JPH1098210A - 半導体発光素子 - Google Patents

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伝導型の第１の半導体層３の隅部にｎ
電極６が配置され、ｐ伝導型の第２の半導体層５の隅部
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、発光面において
電極で遮蔽されていない部分が広くなる。

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ＧａＮ系半導体
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、基板を下側して反射板
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電極とｐ電極とにそれぞれワイヤーボンディ
ングが施される。

【０００４】このとき課題となったのが電極による光の
遮蔽である。即ち、素子の上面に２つの電極が設けられ
るので、素子内で発光した光が電極により遮られ、素子
の発光効率に影響を与える。そこで、ｎ電極をｎ伝導型
の半導体層の隅部に配置し、ｐ電極をｐ伝導型の半導体
層の隅部に配置し、もって、電極による光の遮蔽を小さ
くしようとする発明が提案されている（特開平６ー３３
８６３２号公報参照）。この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。なお、このようにｎ電極と
ｐ電極の形状を異ならせるのは、ワイヤーを各電極へボ
ンディングするとき、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
置を認識する必要があるからである。

【０００５】

【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。

【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、Ａｌ_XＩｎ_YＧａ_{1ーXー Y}
Ｎ（Ｘ＝０、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ＝０を含む）から形成され
る半導体発光素子であって、ｎ伝導型の第１の半導体層
の隅部にｎ電極が配置され、ｐ伝導型の第２の半導体層
の隅部に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半導体発光素子において、前
記ｎ電極はその形成面を垂直に視たとき実質的に四角形
であり、前記ｐ電極はその形成面を垂直に視たとき実質
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電極に対向する角が面取りされてい
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電極に対向する角が面取りされて
いるので、発光面が増大する。更には、ｎ電極とｐ電極
との距離が大きくなり、発光素子に流れる電流の密度が
より均一となる。よって、発光素子における発光効率が
向上する。

【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伝
導型の第１の半導体層３、超格子構造の発光層４、ｐ伝
導型の第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ドープト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；５ ｐ層５ ： ＭｇドープトＧａＮ（７５ｎｍ）

【００１３】上記において、ｎ伝導型の半導体層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伝導型の第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伝導型の半導体層５に拡散するのを
防止するためである。ｐ伝導型の半導体層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。ｎ伝導型の半導
体層の上にＩ型の半絶縁層を積層して、いわゆるＭＩＳ
型の発光素子とすることもできる。

【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５ー１７５１
２４号公報、特開平８ー９７４７１及び特開平６ー２６
８２５７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はその角（図では左上角）が素子の
有効部分の角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１５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伝導型の第２の半導体層５上へ透
明電極７を１００オングストロームの厚さに蒸着する。
なお、透明電極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、透明電極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
部分が素子の有効部分の連続する２辺に内接するように
設けられている。これは、ｐ電極８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。このｐ電極
８は、素子において、ｎ電極６と相対向する隅へ形成す
ることが好ましい。両者の間隔を可及的に大きくして素
子の電流密度の均一にし、発光効率を向上させるためで
ある。

【００１９】このｐ電極８と透明電極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Ａｕ
（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）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、即ち透明電極（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
向する角が面取り（角取り、若しくはＲ付け）されてい
る。この実施例では、面取りの長さは角からそれぞれ１
５μmである。即ち、図における斜辺２７の長さは（１
５²＋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。また、図４に示した発光ダイ
オードによれば、図１及び図３に示した発光ダイオード
よりｎ電極２６とｐ電極８との間隔が広くなるので、素
子の電流密度のより一層の均一化が図れる。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１００μm²（約０．２％）しか上昇しない。

【００２６】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。

【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。

【符号の説明】

１ 基板 ３ ｎ伝導型の半導体層 ４ 発光層 ５ ｐ伝導型の半導体層 ６、２６、６０ ｎ電極 ８、２８、８０ ｐ電極 １０、２０ 発光ダイオード

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｌ_XＩｎ_YＧａ_1ーXーYＮ（Ｘ＝０、Ｙ＝
   ０、Ｘ＝Ｙ＝０を含む）から形成される半導体発光素子
   であって、 ｎ伝導型の第１の半導体層の隅部にｎ電極が配置され、
   ｐ伝導型の第２の半導体層の隅部に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半
   導体発光素子において、 前記ｎ電極はその形成面を垂直に視たとき実質的に四角
   形であり、 前記ｐ電極はその形成面を垂直に視たとき実質的に円形
   である、 ことを特徴とする半導体発光素子。
2. 【請求項２】 前記ｎ電極において前記ｐ電極に対向す
   る角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。