JP2002009337A - 窒化物半導体素子 - Google Patents
窒化物半導体素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 封止材料の劣化を防止し、発光ダイオードの
高輝度を維持できる窒化物半導体素子を提供する。 【解決手段】 基板上にｎ型窒化物半導体層、活性層及
びｐ型窒化物半導体層が積層され、ｐ型窒化物半導体層
側からのエッチングにより露出されたｎ型窒化物半導体
層の露出面Ｂに設けられたｎ電極と、ｐ型窒化物半導体
層の表面Ａに設けられた全面電極上にｐ電極が形成され
てなる窒化物半導体素子において、前記窒化物半導体素
子の端部に、前記ｐ型窒化物半導体層の表面Ａと、前記
ｎ型窒化物半導体層の露出面Ｂとの間に形成された積層
面とほぼ平行な第２の露出面Ｃを有する窒化物半導体素
子であって、前記第２の露出面Ｃは、前記ｐ型窒化物半
導体層の表面Ａと、前記活性層の端面Ｄ１の上端との間
に形成され、前記活性層の端面Ｄ１は絶縁層で覆われて
いることを特徴とする窒化物半導体素子。
高輝度を維持できる窒化物半導体素子を提供する。 【解決手段】 基板上にｎ型窒化物半導体層、活性層及
びｐ型窒化物半導体層が積層され、ｐ型窒化物半導体層
側からのエッチングにより露出されたｎ型窒化物半導体
層の露出面Ｂに設けられたｎ電極と、ｐ型窒化物半導体
層の表面Ａに設けられた全面電極上にｐ電極が形成され
てなる窒化物半導体素子において、前記窒化物半導体素
子の端部に、前記ｐ型窒化物半導体層の表面Ａと、前記
ｎ型窒化物半導体層の露出面Ｂとの間に形成された積層
面とほぼ平行な第２の露出面Ｃを有する窒化物半導体素
子であって、前記第２の露出面Ｃは、前記ｐ型窒化物半
導体層の表面Ａと、前記活性層の端面Ｄ１の上端との間
に形成され、前記活性層の端面Ｄ１は絶縁層で覆われて
いることを特徴とする窒化物半導体素子。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード等
に用いられる窒化物半導体素子に係り、特に、封止材料
の劣化を防止し、発光ダイオードの高輝度を維持できる
窒化物半導体素子に関する。
に用いられる窒化物半導体素子に係り、特に、封止材料
の劣化を防止し、発光ダイオードの高輝度を維持できる
窒化物半導体素子に関する。
【０００２】
【従来技術】窒化物半導体は広いバンドギャップを持
ち、直接遷移型であることから、短波長の発光素子、例
えば発光ダイオード（ＬＥＤ）の材料として利用され
る。特に窒化物半導体素子を用いた高輝度の青色発光Ｌ
ＥＤは、ＬＥＤディスプレイ、交通信号灯、イメージス
キャナー光源等の各種光源として実用化されている。
ち、直接遷移型であることから、短波長の発光素子、例
えば発光ダイオード（ＬＥＤ）の材料として利用され
る。特に窒化物半導体素子を用いた高輝度の青色発光Ｌ
ＥＤは、ＬＥＤディスプレイ、交通信号灯、イメージス
キャナー光源等の各種光源として実用化されている。
【０００３】ＬＥＤは、基本的には半導体素子、電極及
び封止材料から構成されている。半導体素子は、透光性
絶縁基板上に形成された少なくとも半導体接合を有する
ｐ型及びｎ型の窒化物半導体により構成されている。
び封止材料から構成されている。半導体素子は、透光性
絶縁基板上に形成された少なくとも半導体接合を有する
ｐ型及びｎ型の窒化物半導体により構成されている。
【０００４】半導体素子の具体的な一例として窒化物半
導体素子を挙げると、図６のように透光性絶縁基板であ
るサファイア、スピネル等の基板６１の上に窒化物半導
体層との格子定数の不整合を緩和させるバッファ層（図
示せず）、ｎ電極６８とオーミック接触を得るためのＳ
ｉがドープされたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層６
２、キャリア結合により光を発生させるＧａＮ及びＩｎ
ＧａＮよりなる活性層（発光層）６３、キャリアを活性
層に閉じこめるためのＭｇがドープされたＡｌＧａＮ及
びＭｇがドープされたＩｎＧａＮよりなるｐ型クラッド
層６４、ｐ電極６７とオーミック接触を得るためのＭｇ
がドープされたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層６５が
順に積層されている窒化物半導体と、この窒化物半導体
をｐ型窒化物半導体層側からエッチングして形成させた
ｎ型窒化物半導体の露出面Ｂに所望の形状に形成させた
ｎ電極６８と、ｐ型窒化物半導体層の表面Ａのほぼ全面
を覆う全面電極６６上に所望の形状に形成させたｐ電極
６７とを有し、これら窒化物半導体及び各電極を外部か
ら保護し短絡を防ぐ目的で形成させた絶縁層６９とから
構成される。この窒化物半導体素子を透光性のエポキシ
系樹脂等の封止材料８０で封止して、例えば図８に示す
ような砲弾型のＬＥＤとなる。このようなＬＥＤに通電
させると、窒化物半導体素子中の活性層から発光した光
が、ｐ型窒化物半導体層の表面Ａ及び活性層の端面Ｄ１
から放出される。
導体素子を挙げると、図６のように透光性絶縁基板であ
るサファイア、スピネル等の基板６１の上に窒化物半導
体層との格子定数の不整合を緩和させるバッファ層（図
示せず）、ｎ電極６８とオーミック接触を得るためのＳ
ｉがドープされたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層６
２、キャリア結合により光を発生させるＧａＮ及びＩｎ
ＧａＮよりなる活性層（発光層）６３、キャリアを活性
層に閉じこめるためのＭｇがドープされたＡｌＧａＮ及
びＭｇがドープされたＩｎＧａＮよりなるｐ型クラッド
層６４、ｐ電極６７とオーミック接触を得るためのＭｇ
がドープされたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層６５が
順に積層されている窒化物半導体と、この窒化物半導体
をｐ型窒化物半導体層側からエッチングして形成させた
ｎ型窒化物半導体の露出面Ｂに所望の形状に形成させた
ｎ電極６８と、ｐ型窒化物半導体層の表面Ａのほぼ全面
を覆う全面電極６６上に所望の形状に形成させたｐ電極
６７とを有し、これら窒化物半導体及び各電極を外部か
ら保護し短絡を防ぐ目的で形成させた絶縁層６９とから
構成される。この窒化物半導体素子を透光性のエポキシ
系樹脂等の封止材料８０で封止して、例えば図８に示す
ような砲弾型のＬＥＤとなる。このようなＬＥＤに通電
させると、窒化物半導体素子中の活性層から発光した光
が、ｐ型窒化物半導体層の表面Ａ及び活性層の端面Ｄ１
から放出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
ＬＥＤの高出力化及び窒化物半導体の小型化に伴い、窒
化物半導体素子を封止しているエポキシ系樹脂が、ＬＥ
Ｄから発せられる光によって劣化するという問題が顕在
化してきた。
ＬＥＤの高出力化及び窒化物半導体の小型化に伴い、窒
化物半導体素子を封止しているエポキシ系樹脂が、ＬＥ
Ｄから発せられる光によって劣化するという問題が顕在
化してきた。
【０００６】エポキシ系樹脂は一般に、窒化物半導体と
の密着性が良く、機械的強度に優れ、また化学的にも安
定しており、価格が安価である等の理由から、封止材料
として現在最もよく用いられている材料である。しか
し、太陽光等の外部からの弱い光及び熱に対しては耐候
性に優れているものの、ＬＥＤ内部から、すなわち、封
止している窒化物半導体素子からの強い光及び熱に対し
ては弱いという性質を有する。特に青色を発光可能な窒
化物半導体素子を用いたＬＥＤの場合、他色に比べてエ
ネルギーが高いため、エポキシ系樹脂が劣化して黒褐系
色に着色し、ＬＥＤからの光を吸収してしまう。そのた
め、長時間の使用により、窒化物半導体素子が劣化して
いないにもかかわらず、ＬＥＤの発光強度が低下してし
まうという問題が生じている。
の密着性が良く、機械的強度に優れ、また化学的にも安
定しており、価格が安価である等の理由から、封止材料
として現在最もよく用いられている材料である。しか
し、太陽光等の外部からの弱い光及び熱に対しては耐候
性に優れているものの、ＬＥＤ内部から、すなわち、封
止している窒化物半導体素子からの強い光及び熱に対し
ては弱いという性質を有する。特に青色を発光可能な窒
化物半導体素子を用いたＬＥＤの場合、他色に比べてエ
ネルギーが高いため、エポキシ系樹脂が劣化して黒褐系
色に着色し、ＬＥＤからの光を吸収してしまう。そのた
め、長時間の使用により、窒化物半導体素子が劣化して
いないにもかかわらず、ＬＥＤの発光強度が低下してし
まうという問題が生じている。
【０００７】また、フォトレジスト技術の精度の向上に
より、全面電極がｐ型窒化物半導体最上面の外周付近に
まで形成可能になったため、全面電極の大きさを小さく
することなく窒化物半導体素子を小型化できるようにな
り、１枚のウエハーからより多くの窒化物半導体素子が
得られるようになった。しかし、上記のようなエポキシ
系樹脂の劣化は、このような小型化した窒化物半導体素
子を用いたＬＥＤにより強く発生する傾向がある。
より、全面電極がｐ型窒化物半導体最上面の外周付近に
まで形成可能になったため、全面電極の大きさを小さく
することなく窒化物半導体素子を小型化できるようにな
り、１枚のウエハーからより多くの窒化物半導体素子が
得られるようになった。しかし、上記のようなエポキシ
系樹脂の劣化は、このような小型化した窒化物半導体素
子を用いたＬＥＤにより強く発生する傾向がある。
【０００８】エポキシ系樹脂の劣化を防ぐためには、窒
化物半導体素子の保護膜（絶縁層）の膜厚を厚くすると
いう方法が考えられるが、それでは別の問題が生じてく
る。例えば、絶縁材料としてよく用いられているＳｉＯ
２は無機材料であり、ＬＥＤからの光に対して非常に安
定であるが、衝撃に弱く、活性層の横方向に成長させて
厚く形成させることが困難である等の問題がある。
化物半導体素子の保護膜（絶縁層）の膜厚を厚くすると
いう方法が考えられるが、それでは別の問題が生じてく
る。例えば、絶縁材料としてよく用いられているＳｉＯ
２は無機材料であり、ＬＥＤからの光に対して非常に安
定であるが、衝撃に弱く、活性層の横方向に成長させて
厚く形成させることが困難である等の問題がある。
【０００９】従って、本発明は、窒化物半導体素子を封
止しているエポキシ系樹脂の劣化を抑制し、ＬＥＤの高
輝度を維持する窒化物半導体を提供することを目的とす
る。
止しているエポキシ系樹脂の劣化を抑制し、ＬＥＤの高
輝度を維持する窒化物半導体を提供することを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために鋭意検討を行った結果、窒化物半導体
素子を封止しているエポキシ系樹脂のうち、特に劣化が
激しいのは活性層端面周辺であり、窒化物半導体素子の
形状を改良することで上記問題を解決出来ることを見い
だし、本発明を完成させるに至った。
を達成するために鋭意検討を行った結果、窒化物半導体
素子を封止しているエポキシ系樹脂のうち、特に劣化が
激しいのは活性層端面周辺であり、窒化物半導体素子の
形状を改良することで上記問題を解決出来ることを見い
だし、本発明を完成させるに至った。
【００１１】すなわち本発明の窒化物半導体素子は、基
板上にｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導
体層が積層され、ｐ型窒化物半導体層側からのエッチン
グにより露出されたｎ型窒化物半導体層の露出面Ｂに設
けられたｎ電極と、ｐ型窒化物半導体層の表面Ａに設け
られた全面電極上にｐ電極が形成されてなる窒化物半導
体素子において、前記窒化物半導体素子の端部に、前記
ｐ型窒化物半導体層の表面Ａと、前記ｎ型窒化物半導体
層の露出面Ｂとの間に形成された積層面方向とほぼ平行
な第２の露出面Ｃを有する窒化物半導体素子であって、
前記第２の露出面Ｃは、前記ｐ型窒化物半導体層の表面
Ａと、前記活性層の端面Ｄ１の上端との間に形成され、
前記活性層の端面Ｄ１は、絶縁層で覆われていることを
特徴とする。
板上にｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導
体層が積層され、ｐ型窒化物半導体層側からのエッチン
グにより露出されたｎ型窒化物半導体層の露出面Ｂに設
けられたｎ電極と、ｐ型窒化物半導体層の表面Ａに設け
られた全面電極上にｐ電極が形成されてなる窒化物半導
体素子において、前記窒化物半導体素子の端部に、前記
ｐ型窒化物半導体層の表面Ａと、前記ｎ型窒化物半導体
層の露出面Ｂとの間に形成された積層面方向とほぼ平行
な第２の露出面Ｃを有する窒化物半導体素子であって、
前記第２の露出面Ｃは、前記ｐ型窒化物半導体層の表面
Ａと、前記活性層の端面Ｄ１の上端との間に形成され、
前記活性層の端面Ｄ１は、絶縁層で覆われていることを
特徴とする。
【００１２】また、本発明の窒化物半導体素子は、前記
第２の露出面Ｃが、前記活性層の端面Ｄ１の下端とｎ型
窒化物半導体層の露出面Ｂとの間に形成され、絶縁層が
少なくとも前記第２の露出面Ｂに形成されており、前記
第２の露出面Ｂにおける、積層面に垂直方向に対する前
記絶縁層の最小膜厚Ｈ１が、前記第２の露出面から前記
活性層の端面Ｄ１の上端までの高さＨ２よりも大きいこ
とを特徴とする。
第２の露出面Ｃが、前記活性層の端面Ｄ１の下端とｎ型
窒化物半導体層の露出面Ｂとの間に形成され、絶縁層が
少なくとも前記第２の露出面Ｂに形成されており、前記
第２の露出面Ｂにおける、積層面に垂直方向に対する前
記絶縁層の最小膜厚Ｈ１が、前記第２の露出面から前記
活性層の端面Ｄ１の上端までの高さＨ２よりも大きいこ
とを特徴とする。
【００１３】また、本発明の窒化物半導体素子は、絶縁
層の材料としては、ＳｉＯ２が好適である。
層の材料としては、ＳｉＯ２が好適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の窒化物半導体素子は、基
板上にｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導
体層が積層された窒化物半導体素子である。以下、図面
を参照しながら、本発明に係る実施の形態の窒化物半導
体素子について説明する。
板上にｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導
体層が積層された窒化物半導体素子である。以下、図面
を参照しながら、本発明に係る実施の形態の窒化物半導
体素子について説明する。
【００１５】（実施の形態１）本発明に係る実施の形態
１の窒化物半導体素子について説明する。本実施の形態
１の窒化物半導体の正面図を図２に、また、図２のＸ−
Ｘ’面における断面図を図１に示す。また、図１の活性
層端面Ｄ周辺の拡大図を図３に示す。本実施の形態１に
係る窒化物半導体は、図１で示すように透光性絶縁基板
であるサファイア、スピネル等の基板１１の上に窒化物
半導体層との格子定数の不整合を緩和させるバッファ層
（図示せず）、ｎ電極１８とオーミック接触を得るため
のＳｉがドープされたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層
１２、キャリア結合により光を発生させるＧａＮ及びＩ
ｎＧａＮよりなる活性層（発光層）１３、キャリアを活
性層に閉じこめるためのＭｇがドープされたＡｌＧａＮ
及びＭｇがドープされたＩｎＧａＮよりなるｐ型クラッ
ド層１４、ｐ電極１７とオーミック接触を得るためのＭ
ｇがドープされたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１５
が順に積層されている。
１の窒化物半導体素子について説明する。本実施の形態
１の窒化物半導体の正面図を図２に、また、図２のＸ−
Ｘ’面における断面図を図１に示す。また、図１の活性
層端面Ｄ周辺の拡大図を図３に示す。本実施の形態１に
係る窒化物半導体は、図１で示すように透光性絶縁基板
であるサファイア、スピネル等の基板１１の上に窒化物
半導体層との格子定数の不整合を緩和させるバッファ層
（図示せず）、ｎ電極１８とオーミック接触を得るため
のＳｉがドープされたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層
１２、キャリア結合により光を発生させるＧａＮ及びＩ
ｎＧａＮよりなる活性層（発光層）１３、キャリアを活
性層に閉じこめるためのＭｇがドープされたＡｌＧａＮ
及びＭｇがドープされたＩｎＧａＮよりなるｐ型クラッ
ド層１４、ｐ電極１７とオーミック接触を得るためのＭ
ｇがドープされたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１５
が順に積層されている。
【００１６】バッファ層は低温によって結晶成長を行っ
たＧａＮで、膜厚は１０〜５００Åが好ましい。ｎ型コ
ンタクト層１２は、ＳｉがドープされたＧａＮから構成
され、膜厚は１〜２０μｍが好ましく、さらに好ましく
は２〜６μｍである。ｎ型コンタクト層１２の上に例え
ばＳｉがドープされたＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド
層を膜厚１００〜５００Åの厚さで形成させてもよい。
活性層１３は膜厚２５〜３００ÅのＩｎＧａＮから構成
されてもよいし、あるいは、膜厚５０ÅのＧａＮ及び膜
厚３０ÅのＩｎＧａＮを１〜１０層形成し、最後に膜厚
５０ÅのＧａＮを形成した単一あるいは多重量子井戸層
として構成されてもよい。
たＧａＮで、膜厚は１０〜５００Åが好ましい。ｎ型コ
ンタクト層１２は、ＳｉがドープされたＧａＮから構成
され、膜厚は１〜２０μｍが好ましく、さらに好ましく
は２〜６μｍである。ｎ型コンタクト層１２の上に例え
ばＳｉがドープされたＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド
層を膜厚１００〜５００Åの厚さで形成させてもよい。
活性層１３は膜厚２５〜３００ÅのＩｎＧａＮから構成
されてもよいし、あるいは、膜厚５０ÅのＧａＮ及び膜
厚３０ÅのＩｎＧａＮを１〜１０層形成し、最後に膜厚
５０ÅのＧａＮを形成した単一あるいは多重量子井戸層
として構成されてもよい。
【００１７】ｐ型クラッド層１４はＭｇがドープされた
ＡｌＧａＮ及びＭｇがドープされたＩｎＧａＮから構成
され、膜厚は１００Å〜０．２μｍが好ましい。ｐ型コ
ンタクト層１５はＭｇがドープされたＧａＮから構成さ
れ、膜厚は０．０５〜０．２μｍが好ましい。
ＡｌＧａＮ及びＭｇがドープされたＩｎＧａＮから構成
され、膜厚は１００Å〜０．２μｍが好ましい。ｐ型コ
ンタクト層１５はＭｇがドープされたＧａＮから構成さ
れ、膜厚は０．０５〜０．２μｍが好ましい。
【００１８】その後、窒化物半導体をエッチング加工す
るが、本実施の形態１においては、図１に示すように、
窒化物半導体の端部に、ｐ型窒化物半導体層の表面Ａと
ｎ型窒化物半導体層の露出面Ｂとの間に形成された積層
面方向とほぼ平行な第２の露出面Ｃを有し、この第２の
露出面Ｃは、ｐ型窒化物半導体の表面Ａと活性層１３の
端面Ｄの上端との間に形成される。すなわち、本実施の
形態１における第２の露出面Ｃは、ｐ型窒化物半導体層
に形成されており、ｐ型クラッド層またはｐ型コンタク
ト層のいずれに形成されていても良い。
るが、本実施の形態１においては、図１に示すように、
窒化物半導体の端部に、ｐ型窒化物半導体層の表面Ａと
ｎ型窒化物半導体層の露出面Ｂとの間に形成された積層
面方向とほぼ平行な第２の露出面Ｃを有し、この第２の
露出面Ｃは、ｐ型窒化物半導体の表面Ａと活性層１３の
端面Ｄの上端との間に形成される。すなわち、本実施の
形態１における第２の露出面Ｃは、ｐ型窒化物半導体層
に形成されており、ｐ型クラッド層またはｐ型コンタク
ト層のいずれに形成されていても良い。
【００１９】前述したように小型化された窒化物半導体
素子を用いたＬＥＤの方が、活性層端面周辺のエポキシ
系樹脂の劣化が著しいのは、ｐ型窒化物半導体層の表面
Ａ上の全面電極がの端部近辺にまで形成されているのが
原因のひとつであると考えられる。
素子を用いたＬＥＤの方が、活性層端面周辺のエポキシ
系樹脂の劣化が著しいのは、ｐ型窒化物半導体層の表面
Ａ上の全面電極がの端部近辺にまで形成されているのが
原因のひとつであると考えられる。
【００２０】ここで、第２の露出面Ｃが形成されていな
い窒化物半導体素子（図６、図７）と、本実施の形態１
の窒化物半導体素子（図１、図３）を比較すると、窒化
物半導体素子の大きさ及び各電極の大きさが同じで、絶
縁層の膜厚Ｓも同じとした場合、活性層の端面Ｄ１とエ
ポキシ系樹脂との距離は絶縁層の膜厚Ｓに等しいので、
ほぼ同じである。しかし、全面電極端面と活性層の端面
Ｄ１までの積層面にほぼ平行な方向の距離Ｌを比較する
と、第２の露出面Ｃを設けた方が距離が大きくなってい
る。
い窒化物半導体素子（図６、図７）と、本実施の形態１
の窒化物半導体素子（図１、図３）を比較すると、窒化
物半導体素子の大きさ及び各電極の大きさが同じで、絶
縁層の膜厚Ｓも同じとした場合、活性層の端面Ｄ１とエ
ポキシ系樹脂との距離は絶縁層の膜厚Ｓに等しいので、
ほぼ同じである。しかし、全面電極端面と活性層の端面
Ｄ１までの積層面にほぼ平行な方向の距離Ｌを比較する
と、第２の露出面Ｃを設けた方が距離が大きくなってい
る。
【００２１】全面電極が形成されていない部分の直下
は、電流が流れにくく活性層は発光していないと考える
と、全面電極の端面のほぼ直下の活性層を実質的な活性
層の端面Ｄ２とすると、この活性層の端面Ｄ２とエポキ
シ系樹脂の間には、幅Ｌの発光しない窒化物半導体が形
成されていることになる。活性層の端面Ｄ１に設けられ
た絶縁層の膜厚Ｓがたとえ同じであっても、このように
窒化物半導体素子の端面の形状を改良することで、実質
的な活性層の端面Ｄ２とエポキシ系樹脂との距離を大き
くすることができ、この発光しない窒化物半導体層によ
って、活性層からの光をエポキシ系樹脂に達するまでに
拡散させて、劣化を抑制することができる。
は、電流が流れにくく活性層は発光していないと考える
と、全面電極の端面のほぼ直下の活性層を実質的な活性
層の端面Ｄ２とすると、この活性層の端面Ｄ２とエポキ
シ系樹脂の間には、幅Ｌの発光しない窒化物半導体が形
成されていることになる。活性層の端面Ｄ１に設けられ
た絶縁層の膜厚Ｓがたとえ同じであっても、このように
窒化物半導体素子の端面の形状を改良することで、実質
的な活性層の端面Ｄ２とエポキシ系樹脂との距離を大き
くすることができ、この発光しない窒化物半導体層によ
って、活性層からの光をエポキシ系樹脂に達するまでに
拡散させて、劣化を抑制することができる。
【００２２】また、第２の露出面Ｃの、積層面とほぼ平
行な方向の幅Ｗは、あまり小さすぎると上述したように
実質的な活性層の端面Ｄ２と活性層の端面Ｄ１との距離
Ｌが小さくなってしまうので光を拡散させる効果が少な
くなり、エポキシ系樹脂の劣化を抑制する効果も少なく
なるので好ましくない。しかし、ｎ型窒化物半導体層の
露出面Ｂを少なくしすぎると、ウエハーを分割する際に
不良が起こりやすくなるので好ましくない。ｎ型窒化物
半導体層の露出面Ｂを設けるのは、ｎ電極を形成させる
ためであると共に、分割前のウエハーにおける素子と素
子の間を少しでも薄くすることで、より正確に分割し易
くするためでもある。ウエハーは通常、基板側から分割
されるが、基板からｎ型窒化物半導体層の露出面Ｂにか
けて分割されれば問題はないが、この露出面Ｂの幅が狭
いと、分割面が露出面Ｃに達する恐れがある。そうなる
と、分割する前には活性層の端面Ｄ１に形成されていた
絶縁層が、窒化物半導体素子と共に無くなってしまい、
短絡を起こしやすくなるので好ましくない。
行な方向の幅Ｗは、あまり小さすぎると上述したように
実質的な活性層の端面Ｄ２と活性層の端面Ｄ１との距離
Ｌが小さくなってしまうので光を拡散させる効果が少な
くなり、エポキシ系樹脂の劣化を抑制する効果も少なく
なるので好ましくない。しかし、ｎ型窒化物半導体層の
露出面Ｂを少なくしすぎると、ウエハーを分割する際に
不良が起こりやすくなるので好ましくない。ｎ型窒化物
半導体層の露出面Ｂを設けるのは、ｎ電極を形成させる
ためであると共に、分割前のウエハーにおける素子と素
子の間を少しでも薄くすることで、より正確に分割し易
くするためでもある。ウエハーは通常、基板側から分割
されるが、基板からｎ型窒化物半導体層の露出面Ｂにか
けて分割されれば問題はないが、この露出面Ｂの幅が狭
いと、分割面が露出面Ｃに達する恐れがある。そうなる
と、分割する前には活性層の端面Ｄ１に形成されていた
絶縁層が、窒化物半導体素子と共に無くなってしまい、
短絡を起こしやすくなるので好ましくない。
【００２３】本実施の形態１の窒化物半導体素子におい
て、第２の露出面Ｃ上には絶縁層が形成されていなくて
も何ら差し支えないが、活性層の端面Ｄ１は短絡を防ぐ
ために絶縁層で覆われるのが好ましい。絶縁層の膜厚Ｓ
は、特に厚くする必要はなく、短絡を防ぐことが可能な
範囲で任意の厚さとすることができる。
て、第２の露出面Ｃ上には絶縁層が形成されていなくて
も何ら差し支えないが、活性層の端面Ｄ１は短絡を防ぐ
ために絶縁層で覆われるのが好ましい。絶縁層の膜厚Ｓ
は、特に厚くする必要はなく、短絡を防ぐことが可能な
範囲で任意の厚さとすることができる。
【００２４】（実施の形態２）本発明に係る実施の形態
２の窒化物半導体素子の正面図は図２とほぼ同じ形態で
あるので省略するが、図２のＸ−Ｘ’面における断面図
を図４に示す。また、図４の活性層端面Ｄ周辺の拡大図
を図５に示す。
２の窒化物半導体素子の正面図は図２とほぼ同じ形態で
あるので省略するが、図２のＸ−Ｘ’面における断面図
を図４に示す。また、図４の活性層端面Ｄ周辺の拡大図
を図５に示す。
【００２５】本発明の形態２の窒化物半導体素子は、窒
化物半導体素子の端部に、活性層４３の端面Ｄの下端と
ｎ型窒化物半導体層４２の露出面Ｂの間に形成された、
積層面とほぼ平行な第２の露出面Ｃを有し、絶縁層４９
が少なくとも第２の露出面Ｃに形成されており、第２の
露出面Ｃおける、積層面に垂直方向に対する絶縁層の最
小膜厚Ｈ１が、第２の露出面Ｃから活性層４３の端面Ｄ
の上端までの高さＨ２よりも大きいことを特徴とする。
化物半導体素子の端部に、活性層４３の端面Ｄの下端と
ｎ型窒化物半導体層４２の露出面Ｂの間に形成された、
積層面とほぼ平行な第２の露出面Ｃを有し、絶縁層４９
が少なくとも第２の露出面Ｃに形成されており、第２の
露出面Ｃおける、積層面に垂直方向に対する絶縁層の最
小膜厚Ｈ１が、第２の露出面Ｃから活性層４３の端面Ｄ
の上端までの高さＨ２よりも大きいことを特徴とする。
【００２６】ここで、第２の露出面Ｃが形成されていな
い窒化物半導体素子（図６、図７）と本実施の形態２の
窒化物半導体素子（図４、図５）を比較すると、窒化物
半導体素子の大きさ及び各電極の大きさが同じとした場
合、全面電極と活性層の端面Ｄ１までの積層面にほぼ平
行な方向の距離Ｌはほぼ同じである。しかし、第２の露
出面Ｃ上の絶縁層４９が、活性層４３の端面Ｄを覆うよ
うに厚く形成されているため、活性層の端面Ｄ１とエポ
キシ系樹脂との距離は、本実施の形態２の方が大きくな
っている。
い窒化物半導体素子（図６、図７）と本実施の形態２の
窒化物半導体素子（図４、図５）を比較すると、窒化物
半導体素子の大きさ及び各電極の大きさが同じとした場
合、全面電極と活性層の端面Ｄ１までの積層面にほぼ平
行な方向の距離Ｌはほぼ同じである。しかし、第２の露
出面Ｃ上の絶縁層４９が、活性層４３の端面Ｄを覆うよ
うに厚く形成されているため、活性層の端面Ｄ１とエポ
キシ系樹脂との距離は、本実施の形態２の方が大きくな
っている。
【００２７】活性層の端面Ｄ１から積層面にほぼ平行な
方向に絶縁層を厚く成長させるのは困難であるが、積層
面と垂直方向に絶縁層を成長させるのは容易である。本
発明の実施の形態２のように窒化物半導体素子の端面に
第２の露出面Ｃを形成し、その上に絶縁層を形成させる
ことで、ｎ型窒化物半導体層の露出面Ｂにおける絶縁層
の膜厚をあまり厚くさせることなく、活性層の端面Ｄ１
の積層面とほぼ並行な方向に対する絶縁層を厚く形成さ
せることができる。エポキシ系樹脂が劣化し易いのは活
性層の端面Ｄ１周辺であるので、本実施の形態２のよう
に厚く形成された絶縁層によって、活性層からの光をエ
ポキシ系樹脂に達するまでに拡散させて、劣化を抑制す
ることができる。
方向に絶縁層を厚く成長させるのは困難であるが、積層
面と垂直方向に絶縁層を成長させるのは容易である。本
発明の実施の形態２のように窒化物半導体素子の端面に
第２の露出面Ｃを形成し、その上に絶縁層を形成させる
ことで、ｎ型窒化物半導体層の露出面Ｂにおける絶縁層
の膜厚をあまり厚くさせることなく、活性層の端面Ｄ１
の積層面とほぼ並行な方向に対する絶縁層を厚く形成さ
せることができる。エポキシ系樹脂が劣化し易いのは活
性層の端面Ｄ１周辺であるので、本実施の形態２のよう
に厚く形成された絶縁層によって、活性層からの光をエ
ポキシ系樹脂に達するまでに拡散させて、劣化を抑制す
ることができる。
【００２８】また、本実施の形態２において、第２の露
出面Ｃの幅Ｗは、あまり小さすぎると活性層４３の端面
Ｄの絶縁層の膜厚を厚くすることができず活性層の端面
Ｄ１とエポキシ系樹脂が近接するので好ましくない。ま
た、Ｗを大きくしすぎると、露出面Ｂの幅が小さくな
り、ウエハーが分割しにくくなるので好ましくない。
出面Ｃの幅Ｗは、あまり小さすぎると活性層４３の端面
Ｄの絶縁層の膜厚を厚くすることができず活性層の端面
Ｄ１とエポキシ系樹脂が近接するので好ましくない。ま
た、Ｗを大きくしすぎると、露出面Ｂの幅が小さくな
り、ウエハーが分割しにくくなるので好ましくない。
【００２９】以上に説明したように、本発明の窒化物半
導体素子は、活性層の端面Ｄ１または実質的な活性層の
端面Ｄ２とエポキシ系樹脂との間の距離を大きくするこ
とで光を拡散させてエポキシ系樹脂の劣化を抑制してお
り、そための手段として、実施の形態１では全面電極端
面と活性層の端面Ｄ１との間の発光しない活性層を有す
る窒化物半導体層を用い、また、実施の形態２では第２
の露出面Ｃ上に形成した絶縁層を用いている。どちらも
活性層からの光をエポキシ系樹脂に達するまでに拡散さ
せる機能を有し、これによってエポキシ系樹脂の劣化を
抑制している。
導体素子は、活性層の端面Ｄ１または実質的な活性層の
端面Ｄ２とエポキシ系樹脂との間の距離を大きくするこ
とで光を拡散させてエポキシ系樹脂の劣化を抑制してお
り、そための手段として、実施の形態１では全面電極端
面と活性層の端面Ｄ１との間の発光しない活性層を有す
る窒化物半導体層を用い、また、実施の形態２では第２
の露出面Ｃ上に形成した絶縁層を用いている。どちらも
活性層からの光をエポキシ系樹脂に達するまでに拡散さ
せる機能を有し、これによってエポキシ系樹脂の劣化を
抑制している。
【００３０】また、絶縁層の材料としては、ＳｉＯ２
や、ポリイミド系樹脂等の透明性の絶縁材料を好適に用
いることができる。これらの材料は、エポキシ系樹脂と
同様の無色透明の材料であり、エポキシ系樹脂に比べて
ＬＥＤ内部の窒化物半導体素子からの波長の短い光に対
して劣化しにくいので、長時間使用してもＬＥＤの発光
強度を低下させにくい。
や、ポリイミド系樹脂等の透明性の絶縁材料を好適に用
いることができる。これらの材料は、エポキシ系樹脂と
同様の無色透明の材料であり、エポキシ系樹脂に比べて
ＬＥＤ内部の窒化物半導体素子からの波長の短い光に対
して劣化しにくいので、長時間使用してもＬＥＤの発光
強度を低下させにくい。
【００３１】さらにまた、本発明の窒化物半導体素子
は、ＬＥＤ等に用いることができ、例えば図８のような
砲弾型のＬＥＤに搭載することができるが、この形態に
とどまらず、封止材料で窒化物半導体素子を封止するも
のであれば、外形は任意に選択することができるので、
表面実装型等の各種ＬＥＤに用いることができるのは言
うまでもない。
は、ＬＥＤ等に用いることができ、例えば図８のような
砲弾型のＬＥＤに搭載することができるが、この形態に
とどまらず、封止材料で窒化物半導体素子を封止するも
のであれば、外形は任意に選択することができるので、
表面実装型等の各種ＬＥＤに用いることができるのは言
うまでもない。
【００３２】
【実施例】［実施例１］窒化物半導体として、下記のよ
うな構成を有する窒化物半導体を用いる。各半導体層
は、基板上に有機金属気相成長方法（ＭＯＣＶＤ法）に
より形成される。図１に示すように、サファイア基板上
にＧａＮからなる膜厚約１００Åのバッファ層（図示せ
ず）、ＳｉがドープされたＧａＮからなる膜厚約４００
００Åのｎ型コンタクト層兼クラッド層、ＧａＮ及びＩ
ｎＧａＮからなる膜厚約１６００Åの多量子井戸構造の
活性層（発光層）、ＭｇがドープされたＡｌＧａＮ及び
ＭｇがドープされたＩｎＧａＮからなる膜厚約４００Å
のｐ型クラッド層、ＭｇがドープされたＧａＮからなる
膜厚約３０００Åのｐ型コンタクト層の順に積層されて
いる。
うな構成を有する窒化物半導体を用いる。各半導体層
は、基板上に有機金属気相成長方法（ＭＯＣＶＤ法）に
より形成される。図１に示すように、サファイア基板上
にＧａＮからなる膜厚約１００Åのバッファ層（図示せ
ず）、ＳｉがドープされたＧａＮからなる膜厚約４００
００Åのｎ型コンタクト層兼クラッド層、ＧａＮ及びＩ
ｎＧａＮからなる膜厚約１６００Åの多量子井戸構造の
活性層（発光層）、ＭｇがドープされたＡｌＧａＮ及び
ＭｇがドープされたＩｎＧａＮからなる膜厚約４００Å
のｐ型クラッド層、ＭｇがドープされたＧａＮからなる
膜厚約３０００Åのｐ型コンタクト層の順に積層されて
いる。
【００３３】この窒化物半導体のｐ型コンタクト層の表
面Ａから約３０００Åの深さまでエッチングを行い、第
２の露出面Ｃを形成させる。次いで、この露出面Ｃを端
面から幅１０μｍ残して、ｎ型コンタクト層までエッチ
ングして露出面Ｂを形成させる。露出面Ｂから露出面Ｃ
までの距離は約７０００Åである。
面Ａから約３０００Åの深さまでエッチングを行い、第
２の露出面Ｃを形成させる。次いで、この露出面Ｃを端
面から幅１０μｍ残して、ｎ型コンタクト層までエッチ
ングして露出面Ｂを形成させる。露出面Ｂから露出面Ｃ
までの距離は約７０００Åである。
【００３４】上記で得られた窒化物半導体のｐ型コンタ
クト層表面Ａと接し、全面を被覆する電極として金をス
パッタリング法を用いて成膜した後、レジストマスクを
利用してｐ型コンタクト層表面Ａ外周から約８μｍ内側
に全面電極１６を形成させる。この全面電極の上に、ｐ
電極１７として金を、また、ｎ型窒化物半導体の露出面
Ｂの上には、ｎ電極１８としてタングステン／アルミニ
ウムをそれぞれ形成させる。その後、蒸着法によって全
面に絶縁層として厚さ３０００ÅのＳｉＯ２層を形成さ
せる。
クト層表面Ａと接し、全面を被覆する電極として金をス
パッタリング法を用いて成膜した後、レジストマスクを
利用してｐ型コンタクト層表面Ａ外周から約８μｍ内側
に全面電極１６を形成させる。この全面電極の上に、ｐ
電極１７として金を、また、ｎ型窒化物半導体の露出面
Ｂの上には、ｎ電極１８としてタングステン／アルミニ
ウムをそれぞれ形成させる。その後、蒸着法によって全
面に絶縁層として厚さ３０００ÅのＳｉＯ２層を形成さ
せる。
【００３５】次いで、レジストマスクを利用してエッチ
ングさせることによりｐ電極１７及びｎ電極１８の表面
を露出させた後、レジストマスクを除去してＳｉＯ２層
１９を露出させて、本発明の窒化物半導体素子を得る。
ングさせることによりｐ電極１７及びｎ電極１８の表面
を露出させた後、レジストマスクを除去してＳｉＯ２層
１９を露出させて、本発明の窒化物半導体素子を得る。
【００３６】［実施例２］ｐ型コンタクト層の表面Ａか
ら約７０００Åの深さまでエッチングして、ｎ型コンタ
クト層に露出面Ｃを形成させ、この露出面Ｃを端面から
幅１０μｍ残してさらに約３０００Åエッチングして露
出面Ｂを形成させ、露出面Ｃ上にＳｉＯ２膜を７０００
Åの膜厚で形成させる以外は、実施例１と同様に行い、
本発明の窒化物半導体素子を得る。
ら約７０００Åの深さまでエッチングして、ｎ型コンタ
クト層に露出面Ｃを形成させ、この露出面Ｃを端面から
幅１０μｍ残してさらに約３０００Åエッチングして露
出面Ｂを形成させ、露出面Ｃ上にＳｉＯ２膜を７０００
Åの膜厚で形成させる以外は、実施例１と同様に行い、
本発明の窒化物半導体素子を得る。
【００３７】［比較例］比較のために、窒化物半導体素
子端部に露出面Ｃを形成しない以外は、実施例１と同様
に行い、窒化物半導体素子を得る。
子端部に露出面Ｃを形成しない以外は、実施例１と同様
に行い、窒化物半導体素子を得る。
【００３８】上記の実施例及び比較例で得られた窒化物
半導体を、リード電極上にダイボンディング機器を用い
てマウントさせる。窒化物半導体の各電極とリード電極
とを金線を用いてワイヤボンディングさせ、電気的に導
通を取る。次いで、エポキシ系樹脂により封止すること
によりＬＥＤを得る。これらのＬＥＤを駆動電流４０ｍ
Ａで加速試験を行うと、比較例で得られる窒化物半導体
素子を用いたＬＥＤは、約１０００時間経過後の発光強
度は、初強度の約８０％であったのに対し、実施例で得
られる窒化物半導体素子を使用したＬＥＤでは、初強度
の約８２％であった。発光強度が初強度の５０％まで低
下する時間をＬＥＤの寿命とすると、実施例で得られる
窒化物半導体素子を用いたＬＥＤは大幅に寿命が延びる
ことが予測できる。
半導体を、リード電極上にダイボンディング機器を用い
てマウントさせる。窒化物半導体の各電極とリード電極
とを金線を用いてワイヤボンディングさせ、電気的に導
通を取る。次いで、エポキシ系樹脂により封止すること
によりＬＥＤを得る。これらのＬＥＤを駆動電流４０ｍ
Ａで加速試験を行うと、比較例で得られる窒化物半導体
素子を用いたＬＥＤは、約１０００時間経過後の発光強
度は、初強度の約８０％であったのに対し、実施例で得
られる窒化物半導体素子を使用したＬＥＤでは、初強度
の約８２％であった。発光強度が初強度の５０％まで低
下する時間をＬＥＤの寿命とすると、実施例で得られる
窒化物半導体素子を用いたＬＥＤは大幅に寿命が延びる
ことが予測できる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
活性層の端面Ｄ１の上端とｐ型窒化物半導体層の表面Ａ
との間に第２の露出面Ｃを設けることで、実質的な活性
層の端面Ｄ２とエポキシ系樹脂との距離を大きくするこ
とができ、活性層からの光を拡散させることができるの
で、樹脂の劣化を抑制することができる。また、活性層
の端面Ｄ１の下端とｎ型窒化物半導体層の露出面Ｂとの
間に第２の露出面Ｃを形成し、その上に活性層の端面Ｄ
１上端よりも厚い絶縁層を設けることで、活性層の端面
Ｄ１とエポキシ系樹脂の間に厚く形成される絶縁層が、
活性層からの光を拡散させるので、樹脂の劣化を抑制す
ることができる。
活性層の端面Ｄ１の上端とｐ型窒化物半導体層の表面Ａ
との間に第２の露出面Ｃを設けることで、実質的な活性
層の端面Ｄ２とエポキシ系樹脂との距離を大きくするこ
とができ、活性層からの光を拡散させることができるの
で、樹脂の劣化を抑制することができる。また、活性層
の端面Ｄ１の下端とｎ型窒化物半導体層の露出面Ｂとの
間に第２の露出面Ｃを形成し、その上に活性層の端面Ｄ
１上端よりも厚い絶縁層を設けることで、活性層の端面
Ｄ１とエポキシ系樹脂の間に厚く形成される絶縁層が、
活性層からの光を拡散させるので、樹脂の劣化を抑制す
ることができる。
【図１】 本発明の実施の形態１の窒化物半導体素子の
構成を示す図。
構成を示す図。
【図２】 本発明の実施の形態の窒化物半導体素子の構
成を示す正面図
成を示す正面図
【図３】 本実施の形態１の窒化物半導体素子の活性層
端面周辺を示す拡大図。
端面周辺を示す拡大図。
【図４】 本発明の実施の形態２の窒化物半導体素子の
構成を示す図。
構成を示す図。
【図５】 本実施の形態２の窒化物半導体素子の活性層
端面周辺を示す拡大図。
端面周辺を示す拡大図。
【図６】 従来の窒化物半導体素子の構成を示す図。
【図７】 従来の窒化物半導体素子の活性層端面周辺を
示す拡大図。
示す拡大図。
【図８】 本発明の窒化物半導体素子を用いたＬＥＤの
一例を示す図。
一例を示す図。
１１、４１、６１・・・基板 １２、４２、６２・・・ｎ型コンタクト層 １３、４３、６３・・・活性層（発光層） １４、４４、６４・・・ｐ型クラッド層 １５、４５、６５・・・ｐ型コンタクト層 １６、４６、６６・・・全面電極 １７、４７、６７・・・ｐ電極 １８、４８、６８・・・ｎ電極 １９、４９、６９・・・絶縁層 ８０・・・エポキシ系樹脂 ８１・・・リード電極 ８２・・・窒化物半導体素子 ８３・・・ワイヤ
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上にｎ型窒化物半導体層、活性層及
びｐ型窒化物半導体層が積層され、ｐ型窒化物半導体層
側からのエッチングにより露出されたｎ型窒化物半導体
層の露出面Ｂに設けられたｎ電極と、ｐ型窒化物半導体
層の表面Ａに設けられた全面電極上にｐ電極が形成され
てなる窒化物半導体素子において、 前記窒化物半導体素子の端部に、前記ｐ型窒化物半導体
層の表面Ａと、前記ｎ型窒化物半導体層の露出面Ｂとの
間に形成された積層面とほぼ平行な第２の露出面Ｃを有
する窒化物半導体素子であって、 前記第２の露出面Ｃは、前記ｐ型窒化物半導体層の表面
Ａと、前記活性層の端面Ｄ１の上端との間に形成され、 前記活性層の端面Ｄ１は絶縁層で覆われていることを特
徴とする窒化物半導体素子。 - 【請求項２】 前記第２の露出面Ｃが、前記活性層の端
面Ｄ１の下端とｎ型窒化物半導体層の露出面Ｂとの間に
形成され、 絶縁層が少なくとも前記第２の露出面Ｂに形成されてお
り、 前記第２の露出面Ｃにおける、積層面に垂直方向に対す
る前記絶縁層の最小膜厚Ｈ１が、前記第２の露出面Ｃか
ら前記活性層の端面Ｄ１の上端までの高さＨ２よりも大
きいことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体素
子。 - 【請求項３】 絶縁層は、ＳｉＯ２である請求項１また
は請求項２記載の窒化物半導体素子。
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|---|---|---|---|
| JP2000186082A JP4902040B2 (ja) | 2000-06-21 | 2000-06-21 | 窒化物半導体素子 |
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|---|---|
| JP2002009337A true JP2002009337A (ja) | 2002-01-11 |
| JP2002009337A5 JP2002009337A5 (ja) | 2007-08-02 |
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- 2000-06-21 JP JP2000186082A patent/JP4902040B2/ja not_active Expired - Fee Related
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