形成するステップ。
【００２４】本願発明の第4の側面によって提供される
半導体発光素子は、表裏の関係を有する第1面と第2面と
をもつシリコン単結晶基板と、上記第１面の選択された
領域に搭載された発光ダイオードチップとを備えてお
り、上記シリコン単結晶基板には、上記発光ダイオード
チップから発せられた光を上記第2面側に導く導光路が
形成されていることを特徴としている。
半導体発光素子は、表裏の関係を有する第1面と第2面と
をもつシリコン単結晶基板と、上記第１面の選択された
領域に搭載された発光ダイオードチップとを備えてお
り、上記シリコン単結晶基板には、上記発光ダイオード
チップから発せられた光を上記第2面側に導く導光路が
形成されていることを特徴としている。
【００２５】好ましい実施の形態において、上記発光ダ
イオードチップは、サファイア基板上に窒化ガリウム系
半導体層を成長させて構成された青色発光ダイオードチ
ップが用いられる。
イオードチップは、サファイア基板上に窒化ガリウム系
半導体層を成長させて構成された青色発光ダイオードチ
ップが用いられる。
【００２６】この場合において、上記青色発光ダイオー
ドチップは、上記サファイア基板を下にして上記選択さ
れた領域に搭載されるか、または、上記サファイア基板
を上にして上記選択された領域に搭載されている。
ドチップは、上記サファイア基板を下にして上記選択さ
れた領域に搭載されるか、または、上記サファイア基板
を上にして上記選択された領域に搭載されている。
【００２７】好ましい実施の形態においてはまた、上記
導光路は、上記発光ダイオードチップの一部を上記第2
面側に実質的に露出させるようにして上記シリコン単結
晶基板を厚み方向に貫通する孔によって形成されてい
る。
導光路は、上記発光ダイオードチップの一部を上記第2
面側に実質的に露出させるようにして上記シリコン単結
晶基板を厚み方向に貫通する孔によって形成されてい
る。
【００２８】好ましい実施の形態においてはさらに、上
記孔には、透光性の樹脂が充填されている。この場合に
おいて、好ましくは、上記樹脂には、蛍光体または光散
乱材が混合されている。
記孔には、透光性の樹脂が充填されている。この場合に
おいて、好ましくは、上記樹脂には、蛍光体または光散
乱材が混合されている。
【００２９】好ましい実施の形態において、上記孔は、
上記第2面側に向かうほど拡径するテーパ状を呈してい
る。また、この孔は、上記第2面側に向かうほど拡径す
るパラボラ状を呈していてもよい。
上記第2面側に向かうほど拡径するテーパ状を呈してい
る。また、この孔は、上記第2面側に向かうほど拡径す
るパラボラ状を呈していてもよい。
【００３０】好ましい実施の形態においては、上記選択
された領域は、上記第1面から陥没させた陥没部に形成
されている。この場合におて、上記陥没部には、好まし
くは、保護材が装填されている。
された領域は、上記第1面から陥没させた陥没部に形成
されている。この場合におて、上記陥没部には、好まし
くは、保護材が装填されている。
【００３１】他の好ましい実施の形態においては、上記
シリコン単結晶基板の第1面には、他の電子素子が造り
込まれている。
シリコン単結晶基板の第1面には、他の電子素子が造り
込まれている。
【００３２】好ましい実施の形態においてはさらに、上
記シリコン単結晶基板の第1面にはまた、上記青色発光
ダイオードチップの一方の電極に導通する第1電極層
と、上記青色発光ダイオードチップの他方の電極に導通
する第2電極層とが配置されている。
記シリコン単結晶基板の第1面にはまた、上記青色発光
ダイオードチップの一方の電極に導通する第1電極層
と、上記青色発光ダイオードチップの他方の電極に導通
する第2電極層とが配置されている。
【００３３】本願発明の第５の側面によって提供される
半導体発光素子の実装構造は、上記本願発明の第4の側
面に係る半導体発光素子が、上記第1面を下にして実装
対象に対して実装されていることを特徴とする。
半導体発光素子の実装構造は、上記本願発明の第4の側
面に係る半導体発光素子が、上記第1面を下にして実装
対象に対して実装されていることを特徴とする。
【００３４】本願発明のその他の特徴および利点は、図
面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかと
なろう。
面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかと
なろう。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、本願発明の好ましい実施の
形態につき、図面を参照して具体的に説明する。図１
は、本願発明に係る半導体発光素子１０の第１の実施形
態の縦断面図、図２は、図１の要部拡大図、図３は、図
１に示す半導体発光素子の製造工程の一例の説明図であ
る。
形態につき、図面を参照して具体的に説明する。図１
は、本願発明に係る半導体発光素子１０の第１の実施形
態の縦断面図、図２は、図１の要部拡大図、図３は、図
１に示す半導体発光素子の製造工程の一例の説明図であ
る。
【００３６】図１および図２に示すように、この半導体
発光素子１０は、上面を第１面２０ａとし、下面を第２
面２０ｂとする所定厚みのシリコン単結晶基板２０を備
えている。このシリコン単結晶基板２０の平面視形状
は、たとえば矩形状とされる。シリコン単結晶基板２０
の上面に選択された中央領域には、所定深さ段下げされ
た陥没部２１が形成されている。この陥没部２１の平面
視形状は、たとえば円形とされる。
発光素子１０は、上面を第１面２０ａとし、下面を第２
面２０ｂとする所定厚みのシリコン単結晶基板２０を備
えている。このシリコン単結晶基板２０の平面視形状
は、たとえば矩形状とされる。シリコン単結晶基板２０
の上面に選択された中央領域には、所定深さ段下げされ
た陥没部２１が形成されている。この陥没部２１の平面
視形状は、たとえば円形とされる。
【００３７】上記シリコン単結晶基板２０にはまた、上
記陥没部２１の底部から第２面２０ｂにかけて、厚み方
向に貫通する孔３１が形成されている。この孔３１は、
好ましくは、第２面２０ｂに向かうほど拡径するテーパ
穴状とされる。
記陥没部２１の底部から第２面２０ｂにかけて、厚み方
向に貫通する孔３１が形成されている。この孔３１は、
好ましくは、第２面２０ｂに向かうほど拡径するテーパ
穴状とされる。
【００３８】上記陥没部２１には、窒化ガリウム系の半
導体層４０が、その周縁部が上記孔３１の開口３１ａの
縁に載るような格好で配置されている。より具体的に
は、図2に良く表れているように、この窒化ガリウム系
の半導体層４０は、たとえば、Ｎ型半導体層４１（Ｇａ
Ｎ層、あるいはＡｌＧａＮ層）、活性層４２（ＩｎＧａ
Ｎ層）、Ｐ型半導体層４３（ＧａＮ層、あるいはＡｌＧ
ａＮ層）を含み、これらを連続的にエピタキシャル成長
させたものである。ただし、シリコン単結晶基板２０上
に上記の窒化ガリウム系半導体層４０を適正に成長させ
るために、この窒化ガリウム系半導体層４０は、上記シ
リコン単結晶基板２０上に窒化チタン（ＴｉＮ）などの
中間層２５を形成した上で成長させられる。なお、この
窒化ガリウム系半導体層４０の形成の手法については、
図３を参照して後述する。
導体層４０が、その周縁部が上記孔３１の開口３１ａの
縁に載るような格好で配置されている。より具体的に
は、図2に良く表れているように、この窒化ガリウム系
の半導体層４０は、たとえば、Ｎ型半導体層４１（Ｇａ
Ｎ層、あるいはＡｌＧａＮ層）、活性層４２（ＩｎＧａ
Ｎ層）、Ｐ型半導体層４３（ＧａＮ層、あるいはＡｌＧ
ａＮ層）を含み、これらを連続的にエピタキシャル成長
させたものである。ただし、シリコン単結晶基板２０上
に上記の窒化ガリウム系半導体層４０を適正に成長させ
るために、この窒化ガリウム系半導体層４０は、上記シ
リコン単結晶基板２０上に窒化チタン（ＴｉＮ）などの
中間層２５を形成した上で成長させられる。なお、この
窒化ガリウム系半導体層４０の形成の手法については、
図３を参照して後述する。
【００３９】上記窒化ガリウム系半導体層４０の最上層
の表面には、第１電極層５１の一部が接触させられてお
り、この第１電極層５１は、上記シリコン単結晶基板２
０に対して絶縁がとられている。より具体的には、上記
シリコン単結晶基板２０の第１面２０ａ側には、上記窒
化ガリウム系半導体層４０の最上層をその中央部の所定
領域を残して覆い、かつ、陥没部２１から第１面２０ａ
にかけて、第１電極層５１を延出させるべき領域を覆う
ＳｉＯ2などの絶縁層６１を真空スパッタリングあるい
は蒸着ないしはこれらとエッチングの手法を組み合わせ
て形成し、さらに、ＡｕあるいはＡｇ系の導体金属によ
り上記第１電極層５１を真空スパッタリングあるいは蒸
着ないしはこれらとエッチングの手法を組み合わせて形
成する。図に示す実施形態では、上記第１電極層５１
は、その一端が陥没部２１の内部において上記窒化ガリ
ウム系半導体層４０の上面に接触し、他端がシリコン単
結晶基板２０の第１面２０ａの適部に配置されている。
また、上記絶縁層６１における上記半導体層４０の上面
を露出させる開口６１ａの径は、シリコン単結晶基板２
０に設けた孔３１の第１面２０ａ側の開口３１ａの径よ
りも小に設定されている。シリコン単結晶基板２０の第
１面２０ａの適部にはまた、このシリコン単結晶基板２
０と導通する第２電極層５２が形成されている。この第
２電極層５２もまた、第１電極層５１と同様にして形成
することができる。
の表面には、第１電極層５１の一部が接触させられてお
り、この第１電極層５１は、上記シリコン単結晶基板２
０に対して絶縁がとられている。より具体的には、上記
シリコン単結晶基板２０の第１面２０ａ側には、上記窒
化ガリウム系半導体層４０の最上層をその中央部の所定
領域を残して覆い、かつ、陥没部２１から第１面２０ａ
にかけて、第１電極層５１を延出させるべき領域を覆う
ＳｉＯ2などの絶縁層６１を真空スパッタリングあるい
は蒸着ないしはこれらとエッチングの手法を組み合わせ
て形成し、さらに、ＡｕあるいはＡｇ系の導体金属によ
り上記第１電極層５１を真空スパッタリングあるいは蒸
着ないしはこれらとエッチングの手法を組み合わせて形
成する。図に示す実施形態では、上記第１電極層５１
は、その一端が陥没部２１の内部において上記窒化ガリ
ウム系半導体層４０の上面に接触し、他端がシリコン単
結晶基板２０の第１面２０ａの適部に配置されている。
また、上記絶縁層６１における上記半導体層４０の上面
を露出させる開口６１ａの径は、シリコン単結晶基板２
０に設けた孔３１の第１面２０ａ側の開口３１ａの径よ
りも小に設定されている。シリコン単結晶基板２０の第
１面２０ａの適部にはまた、このシリコン単結晶基板２
０と導通する第２電極層５２が形成されている。この第
２電極層５２もまた、第１電極層５１と同様にして形成
することができる。
【００４０】上記陥没部２１には、上記第１電極層５１
の一部を埋めるようにして、たとえばエポキシ樹脂から
なる保護部材６２が装填されている。この保護部材６２
には、好ましくはシリコンコンパウンド等の熱良導性の
部材を混入させておけば、放熱を促進することができ
る。
の一部を埋めるようにして、たとえばエポキシ樹脂から
なる保護部材６２が装填されている。この保護部材６２
には、好ましくはシリコンコンパウンド等の熱良導性の
部材を混入させておけば、放熱を促進することができ
る。
【００４１】上記孔３１には、好ましくは、エポキシ樹
脂などの透光性樹脂３２が充填される。これにより、こ
のエポキシ樹脂は、上記窒化ガリウム系半導体層４０が
発する光を第２面２０ｂ側に導くための導光路３０とし
ての役割と、上記半導体層４０のための保護部材として
の役割を果たす。また、上記エポキシ樹脂３２にたとえ
ば蛍光体あるいは金属微粉末からなる光散乱材を混入し
ておいてもよい。
脂などの透光性樹脂３２が充填される。これにより、こ
のエポキシ樹脂は、上記窒化ガリウム系半導体層４０が
発する光を第２面２０ｂ側に導くための導光路３０とし
ての役割と、上記半導体層４０のための保護部材として
の役割を果たす。また、上記エポキシ樹脂３２にたとえ
ば蛍光体あるいは金属微粉末からなる光散乱材を混入し
ておいてもよい。
【００４２】以上の構成において、窒化ガリウム系半導
体層４０のＰ型半導体層４３は第１電極層５１に、Ｎ型
半導体層４１はシリコン単結晶基板２０を介して第２電
極層５２にそれぞれ導通されているから、両電極層５
１，５２間に通電すると、窒化ガリウム系半導体層４０
は、その活性層４２において青色に発光する。この光
は、導光路３０を介してシリコン単結晶基板２０の第２
面２０ｂに効率的に取り出される。上記したように、導
光路３０（エポキシ樹脂３２）中に蛍光体あるいは光散
乱材を混入させておくと、第２面２０ｂ側に取り出され
る光の効率がさらに高められ、導光路３０の開口を全面
発光させることができ、また、発光色を調節することも
できる。さらには、図に示す実施形態では、上記窒化ガ
リウム系半導体層４０の上記第１面２０ａ側の露出部の
すべてが金属電極層（第１電極層５１）によって覆われ
ているため、この金属電極層が光反射面として機能し、
上記活性層４２から図１の上方に向かった光を無駄とな
ることなく反射させて、上記導光路３０に向けて照射さ
せる。このことによっても、発光効率が著しく高まる。
さらには、上記窒化ガリウム系半導体層４０の上記第１
面２０ａ側を覆う絶縁層６１の開口６１ａの径を上記導
光路３０の径よりも小としているので、窒化ガリウム系
半導体層４０の活性層４２の選択された中央領域を主に
発光させることができる。これにより、発光部がシリコ
ン単結晶基板２０の孔３１の縁３１ａ等の陰になること
を防止することができ、このことによっても発光効率が
高められる。
体層４０のＰ型半導体層４３は第１電極層５１に、Ｎ型
半導体層４１はシリコン単結晶基板２０を介して第２電
極層５２にそれぞれ導通されているから、両電極層５
１，５２間に通電すると、窒化ガリウム系半導体層４０
は、その活性層４２において青色に発光する。この光
は、導光路３０を介してシリコン単結晶基板２０の第２
面２０ｂに効率的に取り出される。上記したように、導
光路３０（エポキシ樹脂３２）中に蛍光体あるいは光散
乱材を混入させておくと、第２面２０ｂ側に取り出され
る光の効率がさらに高められ、導光路３０の開口を全面
発光させることができ、また、発光色を調節することも
できる。さらには、図に示す実施形態では、上記窒化ガ
リウム系半導体層４０の上記第１面２０ａ側の露出部の
すべてが金属電極層（第１電極層５１）によって覆われ
ているため、この金属電極層が光反射面として機能し、
上記活性層４２から図１の上方に向かった光を無駄とな
ることなく反射させて、上記導光路３０に向けて照射さ
せる。このことによっても、発光効率が著しく高まる。
さらには、上記窒化ガリウム系半導体層４０の上記第１
面２０ａ側を覆う絶縁層６１の開口６１ａの径を上記導
光路３０の径よりも小としているので、窒化ガリウム系
半導体層４０の活性層４２の選択された中央領域を主に
発光させることができる。これにより、発光部がシリコ
ン単結晶基板２０の孔３１の縁３１ａ等の陰になること
を防止することができ、このことによっても発光効率が
高められる。
【００４３】なお、この半導体発光素子１０は、シリコ
ン単結晶が基板として用いられているため、この基板２
０の第1面２０ａに対してウエハプロセスを施すことに
より、たとえば、ドライブ用定電流回路、あるいはロジ
ック回路等の他の素子または素子集合体を造り込み、Ｉ
Ｃ一体型の半導体発光素子を構成することも容易であ
る。
ン単結晶が基板として用いられているため、この基板２
０の第1面２０ａに対してウエハプロセスを施すことに
より、たとえば、ドライブ用定電流回路、あるいはロジ
ック回路等の他の素子または素子集合体を造り込み、Ｉ
Ｃ一体型の半導体発光素子を構成することも容易であ
る。
【００４４】図４は、上記構成の半導体発光素子１０の
母基板５等の実装対象に対する実装構造の一例を示す。
こ半導体発光素子１０は、シリコン単結晶基板２０の第
１面２０ａに第１電極層５１および第２電極層５２が形
成されているので、フェイスダウン方式によって母基板
５に実装することができる。このように実装した状態に
おいて、窒化ガリウム系半導体層４０から発せられた光
は、導光路３０を介して上方に照射されるので、好都合
である。
母基板５等の実装対象に対する実装構造の一例を示す。
こ半導体発光素子１０は、シリコン単結晶基板２０の第
１面２０ａに第１電極層５１および第２電極層５２が形
成されているので、フェイスダウン方式によって母基板
５に実装することができる。このように実装した状態に
おいて、窒化ガリウム系半導体層４０から発せられた光
は、導光路３０を介して上方に照射されるので、好都合
である。
【００４５】次に、上記構成の半導体発光素子１０の製
造方法の一例につき、図３を参照して説明する。
造方法の一例につき、図３を参照して説明する。
【００４６】図３(a)に示すように、シリコン単結晶基
板２０が準備される。このシリコン単結晶基板２０は、
２００〜４００μｍ程度の厚みを有し、互いに表裏面の
関係を有する第１面２０ａおよび第２面２０ｂを有して
いる。図は、単体の半導体発光素子のための区分された
領域を示し、矩形の平面視形態を有するが、実際の製造
においては、上記のような区分が縦横に複数連続したウ
エハ状態のものが準備される。また、第１面２０ａに
は、陥没部２１がエッチングなどによって形成される。
この陥没部２１の平面視形態は、たとえば円形である。
板２０が準備される。このシリコン単結晶基板２０は、
２００〜４００μｍ程度の厚みを有し、互いに表裏面の
関係を有する第１面２０ａおよび第２面２０ｂを有して
いる。図は、単体の半導体発光素子のための区分された
領域を示し、矩形の平面視形態を有するが、実際の製造
においては、上記のような区分が縦横に複数連続したウ
エハ状態のものが準備される。また、第１面２０ａに
は、陥没部２１がエッチングなどによって形成される。
この陥没部２１の平面視形態は、たとえば円形である。
【００４７】上記のようなシリコン単結晶基板２０の第
１面２０ａおける上記の陥没部２１には、窒化ガリウム
系の半導体層４０が形成される。このような半導体層４
０を適正に形成するために、シリコン単結晶基板２０の
表面が水素終端処理された上で、窒化チタン（ＴｉＮ）
からなる中間層２５がプラズマスパッタリング法等によ
って形成され、この中間層２５上に上記窒化ガリウム系
半導体層４０がエピタキシャル成長させられる。上記窒
化ガリウム系半導体層４０は、より具体的には、Ｎ型半
導体層４１（ＧａＮ層、あるいはＡｌＧａＮ層）、活性
層４２（ＩｎＧａＮ層）、Ｐ型半導体層４３（ＧａＮ
層、あるいはＡｌＧａＮ層）が連続的にエピタキシャル
成長させられることによって形成される。陥没部２１内
の限定的な領域に上記の窒化ガリウム系半導体層４０を
形成するためには、シリコン単結晶基板２０の第1面２
０ａの全面に上記の半導体層４０を成長させた上、不要
な部分をエッチングによって除去してもよいし、成長領
域を限定したいわゆる選択エピタキシャル成長の手法に
よって形成することもできる。シリコン単結晶基板上に
水素終端処理をした上で窒化チタン中間層を形成すれ
ば、その上方に窒化ガリウム系半導体層が適正に成長さ
せられることは、すでに本明細書の冒頭で説明したとお
りである。
１面２０ａおける上記の陥没部２１には、窒化ガリウム
系の半導体層４０が形成される。このような半導体層４
０を適正に形成するために、シリコン単結晶基板２０の
表面が水素終端処理された上で、窒化チタン（ＴｉＮ）
からなる中間層２５がプラズマスパッタリング法等によ
って形成され、この中間層２５上に上記窒化ガリウム系
半導体層４０がエピタキシャル成長させられる。上記窒
化ガリウム系半導体層４０は、より具体的には、Ｎ型半
導体層４１（ＧａＮ層、あるいはＡｌＧａＮ層）、活性
層４２（ＩｎＧａＮ層）、Ｐ型半導体層４３（ＧａＮ
層、あるいはＡｌＧａＮ層）が連続的にエピタキシャル
成長させられることによって形成される。陥没部２１内
の限定的な領域に上記の窒化ガリウム系半導体層４０を
形成するためには、シリコン単結晶基板２０の第1面２
０ａの全面に上記の半導体層４０を成長させた上、不要
な部分をエッチングによって除去してもよいし、成長領
域を限定したいわゆる選択エピタキシャル成長の手法に
よって形成することもできる。シリコン単結晶基板上に
水素終端処理をした上で窒化チタン中間層を形成すれ
ば、その上方に窒化ガリウム系半導体層が適正に成長さ
せられることは、すでに本明細書の冒頭で説明したとお
りである。
【００４８】次に、図３(c)に示すように、シリコン単
結晶基板２０の第１面２０ａの所定部位に、絶縁層６１
としてのたとえばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）が蒸着ま
たはスパッタリング等によって形成される。この絶縁層
６１は、上記窒化ガリウム系半導体層４０の上面中央部
を残して陥没部２１を覆うとともに、第１面２０ａの適
所まで延出させられている。この絶縁層６１の形成領域
の選択は、エッチングによって行われる。
結晶基板２０の第１面２０ａの所定部位に、絶縁層６１
としてのたとえばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）が蒸着ま
たはスパッタリング等によって形成される。この絶縁層
６１は、上記窒化ガリウム系半導体層４０の上面中央部
を残して陥没部２１を覆うとともに、第１面２０ａの適
所まで延出させられている。この絶縁層６１の形成領域
の選択は、エッチングによって行われる。
【００４９】次いで、図３(d)に示すように、第１電極
層５１および第２電極層５２が形成される。前述したよ
うに、第１電極層５１は、窒化ガリウム系半導体層４０
の露出上面に接触させられるようにしつつ、上記絶縁層
６１の上面にそって、上記第１面２０ａの適所まで延出
形成される。第２電極５２は、シリコン単結晶基板２０
の第１面２０ａの適部に直接的に形成される。これら第
１電極層５１および第２電極層５２は、蒸着またはスパ
ッタリングによって形成され、形成領域の選択は、エッ
チングによって行われる。なお、これらの電極層５１，
５２は、たとえば、Ａｕ系またはＡｇ系の金属材料によ
って形成される。
層５１および第２電極層５２が形成される。前述したよ
うに、第１電極層５１は、窒化ガリウム系半導体層４０
の露出上面に接触させられるようにしつつ、上記絶縁層
６１の上面にそって、上記第１面２０ａの適所まで延出
形成される。第２電極５２は、シリコン単結晶基板２０
の第１面２０ａの適部に直接的に形成される。これら第
１電極層５１および第２電極層５２は、蒸着またはスパ
ッタリングによって形成され、形成領域の選択は、エッ
チングによって行われる。なお、これらの電極層５１，
５２は、たとえば、Ａｕ系またはＡｇ系の金属材料によ
って形成される。
【００５０】次いで、図３(e)に示すように、シリコン
単結晶基板２０に、その第２面２０ｂ側から、上記窒化
ガリウム系半導体層４０の底面の一部を露出させるよう
にして、孔３１が形成される。この孔３１の形成は、た
とえば、エッチングによって行われる。
単結晶基板２０に、その第２面２０ｂ側から、上記窒化
ガリウム系半導体層４０の底面の一部を露出させるよう
にして、孔３１が形成される。この孔３１の形成は、た
とえば、エッチングによって行われる。
【００５１】次いで、第１面２０ａの陥没部２１に保護
部材６２を装填するとともに、上記孔３１にエポキシ樹
脂などの透光性樹脂３２を充填した上、ウエハを各単位
素子領域ごとに分割することにより、図１に示した構成
の半導体発光素子１０を得る。
部材６２を装填するとともに、上記孔３１にエポキシ樹
脂などの透光性樹脂３２を充填した上、ウエハを各単位
素子領域ごとに分割することにより、図１に示した構成
の半導体発光素子１０を得る。
【００５２】図５は本願発明の半導体発光素子１０の第
２の実施形態の要部断面図である。この実施形態におい
ては、図1に示した実施形態とは次の点が異なる。すな
わち、窒化ガリウム系半導体層４０は、周縁領域に対し
て中央領域が基板２０の第１面２０ａ側に偏倚させられ
ており、かつ、シリコン単結晶基板２０に設けられる孔
３１は、第２面２０ｂ側に向かうほど拡径するパラボラ
状としている。また、この孔３１の内面には、Ａｇある
いはＡｌ等を蒸着して形成した反射膜３３が形成されて
いる。その余の点は、図１に示した実施形態と同様であ
るので、説明は省略する。
２の実施形態の要部断面図である。この実施形態におい
ては、図1に示した実施形態とは次の点が異なる。すな
わち、窒化ガリウム系半導体層４０は、周縁領域に対し
て中央領域が基板２０の第１面２０ａ側に偏倚させられ
ており、かつ、シリコン単結晶基板２０に設けられる孔
３１は、第２面２０ｂ側に向かうほど拡径するパラボラ
状としている。また、この孔３１の内面には、Ａｇある
いはＡｌ等を蒸着して形成した反射膜３３が形成されて
いる。その余の点は、図１に示した実施形態と同様であ
るので、説明は省略する。
【００５３】上記のように窒化ガリウム系半導体層４０
が部分的に偏倚させられている結果、この半導体層４０
の表面に変曲部分が生じる。窒化ガリウム系半導体層４
０の屈折率は２以上であるために、活性層４２から発し
た光が外部に出射されにくくなるが、上記のように半導
体層４０の表面が変曲させられていることにより、光が
半導体層４０の内部を導波する間に臨界反射角よりも小
さい角度で界面に入射する確率が高まり、この光が外部
に出射されやすくなる。このことは、半導体発光素子１
０としての発光効率を高めることに寄与する。
が部分的に偏倚させられている結果、この半導体層４０
の表面に変曲部分が生じる。窒化ガリウム系半導体層４
０の屈折率は２以上であるために、活性層４２から発し
た光が外部に出射されにくくなるが、上記のように半導
体層４０の表面が変曲させられていることにより、光が
半導体層４０の内部を導波する間に臨界反射角よりも小
さい角度で界面に入射する確率が高まり、この光が外部
に出射されやすくなる。このことは、半導体発光素子１
０としての発光効率を高めることに寄与する。
【００５４】また、孔３１の内面を上記のようにパラボ
ラ状とするとともに、反射膜３３が形成されていること
により、光をより効率的に外部に取り出すことかできる
ようになる。なお、この実施形態に係る半導体発光素子
１０についても、図３を参照して上述した手法を踏襲し
て製造しうることは、容易に理解されよう。
ラ状とするとともに、反射膜３３が形成されていること
により、光をより効率的に外部に取り出すことかできる
ようになる。なお、この実施形態に係る半導体発光素子
１０についても、図３を参照して上述した手法を踏襲し
て製造しうることは、容易に理解されよう。
【００５５】図６は、本願発明に係る半導体発光素子１
０の第３の実施形態を示す断面図である。この半導体発
光素子１０は、第１面２０ａと第２面２０ｂとを有する
シリコン単結晶基板２０の第１面２０ａに、従来手法で
作製された青色発光ダイオードチップ７０を搭載し、こ
の青色発光ダイオードチップ７０から出射させた光を上
記シリコン単結晶基板２０に貫通形成した導光路３０を
通してこの基板２０の第２面２０ｂ側に出射させるよう
にしたものである。
０の第３の実施形態を示す断面図である。この半導体発
光素子１０は、第１面２０ａと第２面２０ｂとを有する
シリコン単結晶基板２０の第１面２０ａに、従来手法で
作製された青色発光ダイオードチップ７０を搭載し、こ
の青色発光ダイオードチップ７０から出射させた光を上
記シリコン単結晶基板２０に貫通形成した導光路３０を
通してこの基板２０の第２面２０ｂ側に出射させるよう
にしたものである。
【００５６】すなわち従来手法によって作製された青色
発光ダイオードチップ７０は、サファイア基板７１の上
面にＮ型半導体層７２（ＧａＮ層、あるいはＡｌＧａＮ
層）、活性層７３（ＩｎＧａＮ層）およびＰ型半導体層
７４（ＧａＮ層、あるいはＡｌＧａＮ層）を順次形成
し、Ｎ型半導体層７２に形成した露出面にＮ側電極５２
を、Ｐ型半導体層７４の表面にＰ側電極５１を、それぞ
れ形成したものである。この実施形態では、サファイア
基板７１を下にして、上記第１面２０ａに形成した陥没
部２１に実装している。Ｎ側電極５２およびＰ側電極５
１は、それぞれ、上記第１面２０ａに配した配線パター
ン８０に対してワイヤボンディングによって導通させら
れている。各電極５１，５２に対応する配線パターン８
０は、上記第１面２０ａの適所まで引き回され、そこに
バンプ６３が形成されている。各配線パターン８０の下
層には、シリコン単結晶基板２０との絶縁を図るため、
シリコン酸化膜等の絶縁層６１が介装させられている。
発光ダイオードチップ７０は、サファイア基板７１の上
面にＮ型半導体層７２（ＧａＮ層、あるいはＡｌＧａＮ
層）、活性層７３（ＩｎＧａＮ層）およびＰ型半導体層
７４（ＧａＮ層、あるいはＡｌＧａＮ層）を順次形成
し、Ｎ型半導体層７２に形成した露出面にＮ側電極５２
を、Ｐ型半導体層７４の表面にＰ側電極５１を、それぞ
れ形成したものである。この実施形態では、サファイア
基板７１を下にして、上記第１面２０ａに形成した陥没
部２１に実装している。Ｎ側電極５２およびＰ側電極５
１は、それぞれ、上記第１面２０ａに配した配線パター
ン８０に対してワイヤボンディングによって導通させら
れている。各電極５１，５２に対応する配線パターン８
０は、上記第１面２０ａの適所まで引き回され、そこに
バンプ６３が形成されている。各配線パターン８０の下
層には、シリコン単結晶基板２０との絶縁を図るため、
シリコン酸化膜等の絶縁層６１が介装させられている。
【００５７】第１の実施形態と同様、シリコン単結晶基
板２０に設けた孔３１には、好ましくは、エポキシ樹脂
等の透光性樹脂３２が充填される。また、上記第１面２
０ａ側の陥没部２１にも、好ましくはエポキシ樹脂等の
保護部材６２が装填され、チップ７０およびボンディン
グワイヤ７５が保護される。
板２０に設けた孔３１には、好ましくは、エポキシ樹脂
等の透光性樹脂３２が充填される。また、上記第１面２
０ａ側の陥没部２１にも、好ましくはエポキシ樹脂等の
保護部材６２が装填され、チップ７０およびボンディン
グワイヤ７５が保護される。
【００５８】以上の構成において、発光ダイオードチッ
プ７０の活性層７３から発せられた光は透明なサファイ
ア基板７１を透過し、上記の導光路３０を介してシリコ
ン単結晶基板２０の第２面２０ｂ側から効率的に取り出
される。Ｐ側電極５１を全面電極としておけば、この電
極５１が反射面として機能し、活性層７３から図６の上
方に発せられた光も無駄とすることなく、導光路３０に
向けて反射し、基板２０の第２面２０ｂ側から効率的に
外部に取り出すことができる。
プ７０の活性層７３から発せられた光は透明なサファイ
ア基板７１を透過し、上記の導光路３０を介してシリコ
ン単結晶基板２０の第２面２０ｂ側から効率的に取り出
される。Ｐ側電極５１を全面電極としておけば、この電
極５１が反射面として機能し、活性層７３から図６の上
方に発せられた光も無駄とすることなく、導光路３０に
向けて反射し、基板２０の第２面２０ｂ側から効率的に
外部に取り出すことができる。
【００５９】また、この実施形態においても、第１の実
施形態と同様、シリコン単結晶基板２０にウェハプロセ
スを施すことにより、定電流回路やロジック回路を一体
に造り込むことができるという利点を有する。そして、
この半導体発光素子もまた、上記基板２０の第１面２０
ａを下にして、いわゆるフェイスダウン方式で母基板等
の実装対象に実装することができる。
施形態と同様、シリコン単結晶基板２０にウェハプロセ
スを施すことにより、定電流回路やロジック回路を一体
に造り込むことができるという利点を有する。そして、
この半導体発光素子もまた、上記基板２０の第１面２０
ａを下にして、いわゆるフェイスダウン方式で母基板等
の実装対象に実装することができる。
【００６０】図７は、本願発明に係る半導体発光素子１
０の第４の実施形態を示す断面図である。この実施形態
においても、図６に示した実施形態と同様、従来手法で
作製された青色発光ダイオードチップ７０が用いられて
いるが、本実施形態では、サファイア基板７１を上にし
て、実装されている。この場合、Ｎ側電極５２とＰ側電
極５１との高さ調整がなされ、これらの電極５１，５２
が上記第１面２０ａに形成された配線パターン８０に対
し、異方性導電膜や導電性接着剤などで直接的に接続さ
れている。その余の構成は図６に示した実施形態と同様
であるので、説明は省略する。この実施形態において
も、図６に示した実施形態と同様の利点を享受できるこ
とは、容易に理解されよう。なお、本実施形態の場合、
サファイア基板７１の表面に、金属反射膜（図示略）を
形成しておくと、活性層７３から図の上方に向けて進行
する光を導光路３０に向けて反射させ、半導体発光素子
１０としての発光効率をより高めることができる。
０の第４の実施形態を示す断面図である。この実施形態
においても、図６に示した実施形態と同様、従来手法で
作製された青色発光ダイオードチップ７０が用いられて
いるが、本実施形態では、サファイア基板７１を上にし
て、実装されている。この場合、Ｎ側電極５２とＰ側電
極５１との高さ調整がなされ、これらの電極５１，５２
が上記第１面２０ａに形成された配線パターン８０に対
し、異方性導電膜や導電性接着剤などで直接的に接続さ
れている。その余の構成は図６に示した実施形態と同様
であるので、説明は省略する。この実施形態において
も、図６に示した実施形態と同様の利点を享受できるこ
とは、容易に理解されよう。なお、本実施形態の場合、
サファイア基板７１の表面に、金属反射膜（図示略）を
形成しておくと、活性層７３から図の上方に向けて進行
する光を導光路３０に向けて反射させ、半導体発光素子
１０としての発光効率をより高めることができる。
【００６１】もちろん、この発明の範囲は上述した実施
形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の各請
求項に記載した事項の範囲内でのあらゆる変更は、すべ
て本願発明の範囲に含まれる。
形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の各請
求項に記載した事項の範囲内でのあらゆる変更は、すべ
て本願発明の範囲に含まれる。
【００６２】たとえば、シリコン単結晶基板２０上に窒
化ガリウム系半導体層４０を適正に成長させるための中
間層２５としては、上記した窒化チタンのほか、ＡｌＮ
／ＡｌＧａＮを採用することもできる。
化ガリウム系半導体層４０を適正に成長させるための中
間層２５としては、上記した窒化チタンのほか、ＡｌＮ
／ＡｌＧａＮを採用することもできる。
【図１】本願発明に係る半導体発光素子の第１の実施形
態を示す縦断面図である。
態を示す縦断面図である。
【図２】図１に示した半導体発光素子の要部拡大断面図
である。
である。
【図３】図１に示した半導体発光素子の製造方法の一例
の説明図である。
の説明図である。
【図４】図１に示した半導体発光素子の実装状態の一例
の説明図である。
の説明図である。
【図５】本願発明に係る半導体発光素子の第２の実施形
態を示す要部断面図である。
態を示す要部断面図である。
【図６】本願発明に係る半導体発光素子の第３の実施形
態を示す要部断面図である。
態を示す要部断面図である。
【図７】本願発明に係る半導体発光素子の第４の実施形
態を示す要部断面図である。
態を示す要部断面図である。
１０ 半導体発光素子
２０ シリコン単結晶基板
２０ａ 第１面
２０ｂ 第２面
２１ 陥没部
２５ 中間層
３０ 導光路
３１ 孔
３１ａ 開口
３２ 透光性樹脂（エポキシ樹脂）
３３ 反射膜
４０ 窒化ガリウム系半導体層
４１ Ｎ型半導体層
４２ 活性層
４３ Ｐ型半導体層
５１ 第１電極層（Ｐ側電極）
５２ 第２電極層（Ｎ側電極）
６１ 絶縁層
６１ａ 開口
６２ 保護部材
７０ 青色発光ダイオードチップ
７１ サファイア基板
７２ Ｎ型半導体層
７３ 活性層
７４ Ｐ型半導体層
７５ ワイヤ
８０ 配線パターン
Claims (30)
- 【請求項１】 互いに表裏の関係を有する第1面と第2面
とをもつシリコン単結晶基板と、上記第１面の選択され
た領域に導電性を有する所定の中間層を介して形成され
た窒化ガリウム系半導体層と、上記窒化ガリウム系半導
体層の最上層に一部が接触させられ、かつ上記シリコン
単結晶基板に対して絶縁されている第1電極層と、上記
シリコン単結晶基板の適部に形成された第2電極層とを
備えており、かつ、上記シリコン単結晶基板には、上記
窒化ガリウム系半導体層から発せられた光を上記第2面
側に導く導光路が形成されていることを特徴とする、半
導体発光素子。 - 【請求項２】 上記導光路は、上記窒化ガリウム系半導
体層の最下層の表面の一部を上記第2面側に実質的に露
出させるようにして上記シリコン単結晶基板を厚み方向
に貫通する孔によって形成されている、請求項１に記載
の半導体発光素子。 - 【請求項３】 上記孔には、透光性の樹脂が充填されて
いる、請求項２に記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 上記樹脂には、蛍光体または光散乱材が
混合されている、請求項３に記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 上記孔は、第2面側に向かうほど拡径テ
ーパ状を呈している、請求項２ないし４のいずれかに記
載の半導体発光素子。 - 【請求項６】 上記孔は、第2面側に向かうほど拡径す
るパラボラ状を呈している、請求項２ないし４のいずれ
かに記載の半導体発光素子。 - 【請求項７】 上記窒化ガリウム系半導体層の最上層
は、所定の中央領域を残して絶縁層によって覆われてお
り、この絶縁層に覆われていない中央領域が上記第1電
極層に接触させられている、請求項１ないし６のいずれ
かに記載の半導体発光素子。 - 【請求項８】 上記中央領域の径は、実質的に上記シリ
コン単結晶基板に設けた孔よりも小径とされている、請
求項７に記載の半導体発光素子。 - 【請求項９】 上記選択された領域は、上記第1面から
陥没させた陥没部に形成されている、請求項１ないし８
のいずれかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項１０】 上記陥没部には、保護部材が装填され
ている、請求項９に記載の半導体発光素子。 - 【請求項１１】 上記保護部材は、熱伝達機能を備えて
いる、請求項１０に記載の半導体発光素子。 - 【請求項１２】 上記窒化ガリウム系半導体層は、その
一部が他の部分に対して厚み方向に偏倚させられてい
る、請求項１ないし１１のいずれかに記載の半導体発光
素子。 - 【請求項１３】 上記シリコン単結晶基板の第1面に
は、他の電子素子が造り込まれている、請求項１ないし
１２のいずれかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項１４】 上記第1電極層および第2電極層は、上
記シリコン単結晶基板における第1面側に配置されてい
る、請求項１ないし１３のいずれかに記載の半導体発光
素子。 - 【請求項１５】 請求項１４に記載の半導体発光素子
が、上記第1面を下にして実装対象に対して実装されて
いることを特徴とする、半導体発光素子の実装構造。 - 【請求項１６】 次のステップを含むことを特徴とす
る、半導体発光素子の製造方法。 (a)互いに表裏の関係を有する第1面と第2面とをもつシ
リコン単結晶基板の第１面の選択された領域に対し、導
電性を有する所定の中間層を介して窒化ガリウム系半導
体層を形成するステップ、(b)上記窒化ガリウム系半導
体層の最上層に一部が接触させられ、かつ上記シリコン
単結晶基板に対して絶縁されている第1電極層、およ
び、上記シリコン単結晶基板の適部に形成された第2電
極層を形成するステップ、(c)上記シリコン単結晶基板
に、上記窒化ガリウム系半導体層から発せられた光を上
記第2面側に導くための導光路を形成するステップ。 - 【請求項１７】 表裏の関係を有する第1面と第2面とを
もつシリコン単結晶基板と、上記第１面の選択された領
域に搭載された発光ダイオードチップとを備えており、
上記シリコン単結晶基板には、上記発光ダイオードチッ
プから発せられた光を上記第2面側に導く導光路が形成
されていることを特徴とする、半導体発光素子。 - 【請求項１８】 上記発光ダイオードチップは、サファ
イア基板上に窒化ガリウム系半導体層を成長させて構成
された青色発光ダイオードチップである、請求項１７に
記載の半導体発光素子。 - 【請求項１９】 上記青色発光ダイオードチップは、上
記サファイア基板を下にして上記選択された領域に搭載
されている、請求項１８に記載の半導体発光素子。 - 【請求項２０】 上記青色発光ダイオードチップは、上
記サファイア基板を上にして上記選択された領域に搭載
されている、請求項１８に記載の半導体発光素子。 - 【請求項２１】 上記導光路は、上記発光ダイオードチ
ップの一部を上記第2面側に実質的に露出させるように
して上記シリコン単結晶基板を厚み方向に貫通する孔に
よって形成されている、請求項１７ないし２０のいずれ
かに記載の半導体発光素子。 - 【請求項２２】 上記孔には、透光性の樹脂が充填され
ている、請求項２１に記載の半導体発光素子。 - 【請求項２３】 上記樹脂には、蛍光体または光散乱材
が混合されている、請求項２１に記載の半導体発光素
子。 - 【請求項２４】 上記孔は、上記第2面側に向かうほど
拡径するテーパ状を呈している、請求項１７ないし２３
のいずれかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項２５】 上記孔は、上記第2面側に向かうほど
拡径するパラボラ状を呈している、請求項１７ないし２
３のいずれかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項２６】 上記選択された領域は、上記第1面か
ら陥没させた陥没部に形成されている、請求項１７ない
し２５のいずれかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項２７】 上記陥没部には、保護部材が装填され
ている、請求項２６に記載の半導体発光素子。 - 【請求項２８】 上記シリコン単結晶基板の第1面に
は、他の電子素子が造り込まれている、請求項１７ない
し２７のいずれかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項２９】 上記シリコン単結晶基板の第1面には
また、上記青色発光ダイオードチップの一方の電極に導
通する第1電極層と、上記青色発光ダイオードチップの
他方の電極に導通する第2電極層とが配置されている、
請求項１７ないし２８のいずれかに記載の半導体発光素
子。 - 【請求項３０】 請求項２９に記載の半導体発光素子
が、上記第1面を下にして実装対象に対して実装されて
いることを特徴とする、半導体発光素子の実装構造。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002053704A JP3996408B2 (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| US10/375,941 US6898340B2 (en) | 2002-02-28 | 2003-02-25 | Semiconductor light emitting element and method of making the same |
| US11/116,817 US7129103B2 (en) | 2002-02-28 | 2005-04-28 | Semiconductor light emitting element and method of making the same |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002053704A JP3996408B2 (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP3996408B2 JP3996408B2 (ja) | 2007-10-24 |
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|---|---|
| US (2) | US6898340B2 (ja) |
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| EP1681729A1 (en) * | 2003-10-31 | 2006-07-19 | Sharp Kabushiki Kaisha | Sealed structure of optical device, optical coupler, and method for sealing optical device |
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| KR101928324B1 (ko) * | 2017-11-06 | 2018-12-12 | 안상정 | 반도체 발광소자 및 이의 제조방법 |
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| JP2021033231A (ja) * | 2019-08-29 | 2021-03-01 | ローム株式会社 | 半導体発光装置 |
| WO2021166772A1 (ja) * | 2020-02-19 | 2021-08-26 | ソニーグループ株式会社 | 発光デバイス、および発光デバイスの製造方法 |
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| JPWO2004109814A1 (ja) * | 2003-06-06 | 2006-07-20 | シャープ株式会社 | 光送信装置 |
| DE102004031391B4 (de) * | 2004-06-29 | 2009-06-04 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Elektronisches Bauteil mit Gehäuse zum ESD-Schutz |
| DE102004031732A1 (de) * | 2004-06-30 | 2006-01-19 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Strahlungsemittierender Halbleiterchip mit einem Strahlformungselement und Strahlformungselement |
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