JPH0883929A - 半導体発光素子、およびその製造方法 - Google Patents

半導体発光素子、およびその製造方法

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JPH0883929A
JPH0883929A JP22020694A JP22020694A JPH0883929A JP H0883929 A JPH0883929 A JP H0883929A JP 22020694 A JP22020694 A JP 22020694A JP 22020694 A JP22020694 A JP 22020694A JP H0883929 A JPH0883929 A JP H0883929A
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layer
semiconductor layer
semiconductor light
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Hiroshi Tajiri
博 田尻
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Abstract

(57)【要約】 【目的】絶縁基板を用いた半導体発光素子であっても、
半導体発光素子の上下両面に電極が形成されているタイ
プと同様な製造ラインを用いて少ない工程数でのボンデ
ィング作業が行えるようにし、また電極の形成箇所を確
保するために発光層の面積を減少させるような必要もな
くし、発光輝度を高める。 【構成】絶縁基板２の表面上に、ｎ型半導体層３、発光
層４、およびｐ型半導体層５から構成される積層部６が
形成されている半導体発光素子において、上記絶縁基板
２には、上記積層部６のうち最下層のｎ型またはｐ型の
半導体層３１の形成位置から絶縁基板２の裏面にわたっ
て形成されたスルーホール７０内に導電性物質ｍが充填
されたコンタクトホール７が形成され、上記絶縁基板２
の裏面には、上記コンタクトホール７を介して上記最下
層の半導体層３１に導通する導電性膜８が形成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、たとえば青色発光Ｌ
ＥＤなど、絶縁基板を用いて構成されるタイプの半導体
発光素子、およびその半導体発光素子の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】赤色や緑色の発光ＬＥＤは、一般には、
ＧａＰ基板やＧａＡｓＰ基板などの導電性基板を用いて
製造されている。したがって、このような半導体発光素
子については、たとえば図４に示すように、一対の電極
１０ａ，１０ｂを、基板２ｅの表面に形成された積層部
６ｅのうち最表層の半導体層５ｅと基板２ｅの裏面とに
各々設けることができる。また、このような半導体発光
素子では、たとえば図５に示すように、リードフレーム
３０へのボンディングを行う場合に、下側の電極１０ｂ
をそのままリード３０ａへ導通接着させることができ、
ワイヤボンディングは上側の電極１０ａを１本のワイヤ
３２ｂによってリード３０ｂへ接続させるだけでよい。
【０００３】これに対し、青色発光ＬＥＤについては、
絶縁基板としてのサファイア基板が採用されているのが
実情である。このような発光ＬＥＤについては、ただ単
に絶縁基板の裏面に電極を形成しても、この電極は基板
によって半導体層と絶縁されているから意味をなさな
い。
【０００４】そこで、従来では、絶縁基板を用いた青色
発光ＬＥＤなどの半導体発光素子を製造する場合には、
たとえば図６に示すように、絶縁基板２ｆの表面に形成
された積層部６ｆのうち、発光層４ｆおよびｐ型半導体
層５ｆの一部の領域Ｂをエッチングによって除去してい
た。そして、このエッチングされた領域Ｂに露出したｎ
型半導体層３ｆの表面に一方の電極１０ｂを設けてい
た。なお、他方の電極１０ａは、ｐ型半導体層５ｆの表
面に設けていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の図６に示した半導体発光素子では、積層部６ｆの表
面側（上面側）に２つの電極１０ａ，１０ｂが形成され
ているために、リードフレームへのボンディングを行う
場合には、たとえば図７に示すように、２本のワイヤ３
２ａ，３２ｂを用いて各リード３０ａ，３０ｂへのワイ
ヤボンディング作業を行う必要がある。したがって、そ
のボンディング作業の工程数が図５で示した場合に比較
すると増加し、発光ランプを製作する際の製造効率が悪
くなるという難点があった。
【０００６】また、上記従来の半導体発光素子では、リ
ードフレーム３０へのワイヤボンディング工程の内容
が、図５で示した工程とは相違するために、たとえば図
４で示したタイプの半導体発光素子を用いて発光ランプ
を製造するための既存の生産ラインをそのまま利用して
発光ランプの生産を行うことができない。したがって、
従来では、絶縁基板を用いた半導体発光素子を部品とす
る発光ランプを製造する場合には、その半導体発光素子
専用の生産ラインを別途用意する必要が生じ、設備費用
が多大となる難点もあった。
【０００７】さらに、上記従来の半導体発光素子では、
一方の電極１０ｂを形成することを目的として積層部６
ｆの一部の領域Ｂをかなり大きな面積で除去する必要が
あるために、この領域分だけ発光層４ｆの面積が小さく
なる。したがって、半導体発光素子の発光強度がそれだ
け低下し、高い発光輝度が得られなくなるという難点も
生じていた。
【０００８】本願発明は、このような事情のもとで考え
出されたものであって、絶縁基板を用いた半導体発光素
子であっても、半導体発光素子の上下両面に電極が形成
されているタイプと同様な製造ラインを用いて少ない工
程数でのボンディング作業が行えるようにし、しかも電
極の形成箇所を確保するために発光層の面積を減少させ
るような必要もなくし、発光輝度を高めることができる
ようにすることをその課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１０】すなわち、本願の請求項１に記載の発明
は、絶縁基板の表面上に、ｎ型半導体層、発光層、およ
びｐ型半導体層から構成される積層部が形成されている
半導体発光素子において、上記絶縁基板には、上記積層
部のうち最下層のｎ型またはｐ型の半導体層の形成位置
から絶縁基板の裏面にわたって形成されたスルーホール
内に導電性物質が充填されたコンタクトホールが形成さ
れ、かつ、上記絶縁基板の裏面には、上記コンタクトホ
ールを介して上記最下層の半導体層に導通する導電性膜
が形成されていることを特徴としている。
【００１１】また、本願の請求項２に記載の発明は、上
記請求項１に記載の半導体発光素子を製造するための方
法であって、絶縁基板の表面上に、ｎ型半導体層、発光
層、およびｐ型半導体層から構成される積層部を形成し
た後に、上記絶縁基板には、上記積層部のうち最下層の
ｎ型またはｐ型の半導体層の形成位置から絶縁基板の裏
面にわたってスルーホールを形成し、その後上記絶縁基
板の裏面側へ導電性物質を堆積付着させることにより、
上記スルーホール内へ導電性物質を充填させてコンタク
トホールを形成するとともに、上記絶縁基板の裏面に導
電性膜を形成することを特徴としている。
【００１２】
【発明の作用および効果】上記請求項１に記載した発明
においては、絶縁基板の表面上に形成された積層部のう
ち、最下層のｎ型またはｐ型の半導体層がコンタクトホ
ールを介して絶縁基板の裏面に形成された導電性膜と導
通しているために、この導電性膜を電極として機能させ
ることができ、あるいはこの導電性膜に電極を形成すれ
ばよいこととなる。また、積層部の最表層に対する電極
形成は従前通り行うことができる。したがって、半導体
発光素子の上下両面に電極を形成したのと同様な構成に
できることとなる。
【００１３】その結果、リードフレームなどへのボンデ
ィングを行う場合には、絶縁基板の裏面側の導電性膜を
リードに対して導電接着させることにより、この導電性
膜にコンタクトホールを介して導通する一方の半導体層
への電気配線接続が行えることとなって、ワイヤボンデ
ィングなどのボンディング作業工程の簡素化が図れ、発
光ランプを製造する際の製造効率を向上させることがで
きるという格別な効果が得られる。
【００１４】しかも、このようなボンディング作業は、
上下両面に電極を配置した構造の半導体発光素子につい
てボンディングを行う場合の作業工程と同様であるため
に、発光ランプを製造する場合には、上下両面に電極を
形成した半導体発光素子についての生産ラインをそのま
ま利用することが可能となる。したがって、従来とは異
なり、絶縁基板を用いた半導体発光素子専用の生産ライ
ンを別途準備するような必要もなくなり、設備コストを
大幅に低減することができるという効果も得られる。
【００１５】また、請求項１に記載した発明では、電極
形成用のスペースを確保する必要性から発光層の一部を
エッチングし、除去する必要はない。したがって、従来
に比較して、発光層の面積を大きくとることができるこ
とにより、発光層の発光強度を強めることができ、高い
発光輝度が得られるという優れた効果も得られる。
【００１６】請求項２に記載の発明においては、絶縁基
板の表面上に所定の積層部を形成した後に、その積層部
のうち最下層のｎ型またはｐ型の半導体層の形成位置か
ら絶縁基板の裏面にわたってスルーホールを形成し、そ
の後上記絶縁基板の裏面側へ導電性物質を堆積付着させ
るために、コンタクトホールの形成と絶縁基板の裏面へ
の導電性膜の形成とを同時に行うことができる。すなわ
ち、一部の導電性物質が絶縁基板の裏面に形成されたス
ルーホール内に順次充填されてゆくことによりコンタク
トホールが形成されると同時に、他の導電性物質は絶縁
基板の裏面に順次堆積付着し、上記コンタクトホールと
導通した導電性膜が形成されることとなる。したがっ
て、請求項１に記載の半導体発光素子を、簡易な製造工
程によって適切に製造することができる。
【００１７】
【実施例の説明】以下、本願発明の好ましい実施例を、
図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００１８】図１は、本願発明に係る半導体発光素子の
一例を示す断面図である。
【００１９】図１に示す半導体発光素子１は、青色発光
ＬＥＤとして構成されたものであり、絶縁基板としての
サファイア基板２の表面に、ｎ型半導体層３、発光層
４、およびｐ型半導体層５からなる積層部６を形成した
ものである。また、サファイア基板２の裏面には導電性
膜８が形成されているとともに、このサファイア基板２
には、その裏面から上記積層部６の最下層のｎ型半導体
層３の形成位置にわたってコンタクトホール７が形成さ
れている。
【００２０】上記ｎ型半導体層３は、サファイア基板２
の表面上に成長させた窒化ガリウムなどのバッファ層９
上に形成されており、ｎ型ＧａＮ層３１、およびｎ型Ａ
ｌＧａＮ層３２（Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ）によって形成さ
れている。上記発光層４は、たとえばＩｎＧａＮ層（Ｉ
ｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ）によって形成されている。また、ｐ
型半導体層５は、ｐ型ＡｌＧａＮ層５１（Ａｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ｎ）、およびｐ型ＧａＮ層５２によって形成されて
いる。このｐ型ＧａＮ層５２の表面には、たとえばＴ
ｉ，Ａｕ，Ｎｉなどの電極１０が形成されている。
【００２１】上記コンタクトホール７は、サファイア基
板２の裏面からこのサファイア基板２およびバッファ層
９を貫通し、積層部６の最下層のｎ型ＧａＮ層３１に到
達するように形成されたスルーホール７０内に、導電性
物質ｍが充填されて構成されている。この導電性物質ｍ
の具体例としては、たとえば燐（Ｐ）の拡散処理がなさ
れることにより導電性が具備されたポリシリコンが適用
される。
【００２２】上記導電性膜８は、サファイア基板２の裏
面の全面に形成されているが、この導電性膜８は、上記
コンタクトホール７を形成する導電性物質ｍと同一物質
ｍによって形成することができ、その具体例としては既
述した燐が拡散されたポリシリコンが適用される。この
導電性膜８は、上記コンタクトホール７と導通するよう
に設けられており、このコンタクトホール７を介して上
記ｎ型ＧａＮ層３１に導通している。
【００２３】次に、上記構成の半導体発光素子１の製造
方法の一例について説明する。
【００２４】まず、図２（ａ）に示すように、サファイ
ア基板２の表面上に、所定のバッファ層９、ｎ型半導体
層３、発光層４、およびｐ型半導体層５を形成するが、
これは従来既知の有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ
法）によって、上述した各成分の単結晶を順次成長させ
ることにより行うことができる。なお、ｐ型半導体層５
の最表層には電極１０を形成するが、この電極１０の形
成時期は特に限定されず、積層部６を形成した後であれ
ば、いつでもよい。
【００２５】次いで、上記作業工程が終了した後には、
図２（ｂ）に示すように、サファイア基板２の裏面側か
らｎ型ＧａＮ層３１の下面側の位置までスルーホール７
０を形成する。このスルーホール７０は、エッチング処
理によって形成することが可能であり、その具体的な内
径寸法などは問わない。また、形成個数も問わず、たと
えばこのスルーホール７０を複数箇所設けてもよい。さ
らに、このスルーホール７０がｎ型ＧａＮ層３１の上側
に位置するｎ型ＡｌＧａＮ層３２に到達しない限りにお
いて、ｎ型ＧａＮ層３１が多少浸食される状態に形成さ
れていても構わない。
【００２６】上記のようにしてスルーホール７０を形成
した後には、その後図２（ｃ）に示すように、多結晶体
としてのポリシリコンを、たとえば低圧ＣＶＤ法によっ
てサファイア基板２の裏面側へ順次堆積付着させる。こ
の場合、ポリシリコンに予め燐（Ｐ）を拡散処理させて
いてもよいし、ポリシリコンと同時に燐（Ｐ）をＣＶＤ
法によって所望の比率で混合堆積させるようにしてもよ
い。これにより、図１で示したように、上記スルーホー
ル７０内にはポリシリコンの結晶体を充填させることが
でき、コンタクトホール７を形成する構成することがで
きる。また、これと同時に、サファイア基板２の裏面に
は、ポリシリコンを成膜させることができ、コンタクト
ホール７に導通した導電性膜８を形成することができ
る。したがって、図１で示した半導体発光素子１を適切
に製造することができる。
【００２７】なお、上記一連の製造作業は、ウエハに対
して行われ、上記のようにして半導体発光素子１を製造
した後には、ダイシングにより、たとえば平面矢視にお
いて一辺が０．５ｍｍ程度の正方形状のチップに分割さ
れる。
【００２８】以上のようにして製造された半導体発光素
子１は、積層部６の最表層に電極１０が形成されている
他、サファイア基板２の裏面側には、積層部６の最下層
のｎ型ＧａＮ層３１に導通した導電性膜８が形成されて
いる。したがって、この半導体発光素子１を用いて発光
ランプを製造する場合には、図４および図５において説
明したのと同様な簡易な作業工程によってリードフレー
ムへのボンディングを行うことができる。すなわち、サ
ファイア基板２の裏面の導電性膜８をリードフレームに
対して導電性接着剤を用いて接着すれば、もはやｎ型Ｇ
ａＮ層３１に対してのワイヤボンディングを行う必要は
ない。したがって、金線を用いたワイヤボンディング
は、電極１０に対してのみ行えばよく、ボンディング作
業が容易化される。
【００２９】また、このような半導体発光素子１のボン
ディング作業工程は、実質的には図４および図５におい
て説明したボンディング作業工程と同一であるから、こ
の半導体発光素子１を部品とする青色発光ランプの製造
は、図４に示した半導体発光素子を部品とする発光ラン
プの製造装置を利用して行うことが可能となる。この半
導体発光素子１のボンディング作業を行うための装置と
して、特別仕様の製造設備を別途準備する必要はない。
【００３０】さらに、この半導体発光素子１において
は、電極１０と導電性膜８との両者間に電圧を印加して
電流供給を行うことにより、発光層４を青色に発光させ
ることができるが、この発光層４にはエッチング処理な
どが施されておらず、その面積はサファイア基板２やｎ
型半導体層３などに比較して何ら狭まっていない。した
がって、発光層４の面積が大きい分だけその発光強度を
強くでき、高い発光輝度が得られることとなる。青色の
発光ＬＥＤについては、従来において高い発光輝度を得
ることが技術的に難しいものとされていたが、発光層４
の面積を大きくすることにより発光輝度を高めることが
でき、そのような難点の解消にも役立つ効果が得られ
る。
【００３１】なお、上記実施例では、発光層４に一切エ
ッチングを施さず、半導体発光素子１の発光面積を最大
限に確保した場合を一例として説明したが、本願発明は
必ずしもこれに限定されない。本願発明では、たとえば
図３に示すように、積層部６の一部の領域Ｂａをエッチ
ングによって除去し、コンタクトホール７がサファイア
基板２の裏面からｎ型ＧａＮ層３１の表面側へ貫通する
ように形成してもよい。この場合には、発光層４の面積
が減少し、発光輝度が多少は低下するものの、従来とは
異なりｎ型ＧａＮ層３１の表面にはやはり電極を設ける
必要はない。すなわち、上記エッチングを行う領域Ｂａ
は、実際には非常に小さい領域で足りる。したがって、
発光層４の面積を大幅に狭めるようなことは回避でき、
発光層４における発光強度をやはり従来よりも強くする
ことができ、本願発明の目的を達成可能である。
【００３２】また、上記実施例では、青色発光ＬＥＤを
一例として説明したが、本願発明は必ずしもこれに限定
されない。本願発明は絶縁基板を用いるタイプの半導体
発光素子の全てに適用可能である。したがって、ｎ型半
導体層、発光層、およびｐ型半導体層などの具体的な材
質なども限定されない。本願発明に係る半導体発光素子
の各部の具体的な構成は種々に設計変更自在であり、ま
たその具体的な製造方法も種々に変更自在である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る半導体発光素子の一例を示す断
面図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は図１に示す半導体発光素子の
製造方法の一例を示す断面図。
【図３】本願発明に係る半導体発光素子の他の例を示す
断面図。
【図４】従来の半導体発光素子の一例を示す断面図。
【図５】図４に示す半導体発光素子のボンディング作業
の一例を示す説明図。
【図６】従来の半導体発光素子の他の例を示す断面図。
【図７】図６に示す半導体発光素子のボンディング作業
の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１ 半導体発光素子 ２ サファイア基板（絶縁基板） ３ ｎ型半導体層 ４ 発光層 ５ ｐ型半導体層 ６ 積層部 ７ コンタクトホール ８ 導電性膜 ７０ スルーホール ｍ 導電性物質

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 絶縁基板の表面上に、ｎ型半導体層、発
    光層、およびｐ型半導体層から構成される積層部が形成
    されている半導体発光素子において、 上記絶縁基板には、上記積層部のうち最下層のｎ型また
    はｐ型の半導体層の形成位置から絶縁基板の裏面にわた
    って形成されたスルーホール内に導電性物質が充填され
    たコンタクトホールが形成され、かつ、 上記絶縁基板の裏面には、上記コンタクトホールを介し
    て上記最下層の半導体層に導通する導電性膜が形成され
    ていることを特徴とする、半導体発光素子。
  2. 【請求項２】 絶縁基板の表面上に、ｎ型半導体層、発
    光層、およびｐ型半導体層から構成される積層部を形成
    した後に、 上記絶縁基板には、上記積層部のうち最下層のｎ型また
    はｐ型の半導体層の形成位置から絶縁基板の裏面にわた
    ってスルーホールを形成し、 その後上記絶縁基板の裏面側へ導電性物質を堆積付着さ
    せることにより、上記スルーホール内へ導電性物質を充
    填させてコンタクトホールを形成するとともに、上記絶
    縁基板の裏面に導電性膜を形成することを特徴とする、
    半導体発光素子の製造方法。
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