JPH0794783A - 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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JPH0794783A
JPH0794783A JP23468593A JP23468593A JPH0794783A JP H0794783 A JPH0794783 A JP H0794783A JP 23468593 A JP23468593 A JP 23468593A JP 23468593 A JP23468593 A JP 23468593A JP H0794783 A JPH0794783 A JP H0794783A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 発光素子の外部量子効率を高めることを第一
の目的とし、次にn層およびp層の電極間のショートを
なくし信頼性の高い発光素子を実現することを第二の目
的とし、さらに外部量子効率を高めるために形成した透
光性電極の信頼性を高めることを第三の目的とする。 【構成】 同一面側にn層2の電極4とp層3の電極1
1とが形成されており、それらの電極側を発光観測面側
とす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層3の電極11がp層3表面のほぼ全面に形成さ
れた透光性の第一の電極11よりなり、さらにその透光
性の第一の電極11の表面に、絶縁性および透光性の保
護膜13が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオード、レー
ザーダイオード等に使用される窒化ガリウム系化合物半
導体(InXAlYGa1-X-YN、0≦X≦1、0≦Y≦
1)が積層されてなる窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子に係り、特に、p−n接合を有する窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子の電極の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子は、基板上に、n型の窒化ガリウム系化合物半導体
層と、p型ドーパントがドープされた高抵抗なi型の窒
化ガリウム系化合物半導体層とが積層されたいわゆるM
IS構造のものが知られているが、最近になって高抵抗
なi型をp型とする技術(特開平2−257679号公
報、特開平3−218325号公報、特開平5−183
189号公報等)が発表され、p−n接合型の発光素子
が実現可能となってきた。
【0003】現在のところ、p−n接合型の窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子は、そのp型窒化ガリウム系
化合物半導体(以下、p層という。)の製造方法が限ら
れているため、通常p層が最上層(即ち、積層終了時の
層)とされる。また、発光素子の基板には透光性、絶縁
性を有するサファイアが使用されるため、発光素子の発
光観測面側は基板側とされることが多い。しかし、基板
側を発光観測面側とするp−n接合型の発光素子は、同
一面側に形成されたp層およびn層の電極をリードフレ
ームに接続する際、1チップを2つのリードフレームに
跨って載置しなければならないので、1チップサイズが
大きくなるという欠点がある。つまり、n層の電極がp
層と接触すると電気的にショートしてしまうため、チッ
プ上の正、負それぞれの電極と2つのリードフレーム幅
と間隔を大きくする必要性から、自然とチップサイズが
大きくなる。従って1枚あたりのウエハーから取れるチ
ップ数が少なくなり、高コストになるという欠点があ
る。
【0004】一方、電極側を発光観測面とする発光素子
は、1チップを1つのリードフレーム上に載置できるた
めチップサイズを小さくできる。しかも、発光観測面側
から正、負両方の電極を取り出すことができるので、生
産技術上有利であるという利点がある反面、発光観測面
側の電極により発光が阻害されることにより、基板側を
発光観測面とする発光素子に比して外部量子効率が悪い
という欠点がある。また、n層の電極にワイヤーボンデ
ィングする際、ボールが電極からずれてp層と接触して
ショートする危険性がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】我々は、外部量子効率
の問題に対しては、先に、p層側を発光観測面とする発
光素子のp層に形成する電極を透光性の全面電極とする
技術を提案した。この技術により、従来の窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子の問題は改善されてきた。しか
し、p層に形成した透光性の全面電極は非常に膜厚が薄
いことにより、製造ラインの途中で傷がつきやすくな
り、電極に傷がつくと傷の具合によっては、電流が部分
的に流れ、均一な発光が不可能となり、外部量子効率が
低下するという問題が生じてきた。
【0006】また、全面電極の上に、さらにボンディン
グ用の電極(ボンディングパッド)を形成した場合、ワ
イヤーボンディング時に、ワイヤーに引っ張られ、その
ボンディング用の電極と透明な全面電極とが剥がれやす
くなるか、または全面電極がp層から剥がれやすくなる
という問題が生じてきた。
【0007】従って、本発明はこのような事情を鑑み成
されたものであり、電極側を発光観測面とし、p−n接
合を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子におい
て、まずその発光素子の外部量子効率を高めることを第
一の目的とし、次にn層およびp層の電極間のショート
をなくし、信頼性の高い発光素子を実現することを第二
の目的とし、さらに外部量子効率を高めるために形成し
た透光性電極の信頼性を高めることを第三の目的とす
る。
【0008】
【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は、同一面側にn層の電極とp層
の電極とが形成されており、それらの電極側を発光観測
面側とす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層の電極がp層のほぼ全面に形成された透光
性の第一の電極よりなり、さらに前記第一の電極の表面
には、絶縁性および透光性の保護膜が形成されているこ
とを特徴とする。なお本願において、透光性とは窒化ガ
リウム系化合物半導体の発光を透過するという意味であ
り、必ずしも無色透明を意味するものではない。
【0009】
【作用】本発明の発光素子はp層の電極を透光性の第一
の電極としている。第一の電極は透光性であることによ
り、p−n接合界面の発光を電極側から観測することが
できる。さらに第一の電極はp層のほぼ全面に形成して
いるので電流がp層全体に均一に広がり、均一な発光を
得ることができる。また第一の電極の表面に絶縁性の保
護膜を形成していることにより、ボンディング時にn層
の電極のボールが第一の電極に接触してもショートする
ことがない。しかも保護膜も透光性であることにより、
第一の電極を透過する光が保護膜も透過するので、外部
量子効率が低下することが少ない。また、保護膜を第一
の電極の表面に形成しているため、保護膜は第一の電極
を保護し、傷が入りにくくしている。さらにまた保護膜
を第一の電極のほぼ全面に形成する(但し、ワイヤーボ
ンディング位置を除くのは当然である。)ことにより、
ボンディングの際、第一の電極がp層から剥がれるのを
防止する作用がある。
【0010】第一の電極の表面にボンディング用の第二
の電極を形成した場合、保護膜を第一の電極と連続して
第二の電極の表面まで形成することにより、第一の電
極、および第二の電極が保護膜により押さえつけられて
カバーされるような状態となり、ボンディング時に第二
の電極が第一の電極から剥がれること、または第一の電
極がp層から剥がれることを防止する作用がある。
【0011】
【実施例】図1は本発明の一実施例に係る発光素子の構
造を示す模式断面図であり、この素子はサファイア基板
1の上にn型層2とp型層3とを順に積層したホモ構造
の発光素子を示している。
【0012】p層3の上に形成した第一の電極11は透
光性としているため、前記のようにp−n接合界面の発
光を発光面側に有効に取り出すことができる。しかもp
層3のほぼ全面に形成してあるために、電界が均一に広
がりp−n接合面のほぼ全面に亙って均一な発光が得ら
れる。電極11を透光性にするにはAu、Pt、Al、
Sn、Cr、Ti、Ni等の電極材料を非常に薄く形成
することにより実現可能である。具体的には、蒸着、ス
パッタ等の技術により電極が透光性になるような膜厚で
直接薄膜を形成するか、または薄膜を形成した後、アニ
ーリングを行い電極を透光性にすることができる。電極
11の膜厚は0.001μm〜1μmの厚さで形成する
ことが好ましい。0.001μmよりも薄いと電極抵抗
が大きくなり好ましくない。逆に1μmよりも厚いと電
極が透光性になりにくく実用的ではない。電極材料によ
っても異なるが、第一の電極11がほぼ透明でほとんど
発光を妨げることがなく、また接触抵抗も低い特に実用
的な範囲としては、0.005μm〜0.2μmの範囲
が好ましい。
【0013】本発明の発光素子は、以上のような第一の
電極11の表面に透光性および絶縁性の保護膜13を形
成している。このように保護膜13は第一の電極11の
表面を保護しているため、保護膜が形成された部分は外
部から傷が入りにくい。特に、n層の電極4と、ボンデ
ィング用の第二の電極12との間は、ボンディング時
に、ボールが電極4と電極11との間に跨りショートし
やすいのであるが、保護膜13がそれを防止している。
【0014】保護膜13の材料は透光性で絶縁性を有し
ていればどのような材料を使用しても良いが、特に好ま
しい材料としてSiO2、TiO2、Al23、Si34
等を使用することができる。これらの材料は膜厚にかか
わらず無色透明で、絶縁性であるため、第一の電極11
を透過した発光をほとんど減衰させることなく、透過さ
せることができる。また保護膜13を形成するには、例
えばこれらの材料を、所定のマスクを形成したn層2、
あるいは第一の電極11に蒸着、スパッタ等の方法を用
いて形成することができる。
【0015】図2は本発明の他の実施例に係る発光素子
の構造を示す模式断面図であり、図1と異なるところ
は、保護膜13を第一の電極11とn層2とに連続して
形成したことである。このように保護膜13をn層の電
極4、ボンディング用の第二の電極12を残して全面に
形成することにより、発光素子の信頼性が図1の素子に
比べてさらに向上する。
【0016】図3も本発明の他の実施例に係る発光素子
の構造を示す模式断面図である。この発光素子は、保護
膜13を第一の電極11と第二の電極とに連続して形成
しており、さらにn層の電極4にも連続して形成してい
る。このように保護膜13を第二の電極の表面にも連続
して形成することにより、第二の電極は保護膜により押
さえつけられるような構造となるため、第二の電極12
が第一の電極11より剥がれるのを防止することができ
る。また、n層の電極4の上にも形成しているので、n
層の電極4がn層2から剥がれるのも防止でき、特に信
頼性に優れた発光素子を提供することができる。なお、
保護膜13を形成する際、n層の電極4、第二の電極1
2の表面にボンディング可能なように、金属面を露出さ
せた箇所を残しておくことは言うまでもない。
【0017】図4は本願の他の実施例による発光素子を
電極側からみた平面図である。この発光素子はn層の電
極4と第二の電極12とを対角線上の隅部に配置してい
る。つまり、図3に示す第二の電極12をn層の電極4
と対角線上になるように、第一の電極11の隅部に配置
したものである。このようにn層の電極4と第二の電極
12とを配置することにより、電流がp層3全体に最も
よく広がり、p層3全体を均一に発光させることがで
き、最も発光効率が向上する。さらに保護膜13は図3
と同じく、第一の電極11上と、第二の電極12上と、
n層の電極4上とに連続して形成しており、発光素子の
発光観測面側は保護膜13でほとんど覆われている。
【0018】以上、n層とp層とを順に積層したホモ構
造の発光素子について説明したが、本願は同一面側の電
極を発光観測面とする窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子であれば、ダブルへテロ構造、シングルへテロ構造
等の発光素子の構造は問わず、あらゆる構造に適用でき
る。
【0019】
【発明の効果】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子はMIS構造であったため、電極間の絶縁は全く考
えられていなかった。しかしp−n接合を有し、同一面
側から電極を取りだした構造の窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子では、電極間の絶縁が非常に重要である。
本発明では、保護膜の作用により電極間の絶縁性が格段
に向上して、信頼性に優れた発光素子を提供することが
できる。しかも第一の電極および保護膜とも透光性であ
るため窒化ガリウム系化合物半導体層の発光を電極側か
ら観測でき外部量子効率が向上する。また保護膜により
電極に傷が入ることがなく、さらに電極の剥がれがない
ため、製造歩留が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例による発光素子の構造を示
す模式断面図。
【図2】 本発明の他の実施例による発光素子の構造を
示す模式断面図。
【図3】 本発明の他の実施例による発光素子の構造を
示す模式断面図。
【図4】 本発明の他の実施例による発光素子を電極側
からみた平面図。
【符号の説明】
1・・・サファイア基板 2・・・n型窒化ガリウム系化合物半導体層 3・・・p型窒化ガリウム系化合物半導体層 4・・・n層の電極 11・・・第一の電極 12・・・第二の電極 13・・・保護膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一面側にn層の電極とp層の電極とが
    形成されており、それらの電極側を発光観測面側とする
    窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、 前記p層の電極がp層のほぼ全面に形成された透光性の
    第一の電極よりなり、さらに前記第一の電極の表面に
    は、絶縁性および透光性の保護膜が形成されていること
    を特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
  2. 【請求項2】 前記第一の電極の上にボンディング用の
    第二の電極が形成されており、前記保護膜は前記第一の
    電極と連続して、前記第二の電極の表面にも形成されて
    いる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。
  3. 【請求項3】 前記保護膜は前記第一の電極と連続し
    て、前記n層の電極の表面にも形成されていることを特
    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。
JP23468593A 1993-01-28 1993-09-21 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 Expired - Lifetime JP2770717B2 (ja)

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