JP4031611B2

JP4031611B2 - Light emitting diode, lamp, and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4031611B2
Application number: JP2000220222A
Authority: JP
Inventors: 良一竹内; 亙鍋倉; 隆宇田川
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: JP2002043621A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体層の表面から均一に光を取り出すために電極構造を改良した発光ダイオードおよびその発光ダイオードを用いたランプとその製造方法に係わり、特に大型の発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発光ダイオードについて、光を主に取り出す半導体層の表面を正面から見た平面図を図５に示す。従来の発光ダイオードでは、図５に示すように光を主に取り出す表面（発光面）３９の中央部に、外部の導線との結線を行い、かつ半導体層とのオーミック接触を形成するための電極３８が形成されているのが一般的であった。なお、本明細書で発光面３９とは、図５で灰色で示す発光ダイオードの表面とその中央部に形成された電極３８の部分とを合わせた領域をいう。
【０００３】
しかし、発光面の最大幅が０．７ｍｍ以上で、特に発光面の面積が０．２５ｍｍ²以上である大型の発光ダイオードでは、発光面の面内の電極から離れた位置で、放出される発光の強度が低下する傾向があった。これは大型の発光ダイオードでは、電極が形成された半導体層内で電流が拡散により十分に広がらないため、電極から注入された発光ダイオードの駆動電流が発光面の外周まで均一に行き渡らないことによると考えられる。
このため大型の発光ダイオードでは、発光面内の発光強度の均一性が低下し、さらに発光面の周辺部で発光強度が低下することにより、発光ダイオード全体の輝度も低下するといった問題点があった。
【０００４】
上記の問題を解決し、発光面積が大きく発光強度が面内で均一な発光素子を作製するために、従来では発光面の面積が０．１ｍｍ²程度の個別に分離された発光ダイオードを複数個並列に並べ、個々の発光ダイオードにそれぞれ配線を施し同時に発光させることにより、発光面積が０．２５ｍｍ²以上の大型の発光ダイオードに相当する発光素子を作製していた。
【０００５】
また、別の方法として図３および図４に示すように、発光ダイオード用エピタキシャルウェーハから発光ダイオードを作製する際に、基板２１を所望の大きさにつながった形で切断し、さらに半導体層２３についてのみ発光面の面積がそれぞれ０．１ｍｍ²程度になるように、半導体層の表面から発光部２２を含む範囲に切り込み２９を入れて分離し、その分離された発光面ごとに電極２８を形成することにより、いわゆる発光ダイオードアレイの形の大型の発光素子を作製していた。ここで、図３は該発光ダイオードアレイの平面図であり、図４は該発光ダイオードアレイの線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。図３、図４に示す発光ダイオードアレイは、分離された発光面ごとに設けられた電極２８にそれぞれ配線を行い同時に発光させることにより、大型の発光素子として用いることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、大型の発光素子としては、上記のように複数の小型の発光ダイオードの集合体や同一基板上に発光部のみを分離して作製した発光ダイオードアレイが、用いられていた。しかしこれらの大型発光素子の場合、０．１ｍｍ²程度の大きさに分離された発光面に個々の電極を形成し、それらの電極にそれぞれ配線をする必要がある。ここで、個々の電極のサイズはワイヤボンドにより配線を行うため少なくとも直径１００μｍ程度が必要であるが、発光面の電極に覆われた部分からは光が取り出せないこと、また配線のための導線が発光面の上を通過するため導線が影となることにより、従来の大型の発光素子は発光強度が面内で不均一になったり輝度が低くなるといった問題点があった。また、個々の電極に対してそれぞれワイヤボンドにより配線を行う必要があるため、組み立てコストが高くなるという問題点もあった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑み提案されたもので、大型の発光素子の発光面内の発光強度の均一性を改善し、輝度を向上させ、さらにワイヤボンドによる配線の工数を減らして組み立てコストを小さくすることができる大型の発光ダイオードを提供することを目的とする。そして、その発光ダイオードを用いたランプとその製造方法も提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
（１）裏面に第１の電極が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に形成された、発光部を含む半導体層と、前記半導体層の光を取り出す表面（発光面）の一部に分配して形成され、その半導体層とオーミック接触をなす分配電極と、前記発光面と前記分配電極とを覆って形成され、その分配電極と導通する透明導電膜と、前記透明導電膜の表面の一部に形成され、その透明導電膜と導通する台座電極とを有し、前記発光面の最大幅が０．７ｍｍ以上である発光ダイオード。
（２）前記発光面の面積が０．２５ｍｍ²以上であることを特徴とする（１）に記載の発光ダイオード。
（３）前記分配電極が複数の電極からなり、該分配電極が発光面の面積０．１５ｍｍ²当たりに少なくとも１個以上存在するように配置されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の発光ダイオード。
（４）前記台座電極が、発光面の外周から０．３ｍｍ以内の部分に配置されていることを特徴とする（１）乃至（３）に記載の発光ダイオード。
（５）前記透明導電膜の比抵抗が、０．００５Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする（１）乃至（４）に記載の発光ダイオード。
（６）前記透明導電膜が、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなることを特徴とする（１）乃至（５）に記載の発光ダイオード。
（７）前記発光部が、ＡｌＧａＩｎＰからなることを特徴とする（１）乃至（６）に記載の発光ダイオード。
（８）前記発光部が、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法により形成されることを特徴とする（１）乃至（７）に記載の発光ダイオード。
である。
【０００９】
また本発明は、
（９）前記（１）乃至（８）に記載の発光ダイオードと、該発光ダイオードの第１の電極と導通する第１の導線と、該発光ダイオードの台座電極と導通する第２の導線とを備えたランプ。
（１０）前記台座電極と第２の導線との結線がワイヤボンドにより行われ、ワイヤボンドによる配線が１本であることを特徴とする（９）に記載のランプ。
（１１）前記台座電極と第２の導線との結線を、ワイヤボンドにより１本の配線で行うことを特徴とする（９）に記載のランプの製造方法。
である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明者らは先に、電極と半導体層との良好なオーミック接触を実現し、かつ発光ダイオードの駆動電流を発光部の全面に広げて半導体層の発光面から均一に発光を得ることが出来るようにすることを目的に、図１０、図１１に示す発光ダイオードを開発した。
【００１１】
本発明者らが開発した発光ダイオードは、図１１に断面図で示すように、裏面に第１の電極５が形成された半導体基板１と、前記半導体基板１上に形成された、発光部２を含む半導体層３と、前記半導体層３の発光面の一部に分配して形成され、その半導体層３とオーミック接触をなす分配電極７と、前記半導体層３の発光面と前記分配電極７とを覆って形成され、その分配電極７と導通する透明導電膜４と、前記透明導電膜４の表面の一部に形成され、その透明導電膜と導通する台座電極６とを有する発光ダイオード１０である。
【００１２】
また、図１１に示す発光ダイオード１０の一例を上から見た平面図を図１０に示す。図１０に示す発光ダイオードは、発光ダイオード１０の表面の中心に台座電極６が形成され、その外周部に分配電極７が形成されている。但し、台座電極６と分配電極７および半導体層表面との間には、半導体層３の表面と前記分配電極７とを覆って形成された透明導電膜４が介在している。
【００１３】
本発明者らは、上記の発光ダイオードに用いた技術を使うと、前述の問題を解決した大型の発光ダイオードを提供できることを見出し、本発明をなしたものである。
【００１４】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１および図２は本発明の発光ダイオードの概略構成を模式的に示す図で、図１はその平面図、図２は図１のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【００１５】
図１および図２に示す本発明の発光ダイオードは、裏面に第１の電極１５が形成された半導体基板１１と、前記半導体基板１１上に形成された、発光部１２を含む半導体層１３と、前記半導体層１３の光を取り出す表面（発光面）の一部に分配して形成され、その半導体層１３とオーミック接触をなす分配電極１７と、前記発光面と前記分配電極１７とを覆って形成され、その分配電極１７と導通する透明導電膜１４と、前記透明導電膜１４の表面の一部に形成され、その透明導電膜１４と導通する台座電極１６とを有する。さらに本発明の発光ダイオードは、前記発光面の最大幅（図１に示す発光面の場合は、発光面の対角線の長さ）が０．７ｍｍ以上である大型の発光ダイオードであることを特徴とする。また本発明は、半導体層１３の発光面の面積が０．２５ｍｍ²以上である場合に、従来の大型発光素子に比較して発光面内の発光強度の均一性を改善し、輝度を向上させる効果が特に顕著になる。
【００１６】
上記構成の発光ダイオードは、半導体層の表面の一部にオーミック接触をなす分配電極を設けることで、分配電極と半導体層との間の接合は良好なオーミック接触を保ってその間の電気抵抗は小さくなる。しかし、透明導電膜と半導体層との間の接合では十分なオーミック接触は得られないため、その間の電気抵抗は大きい。すなわち、透明導電膜と半導体層との間の電気抵抗に比べて、透明導電膜と分配電極および分配電極と半導体層との間の電気抵抗が大幅に小さいため、台座電極から供給される発光ダイオードの駆動電流は、その大部分がより電気抵抗の低い、台座電極→透明導電膜→分配電極→半導体層（発光部）の経路を流れる。したがって、発光面上での分配電極の平面的な配置に応じて、台座電極からの駆動電流を発光面の広い範囲に拡げることができる。
すなわち本発明の発光ダイオードでは、発光面の全面に駆動電流を広げるために発光面の外周部にも分配電極を配置するので、外周部の分配電極のまわりの発光部にも駆動電流が流れ、発光面の外周部でも従来の発光ダイオードに比較して均一に発光が起きる。
【００１７】
さらに、発光部からの発光は、発光面から透明導電膜を介して上方から取り出される。本発明の発光ダイオードでは分配電極は、図１に示すように半導体層の発光面の台座電極とは重ならない部分に配置するのが好ましく、さらに、台座電極と重なる部分には配置しないようにするのがより好ましい。上記のように分配電極を台座電極とは重ならないように配置すると、台座電極の直下方向での発光は発生せず、発光の大部分は台座電極に遮られることなく、上方から取り出すことができ、発光ダイオードの輝度を大幅に改善することができる。
【００１８】
本発明の透明導電膜と分配電極と台座電極からなる電極構造を用いると、駆動電流を半導体層表面の広い範囲に拡げることができるため、発光面の最大幅が０．７ｍｍ以上である発光ダイオードにおいて、特に発光面の面積が０．２５ｍｍ²以上である大型の発光ダイオードの場合に顕著に、従来の大型の発光ダイオードに比較して発光面を均一に発光させることができる。発光面の面積が０．２５ｍｍ²以上である大型の発光ダイオードとは、図１に示すように半導体層表面が正方形の発光ダイオードの場合、正方形の１辺が０．５ｍｍ以上であるものをいうが、その他の発光ダイオードであっても、半導体層の光を取り出す主な表面の面積が０．２５ｍｍ²以上となるものをいう。
【００１９】
本発明の発光ダイオードにおいては、金線などでワイヤボンドにより分配電極に配線する替わりに、透明導電膜により分配電極への電気伝導を確保する。従って分配電極にワイヤボンドによる配線を行う必要がないため、分配電極の面積は、台座電極の面積より小さくすることができる。さらに、配線のための導線が発光面の上を通過することで導線が影となることがない。その結果、従来の大型の発光素子に比べて外部に光を効率よく取り出せるため、輝度をより一層向上させることができ、発光強度の面内の均一性を改善することができる。また、ワイヤボンドによる配線の工程をなくして組み立てコストを小さくすることができる。
【００２０】
ここで、本発明の大型の発光ダイオードでは、効率良く電流を半導体層表面の広い範囲に拡げるためには、透明導電膜の比抵抗は０．００５Ω・ｃｍ以下とするのが好ましい。また透明導電膜は、良好な透光性を備えるものが好ましい。そのため透明導電膜の材料としては酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を用いるのが特に好ましい。また酸化亜鉛を用いることもできる。これらの透明導電膜を用いると、半導体層の表面から取り出された発光は、この透明導電膜を通過する間でもほとんど吸収されることがなく、効率よく透明導電膜から上方へ取り出すことができる。透明導電膜の厚さは、発光部からの発光の波長に応じ光学的に算出される最適膜厚に設定するのが望ましい。
【００２１】
また本発明においては、分配電極と半導体層との間をオーミック接触としたことにより、発光ダイオードに駆動電流を流した際の順方向電圧の上昇を抑制することが可能となるので、発光ダイオードの寿命特性が向上する。分配電極と半導体層との接触抵抗は、約５０Ω以下とするのが好ましい。分配電極と半導体層との接触抵抗は分配電極の面積によって変化し、分配電極の面積が小さすぎると接触抵抗が増大し順方向電圧（Ｖｆ）が大きくなる不都合が生じる。また分配電極の面積が大きすぎると、発光部からの発光が分配電極にさえぎられて外部に取り出せなくなり、輝度が低下する。また半導体層の最も表面側の層を、分配電極とのオーミック接触を形成しやすい半導体からなる層、いわゆるコンタクト層とすると、オーミック接触がより小さくなるため好ましい。
【００２２】
分配電極は、台座電極からの駆動電流を発光面の広い範囲に均一に拡げるために、半導体層の表面に均等に配置するのが好ましい。分配電極の形状は図１では円形とし、発光面上に分配電極を複数個設けたが、四角形等の多角形の分配電極を用いても良い。分配電極が独立した複数個の電極からなる場合、発光面の０．２ｍｍ²当たりに１個程度分配電極を配置するのでは、発光強度の均一性が不充分であり、少なくとも０．１５ｍｍ²当たりに１個以上の分配電極が配置されることが、発光面での発光強度の均一性を向上するために望ましい。また、放射状、ドーナッツ状、螺旋状、額縁状、格子状、あるいは枝状の独立していない分配電極を半導体層の表面に均等に配置しても良い。
【００２３】
また分配電極の材料には、半導体層の最も表面側の層がｐ型の場合はＡｕＺｎ合金やＡｕＢｅ合金等を、また半導体層の最も表面側の層がｎ型の場合はＡｕＧｅＮｉ合金やＡｕＳｉ合金等を用いることができる。
【００２４】
また台座電極は、発光ダイオードと外部の導線の接続のためにワイヤボンドを行うための電極であり、そのため０．０１ｍｍ²程度の面積が必要である。この台座電極の材質には、金やアルミニウムなどの金属を用いることができる。本発明の発光ダイオードにおいて、台座電極が発光面の中心にあると、台座電極と外部の導線を結ぶ配線が発光面の上を通り、発光面に対し影となり結果的に発光強度の均一性が低下する可能性がある。そこで台座電極は発光面の周辺部に配置する方が好ましく、発光面の外周から０．３ｍｍ以内の部分に配置すると特に配線の影の影響が少なくなり好ましい。
【００２５】
従来の発光ダイオードでは、台座電極から直下方向に流れる駆動電流に基づく発光は、台座電極で遮られて外部に取り出すことができなかった。このため、従来は台座電極と発光部との間に絶縁層や極性の異なる半導体層を設ける等で対策を施し、台座電極から直下方向へ駆動電流が流れるのを強制的に防ぐようにしていた。しかし本発明では、駆動電流を分配電極に分配して誘導することができ、したがって、絶縁層や極性の異なる半導体層を設けなくとも、より簡単な構成の下で、台座電極の直下方向に流れる駆動電流を少なくすることができる。
【００２６】
【実施例】
（実施例）
本実施例では、本発明に係わる発光ダイオードを作製した例を図１、図２を用いて具体的に説明する。図１および図２は、本実施例で作製した発光ダイオードを示した図で、図１はその平面図、図２は図１のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【００２７】
本実施例で作製した発光ダイオードは、発光部がＡｌＧａＩｎＰからなる赤橙色の発光を行う発光ダイオードである。この発光ダイオードでは、亜鉛（Ｚｎ）をドープしたｐ形の（００１）面を有するＧａＡｓ単結晶からなる半導体基板１１上に順次積層された、Ｚｎをドープしたｐ形のＧａＡｓからなる緩衝層１３１、Ｚｎをドープしたｐ形のＡｌＧａＡｓからなる光反射層１３２、Ｚｎをドープしたｐ形の（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる下部クラッド層１３３、アンドープの（Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる発光層１３４、および珪素（Ｓｉ）をドープしたｎ形の（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる上部クラッド層１３５から、半導体層１３が構成されている。また、この発光ダイオードの発光部１２は、下部クラッド層１３３、発光層１３４、上部クラッド層１３５から構成されている。
【００２８】
本実施例ではまず、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃）₃Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）およびトリメチルインジウム（（ＣＨ₃）₃Ｉｎ）をＩＩＩ族構成元素の原料に用いた減圧の有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法により、上記の半導体層１３を構成する各層を半導体基板１１上に積層し、エピタキシャルウェーハを形成した。Ｚｎのドーピング原料にはジエチル亜鉛（（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｚｎ）を使用した。Ｓｉのドーピング原料にはジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）を使用した。また、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ₃）またはアルシン（ＡｓＨ₃）を用いた。半導体層１３を構成する各層のＭＯＣＶＤ法における積層温度は７００℃に統一した。
【００２９】
緩衝層１３１のキャリア濃度は約５×１０¹⁸ｃｍ^-3、また、層厚は約０．５μｍとした。光反射層１３２はＡｌ混晶比の異なる２種類のＡｌＧａＡｓ薄膜を各１０層交互に積層し、キャリア濃度は約３×１０¹⁸ｃｍ^-3、層厚は合計で約０．８μｍとした。下部クラッド層１３３のキャリア濃度は約４×１０¹⁷ｃｍ^-3、また、層厚は約１μｍとした。発光層１３４の層厚は約０．５μｍとし、キャリア濃度は約５×１０¹⁶ｃｍ^-3とした。上部クラッド層１３５のキャリア濃度は約２×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、また、層厚は約４μｍとした。
【００３０】
半導体層１３の各層をＭＯＣＶＤ法で積層してエピタキシャルウェーハを作製した後、半導体基板１１の裏面に第１の電極１５として、金・亜鉛（ＡｕＺｎ）合金からなるｐ形オーミック電極を厚さが１μｍとなるように真空蒸着法により形成した。
【００３１】
また、半導体層１３の発光面に分配電極１７を形成するために、先ず膜厚を約５０ｎｍとするＡｕ９３重量％とＧｅ７重量％の合金からなる金・ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）合金膜を、上部クラッド層１３５の表面の全面に、一般的な真空蒸着法により一旦被着させた。続けて、その金・ゲルマニウム合金膜の表面上に、膜厚を約５０ｎｍとする金（Ａｕ）膜を被着させた。次に、金・ゲルマニウム合金膜と金膜とからなる２層構造の重層膜が分配電極１７の形になるように、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを施し、直径を約３０μｍとする円形の分配電極１７を形成した。この金・ゲルマニウム合金膜と金膜とからなる２層構造の分配電極１７は、図１に示すように、台座電極１６の直下領域を除く半導体層１３の発光面上に合計８個、均等に配置した。最も近接した分配電極１７の中心間の距離Ｌは０．２５ｍｍとした。次に上記の分配電極１７を形成した後、アルゴン（Ａｒ）気流中において４２０℃で１５分間の合金化熱処理を施し、分配電極１７と上部クラッド層１３５とのオーミック接触を形成した。
【００３２】
次に、上部クラッド層１３５の発光面と分配電極１７とを覆って、一般のマグネトロンスパッタリング法により、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなる透明導電膜１４を半導体層１３上に被着させた。透明導電膜１４の比抵抗は約２×１０^-4Ω・ｃｍであり、この実施例の発光ダイオードの発光波長の光に対する透過率は９４％であった。またこの透明導電膜１４の膜厚は約３００ｎｍとした。一般的なＸ線回折分析法により、透明導電膜１４を形成するＩＴＯは＜０００１＞方向（Ｃ軸）に優先的に配向した多結晶膜であることが分かった。
【００３３】
次に、透明導電膜１４の全面に、一般的なフォトレジスト材料を塗布した後、台座電極１６を設けるべき領域を、公知のフォトリソグラフィー技術を利用してパターニングした。その後、パターニングされたレジスト材料を残置させたままで、全面に金（Ａｕ）膜を真空蒸着法により被着させた。金（Ａｕ）膜の厚さは約１２００ｎｍとした。その後、レジスト材料を剥離するに併せて、周知のリフト−オフ手段により、台座電極１６の形成予定領域に限定して上記の金膜を残留させた。これにより、透明導電膜１４上に直径を約１１０μｍとする円形の金からなる台座電極１６を形成した。台座電極１６の位置は、図１に示すように発光面上に３×３個配列した分配電極１７のうちの隅のひとつを置換した位置とした。この台座電極１６は、中心が発光面の外周から０．１５ｍｍの位置になるように（すなわち台座電極が発光面の外周から０．３ｍｍ以内の部分に入るように）配置されている。
【００３４】
上記のようにして第１の電極１５および分配電極１７、透明導電膜１４、台座電極１６を形成したエピタキシャルウェーハを、通常のスクライブ法により正方形に裁断して個別に分離し、発光ダイオードとなした。発光ダイオードの発光面の形状は図１に示すように一辺を０．８ｍｍとする正方形であり、この発光ダイオードの発光面の面積は０．６４ｍｍ²となった。
【００３５】
さらに、上記の実施例で作製した発光ダイオードを用いてランプを組み立てた例を、図８および図９を用いて説明する。図８はランプの平面図、図９は図８のランプの断面図である。
【００３６】
図８および図９のランプは、次のようにして作製した。まず、作製した発光ダイオード４２の半導体基板側を基板４５に形成された第１の導線４４上に導電性ペースト４３を用い接着し、第１の導線４４と発光ダイオード４２の第１の電極とを導通させた。次に１本の金線４６を用いたワイヤボンドにより、発光ダイオード４２の台座電極と第２の導線４７との間を配線し導通させた。その後、透明なエポキシ樹脂４１で全体を封止し、ランプを作製した。
【００３７】
上記のようにして作製したランプの第１の導線と第２の導線の間に順方向に駆動電流を通流したところ、発光ダイオード４２の発光面から透明導電膜を介して、波長を約６２０ｎｍとする赤橙色の光が出射された。また、その発光スペクトルの半値幅は分光器により測定した結果約２０ｎｍであり、単色性に優れる発光が得られていた。２０ｍＡの順方向電流を通流した際の順方向電圧（Ｖ_f）は、本発明の発光ダイオードの各分配電極の良好なオーミック特性を反映し、約２．１Ｖとなった。
【００３８】
さらに本実施例の発光ダイオードについて、図１に示す発光面内のＸ−Ｘ線上の発光強度の分布を測定した結果を図７に示した。オーミック性の分配電極１７を発光面に均等に配置した効果により、発光面の外周の領域においても均一な発光が認められ、発光面の面積が０．６４ｍｍ²の発光ダイオードであっても発光面内で均一な発光が得られているのが分る。また、２０ｍＡの順方向電流を通流した際の本発明の発光ダイオードの輝度は、１０２ｍｃｄであった。このように本実施例により、発光強度の均一性および輝度に優れた発光ダイオードが得られた。
【００３９】
なお、本実施例ではｐ型の半導体基板を用いて発光ダイオードを作製したが、ｎ型の半導体基板を用いて作製した発光ダイオードでも本発明の効果が得られる。また、本発明の発光ダイオードの発光部の材質にはＡｌＧａＩｎＰを用いたが、発光部の材料を変えても本発明の効果が得られる。特にＭＯＣＶＤ法で半導体層が積層されるような半導体層の厚さが薄い発光ダイオード、例えば発光部がＡｌＧａＩｎＰあるいはＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ等からなる発光ダイオードにおいては、本発明の効果が特に大きい。また、本発明の発光ダイオードを用いて作製するランプがいわゆる砲弾型のランプの場合でも、同様の効果が得られる。
【００４０】
（比較例１）
本比較例１では、上記の実施例と同じ構造の半導体層を形成したエピタキシャルウェーハを用いて、発光面積が実施例とほぼ同じ大きさの発光ダイオードアレイを作製した。本比較例１で作製した発光ダイオードアレイを図３、４に示す。図３は本比較例１で作製した発光ダイオードアレイの平面図、図４は図３のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。図３、４で符号２１、２２、２３、２５、２３１、２３２、２３３、２３４、２３５で示した部分は、図１、２の符号１１、１２、１３、１５、１３１、１３２、１３３、１３４、１３５で示した部分と対応する。
【００４１】
本比較例１の発光ダイオードアレイでは、半導体層２３の上に形成する電極の構造を実施例の発光ダイオードの場合とは異なるものとした。すなわち、本比較例１の発光ダイオードアレイでは、まず上部クラッド層２３５の表面に、厚さ５０ｎｍの金・ゲルマニウム合金を下層とし、厚さ８５０ｎｍの金を上層とする、直径が約１１０μｍの円形のオーミック性の電極２８を形成した。電極２８は近接する相互の中心の距離を４００μｍとし等間隔に半導体層２３の発光面上に配置した。なお、半導体基板２１側に形成する第１の電極２５は実施例と同じものにした。
その後ダイシング法により、近接する電極２８の中間に、半導体層２３の表面から発光部を含む深さ１５μｍの範囲に切り込み２９を入れて発光面を分離し、さらにエッチングによりダイシングの切り込み２９に沿う破砕層を除去した。切り込み２９により分離された個々の発光面は、図３に示すように一辺が約４００μｍの正方形とした。
【００４２】
その後、上記のエピタキシャルウェーハを、通常のスクライブ法により裁断して個別の発光ダイオードアレイに分離した。本比較例１の発光ダイオードアレイは、図３に示すように切り込み２９により分離された発光面を４個まとめて正方形としたものである。この発光ダイオードアレイでは、４個の発光面は半導体基板２１の部分ではつながっていて、一辺の長さは０．８ｍｍ、発光面積はおよそ０．６４ｍｍ²である。
【００４３】
その後実施例と同様にして、この発光ダイオードアレイを用いてランプを組み立てた。本比較例１の発光ダイオードアレイは、分離された４個の発光面にそれぞれ電極２８がある為、それぞれの電極２８に１本ずつ計４本の金線でワイヤボンドにより配線を行い、電極２８と第２の導線とを結線した。第１の電極２５と第１の導線との接続や透明なエポキシ樹脂での封止等は実施例と同様に行い、本比較例１の発光ダイオードアレイを用いたランプを作製した。
【００４４】
このランプの第１の導線と第２の導線との間に順方向に駆動電流を流したところ、２０ｍＡ通電時の順方向電圧が約２．２Ｖであり、実施例とほぼ同等であった。また、本比較例１の発光ダイオードアレイの発光面内での発光強度の分布を図３のＸ−Ｘ線上で測定した結果を図７に示す。本比較例１の発光ダイオードアレイでは、実施例の発光ダイオードに比較し発光面の周縁部の発光強度が低下する傾向があり、また発光ダイオードアレイの上部の電極２８に配線された金線の影響によって、発光強度の面内分布に不均一を生じていた。また、２０ｍＡの順方向電流を通流した際の本比較例１の発光ダイオードアレイの輝度は８３ｍｃｄであり、実施例と比較し低かった。
【００４５】
（比較例２）
本比較例２では、上記の実施例と同じ構造の半導体層を形成したエピタキシャルウェーハを用いて、発光面積が実施例とほぼ同じ大きさで従来の電極構造を有する発光ダイオードを作製した。本比較例２で作製した発光ダイオードを図５、６に示す。図５は本比較例２で作製した発光ダイオードの平面図、図６は図５のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。図５、図６で符号３１、３２、３３、３５、３３１、３３２、３３３、３３４、３３５で示した部分は、図１、２の符号１１、１２、１３、１５、１３１、１３２、１３３、１３４、１３５で示した部分と対応する。
【００４６】
本比較例２では、半導体層３３の発光面３９に形成する電極の構造を前記の実施例と異なるものとした。すなわち、本比較例２では発光面３９の中心に厚さ５０ｎｍの金・ゲルマニウム合金を下層とし、厚さ８５０ｎｍの金を上層とする、直径が約１１０μｍの円形のオーミック性の電極３８を１つ形成した。
その他は実施例と同様にしたエピタキシャルウェーハを、通常のスクライブ法により発光面が正方形になるように裁断して個別に分離し、発光ダイオードとなした。この比較例２の発光ダイオードの発光面の一辺の長さは０．８ｍｍ、発光面積は０．６４ｍｍ²とした。
【００４７】
この発光ダイオードを用いて、実施例と同様にしてランプを作製した。発光ダイオードの電極３８と第２の導線との間は、１本の金線を用いたワイヤボンドにより配線し導通させた。そして、第１の導線と第２の導線との間に順方向の駆動電流を流したところ、２０ｍＡ通電時の順方向電圧が、２．２Ｖであった。また、本比較例２の発光ダイオードの発光面内での発光強度の分布を、図５のＸ−Ｘ線上で測定した結果を図７に示す。実施例に比較し、発光強度の面内分布に不均一を生じており、発光面の外周の領域において発光強度が低下している。これは、電極３８からの駆動電流の拡散が半導体層３３内で不充分で、発光層３２へ流れる電流が発光面内で不均一となるためと考えられる。２０ｍＡの順方向電流を通流した際の本比較例２の発光ダイオードの輝度は６０ｍｃｄであり、実施例と比較して低かった。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の発光ダイオードでは、半導体層の発光面の一部に分配電極を設けることで、発光部での発光を分配電極の周辺で行わせることができる。そのため、発光面の最大幅が０．７ｍｍ以上で、特に発光面の面積が０．２５ｍｍ²以上である大型の発光ダイオードであっても、駆動電流を分配電極の平面的な配置に応じて発光面の広い範囲に拡げることができ、発光面内で均一な発光が得られる。
【００４９】
また、本発明の発光ダイオードにおいては、ワイヤボンドによる電極への配線の替わりに、透明導電膜により分配電極への電気伝導を確保する。従って分配電極にワイヤボンドによる配線を行う必要がないため、分配電極の面積は、台座電極の面積より小さくすることができ、従来の発光ダイオードに比べて、より一層良好な効率で外部に光を取り出すことができる。さらに、配線のための導線が発光面の上を通過して導線が影となることがなく、輝度を高くすることができる。また、発光ダイオードを用いてランプを作製する際に、ワイヤボンドによる配線数を少なくでき、組み立てコストを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係わる発光ダイオードの平面図である。
【図２】本発明の実施例に係わる発光ダイオードの図１のＩ−Ｉ線に沿った断面を示す図である。
【図３】比較例１に係わる発光ダイオードアレイの平面図である。
【図４】比較例１に係わる発光ダイオードアレイの図３のＩ−Ｉ線に沿った断面を示す図である。
【図５】比較例２に係わる発光ダイオードの平面図である。
【図６】比較例２に係わる発光ダイオードの図５のＩ−Ｉ線に沿った断面を示す図である。
【図７】実施例、比較例１、比較例２の発光ダイオード（アレイ）の発光面内の発光強度分布を示す図である。
【図８】本発明の実施例に係わる発光ダイオードを用いたランプの平面図である。
【図９】図８に示すランプの断面図である。
【図１０】本発明者らが別に開発した発光ダイオードの平面図である。
【図１１】本発明者らが別に開発した発光ダイオードの断面図である。
【符号の説明】
１、１１、２１、３１半導体基板
２、１２、２２、３２発光部
３、１３、２３、３３半導体層
４、１４透明導電膜
５、１５、２５、３５第１の電極
６、１６台座電極
７、１７分配電極
１０発光ダイオード
１３１、２３１、３３１緩衝層
１３２、２３２、３３２光反射層
１３３、２３３、３３３下部クラッド層
１３４、２３４、３３４発光層
１３５、２３５、３３５上部クラッド層
２８、３８電極
２９切り込み
３９発光面
４１エポキシ樹脂
４２発光ダイオード
４３導電性ペースト
４４第１の導線
４５基板
４６金線
４７第２の導線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light emitting diode having an improved electrode structure for uniformly extracting light from the surface of a semiconductor layer, a lamp using the light emitting diode, and a method for manufacturing the same, and particularly to a large light emitting diode.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 is a plan view of a conventional light-emitting diode as seen from the front surface of a semiconductor layer from which light is mainly extracted. In the conventional light emitting diode, as shown in FIG. 5, an electrode for connecting to an external conductor and forming an ohmic contact with a semiconductor layer at the center of a surface (light emitting surface) 39 from which light is mainly extracted. In general, 38 was formed. In the present specification, the light emitting surface 39 refers to a region where the surface of the light emitting diode shown in gray in FIG. 5 and the portion of the electrode 38 formed at the center thereof are combined.
[0003]
However, the maximum width of the light emitting surface is 0.7 mm or more, especially the area of the light emitting surface is 0.25 mm. ² In the large light-emitting diode described above, the intensity of emitted light tends to decrease at a position away from the electrode in the plane of the light-emitting surface. This is because, in a large light emitting diode, the current does not spread sufficiently due to diffusion in the semiconductor layer where the electrode is formed, so that the driving current of the light emitting diode injected from the electrode does not spread uniformly to the outer periphery of the light emitting surface. Conceivable.
For this reason, the large light-emitting diode has a problem that the uniformity of the light emission intensity in the light-emitting surface is lowered, and further, the luminance of the light-emitting diode is lowered at the periphery of the light-emitting surface, thereby reducing the brightness of the entire light-emitting diode. .
[0004]
In order to solve the above problems and to produce a light emitting element having a large light emitting area and a uniform light emission intensity in the surface, the area of the light emitting surface is conventionally 0.1 mm. ² The light emitting area is 0.25 mm by arranging a plurality of individually separated light emitting diodes in parallel, wiring each light emitting diode and emitting light simultaneously. ² A light emitting element corresponding to the above large light emitting diode was manufactured.
[0005]
As another method, as shown in FIGS. 3 and 4, when a light emitting diode is manufactured from an epitaxial wafer for light emitting diodes, the substrate 21 is cut into a desired size, and the semiconductor layer 23 is further cut. Only the area of the light emitting surface is 0.1mm respectively ² In order to achieve a large degree, a notch 29 is cut and separated from the surface of the semiconductor layer in a range including the light emitting portion 22, and an electrode 28 is formed for each of the separated light emitting surfaces. The light emitting element was manufactured. Here, FIG. 3 is a plan view of the light-emitting diode array, and FIG. 4 is a cross-sectional view along the line II of the light-emitting diode array. The light-emitting diode arrays shown in FIGS. 3 and 4 can be used as a large light-emitting element by wiring each electrode 28 provided for each separated light-emitting surface to emit light simultaneously.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, as a large-sized light emitting element, an assembly of a plurality of small light emitting diodes or a light emitting diode array produced by separating only a light emitting portion on the same substrate as described above has been used. However, in the case of these large light emitting elements, 0.1 mm ² It is necessary to form individual electrodes on the light emitting surfaces separated to a certain size and to wire the electrodes. Here, the size of each electrode is required to be at least about 100 μm in diameter because wiring is performed by wire bonding. However, light cannot be extracted from the portion covered with the electrode on the light emitting surface, and a conductor for wiring is not provided. Since the conductive wire is shaded because it passes over the light emitting surface, the conventional large light emitting device has a problem in that the light emission intensity is not uniform in the surface and the luminance is low. Moreover, since it is necessary to wire each electrode by wire bonding, there is a problem that the assembly cost is increased.
[0007]
The present invention has been proposed in view of the above problems, and improves the uniformity of the light emission intensity within the light emitting surface of a large light emitting element, improves the brightness, and further reduces the number of man-hours for wiring by wire bonding. An object of the present invention is to provide a large light emitting diode capable of reducing the cost. And the lamp using the light emitting diode and its manufacturing method are also provided.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention
(1) A semiconductor substrate having a first electrode formed on the back surface, a semiconductor layer including a light emitting portion formed on the semiconductor substrate, and a part of a surface (light emitting surface) for extracting light of the semiconductor layer A distribution electrode formed in a distributed manner and in ohmic contact with the semiconductor layer; a transparent conductive film formed over the light emitting surface and the distribution electrode; and electrically connected to the distribution electrode; and a surface of the transparent conductive film A light emitting diode having a pedestal electrode formed in part and electrically connected to the transparent conductive film, wherein the maximum width of the light emitting surface is 0.7 mm or more.
(2) The area of the light emitting surface is 0.25 mm ² The light-emitting diode according to (1), which is as described above.
(3) The distribution electrode is composed of a plurality of electrodes, and the distribution electrode has a light emitting surface area of 0.15 mm. ² The light-emitting diode according to (1) or (2), wherein the light-emitting diode is arranged so that at least one is present per unit.
(4) The light emitting diode according to any one of (1) to (3), wherein the pedestal electrode is disposed in a portion within 0.3 mm from the outer periphery of the light emitting surface.
(5) The light-emitting diode according to any one of (1) to (4), wherein the transparent conductive film has a specific resistance of 0.005 Ω · cm or less.
(6) The light-emitting diode according to any one of (1) to (5), wherein the transparent conductive film is made of indium tin oxide (ITO).
(7) The light emitting diode according to any one of (1) to (6), wherein the light emitting section is made of AlGaInP.
(8) The light emitting diode according to any one of (1) to (7), wherein the light emitting portion is formed by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.
It is.
[0009]
The present invention also provides
(9) The light-emitting diode according to (1) to (8), a first conductive wire that is electrically connected to the first electrode of the light-emitting diode, and a second conductive wire that is electrically connected to the base electrode of the light-emitting diode. Provided lamp.
(10) The lamp according to (9), wherein the connection between the pedestal electrode and the second conductive wire is performed by wire bonding, and the number of wires by wire bonding is one.
(11) The lamp manufacturing method according to (9), wherein the connection between the pedestal electrode and the second conducting wire is performed by one wire by wire bonding.
It is.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present inventors can achieve good ohmic contact between the electrode and the semiconductor layer first, and can uniformly emit light from the light emitting surface of the semiconductor layer by spreading the driving current of the light emitting diode over the entire surface of the light emitting portion. The light emitting diode shown in FIG. 10 and FIG. 11 was developed for the purpose of doing so.
[0011]
The light-emitting diode developed by the present inventors includes a semiconductor substrate 1 having a first electrode 5 formed on the back surface and a light-emitting portion 2 formed on the semiconductor substrate 1, as shown in a cross-sectional view in FIG. A semiconductor layer 3 including a distribution electrode 7 distributed over a part of the light emitting surface of the semiconductor layer 3 and in ohmic contact with the semiconductor layer 3, and the light emitting surface of the semiconductor layer 3 and the distribution electrode 7 A transparent conductive film 4 that is electrically connected to the distribution electrode 7 and a base electrode 6 that is formed on a part of the surface of the transparent conductive film 4 and is electrically connected to the transparent conductive film. It is.
[0012]
FIG. 10 is a plan view of an example of the light emitting diode 10 shown in FIG. 11 viewed from above. In the light emitting diode shown in FIG. 10, a base electrode 6 is formed at the center of the surface of the light emitting diode 10, and a distribution electrode 7 is formed on the outer periphery thereof. However, the transparent conductive film 4 formed so as to cover the surface of the semiconductor layer 3 and the distribution electrode 7 is interposed between the base electrode 6 and the distribution electrode 7 and the surface of the semiconductor layer.
[0013]
The inventors of the present invention have found that a large light-emitting diode that solves the above-described problems can be provided by using the technique used in the above-described light-emitting diode, and thus the present invention has been made.
[0014]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 and 2 are diagrams schematically showing a schematic configuration of a light-emitting diode according to the present invention, FIG. 1 is a plan view thereof, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a line II in FIG.
[0015]
The light emitting diode of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 includes a semiconductor substrate 11 having a first electrode 15 formed on the back surface, a semiconductor layer 13 including a light emitting portion 12 formed on the semiconductor substrate 11, The semiconductor layer 13 is formed so as to be distributed on a part of the surface (light emitting surface) from which light is extracted, and is formed to cover the semiconductor layer 13 and ohmic contact with the semiconductor layer 13, and the light emitting surface and the distribution electrode 17. The transparent conductive film 14 is electrically connected to the distribution electrode 17, and the pedestal electrode 16 is formed on a part of the surface of the transparent conductive film 14 and is electrically connected to the transparent conductive film 14. Furthermore, the light emitting diode of the present invention is a large light emitting diode having a maximum width of the light emitting surface (in the case of the light emitting surface shown in FIG. 1, the length of the diagonal line of the light emitting surface) is 0.7 mm or more. To do. In the present invention, the area of the light emitting surface of the semiconductor layer 13 is 0.25 mm. ² In the case described above, the effect of improving the uniformity of the light emission intensity in the light emitting surface and improving the luminance is particularly remarkable as compared with the conventional large light emitting element.
[0016]
The light-emitting diode having the above configuration is provided with a distribution electrode that makes ohmic contact with a part of the surface of the semiconductor layer, so that the junction between the distribution electrode and the semiconductor layer maintains good ohmic contact and the electrical resistance therebetween is small. Become. However, since sufficient ohmic contact cannot be obtained at the junction between the transparent conductive film and the semiconductor layer, the electrical resistance therebetween is large. That is, since the electrical resistance between the transparent conductive film and the distribution electrode and between the distribution electrode and the semiconductor layer is significantly smaller than the electrical resistance between the transparent conductive film and the semiconductor layer, the light emitting diode supplied from the pedestal electrode Most of the drive current flows through the path of the base electrode → transparent conductive film → distribution electrode → semiconductor layer (light emitting portion), which has a lower electrical resistance. Therefore, the drive current from the pedestal electrode can be spread over a wide range of the light emitting surface in accordance with the planar arrangement of the distribution electrode on the light emitting surface.
That is, in the light emitting diode of the present invention, since the distribution electrode is arranged also on the outer peripheral portion of the light emitting surface in order to spread the driving current over the entire light emitting surface, the driving current flows also in the light emitting portion around the distribution electrode on the outer peripheral portion, Even in the outer peripheral portion of the light emitting surface, light emission occurs uniformly as compared with the conventional light emitting diode.
[0017]
Furthermore, the light emitted from the light emitting part is extracted from above through the transparent conductive film from the light emitting surface. In the light emitting diode of the present invention, the distribution electrode is preferably disposed in a portion that does not overlap the pedestal electrode of the light emitting surface of the semiconductor layer as shown in FIG. 1, and is not disposed in a portion that overlaps the pedestal electrode. Is more preferable. If the distribution electrode is arranged so as not to overlap the pedestal electrode as described above, light emission in the direction directly below the pedestal electrode does not occur, and most of the light emission can be taken out from above without being blocked by the pedestal electrode. The luminance of the light emitting diode can be greatly improved.
[0018]
When the electrode structure comprising the transparent conductive film, the distribution electrode, and the pedestal electrode of the present invention is used, the drive current can be spread over a wide range of the semiconductor layer surface, and thus the light emitting diode having a maximum emission surface width of 0.7 mm or more In particular, the area of the light emitting surface is 0.25 mm ² In the case of the large light emitting diode as described above, the light emitting surface can emit light uniformly as compared with the conventional large light emitting diode. The area of the light emitting surface is 0.25mm ² The large light-emitting diode described above is a light-emitting diode whose semiconductor layer surface is square as shown in FIG. 1, which means that one side of the square is 0.5 mm or more. However, the area of the main surface for extracting light from the semiconductor layer is 0.25 mm ² It means the above.
[0019]
In the light emitting diode of the present invention, instead of wiring to the distribution electrode by wire bonding with a gold wire or the like, electrical conduction to the distribution electrode is ensured by a transparent conductive film. Therefore, since it is not necessary to perform wiring by wire bonding on the distribution electrode, the area of the distribution electrode can be made smaller than the area of the base electrode. Furthermore, the lead wire does not become a shadow when the lead wire for wiring passes over the light emitting surface. As a result, since light can be efficiently extracted to the outside as compared with a conventional large light emitting element, luminance can be further improved, and in-plane uniformity of light emission intensity can be improved. Further, the assembly cost can be reduced by eliminating the wiring process by wire bonding.
[0020]
Here, in the large light emitting diode of the present invention, the specific resistance of the transparent conductive film is preferably 0.005 Ω · cm or less in order to efficiently spread the current over a wide range of the surface of the semiconductor layer. In addition, the transparent conductive film is preferably provided with good translucency. Therefore, it is particularly preferable to use indium tin oxide (ITO) as a material for the transparent conductive film. Zinc oxide can also be used. When these transparent conductive films are used, light emitted from the surface of the semiconductor layer is hardly absorbed even when passing through the transparent conductive film, and can be efficiently extracted upward from the transparent conductive film. The thickness of the transparent conductive film is desirably set to an optimum film thickness that is optically calculated according to the wavelength of light emitted from the light emitting portion.
[0021]
In the present invention, the ohmic contact between the distribution electrode and the semiconductor layer makes it possible to suppress an increase in forward voltage when a drive current is passed through the light emitting diode. Life characteristics are improved. The contact resistance between the distribution electrode and the semiconductor layer is preferably about 50Ω or less. The contact resistance between the distribution electrode and the semiconductor layer varies depending on the area of the distribution electrode. If the area of the distribution electrode is too small, the contact resistance increases and the forward voltage (Vf) increases. On the other hand, if the area of the distribution electrode is too large, the light emitted from the light emitting portion is blocked by the distribution electrode and cannot be taken out to the outside, resulting in a decrease in luminance. In addition, it is preferable that the layer on the most surface side of the semiconductor layer is a layer made of a semiconductor that can easily form an ohmic contact with the distribution electrode, that is, a so-called contact layer, because the ohmic contact becomes smaller.
[0022]
The distribution electrode is preferably arranged uniformly on the surface of the semiconductor layer in order to spread the drive current from the pedestal electrode uniformly over a wide range of the light emitting surface. The shape of the distribution electrode is circular in FIG. 1 and a plurality of distribution electrodes are provided on the light emitting surface. However, a polygonal distribution electrode such as a square may be used. When the distribution electrode consists of a plurality of independent electrodes, 0.2 mm of the light emitting surface ² If about one distribution electrode is arranged per hit, the uniformity of the light emission intensity is insufficient, at least 0.15 mm ² It is desirable to arrange one or more distribution electrodes per unit in order to improve the uniformity of the light emission intensity on the light emitting surface. Further, radial, donut-shaped, spiral, frame-shaped, grid-shaped, or branch-shaped independent distribution electrodes may be evenly arranged on the surface of the semiconductor layer.
[0023]
The material of the distribution electrode is AuZn alloy, AuBe alloy or the like when the surface layer of the semiconductor layer is p-type, and AuGeNi alloy or AuSi alloy when the surface layer of the semiconductor layer is n-type. Etc. can be used.
[0024]
The pedestal electrode is an electrode for performing a wire bond for connecting the light emitting diode and an external conductive wire. ² A certain area is required. A metal such as gold or aluminum can be used as the material of the base electrode. In the light emitting diode of the present invention, when the pedestal electrode is at the center of the light emitting surface, the wiring connecting the pedestal electrode and the external conductor passes over the light emitting surface and becomes a shadow on the light emitting surface, resulting in uniformity of the light emission intensity. May be reduced. Therefore, it is preferable to dispose the pedestal electrode in the periphery of the light emitting surface, and it is particularly preferable to dispose the pedestal electrode in a portion within 0.3 mm from the outer periphery of the light emitting surface because the influence of the shadow of the wiring is reduced.
[0025]
In the conventional light emitting diode, the light emission based on the drive current flowing in the downward direction from the pedestal electrode is blocked by the pedestal electrode and cannot be extracted outside. For this reason, conventionally, measures have been taken such as providing an insulating layer or a semiconductor layer having a different polarity between the pedestal electrode and the light emitting portion, and forcibly preventing the drive current from flowing directly from the pedestal electrode. . However, in the present invention, the drive current can be induced by being distributed to the distribution electrode, and therefore, it flows in the direction directly below the pedestal electrode with a simpler configuration without providing an insulating layer or a semiconductor layer having a different polarity. The drive current can be reduced.
[0026]
【Example】
(Example)
In this embodiment, an example of manufacturing a light emitting diode according to the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 1 and 2 are views showing a light-emitting diode manufactured in this example. FIG. 1 is a plan view of the light-emitting diode, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a line II in FIG.
[0027]
The light-emitting diode manufactured in this example is a light-emitting diode that emits red-orange light whose light-emitting portion is made of AlGaInP. In this light emitting diode, a buffer layer 131 made of Zn-doped p-type GaAs, which is sequentially stacked on a semiconductor substrate 11 made of GaAs single crystal having a p-type (001) surface doped with zinc (Zn), Light reflecting layer 132 made of Zn-doped p-type AlGaAs, Zn-doped p-type (Al _0.7 Ga _0.3 ) _0.5 In _0.5 Lower cladding layer 133 made of P, undoped (Al _0.2 Ga _0.8 ) _0.5 In _0.5 Light emitting layer 134 made of P, and n-type (Al) doped with silicon (Si) _0.7 Ga _0.3 ) _0.5 In _0.5 The semiconductor layer 13 is composed of an upper clad layer 135 made of P. The light emitting portion 12 of the light emitting diode includes a lower cladding layer 133, a light emitting layer 134, and an upper cladding layer 135.
[0028]
In this example, first, trimethylaluminum ((CH _Three ) _Three Al), trimethylgallium ((CH _Three ) _Three Ga) and trimethylindium ((CH _Three ) _Three Each layer constituting the semiconductor layer 13 was laminated on the semiconductor substrate 11 by a low pressure metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method using In) as a group III constituent element material to form an epitaxial wafer. Diethyl zinc ((C ₂ H _Five ) ₂ Zn) was used. Disilane (Si ₂ H ₆ )It was used. In addition, as a raw material for Group V constituent elements, phosphine (PH _Three ) Or arsine (AsH) _Three ) Was used. The lamination temperature in the MOCVD method of each layer constituting the semiconductor layer 13 was unified at 700 ° C.
[0029]
The carrier concentration of the buffer layer 131 is about 5 × 10. ¹⁸ cm ^-3 The layer thickness was about 0.5 μm. The light reflecting layer 132 is formed by alternately laminating two types of AlGaAs thin films having different Al mixed crystal ratios, each having a carrier concentration of about 3 × 10. ¹⁸ cm ^-3 The total layer thickness was about 0.8 μm. The carrier concentration of the lower cladding layer 133 is about 4 × 10 ¹⁷ cm ^-3 The layer thickness was about 1 μm. The thickness of the light emitting layer 134 is about 0.5 μm, and the carrier concentration is about 5 × 10. ¹⁶ cm ^-3 It was. The carrier concentration of the upper cladding layer 135 is about 2 × 10 ¹⁸ cm ^-3 The layer thickness was about 4 μm.
[0030]
After each layer of the semiconductor layer 13 is laminated by MOCVD, an epitaxial wafer is manufactured, and a p-type ohmic electrode made of a gold / zinc (AuZn) alloy is formed on the back surface of the semiconductor substrate 11 as a first electrode 15 with a thickness of 1 μm. It formed by the vacuum evaporation method so that it might become.
[0031]
In order to form the distribution electrode 17 on the light emitting surface of the semiconductor layer 13, first, a gold / germanium (AuGe) alloy film made of an alloy of 93 wt% Au and 7 wt% Ge having a thickness of about 50 nm is formed on the upper cladding layer. The entire surface of 135 was once deposited by a general vacuum deposition method. Subsequently, a gold (Au) film having a thickness of about 50 nm was deposited on the surface of the gold / germanium alloy film. Next, patterning is performed using a general photolithography means so that a multilayer film having a two-layer structure composed of a gold / germanium alloy film and a gold film is in the shape of the distribution electrode 17, and the diameter is about 30 μm. A circular distribution electrode 17 was formed. As shown in FIG. 1, the distribution electrode 17 having a two-layer structure composed of the gold / germanium alloy film and the gold film is evenly distributed on the light emitting surface of the semiconductor layer 13 excluding the region directly below the pedestal electrode 16. Arranged. The distance L between the centers of the nearest distribution electrodes 17 was 0.25 mm. Next, after the distribution electrode 17 was formed, an alloying heat treatment was performed at 420 ° C. for 15 minutes in an argon (Ar) gas stream to form ohmic contact between the distribution electrode 17 and the upper cladding layer 135.
[0032]
Next, the transparent conductive film 14 made of indium tin oxide (ITO) was deposited on the semiconductor layer 13 by a general magnetron sputtering method so as to cover the light emitting surface of the upper cladding layer 135 and the distribution electrode 17. The specific resistance of the transparent conductive film 14 is about 2 × 10. ^-Four It was Ω · cm, and the transmittance of the light emitting diode of this example with respect to light of the emission wavelength was 94%. The film thickness of the transparent conductive film 14 was about 300 nm. According to a general X-ray diffraction analysis method, it was found that the ITO forming the transparent conductive film 14 is a polycrystalline film preferentially oriented in the <0001> direction (C axis).
[0033]
Next, after applying a general photoresist material to the entire surface of the transparent conductive film 14, a region where the pedestal electrode 16 is to be provided was patterned using a known photolithography technique. Thereafter, a gold (Au) film was deposited on the entire surface by vacuum deposition while leaving the patterned resist material remaining. The thickness of the gold (Au) film was about 1200 nm. Thereafter, the resist film was peeled off, and the above gold film was left only in the region where the base electrode 16 was to be formed by a known lift-off means. Thereby, the base electrode 16 made of circular gold having a diameter of about 110 μm was formed on the transparent conductive film 14. The position of the pedestal electrode 16 was a position where one of the corners of the distribution electrodes 17 arranged on the light emitting surface was replaced as shown in FIG. The pedestal electrode 16 is arranged so that the center is located at a position of 0.15 mm from the outer periphery of the light emitting surface (that is, the pedestal electrode is within 0.3 mm from the outer periphery of the light emitting surface).
[0034]
The epitaxial wafer on which the first electrode 15, the distribution electrode 17, the transparent conductive film 14, and the pedestal electrode 16 were formed as described above was cut into squares by a normal scribing method and separated into individual light emitting diodes. . The shape of the light emitting surface of the light emitting diode is a square having a side of 0.8 mm as shown in FIG. 1, and the area of the light emitting surface of this light emitting diode is 0.64 mm. ² It became.
[0035]
Further, an example in which a lamp is assembled using the light emitting diodes manufactured in the above embodiment will be described with reference to FIGS. 8 is a plan view of the lamp, and FIG. 9 is a sectional view of the lamp of FIG.
[0036]
The lamps of FIGS. 8 and 9 were produced as follows. First, the semiconductor substrate side of the manufactured light emitting diode 42 is bonded onto the first conductive wire 44 formed on the substrate 45 using the conductive paste 43, and the first conductive wire 44 and the first electrode of the light emitting diode 42 are bonded. Conducted. Next, the wire between the base electrode of the light emitting diode 42 and the second conducting wire 47 was made conductive by wire bonding using a single gold wire 46. Thereafter, the whole was sealed with a transparent epoxy resin 41 to produce a lamp.
[0037]
When a drive current was passed in the forward direction between the first conductor and the second conductor of the lamp produced as described above, the wavelength was about 620 nm from the light emitting surface of the light emitting diode 42 via the transparent conductive film. A reddish orange light is emitted. Moreover, the half width of the emission spectrum was about 20 nm as a result of measuring with a spectroscope, and light emission excellent in monochromaticity was obtained. The forward voltage (V) when a forward current of 20 mA is passed. _f ) Was about 2.1 V, reflecting the good ohmic characteristics of each distribution electrode of the light emitting diode of the present invention.
[0038]
Further, for the light emitting diode of this example, the result of measuring the distribution of the emission intensity on the XX line in the light emitting surface shown in FIG. 1 is shown in FIG. Due to the effect that the ohmic distribution electrodes 17 are evenly arranged on the light emitting surface, uniform light emission is recognized even in the outer peripheral region of the light emitting surface, and the area of the light emitting surface is 0.64 mm ² It can be seen that even in the light emitting diode, uniform light emission is obtained within the light emitting surface. The luminance of the light emitting diode of the present invention when a forward current of 20 mA was passed was 102 mcd. Thus, according to this example, a light emitting diode excellent in uniformity of light emission intensity and luminance was obtained.
[0039]
In this embodiment, a light-emitting diode is manufactured using a p-type semiconductor substrate. However, the effect of the present invention can also be obtained by using a light-emitting diode manufactured using an n-type semiconductor substrate. Further, although AlGaInP is used as the material of the light emitting portion of the light emitting diode of the present invention, the effect of the present invention can be obtained even if the material of the light emitting portion is changed. The effect of the present invention is particularly great in a light emitting diode having a thin semiconductor layer in which semiconductor layers are stacked by MOCVD, for example, a light emitting diode having a light emitting portion made of AlGaInP, AlGaInN, AlGaAs or the like. The same effect can be obtained even when the lamp manufactured using the light emitting diode of the present invention is a so-called bullet-type lamp.
[0040]
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a light emitting diode array having a light emitting area substantially the same as that of the example was manufactured using an epitaxial wafer on which a semiconductor layer having the same structure as that of the above example was formed. 3 and 4 show the light-emitting diode array manufactured in Comparative Example 1. FIG. FIG. 3 is a plan view of the light-emitting diode array fabricated in Comparative Example 1, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 3 and 4, reference numerals 21, 22, 23, 25, 231, 232, 233, 234, and 235 are the reference numerals 11, 12, 13, 15, 131, 132, 133, 134 in FIGS. , 135, corresponding to the part indicated.
[0041]
In the light emitting diode array of this comparative example 1, the structure of the electrode formed on the semiconductor layer 23 is different from that of the light emitting diode of the example. That is, in the light-emitting diode array of Comparative Example 1, a circular shape having a diameter of about 110 μm is first formed on the surface of the upper cladding layer 235 with a gold / germanium alloy having a thickness of 50 nm as a lower layer and gold having a thickness of 850 nm as an upper layer. An ohmic electrode 28 was formed. The electrodes 28 were arranged on the light emitting surface of the semiconductor layer 23 at equal intervals with the distance between the adjacent centers being 400 μm. The first electrode 25 formed on the semiconductor substrate 21 side was the same as that in the example.
After that, a dicing method is used to separate the light emitting surface by cutting into the range of 15 μm deep including the light emitting portion from the surface of the semiconductor layer 23 in the middle of the adjacent electrode 28, and crushing along the dicing cut 29 by etching. The layer was removed. Each light-emitting surface separated by the cuts 29 was a square having a side of about 400 μm as shown in FIG.
[0042]
Thereafter, the above-described epitaxial wafer was cut by a normal scribe method and separated into individual light-emitting diode arrays. As shown in FIG. 3, the light-emitting diode array of Comparative Example 1 is a square in which four light-emitting surfaces separated by the cuts 29 are collected. In this light emitting diode array, the four light emitting surfaces are connected to each other at the semiconductor substrate 21, the length of one side is 0.8 mm, and the light emitting area is approximately 0.64 mm. ² It is.
[0043]
Thereafter, in the same manner as in the example, a lamp was assembled using this light emitting diode array. Since the light emitting diode array of Comparative Example 1 has the electrodes 28 on the four separated light emitting surfaces, wiring is performed by wire bonding with a total of four gold wires, one for each electrode 28. And the second conductor were connected. The connection between the first electrode 25 and the first conductive wire, sealing with a transparent epoxy resin, and the like were performed in the same manner as in the example, and a lamp using the light emitting diode array of Comparative Example 1 was produced.
[0044]
When a drive current was passed in the forward direction between the first lead wire and the second lead wire of this lamp, the forward voltage when energized with 20 mA was about 2.2 V, which was almost the same as in the example. Moreover, the result of having measured the distribution of the emitted light intensity in the light emission surface of the light emitting diode array of this comparative example 1 on the XX line of FIG. 3 is shown in FIG. In the light-emitting diode array of Comparative Example 1, the light emission intensity at the peripheral portion of the light-emitting surface tends to be lower than that of the light-emitting diode of the example, and the influence of the gold wire wired on the upper electrode 28 of the light-emitting diode array As a result, the in-plane distribution of the emission intensity was non-uniform. The luminance of the light-emitting diode array of Comparative Example 1 when a forward current of 20 mA was passed was 83 mcd, which was lower than that of the example.
[0045]
(Comparative Example 2)
In this comparative example 2, a light emitting diode having a conventional electrode structure with a light emitting area substantially the same as that of the example was manufactured using an epitaxial wafer on which a semiconductor layer having the same structure as that of the above example was formed. The light-emitting diode produced in this comparative example 2 is shown in FIGS. FIG. 5 is a plan view of the light emitting diode fabricated in the present Comparative Example 2, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 5 and 6, reference numerals 31, 32, 33, 35, 331, 332, 333, 334, and 335 are the reference numerals 11, 12, 13, 15, 131, 132, 133, This corresponds to the portions indicated by 134 and 135.
[0046]
In this comparative example 2, the structure of the electrode formed on the light emitting surface 39 of the semiconductor layer 33 is different from that of the above-described embodiment. That is, in this comparative example 2, one circular ohmic electrode 38 having a diameter of about 110 μm, with a gold / germanium alloy having a thickness of 50 nm as the lower layer and gold having a thickness of 850 nm as the upper layer, is formed at the center of the light emitting surface 39. Formed.
Other than that, an epitaxial wafer similar to that of the example was cut by a normal scribing method so that the light emitting surface became a square, and was individually separated into a light emitting diode. The length of one side of the light emitting surface of the light emitting diode of Comparative Example 2 is 0.8 mm, and the light emitting area is 0.64 mm. ² It was.
[0047]
Using this light emitting diode, a lamp was produced in the same manner as in the example. Between the electrode 38 of the light emitting diode and the second conducting wire, wiring was performed by wire bonding using a single gold wire, and was conducted. And when the forward drive current was sent between the 1st conducting wire and the 2nd conducting wire, the forward voltage at the time of 20 mA energization was 2.2V. Moreover, the result of having measured the distribution of the emitted light intensity in the light emission surface of the light emitting diode of this comparative example 2 on the XX line of FIG. 5 is shown in FIG. Compared to the example, the in-plane distribution of the emission intensity is non-uniform, and the emission intensity is reduced in the outer peripheral area of the emission surface. This is presumably because the diffusion of the drive current from the electrode 38 is insufficient in the semiconductor layer 33 and the current flowing to the light emitting layer 32 is not uniform in the light emitting surface. The luminance of the light emitting diode of Comparative Example 2 when a forward current of 20 mA was passed was 60 mcd, which was lower than that of the example.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, in the light emitting diode of the present invention, by providing the distribution electrode on a part of the light emitting surface of the semiconductor layer, light emission at the light emitting portion can be performed around the distribution electrode. Therefore, the maximum width of the light emitting surface is 0.7 mm or more, and in particular, the area of the light emitting surface is 0.25 mm. ² Even in the case of the large light emitting diode described above, the drive current can be spread over a wide range of the light emitting surface according to the planar arrangement of the distribution electrodes, and uniform light emission can be obtained within the light emitting surface.
[0049]
Further, in the light emitting diode of the present invention, electric conduction to the distribution electrode is ensured by a transparent conductive film instead of wiring to the electrode by wire bonding. Therefore, since there is no need to wire the distribution electrode by wire bonding, the area of the distribution electrode can be made smaller than the area of the pedestal electrode, and light can be transmitted to the outside with much better efficiency than conventional light emitting diodes. It can be taken out. Furthermore, the conductive wire for wiring does not pass over the light emitting surface and the conductive wire is not shaded, and the luminance can be increased. Further, when a lamp is manufactured using a light emitting diode, the number of wires by wire bonding can be reduced, and the assembly cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of the light emitting diode according to the embodiment of the present invention, taken along line II in FIG.
3 is a plan view of a light-emitting diode array according to Comparative Example 1. FIG.
4 is a cross-sectional view of the light-emitting diode array according to Comparative Example 1 taken along line II in FIG.
5 is a plan view of a light emitting diode according to Comparative Example 2. FIG.
6 is a view showing a cross section taken along line II of FIG. 5 of a light emitting diode according to Comparative Example 2. FIG.
FIG. 7 is a graph showing the light emission intensity distribution in the light emitting surface of the light emitting diodes (arrays) of Examples, Comparative Examples 1 and 2;
FIG. 8 is a plan view of a lamp using a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view of the lamp shown in FIG.
FIG. 10 is a plan view of a light emitting diode separately developed by the present inventors.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a light emitting diode separately developed by the present inventors.
[Explanation of symbols]
1, 11, 21, 31 Semiconductor substrate
2, 12, 22, 32 Light emitting part
3, 13, 23, 33 Semiconductor layer
4,14 Transparent conductive film
5, 15, 25, 35 First electrode
6, 16 Base electrode
7, 17 Distribution electrode
10 Light emitting diode
131, 231, 331 Buffer layer
132, 232, 332 Light reflecting layer
133, 233, 333 Lower cladding layer
134, 234, 334 Light emitting layer
135, 235, 335 Upper cladding layer
28, 38 electrodes
29 notches
39 Light emitting surface
41 Epoxy resin
42 Light emitting diode
43 Conductive paste
44 First conductor
45 substrates
46 Gold wire
47 Second conductor

Claims

A semiconductor substrate having a first electrode formed on the back surface, a semiconductor layer including a light emitting portion formed on the semiconductor substrate, and a part of a surface (light emitting surface) for extracting light from the semiconductor layer. A distribution electrode formed and in ohmic contact with the semiconductor layer; a transparent conductive film formed to cover the entire surface of the light emitting surface and the distribution electrode; and electrically connected to the distribution electrode; and a surface of the transparent conductive film. A pedestal electrode that is electrically connected to the transparent conductive film, has a maximum width of the light emitting surface of 0.7 mm or more, an area of the light emitting surface of 0.25 mm ² or more, It is composed of a plurality of electrodes, and is arranged such that at least one distribution electrode exists per 0.15 mm ^{2 of the} light emitting surface, and the contact resistance between the distribution electrode and the semiconductor layer is 50Ω or less, The pedestal electrode is 0. It is disposed in a portion within mm, light emitting diodes specific resistance of the transparent conductive film is equal to or less than 0.005 · cm.

The light-emitting diode according to claim 1, wherein the transparent conductive film is made of indium tin oxide (ITO).

The light emitting diode according to claim 1, wherein the light emitting portion is made of AlGaInP.

The light emitting diode according to any one of claims 1 to 3, wherein the light emitting portion is formed by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.

The light-emitting diode according to any one of claims 1 to 4, a first conductor conducting to the first electrode of the light-emitting diode, and a second conductor conducting to the base electrode of the light-emitting diode. Provided lamp.

6. The lamp according to claim 5, wherein the connection between the pedestal electrode and the second conductive wire is performed by wire bonding, and the number of wires by wire bonding is one.

The lamp manufacturing method according to claim 5, wherein the connection between the base electrode and the second conducting wire is performed by one wire by wire bonding.