專(zhuān)利名稱(chēng)：光半導(dǎo)體裝置及其制造方法、光半導(dǎo)體模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有將保護(hù)用元件和發(fā)光二極管連接的結(jié)構(gòu)的光半導(dǎo)體裝置及其制造方法。并且，涉及安裝有該光半導(dǎo)體裝置的光半導(dǎo)體模塊。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管，特別是使用III-V族化合物半導(dǎo)體的發(fā)光二極管進(jìn)行從紅外光到藍(lán)色的寬波長(zhǎng)范圍的發(fā)光。這樣的二極管將化合物半導(dǎo)體中的pn結(jié)作為其基本結(jié)構(gòu)，向P側(cè)電極和η側(cè)電極間施加電壓，使電流流過(guò)來(lái)發(fā)光。然而，在過(guò)大的電流流過(guò)的情況下，發(fā)光二極管破損。特別是，在由于靜電等而向P側(cè)電極和η側(cè)電極之間瞬間施加了過(guò)大電壓的情況下，發(fā)光二極管破損的情況很多。由于這樣的情況，在實(shí)際的發(fā)光二極管單元中，采用將保護(hù)用元件例如保護(hù)用二極管(例如齊納二極管)與發(fā)光二極管并聯(lián)連接來(lái)安裝的情況很多。圖8是示出該情況下的電路結(jié)構(gòu)的圖，發(fā)光二極管400和保護(hù)用二極管410反向并聯(lián)連接。在該結(jié)構(gòu)的情況下， 在向兩電極端子間施加了合適電壓使得發(fā)光二極管400為正向偏置的情況下，保護(hù)用二極管410為反向偏置，電流在發(fā)光二極管400中流過(guò)，產(chǎn)生發(fā)光。另一方面，當(dāng)向兩電極端子間施加了過(guò)大電壓時(shí)，由于保護(hù)用二極管410中的齊納效應(yīng)，保護(hù)用二極管410處于接近短路的狀態(tài)，因而電路的大部分在保護(hù)用二極管410中流過(guò)。因此，抑制了過(guò)大電流在發(fā)光二極管400中流過(guò)，抑制了破損。保護(hù)用二極管410可使用例如多晶硅等形成，由于與使用 III-V族化合物半導(dǎo)體形成的發(fā)光二極管400是分開(kāi)的，因而將它們搭載在安裝基板上，使用布線連接以成為圖8的電路結(jié)構(gòu)。這種情況下的安裝形式例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中作了記載。在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中記載了在形成有保護(hù)用二極管的基板上搭載了發(fā)光二極管芯片的各種結(jié)構(gòu)。不過(guò)，在采用這樣的結(jié)構(gòu)的情況下，由于保護(hù)用二極管等的存在而使發(fā)光二極管的發(fā)光自身被遮擋，存在與使用發(fā)光二極管單體的情況相比發(fā)光效率下降的問(wèn)題。在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中記載了對(duì)該方面作了改善的結(jié)構(gòu)。在該技術(shù)中，發(fā)光二極管和保護(hù)用二極管經(jīng)由反射層而層疊。由此，從發(fā)光二極管朝向下側(cè)的光由反射層反射，可獲得高的發(fā)光效率。專(zhuān)利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)2001-230448號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2日本特開(kāi)2002-170997號(hào)公報(bào)在上述結(jié)構(gòu)中，從發(fā)光二極管發(fā)出的光入射到保護(hù)用二極管。從發(fā)光二極管發(fā)出的光沒(méi)有特別指向性，該光可向周?chē)蟹较虬l(fā)出。當(dāng)該光入射到保護(hù)用二極管時(shí)，在動(dòng)作時(shí)光電流在反向偏置的保護(hù)用二極管中流過(guò)。在圖8的結(jié)構(gòu)中，在動(dòng)作時(shí)本來(lái)電流僅在發(fā)光二極管400中流過(guò)，因而以低消耗電力獲得強(qiáng)的發(fā)光，然而由于該光電流，使得在動(dòng)作時(shí)電流也在保護(hù)用二極管中流過(guò)。S卩，存在這樣的問(wèn)題由于該光電流，使得圖8的結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管單元中的消耗電力增加，或者發(fā)光效率實(shí)質(zhì)下降。在該方面，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2記載的結(jié)構(gòu)中，從發(fā)光二極管直接指向基板側(cè)的光被反射層反射，不會(huì)入射到保護(hù)用二極管。然而，例如，在發(fā)光二極管和保護(hù)用二極管以圖8的電路結(jié)構(gòu)被封入到相同封裝內(nèi)的情況下，不僅是從發(fā)光二極管直接指向基板側(cè)的光，而且由封裝的內(nèi)面等反射的光也從保護(hù)用二極管的側(cè)面?zhèn)热肷涞奖Ｗo(hù)用二極管。因此，在實(shí)際封入于封裝內(nèi)的形式中，不能避免光向保護(hù)用二極管入射。這樣，難以去除由來(lái)自發(fā)光二極管的發(fā)光對(duì)保護(hù)用二極管產(chǎn)生的不良影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而作成的，本發(fā)明的目的是提供解決上述問(wèn)題的發(fā)明。為了解決上述課題，本發(fā)明采用了以下提出的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的光半導(dǎo)體裝置，其將發(fā)光二極管和抑制過(guò)電流在該發(fā)光二極管中流過(guò)的保護(hù)用二極管并聯(lián)連接成彼此的正向相反，該光半導(dǎo)體裝置的特征在于，該光半導(dǎo)體裝置設(shè)置有遮光電極，該遮光電極抑制所述發(fā)光二極管發(fā)出的光入射到所述保護(hù)用二極管，且與所述保護(hù)用二極管的一個(gè)極電連接。在本發(fā)明的光半導(dǎo)體裝置中，其特征在于，所述發(fā)光二極管在形成于生長(zhǎng)基板的一個(gè)主面上的第1半導(dǎo)體層中形成，所述保護(hù)用二極管在形成于所述生長(zhǎng)基板的一個(gè)主面上的與所述第1半導(dǎo)體層不同的區(qū)域內(nèi)的第2半導(dǎo)體層中形成，所述遮光電極夾著絕緣膜覆蓋所述第2半導(dǎo)體層而形成于所述第2半導(dǎo)體層上。在本發(fā)明的光半導(dǎo)體裝置中，其特征在于，所述遮光電極從所述第2半導(dǎo)體層側(cè)延伸到所述第1半導(dǎo)體層側(cè)，與所述發(fā)光二極管的一個(gè)極連接。在本發(fā)明的光半導(dǎo)體裝置中，其特征在于，所述第1半導(dǎo)體層由III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。在本發(fā)明的光半導(dǎo)體裝置中，其特征在于，所述第1半導(dǎo)體層具有由化學(xué)式 AlxMyGa1^yN(0彡χ < 1，0彡y < 1，0彡x+y < 1，其中，M至少包含In、B中的一種)表示的成分。在本發(fā)明的光半導(dǎo)體裝置中，其特征在于，所述第2半導(dǎo)體層由多晶硅構(gòu)成。在本發(fā)明的光半導(dǎo)體裝置中，其特征在于，所述發(fā)光二極管在外延生長(zhǎng)于生長(zhǎng)基板的一個(gè)主面上的表面半導(dǎo)體層中形成，所述保護(hù)用二極管在形成于所述生長(zhǎng)基板的另一個(gè)主面上的背面半導(dǎo)體層中形成，所述遮光電極在所述另一個(gè)主面上，夾著絕緣膜覆蓋所述背面半導(dǎo)體層而形成于所述背面半導(dǎo)體層上。在本發(fā)明的光半導(dǎo)體裝置中，其特征在于，所述表面半導(dǎo)體層由III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。在本發(fā)明的光半導(dǎo)體裝置中，其特征在于，所述表面半導(dǎo)體層具有由化學(xué)式 AlxMyGa1^yN(0彡χ < 1，0彡y < 1，0彡x+y < 1，其中，M至少包含In、B中的一種)表示的成分。在本發(fā)明的光半導(dǎo)體裝置中，其特征在于，所述背面半導(dǎo)體層由多晶硅構(gòu)成。本發(fā)明的光半導(dǎo)體裝置的制造方法，該光半導(dǎo)體裝置將在生長(zhǎng)基板的一個(gè)主面上形成的發(fā)光二極管和保護(hù)用二極管并聯(lián)連接成彼此的正向相反，該制造方法的特征在于， 所述制造方法具有發(fā)光二極管形成步驟，在所述生長(zhǎng)基板的一個(gè)主面上形成第1半導(dǎo)體層，在該第1半導(dǎo)體層中形成所述發(fā)光二極管；保護(hù)用二極管形成步驟，在所述生長(zhǎng)基板的一個(gè)主面上，在部分地去除了所述第1半導(dǎo)體層的區(qū)域內(nèi)形成第2半導(dǎo)體層，在該第2半導(dǎo)體層中形成所述保護(hù)用二極管；絕緣層形成步驟，用絕緣層覆蓋所述第2半導(dǎo)體層的周?chē)?以及保護(hù)用二極管電極形成步驟，形成如下形式的保護(hù)用二極管電極通過(guò)在所述絕緣層中形成的接觸孔與所述保護(hù)用二極管的一個(gè)極連接，且覆蓋所述第2半導(dǎo)體層。本發(fā)明的光半導(dǎo)體裝置的制造方法，該光半導(dǎo)體裝置將在生長(zhǎng)基板的一個(gè)主面上形成的發(fā)光二極管和在所述生長(zhǎng)基板的另一個(gè)主面上形成的保護(hù)用二極管并聯(lián)連接成彼此的正向相反，該制造方法的特征在于，所述制造方法具有背面半導(dǎo)體層形成步驟，在所述生長(zhǎng)基板的另一個(gè)主面上形成背面半導(dǎo)體層，在該背面半導(dǎo)體層中形成所述保護(hù)用二極管；表面半導(dǎo)體層形成步驟，在所述生長(zhǎng)基板的一個(gè)主面上使表面半導(dǎo)體層外延生長(zhǎng)，在所述表面半導(dǎo)體層中形成所述發(fā)光二極管；絕緣層形成步驟，在所述生長(zhǎng)基板的另一個(gè)主面?zhèn)扔媒^緣層覆蓋所述背面半導(dǎo)體層的周?chē)?；以及背面電極形成步驟，在所述生長(zhǎng)基板的另一個(gè)主面?zhèn)刃纬扇缦滦问降谋趁骐姌O通過(guò)在所述絕緣層中形成的接觸孔與所述保護(hù)用二極管的一個(gè)極連接，且覆蓋所述背面半導(dǎo)體層。本發(fā)明的光半導(dǎo)體模塊，其通過(guò)粘接劑在安裝基板上連接搭載光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述粘接劑對(duì)于所述發(fā)光二極管發(fā)出的光是不透明的，所述粘接劑在所述安裝基板上覆蓋形成有所述保護(hù)用二極管的層的側(cè)面。本發(fā)明由于按以上構(gòu)成，因而可去除由來(lái)自發(fā)光二極管的發(fā)光對(duì)保護(hù)用二極管產(chǎn)生的不良影響。


圖1是示出本發(fā)明的第1實(shí)施方式涉及的光半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖2是示出本發(fā)明的第1實(shí)施方式涉及的光半導(dǎo)體裝置的制造方法的步驟剖面圖。圖3是示出本發(fā)明的第1實(shí)施方式涉及的光半導(dǎo)體裝置的變型例的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖4是示出本發(fā)明的第2實(shí)施方式涉及的光半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖5是示出本發(fā)明的第2實(shí)施方式涉及的光半導(dǎo)體裝置的制造方法的步驟剖面圖。圖6是示出本發(fā)明的第2實(shí)施方式涉及的光半導(dǎo)體裝置的變型例的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖7是示出本發(fā)明的第3實(shí)施方式涉及的光半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖8是保護(hù)用二極管與發(fā)光二極管連接的結(jié)構(gòu)的一例的電路圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明10、50、110、150 光半導(dǎo)體裝置；11、51 硅基板(生長(zhǎng)基板)；12:GaN層(第1半導(dǎo)體層)；13、16、53、56、58、60 絕緣層；14:多晶硅層(第2半導(dǎo)體層)；15、55:透明電極; 17,57 發(fā)光二極管電極；18 保護(hù)用二極管電極；19,59 背面電極；21,61 開(kāi)口部；22,23 接觸孔；52 :GaN層(表面半導(dǎo)體層)；54:多晶硅層(背面半導(dǎo)體層)；70:導(dǎo)電性粘接劑 (粘接劑)；80 安裝基板；400 發(fā)光二極管；410 保護(hù)用二極管。
具體實(shí)施例方式以下，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的光半導(dǎo)體裝置的制造方法和光半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)。這里，該光半導(dǎo)體裝置是圖8所示的將發(fā)光二極管和保護(hù)用二極管連接的結(jié)構(gòu)。在以下所示的第1、第2實(shí)施方式中，發(fā)光二極管和保護(hù)用二極管的配置不同。這里，假定在各方中，發(fā)光二極管由氮化稼(GaN)的ρ型層和η型層的層疊結(jié)構(gòu)(ρη結(jié))形成，保護(hù)用二極管由多晶硅的ρη結(jié)形成。不管怎樣，抑制由來(lái)自發(fā)光二極管的光入射到保護(hù)用二極管的遮光電極設(shè)置成與保護(hù)用二極管中的一個(gè)極連接。(第1實(shí)施方式)圖1是示出第1實(shí)施方式涉及的光半導(dǎo)體裝置10的剖面的圖。在圖中，在硅基板 11上的左側(cè)上形成有構(gòu)成發(fā)光二極管的GaN層(第1半導(dǎo)體層)12。在硅基板(生長(zhǎng)基板)11上的右側(cè)上經(jīng)由絕緣層(硅氧化膜層)13形成有多晶硅層(第2半導(dǎo)體層)14。GaN層12通過(guò)外延生長(zhǎng)形成在硅基板11上。在它們之間的界面上設(shè)有用于良好地進(jìn)行外延生長(zhǎng)的緩沖層。在緩沖層上通過(guò)外延生長(zhǎng)依次形成有GaN的η型層、ρ型層。在圖1中，包含緩沖層、η型層和ρ型層全部的形式被記載為GaN層12。GaN層12中的ρ型層(發(fā)光二極管的一個(gè)極)與形成在GaN層12的正上方的大致整面的透明電極15連接， 透明電極15與夾著絕緣層(硅氧化膜層)16而形成的發(fā)光二極管電極17電連接。GaN層 12中的η型層(發(fā)光二極管的另一個(gè)極)經(jīng)由緩沖層與硅基板11電連接。在該結(jié)構(gòu)中，發(fā)光二極管的發(fā)光面為GaN層12的上面，在未由發(fā)光二極管電極17遮蔽的部位，從該上面經(jīng)由透明電極15發(fā)出光。在多晶硅層14中也依次形成有多晶硅的ρ型層、η型層。其中，η型層(保護(hù)用二極管的一個(gè)極)與夾著絕緣層(硅氧化膜層)16而形成的保護(hù)用二極管電極18電連接。ρ 型層(保護(hù)用二極管的另一個(gè)極)與硅基板11電連接。在圖1中，包含多晶硅層的P型層和η型層全部的形式被記載為多晶硅層14。在圖1所示的范圍外，發(fā)光二極管電極17和保護(hù)用二極管電極18連接。并且，在硅基板11的背面?zhèn)日嫘纬捎斜趁骐姌O19。由此，在GaN層12中形成的發(fā)光二極管和在多晶硅層14中形成的保護(hù)用二極管以圖8的結(jié)構(gòu)連接。這里，從GaN層12的上面發(fā)出的光通過(guò)透明電極15，從未形成發(fā)光二極管電極17 的部位發(fā)出到外部。保護(hù)用二極管18以覆蓋形成有保護(hù)用二極管的多晶硅層14的上面和側(cè)面的形式形成，因而該光由保護(hù)用二極管電極18遮蔽，不入射到多晶硅層14。S卩，保護(hù)用二極管電極18成為與保護(hù)用二極管的一個(gè)極(η型層)連接、且用于不使光入射到保護(hù)用二極管的遮光電極。由此，抑制了由于來(lái)自發(fā)光二極管的光而使光電流在保護(hù)用二極管中流過(guò)。即，去除了由來(lái)自發(fā)光二極管的發(fā)光對(duì)保護(hù)用二極管產(chǎn)生的不良影響。另外，在圖1的結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成發(fā)光二極管的GaN層12和構(gòu)成保護(hù)用二極管的多晶硅層14在相同基板(硅基板11)上的一個(gè)主面上形成于大致相同的高度處。因此，與使它們層疊的專(zhuān)利文獻(xiàn)1和專(zhuān)利文獻(xiàn)2記載的光半導(dǎo)體裝置相比，可抑制整體的高度。圖2是示出制造圖1的結(jié)構(gòu)的光半導(dǎo)體裝置10的制造方法的步驟剖面圖。以下， 根據(jù)該圖進(jìn)行說(shuō)明。首先，如圖2 (a)所示，使GaN層(第1半導(dǎo)體層)12通過(guò)例如MBE (分子線外延法) 或MOCVD (有機(jī)金屬化學(xué)氣相堆積法)外延生長(zhǎng)在硅基板(生長(zhǎng)基板)11的一個(gè)主面(表面)上(發(fā)光二極管形成步驟)。這里，如上所述，在硅基板11上依次形成首先是緩沖層、 然后是η型層、ρ型層。這里，硅基板11是能在其上獲得良好的結(jié)晶性的GaN層12的單晶硅基板。并且，硅基板11由于成為使發(fā)光二極管和保護(hù)用二極管連接的布線的一部分，因而需要是導(dǎo)電性，因此適當(dāng)摻雜了雜質(zhì)。并且，為了進(jìn)行該外延生長(zhǎng)，硅基板11的表面(圖中上側(cè)的面)需要是鏡面。然后，如圖2(b)所示，去除圖2(a)中的右側(cè)部分的GaN層12。該步驟例如可通過(guò)僅在圖中左側(cè)的區(qū)域內(nèi)形成光致抗蝕層作為掩模并進(jìn)行蝕刻(干蝕刻、濕蝕刻)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 在硅基板11上，在左側(cè)部分地殘留的GaN層12中形成有發(fā)光二極管。另一方面，可在硅基板11的表面的右側(cè)的去除了 GaN層12的部位形成保護(hù)用二極管。然后，如圖2(c)所示，在表面整面形成絕緣層13。絕緣層13例如是硅氧化膜 (SiO2)，通過(guò)CVD (化學(xué)氣相生長(zhǎng)法)等形成，其厚度為例如500 SOOnm左右。然后，如圖2(d)所示，在去除了 GaN層12的右側(cè)的區(qū)域內(nèi)，在絕緣層13形成開(kāi)口部21。該開(kāi)口部21成為保護(hù)用二極管和硅基板11的連接部分。為了形成該開(kāi)口部21，例如只要形成具有與該開(kāi)口部21對(duì)應(yīng)的開(kāi)口的光致抗蝕層作為掩模、并進(jìn)行對(duì)S^2的干蝕刻即可。然后，如圖2(e)所示，在去除了 GaN層12的右側(cè)的區(qū)域中形成多晶硅層(第2半導(dǎo)體層)14 (保護(hù)用二極管形成步驟)。這里簡(jiǎn)單示出，為此，首先通過(guò)CVD法等在整面形成多晶硅層14，之后將光致抗蝕層作為掩模，通過(guò)干蝕刻等去除在圖2(e)中存在多晶硅層14 的部位以外的部位。并且，在該步驟中，為了在多晶硅層14中形成ρη結(jié)，首先通過(guò)CVD法等形成多晶硅時(shí)，摻雜P型的摻雜物(硼等)，使該多晶硅為P型。之后，在其表面使η型的摻雜物即磷等選擇性地?zé)釘U(kuò)散，形成η型層。由此在多晶硅層14中形成ρη結(jié)。然后，如圖2(f)所示，在包含多晶硅層14及其周?chē)膮^(qū)域以外，去除絕緣層13。 該步驟也能通過(guò)將光致抗蝕層用作掩模的濕蝕刻等來(lái)實(shí)現(xiàn)。然后，如圖2(g)所示，在GaN層12的表面的大致整面形成透明電極15。作為透明電極15的材料，可使用透光性高的ITOandium-Tin-Oxide，氧化銦錫)等。或者，作為透光性不高而與P型GaN進(jìn)行歐姆接觸的材料，可以使用鈦(Ti)/金(Au)的層疊結(jié)構(gòu)，使其變薄具有透光性。為了僅在GaN層12的表面形成透明電極15，在整面形成這些透明電極材料之后，僅在GaN層12表面形成光致抗蝕層作為掩模，進(jìn)行蝕刻(蝕刻法)。或者，在GaN 層12的表面以外的部分形成光致抗蝕層作為掩模，然后在整面形成這些透明電極材料，之后去除光致抗蝕層，從而去除光致抗蝕層上的透明電極材料(剝離法)。然后，如圖2 (h)所示，在整面形成絕緣層16 (絕緣層形成步驟)。作為絕緣層16， 可使用與絕緣層13相同的SiO2，其厚度為500nm Ιμπι左右。由此，多晶硅層14的側(cè)面和上面為全部由絕緣層16覆蓋的形式。然后，如圖2 (i)所示，去除GaN層12上的區(qū)域和包圍多晶硅層14的區(qū)域以外的絕緣層16。該步驟可與圖2(d)的步驟一樣通過(guò)干蝕刻進(jìn)行。此時(shí)，在多晶硅層14的周?chē)?在絕緣層16的正下方存在由與絕緣層16相同材料(SiO2)構(gòu)成的絕緣層13，然而在該步驟后進(jìn)行該蝕刻，使得至少絕緣層13殘留在硅基板11上。在該步驟后，在多晶硅層16的周?chē)?，絕緣層16以將多晶硅層14包圍成從周?chē)M(jìn)行絕緣的形式殘留。在其周?chē)?，絕緣層13殘留在硅基板11上。另外，在該時(shí)刻，GaN層12(透明電極15)上的絕緣層16的厚度和多晶硅層14上的絕緣層16的厚度都是在圖2(h)中進(jìn)行了成膜的厚度。然后，如圖2 (j)所示，在透明電極15上和多晶硅層14上的絕緣層16中，分別形成接觸孔22、23。該步驟可與圖2(d) —樣進(jìn)行。這里，由于透明電極15上的絕緣層16的厚度和多晶硅層14上的絕緣層的厚度大致相等，因而可容易進(jìn)行該步驟。然后，如圖2 (k)所示，在分別包含接觸孔22、23的2個(gè)區(qū)域內(nèi)分別形成發(fā)光二極管電極17和保護(hù)用二極管電極18 (保護(hù)用二極管電極形成步驟)。該步驟可與圖2(g) — 樣進(jìn)行。并且，在發(fā)光二極管電極17和保護(hù)用二極管電極18是相同材料結(jié)構(gòu)和相同厚度的情況下，能將它們同時(shí)形成。發(fā)光二極管電極17和保護(hù)用二極管電極18的材料都可采用Ti/Au等的金屬，然而與透明電極15不同，具有不至于使光透過(guò)的厚度。因此，其電阻比透明電極15低，作為布線具有更優(yōu)選的特性。此時(shí)，成為遮光電極的保護(hù)用二極管電極18設(shè)定成覆蓋多晶硅層14，且端部引至絕緣層13上。由此，多晶硅層14由該保護(hù)用二極管電極18包圍，實(shí)現(xiàn)被遮光的狀態(tài)。另一方面，發(fā)光二極管電極17僅在透明電極15上的一部分區(qū)域內(nèi)形成。最后，如圖2(1)所示，在硅基板11的背面整體上形成背面電極19。通過(guò)以上，制造圖1的結(jié)構(gòu)的光半導(dǎo)體裝置10。該制造方法如上所述，使用通常的成膜工藝、蝕刻工藝來(lái)進(jìn)行。因此，可容易制造該光半導(dǎo)體裝置10。圖3是圖1的結(jié)構(gòu)的光半導(dǎo)體裝置10的變型例的光半導(dǎo)體裝置110的剖面圖。在該結(jié)構(gòu)中，GaN層12(n型層發(fā)光二極管)和硅基板11之間的電連接與所述的光半導(dǎo)體裝置10 —樣進(jìn)行，然而不進(jìn)行多晶硅層14(p型層保護(hù)用二極管)和硅基板11之間的電連接。取而代之，成為遮光電極的保護(hù)用二極管電極18延伸到GaN層12上，與透明電極15 連接。即，多晶硅層14(n型層保護(hù)用二極管)和GaN層12(p型層發(fā)光二極管)通過(guò)保護(hù)用二極管電極18連接。或者，保護(hù)用二極管電極18兼作發(fā)光二極管電極17。在該結(jié)構(gòu)中，背面電極19和多晶硅層14(p型層保護(hù)用二極管)在未圖示的范圍內(nèi)連接，從而實(shí)現(xiàn)圖8的電路結(jié)構(gòu)。該光半導(dǎo)體裝置110可通過(guò)采用這樣的形式來(lái)制造不進(jìn)行圖2(d)的步驟，在圖 2(f)的步驟中不去除GaN層12和多晶硅層14之間的絕緣層13，在圖2(i)中不去除GaN 層12的側(cè)面的絕緣層16，而且在圖2(k)中使發(fā)光二極管電極17和保護(hù)用二極管電極18 連接。即，除了這些方面不同以外，可采用與圖2相同的制造方法容易制造該光半導(dǎo)體裝置 110。在該光半導(dǎo)體裝置110中，與所述光半導(dǎo)體裝置10 —樣，多晶硅層14由保護(hù)用二極管電極18遮光。在該情況下，不僅多晶硅層14，而且GaN層12的多晶硅層14側(cè)的側(cè)面也由保護(hù)用二極管電極18覆蓋，因而遮光效果更大。另外，在上述例子中，假定在圖2所示的制造步驟制造該光半導(dǎo)體裝置10(110)。 然而，顯而易見(jiàn)，即使是除此以外的制造方法，也能使用通常的半導(dǎo)體工藝來(lái)容易實(shí)現(xiàn)以下工作在硅基板11的一個(gè)主面上形成GaN層(第1半導(dǎo)體層)12和多晶硅層(第2半導(dǎo)體層)14，而且用絕緣層覆蓋多晶硅層14周?chē)?，在該絕緣層上形成具有與形成在多晶硅層14 中的保護(hù)用二極管的一個(gè)極連接且覆蓋該多晶硅層14的形式的保護(hù)用二極管電極(遮光電極)。
(第2實(shí)施方式)圖4是示出第2實(shí)施方式涉及的光半導(dǎo)體裝置50的剖面的圖。在圖中，在硅基板 (生長(zhǎng)基板)51上的上面(一個(gè)主面表面)側(cè)形成有GaN層(表面半導(dǎo)體層)52，該GaN 層52在內(nèi)部形成有發(fā)光二極管。在硅基板51上的下面(另一個(gè)主面背面)側(cè)經(jīng)由絕緣層(硅氧化膜層)53形成有多晶硅層(背面半導(dǎo)體層)54，該多晶硅層M在內(nèi)部形成有保護(hù)用二極管。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，發(fā)光二極管在硅基板51的表面?zhèn)刃纬?，保護(hù)用二極管在硅基板 51的背面?zhèn)刃纬?。與所述光半導(dǎo)體裝置10—樣，GaN層(表面半導(dǎo)體層)52中的ρ型層(發(fā)光二極管的一個(gè)極)經(jīng)由透明電極55與夾著絕緣層56而形成的發(fā)光二極管電極57連接。GaN層 52中的η型層(發(fā)光二極管的另一個(gè)極)經(jīng)由緩沖層與硅基板51電連接。多晶硅層(背面半導(dǎo)體層)54中的η型層(保護(hù)用二極管的一個(gè)極)與夾著絕緣層58而在背面整面形成的背面電極59電連接。多晶硅層M中的ρ型層(保護(hù)用二極管的另一個(gè)極)與硅基板51電連接。在該結(jié)構(gòu)中，在圖4所示的范圍外，背面電極59和發(fā)光二極管電極57連接的情況下，實(shí)現(xiàn)圖8的結(jié)構(gòu)。并且，來(lái)自位于表面的發(fā)光二極管(GaN層52)的光難以到達(dá)夾著硅基板51而位于背面上的保護(hù)用二極管(多晶硅層Μ)，而且多晶硅層M由背面電極59覆蓋。因此，可取得與所述光半導(dǎo)體裝置10等相同的效果。即，背面電極59成為遮光電極。在該結(jié)構(gòu)的情況下，發(fā)光二極管和保護(hù)用二極管構(gòu)成為夾著硅基板51而層疊，因而能減小芯片面積。圖5是示出制造圖4的結(jié)構(gòu)的光半導(dǎo)體裝置50的制造方法的步驟剖面圖。以下， 根據(jù)該圖進(jìn)行說(shuō)明。首先，如圖5(a)所示，在硅基板51的背面(另一個(gè)主面下面)整面形成絕緣層 53。該步驟除了絕緣層53被成膜的面不同以外，與圖2(c)相同。以下，關(guān)于在絕緣層53 中形成開(kāi)口部61的步驟(圖5(b))、形成多晶硅層(背面半導(dǎo)體層)54的步驟(圖5(c) 背面半導(dǎo)體層形成步驟)、以及形成絕緣層58的步驟(圖5(d)絕緣層形成步驟)，除了在背面?zhèn)冗M(jìn)行這些步驟以外，與圖2(d)、圖2(e)、圖2(h)分別相同。然后，如圖5(e)所示，在該狀態(tài)下，在表面(一個(gè)主面上面)形成GaN層(表面半導(dǎo)體層)52(表面半導(dǎo)體層形成步驟)。該步驟與圖2(a) —樣，僅在該時(shí)刻的基板側(cè)的形式不同。關(guān)于GaN層52內(nèi)的結(jié)構(gòu)(緩沖層、η型層、ρ型層)，也與圖2 (a)中的GaN層12 相同。關(guān)于在其上形成透明電極55的步驟(圖5(f))，也與圖2(g)相同。然后，如圖5(g)所示，在表面整面形成絕緣層56。絕緣層56的材料，與絕緣層58 等一樣能采用SiO2，然而其厚度無(wú)需與絕緣層58相等。然后，如圖5(h)所示，在絕緣層55中形成接觸孔62，如圖5(i)所示，在表面?zhèn)日嫘纬砂l(fā)光二極管電極57。這些步驟與圖2 (j)、(k)中的發(fā)光二極管側(cè)相同，然而不同點(diǎn)是，在表面?zhèn)龋瑑H對(duì)透明電極55上的絕緣層56進(jìn)行。然后，如圖5(j)所示，在絕緣層58中形成接觸孔63，如圖5(k)所示，在背面?zhèn)日嫘纬杀趁骐姌O59 (背面電極形成步驟)。這些步驟與圖2 (j)、(k)中的保護(hù)用二極管側(cè)類(lèi)似，然而不同點(diǎn)是，在背面?zhèn)冗M(jìn)行該步驟，使背面電極59與保護(hù)用二極管(多晶硅層54) 連接。背面電極59形成在背面整面，成為遮光電極。
最后，如圖5(1)所示，進(jìn)行蝕刻，使得從表面?zhèn)热〕龉?，并且表面?zhèn)鹊陌l(fā)光二極管電極57成為預(yù)定的面積、形狀。通過(guò)以上的制造方法，可制造圖4的結(jié)構(gòu)的光半導(dǎo)體裝置50。該制造方法的特征是，在硅基板51的表面?zhèn)刃纬蒅aN層(表面半導(dǎo)體層)52，在背面?zhèn)刃纬啥嗑Ч鑼?背面半導(dǎo)體層)54。這里，構(gòu)成硅基板51的硅的熱膨脹系數(shù)小于構(gòu)成GaN層52的GaN(和緩沖層)的熱膨脹系數(shù)。由于GaN層52的外延生長(zhǎng)在高溫下進(jìn)行， 因而在常溫時(shí)，在GaN層52形成于硅基板51上的形式中，產(chǎn)生GaN層52側(cè)變?yōu)榘嫉穆N曲。 在產(chǎn)生這樣的翹曲的情況下，在制造步驟中，產(chǎn)生例如光刻步驟中的不對(duì)焦、晶片吸附困難等的問(wèn)題，因而該制造困難。與此相對(duì)，在圖5所示的制造方法中，在GaN層52的相反側(cè)， 熱膨脹率小的多晶硅層M、絕緣層58等形成得厚。由此，緩和了該翹曲，該制造容易。圖6是圖4的結(jié)構(gòu)的光半導(dǎo)體裝置50的變型例的光半導(dǎo)體裝置150的剖面圖。在該光半導(dǎo)體裝置150中，背面電極59在背面通過(guò)絕緣層60被分割。由此，可將所分割的背面電極59的各方用作例如焊盤(pán)。另外，在上述例子中，假定在圖5所示的制造步驟制造該光半導(dǎo)體裝置50。然而， 顯而易見(jiàn)，即使是除此以外的制造方法，也能使用通常的半導(dǎo)體工藝來(lái)容易實(shí)現(xiàn)以下工作 在硅基板51的一個(gè)主面上形成GaN層(表面半導(dǎo)體層)52，在另一個(gè)主面上形成多晶硅層 (背面半導(dǎo)體層)54，而且用絕緣層覆蓋多晶硅層M周?chē)?，在該絕緣層上形成具有與在多晶硅層M中形成的保護(hù)用二極管的一個(gè)極連接且覆蓋該多晶硅層14的形式的成為遮光電極的背面電極59。特別是，只要能獲得良好特性的多晶硅層(背面半導(dǎo)體層) 和GaN層 (表面半導(dǎo)體層)52，就也能改換背面半導(dǎo)體層形成步驟和表面半導(dǎo)體層形成步驟的順序。(第3實(shí)施方式)第3實(shí)施方式是上述光半導(dǎo)體裝置搭載在安裝基板上的形式的光半導(dǎo)體模塊。圖 7是示出將圖4的結(jié)構(gòu)的光半導(dǎo)體裝置50安裝在封裝中的光半導(dǎo)體模塊內(nèi)部的形式的剖面圖。該光半導(dǎo)體裝置50利用不使光透過(guò)的導(dǎo)電性粘接劑(粘接劑)70與安裝基板80接合。從發(fā)光二極管朝圖中的箭頭所示的方向發(fā)出光。另外，實(shí)際上，在該結(jié)構(gòu)的外側(cè)存在封裝(未圖示)的內(nèi)壁，在封裝的光半導(dǎo)體裝置50的正上方的部位形成有使光透過(guò)的窗。并且，在封裝內(nèi)壁和圖7的結(jié)構(gòu)之間填充使光透過(guò)的樹(shù)脂材料，然而省略其記載。安裝基板80由保持充分的機(jī)械強(qiáng)度的厚度的銅或陶瓷構(gòu)成，不使光透過(guò)。并且， 導(dǎo)電性粘接劑70由導(dǎo)電性粒子分散的粘結(jié)材料(例如銀膏)構(gòu)成，仍然不使光透過(guò)。在使用該導(dǎo)電性粘接劑70來(lái)使光半導(dǎo)體裝置50與安裝基板80接合的情況下，該形式如圖7所示。即，不僅光半導(dǎo)體裝置50的背面，而且背面?zhèn)鹊膫?cè)面也由導(dǎo)電性粘接劑70覆蓋。因此， 從光半導(dǎo)體裝置50的背面?zhèn)鹊膫?cè)面?zhèn)热肷涞蕉嗑Ч鑼覯 (保護(hù)用二極管)的光被遮擋。關(guān)于該方面，在使用光半導(dǎo)體裝置150的情況下也是一樣的。即，在圖4、圖6的形式中，芯片側(cè)面不被遮光，然而成為將它們安裝而成的光半導(dǎo)體模塊時(shí)，該部分容易被遮光。因此，該遮光效果在安裝后變得更大。并且，在第1實(shí)施方式涉及的光半導(dǎo)體裝置10、110的情況下，同樣顯而易見(jiàn)，通過(guò)對(duì)芯片側(cè)面周?chē)M(jìn)行遮光，可有效地抑制光入射到保護(hù)用二極管。另外，在上述例子中，假定發(fā)光二極管由GaN形成，保護(hù)用二極管由多晶硅形成， 然而顯而易見(jiàn)，在使用其他材料系的情況下，而且在使用由于發(fā)光二極管發(fā)出的光而使光電流可在保護(hù)用二極管中流過(guò)的材料系的情況下，利用上述結(jié)構(gòu)取得相同效果。特別是，作為發(fā)光二極管的材料系，不限定于GaN，在使用III屬氮化物半導(dǎo)體的情況下也是一樣的。 不過(guò)，由于保護(hù)用二極管通常使用(多晶)硅來(lái)形成，因而在使用發(fā)出具有比硅的禁用帶寬大的能量的光的發(fā)光二極管的情況下，該效果顯著。因此，作為發(fā)光二極管的材料系，特別優(yōu)選的是具有例如由化學(xué)式AlxMyGEt1TyN(0彡χ < 1，0彡y < 1，0彡x+y < 1，其中，M至少包含In、B中的一種)表示的成分的材料系。在發(fā)光二極管的材料和保護(hù)用二極管的材料與上述不同的情況下，而且在發(fā)光二極管發(fā)出的光的能量大于保護(hù)用二極管的材料的禁用帶寬的情況下，上述效果顯著。 并且，構(gòu)成發(fā)光二極管的半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)、和構(gòu)成保護(hù)用二極管的半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)是任意的。即，顯而易見(jiàn)，它們無(wú)需由簡(jiǎn)單的Pn結(jié)形成，即使在采用各種形式的情況下， 也能取得相同效果。
權(quán)利要求
1.一種光半導(dǎo)體裝置，其將發(fā)光二極管和抑制過(guò)電流在該發(fā)光二極管中流過(guò)的保護(hù)用二極管以正向彼此相反的的方式并聯(lián)連接，該光半導(dǎo)體裝置的特征在于，該光半導(dǎo)體裝置設(shè)置有遮光電極，該遮光電極抑制所述發(fā)光二極管發(fā)出的光入射到所述保護(hù)用二極管，且與所述保護(hù)用二極管的一個(gè)極電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述發(fā)光二極管在形成于生長(zhǎng)基板的一個(gè)主面上的第1半導(dǎo)體層中形成，所述保護(hù)用二極管在形成于所述生長(zhǎng)基板的一個(gè)主面上的與所述第1半導(dǎo)體層不同的區(qū)域內(nèi)的第2半導(dǎo)體層中形成，所述遮光電極夾著絕緣膜覆蓋所述第2半導(dǎo)體層而形成于所述第2半導(dǎo)體層上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述遮光電極從所述第2半導(dǎo)體層側(cè)延伸到所述第1半導(dǎo)體層側(cè)，與所述發(fā)光二極管的一個(gè)極連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中的任一項(xiàng)所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第 1半導(dǎo)體層由III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在，所述第1半導(dǎo)體層具有由化學(xué)式 Al^feimN表示的成分，其中，0 ^ χ < 1,0 ^ y < 1,0 ^ x+y < 1，M至少包含In、B中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求5中的任一項(xiàng)所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第 2半導(dǎo)體層由多晶硅構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述發(fā)光二極管在外延生長(zhǎng)于生長(zhǎng)基板的一個(gè)主面上的表面半導(dǎo)體層中形成，所述保護(hù)用二極管在形成于所述生長(zhǎng)基板的另一個(gè)主面上的背面半導(dǎo)體層中形成，所述遮光電極在所述另一個(gè)主面上，夾著絕緣膜覆蓋所述背面半導(dǎo)體層而形成于所述背面半導(dǎo)體層上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述表面半導(dǎo)體層由III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述表面半導(dǎo)體層具有由化學(xué)式AlxMyGa1^N表示的成分，其中，0 ^ χ < 1,0 ^ y < 1,0 ^ x+y < 1，M至少包含In,B中的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至權(quán)利要求9中的任一項(xiàng)所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述背面半導(dǎo)體層由多晶硅構(gòu)成。
11.一種光半導(dǎo)體裝置的制造方法，該光半導(dǎo)體裝置將在生長(zhǎng)基板的一個(gè)主面上形成的發(fā)光二極管和保護(hù)用二極管以正向彼此相反的方式并聯(lián)連接，該制造方法的特征在于，所述制造方法具有發(fā)光二極管形成步驟，在所述生長(zhǎng)基板的一個(gè)主面上形成第1半導(dǎo)體層，在該第1半導(dǎo)體層中形成所述發(fā)光二極管；保護(hù)用二極管形成步驟，在所述生長(zhǎng)基板的一個(gè)主面上，在部分地去除了所述第1半導(dǎo)體層的區(qū)域內(nèi)形成第2半導(dǎo)體層，在該第2半導(dǎo)體層中形成所述保護(hù)用二極管；絕緣層形成步驟，用絕緣層覆蓋所述第2半導(dǎo)體層的周?chē)灰约氨Ｗo(hù)用二極管電極形成步驟，形成如下形式的保護(hù)用二極管電極通過(guò)在所述絕緣層中形成的接觸孔與所述保護(hù)用二極管的一個(gè)極連接，且覆蓋所述第2半導(dǎo)體層。
12.—種光半導(dǎo)體裝置的制造方法，該光半導(dǎo)體裝置將在生長(zhǎng)基板的一個(gè)主面上形成的發(fā)光二極管和在所述生長(zhǎng)基板的另一個(gè)主面上形成的保護(hù)用二極管以正向彼此相反的方式并聯(lián)連接，該制造方法的特征在于， 所述制造方法具有背面半導(dǎo)體層形成步驟，在所述生長(zhǎng)基板的另一個(gè)主面上形成背面半導(dǎo)體層，在該背面半導(dǎo)體層中形成所述保護(hù)用二極管；表面半導(dǎo)體層形成步驟，在所述生長(zhǎng)基板的一個(gè)主面上使表面半導(dǎo)體層外延生長(zhǎng)，在所述表面半導(dǎo)體層中形成所述發(fā)光二極管；絕緣層形成步驟，在所述生長(zhǎng)基板的另一個(gè)主面?zhèn)扔媒^緣層覆蓋所述背面半導(dǎo)體層的周?chē)灰约氨趁骐姌O形成步驟，在所述生長(zhǎng)基板的另一個(gè)主面?zhèn)刃纬扇缦滦问降谋趁骐姌O通過(guò)在所述絕緣層中形成的接觸孔與所述保護(hù)用二極管的一個(gè)極連接，且覆蓋所述背面半導(dǎo)體層。
13.一種光半導(dǎo)體模塊，其通過(guò)粘接劑在安裝基板連接搭載權(quán)利要求1至權(quán)利要求10 中的任一項(xiàng)所述的光半導(dǎo)體裝置，該光半導(dǎo)體模塊的特征在于，所述粘接劑對(duì)于所述發(fā)光二極管發(fā)出的光是不透明的，所述粘接劑在所述安裝基板上覆蓋形成有所述保護(hù)用二極管的層的側(cè)面。
全文摘要
本發(fā)明提供光半導(dǎo)體裝置及其制造方法、光半導(dǎo)體模塊，由此去除由來(lái)自發(fā)光二極管的發(fā)光對(duì)保護(hù)用二極管產(chǎn)生的不良影響。在硅基板(11)上的左側(cè)上形成有構(gòu)成發(fā)光二極管的GaN層(第1半導(dǎo)體層)(12)。在硅基板(生長(zhǎng)基板)(11)上的右側(cè)上經(jīng)由絕緣層(硅氧化膜層)(13)形成有多晶硅層(第2半導(dǎo)體層)(14)。從GaN層(12)的上面發(fā)出的光通過(guò)透明電極(15)，從未形成發(fā)光二極管電極(17)的部位發(fā)出到外部。保護(hù)用二極管(18)以覆蓋形成有保護(hù)用二極管的多晶硅層(14)的上面和側(cè)面的形式形成，因而該光由保護(hù)用二極管電極(18)遮蔽，不入射到多晶硅層(14)。
文檔編號(hào)H01L33/36GK102163671SQ201110028318
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者杉森暢尚 申請(qǐng)人:三墾電氣株式會(huì)社