JP3996408B2 - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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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。
【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。
【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。
【０００４】
ところで、たとえば、特許第３０２８８０９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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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面に形成した陥没部の底面において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つつ上記窒化ガリウム系半導体層の平面的領域の全体を覆っているとともに、上記第１面の上記陥没部以外の部位に延出する部分を有する第１電極層と、上記シリコン単結晶基板の上記第１面の上記陥没部以外の適部に形成された第２電極層とを備えているとともに、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おり、かつ、上記陥没部には、保護部材が充填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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【００１８】
好ましい実施の形態においては、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。
【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。
【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。
【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。
【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面に形成した陥没部の底面において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つつ上記窒化ガリウム系半導体層の平面的領域の全体を覆っているとともに、上記第１面の上記陥没部以外の部位に延出する部分を有する第１電極層、および、上記シリコン単結晶基板の上記第１面の上記陥没部以外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、および、
(d) 上記陥没部に保護部材を充填するステップ。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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（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）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２０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２０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２０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。
【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。
【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５１，５２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２０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、ＩＣ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。
【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。
【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。
【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４０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２０ａ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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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４０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１０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。
【００５５】
図６は、本願発明の参考例に係る半導体発光素子１０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。この参考例に係る半導体発光素子１０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５１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８０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２０ａ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。
【００５９】
また、この半導体発光素子１０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２０ａ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、本願発明の他の参考例に係る半導体発光素子１０を示す断面図である。この半導体発光素子１０においても、図６に示した参考例と同様、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、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に示した参考例と同様であるので、説明は省略する。この図７に示した半導体発光素子１０においても、図６に示した参考例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、この半導体発光素子１０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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図６】 本願発明の参考例に係る半導体発光素子を示す要部断面図である。
【図７】 本願発明の他の参考例に係る半導体発光素子を示す要部断面図である。
【符号の説明】
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
【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。
【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。
【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。
【０００４】
ところで、たとえば、特許第３０２８８０９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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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面に形成した陥没部の底面において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つつ上記窒化ガリウム系半導体層の平面的領域の全体を覆っているとともに、上記第１面の上記陥没部以外の部位に延出する部分を有する第１電極層と、上記シリコン単結晶基板の上記第１面の上記陥没部以外の適部に形成された第２電極層とを備えているとともに、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おり、かつ、上記陥没部には、保護部材が充填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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【００１８】
好ましい実施の形態においては、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。
【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。
【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。
【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。
【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面に形成した陥没部の底面において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つつ上記窒化ガリウム系半導体層の平面的領域の全体を覆っているとともに、上記第１面の上記陥没部以外の部位に延出する部分を有する第１電極層、および、上記シリコン単結晶基板の上記第１面の上記陥没部以外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、および、
(d) 上記陥没部に保護部材を充填するステップ。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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（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）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２０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２０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２０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。
【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。
【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５１，５２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２０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、ＩＣ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。
【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。
【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。
【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４０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２０ａ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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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４０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１０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。
【００５５】
図６は、本願発明の参考例に係る半導体発光素子１０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。この参考例に係る半導体発光素子１０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５１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８０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２０ａ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。
【００５９】
また、この半導体発光素子１０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２０ａ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、本願発明の他の参考例に係る半導体発光素子１０を示す断面図である。この半導体発光素子１０においても、図６に示した参考例と同様、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、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に示した参考例と同様であるので、説明は省略する。この図７に示した半導体発光素子１０においても、図６に示した参考例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、この半導体発光素子１０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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図６】 本願発明の参考例に係る半導体発光素子を示す要部断面図である。
【図７】 本願発明の他の参考例に係る半導体発光素子を示す要部断面図である。
【符号の説明】
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 (13)
- 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面に形成した陥没部の底面において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つつ上記窒化ガリウム系半導体層の平面的領域の全体を覆っているとともに、上記第１面の上記陥没部以外の部位に延出する部分を有する第１電極層と、上記シリコン単結晶基板の上記第１面の上記陥没部以外の適部に形成された第２電極層とを備えているとともに、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おり、かつ、上記陥没部には、保護部材が充填されていることを特徴とする、半導体発光素子。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 上記保護部材は、熱伝達機能を備えている、請求項１に記載の半導体発光素子。
- 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９のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 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１０のいずれかに記載の半導体発光素子。
- 請求項１ないし１１のいずれか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。
- 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面に形成した陥没部の底面において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つつ上記窒化ガリウム系半導体層の平面的領域の全体を覆っているとともに、上記第１面の上記陥没部以外の部位に延出する部分を有する第１電極層、および、上記シリコン単結晶基板の上記第１面の上記陥没部以外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、および、
(d) 上記陥没部に保護部材を充填するステップ。
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