JPH08102550A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
- Publication number
- JPH08102550A JPH08102550A JP23648294A JP23648294A JPH08102550A JP H08102550 A JPH08102550 A JP H08102550A JP 23648294 A JP23648294 A JP 23648294A JP 23648294 A JP23648294 A JP 23648294A JP H08102550 A JPH08102550 A JP H08102550A
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- JP
- Japan
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- light emitting
- semiconductor layer
- layer
- type semiconductor
- electrode pad
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電極パッドが陰になって発光素子の表面側か
ら直接的に外方に向かう光量が不足するという事態を回
避するとともに、従来のような反射皿等における高反射
率鏡面の形成を不要もしくはその鏡面仕上げ度合いを軽
減して発光デバイスの加工作業を容易化する。 【構成】 サファイア基板2上に、N型半導体層3、発
光層4、およびP型半導体層5から構成される積層部6
を形成し、かつ上記N型半導体層3とP型半導体層5と
の各表面露出部にそれぞれ電極パッドを形成してなる半
導体発光素子1において、P型とN型とのうちの少なく
とも表面側の半導体層5に形成される上記電極パッド
を、導電性を有する透明膜12で構成する。そして好ま
しくは、上記透明膜12が形成されている半導体層5
を、透光性を有する窒化ガリウム系化合物半導体層で構
成し、この半導体層5に対して上記透明膜12をオーミ
ック接触させる。
ら直接的に外方に向かう光量が不足するという事態を回
避するとともに、従来のような反射皿等における高反射
率鏡面の形成を不要もしくはその鏡面仕上げ度合いを軽
減して発光デバイスの加工作業を容易化する。 【構成】 サファイア基板2上に、N型半導体層3、発
光層4、およびP型半導体層5から構成される積層部6
を形成し、かつ上記N型半導体層3とP型半導体層5と
の各表面露出部にそれぞれ電極パッドを形成してなる半
導体発光素子1において、P型とN型とのうちの少なく
とも表面側の半導体層5に形成される上記電極パッド
を、導電性を有する透明膜12で構成する。そして好ま
しくは、上記透明膜12が形成されている半導体層5
を、透光性を有する窒化ガリウム系化合物半導体層で構
成し、この半導体層5に対して上記透明膜12をオーミ
ック接触させる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、半導体発光素子に関
し、特に、基板上に形成された積層部の表面側からの光
の照射効率を向上させるための技術に関する。
し、特に、基板上に形成された積層部の表面側からの光
の照射効率を向上させるための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、P型半導体層とN型半導体層と
の境界に発光層を介設させて構成される積層部を基板上
に形成してなる半導体発光素子は、所定箇所をエッチン
グ等により除去して上記両半導体層の表面部を露出状態
とし、この両露出表面部にそれぞれ電極パッドを形成す
るのが通例である。これは、電極パッドの形成領域とし
て比較的広い面積を確保するには、上記半導体層の表面
部を利用せざるを得ないという理由による。
の境界に発光層を介設させて構成される積層部を基板上
に形成してなる半導体発光素子は、所定箇所をエッチン
グ等により除去して上記両半導体層の表面部を露出状態
とし、この両露出表面部にそれぞれ電極パッドを形成す
るのが通例である。これは、電極パッドの形成領域とし
て比較的広い面積を確保するには、上記半導体層の表面
部を利用せざるを得ないという理由による。
【0003】したがって、たとえば単一の半導体発光素
子の発光領域について考察してみると、図3にその平面
視状態を示すように、半導体発光素子60は、最表面に
存在するP型半導体層61の表面部と、エッチングによ
り除去されて露出状態となっているN型半導体層62の
表面部とに、P側およびN側の各電極パッド63、64
がそれぞれ形成される。
子の発光領域について考察してみると、図3にその平面
視状態を示すように、半導体発光素子60は、最表面に
存在するP型半導体層61の表面部と、エッチングによ
り除去されて露出状態となっているN型半導体層62の
表面部とに、P側およびN側の各電極パッド63、64
がそれぞれ形成される。
【0004】そして、上記電極パッドとしては、Alま
たはAl合金製等の遮光性を有するメタルを使用するの
が一般的である。
たはAl合金製等の遮光性を有するメタルを使用するの
が一般的である。
【0005】このような事情を勘案して、たとえばLE
Dランプに上記半導体発光素子60(LED素子)が搭
載される場合を例に挙げると、上記積層部の発光層から
側方に向かって発せられた光を、反射皿等による反射作
用あるいは屈折作用を伴わせて、その表面側に向かって
照射させる構造となっている。
Dランプに上記半導体発光素子60(LED素子)が搭
載される場合を例に挙げると、上記積層部の発光層から
側方に向かって発せられた光を、反射皿等による反射作
用あるいは屈折作用を伴わせて、その表面側に向かって
照射させる構造となっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
半導体発光素子60のように、発光領域を構成する半導
体層の表面側にAl製等のメタルの電極パッド63を形
成する手法によれば、発光層から表面側に向かって発せ
られた光が上記電極パッド63により遮られる。このた
め、エッチングによる非除去部分である上記P型半導体
層61の全域から上記電極パッド63の形成領域を除外
した箇所、すなわち同図に鎖線を付した箇所が実質的な
発光領域65となる。そして、上記電極パッド63の形
成領域が占有する比率は比較的大きいものであるため、
この半導体発光素子60の表面側からの照射効率が著し
く悪くなるという問題を有している。
半導体発光素子60のように、発光領域を構成する半導
体層の表面側にAl製等のメタルの電極パッド63を形
成する手法によれば、発光層から表面側に向かって発せ
られた光が上記電極パッド63により遮られる。このた
め、エッチングによる非除去部分である上記P型半導体
層61の全域から上記電極パッド63の形成領域を除外
した箇所、すなわち同図に鎖線を付した箇所が実質的な
発光領域65となる。そして、上記電極パッド63の形
成領域が占有する比率は比較的大きいものであるため、
この半導体発光素子60の表面側からの照射効率が著し
く悪くなるという問題を有している。
【0007】一方、上記半導体発光素子60の表面側に
向かう光量を十分なものにするには、上記例示したよう
に発光層の側方から取り出した光を表面側に至らせるた
めに反射あるいは屈折させることを余儀なくされる。こ
れに伴って、LEDランプ等の発光デバイスの製作時に
は、光を反射あるいは屈折させるための反射皿等が必要
になり、しかもその反射皿等には高反射率の鏡面を形成
せねばならず、その加工作業が面倒になるばりでなく作
業工数の増加をも招くことになる。
向かう光量を十分なものにするには、上記例示したよう
に発光層の側方から取り出した光を表面側に至らせるた
めに反射あるいは屈折させることを余儀なくされる。こ
れに伴って、LEDランプ等の発光デバイスの製作時に
は、光を反射あるいは屈折させるための反射皿等が必要
になり、しかもその反射皿等には高反射率の鏡面を形成
せねばならず、その加工作業が面倒になるばりでなく作
業工数の増加をも招くことになる。
【0008】なお、上記照射効率悪化の問題に対して
は、上記電極パッド63の形成面積を小さくすることが
考えられるが、このような単純な手法では、電極パッド
63に対してワイヤボンディングを行う場合の位置決め
精度を極めて高くせねばならず、その作業の困難化を招
くとともに、ワイヤボンダの高精度化ならびにこれに伴
うコストの高騰を招くことになる。
は、上記電極パッド63の形成面積を小さくすることが
考えられるが、このような単純な手法では、電極パッド
63に対してワイヤボンディングを行う場合の位置決め
精度を極めて高くせねばならず、その作業の困難化を招
くとともに、ワイヤボンダの高精度化ならびにこれに伴
うコストの高騰を招くことになる。
【0009】本願発明は、上述の事情のもとで考え出さ
れたものであって、電極パッドが陰になって発光素子の
表面側から直接的に外方に向かう光量が不足するという
事態を、ワイヤボンディングの困難化を招くことなく回
避するとともに、従来のような反射皿等における高反射
率鏡面の形成を不要もしくはその鏡面仕上げ度合いを軽
減して発光デバイスの加工作業を容易化することをその
課題とする。
れたものであって、電極パッドが陰になって発光素子の
表面側から直接的に外方に向かう光量が不足するという
事態を、ワイヤボンディングの困難化を招くことなく回
避するとともに、従来のような反射皿等における高反射
率鏡面の形成を不要もしくはその鏡面仕上げ度合いを軽
減して発光デバイスの加工作業を容易化することをその
課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
め、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【0011】すなわち、本願の請求項1に記載した発明
によれば、基板上に、N型半導体層、発光層、およびP
型半導体層から構成される積層部を形成し、かつ上記N
型半導体層とP型半導体層との各表面露出部にそれぞれ
電極パッドを形成してなる半導体発光素子において、P
型とN型とのうちの少なくとも表面側の半導体層に形成
される上記電極パッドを、導電性を有する透明膜で構成
したことを特徴としている。
によれば、基板上に、N型半導体層、発光層、およびP
型半導体層から構成される積層部を形成し、かつ上記N
型半導体層とP型半導体層との各表面露出部にそれぞれ
電極パッドを形成してなる半導体発光素子において、P
型とN型とのうちの少なくとも表面側の半導体層に形成
される上記電極パッドを、導電性を有する透明膜で構成
したことを特徴としている。
【0012】
【発明の作用および効果】上記請求項1に記載した発明
によれば、積層部における表面側の半導体層に形成され
る電極パッドを、導電性を有する透明膜で構成するよう
にしたから、発光層から表面側に向かって発せられた光
は、上記電極パッドにより遮られることなく、高照射効
率でその表面側から直接的に外方に向かって照射され
る。すなわち、上記積層部における電極パッドの形成領
域についても、発光層から半導体層および透明膜を透過
して表面側外方に向かう光路が形成され、発光領域(発
光面積)がトータル的に増加するのである。
によれば、積層部における表面側の半導体層に形成され
る電極パッドを、導電性を有する透明膜で構成するよう
にしたから、発光層から表面側に向かって発せられた光
は、上記電極パッドにより遮られることなく、高照射効
率でその表面側から直接的に外方に向かって照射され
る。すなわち、上記積層部における電極パッドの形成領
域についても、発光層から半導体層および透明膜を透過
して表面側外方に向かう光路が形成され、発光領域(発
光面積)がトータル的に増加するのである。
【0013】この結果、従来のようにメタルを電極パッ
ドとして使用していた場合における発光層から表面側外
方への照射効率の低下が回避され、高輝度特性を備えた
半導体発光素子が得られる。さらに、従来のように発光
層からの光を反射させなくても、十分な光量を確保する
ことが期待でき、LEDランプ等の発光デバイスの製作
時における反射皿等の形成作業やその反射面の鏡面化作
業などが省略、あるいはその作業の緻密化が軽減され、
発光デバイス加工作業の簡易化が図られる。
ドとして使用していた場合における発光層から表面側外
方への照射効率の低下が回避され、高輝度特性を備えた
半導体発光素子が得られる。さらに、従来のように発光
層からの光を反射させなくても、十分な光量を確保する
ことが期待でき、LEDランプ等の発光デバイスの製作
時における反射皿等の形成作業やその反射面の鏡面化作
業などが省略、あるいはその作業の緻密化が軽減され、
発光デバイス加工作業の簡易化が図られる。
【0014】また、上記透明膜の形成面積を広くしても
照射効率の低下を生じないことから、十分な面積を有す
る透明膜を形成できることになる。これにより、透明膜
に対してワイヤボンディングを施す場合の位置決め精度
は厳格な制約を受けなくなり、ボンディング作業の容易
化が図られるとともに、ワイヤボンダについても高精度
化が要請されなくなりコスト面での弊害を免れることに
なる。
照射効率の低下を生じないことから、十分な面積を有す
る透明膜を形成できることになる。これにより、透明膜
に対してワイヤボンディングを施す場合の位置決め精度
は厳格な制約を受けなくなり、ボンディング作業の容易
化が図られるとともに、ワイヤボンダについても高精度
化が要請されなくなりコスト面での弊害を免れることに
なる。
【0015】
【実施例の説明】以下、本願発明の好ましい実施例を、
図面を参照しつつ具体的に説明する。
図面を参照しつつ具体的に説明する。
【0016】図1は本願発明に係る半導体発光素子の一
例を示す概略縦断面図、図2はその概略平面図である。
例を示す概略縦断面図、図2はその概略平面図である。
【0017】図1に示すように、この実施例に係る半導
体発光素子1は、基本的には、絶縁基板であるサファイ
ア基板2上に、N型半導体層3と、発光層4と、P型半
導体層5とを備えてなる積層部6を形成したものであ
る。そして、上記サファイア基板2は透明(半透明も含
む)であって、その表面上には窒化ガリウムのバッファ
層7が形成されている。
体発光素子1は、基本的には、絶縁基板であるサファイ
ア基板2上に、N型半導体層3と、発光層4と、P型半
導体層5とを備えてなる積層部6を形成したものであ
る。そして、上記サファイア基板2は透明(半透明も含
む)であって、その表面上には窒化ガリウムのバッファ
層7が形成されている。
【0018】詳細には、上記積層部6は、バッファ層で
あるGaN層7の表面上に、下層部分から順に、N型G
aNの層31と、N型Al0.2 Ga0.8 Nの層32と、
In 0.15Ga0.85Nの発光層4と、P型Al0.2 Ga
0.8 Nの層51と、P型GaNの層52と、を形成した
ものである。この積層構造は、青色に対応した波長(好
ましくは470nm)の光を発するようになっている。
あるGaN層7の表面上に、下層部分から順に、N型G
aNの層31と、N型Al0.2 Ga0.8 Nの層32と、
In 0.15Ga0.85Nの発光層4と、P型Al0.2 Ga
0.8 Nの層51と、P型GaNの層52と、を形成した
ものである。この積層構造は、青色に対応した波長(好
ましくは470nm)の光を発するようになっている。
【0019】加えて、上記N型GaNの層31およびN
型Al0.2 Ga0.8 Nの層32にはSiが添加され、P
型Al0.2 Ga0.8 Nの層51およびP型GaNの層5
2にはMgが添加されているとともに、上記In0.15G
a0.85Nの層4にはZnが添加されている。
型Al0.2 Ga0.8 Nの層32にはSiが添加され、P
型Al0.2 Ga0.8 Nの層51およびP型GaNの層5
2にはMgが添加されているとともに、上記In0.15G
a0.85Nの層4にはZnが添加されている。
【0020】そして、上記In0.15Ga0.85Nの発光層
4におけるInのGaに対する組成比(混晶比)を増加
させた場合には、この発光層4から発せられる光の波長
が長くなるとともに、上記Znの添加量を増加させた場
合には、上記組成比を増加させた場合よりもさらに光の
波長が長くなるという特性を備えている。なお、上記各
層の厚みは、下層側から各層31、32、4、51、5
2のそれぞれの順に、たとえば3μm、300nm、5
0nm、300nm、150nmに設定されている。
4におけるInのGaに対する組成比(混晶比)を増加
させた場合には、この発光層4から発せられる光の波長
が長くなるとともに、上記Znの添加量を増加させた場
合には、上記組成比を増加させた場合よりもさらに光の
波長が長くなるという特性を備えている。なお、上記各
層の厚みは、下層側から各層31、32、4、51、5
2のそれぞれの順に、たとえば3μm、300nm、5
0nm、300nm、150nmに設定されている。
【0021】さらに、上記半導体発光素子1の積層部6
は、そのコーナー部がエッチングによりN型GaNの層
31の表面部分まで除去されており、この層31の表面
部分にN側の電極パッドである導電性透明膜11が形成
されている。これに対して、上記積層部6の非除去部分
の最上層であるP型GaNの層52の表面部分にP側の
電極パッドである導電性透明膜12が形成されている。
そして、これらの各導電性透明膜11、12は、たとえ
ば微量の添加物を含む酸化スズ膜、または酸化スズ膜を
含む酸化インジウム膜(ITO膜)によって構成され
る。
は、そのコーナー部がエッチングによりN型GaNの層
31の表面部分まで除去されており、この層31の表面
部分にN側の電極パッドである導電性透明膜11が形成
されている。これに対して、上記積層部6の非除去部分
の最上層であるP型GaNの層52の表面部分にP側の
電極パッドである導電性透明膜12が形成されている。
そして、これらの各導電性透明膜11、12は、たとえ
ば微量の添加物を含む酸化スズ膜、または酸化スズ膜を
含む酸化インジウム膜(ITO膜)によって構成され
る。
【0022】上記の構成を備えた半導体発光素子1の製
造手順は、まず、有機金属化学気相成長法(MOCVD
法)を用いて、サファイア基板2の表面上に、上述の各
成分の単結晶を成長させることにより、N型半導体層
3、発光層4、およびP型半導体層5を形成する。この
後、上記N側の導電性透明膜11を形成するために、そ
のコーナー部における所定領域のエッチング処理を行
う。
造手順は、まず、有機金属化学気相成長法(MOCVD
法)を用いて、サファイア基板2の表面上に、上述の各
成分の単結晶を成長させることにより、N型半導体層
3、発光層4、およびP型半導体層5を形成する。この
後、上記N側の導電性透明膜11を形成するために、そ
のコーナー部における所定領域のエッチング処理を行
う。
【0023】次に、蒸着もしくはスパッタリング等とエ
ッチングとの組み合わせによる既知の手法を用いて、上
記N型GaN層31の表面およびP型GaN層52の表
面に、各電極パッドとしての導電性透明膜11、12を
それぞれ形成する。この場合、上記各導電性透明膜1
1、12とこれらに対応する各半導体層31、52との
接触抵抗は所定の低値範囲内(許容範囲内)にあり、オ
ーミック接触がとられている。この場合におけるオーミ
ック接触は、上記導電性透明膜11、12と各半導体層
31、52との間の合金化、あるいは導電性透明膜1
1、12の成分の加熱処理による接触抵抗の低抵抗化、
もしくは導電性透明膜11、12の下層部分へのイオン
注入などによって実現される。
ッチングとの組み合わせによる既知の手法を用いて、上
記N型GaN層31の表面およびP型GaN層52の表
面に、各電極パッドとしての導電性透明膜11、12を
それぞれ形成する。この場合、上記各導電性透明膜1
1、12とこれらに対応する各半導体層31、52との
接触抵抗は所定の低値範囲内(許容範囲内)にあり、オ
ーミック接触がとられている。この場合におけるオーミ
ック接触は、上記導電性透明膜11、12と各半導体層
31、52との間の合金化、あるいは導電性透明膜1
1、12の成分の加熱処理による接触抵抗の低抵抗化、
もしくは導電性透明膜11、12の下層部分へのイオン
注入などによって実現される。
【0024】上記図示例の半導体発光素子1は、最終的
に単一のチップとして得られるたとえば平面視が一辺
0.5mmの正方形状のものであるが、実際の製造に際
しては、所定面積のウエハに対して上記各図に示すよう
な構造のものを複数箇所に一括して形成した後、ダイシ
ングにより複数個の半導体発光素子1に分割することに
より得られる。
に単一のチップとして得られるたとえば平面視が一辺
0.5mmの正方形状のものであるが、実際の製造に際
しては、所定面積のウエハに対して上記各図に示すよう
な構造のものを複数箇所に一括して形成した後、ダイシ
ングにより複数個の半導体発光素子1に分割することに
より得られる。
【0025】そして、この半導体発光素子1は、サファ
イア基板2の裏面側からも光を発することが可能である
が、この半導体発光素子1の実際の使用態様は、サファ
イア基板2上の最上層のP型GaN層52が、たとえば
LEDランプ等の発光デバイスの照射側を指向するよう
にリードフレーム等にボンディングされる。
イア基板2の裏面側からも光を発することが可能である
が、この半導体発光素子1の実際の使用態様は、サファ
イア基板2上の最上層のP型GaN層52が、たとえば
LEDランプ等の発光デバイスの照射側を指向するよう
にリードフレーム等にボンディングされる。
【0026】したがって、図2に示す平面視形態におい
て、P型GaN層52の表面部分を含む斜線を付した箇
所が実質的な発光領域Lとなる。この場合、上記P側の
電極パッドは導電性透明膜12で構成されているので、
上記P型GaN層52の表面全域が発光領域Lとなる。
詳しくは、発光層4から発せられた青色の光は、電極パ
ッドに遮光されることなく、上記P型GaN層52およ
び導電性透明膜12をも通過して表面側外方に向かって
照射される。
て、P型GaN層52の表面部分を含む斜線を付した箇
所が実質的な発光領域Lとなる。この場合、上記P側の
電極パッドは導電性透明膜12で構成されているので、
上記P型GaN層52の表面全域が発光領域Lとなる。
詳しくは、発光層4から発せられた青色の光は、電極パ
ッドに遮光されることなく、上記P型GaN層52およ
び導電性透明膜12をも通過して表面側外方に向かって
照射される。
【0027】これにより、たとえば発光デバイスに反射
皿等を形成しなくても、あるいは反射皿等の反射面を高
反射率の鏡面に仕上げなくても、半導体発光素子1の表
面側から十分な光量が得られることになり、発光デバイ
スの製造作業が簡易化されることになる。また、図2か
らも判断できるように、発光領域Lを縮小することなく
導電性透明膜12の形成領域を十分に広く取れるように
なり、これに伴って、導電性透明膜12に対してワイヤ
ボンディングを施す場合の位置決め精度上の問題が生じ
なくなる。
皿等を形成しなくても、あるいは反射皿等の反射面を高
反射率の鏡面に仕上げなくても、半導体発光素子1の表
面側から十分な光量が得られることになり、発光デバイ
スの製造作業が簡易化されることになる。また、図2か
らも判断できるように、発光領域Lを縮小することなく
導電性透明膜12の形成領域を十分に広く取れるように
なり、これに伴って、導電性透明膜12に対してワイヤ
ボンディングを施す場合の位置決め精度上の問題が生じ
なくなる。
【0028】なお、上記実施例は、透明のサファイア基
板2上に窒化ガリウム系化合物半導体の各層を形成する
ことにより得られる青色発光用の半導体発光素子1に本
願発明を適用したものであるが、これ以外に、公知とな
っている赤色発光用や緑色発光用の半導体発光素子につ
いても同様に本願発明を適用できることは言うまでもな
い。
板2上に窒化ガリウム系化合物半導体の各層を形成する
ことにより得られる青色発光用の半導体発光素子1に本
願発明を適用したものであるが、これ以外に、公知とな
っている赤色発光用や緑色発光用の半導体発光素子につ
いても同様に本願発明を適用できることは言うまでもな
い。
【0029】また、上記実施例は、P側およびN側の電
極パッドを両者ともに導電性透明膜11、12で構成し
たが、P側の電極パッドが導電性透明膜12であれば、
N側の電極パッドについてはたとえばAl製等のメタル
であっても差し支えない。
極パッドを両者ともに導電性透明膜11、12で構成し
たが、P側の電極パッドが導電性透明膜12であれば、
N側の電極パッドについてはたとえばAl製等のメタル
であっても差し支えない。
【図1】本願発明の実施例に係る半導体発光素子の積層
構造を示す概略縦断正面図である。
構造を示す概略縦断正面図である。
【図2】上記実施例に係る半導体発光素子の発光領域を
主として示す概略平面図である。
主として示す概略平面図である。
【図3】従来の問題点を示す半導体発光素子の概略平面
図である。
図である。
1 半導体発光素子 2 基板(サファイア基板) 3 N型半導体層 4 発光層 5 P型半導体層 6 積層部 11 導電性透明膜 12 導電性透明膜 31 N型半導体層(N型GaNの層) 52 P型半導体層(P型GaNの層)
Claims (1)
- 【請求項1】 基板上に、N型半導体層、発光層、およ
びP型半導体層から構成される積層部を形成し、かつ上
記N型半導体層とP型半導体層との各表面露出部にそれ
ぞれ電極パッドを形成してなる半導体発光素子におい
て、 P型とN型とのうちの少なくとも表面側の半導体層に形
成される上記電極パッドを、導電性を有する透明膜で構
成したことを特徴とする、半導体発光素子。
Priority Applications (1)
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