JP2932769B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
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- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
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- H01L2224/16245—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、同一面側に正負一対の
電極が形成された半導体発光素子に関する。
電極が形成された半導体発光素子に関する。
【0002】
【従来技術】従来、同一面側に正負一対の電極を有する
青色の発光ダイオードとしてGaN系の化合物半導体を
用いたものが知られている。そのGaN 系の化合物半導
体は直接遷移であることから発光効率が高いこと、光の
3原色の1つである青色を発光色とすること等から注目
されている。このようなGaN 系の化合物半導体を用い
た発光ダイオードは、サファイヤ基板上に直接又は窒化
アルミニウムから成るバッファ層を介在させて、n導電
型のGaN 系の化合物半導体から成るn層を成長させ、
そのn層の上にp型不純物を添加してi型のGaN 系の
化合物半導体から成るi層を成長させた構造をとってい
る(特開昭62−119196号公報、特開昭63−1
88977号公報)。
青色の発光ダイオードとしてGaN系の化合物半導体を
用いたものが知られている。そのGaN 系の化合物半導
体は直接遷移であることから発光効率が高いこと、光の
3原色の1つである青色を発光色とすること等から注目
されている。このようなGaN 系の化合物半導体を用い
た発光ダイオードは、サファイヤ基板上に直接又は窒化
アルミニウムから成るバッファ層を介在させて、n導電
型のGaN 系の化合物半導体から成るn層を成長させ、
そのn層の上にp型不純物を添加してi型のGaN 系の
化合物半導体から成るi層を成長させた構造をとってい
る(特開昭62−119196号公報、特開昭63−1
88977号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ここで、上述の発光ダ
イオードの発光強度を向上させるには、i層の電極部の
電極面積をなるべく大きくすれば良いことが知られてい
る。一方、発光ダイオードのn層の電極部はi層の一部
に設けられた孔内を利用して形成されているので、i層
の電極部のように大きくできないことになる。従って、
i層の電極部とn層の電極部との電極面積は異なって形
成されることになる。これら正負一対の電極部に形成さ
れたはんだバンプの高さには数十μm 程度の差が生じて
いた。すると、図6に示したように、発光ダイオード6
0をリードフレーム70のリード部材71,72にボン
ディングする場合に、i層側の電極67のはんだバンプ
高さとの差によりn層側の電極68がリードフレーム7
0に接合されないという不良が発生していた。又、例え
発光ダイオード60がリードフレームのリード部材7
1,72に接合されても、発光ダイオード60の光軸が
リードフレーム70に対して傾いてしまうという問題が
あった。
イオードの発光強度を向上させるには、i層の電極部の
電極面積をなるべく大きくすれば良いことが知られてい
る。一方、発光ダイオードのn層の電極部はi層の一部
に設けられた孔内を利用して形成されているので、i層
の電極部のように大きくできないことになる。従って、
i層の電極部とn層の電極部との電極面積は異なって形
成されることになる。これら正負一対の電極部に形成さ
れたはんだバンプの高さには数十μm 程度の差が生じて
いた。すると、図6に示したように、発光ダイオード6
0をリードフレーム70のリード部材71,72にボン
ディングする場合に、i層側の電極67のはんだバンプ
高さとの差によりn層側の電極68がリードフレーム7
0に接合されないという不良が発生していた。又、例え
発光ダイオード60がリードフレームのリード部材7
1,72に接合されても、発光ダイオード60の光軸が
リードフレーム70に対して傾いてしまうという問題が
あった。
【0004】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、ボンディ
ング不良を低減すると同時にその際などにおける電極間
のショート不良を低減でき、且つ、発光強度の向上にも
有効な極めて生産性が高い発光ダイオードを提供するこ
とである。
されたものであり、その目的とするところは、ボンディ
ング不良を低減すると同時にその際などにおける電極間
のショート不良を低減でき、且つ、発光強度の向上にも
有効な極めて生産性が高い発光ダイオードを提供するこ
とである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、同一面側に正負一対の電極と、この電
極の一部に形成されたバンプとを有する半導体発光素子
において、正負一対の電極の露出面積がほぼ同じとなる
ようにそれらの部分を除いて電極側を覆う絶縁層を有
し、バンプは前記電極の露出部に形成され、ほぼ同一高
さを有することを特徴とする。
の発明の構成は、同一面側に正負一対の電極と、この電
極の一部に形成されたバンプとを有する半導体発光素子
において、正負一対の電極の露出面積がほぼ同じとなる
ようにそれらの部分を除いて電極側を覆う絶縁層を有
し、バンプは前記電極の露出部に形成され、ほぼ同一高
さを有することを特徴とする。
【0006】
【作用及び効果】本発明は、同一面側に形成された正負
一対の電極の露出面積がほぼ同じとなるようにそれらの
部分を除いて前記電極側を覆う絶縁層を設けることで、
発光ダイオードの正負一対の電極の見かけ上の面積を同
じ大きさにすることができた。これにより、発光ダイオ
ードの正負一対の電極に形成されるはんだバンプ高さを
略等しくできる。つまり、発光ダイオードは接合におけ
るボンディング不良が低減された。又、正負一対の電極
における露出電極間の間隔を絶縁層により離すことがで
きる。つまり、発光ダイオードは電極間が隣接している
ことによるボンディングの際などにおける電極間のショ
ート不良が低減された。又、絶縁層が正負一対の電極間
に存在することにより発光ダイオードの発光に関係する
電極の電極面積を極力大きくできる。つまり、発光ダイ
オードは発光強度を向上させることができた。
一対の電極の露出面積がほぼ同じとなるようにそれらの
部分を除いて前記電極側を覆う絶縁層を設けることで、
発光ダイオードの正負一対の電極の見かけ上の面積を同
じ大きさにすることができた。これにより、発光ダイオ
ードの正負一対の電極に形成されるはんだバンプ高さを
略等しくできる。つまり、発光ダイオードは接合におけ
るボンディング不良が低減された。又、正負一対の電極
における露出電極間の間隔を絶縁層により離すことがで
きる。つまり、発光ダイオードは電極間が隣接している
ことによるボンディングの際などにおける電極間のショ
ート不良が低減された。又、絶縁層が正負一対の電極間
に存在することにより発光ダイオードの発光に関係する
電極の電極面積を極力大きくできる。つまり、発光ダイ
オードは発光強度を向上させることができた。
【0007】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図1は本発明に係る発光ダイオード10を示
し、図1(a) は縦断面図、図1(b) は電極側から見た平
面図である。図1(a) において、発光ダイオード10
は、サファイヤ基板1を有しており、そのサファイヤ基
板1に 500ÅのAlN のバッファ層2が形成されてい
る。そのバッファ層2の下には、順に、膜厚 2.2μm の
GaN から成る高キャリヤ濃度n+ 層3と膜厚 1.5μm
のGaN から成る低キャリヤ濃度n層4が形成されてお
り、更に、低キャリヤ濃度n層4の下に膜厚 0.1μm の
GaN から成るi層5が形成されている。そして、i層
5に接続するアルミニウムで形成された電極7と高キャ
リヤ濃度n+ 層3に接続するアルミニウムで形成された
電極8とが形成されている。更に、電極7の一部分及び
i層5の全面にはSiO2から成る絶縁層9が形成されて
いる。この絶縁層9が形成された後においては、図1
(b) に示すように、正の電極7及び負の電極8はほぼ同
じ面積が露出されている。
明する。図1は本発明に係る発光ダイオード10を示
し、図1(a) は縦断面図、図1(b) は電極側から見た平
面図である。図1(a) において、発光ダイオード10
は、サファイヤ基板1を有しており、そのサファイヤ基
板1に 500ÅのAlN のバッファ層2が形成されてい
る。そのバッファ層2の下には、順に、膜厚 2.2μm の
GaN から成る高キャリヤ濃度n+ 層3と膜厚 1.5μm
のGaN から成る低キャリヤ濃度n層4が形成されてお
り、更に、低キャリヤ濃度n層4の下に膜厚 0.1μm の
GaN から成るi層5が形成されている。そして、i層
5に接続するアルミニウムで形成された電極7と高キャ
リヤ濃度n+ 層3に接続するアルミニウムで形成された
電極8とが形成されている。更に、電極7の一部分及び
i層5の全面にはSiO2から成る絶縁層9が形成されて
いる。この絶縁層9が形成された後においては、図1
(b) に示すように、正の電極7及び負の電極8はほぼ同
じ面積が露出されている。
【0008】次に、この構造の発光ダイオード10の製
造工程について、図2、図3及び図4を参照して説明す
る。上記発光ダイオード10は、有機金属化合物気相成
長法( 以下、MOVPEと記す)による気相成長により
製造された。用いられたガスは、NH3 とキャリヤガス
H2 とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3)(以下、TM
Gと記す)とトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)
(以下、TMAと記す)とシラン(SiH4)とジエチル
亜鉛(以下、DEZと記す)である。先ず、有機洗浄及
び熱処理により洗浄したa面を主面とする単結晶のサフ
ァイヤ基板1をMOVPE装置の反応室に載置されたサ
セプタに装着する。次に、常圧でH2 を流速2 l/分で
反応室に流しながら温度1100℃でサファイヤ基板1を気
相エッチングした。次に、温度を 400℃まで低下させ
て、H2 を20 l/分、NH3 を10 l/分、TMAを 1.8
×10-5モル/分で供給して 500Åの厚さのAlN から成
るバッファ層2を形成した。次に、サファイヤ基板1の
温度を1150℃に保持し、H2 を20 l/分、NH3 を10 l
/分、TMGを 1.7×10-4モル/分、H2 で0.86ppm ま
で希釈したシラン(SiH4)を 200ml/分の割合で30分
間供給し、膜厚 2.2μm 、キャリヤ濃度 1.5×1018/cm
3 のGaN から成る高キャリヤ濃度n+ 層3を形成し
た。続いて、サファイヤ基板1の温度を1150℃に保持
し、H2 を20 l/分、NH3を10 l/分、TMGを1.7
×10-4モル/分の割合で20分間供給し、膜厚 1.5μm、
キャリヤ濃度 1×1015/cm3 のGaN から成る低キャリ
ヤ濃度n層4を形成した。次に、サファイヤ基板1を 9
00℃にして、H2 を20 l/分、NH3 を10 l/分、TM
Gを 1.7×10-4モル/分、DEZを 1.5×10-4モル/分
の割合で1分間供給して、膜厚 0.1μm のGaN から成
るi層5を形成した。このようにして、図2(a) に示す
ような多層構造が得られた。次に、図2(b) に示すよう
に、i層5の上に、スパッタリングによりSiO2層11
を2000Åの厚さに形成した。次に、そのSiO2層11上
にフォトレジスト12を塗布して、フォトリソグラフィ
により、そのフォトレジスト12を高キャリヤ濃度n+
層3に対する電極形成部位のフォトレジストを除去した
パターンに形成した。次に、図2(c) に示すように、フ
ォトレジスト12によって覆われていないSiO2層11
をフッ酸系エッチング液で除去した。
造工程について、図2、図3及び図4を参照して説明す
る。上記発光ダイオード10は、有機金属化合物気相成
長法( 以下、MOVPEと記す)による気相成長により
製造された。用いられたガスは、NH3 とキャリヤガス
H2 とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3)(以下、TM
Gと記す)とトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)
(以下、TMAと記す)とシラン(SiH4)とジエチル
亜鉛(以下、DEZと記す)である。先ず、有機洗浄及
び熱処理により洗浄したa面を主面とする単結晶のサフ
ァイヤ基板1をMOVPE装置の反応室に載置されたサ
セプタに装着する。次に、常圧でH2 を流速2 l/分で
反応室に流しながら温度1100℃でサファイヤ基板1を気
相エッチングした。次に、温度を 400℃まで低下させ
て、H2 を20 l/分、NH3 を10 l/分、TMAを 1.8
×10-5モル/分で供給して 500Åの厚さのAlN から成
るバッファ層2を形成した。次に、サファイヤ基板1の
温度を1150℃に保持し、H2 を20 l/分、NH3 を10 l
/分、TMGを 1.7×10-4モル/分、H2 で0.86ppm ま
で希釈したシラン(SiH4)を 200ml/分の割合で30分
間供給し、膜厚 2.2μm 、キャリヤ濃度 1.5×1018/cm
3 のGaN から成る高キャリヤ濃度n+ 層3を形成し
た。続いて、サファイヤ基板1の温度を1150℃に保持
し、H2 を20 l/分、NH3を10 l/分、TMGを1.7
×10-4モル/分の割合で20分間供給し、膜厚 1.5μm、
キャリヤ濃度 1×1015/cm3 のGaN から成る低キャリ
ヤ濃度n層4を形成した。次に、サファイヤ基板1を 9
00℃にして、H2 を20 l/分、NH3 を10 l/分、TM
Gを 1.7×10-4モル/分、DEZを 1.5×10-4モル/分
の割合で1分間供給して、膜厚 0.1μm のGaN から成
るi層5を形成した。このようにして、図2(a) に示す
ような多層構造が得られた。次に、図2(b) に示すよう
に、i層5の上に、スパッタリングによりSiO2層11
を2000Åの厚さに形成した。次に、そのSiO2層11上
にフォトレジスト12を塗布して、フォトリソグラフィ
により、そのフォトレジスト12を高キャリヤ濃度n+
層3に対する電極形成部位のフォトレジストを除去した
パターンに形成した。次に、図2(c) に示すように、フ
ォトレジスト12によって覆われていないSiO2層11
をフッ酸系エッチング液で除去した。
【0009】次に、図3(d) に示すように、フォトレジ
スト12及びSiO2層11によって覆われていない部位
のi層5とその下の低キャリヤ濃度n層4と高キャリヤ
濃度n+ 層3の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電
力0.44W/cm2、BCl3ガスを10ml/分の割合で供給しド
ライエッチングした後、Ar でドライエッチングした。
次に、図3(e) に示すように、i層5上に残っているS
iO2層11をフッ酸で除去した。次に、図3(f) に示す
ように、試料の上全面に、蒸着によりAl 層13を 0.3
μm の厚さに形成した。そして、そのAl 層13の上に
フォトレジスト14を塗布して、フォトリソグラフィに
より、そのフォトレジスト14が高キャリヤ濃度n+ 層
3及びi層5に対する電極部が残るように、所定形状に
パターン形成した。
スト12及びSiO2層11によって覆われていない部位
のi層5とその下の低キャリヤ濃度n層4と高キャリヤ
濃度n+ 層3の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電
力0.44W/cm2、BCl3ガスを10ml/分の割合で供給しド
ライエッチングした後、Ar でドライエッチングした。
次に、図3(e) に示すように、i層5上に残っているS
iO2層11をフッ酸で除去した。次に、図3(f) に示す
ように、試料の上全面に、蒸着によりAl 層13を 0.3
μm の厚さに形成した。そして、そのAl 層13の上に
フォトレジスト14を塗布して、フォトリソグラフィに
より、そのフォトレジスト14が高キャリヤ濃度n+ 層
3及びi層5に対する電極部が残るように、所定形状に
パターン形成した。
【0010】次に、図4(g) に示すように、フォトレジ
スト14をマスクとして下層のAl層13の露出部を硝
酸系エッチング液でエッチングし、フォトレジスト14
をアセトンで除去し、高キャリヤ濃度n+ 層3の電極
8、i層5の電極7を形成した。次に、図4(h) に示す
ように、試料の上全面に、スパッタリングによりSiO2
層15を 200Åの厚さに形成した。次に、図4(i) に示
すように、SiO2層15上にフォトレジスト16を塗布
して、フォトリソグラフィにより、そのフォトレジスト
16を高キャリヤ濃度n+層3の電極8、i層5の電極
7の一部分に対する電極形成部位のフォトレジストを除
去したパターンに形成した。尚、図4(g) 〜(i) におけ
る高キャリヤ濃度n+ 層3の電極8、i層5の電極7の
それぞれの電極面積の大きさは逆転して描かれている。
スト14をマスクとして下層のAl層13の露出部を硝
酸系エッチング液でエッチングし、フォトレジスト14
をアセトンで除去し、高キャリヤ濃度n+ 層3の電極
8、i層5の電極7を形成した。次に、図4(h) に示す
ように、試料の上全面に、スパッタリングによりSiO2
層15を 200Åの厚さに形成した。次に、図4(i) に示
すように、SiO2層15上にフォトレジスト16を塗布
して、フォトリソグラフィにより、そのフォトレジスト
16を高キャリヤ濃度n+層3の電極8、i層5の電極
7の一部分に対する電極形成部位のフォトレジストを除
去したパターンに形成した。尚、図4(g) 〜(i) におけ
る高キャリヤ濃度n+ 層3の電極8、i層5の電極7の
それぞれの電極面積の大きさは逆転して描かれている。
【0011】上述の製造工程の後、フォトレジスト16
によって覆われていないSiO2層15をフッ酸系エッチ
ング液で除去し、電極7の一部分及びi層5上にSiO2
から成る絶縁層9を形成した。このようにして、図1に
示すMIS(Metal Insulator Semiconductor)構
造の窒化ガリウム系発光素子を製造することができる。
尚、上記絶縁層9を形成するための絶縁材料としては、
SiO2の他、Al2O3、Si3N4 又はTiN などから成
る絶縁物質を選択しても良い。
によって覆われていないSiO2層15をフッ酸系エッチ
ング液で除去し、電極7の一部分及びi層5上にSiO2
から成る絶縁層9を形成した。このようにして、図1に
示すMIS(Metal Insulator Semiconductor)構
造の窒化ガリウム系発光素子を製造することができる。
尚、上記絶縁層9を形成するための絶縁材料としては、
SiO2の他、Al2O3、Si3N4 又はTiN などから成
る絶縁物質を選択しても良い。
【0012】このようにして製造された発光ダイオード
10の電極7,8にはんだバンプ17,18を形成す
る。すると、電極7,8の露出面積がほぼ同じであるこ
とからはんだバンプ17,18のはんだバンプ高さが略
等しいことになる。従って、発光ダイオード10の電極
7,8は、図5に示すように、はんだバンプ17,18
を介してリードフレーム20のリード部材21,22に
同じ条件で接合されることになる。即ち、発光ダイオー
ド10の電極7,8の何れか一方がはんだバンプ高さが
異なってリードフレーム20のリード部材21,22に
接合されないというような接合不良をなくすことができ
る。又、上述のように、発光ダイオード10のi層5の
電極7側の電極面積を極力大きくしても、図5に示すよ
うに、電極7の電極8に近い部分を絶縁層9にて覆うこ
とにより、電極7と電極8との露出面を離すことができ
る。即ち、電極7,8のはんだバンプ17,18の間隔
を極力離して形成できることになる。このため、発光ダ
イオード10のi層5の電極7と高キャリヤ濃度n+ 層
3の電極8とのショート不良をなくすことができる。更
に、発光ダイオード10のi層5の電極7と高キャリヤ
濃度n+ 層3の電極8とは絶縁層9にて絶縁されてお
り、i層5の電極7側の電極面積を極力大きくすること
ができるので、発光ダイオード10の発光強度を向上す
ることができる。以上説明したように、本発明の発光ダ
イオードにあっては、不良率の低減と性能アップが計ら
れることとなり生産性は飛躍的に向上する。
10の電極7,8にはんだバンプ17,18を形成す
る。すると、電極7,8の露出面積がほぼ同じであるこ
とからはんだバンプ17,18のはんだバンプ高さが略
等しいことになる。従って、発光ダイオード10の電極
7,8は、図5に示すように、はんだバンプ17,18
を介してリードフレーム20のリード部材21,22に
同じ条件で接合されることになる。即ち、発光ダイオー
ド10の電極7,8の何れか一方がはんだバンプ高さが
異なってリードフレーム20のリード部材21,22に
接合されないというような接合不良をなくすことができ
る。又、上述のように、発光ダイオード10のi層5の
電極7側の電極面積を極力大きくしても、図5に示すよ
うに、電極7の電極8に近い部分を絶縁層9にて覆うこ
とにより、電極7と電極8との露出面を離すことができ
る。即ち、電極7,8のはんだバンプ17,18の間隔
を極力離して形成できることになる。このため、発光ダ
イオード10のi層5の電極7と高キャリヤ濃度n+ 層
3の電極8とのショート不良をなくすことができる。更
に、発光ダイオード10のi層5の電極7と高キャリヤ
濃度n+ 層3の電極8とは絶縁層9にて絶縁されてお
り、i層5の電極7側の電極面積を極力大きくすること
ができるので、発光ダイオード10の発光強度を向上す
ることができる。以上説明したように、本発明の発光ダ
イオードにあっては、不良率の低減と性能アップが計ら
れることとなり生産性は飛躍的に向上する。
【図1】本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオー
ドを示した構成図である。
ドを示した構成図である。
【図2】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程を示
した縦断面図である。
した縦断面図である。
【図3】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程を示
した図2に続く縦断面図である。
した図2に続く縦断面図である。
【図4】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程を示
した図3に続く縦断面図である。
した図3に続く縦断面図である。
【図5】同実施例に係る発光ダイオードとリードフレー
ムとの接合状態を示した部分縦断面図である。
ムとの接合状態を示した部分縦断面図である。
【図6】従来の発光ダイオードとリードフレームとの接
合状態を示した部分縦断面図である。
合状態を示した部分縦断面図である。
1−サファイヤ基板 2−バッファ層 3−高キャ
リヤ濃度n+ 層 4−低キャリヤ濃度n層 5−i層 7,8−電極 10−発光ダイオード
リヤ濃度n+ 層 4−低キャリヤ濃度n層 5−i層 7,8−電極 10−発光ダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−79482(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 33/00
Claims (1)
- 【請求項1】 同一面側に正負一対の電極と、この電極
の一部に形成されたバンプとを有する半導体発光素子に
おいて、 前記正負一対の電極の露出面積がほぼ同じとなるように
それらの部分を除いて前記電極側を覆う絶縁層を有し、 前記バンプは前記電極の露出部に形成され、ほぼ同一高
さを有する ことを特徴とする半導体発光素子。
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