JPH10173234A

JPH10173234A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JPH10173234A
Application number: JP34270596A
Authority: JP
Inventors: Hisayoshi Kato; 久喜加藤; Atsuo Hirano; 敦雄平野
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 1998-06-26
Anticipated expiration: 2016-12-05
Also published as: JP3412433B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】電極による遮光の影響をできる限り小さく
し、発光素子から放出される光を効率よく利用できる半
導体発光素子を提供する。【解決手段】ｎ型の第１の半導体層３において相交わ
る二辺に挟まれるようにｎ電極６が配置され、第１の半
導体層の上に形成されたｐ型の第２の半導体層５におい
て相交わる二辺に挟まれるようにｐ電極８が配置され、
かつｎ電極とｐ電極が同じ上面（発光面）側に形成され
ている平面視で実質的に四角形の半導体発光素子におい
て、平面から視たときｎ電極６を四角形としかつｐ電極
８を円形とする。このようにすると、ｎ電極を円形とし
かつｐ電極を円形とした場合に比べて、発光面が広くな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は半導体発光素子に
関する。更に詳しくは、半導体発光素子の電極の構成に
関する。

【０００２】

【従来の技術】Ａｌ_XＩｎ_YＧａ_1ーXーYＮ（Ｘ＝０、Ｙ＝
０、Ｘ＝Ｙ＝０を含む）から形成される３族窒化物半導
体は直接遷移型であるので発光効率が高くかつ光の３原
色の１つである青色を発光することから、発光素子、例
えば発光ダイオードの形成材料として昨今特に注目を集
めている。

【０００３】発光素子を構成する上記３族窒化物半導体
は、一般的に絶縁性のサファイア基板の上に形成され
る。従って、基板側から電極を取り出すことができず、
半導体層を形成した面側に一対の電極が形成されること
となる。このように構成された発光素子は、そのチップ
サイズを小さくできる見地から、基板を下側にしてリー
ドフレームなどの反射板に取り付けられる。そして、上
面に配置された一対の電極、即ちｎ電極及びｐ電極上と
にそれぞれワイヤーボンディングが施される。また、特
開平６ー３３８６３２号公報にて提案された発明で開示
される電極構成によれば、ｎ電極は平面から視て円形で
あり、ｐ電極は平面から視て正方形である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、昨今で
は、半導体発光素子の高集積化、即ちチップサイズをよ
り小さくすることが要求されている。一方、ワイヤーボ
ンディングを確実に行うためには、電極に一定の大きさ
（例えば、円形の電極では直径１００μm以上、正方形
の電極では一辺１００μm以上）が要求される。従っ
て、発光素子のチップサイズを小さくすると、電極の配
置による発光面（チップ上面から電極形成部分を除いた
部分）の減少が大きくなる。

【０００５】さらにｎ電極とｐ電極の形状を異ならせ、
ボンディング時に、予めワーク表面のイメージを取得
し、このイメージを画像処理して、各電極の種別及び位
置を認識する必要もある。

【０００６】そこでこの発明は、電極による発光面の減
少の影響をできる限り小さくし、発光素子の発光面を効
率よく配置できる半導体発光素子を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するものであり、その構成は、ｎ型の第１の半導体層
において相交わる二辺に挟まれるようにｎ電極が配置さ
れ、前記第１の半導体層の上に形成されたｐ型の第２の
半導体層において相交わる二辺に挟まれるようにｐ電極
が配置され、かつ前記ｎ電極とｐ電極は同一面側に形成
されている平面視で実質的に四角形の半導体発光素子に
おいて、前記ｎ電極はその平面視で実質的に四角形であ
り、前記ｐ電極はその平面視で実質的に円形である、こ
とを特徴とする。

【０００８】更にこの発明の他の局面によれば、前記ｎ
電極において前記ｐ電極に対向する頂点が面取りされて
いる。

【０００９】

【発明の作用・効果】上記この発明の第１の局面によれ
ば、ｎ電極を四角形、ｐ電極を円形とすることにより、
従来例のようにｎ電極を円形、ｐ電極を四角形とした場
合に比べて、発光面を効率よく配置することができる。

【００１０】上記この発明の第２の局面によれば、四角
形のｎ電極においてｐ電極に対向する頂点が面取りされ
ているので、発光面が増大する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を実
施例に基づき図面を参照して説明する。図１はこの発明
の実施例の発光ダイオード１０の平面図であり、図２は
図１におけるII-II線断面図である。この発光ダイオー
ド１０はサファイア基板１の上に、バッファ層２、ｎ型
の第１の半導体層３、超格子構造の発光層４、ｐ型の第
２の半導体層５を順次積層した構成である。半導体層３
ないし５はＡｌ_XＩｎ_YＧａ_1ーXーYＮ（Ｘ＝０、Ｙ＝０、
Ｘ＝Ｙ＝０を含む）で形成される。

【００１２】各半導体層の具体的なスペックは次の通り
である。バッファ層２：ＡｌＮ（５０ｎｍ）ｎ層３：ＳｉドープＧａＮ、（２２００ｎｍ）発光層４：量子井戸層；Ｉｎ_0.16Ｇａ_0.84Ｎ（３．５ｎｍ）バリア層；ＧａＮ（３．５ｎｍ）量子井戸層及びバリア層の繰り返し数；５ｐ層５：ＭｇドープＧａＮ（７５ｎｍ）

【００１３】上記において、ｎ型の半導体層３は発光層
側の低電子濃度ｎ層とバッファ層側の高電子濃度ｎ⁺層
とからなる２層構造とすることができる。発光層４は図
２に示した超格子構造のものに限定されず、シングルへ
テロ型、ダブルへテロ型のものなどを用いることができ
る。発光層４とｐ型の第２の半導体層５との間にマグネ
シウム等のアクセプタをドープしたバンドギャップの広
いＡｌ_XＩｎ_YＧａ_1-X-YＮ（X=0,Y=0,X=Y=0を含む）層を
介在させることができる。これは発光層４中に注入され
た電子がｐ型の半導体層５に拡散するのを防止するため
である。ｐ型の半導体層５を発光層側の低ホール濃度ｐ
層と電極側のの高ホール濃度ｐ⁺層とからなる２層構造
とすることができる。

【００１４】基板１上の半導体層２〜５は有機金属化合
物気相成長法（以下、「ＭＯＶＰＥ法」という。）で形
成される。この成長法においては、アンモニアガスとII
I族元素のアルキル化合物ガス、例えばトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ)、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）や
トリメチルインジウム（ＴＭＩ）とを適当な温度に加熱
された基板上に供給して熱分解反応させ、もって所望の
結晶を基板の上に成長させる。ＭＯＶＰＥ法を用いたこ
れら半導体層の形成方法は周知であるのでその具体的な
条件の説明は省略する。詳しくは、特開平８ー９７４７
１号公報等を参照されたい。

【００１５】上記の様にして得た半導体層構造物に反応
性イオンエッチングを施してｎ電極を形成する面及びダ
イシングのための切り代１５を形成する。この実施例の
発光ダイオードの有効部分（切り代１５を除いた部分）
は平面から視て一辺が３００μmの正方形である。な
お、切り代１５には２０μmの幅を持たせてある。

【００１６】その後、Ａｌ（アルミニウム）を蒸着して
ｎ電極６を一辺が１２０μmの実質的な正方形に形成す
る。ｎ電極６の厚さは１．５μmである。なお、Ａｌを
蒸着する前に下地層としてＶ（バナジウム）、Ｎｂ（ニ
オブ）、Ｚｒ（ジルコニア）及びＣｒ（クロム）等を蒸
着させておくこともできる。ｎ電極６とエッチング壁面
との間には１０μm幅の第１のクリアランス１１を設け
る。また、ｎ電極６はその頂点（図では左上頂点）が素
子の有効部分の頂点と実質的に一致するように配置され
る。これは、ｎ電極６により減少する発光面の面積を可
及的に小さくするためである。ｎ電極６は切り代部分１
５へ多少はみ出していてもかまわない。ｎ電極６の形状
は、実施例に示した平面視正方形のものに限定されず、
長方形、平行四辺形、菱形などを採用することができ
る。

【００１７】次に、ｐ型の第２の半導体層５上へ透光性
電極７を１０nmの厚さに蒸着する。なお、透光性電極７
とエッチング壁面との間に１０μm幅の第２のクリアラ
ンス１２が設けられている。

【００１８】そして、透光性電極７の上へ平面から視て
直径１２０μmの実質的に円形なｐ電極８を蒸着する。
ｐ電極８の厚さは１．５μmである。ｐ電極８はその円
周部分が素子を平面から視たとき連続する二辺に内接す
るように設けられている。この二辺は同様に素子を平面
から視たときｎ電極６を挟む二辺と異なるものとするこ
とが好ましい。両者の間隔を可及的に大きくしてボンデ
ィング作業を容易にするためである。

【００１９】このｐ電極８と透光性電極７とは同一の金
属材料で形成されることが好ましい。この実施例ではＡ
ｕ（金）によりこれらを形成したが、その他にＰｔ（白
金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ
（コバルト）及びこれらを含む合金を用いることができ
る。

【００２０】このようにして半導体層の上にｎ電極及び
ｐ電極の形成材料を蒸着させ、熱処理をして各電極とす
る。その後、半導体ウエハを素子毎に切り分けて、所望
の発光ダイオードとする。この実施例の発光ダイオード
は５２０ｎｍにピーク波長を持つものとなる。

【００２１】上記のようにして得た実施例の発光ダイオ
ード１０（即ち、３００μm□の有効面積、１２０μm□
の正方形ｎ電極６、及び１２０μmφの円形ｐ電極８）
によれば、その発光面、即ち透光性電極（図のハッチン
グ部分）の面積は約５９，１００μm²となる。

【００２２】一方、図３に示すように、平面から視て、
ｎ電極６０が円形、ｐ電極８０が正方形である比較例の
場合（他の構成は図１の発光ダイオード１０と同一であ
る。）の発光面の面積は約５８，４００μm² である。
なお、図３に示す素子１００においても第１のクリアラ
ンス１１０及び第２のクリアランス１２０の幅はそれぞ
れ１０μmである。

【００２３】上記の結果から、実施例の発光ダイオード
１０によれば、比較例のそれ比べて、発光面が約１％増
大することがわかる。

【００２４】図４には第２の実施例の発光ダイオード２
０が示される。なお、図１と同一の部材には同一の図符
号を付してその説明を部分的に省略する。この発光ダイ
オード２０によれば、ｎ電極２６においてｐ電極８に対
向する頂点が面取り（若しくはＲ付け）されている。こ
の実施例では、面取りの長さは頂点からそれぞれ１５μ
mである。即ち、図における斜辺２７の長さは（１５²＋
１５²）^1/2 ＝約２１μmである。なおこの面取りは、ボ
ンディング作業時の画像処理において、ｎ電極の認識に
エラーが生じないようしなければならない。従って、面
取りの長さは、ｎ電極の一辺の長さの３０％以下とする
ことが好ましい。

【００２５】かかる発光ダイオード２０によれば、その
発光面の面積は約５９，５００μm²となる。したがっ
て、図３に示した比較例と比べると、その発光面積が約
２％増大することとなる。ちなみに、第３図に示すｐ電
極８０を同様に面取りした場合、発光面の面積は１００
μm²（約０．２％）しか上昇しない。

【００２６】図５及び図６には他の実施例の発光ダイオ
ード１２０を示す。以前の実施例と同一の部材には同一
の図符号を付してその説明を省略する。この実施例に示
すタイプの発光ダイオードは、図６に示すように、切り
代１１５にダイオードのｎ型の第１の半導体層３、発光
層４及びｐ型の第２の半導体層５が含まれており、これ
らの層によウォール１５０が形成される。

【００２７】即ち、反応性イオンエッチングにより半導
体層３ないし５に凹部を形成し、この凹部の内側にｎ電
極１２６を形成する。換言すれば、ｎ型の第１の半導体
層３において連続する２辺から間隔をあけて、かつこれ
らに挟まれるようにしてｎ電極１２６は配置される。

【００２８】ｎ電極１２６とエッチング壁面との間の第
１のクリアランス１２１はｎ電極１２６の全周に渡り実
質的に同じ幅（１０μm）である。

【００２９】この実施例ではｎ電極１２６として、平面
から視たときｐ電極１２８に対向する頂点の面取りされ
た一辺が１１５μmのものを用いた。面取りの長さは頂
点からそれぞれ１５μmである。また、ｐ電極１２８に
は、平面から視たとき、直径１１５μmの円形のものを
用いた。

【００３０】透光性電極１２７の縦横の最長辺の長さを
図５に示すとおりそれぞれ３００μmとしたとき、透光
性電極１２７の面積、即ち発光面の面積は約５９，００
０μm²となる。

【００３１】一方、比較例として図７に示すとおり、ｎ
電極２６０とｐ電極２８０の形状をそれぞれ平面視で円
形（１１５μmφ）及び面取りのある正方形（１１５μm
□）としたときの発光ダイオード２００の透光性電極２
７０の面積は約５８，７００μm² となる。なお、図７
において、符号２１５は切り代、符号２２１及び２２２
は第１及び第２のクリアランス、符号２５０はウォール
である。

【００３２】従って、図５に示す発光ダイオード１２０
では図７に示す比較例の発光ダイオード２００に比べて
発光面の面積が約０．５％増大することとなる。

【００３３】上記の各実施例において、３族窒化物以外
の、例えばＧａＡｓ系半導体、半導体からなる発光素子
であれば、透光性電極は不要である。

【００３４】この発明は上記発明の実施の形態及び実施
例の記載に何ら限定されるものではなく、特許請求の範
囲を逸脱しない範囲で当業者が想到し得る種々の変形態
様を包含する。

【００３５】以下の事項を開示する。 (1) ｎ型の第１の半導体層において対向する頂点を結
ぶ線上であって、かつ中心部からずれた位置にｎ電極が
配置され、前記第１の半導体層の上に形成されたｐ型の
第２の半導体層において対向する頂点を結ぶ線上であっ
て、かつ中心部からずれた位置にｐ電極が配置され、か
つ前記ｎ電極とｐ電極は同一面側に形成されている平面
視で実質的に四角形の半導体発光素子において、前記ｎ
電極はその平面視で実質的に四角形であり、前記ｐ電極
はその平面視で実質的に円形である、ことを特徴とする
半導体発光素子。

【００３６】(2) ｎ型の第１の半導体層において連続
する二辺に挟まれるようにｎ電極が配置され、前記第１
の半導体層の上に形成されたｐ型の第２の半導体層にお
いて連続する二辺に挟まれるようにｐ電極が配置され、
かつ前記ｎ電極とｐ電極は同一面側に形成されている平
面視で実質的に四角形の半導体発光素子において、前記
ｎ電極はその平面視で実質的に四角形であり、前記ｐ電
極はその平面視で実質的に円形である、ことを特徴とす
る半導体発光素子。

【００３７】(3) 前記ｎ電極は前記連続する二辺から
間隔をとって配置されていることを特徴とする(2)に記
載の半導体発光素子。

【００３８】(4) 前記ｎ電極において前記ｐ電極に対
向する頂点が面取りされていることを特徴とする(1)な
いし(3)のいずれかに記載の半導体発光素子。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の実施例の発光ダイオードの平
面図である。

【図２】図２は同発光ダイオードの断面図（図１におい
てII-II線で示す）である。

【図３】図３は比較例の発光ダイオードの平面図であ
る。

【図４】図４はこの発明の他の実施例の発光ダイオード
の平面図である。

【図５】図５はこの発明の他の実施例の発光ダイオード
の平面図である。

【図６】図６は同発光ダイオードの断面図（図５におい
てVI-VI線で示す）である。

【図７】図７は比較例の発光ダイオードの平面図であ
る。

【符号の説明】

１基板３ｎ型の半導体層４発光層５ｐ型の半導体層６、２６、６０、１２６、２６０ｎ電極８、２８、８０、１２８、２８０ｐ電極７、７０、１２７、２７０透光性電極１０、２０、１００、１２０、２００発光ダイオード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｎ型の第１の半導体層において相交わる
二辺に挟まれるようにｎ電極が配置され、前記第１の半
導体層の上に形成されたｐ型の第２の半導体層において
相交わる二辺に挟まれるようにｐ電極が配置され、かつ
前記ｎ電極とｐ電極は同一面側に形成されている平面視
で実質的な四角形の半導体発光素子において、前記ｎ電極はその平面視で実質的に四角形であり、前記ｐ電極はその平面視で実質的に円形である、ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】前記ｎ電極において前記ｐ電極に対向す
る頂点が面取りされていることを特徴とする請求項１に
記載の半導体発光素子。