JPH10223930A

JPH10223930A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JPH10223930A
Application number: JP2138897A
Authority: JP
Inventors: Yukio Shakuda; 幸男尺田; Shunji Nakada; 俊次中田; Masayuki Sonobe; 雅之園部; Takeshi Tsutsui; 毅筒井; Norikazu Ito; 範和伊藤; Atsushi Ichihara; 淳市原
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1997-02-04
Filing date: 1997-02-04
Publication date: 1998-08-21
Anticipated expiration: 2017-02-04
Also published as: JP3752339B2

Abstract

(57)【要約】【課題】積層された半導体層の一部をエッチングなど
により除去して、同一面側にｐ側電極およびｎ側電極が
設けられる半導体発光素子においても、その電極と他の
リードなどとの電気的接続が確実になり、その信頼性が
向上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）とからなり、前記第１および第２
の電極が、前記基板からほぼ同じ高さになるように形成
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】本発明は基板上に発光層を形
成すべく半導体層が積層され、その半導体層が積層され
た同一面側にｐ側およびｎ側の両電極が設けられる発光
ダイオードやレーザダイオードなどの半導体発光素子に
関する。さらに詳しくは、その両電極が基板から実質的
に同じ高さに形成される半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば青色系（紫外線から黄色）の発
光ダイオード（以下、ＬＥＤという）は、図４にそのＬ
ＥＤチップの一例の概略図が示されるように、サファイ
アからなる電気的絶縁性の基板上にチッ化ガリウム系化
合物半導体層が積層されて形成される。すなわち、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とからなり、その表面に図示しないＮｉ
-Ａｕの合金層からなる電流拡散層を介してｐ側（上
部）電極２８が設けられ、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の表面にｎ側（下
部）電極２９が設けられることにより形成されている。

【０００３】この構造のＬＥＤチップがリードの先端な
どにダイボンディングされ、２本のリードとｐ側および
ｎ側の電極が金線などのワイヤボンディングにより接続
されたり、２本のリード上にそれぞれｐ側およびｎ側の
電極が別々に接続されるようにＬＥＤチップを裏向き
（フェースダウン）にしてボンディングされ、その周囲
が樹脂でモールドされてそのリードと反対側から発光す
る発光素子ランプにされたり、両端に端子電極が設けら
れた基板上にＬＥＤチップがボンディングされて各電極
がワイヤボンディングにより端子電極と接続されるチッ
プ型発光素子として用いられる。

【０００４】一方、電流注入領域をメサ形にしてストラ
イプ状に制限するメサストライプ型半導体レーザで、前
述のように基板に電気的絶縁性基板が用いられる半導体
レーザでは、図５に示されるようにフェースダウンでダ
イボンディングされ、両電極３８、３９がクリームハン
ダ、Ｉｎ、Ａｕ-Ｓｎなどの低融点金属４０により同時
にマウント台４１の電極端子（図示せず）に電気的に接
続される。なお、図５において、３１はサファイア基
板、３３はｎ形クラッド層、３４は活性層、３５はｐ形
クラッド層をそれぞれ示す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の青色系の半導体
発光素子のように、絶縁性の基板上に半導体層が積層さ
れる半導体発光素子は、ｐ側電極もｎ側電極も同一面側
に設けられることが多い。このように、同一面側に両電
極が設けられる半導体発光素子では、その両電極とリー
ドもしくはチップ型素子の端子電極などとの電気的接続
がワイヤボンディングによりなされる。しかし、前述の
ように、同一面側に両電極が設けられる半導体発光素子
では、一方の電極は積層された半導体層の上層の半導体
層上に設けられ、他方の電極が積層された半導体層の一
部がエッチングなどにより除去されて露出する下層の半
導体層に設けられる。そのため、両電極の高さが基板の
面から同じ高さにならない。この両電極の高さが同じで
ないと、ワイヤボンディングのときにｐ側電極とｎ側電
極とで同じ圧力でボンディングをすることができない。
そのため、ボンディング不良が出たり、ボンディングの
信頼性が低下するという問題がある。一方、両電極によ
りボンディングの条件を変えると、ボンディング工程が
非常に複雑になる。

【０００６】また、ＬＥＤチップを裏向きにしてフェー
スダウンで両電極を直接リードの先端にボンディングを
する場合や、レーザダイオートチップをマウント台上に
フェースダウンでダイボンディングをする場合、ＬＥＤ
チップやレーザダイオードチップの電極部の高さに段差
があるとボンディングをしにくいと共に傾きやすいとい
う問題がある。とくにレーザダイオードチップの場合、
傾いてダイボンディングされると、ビームが傾き所望の
特性が得られないという問題がある。さらに、メサ形状
に残されたストライプ部分はその幅が数μｍ程度と非常
に細く、その部分にかかる力が大きくなり、劣化しやす
い。とくに、ダイボンディングの際に低融点金属の表面
にできる酸化膜を擦って除去するスクラブを行いながら
ダイボンディングを行うが、幅の狭いストライプ部に大
きな力がかかるため、ストライプ部分を劣化させやす
い。

【０００７】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、積層された半導体層の一部をエッチ
ングなどにより除去して、同一面側にｐ側電極およびｎ
側電極が設けられる半導体発光素子においても、その電
極と他のリードなどとの電気的接続が確実になり、その
信頼性が向上する半導体発光素子を提供することを目的
とする。

【０００８】本発明の他の目的は、メサストライプ型の
半導体レーザをフェースダウンでダイボンディングをし
て製造する場合にも、メサストライプ部を劣化させた
り、傾きが生じてビーム特性を低下させない半導体レー
ザを提供することにある。

【０００９】

【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
の電極とからなり、前記第１および第２の電極が、前記
基板からほぼ同じ高さになるように形成されている。

【００１０】ここにほぼ同じ高さとは、ＬＥＤチップや
レーザチップをフェースダウンでボンディングする場合
に、ｐ側電極とｎ側電極とで極端な段差が生じないで、
通常の方法で傾きが生じないようにボンディングするこ
とができたり、ｐ側電極とｎ側電極にワイヤボンディン
グをする場合に、極端にボンディングの圧力条件に差が
でない程度に段差が生じないことを意味する。また、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。

【００１１】この構造にすることにより、ｐ側電極とｎ
側電極とがそれぞれリードの先端やサブマウントに直接
ボンディングされるようにＬＥＤチップやレーザチップ
をフェースダウンでボンディングする場合でも段差がな
いため、傾きが生ぜず簡単にダイボンディングをするこ
とができる。また、ワイヤボンディングをする場合に
も、ｐ側電極とｎ側電極とに同じ条件でボンディングを
することができるため、容易で、しかも確実にボンディ
ングをすることができる。

【００１２】前記第２の電極が、前記半導体積層部の一
部が除去されて露出する第２導電形の半導体層と、前記
半導体積層部がエッチングされないで残存する部分に連
続して形成されることにより、第２導電形半導体層と確
実に電気的に接続することができると共に、ワイヤボン
ディングなどがされる電極のパッド部分は積層された半
導体積層部上に形成され、第１の電極と同じ高さにする
ことができる。

【００１３】前記基板が電気的絶縁性基板であったり、
前記半導体積層部がチッ化ガリウム系化合物半導体であ
る場合にとくに効果が大きい。

【００１４】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Ａｌ、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。

【００１５】前記第１導電形の半導体層がストライプ状
に残存するようにメサエッチングがなされて半導体レー
ザが形成されている場合に、ボンディング時のストライ
プ部の劣化がなく、またビームの傾きがなく高性能の半
導体レーザが得られる。

【００１６】

【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。

【００１７】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（Ａｌ₂Ｏ₃単結晶）な
どからなる基板１の表面に発光層を形成する半導体層３
〜５が積層されて半導体積層部１０が形成され、その表
面側の第１導電形の半導体層（ｐ形層５）に電気的に接
続してｐ側電極（第１の電極）８が形成されている。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）に電気的に接続してｎ側
電極（第２の電極）９が形成されている。本発明では、
ｎ側電極９が、エッチングにより露出するｎ形層３だけ
に設けられるのではなくて、ｎ側電極９の形成場所に半
導体積層部の一部１０ａをエッチングしないで残存さ
せ、その残存した半導体積層部の一部１０ａとその周囲
の露出するｎ形層３に連続して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、残存した半導体積層
部の一部１０ａ上のｎ側電極の部分９ａがワイヤボンデ
ィングなどの接続部とされることにより、ｐ側電極８と
ほぼ同じ高さで形成される。

【００１８】すなわち、ｎ側電極９が形成される部分
は、図１に示されるように、半導体積層部１０の一部が
エッチングされてｎ形層３が露出する。しかし、本発明
では、図１（ｂ）に示されるように、そのｎ側電極９の
形成場所に半導体積層部の一部１０ａを残存させてお
き、その残存した半導体積層部の一部１０ａおよびその
周囲のｎ形層３にｎ側電極９が形成されている。この
際、ｎ形層３と残存する半導体積層部の一部１０ａの上
面とでは段差があるが、その間で電極切れが生じても周
囲全体に亘って切れない限り問題はなく、ステップカバ
レジが問題になることはない。また、このｎ側電極９
は、従来のように、ｎ形層３とオーミックコンタクト特
性の良好な、たとえばＴｉとＡｌの合金から形成され
る。残存する半導体積層部の一部１０ａの表面は、ｐ形
層５のままの場合もあるが、ｐ形層５とのオーミックコ
ンタクト特性を考慮する必要がなく、ｎ形層３とのオー
ミックコンタクトのみを考えればよい。

【００１９】また、このような半導体積層部の一部１０
ａを残存させる場合は、その部分だけレジスト膜が残存
するようにマスクのパターニングをして半導体積層部１
０をエッチングすることにより形成され、従来のｎ側電
極９を設けるために半導体積層部１０をエッチングする
のと同じ工数で同様に形成することができる。また、こ
の残存させる半導体積層部の一部１０ａは、図１（ｂ）
に示されるように、露出するｎ形層３の中心部に設けら
れる必要はなく、ｐ側電極が接続されるｐ形層５とショ
ートしない範囲であればどこに設けられてもよい。

【００２０】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、それぞれ順次積層さ
れることにより構成されている。

【００２１】ｐ側電極８は、図示しないＡｕとＮｉの合
金層からなる電流拡散層を介してＴｉとＡｕの積層構造
により形成される。この電流拡散層が形成された後にｎ
側電極形成のためのエッチングが行われる場合、残存す
る半導体積層部の一部１０ａの表面に電流拡散層が形成
されていてもよい。残存する半導体積層部の一部１０ａ
はｎ側電極９の高さ調整のためのものだからである。

【００２２】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、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
り合金化して、活性層４で発光する光を透過させると共
に、電流を拡散させる電流拡散層（図示せず）を２〜１
００ｎｍ程度形成する。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、積層された半導体積層部１０を図
１（ｂ）に示されるように部分的に除去する。このパタ
ーニングの際に半導体積層部の一部１０ａが残存するよ
うにレジスト膜を残す。その後、前述の電極金属を蒸着
してパターニングをすることにより、またはリフトオフ
法によりｐ側電極８およびｎ側電極９を形成する。

【００２３】本発明によれば、ＬＥＤチップのｐ側電極
８とｎ側電極９とがほぼ同一面に形成されているため、
たとえば図２（ａ）に示されるように、ＬＥＤチップ１
３を第１のリード１１にダイボンディングをして、その
ｐ側電極８およびｎ側電極９をそれぞれ第２のリード１
２および第１のリード１１と金線１４などによりワイヤ
ボンディングをする場合、両電極８、９がほぼ同一面に
あるため、自動のワイヤボンディング機を用いて行って
も均一なボンディングをすることができる。

【００２４】また、図２（ｂ）に示されるように、ＬＥ
Ｄチップ１３を裏向きにしてそれぞれの電極９、８が第
１および第２のリード１１、１２に電気的に接続される
ようにボンディングをする場合にも、ＬＥＤチップ１３
のｐ側電極８とｎ側電極９とがほぼ同一面にあるため、
同じ高さのリード１１、１２の上に載置してボンディン
グをすることができ、容易に、かつ、確実にダイボンデ
ィングをすることができる。なお、これらのＬＥＤチッ
プ１３部分がＬＥＤチップ１３で発光する光を透過する
樹脂により被覆されて樹脂パッケージ１５が形成される
ことにより、ランプ型の発光素子とされる。

【００２５】一方、ｎ側電極９をｐ側電極８と実質的に
同じ高さにするため、残存する半導体積層部の一部１０
ａを設けることは、従来のｎ側電極を形成するために半
導体積層部１０を部分的にエッチングする場合のマスク
のパターニングを変えるだけで、製造工程は何等変わる
ことがない。そのため、ＬＥＤチップの製造時には工数
増になることもなく、むしろ後のボンディング時には作
業が容易で全体としては工数減になると共に、ボンディ
ングの信頼性が向上する。

【００２６】図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の半導体発
光素子の他の実施形態であるチッ化ガリウム系化合物半
導体を用いた半導体レーザの製造工程を示す図、図３
（ｄ）はそのチップの平面説明図である。まず、ＬＥＤ
チップの場合と同様に、サファイア基板３１上に、ｎ形
クラッド層３３、活性層３４、およびｐ形層３５を同様
の組成および同程度の厚さで積層する。その後、アニー
ルをしてｐ形クラッド層３５の活性化処理を行う。そし
てＮｉおよびＡｕを蒸着してシンターすることにより、
Ａｕ-Ｎｉ合金からなるｐ側電極３８をリフトオフ法な
どによりストライプ状に形成する。その後、ｐ側電極３
８部および半導体積層部の一部３０ａが残存する（図３
（ｂ）参照）ようにマスクを形成し、塩素ガスなどによ
る反応性イオンエッチングにより、積層された半導体積
層部を部分的に除去する。ついで、Ａｌ-Ｔｉ合金およ
びＡｕの積層構造からなるｎ側電極３９をリフトオフ法
などにより形成し、ダイシングすることにより、レーザ
チップが形成される。

【００２７】このチップをサブマウントなどのマウント
台にフェースダウンでダイボンディングをすることによ
り、傾きが生じたり、ストライプ状メサ部にダメージを
与えることなく、精度のよいダイボンディングをするこ
とができる。なお、半導体レーザにする場合、図３
（ｄ）に平面図が示されるように、活性層３４のチップ
側面からビーム状に光を照射するため、積層された半導
体層の表面側からの光の取出しの必要がなく、電流拡散
層を設けることなく、ｐ側電極３８は電気的接触が充分
に行われるように、ｐ形クラッド層の全面に設けられ
る。

【００２８】なお、図１〜３に示される例では、チッ化
ガリウム系化合物半導体を用いた青色系の半導体発光素
子であったが、ＧａＡｓ系やＧａＰ系の化合物半導体を
用いた赤色系や緑色系の半導体発光素子であっても、ｐ
側およびｎ側の電極が積層された半導体層側である同一
面側に設けられる場合は同様に本発明を適用することに
より、ワイヤボンディングなどが容易になる。さらに、
前述のＬＥＤの例では、ｎ形層３とｐ形層５とで活性層
４が挟持された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。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、ｐ側電極およびｎ側電
極が実質的に（ほぼ）同じ高さに形成されているため、
ワイヤボンディングなどの作業が容易になると共に、確
実にボンディングをすることができる。その結果、ボン
ディング時の工数減および歩留りの向上によりコストダ
ウンが図られると共に、ボンディングの信頼性が向上す
る。

【００３０】また、メサストライプ型の半導体レーザが
フェースダウンでダイボンディングされる場合でも、ス
トライプ部にダメージを与えることなく、しかも傾きな
どが生じることなく高特性の半導体レーザが得られる。

【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
チップの説明図である。

【図２】図１のＬＥＤチップをリードなどにマウントす
る場合の断面説明図である。

【図３】本発明の半導体発光素子の他の実施形態である
半導体レーザの一例の製造工程を示す図である。

【図４】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５】従来の半導体レーザをフェースダウンでダイボ
ンディングする説明図である。

【符号の説明】

１基板３ｎ形層５ｐ形層８ｐ側電極９ｎ側電極１０半導体積層部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者筒井毅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 (72)発明者市原淳京都市右京区西院溝崎町21番地ローム株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板上に発光層を形成すべく
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の電極とからなり、前記第１および第２の電極
が、前記基板からほぼ同じ高さになるように形成されて
なる半導体発光素子。
【請求項２】前記第２の電極が、前記半導体積層部の
一部が除去されて露出する第２導電形の半導体層と、前
記半導体積層部がエッチングされないで残存する部分に
連続して形成されてなる請求項１記載の半導体発光素
子。
【請求項３】前記基板が電気的絶縁性基板である請求
項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項４】前記半導体積層部がチッ化ガリウム系化
合物半導体からなる請求項１、２または３記載の半導体
発光素子。
【請求項５】前記第１導電形の半導体層がストライプ
状に残存するようにメサエッチングがなされて半導体レ
ーザが形成されてなる請求項１、２、３、または４記載
の半導体発光素子。