JP3447527B2 - Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は化合物半導体などか
らなる発光ダイオード(LED)、半導体レーザなどの
半導体発光素子に関するもので、特にp−n接合を有す
る半導体発光素子およびその製造方法に係るものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device such as a light emitting diode (LED) made of a compound semiconductor or the like, a semiconductor laser, and more particularly to a semiconductor light emitting device having a pn junction and a method for manufacturing the same. is there.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体発光ダイオード(LED)や半導
体レーザ等の半導体発光素子は、半導体材料やその構造
を選定することにより種々の波長、輝度、光強度を有し
た製品等が知られている。2. Description of the Related Art As semiconductor light emitting devices such as semiconductor light emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers, products having various wavelengths, luminances and light intensities are known by selecting semiconductor materials and their structures.
【0003】従来の半導体発光素子の一例として、窒化
ガリウム系化合物半導体(Inx Gay A11-x-y N:
0≦x≦1,0≦y≦1)発光素子の構造を図12に示
す(特開平6−338632号公報)。この発光素子は
サファイア基板101の上にn型層112とp型層11
4とを順に積層した構造を有しており、p型層114の
一部をエッチングして、n型層112を露出させ、n型
層112の上にn側電極105と、p型層114の上に
薄膜の金属からなる透光性のp側電極107を形成して
いる。p側電極107の上に形成された台座電極118
およびn側電極105の上にボール162,161およ
びボンディングワイヤ79,81からなるワイヤボンデ
ィングを形成し、電流注入を行うことによって、pn接
合での再結合発光が取り出すことができる。As an example of a conventional semiconductor light-emitting element, a gallium nitride compound semiconductor (In x Ga y A1 1- xy N:
0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) The structure of a light emitting device is shown in FIG. 12 (JP-A-6-338632). This light emitting device has an n-type layer 112 and a p-type layer 11 on a sapphire substrate 101.
4 has a structure in which the p-type layer 114 is sequentially stacked. A part of the p-type layer 114 is etched to expose the n-type layer 112, and the n-side electrode 105 and the p-type layer 114 are formed on the n-type layer 112. A light-transmitting p-side electrode 107 made of a thin metal film is formed on the above. Pedestal electrode 118 formed on the p-side electrode 107
By forming wire bonding including the balls 162 and 161 and the bonding wires 79 and 81 on the n-side electrode 105 and injecting current, recombination emission at the pn junction can be extracted.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な素子の信頼性について本発明者らが実験的な検討を重
ねた結果、高い電圧を加えることにより容易に発光効率
が極度に低下するなどの特性劣化が起こることが明らか
になった。特に、人体で触れること、素子動作開始・停
止のためのスイッチング、ソケットへの抜き差し、半田
付け、駆動回路などで発生する瞬時の電圧(サージ)印
加においてもこのような劣化が起こり、取り扱いに多大
な注意を払わなければならないという問題があることが
明らかになった。このような不具合は、絶縁物基板上に
形成され、同一平面側にp側、n側の双方の電極を配置
してなる発光素子について謙虚なことが明らかになっ
た。特に薄膜の金属からなる透光性の電極を用いる発光
素子においてこのような不具合が顕著に現れることも併
せて明らかになった。However, as a result of the inventors' empirical studies on the reliability of such an element, the characteristics such that the luminous efficiency is easily extremely reduced by applying a high voltage. It became clear that deterioration would occur. In particular, such deterioration occurs even when touched by the human body, switching for starting / stopping element operation, insertion / removal into / from the socket, soldering, and application of instantaneous voltage (surge) generated in the drive circuit, etc. It turned out that there was a problem of having to pay particular attention. It has been revealed that such a problem is humble in a light emitting element formed on an insulating substrate and having both p-side and n-side electrodes arranged on the same plane side. In particular, it was also clarified that such a problem remarkably appears in a light emitting element using a translucent electrode made of a thin film metal.
【0005】本発明はこのような事情を鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、瞬時の電圧(サー
ジ)印加が生じた場合においても素子劣化を起こしにく
く、取り扱いの容易な半導体発光素子およびその製造方
法を提供することにある。The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to easily handle a semiconductor light emitting device which is less likely to deteriorate even when an instantaneous voltage (surge) is applied. An object is to provide an element and a manufacturing method thereof.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明による半導体発光素子はp側電極とn側電
極とを少なくとも具備する半導体レーザやLED等の半
導体発光素子1であって、p側電極とn側電極との間に
図1(a)に示すように付加的な容量部2を形成したこ
とを第1の特徴とする。この容量部2の容量値Cexは、
図1(b)に示すような、半導体発光素子に内在する固
有容量値Ciと同程度もしくはそれ以上であることが好
ましい。ここで固有容量値Ciとは半導体発光素子1を
等価コンダクタンスGと等価容量Ciとで表現した場合
のCiで、具体的にはpn接合の拡散容量、接合容量お
よびその他の浮遊容量の総称である。すなわち半導体発
光素子のインピーダンス測定をした場合に等価コンダク
タンスGと分離されて求められる等価容量Ciのことを
言う。Cexの値をCiの値とほぼ同程度(Cex〜Ci)
とする、又はCiの数倍以上とすることにより図3に示
すようにサージ耐圧が向上する。これは対向した電極間
に付加的な静電容量Cexが並列接続され、素子のpn接
合に固有な静電容量Ciに重畳されることにより、素子
全体の静電容量が増加したことによる。すなわち静電容
量が増すと、瞬間的な電圧印加に対して電流の応答が緩
やかになり、電流を原因とする金属のマイグレーション
や欠陥の増殖による素子の特性劣化が抑制されるからと
考えられる。In order to achieve the above object, a semiconductor light emitting device according to the present invention is a semiconductor light emitting device 1 such as a semiconductor laser or an LED having at least a p-side electrode and an n-side electrode, The first feature is that an additional capacitance portion 2 is formed between the p-side electrode and the n-side electrode as shown in FIG. The capacitance value Cex of the capacitance unit 2 is
As shown in FIG. 1B, it is preferable that the specific capacitance value Ci inherent in the semiconductor light emitting element is equal to or more than that. Here, the intrinsic capacitance value Ci is Ci when the semiconductor light emitting element 1 is expressed by an equivalent conductance G and an equivalent capacitance Ci, and is specifically a general term for the diffusion capacitance of the pn junction, the junction capacitance, and other stray capacitances. . That is, it refers to the equivalent capacitance Ci obtained by separating the equivalent conductance G when the impedance of the semiconductor light emitting device is measured. The value of Cex is almost the same as the value of Ci (Cex to Ci)
Or, if it is several times or more of Ci, the surge withstand voltage is improved as shown in FIG. This is because the additional capacitance Cex is connected in parallel between the electrodes facing each other and is superimposed on the capacitance Ci specific to the pn junction of the device, thereby increasing the capacitance of the entire device. That is, it is considered that as the capacitance increases, the response of the current to the momentary voltage application becomes slower, and the deterioration of the characteristics of the element due to the migration of the metal or the multiplication of defects caused by the current is suppressed.
【0007】この付加的な静電容量は図2、図4、図5
に示すように、n側電極(第1の電極)105と、n側
電極105の上部に絶縁膜106を介してp側電極(第
2の電極)から延長形成された電極配線部108と、n
側電極105と電極配線部108との間の絶縁膜106
とで平行平板型コンデンサを構成してもよく、図6〜9
に示すようにp側電極108,128,137とp側電
極の上部の絶縁膜106と、n側電極から延長形成され
た電極配線部105とによって平行平板型コンデンサを
構成してもよい。また図11に示すようにパッケージの
リード(外部電極)間に外部キャパシタCexを接続して
構成してもよい。又これ以外の方法でもよく、いずれに
しても、p側電極とn側電極の間に付加的な容量が形成
されていれば本発明の目的は達成できる。This additional capacitance is shown in FIGS.
As shown in FIG. 3, an n-side electrode (first electrode) 105, and an electrode wiring portion 108 extended from the p-side electrode (second electrode) via an insulating film 106 on the n-side electrode 105, n
Insulating film 106 between the side electrode 105 and the electrode wiring portion 108
A parallel plate type capacitor may be constituted by and, as shown in FIGS.
As shown in, a parallel plate type capacitor may be configured by the p-side electrodes 108, 128, 137, the insulating film 106 on the p-side electrode, and the electrode wiring portion 105 extended from the n-side electrode. Alternatively, as shown in FIG. 11, an external capacitor Cex may be connected between the leads (external electrodes) of the package. Any other method may be used, and in any case, the object of the present invention can be achieved if an additional capacitance is formed between the p-side electrode and the n-side electrode.
【0008】なお本発明の発光素子は、窒化ガリウム
(GaN)系化合物半導体、インジウム・ガリウム・ア
ルミニウム・リン(InGaAlP)系化合物半導体、
ガリウム・アルミニウム・砒素(GaAlAs)系化合
物半導体などでも有効である。また、ホモ接合構造、シ
ングルヘテロ(SH)構造、ダブルヘテロ(DH)構造
の発光ダイオード(LED)、半導体レーザについて適
用できることは言うまでもない。又これらのLEDや半
導体レーザは所定の配線基板又はヒートシンク上に形成
されたn側配線(第1の配線)およびp側配線(第2の
配線)とn側電極およびp側電極とを半田ボール等の突
起物を介して互いに接続するフリップチップ型でもよ
い。The light emitting device of the present invention is a gallium nitride (GaN) -based compound semiconductor, an indium-gallium-aluminum-phosphorus (InGaAlP) -based compound semiconductor,
It is also effective for gallium / aluminum / arsenic (GaAlAs) based compound semiconductors. Further, it goes without saying that the present invention can be applied to a light emitting diode (LED) having a homojunction structure, a single hetero (SH) structure, a double hetero (DH) structure, and a semiconductor laser. Further, in these LEDs and semiconductor lasers, an n-side wiring (first wiring) and a p-side wiring (second wiring) formed on a predetermined wiring board or a heat sink, an n-side electrode and a p-side electrode are solder balls. It may be a flip chip type in which they are connected to each other via protrusions such as.
【0009】本発明の第2の特徴は所定の基板上に形成
された第1導電型の第1の半導体層と、第1の半導体層
の上部に形成された第2導電型の第2の半導体層と、第
2の半導体層を貫通して第1の半導体層に達する溝部
と、溝部の底部に露出した第1の半導体層に接して形成
された第1の電極と、第2の半導体層の上部に形成され
た第2の電極とから少なくとも構成される半導体発光素
子であって、第1の電極と第2の電極の間に付加的な容
量部が形成されたことである。第1導電型とはたとえば
n型であり、第2導電型とは反対導電型のp型を言う
が、pとnとを全く逆にしてもよいことはもちろんであ
る。A second feature of the present invention is that the first conductive type first semiconductor layer formed on a predetermined substrate and the second conductive type second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer. A semiconductor layer; a groove penetrating the second semiconductor layer to reach the first semiconductor layer; a first electrode formed in contact with the first semiconductor layer exposed at the bottom of the groove; and a second semiconductor In the semiconductor light emitting device, which is composed at least of a second electrode formed on the upper part of the layer, an additional capacitance part is formed between the first electrode and the second electrode. The first conductivity type is, for example, n-type, and is the p-type which is the opposite conductivity type to the second conductivity type. However, it goes without saying that p and n may be reversed.
【0010】この付加的な容量部は、図2、4,5に示
すように第1の電極105と、第1の電極105の上に
形成された絶縁膜106と、第2の電極107から延長
形成された電極配線部108とにより構成しても良い。
また、図6〜9に示すように第2の電極108,12
8,137と、第2の電極の上に形成された絶縁膜10
6と、第1の電極から延長形成された電極配線部105
とにより構成してもよい。さらに、図10(a)に示す
ように、第1の半導体層102に接して形成された絶縁
膜106と、絶縁膜106の上部に第2の電極107か
ら延長形成された電極配線部108と、絶縁膜106の
形成されていない第1の半導体層102の表面に接して
形成された第1の電極105と、第1の半導体層102
とにより構成しても良い。あるいは図10(b)に示す
ように付加的な容量部を第1の半導体層102に接する
ように第2の電極107から延長形成された電極配線部
108と、電極配線部108とは異なる位置の第1の半
導体層102の上部に接して形成された第1の電極10
5と、第1の半導体層102とから構成しても良い。As shown in FIGS. 2, 4 and 5, the additional capacitance portion includes a first electrode 105, an insulating film 106 formed on the first electrode 105, and a second electrode 107. You may comprise by the extended electrode wiring part 108.
In addition, as shown in FIGS.
8, 137 and the insulating film 10 formed on the second electrode
6 and the electrode wiring portion 105 extended from the first electrode
You may comprise by. Further, as shown in FIG. 10A, an insulating film 106 formed in contact with the first semiconductor layer 102, and an electrode wiring portion 108 extended from the second electrode 107 on the insulating film 106. , The first electrode 105 formed in contact with the surface of the first semiconductor layer 102 on which the insulating film 106 is not formed, and the first semiconductor layer 102.
You may comprise by. Alternatively, as shown in FIG. 10B, an electrode wiring portion 108 extended from the second electrode 107 so that an additional capacitance portion is in contact with the first semiconductor layer 102, and a position different from the electrode wiring portion 108. Of the first electrode 10 formed in contact with the upper portion of the first semiconductor layer 102 of
5 and the first semiconductor layer 102.
【0011】第2の特徴において、第2の電極107が
透光性の電極である場合には、第2の電極107から延
長形成された電極配線部108は透光性の電極107か
ら光が取り出せるように(透光性の電極の開口率を大き
くするように)配置され、第2の電極107と電気的に
接続されていることが好ましい、特に、電極配線部10
8は図2および図4に示すように第2の半導体層104
の周辺部に額縁形状に形成されていることが好ましい。
ただし、電気的に第2の電極107と接続されれば良い
ので、必ずしも周辺(四辺)全部に形成される必要はな
い。本発明の第2の特徴は基板101がサファイア基板
等の絶縁性基板の場合において、より効果的である。な
ぜならば、サージ耐圧の問題は、絶縁物基板上に形成さ
れた発光素子において顕著であるからである。またフリ
ップチップ型とすればサファイア基板側から光が取り出
せ、付加的な容量部を形成する面積を十分大きな値に確
保することが可能となる。In the second feature, when the second electrode 107 is a translucent electrode, the electrode wiring portion 108 extended from the second electrode 107 receives light from the translucent electrode 107. It is preferably arranged so as to be taken out (so as to increase the aperture ratio of the translucent electrode) and electrically connected to the second electrode 107. In particular, the electrode wiring portion 10
8 is the second semiconductor layer 104 as shown in FIGS.
It is preferable that it is formed in a frame shape in the peripheral portion.
However, since it is only necessary to be electrically connected to the second electrode 107, it is not always necessary to form it on the entire periphery (four sides). The second feature of the present invention is more effective when the substrate 101 is an insulating substrate such as a sapphire substrate. This is because the problem of surge withstand voltage is remarkable in the light emitting element formed on the insulating substrate. If the flip-chip type is used, light can be extracted from the sapphire substrate side, and it is possible to secure a sufficiently large area for forming the additional capacitance section.
【0012】本発明の第2の特徴における半導体発光素
子はシングルヘテロ(SH)構造でもダブルヘテロ(D
H)構造でもかまわない。DH構造の場合には、図2に
示すように第1の半導体層を第1のクラッド層102,
第2の半導体層を第2のクラッド層104とし、第1お
よび第2のクラッド層の間に第1および第2のクラッド
層よりも禁制帯幅Egの小さい半導体からなる活性層1
03を形成すればよい。The semiconductor light emitting device according to the second aspect of the present invention has a single hetero (SH) structure and a double hetero (D) structure.
H) The structure may be used. In the case of the DH structure, as shown in FIG. 2, the first semiconductor layer is replaced with the first cladding layer 102,
The second semiconductor layer is the second clad layer 104, and the active layer 1 made of a semiconductor having a forbidden band width Eg between the first and second clad layers is smaller than that of the first and second clad layers.
03 may be formed.
【0013】本発明の第3の特徴は、以上で述べた半導
体発光素子の製造方法に係り、具体的には次の各工程か
らなることを特徴とする。すなわち(イ)絶縁性基板上
に第1導電型の第1の半導体層、故意には不純物を添加
していない半導体(いわゆる「アンドープ半導体」)、
又は所定の不純物密度にドープした半導体等からなる活
性層、第2導電型の第2の半導体層を少なくとも含む積
層体を連続成長する工程、(ロ)第2の半導体層および
活性層を貫通して第1の半導体層に達する溝部を形成す
る工程(ハ)溝部の底部に、第1の半導体層と接して第
1の電極を形成する工程、(ニ)第2の半導体層の上部
に第2の電極を形成する工程、(ホ)第1の電極の上部
及び溝部の側壁部に絶縁膜を形成する工程、および
(ヘ)第2の電極から、第1の電極の上部の絶縁膜に達
する電極配線部を形成する工程を少なくとも有すること
を特徴とする。上記(ハ)の第1の電極を形成する工程
と(ニ)の第2の電極を形成する工程はどちらを先に行
ってもかまわない。第1の半導体層、活性層、第2の半
導体層の連続成長はMOCVD法等のエピタキシャル成
長技術を用いればよい。溝部の形成はRIE法等のドラ
イエッチング又はウェットエッチング技術を用いればよ
い。A third feature of the present invention relates to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device described above, and is characterized in that it specifically comprises the following steps. That is, (a) a first semiconductor layer of the first conductivity type on an insulating substrate, a semiconductor to which impurities are not intentionally added (so-called “undoped semiconductor”),
Alternatively, a step of continuously growing a layered body including at least an active layer made of a semiconductor or the like doped to a predetermined impurity density, a second semiconductor layer of the second conductivity type, and (b) penetrating the second semiconductor layer and the active layer. A step of forming a groove portion reaching the first semiconductor layer by (c) a step of forming a first electrode in contact with the first semiconductor layer on the bottom of the groove portion, and (d) a step of forming a first electrode on the second semiconductor layer. The step of forming the second electrode, (e) the step of forming an insulating film on the upper part of the first electrode and the side wall of the groove, and (f) from the second electrode to the insulating film on the upper part of the first electrode. At least a step of forming an reaching electrode wiring portion is included. Either of the step (c) of forming the first electrode and the step (d) of forming the second electrode may be performed first. For continuous growth of the first semiconductor layer, the active layer, and the second semiconductor layer, an epitaxial growth technique such as MOCVD may be used. The groove may be formed by using dry etching such as RIE or wet etching.
【0014】溝部の側壁部に絶縁膜を形成するは、全面
にSiO2 等の絶縁膜をCVD法等により堆積し、RI
E等の指向性の高いエッチングを行えば、側壁部に絶縁
膜が残留する。このように本発明の第3の特徴によれ
ば、極めて容易に半導体発光素子を製造することが可能
である。To form an insulating film on the side wall of the groove, an insulating film such as SiO 2 is deposited on the entire surface by a CVD method or the like, and RI is used.
When highly directional etching such as E is performed, the insulating film remains on the side wall. As described above, according to the third feature of the present invention, it is possible to extremely easily manufacture the semiconductor light emitting device.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を説明する。図面の記載において同一又は類似
の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、
図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、
各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意
すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下
の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互
間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含
まれていることはもちろんである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or similar parts are designated by the same or similar reference numerals. However,
The drawings are schematic, the relationship between thickness and plane dimensions,
It should be noted that the ratio of the thickness of each layer is different from the actual one. Therefore, the specific thickness and dimensions should be determined in consideration of the following description. Further, it is needless to say that the drawings include portions having different dimensional relationships and ratios.
【0016】(第1の実施の形態)図2(a)は本発明
の第1の実施の形態に係る短波長LEDの斜視図(傾斜
図)で、図2(b)はその平面図(上面図)である。図
2(c)は図2(b)に示したX−Y方向の断面図であ
る。(First Embodiment) FIG. 2A is a perspective view (inclined view) of a short wavelength LED according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a plan view thereof. It is a top view). FIG. 2C is a sectional view in the XY direction shown in FIG.
【0017】本発明の第1の実施の形態に係る短波長L
EDは、サファイア基板101の上に、n型の窒化ガリ
ウム(GaN)系半導体からなる第1のクラッド層(第
1の半導体層)102,GaN系半導体からなる活性層
103,p型のGaN系半導体から成る第2のクラッド
層(第2の半導体層)104が形成されている。n側電
極(第1の電極)105は第2のクラッド層(p型クラ
ッド層)104,活性層103,および第1のクラッド
層(n型クラッド層)102の表面の一部をエッチング
して形成した溝部(U溝)の底部に形成されている。溝
部はほぼ垂直の側壁部を有している。透光性のp側電極
(第2の電極)107はp型クラッド層104の上部に
形成され、さらにその上に額縁形状の電極配線部108
が形成されている。p側電極107は、たとえばITO
やSnO2 等の透明電極又は、Ni/Au等の透光性薄
膜で、第2のp側電極108は、Ti/Au等の金属で
ある。電極配線部108はp側電極107をなるべく遮
蔽しないように、すなわち開口率が大きくなるように形
成されている。電極配線部108の形成されていない透
光性のp側電極107を介して光が取り出される。The short wavelength L according to the first embodiment of the present invention
The ED comprises a sapphire substrate 101, a first clad layer (first semiconductor layer) 102 made of an n-type gallium nitride (GaN) -based semiconductor, an active layer 103 made of a GaN-based semiconductor, and a p-type GaN-based semiconductor. A second cladding layer (second semiconductor layer) 104 made of a semiconductor is formed. The n-side electrode (first electrode) 105 is formed by etching a part of the surfaces of the second clad layer (p-type clad layer) 104, the active layer 103, and the first clad layer (n-type clad layer) 102. It is formed at the bottom of the formed groove (U groove). The groove has a sidewall that is substantially vertical. A light-transmitting p-side electrode (second electrode) 107 is formed on the p-type cladding layer 104, and a frame-shaped electrode wiring portion 108 is further formed thereon.
Are formed. The p-side electrode 107 is made of, for example, ITO.
Or a transparent electrode such as SnO 2 or a translucent thin film such as Ni / Au, and the second p-side electrode 108 is a metal such as Ti / Au. The electrode wiring portion 108 is formed so as not to shield the p-side electrode 107 as much as possible, that is, to have a large aperture ratio. Light is extracted through the translucent p-side electrode 107 on which the electrode wiring portion 108 is not formed.
【0018】n側電極105の上部にはSiO2 等の絶
縁膜106が形成され、電極配線部108は第2のクラ
ッド層104の上部からn側電極105の形成されてい
る溝の底部にまで延長して形成されている。すなわち、
電極配線部108,絶縁膜106,n側電極105によ
り付加的な容量部(平行平板型コンデンサ)Cexが形成
されている。溝部の底部の電極配線部108および電極
配線部108が形成されていないn側電極105の表面
がボンディングパッドを兼ね、それぞれにAu線等がワ
イヤボンディングされる。An insulating film 106 such as SiO 2 is formed on the n-side electrode 105, and the electrode wiring portion 108 extends from the upper portion of the second cladding layer 104 to the bottom of the groove in which the n-side electrode 105 is formed. It is formed by extension. That is,
The electrode wiring portion 108, the insulating film 106, and the n-side electrode 105 form an additional capacitance portion (parallel plate type capacitor) Cex. The surface of the electrode wiring portion 108 at the bottom of the groove and the surface of the n-side electrode 105 on which the electrode wiring portion 108 is not formed also serve as a bonding pad, and an Au wire or the like is wire-bonded thereto.
【0019】このとき絶縁膜106を形成する材料、厚
さ、およびn側、p側電極で挟まれる面積を制御するこ
とにより素子のサージ電圧に対する耐性が向上できる。
これは対向した電極間が静電容量Cexを有し、この静電
容量Cexが素子のpn接合に固有な静電容量Ci(図1
(b)参照)に付加されることにより、素子全体の静電
容量が増加したことによる。すなわち静電容量が増す
と、瞬間的な電圧印加に対して電流の応答が緩やかにな
り、電流を原因とする金属のマイグレションや欠陥の増
殖による素子の特性劣化が抑制されるからと考えられ
る。At this time, the resistance to the surge voltage of the element can be improved by controlling the material and thickness of the insulating film 106 and the area sandwiched by the n-side and p-side electrodes.
This has a capacitance Cex between the electrodes facing each other, and this capacitance Cex is the capacitance Ci (FIG. 1) specific to the pn junction of the device.
This is because the electrostatic capacitance of the entire device is increased by adding (1) to (b). That is, it is considered that as the capacitance increases, the response of the current to the momentary voltage application becomes slower, and the deterioration of the characteristics of the element due to the migration of the metal or the multiplication of defects caused by the current is suppressed. .
【0020】絶縁膜の条件としては比誘電率εr が3.
9程度のSiO2 で、対向電極面積を100μm角とし
たとき、絶縁膜の厚さを0.01μmから1μm程度に
することが好ましい。特に絶縁膜の厚さを0.1μm程
度以下とすることが望ましい。また、BaTiO3 (B
TO),SrTiO3 (STO)など誘電率の高い材料
を用いることによって、より厚い絶縁膜であってもサー
ジ耐圧の向上が認められる。絶縁膜自身の絶縁破壊電圧
を考慮すると、絶縁膜の厚さを一定の値よりも薄くする
ことには限界があるので、BTO,STO等の高誘電体
を用いることは有効である。図3から明らかなようにC
exの値を大きくすれば大きくするほどサージ耐圧は向上
する。Cex=0の場合、サージ耐圧が50V程度のLE
Dについて説明すればCex=50pFで500V,Cex
=100pFで1000V程度に改善される。ただし、
あまりCexの値を大きくしても、キャパシタCexを構成
する絶縁膜の絶縁破壊電圧以上には改善できないことは
もちろんである。具体的なLEDの実装技術やコスト等
を考慮すると、ボンディングパッドとなる溝底部の電極
配線部108の面積、すなわちキャパシタCexの対向電
極の面積は100μm角程度が妥当である。したがっ
て、現実的には、LEDの固有の容量Ciの2〜3倍程
度のCexが付加されれば、サージ耐圧の改善は可能であ
るので、Cexの値をCiの数倍程度に選定することが好
ましい。The condition of the insulating film is that the relative permittivity ε r is 3.
It is preferable that the thickness of the insulating film is about 0.01 μm to 1 μm when the counter electrode area is about 100 μm square with SiO 2 of about 9 μm. In particular, it is desirable that the thickness of the insulating film be about 0.1 μm or less. In addition, BaTiO 3 (B
By using a material having a high dielectric constant such as TO) or SrTiO 3 (STO), the surge withstand voltage can be improved even with a thicker insulating film. Considering the dielectric breakdown voltage of the insulating film itself, there is a limit to making the thickness of the insulating film thinner than a certain value. Therefore, it is effective to use a high dielectric material such as BTO or STO. As is clear from FIG.
The surge withstand voltage improves as the value of ex increases. When Cex = 0, LE with surge withstand voltage of about 50V
Explaining D, 500V at Cex = 50pF, Cex
= 100 pF, it is improved to about 1000V. However,
Of course, if the value of Cex is increased too much, it cannot be improved more than the breakdown voltage of the insulating film forming the capacitor Cex. Considering a specific LED mounting technology, cost, and the like, it is appropriate that the area of the electrode wiring portion 108 at the bottom of the groove that serves as the bonding pad, that is, the area of the counter electrode of the capacitor Cex is about 100 μm square. Therefore, in reality, the surge withstand voltage can be improved by adding Cex that is about 2 to 3 times the specific capacitance Ci of the LED. Therefore, the value of Cex should be selected to be about several times that of Ci. Is preferred.
【0021】本発明の第1の実施の形態では、GaN系
半導体としてInx Aly Ga1-x- y N化合物半導体を
用いた。これは、その組成xyを調整することで、緑
色、緑青色、青色、紫外(UV)にわたる広範囲の短波
長発光を実現することができる。以下に具体的な組成の
例を記載する。ここで、組成x,yは0≦x≦1,0≦
y≦1とx+y≦1を満たしている。第1の半導体層と
なるn型クラッド層(第1のクラッド層)102は、発
光領域を形成するpin接合のn側を構成する。Inx
Aly Ga1-x-y Nの各パラメータの値は、発光させた
い波長によって適宜調整されるが、例えば0≦x≦1,
0≦x≦1好ましくは、0≦x≦0.3,0≦y≦1に
選ばれる。n型とするためには、シリコン(Si)やセ
レン(Se)といった不純物を添加すればよいが、その
不純物密度は1×1017cm-3〜1×1019cm-3程度
とすればよい。望ましくは、不純物密度を1×1018c
m-3〜5×1019cm-3とすればよく、約3×1018c
m-3が典型値である。In the first embodiment of the present invention, an In x Al y Ga 1-x- y N compound semiconductor is used as the GaN-based semiconductor. By adjusting the composition xy, it is possible to realize a wide range of short wavelength light emission in green, green blue, blue and ultraviolet (UV). Examples of specific compositions are described below. Here, the composition x, y is 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦
It satisfies y ≦ 1 and x + y ≦ 1. The n-type clad layer (first clad layer) 102 serving as the first semiconductor layer constitutes the n-side of the pin junction forming the light emitting region. In x
The value of each parameter of Al y Ga 1-xy N is appropriately adjusted according to the wavelength to be emitted, but for example, 0 ≦ x ≦ 1,
0 ≦ x ≦ 1 Preferably, 0 ≦ x ≦ 0.3 and 0 ≦ y ≦ 1 are selected. To make it n-type, impurities such as silicon (Si) and selenium (Se) may be added, and the impurity density may be about 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3. . Desirably, the impurity density is 1 × 10 18 c
m −3 to 5 × 10 19 cm −3 , about 3 × 10 18 c
m -3 is a typical value.
【0022】GaN系半導体からなる活性層103は、
発光領域の中心となる領域であり、いわゆるアンドープ
の層;Si,ゲルマニウム(Ge)等のドナーを形成す
る不純物がドープされたn型の層;亜鉛(Zn),マグ
ネシウム(Mg),炭素(C)等のアクセプタを形成す
る不純物がドープされたp型の層;SiとZn,Siと
Mg,SiとZnとMg,あるいはSiとC等のドナー
のアクセプタの両方を形成する不純物がドープされたn
型あるいはp型の層である。活性層103のInx Al
y Ga1-x-y Nの各パラメータの値は、発光させたい波
長によって適宜調整されるが、例えば0≦x≦1,0≦
y≦1好ましくは、0≦x≦0.5,0≦y≦0.6に
選ばれる。第2の半導体層となるp型のGaN系半導体
からなる第2のクラッド層(p型クラッド層)104
は、発光領域を形成するpin接合のp側を構成する。
p型クラッド層104のInx Aly Ga1-x-y Nの各
パラメータの値は、n型クラッド層102及び活性層1
03との関係で、発光させたい波長によって適宜調整さ
れるが、例えば0≦x≦1,0≦y≦1、好ましくは、
0≦x≦0.3,0≦y≦1.0に選ばれる。また、p
型とするために、Mg、ベリリューム(Be)、Znと
いった不純物が添加されている。その不純物密度は5×
1017cm-3〜2×1020cm-3が好ましい。より望ま
しくは5×1018cm-3〜5×1019cm-3であり、約
3×1019cm-3が典型的な値である。The active layer 103 made of GaN-based semiconductor is
A so-called undoped layer, which is a central region of the light emitting region; an n-type layer doped with impurities forming donors such as Si and germanium (Ge); zinc (Zn), magnesium (Mg), carbon (C) ) Etc. doped with impurities forming an acceptor; Si and Zn, Si and Mg, Si and Zn and Mg, or Si and C, etc. doped with impurities forming both acceptors of donors such as C n
Or p-type layer. In x Al of the active layer 103
The value of each parameter of y Ga 1-xy N is appropriately adjusted depending on the wavelength to be emitted, and for example, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦
y ≦ 1 Preferably, 0 ≦ x ≦ 0.5 and 0 ≦ y ≦ 0.6 are selected. Second clad layer (p-type clad layer) 104 made of p-type GaN-based semiconductor to be the second semiconductor layer
Constitutes the p-side of the pin junction forming the light emitting region.
The value of each parameter of In x Al y Ga 1-xy N of the p-type clad layer 104 is the same as that of the n-type clad layer 102 and the active layer 1.
In relation to 03, it is appropriately adjusted depending on the wavelength to be emitted, but for example, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, and preferably,
0 ≦ x ≦ 0.3 and 0 ≦ y ≦ 1.0 are selected. Also, p
Impurities such as Mg, beryllium (Be), and Zn are added to form the mold. The impurity density is 5 ×
10 17 cm −3 to 2 × 10 20 cm −3 is preferable. More preferably, it is 5 × 10 18 cm −3 to 5 × 10 19 cm −3 , and about 3 × 10 19 cm −3 is a typical value.
【0023】なお、サファイア基板101とn型クラッ
ド層102の間に、Inx Aly Ga1-x-y Nバッファ
層を形成すれば発光領域の結晶性が改善され、高効率発
光が可能となる。バッファ層とn型クラッド層102の
間に高不純物密度のn型Inx Aly Ga1-x-y Nから
なるn型コンタクト層を形成し、n型コンタクト層の上
部にn側電極105を形成してもよい。さらに、p側電
極107とp型クラッド層104の間に高不純物密度の
p型Inx Aly Ga1-x-y Nからなるp型コンタクト
層を形成すればオーミックコンタクト抵抗が低減し、発
光効率が改善される。また絶縁膜106としてBTO,
STO等の高誘電体を用いる場合には、周知のイオンミ
リング法等により高誘電体をパターニングすればよい。If an In x Al y Ga 1-xy N buffer layer is formed between the sapphire substrate 101 and the n-type cladding layer 102, the crystallinity of the light emitting region is improved and high efficiency light emission becomes possible. An n-type contact layer made of n-type In x Al y Ga 1-xy N of high impurity density between the buffer layer and the n-type cladding layer 102, the n-side electrode 105 is formed over the n-type contact layer May be. Further, by forming the p-type contact layer made of p-type In x Al y Ga 1-xy N of high impurity density between the p-side electrode 107 and the p-type cladding layer 104 reduces the ohmic contact resistance, luminous efficiency Be improved. Further, as the insulating film 106, BTO,
When using a high dielectric material such as STO, the high dielectric material may be patterned by a well-known ion milling method or the like.
【0024】次に図2に示す本発明の第1の実施の形態
の短波長LEDの製造方法を説明する。Next, a method of manufacturing the short wavelength LED according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2 will be described.
【0025】(a)まず所定の厚みの(0001)面サ
ファイア基板101上にMOCVD法等を用いてn−I
nx Aly Ga1-x-y Nクラッド層102,アンドープ
Inx Aly Ga1-x-y N活性層103,p−Inx A
ly Ga1-x-y Nクラッド層104を連続的に積層す
る。減圧MO−CVD法で成長する場合は反応ガスとし
て、例えばGa(CH3 )3 ,In(CH3 )3 ,Al
(CH3 )3 ,Al(CH3 )3 及びNH3 を用い、水
素や窒素からなるキャリアガスとともに導入すればよ
い。反応圧力は、たとえば約1k〜10kPaである。
常圧MOCVDでもよい。このようにして、n型クラッ
ド層102〜p型クラッド層104までのGaN系半導
体の積層体の連続成長を行う。その際、反応ガスの各々
の成分比率を切り替えて、各層の組成比を調節すればよ
い。又、不純物を添加するためには、適宜モノシラン
(SiH4 )やビスシクロペンタジエニルマグネシウム
(Cp2Mg)等を導入すればよい。(A) First, n-I is formed on a (0001) plane sapphire substrate 101 having a predetermined thickness by MOCVD or the like.
n x Al y Ga 1-xy N cladding layer 102, an undoped In x Al y Ga 1-xy N active layer 103, p-In x A
The l y Ga 1-xy N cladding layer 104 is continuously laminated. As the reaction gas when grown under reduced MO-CVD method, for example, Ga (CH 3) 3, In (CH 3) 3, Al
(CH 3 ) 3 , Al (CH 3 ) 3 and NH 3 may be used and introduced together with a carrier gas composed of hydrogen or nitrogen. The reaction pressure is, for example, about 1 k to 10 kPa.
Normal pressure MOCVD may also be used. In this way, the GaN-based semiconductor laminate from the n-type cladding layer 102 to the p-type cladding layer 104 is continuously grown. At that time, the composition ratio of each layer may be adjusted by switching the respective component ratios of the reaction gas. Further, in order to add impurities, monosilane (SiH 4 ) or biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) may be appropriately introduced.
【0026】(b)次に、その上部にn型クラッド層1
02〜p型クラッド層104が連続的に堆積されたサフ
ァイア基板101をCVD炉から取り出し、p−Inx
Aly Ga1-x-y Nクラッド層104の上部にスパッタ
リング法又はCVD法を用いて酸化膜(SiO2 膜)を
形成する。そして所定のフォトリソグラフィ技術により
酸化膜の上にフォトレジストのパターンを形成し、酸化
膜を選択的にエッチングする。この選択エッチングされ
た酸化膜およびこの上部のフォトレジストからなる2層
マスクをエッチング用マスクとして用いて、p−クラッ
ド層104,アンドープ活性層103,およびnクラッ
ド層102の表面の一部をエッチングし、U溝を形成
し、U溝の底部にn型クラッド層102を露出させる
(積層体としてn型コンタクト層を形成している場合
は、さらに深くエッチングしてn型コンタクト層を露出
させる)。(B) Next, the n-type cladding layer 1 is formed on top of it.
The sapphire substrate 101 on which the 02 to p-type cladding layers 104 are continuously deposited is taken out from the CVD furnace, and p-In x
An oxide film (SiO 2 film) is formed on the Al y Ga 1-xy N cladding layer 104 by a sputtering method or a CVD method. Then, a photoresist pattern is formed on the oxide film by a predetermined photolithography technique, and the oxide film is selectively etched. A part of the surface of the p-clad layer 104, the undoped active layer 103, and the n-clad layer 102 is etched by using the two-layer mask made of the selectively etched oxide film and the photoresist above the two layers as an etching mask. , U-grooves are formed, and the n-type clad layer 102 is exposed at the bottom of the U-grooves (if the n-type contact layer is formed as a laminated body, it is further deeply etched to expose the n-type contact layer).
【0027】(d)酸化膜/フォトレジストからなるエ
ッチング用マスク材を除去後、基板を洗浄し、所定のス
ライトエッチング等を行い透光性のp側電極107を形
成する。この工程はいわゆるリフトオフ法を用いてIT
O膜等の透光性のp側電極107をp型クラッド層10
4の上部のみに選択的に形成する。ITOはスパッタリ
ング又はCVD法等で堆積すればよい。(D) After removing the etching mask material composed of the oxide film / photoresist, the substrate is washed and predetermined light etching or the like is performed to form the translucent p-side electrode 107. This process uses the so-called lift-off method for IT
The translucent p-side electrode 107 such as an O film is formed on the p-type cladding layer 10.
4 is selectively formed only on the upper part. ITO may be deposited by sputtering or CVD.
【0028】(e)次に基板を洗浄し、スパッタリング
法又は真空蒸着法により、Ti,Al,Ni等のn型電
極105用の金属材料を全面に堆積する。そしてフォト
リソグラフィ法、あるいはリフトオフ法を用いてU溝の
底部にn側電極105のパターニングを行う。リフトオ
フ法の場合は、金属薄膜の堆積前にフォトレジストパタ
ーンを形成することはもちろんである。(E) Next, the substrate is washed, and a metal material for the n-type electrode 105 such as Ti, Al, and Ni is deposited on the entire surface by a sputtering method or a vacuum evaporation method. Then, the n-side electrode 105 is patterned on the bottom of the U groove by using the photolithography method or the lift-off method. In the case of the lift-off method, it goes without saying that the photoresist pattern is formed before the metal thin film is deposited.
【0029】(f)次に380〜300℃以下の低温で
SiO2 膜106を全面にCVDする。プラズマCVD
や光CVDを用いれば150℃以下の低温でCVD可能
であるので好ましい。そしてフォトリソグラフィ法およ
びRIE法を用いてp側電極107の上部のSiO2 膜
106およびn側電極105の上部の一部のSiO2膜
106を選択的に除去する。この選択エッチングの際
に、指向性の高いRIEを用いればU溝側壁のSiO2
膜は残存する(なお、図2(a)ではU溝側壁のSiO
2 膜106をパターニングされているように表現されて
いるが、側壁全面に残っていてかまわないことはもちろ
んである)。(F) Next, the SiO 2 film 106 is CVD-deposited on the entire surface at a low temperature of 380 to 300 ° C. or lower. Plasma CVD
It is preferable to use the or photo CVD because the CVD can be performed at a low temperature of 150 ° C. or lower. Then an SiO 2 film 106 and part of the SiO 2 film 106 of the upper portion of the n-side electrode 105 top of the p-side electrode 107 is selectively removed by photolithography and RIE. In this selective etching, if RIE with high directivity is used, SiO 2 on the U-groove side wall is
The film remains (it should be noted that in FIG. 2A, SiO on the sidewall of the U groove is
Although the 2 film 106 is expressed as being patterned, it is of course acceptable that the film 106 remains on the entire side wall).
【0030】(g)次にスパッタリング法又はEB蒸着
法等によりTi/Au等の金属を堆積し、フォトリソグ
ラフィ法およびRIE法により図2(a)に示すような
形状に電極配線部108をパターニングする。U溝の側
壁全面にSiO2 を残存させておけば、U溝の側壁全面
にTi/Au等の電極材料の薄膜パターンが形成されて
もかまわない。(G) Next, a metal such as Ti / Au is deposited by a sputtering method or an EB vapor deposition method, and the electrode wiring portion 108 is patterned into a shape as shown in FIG. 2A by a photolithography method and an RIE method. To do. If SiO 2 is left on the entire sidewall of the U groove, a thin film pattern of an electrode material such as Ti / Au may be formed on the entire sidewall of the U groove.
【0031】(h)このようにして、短波長LEDの基
本構造が完成した後、ダイヤモンドカッター等で適当な
大きさに切り分けて多数のチップを得る。そしてこれら
のチップを所定のステムにマウントし、ワイヤボンディ
ング後モールディングすれば本発明の第1の実施の形態
の短波長LEDが完成する。(H) After the basic structure of the short-wavelength LED is completed in this way, a large number of chips are obtained by cutting into a suitable size with a diamond cutter or the like. Then, these chips are mounted on a predetermined stem, and after wire bonding and molding, the short wavelength LED of the first embodiment of the present invention is completed.
【0032】付加的な容量部Cexを形成する絶縁膜10
6として、Ta2 O5 ,STO(SrTiO3 ),BT
O(BaTiO3 ),BSTO(BaSrTiO3 ),
PZT(PbZrx Ti1-x O3 )等の高誘電体、強誘
電体を用いれば絶縁膜の厚さを厚く保ったまま、より大
きなCexが得られ、サージ耐圧はさらに向上する。Insulating film 10 forming additional capacitance portion Cex
6, Ta 2 O 5 , STO (SrTiO 3 ), BT
O (BaTiO 3 ), BSTO (BaSrTiO 3 ),
If a high dielectric material such as PZT (PbZr x Ti 1-x O 3 ) or a ferroelectric material is used, a larger Cex can be obtained while keeping the thickness of the insulating film thick, and the surge breakdown voltage is further improved.
【0033】(第2の実施の形態)図4は本発明の第2
の実施の形態に係る多層反射膜(ブラッグ型反射膜)を
具備するDH型LED構造を示す。図4において、n−
GaAs基板201の上に、厚さλ/4nとした高屈折
率膜n−(Al0.5 Ga0.5 )0.5 In0.5 P及び低屈
折率膜n−Al0.5 In0.5 Pの周期構造からなるブラ
ッグ型半導体多層反射膜202が形成されている。この
上にn−Al0.5 In0.5 Pクラッド層(第1の半導体
層)102,アンドープ(Al0.45Ga0.55)0.5 In
0.5 P活性層103,p−Al0.5 In0.5 Pクラッド
層(第2の半導体層)104からなるDH構造が形成さ
れている。このAl0.5 In0.5 Pクラッド層104の
上にITO膜又はNi/Au膜からなる透光性のp側電
極(第2の電極)107が形成されている。p−Al
0.5 In0.5 Pクラッド層104,アンドープ(Al
0.45Ga0.55)0.5 In0.5 P活性層103を貫通し、
n−Al0.5 In0.5 Pクラッド層102に達するU溝
の底部にAuGe合金からなるn側電極(第1の電極)
105がn−Al0.5 In0.5 Pクラッド層102と電
極的に接続するように形成されている。電極配線部10
8は、Ti/Au等の金属である。電極配線部108の
形成されていないp側電極(透明電極)107を介して
光が取り出される。(Second Embodiment) FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
3 shows a DH type LED structure including a multilayer reflective film (Bragg type reflective film) according to the embodiment. In FIG. 4, n−
A Bragg type semiconductor having a periodic structure of a high refractive index film n- (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P and a low refractive index film n-Al 0.5 In 0.5 P having a thickness of λ / 4n on a GaAs substrate 201. A multilayer reflective film 202 is formed. An n-Al 0.5 In 0.5 P clad layer (first semiconductor layer) 102, undoped (Al 0.45 Ga 0.55 ) 0.5 In
A DH structure including a 0.5 P active layer 103 and a p-Al 0.5 In 0.5 P clad layer (second semiconductor layer) 104 is formed. A translucent p-side electrode (second electrode) 107 made of an ITO film or a Ni / Au film is formed on the Al 0.5 In 0.5 P clad layer 104. p-Al
0.5 In 0.5 P cladding layer 104, undoped (Al
0.45 Ga 0.55 ) 0.5 In 0.5 P penetrates the active layer 103,
An n-side electrode (first electrode) made of AuGe alloy at the bottom of the U groove reaching the n-Al 0.5 In 0.5 P clad layer 102.
105 is formed so as to be electrode-connected to the n-Al 0.5 In 0.5 P cladding layer 102. Electrode wiring part 10
8 is a metal such as Ti / Au. Light is extracted through the p-side electrode (transparent electrode) 107 on which the electrode wiring portion 108 is not formed.
【0034】n側電極105の上部にはSiO2 膜の絶
縁膜106が形成され、電極配線部108は第2のクラ
ッド層104の上部からU溝の側壁を介してn側電極1
05の形成されているU溝の底部にまで延長して形成さ
れている。すなわち電極配線部108,絶縁膜106,
n側電極105により付加的な容量部Cexが形成されて
いる。U溝の底部の電極配線部108および電極配線部
108が形成されていないn側電極105の表面がボン
ディングパッドを兼ね、それぞれにAu線等のボンディ
ングワイヤがワイヤボンディングされる。第1の実施の
形態と同様に付加的な容量部(キャパシタ)Cexを形成
することにより素子全体の静電容量が増大し、サージ耐
圧が向上する。CexをLEDに固有な容量Ciの10倍
程度とすることにより、サージ耐圧は約10倍程度の値
となった。絶縁膜106の厚さはSiO2 膜の場合は
0.01μm〜1μm程度が好ましいが、BSTO,B
TOやSTOの高誘電体を用いれば1μm以上とするこ
とも可能である。BSTOを用いる場合は、電極配線部
108をタングステン(W)で形成し、WをCF4 を用
いたRIEでパターニング後、このWをマスクとして過
酸化水素、アンモニア、EDTAの混合水溶液等でエッ
チングすればよい。あるいはイオンミリングで直接パタ
ーニングしてもよい。An insulating film 106 of a SiO 2 film is formed on the n-side electrode 105, and the electrode wiring portion 108 is formed on the n-side electrode 1 from the upper part of the second cladding layer 104 via the side wall of the U groove.
No. 05 is formed to extend to the bottom of the U groove. That is, the electrode wiring portion 108, the insulating film 106,
An additional capacitance portion Cex is formed by the n-side electrode 105. The surface of the electrode wiring portion 108 at the bottom of the U groove and the surface of the n-side electrode 105 on which the electrode wiring portion 108 is not formed also serve as a bonding pad, and a bonding wire such as an Au wire is wire-bonded to each. By forming the additional capacitance portion (capacitor) Cex as in the first embodiment, the capacitance of the entire element is increased and the surge withstand voltage is improved. By setting Cex to about 10 times the capacitance Ci peculiar to the LED, the surge withstand voltage became about 10 times. In the case of a SiO 2 film, the thickness of the insulating film 106 is preferably about 0.01 μm to 1 μm.
If a high dielectric material such as TO or STO is used, the thickness can be 1 μm or more. When BSTO is used, the electrode wiring portion 108 is formed of tungsten (W), W is patterned by RIE using CF 4 , and then the W is used as a mask for etching with a mixed aqueous solution of hydrogen peroxide, ammonia, and EDTA. Good. Alternatively, direct patterning may be performed by ion milling.
【0035】本発明の第2の実施の形態はInGaAl
P系のLEDに限られるものではなく、GaAlAs系
等他のLEDにも適用可能であり、ホモ接合、SH接
合、DH接合を問わないことはもちろんである。The second embodiment of the present invention is InGaAl.
The present invention is not limited to P-based LEDs, but can be applied to other LEDs such as GaAlAs-based LEDs, and it goes without saying that homojunction, SH-junction, or DH-junction does not matter.
【0036】(第3の実施の形態)図5は本発明の第3
の実施の形態に係る青色半導体レーザの概略を示す斜視
図である。図5に示すように、本発明の青色LEDは
(0001)面サファイア基板101の上にn型GaN
クラッド層(第1の半導体層)102が形成され、その
上にアンドープInx Ga1-x N活性層103が形成さ
れている。活性層103の上部にはp型GaNクラッド
層(第2の半導体層)104が形成され、p型クラッド
層104の上部にはn型GaN電流ブロック層125が
形成されている。電流ブロック層125の間にはp型ク
ラッド層104に接して第2のp型GaNクラッド層1
26が形成されている。第2のp型クラッド層126お
よび電流ブロック層125の上部にはp+ GaNコンタ
クト層124が形成されている。(Third Embodiment) FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing an outline of a blue semiconductor laser according to the embodiment of FIG. As shown in FIG. 5, the blue LED of the present invention comprises an n-type GaN on a (0001) plane sapphire substrate 101.
Cladding layer (first semiconductor layer) 102 is formed, an undoped In x Ga 1-x N active layer 103 is formed thereon. A p-type GaN cladding layer (second semiconductor layer) 104 is formed on the active layer 103, and an n-type GaN current blocking layer 125 is formed on the p-type cladding layer 104. The second p-type GaN clad layer 1 is in contact with the p-type clad layer 104 between the current blocking layers 125.
26 is formed. A p + GaN contact layer 124 is formed on the second p-type cladding layer 126 and the current blocking layer 125.
【0037】p+ コンタクト層124、電流ブロック層
125,p型クラッド層104,活性層103を貫通し
てU溝が形成され、U溝の底部にはTi/Auなどから
なるn側電極(第1の電極)105が形成されている。
n側電極105の上にはSiO2 等の絶縁膜106が形
成されている。p+ コンタクト層124の上部にはNi
/Auなどからなるp側電極(第2の電極)108が形
成され電極配線部を兼ね、U溝の側壁を介してU溝底部
まで延長されている。U溝底部においてp側電極(電極
配線部)108,絶縁膜106,n側電極105とによ
り付加的な容量部Cexが形成されている。付加的な容量
部(キャパシタ)の容量Cexの値を半導体レーザ固有の
内部容量Ciの10倍程度に選べば、サージ耐圧は10
倍程度になる。絶縁膜としてBTOやPZT等の高誘電
体、強誘電体を選べば数kV以上のサージ耐圧を得るこ
とができる。A U-groove is formed through the p + contact layer 124, the current block layer 125, the p-type cladding layer 104, and the active layer 103, and an n-side electrode (third electrode) made of Ti / Au or the like is formed at the bottom of the U-groove. One electrode) 105 is formed.
An insulating film 106 made of SiO 2 or the like is formed on the n-side electrode 105. Ni is formed on the p + contact layer 124.
A p-side electrode (second electrode) 108 made of / Au or the like is formed and also serves as an electrode wiring portion and extends to the bottom of the U groove via the side wall of the U groove. An additional capacitance portion Cex is formed at the bottom of the U groove by the p-side electrode (electrode wiring portion) 108, the insulating film 106, and the n-side electrode 105. If the value of the capacitance Cex of the additional capacitance portion (capacitor) is selected to be about 10 times the internal capacitance Ci peculiar to the semiconductor laser, the surge withstand voltage is 10.
Doubles. If a high dielectric material such as BTO or PZT or a ferroelectric material is selected as the insulating film, a surge withstand voltage of several kV or more can be obtained.
【0038】図5のサファイア基板101とn型クラッ
ド層102の間にGaN,AlGaN,AlN等のIn
x Aly Ga1-x-y Nからなるバッファ層を形成すれば
発光領域の結晶性が改善され発光効率が向上する。バッ
ファ層とn型クラッド層102の間にn型GaN等のI
nx Aly Ga1-x-y Nからなるn型コンタクト層を形
成し、n型コンタクト層上部にn側電極を形成してもよ
い。さらにAlGaN等のInx Aly Ga1-x-y Nか
らなる活性層より禁制帯幅が大きく、屈折率の小さなク
ラッド層を形成すれば活性層での注入キャリアと光の閉
じ込めが強められ発振閾値が低減する。活性層103は
InGaN,GaN,あるいは井戸層にこれらを含む多
重量子井戸(MQW)構造でもよく、これらの構造の採
用により、閾値の低減や偏光比の増大等の特性が向上す
る。p型クラッド層104をAlGaN等のInx Al
y Ga1-x-y Nからなる層を用いて形成することで電流
注入が均一になり特性が向上する。n型クラッド層10
2およびp型クラッド層104の組成x,yを活性層の
禁制帯幅より大きくなるように選ぶことはもちろんであ
る。Between the sapphire substrate 101 and the n-type cladding layer 102 shown in FIG. 5, In such as GaN, AlGaN, and AlN is formed.
x Al y Ga 1-xy N consists by forming the buffer layer improves the crystallinity of the emission region is improved luminous efficiency. Between the buffer layer and the n-type cladding layer 102, I of n-type GaN or the like is formed.
n x Al y Ga 1-xy N a n-type contact layer is formed consisting of may be formed an n-side electrode on the n-type contact layer top. Furthermore, if a clad layer having a larger band gap and a smaller refractive index than the active layer made of In x Al y Ga 1-xy N such as AlGaN is formed, confinement of injected carriers and light in the active layer is strengthened and the oscillation threshold is increased. Reduce. The active layer 103 may be InGaN, GaN, or a multi-quantum well (MQW) structure including these in a well layer, and by adopting these structures, characteristics such as reduction of threshold value and increase of polarization ratio are improved. The p-type cladding layer 104 is made of In x Al such as AlGaN.
By forming the layer made of y Ga 1-xy N, the current injection becomes uniform and the characteristics are improved. n-type clad layer 10
Of course, the compositions x and y of the 2 and p-type cladding layers 104 are selected to be larger than the band gap of the active layer.
【0039】(第4の実施の形態)図6は本発明の第4
の実施の形態に係る短波長LEDの断面図である。本発
明の第4の実施の形態に係る短波長LEDは、サファイ
ア基板101の上に、厚さ10〜200nmのGaN,
AlN,GaAlNなどからなるバッファ層132,第
1の半導体層となる厚さ4μmのSiドープn型GaN
からなるn型コンタクト層133,厚さ2.5nmのS
iドープIn0.3 Ga0.7 N井戸層からなる活性層10
3,厚さ40nmのMgドープp型Al0.2 Ga0.8 N
からなるキャップ層134,第2の半導体層となる厚さ
0.5μmのMgドープp型GaNからなるp型コンタ
クト層135が形成されている。透光性のp側電極10
7はp型コンタクト層134の上部に形成され、さらに
その上に額縁形状のp側電極パッド128が形成されて
いる。p側電極107とp側電極パッド128とで第2
の電極を構成している。p側電極107は、たとえばI
TOやSnO2 等の透明電極又は、Ni/Au等の透光
性薄膜で、p側電極パッド128は、Ti/Au等の金
属である。p側電極パッド128はボンディングパッド
部となる部分の面積を確保しつつ、p側電極107をな
るべく遮蔽しないように、すなわち開口率が大きくなる
ように形成されている。p側電極パッド128の形成さ
れていない透光性のp側電極を介して光が取り出され
る。(Fourth Embodiment) FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a short wavelength LED according to the embodiment of FIG. The short-wavelength LED according to the fourth embodiment of the present invention comprises a GaN layer having a thickness of 10 to 200 nm on a sapphire substrate 101.
A buffer layer 132 made of AlN, GaAlN, or the like, and a Si-doped n-type GaN having a thickness of 4 μm to be the first semiconductor layer
N-type contact layer 133 made of S and having a thickness of 2.5 nm
Active layer 10 composed of i-doped In 0.3 Ga 0.7 N well layer
3, Mg-doped p-type Al 0.2 Ga 0.8 N with a thickness of 40 nm
And a p-type contact layer 135 made of Mg-doped p-type GaN having a thickness of 0.5 μm, which is a second semiconductor layer. Translucent p-side electrode 10
7 is formed on the p-type contact layer 134, and a frame-shaped p-side electrode pad 128 is further formed thereon. The p-side electrode 107 and the p-side electrode pad 128 make the second
Of the electrodes. The p-side electrode 107 is, for example, I
A transparent electrode such as TO or SnO 2 or a translucent thin film such as Ni / Au, and the p-side electrode pad 128 is a metal such as Ti / Au. The p-side electrode pad 128 is formed so as to secure the area of the portion which will be the bonding pad portion, and not to shield the p-side electrode 107 as much as possible, that is, to increase the aperture ratio. Light is extracted through the translucent p-side electrode on which the p-side electrode pad 128 is not formed.
【0040】第1の電極となるn側電極105はp型コ
ンタクト135,キャップ層134,活性層103を貫
通し、さらにn型コンタクト層133の表面の一部をエ
ッチングして形成したU溝の底部においてn型コンタク
ト層と接している。U溝はほぼ垂直の側壁部を有し、側
壁部にはp側電極128の上部等のU溝開口部の周辺部
まで延長形成されたパッシベーション用絶縁膜106が
形成されている。すなわちこのパッシベーション用絶縁
膜106中に開孔されたコンタクトホールを介してn側
電極105とn型コンタクト層133とが接触してい
る。n側電極105はU溝開口部の周辺にまで延長形成
された電極配線部を有し、U溝開口部の周辺の平坦部に
位置する部分がn側電極105用のボンディングパッド
部となっている。n側電極105用のボンディングパッ
ド部にはn側のボンディングワイヤ74が接続され、p
側電極パッド128にはp側のボンディングワイヤ73
が接続されている。さらに、図6に示す用にU溝開口部
の周辺の平坦部において、n側電極からの電極配線部1
05とパッシベーション用絶縁膜106とp側電極パッ
ド128とにより平行平板型コンデンサCexを構成し、
付加的な容量部が形成されている。すなわちパッシベー
ション用絶縁膜106がキャパシタ用絶縁膜を兼ねてい
る。The n-side electrode 105 serving as the first electrode penetrates the p-type contact 135, the cap layer 134, and the active layer 103, and further has a U groove formed by etching a part of the surface of the n-type contact layer 133. It contacts the n-type contact layer at the bottom. The U groove has a substantially vertical side wall, and a passivation insulating film 106 is formed on the side wall so as to extend to the periphery of the U groove opening such as the upper portion of the p-side electrode 128. That is, the n-side electrode 105 and the n-type contact layer 133 are in contact with each other through the contact hole formed in the passivation insulating film 106. The n-side electrode 105 has an electrode wiring portion extended to the periphery of the U-groove opening, and a portion located in a flat portion around the U-groove opening serves as a bonding pad portion for the n-side electrode 105. There is. An n-side bonding wire 74 is connected to the bonding pad portion for the n-side electrode 105, and p
The p-side bonding wire 73 is formed on the side electrode pad 128.
Are connected. Further, as shown in FIG. 6, in the flat portion around the U-groove opening, the electrode wiring portion 1 from the n-side electrode is formed.
05, the insulating film 106 for passivation and the p-side electrode pad 128 constitute a parallel plate type capacitor Cex,
An additional capacitance section is formed. That is, the passivation insulating film 106 also serves as the capacitor insulating film.
【0041】このときパッシベーション用絶縁膜106
を形成する材料、厚さ、およびn側、p側電極で挟まれ
る面積を制御することにより所望の容量Cexの付加的な
容量部(キャパシタ)を実現し、素子のサージ電圧に対
する耐性が向上できる。すなわち、キャパシタの静電容
量Cexが素子のpn接合に固有な静電容量Ciに付加さ
れることにより、素子全体の静電容量が増加するため、
瞬間的な電圧印加に対して電流の応答が緩やかになり、
電流を原因とする金属のマイグレションや欠陥の増殖に
よる素子の特性劣化が抑制できる。At this time, the passivation insulating film 106
By controlling the material for forming the element, the thickness, and the area sandwiched by the n-side and p-side electrodes, an additional capacitance portion (capacitor) having a desired capacitance Cex can be realized, and the resistance of the device to surge voltage can be improved. . That is, since the capacitance Cex of the capacitor is added to the capacitance Ci specific to the pn junction of the element, the capacitance of the entire element increases,
The response of the current becomes gentle to the momentary voltage application,
It is possible to suppress the characteristic deterioration of the element due to the migration of metal due to the electric current and the multiplication of defects.
【0042】次に図6に示す本発明の第4の実施の形態
の短波長LEDは以下に示すように製造すればよい。Next, the short wavelength LED according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 6 may be manufactured as follows.
【0043】(イ)まず所定の厚みの(0001)面サ
ファイア基板101上にMOCVD法等を用いてバッフ
ァ層132,n−GaNコンタクト層133,アンドー
プIn0.3 Ga0.7 N活性層103,p−Al0.2 Ga
0.8 Nキャップ層134,p−GaNコンタクト層13
5を連続的に積層する。(A) First, a buffer layer 132, an n-GaN contact layer 133, an undoped In 0.3 Ga 0.7 N active layer 103, and p-Al are formed on a (0001) plane sapphire substrate 101 having a predetermined thickness by MOCVD or the like. 0.2 Ga
0.8 N cap layer 134, p-GaN contact layer 13
5 are stacked continuously.
【0044】(ロ)次に、その上部にバッファ132〜
p型コンタクト層135が連続的に堆積されたサファイ
ア基板101をCVD炉から取り出し、p−GaNコン
タクト層135の上部にスパッタリング法又はCVD法
を用いて酸化膜(SiO2 膜)を形成する。そして所定
のフォトリソグラフィ技術により酸化膜の上にフォトレ
ジストのパターンを形成し、酸化膜を選択的にエッチン
グする。この選択エッチングされた酸化膜およびこの上
部のフォトレジストからなる2層マスクをエッチング用
マスクとして用いて、p型コンタクト層135,キャッ
プ層134,活性層103,およびnコンタクト層13
3の表面の一部をエッチングし、U溝を形成し、U溝の
底部にn型コンタクト層133を露出させる。(B) Next, the buffers 132 ...
The sapphire substrate 101 on which the p-type contact layer 135 is continuously deposited is taken out from the CVD furnace, and an oxide film (SiO 2 film) is formed on the p-GaN contact layer 135 by the sputtering method or the CVD method. Then, a photoresist pattern is formed on the oxide film by a predetermined photolithography technique, and the oxide film is selectively etched. The p-type contact layer 135, the cap layer 134, the active layer 103, and the n-contact layer 13 are formed by using the two-layer mask composed of the selectively etched oxide film and the photoresist above the two layers as an etching mask.
Part of the surface of 3 is etched to form a U groove, and the n-type contact layer 133 is exposed at the bottom of the U groove.
【0045】(ハ)酸化膜/フォトレジストからなるエ
ッチング用マスク材を除去後、基板を洗浄し、所定のス
ライトエッチング等を行いp側電極107を形成する。
この工程はいわゆるリフトオフ法を用いてITO膜等の
p側電極107をp型コンタクト層135の上部のみに
選択的に形成する。ITOはスパッタリング又はCVD
法等で堆積すればよい。次いで、スパッタリング法又は
EB蒸着法等によりTi/Au等の金属を堆積し、フォ
トリソグラフィ法を併用しRIE法により図6に示すよ
うな形状に、光透過用の開口部(窓部)を有したp側電
極パッド128をパターニングする。(C) After removing the etching mask material composed of the oxide film / photoresist, the substrate is washed and predetermined ply etching is performed to form the p-side electrode 107.
In this process, the so-called lift-off method is used to selectively form the p-side electrode 107 such as an ITO film only on the upper portion of the p-type contact layer 135. ITO is sputtering or CVD
It may be deposited by a method or the like. Then, a metal such as Ti / Au is deposited by a sputtering method or an EB vapor deposition method, and a photolithography method is used in combination with an RIE method to form a light transmission opening (window portion) in a shape as shown in FIG. The p-side electrode pad 128 is patterned.
【0046】(ニ)次に380〜300℃以下の低温で
SiO2 膜106を全面にCVDする。プラズマCVD
や光CVDを用いれば150℃以下の低温でCVD可能
であるので好ましい。そしてフォトリソグラフィ法およ
びRIE法を用いてp側パッド128の上部のSiO2
膜106およびU溝の底部のSiO2 膜106を選択的
に除去する。この選択エッチングは指向性の高いRIE
を用いればU溝側壁のSiO2 膜は残存し、U溝の底部
にコンタクトホールが開孔する。(D) Next, the SiO 2 film 106 is CVD-deposited on the entire surface at a low temperature of 380 to 300 ° C. or lower. Plasma CVD
It is preferable to use the or photo CVD because the CVD can be performed at a low temperature of 150 ° C. or lower. Then, by using photolithography method and RIE method, SiO 2 above the p-side pad 128 is formed.
The film 106 and the SiO 2 film 106 at the bottom of the U groove are selectively removed. This selective etching has a high directional RIE.
Is used, the SiO 2 film on the sidewall of the U groove remains and a contact hole is opened at the bottom of the U groove.
【0047】(ホ)次にスパッタリング法又はEB蒸着
法等によりTi,Al,Ni等の金属を堆積し、フォト
リソグラフィ法およびRIE法により図6に示すような
形状にn側電極およびn側電極からの電極配線部105
をパターニングする。(E) Next, metals such as Ti, Al and Ni are deposited by the sputtering method or the EB vapor deposition method, and the n-side electrode and the n-side electrode are formed into the shape as shown in FIG. 6 by the photolithography method and the RIE method. Electrode wiring part 105 from
Pattern.
【0048】(ハ)このようにして、短波長LEDの基
本構造が完成した後、ダイヤモンドカッター等で適当な
大きさに切り分けて多数のチップを得る。そしてこれら
のチップを所定のステムにマウントし、ワイヤボンディ
ング後モールディングすれば本発明の第4の実施の形態
の短波長LEDが完成する。(C) After the basic structure of the short-wavelength LED is completed in this way, a large number of chips are obtained by cutting into a suitable size with a diamond cutter or the like. Then, these chips are mounted on a predetermined stem, and after wire bonding and molding, the short wavelength LED of the fourth embodiment of the present invention is completed.
【0049】以上の説明で明らかなように、本発明の第
4の実施の形態に係る短波長LEDは製造プロセスが容
易であり、歩留りが高い利点を有する。付加的な容量部
Coxを形成する絶縁膜106として、Ta2 O5 ,ST
O,BTO,BSTO,PZT等の高誘電体、強誘電体
を用いれば絶縁膜の厚さを厚く保ったまま、より大きな
Cexが得られ、サージ耐圧はさらに向上する。As is clear from the above description, the short wavelength LED according to the fourth embodiment of the present invention has the advantages that the manufacturing process is easy and the yield is high. As the insulating film 106 forming the additional capacitance portion Cox, Ta 2 O 5 , ST
If a high dielectric material such as O, BTO, BSTO, PZT or a ferroelectric material is used, a larger Cex can be obtained while keeping the thickness of the insulating film thick, and the surge withstand voltage is further improved.
【0050】(第5の実施の形態)図7は本発明の第5
の実施の形態に係る短波長LEDの断面図である。本発
明の第4の実施の形態に係る短波長LEDの断面図であ
る。本発明の第5の実施の形態に係る短波長LEDはフ
リップチップ型LEDであり、サファイア基板101の
上に、厚さ10〜200nmのGaN,AlN,GaA
lNなどからなるバッファ層132,第1の半導体層と
なる厚さ4μmのSiドープn型GaNからなるn型コ
ンタクト層133,厚さ2.5nmのSiドープIn
0.3 Ga0.7 N井戸層からなる活性層103,厚さ40
nmのMgドープp型Al0.2 Ga0.8Nからなるキャ
ップ層134,第2の半導体層となる厚さ0.5μmの
Mgドープp型GaNからなるp型コンタクト層135
が形成されている。なお、本発明の第5の実施の形態は
フリップチップ型LEDであるため、図7は上下関係を
全て逆に示していることに留意すべきである。そして第
2の電極となるp側電極137はp型コンタクト層13
5の上部に(図7ではp型コンタクト層135の下部
に)形成されている。p側電極137は、たとえばNi
/Au,Ti/Au等の金属である。(Fifth Embodiment) FIG. 7 shows a fifth embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a short wavelength LED according to the embodiment of FIG. It is sectional drawing of the short wavelength LED which concerns on the 4th Embodiment of this invention. The short-wavelength LED according to the fifth embodiment of the present invention is a flip-chip type LED, and has a thickness of 10 to 200 nm of GaN, AlN and GaA on a sapphire substrate 101.
a buffer layer 132 made of 1N or the like, an n-type contact layer 133 made of Si-doped n-type GaN having a thickness of 4 μm to be the first semiconductor layer, and a Si-doped In having a thickness of 2.5 nm.
Active layer 103 consisting of 0.3 Ga 0.7 N well layer, thickness 40
nm, a cap layer 134 made of Mg-doped p-type Al 0.2 Ga 0.8 N, and a p-type contact layer 135 made of Mg-doped p-type GaN having a thickness of 0.5 μm to be the second semiconductor layer.
Are formed. It should be noted that the fifth embodiment of the present invention is a flip-chip type LED, and therefore FIG. The p-side electrode 137 that serves as the second electrode is the p-type contact layer 13
5 (under the p-type contact layer 135 in FIG. 7). The p-side electrode 137 is made of, for example, Ni.
Metals such as / Au and Ti / Au.
【0051】第1の電極となるn側電極105はp型コ
ンタクト135,キャップ層134,活性層103を貫
通し、さらにn型コンタクト層133の表面の一部をエ
ッチングして形成したU溝の底部においてn型コンタク
ト層133と接している。U溝はほぼ垂直の側壁部を有
し、側壁部にはp側電極137の上部まで延長形成され
た絶縁膜106が形成されている。すなわちこの絶縁膜
106中に開孔されたコンタクトホールを介してn側電
極105とn型コンタクト層133とが接触している。
n側電極105はU溝開口部の周辺の平坦部にまで延長
形成された電極配線部を有している。そしてp側電極1
37と絶縁膜106とn側電極からの電極配線部105
とにより平行平板型コンデンサCexからなる付加的な容
量部が形成されている。The n-side electrode 105 serving as the first electrode penetrates the p-type contact 135, the cap layer 134, and the active layer 103, and further has a U-shaped groove formed by etching a part of the surface of the n-type contact layer 133. It is in contact with the n-type contact layer 133 at the bottom. The U groove has a substantially vertical side wall, and the insulating film 106 extended to the upper portion of the p-side electrode 137 is formed on the side wall. That is, the n-side electrode 105 and the n-type contact layer 133 are in contact with each other through the contact hole opened in the insulating film 106.
The n-side electrode 105 has an electrode wiring portion extended to a flat portion around the U-groove opening. And the p-side electrode 1
37, insulating film 106, and electrode wiring portion 105 from the n-side electrode
And form an additional capacitance portion composed of a parallel plate capacitor Cex.
【0052】図7に示すように本発明の第5の実施の形
態に係るフリップチップ型LEDは突起物(半田ボー
ル)166を介してp側電極137と配線基板173上
のp側配線(第2の配線)171とが接続されている。
また配線基板173上のn側配線(第1の配線)172
とn側電極105とは突起物(半田ボール)167を介
して電気的に接続されている。突起物166,167は
半田ボールに限られず、他の金属等の高伝導物質、金属
ペースト、導電性接着剤等でもよいことはもちろんであ
る。このようにフリップ配置された結果、発光領域で発
光した光は図7に示すようにサファイア基板101側か
ら取り出せるため開口率は100%であり、電極による
遮蔽の心配はない。さらにp側電極137の方向に出た
光も、p側電極137により反射され、サファイア基板
側から取り出せるので外部量子効率が高くなる。As shown in FIG. 7, in the flip-chip type LED according to the fifth embodiment of the present invention, the p-side electrode 137 and the p-side wiring (the first wiring) on the wiring board 173 are provided via the protrusions (solder balls) 166. Second wiring) 171 is connected.
In addition, the n-side wiring (first wiring) 172 on the wiring board 173
And the n-side electrode 105 are electrically connected to each other via a protrusion (solder ball) 167. The protrusions 166 and 167 are not limited to the solder balls, and needless to say, may be a highly conductive substance such as another metal, a metal paste, a conductive adhesive, or the like. As a result of the flip arrangement as described above, the light emitted in the light emitting region can be taken out from the sapphire substrate 101 side as shown in FIG. 7, so that the aperture ratio is 100%, and there is no fear of shielding by the electrode. Further, the light emitted in the direction of the p-side electrode 137 is also reflected by the p-side electrode 137 and can be extracted from the sapphire substrate side, so that the external quantum efficiency is increased.
【0053】本発明の第5の実施の形態に係るフリップ
チップ型LEDでは、光取り出し効率の低下の心配がな
いので、付加的な容量部Cexの大面積化が容易で、大容
量のキャパシタが担保できる利点がある。すなわち、絶
縁膜106を形成する材料、厚さ、およびn側、p側電
極で挟まれる面積の選択の自由度が大きく所望の容量C
exの付加的な容量部(キャパシタ)を実現し、素子のサ
ージ電圧に対する耐性が向上できる。第1〜第4の実施
の形態と同様にキャパシタの静電容量Cexが素子のpn
接合に固有な静電容量Ciに付加されることにより、素
子全体の静電容量が増加し、瞬間的な電圧印加に対して
電流の応答が緩やかになり、電流を原因とする金属のマ
イグレションや欠陥の増殖による素子の特性劣化が抑制
できる。付加的な容量部Coxを形成する絶縁膜106と
して、Ta2 O5 ,STO,BTO,BSTO,PZT
等の高誘電体、強誘電体を用いれば絶縁膜の厚さを厚く
保ったまま、より大きなCexが得られ、サージ耐圧はさ
らに向上する。In the flip-chip type LED according to the fifth embodiment of the present invention, since there is no concern about a decrease in light extraction efficiency, it is easy to increase the area of the additional capacitance portion Cex and a large-capacity capacitor is provided. There is an advantage that can be secured. That is, there is a large degree of freedom in selection of the material forming the insulating film 106, the thickness, and the area sandwiched by the n-side and p-side electrodes, and the desired capacitance C
An additional capacitance part (capacitor) of ex can be realized, and the resistance of the device to surge voltage can be improved. As in the first to fourth embodiments, the capacitance Cex of the capacitor is the pn of the element.
By being added to the electrostatic capacitance Ci unique to the junction, the electrostatic capacitance of the entire element increases, the response of the current becomes gentle to the momentary voltage application, and the migration of metal caused by the current is caused. It is possible to suppress the characteristic deterioration of the element due to the proliferation of defects and defects. As the insulating film 106 forming the additional capacitance portion Cox, Ta 2 O 5 , STO, BTO, BSTO, PZT is used.
If a high dielectric material or a ferroelectric material such as is used, a larger Cex can be obtained while keeping the thickness of the insulating film thick, and the surge withstand voltage is further improved.
【0054】また従来のフリップチップ型LEDはU溝
の底部のn側電極に対して半田ボールを接続していたの
で、p側の半田ボールに比してn側の半田ボールを極め
て大きくしなれければならなかったが、本発明の第5の
実施の形態によれば、図7に示すように、薄い半田ボー
ルの採用が可能である。又、U溝の位置に正確に半田ボ
ールを配置する必要もないので、配線基板173上への
マウント工程も簡単になる。Further, in the conventional flip chip type LED, the solder ball is connected to the n-side electrode at the bottom of the U groove, so that the solder ball on the n-side should be extremely larger than the solder ball on the p-side. Although it has been necessary, according to the fifth embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7, it is possible to employ thin solder balls. Further, since it is not necessary to accurately place the solder balls at the positions of the U grooves, the mounting process on the wiring board 173 can be simplified.
【0055】(第6の実施の形態)図8は本発明の第6
の実施の形態に係る短波長半導体レーザの断面図であ
る。本発明の第6の実施の形態に係る短波長半導体レー
ザは、サファイア基板101の上に、厚さ10〜200
nmのGaN,AlN,GaAlNなどからなるバッフ
ァ層132,厚さ4μmのSiドープn型GaNからな
るn型コンタクト層133,第1の半導体層となる厚さ
300nmのSiドープn型Ga0.85Ga0.15Nからな
るn型クラッド層102,多重量子井戸(MQW)構造
の活性層143,第2の半導体層となる厚さ300nm
のMgドープp型Ga0.85Ga0.15Nからなるp型クラ
ッド層104,厚さ0.5μmのMgドープp型GaN
からなるp型コンタクト層135が形成されている。こ
こで活性層143はn型クラッド層102に接した厚さ
100nmのノンドープGaNからなる第1の光ガイド
層、第1の光ガイド層に接したMQW構造層、MQW構
造層に接した厚さ40nmのMgドープp型Al0.2 G
a0.8 Nからなるキャップ層およびキャップ層とp型ク
ラッド層104との間の厚さ100nmのMgドープp
型GaNからなる第2の光ガイド層とから構成されてい
る。MQW構造は厚さ2nmのノンドープIn0.2 Ga
0.8 N井戸層と、厚さ4nmのノンドープIn0.05Ga
0.95N層とのペアを10周期繰り返した構造である。p
型コンタクト層135とp型クラッド層104は幅3μ
mのストライプとなるようにRIE法等によって周辺を
除去し、図8に示すようなリッジを形成している。(Sixth Embodiment) FIG. 8 shows a sixth embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of the short wavelength semiconductor laser according to the embodiment of FIG. The short wavelength semiconductor laser according to the sixth embodiment of the present invention has a thickness of 10 to 200 on a sapphire substrate 101.
buffer layer 132 made of GaN, AlN, GaAlN, etc., having a thickness of 4 μm, n-type contact layer 133 made of Si-doped n-type GaN having a thickness of 4 μm, and Si-doped n-type Ga 0.85 Ga 0.15 having a thickness of 300 nm to be the first semiconductor layer. N-type clad layer 102 made of N, active layer 143 having a multiple quantum well (MQW) structure, and a thickness of 300 nm to be the second semiconductor layer.
Mg-doped p-type Ga 0.85 Ga 0.15 N p-type cladding layer 104, 0.5 μm thick Mg-doped p-type GaN
A p-type contact layer 135 made of is formed. Here, the active layer 143 is in contact with the n-type cladding layer 102 and has a thickness of 100 nm, which is a first optical guide layer made of non-doped GaN, an MQW structure layer in contact with the first optical guide layer, and a thickness in contact with the MQW structure layer. 40 nm Mg-doped p-type Al 0.2 G
a 0.8 N cap layer and Mg-doped p having a thickness of 100 nm between the cap layer and the p-type cladding layer 104.
Second GaN-based light guide layer. The MQW structure is 2 nm thick undoped In 0.2 Ga
0.8 N well layer and 4 nm thick undoped In 0.05 Ga
This structure has a pair of 0.95 N layers repeated for 10 cycles. p
The width of the p-type contact layer 135 and the p-type cladding layer 104 is 3 μm.
The periphery is removed by the RIE method or the like so as to form a stripe of m, and a ridge as shown in FIG. 8 is formed.
【0056】リッジを形成している凹部の底部からさら
にn型コンタクト層133に達する溝部(U溝)が形成
され、溝部の底部においてn側電極(第1の電極)10
5とn型コンタクト層133が互いに接触している。こ
の溝部の側壁面およびリッジの周辺の凹部の底面および
側面にはSiO2 膜やSi3 N4 膜等の絶縁膜146が
形成されている。リッジの上面の絶縁膜146は除去さ
れ、p型コンタクト層135とp側電極(第2の電極)
108が互いに接触している。p側電極108の上部に
はキャパシタ絶縁膜106が形成され、さらにこの上に
溝部の底部から延長して形成されたn側電極からの電極
配線部105が配置されている。つまりリッジを構成し
ているp型コンタクト層135の上部にp側電極10
8,キャパシタ絶縁膜106およびn側電極からの電極
配線部105とから成る付加的な容量部Cexが形成され
ている。p側電極108の上部の一部のキャパシタ絶縁
膜106は除去され、この除去された部分にp側のボン
ディングワイヤ73が接続されている。一方n側電極1
05にはn側のボンディングワイヤ74が接続されてい
る。A groove (U groove) reaching the n-type contact layer 133 is further formed from the bottom of the recess forming the ridge, and the n-side electrode (first electrode) 10 is formed at the bottom of the groove.
5 and the n-type contact layer 133 are in contact with each other. An insulating film 146 such as a SiO 2 film or a Si 3 N 4 film is formed on the side wall surface of the groove and the bottom and side surfaces of the recess around the ridge. The insulating film 146 on the upper surface of the ridge is removed, and the p-type contact layer 135 and the p-side electrode (second electrode)
108 are in contact with each other. A capacitor insulating film 106 is formed on an upper portion of the p-side electrode 108, and an electrode wiring portion 105 extending from the bottom of the groove portion and formed from the n-side electrode is arranged on the capacitor insulating film 106. That is, the p-side electrode 10 is formed on the p-type contact layer 135 forming the ridge.
8, an additional capacitance portion Cex including the capacitor insulating film 106 and the electrode wiring portion 105 extending from the n-side electrode is formed. A part of the capacitor insulating film 106 on the p-side electrode 108 is removed, and the p-side bonding wire 73 is connected to the removed portion. On the other hand, the n-side electrode 1
A bonding wire 74 on the n side is connected to 05.
【0057】図8に示す本発明の第6の実施の形態に係
る半導体レーザは付加的な容量部Cexの製造プロセスが
容易で、しかも付加的な容量部Cexの大面積化も容易で
ある。また放熱性が良いので、付加的な容量部Cexの効
果によるサージ耐圧の向上とあいまって長期信頼性が向
上する。付加的な容量部Cexを形成する絶縁膜106と
して、Ta2 O5 ,STO,BTO,BSTO,PZT
等の高誘電体、強誘電体を用いれば絶縁膜の厚さを厚く
保ったまま、より大きなCexが得られ、サージ耐圧はさ
らに向上する。In the semiconductor laser according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 8, the manufacturing process of the additional capacitance portion Cex is easy, and the area of the additional capacitance portion Cex can be easily increased. Further, since the heat dissipation is good, the long-term reliability is improved together with the surge withstand voltage improvement due to the effect of the additional capacitance portion Cex. As the insulating film 106 forming the additional capacitance portion Cex, Ta 2 O 5 , STO, BTO, BSTO, PZT is used.
If a high dielectric material or a ferroelectric material such as is used, a larger Cex can be obtained while keeping the thickness of the insulating film thick, and the surge withstand voltage is further improved.
【0058】(第7の実施の形態)図9は本発明の第7
の実施の形態に係るフリップチップ型短波長半導体レー
ザの断面図である。本発明の第7の実施の形態に係るフ
リップチップ型短波長半導体レーザは、サファイア基板
101の上に、厚さ10〜200nmのGaN,Al
N,GaAlNなどからなるバッファ層132,厚さ4
μmのSiドープn型GaNからなるn型コンタクト層
133,厚さ300nmのSiドープn型Ga0.85Ga
0.15Nからなるn型クラッド層(第1の半導体層)10
2,多重量子井戸(MQW)構造の活性層143,厚さ
300nmのMgドープp型Ga0.85Ga0.15Nからな
るp型クラッド層(第2の半導体層)104,厚さ1.
5μmのSiドープn型GaNからなる電流ブロック層
125および厚さ1μmのMgドープp型GaNからな
るp型コンタクト層135が形成されている。ここで図
9はフリップチップ配置であるので上下関係が逆に記載
されている点に留意されたい。またp型コンタクト13
5は電流ブロック層125中に開口された幅μmのスト
ライプ状の窓部を介してp型クラッド層104に接して
いる。図9に示す活性層143はn型クラッド層102
側から順に、厚さ100nmのノンドープGaNからな
る第1の光ガイド層、MQW構造層、厚さ40nmのM
gドープp型Al0.2 Ga0.8 Nからなるキャップ層お
よび厚さ100nmのMgドープp型GaNからなる第
2の光ガイド層とから構成され、第2の光ガイド層がp
型クラッド層104に接している。MQW構造は厚さ2
nmのノンドープIn0.2 Ga0.8 N井戸層と、厚さ4
nmのノンドープIn0.05Ga0.95N層とのペアを10
周期繰り返した構造である。(Seventh Embodiment) FIG. 9 shows a seventh embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of the flip chip type short wavelength semiconductor laser according to the embodiment of FIG. The flip-chip type short wavelength semiconductor laser according to the seventh embodiment of the present invention comprises a sapphire substrate 101, a GaN and Al layer having a thickness of 10 to 200 nm.
Buffer layer 132 made of N, GaAlN, etc., thickness 4
μm Si-doped n-type GaN n-type contact layer 133, 300 nm thick Si-doped n-type Ga 0.85 Ga
N-type clad layer (first semiconductor layer) 10 made of 0.15 N 10
2, an active layer 143 having a multiple quantum well (MQW) structure, a p-type clad layer (second semiconductor layer) 104 made of Mg-doped p-type Ga 0.85 Ga 0.15 N having a thickness of 300 nm, and a thickness 1.
A current blocking layer 125 made of Si-doped n-type GaN having a thickness of 5 μm and a p-type contact layer 135 made of Mg-doped p-type GaN having a thickness of 1 μm are formed. It should be noted that FIG. 9 shows the flip chip arrangement, and therefore the vertical relationship is reversed. In addition, the p-type contact 13
Reference numeral 5 is in contact with the p-type cladding layer 104 through a stripe-shaped window portion having a width of μm opened in the current blocking layer 125. The active layer 143 shown in FIG. 9 is the n-type cladding layer 102.
In order from the side, the first optical guide layer made of non-doped GaN having a thickness of 100 nm, the MQW structure layer, and the M having a thickness of 40 nm.
The second light guide layer is composed of a cap layer made of g-doped p-type Al 0.2 Ga 0.8 N and a second light guide layer made of Mg-doped p-type GaN having a thickness of 100 nm.
It is in contact with the mold cladding layer 104. MQW structure has a thickness of 2
nm undoped In 0.2 Ga 0.8 N well layer with a thickness of 4
nm non-doped In 0.05 Ga 0.95 N layer with a pair of 10
It is a cyclically repeated structure.
【0059】p側電極(第2の電極)137はp型コン
タクト層134の上部に形成されている。p側電極13
7は、たとえばNi/Au,Ti/Au等の金属を用い
ればよい。n側電極(第1の電極)105はp型コンタ
クト層135,電流ブロック層125,p型クラッド層
104,活性層143,n型クラッド層102を貫通
し、さらにn型コンタクト層133の表面の一部をエッ
チングして形成したU溝の底部においてn型コンタクト
層と接している。U溝はほぼ垂直の側壁部を有し、側壁
部にはp側電極137の上部まで延長形成された絶縁膜
106が形成されている。すなわちこの絶縁膜106中
に開孔されたコンタクトホールを介してn側電極105
とn型コンタクト層133とが接触している。n側電極
105はU溝開口部の周辺の平坦部にまで延長形成され
た電極配線部105を有している。そしてp側電極13
7と絶縁膜106とn側電極からの電極配線部105と
により平行平板型コンデンサからなる付加的な容量部C
exが形成されている。The p-side electrode (second electrode) 137 is formed on the p-type contact layer 134. p-side electrode 13
For 7, metal such as Ni / Au or Ti / Au may be used. The n-side electrode (first electrode) 105 penetrates the p-type contact layer 135, the current blocking layer 125, the p-type clad layer 104, the active layer 143, and the n-type clad layer 102, and further on the surface of the n-type contact layer 133. It is in contact with the n-type contact layer at the bottom of the U groove formed by etching a part. The U groove has a substantially vertical side wall, and the insulating film 106 extended to the upper portion of the p-side electrode 137 is formed on the side wall. That is, the n-side electrode 105 is opened through the contact hole formed in the insulating film 106.
And the n-type contact layer 133 are in contact with each other. The n-side electrode 105 has an electrode wiring portion 105 formed to extend to a flat portion around the U groove opening. And the p-side electrode 13
7, an insulating film 106, and an electrode wiring portion 105 from the n-side electrode, an additional capacitance portion C formed of a parallel plate type capacitor.
ex is formed.
【0060】図9に示すように本発明の第7の実施の形
態に係るフリップチップ型半導体レーザは突起物(半田
ボール)166を介してp側電極137とヒートシンク
174上のp側配線(第2の配線)171とが接続され
ている。またヒートシンク174上のn側配線(第1の
配線)172とn側電極105とは突起物(半田ボー
ル)167を介して電気的に接続されている。突起物1
66,167は半田ボール以外の金属や金属ペースト、
導電性接着剤でもよい。As shown in FIG. 9, in the flip-chip type semiconductor laser according to the seventh embodiment of the present invention, the p-side electrode 137 and the p-side wiring (on the heat sink 174) via the protrusions (solder balls) 166 are provided. Second wiring) 171 is connected. The n-side wiring (first wiring) 172 on the heat sink 174 and the n-side electrode 105 are electrically connected to each other via a protrusion (solder ball) 167. Protrusion 1
66 and 167 are metals and metal pastes other than solder balls,
A conductive adhesive may be used.
【0061】本発明の第7の実施の形態に係るフリップ
チップ型半導体レーザは、付加的な容量部(キャパシ
タ)Cexの大面積化が容易で、大容量のキャパシタが担
保できる利点がある。すなわち、絶縁膜106を形成す
る材料、厚さ、およびn側、p側電極で挟まれる面積の
選択の自由度が大きく所望の容量Cexのキャパシタを実
現し、素子のサージ電圧に対する耐性が向上できる。第
1〜第6の実施の形態と同様にキャパシタの静電容量C
exが素子のpn接合に固有な静電容量Ciに付加される
ことにより、素子全体の静電容量が増加し、瞬間的な電
圧印加に対して電流の応答が緩やかになり、電流を原因
とする金属のマイグレションや欠陥の増殖による素子の
特性劣化が抑制できる。付加的な容量部Coxを形成する
絶縁膜106として、Ta2 O5 ,STO,BTO,B
STO,PZT等の高誘電体、強誘電体を用いれば絶縁
膜の厚さを厚く保ったまま、より大きなCexが得られ、
サージ耐圧はさらに向上する。The flip-chip type semiconductor laser according to the seventh embodiment of the present invention has an advantage that the area of the additional capacitance portion (capacitor) Cex can be easily increased and a large-capacity capacitor can be secured. That is, there is a large degree of freedom in selection of the material and thickness of the insulating film 106 and the area sandwiched by the n-side and p-side electrodes, so that a capacitor having a desired capacitance Cex can be realized, and the resistance of the device to surge voltage can be improved. . The capacitance C of the capacitor is the same as in the first to sixth embodiments.
By adding ex to the capacitance Ci that is specific to the pn junction of the element, the capacitance of the entire element increases, and the response of the current to the momentary voltage application becomes slower. It is possible to suppress the deterioration of the characteristics of the element due to the migration of metal and the proliferation of defects. As the insulating film 106 forming the additional capacitance portion Cox, Ta 2 O 5 , STO, BTO, B is used.
If a high dielectric material such as STO or PZT or a ferroelectric material is used, a larger Cex can be obtained while keeping the thickness of the insulating film large.
The surge withstand voltage is further improved.
【0062】図9に示す構造によれば、n側電極105
とn側配線172との接続が薄い半田ボール167で可
能となる(U溝の底部にのみn側電極105がある場合
には、極めて厚い半田ボールや構造体でn側電極105
とn側配線172とを接続する必要があるが、図9に示
す構造では、そのような厚い半田ボール等は不要であ
る)。さらに、半導体レーザとヒートシンクの間に隙間
ができにくく、放熱が良好である。また、本発明の第7
の実施の形態によれば、半田付けの段差が小さく、水平
方向の位置マージンが大きい(U溝の底部に半田ボール
を位置合わせする必要がない)ことからマウントが容易
であるという利点を有する。According to the structure shown in FIG. 9, the n-side electrode 105
And the n-side wiring 172 can be connected with the thin solder ball 167 (when the n-side electrode 105 is present only at the bottom of the U groove, the n-side electrode 105 can be formed with an extremely thick solder ball or structure.
However, such thick solder balls are not necessary in the structure shown in FIG. 9). Further, it is difficult to form a gap between the semiconductor laser and the heat sink, and heat dissipation is good. The seventh aspect of the present invention
According to the above embodiment, there is an advantage that the mounting is easy because the step difference of the soldering is small and the horizontal position margin is large (it is not necessary to align the solder ball with the bottom of the U groove).
【0063】(第8の実施の形態)図10は本発明の第
8の実施の形態に係り、付加的な容量部(キャパシタ)
Cexの他の構成例を示す。すなわち、本発明のキャパシ
タCexは第1〜第7の実施の形態に示したように電極配
線部108,絶縁膜106,n側電極105とのサンド
イッチ構造(平行平板型コンデンサ)、又はp側電極1
08,128,137、絶縁膜106、n側電極からの
電極配線部105とのサンドイッチ構造に限られるもの
ではなく、図10(a)に示すように、電極配線部10
8と、n側電極105が形成されているn型半導体層1
02とが絶縁膜106をはさんでなる部分を少なくとも
一部に有するような構造でも実現できる。あるいは図1
0(b)に示すように電極配線部108の一部がn型半
導体層102の表面の少なくとも一部に直接接合した金
属・半導体接合構造によっても同様の効果が得られる。
すなわち図10(b)はn型半導体層102の表面の異
なる場所に電極配線部108とn側電極105が形成さ
れた構造である。(Eighth Embodiment) FIG. 10 relates to an eighth embodiment of the present invention, and an additional capacitance section (capacitor).
The other structural example of Cex is shown. That is, the capacitor Cex of the present invention has a sandwich structure (parallel plate type capacitor) with the electrode wiring portion 108, the insulating film 106, and the n-side electrode 105 as shown in the first to seventh embodiments, or a p-side electrode. 1
08, 128, 137, the insulating film 106, and the electrode wiring part 105 from the n-side electrode are not limited to the sandwich structure, but as shown in FIG.
8 and the n-type semiconductor layer 1 on which the n-side electrode 105 is formed
It is also possible to realize a structure in which at least part of the insulating film 106 sandwiches the insulating film 106. Alternatively, FIG.
The same effect can be obtained by a metal-semiconductor junction structure in which a part of the electrode wiring portion 108 is directly joined to at least a part of the surface of the n-type semiconductor layer 102 as shown in 0 (b).
That is, FIG. 10B shows a structure in which the electrode wiring portion 108 and the n-side electrode 105 are formed at different positions on the surface of the n-type semiconductor layer 102.
【0064】図10(a)はMOS接合型のキャパシタ
であり、図10(b)は電極材料を選べば、ショットキ
ー接合型のキャパシタとなる。さらにキャパシタCexの
値を大きくしたい場合DRAMに用いられているような
トレンチ型キャパシタを形成すればよい。すなわち、n
型半導体層102の内部にトレンチを形成し、このトレ
ンチ内部にキャパシタを形成すればよい。つまり本発明
の付加的な容量部(キャパシタ)は平行平板型コンデン
サに限られず、円筒形やその他の形状のものでもよいの
である。FIG. 10A shows a MOS junction type capacitor, and FIG. 10B shows a Schottky junction type capacitor if the electrode material is selected. Further, when it is desired to increase the value of the capacitor Cex, a trench type capacitor used in DRAM may be formed. That is, n
A trench may be formed inside the type semiconductor layer 102, and a capacitor may be formed inside the trench. That is, the additional capacitor portion (capacitor) of the present invention is not limited to the parallel plate type capacitor, but may be a cylindrical shape or other shapes.
【0065】(第9の実施の形態)図11(a)および
(b)は本発明の第9の実施の形態に係り、付加的な容
量部Cexをパッケージに形成した場合である。図11
(a)はリード61の上にLEDや半導体レーザ等の半
導体発光素子1が導電性接着材等でそのn型電極をリー
ド61に接して固定されている。リード62はボンディ
ングワイヤ71により半導体発光素子1のp側電極と接
続されている。図11(a)に示すようにn側リード6
1とp側リード62の間に付加的な容量部Cexを形成す
ることによりサージ耐圧が増大する。この場合は発光素
子の構造に制限されることなく容量値Cexおよび耐圧を
選択できるので、発光素子の内部容量Ciに対し100
倍以上のCexも容易に選定できる。したがって、100
0V以上のサージ耐圧も容易に実現できる。(Ninth Embodiment) FIGS. 11A and 11B relate to the ninth embodiment of the present invention and show a case where an additional capacitance portion Cex is formed in a package. Figure 11
In (a), the semiconductor light emitting device 1 such as an LED or a semiconductor laser is fixed on the lead 61 with its n-type electrode in contact with the lead 61 with a conductive adhesive or the like. The lead 62 is connected to the p-side electrode of the semiconductor light emitting device 1 by the bonding wire 71. As shown in FIG. 11A, the n-side lead 6
The surge withstand voltage is increased by forming the additional capacitance portion Cex between the 1 and the p-side lead 62. In this case, the capacitance value Cex and the withstand voltage can be selected without being limited by the structure of the light emitting element, and therefore, it is 100 with respect to the internal capacitance Ci of the light emitting element.
Cex of more than twice can be easily selected. Therefore, 100
A surge withstand voltage of 0 V or more can be easily realized.
【0066】図11(b)はアルミナ等のセラミックパ
ッケージ66上に付加的な容量部(キャパシタ)Cexを
形成した場合である。図11(b)において厚さ0.1
〜0.2mmの程度のCu配線68の上にLEDや半導
体レーザ等の半導体発光素子1がマウントされている。
Cu配線68はアルミナ基板66に焼結(直接接合)さ
れその表面は5〜20μm程度の厚さにAuメッキされ
ている。Cu配線68には発光素子1のn側電極が接続
されている(本発明の第9の実施の形態においては、n
側電極とp側電極とは同一平面側から取り出す必要はな
く、半導体発光素子の異なる主表面側から、それぞれn
側電極およびp側電極を取り出す構造であってもかまわ
ない)。発光素子1のp側電極はAuメッキされたCu
配線69とボンディングワイヤ72により接続されてい
る。Cu配線69はCu配線68と電気的に相互に絶縁
され、直交方向に形成されている。Cu配線69もアル
ミニウム基板に直接接合されているが、Cu配線68と
の直交部分はSiO2 膜266により絶縁されている。
Cu配線68と69とがリード(外部電極)を兼ねてい
る。SiO2 膜266の上部は厚さ10μm程度のAl
膜ブリッジ267が形成されている。Al膜ブリッジの
代わりに他の金属薄膜を用いても良く、たとえばAu膜
ブリッジ267としてもよい。Al膜ブリッジ267と
SiO2 膜266とCu配線68で付加的な容量部(キ
ャパシタ)Cexを構成するのであるが、このキャパシタ
Cexの面積やSiO2 膜266の厚さは広い自由度で選
定できる。図11(b)に示すような構造にすることに
より半導体素子1の構造(面積)に制限されず、任意に
Cexの値を選定できるので、1000V以上のサージ耐
圧が容易に実現できる。FIG. 11B shows a case where an additional capacitance portion (capacitor) Cex is formed on the ceramic package 66 made of alumina or the like. In FIG. 11B, the thickness is 0.1
The semiconductor light emitting device 1 such as an LED or a semiconductor laser is mounted on the Cu wiring 68 of about 0.2 mm.
The Cu wiring 68 is sintered (directly bonded) to the alumina substrate 66, and its surface is plated with Au to a thickness of about 5 to 20 μm. The n-side electrode of the light emitting element 1 is connected to the Cu wiring 68 (in the ninth embodiment of the present invention, n
It is not necessary to take out the side electrode and the p-side electrode from the same plane side, and from the different main surface side of the semiconductor light emitting element,
The side electrode and the p-side electrode may be taken out). The p-side electrode of the light emitting element 1 is Cu plated with Au.
The wiring 69 and the bonding wire 72 are connected. The Cu wiring 69 is electrically insulated from the Cu wiring 68 and is formed in the orthogonal direction. The Cu wiring 69 is also directly bonded to the aluminum substrate, but the portion orthogonal to the Cu wiring 68 is insulated by the SiO 2 film 266.
The Cu wirings 68 and 69 also serve as leads (external electrodes). The upper part of the SiO 2 film 266 is made of Al having a thickness of about 10 μm.
Membrane bridge 267 is formed. Instead of the Al film bridge, another metal thin film may be used, for example, the Au film bridge 267 may be used. The Al film bridge 267, the SiO 2 film 266, and the Cu wiring 68 form an additional capacitance portion (capacitor) Cex. The area of the capacitor Cex and the thickness of the SiO 2 film 266 can be selected with a wide degree of freedom. . With the structure shown in FIG. 11B, the structure (area) of the semiconductor element 1 is not limited and the value of Cex can be arbitrarily selected, so that a surge withstand voltage of 1000 V or more can be easily realized.
【0067】また、図11(a)および(b)の構造は
リードないしCu配線の数を増し、発光素子のn側電極
に対してもボンディングワイヤを接続できるようにすれ
ば、発光素子のp側電極、n側電極が同一平面側にある
構造に対しても適用できる。したがって、本発明の第9
の実施の形態はp側電極、n側電極の配置に無関係に適
用できる。つまり第9の実施の形態は適用できる発光素
子の範囲が極めて広く、かつサージ耐圧も高い特徴を有
する。Further, in the structure of FIGS. 11A and 11B, if the number of leads or Cu wiring is increased so that the bonding wire can be connected also to the n-side electrode of the light emitting element, the p of the light emitting element can be formed. It can also be applied to a structure in which the side electrode and the n-side electrode are on the same plane side. Therefore, the ninth aspect of the present invention
The embodiment can be applied regardless of the arrangement of the p-side electrode and the n-side electrode. That is, the ninth embodiment is characterized in that the applicable range of the light emitting element is extremely wide and the surge withstand voltage is high.
【0068】[0068]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
瞬時の電圧(サージ)印加における素子劣化を起こしに
くくすることが可能となり、信頼性の高い発光素子を提
供することができる。As described above, according to the present invention,
It is possible to prevent the element from deteriorating due to instantaneous voltage (surge) application, and it is possible to provide a highly reliable light emitting element.
【図1】本発明の基本原理を説明するための等価回路で
ある。FIG. 1 is an equivalent circuit for explaining the basic principle of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る短波長LED
の構造を示す図である。FIG. 2 is a short wavelength LED according to a first embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the structure of.
【図3】容量値Cexとサージ耐圧との関係を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a capacitance value Cex and a surge withstand voltage.
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る多層反射膜を
有するLEDの構造を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a structure of an LED having a multilayer reflective film according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第3の実施の形態に係る半導体レーザ
の構造を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a structure of a semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第4の実施の形態に係る短波長LED
の構造を示す図である。FIG. 6 is a short wavelength LED according to a fourth embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the structure of.
【図7】本発明の第5の実施の形態に係るフリップチッ
プ型短波長LEDの構造を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a structure of a flip chip type short wavelength LED according to a fifth embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第6の実施の形態に係る半導体レーザ
の構造を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a structure of a semiconductor laser according to a sixth embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第7の実施の形態に係るフリップチッ
プ型半導体レーザの構造を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a structure of a flip-chip type semiconductor laser according to a seventh embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第8の実施の形態に係る付加的な容
量部(キャパシタ)Cexの構造の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a structure of an additional capacitance section (capacitor) Cex according to an eighth embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第9の実施の形態に係るパッケージ
に付加的な容量部(キャパシタ)Cexを配置した場合の
構造図である。FIG. 11 is a structural diagram when an additional capacitance portion (capacitor) Cex is arranged in the package according to the ninth embodiment of the present invention.
【図12】従来の青色LEDの構造を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a structure of a conventional blue LED.
1 半導体発光素子
2 キャパシタ
61,62 リード
66 アルミナ基板
68,69 Cu配線(リード)
71,72,73,74,78,79 ボンディングワ
イヤ
101 サファイア基板
102 n型クラッド層
103 活性層
104,126 p型クラッド層
105 n側電極(第1の電極)
106,266 絶縁膜
107 p側電極(第2の電極:透光性電極)
108 電極配線部(台座電極)
112 n型層
114 p型層
118 台座電極
124 p+ コンタクト層
125 電流ブロック層
128 p側電極パッド
132 バッファ層
133 n型コンタクト層
134 キャップ層
135 p型コンタクト層
137 p側電極
143 MQW活性層
146 絶縁膜
161,162 ボール
166,167 突起物(半田ボール)
171 p側配線(第2の配線)
172 n側配線(第1の配線)
173 配線基板
174 ヒートシンク
201 半導体基板
202 多層反射膜
267 Al膜ブリッジ1 Semiconductor Light-Emitting Element 2 Capacitor 61, 62 Lead 66 Alumina Substrate 68, 69 Cu Wiring (Lead) 71, 72, 73, 74, 78, 79 Bonding Wire 101 Sapphire Substrate 102 n-type Cladding Layer 103 Active Layer 104, 126 p-type Cladding layer 105 n-side electrode (first electrode) 106, 266 insulating film 107 p-side electrode (second electrode: translucent electrode) 108 electrode wiring portion (base electrode) 112 n-type layer 114 p-type layer 118 pedestal Electrode 124 p + contact layer 125 current block layer 128 p-side electrode pad 132 buffer layer 133 n-type contact layer 134 cap layer 135 p-type contact layer 137 p-side electrode 143 MQW active layer 146 insulating film 161, 162 balls 166, 167 protrusions Object (solder ball) 171 p-side wiring (second wiring) 17 n-side wiring (first wiring) 173 wiring board 174 heat sink 201 semiconductor substrate 202 multilayer reflection film 267 Al film bridge
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−314825(JP,A) 特開 平5−13816(JP,A) 特開 平4−159784(JP,A) 特開 平5−308158(JP,A) 特開 平9−307141(JP,A) 特開 平10−326943(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-6-314825 (JP, A) JP-A-5-13816 (JP, A) JP-A-4-159784 (JP, A) JP-A-5-308158 (JP , A) JP-A-9-307141 (JP, A) JP-A-10-326943 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 5 / 00-5 / 50 H01L 33/00
Claims (16)
半導体層と、 前記第1の半導体層上の一部に形成された第2導電型の
第2の半導体層と、 前記第1の半導体層上の他の一部に形成された第1の電
極と、 前記第1の電極上に形成された絶縁膜と、 前記第2の半導体層上に形成された第2の電極と、 前記第2の電極から、前記絶縁膜上に延長形成された電
極配線部とを備え、前記第1及び第2の半導体層により
pn接合ダイオードを構成し、且つ前記第1の電極と、
前記絶縁膜と、前記電極配線部とにより前記pn接合ダ
イオードに並列接続される付加的な容量部を構成してい
ることを特徴とする半導体発光素子。1. A first-conductivity-type first semiconductor layer formed on a substrate, a second-conductivity-type second semiconductor layer formed on a portion of the first semiconductor layer, A first electrode formed on the other part of the first semiconductor layer, an insulating film formed on the first electrode, and a second electrode formed on the second semiconductor layer. And an electrode wiring portion extended from the second electrode on the insulating film, forming a pn junction diode with the first and second semiconductor layers, and the first electrode,
The semiconductor light emitting device, wherein the insulating film and the electrode wiring portion constitute an additional capacitance portion connected in parallel to the pn junction diode.
電極、前記絶縁膜、前記電極配線部は、それぞれ平板構
造であり、前記第1の電極と、前記絶縁膜と、前記電極
配線部とにより平行平板型コンデンサを構成しているこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。2. The first electrode, the insulating film, and the electrode wiring portion that form the additional capacitance portion each have a flat plate structure, and the first electrode, the insulating film, and the electrode. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a parallel plate type capacitor is constituted by the wiring portion.
の面積と前記電極配線部の面積は、実質的に同一面積で
あることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体発
光素子。3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the area of the insulating film and the area of the electrode wiring portion that form the additional capacitance portion are substantially the same. element.
n接合ダイオードの等価容量値と同程度もしくはそれ以
上の値であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか
1項に記載の半導体発光素子。4. The capacitance value of the additional capacitance portion is the p-value.
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device has a value equivalent to or higher than the equivalent capacitance value of the n-junction diode.
部の面積と前記第1の電極の面積は実質的に1:2であ
ることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載
の半導体発光素子。5. The area of the electrode wiring portion forming the additional capacitance portion and the area of the first electrode are substantially 1: 2, respectively. A semiconductor light-emitting device according to item.
前記電極配線部は前記透光性の電極から光が取り出せる
ように配置され、前記第2の電極と電気的に接続されて
いることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記
載の半導体発光素子。6. The second electrode is a translucent electrode,
The said electrode wiring part is arrange | positioned so that light can be taken out from the said translucent electrode, and is electrically connected with the said 2nd electrode, The any one of the Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. Semiconductor light emitting device.
層、前記第2の半導体層を第2のクラッド層とし、前記
第1および第2のクラッド層の間に前記第1および第2
のクラッド層よりも禁制帯幅の小さい半導体からなる活
性層をさらに形成したことを特徴とする請求項1〜6の
いずれか1項記載の半導体発光素子。7. The first semiconductor layer is a first cladding layer, the second semiconductor layer is a second cladding layer, and the first and second cladding layers are between the first and second cladding layers.
7. The semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising an active layer made of a semiconductor having a forbidden band width smaller than that of the clad layer.
リウム系化合物半導体であることを特徴とする請求項1
〜7のいずれか1項記載の半導体発光素子。8. The first and second semiconductor layers are gallium nitride based compound semiconductors.
8. The semiconductor light emitting device according to any one of items 1 to 7.
前記絶縁膜が存在しない部分の前記第1の電極がそれぞ
れボンディングパッドを兼ねることを特徴とする請求項
1〜8のいずれか1項に記載の半導体発光素子。9. The electrode wiring section and the first electrode in a portion where the electrode wiring section and the insulating film are not present also serve as a bonding pad, respectively. The semiconductor light-emitting device according to.
の半導体層と、 前記第1の半導体層上の一部に形成された第2導電型の
第2の半導体層と、 前記第1の半導体層上の他の一部に形成された第1の電
極と、 前記第2の半導体層上に形成された第2の電極と、 前記第2の電極上に形成された絶縁膜と、 前記第1の電極から、前記絶縁膜上に延長形成された電
極配線部とを備え、前記第1及び第2の半導体層により
pn接合ダイオードを構成し、且つ前記第2の電極と、
前記絶縁膜と、前記電極配線部とにより前記pn接合ダ
イオードに並列接続される付加的な容量部を構成してい
ることを特徴とする半導体発光素子。10. A first conductivity type first formed on a substrate.
Semiconductor layer, a second conductive type second semiconductor layer formed on a portion of the first semiconductor layer, and a first semiconductor layer formed on another portion of the first semiconductor layer. An electrode, a second electrode formed on the second semiconductor layer, an insulating film formed on the second electrode, and an extension formed on the insulating film from the first electrode. An electrode wiring portion, a pn junction diode is formed by the first and second semiconductor layers, and the second electrode,
The semiconductor light emitting device, wherein the insulating film and the electrode wiring portion constitute an additional capacitance portion connected in parallel to the pn junction diode.
の電極、前記絶縁膜、前記電極配線部は、それぞれ平板
構造であり、前記第2の電極と、前記絶縁膜と、前記電
極配線部とにより平行平板型コンデンサを構成している
ことを特徴とする請求項10に記載の半導体発光素子。11. The second portion forming the additional capacitance portion.
The electrode, the insulating film, and the electrode wiring portion each have a flat plate structure, and the second electrode, the insulating film, and the electrode wiring portion form a parallel plate capacitor. The semiconductor light emitting device according to claim 10.
膜の面積と前記電極配線部の面積は、実質的に同一面積
であることを特徴とする請求項10又は11に記載の半
導体発光素子。12. The semiconductor light emitting device according to claim 10, wherein the area of the insulating film and the area of the electrode wiring portion, which form the additional capacitance portion, are substantially the same. element.
pn接合ダイオードの等価容量値と同程度もしくはそれ
以上の値であることを特徴とする請求項10〜12のい
ずれか1項に記載の半導体発光素子。13. The capacitance value of the additional capacitance portion is equal to or higher than the equivalent capacitance value of the pn junction diode, and the capacitance value of the additional capacitance portion is equal to or higher than the equivalent capacitance value. The semiconductor light-emitting device as described above.
ることを特徴とする請求項10〜13のいずれか1項に
記載の半導体発光素子。14. The semiconductor light emitting device according to claim 10, wherein the insulating substrate is a sapphire substrate.
線基板もしくはヒートシンク上に形成された第1および
第2の配線と突起物を介してそれぞれ接続され、前記サ
ファイア基板側から光を取り出すことを特徴とする請求
項10〜14のいずれか1項に記載の半導体発光素子。15. The first and second electrodes are respectively connected to first and second wirings formed on a predetermined wiring board or a heat sink via protrusions, and light is extracted from the sapphire substrate side. The semiconductor light emitting element according to claim 10, wherein the semiconductor light emitting element is a semiconductor light emitting element.
pn接合ダイオードの等価容量値の数倍以下の値である
ことを特徴とする請求項4又は13に記載の半導体発光
素子。16. The semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the capacitance value of the additional capacitance portion is a value which is several times or less the equivalent capacitance value of the pn junction diode.
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