JP2002118288A

JP2002118288A - 半導体光デバイス

Info

Publication number: JP2002118288A
Application number: JP2000311864A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Komagata; 信幸駒形
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2002-04-19

Abstract

(57)【要約】【課題】静電耐量を向上させることができる半導体光
デバイスを提供する。【解決手段】発光ダイオード１を構成する第１層１１
は絶縁基板２上に設けられている。第１層１１はｎ型単
結晶の窒化ガリウム（ＧａＮ）からなっている。第１層
１１上には第２層１２が設けられている。第２層１２は
ｐ型単結晶の窒化ガリウム（ＧａＮ）からなっている。
第２層１２には露出部１１ａを露出させる第１開口部１
４が切り欠き形成されている。露出部１１ａにはｎ側電
極５が設けられている。第２層１２上には透明電極層１
３が設けられている。第２層１２上にはｐ側電極６が設
けられている。透明電極層１３には、第２開口部１５が
第１開口部１４に対応する位置に切り欠き形成されてい
る。第２開口部１５の開口端縁部１５ｂはアールを有し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードや
フォトダイオード等の半導体光デバイスに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来から、発光ダイオードやフォトダイ
オード等の半導体光デバイスが知られている。

【０００３】例えば、図９及び図１０に示すように、半
導体光デバイスとしての発光ダイオード５１は、第１層
５３ａ、第２層５３ｂ、透明電極層５７、第１の電極５
５、第２の電極５６及びパッシベーション膜５４を備え
ている。

【０００４】第１層５３ａはｎ型半導体からなり、基材
５２上に設けられている。第２層５３ｂはｐ型半導体か
らなり、第１層５３ａ上に設けられている。第２層５３
ｂには、第１層５３ａの一部を露出させる第１開口部６
１が切り欠き形成されている。透明電極層５７は第２層
５３ｂ上に設けられている。透明電極層５７上には、第
２開口部６２が第１開口部６１に対応する位置に切り欠
き形成されている。また、第１の電極５５は第１層５３
ａにおける露出部位に設けられ、第２の電極５６は第２
層５３ｂ上に設けられている。シリコン酸化膜からなる
パッシベーション膜５４は、第１の電極５５及び第２の
電極５６の一部を除いて発光ダイオード５１の表面を覆
うようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の発光
ダイオード５１では、第２開口部６２の開口端縁部に角
張った部分６２ａを有していた。そのため、電荷が印加
された場合、発光ダイオード５１の一部に電界集中が生
じて放電してしまうことがあった。ゆえに、発光ダイオ
ード５１に静電破壊が生じてしまうという問題があっ
た。

【０００６】また、過電流が印加された場合、各開口縁
に電流が集中してしまうことがあった。その結果、発光
ダイオード５１に熱破壊が生じてしまうという問題があ
った。

【０００７】さらに、電荷が印加された場合、第１層５
３ａと第２層５３ｂとの間には大きな電界が発生してし
まう可能性があった。その結果、発光ダイオード５１に
絶縁破壊が生じてしまうという問題があった。

【０００８】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、その第１の目的は、静電耐量を向上させること
ができる半導体光デバイスを提供することにある。第２
の目的は、熱破壊が生じてしまうのを防止することがで
きる半導体光デバイスを提供することにある。第３の目
的は、絶縁破壊が生じてしまうのを防止することができ
る半導体光デバイスを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、基材上に設けられた第１
導電型半導体からなる第１層と、前記第１層上に設けら
れるとともに同第１層の一部を露出させる第１開口部が
切り欠き形成された第２導電型半導体からなる第２層
と、前記第２層上に設けられるとともに前記第１開口部
に対応する位置に第２開口部が切り欠き形成された透明
電極層と、前記第１層における露出部位に設けられた第
１の電極と、前記第２層上に設けられた第２の電極とを
備える半導体光デバイスにおいて、前記第２開口部の開
口縁端部はアールを有していることを要旨とする。

【００１０】請求項２に記載の発明は、基材上に設けら
れた第１導電型半導体からなる第１層と、前記第１層上
に設けられるとともに同第１層の一部を露出させる第１
開口部が切り欠き形成された第２導電型半導体からなる
第２層と、前記第２層上に設けられるとともに前記第１
開口部に対応する位置に第２開口部が切り欠き形成され
た透明電極層と、前記第１層における露出部位に設けら
れた第１の電極と、前記第２層上に設けられた第２の電
極とを備える半導体光デバイスにおいて、前記第１開口
部の開口縁を、前記第２開口部の開口縁よりも前記第１
の電極側に突出させたことを要旨とする。

【００１１】請求項３に記載の発明は、基材上に設けら
れた第１導電型半導体からなる第１層と、前記第１層上
に設けられるとともに同第１層の一部を露出させる第１
開口部が切り欠き形成された第２導電型半導体からなる
第２層と、前記第２層上に設けられるとともに前記第１
開口部に対応する位置に第２開口部が切り欠き形成され
た透明電極層と、前記第１層における露出部位に設けら
れた第１の電極と、前記第２層上に設けられた第２の電
極と、少なくとも前記両電極の一部を除いてデバイス表
面を覆うパッシベーション膜とを備える半導体光デバイ
スにおいて、シリコン酸化膜よりも誘電率の高い材料を
用いて前記パッシベーション膜を形成したことを要旨と
する。

【００１２】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項１に記載の発明によれば、第２開口部の開口
縁端部はアールを有しているため、第２開口部の開口縁
端部は角張った部分を有していない。よって、電荷が印
加された場合、半導体光デバイスの一部に電界集中が生
じて放電してしまうのが防止される。ゆえに、半導体光
デバイスに静電破壊が生じてしまうのが防止される。従
って、半導体光デバイスの静電耐量を向上させることが
できる。

【００１３】請求項２に記載の発明によれば、第１開口
部の開口縁は、第２開口部の開口縁よりも突出してい
る。そのため、第２開口部の開口縁は電流が集中する部
分まで突出していない。よって、過電流が印加された場
合、各開口縁に電流が集中してしまうのが防止される。
従って、半導体光デバイスに熱破壊が生じてしまうのを
防止することができる。

【００１４】請求項３に記載の発明によれば、シリコン
酸化膜よりも誘電率が高い材料をパッシベーション膜と
して用いているため、電流が印加された場合に、第１層
と第２層との間に大きい電界が発生してしまう可能性が
小さくなる。従って、半導体光デバイスに絶縁破壊が生
じてしまうのを防止することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した半導体
光デバイスの一実施形態を図１〜図７に従って説明す
る。

【００１６】図１及び図２に示すように、半導体光デバ
イスとしての発光ダイオード１は、基材としての絶縁基
板２を備えている。この絶縁基板２は、例えばサファイ
ア等によって形成されている。絶縁基板２の上面には、
第１導電型半導体としてのｎ型単結晶の窒化ガリウム
（ＧａＮ）からなる第１層１１が形成されている。

【００１７】図２に示すように、第１層１１における露
出部１１ａには、第１の電極としてのｎ側電極５が接合
されている。ｎ側電極５は、金（Ａｕ）等の金属によっ
て形成されている。このｎ側電極５には、電源のマイナ
ス側が接続されるようになっている。

【００１８】また、第１層１１における非露出部１１ｂ
には、第２導電型半導体としてのｐ型単結晶の窒化ガリ
ウム（ＧａＮ）からなる第２層１２が形成されている。
図２に示すように、第２層１２の厚さｔ１は、２〜３μ
ｍの範囲に設定されている。第２層１２には、露出部１
１ａを露出させる第１開口部１４が切り欠き形成されて
いる。第１開口部１４の開口縁１４ａは、全体としては
ｎ側電極５に対して凹の弧状をなしている。逆に、第１
開口部１４の開口縁端部１４ｂは、ｎ側電極５に対して
凸の弧状をなしている。

【００１９】図２に示すように、第２層１２の上面のほ
ぼ全体には透明電極層１３が形成されている。透明電極
層１３は金（Ａｕ）によって形成されている。透明電極
層１３は、電源からの電流を第２層１２の全域に均等に
流すためのものである。第２層１２の上面には、第２の
電極としてのｐ側電極６が接合されている。ｐ側電極６
は、金（Ａｕ）等の金属によって形成されている。この
ｐ側電極６には、電源のプラス側が接続されるようにな
っている。

【００２０】また、図１及び図２に示すように、透明電
極層１３には、第２開口部１５が第１開口部１４と対応
する位置に切り欠き形成されている。第２開口部１５の
開口縁１５ａは、全体としてはｎ側電極５に対して凹の
弧状をなしている。第２開口部１５の開口縁１５ａは、
第１開口部１４の開口縁１４ａよりもｐ側電極６側に距
離ｔ２だけ引っ込んでいる。言い換えると、第１開口部
１４の開口縁１４ａは、第２開口部１５の開口縁１５ａ
よりもｎ側電極５側に距離ｔ２だけ突出している。この
距離ｔ２は、開口縁１４ａ，１５ａに電流が集中してし
まうのを防止するために、ｔ２＞０の範囲に設定される
ことが好ましい。さらに、距離ｔ２は、電流を第２層１
２の全域に均等に流すために、０．５×ｔ１〜１．５×
ｔ１の範囲に設定されることが好ましい。本実施形態に
おいては、距離ｔ２は、第２層１２の厚さｔ１と等しく
なるように設定されている。

【００２１】図１に示すように、第２開口部１５の開口
縁端部１５ｂは、エッジのない丸い形状になっている。
開口縁端部１５ｂは、ｎ側電極５側に向かって凸の円弧
状をなしている。つまり、第２開口部１５の開口縁端部
１５ｂはアールを有している。開口縁端部１５ｂのアー
ルの曲率半径は１０〜１００μｍの範囲に設定されるこ
とが好ましい。本実施形態においては、開口縁端部１５
ｂのアールの曲率半径は１０μｍに設定されている。

【００２２】図２に示すように、発光ダイオード１の表
面はパッシベーション膜４によって被覆されている。パ
ッシベーション膜４は、ｎ側電極５及びｐ側電極６の一
部を除いて発光ダイオード１の表面を被覆するようにな
っている。パッシベーション膜４は、シリコン酸化物と
しての酸化シリコン（ＳｉＯ₂）よりも誘電率の高い材
料を用いて形成されている。ここで、酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ₂）の比誘電率は３．９である。尚、本実施形態に
おいて、パッシベーション膜４は、シリコン窒化物とし
ての窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）によって形成されてい
る。この窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）の比誘電率は７．５
である。

【００２３】次に、本実施形態の発光ダイオード１の製
造手順について説明する。まず、図３に示すように、絶
縁基板２の表面にｎ型単結晶の窒化ガリウム（ＧａＮ）
をエピタキシャル成長させることにより、第１層１１を
形成する。そして、第１層１１の表面にｐ型単結晶の窒
化ガリウム（ＧａＮ）をエピタキシャル成長させて第２
層１２を形成する。

【００２４】その後、図４に示すように、第２層１２の
上面にマスク２１を被覆してフォトエッチングを行うこ
とにより、露出部１１ａを露出させるとともに、第１開
口部１４を切り欠き形成する。そして、露出部１１ａ及
び第２層１２の上面に対して金（Ａｕ）を蒸着する。こ
の状態においてパターニングを行うことにより、図５に
示すようなｎ側電極５及びｐ側電極６を形成する。さら
に、図６に示すように、全面に金（Ａｕ）を可視光が透
過する程度に薄く蒸着する。この状態においてパターニ
ングを行うことにより、図７に示すような透明電極層１
３を形成する。そして、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）から
なるパッシベーション膜４をＰ−ＣＶＤ法によって形成
する。この状態において、パッシベーション膜４に、ｎ
側電極５及びｐ側電極６にワイヤボンディングを行うた
めの孔を透設する。その結果、図１及び図２に示す発光
ダイオード１が製造される。

【００２５】本実施形態によれば、以下のような効果を
得ることができる。（１）第２開口部１５の開口縁端部１５ｂはアールを有
しているため、第２開口部１５の開口縁端部１５ｂは従
来のような角張った部分６２ａを有していない。よっ
て、電荷が印加された場合、開口縁端部１５ｂに電界集
中が生じて放電してしまうのが防止される。ゆえに、発
光ダイオード１に静電破壊が生じてしまうのが防止され
る。従って、発光ダイオード１の静電耐量を向上させる
ことができる。

【００２６】（２）第１開口部１４の開口縁１４ａは、
第２開口部１５の開口縁１５ａよりも突出している。そ
のため、第２開口部１５の開口縁１５ａは電流が集中す
る部分（開口縁１４ａ）まで突出していない。よって、
過電流が印加された場合、各開口縁１４ａ，１５ａに電
流が集中してしまうのが防止される。従って、発光ダイ
オード１に熱破壊が生じてしまうのを防止することがで
きる。

【００２７】（３）酸化シリコン（ＳｉＯ₂）よりも誘
電率が高い材料である窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）がパッ
シベーション膜４として用いられている。そのため、電
流が印加された場合に、第１層１１と第２層１２との間
に大きい電界が発生してしまう可能性が小さくなる。従
って、発光ダイオード１に絶縁破壊が生じてしまうのを
防止することができる。

【００２８】（４）第１開口部１４の開口縁１４ａから
第２開口部１５の開口縁１５ａまでの距離ｔ２は、第２
層１２の厚さｔ１と等しくなっている。よって、各開口
縁１４ａ，１５ａに電流が集中してしまうのが防止され
るとともに、電流が第２層１２の全域を均等に流れる状
態が維持される。従って、発光ダイオード１に熱破壊が
生じてしまうのを防止することが可能になるとともに、
電流の流れ易さを維持することができる。

【００２９】なお、本実施形態は以下のように変更して
もよい。・前記実施形態では、第１開口部１４の開口縁端部１４
ｂはアールを有していた。しかし、開口縁端部１４ｂは
角張った部分を有していてもよい。

【００３０】・前記実施形態では、第２開口部１５の開
口縁１５ａは、ｎ側電極５に向かって凹の弧状をなして
いた。しかし、図８に示すように、開口縁１５ａは、開
口縁端部１５ｂの部分も含めて全体としてｎ側電極５に
向かって凸の弧状をなしていてもよい。このように構成
すれば、電荷が印荷された場合、開口縁端部１５ｂに電
界集中が生じて放電してしまうのが防止される。ゆえ
に、発光ダイオード１に静電破壊が生じてしまうのが防
止される。従って、発光ダイオード１の静電耐量を向上
させることができる。

【００３１】・前記実施形態では、パッシベーション膜
４は窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）によって形成されてい
た。しかし、パッシベーション膜４を、酸化シリコン
（ＳｉＯ ₂）よりも誘電率の高い他の材料を用いて形成
してもよい。例えば、パッシベーション膜４として、下
層側に酸化シリコン（ＳｉＯ₂）を用い、上層側に窒化
シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）を用いた２層構造にしてもよい。
また、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）と窒化シリコン（Ｓｉ₃
Ｎ₄）とを含んだものをパッシベーション膜４として利
用してもよい。この場合、窒化シリコンはＳｉ₃Ｎ₄以外
のシリコン窒化物（ＳｉＮ_x）でもよい。さらに、パッ
シベーション膜４を、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）よりも
誘電率の高い窒化物以外の材料によって形成してもよ
い。

【００３２】・前記実施形態では、発光ダイオード１の
表面はパッシベーション膜４によって被覆されていた。
しかし、パッシベーション膜４を発光ダイオード１の表
面から省略してもよい。

【００３３】・前記実施形態では、半導体光デバイスと
して発光ダイオード１に具体化している。しかし、本発
明は発光ダイオードに限定されるものではなく、例え
ば、フォトダイオード、フォトトランジスタ等に具体化
してもよい。

【００３４】・前記実施形態では、第１導電型半導体を
ｎ型単結晶の窒化ガリウム（ＧａＮ）、第２導電型半導
体をｐ型単結晶の窒化ガリウム（ＧａＮ）としている
が、これらを逆としてもよい。即ち、第１導電型半導体
をｐ型単結晶の窒化ガリウム（ＧａＮ）、第２導電型半
導体をｎ型単結晶の窒化ガリウム（ＧａＮ）として具体
化してもよい。また、第１導電型半導体及び第２導電型
半導体は、多結晶、アモルファスの材料によって形成さ
れていてもよい。さらに、第１導電型半導体及び第２導
電型半導体は、窒化ガリウム（ＧａＮ）以外にも、例え
ば、シリコン、ガリウム砒素等の半導体によって形成さ
れていてもよい。

【００３５】・各電極５，６を形成する材料は、金に限
定されるものではない。即ち、アルミニウム等を用いて
もよい。次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想
のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的
思想を以下に記載する。

【００３６】（１）請求項１において、前記第１開口部
の開口縁端部はアールを有していることを特徴とする半
導体光デバイス。（２）基材上に設けられた第１導電型半導体からなる第
１層と、前記第１層上に設けられるとともに同第１層の
一部を露出させる第１開口部が切り欠き形成された第２
導電型半導体からなる第２層と、前記第２層上に設けら
れるとともに前記第１開口部に対応する位置に第２開口
部が切り欠き形成された透明電極層と、前記第１層にお
ける露出部位に設けられた第１の電極と、前記第２層上
に設けられた第２の電極とを備える半導体光デバイスに
おいて、前記第２開口部の開口縁端部は、前記第１の電
極側に向かって凸の円弧状に形成されていることを特徴
とする半導体光デバイス。

【００３７】（３）基材上に設けられた第１導電型半導
体からなる第１層と、前記第１層上に設けられるととも
に同第１層の一部を露出させる第１開口部が切り欠き形
成された第２導電型半導体からなる第２層と、前記第２
層上に設けられるとともに前記第１開口部に対応する位
置に第２開口部が切り欠き形成された透明電極層と、前
記第１層における露出部位に設けられた第１の電極と、
前記第２層上に設けられた第２の電極とを備える半導体
光デバイスにおいて、前記第２開口部の開口縁端部は、
エッジのない丸い形状になっていることを特徴とする半
導体光デバイス。

【００３８】（４）請求項２において、前記第１開口部
の開口縁から前記第２開口部の開口縁までの距離は、前
記第２層の厚さと等しいことを特徴とする半導体光デバ
イス。従って、この技術的思想（４）に記載の発明によ
れば、光デバイスに熱破壊が生じてしまうのを防止する
ことが可能になるとともに、電流の流れ易さを維持する
ことができる。

【００３９】（５）基材上に設けられた第１導電型半導
体からなる第１層と、前記第１層上に設けられるととも
に同第１層の一部を露出させる第１開口部が切り欠き形
成された第２導電型半導体からなる第２層と、前記第２
層上に設けられるとともに前記第１開口部に対応する位
置に第２開口部が切り欠き形成された透明電極層と、前
記第１層における露出部位に設けられた第１の電極と、
前記第２層上に設けられた第２の電極とを備える半導体
光デバイスにおいて、前記第２開口部の開口縁を、前記
第１開口部の開口縁よりも引っ込ませたことを特徴とす
る半導体光デバイス。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載の
発明によれば、半導体光デバイスの静電耐量を向上させ
ることができる。

【００４１】請求項２に記載の発明によれば、半導体光
デバイスに熱破壊が生じてしまうのを防止することがで
きる。請求項３に記載の発明によれば、半導体光デバイ
スに絶縁破壊が生じてしまうのを防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態における発光ダイオードの平面
図。

【図２】同じく、発光ダイオードの断面図。

【図３】絶縁基板に第１層及び第２層が形成された後
の状態を示す断面図。

【図４】露出部及び第１開口部が形成される前の状態
を示す断面図。

【図５】透明電極層が形成される前の状態を示す断面
図。

【図６】透明電極層が形成された後の状態を示す断面
図。

【図７】パッシベーション膜が積層される前の状態を
示す断面図。

【図８】別例における発光ダイオードの平面図。

【図９】従来技術における発光ダイオードの平面図。

【図１０】同じく、発光ダイオードの断面図。

【符号の説明】

１…半導体光デバイスとしての発光ダイオード、２…基
材としての絶縁基板、４…パッシベーション膜、５…第
１の電極としてのｎ側電極、６…第２の電極としてのｐ
側電極、１１…第１層、１１ａ…露出部位としての露出
部、１２…第２層、１３…透明電極層、１４…第１開口
部、１４ａ…開口縁、１５…第２開口部、１５ａ…開口
縁、１５ｂ…開口縁端部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材上に設けられた第１導電型半導体から
なる第１層と、前記第１層上に設けられるとともに同第
１層の一部を露出させる第１開口部が切り欠き形成され
た第２導電型半導体からなる第２層と、前記第２層上に
設けられるとともに前記第１開口部に対応する位置に第
２開口部が切り欠き形成された透明電極層と、前記第１
層における露出部位に設けられた第１の電極と、前記第
２層上に設けられた第２の電極とを備える半導体光デバ
イスにおいて、前記第２開口部の開口縁端部はアールを有していること
を特徴とする半導体光デバイス。
【請求項２】基材上に設けられた第１導電型半導体から
なる第１層と、前記第１層上に設けられるとともに同第
１層の一部を露出させる第１開口部が切り欠き形成され
た第２導電型半導体からなる第２層と、前記第２層上に
設けられるとともに前記第１開口部に対応する位置に第
２開口部が切り欠き形成された透明電極層と、前記第１
層における露出部位に設けられた第１の電極と、前記第
２層上に設けられた第２の電極とを備える半導体光デバ
イスにおいて、前記第１開口部の開口縁を、前記第２開口部の開口縁よ
りも前記第１の電極側に突出させたことを特徴とする半
導体光デバイス。
【請求項３】基材上に設けられた第１導電型半導体から
なる第１層と、前記第１層上に設けられるとともに同第
１層の一部を露出させる第１開口部が切り欠き形成され
た第２導電型半導体からなる第２層と、前記第２層上に
設けられるとともに前記第１開口部に対応する位置に第
２開口部が切り欠き形成された透明電極層と、前記第１
層における露出部位に設けられた第１の電極と、前記第
２層上に設けられた第２の電極と、少なくとも前記両電
極の一部を除いてデバイス表面を覆うパッシベーション
膜とを備える半導体光デバイスにおいて、シリコン酸化膜よりも誘電率の高い材料を用いて前記パ
ッシベーション膜を形成したことを特徴とする半導体光
デバイス。