JP2018067648A - 側面型光半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型化及び光の検出精度の向上を図ることが可能な側面型光半導体装置を提供する。
【解決手段】光半導体装置A1は、主面111および裏面112を有する基板1に配置される。基板1は、主面111から裏面112に向かって凹み、半導体受光素子7は第1凹部14及び第2凹部24にまたがって配置される。半導体受光素子7と第2凹部24との間には導光路18が与えられており、半導体受光素子7の導光部として用いられる。
【選択図】図2

Description

本発明は、側面型光半導体装置に関する。
側面型発光装置や側面型受光装置は、携帯電話、PDA、フォトインタラプタ、照明装置などに用いられている。こうした側面型光半導体装置は、光半導体素子が実装される実装基板にほぼ平行に光が出射または入射され、各種電子機器の小型化、薄型化の要求に伴い普及が進んできている。
特許文献1は、側面型チップ電子部品をマザーボードに実装接続する場合に、取り付け強度や電気的接続が確保され、半田付け時にセルフアラインが働くような構造を持つ電子部品及びその製造方法を提供するとしている。
特許文献2は、細長い光取り出し面から放出光を効率よく出射可能な側面型発光装置及びその製造方法を提供するとしている。
特許文献3は、電子素子を適切に保護しつつ、全体の大きさをより自由に設定可能な電子装置を提供するとしている。電子素子が配置される基板に単結晶よりなる例えばシリコン(Si)を採用している。
特開2000−196153号公報 特開2009−224376号公報 特開2016−152260号公報
本発明は、上記した特許文献に鑑み、小型化及び放射光、入射光を効率よく授受できる側面型光半導体装置を提供するものである。
本発明の態様は、側面型光半導体装置は、厚さ方向において互いに反対側を向く主面および裏面を有し、絶縁材料よりなる基板を備え、
前記基板は前記厚さ方向に凹んだ第1凹部と、前記第1凹部の凹みよりもさらに前記裏面に向かって凹んだ第2凹部とを有する。前記第1凹部と前記第2凹部にまたがって半導体光素子が配置されるも前記半導体光素子と前記第2凹部との間には空洞部が与えられており、前記空洞部が前記半導体光素子の導光路として用いられる。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記絶縁材料は半導体材料である。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記半導体材料は、シリコン(Si)または炭化シリコン(SiC)である。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記第1凹部及び前記第2凹部は連係部を介してつながっている。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記連係部には前記半導体光素子から放射または前記半導体光素子に入射される光を前記導光部に導く傾斜部が形成されている。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記第1凹部、前記第2凹部、及び前記連係部は異方性または等方性エッチングで形成される。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記空洞部は透明樹脂で覆われている。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記側面型光半導体装置は、前記半導体光素子に導通する導電層と、前記導電層の少なくとも一部と前記基板との間に介在する絶縁層を備える。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記凹部に充填された部分を有する封止樹脂部を備える。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記導電層は、前記主面に形成された主面導電部を有する。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記主面導電部に接し、且つ遮光樹脂部を貫通する柱状部を各々が有する複数の端子部を備える。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記柱状部の端面と前記遮光樹脂部の端面とは、互いに面一である。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記端子部は前記柱状部に繋がり、且つ前記遮光樹脂部から露出するパッド部を有する。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記基板と前記絶縁層の少なくとも一部との間に介在し、前記光半導体素子が発光または受光する光を遮光する遮光層を備える。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記遮光層は、金属と前記基板を構成する半導体との化合物からなる。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記遮光層は、チタン(Ti)とシリコン(Si)との化合物からなる。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記遮光層は、金属からなる。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記遮光層は、チタン(Ti)からなる。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記遮光層は前記凹部に形成された凹部内面遮光部を有する。
本発明の一態様の側面型光半導体装置は、前記基板の前記裏面を覆う裏面コート層を備える。
本発明によれば、前記半導体光素子は、前記基板の前記凹部に内蔵されている。このため、前記半導体光素子を適切に保護しつつ、前記側面型光半導体装置全体の大きさを小型化することができる。また、前記半導体光素子を内蔵する前記基板に導光部を設けることにより、外部からの光のうち検出すべきものを前記半導体光素子へと確実に到達させることが可能である。したがって、前記側面型光半導体装置の検出精度の向上を図ることができる。
本発明の第1実施形態に係る側面型光半導体装置を示す要部平面図である。 図1のI−I線に沿う断面図である。 図1のII−II線に沿う断面図である。 本発明の第2実施形態に係る側面型光半導体装置を示す断面図である。 本発明の第3実施形態に係る側面型光半導体装置を示す断面図である。 本発明の第4実施形態に係る側面型光半導体装置を示す断面図である。
図1は、本発明の一実施形態に係る側面型光半導装置A1を示す要部平面図である。図2は、図1のI−I線に沿う断面図である。図3は、図1のII−II線に沿う断面図である。なお、図1において、基板1の厚さ方向視は、本発明で言う平面視に相当する。以下図1、図2、図3を参照して本発明の好ましい一実施形態を説明する。
基板1は、例えば半導体材料よりなる。本実施形態において、基板1はシリコン(Si)単結晶からなる。基板1の材質はシリコン(Si)に限定されず、たとえば炭化シリコン(SiC)であってもよい。基板1の厚さは、たとえば300〜2000μmである。基板1には、例えば半導体受光素子7が配置されている。なお、実装の基板として用いる基板1は、半導体受光素子7が搭載される半導体基板と同じ材料である半導体基板が好適である。なぜならば、同じ半導体装置、半導体製造プロセスが利用できること、また、土台となる実装基板と被実装基板すなわち半導体受光素子7が形成される半導体基板の熱膨張係数が同じとなるので熱的応力、機械的応力の面で有利になるからである。もちろん、基板1としては例えばポリイミドからなるフィルム状の配線基板やフレキシブルな配線板などの絶縁材料であってもよい。
基板1は、図2に示すように主面111と、裏面112と、を有する。
主面111は、厚さ方向Ydの一方yd1の方向に配置される。主面111は平坦である。主面111は厚さ方向Ydに直交する。主面111の結晶方位は、(100)面、あるいは(110)面である。本実施形態では、主面111は、(100)面を用いている。
裏面112は、厚さ方向Ydの他方yd2の方向に配置される。すなわち、裏面112および主面111は厚さ方向Ydにおいて互いに反対側に配置される。裏面112は平坦である。裏面112は厚さ方向Ydに直交する。
基板1には、第1凹部14及び第2凹部24が形成されている。これらの各凹部は良く知られた異方性エッチングまたは等方性エッチングで形成されている。
第1凹部14は、主面111から凹んでいる。半導体受光素子7は、第1凹部14から第2凹部24にまたがって配置されている。第1凹部14の深さは、たとえば、100〜1800μmである。第1凹部14は、厚さ方向視において矩形状である。第1凹部14の形状は、主面111の結晶方位とエッチング方式でほぼ決定される。
第2凹部24の一端は、第1凹部14に繋がりその他端は側面型光半導体装置A1の端部A1Tまで延設されている。これによって、側面型光半導体装置A1の側部に第1凹部14に繋がる導光路18を形成する。端部A1Tから入射された光LLは、導光路18を介して半導体受光素子7の受光部72に伝達される。なお、半導体受光素子7の代わりに半導体発光素子が設置された場合には、光LLは導光路18、端部A1Tを介して、図示しない他の受光部まで伝達される。
第2凹部24の第2凹部底面242は、基板1の厚さ方向Ydにおいて主面111と同じ側を向く。第2凹部底面242は、厚さ方向視において矩形状である。第2凹部底面242は、厚さ方向に直交する面である。
第2凹部第1側面(連係部)241は、第2凹部底面242から起立する。第2凹部第1側面(連係部)241は、第2凹部底面242につながっている。第2凹部第1側面(連係部)241は、厚さ方向に対し傾斜している。厚さ方向に直交する平面に対する第2凹部第1側面(連係部)241の角度は、ほぼ55度である。これは、主面111として(100)面を採用したことに由来している。第2凹部第1側面(連係部)241は、3つの平坦面を有している。第2凹部第1側面(連係部)241は、第1凹部14と第2凹部24とをつなぐ連係部の役割を担う。
第1凹部14の第1凹部底面143は、全体として厚さ方向視矩形状であり、平坦面である。底面143は厚さ方向Ydにおいて主面111と同じ側を向き、第2凹部第1側面(連係部)241につながっている。
第1凹部第2側面144は、両凹部の連係部となる第2凹部第1側面241の反対側に存在し、第1凹部底面143から起立する。第1凹部第2側面144は、主面111につながっている。第1凹部第2側面144は、厚さ方向Ydに対し傾斜している。厚さ方向Ydに直交する平面に対する第1凹部第2側面144の角度は、ほぼ55度である。これは、主面111の結晶として(100)面を採用したことに由来している。
裏面112は、未処理もしくは裏面コート層19が形成されている。裏面コート層19は、裏面112のすべてを覆っている。裏面コート層19は、たとえば窒化シリコン(SiN)からなる。
遮光層4は、基板1の主面111と絶縁層2の少なくとも一部との間に介在しており、半導体受光素子7が受光する光を遮光する。遮光層4は、基板1に直接形成されている。遮光層4は、金属と基板1と構成する半導体との化合物からなり、より具体的には、チタン(Ti)とシリコン(Si)との化合物からなる。なお、遮光層4は、チタン(Ti)等の金属からなる層であってもよい。ただし、遮光層4は設けなくても良い。
遮光層4は、凹部内面遮光部41および主面遮光部42を有する。凹部内面遮光部41は、遮光層4のうち基板1の第1凹部14内に形成された部分である。主面遮光部42は、遮光層4のうち主面111に形成された部分である。
絶縁層2は、導電層3と基板1との間に介在している。絶縁層2の厚さは、たとえば0.1〜1.0μm程度である。絶縁層2は、たとえば、二酸化シリコン(SiO2)あるいは窒化シリコン(SiN)よりなる。
絶縁層2は、凹部内面絶縁部21および主面絶縁部22を有する。
凹部内面絶縁部21は、基板1の第1凹部14に形成されている。本実施形態では、第1凹部中間面143および第1凹部第2側面144のすべてに形成されている。たとえばCVDやスパッタリングによって形成されている。たとえば、二酸化シリコン(SiO2)よりなる。
主面絶縁部22は、基板1の主面111に形成されている。主面絶縁部22は、たとえばCVDやスパッタリングによって形成されている。主面絶縁部22は、たとえば、二酸化シリコン(SiO2)よりなる。本実施形態においては、主面絶縁部22は、主面111のすべてを覆っている。
導電層3は、半導体受光素子7に導通する。導電層3は、半導体受光素子7に入出力する電流経路を構成するためのものである。
導電層3は、シード層31およびメッキ層32を含む。
シード層31は、所望のメッキ層32を形成するためのいわゆる下地層である。シード層31は、絶縁層2とメッキ層32との間に介在している。シード層31は、たとえば銅(Cu)よりなる。シード層31は、たとえばスパッタリングによって形成される。シード層31の厚さは、たとえば、1μm以下である。
メッキ層32は、シード層31を利用した電解めっきによって形成される。メッキ層32は、たとえば銅(Cu)あるいはチタン(Ti)、ニッケル(Ni)などが積層された層よりなる。メッキ層32の厚さは、たとえば3〜10μm程度である。メッキ層32の厚さは、シード層31の厚さよりも厚い。
導電層3は、凹部内面導電部35および主面導電部36を有する。
凹部内面導電部35は、第1凹部14(絶縁層2の凹部内面絶縁部21)に形成された部分であり、第1凹部底面143および第1凹部第2側面144の適所に形成されている。主面導電部36は、半導体受光素子7を実装するためのパッドとして機能する部分や、配線として機能する部分等を含む。
主面導電部36は、主面111(絶縁層2の主面絶縁部22)に形成された部分である。
半導体受光素子7は、第1凹部14に搭載されている。本実施形態の半導体受光素子7は、本体71、受光部72および電極73を有しており、ワイヤなどを用いることなく実装されるいわゆるフリップチップタイプのフォトトランジスタやフォトダイオードとして構成されている。本体71は、受光の制御を行う。このような制御としては、たとえばASIC(Application Specific Integrated Circuit)素子などの集積回路素子のほか、半導体受光素子7に入出力される電流を受動的に制御するチップ抵抗、インダクタやキャパシタなどの受動素子が挙げられる
本体71は、半導体受光素子7の土台となる部材である。受光部72は、光電変換機能によって電荷に変換すべき光を受光する部分である。受光部72の正面には、第2凹部第1側面241が配置されている。電極73は、受光部72に導通する電極である。電極73は、たとえば金(Au)やアルミニウム(Al)などからなる。電極73は、導電層3の凹部底面導電部35の適所に、接合層33を介して接合されている。接合層33は、たとえば錫(Sn)を含む合金からなる。該合金として具体的には、錫(Sn)―アンチモン(Sb)系合金、または錫(Sn)―銀(Ag)系合金などの鉛フリーはんだである。
封止樹脂部6は、第1凹部14及び第2凹部24の少なくとも一部を封止している。
封止樹脂部6は、主面111を覆う部分を有している。封止樹脂部6の材質としては、たとえばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール(PBO)樹脂、および、シリコーン樹脂が挙げられる。また、透明樹脂であってもよい。
また、光半導体装置A1は、複数の端子部38を有する。複数の端子部38は、光半導体装置A1を回路基板等に実装するために用いられる。端子部38は、柱状部381およびパッド部382を有している。
柱状部381は、導電層3に接しており、封止樹脂部6を厚さ方向に貫通している。柱状部381は、たとえば銅(Cu)からなる。柱状部381の図中上方の端面と封止樹脂部6の端面とは、互いに面一である。
パッド部382は、柱状部381の端面を覆うことにより柱状部381に繋がっており、封止樹脂部6から露出している。パッド部382は、たとえば互いに積層されたニッケル(Ni)層、鉛(Pb)層および金(Au)層からなる。
次に、光半導体装置A1の作用について説明する。
本実施形態によれば、半導体受光素子7は、基板1の第1凹部14及び第2凹部24に配置されている。このため、半導体受光素子7を適切に保護しつつ、光半導体装置A1全体の大きさを小型化することができる。また、半導体受光素子7を配置する基板1に導光路18を設けることにより、外部からの光のうち検出すべきものを半導体受光素子7へと確実に到達させることが可能である。したがって、光半導体装置A1の検出精度の向上を図ることができる。
導光路18は、空洞または透明樹脂で充填されているため、光をより透過させやすい。したがって、光半導体装置A1の検出精度を高めるのに適している。
遮光層4は、第1凹部14、主面111、及び第2凹部24を覆っている。これにより、外部の意図しない光が半導体受光素子7へと到達してしまうことを回避することができる。これは、光半導体装置A1の検出精度の向上に有利である。ただし、遮光層4は設けなくても良い。
TiとSiとの化合物からなる遮光層4は、赤外光をはじめとする光の遮光に適している。これは、光半導体装置A1の検出精度の向上に好適である。
図4は、本発明の第2実施形態に基づく側面型光半導体装置A2を示している。図4に示す側面型光半導体装置A2では、遮光層4がなくなっており、その他の構成は図2に示した側面型光半導体装置A1と同様となっている。
本実施形態では、外部の意図しない光を考慮せずに済む場合において、遮光層4を省略することにより、より低コストで側面型光半導体装置A2を作製することができる。
図5は、本発明の第3実施形態に基づく側面型光半導体装置A3を示している。図5に示す側面型光半導体装置A3では、裏面コート層19がなくなっており、その他の構成は図2に示した側面型光半導体装置A1と同様となっている。
本実施形態では、裏面の耐久性を考慮せずに済む場合において、裏面コート層19を省略することにより、より低コストで側面型光半導体装置A3を作製することができる。
図6は、本発明の第4実施形態に基づく側面型光半導体装置A4を示している。図6に示す側面型光半導体装置A4では、遮光層4と裏面コート層19がなくなっており、その他の構成は図2に示した側面型光半導体装置A1と同様となっている。
本実施形態では、外部の意図しない光を考慮せずに済む場合でかつ裏面の耐久性を考慮せずに済む場合において、遮光層4と裏面コート層19を省略することにより、より低コストで側面型光半導体装置A4を作製することができる。
本発明は、受光素子について説明を行ったが、受光素子を発光素子に置き換えても、同様のことが可能であることはいうまでもない。
本発明は、小型化および検出精度の向上が求められる側面型光半導体装置に利用することができる。そのため、本発明は、産業上の利用可能性は高い。
A1〜A4 側面型光半導体装置
A1T 端部
LL 光
Yd 厚さ方向
1 基板
111 主面
112 裏面
14 第1凹部
143 第1凹部底面
144 第1凹部第2側面
18 導光路
19 裏面コート層
2 絶縁層
21 凹部内面絶縁部
22 主面絶縁部
24 第2凹部
241 第2凹部第1側面(連係部)
242 第2凹部底面
3 導電層
31 シード層
32 メッキ層
33 接合層
35 凹部内面導電部
36 主面導電部
38 端子部
381 柱状部
382 パッド部
4 遮光層
41 凹部内面遮光部
42 主面遮光部
6 封止樹脂部
7 半導体受光素子
71 本体
72 受光部
73 電極

Claims (20)

  1. 厚さ方向において互いに反対側を向く主面および裏面を有し、絶縁材料よりなる基板を備え、
    前記基板は前記厚さ方向に凹んだ第1凹部と、前記第1凹部の凹みよりもさらに前記裏面に向かって凹んだ第2凹部とを有し、前記1凹部と前記第2凹部にまたがって半導体光素子が配置されるも前記半導体光素子と前記第2凹部との間には空洞部が与えられており、前記空洞部が前記半導体光素子の導光路として用いられる側面型光半導体装置。
  2. 前記絶縁材料は半導体材料である請求項1に記載の側面型光半導体装置。
  3. 前記半導体材料は、シリコン(Si)または炭化シリコン(SiC)である請求項2に記載の側面型光半導体装置。
  4. 前記第1凹部及び前記第2凹部は連係部を介してつながっている請求項1に記載の側面型光半導体装置。
  5. 前記連係部には前記半導体光素子から放射または前記半導体光素子に入射される光を前記導光路に導く傾斜部が形成されている請求項4に記載の側面型光半導体装置。
  6. 前記第1凹部、前記第2凹部、及び前記連係部は異方性または等方性エッチングで形成される請求項5に記載の側面型光半導体装置。
  7. 前記空洞部は透明樹脂で覆われている請求項1に記載の側面型光半導体装置。
  8. 前記側面型光半導体装置は、
    前記半導体光素子に導通する導電層と、
    前記導電層の少なくとも一部と前記基板との間に介在する絶縁層を備える請求項1に記載の側面型光半導体装置。
  9. 前記凹部に充填された部分を有する封止樹脂部を備える、請求項8に記載の側面型光半導体装置。
  10. 前記導電層は、前記主面に形成された主面導電部を有する、請求項9に記載の側面型光半導体装置。
  11. 前記主面導電部に接し、且つ遮光樹脂部を貫通する柱状部を各々が有する複数の端子部を備える、請求項10に記載の側面型光半導体装置。
  12. 前記柱状部の端面と前記遮光樹脂部の端面とは、互いに面一である、請求項11に記載の側面型光半導体装置。
  13. 前記端子部は、前記柱状部に繋がり、且つ前記遮光樹脂部から露出するパッド部を有する、請求項11または12に記載の側面型光半導体装置。
  14. 前記基板と前記絶縁層の少なくとも一部との間に介在し、前記光半導体素子が発光または受光する光を遮光する遮光層を備える請求項13に記載の側面型光半導体装置。
  15. 前記遮光層は、金属と前記基板を構成する半導体との化合物からなる、請求項14に記載の側面型光半導体装置。
  16. 前記遮光層は、チタン(Ti)とシリコン(Si)との化合物からなる、請求項15に記載の側面型光半導体装置。
  17. 前記遮光層は、金属からなる、請求項15に記載の側面型光半導体装置。
  18. 前記遮光層は、チタン(Ti)からなる、請求項17に記載の側面型光半導体装置。
  19. 前記遮光層は、前記凹部に形成された凹部内面遮光部を有する、請求項14から18のいずれか一項に記載の側面型光半導体装置。
  20. 前記基板の前記裏面を覆う裏面コート層を備える、請求項13に記載の側面型光半導体装置。
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