JP4215477B2 - 発光素子 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビーム形成用の活性層を備えた半導体ボディを有しており、この半導体ボディの表面に配置された中央の表側コンタクトと裏面に配置された裏側コンタクトとを有しており、これらのコンタクトにより活性層を含む半導体ボディに電流が印加される発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、発光ダイオードでは、当該の発光ダイオードを駆動する電流が表面中央のコンタクトから半導体を通って裏側全面にわたるコンタクトへと供給される。このとき光形成層での電流密度をできる限り均一にチップ全面へ分配しなければならないという問題が生じる。
【０００３】
一般には、１つまたは複数の電流拡散層を活性層のチップ表面の中央コンタクトとのあいだに設けることによってこの問題を解決している。電流の拡散は拡散層の層厚さおよび電気的特性を適切に選定することによって調整される。
【０００４】
ＩｎＧａＡｌＰベースの発光ダイオードの場合、電流拡散層は通常ｐ型ドープされたＧａＰから成っている。
【０００５】
薄膜ＬＥＤを製造する場合、ウィンドウ層は一般に活性層を製造する前に、新たな支持体を転写して基板をＬＥＤ表面まで剥離した後に成長される。ただし約４％に及ぶ格子定数の大きな差のために、今日いまだ活性層をＧａＰ上に充分な品質で堆積させることはできない。したがって電流拡散層を備えたＩｎＧａＡｌＰベースの薄膜ＬＥＤの製造には大きな困難をともなう。
【０００６】
他の解決手段としては、パターニングされたコンタクトパターンまたは透明なコンタクト、例えば薄膜金属層またはインジウム亜鉛酸化物ＩＴＯなどから成る層を設けることが挙げられる。ただしこの解決手段にも欠点が存在する。金属層は無視できない大きさの光吸収係数を有しており、ＩＴＯから成るコンタクト層では一般に半導体に対する電気的なコンタクトの導電率が劣化してしまう。
【０００７】
従来は例えば接続コンタクトに対してきわめて薄い半透明なコンタクト層が用いられていた。これは米国特許第５７６７５８１号明細書に記載のＩｎＧａＡｌＮベースの半導体チップから知られるようなものである。接続コンタクトの高い透光性を保証するために、半透明のできる限り薄い層を構成しなければならない。ただし充分な均一性、充分に高いトランスバース方向の導電性、および低いコンタクト抵抗への要求がこれに対立する。したがって従来のルミネセンスダイオードに使用されている半透明のコンタクト層では表面を通して発生する光の大部分が吸収されてしまうこともやむを得ない。
【０００８】
さらに高い温度負荷または電気負荷のもとでは、ＩｎＡｌＧａＮベースの周知の光電変換素子はコンタクト層のデグラデーションのために半透明のコンタクトを有する。
【０００９】
独国特許出願公開第１９９２７９４５号公報からは、ＩｎＧａＡｌＮベースのルミネセンスダイオードのｐ型ドープされた層上に厚さ１０００Å〜３００００Åのコンタクト層を設けることが知られている。このコンタクト層には幅０．５μｍ〜２μｍの開口部が形成されており、これによりコンタクト層を介した光伝導率が改善される。
【００１０】
【特許文献１】
米国特許第５７６７５８１号明細書
【特許文献２】
独国特許出願公開第１９９２７９４５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に言及した形式の半導体発光素子において、従来技術の欠点を回避することである。特に高品質の活性層を電流拡散層上に被着することが困難であったり煩雑となったりするような材料系においても充分に大きな面積で電流をビーム形成層へ印加できるようにすることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題は、裏側コンタクトが相互に離間された複数のコンタクト位置を有しており、コンタクト位置の面積は中央の表側コンタクトへの距離が増大するにつれて増大するように構成されていることにより解決される。
【００１３】
本発明の発光素子の有利な実施形態は従属請求項から得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、従来の全面にわたる裏側コンタクトを不均一な分布のコンタクト位置によって置換するという着想に基づいている。この場合コンタクト位置の大きさにより直列抵抗が変化する。
【００１５】
コンタクト位置の大きさは本発明によれば中央の表側コンタクトへの距離が増大するにつれて増大するので、抵抗は半導体ボディの中央で高く、半導体ボディの周縁部へ向かうほど小さくなる。したがってコンタクト位置の大きさと間隔とを適切に選定することにより、所望の電流プロフィルを調整することができる。
【００１６】
有利には、コンタクト位置の大きさと間隔とは活性層を通って流れる電流が駆動中ほぼ均一となるように相互に選定されている。
【００１７】
コンタクト位置は有利には任意の形状のコンタクト点により形成されている。特に有利には、コンタクト位置は種々の径を有する円形または矩形のコンタクト点として形成されている。
【００１８】
特に有利には、離間して設けられた複数のコンタクト位置はそれぞれ同じ大きさの複数のグループのコンタクト位置を含んでおり、１つのグループの各コンタクト位置は中央の表側コンタクトに対してほぼ同じ距離を有しており、各グループは半導体ボディの裏面の共通の中心点の周囲に共心的に配置されている。
【００１９】
有利な実施形態によれば、離間して設けられた複数のコンタクト位置は相互に絶縁層によって分離されている。
【００２０】
これに代えてまたはこれに加えて、離間して設けられた複数のコンタクト位置は相互に半導体ボディに埋め込まれているトレンチによって分離されている。
【００２１】
このとき、半導体ボディの裏面に離間して複数の円錐台または角錐台が埋め込まれており、これらの円錐台または角錐台の上面にそれぞれコンタクト位置が配置されている。
【００２２】
特に有利には、円錐台または角錐台の大きさは一定であり、その上面に設けられたコンタクト位置の面積が中央の表側コンタクトへの距離が増大するにつれて増大するように構成されている。
【００２３】
コンタクト位置は共晶的結合のために結合用金属の設けられた支持体を介して電気的にコンタクト接続されている。
【００２４】
【実施例】
本発明を以下に図示の実施例に則して詳細に説明する。その際本発明を理解するのに重要な部材のみ説明することにする。
【００２５】
図１には参照番号１を付された薄膜ＬＥＤが概略的な断面図で示されている。薄膜ＬＥＤの半導体ボディ２は例えばＩｎＧａＡｌＰをベースにした活性層３を有している。
【００２６】
電流を印加するために、半導体ボディ２の表面４には中央の表側コンタクト６が被着されており、半導体ボディの裏面５には裏側コンタクト７が被着されている。
【００２７】
活性層３内での均一な電流密度を達成するために、裏側コンタクト７は一連の円形のコンタクト点７ａ〜７ｃから成っており、これらのコンタクト点は絶縁層８を介して相互に電気的に絶縁されている。
【００２８】
図２から最もよく判るように、裏側コンタクト７はこの実施例では３つのグループのコンタクト点から成っている。ここで各グループのコンタクト点はそれぞれ同じ直径を有している。第１のグループのコンタクト点７ａは中央の表側コンタクト６の突出部の周９に沿って半導体ボディの裏面５に配置されている。このグループのコンタクト点７ａは全てのコンタクト点のうち最小の直径を有しており、すなわち最大の抵抗を有している。
【００２９】
第１のグループの外側に、より大きな直径を有する第２のグループのコンタクト点７ｂが配置されている。さらにこの第２のグループの外側には最大の直径を有する第３のグループのコンタクト点７ｃが配置されている。コンタクト点の直径が大きくなるにつれてその抵抗は低下し、これにより大きなコンタクト点の低オームの電流路を流れる電流成分は増大する。
【００３０】
コンタクト点７ａ〜７ｃの径と間隔とを適切に選定することにより、チップ全面にわたってほぼ均一な電流密度プロフィルが得られることは、この分野の専門技術者には明らかである。
【００３１】
図２の配置からわかるように、同じ大きさのコンタクト点を結ぶ曲線は中央部ではほぼ円形の形状（コンタクト点７ａ）であるが、周縁部に向かってほぼ矩形の形状（コンタクト点７ｃ）へ移行していく。これにより円形の表側コンタクト６のジオメトリも矩形のＬＥＤチップも考慮することができる。
【００３２】
コンタクト点は、図１に見られるように、共晶的結合のための支持体１０により電気的に接続されており、この支持体には結合用金属１２が設けられている。
【００３３】
発光素子２１の別の実施例が図３、図４に示されている。この実施例では半導体ボディ２の裏面がボンディングプロセス前にパターニングされ、カットされた円錐台２６ａ〜２６ｃのパターンが形成される。これらの円錐台はトレンチ２２により相互に分離されている。
【００３４】
エッチングされた構造体はコンタクト点２４ａ〜２４ｃに接続されており、このコンタクト点の大きさは前述の実施例と同様に内側から外側へ向かって増大する。これにより活性層３の全面にわたって均一な電流密度が達成される。個々のコンタクト点はこの場合にも絶縁層２８により電気的に相互に絶縁されている。
【００３５】
円錐台２６ａ〜２６ｃの大きさは有利にはチップ面全体にわたって等しくなっている。この場合これらの円錐台を簡単に構成でき、半導体結晶からの光の出力結合が高まる。
【００３６】
コンタクト点２４ａ〜２４ｃの電気的接続は図１に関連して説明したのと同様に共晶的結合のための支持体を介して行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による素子の概略的な断面図である。
【図２】図１の素子のＩＩ−ＩＩ方向での裏側コンタクトの平面図である。
【図３】本発明の別の実施例による素子の概略的な断面図である。
【図４】図３の素子のＩＶ−ＩＶ方向での裏側コンタクトの平面図である。
【符号の説明】
１ 薄膜ＬＥＤ
２ 半導体ボディ
３ 活性層
４ 表面
５ 裏面
６ 表側コンタクト
７ 裏側コンタクト
７ａ〜７ｃ；２４ａ〜２４ｃ コンタクト点
８、２８ 絶縁層
９ 周
１０ 支持体
１２ 結合用金属
２１ 発光素子
２２ トレンチ
２６ａ〜２６ｃ 円錐台または角錐台

Claims (8)

  1. ビーム形成用の活性層（３）を備えた半導体ボディ（２）を有しており、該半導体ボディ（２）の表面（４）に配置された中央の表側コンタクト（６）と裏面に配置された裏側コンタクト（７、２４）とを有しており、これらのコンタクトにより活性層（３）を含む半導体ボディ（２）内に電流が印加される発光素子において、
    裏側コンタクト（７、２４）は相互に離間された複数のコンタクト位置（７ａ〜７ｃ；２４ａ〜２４ｃ）を有しており、
    該コンタクト位置（７ａ〜７ｃ；２４ａ〜２４ｃ）の面積は中央の表側コンタクト（６）への距離が増大するにつれて増大するように構成されている、
    ことを特徴とする発光素子。
  2. コンタクト位置（７ａ〜７ｃ；２４ａ〜２４ｃ）は種々の径を有する円形のコンタクト点または矩形のコンタクト点により形成されている、請求項１記載の発光素子。
  3. 離間して設けられた複数のコンタクト位置（７ａ〜７ｃ；２４ａ〜２４ｃ）はそれぞれ同じ面積の複数のコンタクト位置のグループを含んでおり、１つのグループの各コンタクト位置は中央の表側コンタクト（６）に対してほぼ同じ距離を有しており、各グループは半導体ボディ（２）の裏面（５）の共通の中心点の周囲に共心的に配置されている、請求項１または２記載の発光素子。
  4. 離間して設けられた複数のコンタクト位置（７ａ〜７ｃ；２４ａ〜２４ｃ）は相互に絶縁層（８、２８）によって分離されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の発光素子。
  5. 離間して設けられた複数のコンタクト位置（７ａ〜７ｃ；２４ａ〜２４ｃ）は相互に半導体ボディに埋め込まれているトレンチ（２２）によって分離されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の発光素子。
  6. 半導体ボディ（２）の裏面（５）に離間して複数の円錐台または角錐台（２６ａ〜２６ｃ）が埋め込まれており、該円錐台または角錐台の上面にはそれぞれコンタクト位置（２４ａ〜２４ｃ）が配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の発光素子。
  7. 前記円錐台または角錐台（２６ａ〜２６ｃ）の大きさは一定であり、該台の上面に設けられたコンタクト位置（２４ａ〜２４ｃ）の面積が、中央の表側コンタクト（６）への距離が増大するにつれて増大するように構成されている、請求項６記載の発光素子。
  8. コンタクト位置（７ａ〜７ｃ；２４ａ〜２４ｃ）は共晶的結合のために結合用金属（１２）の設けられた支持体（１０）を介して電気的にコンタクト接続されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の発光素子。
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