JP3974676B2 - Manufacturing method of semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板上に半導体層が積層され、積層された半導体層の表面側にp側およびn側の両電極が形成される半導体発光素子の製法に関する。さらに詳しくは、両電極(パッド)にワイヤボンディングをする場合に、自動機で行っても間違いなく容易に行うことができるように電極が設けられた半導体発光素子の製法に関する。
【0002】
【従来の技術】
たとえば青色系の半導体発光素子は、図3にその発光素子チップ(以下、LEDチップという)の一例の概略図が示されるように、サファイアからなる絶縁性の基板21上にチッ化ガリウム系化合物半導体層が積層されて、その表面側にp側電極28およびn側電極29の両方が設けられることにより形成されている。すなわち、ウェハ状のサファイア基板21上にたとえばn形のGaNがエピタキシャル成長されたn形層(クラッド層)23と、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれよりも小さくなる材料、たとえばInGaN系(InとGaの比率が種々変わり得ることを意味する、以下同じ)化合物半導体からなる活性層24と、p形のGaNからなるp形層(クラッド層)25とが積層され、その表面のp形層25に電気的に接続してp側電極28が、積層された半導体層の一部がエッチングされて露出するn形層23と電気的に接続してn側電極29が設けられることにより、LEDチップが形成されている。この構造で、両電極間に電圧が印加されるとp側電極28からn側電極29に向かって電流が流れ、その電流が活性層24を流れるときに発光する。そのため、できるだけ広い範囲に亘って電流が流れるように、両電極(パッド)28、29は図3に示されるように、4角形状のLEDチップの一番離れた位置、すなわち4角形状の対角線方向の両端に設けられている。
【0003】
このLEDチップ30がガラスエポキシなどからなる回路基板31上にダイボンディングされて、図4に示されるように、p側電極28およびn側電極29が回路基板31の配線32にそれぞれ金線33などによりワイヤボンディングされることにより回路中に組み込まれる。このワイヤボンディングは、LEDチップ30の両電極28、29の位置のx座標を自動機に入力し、そのときの回路基板31の配線32のy座標を同時に入力して自動的にボンディングが行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、LEDチップに設けられる2つの電極が、対角線方向に沿って設けられていると、そのLEDチップが回路基板などにボンディングされるとき、回路基板の配線とLEDチップの1辺が平行(または直角)になるようにダイボンディングされるため、2つの電極はそのx座標およびy座標の両方共異なる。そのため、ワイヤボンディングをするときの座標入力が、x座標2つに対してそれぞれにy座標を入力しなければならない。そのため、p側電極とn側電極とで入力を間違えてボンディングミスをするという問題がある。さらに、1個のLEDチップのワイヤボンディングをするのに、自動ワイヤボンディング機をx軸方向の2か所の場所に移動して停止し、その都度y方向に移動してボンディングをしなければならない。その結果、自動機の能率が低下したり、歩留りが低下するという問題がある。
【0005】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、基板の同一面側に一対の電極(パッド)が設けられ、両電極(パッド)にワイヤボンディングを自動機により行う場合に、入力のデータが簡単で、かつ、自動機の動きの無駄をなくして効率よくボンディングをすることができる電極(パッド)の位置を有する半導体発光素子の製法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体発光素子の製法は、四角形状の基板と、該基板上に発光層を形成すべくチッ化ガリウム系化合物半導体が積層される半導体積層部と、該半導体積層部の表面に形成される電流拡散層と、該電流拡散層上に設けられ前記半導体積層部の表面側の第1導電形の半導体層に接続して設けられる第1の電極と、前記半導体積層部の一部がエッチングにより除去されて露出する第2導電形の半導体層に接続して設けられる第2の電極とから平面形状が四角形状の発光素子チップが形成され、前記第1および第2の電極がワイヤボンディング用電極としてワイヤボンディングをする幅を有し、平面形状で円形または四角形状に形成されると共に、前記発光素子チップの平面形状で、1つの1辺の端縁からほぼ同じ距離の位置で、かつ、前記1つの1辺の両端部である四角形状の2隅に前記第1および第2の電極がそれぞれ形成され、前記発光素子チップが、平行に2つの配線が形成された回路基板の該配線間に、前記発光素子チップの前記1つの1辺が前記配線と直交するようにマウントされ、前記第1および第2の電極が、それぞれ前記2つの配線の一方および他方とワイヤボンディングにより接続され、かつ、前記2つの配線の延びる方向をx軸として前記第1および第2の電極ならびに前記2つの配線にそれぞれワイヤボンディングされる位置が同じx座標になるようにボンディングされてなる半導体発光素子の製法であって、前記第1および第2の電極の前記ワイヤボンディングのために、ボンディング機をx軸方向に移動させることなくワイヤボンディングをすることを特徴としている。
【0007】
ここにチッ化ガリウム系化合物半導体とは、III 族元素のGaとV族元素のNとの化合物またはIII 族元素のGaの一部がAl、Inなどの他のIII 族元素と置換したものおよび/またはV族元素のNの一部がP、Asなどの他のV族元素と置換した化合物からなる半導体をいう。また、第1導電形および第2導電形とは、半導体の極性のn形およびp形のいずれか一方を第1導電形としたとき、他方のp形またはn形が第2導電形であることを意味する。また、電極とは、ワイヤボンディングをし得るように厚く形成された電極部(電極パッド)を意味し、一方の電極が幅広く形成される場合は、その一部が他方の電極と共に前記一辺に沿って設けられているものを含む。
【0008】
本発明により、LEDチップの両電極が設けられる側の1辺を回路基板の配線と直角になるようにLEDチップをボンディングすることにより、両電極は配線方向をx軸とするとx座標が等しくなる。そのため、x座標の入力は常に一定で、y座標のみを入力すればよく、間違えることがなく、また自動機がx方向に2度動く必要がない。
【0009】
前記エッチングにより除去されずに残存する半導体積層部の第1導電形の半導体層と前記第2の電極との平面形状で対向する部分がほぼ等距離になるように前記半導体積層部のエッチングおよび第2の電極形成がなされていることが、第1導電形層のエッチング端部の真下の第2導電形半導体層から第2の電極に至る距離はどこでも等しく、第1導電形の半導体層に広がった電流が第2導電形の半導体層に進む場合に、第2導電形の半導体層の一部に電流が集中しないで全体に広がって流れるため好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体発光素子の製法について説明をする。図1には、たとえば青色系の発光に適したチッ化ガリウム系化合物半導体が積層された本発明の製法により得られる半導体発光素子のチップの断面および平面説明図が示されている。
【0011】
本発明の製法により得られる半導体発光素子は、たとえば図1に示されるように、サファイア(Al2 O3 単結晶)などからなる絶縁性の基板1の表面に発光層を形成する半導体積層部10が形成されて、その表面側の第1導電形の半導体層(p形層5)に、電流拡散層7を介してp側電極(第1の電極)8が電気的に接続されている。また、半導体積層部10の一部が除去されて露出する第2導電形の半導体層(n形層3)に電気的に接続されるようにn側電極(第2の電極)9が形成されている。本発明では、図1(b)に平面図が示されるように、LEDチップ11の平面形状の四角形の一辺Bに沿ってp側電極8およびn側電極9の両電極が設けられていることに特徴がある。その結果、p側電極8とn側電極9とを結ぶ方向はLEDチップ11の一辺Bと平行となり、その辺を基準として一定の距離のところに両電極が存在する。なお、図1(a)は、(b)のA-A線断面図を示す。
【0012】
このような形状のLEDチップを形成するには、サファイア基板1のウェハ上に半導体層を積層して半導体積層部10および電流拡散層7を形成した後に、n側電極を形成するために4角形状のチップの1隅の半導体積層部10の一部をエッチングしてn形層3を露出させる。そして露出するn形層3にn側電極9を形成すると共に、そのn側電極9が設けられた角部と隣接する角部にp側電極8を設けることにより得られる。
【0013】
図1に示される例では、(b)に平面図が示されるように、n側電極9を形成するために積層された半導体層の一部がエッチングされて残存する半導体積層部10のエッチングされたエッチング端部10aとn側電極9の前記端部10aとの対向部分が、平面形状でほぼ等距離になるように半導体積層部のエッチング端部10aおよびn側電極9の形状が形成されている。その結果、p形層5のn側電極9に最も近いエッチング端部10aとn側電極9との距離はその対向部分のどこにおいても等しくなっている。このエッチング端部10aとn側電極9の形状の対向部を等距離にするには、半導体積層部10のエッチングの際のレジスト膜などのマスクのパターニング、およびn側電極9を形成するためのマスクのパターニングをエッチング端部10aとn側電極9の対向部分が相互に平行になるように行うことにより簡単に形成される。
【0014】
半導体積層部10は、たとえばGaNからなる低温バッファ層、クラッド層となるn形のGaNおよび/またはAlGaN系(AlとGaの比率が種々変わり得ることを意味する、以下同じ)化合物半導体の積層構造からなるn形層3、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれよりも小さくなる材料、たとえばInGaN系化合物半導体からなる活性層4、およびp形のAlGaN系化合物半導体層および/またはGaN層からなるp形層(クラッド層)5が、基板1上にそれぞれ順次積層されることにより構成されている。
【0015】
この半導体発光素子を製造するには、たとえば有機金属化学気相成長法(MOCVD法)により、反応ガスおよび必要なドーパントガスを導入してn形層3を1〜5μm程度、活性層4を0.05〜0.3μm程度、およびp形層5を0.2〜1μm程度、それぞれエピタキシャル成長する。その後、たとえばNiおよびAuをそれぞれ真空蒸着などにより積層してシンターし、合金化することにより、2〜100nm程度の厚さに電流拡散層7を形成する。この電流拡散層7は、活性層4で発光する光を透過させる必要があるため、あまり厚く形成することはできないが、電流を充分に拡散させるためにはできるだけ厚い方がよく、両特性を満たすように設けられる。
【0016】
ついで、表面にレジスト膜を設け、パターニングをして塩素ガスなどによる反応性イオンエッチングにより、積層された半導体層の一部を図1に示されるように除去する。この際、図1(b)に示されるように、エッチング端部10aとn側電極9との平面形状における距離が、その対向部において等しくなるように形成するに場合には、このエッチングの際のマスクの形状がn側電極9の対向部分と相互に平行になるようにレジスト膜のパターニングをすることにより得られる。その後、たとえばリフトオフ法により、TiとAuとを積層して両金属の積層構造からなるp側電極8を形成する。また同様に、たとえばリフトオフ法により、TiとAlをそれぞれ積層してシンターすることにより両金属の合金層からなるn側電極9を形成し、ウェハから各チップにブレークする。このn側電極9を形成する際に、半導体積層部10のエッチング端部10aの対向部とほぼ等距離になるようにマスクのパターニングを行うことにより、前述のようにn側電極9とエッチング端部10aとの距離が等しい、図1に示される構造のLEDチップ11が得られる。
【0017】
本発明によれば、n側電極9およびp側電極8がLEDチップ11の一辺Bに沿ってほぼ平行に設けられているため、両側に両電極用の配線32が設けられている回路基板31の配線32間にLEDチップ11をマウントする場合に、前述の一辺Bがその配線32と直角になるようにマウントすることにより、図2に示されるように、配線32が設けられている方向をx方向とすると、両電極8、9のx座標が等しくなる。そのため、ワイヤボンディングのためのボンディングの位置の座標を入力する場合に、y座標のみを入力すればよく、入力ミスが生じることがない。しかも、ワイヤボンディング時には、p側およびn側の両電極のボンディングのためにボンディング機をx方向に移動させる必要がなく、y方向の移動だけで金線33による両電極のワイヤボンディングをすることができ、無駄な動きがなく短時間でワイヤボンディングをすることができる。
【0018】
一方、p側電極8からn側電極9に向かって電流が流れるため、両電極が沿って設けられる一辺と対向する辺側には電流が流れ難くなる。しかし、前述のように、p形層5の表面に電流拡散層7が設けられることにより、電気抵抗が小さくなり、電流拡散層7で充分に電流が拡散する。そのため、p形層5の全体に電流が広がり、p形層5に広がった電流はその下側のn形層3に流れ、n形層3に達した電流はn側電極9に向かって流れる。この場合、チップの平面図で、p形層5のエッチング端部10aとn側電極9の平面形状における対向部がほぼ等距離になっておれば、エッチング端部10aの真下のn形層3とn側電極9との距離は対向部のどの位置でも等しく、直列抵抗が同じで、p形層5からn形層3への電流経路が抵抗の小さい所に集中して偏るということがない。そのため、均一な発光が得られる。
【0019】
本発明は、以上のように、LEDチップの一対の両電極が一辺に沿って平行になるように設けられているため、回路基板などにダイボンディングをしてワイヤボンディングをする場合に、自動機の座標設定が一方向のみでよく簡単に行える。したがって、両電極がLEDチップの一辺に沿って平行に設けられておればよく、LEDチップの形状は4角形でなくても、3角形などの他の形状でもよい。また、電極(パッド)の形状も図1に示される例に限定されず、共に円形もしくは4角形状などの他の形状でもよい。さらに、少なくとも一方の電極が幅広く設けられる場合には、ワイヤボンディングをする幅を有する一部が他方の電極と共にLEDチップの一辺に沿って設けられておれば、前述のようにx軸方向は一定で、y軸方向の座標のみを設定することにより、両方の電極のワイヤボンディングをすることができる。
【0020】
また、図1に示される例では、n形層3とp形層5とで活性層4が挟持されるダブルヘテロ接合構造であるが、n形層とp形層とが直接接合するpn接合構造の半導体発光素子でも同様である。また、積層される半導体層の材料も一例であって、その材料には限定されないが、チッ化ガリウム系化合物半導体の場合にその電気抵抗が大きいため、前述のエッチング端部とn側電極との平面形状における対向部を平行にする効果が大きい。
【0021】
【発明の効果】
本発明によれば、一対の両電極がLEDチップの一辺に沿って平行に設けられているため、回路基板などにボンディングをして自動機によりワイヤボンディングをする場合に、ボンディング位置の設定が一方向だけでよいため、入力ミスが少なくなり、またボンディング時の自動機の移動が一方向のみでよいため、無駄な動きがなく、高作業能率で、かつ、高歩留りで組立てをすることができる。
【0022】
さらに、p形層のエッチング端部とn側電極の対向部が等距離になるように形成されることにより、電流が部分的に集中しないため、部分的に半導体層が劣化して寿命を短くしたり、不良に至らしめることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の製法により得られる半導体発光素子のチップの断面および平面説明図である。
【図2】本発明のLEDチップが回路基板などにボンディングされてワイヤボンディングされるときの説明図である。
【図3】従来の半導体発光素子の一例の斜視説明図である。
【図4】従来のLEDチップのワイヤボンディングの説明図である。
【符号の説明】
1 基板
3 n形層
5 p形層
8 p側電極
9 n側電極
10 半導体積層部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device in which a semiconductor layer is laminated on a substrate, and both p-side and n-side electrodes are formed on the surface side of the laminated semiconductor layer. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device provided with electrodes so that it can be easily performed without fail when wire bonding is performed to both electrodes (pads).
[0002]
[Prior art]
For example, a blue semiconductor light-emitting element is formed of a gallium nitride compound semiconductor on an
[0003]
The
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when the two electrodes provided on the LED chip are provided along the diagonal direction, when the LED chip is bonded to the circuit board or the like, the wiring on the circuit board and one side of the LED chip are Because they are die-bonded to be parallel (or perpendicular), the two electrodes differ in both their x and y coordinates. Therefore, the coordinate input when wire bonding is performed must input the y coordinate for each of the two x coordinates. For this reason, there is a problem in that an input error is made between the p-side electrode and the n-side electrode, resulting in a bonding mistake. Furthermore, in order to wire bond one LED chip, the automatic wire bonding machine must be stopped by moving it to two places in the x-axis direction, and moving in the y direction each time for bonding. . As a result, there are problems that the efficiency of the automatic machine is lowered and the yield is lowered.
[0005]
The present invention was made in order to solve such a problem. When a pair of electrodes (pads) are provided on the same side of the substrate and wire bonding is performed on both electrodes (pads) by an automatic machine, It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor light emitting device having a position of an electrode (pad) that can be bonded efficiently with simple input data and without waste of movement of an automatic machine.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a rectangular substrate, a semiconductor stacked portion on which a gallium nitride compound semiconductor is stacked to form a light emitting layer on the substrate, and a surface of the semiconductor stacked portion. A current diffusion layer, a first electrode provided on the current diffusion layer and connected to a first conductivity type semiconductor layer on a surface side of the semiconductor multilayer portion, and a part of the semiconductor multilayer portion is etched. A light emitting element chip having a square planar shape is formed from the second electrode connected to the second conductive type semiconductor layer removed and exposed by the step, and the first and second electrodes are used for wire bonding. The electrode has a width for wire bonding, is formed in a planar or circular or square shape, and in the planar shape of the light-emitting element chip, at a position approximately the same distance from an edge of one side, and The first and second electrodes are respectively formed at two corners of a square shape, which are both ends of one side, and the light emitting element chip has two wirings formed in parallel between the wirings of the circuit board. The one side of the light emitting element chip is mounted so as to be orthogonal to the wiring, and the first and second electrodes are respectively connected to one and the other of the two wirings by wire bonding, and A method of manufacturing a semiconductor light emitting device in which the extending direction of the two wirings is set to the x-axis, and the first and second electrodes and the two wirings are bonded so that the positions where wire bonding is performed have the same x coordinate. Then, for the wire bonding of the first and second electrodes, wire bonding is performed without moving the bonding machine in the x-axis direction. It is characterized by a door.
[0007]
Here, the gallium nitride compound semiconductor is a compound in which a group III element Ga and a group V element N or a part of the group III element Ga is substituted with another group III element such as Al or In, and A semiconductor composed of a compound in which a part of N of the group V element is substituted with another group V element such as P or As. In addition, the first conductivity type and the second conductivity type mean that when one of the n-type and p-type semiconductor polarities is the first conductivity type, the other p-type or n-type is the second conductivity type. Means that. In addition, the electrode means an electrode part (electrode pad) formed so as to be capable of wire bonding. When one electrode is formed widely, a part of the electrode is along the one side together with the other electrode. Included.
[0008]
According to the present invention, by bonding the LED chip so that one side of the LED chip on which both electrodes are provided is perpendicular to the wiring of the circuit board, both electrodes have the same x coordinate when the wiring direction is the x axis. . Therefore, the input of the x coordinate is always constant, it is only necessary to input the y coordinate, there is no mistake, and the automatic machine does not need to move twice in the x direction.
[0009]
Etching of the semiconductor stacked portion and the first portion of the semiconductor stacked portion remaining without being removed by the etching so that the facing portions of the first conductivity type semiconductor layer and the second electrode in the planar shape are substantially equidistant . 2 is formed, the distance from the second conductivity type semiconductor layer directly below the etching end of the first conductivity type layer to the second electrode is the same everywhere, and spreads to the semiconductor layer of the first conductivity type. When the current flows to the second conductivity type semiconductor layer, the current does not concentrate on a part of the second conductivity type semiconductor layer and flows in a wide range, which is preferable.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional and plan view of a chip of a semiconductor light emitting device obtained by the manufacturing method of the present invention in which, for example, a gallium nitride compound semiconductor suitable for blue light emission is laminated.
[0011]
As shown in FIG. 1, for example, the semiconductor light emitting device obtained by the manufacturing method of the present invention has a semiconductor laminated
[0012]
In order to form the LED chip having such a shape, a semiconductor layer is stacked on the wafer of the
[0013]
In the example shown in FIG. 1, as shown in the plan view of FIG. 1B, a part of the semiconductor layer laminated to form the n-
[0014]
The semiconductor laminated
[0015]
In order to manufacture this semiconductor light emitting device, the reaction gas and the necessary dopant gas are introduced by, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD method), the n-
[0016]
Next, a resist film is provided on the surface, patterning is performed, and a part of the stacked semiconductor layers is removed by reactive ion etching using chlorine gas or the like as shown in FIG. At this time, as shown in FIG. 1B, in the case of forming the etching end portion 10a and the n-
[0017]
According to the onset bright, since the n-
[0018]
On the other hand, since the current flows from the p-
[0019]
In the present invention, as described above, since the pair of both electrodes of the LED chip are provided so as to be parallel along one side, an automatic machine is used when wire bonding is performed by die bonding to a circuit board or the like. The coordinate setting can be done in only one direction. Therefore, it is sufficient that both electrodes are provided in parallel along one side of the LED chip, and the shape of the LED chip may not be a quadrangle, but may be another shape such as a triangle. Further, the shape of the electrode (pad) is not limited to the example shown in FIG. 1 and may be other shapes such as a circular shape or a quadrangular shape. Furthermore, when at least one of the electrodes is provided widely, the x-axis direction is constant as described above if a part having a width for wire bonding is provided along one side of the LED chip together with the other electrode. Thus, by setting only the coordinate in the y-axis direction, wire bonding of both electrodes can be performed.
[0020]
Further, in the example shown in FIG. 1, a double heterojunction structure in which the active layer 4 is sandwiched between the n-
[0021]
【The invention's effect】
According to the present invention, since a pair of both electrodes are provided in parallel along one side of the LED chip, the bonding position is set when bonding to a circuit board or the like and wire bonding is performed by an automatic machine. Since only the direction is required, input errors are reduced, and since the automatic machine only needs to move in one direction during bonding, there is no wasteful movement, high work efficiency, and high yield. .
[0022]
Furthermore, since the etching end portion of the p-type layer and the facing portion of the n-side electrode are formed at the same distance, the current is not partially concentrated, so that the semiconductor layer is partially deteriorated and the life is shortened. And will not lead to defects.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional and plan view of a chip of a semiconductor light emitting device obtained by the production method of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram when the LED chip of the present invention is bonded to a circuit board or the like and wire-bonded.
FIG. 3 is an explanatory perspective view of an example of a conventional semiconductor light emitting element.
FIG. 4 is an explanatory diagram of wire bonding of a conventional LED chip.
[Explanation of symbols]
1 Substrate 3 n-type layer 5 p-type layer 8 p-side electrode 9 n-
Claims (2)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1122697A JP3974676B2 (en) | 1997-01-24 | 1997-01-24 | Manufacturing method of semiconductor light emitting device |
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