JP4501234B2 - Nitride semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード等に用いられる窒化物半導体素子に係り、特に、封止材料の劣化を防止し、発光ダイオードの高輝度を維持できる窒化物半導体素子に関する。
【0002】
【従来技術】
窒化物半導体は広いバンドギャップを持ち、直接遷移型であることから、短波長の発光素子、例えば発光ダイオード(LED)の材料として利用される。特に窒化物半導体素子を用いた高輝度の青色発光LEDは、LEDディスプレイ、交通信号灯、イメージスキャナー光源等の各種光源として実用化されている。
【0003】
LEDは、基本的には半導体素子、電極及び封止材料から構成されている。半導体素子は、基板上に形成された少なくとも半導体接合を有するp型及びn型の半導体と、それぞれの半導体に接したp電極及びn電極により構成されている。
【0004】
半導体素子の具体的な一例として窒化物半導体素子を挙げると、図5のように透光性絶縁基板であるサファイア、スピネル等の基板501の上に窒化物半導体と格子定数の不整合を緩和させるバッファ層(図示せず)、n電極508とオーミック接触を得るためのSiがドープされたGaNよりなるn型コンタクト層502、キャリア結合により光を発生させるGaN及びInGaNよりなる活性層(発光層)503、キャリアを活性層に閉じこめるためのMgがドープされたAlGaN及びMgがドープされたInGaNよりなるp型クラッド層504、p電極507とオーミック接触を得るためのMgがドープされたGaNよりなるp型コンタクト層505が順に積層されている窒化物半導体と、この窒化物半導体をエッチングして形成させたn型窒化物半導体の露出面に所望の形状に形成させたn電極508と、p型窒化物半導体層の表面のほぼ全面を覆う全面電極506上に所望の形状に形成させたp電極507とを有し、これら窒化物半導体及び各電極を外部から保護し短絡を防ぐ目的で形成させた絶縁層509とから構成される。この窒化物半導体素子をリード電極上にマウントし、電気的に導通を取り、透光性のエポキシ系樹脂等の封止材料で封止してLEDとなる。このようなLEDに通電させると、窒化物半導体素子中の活性層から発光した光が最上面のp型窒化物半導体層の表面及び活性層端面から放出される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年のLEDの高出力化に伴い、従来には無かったような問題が発生してきた。その一つに、封止材であるエポキシ系樹脂が、窒化物半導体素子から発せられる光によって劣化するという問題がある。
【0006】
エポキシ系樹脂は一般に、窒化物半導体との密着性が良く、機械的強度に優れ、また化学的にも安定しており、価格が安価である等の理由から、封止材料として現在最もよく用いられている材料であり、太陽光等の外部からの弱い光及び熱に対しては耐候性に優れている。しかし、青色を発光可能な窒化物半導体素子を用いたLEDの場合、他色に比べてエネルギーが高いため、エポキシ系樹脂が劣化して黒褐系色に着色し、窒化物半導体素子からの光を吸収してしまう。そのため、長時間の使用により、窒化物半導体素子が劣化していないにもかかわらず、LEDの発光強度が低下してしまうという問題が生じている。
【0007】
従って、本発明は、窒化物半導体素子を封止しているエポキシ系樹脂の劣化を抑制し、LEDの高輝度を維持する窒化物半導体素子を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、窒化物半導体素子を封止しているエポキシ系樹脂のうち、特に劣化が激しいのは活性層端面周辺であり、窒化物半導体素子の形状を改良することで上記問題を解決出来ることを見いだし、本発明を完成させるに至った。
【0009】
すなわち本発明の窒化物半導体素子は、基板上にn型窒化物半導体層、活性層及びp型窒化物半導体層が積層された窒化物半導体素子であって、
前記窒化物半導体素子は、p型窒化物半導体層の最上面から前記活性層を貫通する深さの溝が形成され、溝の内部には内壁表面に接した第1の絶縁層と、第1の絶縁層に接した第2の絶縁層とが形成されていることを特徴とする。
【0010】
また、前記第1の絶縁層及び第2の絶縁層は、屈折率の異なる材料よりなることを特徴とする。
【0011】
さらにまた、前記第2の絶縁層は、第1の絶縁層よりも屈折率の高い材料よりなることを特徴とする。
【0012】
また、前記溝は、窒化物半導体素子のp型窒化物半導体層の最上面の外周近傍に沿って形成されていることが好ましい。このように構成することで、活性層を平行に伝搬する光を効率よく拡散させることができる。
【0013】
また、前記第1の絶縁層として、SiO2を好適に用いることができる。
【0014】
また、前記第2の絶縁層として、ポリイミド系樹脂を好適に用いることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の発光ダイオードは、基板上にn型窒化物半導体層、活性層及びp型窒化物半導体層が積層された窒化物半導体素子であって、特に、活性層から発光される主発光波長が500nm以下である窒化物半導体素子である。以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態の窒化物半導体について説明する。
【0016】
本発明に係る実施の形態の窒化物半導体素子の正面図を図2に、図2のA−A’面における断面図を図1に示す。本発明の実施の形態の窒化物半導体素子は、図1に示すように、サファイア、スピネル等の基板101上に窒化物半導体層との格子定数の不整合を緩和させるバッファ層(図示せず)、n電極108とオーミック接触を得るためのSiがドープされたGaNよりなるn型コンタクト層102、キャリア結合により光を発生させるGaNおよびInGaNよりなる活性層(発光層)103、キャリアを活性層に閉じこめるためのMgがドープされたAlGaN及びMgがドープされたInGaNよりなるp型クラッド層104、p電極107及び全面電極106とオーミック接触を得るためのMgがドープされたGaNよりなるp型コンタクト層105が順に積層されている。
【0017】
バッファ層は低温によって結晶成長を行ったGaNで、膜厚は10〜500Åが好ましい。n型コンタクト層102は、SiがドープされたGaNから構成され、膜厚は1〜20μmが好ましく、さらに好ましくは2〜6μmである。n型コンタクト層102の上に例えばSiがドープされたAlGaNからなるn型クラッド層を膜厚100〜500Åの厚さで形成させてもよい。活性層103は膜厚25〜300ÅのInGaNから構成されてもよいし、あるいは、膜厚50ÅのGaN及び膜厚30ÅのInGaNを1〜10層形成し、最後に膜厚50ÅのGaNを形成した単一あるいは多重量子井戸層として構成されてもよい。
【0018】
p型クラッド層104はMgがドープされたAlGaN及びMgがドープされたInGaNから構成され、膜厚は100Åから0.2μmが好ましい、p型コンタクト層105はMgがドープされたGaNから構成され、膜厚は0.05〜0.2μmが好ましい。
【0019】
その後、窒化物半導体をエッチングするが、本発明の実施の形態においては、図1に示すように、p型窒化物半導体層(p型コンタクト層)105の最上面から活性層103を貫通する溝112が形成され、溝の内部には、内壁に接した第1の絶縁層109と、第1の絶縁層に接した第2の絶縁層111が形成されている。
【0020】
溝の深さは、p型窒化物半導体層の最上面の表面から活性層を貫通する深さに形成されていればよい。本実施の形態のように、絶縁性の基板を用いてp電極とn電極とが同じ側に形成されている場合、電流の経路を確保するために溝の深さをn型窒化物半導体層までとするのが好ましい。あまり深すぎると電流の経路が狭くなって電流が流れにくくなり、また、溝が基板まで達すると電流が流れなくなるので好ましくない。
また、別の形態として、基板として導電性の材料、例えばGaNを用いてその導電性GaN基板側に形成されたn電極と、p型窒化物半導体層側に形成されたp電極とが、対面する形態の窒化物半導体素子の場合は、p型窒化物半導体層の最上面の表面から形成された溝が導電性GaN基板にまで達していても、電流の流れを阻害するものではないので、このような場合は、溝の深さは基板までであっても何ら差し支えない。
【0021】
また、本実施の形態の溝は、エッチングにより形成させることができる。n電極形成面を露出させる際のエッチング時に同時に形成させてもよいし、また、n電極形成面を露出させた後に更にエッチングにより溝を形成してもよい。前者は工程を増やすことなく、マスクを変更するだけで溝を形成することができ、後者はエッチング工程が2回に増えるという問題はあるものの、任意の深さの溝を形成させることができる。
【0022】
また、本実施の形態の溝は、その溝の内部に絶縁層を形成させてある。これによって、活性層(発光層)端面とエポキシ系樹脂とを遠ざけることができる。つまり、エポキシ系樹脂が最も劣化し易い活性層端面とエポキシ系樹脂との間には、絶縁層と溝の外壁(窒化物半導体の端面と溝との間の部分)が形成されていることになる。溝の外壁にはp電極が形成されていないので電流が供給されず、活性層が発光しない窒化物半導体である。従って、溝の外壁とエポキシ系樹脂が近接しても何ら問題はない。
【0023】
溝の内部には、内壁に接した第1の絶縁層と、この第1の絶縁層に接した第2の絶縁層とが形成され、これら2層の絶縁層は屈折率の異なる材料が用いられる。ここで、本実施の形態の窒化物半導体素子の活性層端面周辺の拡大図を図3に示す。第2の絶縁層が、第1の絶縁層よりも高い屈折率を有する材料であった場合、活性層から放出された光は、エポキシ系樹脂に達するまでに図中の矢印で示すように、主に第2の絶縁層と他の部材との界面を通過する際に拡散される。大きく分けると、▲1▼溝内部の内側壁に接した第1の絶縁層と第2の絶縁層との界面、▲2▼溝内部の第2の絶縁層と溝の外壁に接した第1の絶縁層との界面、▲3▼溝の外壁の外側壁に接した第1の絶縁層と第2の絶縁層との界面、の各界面で広く拡散される。このように、溝の内部に、屈折率の小さい第1の絶縁層を窒化物半導体の表面に接して形成させ、その上に屈折率の大きい第2の絶縁層を形成させることで、活性層端面からの光をより効率よく拡散させることができる。
【0024】
また、上記のように形成させる溝の位置は、図2に示すように窒化物半導体のp型窒化物半導体層の最上面の外周近傍に沿って形成させるのが好ましい。溝の外壁と窒化物半導体の側面との間の活性層は、電流が供給されず発光しないため、発光面積を広く取る為には窒化物半導体の側壁近傍に沿って溝を形成させることが好ましい。また、溝の幅については、エッチング精度により任意に設定することができるが、発光面積を広く取るためには狭い方が好ましい。あまり広く取りすぎると、発光面積が狭くなるので好ましくない。
【0025】
第1の絶縁層の材料としてはSiO2が、また、第2の絶縁層の材料としては、ポリイミド系樹脂を好適に用いることができる。SiO2とポリイミド系樹脂は、屈折率等の性質は異なるが、ともにエポキシ系樹脂と同様の無色透明の材料である。しかし、エポキシ系樹脂に比べてLED内部の窒化物半導体素子からの波長の短い光に対して劣化しにくいので、長時間使用してもLEDの発光強度を低下させにくい。
【0026】
また、本発明の窒化物半導体素子は、LED等に用いることができ、例えば図4のような砲弾型のLEDに搭載することができるが、この形態にとどまらず、エポキシ系樹脂等の封止材料で窒化物半導体素子を封止するものであれば、外形は任意に選択することができるので、表面実装型等の各種LEDに用いることができるのはいうまでもない。また、封止材料中に、窒化物半導体素子からの光によって励起されて蛍光を発する蛍光物質を含んでいる場合にも適用することができ、このような場合でもLEDの輝度劣化を抑制する効果は十分期待できる。
【0027】
【実施例】
[実施例]
窒化物半導体として、下記のような構成を有する窒化物半導体を用いる。各半導体層は、基板上に有機金属気層成長方法(MOCVD法)により形成される。図1に示すように、サファイア基板上にGaNからなる膜厚約100Åのバッファ層(図示せず)、SiがドープされたGaNからなる膜厚約4μmのn型コンタクト層兼クラッド層、GaN及びInGaNからなる膜厚約1600Åの多量子井戸構造の活性層(発光層)、MgがドープされたAlGaN及びMgがドープされたInGaNからなる膜厚約400Åのp型クラッド層、MgがドープされたGaNからなる膜厚約3000Åのp型コンタクト層の順に積層されている。
【0028】
この窒化物半導体に正極及び負極の電極を形成させる。まず、n電極をn型コンタクト層に形成させるために窒化物半導体の端部をエッチング除去する。エッチングはp型コンタクト層側から行い、n型コンタクト層が露出する深さまで約1μm程度とする。このとき、p型コンタクト層の最上面の周辺近傍に沿って溝が形成できるようなマスクを用いることで、図1のようなp型窒化物半導体層の表面から約1μmの深さの溝を有する窒化物半導体が得られる。
【0029】
上記で得られた窒化物半導体のp型コンタクト層(最上面)と接し、全面を被覆する電極として金をスパッタリング法を用いて成膜する。この全面電極の上にはp電極として金を、エッチングにより露出させたn型コンタクト層の上にはn電極としてタングステン/アルミニウムをそれぞれ形成させる。その後、蒸着法によって全面にSiO2層を形成させる。
【0030】
次いで、レジストマスクを利用してドライエッチングさせることによりp電極及びn電極の表面を露出させる。レジストマスクを除去して窒化物半導体上にSiO2層を露出させる。次いで、全面にポリイミド系樹脂層を形成し、ウェットエッチングによりp電極及びn電極を露出させることにより、本発明の窒化物半導体素子を得る。
【0031】
[比較例]
比較のために、n型コンタクト層形成時にに溝を形成させない以外は、実施例と同様に行って窒化物半導体素子を得た。
【0032】
上記の実施例及び比較例で得られた窒化物半導体素子の端面周辺の発光強度のプロファイルを図6に示す。図6は、窒化物半導体素子の端面からの距離を横軸とし、溝の形成されていないp型窒化物半導体層の最上面の発光強度を基準発光強度(100%)とした相対発光強度を縦軸としたプロファイルである。比較例で得られた溝の形成されていない窒化物半導体素子は、図6中の破線で示されるように、活性層端面(距離=0μm)での発光強度が極端に強く、基準発光強度の約2.5倍もの値を示している。これに対し、実施例で得られた溝を有する窒化物半導体素子は、図6中の実線で示されるように、活性層端面周辺の発光強度は溝に由来する3つのピークを有し、そのうちの最も発光強度の強いものでも、基準発光強度の約1.5倍である。このように、活性層端面からの強い発光強度の光は、溝を形成させることで拡散され、エポキシ系樹脂の1点に集中しないことがわかる。強い光を1点に集中させないで拡散させることで、エポキシ系樹脂の劣化を抑制することができる。
【0033】
上記の実施例及び比較例で得られた窒化物半導体を、リード電極上にダイボンディング機器を用いてマウントさせる。窒化物半導体の各電極とリード電極とを金線を用いてワイヤボンディングさせ、電気的に導通を取る。次いで、エポキシ系樹脂により封止することによりLEDを得る。このLEDに電流を供給し、発光強度を測定した結果を図7に示す。比較例で得られたLEDは、約1000時間経過した頃より強度が劣化し始め、約10000時間経過した頃には、発光強度は初強度の約60%程度にまでの低下しているのがわかる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、最表面から活性層を貫通する深さの溝を窒化物半導体素子の最上面外周近傍に沿って形成し、この溝に屈折率の異なる2層の絶縁層を形成させることにより、活性層端面に集中していた光を拡散させることができる。そのため活性層を平行に進む光による活性層端面周辺のエポキシ系樹脂の劣化を抑制することができるので、発光ダイオードの劣化も抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の窒化物半導体素子の構成を示す図。
【図2】 本発明の窒化物半導体素子の構成を示す正面図
【図3】 本発明の窒化物半導体の活性層端面周辺を示す拡大図。
【図4】 本発明の窒化物半導体素子を用いたLEDの一例を示す図。
【図5】 従来の窒化物半導体素子の構成を示す図。
【図6】 本発明の実施例及び比較例の窒化物半導体素子の発光強度のプロファイルを示す図。
【図7】 本発明の実施例及び比較例の窒化物半導体素子を用いたLEDの発光輝度の経時変化を示す図。
【符号の説明】
101、501・・・基板
102、502・・・n型コンタクト層
103、503・・・活性層(発光層)
104、504・・・p型クラッド層
105、505・・・p型コンタクト層
106、506・・・全面電極
107、507・・・p電極
108、508・・・n電極
109、509・・・第1の絶縁層
111・・・第2の絶縁層
112・・・溝
410・・・エポキシ系樹脂
421・・・リード電極
422・・・窒化物半導体素子
423・・・ワイヤ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nitride semiconductor device used for a light emitting diode or the like, and more particularly to a nitride semiconductor device capable of preventing deterioration of a sealing material and maintaining high luminance of the light emitting diode.
[0002]
[Prior art]
A nitride semiconductor has a wide band gap and is a direct transition type, so that it is used as a material for a light emitting element having a short wavelength, for example, a light emitting diode (LED). In particular, high-luminance blue light-emitting LEDs using nitride semiconductor elements have been put into practical use as various light sources such as LED displays, traffic signal lights, and image scanner light sources.
[0003]
An LED is basically composed of a semiconductor element, an electrode, and a sealing material. The semiconductor element includes a p-type and an n-type semiconductor having at least a semiconductor junction formed on a substrate, and a p-electrode and an n-electrode in contact with each semiconductor.
[0004]
When a nitride semiconductor element is given as a specific example of the semiconductor element, the mismatch of the lattice constant with the nitride semiconductor is relaxed on a substrate 501 such as sapphire or spinel which is a light-transmitting insulating substrate as shown in FIG. Buffer layer (not shown), n-type contact layer 502 made of Si-doped GaN for obtaining ohmic contact with n-electrode 508, active layer (light-emitting layer) made of GaN and InGaN that generates light by carrier coupling 503, p-type cladding layer 504 made of Mg-doped AlGaN and Mg-doped InGaN for confining carriers in the active layer, and p-electrode 507 made of Mg-doped GaN for making ohmic contact with the p-electrode 507 Nitride semiconductor in which type contact layer 505 is sequentially laminated and formed by etching this nitride semiconductor An n-electrode 508 formed in a desired shape on the exposed surface of the deposited n-type nitride semiconductor, and a p-electrode formed in a desired shape on the entire surface electrode 506 covering almost the entire surface of the p-type nitride semiconductor layer 507, and an insulating layer 509 formed for the purpose of protecting the nitride semiconductor and each electrode from the outside and preventing a short circuit. This nitride semiconductor element is mounted on a lead electrode, electrically connected, and sealed with a sealing material such as a light-transmitting epoxy resin to form an LED. When such an LED is energized, light emitted from the active layer in the nitride semiconductor element is emitted from the surface of the uppermost p-type nitride semiconductor layer and the end face of the active layer.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, with the recent increase in output of LEDs, problems that have not existed before have occurred. One of the problems is that the epoxy resin as a sealing material is deteriorated by light emitted from the nitride semiconductor element.
[0006]
Epoxy resins are currently most commonly used as sealing materials because they have good adhesion to nitride semiconductors, excellent mechanical strength, are chemically stable, and are inexpensive. This material is excellent in weather resistance against weak light and heat from outside such as sunlight. However, in the case of an LED using a nitride semiconductor element capable of emitting blue light, since the energy is higher than other colors, the epoxy resin deteriorates and becomes a black-brown color, and light from the nitride semiconductor element Will be absorbed. For this reason, there is a problem that the light emission intensity of the LED is lowered due to long-term use, even though the nitride semiconductor element is not deteriorated.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor device that suppresses deterioration of the epoxy resin sealing the nitride semiconductor device and maintains high brightness of the LED.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive investigations to achieve the above object, the inventors of the present invention have a particularly severe deterioration in the vicinity of the active layer end face among the epoxy-based resins sealing the nitride semiconductor element. It has been found that the above problems can be solved by improving the shape of the physical semiconductor element, and the present invention has been completed.
[0009]
That is, the nitride semiconductor device of the present invention is a nitride semiconductor device in which an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are stacked on a substrate,
In the nitride semiconductor device, a groove having a depth penetrating the active layer from the uppermost surface of the p-type nitride semiconductor layer is formed, and a first insulating layer in contact with the inner wall surface is formed in the groove, And a second insulating layer in contact with the insulating layer.
[0010]
The first insulating layer and the second insulating layer are made of materials having different refractive indexes.
[0011]
Furthermore, the second insulating layer is made of a material having a refractive index higher than that of the first insulating layer.
[0012]
The groove is preferably formed along the vicinity of the outer periphery of the uppermost surface of the p-type nitride semiconductor layer of the nitride semiconductor element. With this configuration, it is possible to efficiently diffuse light propagating in parallel through the active layer.
[0013]
Moreover, SiO2 can be suitably used as the first insulating layer.
[0014]
Moreover, a polyimide resin can be suitably used as the second insulating layer.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The light-emitting diode of the present invention is a nitride semiconductor device in which an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are stacked on a substrate, and particularly has a main emission wavelength emitted from the active layer. It is a nitride semiconductor device having a thickness of 500 nm or less. A nitride semiconductor according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 2 is a front view of the nitride semiconductor device according to the embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the plane AA ′ of FIG. As shown in FIG. 1, the nitride semiconductor device according to the embodiment of the present invention has a buffer layer (not shown) that relaxes the lattice constant mismatch with the nitride semiconductor layer on the substrate 101 such as sapphire or spinel. In order to obtain ohmic contact with the n electrode 108, an n-type contact layer 102 made of Si-doped GaN, an active layer (light-emitting layer) 103 made of GaN and InGaN that generates light by carrier coupling, and carriers as active layers P-type cladding layer 104 made of Mg-doped AlGaN for confinement and Mg-doped InGaN, p-type contact layer made of Mg-doped GaN for obtaining ohmic contact with the p-
[0017]
The buffer layer is GaN crystal-grown at a low temperature, and the film thickness is preferably 10 to 500 mm. The n-type contact layer 102 is composed of GaN doped with Si, and the film thickness is preferably 1 to 20 μm, more preferably 2 to 6 μm. On the n-type contact layer 102, for example, an n-type cladding layer made of AlGaN doped with Si may be formed to a thickness of 100 to 500 mm. The active layer 103 may be composed of InGaN with a thickness of 25 to 300 mm, or 1 to 10 layers of GaN with a thickness of 50 mm and InGaN with a thickness of 30 mm are formed, and finally GaN with a thickness of 50 mm is formed. It may be configured as a single or multiple quantum well layer.
[0018]
The p-type cladding layer 104 is made of AlGaN doped with Mg and InGaN doped with Mg, and the film thickness is preferably 100 to 0.2 μm. The p-
[0019]
Thereafter, the nitride semiconductor is etched. In the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, a groove penetrating the active layer 103 from the uppermost surface of the p-type nitride semiconductor layer (p-type contact layer) 105 is formed. 112 is formed, and a first insulating layer 109 in contact with the inner wall and a second insulating layer 111 in contact with the first insulating layer are formed in the groove.
[0020]
The depth of the groove may be formed so as to penetrate the active layer from the uppermost surface of the p-type nitride semiconductor layer. When the p-electrode and the n-electrode are formed on the same side using an insulating substrate as in the present embodiment, the depth of the groove is set to the n-type nitride semiconductor layer in order to secure a current path. It is preferable that If it is too deep, the current path becomes narrow and it becomes difficult for the current to flow, and if the groove reaches the substrate, the current does not flow, which is not preferable.
As another form, an n-electrode formed on the conductive GaN substrate side using a conductive material such as GaN as a substrate, and a p-electrode formed on the p-type nitride semiconductor layer side face each other. In the case of the nitride semiconductor device of the form, even if the groove formed from the uppermost surface of the p-type nitride semiconductor layer reaches the conductive GaN substrate, it does not hinder the flow of current. In such a case, the depth of the groove may be up to the substrate.
[0021]
Further, the groove in this embodiment can be formed by etching. It may be formed at the same time as etching when exposing the n-electrode forming surface, or a groove may be formed by etching after exposing the n-electrode forming surface. The former can form a groove by simply changing the mask without increasing the number of steps, and the latter can form a groove of any depth, although there is a problem that the number of etching steps increases twice.
[0022]
In the groove of this embodiment, an insulating layer is formed inside the groove. As a result, the end face of the active layer (light emitting layer) and the epoxy resin can be kept away. That is, the insulating layer and the outer wall of the groove (the portion between the end surface of the nitride semiconductor and the groove) are formed between the active layer end face where the epoxy resin is most likely to deteriorate and the epoxy resin. Become. Since no p-electrode is formed on the outer wall of the trench, no current is supplied and the active layer does not emit light. Therefore, there is no problem even if the outer wall of the groove is close to the epoxy resin.
[0023]
A first insulating layer in contact with the inner wall and a second insulating layer in contact with the first insulating layer are formed inside the groove, and the two insulating layers are made of materials having different refractive indexes. It is done. Here, FIG. 3 shows an enlarged view around the active layer end face of the nitride semiconductor device of the present embodiment. When the second insulating layer is a material having a refractive index higher than that of the first insulating layer, the light emitted from the active layer reaches the epoxy resin as indicated by an arrow in the figure, It is diffused mainly when passing through the interface between the second insulating layer and another member. Broadly speaking, (1) the interface between the first insulating layer and the second insulating layer in contact with the inner side wall in the groove, and (2) the first in contact with the second insulating layer in the groove and the outer wall of the groove. (3) It diffuses widely at each interface of the interface between the first insulating layer and the second insulating layer in contact with the outer wall of the outer wall of the groove. As described above, the first insulating layer having a small refractive index is formed in contact with the surface of the nitride semiconductor inside the groove, and the second insulating layer having a large refractive index is formed thereon, thereby forming the active layer. Light from the end face can be diffused more efficiently.
[0024]
Further, the position of the groove formed as described above is preferably formed along the vicinity of the outer periphery of the uppermost surface of the p-type nitride semiconductor layer of the nitride semiconductor as shown in FIG. Since the active layer between the outer wall of the groove and the side surface of the nitride semiconductor does not emit current and does not emit light, it is preferable to form the groove along the vicinity of the side wall of the nitride semiconductor in order to increase the light emitting area. . Further, the width of the groove can be arbitrarily set depending on the etching accuracy, but a narrower width is preferable in order to increase a light emitting area. If it is too wide, the light emitting area becomes narrow, which is not preferable.
[0025]
SiO2 can be suitably used as the material for the first insulating layer, and polyimide resin can be suitably used as the material for the second insulating layer. Although
[0026]
Further, the nitride semiconductor device of the present invention can be used for an LED or the like, for example, can be mounted on a bullet-type LED as shown in FIG. 4, but is not limited to this form and is sealed with an epoxy resin or the like. Since the outer shape can be arbitrarily selected as long as the nitride semiconductor element is sealed with a material, it goes without saying that it can be used for various types of LEDs such as a surface mount type. Further, the present invention can also be applied to a case where the sealing material contains a fluorescent material that emits fluorescence when excited by light from the nitride semiconductor element. Can be expected enough.
[0027]
【Example】
[Example]
A nitride semiconductor having the following configuration is used as the nitride semiconductor. Each semiconductor layer is formed on the substrate by a metal organic vapor deposition method (MOCVD method). As shown in FIG. 1, a buffer layer (not shown) made of GaN with a thickness of about 100 mm, an n-type contact / cladding layer with a thickness of about 4 μm made of Si-doped GaN, GaN, and An active layer (light emitting layer) having a multi-quantum well structure made of InGaN having a thickness of about 1600 mm, a p-type cladding layer having a thickness of about 400 mm made of AlGaN doped with Mg and InGaN doped with Mg, and doped with Mg A p-type contact layer made of GaN and having a thickness of about 3000 mm is stacked in this order.
[0028]
A positive electrode and a negative electrode are formed on the nitride semiconductor. First, the end portion of the nitride semiconductor is removed by etching in order to form the n-electrode in the n-type contact layer. Etching is performed from the p-type contact layer side, and is about 1 μm to the depth at which the n-type contact layer is exposed. At this time, by using a mask capable of forming a groove along the vicinity of the uppermost surface of the p-type contact layer, a groove having a depth of about 1 μm from the surface of the p-type nitride semiconductor layer as shown in FIG. The nitride semiconductor which has is obtained.
[0029]
Gold is deposited by sputtering as an electrode that contacts the p-type contact layer (uppermost surface) of the nitride semiconductor obtained above and covers the entire surface. Gold is formed as a p-electrode on the entire surface electrode, and tungsten / aluminum is formed as an n-electrode on the n-type contact layer exposed by etching. Thereafter, a SiO2 layer is formed on the entire surface by vapor deposition.
[0030]
Next, the surfaces of the p electrode and the n electrode are exposed by dry etching using a resist mask. The resist mask is removed to expose the SiO2 layer on the nitride semiconductor. Next, a polyimide resin layer is formed on the entire surface, and the p electrode and the n electrode are exposed by wet etching, thereby obtaining the nitride semiconductor device of the present invention.
[0031]
[Comparative example]
For comparison, a nitride semiconductor device was obtained in the same manner as in the example except that no groove was formed when the n-type contact layer was formed.
[0032]
FIG. 6 shows the emission intensity profile around the end face of the nitride semiconductor device obtained in the above-described examples and comparative examples. FIG. 6 shows the relative light emission intensity with the distance from the end face of the nitride semiconductor element as the horizontal axis and the light emission intensity of the uppermost surface of the p-type nitride semiconductor layer without grooves formed as the reference light emission intensity (100%). The profile is plotted on the vertical axis. As shown by the broken line in FIG. 6, the nitride semiconductor element without grooves formed in the comparative example has an extremely strong emission intensity at the end face of the active layer (distance = 0 μm), and has a reference emission intensity. The value is about 2.5 times. On the other hand, the nitride semiconductor device having the groove obtained in the example has three peaks derived from the groove, as shown by the solid line in FIG. Even the one having the strongest emission intensity is about 1.5 times the reference emission intensity. Thus, it can be seen that light having strong emission intensity from the end face of the active layer is diffused by forming a groove and does not concentrate on one point of the epoxy resin. By diffusing strong light without concentrating it on one point, deterioration of the epoxy resin can be suppressed.
[0033]
The nitride semiconductors obtained in the above examples and comparative examples are mounted on the lead electrode using a die bonding apparatus. Each electrode of the nitride semiconductor and the lead electrode are wire-bonded using a gold wire to establish electrical continuity. Next, an LED is obtained by sealing with an epoxy resin. FIG. 7 shows the result of supplying the current to the LED and measuring the emission intensity. The LED obtained in the comparative example began to deteriorate in intensity from about 1000 hours, and the emission intensity decreased to about 60% of the initial intensity after about 10,000 hours. Recognize.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a groove having a depth penetrating the active layer from the outermost surface is formed along the vicinity of the outermost surface of the nitride semiconductor element, and two grooves having different refractive indexes are formed in the groove. By forming the insulating layer, the light concentrated on the end face of the active layer can be diffused. Therefore, deterioration of the epoxy resin around the end face of the active layer due to light traveling in parallel with the active layer can be suppressed, so that deterioration of the light emitting diode can also be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a nitride semiconductor device of the present invention.
FIG. 2 is a front view showing the configuration of the nitride semiconductor device of the present invention. FIG. 3 is an enlarged view showing the periphery of the active layer end face of the nitride semiconductor of the present invention.
FIG. 4 is a view showing an example of an LED using the nitride semiconductor device of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional nitride semiconductor device.
FIG. 6 is a diagram showing a profile of light emission intensity of nitride semiconductor devices according to examples and comparative examples of the present invention.
FIG. 7 is a view showing a change with time of light emission luminance of an LED using nitride semiconductor elements of examples and comparative examples of the present invention.
[Explanation of symbols]
101, 501 ... substrate 102, 502 ... n-type contact layer 103, 503 ... active layer (light emitting layer)
104, 504 ... p-type cladding layers 105, 505 ... p-type contact layers 106, 506 ...
Claims (3)
前記窒化物半導体素子は、p型窒化物半導体層の最上面の外周に沿って、前記p型窒化物半導体層の最上面から前記活性層を貫通する深さの溝が形成され、
前記溝は、その内部に内壁表面に接した第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層に接した第2の絶縁層とが形成されており、
前記第2の絶縁層は、前記第1の絶縁層よりも屈折率が高い材料よりなることを特徴とする窒化物半導体素子。A nitride semiconductor device in which an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are stacked on a substrate,
In the nitride semiconductor element, a groove having a depth penetrating the active layer from the uppermost surface of the p-type nitride semiconductor layer is formed along the outer periphery of the uppermost surface of the p-type nitride semiconductor layer,
The groove includes a first insulating layer in contact with the inner wall surface in its interior, said second insulating layer and is formed in contact with the first insulating layer,
The nitride semiconductor element, wherein the second insulating layer is made of a material having a refractive index higher than that of the first insulating layer .
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