JPH11121803A - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

発光ダイオード及びその製造方法

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JPH11121803A
JPH11121803A JP28382797A JP28382797A JPH11121803A JP H11121803 A JPH11121803 A JP H11121803A JP 28382797 A JP28382797 A JP 28382797A JP 28382797 A JP28382797 A JP 28382797A JP H11121803 A JPH11121803 A JP H11121803A
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JP
Japan
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electrode
light emitting
emitting diode
layer
adhesion
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JP28382797A
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English (en)
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Shigeyuki Ishiguro
茂之 石黒
Genta Koizumi
玄太 小泉
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボンダビリティが良好でしかも密着性に優れ
た電極を有する発光ダイオード及びその製造方法を提供
する。 【解決手段】 第一電極11を形成した後、第二電極12用
フォトパターン形成時に第一電極11よりも小さな電極径
のパターンを形成することで、第二電極13がエピ層5と
接触することがない。このためボンダビリティが良好で
しかも密着性に優れた電極11,12を形成することができ
る。第二電極12用の密着材料12aを検討する場合、半導
体表面だけでなく、ガラス面等他の表面との密着性まで
考える必要が無くなり、第一電極11との密着性だけを考
えればよいので、電極材料の選択の枠が広がる。第一電
極11用の金属材料の蒸着膜の上に第二電極12用の密着材
料12aの蒸着膜を形成し、エッチングによって同時に第
一電極11及び第二電極12を形成しても第二電極12がエピ
層5と接触することがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード及
びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の品質を左右する要素として
ボンダビリティがある。ボンダビリティとは、例えば発
光ダイオードを基板に実装する際の発光ダイオードの電
極と、基板との間のワイヤボンディングの強度(剥離
性)や位置精度をいう。ボンダビリティは電極上にワイ
ヤボンディングに適した金属からなる密着材料の層を形
成することにより向上する。
【0003】図4はAlGaAs系のダブルヘテロ構造
の発光ダイオードの断面図である。
【0004】同図に示すp型GaAs基板1の上にエピ
タキシャル成長によりp型AlGaAsクラッド層2、
p型AlGaAs活性層3、n型AlGaAsウィンド
層4の三層のエピタキシャル層(以下「エピ層」とい
う)5が形成されている。基板1の裏面全面にはAuZ
n/Ni/Au裏面電極6が形成され、エピ層5の表面
中央には第一電極7が形成され、第一電極7を覆うよう
に第二電極8が形成されている。これら基板1、エピ層
5及び電極6,7,8で発光ダイオード9が構成されて
いる。p型AlGaAs活性層3及びn型AlGaAs
ウィンド層4のpn界面が発光層となっている。
【0005】この発光ダイオード9は、第一電極7によ
りオーミック接触が確保され、第二電極8により良好な
ボンダビリティが得られる。
【0006】第一電極(円形AuGe/Ni/Au電
極)7は、エピ層5の表面(以下「エピ表面」という)
に熱処理によって形成することができ、第二電極(円形
Ti/Au若しくはCr/Au等の電極)8は、第一電
極7の上に非熱処理によってTi若しくはCr等の第一
電極との密着性のよい金属からなる密着材料を用いて形
成することができる。
【0007】一般に、第二電極は図5(a)〜(d)に
示すようにリフトオフ法を用いた方法で行われる。図5
(a)〜(d)は図4に示した発光ダイオードの製造方
法を示す工程図である。
【0008】エピ層(n型AlGaAsウィンド層4)
5の上に第一電極7を形成し(図5(a))、第一電極
7の周囲にフォトパターン10を形成する(図5
(b))。エピ層5、第一電極7及びフォトパターン1
0の上から第二電極8用の金属からなる密着材料(Ti
若しくはCr等の密着材料)8a、8を蒸着により密着
させる(図5(c))。剥離剤でフォトパターン10を
剥離することによりフォトパターン10上に蒸着された
余分な密着材料8aが剥離されて第一電極7を覆うよう
に第二電極8が形成される。(図5(d))。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の方法では第一電極7を覆うように第二電極8が形成
されるので、第一電極7の表面からはみ出した部分は、
エピ層5と第二電極8とが直接接触することになる。
【0010】しかし、第二電極8の密着材料は必ずしも
発光ダイオードのエピ表面と密着性が良いとは限らず、
エピ表面との密着性が悪い場合は第一電極上とは良好な
密着性があるものの、電極外周部における第二電極8の
密着材料とエピ表面との界面での剥離が起こり、この剥
離した部分がボンディング用電極上に付着し、ボンディ
ングを阻害するという問題があった。
【0011】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、ボンダビリティが良好でしかも密着性に優れた電極
を有する発光ダイオード及びその製造方法を提供するこ
とにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の発光ダイオードは、p型半導体層及びn型半
導体層のpn界面からなる発光層と、いずれかの半導体
層上に形成されオーミック接触を確保するための第一電
極と、第一電極の上に形成されボンダビリティを向上さ
せるための第二電極とを備えた発光ダイオードにおい
て、第二電極が第一電極の表面からはみ出さないように
形成されているものである。
【0013】また本発明の発光ダイオードの製造方法
は、p型半導体層及びn型半導体層のpn界面からなる
発光層を形成し、いずれかの半導体層上にオーミック接
触を確保するための第一電極を形成し、第一電極の上に
ボンダビリティを向上させるための第二電極を形成する
発光ダイオードの製造方法において、p型半導体層上に
第一電極を形成した後、第一電極を該第一電極よりも小
さな開口部を有する第二電極用フォトパターンで取り囲
み、第二電極用の金属からなる密着材料を蒸着させた
後、第二電極用フォトパターンを剥離するリフトオフ法
を用いて第一電極の上に第二電極を形成するものであ
る。
【0014】さらに本発明の発光ダイオードの製造方法
は、p型半導体層及びn型半導体層のpn界面からなる
発光層を形成し、いずれかの半導体層上にオーミック接
触を確保するための第一電極を形成し、第一電極の上に
ボンダビリティを向上させるための第二電極を形成する
発光ダイオードの製造方法において、p型半導体層上に
第一電極用の金属からなる密着材料を蒸着し、熱処理を
行い、さらに第二電極用の金属からなる密着材料を全面
蒸着した後、エッチングによって第一電極及び第二電極
を形成するものである。
【0015】本発明によれば、いずれかの半導体層の上
に第一電極を形成した後、第二電極用フォトパターン形
成時にリフトオフ法により第一電極よりも小さな電極径
のパターンを形成することで、第二電極用の金属からな
る密着材料を蒸着する際に第一電極表面以外の部分へ回
り込むこと、すなわち第二電極が半導体層と接触するこ
とが防止される。このためボンダビリティが良好でしか
も密着性に優れた電極を形成することができる。また、
第二電極用の金属からなる密着材料を検討する場合、半
導体表面だけでなく、ガラス面等他の表面との密着性ま
でを考える必要が無く、第一電極との密着性だけを考え
ればよいので、電極材料の選択の枠が広がる。さらに、
第一電極用の金属からなる密着材料の蒸着膜の上に第二
電極用の金属からなる密着材料の蒸着膜を形成し、エッ
チングによって同時に第一電極及び第二電極を形成して
も第二電極が半導体層と接触することがない。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
【0017】図1(a)は本発明の発光ダイオードの一
実施の形態を示す断面図であり、図1(b)は図1
(a)の平面図である。尚、図4に示した従来例と同様
の部材には共通の符号を用いた。
【0018】p型GaAs基板1上に、p型AlGaA
sクラッド層2、p型AlGaAs活性層3及びn型A
lGaAsウィンドウ層4からなる三層のエピ層5が形
成されている。エピ層5の表面中央には円形の第一電極
11が形成され、第一電極11の上には第二電極12が
形成されている。基板1の裏面には裏面電極6が形成さ
れている。これら基板1、エピ層5及び各電極6,1
1,12で発光ダイオード13が構成されている。
【0019】次にこの発光ダイオードの製造方法につい
て述べる。
【0020】図2(a)〜(d)は図1(a)、(b)
に示した発光ダイオードの製造方法を示す工程図であ
る。
【0021】まず、p型GaAs基板1上に、p型Al
GaAsクラッド層2、p型AlGaAs活性層3、n
型AlGaAsウィンドウ層4の三層をエピタキシャル
成長させてエピ層5を形成する。p型AlGaAsクラ
ッド層2は、例えば混晶比が0.3、膜厚が40μm、
キャリア濃度が5×1017cm-3である。p型AlGa
As活性層3は、混晶比が0.03、膜厚が1.0μ
m、キャリア濃度が2×1018cm-3である。
【0022】このエピ層5の表面に電極径約130μ
m、厚さ約2000オングストロームの第一電極(円形
AuGe/Ni/Au電極)11をリフトオフ法若しく
はエッチングにより形成する。基板1の裏面全面には裏
面電極(AuZn/Ni/Au電極)6を形成する(図
1、図2(a))。
【0023】エピ層5の表面にリフトオフ用第一電極パ
ターン(フォトパターン、図示せず)を形成し、全面に
第一電極11用の密着材料を蒸着し、熱処理を行った後
フォトパターンを除去することによりオーミック接触を
確保した第一電極(円形AuGe/Ni/Au電極)1
1が形成される(図2(a))。
【0024】第一電極11の形成後、エピ層5の表面に
電極径が50μmから150μmの間で、かつ、第一電
極11の電極径より小さな大きさのリフトオフ用第二電
極パターン(フォトパターン)14を形成する(図2
(b))。
【0025】フォトパターン14を形成した後、第二電
極12用の密着材料12aとなるCrを、厚さ約100
0オングストロームになるまで蒸着し、さらにAuを厚
さ約10000オングストロームになるまで蒸着する
(図2(c))。
【0026】第二電極12用の密着材料12aを蒸着し
た後、リフトオフ法を用いて第二電極12となる部分以
外の部分のフォトパターン14を密着材料12aごと剥
離することにより、第一電極11上に電極径が50μm
から150μmの間の大きさの第二電極12が形成され
る。この結果、第二電極12とエピ層5とが接触しない
発光ダイオードが得られる(図2(d))。
【0027】図3は発光ダイオードにおける第二電極の
電極径と、ワイヤーボンディング時のボンディング不良
数と、不良原因との相関関係を示す図である。
【0028】同図において横軸はボンディングパッドの
電極径を示し、縦軸はワイヤーボンディング不良発生率
を示す。図中、丸印はボールシェアテストによる不良を
示し、三角印はボンディング阻害による不良を示す。
【0029】同図より、第二電極の電極径が50μmの
場合にはボール打ち込み時のボンディングパッド上から
の位置ずれによるボンダビリティ不良が30%発生した
が、第二電極の電極径が80μmの場合には10%に減
少した。第二電極の電極径が100μmの場合にはボン
ダビリティ不良が1〜2%と略無視できる程度になっ
た。因みに、第二電極の電極径が130μm以上の場合
には、第二電極外周部のエピ面との密着不良部分がボン
ディング電極上へ付着し、ボンディングが阻害されると
いったケースが50%もあった。尚、ボンディング不良
は、ボールシェアテストによって70g以下となったも
のをいい、ワイヤーボンディング不良発生率は、ボンデ
ィングシェアテストを行った発光ダイオードのチップ数
に対するボンディング不良となったチップ数のパーセン
テージである。
【0030】本実施の形態における最適条件については
第二電極の電極径が100μm以上であり、かつ、第一
電極の電極径よりも小さいことである。
【0031】尚、本実施の形態ではリフトオフ法を用い
たが、これに限定されることはなく、エピ表面全面に第
一電極用の金属からなる密着材料を蒸着し、熱処理を行
い、さらに第二電極用の金属からなる密着材料を全面蒸
着した後、エッチングによって電極パターンを形成して
も、第二電極が第一電極表面以外の部分へ回り込むこと
がないので同様の効果が得られる。
【0032】以上において本発明によれば、第二電極が
第一電極の表面からはみ出さないように形成することに
より、ボンダビリティが良好でしかも第二電極の剥離が
ない発光ダイオード及びその製造方法を提供することが
でき、このような電極構造は、発光ダイオードだけでな
く、レーザダイオードやIC等の電極を必要とするあら
ゆるデバイスにおける電極パッド形成に利用することが
できる。また、発光ダイオードや他のデバイスに対する
電極材料の選択枠が広がる。
【0033】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
【0034】ボンダビリティが良好でしかも密着性に優
れた電極を有する発光ダイオード及びその製造方法の提
供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の発光ダイオードの一実施の形
態を示す断面図であり、(b)は(a)の平面図であ
る。
【図2】(a)〜(d)は、図1(a)、(b)に示し
た発光ダイオードの製造方法を示す工程図である。
【図3】発光ダイオードにおける第二電極の電極径と、
ワイヤーボンディング時のボンディング不良数と、不良
原因との相関関係を示す図である。
【図4】AlGaAs系のダブルヘテロ構造の発光ダイ
オードの断面図である。
【図5】(a)〜(d)は図4に示した発光ダイオード
の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
1 基板(p型GaAs基板) 5 エピタキシャル層(エピ層) 6 裏面電極 11 第一電極 12 第二電極 12a 密着材料

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 p型半導体層及びn型半導体層のpn界
    面からなる発光層と、いずれかの半導体層上に形成され
    オーミック接触を確保するための第一電極と、該第一電
    極の上に形成されボンダビリティを向上させるための第
    二電極とを備えた発光ダイオードにおいて、上記第二電
    極が上記第一電極の表面からはみ出さないように形成さ
    れていることを特徴とする発光ダイオード。
  2. 【請求項2】 p型半導体層及びn型半導体層のpn界
    面からなる発光層を形成し、いずれかの半導体層上にオ
    ーミック接触を確保するための第一電極を形成し、該第
    一電極の上にボンダビリティを向上させるための第二電
    極を形成する発光ダイオードの製造方法において、上記
    p型半導体層上に第一電極を形成した後、該第一電極を
    該第一電極よりも小さな開口部を有する第二電極用フォ
    トパターンで取り囲み、第二電極用の金属からなる密着
    材料を蒸着させた後、上記第二電極用フォトパターンを
    剥離するリフトオフ法を用いて上記第一電極の上に第二
    電極を形成することを特徴とする発光ダイオードの製造
    方法。
  3. 【請求項3】 p型半導体層及びn型半導体層のpn界
    面からなる発光層を形成し、いずれかの半導体層上にオ
    ーミック接触を確保するための第一電極を形成し、該第
    一電極の上にボンダビリティを向上させるための第二電
    極を形成する発光ダイオードの製造方法において、上記
    p型半導体層上に第一電極用の金属からなる密着材料を
    蒸着し、熱処理を行い、さらに第二電極用の金属からな
    る密着材料を全面蒸着した後、エッチングによって第一
    電極及び第二電極を形成することを特徴とする発光ダイ
    オードの製造方法。
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