JP3735459B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体発光装置に関し、特にページプリンタ用感光ドラムの露光用光源などに用いられる半導体発光装置に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来の半導体発光装置を図5および図6に示す。図6は、図5のA−A線断面図である。図5および図6において、21は半導体基板、22は島状半導体層、23は個別電極、24は共通電極である。
【0003】
半導体基板21は、例えばシリコン(Si)などの単結晶半導体基板などから成る。島状半導体層22は、ガリウム砒素やアルミニウムガリウム砒素などの化合物半導体層などから成り、一導電型不純物を含有する層22aと逆導電型不純物を含有する層22bから成る。一導電型不純物を含有する層22aと逆導電型不純物を含有する層22bの界面部分で半導体接合部が形成される。この島状半導体層22は、例えばMOCVD(有機金属化学気相成長)法やMBE(電子ビームエピタキシ)法でガリウム砒素やアルミニウムガリウム砒素などから成る単結晶半導体層を形成した後に、メサエッチングなどによって島状に形成される。
【0004】
島状半導体層22の表面部分には、例えば窒化シリコン膜(Six Ny )などから成る保護膜25が形成されており、この保護膜25上には、例えば金(Au)などから成る個別電極23が形成されている。この個別電極23は、保護膜25に形成されたスルーホールを介して逆導電型不純物を含有する半導体層22bに接続されており、逆導電型不純物を含有する層22bの上面部分から壁面部分を経由して、半導体基板21の端面近傍まで、隣接する島状半導体層22ごとに交互に他の端面側に延在するように形成されている。また、半導体基板21の裏面側のほぼ全面には共通電極24が形成されている。
【0005】
島状半導体層22、個別電極23および共通電極24で個々の発光ダイオードが構成され、この発光ダイオードは半導体基板21上に一列状に並ぶように形成される。この場合、例えば個別電極23が発光ダイオードのアノード電極となり、共通電極24がカソード電極となる。なお、個別電極23はその幅広部分において外部回路とボンディングワイヤなどで接続される。
【0006】
このような発光ダイオードアレイでは、例えば個別電極23から共通電極24に向けて順方向に電流を流すと、逆導電型不純物を含有する層22bには電子が注入され、一導電型不純物を含有する層22aには正孔が注入される。これらの少数キャリアの一部が多数キャリアと発光再結合することによって光を生じる。
【0007】
また、列状に形成された発光素子のいずれかの個別電極23を選択して電流を流して発光させることにより、例えばページプリンタ用感光ドラムの露光用光源として用いられる。
【0008】
ところが、この従来の発光ダイオードアレイでは、半導体基板21の表面側に形成した島状半導体層22上に、個別電極23を設けると共に、半導体基板21の裏面側に共通電極24を設けていることから、個別電極23と共通電極24の形成工程が2回になり、製造工程が煩雑であるという問題があった。また、個別電極23と共通電極24が半導体基板21の表裏両面にあると、ワイヤボンディング法などによって外部回路と接続する際にも、その接続作業が困難であるという問題があった。
【0009】
そこで、本出願人は、図7および図8に示すように、半導体基板31上に、一導電型不純物を含有する下層半導体層32を設け、この下層半導体層32上に逆導電型不純物を含有する上層半導体層33を下層半導体層32よりも小面積となるように設け、基板31の対向する端部に共通電極35a、35bを設けて第1の接続線37で下層半導体層32に接続し、この共通電極35a、35bの内側に個別電極34を設けて第2の接続線38で接続した半導体発光装置を提案した。
【0010】
このように構成すると、半導体基板31の同じ側に個別電極34と共通電極35a、35bを設けることができ、個別電極34と共通電極35a、35bを一回の工程で同時に形成できることから、発光ダイオードアレイの製造工程が簡略化されると共に、個別電極34と共通電極35a、35bが同じ側に位置することから、ワイヤボンディング法などによる外部回路との接続作業も容易になる。なお、図8中、36は窒化シリコン膜などから成る絶縁膜である。
【0011】
また、図7に示すように、共通電極35a、35bは隣接する島状半導体層32ごとに異なる群に属するように二群に分けて設けられ、個別電極23は隣接する島状半導体層32が同じ個別電極34に接続されるように設けられている。
【0012】
このように共通電極35a、35bを二群に分けて設け、隣接する島状半導体層22が同じ個別電極に接続されるように個別電極34を設けると、電極パターンが簡素化され、電極の短絡などを防止できると共に、発光ダイオードを高精細化させても、これら電極34、35と外部回路との接続面積を大きくとることができるという利点がある。
【0013】
この従来の半導体発光装置では、半導体ウェハ内に多数の発光ダイオードアレイを形成してダイヤモンドソーなどで図7および図8に示すような個々のチップにダイシングするが、このダイシングの際に半導体基板31の端部に微小な欠け(チッピング)が発生して共通電極35a、35bが断線し、不良品になる場合があるという問題があった。
【0014】
このようなチッピングを抑える方法としては、半導体ウェハの表面に形成される絶縁膜36をダイシングラインよりも幅広に形成して、この絶縁膜36でチッピングを抑える方法などがあるが、突発的に大きな欠けが発生した場合は、絶縁膜36では抑えきれず、共通電極35a、35bの配線パターンまで大きく欠けて断線することがあるという問題があった。
【0015】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ダイシングする際に、配線パターン部分に欠けなどが発生して断線することなどを解消した半導体発光装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る半導体発光装置では、基板上に、一導電型半導体層と逆導電型半導体層を積層して設け、この基板の対向する端部近傍に共通電極を設けて第1の接続線を介して前記一導電型半導体層に接続し、この共通電極の内側に個別電極を設けて第2の接続線を介して前記逆導電型半導体層に接続した半導体発光装置において、前記共通電極の第1の接続線との接続部を幅広に形成した。
【0017】
上記半導体発光装置では、前記共通電極の第1の接続線との接続部を前記半導体層側に窪ませて形成することが望ましい。
【0018】
また、請求項2に係る半導体発光装置では、基板上に、一導電型半導体層と逆導電型半導体層を積層して複数設け、この基板の対向する端部近傍に共通電極を設けて第1の接続線を介して前記複数の一導電型半導体層に接続し、この共通電極の内側に個別電極を設けて第2の接続線を介して前記複数の逆導電型半導体層に接続した半導体発光装置において、前記共通電極の第1の接続線との接続部を幅広に形成するとともに、前記最端部の第1の接続線を前記一導電型半導体層よりも前記基板の内側になるように屈曲もしくは傾斜して形成した。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
図1は請求項1に係る半導体発光装置の一実施形態を示す図、図2は同じく断面図であり、1は基板、2は化合物半導体から成る一導電型半導体層、3は同じく化合物半導体から成る逆導電型半導体層、4は個別電極、5は共通電極である。
【0020】
基板1は、シリコン(Si)などの単結晶半導体基板やサファイア(A12 O3 )などの単結晶絶縁基板などから成る。単結晶半導体基板の場合、(100)面を<011>方向に2〜7°オフさせた比抵抗ρが1〜3×103 Ω・cm程度の高抵抗基板などが好適に用いられる。サファイアの場合、C面基板などが用いられる。
【0021】
この基板1上には、一導電型半導体層2が形成されている。この一導電型半導体層2は、格子定数の不整合による転移を防止するためのバッファ層2aと、電極とのオーミックコンタクトをとるためのコンタクト層2bと、電子を閉じ込めるためのクラッド層2cで構成される。バッファ層2aは1〜4μm程度の厚みに形成され、オーミックコンタクト層2bとクラッド層2cは0.1〜1μm程度の厚みに形成される。バッファ層2aとコンタクト層2bはガリウム砒素などから成り、クラッド層2cはアルミニウムガリウム砒素などから成る。コンタクト層2bはシリコンなどの一導電型半導体不純物を5×1020atoms・cm-3程度含有する。クラッド層2cはシリコンなどの一導電型半導体不純物を2×1018atoms・cm-3程度まで含有する。
【0022】
この一導電型半導体層2上には、逆導電型半導体層3が形成されている。この逆導電型半導体層3は、発光層3a、第二のクラッド層3b、および第2のコンタクト層3cで構成される。発光層3aとクラッド層3bは0.1〜1μm程度の厚みに形成され、第2のコンタクト層3cは0.01〜0.1μm程度の厚みに形成される。発光層3a、第二のクラッド層3bはアルミニウムガリウム砒素などから成り、第二のコンタクト層3cはガリウム砒素などから成る。
【0023】
発光層3aと第二のクラッド層3bは、電子の閉じ込め効果と光の取り出し効果を考慮してAlAsとGaAsの混晶比を異ならしめる。発光層3aと第二のクラッド層3bは亜鉛などの逆導電型半導体不純物を5×1018atoms・cm-3程度まで含有する。第2のコンタクト層3cは、亜鉛などの逆導電型半導体不純物を2×1019atoms・cm-3以上含有する。
【0024】
この一導電型半導体層2と逆導電型半導体層3は、絶縁膜6で被覆されている。この絶縁膜6は、厚み3000Å程度の窒化シリコン膜などで構成される。
【0025】
基板1の基板の対向する端部近傍には共通電極5a、5bが設けられている。この共通電極5a、5bは半導体基板1の端部から例えば30μm程度の内側に形成される。この共通電極5a、5bは第1の接続線7を介して一導電型半導体層2に接続されている。この共通電極5a、5bの第1の接続線7との接続部Bは、後述する個別電極4の角部を切除することによって幅広に形成されている。
【0026】
このように、共通電極5a、5bの第1の接続線7との接続部Bを幅広に形成すると、半導体基板1をシリコンウェハからダイシングする際に、多少の欠けが発生しても、共通電極5a、5bは幅広であることから、断線しにくくなる。
【0027】
また、この共通電極5a、5bの内側には個別電極4が設けられており、この個別電極4は第2の接続線8を介して逆導電型半導体層3に接続されている。
【0028】
前記第1のコンタクト層2bには、絶縁膜7に形成されたコンタクトホールC1 を介して第1の接続線7が接続されており、第2のコンタクト層3cには絶縁膜7に形成されたコンタクトホールC2 を介して第2の接続線8が接続されている。この個別電極4、共通電極5、第1の接続線7、および第2の接続線8は金(Au)や金とクロム(Cr)の二層構造のものなどで形成され、1μm程度の厚みに形成される。
【0029】
次に、上述のような半導体発光素子の製造方法を説明する。まず、基板1上に、一導電型半導体層2と、逆導電型半導体層3をMOCVD法などで順次積層して形成する。まず、基板温度を400〜500℃に設定して100〜1000Å程度の厚みにアモルファス状のガリウム砒素膜を形成した後、基板温度を700〜900℃に上げて所望厚みの半導体層2、3を形成する。この場合、原料ガスとしてはTMG((CH3 )3 Ga)、TEG((C2 H5 )3 Ga)、アルシン(AsH3 )、TMA((CH3 )3 Al)、TEA((C2 H5 )3 Al)などが用いられ、逆導電型を制御するためのガスとしては、シラン(SiH4 )、セレン化水素(H2 Se)、TMZ((CH3 )3 Zn)などが用いられ、キャリアガスとしては、H2 などが用いられる。
【0030】
次に、メサエッチングにより、一導電型半導体層2と逆導電型半導体層3とを島状にパターニングする。このような半導体層2、3のパターニングは、硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウエットエッチングなどで行われる。
【0031】
次に、ドット分離のために、一導電型半導体層2と第1の接続線7との接続部が逆導電型半導体層3から露出するようにエッチングされる。この逆導電型半導体層3のエッチングも、硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウエットエッチングなどで行われる。
【0032】
次に、シランガス(SiH4 )とアンモニアガス(NH3 )を用いたプラズマCVD法などで窒化シリコンなどから成る絶縁膜6を形成した後、接続線7、8との接続部にコンタクトホールC1 、C2 を形成する。
【0033】
次に、個別電極4、共通電極5、第1の接続線7、および第2の接続線8となる金属膜を蒸着法やスパッタリング法で形成して、パターニングすることで個別電極4、共通電極5、第1の接続線7、および第2の接続線8が形成する。
【0034】
最後に、ダイヤモンドソーなどで個々の半導体チップに分割して完成する。
【0035】
図3は請求項1に係る半導体装置の他の実施形態を示す図である。この半導体装置では、共通電極5a、5bの第1の接続線7との接続部の外側に凹部Cが形成されるように、この部分の共通電極5a、5bを半導体基板1の内側に窪ませて形成した。このように、共通電極5a、5bの第1の接続線7との接続部の外側に凹部Cが形成されるように、この部分の共通電極5a、5bを半導体基板1の内側に窪ませて形成しても、ダイシングの際の断線を低減できる。
【0036】
図4は、請求項2に係る半導体発光装置の一実施形態を示す図である。この半導体発光装置でも、基板1上に、一導電型半導体層2と逆導電型半導体層3を積層して複数設け、この基板1の対向する端部近傍に共通電極5a、5bを設けて第1の接続線7を介して一導電型半導体層2に接続し、この共通電極5a、5bの内側に個別電極4を設けて第2の接続線8を介して逆導電型半導体層3に接続した点は請求項1に係る半導体発光装置と同じである。
【0037】
この半導体発光装置では、基板1の短手方向の端部において、最端部の第1の接続線7aを一導電型半導体層2よりも基板1の内側になるように屈曲して形成している。なお、最端部の第1の接続線を局部的に屈曲させる場合に限らず、全体が傾斜するように形成してもよい。
【0038】
このように、最端部の第1の接続線7aを一導電型半導体層2よりも基板1の内側になるように屈曲もしくは傾斜して形成すると、半導体基板1をダイシングする際に、最端部の第1の接続線7aに断線などが発生することを極力低減できる。
【0039】
【発明の効果】
以上のように、請求項1に係る半導体発光装置によれば、基板の対向する端部近傍に共通電極を設けて第1の接続線を介して一導電型半導体層に接続する際に、この共通電極の第1の接続線との接続部を幅広に形成したことから、ダイシングする際に、この共通電極部分に欠けなどが発生して断線することなどを極力低減できる。
【0040】
また、請求項2に係る半導体発光装置によれば、最端部の第1の接続線を一導電型半導体層よりも基板の内側になるように屈曲もしくは傾斜して形成したことから、ダイシングする際に、この最端部の第1の接続線部分に欠けなどが発生して断線することを極力低減できる。また、共通電極の第1の接続線との接続部を幅広に形成したことから、請求項1に係る半導体発光装置と同様に、ダイシングする際に、この共通電極部分に欠けなどが発生して断線することなどを極力低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 請求項1に係る半導体発光装置の一実施形態を示す平面図である。
【図2】 請求項1に係る半導体発光装置の一実施形態を示す断面図である。
【図3】 請求項1に係る半導体発光装置の他の実施形態を示す図である。
【図4】 請求項2に係る半導体発光装置の一実施形態を示す図である。
【図5】 従来の半導体発光装置を示す平面図である。
【図6】 従来の半導体発光装置を示す断面図である。
【図7】 従来の他の半導体発光装置を示す平面図である。
【図8】 従来の他の半導体発光装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1‥‥‥基板、2‥‥‥一導電型半導体層、3‥‥‥逆導電型半導体層、4‥‥‥個別電極、5‥‥‥共通電極、7‥‥‥第1の接続線、8‥‥‥第2の接続線
Claims (2)
- 基板上に、一導電型半導体層と逆導電型半導体層を積層して設け、この基板の対向する端部近傍に共通電極を設けて第1の接続線を介して前記一導電型半導体層に接続し、この共通電極の内側に個別電極を設けて第2の接続線を介して前記逆導電型半導体層に接続した半導体発光装置において、前記共通電極の第1の接続線との接続部を幅広に形成したことを特徴とする半導体発光装置。
- 基板上に、一導電型半導体層と逆導電型半導体層を積層して複数設け、この基板の対向する端部近傍に共通電極を設けて第1の接続線を介して前記複数の一導電型半導体層に接続し、この共通電極の内側に個別電極を設けて第2の接続線を介して前記複数の逆導電型半導体層に接続した半導体発光装置において、前記共通電極の第1の接続線との接続部を幅広に形成するとともに、前記最端部の第1の接続線を前記一導電型半導体層よりも前記基板の内側になるように屈曲もしくは傾斜して形成したことを特徴とする半導体発光装置。
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