JPH10209496A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JPH10209496A
JPH10209496A JP1122597A JP1122597A JPH10209496A JP H10209496 A JPH10209496 A JP H10209496A JP 1122597 A JP1122597 A JP 1122597A JP 1122597 A JP1122597 A JP 1122597A JP H10209496 A JPH10209496 A JP H10209496A
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electrode
semiconductor
light emitting
layer
led chip
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JP1122597A
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Takeshi Tsutsui
毅 筒井
Shunji Nakada
俊次 中田
Yukio Shakuda
幸男 尺田
Masayuki Sonobe
雅之 園部
Norikazu Ito
範和 伊藤
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 同一面側に一対の電極が設けられるＬＥＤチ
ップに、容易に自動的にワイヤボンディングを行うこと
ができると共に、外部への光の取出し効率を低下させな
い電極構造を有する半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 基板１と、該基板上に発光層を形成すべ
く半導体が積層される半導体積層部１０と、該半導体積
層部の表面側の第１導電形の半導体層（ｐ形層５）に接
続して設けられる第１の電極（ｐ側電極８）と、前記半
導体積層部の一部がエッチングにより除去されて露出す
る第２導電形の半導体層（ｎ形層３）に接続して設けら
れる第２の電極（ｎ側電極９）とからＬＥＤチップが形
成され、前記第１または第２の電極の一方が前記発光素
子チップの平面形状の中心部に設けられ、他方の電極
が、前記中心部と同心で、かつ、ワイヤボンディングが
される幅を有すると共に同じ幅で前記一方の電極の周囲
全周に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は基板上に半導体層が
積層され、積層される半導体層の表面側にｐ側およびｎ
側の両電極が形成される半導体発光素子に関する。さら
に詳しくは、両電極にワイヤボンディングをする場合
に、自動機で行っても間違いなく容易に行うことができ
るように電極が設けられると共に、外部への光の取出し
効率を低下させない半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】たとえば青色系の半導体発光素子は、図
３にその発光素子チップ（以下、ＬＥＤチップという）
の一例の概略図が示されるように、サファイアからなる
絶縁性の基板２１上にチッ化ガリウム系化合物半導体層
が積層されて、その表面側にｐ側電極２８およびｎ側電
極２９の両方が設けられることにより形成されている。
すなわち、ウェハ状のサファイア基板２１上にたとえば
ｎ形のＧａＮがエピタキシャル成長されたｎ形層（クラ
ッド層）２３と、バンドギャップエネルギーがクラッド
層のそれよりも小さくなる材料、たとえばＩｎＧａＮ系
（ＩｎとＧａの比率が種々変わり得ることを意味する、
以下同じ）化合物半導体からなる活性層２４と、ｐ形の
ＧａＮからなるｐ形層（クラッド層）２５とが積層さ
れ、その表面のｐ形層２５に電気的に接続してｐ側電極
２８が、積層された半導体層の一部がエッチングされて
露出するｎ形層２３と電気的に接続してｎ側電極２９が
設けられることにより、ＬＥＤチップ２０が形成されて
いる。
【０００３】このＬＥＤチップ２０がたとえば図４に断
面図およびその拡大平面図が示されるように、第１のリ
ード１１の先端部の湾曲部内にダイボンディングされ、
ｎ側電極２９が第１のリード１１の先端部の突出部１１
ａと、ｐ側電極２８が第２のリード１２の先端部とそれ
ぞれ金線１３によりワイヤボンディングされ、その周囲
が発光層で発光する光を透過させる樹脂で被覆されて樹
脂パッケージ１４が形成されることにより、発光ランプ
が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＬＥＤチップ
の電極の形成が前述の構造であると、図５（ａ）に示さ
れるように、ＬＥＤチップ２０が第１のリード１１の先
端にマウントされ、ワイヤボンディングされるときに、
ｎ側電極２９とｐ側電極２８とがリード１１、１２側の
ボンディングされる位置Ｌと同列にない。そのため、Ｌ
ＥＤチップ２０のｐ側電極２８およびｎ側電極２９の位
置をそれぞれｘ座標、ｙ座標の両方で認識してワイヤボ
ンディングをしなければならず（ｘ方向、ｙ方向の両方
向に移動させなければならない）、時間を要する。ま
た、図５（ｂ）に示されるようにＬＥＤチップ２０がマ
ウントされる場合には、ワイヤボンディングの金線がク
ロスすることになり、ワイヤボンディングをすることが
できない。
【０００５】一方、特開平８−２５０７７０号公報や特
開平７−３０１５３号公報には、図６（ａ）〜（ｃ）に
示されるように、一方の電極２９の周囲にほぼ全面に亘
って他方の電極２８が設けられるものも開示されている
が、図６（ａ）に示される構造のものでは、ＬＥＤチッ
プの外形が４角形状で電極の内周が円形であるため、Ｌ
ＥＤチップの各辺の中心部では外側の電極２８の幅が狭
く、ワイヤボンディングはチップの角部で行わなければ
ならない。また、図６（ｂ）に示される構造のものは、
外側の電極２８がチップの中心から一定の距離のところ
になく、ＬＥＤチップが回転してマウントされたとき、
内側の電極２９と外側の電極２８とが一定距離になら
ず、自動的にワイヤボンディングをすることができな
い。さらに、図６（ｃ）に示される構造では、発光面が
殆ど電極２８で覆われることになり、外部への光の取出
し効率が低下する。なお、図３と同じ部分には同じ符号
を付してその説明を省略する。
【０００６】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、同一面側に一対の電極が設けられ、
両電極にワイヤボンディングされる場合に、ＬＥＤチッ
プが回転してマウントされても、容易に自動的にワイヤ
ボンディングを行うことができると共に、外部への光の
取出し効率を低下させない電極構造を有する半導体発光
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】本発明による半導体発光
素子は、基板と、該基板上に発光層を形成すべく半導体
が積層される半導体積層部と、該半導体積層部の表面側
の第１導電形の半導体層に接続して設けられる第１の電
極と、前記半導体積層部の一部がエッチングにより除去
されて露出する第２導電形の半導体層に接続して設けら
れる第２の電極とから発光素子チップが形成され、前記
第１または第２の電極の一方が前記発光素子チップの平
面形状の中心部に設けられ、他方の電極が、前記中心部
と同心で、かつ、ワイヤボンディングがされる幅を有す
ると共に同じ幅で前記一方の電極の周囲全周に設けられ
ている。
【０００８】ここに第１導電形および第２導電形とは、
半導体の極性のｎ形およびｐ形のいずれか一方を第１導
電形としたとき、他方のｐ形またはｎ形が第２導電形で
あることを意味する。
【０００９】この構造にすることにより、ＬＥＤチップ
をリードなどの先端にマウントし、ＬＥＤチップの両電
極と２本のリードとがワイヤボンディングにより接続さ
れる場合に、ＬＥＤチップがどの向きに（回転して）マ
ウントされても、一方の電極はその中心部に存在し、他
方の電極はその中心部から常に一定の距離のところに存
在し、しかも２本のリードとＬＥＤチップのそれぞれの
ワイヤボンディング部分を一直線上にすることができる
ため、機械的にワイヤボンディングをすることができ
る。
【００１０】前記他方の電極の幅が５０〜１５０μｍで
あることが、ワイヤボンディングを確実に行うことがで
きると共に、光の遮断を最小限に抑えることができ、外
部への光の取出し効率を向上させることができるため好
ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の半導体発光素子について説明をする。図１には、た
とえば青色系の発光に適するチッ化ガリウム系化合物半
導体が積層された本発明の半導体発光素子のチップの断
面および平面の説明図が示されている。ここにチッ化ガ
リウム系化合物半導体とは、III 族元素のＧａとＶ族元
素のＮとの化合物またはIII 族元素のＧａの一部がＡ
ｌ、Ｉｎなどの他のIII 族元素と置換したものおよび／
またはＶ族元素のＮの一部がＰ、Ａｓなどの他のＶ族元
素と置換した化合物からなる半導体をいう。
【００１２】本発明の半導体発光素子は、たとえば図１
に示されるように、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 単結晶）な
どからなる絶縁性の基板１の表面に発光層を形成する半
導体積層部１０が形成されて、その表面側の第１導電形
の半導体層（ｐ形層５）に、図示しない電流拡散層を介
してｐ側電極（第１の電極）８が電気的に接続されてい
る。また、半導体積層部１０の一部が除去されて露出す
る第２導電形の半導体層（ｎ形層３）に電気的に接続さ
れるようにｎ側電極（第２の電極）９が電気的に接続さ
れている。本発明では、図１（ｂ）に平面図が示される
ように、ＬＥＤチップの中心部に半導体積層部１０が円
柱状に残存するようにその周囲がエッチングされ、その
残存した円柱状の半導体積層部１０の中心部にｐ側電極
８が設けられている。そして、半導体積層部１０の周囲
のエッチングにより露出したｎ形層３の表面にＬＥＤチ
ップの中心（半導体積層部１０の中心）部と同心で、ワ
イヤボンディングをすることができる一定の幅Ｂでリン
グ状にｎ側電極９が形成されていることに特徴がある。
その結果、ｐ側電極８の中心とｎ側電極９との距離は常
に一定となる。
【００１３】このような形状のＬＥＤチップを形成する
には、ウェハ状のサファイア基板１に半導体層を積層し
て半導体積層部１０および図示しない電流拡散層を形成
した後に、その表面にレジスト膜を設け、ＬＥＤチップ
の中心部に円形状に残存するようにパターニングをし、
半導体積層部１０をエッチングをすることによりチップ
の中心部に半導体積層部１０を円柱状に残存させること
ができる。電極の形成も同様にマスクのパターニングに
より、所望の形状に形成することができる。その結果、
従来の製造工程と同じ工程で、マスクのパターニング形
状を変えるだけで、図１に示されるような構造のＬＥＤ
チップが得られる。
【００１４】このエッチングの形状は、たとえばＬＥＤ
チップの一辺の長さＤが約６００μｍ程度、円柱状の半
導体積層部１０の外径Ｃが約３６０μｍ程度、ｐ側電極
８の直径Ａが約１００μｍ程度、ｎ側電極９の幅Ｂが１
００μｍ程度に形成される。この程度の寸法で形成する
ことにより、従来のチップの一辺が数百μｍ角程度より
若干大きくなるが、従来以上の輝度が得られる。
【００１５】半導体積層部１０は、たとえばＧａＮから
なる低温バッファ層、クラッド層となるｎ形のＧａＮお
よび／またはＡｌＧａＮ系（ＡｌとＧａの比率が種々変
わり得ることを意味する、以下同じ）化合物半導体の積
層構造からなるｎ形層３、バンドギャップエネルギーが
クラッド層のそれよりも小さくなる材料、たとえばＩｎ
ＧａＮ系化合物半導体からなる活性層４、およびｐ形の
ＡｌＧａＮ系化合物半導体層および／またはＧａＮ層か
らなるｐ形層（クラッド層）５が、基板１上にそれぞれ
順次積層されることにより構成されている。
【００１６】この半導体発光素子を製造するには、たと
えば有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、
反応ガスおよび必要なドーパントガスを導入してｎ形層
３を１〜５μｍ程度、活性層４を０.０５〜０.３μｍ程
度、およびｐ形層５を０.２〜１μｍ程度、それぞれエ
ピタキシャル成長する。その後、電流拡散層を設ける場
合は、たとえばＮｉおよびＡｕをそれぞれ真空蒸着など
により積層してシンターすることにより合金化し、２〜
１００ｎｍ程度の厚さに形成する。
【００１７】ついで、表面にレジスト膜を設け、パター
ニングをして塩素ガスなどによる反応性イオンエッチン
グにより、積層された半導体層の一部を図１に示される
ように除去することにより、チップの中心部に円柱状の
半導体積層部１０を残す。その後、たとえばリフトオフ
法により、ＴｉとＡｕとを積層して両金属の積層構造か
らなるｐ側電極８を形成する。また同様に、たとえばリ
フトオフ法により、ＴｉとＡｌをそれぞれ積層してシン
ターすることにより両金属の合金層からなるｎ側電極９
を形成する。この半導体積層部のエッチングおよびｐ側
とｎ側の電極８、９の形成の際に、前述のようにマスク
のパターニングを行うことにより、図１に示されるよう
な構造のＬＥＤチップが得られる。
【００１８】本発明の半導体発光素子によれば、一方の
電極（たとえばｐ側電極８）がＬＥＤチップの中心部に
設けられ、他方の電極（たとえばｎ側電極９）がその周
囲の一定距離のところに、しかもワイヤボンディングを
することができる一定の幅Ｂで設けられている。そのた
め、組立工程で、ＬＥＤチップをマウントしてワイヤボ
ンディングをする場合に、ＬＥＤチップの向きが回転し
ていても中心にさえマウントされておれば、常に両電極
は一定の距離のところに存在し、自動機で機械的にワイ
ヤボンディングをすることができる。そのため、非常に
簡単に組み立てることができる。一方、周囲にリング状
に設けられる電極は、ワイヤボンディングをするために
必要な幅、すなわち５０〜１５０μｍ程度の幅だけであ
るため、発光面を電極で遮断する面積は最低限に抑制さ
れている。その結果、外部に取り出すことができる光の
割合である外部発光効率を充分に向上させることができ
る。
【００１９】本発明は、以上のように、ＬＥＤチップの
中心部に一方の電極が設けられ、他方の電極が同心状に
その周囲に一定の幅で設けられていることに特徴があ
り、図１に示される構造に限定されるものではない。す
なわち、図２に示されるように、半導体積層部１０のエ
ッチングをＬＥＤチップの中心部に設け、中心部に露出
するｎ形層３に電気的に接続してｎ側電極９を設け、そ
の周囲に残存する半導体積層部１０のｐ形層５に電気的
に接続してｐ側電極８がワイヤボンディングをすること
ができる幅で、チップの中心部と同心で、かつ、リング
状に設けられてもよい。この場合、半導体積層部１０の
エッチング領域を最低限に抑えることができ、ｐ側電極
８の外周でも活性層４を含む半導体積層部１０があり発
光に寄与するため、小さいチップ面積で発光領域を大き
く確保することができる。なお、図１と同じ部分には同
じ符号を付してある。
【００２０】また、図１に示される例では、ｎ形層３と
ｐ形層５とで活性層４が挟持されるダブルヘテロ接合構
造であるが、ｎ形層とｐ形層とが直接接合するｐｎ接合
構造の半導体発光素子でも同様である。また、積層され
る半導体層の材料も一例であって、その材料には限定さ
れない。さらに、前述の各例では、絶縁性の基板上に半
導体層が積層される例であったが、絶縁性の基板上に半
導体層が積層される場合に一対の両電極が基板の一面側
に設けられる可能性が高いものの、ＧａＡｓ基板やＧａ
Ｐ基板など、導電性の基板上に半導体層が積層される半
導体発光素子においても、基板の同一面側に両電極が設
けられる場合に本発明を適用することができる。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、ワイヤボンディングが
非常に容易になると共に、ｎ側電極とｐ側電極とでワイ
ヤボンディングの金線がクロスすることがなく、ボンデ
ィング工数の削減および歩留り向上を果たすことができ
る。
【００２２】さらに、電極は最低限の一定幅で設けられ
ているため、ＬＥＤチップの表面が必要以上に電極で覆
われることがなく、外部発光効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体発光素子の一実施形態のＬＥＤ
チップの断面および平面説明図である。
【図２】本発明の半導体発光素子の他の実施形態のＬＥ
Ｄチップの断面説明図である。
【図３】従来の半導体発光素子のＬＥＤチップの一例の
斜視説明図である。
【図４】従来のＬＥＤチップのワイヤボンディングの説
明図である。
【図５】従来のＬＥＤチップのワイヤボンディングの説
明図である。
【図６】従来のＬＥＤチップの電極パターンの他の例の
説明図である。
【符号の説明】
１ 基板 ３ ｎ形層 ５ ｐ形層 ８ ｐ側電極 ９ ｎ側電極 １０ 半導体積層部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 園部 雅之 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内 (72)発明者 伊藤 範和 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板と、該基板上に発光層を形成すべく
    半導体が積層される半導体積層部と、該半導体積層部の
    表面側の第１導電形の半導体層に接続して設けられる第
    １の電極と、前記半導体積層部の一部がエッチングによ
    り除去されて露出する第２導電形の半導体層に接続して
    設けられる第２の電極とから発光素子チップが形成さ
    れ、前記第１または第２の電極の一方が前記発光素子チ
    ップの平面形状の中心部に設けられ、他方の電極が、前
    記中心部と同心で、かつ、ワイヤボンディングがされる
    幅を有すると共に同じ幅で前記一方の電極の周囲全周に
    設けられてなる半導体発光素子。
  2. 【請求項２】 前記他方の電極の幅が５０〜１５０μｍ
    である請求項１記載の半導体発光素子。
JP1122597A 1997-01-24 1997-01-24 半導体発光素子 Pending JPH10209496A (ja)

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JP1122597A JPH10209496A (ja) 1997-01-24 1997-01-24 半導体発光素子

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JP1122597A JPH10209496A (ja) 1997-01-24 1997-01-24 半導体発光素子

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