(57)【要約】【課題】  パッケージ外部に光をより有効に取出すのに好適な半導体発光素子搭載用パッケージを実現する。【解決手段】  半導体発光素子搭載用パッケージ１は、半導体発光素子が搭載される領域を有するシリコン基板１０と、半導体発光素子が搭載される領域よりも大きい貫通孔１２を有し、シリコン基板１０に積層されたシリコン製のリフレクタ基板１４と、貫通孔１２の内面に形成された反射膜１６とを備え、シリコン基板１０は、半導体発光素子の搭載領域を包囲する溝１８が表面に形成され、溝１８の内面に反射膜２０が形成される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子が搭載される領域を有する第一のシリコン基板と、前記半導体発光素子が搭載される領域よりも大きい開口の貫通孔を有し、前記第一のシリコン基板に積層された第二のシリコン基板と、前記貫通孔の内面に形成された反射膜とを備え、
前記第一のシリコン基板は、前記半導体発光素子の搭載領域を包囲する溝が表面に形成され、該溝の内面に反射膜が形成されてなることを特徴とする半導体発光素子搭載用パッケージ。
【請求項２】
半導体発光素子が搭載される領域を有する第一のシリコン基板と、前記半導体発光素子が搭載される領域よりも大きい開口の貫通孔を有し、前記第一のシリコン基板に積層された第二のシリコン基板と、前記貫通孔の内面に形成された反射膜とを備え、
前記第一のシリコン基板は、前記半導体発光素子の搭載領域が凸形に表面に形成され、前記半導体発光素子の搭載領域の側面に反射膜が形成されてなることを特徴とする半導体発光素子搭載用パッケージ。
【請求項３】
半導体発光素子が搭載される領域を有する第一のシリコン基板と、前記半導体発光素子が搭載される領域よりも大きい開口の貫通孔を有し、前記第一のシリコン基板に積層された第二のシリコン基板と、前記貫通孔の内面に形成された反射膜とを備え、
前記第一のシリコン基板は、前記半導体発光素子の搭載領域が凸形に形成されると共に前記半導体発光素子の搭載領域を包囲する溝が表面に形成され、前記半導体発光素子の搭載領域の側面および前記溝の内面に反射膜が形成されてなることを特徴とする半導体発光素子搭載用パッケージ。
【請求項４】
前記第一のシリコン基板は、前記半導体発光素子の搭載領域よりも外側表面に反射膜が形成されてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体発光素子搭載用パッケージ。
【請求項５】
前記半導体発光素子が搭載される領域に、光透過性を有する材料から形成された光導波層が積層され、前記光導波層に厚み方向に対して傾斜した反射面が形成されてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体発光素子搭載用パッケージ。
【請求項６】
前記第一のシリコン基板は、前記第二のシリコン基板が積層される側の反対面に、厚み方向に凹凸形に形成された放熱手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体発光素子搭載用パッケージ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体発光素子搭載用パッケージを複数配列してなる光源を有することを特徴とする照明装置。
【請求項８】
半導体発光素子が搭載される第一のシリコン基板を準備する工程と、前記第一のシリコン基板の表面に前記半導体発光素子の搭載領域を包囲する溝を化学エッチング処理により形成する工程と、前記溝の内面に反射膜を形成する工程と、
第二のシリコン基板を準備する工程と、前記第二のシリコン基板に前記溝の外形よりも大きい貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔の内面に反射膜を形成する工程と、前記半導体発光素子の搭載領域および前記溝を前記貫通孔の開口に位置させて前記第二のシリコン基板を前記第一のシリコン基板に積層する工程を備えた半導体発光素子搭載用パッケージの製造方法。
【請求項９】
半導体発光素子が搭載される第一のシリコン基板を準備する工程と、前記第一のシリコン基板の表面に前記半導体発光素子の搭載領域を化学エッチング加工により凸形に形成する工程と、前記半導体発光素子の搭載領域の側面に反射膜を形成する工程と、
第二のシリコン基板を準備する工程と、前記第二のシリコン基板に前記半導体発光素子の搭載領域よりも大きい開口の貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔の内面に反射膜を形成する工程と、前記半導体発光素子の搭載領域を前記貫通孔の開口に位置させて前記第二のシリコン基板を前記第一のシリコン基板に積層する工程を備えた半導体発光素子搭載用パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子が搭載されるパッケージ及びそのパッケージの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子搭載用パッケージは、室内照明器具や自動車のヘッドライトなどの種々の照明装置に使用されるものであり、光を放出する半導体発光素子（例えば発光ダイオード）が搭載される。
【０００３】
一般に、半導体発光素子搭載用パッケージは、半導体発光素子（以下、発光素子と適宜略す。）が搭載される領域にその発光素子に電力を供給する薄膜電極を配設してなる実装基板と、発光素子の搭載領域よりも大きい開口の貫通孔を有し実装基板に積層されたリフレクタ基板と、リフレクタ基板の貫通孔の内面に形成された反射膜を備えている。発光素子から放出される光は、リフレクタ基板の貫通孔の開口を介してパッケージ外部に導かれる。
【０００４】
このような発光素子搭載用パッケージでは、リフレクタ基板の貫通孔の内面に反射膜を形成し、発光素子から貫通孔の内面に向う光を反射膜で反射させることにより、パッケージ外部に光を取出すことが行われる（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−９３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般に、発光素子は周囲全方向に光を放出するから、その放出光のうち実装基板側に向う光は、実装基板表面の反射率に依存して有効な放出光とならない場合がある。すなわち、特許文献１のように実装基板として例えばセラミックス基板を用いると、その基板表面の反射率は比較的小さいことが多く、実装基板の表面の反射光が弱くなり、結果としてパッケージから必要な光を取出すことができない場合がある。
【０００６】
本発明の課題は、外部に光をより有効に取出すのに好適な半導体発光素子搭載用パッケージを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の半導体発光素子搭載用パッケージは、半導体発光素子が搭載される領域を有する第一のシリコン基板と、半導体発光素子が搭載される領域よりも大きい開口の貫通孔を有し、第一のシリコン基板に積層された第二のシリコン基板と、貫通孔の内面に形成された反射膜とを備え、第一のシリコン基板は、半導体発光素子の搭載領域を包囲する溝が表面に形成され、溝の内面に反射膜が形成されてなることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、発光素子からの放出光のうち殆どの光は、直接に又は貫通孔内面で反射した後に、貫通孔の開口から外部に放出される。一方、第一のシリコン基板側に向う放出光のうち溝に進入した光は、溝内面の反射膜で反射される。反射された光は、直接に又は貫通孔内面で反射した後に、貫通孔の開口から外部に放出される。これにより、第一のシリコン基板側に放出された光を有効にパッケージ外部に取出すことができる。
【０００９】
また、本発明の半導体発光素子搭載用パッケージは、第一のシリコン基板の半導体発光素子の搭載領域が凸形に表面に形成され、半導体発光素子の搭載領域の側面に反射膜が形成されることを特徴とする。これにより、第一のシリコン基板側に向う放出光のうち搭載領域の側面に進む光は、側面の反射膜で反射される。反射された光は、直接に又は貫通孔内面で反射した後に、貫通孔の開口から外部に放出される。これにより、第一のシリコン基板側に放出された光を有効にパッケージ外部に取出すことができる。
【００１０】
さらに、本発明の半導体発光素子搭載用パッケージは、第一のシリコン基板の半導体発光素子の搭載領域が凸形に形成されると共に半導体発光素子の搭載領域を包囲する溝が第一のシリコン基板の表面に形成され、半導体発光素子の搭載領域の側面および溝の内面に反射膜が形成されてなることを特徴とする。
【００１１】
この場合において、第一のシリコン基板は、半導体発光素子の搭載領域よりも外側表面に反射膜が形成されるのが好ましい。これにより、第一のシリコン基板の露出表面が反射膜で覆われるので、第一のシリコン基板側に向う放出光をより有効に取出すことができる。露出表面とは、第一のシリコン基板の表面のうち、貫通孔の第一のシリコン基板側の開口で区画された表面であり、かつ半導体発光素子の搭載領域および溝を除いた部分である。
【００１２】
また、第一のシリコン基板の半導体発光素子が搭載される領域に、光透過性を有する材料から形成された光導波層を積層し、光導波層に厚み方向に対して傾斜した反射面を形成できる。これにより、第一のシリコン基板側に向う放出光のうち光導波層を透過する光は、透過する過程で反射面により反射されるので、進行方向が例えば貫通孔の内面方向に変わる。したがって、光導波層を通過する光は、第一のシリコン基板の表面に到達する前に有効に取出される。なお、光透過性とは、光が媒質を進む過程で光の吸収や散乱がほとんど生じないことである。
【００１３】
また、第一のシリコン基板に、第二のシリコン基板が積層される側の反対面に厚み方向に凹凸形に形成された放熱機構を設けることができる。これにより、第一のシリコン基板の反対面の表面積が凹凸形に由来して比較的大きくなるため、その表面積を介して第一のシリコン基板の熱を効率的に放熱できる。
【００１４】
このような半導体発光素子搭載用パッケージを複数配列してなる光源を照明装置に用いることができる。
【００１５】
半導体発光素子搭載用パッケージの製造方法は、半導体発光素子が搭載される第一のシリコン基板を準備する工程と、第一のシリコン基板の表面に半導体発光素子の搭載領域を包囲する溝を化学エッチング処理により形成する工程と、溝の内面に反射膜を形成する工程と、第二のシリコン基板を準備する工程と、第二のシリコン基板に溝の外形よりも大きい貫通孔を形成する工程と、貫通孔の内面に反射膜を形成する工程と、半導体発光素子の搭載領域および溝を貫通孔の開口に位置させて第二のシリコン基板を第一のシリコン基板に積層する工程を備えることを特徴とする。
【００１６】
この場合において、第一のシリコン基板の表面に溝を形成する工程と共に、又はその工程に代えて、半導体発光素子の搭載領域を化学エッチング加工により凸形に形成する工程を含めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、外部に光をより有効に取出すのに好適な半導体発光素子搭載用パッケージを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
本発明を適用した半導体発光素子搭載用パッケージの第１の実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１は、本実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージの斜視図である。図２は、ａ―ａ´断面を示す図である。
【００１９】
半導体発光素子搭載用パッケージ１（以下、パッケージ１と称する。）は、室内照明器具や自動車のヘッドライトなどの種々の照明装置に実装されるものであり、光を放出する半導体発光素子（以下、発光素子と適宜略する。）が搭載される。
【００２０】
図１及び図２に示すように、パッケージ１は、発光素子（例えば、白色発光ダイオード）が搭載される領域を有する第一のシリコン基板１０と、発光素子が搭載される領域よりも大きい開口の貫通孔１２を有し、シリコン基板１０に積層された第二のシリコン基板としてのリフレクタ基板１４を備えた二層構造に形成されている。リフレクタ基板１４はシリコン基板１０に薄膜ガラス２２を介して陽極接合されている。
【００２１】
ここで、本発明に係るパッケージ１は、シリコン基板１０の表面に、発光素子の搭載領域を包囲する溝１８が形成されている。溝１８の内面に反射膜２０が形成されている。
【００２２】
パッケージ１の構成についてさらに説明する。図１に示すように、シリコン基板１０は、外径が矩形に形成されており、発光素子が搭載される表面を有する。シリコン基板１０の表面中央部に発光素子の搭載領域が確保される。搭載領域に２つの薄膜電極２４ａ、２４ｂが配設されている。薄膜電極２４ａ、２４ｂは、外径が矩形の電極であり、発光素子に電力を供給するためのものである。薄膜電極２４ａ、２４ｂが配設される領域の周囲に溝１８が形成されている。溝１８は、シリコン基板１０の表面から厚み方向に凹んで形成され、底面と側面とにより区画されている。溝１８の側面は、シリコン基板１０の厚み方向に対して傾斜している。換言すれば、溝１８は、シリコン基板１０の延在方向（以下、水平方向と適宜称する。）における断面が矩形であり、その断面積は、底面から表面に向うにつれて拡大している。シリコン基板１０の背面中央部に２つの薄膜電極２５ａ、２５ｂが配設されている。薄膜電極２５ａ、２５ｂは、面積が薄膜電極２４ａ、２４ｂよりも大きい矩形の電極である。なお、シリコン基板１０、薄膜電極２４ａおよび２４ｂ、薄膜電極２５ａ、２５ｂは円形のものでもよい。
【００２３】
リフレクタ基板１４は、外径がシリコン基板１０に対応し、厚みがシリコン基板１０よりも大きく形成されている。リフレクタ基板１４に、厚み方向に貫通孔１２が形成されている。貫通孔１２は、図１のように４つの斜面で区画されている。貫通孔１２の各斜面は、シリコン基板１０側に向うにつれて貫通孔１２の中心軸側に傾斜している。換言すれば、貫通孔１２は、水平断面が矩形であり、その断面積がシリコン基板１０側から垂直方向に向うにつれて拡大している。そして、貫通孔１２の内面に反射膜１６が形成されている。このような貫通孔１２を介して、薄膜電極２４ａ、２４ｂや溝１８がシリコン基板１０上に視認される。なお、貫通孔１２の水平断面を円形に形成してもよい。
【００２４】
さらに詳細にシリコン基板１０について説明する。図２に示すように、シリコン基板１０は、薄膜電極２４ａ、２４ｂの配設位置に対応して、厚み方向に貫通する円柱形又は四角柱形の２つの貫通配線２６ａ、２６ｂが形成されている。貫通配線２６ａ、２６ｂは、シリコン基板１０の厚み方向に貫通した孔に導電材料が充填されたものである。貫通配線２６ａを介し、薄膜電極２５ａは薄膜電極２４ａに電気的に接続すると共に、貫通配線２６ｂを介し、薄膜電極２５ｂは薄膜電極２４ｂに電気的に接続する。電気的接続には、薄膜のはんだ膜を用いてもよい。
【００２５】
シリコン基板１０の背面に２つの放熱部３０ａ、３０ｂが形成されている。放熱部３０ａ、３０ｂは、薄膜電極２５ａおよび薄膜電極２５ｂよりも外側に、シリコン基板１０の厚み方向に凹凸して形成されている。より具体的には、放熱部３０ａ、３０ｂは、エッチングにより形成され、稜線が水平方向に延在して形成されている。ただし、このような形態に限らず、微小凹凸を有するフィン構造であればよく、要はシリコン基板１０の表面積を増大する形態であればよい。このような放熱部３０ａ、３０ｂは、シリコン基板１０の背面、かつ薄膜電極２５ａ、２５ｂの配設位置を除いた領域に渡って形成するのが好ましい。シリコン基板１０の背面に、発光素子を駆動するために必要となる薄膜素子（例えば、薄膜抵抗や薄膜キャパシタ）を形成してもよい。これにより、発光素子を駆動させるための回路の一部がシリコン基板１０に実装されるため、駆動回路の集積度が高まる。
【００２６】
シリコン基板１０にシリコン酸化膜２８が被覆されている。シリコン酸化膜２８により薄膜電極２４ａ、２４ｂが電気的にショートすることが回避される。薄膜電極２４ａ、２４ｂに発光素子がはんだ膜を介して実装される。実装された発光素子は、貫通孔１２のほぼ中心軸上に位置する。なお、薄膜電極２４ａと薄膜電極２４ｂは中心軸にほぼ対称に位置している。薄膜電極２５ａ、２５ｂや貫通配線２６ａ、２６ｂも同様である。
【００２７】
なお、リフレクタ基板１４をシリコン基板１０に接合するための薄膜ガラス２２としては、例えば４％程度のＮａ２Ｏを含むガラス（例えば、ホウケイ酸ガラス）が適している。ただし、このようなガラス膜に限らず、シリコン基板１０とリフレクタ基板１４を陽極接合できるガラス膜であればよい。反射膜１６および反射膜２０としては、例えばアルミニウム、銀、金のいずれかを主とする薄膜が適している。さらに発光素子から放出される光の波長に応じて反射膜１６、２０の材料を決めればよい。例えば、照明装置などの光の波長は３５０ｎｍ〜５００ｎｍであるため、反射膜１６、２０の材料としてアルミニウムがより適する。
【００２８】
図１及び図２に示した貫通孔１２は、シリコンの異方性エッチングにより形成される。異方性エッチングは、水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイト液（ＴＭＡＨ）、エチレンジアミンピロカテコール水（ＥＤＰ）のいずれかを用いて実施される。本実施形態の構造の貫通孔１２および溝１８を形成するためには、シリコン基板１０およびリフレクタ基板１４の結晶面方位は｛１００｝であることが好ましい。エッチング液としてＫＯＨやＴＭＡＨを用いれば、溝１８の側面は｛１１１｝面となり、溝１８の底面と側面とにより形成される角度は５４．７度となる。一方、エッチング液としてＫＯＨ水溶液にイソプロピルアルコールを添加したエッチング液を用いれば、溝１８の側面は｛１１０｝面となり、溝１８の底面と側面とにより形成される角度は４５度となる。本実施形態の場合、いずれの面を用いても所望の効果を期待できる。
【００２９】
本実施形態によれば、発光素子からの放出光のうち殆どの光は、直接に又は貫通孔１２の内面で反射した後に、貫通孔１２の開口から外部に放出される。一方、シリコン基板１０側に向う放出光のうち溝１８に進入した光は、溝１８の反射膜２０で効率的に反射される。反射された光は、直接に又は貫通孔１２内面で反射した後に、貫通孔１２の開口から外部に放出される。これにより、シリコン基板１０側に向う放出光が反射するとき、セラミックス基板などの絶縁基板の表面で反射するときよりもエネルギ損失が低減される。したがって、シリコン基板１０側に放出された光を有効にパッケージ１の外部に取出すことができる。
【００３０】
また、シリコン基板１０の表面、かつ薄膜電極２４ａおよび薄膜電極２４ｂの外側に反射膜を形成できる。要するに、シリコン基板１０の露出表面を全て反射膜で覆うのが好ましい。これにより、シリコン基板１０側に向う放射光をより一層有効に取出すことができる。なお、露出表面とは、シリコン基板１０の表面のうち、貫通孔１２の底側開口で区画された表面、かつ薄膜電極２４ａ、２４ｂや溝１８を除いた表面である。
【００３１】
ところで、一般の半導体発光素子搭載用のパッケージは、実装基板とリフレクタ基板の材質が異なる。例えば、実装基板としてシリコン製の基板、リフレクタ基板としてはセラミックス基板などの絶縁基板が用いられる。したがって、実装基板と絶縁基板の熱膨張係数が異なる。このようなパッケージでは、外部温度の変動や、発光素子に駆動電力を供給したときに生じる熱などに起因してパッケージの温度が変化すると、パッケージに反りが生じることがある。この点、本実施形態では、実装基板としてシリコン基板１０、リフレクタ基板としてシリコン製のリフレクタ基板１４が用いられる。つまり、実装基板とリフレクタ基板の材質が同じであるため、実装基板とリフレクタ基板の熱膨張係数に相違がない。これにより、パッケージ１の温度が変化したときでも、パッケージ１に反りが生じることを回避できる。したがって、接合層としての薄膜ガラス２２に応力が印加されることはないので、シリコン基板１０とリフレクタ基板１４の接合の信頼性を十分確保できる。
【００３２】
また、本実施形態では、シリコン基板１０の背面の面積は、放熱部３０a、３０ｂの凹凸形に由来して比較的大きいため、その表面積を介してシリコン基板１０に生じた熱を効率的に放熱できる。ここで、放熱部３０a、３０ｂがシリコン基板１０の背面全体にわたって形成することにより、パッケージ１の放熱特性をより高めることができる。ただし、シリコン基板１０の背面のうち駆動回路（例えば薄膜電極２５ａ、２５ｂ）の配設領域を除いて放熱部３０ａ、３０ｂを形成するのがよい。
【００３３】
また、一般の半導体発光素子搭載用のパッケージは、実装基板とリフレクタ基板の接合層としてはんだ層や接着剤層が用いられる。はんだ層や接着剤層は、水分を吸湿しやすい特性を有する。したがって、接着層が外部の湿度の影響を受けることに起因して、接着の信頼性（例えば、接着強度）が低下することが懸念される。この点、本実施形態では、シリコン基板１０とリフレクタ基板１４は、薄膜ガラス２２を用いて陽極接合されている。これにより、十分な接合力を確保できると共に、外部の湿度による影響を回避できる。したがって、パッケージ１を気密封止する機構が不要となるため、製造コストの低減を図ることができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
本発明を適用した半導体発光素子搭載用パッケージの第２の実施形態について図３及び図４を参照して説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、発光素子の搭載領域が凸形に形成されたことにある。したがって、第１の実施形態と相互に対応する箇所については同一の符号を付し、相違点を中心に説明する。
【００３５】
図３は、本実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージの斜視図である。図４は、図３のｂ−ｂ´断面を示す図である。図３及び図４に示すように半導体発光素子搭載用パッケージ（以下、本実施形態ではパッケージ１ａと称する。）は、発光素子が搭載される領域を有するシリコン基板１０ａと、発光素子が搭載される領域よりも大きい開口の貫通孔１２ａを有し、シリコン基板１０ａに積層されたリフレクタ基板１４ａと、貫通孔１２ａの内面に形成された反射膜１６ａなどから構成されている。
【００３６】
シリコン基板１０ａは、凸部４０が表面に形成されている。凸部４０は、半導体発光素子を頂部に搭載する領域としての平坦面と、平坦面からシリコン基板１０ａ側に裾広がりに傾斜した側面を有している。平坦面に薄膜電極２４ａ、２４ｂが配設されると共に、凸部４０の側面に反射膜４２が形成されている。このようなシリコン基板１０ａにシリコン酸化膜２８ａが被覆されている。
【００３７】
また、シリコン基板１０ａの表面であって凸部４０の外側に反射膜４４が形成されている。より具体的には、シリコン基板１０ａの表面であって、凸部４０と貫通孔１２ａの内面の間に反射膜４４が形成されている。これにより、シリコン基板１０aの露出表面が反射膜でより覆われるため、有効に放出光が取出される。なお、シリコン基板１０ａの背面に図２の放熱部３０a、３０ｂを形成してもよい。
【００３８】
リフレクタ基板１４ａは、発光素子が搭載される領域よりも大きい開口の貫通孔１２ａが形成されている。より具体的には、貫通孔１２ａの開口幅は、凸部４０の幅よりも大きく形成されている。貫通孔１２ａは、内面としての湾曲面で区画形成されている。湾曲面は、図４に示すように、断面がリフレクタ基板１４ａの頂部から中心軸に向って徐々に円弧している。換言すれば、貫通孔１２ａは、水平断面が円形であり、その断面の径がシリコン基板１０ａ側から垂直方向に向うにつれて拡大している。このような貫通孔１２ａを介して、凸部４０と薄膜電極２４ａ、２４ｂがシリコン基板１０ａ上に視認される。貫通孔１２ａは湾曲面に反射膜が形成されている。なお、貫通孔１２ａについては、図１及び図２のような水平断面が矩形の形態でもよい。
【００３９】
図３及び図４に示した凸部４０は、シリコンの異方性エッチングにより形成される。異方性エッチングは水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイト液（ＴＭＡＨ）、またはエチレンジアミンピロカテコール水（ＥＤＰ）によって実施される。図のような構造を得るためには、シリコン基板１０ａは、結晶面方位が｛１００｝であることが好ましい。一方、リフレクタ基板１４ａの結晶面方位はいずれの面方位でもよく、シリコンのドライエッチングにより貫通孔１２ａが形成される。ドライエッチングは、ＳＦ６ガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により実施される。また、ＨＦ＋ＨＮＯ３＋ＣＨ３ＣＯＯＨの混合エッチング液によっても形成できる。
【００４０】
本実施形態によれば、発光素子からシリコン基板１０ａ側に向う放出光のうち凸部４０の側面に進む光は、反射膜４２で反射される。反射された光は、直接に又は貫通孔１２ａの反射膜１６ａで反射した後に、貫通孔１２ａの開口から外部に放出される。これにより、シリコン基板１０ａ側に放出された光を有効にパッケージ外部に取出すことができる。
【００４１】
（第３の実施形態）
本発明を適用した半導体発光素子搭載用パッケージの第３の実施形態について図５乃至図８を参照して説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、発光素子と薄膜電極との間に光導波層を介在させたことにある。したがって、第１の実施形態と相互に対応する箇所については同一の符号を付し、相違点を中心に説明する。
【００４２】
図５は、本実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージの第一の例を示す断面図である。図５に示すように、半導体発光素子搭載用パッケージ１ｃは、シリコン基板１０の表面に所定の薄膜電極を介して実装される光導波層５０（以下、サブマウント５０）と、サブマウント５０の表面に所定の薄膜電極を介して発光素子５２が実装されている。
【００４３】
サブマウント５０は、半導体発光素子からシリコン基板１０側に放出された光を導き、導いた光を貫通孔１２の内面に向けて反射させる透明基板である。例えば、図５に示すように、サブマウント５０は、外形が薄膜電極２４ａ、２４ｂや発光素子５２よりも大きい矩形又は円形に、光透過性を有する材料から形成されている。光透過性とは、光が媒質を進む過程で光の吸収や散乱がほとんど生じないことである。サブマウント５０のシリコン基板１０側の面（以下、背面）の中央部に、Ｖ字型溝５３が形成されている。Ｖ字型溝５３は、サブマウント５０の厚み方向に対して傾斜した２つの反射面により形成されたものである。Ｖ字型溝５３の稜線は、サブマウント５０の延在方向（例えば、図上の紙面奥行き方向）に稜線が延在している。Ｖ字型溝５３の表面に、反射膜が形成されている。反射膜は、光の反射光率を向上させる薄膜（例えば、アルミニウム薄膜）である。
【００４４】
サブマウント５０の互いに異なる面に、薄膜電極５４ａ、５４ｂと薄膜電極５６ａ、５６ｂがそれぞれ配設されている。より具体的には、サブマウント５０の背面に、パッケージ実装用の薄膜電極５４ａ、５４ｂが配設されている。サブマウント５０が実装されるとき、薄膜電極５４ａは薄膜電極２４ａに接続され、薄膜電極５４ｂは薄膜電極２４ｂに接続される。サブマウント５０の表面に発光素子実装用の薄膜電極５６ａ、５６ｂが配設されている。さらにサブマウント５０は、円柱形又は四角柱形の２つの貫通配線５８ａ、５８ｂがＶ字型溝５３を挟んで形成されている。貫通配線５８ａ、５８ｂは、サブマウント５０の厚み方向に貫通して形成された孔に導電材料が充填されたものである。貫通配線５８ａを介し、薄膜電極５４ａは薄膜電極５６ａに電気的に接続する共に、貫通配線５８ｂを介し、薄膜電極５４ｂは薄膜電極５６ｂに電気的に接続する。電気的接続には、薄膜のはんだ膜を用いてもよい。
【００４５】
発光素子５２は、積層基板としての例えばサファイア基板と、サファイア基板に積層された半導体層６０と、半導体層６０のシリコン基板１０側の面に配設された薄膜電極６２ａ、６２ｂなどから構成される。サファイア基板は、透明の絶縁体から矩形又は円形に形成されている。半導体層６０は、窒化ガリウムなどを含む材料から矩形又は円形に形成されている。薄膜電極６２ａ、６２ｂは、半導体層６０に電力を印加する正または負電極である。
【００４６】
本例によれば、発光素子５２からシリコン基板１０側に向う放出光のうちサブマウント５０を透過する光は、透過する過程でＶ字型溝５３の反射面により反射される。反射された光は、進行方向が変わり、貫通孔１２の内面方向（図の矢印の方向）にサブマウント５０内を透過した後、貫通孔１２の反射膜１６で反射される。また、サブマウント５０を光が透過する過程で、サブマウント５０から漏れた光は、溝１８の反射膜２０で反射される。反射された光は、パッケージ１ｄの外部に有効に取り出される。要するに、サブマウント５０が光を反射膜１６側又は反射膜２０側に導く光路として作用するため、発光素子５２からシリコン基板１０側に放出された光を最大限に取出して反射させることができ、パッケージ１ｃから光を高効率で出力させることができる。
【００４７】
なお、サブマウント５０に貫通配線５８ａ、５８ｂが形成されているが、貫通配線５８ａ、５８ｂの占める領域は部分的に小さなものである。したがって、発光素子５２から出力された光は、一部が遮断されるものの、その大部分は貫通孔１２の反射膜１６に導かれる。
【００４８】
図６は、本実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージの第二の例を示す断面図である。図５に示す第一の例と異なる点は、サブマウントに代えて、ガラス薄膜からなる光導波層をシリコン基板上に形成したことにある。したがって、第一の例と相互に対応する箇所については同一の符号を付し、相違点を中心に説明する。
【００４９】
図６に示すように、半導体発光素子搭載用パッケージ１ｄは、シリコン基板１０の表面と薄膜電極２４ａ、２４ｂの間に厚膜のガラス層７０が介在されている。換言すれば、シリコン基板１０の表面の上層、かつ薄膜電極２４ａ、２４ｂの下層にガラス層７０が形成されている。ガラス層７０内に突起７２の先端部が位置している。突起７２は、シリコン基板１０の表面に形成されたものであり、貫通配線２６ａと貫通配線２６ｂの間に位置している。また突起７２は、２つの斜面により形成されており、シリコン基板１０の延在方向（例えば、図上の紙面奥行き方向）に稜線が延在している。なお、貫通配線２６ａ、２６ｂは、シリコン基板１０と共にガラス層７０を貫通して形成されている。
【００５０】
本例によれば、発光素子５２からシリコン基板１０側に向う放出光のうち突起７２に到達した光は、突起７２の傾斜面で反射される。反射された光は、進行方向が変わり、貫通孔１２の内面方向（図の矢印方向）にガラス層７０内を透過した後、貫通孔１２の反射膜１６で反射される。また、ガラス層７０から漏れた光は、溝１８の反射膜２０で反射される。反射された光は、パッケージ１ｃの外部に有効に取り出される。要するに、ガラス層７０が光を反射膜１６側又は反射膜２０側に導く光路として作用するため、発光素子５２からシリコン基板１０側に放出された光を最大限に取出して反射させることができ、パッケージ１ｄから光を高効率で出力させることができる。
【００５１】
また、本例によれば、ガラス層７０は、薄膜のはんだを介して発光素子５２を実装する薄膜電極６２ａ、６２ｂの下層に設けられている。これにより、発光素子５２の下層に位置するシリコン基板１０の面でも光を反射させることも可能になる。
【００５２】
図７は、本実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージの第三の例を示す断面図である。本例の半導体発光素子搭載用パッケージ１ｅが図６の第二の例と異なる点は、第二の例のガラス層７０及び突起７２が図３及び図４の第２の実施形態としての半導体発光素子搭載用パッケージ１ａに適用されることにある。したがって、第２の実施形態及び第二の例と相互に対応する箇所については同一の符号を付してある。
【００５３】
本例によれば、発光素子５２からシリコン基板１０ａ側に出力された光がガラス層７０と突起７２からなる導光路を透過させることにより、貫通孔１２ａの反射膜１６ａ又は凸部４０の反射膜４２に導くことができる。また、発光素子５２の下層側に位置するシリコン基板１０ａの表面でも光を反射できる。
【００５４】
さらに、本例によれば、凸部４０の頂部に発光素子５２が実装される。これにより、発光素子５２は、シリコン基板１０ａとリフレクタ基板１４ａの接合界面よりもリフレクタ基板１４ａの頂部側に位置する。したがって、発光素子５２から出力された光は、ガラス層７０を介して、反射膜１６ａ又は反射膜４２に導くことが容易になる。
【００５５】
図８は、本実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージの第三の例を示す断面図である。本例が図７の第三の例と異なる点は、蛍光体と指向性レンズを設けることにある。したがって、第三の例と相互に対応する箇所については同一の符号を付してある。
【００５６】
図８に示すように、半導体発光素子搭載用パッケージ１ｆは、発光素子５２を包囲して形成される蛍光体８０と、リフレクタ基板１４ａの出口開口側に配設された指向性レンズ８２を備えている。蛍光体８０は、発光素子５２から出力される光を全方位にほぼ均一に放出させるものである。
【００５７】
本例では、ガラス層７０と突起７２からなる導光路や、反射膜１６ａおよび反射膜４２が形成されているため、高効率で光を反射させることができる。反射された光は、指向性レンズ８２により放射光から指向性のある光に絞られる。
【００５８】
このように指向性レンズ８２を積層実装することにより、半導体発光素子搭載用パッケージ１ｆから出力される光を制御できる。指向性レンズ８２をリフレクタ基板１４ａに積層するときは、接着剤を用いてもよいし、陽極接合性に優れた薄膜のガラス膜やはんだ膜を用いてもよい。
【００５９】
このような指向性レンズ８２および発光素子５２を実装した半導体発光素子搭載用パッケージ１ｆをアレイ状に形成することも容易にできる。これはパッケージ１ｆがシリコン製でエッチング技術を用いて形成されているからである。このアレイ状に配置された半導体発光装置を種々の照明装置（例えば、照明器具や自動車のヘッドライト）に適用することができる。一例として、照明装置に実装される半導体発光装置８９の上面図を図９に示す。
【００６０】
なお、本実施形態の第一例は第１の実施形態に適用した例を説明したが、第２の実施形態に適用してもよく、また本実施形態の第二例および第三例は第２の実施形態に適用した例を説明したが、第１の実施形態に適用してもよい。
【００６１】
次に、第１の実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージ１の製造方法について図１０を参照して説明する。図１０は、半導体発光素子搭載用パッケージ１の製造方法の各工程の形態を示すものである。なお、本製造方法では、シリコン基板１０の結晶面方位は｛１００｝とする。
【００６２】
<工程ａ：溝１８および放熱部３０ａ、３０ｂの形成>
シリコン基板１０を準備する。シリコン基板１０に異方性エッチングを施すことにより溝１８および放熱部３０ａ、３０ｂを形成する。異方性エッチングには濃度４０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液を用いる。マスク材として、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との積層膜を用いる。本マスクパターン形成にホトリソグラフィを適用する。マスク材のエッチングにはＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を適用する。このような加工方法を用いて形成した溝１８および放熱部３０a、３０ｂにおいて、傾斜面がシリコン基板１０に対して形成する角度は５４．７度である。最後にその表面にシリコン酸化膜２８を熱酸化法により形成する。
【００６３】
<工程ｂ：トレンチ貫通孔９０ａ、９０ｂの形成>
シリコンのＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ドライエッチングによりトレンチ貫通孔９０ａ、９０ｂを形成する。シリコンのＩＣＰドライエッチングのためのマスク材としては，アルミニウム薄膜を適用する。アルミニウム薄膜のエッチングには、りん酸と酢酸との混合水溶液を用いる。ホトリソグラフィを用いてアルミニウムのマスクパターンを形成する。これをマスクとしてシリコンを貫通ドライエッチングする。その後，熱酸化法にてシリコン基板１０の表面にシリコン酸化膜２８を形成する。このとき，トレンチ貫通孔９０ａ、９０ｂの内部の表面にもシリコン酸化膜２８が形成される。
【００６４】
<工程ｃ：電極の形成>
めっきによりトレンチ貫通孔９０ａ、９０ｂ内部を金属材料で充填する。または，溶融金属をトレンチ貫通孔９０ａ、９０ｂに流し込み，その内部を金属材料で充填する。金属の材料としては，金（Ａｕ），Ａｕ／Ｓｎ，Ｃｕが適している。金属材料充填後，必要性に応じてＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を施し、シリコン基板１０の面平坦性を確保するのがよい。このようにして貫通配線２６ａ、２６ｂを形成する。次に，薄膜電極２４ａ、２４ｂおよび背面の薄膜電極２５ａ、２５ｂをそれぞれ形成する。これらを構成する材料としては，Ａｕ／Ｃｒ薄膜，Ａｕ／Ｔｉ薄膜，Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ薄膜で構成された積層膜がよい。その他に，Ａｌ薄膜でもよい。これらの材料以外の薄膜の組合せでもよく，必ずしも上記の薄膜に限るわけではない。薄膜の成膜方法としては，真空蒸着法またはスパッタ法を用いる。薄膜電極２４ａ、２４ｂおよび薄膜電極２５ａ、２５ｂのパターン形成には，ホトリソグラフィを用いる。この場合，レジストをマスクとして用い，成膜した薄膜のエッチングにはウエットエッチングまたはイオンミリングによるドライエッチングを用いる。レジストを塗布する方法としては，スピンコーターによるスピン塗布方法が一般的であるが，シリコン基板１０に溝１８が工程ａで形成されているので，スプレーによる噴霧レジストを塗布する手段であるスプレー塗布方法を適用するほうがより適している。なぜなら，スプレー塗布方法を採用すれば，溝１８内を均一な厚みのレジストで覆うことが可能であるからである。
【００６５】
<工程ｄ：反射膜２０の形成>
シリコン基板１０の溝１８が形成された面に反射膜２０の材料であるアルミニウム薄膜をスパッタ法または真空蒸着法により成膜する。そして，ホトリソグラフィにより成膜されたアルミニウム薄膜のパターン形成を行い，溝１８内に反射膜２０を形成する。このとき，レジストの塗布方法としてはスプレー塗布方法を適用する。またアルミニウム薄膜のエッチングは工程ｂで説明したエッチング溶液を用いる。なお，反射膜２０の材料としてアルミニウム薄膜を挙げたが，金薄膜や銀薄膜を用いて反射膜２０を構成しても同様な効果を期待できる。
【００６６】
<工程ｅ：貫通孔１２の形成>
シリコン基板１０よりも厚さが大きいシリコン製のリフレクタ基板１４を準備する。この基板の結晶面方位は｛１００｝である。工程ａで述べたシリコンの異方性エッチングによりリフレクタ基板１４に貫通孔１２を形成する。この場合のシリコンのエッチング液には濃度４０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液を用い，異方性エッチングのマスクには窒化シリコン薄膜とシリコン酸化膜との２層膜を用いる。貫通孔１２を形成後，マスクとなる２層膜は剥離される。このような手順で貫通孔１２を備えたリフレクタ基板１４が製作される。この場合の貫通孔１２の側面は｛１１１｝面から構成されるので，リフレクタ基板１４の裏面とのなす角度は５４．７度となる。
【００６７】
<工程ｆ：反射膜１６の形成>
貫通孔１２の側面にのみアルミニウム薄膜をスパッタ法または真空蒸着法により成膜する。このときメタルマスク法を用い，貫通孔１２の側面以外が露出しないようにカバーし，アルミニウム薄膜を成膜する。なお，上記では反射膜１６の材料としてアルミニウム薄膜を挙げたが，金薄膜や銀薄膜を用いて反射膜１６を構成しても同様な効果を期待できる。
【００６８】
<工程ｇ：薄膜ガラス２２の形成>
シリコン基板１０の溝１８が形成された面に薄膜ガラス２２を形成する。薄膜ガラス２２の形成方法は，次の手順を採用する。第一にホトリソグラフィにより，シリコン基板１０の溝１８が形成された面にポジ型のレジストパターンを形成する。このレジストパターンは薄膜ガラス２２の形状を反映する。レジストの塗布方法としては，スプレー塗布法を利用する。第二に真空蒸着法またはスパッタ法により薄膜ガラスを構成する４％程度のＮａ２Ｏを多く含むガラス（例えば，ホウケイ酸ガラス）をシリコン基板１０の溝１８が形成された面に成膜する。最後に，リフトオフ法を用いてレジストパターンを剥離し薄膜ガラス２２を形成する。
【００６９】
<工程ｈ：陽極接合>
薄膜ガラス２２が形成されたシリコン基板１０と貫通孔１２が形成されたリフレクタ基板１４とを陽極接合により接合する。接合条件は，温度２００℃，印加電圧６０Ｖである。
【００７０】
次に、第２の実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージ１ａの製造方法について図１１を参照して説明する。図１１は、半導体発光素子搭載用パッケージ１ａの製造方法の各工程の形態を示すものである。なお、本製造方法では、シリコン基板１０の結晶面方位は｛１００｝とする。
【００７１】
<工程ａ：凸部４０の形成>
シリコン基板１０ａを準備する。シリコンの異方性エッチングを用いてシリコン基板１０ａに凸部４０を形成する。異方性エッチングには濃度４０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液を用いる。マスク材にはシリコン窒化膜とシリコン酸化膜との積層膜を用い，本マスクのパターン形成にはホトリソグラフィを適用する。マスク材のエッチングにはＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を適用する。このような加工方法を用いて形成した凸部４０の側面（斜面）とシリコン基板１０ａの表面または裏面となす角度は５４．７度である。最後にその表面にシリコン酸化膜２８aを熱酸化法により形成する。
【００７２】
<工程ｂ：トレンチ貫通孔９２ａ、９２ｂを形成>
シリコンのＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ドライエッチングによりトレンチ貫通孔９２ａ、９２ｂを形成する。シリコンのＩＣＰドライエッチングのためのマスク材としては，アルミニウム薄膜を適用する。アルミニウム薄膜のエッチングには、りん酸と酢酸との混合水溶液を用いる。ホトリソグラフィを用いてアルミニウムのマスクパターンを形成する。これをマスクとしてシリコンを貫通ドライエッチングする。その後，熱酸化法にてシリコン基板１０ａの表面にシリコン酸化膜２８ａを形成する。このとき，トレンチ貫通孔９２ａ、９２ｂの内部の表面にもシリコン酸化膜２８aが形成される。
【００７３】
<工程ｃ：電極の形成>
めっきによりトレンチ貫通孔９２ａ、９２ｂ内部を金属材料で充填する。または，溶融金属をトレンチ貫通孔９２ａ、９２ｂに流し込み，その内部を金属材料で充填する。金属の材料としては，金（Ａｕ），Ａｕ／Ｓｎ，Ｃｕが適している。金属材料充填後，必要性に応じてＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を施し，シリコン基板１０ａの面平坦性を確保する。このようにして貫通配線２６ａ、２６ｂを形成する。次に，薄膜電極２４ａ、２４ｂそして薄膜電極２５ａ、２５ｂをそれぞれ形成する。これらを構成する材料としては，Ａｕ／Ｃｒ薄膜，Ａｕ／Ｔｉ薄膜，Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ薄膜で構成された積層膜がよい。その他に，Ａｌ薄膜でもよい。これらの材料以外の薄膜の組合せでもよく，必ずしも上記の薄膜に限るわけではない。薄膜の成膜方法としては，真空蒸着法またはスパッタ法を用いる。薄膜電極２４ａ、２４ｂおよび薄膜電極２５ａ、２５ｂのパターン形成には，ホトリソグラフィを用いる。この場合，レジストをマスクとして用い，成膜した薄膜のエッチングにはウエットエッチングまたはイオンミリングによるドライエッチングを用いる。レジストを塗布する方法としては，スピンコーターによるスピン塗布方法が一般的であるが，シリコン基板１０ａには凸部４０が工程ａで形成されているので，スプレーによる噴霧レジストを塗布する手段であるスプレー塗布方法を適用するほうがより適している。なぜなら，スプレー塗布方法を採用すれば，凸部４０の側面を均一な厚みのレジストで覆うことが可能であるからである。
【００７４】
<工程ｄ：反射膜４２の形成>
シリコン基板１０ａの薄膜電極２４ａ、２４ｂが形成された面に反射膜４２の材料であるアルミニウム薄膜をスパッタ法または真空蒸着法により成膜する。そして、ホトリソグラフィにより成膜されたアルミニウム薄膜のパターン形成を行い、凸部４０の側面に反射膜４２を形成する。このとき、レジストの塗布方法としてはスプレー塗布方法を適用する。またアルミニウム薄膜のエッチングは工程ｂで説明したエッチング溶液を用いる。なお，上記では反射膜４２の材料としてアルミニウム薄膜を挙げたが、金薄膜や銀薄膜を用いて反射膜４２を構成しても同様な効果を期待できる。
【００７５】
<工程ｅ：貫通孔１２ａの形成>
シリコン基板１０ａよりも厚さが大きいシリコン製のリフレクタ基板１４ａを準備する。この基板の結晶面方位は｛１００｝である。ＳＦ６ガスを用いたＲＩＥにてリフレクタ基板１４ａを等方性エッチングし，貫通孔１２ａを設ける。等方性エッチングであるので貫通孔１２ａの側面は図のように丸まった形状となる。ＲＩＥのマスク材としては，アルミニウム薄膜を用いる。貫通孔１２ａを形成後，マスクとなるアルミニウム薄膜は剥離される。このような手順で貫通孔１２ａを備えたリフレクタ基板１４ａが製作される。
【００７６】
<工程ｆ：反射膜１６ａの形成>
貫通孔１２ａの側面に反射膜１６ａを設ける。貫通孔１２aの側面にのみアルミニウム薄膜をスパッタ法または真空蒸着法により成膜する。このときメタルマスク法を用い，貫通孔１２ａの側面以外が露出しないようにカバーし，アルミニウム薄膜を成膜する。なお，反射膜１６ａの材料としてアルミニウム薄膜を挙げたが，金薄膜や銀薄膜を用いて反射膜１６ａを構成しても同様な効果を期待できる。
【００７７】
<工程ｇ：薄膜ガラス２２の形成>
シリコン基板１０ａの凸部４０が設けられた面に薄膜ガラス２２を形成する。薄膜ガラス２２の形成方法は，次の手順を採用する。第一にホトリソグラフィにより，シリコン基板１０ａの凸部４０が形成された面にポジ型のレジストパターンを形成する。このレジストパターンは薄膜ガラス２２の形状を反映する。レジストの塗布方法としては，スプレー塗布法を利用する。第二に真空蒸着法またはスパッタ法により薄膜ガラスを構成する４％程度のＮａ２Ｏを多く含むガラス（例えば，ホウケイ酸ガラス）をシリコン基板１０ａの凸部４０が形成された面に成膜する。最後に，リフトオフ法を用いてレジストパターンを剥離し薄膜ガラス２２を形成する。
【００７８】
<工程ｈ：陽極接合>
薄膜ガラス２２が形成されたシリコン基板１０ａと貫通孔１２ａが形成されたリフレクタ基板１４ａとを陽極接合により接合する。接合条件は，温度２００℃，印加電圧６０Ｖである。
【００７９】
なお、第３の実施形態に示したガラス層７０と突起７２とを備えた構造は工程ａにてこれらを形成すればよく，先の製造方法と基本的に同じプロセスにより製造できる。
【００８０】
次に、第３の実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージ１ｃの製造方法について説明する。より具体的には、半導体発光素子搭載用パッケージ１ｃのサブマウント５０に貫通配線５８ａ、５８ｂを形成する手法について図１２及び図１３を参照して説明する。
【００８１】
図１２は、貫通配線５８ａ、５８ｂのための貫通孔１１６をサブマウント５０にエッチングにより形成する各工程の形態を示す。
【００８２】
<工程ａ：シリコン基板１１０にトレンチ溝１１２を形成>
サブマウント５０のエッチングマスクとして使用されることになるシリコン基板１１０を準備する。シリコン基板１１０の表面に熱酸化膜１１１を形成する。熱酸化膜１１１に対してホトリソグラフィによりエッチングを施すことにより、熱酸化膜１１１にマスクパターンを形成する。ここでのエッチングとしてＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を適用すればよい。熱酸化膜１１１のマスクパターンをマスクとして、シリコン基板１１０に対してドライエッチングを施すことにより、トレンチ溝１１２が形成される。トレンチ溝１１２は、シリコン基板１１０の表面から厚み方向に凹んで形成された２つの溝であり、シリコン基板１１０に離間して形成される。なお、ドライエッチングとしてＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）を適用すればよい。
【００８３】
<工程ｂ：トレンチ溝１１２内に酸化膜を形成>
工程ａによりシリコン基板１１０に形成された熱酸化膜１１１を剥離する。剥離する処理として、ＢＨＦ（ＨＦ＋ＮＨ４Ｆの混合水溶液）を適用すればよい。次いで、シリコン基板１１０に熱酸化膜を形成する。次いで、熱酸化膜のうち、シリコン基板１１０のトレンチ溝１１２を除いた面の熱酸化膜だけを除去することにより、熱酸化膜１１３を形成する。
【００８４】
<工程ｃ：貫通孔形成>
工程ｂにより処理されたシリコン基板１１０に対し、ＴＭＡＨ水溶液（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイト）、又はＫＯＨ水溶液（水酸化カリウム水溶液）によりエッチングを施すことにより、シリコン基板１１０に孔１１４を形成する。このときのエッチング処理は、トレンチ溝１１２の底面の熱酸化膜１１３が露出するまで継続される。したがって、シリコン基板１１０の厚み方向を貫通する２つの孔１１４が形成される。このように孔１１４が形成されたシリコン基板１１０は、シリコンマスク１１５として用いられる。
【００８５】
<工程ｄ：陽極接合>
工程ｃにより形成されたシリコンマスク１１５の熱酸化膜１１３を除去する。このシリコンマスク１１５を板形のサブマウント５０に重ねて接合する。なお、本例では、サブマウント５０の材料として、シリコンマスク１１５と陽極接合が可能なホウケイ酸ガラスを用いている。また、接合方法として陽極接合を適用すればよいし、その接合条件として温度３００度及び電圧３００ボルトが望ましい。
【００８６】
<工程ｅ：サブマウント５０に貫通孔を形成>
工程ｅにより接合処理されたサブマウント５０に対してドライエッチングを施すことにより、サブマウント５０に貫通孔１１６を形成する。貫通孔１１６は、シリコンマスク１１５の孔１１４に対応して、サブマウント５０の厚み方向を貫通して形成されている。ここでのエッチングガスとして、例えば、Ｃ４Ｆ８ガス、ＣＨＦ３ガス、Ａｒガス、Ｃ３Ｆ８ガスを適宜組み合わせて使用できる。また、サブマウント５０の表面に対しておよそ垂直なトレンチ貫通孔（側壁の角度としては例えば７５度〜９０度）としての貫通孔１１６を形成するために、エッチングを施す際の周囲環境を低圧ガス雰囲気にするのが好ましい。
【００８７】
<工程f：シリコンマスク５０の除去>
工程ｅでマスクとして使用したシリコンマスク１１５をエッチングにより除去する。ここでのエッチング溶液としては、例えばＫＯＨ水溶液またはＴＭＡＨ水溶液を用いればよい。本工程の処理が完了することにより、２つの貫通孔１１６が形成されたサブマウント５０を得ることができる。
【００８８】
図１３は、図１２の貫通孔１１６に導電性材料としての金属材料をめっき処理により充填する各工程の形態を示す。
【００８９】
<工程ａ：めっき用ベース基板の形成>
めっき用ベース基板として使用されることになるダミーのシリコン基板１１７を準備する。シリコン基板１１７の表面に、スピンコートによりＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）膜１１８を成膜する。より具体的には、ＰＤＭＳ膜１１８は、膜厚が例えば１００μｍでシリコン基板１１７の表面に塗布されて形成される。このシリコン基板１１７に対してスパッタまたは蒸着を施すことにより、ＰＤＭＳ膜１１８に重ねてＡｕ膜１１９を成膜する。Ａｕ膜１１９は、膜厚が例えば１０ｎｍ程度の非常に薄い膜である。要するに、シリコン基板１１７、ＰＤＭＳ膜１１８、Ａｕ膜１１９の三層構造を形成する。また、他の手段としては、前記三層構造に代えて、導電性のゴム材を用いてもよいし、シリコン基板１１７の上に導電性のゴム材を形成してもよい。これらを用いても、Ａｎ膜、ＰＤＭＳ膜が形成されたシリコン基板１１７と同様の効果が得られる。
【００９０】
<工程ｂ：サブマウント５０とシリコン基板１１７との密着>
工程ａにより処理されたシリコン基板１１７に、充填用ガラス基板としてのサブマウント５０上を重ねて密着する。例えば、シリコン基板１１７のＡｕ膜１１９側の表面にサブマウント５０を密着させつつ、その密着を保持する治具によりシリコン基板１１７とサブマウント５０の外周を挟んで固定する。なお、本工程により、シリコン基板１１７とサブマウント５０との間に、ＰＤＭＳ膜１１８とＡｕ膜１１９が挟まれることになる。また、サブマウント５０は、図１２の各工程により貫通孔１１６が形成されたものである。
【００９１】
<工程ｃ：めっき処理>
工程ｂによりシリコン基板１１７に積層されたサブマウント５０に対し、Ａｕのめっき液を用いた電気めっきを施す。このめっき処理により、サブマウント５０の貫通孔１１６内でＡｕの金属膜１２０が成長するため、貫通孔１１６がＡｕで充填される。より具体的には、貫通孔１１６の底面に臨んでいるＡｕ膜１１９がめっきのシード層として作用する。したがって、金属膜１２０は、貫通孔１１６の底面を基にしてサブマウント５０の厚み方向に成長する。なお、金属膜１２０は、貫通孔１１６の頂部の開口から凸形にはみ出している。また電気めっきの処理の際は、Ａｕ膜１１９に電極端子が接続される。
【００９２】
<工程ｄ：シリコン基板１１７の除去>
工程ｃの処理が完了した後、めっき用ベース基板として用いられたダミーのシリコン基板１１７をサブマウント５０から取り外す。
【００９３】
<工程ｅ：サブマウント５０の研磨>
工程ｃの処理により形成された金属膜１２０は、貫通孔１１６の頂部の開口から凸形にはみ出している。したがって、金属膜１２０のはみ出した凸部に対し、ＣＭＰでポリッシングを施すことにより、サブマウント５０の表面を平坦化する。本工程の処理が完了することにより、２つの貫通孔１１６に金属膜１２０が充填されたサブマウント５０を得ることができる。換言すれば、サブマウント５０に貫通配線５８ａ、５８ｂが形成される。
【００９４】
図１２及び図１３を参照して説明した例では、サブマウント５０の材料としてホウケイ酸ガラスを用いたが、石英ガラスを用いた場合でも同様な考え方を適用できる。例えば、図１２の工程ｄにおいて、石英ガラスからなるサブマウント上に、ドライエッチング用のマスク材としてのシリコンマスク１１５を直接接合すればよい。すなわち、本工程ｄの陽極接合に代えて、直接接合を適用することにより、サブマウントの材料として石英ガラスを用いることができる。また、石英ガラスからなるサブマウントに無機材料接着剤を塗布することにより、サブマンとシリコンマスク１１５を接合してもよい。
【００９５】
図１２及び図１３に示した手法によれば、ガラス基板としてのサブマウント５０上に、厚みが比較的大きいシリコンマスク１１５を容易に形成できる。したがって、シリコンマスク１１５は、サブマウント５０のドライエッチングマスクとして適したものになり、サブマウント５０に貫通配線５８ａ、５８ｂを形成するのが簡単になる。
【００９６】
一般に、ガラス基板のドライエッチングには選択比が十分高いエッチングマスクは存在せず、選択比が比較的高いとして知られているものは、ポリシリコン膜またはシリコン膜の例えば２０である。しかし、選択比が２０程度の場合、例えば厚さ３００μｍのガラス基板を貫通エッチングするためには、ガラス基板上に膜厚１５μｍのポリシリコン膜を形成する必要がある。膜厚１５μｍのポリシリコン膜を従前の半導体製造装置により形成しようとすると、例えば応力の緩和という大きな問題が生じるため、そのポリシリコン膜の形成が困難となる。この点、本実施形態の手法によれば、応力の問題を気にせずにガラス基板上に厚みが十分大きいマスク材を容易に形成できる。
【００９７】
また、貫通配線５８ａ、５８ｂは、サブマウント５０を厚み方向に貫通する貫通孔１１６に金属膜１２０が充填して形成される。したがって、本手法のように貫通孔を形成した後に、その貫通孔に導電性材料を充填する手順が適切となる。
【００９８】
なお、サブマウント５０について補足する。サブマウント５０は、透明基板であり、図５又は図１３に示すように貫通配線５８ａ、５８ｂが形成される。したがって、サブマウント５０の材料としては、例えば、熱膨張係数が例えば３３×１０−７／℃でシリコン基板２の熱膨張係数（２３．３×１０−７）に近く、またＮａ２Ｏの含有率が例えば４％で、さらにシリコン基板との陽極接合が可能なガラスが好ましい。より具体的には、コーニング社製の＃７７４０ガラスに代表されるホウケイ酸ガラスが好ましい。また、ホウケイ酸ガラスのほか、サブマウント５０の適切な材料として石英ガラスを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明を適用した第1の実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージの斜視図である。
【図２】図１のａ―ａ´断面を示す図である。
【図３】本発明を適用した第２の実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージの斜視図である。
【図４】図２のｂ−ｂ´断面を示す図である。
【図５】本発明を適用した第３の実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージの第一の例を示す断面図である。
【図６】本発明を適用した第３の実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージの第二の例を示す断面図である。
【図７】本発明を適用した第３の実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージの第三の例を示す断面図である。
【図８】本発明を適用した第３の実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージの第四の例示す断面図である。
【図９】本発明を適用した実施形態の照明装置に実装される半導体発光装置の上面図である。
【図１０】本発明を適用した第１の実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージの製造プロセスを説明するためのフロー図である。
【図１１】本発明を適用した第２の実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージの製造プロセスを説明するためのフロー図である。
【図１２】本発明を適用した第３の実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージの第一の例のサブマウントの製造方法において、エッチング手法に関して説明するためのフロー図である。
【図１３】本発明を適用した第３の実施形態の半導体発光素子搭載用パッケージの第一の例のサブマウントの製造方法において、金属充填手法に関して説明するためのフロー図である。
【符号の説明】
【０１００】
１    半導体発光素子搭載用パッケージ
１０  シリコン基板
１２  貫通孔
１４  シリコン製のリフレクタ基板
１６  反射膜
１８  溝
２０  反射膜
３０ａ  放熱部
４０  凸部
４２  反射膜
５０  サブマウント
５２  発光素子
５３  Ｖ字型溝
７０  ガラス層
７２  突起
８９  半導体発光装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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