JP3602929B2

JP3602929B2 - ３族窒化物半導体発光素子

Info

Publication number: JP3602929B2
Application number: JP35215696A
Authority: JP
Inventors: 直樹柴田; 敦雄平野
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1996-12-11
Filing date: 1996-12-11
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2016-12-11
Also published as: JPH10173230A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は発光素子に関する。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Ｙ}Ｎ（Ｘ＝０、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ＝０を含む）からなる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。
【０００４】
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。
【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、発光面がチップ上に偏在するようになる。
【０００６】
例えば、図１に示す検討例の発光素子１において、ハッチングを施した部分が発光面２である。この検討例の発光素子１は一辺が３００μｍの正方形のチップであり、この素子を平面から視たとき相交わる二辺に挟まれるようにして円形のｎ電極（直径１２０μｍ）３が配置され、相交わる他の二辺に挟まれるようにして正方形のｐ電極（一辺１２０μｍ）４が配置される。図からわかる通り、チップ上面において各電極の占める面積比率が大きいので発光面が偏在する。
【０００７】
この発光素子は、エポキシレジン等の透明樹脂で形成された半球ないしは弾頭形状のレンズ内にモールドされる（図７参照）。図２は発光素子１をモールドしたレンズ３４の平面図である。図３は図２におけるＡ−Ａ線上及びＢ−Ｂ線上の発光強度のプロファイルを示す。このレンズ３４を２次元的に配列してディスプレイ等が形成される。
【０００８】
しかし、上記の様に発光面が偏在する場合、図２及び３に示すとおり、レンズ３４の表面において方向性のある発光強度の偏在が生じる。このような方向性の強い発光強度の偏在はディスプレイの意匠上好ましくない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明はかかる課題を解決すべくなされたものであり、ｎ型の第１の半導体層上にｎ電極が接続され、ｐ型の第２の半導体層上にｐ電極が接続され、かつｎ電極とｐ電極は同一面側に形成される発光素子において、
発光面が略Ｈ字形状であり、このＨ字の窪みの部分の一方にｎ電極が配置され、他方にｐ電極が配置される、
ことを特徴とする発光素子である。
【００１０】
【発明の作用・効果】
上記の様に構成された発光素子によれば、発光面がＨ字形状にされているので発光面の偏在が緩和され、レンズ上においても、発光強度の偏在が緩和される。また、発光強度の偏在は残るものの、その方向性は大幅に緩和されるので、意匠上好ましいものとなる。
【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４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５は図４におけるＶ−Ｖ線断面図である。
図４に示すとおり、発光ダイオード１０は平面から視てその外郭が実質的な長方形であり、相対向する短辺のそれぞれ中央に、各短辺に接するようにして、ｎ電極１７とｐ電極１９とが形成されている。実質的な発光面となる透光性電極１８はｎ電極１７と各長辺の間、及びｐ電極１９と各長辺の間まで回り込んでいる。換言すれば、発光面がＨ字形状をしており、各電極１７、１９がＨ字の一対の窪みの部分に配置される構成である。
【００１２】
この発光ダイオード１０は、図５に示すとおり、サファイア基板１１の上に、バッファ層１２、ｎ型の第１の半導体層１３、超格子構造の発光層１４、ｐ型の第２の半導体層１５を順次積層した構成である。半導体層１３ないし１５はＡｌ_ＸＩｎ_ＹＧａ_{１ーＸーＹ}Ｎ（Ｘ＝０、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ＝０を含む）で形成される。
【００１３】
各半導体層の具体的なスペックは次の通りである。

【００１４】
上記において、ｎ型の第１の半導体層１３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１４は超格子構造のものに限定されず、シングルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどを用いることができる。
発光層１４とｐ型の第２の半導体層１５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−Ｙ}Ｎ（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１４中に注入された電子がｐ型の第２の半導体層１５に拡散するのを防止するためである。
ｐ型の第２の半導体層１５を発光層側の低ホール濃度ｐ層と電極側の高ホール濃度ｐ^＋層とからなる２層構造とすることができる。
【００１５】
基板１１の上の半導体層１２〜１５は有機金属化合物気相成長法（以下、「ＭＯＶＰＥ法」という。）により形成される。この成長法においては、アンモニアガスと３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９７４７１公報等を参照されたい。
【００１６】
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ｐ型の第２の半導体層１５、発光層１４及びｎ型の第１の半導体層１３の一部を除去し、電極形成面１６を得る。この電極形成面１６は素子を平面から視たときにおいて一の短辺の中央から素子の中心へ延びている。
【００１７】
その後、Ａｌ（アルミニウム）を蒸着してｎ電極１７を直径が１２０μｍの実質的な円形に形成する。ｎ電極１７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１７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２１を設ける。また、ｎ電極１７はその周縁が素子の一の短辺において実質的な中央部に接するように配置される。これは、ｎ電極１７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。
【００１８】
次に、ｐ型の第２の半導体層１５の上へ透光性電極１８を１０ｎｍの厚さに蒸着する。なお、透光性電極１８とエッチング壁面との間に１０μｍ幅の第２のクリアランス２２が設けられる。
【００１９】
そして、透光性電極１８の上へ平面から視て一辺が１２０μｍの実質的に正方形なｐ電極１９を蒸着する。ｐ電極１９の厚さは１．５μｍである。ｐ電極１９はその一辺が素子の他の短辺において中央部に接するように設けられている。これは、電極１７、１９間の隔たりを大きくし、ボンディング作業を容易にするためである。
【００２０】
このｐ電極１９と透光性電極１８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）、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。
【００２１】
図６は図４の実施例の変形態様を示す。ここにおいて、ｎ電極１７０を実質的な正方形とし、ｐ電極１９０を実質的な円形とする。図６において、図４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。図６のように素子を設計すると、図４のものに比べて、透光性電極の面積をより広く取れることとなる。
【００２２】
ｎ電極１７とｐ電極１９の形状は図示した円形又は正方形に限定されない。ワイヤーボンディング作業時の画像処理において、両者の種別及び位置を特定できるものであれば、例えば、各電極の形状を三角形、四角形（長方形、菱形、平行四辺形、台形等）、六角形、又は八角形とすることができる。
【００２３】
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。
【００２４】
この発光ダイオード１０は、図７に示すように、基台３１に固定され、ｎ電極１７及びｐ電極１９に対してそれぞれワイヤー３２、３３がボンディングされる。その後、モールド成形によりエポキシ樹脂でレンズ３４を形成する。
【００２５】
図８は実施例の発光ダイオード１０をモールドしたレンズ３４の平面図である。図９は図８におけるＡ−Ａ線上、Ｂ−Ｂ線上、Ｃ−Ｃ線上及びＤ−Ｄ線上の発光強度のプロファイルを示す。図９からわかるとおり、このレンズ３４にもＨ字形状の発光面に対応した発光強度の偏在が生じる。しかし、この発光強度の偏在及びその偏在の方向性は検討例の素子１において現れたそれ（図３参照）よりも小さいものとなる。これは、実施例の素子によれば、発光面が各電極１７、１９の両サイド（図４において上下）まで回り込んでおり、もって、素子上面において発光面がより均一に分布しているからである。
【００２６】
また、平面から視たとき素子の外郭を長方形とすることにより、正方形であるものに比べ、ｎ電極とｐ電極との間隔を広くすることができる。これにより、ボンディング作業を容易にできる。
【００２７】
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。
例えば、ＧａＡｓ系半導体を利用すれば、透光性電極を廃止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は検討例の発光素子の平面図である。
【図２】図２は検討例の発光素子がモールドされたレンズの発光状態を示す平面図である。
【図３】図３は検討例の発光素子の発光強度のプロファイルを示す図である。
【図４】図４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５】図５は同断面図（図４におけるＶ−Ｖ線で示す）である。
【図６】図６はこの発明の変形態様の発光ダイオードの平面図である。
【図７】図７はレンズにモールドされた実施例の発光ダイオードの状態を示す断面図である。
【図８】図８は実施例の発光ダイオードがモールドされたレンズの発光状態を示す平面図である。
【図９】図９は実施例の発光ダイオードの発光強度のプロファイルを示す図である。
【符号の説明】
１、１０発光素子
２、１８発光面
３、１７、１７０ｎ電極
４、１９、１９０ｐ電極
１１基板
１２バッファ層
１３ｎ型の半導体層
１４発光層
１５ｐ型の半導体層
１８透光性電極

Claims

ｎ型の第１の３族窒化物半導体層上にｎ電極が接続され、ｐ型の第２の３族窒化物半導体層上に透光性電極が形成され、該透光性電極の上にｐ電極が接続され、かつ前記ｎ電極とｐ電極は同一面側に形成される発光素子において、
前記透光性電極が実質的な発光面となって、該発光面は略Ｈ字形状であり、このＨ字の窪みの部分の一方に前記ｎ電極が配置され、他方に前記ｐ電極が配置され、
前記ｎ電極を実質的な正方形とし、前記ｐ電極を実質的な円形とする、ことを特徴とする３族窒化物半導体発光素子。
前記発光素子の外郭が実質的に平面視で長方形であることを特徴とする請求項１に記載の３族窒化物半導体発光素子。
前記ｐ電極及び前記ｎ電極は平面から視て素子の辺に接するように形成される、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の３族窒化物半導体発光素子。