JP2019527480A - 紫外線発光ダイオード - Google Patents

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Abstract

紫外線発光ダイオードを提供する。一実施例に係る紫外線発光ダイオードは、基板；基板上に位置するｎ型半導体層；ｎ型半導体層上に配置され、活性層及びｐ型半導体層を含むメサ；ｎ型半導体層にコンタクトするｎオーミックコンタクト層；ｐ型半導体層にコンタクトするｐオーミックコンタクト層；ｎオーミックコンタクト層に電気的に接続されたｎバンプ；及びｐオーミックコンタクト層に電気的に接続されたｐバンプ；を含み、メサは、メインブランチと、メインブランチから延長される複数のサブブランチとを含み、ｎオーミックコンタクト層は、メサを取り囲み、また、各サブブランチ間の領域に介在し、ｎバンプ及びｐバンプはそれぞれメサの上部及び側面を覆う。これによって、光損失を減少させ、光出力を高めることができ、順方向電圧を低下させることができる。

Description

本発明は、無機物半導体発光ダイオードに関し、特に、３００ｎｍ以下の深紫外線を放出する発光ダイオードに関する。
一般に、２００ｎｍ〜３００ｎｍ範囲内の紫外線を放出する発光ダイオードは、殺菌装置、水又は空気浄化装置、高密度光記録装置、バイオエアロゾル蛍光検出システムの励起源を含み、多様な用途に使用可能である。
近紫外線又は青色発光ダイオードと異なり、相対的に深紫外線を放出する発光ダイオードは、ＡｌＧａＮなどのＡｌを含有するウェル層を含む。このような窒化ガリウム系半導体層の組成に起因して、深紫外線発光ダイオードは、青色発光ダイオードや近紫外線発光ダイオードとはかなり異なる構造を有する。
特に、従来技術に係る深紫外線発光ダイオードは、ｎ型半導体層上に配置されるメサの形状及び位置が、一般的な青色発光ダイオードや近紫外線発光ダイオードと異なる構造を有する。すなわち、メサは、ｎ型半導体層の中心から一側に偏って形成され、メサ上にｐバンプが配置され、前記一側に対向する他側付近にはｎバンプがメサから離隔して配置される。また、従来の紫外線発光ダイオードは、サブマウントに熱超音波（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｏｎｉｃ；ＴＳ）ボンディング技術を用いてボンディングされる。ＴＳボンディングのために、ｎバンプとｐバンプの上端面の高さを同一にする必要があり、このために、ｎバンプの下側に段差調節層が配置される。
このような従来の紫外線発光ダイオードは、概して光出力が低く、順方向電圧が高いという短所を有する。特に、オーミックコンタクトのためにｐ型半導体層にｐ型ＧａＮ層が含まれるので、ｐ型半導体層に入射された紫外線はｐ型半導体層で吸収されて減衰する。また、ｎ型半導体層に接合するｎオーミックコンタクト層も光を吸収するので、ｎオーミックコンタクト層に進行する光はｎオーミックコンタクト層に吸収されて減衰する。青色発光ダイオードの場合は、反射金属層をｎオーミックコンタクト層に採択することによって光損失を減少させるが、深紫外線発光ダイオードの場合は、ｎオーミックコンタクト層を反射金属層で形成しにくく、また、ｎオーミックコンタクト層が相当広い領域を占めるので深刻な問題となる。
更に、従来の紫外線発光ダイオードは、メサの側面を通じて放出された光を活用しにくいので、メサの側面を可能な限り減少させようとする傾向を有する。すなわち、メサの幅が相対的に広く形成される。しかし、メサの幅が大きいほど、ｎオーミックコンタクト層からメサの中央領域までの距離が大きくなるので電流分散が非効率的であり、よって、順方向電圧が高くなる。
本発明が解決しようとする課題は、電気的特性及び／又は光出力を改善できる新しい構造の紫外線発光ダイオードを提供することにある。
本発明の一実施例に係る紫外線発光ダイオードは、基板と、前記基板上に位置するｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層上に配置され、活性層及びｐ型半導体層を含むメサと、前記ｎ型半導体層にコンタクトするｎオーミックコンタクト層と、前記ｐ型半導体層にコンタクトするｐオーミックコンタクト層と、前記ｎオーミックコンタクト層に電気的に接続されたｎバンプと、前記ｐオーミックコンタクト層に電気的に接続されたｐバンプと、を含み、前記メサは、メインブランチと、前記メインブランチから延長される複数のサブブランチとを含み、前記ｎオーミックコンタクト層は、前記メサを取り囲み、また、前記各サブブランチ間の領域に介在し、前記ｎバンプ及びｐバンプは、それぞれ前記メサの上部及び側面を覆う。
本発明の他の実施例に係る紫外線発光ダイオードは、基板と、前記基板上に位置するｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層上に配置され、活性層及びｐ型半導体層を含むメサと、前記ｎ型半導体層にコンタクトするｎオーミックコンタクト層と、前記ｐ型半導体層にコンタクトするｐオーミックコンタクト層と、前記ｎオーミックコンタクト層に電気的に接続されたｎバンプと、前記ｐオーミックコンタクト層に電気的に接続されたｐバンプと、を含み、前記メサは複数のブランチを含み、前記ｎオーミックコンタクト層は、前記メサを取り囲み、また、前記各ブランチ間の領域に介在し、前記ｎバンプ及びｐバンプは、それぞれ前記メサの上部及び側面を覆い、前記ｐバンプは、前記各ブランチのうち少なくとも二つのブランチを覆う。
本発明の各実施例によると、ｎバンプ及びｐバンプがメサの側面を覆い、メサの側面から紫外線を反射させることができる。よって、メサの側面を通じて放出される紫外線の損失を減少させることができる。更に、複数のブランチを採択することによってメサ側面の表面積を増加させることができ、これによって、メサの側面とｎオーミックコンタクト層との間の光再入射領域の面積を増加させ、メサの側面を通じて放出された紫外線のうち一部を基板側に再び入射させることができる。
本発明の長所及び特徴は、詳細な説明で詳しく記載することとし、詳細な説明を通じて明確にすることができる。
本発明の一実施例に係る紫外線発光ダイオードを説明するための平面図である。 図１のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の一実施例に係るメサを説明するための概略的な平面図である。 本発明の他の実施例に係る紫外線発光ダイオードを説明するための概略的な平面図である。 本発明の更に他の実施例に係る紫外線発光ダイオードを説明するための概略的な平面図である。 本発明の一実施例に係る紫外線発光ダイオードをサブマウントに実装した状態を説明するための概略的な断面図である。
以下、添付の各図面を参照して本発明の各実施例を詳細に説明する。以下で説明する各実施例は、本発明の属する技術分野の通常の技術者に本発明の思想を十分に伝達するために例として提供されるものである。よって、本発明は、以下で説明する各実施例に限定されず、他の形態に具体化されてもよい。そして、各図面において、構成要素の幅、長さ、厚さなどは便宜のために誇張して表現する場合がある。また、一つの構成要素が他の構成要素の「上部に」又は「上に」あると記載された場合、各部分が他の部分の「直上部」又は「直上」にある場合のみならず、各構成要素と他の構成要素との間に更に他の構成要素が介在した場合も含む。明細書全体にわたって同一の参照番号は同一の構成要素を示す。
以下で説明する窒化物系半導体層は、一般的に知られている多様な方法、例えば、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）又はＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）などの技術を用いて成長し得る。但し、以下で説明する各実施例では、各半導体層がＭＯＣＶＤを用いて成長チャンバー内で成長する場合を説明する。各窒化物系半導体層の成長過程で、成長チャンバー内に流入する各ソースとしては、一般的に知られているソースを用いてもよい。例えば、ＧａソースとしてＴＭＧａ、ＴＥＧａなどを用いてもよく、ＡｌソースとしてＴＭＡｌ、ＴＥＡｌなどを用いてもよく、ＩｎソースとしてＴＭＩｎ、ＴＥＩｎなどを用いてもよく、ＮソースとしてＮＨ３を用いてもよい。しかし、本発明はこれに限定されない。
本発明の一実施例に係る紫外線発光ダイオードは、基板と、前記基板上に位置するｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層上に配置され、活性層及びｐ型半導体層を含むメサと、前記ｎ型半導体層にコンタクトするｎオーミックコンタクト層と、前記ｐ型半導体層にコンタクトするｐオーミックコンタクト層と、前記ｎオーミックコンタクト層に電気的に接続されたｎバンプと、前記ｐオーミックコンタクト層に電気的に接続されたｐバンプと、を含み、前記メサは、メインブランチと、前記メインブランチから延長される複数のサブブランチとを含み、前記ｎオーミックコンタクト層は、前記メサを取り囲み、また、前記各サブブランチ間の領域に介在し、前記ｎバンプ及びｐバンプは、それぞれ前記メサの上部及び側面を覆う。
従来の紫外線発光ダイオードは、ｐバンプがメサの上部に配置されるので、メサの側面を通じて放出される光を反射させることができない。一方、本発明の各実施例によれば、メサの側面は部分的にｎバンプ及びｐバンプで覆われるため、ｎバンプ及びｐバンプは、メサの側面を通じて放出された紫外線を反射させて基板側に再び入射させることができる。
更に、メサがｐバンプのみならず、ｎバンプの下部にも設けられるので、メサを基板の広い領域にわたって配置させることができる。
更に、本発明の各実施例によると、メサがメインブランチ及びサブブランチを含むので、メサ側面の表面積を増加させることができる。これによって、メサとｎオーミックコンタクト層との間の領域が増加し、よって、メサの側面を通じて放出された紫外線がこの領域を介して基板側に再び入射し得るので、光出力が向上する。
一方、前記各サブブランチ間に露出したｎ型半導体層の最小幅は、前記各サブブランチの最小幅より大きくてもよく、それと同じであってもよい。従来の紫外線発光ダイオードは、典型的にメサの幅を露出したｎ型半導体層の幅より相対的に大きく形成するが、本発明は、メサの幅を更に狭く形成する。これによって、メサ内での電流分散が容易であり、順方向電圧を更に低下させることができる。
いくつかの実施例において、前記メインブランチの最小幅は、前記各サブブランチの最小幅より大きくてもよい。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、メインブランチとサブブランチとが同一の幅を有してもよく、各サブブランチが更に大きい幅を有してもよい。
一方、前記メインブランチは、前記基板の一側の縁部に沿って延長される第１メインブランチ、及び前記基板の一側の縁部に隣り合う他側の縁部に沿って延長される第２メインブランチを含み、前記各サブブランチは、前記第１メインブランチから延長される各サブブランチと、前記第２メインブランチから延長される各サブブランチとを含んでもよい。
本明細書において、「メインブランチ」は、その両端間の各地点で複数のブランチが分岐されるブランチを意味し、「サブブランチ」は、一端がメインブランチに連結され、他端はフリースタンディング状態（自由端）であるブランチを意味する。また、メサの終端が２個であるブランチは単一ブランチであり、「複数のブランチ」とするためには終端が３個以上存在しなければならない。
前記各サブブランチは互いに平行であってもよい。また、前記各サブブランチは前記メインブランチの同一の側面から分岐される。
更に、前記各サブブランチは、前記基板の対角線に対して平行であってもよい。
また、前記各サブブランチは、互いに異なる長さを有してもよい。よって、各サブブランチの長さを調節し、基板の広い領域にわたってメサを配置することができる。
一方、前記基板は４辺の縁部を有する四角形状であり、それぞれの縁部から前記メサまでの最短距離は、それぞれの縁部から前記基板の中心までの最短距離の１／２より小さくてもよい。従来の紫外線発光ダイオードは、メサが基板の一側の縁部に偏って配置されるが、本発明の紫外線発光ダイオードは、メサが基板の中央領域に広く配置され得る。
一方、前記紫外線発光ダイオードは、前記ｎオーミックコンタクト層を覆うｎパッド金属層、及び前記ｐオーミックコンタクト層を覆うｐパッド金属層を更に含み、前記ｎバンプ及びｐバンプは、それぞれ前記ｎパッド金属層及び前記ｐパッド金属層に接続してもよい。
いくつかの実施例において、前記ｎオーミックコンタクト層は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ及びＡｕを含む金属アロイ層であって、前記ｎパッド金属層は、Ｔｉ層／Ａｕ層／Ｔｉ層を含み、前記ｎパッド金属層は前記ｎオーミックコンタクト層に接してもよい。
前記紫外線発光ダイオードは、前記ｎパッド金属層及び前記ｐパッド金属層と前記ｎバンプ及びｐバンプとの間に介在し、前記ｎパッド金属層及びｐパッド金属層を露出させる各開口部を有する絶縁層を更に含んでもよい。絶縁層は、例えば、ＳｉＯ２単一層に形成されてもよく、複数層に形成されてもよい。絶縁層は、特に、屈折率が互いに異なる各絶縁層を交互に積層した分布ブラッグ反射器であってもよい。
一方、前記各開口部は、それぞれ前記ｎバンプ及びｐバンプによって遮蔽される。よって、前記各開口部によって露出したｎパッド金属層及びｐパッド金属層がｎバンプ及びｐバンプで覆われ、水分などの外部環境から保護され得る。
一方、前記ｎオーミックコンタクト層と前記メサとの間の間隔は一定であってもよい。しかし、本発明は必ずしもこれに限定されることはなく、位置に応じて互いに異なる間隔に調整してもよい。
一方、前記ｎバンプ及びｐバンプは互いに平行に配置されてもよい。
一実施例において、前記メサは、その側面に突出部を含んでもよい。各突出部は、メサ側面の表面積を更に増加させる。また、前記ｎオーミックコンタクト層は、前記メサの側面に沿って前記メサから一定の間隔だけ離隔してもよい。よって、ｎオーミックコンタクト層は、前記メサ側面の突出部の形状に沿って配置され、結果的に、ｎオーミックコンタクト層とメサとの間の領域の全体面積が増加し得る。
本発明の更に他の実施例によると、基板と、前記基板上に位置するｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層上に配置され、活性層及びｐ型半導体層を含むメサと、前記ｎ型半導体層にコンタクトするｎオーミックコンタクト層と、前記ｐ型半導体層にコンタクトするｐオーミックコンタクト層と、前記ｎオーミックコンタクト層に電気的に接続されたｎバンプと、前記ｐオーミックコンタクト層に電気的に接続されたｐバンプと、を含み、前記メサは複数のブランチを含み、前記ｎオーミックコンタクト層は、前記メサを取り囲み、また、前記各ブランチ間の領域に介在し、前記ｎバンプ及びｐバンプは、それぞれ前記メサの上部及び側面を覆い、前記ｐバンプは、前記各ブランチのうち少なくとも二つのブランチを覆う。
前記各ブランチは、メインブランチと、前記メインブランチから延長される複数のサブブランチとを含んでもよい。
また、前記メインブランチは、前記基板の一側の縁部に沿って延長される第１メインブランチ、及び前記第１メインブランチと直交する第２メインブランチを含んでもよい。
更に、前記ｐバンプは、前記第１メインブランチを全体的に覆い、前記第２メインブランチを部分的に覆ってもよい。また、前記各サブブランチのうち一部は前記ｐバンプから離隔し、前記ｎバンプと部分的に重畳してもよい。
以下、各図面を参照して本発明の各実施例を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る紫外線発光ダイオードを説明するための概略的な平面図で、図２は、図１のＣ−Ｃ線断面図である。一方、図３は、本発明の一実施例に係るメサを説明するための概略的な平面図である。
図１、図２及び図３を参照すると、本実施例に係る紫外線発光ダイオードは、基板１２１、ｎ型半導体層１２３、活性層１２５、ｐ型半導体層１２７、ｎオーミックコンタクト層１２９ａ、ｐオーミックコンタクト層１２９ｂ、ｎパッド金属層１３３ａ、ｐパッド金属層１３３ｂ、絶縁層１３５、ｎバンプ１３７ａ、ｐバンプ１３７ｂ、及び反射防止層１３９を含む。
基板１２１は、窒化物系半導体を成長できる基板であれば限定されることはなく、例えば、サファイア基板、シリコン基板、シリコンカーバイド基板、又はスピネル基板などの異種基板を含んでもよく、窒化ガリウム基板、窒化アルミニウム基板などの同種基板を含んでもよい。
ｎ型半導体層１２３は基板１２１上に配置される。ｎ型半導体層１２３は、例えば、ＡｌＮバッファー層（約３．７９μｍ）及びｎ型ＡｌＧａＮ層を含んでもよい。ｎ型ＡｌＧａＮ層は、Ａｌモル比が０．８以上である下部ｎ型ＡｌＧａＮ層（約２．１５μｍ）、Ａｌモル比が０．７〜０．８である中間ＡｌＧａＮ層（１．７ｎｍ）及び約６６．５ｎｍ厚の上部ｎ型ＡｌＧａＮ層を含んでもよい。ｎ型半導体層１２３は、活性層で生成された光が透過できるように活性層より高いバンドギャップを有する窒化物系半導体で形成される。サファイア基板１２１上に窒化ガリウム系半導体層を成長させる場合、ｎ型半導体層１２３は、通常、結晶品質を改善するために複数の層を含んでもよい。
メサＭは、ｎ型半導体層１２３の一部領域上に配置される。メサＭは、活性層１２５及びｐ型半導体層１２７を含む。一般に、ｎ型半導体層１２３、活性層１２５及びｐ型半導体層１２７を順次成長させた後、ｐ型半導体層１２７及び活性層１２５をメサエッチング工程を通じてパターニングすることによってメサＭが形成される。
活性層１２５は、ウェル層及び障壁層を含む単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造であってもよい。ウェル層は、ＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮで形成されてもよく、障壁層は、ウェル層よりバンドギャップが広いＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮで形成されてもよい。例えば、各ウェル層は、Ａｌモル比が約０．５であるＡｌＧａＮで約３．１ｎｍの厚さで形成され、各障壁層は、Ａｌのモル比が０．７以上であるＡｌＧａＮで約９ｎｍ以上の厚さで形成されてもよい。特に、１番目の障壁層は、１２ｎｍ以上の厚さで他の障壁層より厚く形成されてもよい。一方、各ウェル層の上下に接し、Ａｌモル比が０．７〜０．８であるＡｌＧａＮ層がそれぞれ約１ｎｍの厚さで配置されてもよい。但し、最後のウェル層上に接するＡｌＧａＮ層のＡｌモル比は、電子ブロック層と接することを考慮して０．８以上であってもよい。
一方、ｐ型半導体層１２７は、電子ブロック層及びｐ型ＧａＮコンタクト層を含んでもよい。電子ブロック層は、電子が活性層からｐ型半導体層にオーバーフローすることを防止し、電子と正孔との再結合率を向上させる。電子ブロック層は、例えば、Ａｌモル比が約０．８であるｐ型ＡｌＧａＮで形成されてもよく、例えば、５５ｎｍの厚さで形成されてもよい。一方、ｐ型ＧａＮコンタクト層は、約３００ｎｍの厚さで形成されてもよい。
前記メサＭは、複数のブランチＭ１、Ｍ２、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を含む。例えば、メサＭは、メインブランチＭ１、Ｍ２及び各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を含んでもよい。図５に示したように、メサＭは、基板１２１又はｎ型半導体層１２３の一側の縁部に沿って延長される第１メインブランチＭ１、及び前記一側の縁部に隣接した他側の縁部に沿って延長される第２メインブランチＭ２を含んでもよい。例えば、各サブブランチＳ１、Ｓ２は第１メインブランチＭ１から延長され、各サブブランチＳ３、Ｓ４は第２メインブランチＭ２から延長されてもよい。便宜上、第１メインブランチＭ１と第２メインブランチＭ２とに区分して説明するが、これらは一つのメインブランチである。一方、第２メインブランチＭ２は省略されてもよい。
また、各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、互いに異なる長さを有してもよく、互いに平行であってもよい。特に、各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、基板２１の対角線に対して平行に配置されてもよい。図５に示したように、メインブランチＭ１、Ｍ２及び各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は基板２１の広い領域にわたって配置される。例えば、基板２１は、４辺の縁部を有する四角形状、例えば、矩形状であって、基板２１の各端部からメサＭまでの最短距離は、各縁部から基板２１の中心までの最短距離の１／２より小さくてもよい。
一方、図３を参照すると、前記各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４間に露出したｎ型半導体層１２３の最小幅Ｗ２は、前記各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の最小幅Ｗ１の１／２以上であってもよい。更に、前記各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４間に露出したｎ型半導体層１２３の最小幅Ｗ２は、前記各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の最小幅Ｗ１より大きくてもよく、それと同じであってもよい。従来技術に比べて、各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の幅が相対的に小さく形成され、各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４間に露出するｎ型半導体層１２３の幅は相対的に増加する。各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の幅を相対的に狭く形成する代わりに、各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を基板１２１の広い領域にわたって配置することによってメサＭ側面の表面積が増加する。
メインブランチＭ１、Ｍ２は、各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４より広い幅を有してもよいが、これに限定されることはなく、各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と同じ幅を有してもよく、それより狭い幅を有してもよい。
再び図１及び図２を参照すると、メサＭの周囲に露出したｎ型半導体層１２３上にｎオーミックコンタクト層１２９ａが配置される。ｎオーミックコンタクト層１２９ａは、複数の金属層を蒸着した後、これらの各金属層を急速アロイング工程（ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍａｌ ａｌｌｏｙ：ＲＴＡ）を通じて合金化することによって形成され得る。例えば、ｎオーミックコンタクト層１２９ａは、Ｃｒ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕを順次蒸着した後、ＲＴＡ工程で、例えば、９３５℃で数秒又は数十秒内に合金化処理することができる。よって、ｎオーミックコンタクト層１２９ａは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕを含有するアロイ層となる。
前記ｎオーミックコンタクト層１２９ａは、メサＭの周囲に沿ってメサＭを取り囲む。また、ｎオーミックコンタクト層１２９ａは、各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４間の領域にも介在する。ｎオーミックコンタクト層１２９ａは、メサＭから一定の間隔だけ離隔し、ｎ型半導体層１２３上のほとんどの領域に形成されてもよい。ｎオーミックコンタクト層１２９ａはメサＭの側面に沿って形成され、よって、メサＭとｎオーミックコンタクト層１２９ａとの間には、ｎオーミックコンタクト層１２９ａのない領域が形成される。この領域を介して、メサＭの側面を通じて放出された光がｎ型半導体層１２３に再び入射し、基板１２１を介して外部に放出され得る。ｎオーミックコンタクト層１２９ａとメサＭとの間の間隔は、メサＭの周囲に沿って一定であってもよいが、必ずしもこれに限定されない。
ｎオーミックコンタクト層１２９ａが形成された後、メサＭ上にｐオーミックコンタクト層１２９ｂが形成される。ｐオーミックコンタクト層１２９ｂは、例えば、Ｎｉ／Ａｕを蒸着した後、約５９０℃で約８０秒間ＲＴＡ工程を通じて形成され得る。ｐオーミックコンタクト層１２９ｂは、ｐ型半導体層１２７にオーミックコンタクトし、メサＭの上部領域のほとんど、例えば、８０％以上を覆う。
ｎオーミックコンタクト層１２９ａ及びｐオーミックコンタクト層１２９ｂ上には、それぞれｎパッド金属層１３３ａ及びｐパッド金属層１３３ｂが形成される。ｎパッド金属層１３３ａ及びｐパッド金属層１３３ｂは、同一の金属層で同一の工程で共に形成されてもよい。例えば、ｎ及びｐパッド金属層１３３ａ、１３３ｂは、Ｔｉ層（３００Å）／Ａｕ層（７０００Å）／Ｔｉ層（５０Å）を含んで形成されてもよい。
従来技術は、熱超音波ボンディングのためにｎバンプの下側に段差調節層を必要とするが、本発明の各実施例は、ソルダーペースト又はＡｕＳｎボンディングを用いるので、段差調節層を必要としない。よって、前記ｎパッド金属層１３３ａはｎオーミック金属層１２９ａに直接接してもよい。
図２（ａ）において、ｎパッド金属層１３３ａ及びｐパッド金属層１３３ｂがそれぞれｎオーミックコンタクト層１２９ａ及びｐオーミックコンタクト層１２９ｂと同一の面積でこれら上に配置された状態を示したが、これに限定されない。ｎパッド金属層１３３ａ及びｐパッド金属層１３３ｂは、ｎオーミックコンタクト層１２９ａ及びｐオーミックコンタクト層１２９ｂより小さい面積を有してこれらの上に配置されてもよい。これと異なり、図２（ｂ）に示したように、ｎパッド金属層１３３ａ及びｐパッド金属層１３３ｂは、それぞれｎオーミックコンタクト層１２９ａ及びｐオーミックコンタクト層１２９ｂの上面及び側面を覆ってもよい。ｎ及びｐパッド金属層１３３ａ、１３３ｂが、ｎ及びｐオーミックコンタクト層１２９ａ、１２９ｂの上面のみならず、側面も覆うので、ソルダーやＡｕＳｎボンディング時、ｎ及びｐオーミックコンタクト層１２９ａ、１２９ｂをソルダーなどから効率良く保護することができる。
絶縁層１３５は、ｎパッド金属層１３３ａ及びｐパッド金属層１３３ｂを覆う。但し、絶縁層１３５は、ｎパッド金属層１３３ａを露出させる開口部１３５ａ、及びメサＭの上部にｐパッド金属層１３３ｂを部分的に露出させる開口部１３５ｂを有する。開口部１３５ａはｎオーミック金属層１２９ａと重畳し、開口部１３５ｂはｐオーミック金属層１２９ｂと重畳する。開口部１３５ａと開口部１３５ｂは互いに対向する各縁部側に偏って配置してもよい。
ｎバンプ１３７ａは、開口部１３５ａを覆い、開口部１３５ａを介してｎパッド金属層１３３ａに接続される。ｎバンプ１３７ａは、ｎパッド金属層１３３ａ及びｎオーミックコンタクト層１２９ａを介してｎ型半導体層１２３に電気的に接続される。
ｐバンプ１３７ｂは、開口部１３５ｂを覆い、開口部１３５ｂを介してｐパッド金属層１３３ｂに接続される。ｐバンプ１３７ｂは、ｐパッド金属層１３３ｂ及びｐオーミックコンタクト層１２９ｂを介してｐ型半導体層１２７に電気的に接続される。
ｎバンプ１３７ａ及びｐバンプ１３７ｂは、例えば、Ｔｉ／Ａｕ／Ｃｒ／Ａｕで形成されてもよい。ｎバンプ１３７ａとｐバンプ１３７ｂは、図１に示したように、互いに平行に配置されてもよい。前記各開口部１３５ａ、１３５ｂは、ｎバンプ１３７ａ及びｐバンプ１３７ｂで遮蔽され、その結果、外部から水分やソルダーなどが各開口部１３５ａ、１３５ｂを介して浸透することが防止され得るので、信頼性が向上する。
一方、前記ｎバンプ１３７ａ及びｐバンプ１３７ｂは、それぞれメサＭの側面を部分的に覆う。ｎバンプ１３７ａ及びｐバンプ１３７ｂは、紫外線に対して反射率を有し、よって、メサＭの側面を通じて放出される光を反射させてメサＭの内部に再び入射させ得る。
一方、図２に示したように、ｎバンプ１３７ａ及びｐバンプ１３７ｂの上面は、メサＭとｎパッド金属層１３３ａとの高さの違いなどに起因して平坦でない場合がある。
反射防止層１３９は、基板１２１の光放出面側に配置される。反射防止層１３９は、ＳｉＯ２などの透明絶縁層が、例えば、紫外線波長の１／４の整数倍の厚さで形成されてもよい。これと異なり、反射防止層１３９として、屈折率が互いに異なる各層を繰り返して積層したバンドパスフィルターが使用されてもよい。
図４は、本発明の他の実施例に係る紫外線発光ダイオードを説明するための概略的な平面図である。
図４を参照すると、本実施例に係る発光ダイオードは、上述した発光ダイオードと概して類似するが、各サブブランチＳ１〜Ｓ６の個数が増加した点で相違している。各サブブランチＳ１〜Ｓ６の個数が増加するにつれて、各サブブランチＳ１〜Ｓ６の幅は更に小さくなる。各サブブランチＳ１〜Ｓ６は、概して類似する幅を有してもよく、各サブブランチＳ１〜Ｓ６の最小幅Ｗ１は、各サブブランチ間に露出したｎ型半導体層１２３の最小幅Ｗ２の２倍以下であってもよい。更に、各サブブランチＳ１〜Ｓ６の最小幅Ｗ１は、各サブブランチ間に露出したｎ型半導体層１２３の最小幅Ｗ２より小さくてもよく、それと同じであってもよい。一方、第１及び第２メインブランチＭ１、Ｍ２の幅は各サブブランチＳ１〜Ｓ６の幅より大きくてもよいが、必ずしもこれに限定されることはなく、それより小さくてもよく、それと同じであってもよい。
メサＭの形状を除いては、上述した実施例の紫外線発光ダイオードと概して類似するので、重複を避けるために詳細な説明は省略し、図面も簡略に示した。
図５は、本発明の更に他の実施例に係る紫外線発光ダイオードを説明するための概略的な平面図である。
図５を参照すると、本実施例に係る紫外線発光ダイオードは、図１〜図３を参照して説明した紫外線発光ダイオードと概して類似するが、メサＭの側面に各突出部Ｐが形成された点で相違している。各突出部Ｐは、メサエッチング工程でメサＭを形成するときに共に形成されてもよい。
メサＭの側面に各突出部Ｐが形成されることによって、メサＭ側面の表面積を増加させることができる。
一方、ｎオーミックコンタクト層１２９ａは、メサＭの側面と一定の間隔だけ離隔して形成されてもよく、よって、メサＭの側面形状に沿って前記各突出部Ｐに対応する各凹部を有し得る。ｐオーミックコンタクト層１２９ｂも、メサＭの側面形状に沿って各突出部を有するように形成されてもよい。
図６は、本発明の一実施例に係る紫外線発光ダイオードをサブマウントに実装した状態を説明するための概略的な断面図である。
図６を参照すると、前記紫外線発光ダイオードは、サブマウント基板２００上にフリップチップボンディングされる。サブマウント基板２００は、例えば、ＡｌＮなどの絶縁性基板上に各電極パッド２０１ａ、２０１ｂを有してもよい。
ｎバンプ１３７ａ及びｐバンプ１３７ｂは、ソルダーペースト２０３ａ、２０３ｂを通じてサブマウント基板２００の各電極パッド２０１ａ、２０１ｂにボンディングされてもよい。紫外線発光ダイオードがソルダーペースト２０３ａ、２０３ｂを通じてボンディングされるので、従来の熱超音波ボンディングと異なり、ｎバンプ１３７ａとｐバンプ１３７ｂの上端面の高さが同一でなくてもよい。
本実施例において、ソルダーペーストを用いてボンディングする場合を説明するが、ＡｕＳｎを用いたソルダーボンディングで紫外線発光ダイオードをサブマウント基板２００にボンディングしてもよい。
以上、前記各実施例は、本発明の特許請求の範囲による技術的思想を逸脱しない範囲内で多様な変形及び変更が可能であり、本発明は、特許請求の範囲による技術的思想を全て含む。
前記メサＭは、複数のブランチＭ１、Ｍ２、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を含む。例えば、メサＭは、メインブランチＭ１、Ｍ２及び各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を含んでもよい。図３に示したように、メサＭは、基板１２１又はｎ型半導体層１２３の一側の縁部に沿って延長される第１メインブランチＭ１、及び前記一側の縁部に隣接した他側の縁部に沿って延長される第２メインブランチＭ２を含んでもよい。例えば、各サブブランチＳ１、Ｓ２は第１メインブランチＭ１から延長され、各サブブランチＳ３、Ｓ４は第２メインブランチＭ２から延長されてもよい。便宜上、第１メインブランチＭ１と第２メインブランチＭ２とに区分して説明するが、これらは一つのメインブランチである。一方、第２メインブランチＭ２は省略されてもよい。
また、各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、互いに異なる長さを有してもよく、互いに平行であってもよい。特に、各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、基板１２１の対角線に対して平行に配置されてもよい。図５に示したように、メインブランチＭ１、Ｍ２及び各サブブランチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は基板１２１の広い領域にわたって配置される。例えば、基板１２１は、４辺の縁部を有する四角形状、例えば、矩形状であって、基板１２１の各端部からメサＭまでの最短距離は、各縁部から基板１２１の中心までの最短距離の１／２より小さくてもよい。
従来技術は、熱超音波ボンディングのためにｎバンプの下側に段差調節層を必要とするが、本発明の各実施例は、ソルダーペースト又はＡｕＳｎボンディングを用いるので、段差調節層を必要としない。よって、前記ｎパッド金属層１３３ａはｎオーミックコンタクト層１２９ａに直接接してもよい。
絶縁層１３５は、ｎパッド金属層１３３ａ及びｐパッド金属層１３３ｂを覆う。但し、絶縁層１３５は、ｎパッド金属層１３３ａを露出させる開口部１３５ａ、及びメサＭの上部にｐパッド金属層１３３ｂを部分的に露出させる開口部１３５ｂを有する。開口部１３５ａはｎオーミックコンタクト層１２９ａと重畳し、開口部１３５ｂはｐオーミックコンタクト層１２９ｂと重畳する。開口部１３５ａと開口部１３５ｂは互いに対向する各縁部側に偏って配置してもよい。

Claims (21)

  1. 基板と、
    前記基板上に位置するｎ型半導体層と、
    前記ｎ型半導体層上に配置され、活性層及びｐ型半導体層を含むメサと、
    前記ｎ型半導体層にコンタクトするｎオーミックコンタクト層と、
    前記ｐ型半導体層にコンタクトするｐオーミックコンタクト層と、
    前記ｎオーミックコンタクト層に電気的に接続されたｎバンプと、
    前記ｐオーミックコンタクト層に電気的に接続されたｐバンプと、を含み、
    前記メサは、メインブランチと、前記メインブランチから延長される複数のサブブランチを含み、
    前記ｎオーミックコンタクト層は、前記メサを取り囲み、また、前記各サブブランチ間の領域に介在し、
    前記ｎバンプ及びｐバンプのそれぞれは、前記メサの上部及び側面を覆う紫外線発光ダイオード。
  2. 前記各サブブランチ間に露出したｎ型半導体層の最小幅は、前記各サブブランチの最小幅以上である、請求項１に記載の紫外線発光ダイオード。
  3. 前記メインブランチの最小幅は、前記各サブブランチの最小幅より大きい、請求項２に記載の紫外線発光ダイオード。
  4. 前記メインブランチは、前記基板の一側の縁部に沿って延長される第１メインブランチ、及び前記基板の一側の縁部に隣り合う他側の縁部に沿って延長される第２メインブランチを含み、
    前記各サブブランチは、前記第１メインブランチから延長される各サブブランチと、前記第２メインブランチから延長される各サブブランチと、を含む、請求項１に記載の紫外線発光ダイオード。
  5. 前記各サブブランチは互いに平行である、請求項４に記載の紫外線発光ダイオード。
  6. 前記各サブブランチは、前記基板の対角線に対して平行である、請求項５に記載の紫外線発光ダイオード。
  7. 前記各サブブランチは、互いに異なる長さを有する、請求項６に記載の紫外線発光ダイオード。
  8. 前記基板は、四辺の縁部を有する四角形状であって、それぞれの縁部から前記メサまでの最短距離は、それぞれの縁部から前記基板の中心までの最短距離の１／２より小さい、請求項１に記載の紫外線発光ダイオード。
  9. 前記ｎオーミックコンタクト層を覆うｎパッド金属層、及び前記ｐオーミックコンタクト層を覆うｐパッド金属層を更に含み、
    前記ｎバンプ及びｐバンプは、それぞれ前記ｎパッド金属層及び前記ｐパッド金属層に接続する、請求項１に記載の紫外線発光ダイオード。
  10. 前記ｎオーミックコンタクト層は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ及びＡｕを含む金属アロイ層であって、
    前記ｎパッド金属層はＴｉ層／Ａｕ層／Ｔｉ層を含み、
    前記ｎパッド金属層は前記ｎオーミックコンタクト層に接する、請求項９に記載の紫外線発光ダイオード。
  11. 前記ｎパッド金属層及び前記ｐパッド金属層と前記ｎバンプ及びｐバンプとの間に介在し、前記ｎパッド金属層及びｐパッド金属層を露出させる各開口部を有する絶縁層を更に含む、請求項９に記載の紫外線発光ダイオード。
  12. 前記各開口部は、それぞれ前記ｎバンプ及びｐバンプによって遮蔽された、請求項１１に記載の紫外線発光ダイオード。
  13. 前記ｎオーミックコンタクト層と前記メサとの間の間隔は一定である、請求項１に記載の紫外線発光ダイオード。
  14. 前記ｎバンプ及びｐバンプは互いに平行に配置された、請求項１に記載の紫外線発光ダイオード。
  15. 前記メサは、側面に突出部を含む、請求項１に記載の紫外線発光ダイオード。
  16. 前記ｎオーミックコンタクト層は、前記メサの側面に沿って前記メサから一定の間隔だけ離隔した、請求項１５に記載の紫外線発光ダイオード。
  17. 基板と、
    前記基板上に位置するｎ型半導体層と、
    前記ｎ型半導体層上に配置され、活性層及びｐ型半導体層を含むメサと、
    前記ｎ型半導体層にコンタクトするｎオーミックコンタクト層と、
    前記ｐ型半導体層にコンタクトするｐオーミックコンタクト層と、
    前記ｎオーミックコンタクト層に電気的に接続されたｎバンプと、
    前記ｐオーミックコンタクト層に電気的に接続されたｐバンプと、を含み、
    前記メサは、複数のブランチを含み、
    前記ｎオーミックコンタクト層は、前記メサを取り囲み、また、前記各ブランチ間の領域に介在し、
    前記ｎバンプ及びｐバンプは、それぞれ前記メサの上部及び側面を覆い、
    前記ｐバンプは、前記各ブランチのうち少なくとも二つのブランチを覆う紫外線発光ダイオード。
  18. 前記各ブランチは、メインブランチと、前記メインブランチから延長される複数のサブブランチと、を含む、請求項１７に記載の紫外線発光ダイオード。
  19. 前記メインブランチは、前記基板の一側の縁部に沿って延長される第１メインブランチ、及び前記第１メインブランチと直交する第２メインブランチを含む、請求項１８に記載の紫外線発光ダイオード。
  20. 前記ｐバンプは、前記第１メインブランチを完全に覆い、前記第２メインブランチを部分的に覆う、請求項１９に記載の紫外線発光ダイオード。
  21. 前記各サブブランチのうちの一部は、前記ｐバンプから離隔し、前記ｎバンプと部分的に重畳する、請求項１８に記載の紫外線発光ダイオード。
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