JP2003282945A

JP2003282945A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JP2003282945A
Application number: JP2002086063A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Yamamoto; 山本　　茂
Original assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Tottori Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】電極位置の認識が行ないやすく、幅が狭い
個所に配置するに適した半導体発光素子を提供する。【解決手段】平面形状が矩形の素子の一方の面にＰ型
とＮ型のボンディング用電極２，３を配置した半導体発
光素子１において、前記Ｐ型とＮ型の各ボンディング用
電極２，３を前記一方の面の相対向する2つの辺を各々
占有する形態で配置し、前記Ｐ型とＮ型の各ボンディン
グ用電極２，３の間を発光領域４としたことを特徴とす
る。前記Ｐ型とＮ型の各ボンディング用電極２，３は、
前記一方の面の相対向する2つの辺とこの辺を挟む２つ
の辺の一端の内側に各々沿うような形態で配置されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、サファイア、炭化珪素を基板とし
た窒化物化合物半導体を用いた紫外〜緑色発光素子が量
産化されているが、表面層に低濃度で移動度の小さい薄
膜のＰ層が用いられているため、このＰ層の機能を補完
するために透明電極を用いている。透明電極を用いても
その透過時に光吸収が生じるので、この透明電極での発
光ロスを低減させ、輝度向上を図るために素子をその基
板が上を向くように上下逆置きにするフリップチップ型
が検討されている。

【０００３】サファイア基板上に窒化物系化合物半導体
を用いた発光素子の多くは、Ｐ型とＮ型のボンディング
用電極を上面の一部の領域に形成するため、逆置きする
際に下部になる電極位置と、素子配置用基板に設けた端
子電極の位置の各々を認識して接着する必要があるが、
両者の認識が困難な場合がある。

【０００４】また、Ｐ型とＮ型のボンディング用電極を
一方の面に配置したフリップチップ型の素子の場合、ボ
ンディング用電極は、対角線方向の２つの隅に配置する
か、あるいは対向する2つの辺の中央部に配置されてい
るので、これらの電極を結ぶ領域の外に位置する領域に
は、電流が拡散されにくく、輝度ムラが発生しやすいと
いう問題があった。

【０００５】また、従来の半導体発光素子は、その幅が
比較的広いので、幅が狭い個所に配置するには不向きな
構造であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、自動組立て
装置などによる電極位置の認識が容易な半導体発光素子
を提供することを課題の1つとする。また、幅が狭い個
所に配置するに適した半導体発光素子を提供することを
課題の1つとする。また、製造しやすい半導体発光素子
を提供することを課題の1つとする。また、輝度ムラが
少ない半導体発光素子を提供することを課題の1つとす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は請求項１に記載のように、平面形状が矩形の素子の一
方の面にＰ型とＮ型のボンディング用電極を配置した半
導体発光素子において、前記Ｐ型とＮ型の各ボンディン
グ用電極を前記一方の面の相対向する2つの辺を各々占
有する形態で配置し、前記Ｐ型とＮ型の各ボンディング
用電極の間を発光領域としたことを特徴とする。

【０００８】本発明の半導体発光素子は請求項２に記載
のように、前記Ｐ型とＮ型の各ボンディング用電極は、
前記一方の面の相対向する2つの辺とこの辺を挟む２つ
の辺の一端の内側に各々沿うような形態で配置されてい
ることを特徴とする。

【０００９】本発明の半導体発光素子は請求項３に記載
のように、素子の幅が素子の厚さよりも短いことを特徴
とする。

【００１０】本発明の半導体発光素子は請求項４に記載
のように、素子の幅が素子の厚さよりも短いことを特徴
とする。

【００１１】本発明の半導体発光素子は請求項５に記載
のように、前記素子は、発光光に対して透明な基板上に
少なくとも２層以上の半導体層を有していることを特徴
とする。

【００１２】本発明の半導体発光素子は請求項６に記載
のように、前記素子の半導体層は窒化物半導体層で構成
されていることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態について図
面を参照して説明する。図1は、本発明の半導体発光素
子の一実施形態を示し、（ａ）は半導体発光素子１の平
面図、（ｂ）はその断面図である。

【００１４】この半導体発光素子１は、その平面形状が
矩形である。この半導体発光素子１は、その一方の面に
Ｐ型とＮ型のボンディング用電極２，３を配置してい
る。Ｐ型とＮ型の各ボンディング用電極２，３は、一方
の面の相対向する2つの辺を各々占有する形態で配置し
ている。この例では、半導体発光素子１の上面の相対向
する短辺の各々を占有するように、Ｐ型とＮ型のボンデ
ィング用電極２，３を対向して配置している。Ｐ型ボン
ディング用電極２は、半導体発光素子１の上面の相対向
する一方の短辺とこの短辺の両側に位置する隅部を占有
するように配置され、Ｎ型ボンディング用電極３は、半
導体発光素子１の上面の相対向する他方の短辺とこの短
辺の両側に位置する隅部を占有するように配置されてい
る。

【００１５】Ｐ型、Ｎ型の各ボンディング用電極２，３
は、半導体発光素子１の短辺の長さと同等、例えば半導
体発光素子１の短辺の長さの９０％以上の長さの辺を有
する平面矩形状としている。

【００１６】そして、Ｐ型とＮ型の各ボンディング用電
極２，３の間を主たる発光領域４としている。ボンディ
ング用電極２，３の間の発光領域４は、電極２，３の配
列方向に長い細長形とされ、余分に電極２、３を並べる
ことができる程度の広い面積を有している。したがっ
て、半導体発光素子１の上面には、その長手方向に一列
にボンディング用電極２あるいは３を4個以上配列する
ことができる。このように、半導体発光素子１の上面は
細長い矩形状とされている。この上面の短辺と長辺の長
さの比は、後述するように１対１２程度に設定している
が、それ以外の比に設定することができる。細長い素子
とするために、素子１の上面は、その長辺の長さが短辺
の長さの２倍以上になるように設定することができる。
より細長くするために、素子１の上面は、その長辺の長
さが短辺の長さの３倍以上になるように設定することが
できる。

【００１７】半導体発光素子１は、基板５の上にＰ型と
Ｎ型の少なくとも2つの半導体層７，９を備えて構成さ
れる、基板５は、基板５を通して光を取り出すフリップ
チップ型に対応する場合には、発光光（発光波長）に対
して透明なものを用いることが好ましいが、基板５と反
対側に光を取り出すことによって基板５を通して光を取
り出さない場合は、発光光（発光波長）に対して不透明
なものを用いることもできる。

【００１８】この実施形態では、基板５としてサファイ
ヤ基板を用い、その上にＮ型とＰ型の窒化物半導体７，
９、例えば窒化ガリウム系の半導体層を積層している。
基板５とＮ型半導体層７の間には、格子不整合を緩和す
るためなどの目的でバッファ層６を介在させることもで
きる。Ｎ型とＰ型の半導体層７，９の間には、発光層８
が配置される。発光層８としては、種々の構成を採用で
きるが、例えば多重量子井戸型の活性層を採用すること
ができる。

【００１９】一方の半導体層この例ではＰ型半導体層９
と発光層８の一部が除去され、その除去領域１０から他
方の半導体層この例ではＮ型半導体層７が露出してい
る。この露出した半導体層７に一方のボンディング用電
極この例ではＮ型のボンディング用電極３をオーミック
コンタクト用の電極１１を介在して配置している。

【００２０】他方の半導体層、この例ではＰ型半導体層
９の上には、オーミックコンタクト用の電極１２がＰ型
半導体層９のほぼ全領域に亘って形成されている。オー
ミックコンタクト用の電極１２は、目的によって透光性
の電極としても良いし、光反射性の電極としても良い。
また、オーミックコンタクト用の電極１２は、不透明な
電極を櫛歯状あるいは網目状に形成したものでも良い。
そしてオーミックコンタクト用電極１２の上に、Ｐ型ボ
ンディング用電極２を配置している。

【００２１】サファイヤ基板５は、半導体層を成長させ
る前の厚さが１００μｍ以上の例えば３００μｍ程度で
あるものを用いている。基板５に半導体層を成長させた
後のウエハ状態で、ウエハの総厚が１３０μｍ以下、例
えば１２０μｍ程度の厚さになるように、基板５を例え
ば１１０μｍ程度の厚さまで研磨している。

【００２２】基板５上の半導体層は、ドライエッチング
などによって約１μｍエッチングされる。このエッチン
グによって、選択的にＰ層、活性層を除去し、除去領域
１０を形成する。その後、Ｐ型、Ｎ型オーミックコンタ
クト用の電極１２，１１を選択的に形成する。このオー
ミックコンタクト用の電極１２，１１上に、Ｐ型、Ｎ型
のボンディング用電極２，３を選択的に形成する。この
ボンディング用電極２，３は、同一素材で同一工程で形
成することもできる。このボンディング用電極２，３
は、Ａｕ（金）にＳｎ（錫）を含んだ材料を３μｍの厚
さで形成したものを用いるのが好ましい。ボンディング
用電極２，３は、遮光性の電極となる。

【００２３】このようにしてウエハ上に分割前の半導体
発光素子１が複数形成されるが、各半導体発光素子１の
設計上の外形寸法は１００μｍ（幅）×１２００μｍ
（長さ）×１２０μｍ（厚さ）であり、極めて細長い平
面形状をしている。

【００２４】半導体発光素子１が複数形成された分割前
のウエハ上は、その基板５側が上になる様に半導体面が
接着シートに貼付される。その状態で分割用の装置に配
置された後、素子分割が行われる。素子分割は、分割用
の溝を形成するために、高出力パルスレーザが利用され
る。基板にサファイヤ基板を用いたこの例では、波長が
５００ｎｍ以下の短波長レーザが利用される。ここで
は、ＹＡＧレーザ(波長が１．０６μｍ)の第３高調波
(３５５ｎｍ)を用いる紫外線パルスレーザが利用され
る。これ以外のレーザを利用することもでき、例えば、
５００ｎｍ以上の波長のレーザを用いることもできる。
また、ＹＡＧレーザの基本波長（１．０６μｍ)やその
第２高調波を用いることもできる。

【００２５】レーザ照射は、基板５側から行われるが、
基板５の反対側から行うようにすることもできる。レー
ザ照射は、照射によって形成される加工孔が基板５を貫
通するまで行なっても良いが、孔が基板５内に留まるよ
うな出力と照射の移動速度を設定して行われる。レーザ
加工による孔、すなわち分割用溝の深さは、レーザ加工
孔部分における基板５の残余厚さが分割容易な厚さ、例
えば５０μｍ以下になるような深さとするのが好まし
い。

【００２６】レーザ照射は、レーザ照射部に窒素ガスを
噴霧しながら行なう。この噴霧によって、飛散した物質
が発光素子に付着することを防止できるとともに、照射
部の冷却を効果的に行ない熱の影響を抑制することがで
きる。

【００２７】レーザ光のビームプロファイルは、ガウシ
アン分布の波形、すなわち中心に出力にピークを持つレ
ーザ波形のものを用いた。レーザ光の焦点はウェハ底面
（基板の裏面）近傍に選択的に設定し、パルス周波数は
１０ｋＨｚ、１．５ｍｍ／secのスピードでＸ、Ｙ方向
に走査して分割用の溝を形成した。この溝は、上面の幅
３０μｍ、深さ９０μｍの溝であった。レーザ照射を基
板５と反対側から行なう場合には、レーザ光の焦点をウ
ェハ表面（基板の表面）近傍に選択的に設定しても良
い。最終的な素子分離は、分割装置を用いて行ったが、
分離が極めて容易な状態であるため、ローラー等を用い
て加圧しながら行ってもかまわない。

【００２８】レーザ照射による溝形成は、複数回の走査
によって行なっても良い。例えば、当初の走査は出力を
高くし、2回目以降の走査は、その出力を前回よりも小
さく設定して行なっても良い。このようにすれば、レー
ザ照射を基板５側から行なうに際して、基板半導体層に
近づくにしたがってレーザのエネルギーが小さくなり、
半導体層に与えるダメージを小さくすることができる。

【００２９】レーザ照射による分割用の溝は、半導体発
光素子１のほぼ全周、すなわち溝を連絡する部分を一部
残して4つの辺を囲むように形成しても良い。全周に形
成しない場合は、レーザ照射による分割用の溝を、従来
のスクライブ法を利用した分割が困難な個所に優先的に
形成するのが好ましい。この例では、半導体発光素子１
の短辺よりも長辺に沿った部分に優先的に形成するの
が、分割時に細長い素子１が機械的ストレスによって破
壊されることを防止できる点で好ましい。

【００３０】分割用の溝は、レーザ照射によって形成す
るのが、形成に要する時間を短くすることができる点で
好ましいが、エッチング等の別の形成手段を用いても良
い。エッチングとしては、塩素あるいはフッ素等を主成
分とするガスを用いるドライエッチングを採用すること
ができる。ドライエッチングのみでは時間がかかりすぎ
るので、レーザ照射とドライエチングを併用した孔あけ
を行なうことが好ましい。特に、レーザ照射の最終段階
あるいは終了後に、ドライエッチングを施すことによっ
て、レーザ照射によって孔の壁面などに付着した飛散物
（カス）をドライエッチングによって取り去る（クリー
ニングする）ことができる。その結果、飛散物による光
吸収を抑制して素子の光り取り出し効率を高めることが
できる。

【００３１】なお、ドライエッチングの際は、被エッチ
ング部分以外は、エッチングされない様に保護膜によっ
て被っておく必要が有る。

【００３２】このようにして形成された半導体発光素子
１は、その幅が厚さよりも短い。したがって、サイドエ
ッジ式のバックライトなどの様に、薄い導光板の側面に
光源を配置するバックライトなどの光源用途に最適な形
状が得られる。なお、半導体発光素子１は、その幅が厚
さよりも長い形状とすることもできる。

【００３３】第2の実施形態を示す図２のように、Ｐ型
半導体層９の一部が除去された第1の除去領域１０と反
対側に、Ｐ型半導体層９、あるいはこれに加えて発光層
８、あるいはこれらに加えてＮ型半導体層７やバッファ
層６の一部を除去した第2の除去領域１３を形成し、こ
の除去領域１３とそれに隣接するＰ型半導体領域７の端
を覆うように、絶縁性の被膜１４を形成し、この被膜１
４とＰ型半導体層９の上にオーミックコンタクト用電極
１２を配置し、第2の除去領域１３上のオーミックコン
タクト用電極１２の上にＰ型ボンディング用電極２を配
置しても良い。

【００３４】また、上記各実施形態においては、ボンデ
ィング用電極３とコンタクト用電極１１は同等の形状で
あったが、コンタクト用電極１１に変更を加えて図3に
示すような第3の実施形態をとることもできる。

【００３５】コンタクト用電極１１は、枝電極１１Ａ，
１１Ｂを一体に備え、これらの電極１１Ａ，１１ＢをＰ
型ボンディング電極の近傍まで延長している。この枝電
極１１Ａ，１１Ｂは、Ｐ型半導体層９を挟むようにして
素子１の長辺に沿うようにして配置している。この枝電
極１１Ａ，１１Ｂの存在によってＮ型半導体層７に流れ
る電流の通路を広く確保することができ、素子１の静電
耐圧を高めることができる。

【００３６】枝電極１１Ａ，１１Ｂを配置するために、
第１の除去領域１０は、この枝電極に１１Ａ，１１Ｂに
沿って延びる延長除去領域１０Ａ、１０Ｂを有してい
る。発光層８、Ｐ型型半導体層９、コンタクト電極１２
は、枝電極１１Ａ，１１Ｂを配置するに必要な領域を確
保するために、その幅が若干短くされている。

【００３７】上記各実施形態において、Ｐ型、Ｎ型の各
ボンディング用電極２，３は、半導体発光素子１の幅方
向長さ（短辺に沿った長さ）が半導体発光素子１の短辺
の長さと同等であれば、図４，５に示すように、矩形以
外にも円弧状部分を含む形状であっても良い。

【００３８】このようにして形成された発光素子１は、
そのボンディング用電極２，３を下に向け、取付対象と
なる端子部分上に位置決めして仮配置される。この仮配
置に際して、電極２，３が素子１の短辺を占有している
ので、素子の短辺を認識すれば電極の位置も必然的に認
識することができる。したがって、電極２，３が下側に
あって見えない状態であっても、組立装置による素子１
の認識と電極２，３の認識を同時に行なうことができ、
組立作業性を高めることができる。

【００３９】仮配置後、３５０℃程度の高温で加熱する
ことにより、ボンディング用電極２，３を端子部分に接
着固定させることで本配置される。その後、素子を包囲
するようにエポキシ樹脂などの透光性樹脂をモールドす
ることによって、細長の表示素子を形成することができ
る。勿論、電極を２，３を上にして、この電極にワイヤ
ーボンドなどの配線を行なっての使用形態であっても差
し支えない。

【００４０】電極２，３間に所定の駆動電圧を加える
と、電極２、コンタクト用電極１２、Ｐ型半導体層９、
発光層８、Ｎ型半導体層７、コンタクト用電極１１、電
極３の経路に沿って電流が流れ、発光層８から所定波長
の光が放出される。この光は、基板５を通して、もしく
は基板５と反対側から外部に取り出される。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、自動組立て装置などに
よる電極位置の認識が容易な半導体発光素子を提供する
ことができる。また、幅が狭い個所に配置するに適した
半導体発光素子を提供することができる。また、製造し
やすい半導体発光素子を提供することができる。また、
輝度ムラが少ない半導体発光素子を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す平面図（ａ）と
断面図（ｂ）である。

【図２】本発明の第２の実施形態を示す平面図（ａ）と
断面図（ｂ）である。

【図３】本発明の第３の実施形態を示す平面図（ａ）と
断面図（ｂ）である。

【図４】本発明の別の実施形態を示す平面図である。

【図５】本発明の別の実施形態を示す平面図である。

【符号の説明】

１半導体発光素子２ボンディング用電極３ボンディング用電極４発光領域５基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平面形状が矩形の素子の一方の面にＰ型
とＮ型のボンディング用電極を配置した半導体発光素子
において、前記Ｐ型とＮ型の各ボンディング用電極を前
記一方の面の相対向する2つの辺を各々占有する形態で
配置し、前記Ｐ型とＮ型の各ボンディング用電極の間を
発光領域としたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】前記Ｐ型とＮ型の各ボンディング用電極
は、前記一方の面の相対向する2つの辺とこの辺を挟む
２つの辺の一端の内側に各々沿うような形態で配置され
ていることを特徴とする請求項1記載の半導体発光素
子。
【請求項３】素子の幅が素子の厚さよりも短いことを
特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】素子の幅が素子の厚さよりも短いことを
特徴とする請求項1もしくは請求項2記載の半導体発光素
子。
【請求項５】前記素子は、発光光に対して透明な基板
上に少なくとも２層以上の半導体層を有していることを
特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の半導
体発光素子。
【請求項６】前記素子の半導体層は窒化物半導体層で
構成されていることを特徴とする請求項1から請求項５
の何れかに記載の半導体発光素子。