JP2748818B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents

窒化ガリウム系化合物半導体発光素子

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般式ＩｎXＡｌYＧａ
1-X-YＮ（０≦X＜１、０≦Y＜１）で表される窒化ガリ
ウム系化合物半導体を具備する窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、
ＩｎＡｌＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体を用い
た発光素子が注目されている。その窒化ガリウム系化合
物半導体は一般にサファイア基板の上に成長される。サ
ファイアのような絶縁性基板を用いた発光素子は、他の
ＧａＡｓ、ＧａＡｌＰ等の半導体基板を用いた発光素子
と異なり、基板側から電極を取り出すことが不可能であ
るため、通常窒化ガリウム系化合物半導体層に設けられ
る正、負一対の電極は同一面側に形成される。特に、窒
化ガリウム系化合物半導体発光素子の場合、サファイア
が透光性であるため、電極面を下にして、サファイア基
板側を発光観測面とすることが多い（特開平４−１０６
７０号公報、特開平４−１０６７１号公報）。
【０００３】一方、サファイア基板側を下にして、同一
面側に設けられたそれぞれの電極に上からワイヤーボン
ディングした構造の窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子も知られている（特開昭６０−１７５４６８号公報、
特開昭６１−５６４７４号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】サファイア基板側を発
光観測面とする構造の発光素子は、電極に発光を妨げら
れることなく、基板側全面から発光を観測することがで
きるという利点はあるが、両電極を接続するリードフレ
ーム間の間隔を狭くすることが困難であるため、チップ
サイズが約１ｍｍ以上と大きくなり、一枚あたりのウエ
ハーからとれるチップ数が少なくなるという欠点があ
る。
【０００５】これに対し、サファイア基板側を下にする
構造の発光素子は、チップサイズを小さくできるという
利点はあるが、窒化ガリウム系化合物半導体層（特に最
上層のｐ型層）に形成された電極によって発光が遮ら
れ、発光効率が低下するという欠点がある。つまり、電
極に金線等をワイヤーボンディングする際、ボンディン
グ位置の電極面積は、金線の太さに合わせてある程度の
大きさを必要とするため、その位置が発光面の中心部に
あると、例えば中心部の電極、ワイヤーボンディングの
際にできるボール等で発光を遮ることになる。
【０００６】従って本発明は前記両問題を解決するべく
成されたものであり、第一の目的は、窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子のサイズを小さくすることにあり、
第２の目的は小さいサイズの発光素子から出る発光をで
きるだけ遮ることなく外部に取り出し発光効率を向上さ
せることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子の製造方法は、基板上にｎ型窒化
ガリウム系化合物半導体層及びｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体層を有し、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
の表面にｐ電極が形成され、ｐ型窒化ガリウム系化合物
半導体層の一部が除去されて露出されたｎ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体層表面にｎ電極が形成され、それら同
一面側にあるｐ電極とｎ電極とに通電することにより、
電極側から発光を観測する窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子を製造する方法において、前記ｐ電極を形成す
る工程は、各チップを構成するｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体層の表面に、金属薄膜よりなるオーミック用の
透光性電極を形成する工程と、その透光性電極の表面の
一部に、ｎ電極と対角をなす位置でワイヤーボンディン
グ用の台座電極を形成する工程とからなり、前記ｎ電極
を形成する工程は、前記台座電極と対角をなす位置にあ
るｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の一部をエッチン
グ除去して、下部にあるｎ型窒化ガリウム系化合物半導
体層の表面を露出させた後、該露出部分にワイヤーボン
ディング用の電極を形成する工程からなり、前記ｐ電極
を形成する工程において、対角に配置されたｎ電極と台
座電極との間にあり、かつ発光観測面となるｐ型窒化ガ
リウム系化合物半導体層のほぼ全面に前記透光性電極を
形成し、ｎ電極と台座電極との通電時に、前記投光性電
極の下にあるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層に均一
に電流を広げ、その透光性電極からほぼ均一な発光が観
測されるようにすることを特徴とする。尚、前記窒化物
半導体発光素子の製造方法においては、前記透光性電極
を形成した後、電極を形成したウェーハをアニーリング
する工程を含むことが好ましい。また、本発明に係る窒
化ガリウム系化合物半導体発光素子は、基板上にｎ型窒
化ガリウム系化合物半導体層及びｐ型窒化ガリウム系化
合物半導体層とを有し、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体層の表面にｐ電極が形成され、ｐ型窒化ガリウム系化
合物半導体層の一部が除去されて露出されたｎ型窒化ガ
リウム系化合物半導体層表面にｎ電極が形成され、ｐ電
極とｎ電極とが同一面側に形成されてなる窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子において、前記ｐ電極は、ほぼ
矩形をなすｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の一つの
隅部の一部に形成されたワイヤーボンディング用の台座
電極と、その台座電極の下にｐ型窒化ガリウム系化合物
半導体に接して形成された台座電極よりも大面積を有す
る電流拡散用、かつオーミック用の金属薄膜よりなる透
光性電極とからなり、前記ｎ電極は、ほぼ矩形をなすｎ
型窒化ガリウム系化合物半導体層において、前記台座電
極と対角をなす位置で、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体層がエッチング除去されたｎ型窒化ガリウム系化合物
半導体層表面に形成された、ワイヤーボンディング用の
電極からなり、 前記透光性電極が、対角の位置にある
台座電極とｎ電極との間で、かつ発光観測面となるｐ型
窒化ガリウム系化合物半導体層表面のほぼ全面にあり、
台座電極とｎ電極との通電により、透光性電極の下にあ
るｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層に均一に電流を広
げ、ほぼ均一な発光が観測される発光面を有することを
特徴とする。
【０００８】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子（以下発光素子という。）を図１および図２を用い
て説明する。図１は本発明の一実施例の発光素子を窒化
ガリウム系化合物半導体層側から見た平面図であり、図
２は図１の発光素子をこの図に示すように一点鎖線で切
断した際の概略断面図である。この発光素子はサファイ
ア基板１の上にｎ型層２とｐ型層３とを順に積層した構
造を有しており、ｐ型層３の一部をエッチングして、ｎ
型層２を露出させ、ｎ型層２の上に電極４と、ｐ型層３
の上に線状の電極５を形成している。さらにそのｐ型層
の上に形成した電極５は発光をできるだけ妨げないよう
に線状にすると共に、電流が均一に広がるようにｐ型層
３の上に複数設けている。
【０００９】以上のような発光素子の電極４、および電
極５に金線７をワイヤーボンディングしてリードフレー
ムと金線７とを接続することにより発光素子は完成す
る。なお、６はワイヤーボンディング時に金線７からで
きるボールである。本発明の発光素子は、図１に示すよ
うにｐ型層３の隅部をエッチングして、電極４をｎ型層
２の隅部に形成し、この電極４をワイヤーボンディング
している。さらに、電極５のワイヤーボンディング位置
をｐ型層３の隅部としている。これらの図に示すよう
に、電極４をｎ型層２の隅部としてワイヤーボンディン
グすることにより、ｐ型層３の面積を大きくすることが
でき、広範囲の面積で発光を得ることができる。さら
に、電極５のワイヤーボンディング位置をｐ型層３の隅
部とすることにより、発光をボール６で遮ること少なく
外部に取り出すことができる。
【００１０】ｐ型層３に形成された電極５をワイヤーボ
ンディングするには、他にｐ型層３の隅（例えば、図１
に示すａ点、ｂ点）でも良いが、図１に示すように、そ
れらが対角線上の端にあること、つまりｎ型層の電極４
をワイヤーボンディングする位置と、ｐ型層の電極５を
ワイヤーボンディングする位置とは、同一面側からみて
対角線上の端にあることが特に好ましい。なぜなら、ワ
イヤーボンディング位置を互いに対角線上の端とするこ
とにより、電流が電極５から電極４に均一に流れ、均一
な面発光が得られる。これは窒化ガリウム系化合物半導
体発光素子はサファイアという絶縁性基板の上に積層さ
れているため基板側から電極を取ることができない。従
って、同一窒化ガリウム系化合物半導体層側から正、負
両電極を取り出す場合、そのワイヤーボンディング位置
を電極４から最も離れた位置とすることにより、ｐ型層
３内に均一に電流を流すことができるため、均一な面発
光が得られることによる。このことは窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子特有の効果である。
【００１１】また、図３は本発明の他の実施例に係る発
光素子を図１と同じく窒化ガリウム系化合物半導体層側
からみた平面図であり、図４は図３の平面図を一点鎖線
で示す位置で切断した際の概略断面図である。基本的な
構造は図１および図２と同一であるが、この発光素子は
ｐ型層３の電極５を金属よりなる透光性の電極としてい
る。電極５を金属とするのはｐ型層３とオーミック接触
を得るためである。さらに、電極５を透光性にするに
は、例えばＡｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の金属が透光性となるよ
うに非常に薄く蒸着、またはスパッタすることによって
実現できる。また、金属を蒸着、スパッタした後、アニ
ーリングして、金属を窒化ガリウム系化合物半導体中に
拡散させると共に、外部に飛散させて透光性となるよう
な膜厚まで調整することにより実現できる。透光性にな
る電極５の膜厚は金属の種類によっても異なるが、好ま
しい膜厚は０．００１μｍ〜０．１μｍの範囲である。
【００１２】さらに、電極５を透光性とした場合、図３
に示すようにｐ型層３のほぼ全面に電極５を形成するこ
とができる。図３のように電極５を全面に形成すること
により、図１の線状の電極に比して、電流がよりｐ型層
３全面に広がるため、全面発光の好ましい発光素子を得
ることができる。
【００１３】さらにまた、電極５を透光性にした場合、
透光性電極の上に直接ワイヤーボンディングすると、電
極５の膜厚が薄いことにより、ボールが電極５と合金化
せずくっつきにくくなる傾向にあるため、図４に示すよ
うに電極５とは別にボンディング用の台座電極８を形成
する方が好ましい。台座電極８はＡｕ、Ｐｔ、Ａｌ等通
常の電極材料を使用でき、数μｍの厚さで形成すること
ができる。また、図１に示す線状の電極５を透光性とし
てもよく、線状の電極５を透光性にした場合には、電極
５の隅部に台座電極８を設けてもよいことはいうまでも
ない。
【００１４】本発明において、ｎ型層の電極をワイヤー
ボンドするｎ型層の隅部とは、いいかえると図１、図３
に示すように、同一平面上においてｎ型層の隅部に形成
されている電極を指し、同様にｐ型層の電極をワイヤー
ボンドするｐ型層の隅部とは、図１、図３に示すように
同一平面上に形成されているｐ型層の電極の隅部を指し
ている。
【００１５】
【作用】本発明の発光素子はｎ型層の電極がそのｎ型層
の隅部でワイヤーボンディングされており、さらに、ｐ
型層の電極がそのｐ型層の隅部でワイヤーボンディング
されているため、電極で発光を遮られることなく効率よ
く外部へ発光を取り出すことができる。また上部からワ
イヤーボンドするため、１チップを１リードフレーム上
に取り付けることができるため、チップサイズが小さく
でき生産性が向上する。さらに、ｎ型層の電極とｐ型層
の電極とを対角線上、つまり最も距離の離れた位置に配
置することにより、電流を均一に広げることができ、発
光効率がさらに向上する。またｐ型層の電極を透光性に
してｐ型層のほぼ全面に形成することにより、電流がｐ
型層全面に均一に流れ、しかも発光は透光性電極を通し
て電極側から観測することができる。
【００１６】
【実施例】基板上にｎ型ＧａＮ層と、ｐ型ＧａＮ層とを
順に積層したウエハーを用意する。次に前記ｐ型ＧａＮ
層の上に所定の形状のマスクを形成した後、ｐ型ＧａＮ
層を一部エッチングしてｎ型ＧａＮ層を露出させる。た
だし、エッチング形状は図１に示すような形状とし、露
出したｎ型層の面積はその上に電極を形成してその電極
の上にワイヤーボンディングできる最小限の面積とす
る。
【００１７】次にｐ型ＧａＮ層の上に電極形成用のマス
クを形成し、蒸着装置にてｐ型ＧａＮ層のほぼ全面にＮ
ｉ／Ａｕをおよそ３００オングストロームの厚さで蒸着
する。なお露出したｎ型ＧａＮ層の上にもＡｌを１μｍ
の厚さで蒸着する。この状態でｎ型層の電極とｐ型層の
電極とが対角線上に位置する電極パターンが完成する。
【００１８】蒸着後、アニーリング装置で、ウエハーを
アニーリングすることによりｐ型層上の電極を透光性に
する。さらに再度マスクを形成し、その透光性電極の所
定の位置にボンディング用のＡｌよりなる台座電極を１
μｍの厚さで形成する。この状態でｎ型層の電極のワイ
ヤーボンディング位置と、ｐ型層の電極のワイヤーボン
ディング位置とが対角線上にあるパターンが完成する。
【００１９】次にウエハーを、前に形成したパターンが
発光素子の隅に来るように四角形にカットして発光チッ
プとする。後はこの発光チップのＧａＮ層側を発光観測
面として、一つのリードフレーム上に載置し、それぞれ
の電極に金線をワイヤーボンディングした後、最後にエ
ポキシ樹脂で全体をモールドすることにより、本発明の
発光ダイオードとした。図５にこの発光ダイオードの概
略断面図を示す。この図において１０はリードフレー
ム、１１がエポキシ樹脂である。そしてこの発光ダイオ
ードを発光させたところ、同一の素子でｐ型層の電極の
中心にワイヤーボンディングしたものに比して１．５倍
も明るかった。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の発光素子
はボンディング位置がその発光素子の隅部にあるため、
電極、ボンディング用の電極、ボール等で発光を遮るこ
とが少なくなり発光素子の発光効率を向上させることが
できる。また窒化ガリウム系化合物半導体層側から、両
電極を取り出してワイヤーボンディングできるため、チ
ップサイズを小さくできて生産性が向上する。さらに好
ましくは両電極を隅と隅との対角線上に配置することに
より、ｐ型層の電流を均一に広げることができ均一な発
光が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に係る発光素子を窒化ガリ
ウム系化合物半導体層側から見た平面図。
【図２】 図１の発光素子の概略断面図。
【図３】 本発明の他の実施例に係る発光素子を窒化ガ
リウム系化合物半導体層側から見た平面図。
【図４】 図３の発光素子の概略断面図。
【図５】 本発明の一実施例に係る発光素子の概略断面
図。
【符号の説明】
１・・・・基板 ２・・・・ｎ型層 ３・・・・ｐ型層 ４・・・・ｎ型層の電極 ５・・・・ｐ型層の電極 ６・・・・ボール ７・・・・金線 ８・・・・台座電極
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−218625（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−28765（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−2675（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−129658（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−101089（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−311777（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−28384（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導
    体層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を有し、ｐ
    型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面にｐ電極が形成
    され、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の一部が除去
    されて露出されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層表
    面にｎ電極が形成され、それら同一面側にあるｐ電極と
    ｎ電極とに通電することにより、電極側から発光を観測
    する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を製造する方
    法において、 前記ｐ電極を形成する工程は、各チップを構成するｐ型
    窒化ガリウム系化合物半導体層の表面に、金属薄膜より
    なるオーミック用の透光性電極を形成する工程と、その
    透光性電極の表面の一部に、ｎ電極と対角をなす位置で
    ワイヤーボンディング用の台座電極を形成する工程とか
    らなり、 前記ｎ電極を形成する工程は、前記台座電極と対角をな
    す位置にあるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の一部
    をエッチング除去して、下部にあるｎ型窒化ガリウム系
    化合物半導体層の表面を露出させた後、該露出部分にワ
    イヤーボンディング用の電極を形成する工程からなり、 前記ｐ電極を形成する工程において、対角に配置された
    ｎ電極と台座電極との間にあり、かつ発光観測面となる
    ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層のほぼ全面に前記透
    光性電極を形成し、ｎ電極と台座電極との通電時に、前
    記透光性電極の下にあるｐ型窒化ガリウム系化合物半導
    体層に均一に電流を広げ、その透光性電極からほぼ均一
    な発光が観測されるようにすることを特徴とする窒化ガ
    リウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記透光性電極を形成した後、電極を形
    成したウェーハをアニーリングする工程を含むことを特
    徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体
    発光素子の製造方法。
  3. 【請求項３】 基板上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導
    体層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とを有し、
    ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面にｐ電極が形
    成され、ほぼ矩形をなすｐ型窒化ガリウム系化合物半導
    体層の一部が除去されて露出されたｎ型窒化ガリウム系
    化合物半導体層表面にｎ電極が形成され、ｐ電極とｎ電
    極とが同一面側に形成されてなる窒化ガリウム系化合物
    半導体発光素子において、 前記ｐ電極は、前記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
    の一つの隅部の一部に形成されたワイヤーボンディング
    用の台座電極と、その台座電極の下にｐ型窒化ガリウム
    系化合物半導体に接して形成された台座電極よりも大面
    積を有する電流拡散用、かつオーミック用の金属薄膜よ
    りなる透光性電極とからなり、 前記ｎ電極は、ほぼ矩形をなすｎ型窒化ガリウム系化合
    物半導体層において、前記台座電極と対角をなす位置
    で、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層がエッチング除
    去されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層表面に形成
    された、ワイヤーボンディング用の電極からなり、 前
    記透光性電極が、対角の位置にある台座電極とｎ電極と
    の間で、かつ発光観測面となるｐ型窒化ガリウム系化合
    物半導体層表面のほぼ全面にあり、台座電極とｎ電極と
    の通電により、透光性電極の下にあるｐ型窒化ガリウム
    系化合物半導体層に均一に電流を広げ、ほぼ均一な発光
    が観測される発光面を有することを特徴とする窒化ガリ
    ウム系化合物半導体発光素子。
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