(57)【要約】【課題】光クロストークを適切に抑制できるとともに、コンパクト化および高性能化に優れ、かつ、汎用性の高い光集積化素子を提供する。【解決手段】光集積化素子２００は、発光素子３０が形成された発光素子部９と、発光素子３０を駆動する駆動素子８Ａが形成された駆動素子部８と、が集積化された基板１と、基板１と交差する方向に延びている複数の柱状体２３と、を備えており、基板１の主面を平面視した場合、柱状体２３の島状の断面が、発光素子部９の周囲を取り囲むように環状に並んでおり、発光素子３０から出射された光の駆動素子部８への伝播を、柱状体２３により低減できるように構成されている。【選択図】図１
2009105182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子が形成された発光素子部と、前記発光素子を駆動する駆動素子が形成された駆動素子部と、が集積化された基板と、
前記基板と交差する方向に延びている複数の柱状体と、を備え、
前記基板の主面を平面視した場合、前記柱状体の島状の断面が、前記発光素子部の周囲を取り囲むように環状に並んでおり、前記発光素子から出射された光の前記駆動素子部への伝播が、前記柱状体により低減されている、光集積化素子。
【請求項２】
発光素子が形成された発光素子部と、前記発光素子を駆動する駆動素子が形成された駆動素子部と、が集積化された基板と、
前記基板と交差する方向に延びている複数の柱状体と、を備え、
前記基板の主面を平面視した場合、前記柱状体の島状の断面が、前記発光素子部における電極引き出し部以外の前記発光素子部の周囲を取り囲むように並んでおり、前記発光素子から出射された光の前記駆動素子部への伝播が、前記柱状体により低減されている、光集積化素子。
【請求項３】
前記出射光は、前記柱状体によりレイリー散乱されている、請求項１または２記載の光集積化素子。
【請求項４】
発光素子が形成された発光素子部と、前記発光素子を駆動する駆動素子が形成された駆動素子部と、が集積化された基板と、
前記基板と交差する方向に延びている筒体と、を備え、
前記基板の主面を平面視した場合、前記筒体の帯状の断面が、前記発光素子部の周囲を取り囲んでおり、前記発光素子から出射された光の前記駆動素子部への伝播が、前記筒体により低減されている、光集積化素子。
【請求項５】
前記出射光は、前記筒体の内壁面により反射されている、請求項４記載の光集積化素子。
【請求項６】
前記柱状体の断面の配列が、二重環状をなしている、請求項１記載の光集積化素子。
【請求項７】
前記二重環状の一方の配列を構成している前記柱状体が、前記二重環状の他方の配列を構成している前記柱状体間の隙間に対向している、請求項６記載の光集積化素子。
【請求項８】
発光素子が形成された発光素子部と、前記発光素子を駆動する駆動素子が形成された駆動素子部と、が集積化された基板と、
前記基板と交差する方向に延びている複数の柱状体および筒体と、を備え、
前記基板の主面を平面視した場合、前記柱状体の島状の断面が、前記発光素子部の周囲を取り囲むように環状に並び、
前記柱状体の外側において、前記筒体の帯状の断面が、前記発光素子部の周囲を取り囲んでおり、
前記発光素子から出射された光は、前記駆動素子部への伝播を低減するよう、前記筒体の内壁面により反射され、前記反射光は、前記柱状体により散乱されている、光集積化素子。
【請求項９】
前記柱状体のそれぞれが、配線により接続されている、請求項１記載の光集積化素子。
【請求項１０】
前記基板の主面からその裏面に至るように前記基板を貫通している、複数の柱状の放熱プラグと、
前記基板の裏面および前記放熱プラグに接触して配された放熱板と、を更に備え、
前記放熱プラグおよび放熱板に用いる材料の熱伝導率は、前記基板に用いる材料の熱伝導率よりも高くなっており、
前記基板の主面を平面視した場合、前記放熱プラグの島状の断面が、前記発光素子部の周囲を取り囲むように環状に並んでいる、請求項１記載の光集積化素子。
【請求項１１】
前記柱状体に用いる材料は、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、コバルト、ニッケル、金、および、白金のうちの何れかを含んでいる請求項１、２または８記載の光集積化素子。
【請求項１２】
前記筒体に用いる材料は、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、コバルト、ニッケル、金、および、白金のうちの何れかを含んでいる請求項４または８記載の光集積化素子。
【請求項１３】
前記発光素子部は、柱状の前記発光素子の集合体として構成されており、
一つの前記発光素子から出射された光が、他の発光素子により散乱されている、請求項１、２、４または８記載の光集積化素子。
【請求項１４】
前記基板上に、前記発光素子を形成する工程と、
前記基板上に、前記発光素子を駆動する前記駆動素子を形成する工程と、
前記基板上に、前記駆動素子を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記駆動素子との間の接続を取るために、前記層間絶縁膜に接続部を埋め込む工程と、を含み、
前記接続部の埋め込みの工程と同時に、前記柱状体が前記層間絶縁膜に埋め込まれる、請求項１記載の光集積化素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光集積化素子および光集積化素子の製造方法に関する。詳しくは、本発明は、発光素子が形成された発光素子部と発光素子を駆動する駆動素子が形成された駆動素子部とを同一基板上に集積化させた光集積化素子において、発光素子からの出射光に基づく駆動素子の誤動作（光クロストーク）を抑制できる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードなどの発光素子、および、この発光素子を駆動するドライバ回路やスイッチングトランジスタ（以下、これらを「駆動素子」と略す）を個別部品として別個に構成してもよいが、素子の小型化および低価格化を図る観点から、これらを同一基板上に集積化できると好都合である。
【０００３】
ところで、発光素子と駆動素子とを同一基板上に集積化した場合、発光素子からの出射光の駆動素子（半導体層）での吸収に基づいた駆動素子の誤動作（光クロストーク）が従来から問題視されている。そこで、このような光クロストークに対する対応策がすでに提案されている。
【０００４】
図１７は、従来の光集積化素子の構成例を示した断面図である。この光集積化素子１００によれば、以下に述べる理由により、光クロストークを適切に回避できるとされている（特許文献１参照）。
【０００５】
図１７に示すように、従来の光集積化素子１００では、半絶縁性ＩｎＰ基板１０１上に、ｎ+型のＩｎＧａＡｓ導通層１０２を介して、レーザダイオード部１１３（発光素子部）と、ヘテロバイポーラトランジスタ部１１２（駆動素子部）と、が集積されている。
【０００６】
上述のレーザダイオード部１１３は、ｎ型のＩｎＰバッファ層１０４と、ｐ型のＩｎＰ電流ブロック層１１５と、ｎ型のＩｎＰ電流ブロック層１１６と、ｐ型のＩｎＰ上クラッド層１１０と、ｐ型のＩｎＧａＡｓ ＬＤコンタクト層１１１と、を備える。
【０００７】
また、ＩｎＰバッファ層１０４、ＩｎＰ電流ブロック層１１５、および、ＩｎＰ電流ブロック層１１６において、エッチングによりストライプ状の溝１０７が形成されており、この溝１０７の内部に、ｎ型のＩｎＰ下クラッド層１０８、および、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１０９（発光領域）が形成されている。
【０００８】
更に、この溝１０７の上方には、絶縁膜１２０に形成されたコンタクトホールを介して、ｐ側レーザ電極１２１がＬＤコンタクト層１１１に接続している。
【０００９】
一方、上述のヘテロバイポーラトランジスタ部１１２は、ｎ型ＩｎＰコレクタ層１１３と、ｐ型のＩｎＧａＡｓＰベース層１１４と、ｎ型のＩｎＰエミッタ層１１５と、ｎ型のＩｎＧａＡｓＰ ＨＢＴコンタクト層１１６と、ｐ+型の拡散領域１１７と、を備える。
【００１０】
また、絶縁膜１２０に形成されたコンタクトホールを介して、ベース電極１２２およびエミッタ電極１２３は、コンタクト層１１６と接続している。
【００１１】
また、レーザダイオード部１０３およびヘテロバイポーラトランジスタ部１１２間に形成された分離溝１１８に、素子間分離層１１９を設けることにより、両者の分離がなされている。なお、ｐ側レーザ電極１２１、ベース電極１２２およびエミッタ電極１２３は、上述の絶縁層１２０により分離されている。
【００１２】
ここで、この光集積化素子１００では、レーザダイオード部１０３に隣接するように遮光溝１２４が形成されており、この遮光溝１２４に、遮光層１２５が埋め込まれている。この遮光層１２５は、ＩｎＧａＡｓの単結晶又は多結晶からなり、その禁制帯幅が活性層１０９よりも小さくなるように設定されている。
【００１３】
このように、レーザダイオード部１０３が光吸収効果を持つ導通層１０２および遮光層１２５によって囲まれているので、活性層１０９からヘテロバイポーラトランジスタ部１１２側に伝播された光は、これらの各層１０２、１２５に適切に吸収される。これにより、ヘテロバイポーラトランジスタ部１１２への光の到達が防止され、光クロストークを回避できる。
【００１４】
また、光クロストークを回避できる他の従来例として、ヘテロバイポーラトランジスタ部の半導体層の禁制帯幅を、レーザダイオード部の活性層（発光領域）の禁制帯幅よりも大きくした従来の光集積化素子が提案されている（特許文献２）。このように、トランジスタ部の半導体層の禁制帯幅を、レーザダイオード部の活性層の禁制帯幅よりも大きくすると、レーザダイオード部からトランジスタ部側に伝播された光は、たとえヘテロバイポーラトランジスタ部に到達しても、このヘテロバイポーラトランジスタ部おいて吸収されず、光クロストークが起こらない。
【特許文献１】特公平７−７９１８１号公報
【特許文献２】第２５２７１９７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、特許文献１記載の光集積化素子１００には、以下の不都合がある。
【００１６】
レーザダイオード部１０３（発光素子）の周囲を、特許文献１記載の遮光層１２５（光吸収効果を持つ光吸収層）により囲む構造を取った場合、発光素子からの出射光を吸収するに充分に厚い光吸収層を配することが必要であると考えられる。よって、この場合、光集積化素子１００の大型化を招く。
【００１７】
例えば、光吸収層の材料に、特許文献１記載のようなＩｎＧａＡｓを用いる場合において、この吸収係数を１００００ｃｍ-1程度と見做すと、発光素子からの出射光のうちの５０％の光を吸収するに必要な光吸収層の厚みは、約０．７μｍとなる。また、９０％の光を吸収するに必要な光吸収層の厚みは、約２．３μｍとなる。
【００１８】
更に、特許文献１記載の光集積化素子１００によれば、選択成長法を用いて遮光層１２５を形成しているので、光集積化素子１００の製造工程が複雑化するという問題もある。
【００１９】
また、特許文献２記載の光集積化素子では、以下の不都合がある。
【００２０】
トランジスタ部の禁制帯幅をレーザダイオード部の活性層の禁制帯幅よりも大きくする場合には、トランジスタ部の半導体層の材料として、シリコンやシリコンゲルマニウムのような禁制帯幅の小さな材料を用いることができない。例えば、トランジスタ部の半導体層の材料としてシリコンを用いる場合、シリコンの禁制帯幅は、１．１ｅＶ程度なので、発光素子からの可視光は、このようなトランジスタ部の半導体層において吸収される。つまり、汎用性の高いシリコン基板上に、トランジスタ部と可視域発光用の発光素子とを集積化できないという重大な欠点を、特許文献２記載の技術は内包している。
【００２１】
更に、特許文献１および特許文献２には、発光素子の放熱および光取り出し効率の改善に対して何等の課題認識も記載されてなく、発光素子の高出力化などの高性能化への対応において、これらの文献は参酌するに値しない。
【００２２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、光クロストークを適切に抑制できるとともに、コンパクト化および高性能化に優れ、かつ、汎用性の高い光集積化素子を提供することを目的とする。
【００２３】
また、このような光集積化素子を簡易に製造できる光集積化素子の製造方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するため、第１の本発明は、発光素子が形成された発光素子部と、前記発光素子を駆動する駆動素子が形成された駆動素子部と、が集積化された基板と、
前記基板と交差する方向に延びている複数の柱状体と、を備え、
前記基板の主面を平面視した場合、前記柱状体の島状の断面が、前記発光素子部の周囲を取り囲むように環状に並んでおり、前記発光素子から出射された光の前記駆動素子部への伝播が、前記柱状体により低減されている、光集積化素子を提供する。
【００２５】
また、第２の本発明は、発光素子が形成された発光素子部と、前記発光素子を駆動する駆動素子が形成された駆動素子部と、が集積化された基板と、
前記基板と交差する方向に延びている複数の柱状体と、を備え、
前記基板の主面を平面視した場合、前記柱状体の島状の断面が、前記発光素子部における電極引き出し部以外の前記発光素子部の周囲を取り囲むように並んでおり、前記発光素子から出射された光の前記駆動素子部への伝播が、前記柱状体により低減されている、光集積化素子を提供する。
【００２６】
このように、発光素子からの出射光の駆動素子への伝播を柱状体により適切に低減できるので、当該出射光による駆動素子の誤動作（光クロストーク）を抑制できる。また、柱状体において散乱された散乱光を発光素子の上方に取り出せるので、発光素子の光取り出し効率が高まる。
【００２７】
また、第２の本発明では、電極引き出し部を介して電極を発光素子部から容易に引き出せるので、発光素子と駆動素子との間の接続が容易になる。
【００２８】
また、上述の光集積化素子では、前記出射光を、前記柱状体によりレイリー散乱させることが好ましい。
【００２９】
このようなレイリー散乱によれば、出射光の適切な後方散乱率（後方散乱断面積）が確保されるので、柱状体における出射光の前方散乱（つまり、駆動素子側への散乱）を低減でき、ひいては、柱状体において出射光を効率良く散乱できる。例えば、このような出射光のレイリー散乱現象を利用することにより、発光素子から伝播する出射光を発光素子側に充分に後方散乱させ、発光素子の光取り出し効率向上に有効に利用できる。また、リフレクタ（反射鏡）などを用いて、発光素子から伝播する出射光を発光素子側に反射させると、この反射光は、発光素子の発光領域に吸収される場合があるが、上述の出射光のレイリー散乱現象を利用することにより、このような発光領域での光吸収の確率を低減できる。更に、可視域の光をレイリー散乱できる柱状体の大きさは、特許文献１記載の光吸収層の厚みよりも充分に小さく設定できると考えられ、このような柱状体は、素子サイズのコンパクト化の観点において光吸収層と比較した有利な特徴を備える。
【００３０】
また、第３の本発明は、発光素子が形成された発光素子部と、前記発光素子を駆動する駆動素子が形成された駆動素子部と、が集積化された基板と、
前記基板と交差する方向に延びている筒体と、を備え、
前記基板の主面を平面視した場合、前記筒体の帯状の断面が、前記発光素子部の周囲を取り囲んでおり、前記発光素子から出射された光の前記駆動素子部への伝播が、前記筒体により低減されている、光集積化素子を提供する。
【００３１】
このように、発光素子からの出射光の駆動素子への伝播を筒体により適切に低減できるので、当該出射光による駆動素子の誤動作（光クロストーク）を抑制できる。
【００３２】
前記出射光は、前記筒体の内壁面により反射されてもよい。
【００３３】
これにより、この筒体は、発光素子部の周囲から伝播する出射光を、光集積化素子の上方、基板の方向、および、発光素子部の方向に反射できるので、発光素子からの出射光の駆動素子への伝播を大幅に低減でき、ひいては、当該出射光による駆動素子の誤動作（光クロストーク）を抑制できる。また、筒体において反射された反射光が、例えば発光素子などにより散乱される場合には、この散乱光を発光素子の上方に取り出せるので、発光素子の光取り出し効率が高まる。
【００３４】
また、前記柱状体の断面の配列が、前記発光素子部の周囲において二重環状をなしてもよい。
【００３５】
また、前記柱状体の断面の配列が二重環状をなしている場合、前記二重環状の一方の配列を構成している前記柱状体が、前記二重環状の他方の配列を構成している前記柱状体間の隙間に対向してもよい。
【００３６】
また、第４の本発明は、発光素子が形成された発光素子部と、前記発光素子を駆動する駆動素子が形成された駆動素子部と、が集積化された基板と、
前記基板と交差する方向に延びている複数の柱状体および筒体と、を備え、
前記基板の主面を平面視した場合、前記柱状体の島状の断面が、前記発光素子部の周囲を取り囲むように環状に並び、前記柱状体の外側において、前記筒体の帯状の断面が、前記発光素子部の周囲を取り囲んでおり、
前記発光素子から出射された光は、前記駆動素子部への伝播を低減するよう、前記筒体の内壁面により反射され、前記反射光は、前記柱状体により散乱されている、光集積化素子を提供する。
【００３７】
このように、筒体による反射光を柱状体により散乱できるので、この第４の本発明では、上述の第３の本発明と比較して、発光素子の発光領域での光吸収が低減され、発光素子の光取り出し効率において有利である。
【００３８】
また、前記柱状体のそれぞれを、配線により接続してもよい。
【００３９】
この構成により、光吸収などによって基板でキャリアが発生した場合に、この配線を用いて不要なキャリアを引き抜けるので、基板での電位上昇などの問題を防止できる。
【００４０】
また、前記基板の主面からその裏面に至るように前記基板を貫通している、複数の柱状の放熱プラグと、
前記基板の裏面および前記放熱プラグに接触して配された放熱板と、を更に備え、
前記放熱プラグおよび放熱板に用いる材料の熱伝導率は、前記基板に用いる材料の熱伝導率よりも高くなっており、
前記基板の主面を平面視した場合、前記放熱プラグの島状の断面を、前記発光素子部の周囲を取り囲むように環状に並べてもよい。
【００４１】
これらの放熱プラグおよび放熱板に用いる材料の熱伝導率が、基板に用いる材料の熱伝導率よりも高い場合、発光素子部での発熱を、放熱プラグおよび放熱板を介して外部に効率的に逃がすことができる。これにより、光集積化素子の様々な熱問題に更に適切に対処でき、光集積化素子の高出力化が容易になる。
【００４２】
また、前記柱状体に用いる材料は、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、コバルト、ニッケル、金、および、白金のうちの何れかを含んでもよい。また、前記筒体に用いる材料は、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、コバルト、ニッケル、金、および、白金のうちの何れかを含んでもよい。
【００４３】
柱状体および筒体の材料に、このような金属を用いることにより、発光素子部における発熱を外部（例えば、基板側）に効率的に逃がすことができる。これにより、光集積化素子の様々な熱問題に更に適切に対処でき、光集積化素子の高出力化が容易になる。
【００４４】
また、前記発光素子部は、前記発光素子としての柱状結晶構造体の集合体として構成されており、一つの前記柱状結晶構造体から出射された光が、他の柱状結晶構造体により散乱されてもよい。
【００４５】
これにより、当該散乱光を発光素子の上方に取り出せるので、発光素子の光取り出し効率が高まる。
【００４６】
また、上述の光集積化素子の製造方法は、
前記基板上に、前記発光素子を形成する工程と、
前記基板上に、前記発光素子を駆動する前記駆動素子を形成する工程と、
前記基板上に、前記駆動素子を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記駆動素子との間の接続を取るために、前記層間絶縁膜に接続部を埋め込む工程と、を含み、
前記接続部の埋め込み工程と同時に、前記柱状体を前記層間絶縁膜に埋め込んでもよい。
【００４７】
上述の接続部および柱状体を同時に埋め込むことにより、光集積化素子の製造工程を簡略化できる（工程数の増加を防止できる）。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば、光クロストークを適切に抑制できるとともに、コンパクト化および高性能化に優れ、かつ、汎用性の高い光集積化素子が得られる。
【００４９】
また、このような光集積化素子を簡易に製造できる光集積化素子の製造方法も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００５１】
図１は、本発明の実施形態による光集積化素子の構成例を示した図である。図１（ａ）は、光集積化素子２００におけるＡ−Ａ線に沿った部分の断面が示されている。図１（ｂ）は、光集積化素子２００におけるＢ−Ｂ線に沿った部分の断面が示されている。
【００５２】
但し、図１（ｂ）（後述の図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、および、図１６でも同じ）では、図１（ｂ）の図示を簡略化する観点から、極薄膜のサイドウォール１２の図示は、省略されている。
【００５３】
図１に示すように、光集積化素子２００は、多数の発光素子３０が形成された発光素子部９と、この発光素子３０を駆動するトランジスタ８Ａ（駆動素子）が形成されたトランジスタ部８（駆動素子部）と、を備える。
【００５４】
つまり、この光集積化素子２００では、発光素子部９とトランジスタ部８とが、同一のシリコン基板１上に集積化されている。
【００５５】
発光素子３０は、電気エネルギーを光エネルギーに変換できる光電変換機能素子であり、発光素子３０の例としては、上方（シリコン基板１の厚み方向）に光を取り出せる発光ダイオード（ＬＥＤ）がある。なお、この発光素子３０の具体的な構成は後述する。
【００５６】
また、トランジスタ８Ａは、発光素子３０に電流を供給して、発光素子３０を駆動（光放出）できるように構成されている。
【００５７】
図１に示すように、シリコン基板１に素子分離領域５（例えば、シャロートレンチ）が形成され、この素子分離領域５によって、トランジスタ部８と発光素子部９に分離されている。素子分離領域５の材料としては酸化シリコン（ＳｉＯ2）を用いればよく、素子分離領域５の深さは、２００ｎｍ〜５００ｎｍに設定するとよい。
【００５８】
光集積化素子２００のトランジスタ部８には、素子分離領域５に囲まれたシリコン基板１の表面（主面）付近にｐ型ウェル２が形成され、ｐ型ウェル２の上部に、ゲート絶縁膜１０およびゲート電極１１が形成されている。ゲート絶縁膜１０の材料としては、ＳｉＯ2や酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）を用いればよく、ゲート絶縁膜１０の膜厚は２ｎｍ〜１０ｎｍ程度に設定するとよい。ゲート電極１１の材料としてはポリシリコンを用いればよく、ゲート電極１１の膜厚は１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度に設定するとよい。
【００５９】
また、ゲート絶縁膜１０およびゲート電極１１を挟み込むように、サイドウォール１２が形成されている。サイドウォール１２の材料としては、ＳｉＯ2や窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いればよい。
【００６０】
また、上述のサイドウォール１２のさらに外側を挟み込むように、ｎ型ソース      ／ドレイン領域３が、シリコン基板１のｐウェル２に形成されている。ｎ型ソース／ドレイン領域３のキャリア濃度は、１×１０19〜１×１０20ｃｍ-3程度に設定するとよい。
【００６１】
なお、図１（ａ）に示すように、上述のトランジスタ８Ａは、ゲート電極１１と、ゲート絶縁膜１０と、ｐ型ウェル２と、ｎ型ソース／ドレイン領域３と、により構成されているが、このようなＭＩＳ構造の電界効果トランジスタは周知であり、この詳細な説明は省略する。
【００６２】
また、光集積化素子２００のトランジスタ部８には、図１に示すように、層間絶縁膜２１（後述）の適所に形成されたコンタクトホールに、コンタクト２６ａ、２６ｂ、２６ｃ（接続部）が埋め込まれている。コンタクト２６ａおよびコンタクト２６ｂはそれぞれ、トランジスタ８Ａのｎ型ソース／ドレイン領域３に接続されている。コンタクト２６ｃは、トランジスタ８Ａのゲート電極１１に接続されている。これらのコンタクト２６ａ、２６ｂ、２６ｃの材料としては、アルミニウム、タングステン、または、銅などを用いればよい。更に、コンタクト２６ａと電気的に接続する金属配線２７ａと、コンタクト２６ｂと電気的に接続する金属配線２７ｂと、が、層間絶縁膜２１上に配されている。金属配線２７ａ、２７ｂの材料としては、アルミニウムや銅などを用いればよい。なお、金属配線２７ａは、適宜の接続配線（図示せず）を介して発光素子部９の透明電極２５（後述）に接続されている。
【００６３】
光集積化素子２００の発光素子部９には、素子分離領域５に囲まれたシリコン基板１の表面（主面）付近にｎ型発光素子形成領域４が形成されている。
【００６４】
この発光素子部９では、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１のｎ型発光素子形成領域４から立設するようにして、ｎ型ＧａＮ領域３１（ｎ型窒化物半導体領域）、ＩｎＧａＮ多重量子井戸３２（窒化物半導体発光領域）、および、ｐ型ＧａＮ領域３３（ｐ型窒化物半導体領域）をこの順に有している柱状（例えば円柱状）の窒化物半導体柱状構造体３０（柱状結晶構造体）が多数配置されている。つまり、発光素子部９の発光素子３０は、ここでは、柱状構造体構造を有しており、発光素子部９は、窒化物半導体柱状構造体３０の集合体として構成されている。なお、ｎ型ＧａＮ領域３１、ＩｎＧａＮ多重量子井戸３２、および、ｐ型ＧａＮ領域３３はダブルへテロ構造を成している。このような窒化物半導体柱状構造体３０においては、貫通転移などの欠陥が極めて少ないという特徴の他、以下の理由により光取り出し効率を向上できるという特徴がある。
【００６５】
発光素子部９は、窒化物半導体柱状構造体３０の集合体として構成されているので、一つの窒化物半導体柱状構造体３０中のＩｎＧａＮ多重量子井戸３２から出射された光が、その周辺の他の窒化物半導体柱状構造体３０により散乱される。これにより、当該散乱光を窒化物半導体柱状構造体３０の上方に取り出せるので、窒化物半導体柱状構造体３０の光取り出し効率が高まる。窒化物半導体柱状構造体３０自身からの光取り出し効率を高めるには、窒化物半導体柱状構造体３０の直径を発光波長よりも小さくするとよい。また、発光波長を「λ」、窒化物半導体柱状構造体３０の屈折率を「ｎ１」とすると、窒化物半導体柱状構造体３０の直径は「λ／ｎ１」よりも小さくするとよい。具体的には、窒化物半導体柱状構造体３０の屈折率を、ｎ１＝２．５とすると、窒化物半導体柱状構造体３０の直径を、発光波長が青色の波長（例えば、λ＝４３６ｎｍ）においては、１７４ｎｍよりも小さく、発光波長が緑色の波長（例えば、λ＝５４６ｎｍ）においては、２１８ｎｍよりも小さく、発光波長が赤色の波長（例えば、λ＝７００ｎｍ）においては、２８０ｎｍよりも小さく設定するとよい。
【００６６】
また、発光素子部９では、図１に示すように、窒化物半導体柱状構造体３０を取り囲み、窒化物半導体柱状構造体３０間の隙間を埋めるように、発光素子保護膜２２が、シリコン基板１上に配されている。発光素子保護膜２２の材料としては、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミオキサイド（Ａｌ2Ｏ3）などを用いることができる。このような発光素子保護膜２２を形成することにより、窒化物半導体柱状構造体３０とシリコン基板１との間の密着性を向上でき、窒化物半導体柱状構造体３０の機械的強度を向上できる。
【００６７】
また、本実施形態の光集積化素子２００では、図１を示すように、トランジスタ部８のトランジスタ８Ａ全体を上部から覆い、かつ、発光素子部９の側面から囲うように、層間絶縁膜２１が、シリコン基板１上に配されている。層間絶縁膜２１の材料としては、ＳｉＯ2を用いることができる。このような層間絶縁膜２１を形成することにより、トランジスタ部８、発光素子部９、および、上述の金属配線２７ａ、２７ｂにおける相互の電気的絶縁性が適切に確保される。
【００６８】
また、図１に示すように、発光素子保護膜２２の厚みと層間絶縁膜２１の厚みとを略同一にした場合において、窒化物半導体柱状構造体３０のそれぞれの長さが、層間絶縁膜２１の厚みよりも２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度長くなるように設定してもよい。このように両者間の寸法を設定することにより、窒化物半導体柱状構造体３０のｐ型ＧａＮ領域３３が層間絶縁膜２１の上面（発光素子保護膜２２の上面と同じ水平位置）から突出できる。これにより、ｐ型ＧａＮ領域３３の側面部分にも透明電極２５との間のコンタクトを形成でき、両者間の接触抵抗を下げることができる。また、ｐ型ＧａＮ領域３３と透明電極２５との間の接触面積を増やすこともできる。
【００６９】
一方、ここでは、図示を省略するが、発光素子保護膜２２の厚みと層間絶縁膜２１の厚みと、を略同一にした場合において、窒化物半導体柱状構造体３０のそれぞれの長さを、層間絶縁膜２１の厚さと同程度に設定してもよい。これにより、光集積化素子２００の層間絶縁膜２１の表面において段差が小さくなる。この部分の段差を小さくできると、層間絶縁膜２１を形成した後の製造プロセス（フォトリソグラフィ工程やドライエッチング工程）での異常を防止し易くなる。
【００７０】
なお、以上に述べた層間絶縁膜２１の厚みは、事実上、トランジスタ部８に用いる微細化技術の世代に相関しているので、層間絶縁膜２１の厚みを基準にして、窒化物半導体柱状構造体３０の長さを設計すると、トランジスタ部８の設計と発光素子部９の設計との間の整合性を適切に取れて都合がよい。つまり、トランジスタ部８における微細化が進むほど、層間絶縁膜２１の厚みは薄くなるという事実があり、窒化物半導体柱状構造体３０のそれぞれの長さを、これに合わせる必要がある。例えば、層間絶縁膜２１の厚みは、トランジスタ８Ａのゲート長が２５０ｎｍの世代では、１μｍ程度に設定され、ゲート長が１８０ｎｍの世代では、９００ｎｍ程度に設定され、ゲート長が１３０ｎｍの世代では、８００ｎｍ程度に設定されている。
【００７１】
また、発光素子部９では、図１に示すように、ｐ型ＧａＮ領域３３の上面および側面、並びに、発光素子保護膜２２の上面（表面）に接するように、上述の透明電極２５が配されている。この透明電極２５の材料として、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を用いることができる。また、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）などの極薄膜金属を用いてもよい。
【００７２】
次に、本実施形態の特徴部である金属製の柱状の光散乱体２３（柱状体）の構成について図面を参照しながら詳しく説明する。
【００７３】
本実施形態の光集積化素子２００では、図１に示すように、層間絶縁膜２１の内部に、四角柱（ここでは断面が正方形の四角柱）構造の複数の光散乱体２３が埋め込まれている。これらの光散乱体２３は、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１の主面から層間絶縁膜２１の表面まで、上述の窒化物半導体柱状構造体３０と平行に立設している。つまり、この光散乱体２３は、シリコン基板１と交差（ここでは直交）する方向に延びている。
【００７４】
また、シリコン基板１の主面を平面視した場合、図１（ｂ）に示すように、これらの光散乱体２３の島状の断面が、発光素子部９の周囲を取り囲むようにして、この周囲において環状に並んでいる。
【００７５】
このような光散乱体２３は、窒化物半導体柱状構造体３０のＩｎＧａＮ多重量子井戸３２から横方向（シリコン基板１に平行な方向）に伝播する出射光を様々な方向に散乱できる。これにより、トランジスタ部８へ進行する出射光の強度は、光散乱体２３において減衰される。つまり、この出射光のトランジスタ部８への伝播を光散乱体２３により適切に低減でき、ひいては、当該出射光によるトランジスタ８Ａの誤動作（光クロストーク）を抑制できる。また、光散乱体２３において散乱された散乱光を窒化物半導体柱状構造体３０の上方に取り出せるので、窒化物半導体柱状構造体３０の光取り出し効率が高まる。
【００７６】
光散乱体２３の形状は、上述のとおり、四角柱であることが好ましい場合がある。これにより、四角柱の角部において高い散乱効果が得られると考えられる。また、図示は省略するが、光散乱体の形状は、円柱であることが好ましい場合もある。光散乱体の形状を円柱にすることにより、様々な方向から光散乱体に入射した光に対して、高い対称性を有する光散乱がなされ、光の入射方向に寄らず安定した光散乱効果が得られると考えられる。
【００７７】
ここで、光散乱体２３の設計スペックは、ＩｎＧａＮ多重量子井戸３２の発光波長（出射光の波長）との関係で、光散乱体２３による出射光の散乱が、適切な後方散乱率が確保できるレイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）散乱となるように、決定されている。これにより、光散乱体２３における出射光の前方散乱（つまり、トランジスタ部８側への散乱）を低減でき、ひいては、光散乱体２３において出射光を効率良く散乱できる。例えば、本実施形態の光集積化素子２００では、上述の出射光のレイリー散乱現象を利用することにより、窒化物半導体柱状構造体３０から横方向に伝播する出射光を、光散乱体２３において窒化物半導体柱状構造体３０側に充分に後方散乱させ、発光素子部９での光取り出し効率向上に有効に利用できる。また、リフレクタ（反射鏡）などを用いて、窒化物半導体柱状構造体３０から横方向に伝播する出射光を窒化物半導体柱状構造体３０側に反射させると、リフレクタに反射された反射光は、窒化物半導体柱状構造体３０のＩｎＧａＮ多重量子井戸３２に吸収される場合があるが、上述の出射光のレイリー散乱現象を利用することにより、このようなＩｎＧａＮ多重量子井戸３２での光吸収の確率を低減できる。
【００７８】
なお、レイリー散乱の理論自体は公知なので、ここでは、この理論の詳細な説明は省略して、光散乱体２３の設計例を説明する。
【００７９】
ＩｎＧａＮ多重量子井戸３２からの出射光を光散乱体２３においてレイリー散乱させるには、光散乱体２３の断面の大きさ「Ｄ」を、以下の如く設定するとよい。なお、断面の大きさ「Ｄ」とは、光散乱体２３の断面形状が正四角形の場合には、光散乱体２３の断面の一辺の長さを指し、光散乱体２３の断面形状が円形の場合には、光散乱体２３の断面の直径を指すものとする。
【００８０】
ＩｎＧａＮ多重量子井戸３２の発光波長（出射光の波長）を「λ」とし、層間絶縁膜２１の屈折率を「ｎ２」とし、上述の如く定義された光散乱体２３の大きさを「Ｄ」とする。この場合、以下の式（１）の関係を満足すれば、レイリー散乱の領域にあることが知られている。
【００８１】
ｎ２×π×Ｄ／λ  ＜  ０．４・・・・・（１）
ここで、層間絶縁膜２１の材料がＳｉＯ2とすると、この層間絶縁膜２１の屈折率（ｎ２＝１．４６）および式（１）を用いて、発光波長「λ」との関係で光散乱体２３の断面の大きさ「Ｄ」を導ける。具体的には、光散乱体２３の断面の大きさ「Ｄ」を、発光波長が青色の波長（例えば、λ＝４３６ｎｍ）においては、３８ｎｍよりも小さく、発光波長が緑色の波長（例えば、λ＝５４６ｎｍ）においては、４７ｎｍよりも小さく、発光波長が赤色の波長（例えば、λ＝７００ｎｍ）においては、６１ｎｍよりも小さく設定するとよい。
【００８２】
このように、本実施形態の光集積化素子２００では、可視域の光をレイリー散乱できる光散乱体２３の大きさ「Ｄ」は、３８ｎｍ〜６１ｎｍ程度に小さく設定できるので、光散乱体２３は、素子サイズのコンパクト化の観点において、特許文献１記載の厚膜（上述のとおり、光吸収層の厚みは０．７μｍ〜２．３μｍ程度と推定される）の光吸収層と比較した有利な特徴を備える。
【００８３】
光散乱体２３に用いる材料としては、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、コバルト、ニッケル、金、および、白金のうちのいずれかを含む金属であることが好ましい。光散乱体２３の材料に、このような金属を用いることにより、発光素子部９（特にＩｎＧａＮ多重量子井戸３２）における発熱を外部（例えば、シリコン基板１側）に逃がすことができる。これにより、本実施形態の光集積化素子２００では、光集積化素子２００の様々な熱問題に適切に対処でき、光集積化素子２００の高出力化が容易になる。
【００８４】
なお、層間絶縁膜２１において光散乱体２３の敷詰め度（面積占有率）を向上させると、その分、光散乱体２３の放熱性が高まる。例えば、光散乱体２３の断面積を大きくしてもよく、光散乱体２３同士の間隔を狭くしてもよい。但し、上述のレイリー散乱の領域を逸脱しないように、光散乱体２３の敷詰め度を設定する方が好ましい。また、光散乱体２３の材料に金属を用いることにより、光散乱体２３に配線と窒化物半導体柱状構造体３０との間の接続をなすコンタクト機能を持たせることもできる。
【００８５】
次に、本発明の実施形態による光集積化素子２００の製造方法について説明する。但し、光集積化素子２００の各工程の製造方法のうちの、トランジスタ部８に関する製造方法は、何れも公知なので、これらの詳細な説明は、適宜、省略する。
【００８６】
図９〜図１６は、本発明の実施形態による光集積化素子の各製造工程を説明するための図である。なお、これらの製造工程において完成された図１６の光集積化素子２００は、上述の図１に示した光集積化素子２００に相当する。また、各図の（ａ）においては、Ａ−Ａ線に沿った部分の断面が示されている。また、図９〜図１１の（ｂ）においては、シリコン基板１の主面を平面視した図が示されている。また、図１２〜図１６の（ｂ）においては、Ｂ−Ｂ線に沿った部分の断面が示されている。
【００８７】
まず、図９に示した工程において、シリコン基板１に素子分離領域５が形成され、これにより、トランジスタ部８と発光素子部９とが、分離される。素子分離領域５の形成法としては、ＳＴＩ（シャロートレンチ）やＬＯＣＯＳなどの既存の素子分離技術を用いればよい。
【００８８】
次に、図１０に示した工程において、適宜のイオン注入技術を用いて、ｐ型ウェル２が、トランジスタ部８のシリコン基板１の表面近傍に形成される。その後、ゲート絶縁膜１０およびゲート電極１１が、トランジスタ部８のシリコン基板１上に順に形成される。  
【００８９】
ゲート絶縁膜１０の絶縁材料としては、ＳｉＯ2やＳｉＯＮを用いればよく、ゲート絶縁膜１０の膜厚は２ｎｍ〜１０ｎｍ程度に設定すればよい。
【００９０】
ｐ型ウェル２の不純物濃度は、１×１０17〜１×１０19ｃｍ-3程度に設定すればよいが、トランジスタ８Ａの所望のしきい値電圧に適合するよう、この不純物の濃度は設定されている。
【００９１】
ゲート電極１１の電極材料としては、ポリシリコンを用いればよく、ゲート電極１１の膜厚は１００ｎｍ程度に設定すればよい。なお、フォトリソグラィ技術およびドライエッチング技術を用いて、ゲート絶縁膜１０およびゲート電極１１は、図１０に示すように、矩形型に加工されている。
【００９２】
また、ゲート絶縁膜１０およびゲート電極１１を挟み込むようにサイドウォール１２が形成されている。サイドウォール１２の材料としては、ＳｉＯ2やＳｉＮを用いればよい。
【００９３】
次に、図１１に示した工程において、適宜のイオン注入技術を用いて、ｎ型ソース／ドレイン領域３が、トランジスタ部８のｐ型ウェル２の表面近傍に形成される。ｎ型ソース／ドレイン領域３の不純物濃度は、１×１０19〜１×１０20ｃｍ-3程度に設定すればよく、この不純物として、砒素（Ａｓ）や燐（Ｐ）を用いることができる。これにより、トランジスタ部８において、ゲート電極１１、ゲート絶縁膜１０、ｐ型ウェル２、および、ｎ型ソース／ドレイン領域３からなるトランジスタ８Ａが形成される。
【００９４】
また、適宜のイオン注入技術を用いて、ｎ型発光素子形成領域４が、発光素子部９のシリコン基板１の表面近傍に形成される。ｎ型発光素子形成領域４の不純物濃度は、上述のｎ型ソース／ドレイン領域３の不純物濃度と同様に、１×１０19〜１×１０20ｃｍ-3程度に設定すればよく、この不純物として、上述のｎ型ソース／ドレイン領域３と同様に、砒素（Ａｓ）や燐（Ｐ）を用いることができる。よって、図１１に示すように、ｎ型ソース／ドレイン領域３およびｎ型発光素子形成領域４は、同時形成可能であり、これらを同時に形成することにより、光集積化素子２００の製造工程を簡略化できる（工程数の増加を防止できる）。
【００９５】
次に、図１２に示した工程において、層間絶縁膜２１が、トランジスタ８Ａおよびｎ型発光素子形成領域４を覆うようにして、シリコン基板１の主面の全域に亘り堆積される。その後、図１２に示すように、発光素子部９において、後工程時の窒化物半導体柱状構造体３０の成長領域に対応する開口部７が形成される。層間絶縁膜２１の絶縁材料として、ＳｉＯ2を用いればよい。この層間絶縁膜２１は、ＣＶＤ法などを用いて堆積できる。なお、層間絶縁膜２１の厚みは、上述のとおり、トランジスタ部８に用いる微細化技術の世代に基づいて定められ、開口部７内において後工程で成長される窒化物半導体柱状構造体３０の長さの基準となっている。開口部７の形成法としては、フォトリソグラィ技術とドライエッチング技術を用いればよい。
【００９６】
次に、図１３に示した工程において、発光素子部９のシリコン基板１の主面（ｎ型発光素子形成領域４）上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、窒化物半導体柱状構造体３０を成長させることができる。
【００９７】
Ｇａ原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用い、Ｎ原料として、アンモニアを用い、Ｉｎ原料として、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いればよい。また、ＧａＮに代えて、ＡｌＧａＮを成長させる場合には、Ａｌ原料として、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いることができる。
【００９８】
ｎ型不純物元素として、シリコン（Ｓｉ）を用いることができ、この場合のＳｉ原料として、ＳｉＨ4を用いればよい。ｐ型不純物元素として、マグネシウム（Ｍｇ）を用いることができ、この場合のＭｇ原料として、Ｃｐ2Ｍｇ（Ｂｉｓ  ｃｙｃｌｏｐｅｎｔａ  ｄｉｅｎｙｌｍａｇｎｅｓｉｕｍ）を用いればよい。
【００９９】
窒化物半導体柱状構造体３０の成長温度を８００〜１１００℃程度に設定し、各領域３１、３２、３３に対応する原料を順次供給すると、ｎ型ＧａＮ領域３１、ＩｎＧａＮ多重量子井戸３２、および、ｐ型ＧａＮ領域３３が、この順番に柱状に成長する。なお、本実施形態では、個々の窒化物半導体柱状構造体３０の直径が３０〜２００ｎｍ程度になり、その長さが０．５μｍ〜２μｍ程度になるように、温度や圧力などの成長条件が設定されている。但し、このような成長条件は、すでに公知であり（例えば、特開２００５−２２８９３６号公報）、この条件の詳細な説明は省略する。
【０１００】
また、ここでは、ＭＯＣＶＤ法を用いて窒化物半導体柱状構造体３０を成長する方法を説明したが、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）やハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）などの手法を用いても、窒化物半導体柱状構造体３０をシリコン基板１上の主面に成長できる。
【０１０１】
次に、図１４に示した工程において、各窒化物半導体柱状構造体３０間の隙間（窒化物半導体柱状構造体３０の周囲の空間）には、発光素子保護膜２２が埋め込まれる。この発光素子保護膜２２は、例えば、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）材料をシリコン基板１上に塗布することにより形成できる。また、発光素子保護膜２２の他の材料として、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＡｌＮ、または、Ａｌ2Ｏ3などを用いることもできる。ＡｌＮやＡｌ2Ｏ3は、ＳＯＧ材料よりも放熱性に優れているので、発光素子部９からの発熱を効率的に外部（例えばシリコン基板１）に逃がすことができる。なお、図１４に示すように、窒化物半導体柱状構造体３０のｐ型ＧａＮ領域３３の上部を被覆したＳＯＧは、ドライエッチング技術やフッ酸処理などのウェットエッチング技術によって除去され、ｐ型ＧａＮ領域３３の上部が部分的に露出される。
【０１０２】
次に、図１５に示した工程において、トランジスタ８Ａとの間の接続を取るためのコンタクト２６ａ、２６ｂ、２６ｃが、層間絶縁膜２１の適所に形成されたコンタクトホールに埋め込まれている。層間絶縁膜２１のコンタクトホールの形成法としては、フォトリソグラィ技術とドライエッチング技術を用いればよい。また、コンタクト２６ａ、２６ｂ、２６ｃの材料としては、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、コバルト、ニッケル、金、白金などを含む金属を用いればよい。コンタクト２６ａ、２６ｂ、２６ｃの形成法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法、めっき法などを用いてコンタクトホール内部に、これらの金属を埋め込み、その後、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨)技術を用いて、層間絶縁膜２１の表面に付着した不必要な金属を除去すればよい。
【０１０３】
ここで、図１５に示すように、上述の複数の光散乱体２３は、層間絶縁膜２１の適所に形成されたホールに埋め込まれている。光散乱体２３の材料としては、コンタクト２６ａ、２６ｂ、２６ｃの材料と同様に、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、コバルト、ニッケル、金、白金などを含む金属を用いればよい。また、光散乱体２３の形成法としては、コンタクト２６ａ、２６ｂ、２６ｃと同様に、スパッタ法、ＣＶＤ法、めっき法などを用いて、ホール内部にこれらの金属を埋め込み、その後、ＣＭＰ技術を用いて、層間絶縁膜２１の表面に付着した不必要な金属を除去すればよい。よって、図１５に示すように、コンタクト２６ａ、２６ｂ、２６ｃおよび光散乱体２３は、同時形成可能であり、これらを同時に形成することにより、光集積化素子２００の製造工程を簡略化できる（工程数の増加を防止できる）。なお、光散乱体２３は、上述のとおり、四角柱や円柱などの柱状構造であることが好ましい。
【０１０４】
次に、図１６に示した工程において、各窒化物半導体柱状構造体３０に共通して電圧を印加できるように、各窒化物半導体柱状構造体３０のｐ型ＧａＮ領域３３の上部に接触する透明電極２５が、蒸着などにより形成される。この透明電極２５は、例えば、Ｎｉ／Ａｕ電極やＩＴＯ電極である。最後に、アルミニウムや金からなる金属配線２７ａ、２７ｂが、コンタクト２６ａ、２６ｂに電気的に接続するよう、層間絶縁膜２１上に形成され、本実施形態の光集積化素子２００が完成する。なお、実際には、光集積化素子２００の後工程において、トランジスタ部８および発光素子部９において各種配線の接続がなされるが、ここでは、この説明は省略する。
【０１０５】
以上のとおり、本実施形態の光集積化素子２００は、窒化物半導体柱状構造体３０が形成された発光素子部９と窒化物半導体柱状構造体３０を駆動するトランジスタ８Ａが形成されたトランジスタ部８とが集積化されたシリコン基板１と、シリコン基板１と直交する方向に延びている複数の柱状（四角柱状や円柱状）の光散乱体２３と、を備えている。
【０１０６】
そして、本実施形態の光集積化素子２００では、このシリコン基板１の主面を平面視した場合、これらの光散乱体２３の島状の断面が、発光素子部９の周囲を取り囲むように環状に並んでいる。よって、本実施形態の光集積化素子２００では、窒化物半導体柱状構造体３０から横方向に出射された光のトランジスタ部８への伝播を複数の光散乱体２３により適切に低減できるので、当該出射光によるトランジスタ８Ａの誤動作（光クロストーク）を抑制できる。また、光散乱体２３において散乱された散乱光を窒化物半導体柱状構造体３０の上方に取り出せるので、窒化物半導体柱状構造体３０の光取り出し効率が高まる。
【０１０７】
また、本実施形態の光集積化素子２００では、窒化物半導体柱状構造体３０から横方向に伝播する出射光に対して、上述の光散乱体２３により、適切な後方散乱率を確保できるレイリー散乱がなされている。これにより、光散乱体２３における出射光の前方散乱（つまり、トランジスタ部８側への散乱）を低減でき、ひいては、光散乱体２３において出射光を効率良く散乱できる。例えば、本実施形態の光集積化素子２００では、上述の出射光のレイリー散乱現象を利用することにより、窒化物半導体柱状構造体３０から横方向に伝播する出射光を、光散乱体２３において窒化物半導体柱状構造体３０側に充分に後方散乱させ、発光素子部９での光取り出し効率向上に有効に利用できる。また、リフレクタ（反射鏡）などを用いて、窒化物半導体柱状構造体３０から横方向に伝播する出射光を窒化物半導体柱状構造体３０側に反射させると、この反射光は、窒化物半導体柱状構造体３０のＩｎＧａＮ多重量子井戸３２に吸収される場合があるが、上述の出射光のレイリー散乱現象を利用することにより、このようなＩｎＧａＮ多重量子井戸３２での光吸収の確率を低減できる。更に、可視域の光をレイリー散乱できる光散乱体２３の大きさ「Ｄ」は、３８ｎｍ〜６１ｎｍ程度に小さく設定できるので、光散乱体２３は、素子サイズのコンパクト化の観点において、特許文献１記載の厚膜（上述のとおり、光吸収層の厚みは０．７μｍ〜２．３μｍ程度と推定される）の光吸収層と比較した有利な特徴を備える。
【０１０８】
光散乱体２３に用いる材料としては、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、コバルト、ニッケル、金、および、白金のうちのいずれかを含む金属であることが好ましい。光散乱体２３の材料に、このような金属を用いることにより、発光素子部９（特にＩｎＧａＮ多重量子井戸３２）における発熱を外部（例えば、シリコン基板１側）に逃がすことができる。これにより、本実施形態の光集積化素子２００では、光集積化素子２００の様々な熱問題に適切に対処でき、光集積化素子２００の高出力化が容易になる。
【０１０９】
また、本実施形態の光集積化素子２００では、上述のとおり、発光素子部９は、円柱状の窒化物半導体柱状構造体３０の集合体として構成されているので、一つの窒化物半導体柱状構造体３０中のＩｎＧａＮ多重量子井戸３２から出射された光が、その周辺の他の窒化物半導体柱状構造体３０により散乱され、これにより、当該散乱光を窒化物半導体柱状構造体３０の上方に適切に取り出される。
【０１１０】
また、本実施形態の光集積化素子２００の製造方法は、シリコン基板１上に、窒化物半導体柱状構造体３０を形成する工程と、シリコン基板１上に、この窒化物半導体柱状構造体３０を駆動するトランジスタ８Ａを形成する工程と、シリコン基板１上にトランジスタ８Ａを覆う層間絶縁膜２１を形成する工程と、トランジスタ８Ａとの間の接続を取るために、層間絶縁膜２１にコンタクト２６ａ、２６ｂ、２６ｃを埋め込む工程と、を含んでいる。そして、本製造方法では、コンタクト２６ａ、２６ｂ、２６ｃの埋め込みの工程と同時に、光散乱体２３が層間絶縁膜２１に埋め込まれる。コンタクト２６ａ、２６ｂ、２６ｃと光散乱体２３とを同時に埋め込むことにより、光集積化素子２００の製造工程を簡略化できる（工程数の増加を防止できる）。
＜光集積化素子の製造方法の変形例＞
本実施形態による光集積化素子２００の製造方法では、図１２、図１３および図１４を用いて、自己組織的に窒化物半導体柱状構造体３０を形成する方法が示されている。ここでは、光集積化素子（窒化物半導体柱状構造体３０）の製造方法の変形例として、選択成長を用いて窒化物半導体柱状構造体３０を形成する方法を述べる。
【０１１１】
具体的には、図１１に続いて、図１８に示した工程において、図１２の工程と同様に、層間絶縁膜２１が、トランジスタ８Ａおよびｎ型発光素子形成領域４を覆うようにして、シリコン基板１の主面の全域に亘り堆積される。その後、図１８に示すように、発光素子部９において、後工程時の窒化物半導体柱状構造体３０の成長領域に対応する微小柱状開口１３が複数形成される。微小柱状開口１３の形成には、リソグラフィ技術とドライエッチング技術とを用いればよい。図１８では、円形の断面を有する微小柱状開口１３が例示されているが、微小柱状開口１３の断面形状は、これに限らず、正方形や長方形であってもよい。
【０１１２】
次に、図１９に示した工程において、発光素子部９に形成された微小柱状開口１３に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）などを用いて、窒化物半導体柱状構造体３０を選択的に成長させる。窒化物半導体柱状構造体３０の成長温度を８００〜１１００℃程度に設定し、成長圧力を５０〜２００Ｔｏｒｒ程度に設定し、各領域３１、３２、３３に対応する上述の原料を順次供給すると、ｎ型ＧａＮ領域３１、ＩｎＧａＮ多重量子井戸３２、および、ｐ型ＧａＮ領域３３が、この順番に微小柱状開口１３の内部に成長する。続いて、図１５、図１６で示した工程と同様の工程を経ると、本変形例の光集積化素子が完成する。なお、完成された本変形例の光集積化素子の図示は省略する。
【０１１３】
本変形例の製造方法では、微小柱状開口１３を形成するために高精度のリソグラフィ技術やドライエッチング技術が必要であるが、自己組織的に窒化物半導体柱状構造体３０を形成する方法に比べて、窒化物半導体柱状構造体３０の直径や窒化物半導体柱状構造体３０が形成される位置を制御しやすいという利点がある。
【０１１４】
＜本発明の実施形態による光集積化素子２００についての各種の変形例＞
以下、光集積化素子２００の構成を部分的に変更した、変形例１〜７を説明する。なお、本実施形態による光集積化素子２００と同じ構成要素には、同一の符号を付して、これらの構成要素の説明を省略する。
（変形例１）
図２は、本発明の変形例１による光集積化素子の構成例を示した図である。図２（ａ）は、光集積化素子２１０におけるＡ−Ａ線に沿った部分の断面が示されている。図２（ｂ）は、光集積化素子２１０におけるＢ−Ｂ線に沿った部分の断面が示されている。
【０１１５】
本変形例の光集積化素子２１０では、図２に示すように、上述の光散乱体２３に代えて、層間絶縁膜２１の内部に、筒状（ここでは四角筒状）の光反射体２４（筒体）が埋め込まれている。この光反射体２４は、図２（ａ）に示すように、シリコン基板１の主面から層間絶縁膜２１の表面まで、上述の窒化物半導体柱状構造体３０と平行に立設している。つまり、光反射体２４は、シリコン基板と交差（ここでは直交）する方向に延びている。
【０１１６】
また、シリコン基板１の主面を平面視した場合、図２（ｂ）に示すように、光反射体２４の帯状の断面が、発光素子部９の周囲を取り囲んでいる。
【０１１７】
ここで、光反射体２４の内壁面が、反射面に相当しており、窒化物半導体柱状構造体３０のＩｎＧａＮ多重量子井戸３２から横方向（シリコン基板１に平行な方向）に伝播する出射光は、光反射体２４の内壁面により、反射されている。つまり、光反射体２４は、発光素子部９の周囲から横方向に伝播する出射光を、光集積化素子２１０の上方、シリコン基板１の方向、および、発光素子部９の方向に反射できるので、窒化物半導体柱状構造体３０からの出射光のトランジスタ部８への伝播を大幅に低減でき、ひいては、当該出射光によるトランジスタ８Ａの誤動作（光クロストーク）を抑制できる。この場合、光反射体２４の厚みは、光透過を適切に防止できる範囲内であって、光集積化素子２１０を可能な限りコンパクトにできるよう薄く設定されている。
【０１１８】
また、光反射体２４において反射された反射光が、例えば窒化物半導体柱状構造体３０などにより散乱される場合には、この散乱光を窒化物半導体柱状構造体３０の上方に取り出せるので、窒化物半導体柱状構造体３０の光取り出し効率が高まる。つまり、本変形例の光集積化素子２１０では、窒化物半導体柱状構造体３０の方向に光反射体２４により反射される光量が、光散乱体２３の場合と比較して多くなるという特徴がある。窒化物半導体柱状構造体３０の方向への反射光の一部が、ＩｎＧａＮ多重量子井戸３２で吸収され、残りが窒化物半導体柱状構造体３０によって散乱される。窒化物半導体柱状構造体３０は、光散乱し易い柱状に構成されているので、窒化物半導体柱状構造体３０の集合体からなる発光素子部９の周りを光反射体２４で囲むことにより、光反射体２４によって反射された光は、窒化物半導体柱状構造体３０の集合体によって効率良く散乱され、この散乱光を窒化物半導体柱状構造体３０の上方に取り出すことが容易になる。
【０１１９】
光反射体２４に用いる材料としては、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、コバルト、ニッケル、金、および、白金のうちのいずれかを含む金属であることが好ましい。光反射体２４の材料に、このような金属を用いることにより、発光素子部９（特にＩｎＧａＮ多重量子井戸３２）における発熱を外部（例えば、シリコン基板１側）に逃がすことができる。これにより、本変形例の光集積化素子２１０では、光集積化素子２１０の様々な熱問題に適切に対処でき、光集積化素子２１０の高出力化が容易になる。
【０１２０】
光反射体２４の作製は、本実施形態で述べた光散乱体２３の製造方法（図１５およびこれの関連記載参照）に倣えばよい。よって、コンタクト２６ａ、２６ｂ、２６ｃおよび光反射体２４は、同時形成可能であり、これらを同時に形成することにより、光集積化素子２１０の製造工程を簡略化できる（工程数の増加を防止できる）。
（変形例２）
図３は、本発明の変形例２による光集積化素子の構成例を示した図である。図３（ａ）は、光集積化素子２２０におけるＡ−Ａ線に沿った部分の断面が示されている。図３（ｂ）は、光集積化素子２２０におけるＢ−Ｂ線に沿った部分の断面が示されている。
【０１２１】
本変形例の光集積化素子２２０では、図３に示すように、層間絶縁膜２１の内部に、四角柱（ここでは断面が正方形の四角柱）構造の複数の光散乱体２３Ａ（柱状体）が埋め込まれている。これらの光散乱体２３Ａは、図３（ａ）に示すように、シリコン基板１の主面から層間絶縁膜２１の表面まで、上述の窒化物半導体柱状構造体３０と平行に立設している。つまり、光散乱体２３Ａは、シリコン基板１と交差（ここでは直交）する方向に延びている。
【０１２２】
また、シリコン基板１の主面を平面視した場合、図３（ｂ）に示すように、これらの光散乱体２３Ａの島状の断面が、発光素子部９における透明電極２５を引く出すための電極引き出し部３００以外の発光素子部９の周囲を取り囲むように並んでいる。つまり、シリコン基板１の主面を平面視した場合、各光散乱体２３Ａの中心を直線状に結んだ仮想の略Ｕ字状のラインは、発光素子部９を形作る四角形の外縁ラインに沿うように、外縁ラインの外側においてこの外縁ラインと平行に延びている。そして、この略Ｕ字状のラインの切れた部分（上述の四角形の外縁ラインの上辺に対向する部分）が、電極引き出し部３００となっている。
【０１２３】
これにより、図３（ｂ）に示すように、電極引き出し部３００を介して透明電極２５を発光素子部９から容易に引き出せるので、窒化物半導体柱状構造体３０とトランジスタ８Ａとの間の接続が容易になる。
【０１２４】
なお、本変形例の光集積化素子２２０では、図３（ｂ）に示すように、上述の配線２７ｂをＬ字状に延在させた配線１２７ｂとコンタクト２６ｂとを介して、透明電極２５がトランジスタ８Ａに接続されているが、これは飽くまで一例に過ぎない。窒化物半導体柱状構造体３０とトランジスタ８Ａとの間の接続は、窒化物半導体柱状構造体３０の動作方法に応じて適宜設計される。
【０１２５】
光散乱体２３Ａの作製は、本実施形態で述べた光散乱体２３の製造方法（図１５およびこれの関連記載参照）に倣えばよい。よって、コンタクト２６ａ、２６ｂ、２６ｃおよび光散乱体２３Ａは、同時形成可能であり、これらを同時に形成することにより、光集積化素子２２０の製造工程を簡略化できる（工程数の増加を防止できる）。
（変形例３）
図４は、本発明の変形例３による光集積化素子の構成例を示した図である。図４（ａ）は、光集積化素子２３０におけるＡ−Ａ線に沿った部分の断面が示されている。図４（ｂ）は、光集積化素子２３０におけるＢ−Ｂ線に沿った部分の断面が示されている。
【０１２６】
本変形例の光集積化素子２３０では、図４に示すように、層間絶縁膜２１の内部に、四角柱（ここでは断面が正方形の四角柱）構造の複数の光散乱体２３Ｂ（柱状体）が二重に埋め込まれている。これらの光散乱体２３Ｂは、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１の主面から層間絶縁膜２１の表面まで、上述の窒化物半導体柱状構造体３０と平行に立設している。つまり、光散乱体２３Ｂは、シリコン基板１と交差（ここでは直交）する方向に延びている。
【０１２７】
また、シリコン基板１の主面を平面視した場合、図４（ｂ）に示すように、これらの光散乱体２３Ｂの島状断面の配列は、発光素子部９の周囲を取り囲むようにして、この周囲において二重環状をなしている。この場合、二重環状の内側の配列を構成している光散乱体２３Ｂは、二重環状の外側の配列を構成している光散乱体２３Ｂと一定の隙間３０１を隔てて対向している。これにより、窒化物半導体柱状構造体３０のＩｎＧａＮ多重量子井戸３２から横方向（シリコン基板１に平行な方向）に伝播する出射光を、この隙間３０１においても散乱できる。よって、このような二重環状の光散乱体２３Ｂによれば、上述の一重環状の光散乱体２３と比較して、上述の出射光のトランジスタ部８への伝播を、更に適切に低減できる。また、光散乱体２３Ｂにおいて散乱された散乱光を、窒化物半導体柱状構造体３０の上方に更に効率的に取り出せる。
【０１２８】
光散乱体２３Ｂに用いる材料としては、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、コバルト、ニッケル、金、および、白金のうちのいずれかを含む金属であることが好ましい。光散乱体２３Ｂの材料に、このような金属を用いることにより、上述の一重環状の光散乱体２３と比較して、発光素子部９（特にＩｎＧａＮ多重量子井戸３２）における発熱を外部（例えば、シリコン基板１側）に更に効率的に逃がすことができる。これにより、本変形例の光集積化素子２３０では、光集積化素子２３０の様々な熱問題に更に適切に対処でき、光集積化素子２３０の高出力化が容易になる。
【０１２９】
なお、図示を省略するが、発光素子部９の周囲を取り囲む光散乱体を三重以上の多重環状に並べてもよい。
【０１３０】
光散乱体２３Ｂの作製は、本実施形態で述べた光散乱体２３の製造方法（図１５およびこれの関連記載参照）に倣えばよい。よって、コンタクト２６ａ、２６ｂ、２６ｃおよび光散乱体２３Ｂは、同時形成可能であり、これらを同時に形成することにより、光集積化素子２３０の製造工程を簡略化できる（工程数の増加を防止できる）。
（変形例４）
図５は、本発明の変形例４による光集積化素子の構成例を示した図である。図５（ａ）は、光集積化素子２４０におけるＡ−Ａ線に沿った部分の断面が示されている。図５（ｂ）は、光集積化素子２４０におけるＢ−Ｂ線に沿った部分の断面が示されている。
【０１３１】
本変形例の光集積化素子２４０では、図５に示すように、層間絶縁膜２１の内部に、四角柱（ここでは断面が正方形の四角柱）構造の複数の光散乱体２３Ｃ（柱状体）が二重に埋め込まれている。これらの光散乱体２３Ｃは、図５（ａ）に示すように、シリコン基板１の主面から層間絶縁膜２１の表面まで、上述の窒化物半導体柱状構造体３０と平行に立設している。つまり、光散乱体２３Ｃは、シリコン基板１と交差（ここでは直交）する方向に延びている。
【０１３２】
また、シリコン基板１の主面を平面視した場合、図５（ｂ）に示すように、これらの光散乱体２３Ｃの島状断面の配列は、発光素子部９の周囲を取り囲むようにして、この周囲において二重環状をなしている。この場合、二重環状の内側の配列を構成している光散乱体２３Ｃは、二重環状の外側の配列を構成している光散乱体２３Ｃ間の隙間３０２に対向している。また、二重環状の外側の配列を構成している光散乱体２３Ｃは、二重環状の内側の配列を構成している光散乱体２３Ｃ間の隙間３０３に対向している。換言すると、これらの光散乱体２３Ｃの島状断面の配列は、千鳥状になっている。これにより、窒化物半導体柱状構造体３０のＩｎＧａＮ多重量子井戸３２から横方向（シリコン基板１に平行な方向）に伝播する出射光を、二重環状の光散乱体２３Ｃを用いて、より効率的に散乱できる。よって、このような二重環状の光散乱体２３Ｃによれば、上述の一重環状の光散乱体２３と比較して、上述の出射光のトランジスタ部８への伝播を、更に適切に低減できる。また、光散乱体２３Ｃにおいて散乱された散乱光を、窒化物半導体柱状構造体３０の上方に更に効率的に取り出せる。
【０１３３】
光散乱体２３Ｃに用いる材料としては、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、コバルト、ニッケル、金、および、白金のうちのいずれかを含む金属であることが好ましい。光散乱体２３Ｃの材料に、このような金属を用いることにより、上述の一重環状の光散乱体２３と比較して、発光素子部９（特にＩｎＧａＮ多重量子井戸３２）における発熱を外部（例えば、シリコン基板１側）に更に効率的に逃がすことができる。これにより、本変形例の光集積化素子２４０では、光集積化素子２４０の様々な熱問題に更に適切に対処でき、光集積化素子２４０の高出力化が容易になる。
【０１３４】
なお、図示を省略するが、発光素子部９の周囲を取り囲む光散乱体を三重以上の多重環状に千鳥配列させてもよい。
【０１３５】
光散乱体２３Ｃの作製は、本実施形態で述べた光散乱体２３の製造方法（図１５およびこれの関連記載参照）に倣えばよい。よって、コンタクト２６ａ、２６ｂ、２６ｃおよび光散乱体２３Ｃは、同時形成可能であり、これらを同時に形成することにより、光集積化素子２４０の製造工程を簡略化できる（工程数の増加を防止できる）。
（変形例５）
図６は、本発明の変形例５による光集積化素子の構成例を示した図である。図６（ａ）は、光集積化素子２５０におけるＡ−Ａ線に沿った部分の断面が示されている。図６（ｂ）は、光集積化素子２５０におけるＢ−Ｂ線に沿った部分の断面が示されている。
【０１３６】
本変形例の光集積化素子２５０では、図６に示すように、層間絶縁膜２１の内部に、四角柱（ここでは断面が正方形の四角柱）構造の複数の光散乱体２３Ｄ（柱状体）が埋め込まれている。これらの光散乱体２３Ｄは、図６（ａ）に示すように、シリコン基板１の主面から層間絶縁膜２１の表面まで、上述の窒化物半導体柱状構造体３０と平行に立設している。つまり、光散乱体２３Ｄは、シリコン基板１と交差（ここでは直交）する方向に延びている。
【０１３７】
また、シリコン基板１の主面を平面視した場合、図６（ｂ）に示すように、これらの光散乱体２３Ｄの島状の断面が、発光素子部９の周囲を取り囲むようにして、この周囲において環状に並んでいる。
【０１３８】
また、本変形例の光集積化素子２５０では、図６に示すように、層間絶縁膜２１の内部に、筒状（ここでは四角筒状）の光反射体２４Ｄ（筒体）が埋め込まれている。この光反射体２４Ｄは、図２（ａ）に示すように、シリコン基板１の主面から層間絶縁膜２１の表面まで、上述の窒化物半導体柱状構造体３０と平行に立設している。つまり、光反射体２４Ｄは、シリコン基板１と交差（ここでは直交）する方向に延びている。
【０１３９】
また、シリコン基板１の主面を平面視した場合、図６（ｂ）に示すように、光反射体２４Ｄの帯状の断面が、上述の光散乱体２３Ｄの外側において、発光素子部９の周囲を取り囲んでいる。
【０１４０】
ここで、光反射体２４Ｄの内壁面が、反射面に相当しており、窒化物半導体柱状構造体３０のＩｎＧａＮ多重量子井戸３２から横方向（シリコン基板１に平行な方向）に伝播する出射光は、光反射体２４Ｄの内壁面により、反射されている。つまり、光反射体２４Ｄは、発光素子部９の周囲から横方向に伝播する出射光を、光集積化素子２５０の上方、シリコン基板１の方向、および、発光素子部９の方向に反射できるので、窒化物半導体柱状構造体３０からの出射光のトランジスタ部８への伝播を大幅に低減でき、ひいては、当該出射光によるトランジスタ８Ａの誤動作（光クロストーク）を抑制できる。この場合、光反射体２４Ｄの厚みは、光透過を適切に防止できる範囲内であって、光集積化素子２５０を可能な限りコンパクトにできるよう薄く設定されている。
【０１４１】
また、本変形例の光集積化素子２５０では、光反射体２４Ｄによる反射光（窒化物半導体柱状構造体３０の方向に反射される光）を光散乱体２３Ｄにより散乱できる。よって、本変形例の光集積化素子２５０では、上述の変形例１の光集積化素子２１０と比較して、ＩｎＧａＮ多重量子井戸３２での光吸収が低減され、窒化物半導体柱状構造体３０の光取り出し効率において有利である。
【０１４２】
光散乱体２３Ｄおよび光反射体２４Ｄに用いる材料としては、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、コバルト、ニッケル、金、および、白金のうちのいずれかを含む金属であることが好ましい。光散乱体２３Ｄおよび光反射体２４Ｄの材料に、このような金属を用いることにより、上述の一重環状の光散乱体２３と比較して、発光素子部９（特にＩｎＧａＮ多重量子井戸３２）における発熱を外部（例えば、シリコン基板１側）に更に効率的に逃がすことができる。これにより、本変形例の光集積化素子２５０では、光集積化素子２５０の様々な熱問題に更に適切に対処でき、光集積化素子２５０の高出力化が容易になる。
【０１４３】
なお、図示を省略するが、発光素子部９の周囲を取り囲む光散乱体を二重以上の多重環状に並べてもよい。
【０１４４】
光散乱体２３Ｄおよび光反射体２４Ｄの作製は、本実施形態で述べた光散乱体２３の製造方法（図１５およびこれの関連記載参照）に倣えばよい。よって、コンタクト２６ａ、２６ｂ、２６ｃおよび光散乱体２３Ｄ並びに光反射体２４Ｄは、同時形成可能であり、これらを同時に形成することにより、光集積化素子２５０の製造工程を簡略化できる（工程数の増加を防止できる）。
（変形例６）
図７は、本発明の変形例６による光集積化素子の構成例を示した図である。図７（ａ）は、光集積化素子２６０におけるＡ−Ａ線に沿った部分の断面が示されている。図７（ｂ）は、光集積化素子２６０におけるＢ−Ｂ線に沿った部分の断面が示されている。
【０１４５】
窒化物半導体柱状構造体３０からシリコン基板１の方向に伝播した光は、シリコン基板１のｎ型発光素子形成領域４において吸収されると、ｎ型発光素子形成領域４では、多数のキャリアが発生する。
【０１４６】
そこで、本変形例の光集積化素子２６０では、図７に示すように、光散乱体２３のそれぞれが、環状の金属配線２７ｃにより接続されている。つまり、金属配線２７ｃは、ｎ型発光素子形成領域４から立設している金属製の光散乱体２３のそれぞれの上面に接触しており、この光散乱体２３を介してシリコン基板１のｎ型発光素子形成領域４に電気的に接続されている。
【０１４７】
以上の構成により、シリコン基板１のｎ型発光素子形成領域４においてキャリアが発生した場合に、金属配線２７ｃを用いて不要なキャリアを引き抜けるので、シリコン基板１のｎ型発光素子形成領域４での電位上昇などの問題を防止できる。
【０１４８】
金属配線２７ｃの作製は、本実施形態で述べた金属配線２７ａ、２７ｂの製造方法（図１６およびこれの関連記載参照）に倣えばよい。よって、これらの金属配線２７ａ、２７ｂ、２７ｃは、同時形成可能であり、これらを同時に形成することにより、光集積化素子２６０の製造工程を簡略化できる（工程数の増加を防止できる）。
（変形例７）
図８は、本発明の変形例７による光集積化素子の構成例を示した図である。図８（ａ）は、光集積化素子２７０におけるＡ−Ａ線に沿った部分の断面が示されている。図８（ｂ）は、光集積化素子２７０におけるＢ−Ｂ線に沿った部分の断面が示されている。
【０１４９】
本変形例の光集積化素子２７０では、柱状（ここでは四角柱状）の複数の放熱プラグ２８が、図８（ａ）に示すように、シリコン基板１の主面からその裏面に至るように、素子分離領域５およびシリコン基板１を貫通している。また、放熱板２９が、シリコン基板１の裏面および放熱プラグ２８に接触して配されている。
【０１５０】
また、シリコン基板１の主面を平面視した場合、図８に示すように、これらの放熱プラグ２８の島状の断面が、発光素子部９の周囲を取り囲むように、素子分離領域５において環状に並んでいる。
【０１５１】
これらの放熱プラグ２８および放熱板２９に用いる材料の熱伝導率が、シリコン基板１に用いる材料（シリコン）の熱伝導率よりも高い場合、発光素子部９（特にＩｎＧａＮ多重量子井戸３２）での発熱を、放熱プラグ２８および放熱板２９を介して外部に効率的に逃がすことができる。これにより、本変形例の光集積化素子２７０では、光集積化素子２７０の様々な熱問題に更に適切に対処でき、光集積化素子２７０の高出力化が容易になる。例えば、このような放熱プラグ２８の材料として、アルミニウムや銅などの金属、カーボンナノチューブを用いればよい。また、放熱板２９の材料として、銅やアルミニウムなどの金属、ＡｌＮ、ボロンナイトライド（ＢＮ）、または、ダイヤモンドを用いればよい。
【０１５２】
放熱プラグ２８の作製については、シリコン基板１を１００μｍ〜２００μｍ程度まで、適宜の研磨法により薄膜化し、シリコン基板１の裏面側からドライエッチング技術によって放熱プラグ形成用の貫通孔を加工した後、この貫通孔にアルミニウムや銅などの金属を埋め込めばよい。また、放熱板２９の作製については、シリコン基板１に放熱プラグ２８を埋め込んだ後、シリコン基板１の裏面に、放熱性に優れた銅やアルミニウムなどを、適宜の真空成膜法（例えば、蒸着法やスパッタリング法）を用いて形成すればよい。
【０１５３】
なお、以上の説明（実施形態およびその変形例１〜７）では、トランジスタ８Ａとして、ｎ型電界効果トランジスタを例示したが、これに限らず、ｐ型電界効果トランジスタを用いてもよい。また、ｎ型、ｐ型両方の電界効果トランジスタを用いることもできる。ｐ型電界効果トランジスタを用いる場合、本明細書に記載した半導体の極性を反転すればよい。
【０１５４】
また、発光色が異なる複数の発光素子部と、複数のトランジスタ部（ｎ型電界効果トランジスタおよびｐ型電界効果トランジスタのうちの何れか一方、または、両方を用いる）と、を同一のシリコン基板に集積してもよい。そして、複数の発光素子部を集積化するには、発光素子部のそれぞれの周囲を、上述の光散乱体や光反射体により取り囲めばよい。なお、この場合、発光素子部での発光波長に合わせて、光散乱体でレイリー散乱を起こせるよう、光散乱体の構成を設計するとよい。
【０１５５】
更に、本明細書では、基板としてシリコン基板を例示したが、このことは、必ずしも、本技術に用いる基板をシリコン基板に限る趣旨ではない。
【０１５６】
また、本明細書（実施形態およびその変形例１〜７）に記載した製造方法についても、様々な改変が可能である。例えば、トランジスタ８Ａは、他の公知の半導体製造技術により形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明によれば、駆動素子および発光素子を適切に基板に組み込むことができるので、例えば、電飾灯、街路灯、ＬＥＤディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト、プロジェクタ用光源などの様々な用途に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】本発明の実施形態による光集積化素子の構成例を示した図である。
【図２】本発明の変形例１による光集積化素子の構成例を示した図である。
【図３】本発明の変形例２による光集積化素子の構成例を示した図である。
【図４】本発明の変形例３による光集積化素子の構成例を示した図である。
【図５】本発明の変形例４による光集積化素子の構成例を示した図である。
【図６】本発明の変形例５による光集積化素子の構成例を示した図である。
【図７】本発明の変形例６による光集積化素子の構成例を示した図である。
【図８】本発明の変形例７による光集積化素子の構成例を示した図である。
【図９】本発明の実施形態による光集積化素子の一つの製造工程を説明するための図である。
【図１０】図９に続く光集積化素子の製造工程を説明するための図である。
【図１１】図１０に続く光集積化素子の製造工程を説明するための図である。
【図１２】図１１に続く光集積化素子の製造工程を説明するための図である。
【図１３】図１２に続く光集積化素子の製造工程を説明するための図である。
【図１４】図１３に続く光集積化素子の製造工程を説明するための図である。
【図１５】図１４に続く光集積化素子の製造工程を説明するための図である。
【図１６】図１５に続く光集積化素子の製造工程を説明するための図である。
【図１７】従来の光集積化素子の構成例を示した断面図である。
【図１８】図１２、図１３および図１４の示した光集積化素子の製造方法の変形例を説明するための図である。
【図１９】図１２、図１３および図１４の示した光集積化素子の製造方法の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１５９】
１  シリコン基板
２  ｐ型ウェル
３  ｎ型ソース・ドレイン領域
４  ｎ型発光素子形成領域
５  素子分離
７  開口部
８  トランジスタ部
８Ａ  トランジスタ
９  発光素子部
１０  ゲート絶縁膜
１１  ゲート電極
１２  サイドウォール
１３  微小柱状開口
２１  層間絶縁膜
２２  発光素子保護膜
２３  ２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ  光散乱体（柱状体）
２４、２４Ｄ光反射体（筒体）
２５  透明電極
２６ａ  ２６ｂ  ２６ｃ  コンタクト
２７ａ  ２７ｂ  ２７ｃ  配線
２８  放熱プラグ
２９  放熱板
３０  窒化物半導体柱状構造体
３１  ｎ型ＧａＮ領域
３２  ＩｎＧａＮ多重量子井戸
３３  ｐ型ＧａＮ領域
１０１  半絶縁性ＩｎＰ基板
１０２  ｎ+型のＩｎＧａＡｓ導通層
１０３  レーザダイオード部
１０４  ｎ型のＩｎＰバッファ層
１０５  ｐ型のＩｎＰ電流ブロック層
１０６  ｎ型のＩｎＰ電流ブロック層
１０７  ストライプ状の溝
１０８  ｎ型のＩｎＰ下クラッド層
１０９  ＩｎＧａＡｓＰ活性層
１１０  ｐ型のＩｎＰ上クラッド層
１１１  ｐ型のＩｎＧａＡｓ、ＬＤコンタクト層
１１２  ヘテロバイポーラトランジスタ部
１１３  ｎ型ＩｎＰコレクタ層
１１４  ｐ型のＩｎＧａＡｓＰベース層
１１５  ｎ型のＩｎＰエミッタ層
１１６  ｎ型のＩｎＧａＡｓＰ  ＨＢＴコンタクト層
１１７  ｐ＋型の拡散領域
１１８  分離溝
１１９  素子間分離層
１２０  絶縁層
１２１  ｐ側レーザ電極
１２２  ベース電極
１２３  エミッタ電極
１２４  遮光溝
１２５  遮光層
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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