JPH065921A

JPH065921A - 発光ダイオード

Info

Publication number: JPH065921A
Application number: JP15787892A
Authority: JP
Inventors: Masanori Watanabe; 昌規渡辺; Osamu Yamamoto; 修山本; Akihiro Matsumoto; 晃広松本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1992-06-17
Filing date: 1992-06-17
Publication date: 1994-01-14
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: JP2837580B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電極直下の無効な発光を相対的に減少させて
外部量子効率を改善できる上、電流拡散層を省略して短
波長の光を効率良く出射できる発光ダイオードを提供す
る。【構成】チップ表面３０の表面電極１６が、略円形状
をなすパッド部１８を有する。さらに、このパッド部１
８から線状に延びる第１次の分枝１９a,…,１９dと、各
第１次の分枝１９a,…,１９dから分岐して線状に延びる
第２次の分枝２０a,２０b,２０cと、各第２次の分枝２
０a,２０b,２０cから分岐して線状に延びる第３次の分
枝２２a,２２b,２２cを少なくとも有する。表面電極１
６のうちパッド部１８が直下の半導体層３１と電気的に
接触しておらず、最高次(第３次)の分枝２２a,２２b,２
２cの先端で表面電極１６と半導体層３１とが電気的に
接触している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、表示用などに用いら
れる発光ダイオードに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、黄色ないし緑色の光を発する発光
ダイオード(ＬＥＤ)として、ＧaＡsＰまたはＧaＰ系材
料の他に、ＡlＧaＩnＰ系材料を用いたものが開発され
つつある。

【０００３】従来のＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤは次のように
して作製されている。まず、図７に示すように、n型Ｇa
Ａs基板９０の表面１００にn型ＡlＧaＩnＰクラッド層
９１、アンドープＡlＧaＩnＰ発光層９２、p型ＡlＧaＩ
nＰクラッド層９３、p型ＡlＧaＡs電流拡散層９４、p型
ＧaＡsコンタクト層９５、p側表面電極(例えば、ＡuＺ
n)９６を全面に積層する。次に、図８に示すように、こ
の表面電極９６およびp型ＧaＡs層９５を一部除去して
パターン化する。すなわち、表面電極９６をワイヤボン
ドを行うための円形状のパッド部９８と、このパッド部
９８から四方に直線状に延びる分枝９９a,９９b,９９c,
９９dとで構成する。このように分枝を複数設けること
により、電流をチップ内にできるだけ均一に拡散するよ
うにしている。この後、基板９０の裏面にn側表面電極
９７を形成する。発光層９２より発した光は、基板９０
と表面電極９６とに吸収されるため、チップ表面１００
のうち表面電極９６を除去した領域１００aと側面１０
１とからチップ外へ出射する。

【０００４】なお、このＬＥＤは、発光層９２をこの層
９２よりもバンドギャップが大きい２つのクラッド層９
１,９３で挟んだダブルヘテロ構造となっている。ここ
で、クラッド層９１,９３によって発光層９２に有効に
電子およびホールを閉じ込めるためには、クラッド層９
１,９３の組成(ＡlyＧa_1-y)₀.₅Ｉn₀.₅ＰにおいてＡl混
晶比yを０.７〜１と大きくする必要がある。ところが、
このようにＡl混晶比yを大きくすると、層中へのp型あ
るいはn型のドーピングが難しくなり、クラッド層９１,
９３の比抵抗を低くすることが困難となる。そこで、こ
のＬＥＤでは、電流拡散層９４を設けて表面電極９６の
直下に電流が集中することを防ぎ、これにより表面電極
９６で覆われていない領域１００aでの発光量を多くし
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記電
流拡散層９４の働きは十分ではなく、その結果、表面電
極９６直下での無効な発光が表面電極９６で覆われてい
ない領域１００aでの発光に比べて多くなっている。こ
のため、上記従来のＬＥＤは、外部量子効率が悪いとい
う問題がある。

【０００６】また、発光波長が５９０nm(黄色)〜５５０
nm(緑色)であるから、ＡlＧaＡs電流拡散層９４で光吸
収が生じるという問題がある。ＡlxＧa_1-xＡsは、たと
え最も広いバンドギャップとなる混晶比x＝１に設定し
たとしても、吸収端は５７４nmであり、これより短波長
の光を透過しないからである。なお、ＡlＡs(x＝１に相
当する)は空気中で腐食され易く、表面層として用いる
には適当でない。

【０００７】そこで、この発明の目的は、表面電極直下
の無効発光を相対的に減少させて外部量子効率を改善で
きる上、電流拡散層を省略して短波長の光を効率良く出
射できる発光ダイオードを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、半導体チップの表面に、発光層を含む
半導体層と表面電極とが順に積層され、上記発光層が発
した光を上記半導体層のうち上記表面電極で覆われてい
ない部分からチップ外へ光を出射する発光ダイオードに
おいて、上記表面電極は、パッド部と、上記パッド部か
ら線状に延びる第１次の分枝と、上記第１次の分枝から
分岐して線状に延びる第２次の分枝と、さらに上記第２
次の分枝から分岐して線状に延びる第３次の分枝を少な
くとも有し、上記表面電極の最高次の分枝の先端と上記
半導体層とは電気的に接触している一方、上記表面電極
の上記パッド部と上記半導体層とは電気的に接触してい
ないことを特徴としている。

【０００９】また、上記半導体層は、上記表面電極側
に、上記表面電極とオーミック接触する材料からなるコ
ンタクト層を有し、上記表面電極の上記先端以外の部分
と上記半導体層との間に、絶縁層が設けられているのが
望ましい。

【００１０】また、上記半導体層は、上記表面電極側
に、上記表面電極とショットキーバリアを生ずる材料か
らなる層を有するとともに、この層と上記表面電極の上
記最高次の分枝の先端との間に、上記表面電極とオーミ
ック接触する材料からなるコンタクト層を有するのが望
ましい。

【００１１】また、上記半導体層は、上記表面電極側
に、上記表面電極とオーミック接触する材料からなりp
型またはn型の導電型を持つコンタクト層を有するとと
もに、このコンタクト層と上記表面電極の上記先端以外
の部分との間に、上記コンタクト層と異なる導電型を持
つ電流阻止層を有するのが望ましい。

【００１２】また、上記表面電極は、この表面電極が占
める領域全域にわたって設けられ、上記半導体層表面と
オーミック接触しない材料からなる上部電極と、上記半
導体層表面と上記最高次の分枝の先端で上記上部電極と
上記半導体層表面との間に設けられ、上記半導体層表面
とオーミック接触する材料からなる下部電極とで構成さ
れているのが望ましい。

【００１３】また、上記各次の分枝の線幅は、次数が増
えるにつれて細くなっているのが望ましい。

【００１４】

【作用】この発明によれば、チップ表面に設けられた表
面電極が、パッド部から延びる第１次の分枝と、この第
１次の分枝から延びる第２次の分枝と、さらにこの第２
次の分枝から延びる第３次の分枝とを有しているので
(さらに高次の分枝を有していても良い)、チップ表面は
上記各次の分枝によって樹枝状に覆われた状態となる。
しかも、上記表面電極のうちパッド部が直下の半導体層
と接触しておらず、最高次の分枝の先端で上記表面電極
と上記半導体層とが接触しているので、チップの隅々に
まで電流が拡散され、電流拡散抵抗が実質的に減少す
る。この結果、表面電極直下での無効な発光よりも表面
電極で覆われていない領域での発光が相対的に多くな
る。例えば、図６(b),(c)に示すように、表面電極２,３
の分枝の途中(点Ｍ,Ｎ直下)で発せられた光q,rは電極に
遮られる部分が多いが、同図(a)に示すように、表面電
極１の分枝の先端で発せられた光pは電極に遮られる部
分が少ない。したがって、チップ外へ光が出射しやすく
なり、外部量子効率が改善される。また、上記表面電極
の形状によってチップ内に電流を十分拡散できることか
ら、例えば黄色より短波長のＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤにお
いてＡlＧaＡs電流拡散層を設ける必要がなくなる。し
たがって、短波長の光であっても吸収のない好適な特性
となる。なお、この表面電極形状は、ＡlＧaＩnＰ系Ｌ
ＥＤだけでなく、一般のＡlＧaＡs系、ＧaＰ系、ＺnＳe
系、ＧaＮ系、ＳiＣ系ＬＥＤなどに適用される。特に、
低抵抗電流拡散層を得ることが困難なＺnＣdＳe系ＬＥ
Ｄに有効である。

【００１５】また、上記半導体層は、上記表面電極側
に、上記表面電極とオーミック接触する材料からなるコ
ンタクト層を有し、上記表面電極の上記先端以外の部分
と上記半導体層との間に、絶縁層が設けられている場
合、上記表面電極の最高次の分枝の先端と上記半導体層
とが上記コンタクト層を通して良好に電気的接触する一
方、上記表面電極の上記先端以外の部分と上記半導体層
とが上記絶縁層によって電気的絶縁状態となる。したが
って、上記表面電極の上記先端部分でのみ電流が注入さ
れる。この結果、上に述べたように、チップ外へ光を出
射し易くなり、さらに外部量子効率が改善される。

【００１６】また、上記半導体層は、上記表面電極側
に、上記表面電極とショットキーバリアを生ずる材料か
らなる層を有するとともに、この層と上記表面電極の上
記最高次の分枝の先端との間に、上記表面電極とオーミ
ック接触する材料からなるコンタクト層を有する場合、
上記表面電極の最高次の分枝の先端と上記半導体層とが
上記コンタクト層を通して良好に電気的接触する一方、
上記表面電極の上記先端以外の部分と上記半導体層とが
上記ショットキーバリアによって電流が流れにくい状態
(ある程度の高電圧を印加しないと電流が流れない状態)
となる。したがって、実際上、上記表面電極の上記先端
部分でのみ電流が注入される。この結果、上に述べたよ
うに、チップ外へ光を出射し易くなり、さらに外部量子
効率が改善される。

【００１７】また、上記半導体層は、上記表面電極側
に、上記表面電極とオーミック接触する材料からなりp
型またはn型の導電型を持つコンタクト層を有するとと
もに、このコンタクト層と上記表面電極の上記先端以外
の部分との間に、上記コンタクト層と異なる導電型を持
つ電流阻止層を有する場合、上記表面電極の最高次の分
枝の先端と上記半導体層とが上記コンタクト層を通して
良好に電気的接触する一方、上記表面電極の上記先端以
外の部分と上記半導体層とが上記電流阻止層によって電
気的に導通しない状態となる。したがって、上記表面電
極の上記先端部分でのみ電流が注入される。この結果、
上に述べたように、チップ外へ光を出射し易くなり、さ
らに外部量子効率が改善される。

【００１８】また、上記表面電極は、この表面電極が占
める領域全域にわたって設けられ、上記半導体層表面と
オーミック接触しない材料からなる上部電極と、上記半
導体層表面と上記最高次の分枝の先端で上記上部電極と
上記半導体層表面との間に設けられ、上記半導体層表面
とオーミック接触する材料からなる下部電極とで構成さ
れている上記表面電極の最高次の分枝の先端と上記半導
体層とが上記下部電極を通して良好に電気的接触する一
方、上記表面電極の上記先端以外の部分と上記半導体層
とが電気的に導通不良の状態となる。したがって、上記
表面電極の上記先端部分でのみ電流が注入される。この
結果、上に述べたように、チップ外へ光を出射し易くな
り、さらに外部量子効率が改善される。

【００１９】また、上記各次の分枝の線幅は、次数が増
えるにつれて細くなっている場合、低次の分枝の線幅は
比較的広くなっているので、配線抵抗はほとんど増大す
ることがない。また、上記各次の分枝の線幅を次数が増
えるにつれて一定の比率で細くなるようにした場合、表
面電極のパターン設計が容易になる。

【００２０】

【実施例】以下、この発明の発光ダイオードを実施例に
より詳細に説明する。

【００２１】図１は第１実施例のＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤ
のチップ表面を示している。図１に示すように、チップ
表面３０には、発光層を含む半導体層３１と、表面電極
１６が設けられている。表面電極１６は、ワイドボンド
のための略矩形状のパッド部１８を中央に備えている。
このパッド部１８から対角方向に直線状に第１次の分枝
１９a,１９b,１９c,１９dが延びている。第１次の分枝
１９a,１９b,１９c,１９dは、互いに同一線幅、同一長
さとなっている。各第１次の分枝１９a,１９b,１９c,１
９dの先端からそれぞれ三方向に第２次の分枝２０a,２
０b,２０cが分岐して延びている。第１次の分枝と第２
次の分枝とがなす角度は０°または９０°となってい
る。なお、設計上は、各第１次の分枝１９a,１９b,１９
c,１９dと重なる図示しない第２次の分枝がある。第２
次の分枝２０a,２０b,２０cは、互いに同一線幅、同一
長さとなっており、第１次の分枝に対して線幅,長さが
いずれも１／２となっている。また、各第２次の分枝２
０a,２０b,２０cの先端からそれぞれ三方向に直線状に
第３次の分枝２１a,２１b,２１cが分岐して延びてい
る。第２次の分枝と第３次の分枝とがなす角度は０°ま
たは９０°となっている。また、第３次の分枝２１a,２
１b,２１cは、互いに同一線幅,同一長さとなっており、
第２次の分枝に対して線幅,長さがいずれも１／２とな
っている。なお、各第１次の分枝１９a,１９b,１９cの
中ほどからも第３次の分枝が分岐しているが、これは各
第１次の分枝１９a,１９b,１９cに重なって上記図示し
ない第２次の分枝の先端があるためである。第３次の分
枝２１a,２１b,２１cの先端には、直下の半導体層３１
とオーミック接触するためのコンタクト部２２a,２２b,
２２cが設けられている。一方、表面電極１６のうち上
記コンタクト部２１a,２１b,２１c以外の部分は、半導
体層３１と電気的に接触しない状態となっている(後述
するＡl₂Ｏ₃絶縁層１５による)。

【００２２】このように、この表面電極１６はどの分岐
においても枝別れ数が等しく、低次の分枝と高次の分枝
との関係は'Ｘ'形状の４つの先端に長さが１／２の'Ｘ'
を組み合わせた規則的で相似な自己相似形状、すなわち
フラクタル形状となっている。したがって、パターン設
計を容易に行うことができる。また、高次の分枝同士が
重なることなくチップ表面３０の略全域を樹枝状に覆う
ことができる。さらに、低次の分枝の配線幅を比較的広
くしているので配線抵抗を低く抑えることができる。低
次の分枝ほど電流が多く流れるからである。

【００２３】図２(a)〜(d)はこのチップの作製過程を示
している。同図(a),(c)は、チップ表面３０の一部(具体
的には第２次の分枝２０bの先端付近)を例示し、同図
(b),(d)は、それぞれ同図(a),(c)におけるＢ−Ｂ線,Ｄ
−Ｄ線矢視断面を示している。このチップは、次のよう
にして作製する。まず、同図(a),(b)に示すように、n型ＧaＡs基板１０
上に、ＭＯＣＶＤ法(有機金属化学気相成長法)により、
半導体層３１としてn型ＡlＧaＩnＰクラッド層１１、ア
ンドープＡlＧaＩnＰ発光層１２、p型ＡlＧaＩnＰクラ
ッド層１３、p型ＧaＡsコンタクト層１４を順に全面に
堆積し、さらにＡl₂Ｏ₃絶縁層１５を形成する。次に、
フォトリソグラフィーによって、Ａl₂Ｏ₃絶縁層１５の
うち所定箇所に開口１５a,１５b,１５cを形成する。次に、同図(c),(d)に示すように、この上に全面に表
面電極１６を蒸着した後、フォトリソグラフィおよびエ
ッチングを行って、表面電極１６,Ａl₂Ｏ₃絶縁層１５お
よびp型ＧaＡsコンタクト層１４を先に述べたフラクタ
ル形状にパターン加工する。エッチングは、ウェットエ
ッチングでもＲＩＢＥ(反応性イオンビーム・エッチン
グ)でも良い。これにより、コンタクト部２２a,２２b,
２２cで、開口１５a,１５,b,１５cを通して表面電極１
６とp型コンタクト層１４(したがって半導体層３１)と
がオーミック接触する状態となる。一方、表面電極１６
のうちコンタクト部２２a,２２b,２２c以外の領域で
は、Ａl₂Ｏ₃絶縁層１５によって、表面電極１６と半導
体層３１とが電気的に絶縁される。なお、p型ＧaＡsコ
ンタクト層１４は、表面電極１６直下にのみ設けられて
いるので、電流拡散層としては働かない。最後に、基板１０の裏面側に、裏面電極１７を全面に
形成する(作製完了)。

【００２４】上述のように、このＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤ
は、チップ表面３０を表面電極１６によって樹枝状に覆
っている。しかも、第３次(最高次)の分枝２１a,２１b,
２１cの先端のコンタクト部２２a,２２b,２２cを通して
表面電極１６と半導体層３１とを電気的に接触させる一
方、表面電極１６のうち上記先端以外の部分で表面電極
２１６と半導体層３１とを電気的絶縁状態にしているの
で、電流拡散層を設けなくても、チップの隅々にまで電
流を拡散でき、実質的に電流拡散抵抗を減少させること
ができる。この結果、表面電極１６直下での無効な発光
よりも表面電極１６で覆われていない領域での発光を相
対的に増大させることができる。したがって、チップ外
へ光を出射しやすくなり、外部量子効率を改善すること
ができる。また、電流拡散層を設けていないので、短波
長の光であっても吸収が生じないようにできる。実際に
特性測定を行ったところ、発光波長は５７０nm(黄緑色)
で、外部量子効率は、２.０％であった。

【００２５】なお、この例では、第３次の分枝２１a,２
１b,２１cの先端にのみコンタクト部２２a,２２b,２２c
を設けたが、これに限られるものではない。例えば、図
１に示した第２次の分枝２０a,２０b,２０cの中点にも
コンタクト部を設けても良い。この場合、電流−光変換
効率自体は若干低下するが、多くの電流を流すことがで
きるので、チップ当たりのトータル発光量を増大させる
ことができる。

【００２６】また、この例では、上記コンタクト部２２
a,２２b,２２cの幅は第３次の分枝２１a,２１b,２１cの
幅よりも狭くしたが(図２(c))、これに限られるもので
はなく、逆に広くしても良い。この場合、コンタクト部
での電気抵抗を減少させることができる。

【００２７】また、パッド部１８の位置はチップ表面３
０の中央に限定されるものではなく、周辺部にあっても
よい。

【００２８】また、表面電極１６のパターン形状は、エ
ッチングによらず、いわゆるマスク蒸着(表面電極１４
と同じ形状の開口部を有するメタルマスクを用いて蒸着
する)により形成しても良い。

【００２９】また、ＬＥＤの材料はＡlＧaＩnＰに限定
されるものでなく、ＡlＧaＡs、ＧaＡsＰ、ＧaＰ、Ａl
ＧaＮ、ＧaＩnＡsＰなどのIII−Ｖ族化合物半導体、Ｚn
Ｓe,ＺnＣdＳＳe、ＺnＣdＳeＴeなどのII−VI族化合物
半導体、ＣuＡlＳＳe、ＣuＧaＳＳeなどのカルコパイラ
イト系半導体であってもよい。

【００３０】また、基板材料はＧaＡsに限定されるもの
ではなく、ＧaＰ、ＩnＰ、サファイアなどでも良く、発
光波長に対して不透明であっても透明であってもよい。
基板の導電型はn型でもp型でもよい。

【００３１】また、この実施例ではチップ表面３０側に
分岐を有する表面電極１６を設けたが、発光波長に対し
透明な基板を用いる場合は、裏面電極１７にも分枝を設
ける。これにより、光出射効率をさらに向上させること
ができる。

【００３２】また、発光層１２界面の接合はダブルヘテ
ロ接合に限定されるものでなく、シングルヘテロ接合、
ホモ接合であってもよい。

【００３３】また、絶縁層１５の材料は、Ａl₂Ｏ₃に限
られるものではなく、ＳiＯ₂またはＳi₃Ｎ₄などでも良
い。

【００３４】また、各半導体層１１,…,１５をＭＯＣＶ
Ｄ法(有機金属化学気相成長法)で形成したが、ＭＢＥ法
(分子線エピタキシ法)、ＶＰＥ法(気相成長法)、ＬＰＥ
法(液相成長法)などで形成してもよい。pn接合は、結晶
成長時に作り込むほか、結晶成長後にドーパントを拡散
して形成してもよい。

【００３５】また、表面電極(p側電極)１６の材料とし
て、ＡuＺn,ＩnＡu,Ｃr／Ａu,Ｍo／Ａu,Ｔi／Ｐt／Ａu,
Ａu,Ａl,Ｉn,ＩＴＯ(錫添加酸化インジウム),ＩnＯ₂,Ｓ
nＯ₂およびこれらの積層膜を採用することができる。一
方、裏面電極(n側電極)１７の材料として、ＡuＧe／Ｎ
i,ＡuＳn,ＡuＳi,Ｍo／Ａu,Ａu,Ａl,Ｉn,ＩＴＯおよび
これらの積層膜を採用することができる。

【００３６】図３は第２実施例のＺnＣdＳe系ＬＥＤを
示している。同図(a)はチップ表面の全体を示し、同図
(b)はその一部(電極先端)を例示している。また、同図
(c)は同図(b)におけるＣ−Ｃ線断面を示している。

【００３７】同図(a)に示すように、このＬＥＤは、チ
ップ表面５０に、発光層を含む半導体層５１と、表面電
極４７を備えている。表面電極４７のパターンは、略矩
形状のパッド部５２と、このパッド部５２から直線状に
延びる第１次の分枝５３a,５３b、第２次の分枝５４a,
５４b、第３次の分枝５５a,５５b、第４次の分枝５６a,
５６b、第５次の分枝５７a,５７b、第６次の分枝５８a,
５８bを有している。上記各次の分枝は、'Ｈ'形状の４
つの先端に長さが１／２の'Ｈ'を組み合わせることを繰
り返したフラクタル形状となっている。この例では、各
次の分枝を正方形のチップの四辺に平行な線で形成して
いるので、パターン設計を容易に行うことができる。ま
た、高次の分枝同士が重なることなく、チップ表面５０
の略全域を樹枝状に覆うことができる。なお、設計上、
パッド部５２近傍に配される第６次の分枝は、ここでは
省略している。第６次の分枝５８a,５８bの先端には、
直下の半導体層５１とオーミック接触するためのコンタ
クト部５９a,５９bが設けられている。一方、表面電極
４７のうち上記コンタクト部５９a,５９b以外の部分
は、半導体層５１とショットキーバリアを生ずる状態と
なっている。

【００３８】このチップは次のようにして作製する。まず、同図(c)に示すように、n型ＧaＡs基板４０上
に、ＭＢＥ法により、半導体層５１としてn型ＩnＧaＡs
バッファ層４１、n型ＺnＳeクラッド層４２、アンドー
プＺnＣdＳe歪量子井戸発光層４３、p型ＺnＳeクラッド
層４４、p型ＡlＧaＡsコンタクト層４５、p型ＧaＡsコ
ンタクト層４６を順に堆積する。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングを行っ
て、このコンタクト層４５,４６のうち上記コンタクト
部５９a,５９bに相当する部分を残す一方、チップ表面
５０にp型ＺnＳeクラッド層４４を露出させる。次に、基板の表面に表面電極４７、裏面に裏面電極４
８を全面に形成する。そして、表面電極４７を図３に示
したフラクタル形状となるように一部エッチングしてパ
ターン化する(作製完了)。これにより、表面電極４７の
うち第６次(最高次)の分枝５８a,５８bの先端部分のみ
が半導体層５１とオーミック接触し、上記先端以外の部
分は半導体層５１(p型ＺnＳeクラッド層４４)とショッ
トキーバリアを生ずる状態に仕上がる。

【００３９】上述のように、このＺnＣdＳe系ＬＥＤ
は、チップ表面５０を表面電極４７によって樹枝状に覆
っているので、第１実施例と同様に、外部量子効率を改
善することができる。しかも、第６次(最高次)の分枝５
８a,５８bの先端部分と半導体層５１とをコンタクト部
５９a,５９bを通して良好にオーミック接触させる一
方、上記先端以外の部分と半導体層５１とをショットキ
ーバリアによって電流が流れにくい状態(ある程度の高
電圧を印加しないと電流が流れない状態)にしているの
で、表面電極５１の先端部分でのみ電流を注入すること
ができる。したがって、チップ外へ光を出射しやすくな
り、さらに外部量子効率を高めることができる。また、
電流拡散層を設けていないので、短波長の光であっても
吸収が生じないようにできる。

【００４０】なお、基板材料はＧaＡsに限定されるもの
ではなく、ＺnＳeなどでも良く、発光波長に対して不透
明であっても透明であってもよい。基板の導電型はn型
でもp型でもよい。

【００４１】また、ＬＥＤの材料は、ＺnＣdＳeに限定
されるものではなく、ＡlＧaＩnＰ、ＡlＧaＡs、ＧaＡs
Ｐ、ＧaＰ、ＡlＧaＮ、ＧaＩnＡsＰなどのIII−Ｖ族化
合物半導体、ＺnＳe、ＺnＣdＳＳe、ＺnＣdＳeＴeなど
のII−VI族化合物半導体、ＣuＡlＳＳe、ＣuＧaＳＳeな
どのカルコパイライト系半導体であってもよい。

【００４２】また、発光層４３はＺn_1-xＣd_xＳe(x＝０.
２)としたが、xの値は特に限定されるものではなく、例
えば、x＝０のＺnＳeであっても良い。また、発光層はn
型ＺnＳe／ＺnＣdＳe多重量子井戸構造であっても良
い。

【００４３】また、バッファ層４１はn型ＩnＧaＡsとし
たが、n型ＺnＳＳeであっても良く、n型ＺnＳ／ＺnＳe
歪超格子層であっても良い。

【００４４】また、各半導体層４１,…,４５をＭＢＥ法
で形成したが、ＭＯＣＶＤ法、ＶＰＥ法、ＬＰＥ法など
で形成してもよい。pn接合は、結晶成長時に作り込むほ
か、結晶成長後にドーパントを拡散して形成してもよ
い。

【００４５】図４は、第３実施例のＡlＧaＩnＰ系ＬＥ
Ｄを示している。同図(a)はチップ表面の全体を示し、
同図(b)はその一部(電極先端)を例示している。また、
同図(c)は同図(b)におけるＣ−Ｃ線断面を示している。

【００４６】同図(a)に示すように、このＬＥＤは、チ
ップ表面９０に、発光層を含む半導体層９１と表面電極
７６を備えている。表面電極７６のパターンは、略矩形
状のパッド部８１と、第１次の分枝８２a,８２bと、第
２次の分枝８３a,８３b,８３c,８３d,８３e,８３f,８３
g,８３hと、各第２次の分枝８３a,…,８３hから分岐し
た第３次の分枝８４a,８４b,８４c,８４d,８４e,８４f,
８４g,８４hを有している。詳しくは、パッド部８１を
通るチップ側面に平行な直線上に第１次の分枝８２a,８
２bを有し、この第１次の分枝８２a,８２bに垂直に第２
次の分枝８３a,…,８３eを８本有している。さらに各第
２次の分枝８３a,…,８３hに垂直に第３次の分枝８４a,
…,８４hを８本有している。なお、この第３次の分枝
は、パッド部８１に重なる部分では実際には形成されて
いない。上記各次の分枝の線幅は、電流が多く流れる低
次の分枝ほど太くなっている。この例は、枝分かれの数
が分岐の次数によって異なるため狭義のフラクタルでは
ないが、設計思想はフラクタル的である。第３次の分枝
８４a,…,８４hの先端には、直下の半導体層９１とオー
ミック接触するためのコンタクト部８５a,…,８５hが設
けられている。一方、表面電極７６のうち上記コンタク
ト部８５a,…,８５h以外の部分は、半導体層３１と電気
的に接触しない状態となっている。

【００４７】このチップは次のようにして作製する。まず、同図(c)に示すように、n型ＧaＡs基板７０上
に、ＭＯＣＶＤ法(有機金属化学気相成長法)により、半
導体層９１としてn型ＡlＧaＩnＰクラッド層７１、アン
ドープＡlＧaＩnＰ発光層７２、p型ＡlＧaＩnＰクラッ
ド層７３、p型ＧaＡsコンタクト層７４、n型ＧaＡs電流
阻止層７５を順に全面に堆積する。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングを行っ
て、n型ＧaＡs電流阻止層７５のうち所定箇所に開口７
５aを形成する。次に、この上に全面に表面電極７６を蒸着した後、こ
の表面電極７６上に図示しないフォトレジストを設け、
フォトリソグラフィおよびエッチングを行って、表面電
極７６,n型ＧaＡs電流阻止層７５およびp型ＧaＡsコン
タクト層７４を先に述べたフラクタル形状にパターン加
工する。エッチングは、ウェットエッチングでもＲＩＢ
Ｅ(反応性イオンビーム・エッチング)でも良い。これに
より、コンタクト部８５で、開口７５aを通して、表面
電極７６とp型コンタクト層７４(したがって半導体層９
１)とがオーミック接触する状態となる。一方、表面電
極７６のうち上記コンタクト部８５以外の領域では、導
電型が異なるn型ＧaＡs電流阻止層７５によって表面電
極７６と半導体層９１との導通が妨げられる。なお、p
型ＡlＧaＡsコンタクト層７４は、表面電極７６直下に
しかなく、電流拡散層としては働かない。最後に、基板７０の裏面側に、裏面電極７７を全面に
形成する（作製完了)。

【００４８】上述のように、このＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤ
は、第１,第２実施例と同様に、チップ表面９０を表面
電極７６によって樹枝状に覆っているので、電流拡散層
を設けなくても、チップの隅々にまで電流を拡散でき、
実質的に電流拡散抵抗を減少させることができる。しか
も、第３次(最高次)の分枝８４a,…,８４hの先端のコン
タクト部８５a,…,８５hを通して、表面電極７６と半導
体層９１とをオーミック接触させる一方、表面電極７６
のうち上記コンタクト部８５a,…,８５h以外の部分と半
導体層９１とを電流阻止層７５によって導通しない状態
にしているので、表面電極７６直下での無効な発光より
も表面電極７６で覆われていない領域での発光を相対的
に増大させることができる。したがって、チップ外へ光
を出射しやすくなり、外部量子効率を改善することがで
きる。また、電流拡散層を設けていないので、短波長の
光であっても吸収が生じないようにできる。さらに、第
１実施例に比して、絶縁層形成工程を省略できる利点が
ある。

【００４９】図５は第４実施例のＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤ
を示している。同図(a)はチップ表面の一部(電極先端)
を示し、同図(b)は同図(a)におけるＢ−Ｂ線断面を示し
ている。このＬＥＤは、チップ表面２３０に、発光層を
含む半導体層２３１と、第１実施例の表面電極１６と全
く同一パターンの表面電極２１６を備えている(なお、
簡単のため、チップ表面全体の図は省略している。)。
第３次の分枝２０６の先端には、直下の半導体層２３１
とオーミック接触するためのコンタクト部(下部電極)２
０５が設けられている。一方、表面電極２１６のうち上
記コンタクト部２０５以外の部分は、半導体層２３１と
電気的に接触しない状態となっている。

【００５０】このチップは、次のようにして作製する。まず、n型ＧaＡs基板２００上に、ＭＯＣＶＤ法(有機
金属化学気相成長法)により、半導体層２３１としてn型
ＡlＧaＩnＰクラッド層２０１、アンドープＡlＧaＩnＰ
発光層２０２、p型ＡlＧaＩnＰクラッド層２０３、p型
ＧaＡsコンタクト層２０４を順に全面に堆積する。次に、この上に、コンタクト部２０５の材料としてＡ
nＺn層を蒸着し、このＡnＺn層を、表面電極２１６先端
よりも狭い幅を有する矩形状のパターンに加工する。続
いて、加熱処理を行って、p型ＧaＡsコンタクト層２０
４とコンタクト部２０５とをオーミック接触させる。この上に、表面電極２１６の材料としてＡl層を蒸着
した後、フォトリソグラフィおよびエッチングを行っ
て、上記Ａl層(上部電極)およびp型ＧaＡsコンタクト層
２０４を、第１実施例と同様のフラクタル形状に同時に
パターン加工する。これにより、第３次(最高次)の分枝
２０６の先端のコンタクト部２０５を通して、表面電極
２１６とp型コンタクト層２０４(したがって半導体層２
３１)とがオーミック接触する状態となる。一方、表面
電極２１６のうちコンタクト部２０５以外の領域では、
表面電極１６と半導体層３１とが電気的に導通しない状
態となる。これは、Ａl層とp型ＧaＡsコンタクト層とは
オーミック接触しにくい材料だからであり、また、工程
で既に加熱処理を終えているからである。なお、p型
ＧaＡsコンタクト層１４は、表面電極１６直下にのみ設
けられているので、電流拡散層としては働かない。最後に、基板１０の裏面側に、裏面電極１７を全面に
形成する(作製完了)。

【００５１】上述のように、このＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤ
は、各実施例と同様に、チップ表面２３０を表面電極２
１６によって樹枝状に覆っているので、電流拡散層を設
けなくても、チップの隅々にまで電流を拡散でき、実質
的に電流拡散抵抗を減少させることができる。しかも、
第３次(最高次)の分枝２０６の先端のコンタクト部２０
５を通して表面電極２１６と半導体層２３１とをオーミ
ック接触させる一方、表面電極２１６のうち上記先端以
外の部分で表面電極２１６と半導体層２３１とが電気的
に接触しないようにしているので、表面電極２１６直下
での無効な発光よりも表面電極２１６で覆われていない
領域での発光を相対的に増大させることができる。した
がって、チップ外へ光を出射しやすくなり、外部量子効
率を改善することができる。さらに、第１実施例に比し
て、絶縁層形成工程を省略できる利点がある。

【００５２】

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の発
光ダイオードは、表面電極が、パッド部から延びる第１
次の分枝と、この第１次の分枝から延びる第２次の分枝
と、さらにこの第２次の分枝から延びる第３次の分枝を
少なくとも有しているので、チップ表面を上記各次の分
枝によって樹枝状に覆うことができる。しかも、上記表
面電極のうちパッド部が直下の半導体層と接触しておら
ず、最高次の分枝の先端で上記表面電極と上記半導体層
とが接触しているので、チップの隅々にまで電流を拡散
して電流拡散抵抗を実質的に減少させることができ、こ
の結果、表面電極直下での無効発光よりも表面電極で覆
われていない領域での発光を相対的に多くすることがで
きる。したがって、チップ外へ光を出射し易くなり、外
部量子効率を改善することができる。また、上記表面電
極の形状によってチップ内に電流を十分拡散できること
から、例えば黄色より短波長のＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤに
おいてＡlＧaＡs電流拡散層を省略でき、したがって、
短波長の光であっても吸収のない好適な特性を実現する
ことができる。この発明は、ＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤだけ
でなく、一般のＡlＧaＡs系、ＧaＰ系、ＺnＳe系、Ｇa
Ｎ系、ＳiＣ系ＬＥＤなどに適用でき、特に、低抵抗電
流拡散層を得ることが困難なＺnＣdＳe系ＬＥＤに有効
である。

【００５３】また、上記半導体層は、上記表面電極側
に、上記表面電極とオーミック接触する材料からなるコ
ンタクト層を有し、上記表面電極の上記先端以外の部分
と上記半導体層との間に、絶縁層が設けられている場
合、上記表面電極の最高次の分枝の先端と上記半導体層
とが上記コンタクト層を通して良好に電気的接触する一
方、上記表面電極の上記先端以外の部分と上記半導体層
とが上記絶縁層によって電気的絶縁状態となる。したが
って、上記表面電極の上記先端部分でのみ電流を注入で
きる。この結果、チップ外へ光を出射し易くなり、さら
に外部量子効率を改善することができる。

【００５４】また、上記半導体層は、上記表面電極側
に、上記表面電極とショットキーバリアを生ずる材料か
らなる層を有するとともに、この層と上記表面電極の上
記最高次の分枝の先端との間に、上記表面電極とオーミ
ック接触する材料からなるコンタクト層を有する場合、
上記表面電極の最高次の分枝の先端と上記半導体層とが
上記コンタクト層を通して良好に電気的接触する一方、
上記表面電極の上記先端以外の部分と上記半導体層とが
上記ショットキーバリアによって電流が流れにくい状態
(ある程度の高電圧を印加しないと電流が流れない状態)
となる。したがって、実際上、上記表面電極の上記先端
部分でのみ電流を注入できる。この結果、チップ外へ光
を出射し易くなり、さらに外部量子効率を改善すること
ができる。

【００５５】また、上記半導体層は、上記表面電極側
に、上記表面電極とオーミック接触する材料からなりp
型またはn型の導電型を持つコンタクト層を有するとと
もに、このコンタクト層と上記表面電極の上記先端以外
の部分との間に、上記コンタクト層と異なる導電型を持
つ電流阻止層を有する場合、上記表面電極の最高次の分
枝の先端と上記半導体層とが上記コンタクト層を通して
良好に電気的接触する一方、上記表面電極の上記先端以
外の部分と上記半導体層とが上記電流阻止層によって電
気的に導通しない状態となる。したがって、上記表面電
極の上記先端部分でのみ電流を注入できる。この結果、
チップ外へ光を出射し易くなり、さらに外部量子効率を
改善することができる。

【００５６】また、上記表面電極は、この表面電極が占
める領域全域にわたって設けられ、上記半導体層表面と
オーミック接触しない材料からなる上部電極と、上記半
導体層表面と上記最高次の分枝の先端で上記上部電極と
上記半導体層表面との間に設けられ、上記半導体層表面
とオーミック接触する材料からなる下部電極とで構成さ
れている上記表面電極の最高次の分枝の先端と上記半導
体層とが上記下部電極を通して良好に電気的接触する一
方、上記表面電極の上記先端以外の部分と上記半導体層
とが電気的に導通不良の状態となる。したがって、上記
表面電極の上記先端部分でのみ電流を注入できる。この
結果、チップ外へ光を出射し易くなり、さらに外部量子
効率を改善することができる。

【００５７】また、上記各次の分枝の線幅は、次数が増
えるにつれて細くなっている場合、低次の分枝の線幅は
比較的広くなっているので、配線抵抗の増大を抑制する
ことができる。また、上記各次の分枝の線幅を次数が増
えるにつれて一定の比率で細くすることによって、表面
電極のパターン設計を簡単化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例のＡlＧaＩnＰ系ＬＥ
Ｄのチップ表面と断面を示す図である。

【図２】上記ＬＥＤの作製過程を示す図である。

【図３】この発明の第２実施例のＺnＣdＳe系ＬＥＤ
のチップ表面と断面を示す図である。

【図４】この発明の第３実施例のＡlＧaＩnＰ系ＬＥ
Ｄのチップ表面と断面を示す図である。

【図５】この発明の第４実施例のＡlＧaＩnＰ系ＬＥ
Ｄのチップ表面要部と断面を示す図である。

【図６】この発明の作用を説明する図である。

【図７】従来のＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤのチップ断面を
示す図である。

【図８】上記従来のＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤのチップ表
面を示す図である。

【符号の説明】

１,２,３表面電極１０,４０,７０,２００ n型ＧaＡs基板１１,７１,２０１ n型ＡlＧaＩnＰクラッド層１２,７２,２０２アンドーブＡlＧaＩnＰ発光層１３,７３,２０３ p型ＡlＧaＩnＰクラッド層１４,４６,７４,２０４ p型ＧaＡsコンタクト層１５Ａl₂Ｏ₃絶縁層１６,４７,７６,２１６表面電極１７,４８,７７,２０７裏面電極１８,５２,８１パッド部１９a,…,１９d,５３a,５３b,８２a,８２b 第１次の分
枝２０a,…,２０c,５４a,５４b,８３a,…,８３h 第２次
の分枝２１a,…,２１c,５５a,５５b,８４,８４a,…,８４h 第
３次の分枝２２a,…,２２c,５９a,５９b,８５,８５a,…,８５h コ
ンタクト部３０,５０,９０,２３０チップ表面３１,５１,９１半導体層４１ n型ＩnＧaＡsバッファ層４２ n型ＺnＳeクラッド層４３アンドープＺnＣdＳe歪量子井戸型発光層４４ p型ＺnＳeクラッド層４５ p型ＡlＧaＡsコンタクト層５５a,５５b 第４次の分枝５６a,５６b 第５次の分枝５７,５７a,５７b 第６次の分枝７５ n型ＧaＡs電流阻止層２０５ＡuＺn層２０６Ａl層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体チップの表面に、発光層を含む半
導体層と表面電極とが順に積層され、上記発光層が発し
た光を上記半導体層のうち上記表面電極で覆われていな
い部分からチップ外へ光を出射する発光ダイオードにお
いて、上記表面電極は、パッド部と、上記パッド部から
線状に延びる第１次の分枝と、上記第１次の分枝から分
岐して線状に延びる第２次の分枝と、さらに上記第２次
の分枝から分岐して線状に延びる第３次の分枝を少なく
とも有し、上記表面電極の最高次の分枝の先端と上記半導体層とは
電気的に接触している一方、上記表面電極の上記パッド
部と上記半導体層とは電気的に接触していないことを特
徴とする発光ダイオード。
【請求項２】上記半導体層は、上記表面電極側に、上
記表面電極とオーミック接触する材料からなるコンタク
ト層を有し、上記表面電極の上記先端以外の部分と上記半導体層との
間に、絶縁層が設けられていることを特徴とする請求項
１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】上記半導体層は、上記表面電極側に、上
記表面電極とショットキーバリアを生ずる材料からなる
層を有するとともに、この層と上記表面電極の上記最高
次の分枝の先端との間に、上記表面電極とオーミック接
触する材料からなるコンタクト層を有することを特徴と
する請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項４】上記半導体層は、上記表面電極側に、上
記表面電極とオーミック接触する材料からなりp型また
はn型の導電型を持つコンタクト層を有するとともに、
このコンタクト層と上記表面電極の上記先端以外の部分
との間に、上記コンタクト層と異なる導電型を持つ電流
阻止層を有することを特徴とする請求項１に記載の発光
ダイオード。
【請求項５】上記表面電極は、この表面電極が占める
領域全域にわたって設けられ、上記半導体層表面とオー
ミック接触しない材料からなる上部電極と、上記半導体
層表面と上記最高次の分枝の先端で上記上部電極と上記
半導体層表面との間に設けられ、上記半導体層表面とオ
ーミック接触する材料からなる下部電極とで構成されて
いることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオー
ド。
【請求項６】上記各次の分枝の線幅は、次数が増える
につれて細くなっていることを特徴とする請求項１乃至
５のいずれかに記載の発光ダイオード。