专利名称：光半导体装置及其制造方法、光半导体模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有将保护用元件和发光二极管连接的结构的光半导体装置及其制造方法。并且，涉及安装有该光半导体装置的光半导体模块。
背景技术：
发光二极管，特别是使用III-V族化合物半导体的发光二极管进行从红外光到蓝色的宽波长范围的发光。这样的二极管将化合物半导体中的pn结作为其基本结构，向P侧电极和η侧电极间施加电压，使电流流过来发光。然而，在过大的电流流过的情况下，发光二极管破损。特别是，在由于静电等而向P侧电极和η侧电极之间瞬间施加了过大电压的情况下，发光二极管破损的情况很多。由于这样的情况，在实际的发光二极管单元中，采用将保护用元件例如保护用二极管(例如齐纳二极管)与发光二极管并联连接来安装的情况很多。图8是示出该情况下的电路结构的图，发光二极管400和保护用二极管410反向并联连接。在该结构的情况下， 在向两电极端子间施加了合适电压使得发光二极管400为正向偏置的情况下，保护用二极管410为反向偏置，电流在发光二极管400中流过，产生发光。另一方面，当向两电极端子间施加了过大电压时，由于保护用二极管410中的齐纳效应，保护用二极管410处于接近短路的状态，因而电路的大部分在保护用二极管410中流过。因此，抑制了过大电流在发光二极管400中流过，抑制了破损。保护用二极管410可使用例如多晶硅等形成，由于与使用 III-V族化合物半导体形成的发光二极管400是分开的，因而将它们搭载在安装基板上，使用布线连接以成为图8的电路结构。这种情况下的安装形式例如在专利文献1中作了记载。在专利文献1中记载了在形成有保护用二极管的基板上搭载了发光二极管芯片的各种结构。不过，在采用这样的结构的情况下，由于保护用二极管等的存在而使发光二极管的发光自身被遮挡，存在与使用发光二极管单体的情况相比发光效率下降的问题。在专利文献2中记载了对该方面作了改善的结构。在该技术中，发光二极管和保护用二极管经由反射层而层叠。由此，从发光二极管朝向下侧的光由反射层反射，可获得高的发光效率。专利文献1日本特开2001-230448号公报专利文献2日本特开2002-170997号公报在上述结构中，从发光二极管发出的光入射到保护用二极管。从发光二极管发出的光没有特别指向性，该光可向周围所有方向发出。当该光入射到保护用二极管时，在动作时光电流在反向偏置的保护用二极管中流过。在图8的结构中，在动作时本来电流仅在发光二极管400中流过，因而以低消耗电力获得强的发光，然而由于该光电流，使得在动作时电流也在保护用二极管中流过。S卩，存在这样的问题由于该光电流，使得图8的结构的发光二极管单元中的消耗电力增加，或者发光效率实质下降。在该方面，在专利文献2记载的结构中，从发光二极管直接指向基板侧的光被反射层反射，不会入射到保护用二极管。然而，例如，在发光二极管和保护用二极管以图8的电路结构被封入到相同封装内的情况下，不仅是从发光二极管直接指向基板侧的光，而且由封装的内面等反射的光也从保护用二极管的侧面侧入射到保护用二极管。因此，在实际封入于封装内的形式中，不能避免光向保护用二极管入射。这样，难以去除由来自发光二极管的发光对保护用二极管产生的不良影响。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而作成的，本发明的目的是提供解决上述问题的发明。为了解决上述课题，本发明采用了以下提出的结构。本发明的光半导体装置，其将发光二极管和抑制过电流在该发光二极管中流过的保护用二极管并联连接成彼此的正向相反，该光半导体装置的特征在于，该光半导体装置设置有遮光电极，该遮光电极抑制所述发光二极管发出的光入射到所述保护用二极管，且与所述保护用二极管的一个极电连接。在本发明的光半导体装置中，其特征在于，所述发光二极管在形成于生长基板的一个主面上的第1半导体层中形成，所述保护用二极管在形成于所述生长基板的一个主面上的与所述第1半导体层不同的区域内的第2半导体层中形成，所述遮光电极夹着绝缘膜覆盖所述第2半导体层而形成于所述第2半导体层上。在本发明的光半导体装置中，其特征在于，所述遮光电极从所述第2半导体层侧延伸到所述第1半导体层侧，与所述发光二极管的一个极连接。在本发明的光半导体装置中，其特征在于，所述第1半导体层由III-V族化合物半导体构成。在本发明的光半导体装置中，其特征在于，所述第1半导体层具有由化学式 AlxMyGa1^yN(0彡χ < 1，0彡y < 1，0彡x+y < 1，其中，M至少包含In、B中的一种)表示的成分。在本发明的光半导体装置中，其特征在于，所述第2半导体层由多晶硅构成。在本发明的光半导体装置中，其特征在于，所述发光二极管在外延生长于生长基板的一个主面上的表面半导体层中形成，所述保护用二极管在形成于所述生长基板的另一个主面上的背面半导体层中形成，所述遮光电极在所述另一个主面上，夹着绝缘膜覆盖所述背面半导体层而形成于所述背面半导体层上。在本发明的光半导体装置中，其特征在于，所述表面半导体层由III-V族化合物半导体构成。在本发明的光半导体装置中，其特征在于，所述表面半导体层具有由化学式 AlxMyGa1^yN(0彡χ < 1，0彡y < 1，0彡x+y < 1，其中，M至少包含In、B中的一种)表示的成分。在本发明的光半导体装置中，其特征在于，所述背面半导体层由多晶硅构成。本发明的光半导体装置的制造方法，该光半导体装置将在生长基板的一个主面上形成的发光二极管和保护用二极管并联连接成彼此的正向相反，该制造方法的特征在于， 所述制造方法具有发光二极管形成步骤，在所述生长基板的一个主面上形成第1半导体层，在该第1半导体层中形成所述发光二极管；保护用二极管形成步骤，在所述生长基板的一个主面上，在部分地去除了所述第1半导体层的区域内形成第2半导体层，在该第2半导体层中形成所述保护用二极管；绝缘层形成步骤，用绝缘层覆盖所述第2半导体层的周围； 以及保护用二极管电极形成步骤，形成如下形式的保护用二极管电极通过在所述绝缘层中形成的接触孔与所述保护用二极管的一个极连接，且覆盖所述第2半导体层。本发明的光半导体装置的制造方法，该光半导体装置将在生长基板的一个主面上形成的发光二极管和在所述生长基板的另一个主面上形成的保护用二极管并联连接成彼此的正向相反，该制造方法的特征在于，所述制造方法具有背面半导体层形成步骤，在所述生长基板的另一个主面上形成背面半导体层，在该背面半导体层中形成所述保护用二极管；表面半导体层形成步骤，在所述生长基板的一个主面上使表面半导体层外延生长，在所述表面半导体层中形成所述发光二极管；绝缘层形成步骤，在所述生长基板的另一个主面侧用绝缘层覆盖所述背面半导体层的周围；以及背面电极形成步骤，在所述生长基板的另一个主面侧形成如下形式的背面电极通过在所述绝缘层中形成的接触孔与所述保护用二极管的一个极连接，且覆盖所述背面半导体层。本发明的光半导体模块，其通过粘接剂在安装基板上连接搭载光半导体装置，其特征在于，所述粘接剂对于所述发光二极管发出的光是不透明的，所述粘接剂在所述安装基板上覆盖形成有所述保护用二极管的层的侧面。本发明由于按以上构成，因而可去除由来自发光二极管的发光对保护用二极管产生的不良影响。
图1是示出本发明的第1实施方式涉及的光半导体装置的结构的剖面图。图2是示出本发明的第1实施方式涉及的光半导体装置的制造方法的步骤剖面图。图3是示出本发明的第1实施方式涉及的光半导体装置的变型例的结构的剖面图。图4是示出本发明的第2实施方式涉及的光半导体装置的结构的剖面图。图5是示出本发明的第2实施方式涉及的光半导体装置的制造方法的步骤剖面图。图6是示出本发明的第2实施方式涉及的光半导体装置的变型例的结构的剖面图。图7是示出本发明的第3实施方式涉及的光半导体模块的结构的剖面图。图8是保护用二极管与发光二极管连接的结构的一例的电路图。标号说明10、50、110、150 光半导体装置；11、51 硅基板(生长基板)；12:GaN层(第1半导体层)；13、16、53、56、58、60 绝缘层；14:多晶硅层(第2半导体层)；15、55:透明电极; 17,57 发光二极管电极；18 保护用二极管电极；19,59 背面电极；21,61 开口部；22,23 接触孔；52 :GaN层(表面半导体层)；54:多晶硅层(背面半导体层)；70:导电性粘接剂 (粘接剂)；80 安装基板；400 发光二极管；410 保护用二极管。
具体实施例方式以下，说明本发明的实施方式的光半导体装置的制造方法和光半导体装置的结构。这里，该光半导体装置是图8所示的将发光二极管和保护用二极管连接的结构。在以下所示的第1、第2实施方式中，发光二极管和保护用二极管的配置不同。这里，假定在各方中，发光二极管由氮化稼(GaN)的ρ型层和η型层的层叠结构(ρη结)形成，保护用二极管由多晶硅的ρη结形成。不管怎样，抑制由来自发光二极管的光入射到保护用二极管的遮光电极设置成与保护用二极管中的一个极连接。(第1实施方式)图1是示出第1实施方式涉及的光半导体装置10的剖面的图。在图中，在硅基板 11上的左侧上形成有构成发光二极管的GaN层(第1半导体层)12。在硅基板(生长基板)11上的右侧上经由绝缘层(硅氧化膜层)13形成有多晶硅层(第2半导体层)14。GaN层12通过外延生长形成在硅基板11上。在它们之间的界面上设有用于良好地进行外延生长的缓冲层。在缓冲层上通过外延生长依次形成有GaN的η型层、ρ型层。在图1中，包含缓冲层、η型层和ρ型层全部的形式被记载为GaN层12。GaN层12中的ρ型层(发光二极管的一个极)与形成在GaN层12的正上方的大致整面的透明电极15连接， 透明电极15与夹着绝缘层(硅氧化膜层)16而形成的发光二极管电极17电连接。GaN层 12中的η型层(发光二极管的另一个极)经由缓冲层与硅基板11电连接。在该结构中，发光二极管的发光面为GaN层12的上面，在未由发光二极管电极17遮蔽的部位，从该上面经由透明电极15发出光。在多晶硅层14中也依次形成有多晶硅的ρ型层、η型层。其中，η型层(保护用二极管的一个极)与夹着绝缘层(硅氧化膜层)16而形成的保护用二极管电极18电连接。ρ 型层(保护用二极管的另一个极)与硅基板11电连接。在图1中，包含多晶硅层的P型层和η型层全部的形式被记载为多晶硅层14。在图1所示的范围外，发光二极管电极17和保护用二极管电极18连接。并且，在硅基板11的背面侧整面形成有背面电极19。由此，在GaN层12中形成的发光二极管和在多晶硅层14中形成的保护用二极管以图8的结构连接。这里，从GaN层12的上面发出的光通过透明电极15，从未形成发光二极管电极17 的部位发出到外部。保护用二极管18以覆盖形成有保护用二极管的多晶硅层14的上面和侧面的形式形成，因而该光由保护用二极管电极18遮蔽，不入射到多晶硅层14。S卩，保护用二极管电极18成为与保护用二极管的一个极(η型层)连接、且用于不使光入射到保护用二极管的遮光电极。由此，抑制了由于来自发光二极管的光而使光电流在保护用二极管中流过。即，去除了由来自发光二极管的发光对保护用二极管产生的不良影响。另外，在图1的结构中，构成发光二极管的GaN层12和构成保护用二极管的多晶硅层14在相同基板(硅基板11)上的一个主面上形成于大致相同的高度处。因此，与使它们层叠的专利文献1和专利文献2记载的光半导体装置相比，可抑制整体的高度。图2是示出制造图1的结构的光半导体装置10的制造方法的步骤剖面图。以下， 根据该图进行说明。首先，如图2 (a)所示，使GaN层(第1半导体层)12通过例如MBE (分子线外延法) 或MOCVD (有机金属化学气相堆积法)外延生长在硅基板(生长基板)11的一个主面(表面)上(发光二极管形成步骤)。这里，如上所述，在硅基板11上依次形成首先是缓冲层、 然后是η型层、ρ型层。这里，硅基板11是能在其上获得良好的结晶性的GaN层12的单晶硅基板。并且，硅基板11由于成为使发光二极管和保护用二极管连接的布线的一部分，因而需要是导电性，因此适当掺杂了杂质。并且，为了进行该外延生长，硅基板11的表面(图中上侧的面)需要是镜面。然后，如图2(b)所示，去除图2(a)中的右侧部分的GaN层12。该步骤例如可通过仅在图中左侧的区域内形成光致抗蚀层作为掩模并进行蚀刻(干蚀刻、湿蚀刻)来实现。 在硅基板11上，在左侧部分地残留的GaN层12中形成有发光二极管。另一方面，可在硅基板11的表面的右侧的去除了 GaN层12的部位形成保护用二极管。然后，如图2(c)所示，在表面整面形成绝缘层13。绝缘层13例如是硅氧化膜 (SiO2)，通过CVD (化学气相生长法)等形成，其厚度为例如500 SOOnm左右。然后，如图2(d)所示，在去除了 GaN层12的右侧的区域内，在绝缘层13形成开口部21。该开口部21成为保护用二极管和硅基板11的连接部分。为了形成该开口部21，例如只要形成具有与该开口部21对应的开口的光致抗蚀层作为掩模、并进行对S^2的干蚀刻即可。然后，如图2(e)所示，在去除了 GaN层12的右侧的区域中形成多晶硅层(第2半导体层)14 (保护用二极管形成步骤)。这里简单示出，为此，首先通过CVD法等在整面形成多晶硅层14，之后将光致抗蚀层作为掩模，通过干蚀刻等去除在图2(e)中存在多晶硅层14 的部位以外的部位。并且，在该步骤中，为了在多晶硅层14中形成ρη结，首先通过CVD法等形成多晶硅时，掺杂P型的掺杂物(硼等)，使该多晶硅为P型。之后，在其表面使η型的掺杂物即磷等选择性地热扩散，形成η型层。由此在多晶硅层14中形成ρη结。然后，如图2(f)所示，在包含多晶硅层14及其周围的区域以外，去除绝缘层13。 该步骤也能通过将光致抗蚀层用作掩模的湿蚀刻等来实现。然后，如图2(g)所示，在GaN层12的表面的大致整面形成透明电极15。作为透明电极15的材料，可使用透光性高的ITOandium-Tin-Oxide，氧化铟锡)等。或者，作为透光性不高而与P型GaN进行欧姆接触的材料，可以使用钛(Ti)/金(Au)的层叠结构，使其变薄具有透光性。为了仅在GaN层12的表面形成透明电极15，在整面形成这些透明电极材料之后，仅在GaN层12表面形成光致抗蚀层作为掩模，进行蚀刻(蚀刻法)。或者，在GaN 层12的表面以外的部分形成光致抗蚀层作为掩模，然后在整面形成这些透明电极材料，之后去除光致抗蚀层，从而去除光致抗蚀层上的透明电极材料(剥离法)。然后，如图2 (h)所示，在整面形成绝缘层16 (绝缘层形成步骤)。作为绝缘层16， 可使用与绝缘层13相同的SiO2，其厚度为500nm Ιμπι左右。由此，多晶硅层14的侧面和上面为全部由绝缘层16覆盖的形式。然后，如图2 (i)所示，去除GaN层12上的区域和包围多晶硅层14的区域以外的绝缘层16。该步骤可与图2(d)的步骤一样通过干蚀刻进行。此时，在多晶硅层14的周围， 在绝缘层16的正下方存在由与绝缘层16相同材料(SiO2)构成的绝缘层13，然而在该步骤后进行该蚀刻，使得至少绝缘层13残留在硅基板11上。在该步骤后，在多晶硅层16的周围，绝缘层16以将多晶硅层14包围成从周围进行绝缘的形式残留。在其周围，绝缘层13残留在硅基板11上。另外，在该时刻，GaN层12(透明电极15)上的绝缘层16的厚度和多晶硅层14上的绝缘层16的厚度都是在图2(h)中进行了成膜的厚度。然后，如图2 (j)所示，在透明电极15上和多晶硅层14上的绝缘层16中，分别形成接触孔22、23。该步骤可与图2(d) —样进行。这里，由于透明电极15上的绝缘层16的厚度和多晶硅层14上的绝缘层的厚度大致相等，因而可容易进行该步骤。然后，如图2 (k)所示，在分别包含接触孔22、23的2个区域内分别形成发光二极管电极17和保护用二极管电极18 (保护用二极管电极形成步骤)。该步骤可与图2(g) — 样进行。并且，在发光二极管电极17和保护用二极管电极18是相同材料结构和相同厚度的情况下，能将它们同时形成。发光二极管电极17和保护用二极管电极18的材料都可采用Ti/Au等的金属，然而与透明电极15不同，具有不至于使光透过的厚度。因此，其电阻比透明电极15低，作为布线具有更优选的特性。此时，成为遮光电极的保护用二极管电极18设定成覆盖多晶硅层14，且端部引至绝缘层13上。由此，多晶硅层14由该保护用二极管电极18包围，实现被遮光的状态。另一方面，发光二极管电极17仅在透明电极15上的一部分区域内形成。最后，如图2(1)所示，在硅基板11的背面整体上形成背面电极19。通过以上，制造图1的结构的光半导体装置10。该制造方法如上所述，使用通常的成膜工艺、蚀刻工艺来进行。因此，可容易制造该光半导体装置10。图3是图1的结构的光半导体装置10的变型例的光半导体装置110的剖面图。在该结构中，GaN层12(n型层发光二极管)和硅基板11之间的电连接与所述的光半导体装置10 —样进行，然而不进行多晶硅层14(p型层保护用二极管)和硅基板11之间的电连接。取而代之，成为遮光电极的保护用二极管电极18延伸到GaN层12上，与透明电极15 连接。即，多晶硅层14(n型层保护用二极管)和GaN层12(p型层发光二极管)通过保护用二极管电极18连接。或者，保护用二极管电极18兼作发光二极管电极17。在该结构中，背面电极19和多晶硅层14(p型层保护用二极管)在未图示的范围内连接，从而实现图8的电路结构。该光半导体装置110可通过采用这样的形式来制造不进行图2(d)的步骤，在图 2(f)的步骤中不去除GaN层12和多晶硅层14之间的绝缘层13，在图2(i)中不去除GaN 层12的侧面的绝缘层16，而且在图2(k)中使发光二极管电极17和保护用二极管电极18 连接。即，除了这些方面不同以外，可采用与图2相同的制造方法容易制造该光半导体装置 110。在该光半导体装置110中，与所述光半导体装置10 —样，多晶硅层14由保护用二极管电极18遮光。在该情况下，不仅多晶硅层14，而且GaN层12的多晶硅层14侧的侧面也由保护用二极管电极18覆盖，因而遮光效果更大。另外，在上述例子中，假定在图2所示的制造步骤制造该光半导体装置10(110)。 然而，显而易见，即使是除此以外的制造方法，也能使用通常的半导体工艺来容易实现以下工作在硅基板11的一个主面上形成GaN层(第1半导体层)12和多晶硅层(第2半导体层)14，而且用绝缘层覆盖多晶硅层14周围，在该绝缘层上形成具有与形成在多晶硅层14 中的保护用二极管的一个极连接且覆盖该多晶硅层14的形式的保护用二极管电极(遮光电极)。
(第2实施方式)图4是示出第2实施方式涉及的光半导体装置50的剖面的图。在图中，在硅基板 (生长基板)51上的上面(一个主面表面)侧形成有GaN层(表面半导体层)52，该GaN 层52在内部形成有发光二极管。在硅基板51上的下面(另一个主面背面)侧经由绝缘层(硅氧化膜层)53形成有多晶硅层(背面半导体层)54，该多晶硅层M在内部形成有保护用二极管。根据该结构，发光二极管在硅基板51的表面侧形成，保护用二极管在硅基板 51的背面侧形成。与所述光半导体装置10—样，GaN层(表面半导体层)52中的ρ型层(发光二极管的一个极)经由透明电极55与夹着绝缘层56而形成的发光二极管电极57连接。GaN层 52中的η型层(发光二极管的另一个极)经由缓冲层与硅基板51电连接。多晶硅层(背面半导体层)54中的η型层(保护用二极管的一个极)与夹着绝缘层58而在背面整面形成的背面电极59电连接。多晶硅层M中的ρ型层(保护用二极管的另一个极)与硅基板51电连接。在该结构中，在图4所示的范围外，背面电极59和发光二极管电极57连接的情况下，实现图8的结构。并且，来自位于表面的发光二极管(GaN层52)的光难以到达夹着硅基板51而位于背面上的保护用二极管(多晶硅层Μ)，而且多晶硅层M由背面电极59覆盖。因此，可取得与所述光半导体装置10等相同的效果。即，背面电极59成为遮光电极。在该结构的情况下，发光二极管和保护用二极管构成为夹着硅基板51而层叠，因而能减小芯片面积。图5是示出制造图4的结构的光半导体装置50的制造方法的步骤剖面图。以下， 根据该图进行说明。首先，如图5(a)所示，在硅基板51的背面(另一个主面下面)整面形成绝缘层 53。该步骤除了绝缘层53被成膜的面不同以外，与图2(c)相同。以下，关于在绝缘层53 中形成开口部61的步骤(图5(b))、形成多晶硅层(背面半导体层)54的步骤(图5(c) 背面半导体层形成步骤)、以及形成绝缘层58的步骤(图5(d)绝缘层形成步骤)，除了在背面侧进行这些步骤以外，与图2(d)、图2(e)、图2(h)分别相同。然后，如图5(e)所示，在该状态下，在表面(一个主面上面)形成GaN层(表面半导体层)52(表面半导体层形成步骤)。该步骤与图2(a) —样，仅在该时刻的基板侧的形式不同。关于GaN层52内的结构(缓冲层、η型层、ρ型层)，也与图2 (a)中的GaN层12 相同。关于在其上形成透明电极55的步骤(图5(f))，也与图2(g)相同。然后，如图5(g)所示，在表面整面形成绝缘层56。绝缘层56的材料，与绝缘层58 等一样能采用SiO2，然而其厚度无需与绝缘层58相等。然后，如图5(h)所示，在绝缘层55中形成接触孔62，如图5(i)所示，在表面侧整面形成发光二极管电极57。这些步骤与图2 (j)、(k)中的发光二极管侧相同，然而不同点是，在表面侧，仅对透明电极55上的绝缘层56进行。然后，如图5(j)所示，在绝缘层58中形成接触孔63，如图5(k)所示，在背面侧整面形成背面电极59 (背面电极形成步骤)。这些步骤与图2 (j)、(k)中的保护用二极管侧类似，然而不同点是，在背面侧进行该步骤，使背面电极59与保护用二极管(多晶硅层54) 连接。背面电极59形成在背面整面，成为遮光电极。
最后，如图5(1)所示，进行蚀刻，使得从表面侧取出光，并且表面侧的发光二极管电极57成为预定的面积、形状。通过以上的制造方法，可制造图4的结构的光半导体装置50。该制造方法的特征是，在硅基板51的表面侧形成GaN层(表面半导体层)52，在背面侧形成多晶硅层(背面半导体层)54。这里，构成硅基板51的硅的热膨胀系数小于构成GaN层52的GaN(和缓冲层)的热膨胀系数。由于GaN层52的外延生长在高温下进行， 因而在常温时，在GaN层52形成于硅基板51上的形式中，产生GaN层52侧变为凹的翘曲。 在产生这样的翘曲的情况下，在制造步骤中，产生例如光刻步骤中的不对焦、晶片吸附困难等的问题，因而该制造困难。与此相对，在图5所示的制造方法中，在GaN层52的相反侧， 热膨胀率小的多晶硅层M、绝缘层58等形成得厚。由此，缓和了该翘曲，该制造容易。图6是图4的结构的光半导体装置50的变型例的光半导体装置150的剖面图。在该光半导体装置150中，背面电极59在背面通过绝缘层60被分割。由此，可将所分割的背面电极59的各方用作例如焊盘。另外，在上述例子中，假定在图5所示的制造步骤制造该光半导体装置50。然而， 显而易见，即使是除此以外的制造方法，也能使用通常的半导体工艺来容易实现以下工作 在硅基板51的一个主面上形成GaN层(表面半导体层)52，在另一个主面上形成多晶硅层 (背面半导体层)54，而且用绝缘层覆盖多晶硅层M周围，在该绝缘层上形成具有与在多晶硅层M中形成的保护用二极管的一个极连接且覆盖该多晶硅层14的形式的成为遮光电极的背面电极59。特别是，只要能获得良好特性的多晶硅层(背面半导体层) 和GaN层 (表面半导体层)52，就也能改换背面半导体层形成步骤和表面半导体层形成步骤的顺序。(第3实施方式)第3实施方式是上述光半导体装置搭载在安装基板上的形式的光半导体模块。图 7是示出将图4的结构的光半导体装置50安装在封装中的光半导体模块内部的形式的剖面图。该光半导体装置50利用不使光透过的导电性粘接剂(粘接剂)70与安装基板80接合。从发光二极管朝图中的箭头所示的方向发出光。另外，实际上，在该结构的外侧存在封装(未图示)的内壁，在封装的光半导体装置50的正上方的部位形成有使光透过的窗。并且，在封装内壁和图7的结构之间填充使光透过的树脂材料，然而省略其记载。安装基板80由保持充分的机械强度的厚度的铜或陶瓷构成，不使光透过。并且， 导电性粘接剂70由导电性粒子分散的粘结材料(例如银膏)构成，仍然不使光透过。在使用该导电性粘接剂70来使光半导体装置50与安装基板80接合的情况下，该形式如图7所示。即，不仅光半导体装置50的背面，而且背面侧的侧面也由导电性粘接剂70覆盖。因此， 从光半导体装置50的背面侧的侧面侧入射到多晶硅层M (保护用二极管)的光被遮挡。关于该方面，在使用光半导体装置150的情况下也是一样的。即，在图4、图6的形式中，芯片侧面不被遮光，然而成为将它们安装而成的光半导体模块时，该部分容易被遮光。因此，该遮光效果在安装后变得更大。并且，在第1实施方式涉及的光半导体装置10、110的情况下，同样显而易见，通过对芯片侧面周围进行遮光，可有效地抑制光入射到保护用二极管。另外，在上述例子中，假定发光二极管由GaN形成，保护用二极管由多晶硅形成， 然而显而易见，在使用其他材料系的情况下，而且在使用由于发光二极管发出的光而使光电流可在保护用二极管中流过的材料系的情况下，利用上述结构取得相同效果。特别是，作为发光二极管的材料系，不限定于GaN，在使用III属氮化物半导体的情况下也是一样的。 不过，由于保护用二极管通常使用(多晶)硅来形成，因而在使用发出具有比硅的禁用带宽大的能量的光的发光二极管的情况下，该效果显著。因此，作为发光二极管的材料系，特别优选的是具有例如由化学式AlxMyGEt1TyN(0彡χ < 1，0彡y < 1，0彡x+y < 1，其中，M至少包含In、B中的一种)表示的成分的材料系。在发光二极管的材料和保护用二极管的材料与上述不同的情况下，而且在发光二极管发出的光的能量大于保护用二极管的材料的禁用带宽的情况下，上述效果显著。 并且，构成发光二极管的半导体层的结构、和构成保护用二极管的半导体层的结构是任意的。即，显而易见，它们无需由简单的Pn结形成，即使在采用各种形式的情况下， 也能取得相同效果。
权利要求
1.一种光半导体装置，其将发光二极管和抑制过电流在该发光二极管中流过的保护用二极管以正向彼此相反的的方式并联连接，该光半导体装置的特征在于，该光半导体装置设置有遮光电极，该遮光电极抑制所述发光二极管发出的光入射到所述保护用二极管，且与所述保护用二极管的一个极电连接。
2.根据权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于，所述发光二极管在形成于生长基板的一个主面上的第1半导体层中形成，所述保护用二极管在形成于所述生长基板的一个主面上的与所述第1半导体层不同的区域内的第2半导体层中形成，所述遮光电极夹着绝缘膜覆盖所述第2半导体层而形成于所述第2半导体层上。
3.根据权利要求2所述的光半导体装置，其特征在于，所述遮光电极从所述第2半导体层侧延伸到所述第1半导体层侧，与所述发光二极管的一个极连接。
4.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的光半导体装置，其特征在于，所述第 1半导体层由III-V族化合物半导体构成。
5.根据权利要求4所述的光半导体装置，其特征在，所述第1半导体层具有由化学式 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中的一种。
6.根据权利要求1至权利要求5中的任一项所述的光半导体装置，其特征在于，所述第 2半导体层由多晶硅构成。
7.根据权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于，所述发光二极管在外延生长于生长基板的一个主面上的表面半导体层中形成，所述保护用二极管在形成于所述生长基板的另一个主面上的背面半导体层中形成，所述遮光电极在所述另一个主面上，夹着绝缘膜覆盖所述背面半导体层而形成于所述背面半导体层上。
8.根据权利要求7所述的光半导体装置，其特征在于，所述表面半导体层由III-V族化合物半导体构成。
9.根据权利要求8所述的光半导体装置，其特征在于，所述表面半导体层具有由化学式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中的一种。
10.根据权利要求7至权利要求9中的任一项所述的光半导体装置，其特征在于，所述背面半导体层由多晶硅构成。
11.一种光半导体装置的制造方法，该光半导体装置将在生长基板的一个主面上形成的发光二极管和保护用二极管以正向彼此相反的方式并联连接，该制造方法的特征在于，所述制造方法具有发光二极管形成步骤，在所述生长基板的一个主面上形成第1半导体层，在该第1半导体层中形成所述发光二极管；保护用二极管形成步骤，在所述生长基板的一个主面上，在部分地去除了所述第1半导体层的区域内形成第2半导体层，在该第2半导体层中形成所述保护用二极管；绝缘层形成步骤，用绝缘层覆盖所述第2半导体层的周围；以及保护用二极管电极形成步骤，形成如下形式的保护用二极管电极通过在所述绝缘层中形成的接触孔与所述保护用二极管的一个极连接，且覆盖所述第2半导体层。
12.—种光半导体装置的制造方法，该光半导体装置将在生长基板的一个主面上形成的发光二极管和在所述生长基板的另一个主面上形成的保护用二极管以正向彼此相反的方式并联连接，该制造方法的特征在于， 所述制造方法具有背面半导体层形成步骤，在所述生长基板的另一个主面上形成背面半导体层，在该背面半导体层中形成所述保护用二极管；表面半导体层形成步骤，在所述生长基板的一个主面上使表面半导体层外延生长，在所述表面半导体层中形成所述发光二极管；绝缘层形成步骤，在所述生长基板的另一个主面侧用绝缘层覆盖所述背面半导体层的周围；以及背面电极形成步骤，在所述生长基板的另一个主面侧形成如下形式的背面电极通过在所述绝缘层中形成的接触孔与所述保护用二极管的一个极连接，且覆盖所述背面半导体层。
13.一种光半导体模块，其通过粘接剂在安装基板连接搭载权利要求1至权利要求10 中的任一项所述的光半导体装置，该光半导体模块的特征在于，所述粘接剂对于所述发光二极管发出的光是不透明的，所述粘接剂在所述安装基板上覆盖形成有所述保护用二极管的层的侧面。
全文摘要
本发明提供光半导体装置及其制造方法、光半导体模块，由此去除由来自发光二极管的发光对保护用二极管产生的不良影响。在硅基板(11)上的左侧上形成有构成发光二极管的GaN层(第1半导体层)(12)。在硅基板(生长基板)(11)上的右侧上经由绝缘层(硅氧化膜层)(13)形成有多晶硅层(第2半导体层)(14)。从GaN层(12)的上面发出的光通过透明电极(15)，从未形成发光二极管电极(17)的部位发出到外部。保护用二极管(18)以覆盖形成有保护用二极管的多晶硅层(14)的上面和侧面的形式形成，因而该光由保护用二极管电极(18)遮蔽，不入射到多晶硅层(14)。
文档编号H01L33/36GK102163671SQ201110028318
公开日2011年8月24日 申请日期2011年1月26日 优先权日2010年2月5日
发明者杉森畅尚 申请人:三垦电气株式会社