(57)【要約】【課題】発光ダイオードからの発光が保護用ダイオードに与える悪影響を除去する。【解決手段】シリコン基板１１上の左側上に、発光ダイオードを構成するＧａＮ層（第１の半導体層）１２が形成されている。シリコン基板（成長基板）１１上の右側上には、絶縁層（シリコン酸化膜層）１３を介して、多結晶シリコン層（第２の半導体層）１４が形成されている。ＧａＮ層１２の上面から発した光は、透明電極１５を通り、発光ダイオード電極１７が形成されていない箇所から外部に発せられる。保護用ダイオード電極１８は、保護用ダイオードが形成された多結晶シリコン層１４の上面及び側面を覆う形態で形成されているため、この光は、保護用ダイオード電極１８によって遮蔽され、多結晶シリコン層１４には入射しない。【選択図】図１
2011165746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードと、当該発光ダイオードに過電流が流れることを抑制する保護用ダイオードとが、互いの順方向が逆向きとなるように並列に接続された構成を具備する光半導体装置であって、
前記発光ダイオードが発した光が前記保護用ダイオードに入射することを抑制し、かつ前記保護用ダイオードの一方の極に電気的に接続された遮光電極が設けられたことを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記発光ダイオードは成長基板の一方の主面上に形成された第１の半導体層中に、前記保護用ダイオードは前記成長基板の一方の主面上における前記第１の半導体層と異なる領域に形成された第２の半導体層中に、それぞれ形成され、
前記遮光電極は、前記第２の半導体層上に絶縁膜を挟んで前記第２の半導体層を覆って形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記遮光電極は、前記第２の半導体層側から前記第１の半導体層側まで延伸し、前記発光ダイオードの一方の極に接続されたことを特徴とする請求項２に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記第１の半導体層は、ＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体で構成されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記第１の半導体層は、化学式ＡｌｘＭｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１、ここで、ＭはＩｎ、Ｂのうちの１種を少なくとも含む）で表される組成をもつことを特徴とする請求項４に記載の光半導体装置。
【請求項６】
前記第２の半導体層は、多結晶シリコンで構成されたことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の光半導体装置。
【請求項７】
前記発光ダイオードは成長基板の一方の主面上にエピタキシャル成長された表面半導体層中に、前記保護用ダイオードは前記成長基板上の他方の主面上に形成された裏面半導体層中に、それぞれ形成され、
前記遮光電極は、前記他方の主面上において、前記裏面半導体層上に絶縁膜を挟んで前記裏面導体層を覆って形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項８】
前記表面半導体層は、ＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体で構成されたことを特徴とする請求項７に記載の光半導体装置。
【請求項９】
前記表面半導体層は、化学式ＡｌｘＭｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１、ここで、ＭはＩｎ、Ｂのうちの１種を少なくとも含む）で表される組成をもつことを特徴とする請求項８に記載の光半導体装置。
【請求項１０】
前記裏面半導体層は、多結晶シリコンで構成されたことを特徴とする請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の光半導体装置。
【請求項１１】
成長基板の一方の主面上に形成された発光ダイオードと保護用ダイオードとが、互いの順方向が逆向きとなるように並列に接続された構成を具備する光半導体装置の製造方法であって、
前記成長基板の一方の主面上に第１の半導体層を形成し、当該第１の半導体層中に前記発光ダイオードを形成する発光ダイオード形成工程と、
前記成長基板の一方の主面上において、前記第１の半導体層が部分的に除去された領域に第２の半導体層を形成し、当該第２の半導体層中に前記保護用ダイオードを形成する保護用ダイオード形成工程と、
前記第２の半導体層周囲を絶縁層で覆う絶縁層形成工程と、
前記絶縁層中に形成されたコンタクト孔を通して前記保護用ダイオードの一方の極と接続され、かつ前記第２の半導体層を覆う形態の保護用ダイオード電極を形成する保護用ダイオード電極形成工程と、
を具備することを特徴とする、光半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
成長基板上の一方の主面上に形成された発光ダイオードと、前記成長基板の他方の主面上に形成された保護用ダイオードとが、互いの順方向が逆向きとなるように並列に接続された構成を具備する光半導体装置の製造方法であって、
前記成長基板の他方の主面上において、裏面半導体層を形成し、当該裏面半導体層中に前記保護用ダイオードを形成する裏面半導体層形成工程と、
前記成長基板の一方の主面上に、表面半導体層をエピタキシャル成長させ、前記表面半導体層中に前記発光ダイオードを形成する表面半導体層形成工程と、
前記成長基板の他方の主面側において前記裏面半導体層周囲を絶縁層で覆う絶縁層形成工程と、
前記絶縁層中に形成されたコンタクト孔を通して前記保護用ダイオードの一方の極と接続され、かつ前記裏面半導体層を覆う形態の裏面電極を前記成長基板の他方の主面側において形成する裏面電極形成工程と、
を具備することを特徴とする、光半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の光半導体装置が接着剤によって実装基板上に接続されて搭載された光半導体モジュールであって、
前記接着剤は前記発光ダイオードが発する光に対して不透明であり、前記接着剤は前記実装基板上において前記保護用ダイオードが形成された層の側面を覆う形態とされたことを特徴とする光半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護用素子と発光ダイオードが接続された構成をもつ光半導体装置及びその製造方法に関する。また、この光半導体装置が実装された光半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード、特にＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体を用いた発光ダイオードは、赤外光から青色に至る広い波長範囲の発光をする。こうしたダイオードは、化合物半導体中のｐｎ接合をその基本構造とし、ｐ側電極とｎ側電極間に電圧を印加し、電流を流すことによって発光する。しかしながら、過大な電流が流れた場合には、発光ダイオードは破損する。特に、静電気等によって瞬間的に過大な電圧がｐ側電極とｎ側電極間に印加された場合には、発光ダイオードは破損する場合が多い。
【０００３】
こうした場合のために、実際の発光ダイオードユニットにおいては、発光ダイオード素子と並列に保護用素子として例えば保護用ダイオード（例えばツェナーダイオード）が接続されて実装された形態とされる場合が多い。図８は、この場合の回路構成を示す図であり、発光ダイオード４００と保護用ダイオード４１０が逆向きに並列に接続されている。この構成の場合、発光ダイオード４００が順バイアスとなるように両電極端子間に適正な電圧が印加された場合には、保護用ダイオード４１０は逆バイアスとなり、電流は発光ダイオード４００中を流れ、発光が生じる。一方、両電極端子間に過大な電圧が印加されると、保護用ダイオード４１０中でのツェナー効果により、保護用ダイオード４１０は短絡に近い状態となるため、電流の大部分は保護用ダイオード４１０中を流れる。従って、発光ダイオード４００中を過大な電流が流れることが抑制され、破損が抑制される。保護用ダイオード４１０は、例えば多結晶シリコン等で形成することができ、ＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体で形成された発光ダイオード４００とは別体となるため、これらが実装基板上に搭載され、配線を用いて図８の回路構成となるべく接続される。
【０００４】
こうした場合の実装形態は、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１には、保護ダイオードが形成された基板上に発光ダイオードチップを搭載した各種の構成が記載されている。
【０００５】
ただし、こうした構成をとる場合には、保護用ダイオード等の存在によって発光ダイオードの発光自体が遮られ、発光ダイオード単体を用いた場合よりも発光効率が低下するという問題がある。特許文献２には、この点を改善した構造が記載されている。この技術においては、発光ダイオードと保護用ダイオードとが、反射層を介して積層されている。これにより、発光ダイオードから下側に向かう光は反射層で反射され、高い発光効率を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２３０４４８号公報
【特許文献２】特開２００２−１７０９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の構造においては、発光ダイオードから発せられた光が保護用ダイオードに入射する。発光ダイオードから発せられる光には特に指向性がなく、周りの全ての方向にこの光は発せられる。この光が保護用ダイオードに入射すると、動作時に逆バイアスされている保護用ダイオード中に光電流が流れる。図８の構成においては、動作時において本来は発光ダイオード４００のみに電流が流れることにより低消費電力で強い発光が得られるが、この光電流によって、動作時にも保護用ダイオードに電流が流れる。
【０００８】
すなわち、この光電流によって図８の構成の発光ダイオードユニットにおける消費電力が高くなる、あるいは、発光効率が実質的に低下するという問題がある。
【０００９】
この点において、特許文献２に記載の構造においては、発光ダイオードから基板側に直接向かう光は、反射層によって反射され、保護用ダイオードに入射することはない。しかしながら、例えば、発光ダイオードと保護用ダイオードとが図８の回路構成で同一パッケージに封入された場合、発光ダイオードから基板側に直接向かう光だけでなく、パッケージの内面等で反射された光も保護用ダイオードの側面側から保護用ダイオードに入射する。このため、実際にパッケージ内に封入された形態においては、保護用ダイオードへの光の入射は避けられない。
【００１０】
このように、発光ダイオードからの発光が保護用ダイオードに与える悪影響を除去することは困難であった。
【００１１】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の光半導体装置は、発光ダイオードと、当該発光ダイオードに過電流が流れることを抑制する保護用ダイオードとが、互いの順方向が逆向きとなるように並列に接続された構成を具備する光半導体装置であって、前記発光ダイオードが発した光が前記保護用ダイオードに入射することを抑制し、かつ前記保護用ダイオードの一方の極に電気的に接続された遮光電極が設けられたことを特徴とする。
本発明の光半導体装置において、前記発光ダイオードは成長基板の一方の主面上に形成された第１の半導体層中に、前記保護用ダイオードは前記成長基板の一方の主面上における前記第１の半導体層と異なる領域に形成された第２の半導体層中に、それぞれ形成され、前記遮光電極は、前記第２の半導体層上に絶縁膜を挟んで前記第２の半導体層を覆って形成されたことを特徴とする。
本発明の光半導体装置において、前記遮光電極は、前記第２の半導体層側から前記第１の半導体層側まで延伸し、前記発光ダイオードの一方の極に接続されたことを特徴とする。
本発明の光半導体装置において、前記第１の半導体層は、ＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体で構成されたことを特徴とする。
本発明の光半導体装置において、前記第１の半導体層は、化学式ＡｌｘＭｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１、ここで、ＭはＩｎ、Ｂのうちの１種を少なくとも含む）で表される組成をもつことを特徴とする。
本発明の光半導体装置において、前記第２の半導体層は、多結晶シリコンで構成されたことを特徴とする。
本発明の光半導体装置において、前記発光ダイオードは成長基板の一方の主面上にエピタキシャル成長された表面半導体層中に、前記保護用ダイオードは前記成長基板上の他方の主面上に形成された裏面半導体層中に、それぞれ形成され、前記遮光電極は、前記他方の主面上において、前記裏面半導体層上に絶縁膜を挟んで前記裏面導体層を覆って形成されたことを特徴とする。
本発明の光半導体装置において、前記表面半導体層は、ＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体で構成されたことを特徴とする。
本発明の光半導体装置において、前記表面半導体層は、化学式ＡｌｘＭｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１、ここで、ＭはＩｎ、Ｂのうちの１種を少なくとも含む）で表される組成をもつことを特徴とする。
本発明の光半導体装置において、前記裏面半導体層は、多結晶シリコンで構成されたことを特徴とする。
本発明の光半導体装置の製造方法は、成長基板の一方の主面上に形成された発光ダイオードと保護用ダイオードとが、互いの順方向が逆向きとなるように並列に接続された構成を具備する光半導体装置の製造方法であって、前記成長基板の一方の主面上に第１の半導体層を形成し、当該第１の半導体層中に前記発光ダイオードを形成する発光ダイオード形成工程と、前記成長基板の一方の主面上において、前記第１の半導体層が部分的に除去された領域に第２の半導体層を形成し、当該第２の半導体層中に前記保護用ダイオードを形成する保護用ダイオード形成工程と、前記第２の半導体層周囲を絶縁層で覆う絶縁層形成工程と、前記絶縁層中に形成されたコンタクト孔を通して前記保護用ダイオードの一方の極と接続され、かつ前記第２の半導体層を覆う形態の保護用ダイオード電極を形成する保護用ダイオード電極形成工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の光半導体装置の製造方法は、成長基板上の一方の主面上に形成された発光ダイオードと、前記成長基板の他方の主面上に形成された保護用ダイオードとが、互いの順方向が逆向きとなるように並列に接続された構成を具備する光半導体装置の製造方法であって、前記成長基板の他方の主面上において、裏面半導体層を形成し、当該裏面半導体層中に前記保護用ダイオードを形成する裏面半導体層形成工程と、前記成長基板の一方の主面上に、表面半導体層をエピタキシャル成長させ、前記表面半導体層中に前記発光ダイオードを形成する表面半導体層形成工程と、前記成長基板の他方の主面側において前記裏面半導体層周囲を絶縁層で覆う絶縁層形成工程と、前記絶縁層中に形成されたコンタクト孔を通して前記保護用ダイオードの一方の極と接続され、かつ前記裏面半導体層を覆う形態の裏面電極を前記成長基板の他方の主面側において形成する裏面電極形成工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の光半導体モジュールは、光半導体装置が接着剤によって実装基板上に接続されて搭載された光半導体モジュールであって、前記接着剤は前記発光ダイオードが発する光に対して不透明であり、前記接着剤は前記実装基板上において前記保護用ダイオードが形成された層の側面を覆う形態とされたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は以上のように構成されているので、発光ダイオードからの発光が保護用ダイオードに与える悪影響を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置の変形例の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る光半導体装置の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る光半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る光半導体装置の変形例の構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る光半導体モジュールの構造を示す断面図である。
【図８】発光ダイオードに保護用ダイオードが接続された構成の一例の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態となる光半導体装置の製造方法、及びその構造について説明する。ここで、この光半導体装置は、図８に示されるような、発光ダイオードと保護用ダイオードとが接続された構成である。以下に示す第１、第２の実施の形態においては、発光ダイオードと保護用ダイオードの配置が異なる。ここで、それぞれにおいて、発光ダイオードは窒化ガリウム（ＧａＮ）のｐ型層とｎ型層との積層構造（ｐｎ接合）で形成され、保護用ダイオードは、多結晶シリコンのｐｎ接合で形成されるものとする。どちらにおいても、発光ダイオードからの光が保護用ダイオードに入射することを抑制する遮光電極が、保護用ダイオードにおける一方の極に接続されて設けられている。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る光半導体装置１０の断面を示す図である。図において、シリコン基板１１上の左側上に、発光ダイオードを構成するＧａＮ層（第１の半導体層）１２が形成されている。シリコン基板（成長基板）１１上の右側上には、絶縁層（シリコン酸化膜層）１３を介して、多結晶シリコン層（第２の半導体層）１４が形成されている。
【００１７】
ＧａＮ層１２は、エピタキシャル成長によってシリコン基板１１上に形成される。これらの間の界面には、エピタキシャル成長を良好に行うためのバッファ層が設けられている。バッファ層上にはＧａＮのｎ型層、ｐ型層がエピタキシャル成長によって順次形成されている。図１では、バッファ層、ｎ型層、ｐ型層を全て含んだ形をＧａＮ層１２として記載している。ＧａＮ層１２におけるｐ型層（発光ダイオードの一方の極）は、ＧａＮ層１２の直上のほぼ全面に形成された透明電極１５と接続され、透明電極１５は、絶縁層（シリコン酸化膜層）１６を挟んで形成された発光ダイオード電極１７と電気的に接続される。ＧａＮ層１２におけるｎ型層（発光ダイオードの他方の極）は、バッファ層を介してシリコン基板１１に電気的に接続される。この構造においては、発光ダイオードの発光面はＧａＮ層１２の上面となり、発光ダイオード電極１７で遮られていない箇所において、この上面から透明電極１５を介して光が発せられる。
【００１８】
多結晶シリコン層１４中にも、多結晶シリコンのｐ型層、ｎ型層が順次形成されている。このうち、ｎ型層（保護用ダイオードの一方の極）は、絶縁層（シリコン酸化膜層）１６を挟んで形成された保護用ダイオード電極１８と電気的に接続される。ｐ型層（保護用ダイオードの他方の極）は、シリコン基板１１に電気的に接続される。図１では、多結晶シリコンのｐ型層、ｎ型層を全て含んだ形を多結晶シリコン層１４として記載している。
【００１９】
図１に示された範囲外で、発光ダイオード電極１７と保護用ダイオード電極１８が接続されている。また、シリコン基板１１の裏面側全面には裏面電極１９が形成されている。これにより、ＧａＮ層１２中に形成された発光ダイオードと多結晶シリコン層１４中に形成された保護用ダイオードとが、図８の構成で接続される。
【００２０】
ここで、ＧａＮ層１２の上面から発した光は、透明電極１５を通り、発光ダイオード電極１７が形成されていない箇所から外部に発せられる。保護用ダイオード電極１８は、保護用ダイオードが形成された多結晶シリコン層１４の上面及び側面を覆う形態で形成されているため、この光は、保護用ダイオード電極１８によって遮蔽され、多結晶シリコン層１４には入射しない。すなわち、保護用ダイオード電極１８は、保護用ダイオードの一方の極（ｎ型層）と接続され、かつ保護用ダイオードに光を入射させないための遮光電極となる。これにより、発光ダイオードからの光によって保護用ダイオード中に光電流が流れることが抑制される。すなわち、発光ダイオードからの発光が保護用ダイオードに与える悪影響が除去される。
【００２１】
なお、図１の構造においては、発光ダイオードを構成するＧａＮ層１２と保護用ダイオードを構成する多結晶シリコン層１４とが、同一基板（シリコン基板１１）上の一方の主面上においてほぼ同一の高さに形成される。従って、これらを積層させた特許文献１、特許文献２に記載の光半導体装置と比べて、全体の高さを低く抑えることができる。
【００２２】
図２は、図１の構造の光半導体装置１０を製造する製造方法を示す工程断面図である。以下、この図に基づいて説明する。
【００２３】
まず、図２（ａ）に示されるように、シリコン基板（成長基板）１１の一方の主面（表面）上に、ＧａＮ層（第１の半導体層）１２を例えばＭＢＥ（分子線エピタキシー法）又はＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積法）によってエピタキシャル成長させる（発光ダイオード形成工程）。ここで、前記の通り、シリコン基板１１上にはまずバッファ層、次にｎ型層、ｐ型層を順次形成する。ここで、シリコン基板１１は、この上で良好な結晶性のＧａＮ層１２が得られるような、単結晶のシリコン基板である。また、シリコン基板１１は、発光ダイオードと保護用ダイオードとを接続する配線の一部となるため、導電性であることが必要であり、このために不純物が適宜ドーピングされている。また、シリコン基板１１の表面（図中上側の面）は、このエピタキシャル成長を行うために、鏡面であることが必要である。
【００２４】
次に、図２（ｂ）に示されるように、図２（ａ）中の右側の部分のＧａＮ層１２を除去する。この工程は、例えば、図中左側の領域にのみフォトレジスト層をマスクとして形成し、エッチング（ドライエッチング、ウェットエッチング）を行うことによって実現できる。シリコン基板１１上において、左側に部分的に残されたＧａＮ層１２中に発光ダイオードが形成されている。一方、シリコン基板１１の表面における右側のＧａＮ層１２が除去された箇所に保護用ダイオードを形成することができる。
【００２５】
次に、図２（ｃ）に示されるように、表面全面に絶縁層１３を形成する。絶縁層１３は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）であり、ＣＶＤ（化学気相成長法）等によって形成され、その厚さは例えば５００〜８００ｎｍ程度とする。
【００２６】
次に、図２（ｄ）に示されるように、ＧａＮ層１２が除去された右側の領域において、絶縁層１３に開口部２１を形成する。この開口部２１は、保護用ダイオードとシリコン基板１１との接続部分となる。この開口部２１を形成するためには、例えば、この開口部２１に対応した開口をもつフォトレジスト層をマスクとして形成し、ＳｉＯ２に対するドライエッチングを行えばよい。
【００２７】
次に、図２（ｅ）に示されるように、ＧａＮ層１２が除去された右側の領域中に多結晶シリコン層（第２の半導体層）１４を形成する（保護用ダイオード形成工程）。ここでは単純化して示しているが、このためには、まず、ＣＶＤ法等によって、多結晶シリコン層１４を全面に形成し、その後で、フォトレジスト層をマスクにして図２（ｅ）で多結晶シリコン層１４が存在している箇所以外の箇所をドライエッチング等で除去する。
【００２８】
また、この工程において、多結晶シリコン層１４中にｐｎ接合を形成するためには、まずＣＶＤ法等によって多結晶シリコンを形成する際に、ｐ型のドーパント（ホウ素等）をドーピングし、この多結晶シリコンをｐ型とする。その後、その表面にｎ型のドーパントであるリン等を選択的に熱拡散させ、ｎ型層を形成する。これによってｐｎ接合が多結晶シリコン層１４中に形成される。
【００２９】
次に、図２（ｆ）に示されるように、多結晶シリコン層１４とその周囲を含む領域以外において、絶縁層１３を除去する。この工程も、フォトレジスト層をマスクとしたウェットエッチング等によって実現することができる。
【００３０】
次に、図２（ｇ）に示されるように、ＧａＮ層１２の表面のほぼ全面に透明電極１５を形成する。透明電極１５の材料としては、透光性の高いＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）等を用いることができる。あるいは、透光性は高くないがｐ型ＧａＮとオーミック接触をする材料として、チタン（Ｔｉ）／金（Ａｕ）の積層構造を用い、これを薄くして透光性をもたせてもよい。透明電極１５をＧａＮ層１２の表面にのみ形成するためには、これらの透明電極材料を全面に形成した後で、ＧａＮ層１２表面のみにフォトレジスト層をマスクとして形成し、エッチングを行う（エッチング法）。あるいは、ＧａＮ層１２の表面以外の部分にフォトレジスト層をマスクとして形成してからこれらの透明電極材料を全面に形成し、その後でフォトレジスト層を除去することにより、フォトレジスト層上の透明電極材料を除去する（リフトオフ法）。
【００３１】
次に、図２（ｈ）に示されるように、全面に絶縁層１６を形成する（絶縁層形成工程）。絶縁層１６としては、絶縁層１３と同様のＳｉＯ２を用いることができ、その厚さは５００ｎｍ〜１μｍ程度とする。これにより、多結晶シリコン層１４の側面、上面は全て絶縁層１６によって覆われた形態となる。
【００３２】
次に、図２（ｉ）に示されるように、ＧａＮ層１２上の領域と多結晶シリコン層１４を囲んだ領域以外の絶縁層１６を除去する。この工程は、図２（ｄ）の工程と同様にドライエッチングによって行うことができる。この際、多結晶シリコン層１４の周囲では、絶縁層１６と同じ材料（ＳｉＯ２）からなる絶縁層１３が絶縁層１６の直下に存在するが、この工程後において少なくとも絶縁層１３がシリコン基板１１上に残るようにこのエッチングを行う。この工程後において多結晶シリコン層１６周囲では、絶縁層１６は、多結晶シリコン層１４を周囲から絶縁するように取り囲んだ形態で残存する。その周囲においてはシリコン基板１１上に絶縁層１３が残存している。なお、この時点でＧａＮ層１２（透明電極１５）上の絶縁層１６の厚さと多結晶シリコン層１４上の絶縁層１６の厚さは、共に図２（ｈ）で成膜した厚さとなっている。
【００３３】
次に、図２（ｊ）に示されるように、透明電極１５上と多結晶シリコン層１４上における絶縁層１６中に、コンタクト孔２２、２３をそれぞれ形成する。この工程は、図２（ｄ）と同様に行うことができる。ここで、透明電極１５上の絶縁層１６の厚さと多結晶シリコン層１４上の絶縁層の厚さはほぼ等しいため、この工程を容易に行うことが可能である。
【００３４】
次に、図２（ｋ）に示されるように、コンタクト孔２２、２３をそれぞれ含んだ２つの領域に、発光ダイオード電極１７、保護用ダイオード電極１８をそれぞれ形成する（保護用ダイオード電極形成工程）。この工程は、図２（ｇ）と同様に行うことができる。また、発光ダイオード電極１７と保護用ダイオード電極１８が同一の材料構成、同一の厚さである場合には、これらを同時に形成することが可能である。発光ダイオード電極１７、保護用ダイオード電極１８の材料は、共にＴｉ／Ａｕ等の金属とすることができるが、透明電極１５とは異なり、光を透過しない程度の厚さとする。このため、その電気抵抗は、透明電極１５よりも低くなっており、配線としてはより好ましい特性となっている。
【００３５】
この際、遮光電極となる保護用ダイオード電極１８は、多結晶シリコン層１４を覆い、端部が絶縁層１３上にくるように設定する。これにより、多結晶シリコン層１４は、この保護用ダイオード電極１８に囲まれ、遮光された状態が実現される。一方、発光ダイオード電極１７は、透明電極１５上の一部の領域にのみ形成される。
【００３６】
最後に、図２（ｌ）に示されるように、シリコン基板１１の裏面全体に、裏面電極１９を形成する。以上により、図１の構成の光半導体装置１０が製造される。この製造方法は、上記の通り、通常の成膜プロセス、エッチングプロセスを用いて行われる。従って、この光半導体装置１０を容易に製造することができる。
【００３７】
図３は、図１の構造の光半導体装置１０の変形例である光半導体装置１１０の断面図である。この構成においては、ＧａＮ層１２（ｎ型層：発光ダイオード）とシリコン基板１１との間の電気的接続は前記の光半導体装置１０と同様に行われているが、多結晶シリコン層１４（ｐ型層：保護用ダイオード）とシリコン基板１１との間の電気的接続は行われていない。その代わりに、遮光電極となる保護用ダイオード電極１８がＧａＮ層１２上まで延伸し、透明電極１５に接続されている。すなわち、保護用ダイオード電極１８によって多結晶シリコン層１４（ｎ型層：保護用ダイオード）とＧａＮ層１２（ｐ型層：発光ダイオード）が接続されている。あるいは、保護用ダイオード電極１８が発光ダイオード電極１７を兼ねている。この構造においては、裏面電極１９と多結晶シリコン層１４（ｐ型層：保護用ダイオード）とが、図示していない範囲内で接続されることにより、図８の回路構成が実現される。
【００３８】
この光半導体装置１１０は、図２（ｄ）の工程を行わず、図２（ｆ）の工程においてＧａＮ層１２と多結晶シリコン層１４の間の絶縁層１３を除去せず、図２（ｉ）においてＧａＮ層１２の側面の絶縁層１６を除去せず、かつ図２（ｋ）において発光ダイオード電極１７と保護用ダイオード電極１８を接続させた形態とすることによって製造できる。すなわち、これらの点が異なる以外では図２と同様の製造方法によって容易にこの光半導体装置１１０を製造することができる。
【００３９】
この光半導体装置１１０においては、前記の光半導体装置１０と同様に、保護用ダイオード電極１８によって多結晶シリコン層１４が遮光される。この場合には、多結晶シリコン層１４だけでなく、ＧａＮ層１２の多結晶シリコン層１４側の側面も保護用ダイオード電極１８によって覆われるため、遮光の効果は更に大きくなる。
【００４０】
なお、上記の例では、図２に示される製造工程でこの光半導体装置１０（１１０）が製造されるものとした。しかしながら、これ以外の製造方法であっても、シリコン基板１１の一方の主面上にＧａＮ層（第１の半導体層）１２及び多結晶シリコン層（第２の半導体層）１４を形成し、かつ多結晶シリコン層１４周囲を絶縁層で覆い、この絶縁層上において、多結晶シリコン層１４中に形成された保護用ダイオードの一方の極に接続されかつこの多結晶シリコン層１４を覆う形態となる保護用ダイオード電極（遮光電極）を形成することは、通常の半導体プロセスを用いて容易に実現できることは明らかである。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態に係る光半導体装置５０の断面を示す図である。図において、シリコン基板（成長基板）５１上の上面（一方の主面：表面）側に、発光ダイオードが内部に形成されたＧａＮ層（表面半導体層）５２が形成されている。シリコン基板５１上の下面（他方の主面：裏面）側には、絶縁層（シリコン酸化膜層）５３を介して、保護用ダイオードが内部に形成された多結晶シリコン層（裏面半導体層）５４が形成されている。この構成により、発光ダイオードはシリコン基板５１の表面側に形成され、保護用ダイオードはシリコン基板５１の裏面側に形成される。
【００４２】
前記の光半導体装置１０と同様に、ＧａＮ層（表面半導体層）５２におけるｐ型層（発光ダイオードの一方の極）は、透明電極５５を介し、絶縁層５６を挟んで形成された発光ダイオード電極５７に接続される。ＧａＮ層５２におけるｎ型層（発光ダイオードの他方の極）は、バッファ層を介してシリコン基板５１に電気的に接続される。
【００４３】
多結晶シリコン層（裏面半導体層）５４におけるｎ型層（保護用ダイオードの一方の極）は、絶縁層５８を挟んで裏面全面に形成された裏面電極５９と電気的に接続される。多結晶シリコン層５４におけるｐ型層（保護用ダイオードの他方の極）は、シリコン基板５１に電気的に接続される。この構成においては、図４に示された範囲外で、裏面電極５９と発光ダイオード電極５７が接続されれば、図８の構成が実現される。
【００４４】
また、表面にある発光ダイオード（ＧａＮ層５２）からの光は、シリコン基板５１を挟んで裏面にある保護用ダイオード（多結晶シリコン層５４）には達しにくい上に、多結晶シリコン層５４は、裏面電極５９によって覆われている。従って、前記の光半導体装置１０等と同様の効果が得られる。すなわち、裏面電極５９が遮光電極となる。
【００４５】
この構成の場合には、発光ダイオードと保護用ダイオードが、シリコン基板５１を挟んで積層されて構成されるため、チップ面積を小さくすることが可能である。
【００４６】
図５は、図４の構造の光半導体装置５０を製造する製造方法を示す工程断面図である。以下、この図に基づいて説明する。
【００４７】
まず、図５（ａ）に示されるように、シリコン基板５１の裏面（他方の主面：下面）全面に絶縁層５３を形成する。この工程は、絶縁層５３が成膜される面が異なること以外は、図２（ｃ）と同様である。以降、絶縁層５３中に開口部６１を形成する工程（図５（ｂ））、多結晶シリコン層（裏面半導体層）５４を形成する工程（図５（ｃ）：裏面半導体層形成工程）、絶縁層５８を形成する工程（図５（ｄ）：絶縁層形成工程）については、これらを裏面側で行うこと以外については、図２（ｄ）、図２（ｅ）、図２（ｈ）とそれぞれ同様である。
【００４８】
次に、図５（ｅ）に示されるように、この状態で、表面（一方の主面：上面）に、ＧａＮ層（表面半導体層）５２を形成する（表面半導体層形成工程）。この工程は、図２（ａ）と同様であり、この時点での基板側の形態のみが異なる。ＧａＮ層５２内の構造（バッファ層、ｎ型層、ｐ型層）についても、図２（ａ）におけるＧａＮ層１２と同様である。この上に透明電極５５を形成する工程（図５（ｆ））についても、図２（ｇ）と同様である。
【００４９】
次に、図５（ｇ）に示されるように、表面全面に、絶縁層５６を形成する。絶縁層５６の材料は、絶縁層５８等と同様に、ＳｉＯ２とすることが可能であるが、その厚さは、絶縁層５８と等しくする必要はない。
【００５０】
次に、図５（ｈ）に示されるように、絶縁層５５中に、コンタクト孔６２を形成し、図５（ｉ）に示されるように、発光ダイオード電極５７を表面側全面に形成する。これらの工程は、図２（ｊ）（ｋ）における発光ダイオード側と同様であるが、表面側において、透明電極５５上の絶縁層５６に対してのみ行う点が異なる。
【００５１】
次に、図５（ｊ）に示されるように、絶縁層５８中にコンタクト孔６３を形成し、図５（ｋ）に示されるように、裏面電極５９を裏面側全面に形成する（裏面電極形成工程）。これらの工程は、図２（ｊ）（ｋ）における保護用ダイオード側と類似しているが、これを裏面側で行い、裏面電極５９を保護用ダイオード（多結晶シリコン層５４）と接続している点が異なる。裏面電極５９は、裏面全面に形成され、遮光電極となる。
【００５２】
最後に、図５（ｌ）に示されるように、表面側から光が取り出されるように、表面側の発光ダイオード電極５７が所定の面積、形状となるようにエッチングする。
【００５３】
以上の製造方法によって、図４の構造の光半導体装置５０が製造できる。
【００５４】
この製造方法の特徴は、シリコン基板５１の表面側にＧａＮ層（表面半導体層）５２、裏面側に多結晶シリコン層（裏面半導体層）５４をそれぞれ形成することである。ここで、シリコン基板５１を構成するシリコンの熱膨張係数は、ＧａＮ層５２を構成するＧａＮ（及びバッファ層）の熱膨張係数よりも小さい。ＧａＮ層５２のエピタキシャル成長は高温で行われるため、常温時においては、シリコン基板５１上にＧａＮ層５２が形成された形態においては、ＧａＮ層５２側が凹となった反りを生ずる。こうした反りが生じた場合、製造工程において、例えばリソグラフィ工程における焦点が合わなくなる、ウェハ吸着が困難になる等の問題が生じるために、その製造が困難になる。これに対して、図５に示された製造方法においては、ＧａＮ層５２と反対側に、熱膨張率の小さい多結晶シリコン層５４、絶縁層５８等が厚く形成される。これによって、この反りが緩和され、その製造が容易となる。
【００５５】
図６は、図４の構造の光半導体装置５０の変形例である光半導体装置１５０の断面図である。この光半導体装置１５０においては、裏面において裏面電極５９が、絶縁層６０によって分断されている。これによって、分断された裏面電極５９の各々を例えばボンディングパッドとして使用することができる。
【００５６】
なお、上記の例では、図５に示される製造工程でこの光半導体装置５０が製造されるものとした。しかしながら、これ以外の製造方法であっても、シリコン基板５１の一方の主面上にＧａＮ層（表面半導体層）５２、他方の主面上に多結晶シリコン層（裏面半導体層）５４を形成し、かつ多結晶シリコン層５４周囲を絶縁層で覆い、この絶縁層上において、多結晶シリコン層５４中に形成された保護用ダイオードの一方の極に接続されかつこの多結晶シリコン層１４を覆う形態となり遮光電極となる裏面電極５９を形成することは、通常の半導体プロセスを用いて容易に実現できることは明らかである。特に、良好な特性の多結晶シリコン層（裏面半導体層）５４及びＧａＮ層（表面半導体層）５２が得られる限りにおいて、裏面半導体層形成工程と表面半導体層形成工程の順序を代えることも可能である。
【００５７】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態は、上記の光半導体装置が実装基板上に搭載された形態の光半導体モジュールである。図７は、図４の構造の光半導体装置５０をパッケージ中で実装した光半導体モジュール内部の形態を示す断面図である。この光半導体装置５０は、光を透過しない導電性接着剤（接着剤）７０によって実装基板８０に接合される。発光ダイオードからは、図中の矢印で示される方向に光が発せられる。なお、実際には、この構造の外側にパッケージ（図示せず）の内壁が存在し、パッケージの光半導体装置５０の直上における箇所には、光を透過させる窓が形成されている。また、パッケージ内壁と図７の構造との間には光を透過させる樹脂材料が充填されているが、その記載を省略している。
【００５８】
実装基板８０は、充分な機械的強度が保たれる厚さの銅やセラミックスで構成され、光を透過しない。また、導電性接着剤７０は、導電性粒子が分散された接着材料（例えば銀ペースト）で構成され、やはり光を透過しない。この導電性接着剤７０を用いて光半導体装置５０が実装基板８０に接合された場合には、その形態は図７に示されるとおりとなる。すなわち、光半導体装置５０の裏面だけでなく、裏面側の側面が導電性接着剤７０によって覆われる。このため、光半導体装置５０の裏面側の側面側から多結晶シリコン層５４（保護用ダイオード）に入射する光が遮られる。この点について、光半導体装置１５０を用いた場合であっても同様である。すなわち、図４、６の形態においては、チップ側面が遮光されていないが、これらを実装した半導体モジュールとなった際には、この部分は容易に遮光される。従って、この遮光の効果は、実装された後では更に大きくなる。
【００５９】
また、第１の実施の形態に係る光半導体装置１０、１１０の場合にも、同様に、チップ側面周囲を遮光することによって、保護用ダイオードに光が入射することがより効果的に抑制されることは明らかである。
【００６０】
なお、上記の例においては、発光ダイオードをＧａＮで形成し、保護用ダイオードを多結晶シリコンで形成するとしたが、他の材料系を用いた場合であっても、発光ダイオードが発する光によって保護用ダイオード中で光電流が流れうる材料系を使用する場合には、上記の構造によって同様の効果を奏することは明らかである。特に、発光ダイオードの材料系としては、ＧａＮに限定されず、ＩＩＩ属窒化物半導体を用いた場合においても同様である。ただし、保護用ダイオードは通常（多結晶）シリコンを用いて形成されるため、シリコンの禁制帯幅よりも大きなエネルギーをもつ光を発する発光ダイオードを用いた場合に、この効果は顕著となる。このため、発光ダイオードの材料系としては、例えば、化学式ＡｌｘＭｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１、ここで、ＭはＩｎ、Ｂのうちの１種を少なくとも含む）で表される組成をもつものが特に好ましい。発光ダイオードの材料と保護用ダイオードダイオードの材料が上記と異なる場合であっても、発光ダイオードの発する光のエネルギーが保護用ダイオードの材料の禁制帯幅よりも大きな場合には、上記の効果は顕著となる。
【００６１】
また、発光ダイオードを構成する半導体層の構成、保護用ダイオードを構成する半導体層の構成についても、任意である。すなわち、これらが単純なｐｎ接合で形成されている必要はなく、様々な形態をとる場合においても、同様の効果を奏することは明らかである。
【符号の説明】
【００６２】
１０、５０、１１０、１５０  光半導体装置
１１、５１  シリコン基板（成長基板）
１２  ＧａＮ層（第１の半導体層）
１３、１６、５３、５６、５８、６０  絶縁層
１４  多結晶シリコン層（第２の半導体層）
１５、５５  透明電極
１７、５７  発光ダイオード電極
１８  保護用ダイオード電極
１９、５９  裏面電極
２１、６１  開口部
２２、２３  コンタクト孔
５２  ＧａＮ層（表面半導体層）
５４  多結晶シリコン層（裏面半導体層）  
７０  導電性接着剤（接着剤）
８０  実装基板
４００  発光ダイオード
４１０  保護用ダイオード
【図１】
2011165746.tif 000003
【図２】
2011165746.tif 000004
【図３】
2011165746.tif 000005
【図４】
2011165746.tif 000006
【図５】
2011165746.tif 000007
【図６】
2011165746.tif 000008
【図７】
2011165746.tif 000009
【図８】
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