JPH0691283B2 - Ｌｅｄ用チップの非対称構成 - Google Patents
Ｌｅｄ用チップの非対称構成Info
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- JPH0691283B2 JPH0691283B2 JP60504932A JP50493285A JPH0691283B2 JP H0691283 B2 JPH0691283 B2 JP H0691283B2 JP 60504932 A JP60504932 A JP 60504932A JP 50493285 A JP50493285 A JP 50493285A JP H0691283 B2 JPH0691283 B2 JP H0691283B2
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- H10W72/5522—Materials of bond wires comprising metals or metalloids, e.g. silver comprising gold [Au]
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- Led Device Packages (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は発光ダイオード（LED）、より詳細には光波シ
ステムに使用するためのLEDに関する。
ステムに使用するためのLEDに関する。
光波通信システムにおいては、通常、光源としてダイオ
ードレーザーあるいはLEDが使用され、これが光フアイ
バに結合される。フアイバを通じて伝送される情報はデ
ジタル的に符号化され、光源の光の強度をパルス変調す
る。システムのビツト速度は、その用途によつて数メガ
ビツト／秒から数ギカビツト／秒の範囲である。これに
加えて、システムの中継器なしの伝送路長によつて、レ
ーザーか、あるいはLEDを使用するかが決定される。レ
ーザーは、通常、デジタル信号を再生及び増幅するため
に中継器を必要とする長距離搬送システム（例えば、数
百キロ長のシステム）に見られ、一方、LEDは、通常、
短距離搬送システム（例えば、数10キロあるいはそれ以
下のシステム）に見られる。この短距離搬送システムの
１つの光データリンク（ODL）として知られている。
ードレーザーあるいはLEDが使用され、これが光フアイ
バに結合される。フアイバを通じて伝送される情報はデ
ジタル的に符号化され、光源の光の強度をパルス変調す
る。システムのビツト速度は、その用途によつて数メガ
ビツト／秒から数ギカビツト／秒の範囲である。これに
加えて、システムの中継器なしの伝送路長によつて、レ
ーザーか、あるいはLEDを使用するかが決定される。レ
ーザーは、通常、デジタル信号を再生及び増幅するため
に中継器を必要とする長距離搬送システム（例えば、数
百キロ長のシステム）に見られ、一方、LEDは、通常、
短距離搬送システム（例えば、数10キロあるいはそれ以
下のシステム）に見られる。この短距離搬送システムの
１つの光データリンク（ODL）として知られている。
光波システム用のレーザーあるいはLEDの構成は、通
常、二重異種構造の形状をとる。例えば、１つの能動の
狭いバンドギヤツプの層を、格子が整合されるように、
ペアの反対の導電型の広いバンドギヤツプのクラツド層
が挟む形式を持つ。順バイアス下で、この能動領域内に
少数キヤリヤが注入されると、ここで放射の再結合が起
こり、能動層のバンドギヤツプに依存する波長の光出力
が生成される。この光出力の方向はデバイスの設計に依
存する。レーザー及びエツジ発光LEDでは、光は能動層
と平行の方向に抽出され、出力はこれと垂直の端面（例
えば、切子面）から出る。一方、表面発光LEDの場合
は、光は能動層と垂直の方向に抽出され、出力はクラツ
ド層の１つ及び／あるいは（基板が生成される光の波長
に透明であるときは）基板から出る。
常、二重異種構造の形状をとる。例えば、１つの能動の
狭いバンドギヤツプの層を、格子が整合されるように、
ペアの反対の導電型の広いバンドギヤツプのクラツド層
が挟む形式を持つ。順バイアス下で、この能動領域内に
少数キヤリヤが注入されると、ここで放射の再結合が起
こり、能動層のバンドギヤツプに依存する波長の光出力
が生成される。この光出力の方向はデバイスの設計に依
存する。レーザー及びエツジ発光LEDでは、光は能動層
と平行の方向に抽出され、出力はこれと垂直の端面（例
えば、切子面）から出る。一方、表面発光LEDの場合
は、光は能動層と垂直の方向に抽出され、出力はクラツ
ド層の１つ及び／あるいは（基板が生成される光の波長
に透明であるときは）基板から出る。
表面発光LEDからの光を結合するために、通常、基板の
１つの主要面、例えば、基板の下側面に環状の電気コン
タクトが提供され、そして反対側の主表面上にこの環状
コンタクトと整合するようにドツト形状の電気コンタク
トが提供される。このドツトコンタクトは光の放射を能
動領域の環状コンタクトの下の対応する小さな領域に制
限し、これによつて、例えば、光フアイバへの結合効率
を向上させる。
１つの主要面、例えば、基板の下側面に環状の電気コン
タクトが提供され、そして反対側の主表面上にこの環状
コンタクトと整合するようにドツト形状の電気コンタク
トが提供される。このドツトコンタクトは光の放射を能
動領域の環状コンタクトの下の対応する小さな領域に制
限し、これによつて、例えば、光フアイバへの結合効率
を向上させる。
通常の表面発光LEDにおいては、このドツトコンタクト
は、通常、正方形の平行六面体の形状のチツプの中心に
位置される。一例として、チツプの主要面は約22ミル平
方（480平方ミル）であり、１つの１インチ平方のウエ
ーハから約1700個のチツプが得られる。勿論、チツプの
サイズが大きくなればなるほど任意の半導体ウエーハか
ら得られるチツプの数は少なくなる。そして、これに比
例してチツプの単位コストも高くなる。一見したとこ
ろ、この問題の最も端的な解決法はデバイスの寸法を小
さくすることであるようにみえる。しかし、この方法
は、環状コンタクトがワイヤーボンドのボンデイングパ
ツドとしても機能しており、チツプサイズを減少する
と、ボンデイングパツドの面積も減少され、これはボン
デイング作業を困難とし、プロセスの収率を落すことと
なる。さらに、ドツトコンタクトの直径が減少すると、
電流密度が増加し、デバイスの信頼性を落す結果とな
る。
は、通常、正方形の平行六面体の形状のチツプの中心に
位置される。一例として、チツプの主要面は約22ミル平
方（480平方ミル）であり、１つの１インチ平方のウエ
ーハから約1700個のチツプが得られる。勿論、チツプの
サイズが大きくなればなるほど任意の半導体ウエーハか
ら得られるチツプの数は少なくなる。そして、これに比
例してチツプの単位コストも高くなる。一見したとこ
ろ、この問題の最も端的な解決法はデバイスの寸法を小
さくすることであるようにみえる。しかし、この方法
は、環状コンタクトがワイヤーボンドのボンデイングパ
ツドとしても機能しており、チツプサイズを減少する
と、ボンデイングパツドの面積も減少され、これはボン
デイング作業を困難とし、プロセスの収率を落すことと
なる。さらに、ドツトコンタクトの直径が減少すると、
電流密度が増加し、デバイスの信頼性を落す結果とな
る。
発明の要約 我々は表面発光LEDのチツプ面積を、発光スポツトのサ
イズを定義しまたワイヤーボンデイングのための使用さ
れる金属化領域を提供するドツトコンタクトの面積の減
少を伴うことなく、減少させる簡単で非常に優れた解決
法を発見した。本発明によるLEDでは、ドツトコンタク
トが、チツプの中心ではなく、片隅に非対称に位置され
る。これに加えて、ボンデイングパツドとしても機能す
る出力面上の電気コンタクトは、環状ではなく、好まし
くは、概むねＬ型の形状を持ち、光出力はこのＬの脚の
間から出る。
イズを定義しまたワイヤーボンデイングのための使用さ
れる金属化領域を提供するドツトコンタクトの面積の減
少を伴うことなく、減少させる簡単で非常に優れた解決
法を発見した。本発明によるLEDでは、ドツトコンタク
トが、チツプの中心ではなく、片隅に非対称に位置され
る。これに加えて、ボンデイングパツドとしても機能す
る出力面上の電気コンタクトは、環状ではなく、好まし
くは、概むねＬ型の形状を持ち、光出力はこのＬの脚の
間から出る。
概むね同一の設計基準を持つLEDの場合、本発明による
一例としての構成ではチツプ面積を約２倍あるいはそれ
以上（例えば、従来の480平方ミルに対して200平方ミ
ル）減少でき、対応する単位コストの削減が実現でき
る。
一例としての構成ではチツプ面積を約２倍あるいはそれ
以上（例えば、従来の480平方ミルに対して200平方ミ
ル）減少でき、対応する単位コストの削減が実現でき
る。
図面の簡単な説明 第１図は本発明の１つの実施態様による表面発光LEDの
部分切取等角図であり；そして 第２図は第１図のドツトコンタクト、異種構造及びレン
ズの拡大断面図である。
部分切取等角図であり；そして 第２図は第１図のドツトコンタクト、異種構造及びレン
ズの拡大断面図である。
詳細な説明 図面からわかるように、表面発光LEDチツプ10は、典型
的には、正方形の平行の主要面12及び14を持つ概むね平
行六面体の形状を持つ。面12は、ここでは光線出力λが
ここから出るために出力面と呼ばれる。本発明において
は、光線λがこの面上に非対称的に位置する、つまり、
片隅に位置するスポツトから出るようにするための装置
が提供される。より具体的には、反対側の主要面14上に
ドツト形状の電気コンタクト16が形成され、そして出力
面12内にオプシヨンの概むね半球体の集積レンズ18が形
成される。ドツトコンタクト16とレンズ18は互いに概む
ね整合され、チツプ10の片隅に非対称的に位置される。
好ましくは、概むねＬ形状の広い面積のコンタクト19が
このＬ形状の脚の間から光線λが出るように出力面12上
に形成される。別の見かたをすると、ドツトコンタクト
16は面14の四分円の１つの中に位置し、Ｌ形状のコンタ
クト19が面12の残りの４分円の３つを占める。ただし、
Ｌ形状は絶対的なものではない。コンタクトが加えられ
た電流を面12上に拡散し、光線が得られるようであれば
他の形状も可能である。
的には、正方形の平行の主要面12及び14を持つ概むね平
行六面体の形状を持つ。面12は、ここでは光線出力λが
ここから出るために出力面と呼ばれる。本発明において
は、光線λがこの面上に非対称的に位置する、つまり、
片隅に位置するスポツトから出るようにするための装置
が提供される。より具体的には、反対側の主要面14上に
ドツト形状の電気コンタクト16が形成され、そして出力
面12内にオプシヨンの概むね半球体の集積レンズ18が形
成される。ドツトコンタクト16とレンズ18は互いに概む
ね整合され、チツプ10の片隅に非対称的に位置される。
好ましくは、概むねＬ形状の広い面積のコンタクト19が
このＬ形状の脚の間から光線λが出るように出力面12上
に形成される。別の見かたをすると、ドツトコンタクト
16は面14の四分円の１つの中に位置し、Ｌ形状のコンタ
クト19が面12の残りの４分円の３つを占める。ただし、
Ｌ形状は絶対的なものではない。コンタクトが加えられ
た電流を面12上に拡散し、光線が得られるようであれば
他の形状も可能である。
このチツプ設計はチツプ面積を２倍以上削減し、（2.4
倍の削減が達成されている）、これに比例するLEDの単
位コストの削減を実現する。従来のLEDチツプが480平方
ミルの面積を持つのに対して、本発明によるチツプはた
つた200平方ミルである。これは１インチ平方のウエー
ハから従来のチツプならたつた約1700個得られるだけで
あるが、本発明では約3900個のチツプが得られることを
意味する。この計算はチツプの各サイドの約２ミルの切
溝損失を想定する。
倍の削減が達成されている）、これに比例するLEDの単
位コストの削減を実現する。従来のLEDチツプが480平方
ミルの面積を持つのに対して、本発明によるチツプはた
つた200平方ミルである。これは１インチ平方のウエー
ハから従来のチツプならたつた約1700個得られるだけで
あるが、本発明では約3900個のチツプが得られることを
意味する。この計算はチツプの各サイドの約２ミルの切
溝損失を想定する。
このLEDは半導体本体を含む。一例として、この半導体
本体は半導体基板20、二重異種構造22、及びコンタクト
収容層24を含む。異種構造22は狭いバンドギヤツプを持
つ能動層26及びこれを両側から挟むペアの反対の導電型
の広いバンドギヤツプを持つクラツド層28及び30を含
む。コンタクト収容層24はクラツド層30の上に形成され
る。ドツトコンタクト16が層24上に形成され、層24の残
りの部分は誘電層32で覆つた後に熱シンク34に接着され
る。
本体は半導体基板20、二重異種構造22、及びコンタクト
収容層24を含む。異種構造22は狭いバンドギヤツプを持
つ能動層26及びこれを両側から挟むペアの反対の導電型
の広いバンドギヤツプを持つクラツド層28及び30を含
む。コンタクト収容層24はクラツド層30の上に形成され
る。ドツトコンタクト16が層24上に形成され、層24の残
りの部分は誘電層32で覆つた後に熱シンク34に接着され
る。
これら半導体層の全ては各種の方法、例えば、液層エピ
タキシー（LPE）あるいは金属−有機物化学蒸着（MOCV
D）によつてエピタキシヤル成長することができる。
タキシー（LPE）あるいは金属−有機物化学蒸着（MOCV
D）によつてエピタキシヤル成長することができる。
能動層26の導電型は絶対的なものではない。ただし、高
速用途（例えば、約100Mb/s以上）では、ｎ型の方が少
数キヤリヤの寿命が短かいため好ましい。
速用途（例えば、約100Mb/s以上）では、ｎ型の方が少
数キヤリヤの寿命が短かいため好ましい。
能動層26の組成は要求される動作の波長によつて左右さ
れる。例えば、長波長システム（例えば、1.1−1.6μ
ｍ）では、能動層26にはInGaAsPが使用され、クラツド
層28及び30にはInPが使用される。コンタクト収容層24
はクラツド層30と同一の導電型を持ち、一例としては高
濃度にドープされたInGaAsあるいはInGaAsPが使用され
る。基板20にはInPが使用されるが、これはInGaAsP能動
層内に生成される光に対して透明である。従つて、基板
は最終製品の一部であり、レンズ18もこの基板内にエツ
チング、つまり、形成される。
れる。例えば、長波長システム（例えば、1.1−1.6μ
ｍ）では、能動層26にはInGaAsPが使用され、クラツド
層28及び30にはInPが使用される。コンタクト収容層24
はクラツド層30と同一の導電型を持ち、一例としては高
濃度にドープされたInGaAsあるいはInGaAsPが使用され
る。基板20にはInPが使用されるが、これはInGaAsP能動
層内に生成される光に対して透明である。従つて、基板
は最終製品の一部であり、レンズ18もこの基板内にエツ
チング、つまり、形成される。
一方、短波長システム（例えば、0.8〜0.9μｍ）では、
能動層26にはAlxGa1-xAsが使用され、ここで、典型的に
は０≦×≦0.1とされ、そしてクラツド層28及び30にはA
lyGa1-yAs及びAlzGa1-zAsが使用され、ここで、ｙ、ｚ
＞であり、典型的には0.20≦ｙ、ｚ≦0.40とされる。こ
の場合は、コンタクト収容層及び基板には両方ともGaAs
が使用される。ただし、GaAs基板はAlxGa1-xAs能動層に
よつて生成される光を吸収するため、この基板を除去
し、また集積レンズも使用しなくてもよい。
能動層26にはAlxGa1-xAsが使用され、ここで、典型的に
は０≦×≦0.1とされ、そしてクラツド層28及び30にはA
lyGa1-yAs及びAlzGa1-zAsが使用され、ここで、ｙ、ｚ
＞であり、典型的には0.20≦ｙ、ｚ≦0.40とされる。こ
の場合は、コンタクト収容層及び基板には両方ともGaAs
が使用される。ただし、GaAs基板はAlxGa1-xAs能動層に
よつて生成される光を吸収するため、この基板を除去
し、また集積レンズも使用しなくてもよい。
例 この例は本発明に従つて製造される長波長InP/InGaAsP
（λ＝1.3μｍ）LEDに関する。材質、組成、寸法及び他
のパラメータは単に説明の目的で示されるものであり、
改めて述べない限り、本発明の範囲を限定するものでは
ない。
（λ＝1.3μｍ）LEDに関する。材質、組成、寸法及び他
のパラメータは単に説明の目的で示されるものであり、
改めて述べない限り、本発明の範囲を限定するものでは
ない。
LPEを使用して、約100μｍに薄層化され、Ｓを約５×10
18cm-3混入してｎ型にドープされた（100）配位のInP基
板20上に、５μｍ厚のSnを約１×1018cm-3混入してｎ型
にドープされたInPクラツド層28;1.5μｍ厚のSnを約１
×1017cm-3混入してｎ型にドープしたInGaAsP能動層26;
2μｍ厚のZnあるいはCdを約５×1018cm-3混入してｐ型
にドープしたInPクラツド層30;及び0.5μｍ厚のZnを約
１×1019cm-3混入してｐ型にドープしたInGaAsPコンタ
クト収容層24がエピタキシヤル成長された。
18cm-3混入してｎ型にドープされた（100）配位のInP基
板20上に、５μｍ厚のSnを約１×1018cm-3混入してｎ型
にドープされたInPクラツド層28;1.5μｍ厚のSnを約１
×1017cm-3混入してｎ型にドープしたInGaAsP能動層26;
2μｍ厚のZnあるいはCdを約５×1018cm-3混入してｐ型
にドープしたInPクラツド層30;及び0.5μｍ厚のZnを約
１×1019cm-3混入してｐ型にドープしたInGaAsPコンタ
クト収容層24がエピタキシヤル成長された。
ウエーハ上に以下のように電気コンタクトが形成され
た。コンタクト収容層20がそれぞれドツトコンタクト16
とＬ形状コンタクト19と対応する開口を持つ適当なマス
クによつて覆われた。Au−Beドツトコンタクト16（直径
25μｍ）が層24上に蒸着され、そしてAuSn−Cr−AuのＬ
形状コンタクト（各々約５ミル幅の11ミル長の脚）が基
板20上に蒸着された。このAu−Sn−Cr−Auコンタクトに
関しては、I.カムリベル（I.Camlibel）の1983年８月８
日に出願され本譲受人に譲渡された共同未決出願No.52
1,443号に開示されている。
た。コンタクト収容層20がそれぞれドツトコンタクト16
とＬ形状コンタクト19と対応する開口を持つ適当なマス
クによつて覆われた。Au−Beドツトコンタクト16（直径
25μｍ）が層24上に蒸着され、そしてAuSn−Cr−AuのＬ
形状コンタクト（各々約５ミル幅の11ミル長の脚）が基
板20上に蒸着された。このAu−Sn−Cr−Auコンタクトに
関しては、I.カムリベル（I.Camlibel）の1983年８月８
日に出願され本譲受人に譲渡された共同未決出願No.52
1,443号に開示されている。
基板20がマスクされ、光電子化学（PEC）エツチングを
使用して基板の円筒状の空胴内に概むね半球状の集積レ
ンズ18が形成された。PECは周知であり、このようなレ
ンズを形成するためのこの用途は、例えば、合衆国特許
第4,415,414号において説明されている。次に、SiO2誘
電層32が層24の残りの部分の上にプラズマ沈殿された。
層32内にドツトコンタクト16と整合して開口がエツチン
グされた。Ti−Pd−Au粘着層（図示なし）が誘電層32及
びドツトコンタクト16の両方の上に蒸着され、その後、
10−15μｍ厚のAu熱シンク34が電気メツキされた。次
に、ウエーハが約14ミル平方の個々のチツプにカツトさ
れた。１インチ平方のウエーハから約3900個のチツプが
得られた。最後に、直径１ミルの銅線36が個々のチツプ
上のＬ形状コンタクト19に結合された。
使用して基板の円筒状の空胴内に概むね半球状の集積レ
ンズ18が形成された。PECは周知であり、このようなレ
ンズを形成するためのこの用途は、例えば、合衆国特許
第4,415,414号において説明されている。次に、SiO2誘
電層32が層24の残りの部分の上にプラズマ沈殿された。
層32内にドツトコンタクト16と整合して開口がエツチン
グされた。Ti−Pd−Au粘着層（図示なし）が誘電層32及
びドツトコンタクト16の両方の上に蒸着され、その後、
10−15μｍ厚のAu熱シンク34が電気メツキされた。次
に、ウエーハが約14ミル平方の個々のチツプにカツトさ
れた。１インチ平方のウエーハから約3900個のチツプが
得られた。最後に、直径１ミルの銅線36が個々のチツプ
上のＬ形状コンタクト19に結合された。
動作において、このチツプが順バイアスされ、約150mA
の電流にて励起されたとき、これは1.3μｍの波長の約3
mWの光パワーを生成する。これは最高約90Mb/sのデータ
速度のデジタル動作を可能とする。これより高いビツト
速度が要求される場合は、例えば、ｎ型層の代わりにこ
れより薄い（例えば、0.5μｍ）、高濃度にドープされ
たｐ型のInGaSaP層を使用して能動層内の少数キヤリヤ
の寿命を減らすことが必要である。
の電流にて励起されたとき、これは1.3μｍの波長の約3
mWの光パワーを生成する。これは最高約90Mb/sのデータ
速度のデジタル動作を可能とする。これより高いビツト
速度が要求される場合は、例えば、ｎ型層の代わりにこ
れより薄い（例えば、0.5μｍ）、高濃度にドープされ
たｐ型のInGaSaP層を使用して能動層内の少数キヤリヤ
の寿命を減らすことが必要である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サール，ロバート エツチ アメリカ合衆国 07076 ニユージヤーシ イ，スコツチ プレインズ，クリントン レーン １ (56)参考文献 特開 昭57−178386（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−118681（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−51455（ＪＰ，Ｕ)
Claims (4)
- 【請求項１】第１及び第２の対向する主表面を持つ概む
ね平行六面体の形状をし、流れる電流に応答して光放射
を発生する能動層を含む半導体本体、及び 該光放射が該能動層から該第１の主表面を通って該能動
層と概むね垂直の方向に光ビームとして出るようにする
ための手段を含む半導体ダイオードデバイスにおいて、 該光ビームを該能動層に対して概むね垂直方向に出すた
めの手段が 該第２の主表面（14）上に該平行六面体の１つの角に非
対称に配置されたドット形状の電気コンタクト（16）を
含むことを特徴とするダイオード。 - 【請求項２】請求の範囲第１項に記載のダイオードにお
いて、該光ビームを垂直方向に出すための手段が 該第１の主表面（12）上に該ドット形状の電気コンタク
トと概むね整合して位置されるレンズ（18）を含むこと
を特徴とするダイオード。 - 【請求項３】請求の範囲第１項あるいは第２項に記載の
ダイオードにおいて、さらに該第１の主表面上にＬ−形
状のコンタクト（19）が含まれ、該光ビームがＬ−形状
の脚の間から出ることを特徴とするダイオード。 - 【請求項４】請求の範囲第３項に記載のダイオードにお
いて、該ドット形状の電気コンタクトが４分円の１つの
中に位置し、該Ｌ−形状のコンタクトが残りの３つの４
分円内に位置することを特徴とするダイオード。
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