JPH08250769A - 半導体光素子 - Google Patents
半導体光素子Info
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Abstract
電流を効率良く利用する電極パッドを有する半導体光素
子を提供すること。 【構成】電極を形成する際、超音波加工によることか
ら、電極パッド下の半導体層が超音波でダメージを受
け、結晶性が低下して耐久性低下となっていることが判
明した。それで、光信号に直接関係しない電極パッド10
下のp層領域に、電流を流しにくくする高抵抗層15を薄
く形成する。この高抵抗層15の存在によって電流は電極
パッド10領域下部には流れにくくなり、発光に寄与する
p層に流れる。LEDの場合、発光に寄与する電流が多く
なることから、発光効率が向上する。電極パッド10下の
領域にはあまり電流が流れないため、マイグレーション
が抑制され、製品としての寿命が長くなり、品質が向上
する。
Description
つ有する発光素子あるいは光検出素子等の半導体光素子
に関し、特に、ワイヤボンディング用の電極パッドを有
する半導体光素子に関する。
ドを有する半導体光素子は、図5の半導体チップ500
で示される構成が多い。即ち、電極パッド10、11が
形成された側が発光面または受講面という機能面として
利用される。つまり、ボンディング用の電極パッド10
を発光面(または受光面)領域に形成している。通常は
pn接合面が発光面、受光面となるので、その面の一部の
上に電極パッド10を形成した構成としている。またも
う一方の電極パッド11は、pn接合の下側と接続するた
め、発光面の一部を切り欠き、下側の半導体活性層を露
出させて形成してある。そして電極パッド10、11の
上に、超音波ボンディング装置等を用いて図示しないボ
ンディングワイヤを接続させ、発光素子( LED)の場合
では、利用する際に発光のための電圧を印加する。
造の半導体光素子において、室温連続点灯試験や高温連
続点灯試験などの耐久試験を実施すると、電極パッド付
近で劣化が生じて、製品としての品質を低下させている
問題があった。
ないために、電極付近の劣化を防ぎ、流れる電流を効率
良く利用するワイヤボンディング電極を有する半導体光
素子を提供することである。
ッドにワイヤボンディングする際に、電極パッド直下の
半導体領域に、ボンディング手段である超音波によって
ダメージが与えられていることを確認したので、このダ
メージが、通電時にマイグレーションとして劣化を早め
ていると判定し、電極パッドに隠れて発光または受光に
寄与しない領域を通電させないようにすることが解決す
る手段と判断した。そこで、上記の課題を解決するため
本発明の構成は、ワイヤボンディング用の電極パッドを
有し、pn接合を少なくとも一つ有する半導体光素子にお
いて、前記pn接合の利用面上の電極パッドの下部に通電
電流を制限する高抵抗層を設けたことである。また関連
発明の構成は、前記高抵抗層が、前記電極パッド直下の
透明電極の下に形成されていることである。さらに加え
て特徴ある構成は、前記高抵抗層が酸化シリコン(SiO2)
層または窒化シリコン(Si3N4) 層となっていることであ
る。
ヤを電極パッドにあてて超音波加工等によりボンディン
グを形成することから、電極パッド下の半導体層が超音
波のエネルギーでダメージを受け、結晶性が低下して、
電圧を印加した際の通電電流によってダメージを受けた
領域がマイグレージョン等を引き起こし、耐久性低下に
つながっていることが判明した。そのため、光取り出し
または光検出等の光信号に直接関係しない電極パッド下
部の半導体領域に、電流を流しにくくする高抵抗層もし
くは絶縁層を薄く形成する。この高抵抗層の存在によっ
て電流は電極パッド領域下部には流れにくくなり、電極
パッド領域以外の発光(もしくは受光)に寄与する半導
体層に流れる。
層である時、その上に形成される電極パッドの下部、透
明電極を介した下に高抵抗層として酸化シリコン(SiO2)
が形成してある場合、この酸化シリコン(SiO2)層の下の
p層にはほとんど電流が流れず、電極パッドが形成され
た以外のp領域で電流が流れ、電極パッドで覆われてい
ない領域で発光される。このように、高抵抗層は電極パ
ッドの下の半導体層に電極を流さないようにする。
下部の半導体層に電流が流れないので、ボンディング工
程でダメージを受けた、電極パッド下部の半導体層が、
それ以上ダメージを増大させず、劣化が抑制される。ま
た不透明な電極の下部には電流が流れず、信号に寄与す
る領域側に流れるので、通電電流が効率的に利用され
る。 LEDの場合、発光に寄与する電流が多くなることか
ら、発光効率が向上する。ボンディングでダメージを受
けている電極パッド下の領域にはあまり電流が流れない
ため、マイグレーションが抑制され、製品としての寿命
が長くなり、品質が向上する。それは加速劣化試験にお
いて、著しい改善が得られていることからも判る。
明する。 (第一実施例)図1は、本発明をGaN 系LED 100のp
電極パッド10の下部に酸化シリコン(SiO2)層15を形
成した場合の模式的見取り図である。LED 100の基板
はサファイヤ基板1であり、その上にpn接合(p層1
3、n層14)が縦型接合に形成され、上面にp電極と
なる透明電極12が形成され、その一部にp電極パッド
10が形成されている。このp電極パッド10と、図1
に示すようなn電極パッド11とに、それぞれ図示しな
いワイヤでボンディングされて電気的接続がなされ、通
電してp層を通して発光させる。両電極パッド11、1
2はワイヤボンディングするために少なくともその表面
がアルミ(Al)や金(Au)などの金属材料で形成されてい
る。
ン(SiO2)の高抵抗層15が形成してあり、その高抵抗層
15から下の半導体層領域にはp電極パッド10(正確
には透明電極12)から電流が流れないようになってい
る。電流は酸化シリコン(SiO2)の高抵抗層15を通過し
ないため、透明電極12を介して高抵抗層15の周辺に
流れる。結局、 LED100として、電極パッド10のな
い発光面側にほとんど流れ、電流が発光に寄与する領域
へほとんど流れる。
2)で示したが、これ以外の絶縁体、例えば窒化シリコン
(Si3N4) などの絶縁膜でももちろん構わない。
明電極12の下部に高抵抗層15を形成する製造方法を
図2を用いて説明する。 (1) 図2(a) でウエハ状態の各チップにRIEエッチン
グによってチップの発光部分のp領域となる形状(矩形
に一部切り欠きを有する形状)を形成する。図に示した
枠内は非エッチング領域で発光面として残す部分(p領
域)である。ここでは各チップが二つ並んでいる所を示
してある。二つのチップの間は分離するための領域であ
る。 (2) 次に、p電極パッド10を形成する範囲(図の右下
の矩形切り欠き部)に酸化シリコン(SiO2)層15を形成
する(図2(b))。これはマスクを用いて形成する。そし
て場合によっては、その酸化シリコン(SiO2)層15上面
に、コンタクト用のチタン(Ti)もしくはクロム(Cr)の薄
膜を形成する。 (3) 次にこのp領域全体にわたってニッケル(Ni)を20
Å、その上に金(Au)を50Å程度の透明電極12を蒸着法
などで形成する(図2(c))。 (4) そしてその上に電極パッド10および11をp電極
とn電極に、金(Au)またはアルミ(Al)またはニッケル(N
i)で 1.7μm程度の厚さに形成する。透明電極12と同
じ材料で形成する場合、電極パッド部分だけを厚く形成
する形になる。透明電極12と同一でない材料の場合
は、接続面がオーミック性を持つように、必要に応じて
バリア層を形成するなどして電極パッドを形成する(図
2(d))。
ド10を流れる電流はp電極パッド10下部の領域を流
れずに、透明電極12を通じてpn接合の発光に寄与する
領域へと流れるため、通電による電極パッド直下部分の
ダメージ拡大、あるいは耐久性低下が抑制される。
の部分を横から見た模式的構造断面図である。図1では
p層の一部を切り欠いて酸化シリコン(SiO2)層15とし
たが、ここでは酸化シリコン(SiO2)層16をp層13の
上に形成して絶縁層(高抵抗層)として使う例である。
この場合、用いる酸化シリコン(SiO2)層(高抵抗層)1
6は厚く形成する必要はない(なお図3は膜厚の比を反
映していない)。しかしこの酸化シリコン(SiO2)層16
は、電子線照射して半導体層13をp伝導型に形成する
際に電子線を遮るマスクとして存在するので、半導体層
13の酸化シリコン(SiO2)層16の下の部分はマスクの
ない領域よりはキャリア濃度が少ない。すなわち高抵抗
のままとなる。そしてこの上の領域も含めてp層13の
上に透明電極12を形成する。なお、場合によっては、
図示したように、酸化シリコン(SiO2)層16の上にシリ
サイドの形成を防ぐチタン(Ti)やクロム(Cr)のバリア層
17を薄く形成しても良い。
ン(SiO2)層16を形成した領域上にp電極パッド10を
蒸着等で形成する。このように高抵抗層16を形成して
もp電極を流れる電流は、p層13の厚さが薄いので、
p層13の電極パッド10の下側には回り込まず、発光
に寄与する領域を流れる。なお酸化シリコン(SiO2)層の
代わりに窒化シリコン(Si3N4) 層や他の絶縁層を用いて
も良い。
おけるp電極部分の断面を示した模式的構成断面図であ
る。この LED200は上側にp層を形成する際にクラッ
ド層である p-AlGaN(Mg-doped)層36とGaN(Mg-doped)
層37に電子線照射して得ている。ここで電子線照射を
全ての領域に施さないで、図3に示すようなイメージ
で、酸化シリコン(SiO2)のマスク38でp電極パッド1
0が形成される領域を覆って電子線が照射されないよう
にする。そうすることで、クラッド層36、およびGaN
層37はp伝導型とならず高抵抗のままとなる。その
後、マスク38を除去して、その上に透明電極12を形
成すれば、p電極パッド10の下側領域には高抵抗な層
が形成されたまま(図4の36、37のハッチング部
分)となり、ボンディングによってこの領域がダメージ
を受けたとしても、この領域にはほとんど通電されずに
ダメージを増大しにくく、LED の寿命を伸ばすことがで
きる。
見取り図。
面図。
面図。
光素子) 1 サファイヤ基板 10 p電極パッド 11 n電極パッド 12 透明電極 13 p層(半導体活性層) 14 n層(半導体活性層) 15 高抵抗層(酸化シリコン(SiO2)絶縁層) 16 高抵抗層(酸化シリコン(SiO2)絶縁層) 17 バリア層(チタン(Ti)やクロム(Cr)など) 35 p層以外の接合層(i層およびn層) 36 クラッド層(AlGaN(P,Mg-doped)) 37 GaN( P, Mg-doped) 層 38 マスク(酸化シリコン(SiO2))
Claims (3)
- 【請求項1】ワイヤボンディング用の電極パッドを有
し、pn接合を少なくとも一つ有する半導体光素子におい
て、 前記pn接合の利用面上の電極パッドの下部に通電電流を
制限する高抵抗層を設けたことを特徴とする半導体発光
素子。 - 【請求項2】前記高抵抗層が、前記電極パッド直下の透
明電極の下に形成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。 - 【請求項3】前記高抵抗層が、酸化シリコン(SiO2)層ま
たは窒化シリコン(Si3N4) 層であることを特徴とする請
求項1または2に記載の半導体発光素子。
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