JPH08250540A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH08250540A JPH08250540A JP8195095A JP8195095A JPH08250540A JP H08250540 A JPH08250540 A JP H08250540A JP 8195095 A JP8195095 A JP 8195095A JP 8195095 A JP8195095 A JP 8195095A JP H08250540 A JPH08250540 A JP H08250540A
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- bonding
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ワイヤボンディング時に結晶成長層へダメージ
を与えない構成の半導体光素子を提供すること。 【構成】窒素化合物系半導体の発光素子100 では、サフ
ァイヤ基板１が固い材料であることから、ワイヤボンデ
ィング時に半導体層にダメージを受けていたことが判明
した。この構成の発光素子100 においてはボンディング
の領域は不透明で発光とは関係ないため、電気的通電が
確保される構成であればよい。従って、ボンディング時
の圧着によって生じる下の半導体層へのダメージをなく
すためにワイヤボンディング用電極パッド10を厚くす
る。電極パッド10は金属であり、塑性変形して衝撃を緩
和させることから、下部の半導体層へのダメージを抑制
する。電極パッド10が厚い構造であるために、ボンディ
ング圧着時に、下の半導体層へのダメージが抑制され、
半導体装置として耐久性が向上した。
を与えない構成の半導体光素子を提供すること。 【構成】窒素化合物系半導体の発光素子100 では、サフ
ァイヤ基板１が固い材料であることから、ワイヤボンデ
ィング時に半導体層にダメージを受けていたことが判明
した。この構成の発光素子100 においてはボンディング
の領域は不透明で発光とは関係ないため、電気的通電が
確保される構成であればよい。従って、ボンディング時
の圧着によって生じる下の半導体層へのダメージをなく
すためにワイヤボンディング用電極パッド10を厚くす
る。電極パッド10は金属であり、塑性変形して衝撃を緩
和させることから、下部の半導体層へのダメージを抑制
する。電極パッド10が厚い構造であるために、ボンディ
ング圧着時に、下の半導体層へのダメージが抑制され、
半導体装置として耐久性が向上した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、pn接合を少なくとも一
つ有して、片方の電極がこのpn接合の上に形成されてい
る発光素子、光検出素子等の半導体装置に関し、特に、
ワイヤボンディング用の電極パッドを半導体活性層の上
に有する半導体光素子に関する。
つ有して、片方の電極がこのpn接合の上に形成されてい
る発光素子、光検出素子等の半導体装置に関し、特に、
ワイヤボンディング用の電極パッドを半導体活性層の上
に有する半導体光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、主にワイヤボンディング用の電極
パッドを半導体活性層の上に有する半導体装置として発
光素子がある。以下、この発光素子を代表として説明を
進める。電極パッドを有する発光素子では、ボンディン
グが形成された側の面を機能面として利用する。つま
り、ボンディング用の電極パッドが発光面に形成されて
いる。図２に示す発光素子２００は、そのような一例
で、ボンディングされる領域は半導体チップの発光層を
形成する面１３の一部に領域を取って、電極パッド２０
を形成し、そこに超音波ボンディング装置等を用いて図
示しないボンディングワイヤを接続させ、発光のための
電圧を印加する。この電極パッド２０の材料は、ワイヤ
材料と同じ金(Au)やアルミ(Al)などの金属で形成され、
通常１μｍ程度の厚さがあれば十分である。
パッドを半導体活性層の上に有する半導体装置として発
光素子がある。以下、この発光素子を代表として説明を
進める。電極パッドを有する発光素子では、ボンディン
グが形成された側の面を機能面として利用する。つま
り、ボンディング用の電極パッドが発光面に形成されて
いる。図２に示す発光素子２００は、そのような一例
で、ボンディングされる領域は半導体チップの発光層を
形成する面１３の一部に領域を取って、電極パッド２０
を形成し、そこに超音波ボンディング装置等を用いて図
示しないボンディングワイヤを接続させ、発光のための
電圧を印加する。この電極パッド２０の材料は、ワイヤ
材料と同じ金(Au)やアルミ(Al)などの金属で形成され、
通常１μｍ程度の厚さがあれば十分である。
【０００３】電極パッド２０は、発光素子２００をウエ
ハ状態で形成した後に、蒸着などによってチップの発光
面１３の表面に透明電極１２を形成し、その一区画に電
極パッド２０を設けて、その部分にワイヤボンディング
を行う。そのボンディング工程は半導体チップにワイヤ
をガイドするキャピラリを押し付けて、超音波エネルギ
ーで圧着させる。ワイヤは接続部分の表面を一部変形さ
せて圧着するため、直接、半導体活性層に接続すること
はせず、そのため電極パッドを設けて、そこに圧着させ
る。発光面上に電極パッドを設けることから、この構成
では発光面を犠牲にしているが、電極領域を発光面以外
に設けるためには、チップ面積を広げる必要があり、そ
のための無駄の方が大きくなるため、このような手法が
採用されている。この電極パッドは金属材料であり、容
易にワイヤを圧着できる。
ハ状態で形成した後に、蒸着などによってチップの発光
面１３の表面に透明電極１２を形成し、その一区画に電
極パッド２０を設けて、その部分にワイヤボンディング
を行う。そのボンディング工程は半導体チップにワイヤ
をガイドするキャピラリを押し付けて、超音波エネルギ
ーで圧着させる。ワイヤは接続部分の表面を一部変形さ
せて圧着するため、直接、半導体活性層に接続すること
はせず、そのため電極パッドを設けて、そこに圧着させ
る。発光面上に電極パッドを設けることから、この構成
では発光面を犠牲にしているが、電極領域を発光面以外
に設けるためには、チップ面積を広げる必要があり、そ
のための無駄の方が大きくなるため、このような手法が
採用されている。この電極パッドは金属材料であり、容
易にワイヤを圧着できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、サファ
イヤ基板１を用いた場合、図２のような構造の半導体装
置においては、室温連続点灯試験や高温連続点灯試験な
どの耐久試験を実施すると、電極付近の半導体層で劣化
が生じて、製品としての品質を低下させている問題があ
った。
イヤ基板１を用いた場合、図２のような構造の半導体装
置においては、室温連続点灯試験や高温連続点灯試験な
どの耐久試験を実施すると、電極付近の半導体層で劣化
が生じて、製品としての品質を低下させている問題があ
った。
【０００５】従って本発明の目的は、ワイヤボンディン
グ時に結晶成長層へダメージを与えない構成の半導体装
置を提供することである。
グ時に結晶成長層へダメージを与えない構成の半導体装
置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】サファイヤ基板１を用い
たこの構造の発光素子において、発明者らの研究で、ワ
イヤボンディング時にパッドの下の半導体層へ結晶破損
などが引き起こされてダメージを生じていることが判明
した。とりわけ窒素化合物半導体発光素子では基板に固
いサファイヤを用いているため、基板とパッドの間にあ
る半導体の結晶成長層および活性層にダメージが大きい
ことが推定された。従って上記の課題を解決するため本
発明の構成は、電極パッドを半導体活性層の上に有する
サファイア基板の半導体装置において、該電極パッドの
厚さがワイヤボンディング時の加工ダメージを前記半導
体活性層に与えない厚さとなっていることである。また
関連発明の構成は、前記パッドの厚さが、金属材料であ
り、２μｍ以上、８μｍ以下であることを特徴とする。
たこの構造の発光素子において、発明者らの研究で、ワ
イヤボンディング時にパッドの下の半導体層へ結晶破損
などが引き起こされてダメージを生じていることが判明
した。とりわけ窒素化合物半導体発光素子では基板に固
いサファイヤを用いているため、基板とパッドの間にあ
る半導体の結晶成長層および活性層にダメージが大きい
ことが推定された。従って上記の課題を解決するため本
発明の構成は、電極パッドを半導体活性層の上に有する
サファイア基板の半導体装置において、該電極パッドの
厚さがワイヤボンディング時の加工ダメージを前記半導
体活性層に与えない厚さとなっていることである。また
関連発明の構成は、前記パッドの厚さが、金属材料であ
り、２μｍ以上、８μｍ以下であることを特徴とする。
【０００７】
【作用】特に窒素化合物系半導体発光素子では、基板に
固いサファイヤを用いることが多く、基板が固い材料で
あることから、ワイヤボンディング時に半導体層に受け
るダメージが大きく、又半導体活性層の上に形成するク
ラッド層が薄く形成されるようになったために、半導体
活性層がダメージを受けていたことが判明した。この構
成の発光素子においてはワイヤボンディングする領域は
電極パッドが不透明であって発光とは関係ないため、電
気的通電が確保される構成であればよい。従って、ボン
ディング時の圧着によって生じる下の半導体層へのダメ
ージをなくすためにワイヤボンディング用電極のパッド
を厚くする。電極パッドは金属であり、塑性変形して衝
撃を緩和させることから、下部の半導体層へのダメージ
を抑制する。
固いサファイヤを用いることが多く、基板が固い材料で
あることから、ワイヤボンディング時に半導体層に受け
るダメージが大きく、又半導体活性層の上に形成するク
ラッド層が薄く形成されるようになったために、半導体
活性層がダメージを受けていたことが判明した。この構
成の発光素子においてはワイヤボンディングする領域は
電極パッドが不透明であって発光とは関係ないため、電
気的通電が確保される構成であればよい。従って、ボン
ディング時の圧着によって生じる下の半導体層へのダメ
ージをなくすためにワイヤボンディング用電極のパッド
を厚くする。電極パッドは金属であり、塑性変形して衝
撃を緩和させることから、下部の半導体層へのダメージ
を抑制する。
【０００８】
【発明の効果】電極パッドが従来より厚い構造であるた
めに、ワイヤボンディング圧着時に、下の半導体層への
ダメージが抑制され、半導体装置として耐久性が向上し
た。
めに、ワイヤボンディング圧着時に、下の半導体層への
ダメージが抑制され、半導体装置として耐久性が向上し
た。
【０００９】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。 （構成）図１は、半導体装置の一つである半導体発光素
子１００の表面側にワイヤボンディング用の電極パッド
（ｐ電極１０、ｎ電極１１）を有する半導体光素子の模
式的な見取り図である。主な構造は図２の従来とほぼ同
様である。そして発光素子１００の上面が光取り出し面
となっている。そして発光素子１００の半導体チップの
基板１はサファイヤで構成されている。
明する。 （構成）図１は、半導体装置の一つである半導体発光素
子１００の表面側にワイヤボンディング用の電極パッド
（ｐ電極１０、ｎ電極１１）を有する半導体光素子の模
式的な見取り図である。主な構造は図２の従来とほぼ同
様である。そして発光素子１００の上面が光取り出し面
となっている。そして発光素子１００の半導体チップの
基板１はサファイヤで構成されている。
【００１０】この電極パッド１０、１１は金属パッドか
ら成っており、図示しないワイヤが上部に圧着されて、
電気的接触が構成される。ｐ電極パッド１０の下部はち
ょうど半導体上面に設けられた透明電極１２と電気的接
触があり、縦方向にpn接合が形成されて、下側のｎ層が
ｎ電極パッド１１と接続されている。
ら成っており、図示しないワイヤが上部に圧着されて、
電気的接触が構成される。ｐ電極パッド１０の下部はち
ょうど半導体上面に設けられた透明電極１２と電気的接
触があり、縦方向にpn接合が形成されて、下側のｎ層が
ｎ電極パッド１１と接続されている。
【００１１】金属の電極パッド１０は、半導体チップが
ウエハの状態の時に、マスクを用いた蒸着等で形成され
ている。蒸着によって、パッド部分は厚さが２μｍ以上
の厚さに形成される。蒸着以外の方法でも構わないが、
蒸着方法は厚い膜を形成することが容易である。なお、
パッド層１０、１１は全てが同じ金属である必要もな
く、従来のコンタクト形成技術で知られているバリア層
を設けるなど、必要に応じた材料構成としてよい。ま
た、電極パッド１０の形状、半導体装置の形状等、図１
で示した構成に限らず、電極パッド１０が半導体活性層
の上に形成されて、ボンディング時に半導体活性層にボ
ンディングの圧力がかかるものであれば、どのような形
状であっても同様である。
ウエハの状態の時に、マスクを用いた蒸着等で形成され
ている。蒸着によって、パッド部分は厚さが２μｍ以上
の厚さに形成される。蒸着以外の方法でも構わないが、
蒸着方法は厚い膜を形成することが容易である。なお、
パッド層１０、１１は全てが同じ金属である必要もな
く、従来のコンタクト形成技術で知られているバリア層
を設けるなど、必要に応じた材料構成としてよい。ま
た、電極パッド１０の形状、半導体装置の形状等、図１
で示した構成に限らず、電極パッド１０が半導体活性層
の上に形成されて、ボンディング時に半導体活性層にボ
ンディングの圧力がかかるものであれば、どのような形
状であっても同様である。
【００１２】この２μｍ以上の厚さの電極パッド１０に
おいて、ワイヤボンディング時に、電極パッド１０の下
側の半導体層にダメージを与えることがほとんどないこ
とが確認された。この確認は耐久試験によって得られた
結果によっている。同一のワイヤボンディング条件でワ
イヤボンディングした結果、電極パッド１０の厚さとし
て、従来程度の厚さの1.2 μｍでは室温連続通電の寿命
が２万時間、より厚くした2 μｍで４万時間、4 μｍで
５万時間以上となった。従って、製品耐久の従来基準か
ら言えば、最低限の電極パッド厚さは２μｍ以上、より
望ましい厚さは４μｍ以上である。厚さの上限側は、特
に限定する必要は本来ないが、使用目的である光素子の
構成から、半導体チップ面積が狭いものに対して、必要
以上に厚いパッドを形成することは、かえって剥がれな
どを引き起こすことがあり、さらには光取り出しまたは
受光という目的の邪魔になることがあり、基板側の半導
体チップよりも厚くすることは非現実的であって、およ
そ８μｍまでの形成に止めることが望ましい。
おいて、ワイヤボンディング時に、電極パッド１０の下
側の半導体層にダメージを与えることがほとんどないこ
とが確認された。この確認は耐久試験によって得られた
結果によっている。同一のワイヤボンディング条件でワ
イヤボンディングした結果、電極パッド１０の厚さとし
て、従来程度の厚さの1.2 μｍでは室温連続通電の寿命
が２万時間、より厚くした2 μｍで４万時間、4 μｍで
５万時間以上となった。従って、製品耐久の従来基準か
ら言えば、最低限の電極パッド厚さは２μｍ以上、より
望ましい厚さは４μｍ以上である。厚さの上限側は、特
に限定する必要は本来ないが、使用目的である光素子の
構成から、半導体チップ面積が狭いものに対して、必要
以上に厚いパッドを形成することは、かえって剥がれな
どを引き起こすことがあり、さらには光取り出しまたは
受光という目的の邪魔になることがあり、基板側の半導
体チップよりも厚くすることは非現実的であって、およ
そ８μｍまでの形成に止めることが望ましい。
【００１３】電極パッド１０の材料は、半導体材料とワ
イヤとの電気的接触をとる金属材料であって、下の半導
体層に無影響なものならば何でも良いが、半導体層の上
面に設ける透明電極１２の材料が金(Au)またはニッケル
(Ni)であること、およびワイヤ材料がおもに金(Au)かア
ルミ(Al)であることが多いので、ワイヤとのコンタクト
を確実にするため、電極パッド１０の最上層は金(Au)ま
たはニッケル(Ni)またはアルミ(Al)が良い。
イヤとの電気的接触をとる金属材料であって、下の半導
体層に無影響なものならば何でも良いが、半導体層の上
面に設ける透明電極１２の材料が金(Au)またはニッケル
(Ni)であること、およびワイヤ材料がおもに金(Au)かア
ルミ(Al)であることが多いので、ワイヤとのコンタクト
を確実にするため、電極パッド１０の最上層は金(Au)ま
たはニッケル(Ni)またはアルミ(Al)が良い。
【００１４】以上のように、従来、耐久性が保証されな
かったサファイヤ基板の半導体装置、とりわけ窒素化合
物系半導体発光素子における信頼性が、パッド部分のボ
ンディング形成時に発生するダメージにあることが明ら
かになったため、本発明においてその対策を実施するこ
とができ、サファイヤ基板で電極パッドを半導体活性層
の上に有する半導体装置で耐久性のあるものが提供でき
た。なお、ワイヤーの圧着は超音波を用いるものの他
に、熱圧着を用いても良い。
かったサファイヤ基板の半導体装置、とりわけ窒素化合
物系半導体発光素子における信頼性が、パッド部分のボ
ンディング形成時に発生するダメージにあることが明ら
かになったため、本発明においてその対策を実施するこ
とができ、サファイヤ基板で電極パッドを半導体活性層
の上に有する半導体装置で耐久性のあるものが提供でき
た。なお、ワイヤーの圧着は超音波を用いるものの他
に、熱圧着を用いても良い。
【図１】表面側にワイヤボンディング電極を有する半導
体光素子（窒素化合物系半導体発光素子）の模式的な見
取り図。
体光素子（窒素化合物系半導体発光素子）の模式的な見
取り図。
【図２】従来構成の半導体光素子の模式的な見取り図。
１００、２００ 半導体光素子（窒素化合物系半導体発
光素子） １０、２０ ｐ電極パッド １１、２１ ｎ電極パッド １２ 透明電極 １３ 半導体活性層 １ サファイヤ基板
光素子） １０、２０ ｐ電極パッド １１、２１ ｎ電極パッド １２ 透明電極 １３ 半導体活性層 １ サファイヤ基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小出 典克 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 山田 正巳 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 梅崎 潤一 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】電極パッドを半導体活性層の上に有するサ
ファイア基板の半導体装置において、 該電極パッドの厚さがワイヤボンディング時の加工ダメ
ージを前記半導体活性層に与えない厚さであることを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項２】前記パッドの厚さが、金属材料であり、２
μｍ以上、８μｍ以下であることを特徴とする請求項１
に記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8195095A JPH08250540A (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8195095A JPH08250540A (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08250540A true JPH08250540A (ja) | 1996-09-27 |
Family
ID=13760785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8195095A Pending JPH08250540A (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08250540A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008182050A (ja) * | 2007-01-24 | 2008-08-07 | Mitsubishi Chemicals Corp | ＧａＮ系発光ダイオード素子 |
| US8981420B2 (en) | 2005-05-19 | 2015-03-17 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| WO2015068439A1 (ja) * | 2013-11-11 | 2015-05-14 | トヨタ自動車株式会社 | 電極体 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63178359U (ja) * | 1987-05-12 | 1988-11-18 | ||
| JPH04321280A (ja) * | 1991-04-19 | 1992-11-11 | Nichia Chem Ind Ltd | 発光ダイオード |
| JPH05243636A (ja) * | 1992-10-26 | 1993-09-21 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 磁電変換素子 |
| JPH0669263A (ja) * | 1992-08-21 | 1994-03-11 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光半導体素子 |
| JPH0638265U (ja) * | 1992-10-21 | 1994-05-20 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化ガリウム系発光素子の電極 |
| JPH08102550A (ja) * | 1994-09-30 | 1996-04-16 | Rohm Co Ltd | 半導体発光素子 |
| JPH08167736A (ja) * | 1994-12-12 | 1996-06-25 | Sony Corp | 青色発光素子およびその製造方法 |
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-
1995
- 1995-03-13 JP JP8195095A patent/JPH08250540A/ja active Pending
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