JPH08316529A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子Info
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- JPH08316529A JPH08316529A JP8148351A JP14835196A JPH08316529A JP H08316529 A JPH08316529 A JP H08316529A JP 8148351 A JP8148351 A JP 8148351A JP 14835196 A JP14835196 A JP 14835196A JP H08316529 A JPH08316529 A JP H08316529A
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- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
- H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
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- H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
- H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73265—Layer and wire connectors
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光の取出効率を向上させると共に電極間の抵
抗成分を低く抑える。 【解決手段】サファイア基板1上にn型の窒化ガリウム
系化合物半導体から成るn層4と、n層4に接合するp
型不純物を添加した窒化ガリウム系化合物半導体から成
る層5とを有する発光素子において、基板1をリードフ
レーム40の上に載置し、層5の表面に形成された透明
導電膜から成る第1の電極7と、層5の側からn層4に
接続するように形成された第2の電極8と、電極7、8
の上にNiとAuの2重層構造の取出電極を形成し、その取
出電極とリードピン41、42とを金線で接続した。第
1の電極に対してスポットで電流を注入させても、第1
の電極全体を均一の電位とし、第1の電極の下方の全面
から発光し、透明な第1の電極の側から光が取り出され
る。
抗成分を低く抑える。 【解決手段】サファイア基板1上にn型の窒化ガリウム
系化合物半導体から成るn層4と、n層4に接合するp
型不純物を添加した窒化ガリウム系化合物半導体から成
る層5とを有する発光素子において、基板1をリードフ
レーム40の上に載置し、層5の表面に形成された透明
導電膜から成る第1の電極7と、層5の側からn層4に
接続するように形成された第2の電極8と、電極7、8
の上にNiとAuの2重層構造の取出電極を形成し、その取
出電極とリードピン41、42とを金線で接続した。第
1の電極に対してスポットで電流を注入させても、第1
の電極全体を均一の電位とし、第1の電極の下方の全面
から発光し、透明な第1の電極の側から光が取り出され
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は青色や短波長領域発光の
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関する。
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関する。
【0002】
【従来技術】従来、青色や短波長領域発光の発光ダイオ
ードとしてGaN 系の化合物半導体(AlXGa1-XN;0
≦X<1)を用いたものが知られている。そのGaN 系
の化合物半導体は直接遷移であることから発光効率が高
いこと、光の3原色の1つである青色を発光色とするこ
と等から注目されている。
ードとしてGaN 系の化合物半導体(AlXGa1-XN;0
≦X<1)を用いたものが知られている。そのGaN 系
の化合物半導体は直接遷移であることから発光効率が高
いこと、光の3原色の1つである青色を発光色とするこ
と等から注目されている。
【0003】このようなGaN 系の化合物半導体は、低
抵抗p型結晶が得られていないため、これを用いた発光
ダイオードは金属電極(Metal )−半絶縁性のGaN か
ら成るi層(Insurator)−n型GaN から成るn層(Se
miconductor)の構造を持つ、いわゆるMIS型構造をと
る。発光はi層への電極(発光電極)の直下で見られ
る。すなわち、この電極形成部分がMIS構造を形成す
る。このようなMIS構造のGaN 青色LEDにおいて
は、光を効率よく取り出すための素子構造および実装方
法の確立が不可欠となっている。
抵抗p型結晶が得られていないため、これを用いた発光
ダイオードは金属電極(Metal )−半絶縁性のGaN か
ら成るi層(Insurator)−n型GaN から成るn層(Se
miconductor)の構造を持つ、いわゆるMIS型構造をと
る。発光はi層への電極(発光電極)の直下で見られ
る。すなわち、この電極形成部分がMIS構造を形成す
る。このようなMIS構造のGaN 青色LEDにおいて
は、光を効率よく取り出すための素子構造および実装方
法の確立が不可欠となっている。
【0004】AlXGa1-XAs などの他の3−5族化合物
半導体を用いたpn接合型構造の発光素子においては、
素子内での接合面に平行な横方向への電流の拡散のため
に、接合面に垂直に且つ均一に電流が流れる。この結
果、MIS型LEDのように電極直下部分のみが発光す
るのと異なり、電極の大きさに関係なく接合面全体が発
光する。接合面全体がほぼ均一に発光するため、光の取
り出しが容易である。
半導体を用いたpn接合型構造の発光素子においては、
素子内での接合面に平行な横方向への電流の拡散のため
に、接合面に垂直に且つ均一に電流が流れる。この結
果、MIS型LEDのように電極直下部分のみが発光す
るのと異なり、電極の大きさに関係なく接合面全体が発
光する。接合面全体がほぼ均一に発光するため、光の取
り出しが容易である。
【0005】しかし、MIS型構造をとるGaN 青色L
EDは、発光電極直下のi層中では、接合面に平行な横
方向への電流拡散はほとんど起こらない。このため、発
光する部分は発光電極直下の領域に限られる。したがっ
て、通常電極は金属を用いるため、発光電極側からは、
発光は電極のかげになってほとんど見えない。
EDは、発光電極直下のi層中では、接合面に平行な横
方向への電流拡散はほとんど起こらない。このため、発
光する部分は発光電極直下の領域に限られる。したがっ
て、通常電極は金属を用いるため、発光電極側からは、
発光は電極のかげになってほとんど見えない。
【0006】そこで、従来のGaN 青色LEDは、サフ
ァイア基板とGaN とが発光に対して透明であることを
利用して、発光電極を下面にしてのフリップチップ方式
により、光を基板を通して裏面より取り出す方法をとっ
ている。すなわち、発光電極と、n層と電気的に接続さ
れた電極(n層側電極)とをGaN エピタキシャル層表
面に形成し、これらの電極とリードフレームとをハンダ
によって接合することにより、基板を通して光を取り出
すことを可能にしたものである。
ァイア基板とGaN とが発光に対して透明であることを
利用して、発光電極を下面にしてのフリップチップ方式
により、光を基板を通して裏面より取り出す方法をとっ
ている。すなわち、発光電極と、n層と電気的に接続さ
れた電極(n層側電極)とをGaN エピタキシャル層表
面に形成し、これらの電極とリードフレームとをハンダ
によって接合することにより、基板を通して光を取り出
すことを可能にしたものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フリッ
プチップ方式を用いた場合、発光電極(i層電極)およ
びn層電極とリードフレームはハンダによって接合され
ているため、以下にあげる理由により、素子の電気的な
直列抵抗成分が大きくならざるを得ない。 1.発光電極(i層電極)とn層電極とのハンダの短絡
を防ぐため電極間隔を余り狭くできず、電気的な抵抗成
分が大きくなってしまう。 2.発光電極(i層電極)とn層電極の形状が大きく異
なると、ハンダバンプ形成時においてハンダバンプの高
さも異なってしまうため、リードフレームとの接合不良
が起こり易くなる。
プチップ方式を用いた場合、発光電極(i層電極)およ
びn層電極とリードフレームはハンダによって接合され
ているため、以下にあげる理由により、素子の電気的な
直列抵抗成分が大きくならざるを得ない。 1.発光電極(i層電極)とn層電極とのハンダの短絡
を防ぐため電極間隔を余り狭くできず、電気的な抵抗成
分が大きくなってしまう。 2.発光電極(i層電極)とn層電極の形状が大きく異
なると、ハンダバンプ形成時においてハンダバンプの高
さも異なってしまうため、リードフレームとの接合不良
が起こり易くなる。
【0008】したがって、両電極の面積は略同じ形状と
しなければならない。このため、電極パターンの自由度
がなくなり、電気的な抵抗成分を減少させるための最適
なパターンをとれなくなる。又、素子の電気的な直列抵
抗成分が大きいということは素子の発光効率を低下させ
るためばかりではなく、素子の発熱を誘因し、素子の劣
化や発光強度の低下を引き起こすことになり好ましくな
い。
しなければならない。このため、電極パターンの自由度
がなくなり、電気的な抵抗成分を減少させるための最適
なパターンをとれなくなる。又、素子の電気的な直列抵
抗成分が大きいということは素子の発光効率を低下させ
るためばかりではなく、素子の発熱を誘因し、素子の劣
化や発光強度の低下を引き起こすことになり好ましくな
い。
【0009】本発明は、発光素子において、光の取り出
し効率を向上させると共に電気的な抵抗成分を低く抑え
ることでさらに発光効率を向上させることである。
し効率を向上させると共に電気的な抵抗成分を低く抑え
ることでさらに発光効率を向上させることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、基板と、この基板上に形成された、n
型又はp型の一方の不純物を添加した窒化ガリウム系化
合物半導体から成る第1の層とn型又はp型の他方の不
純物を添加した窒化ガリウム系化合物半導体から成る第
2の層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
において、第1の層の表面に形成された第1の電極と、
第1の層の一部が除去された第2の層の露出部分に形成
された第2の層に対する第2の電極と、基板を載置する
リードフレームと、第1の電極と導線により接続された
第1のリードピンと、第2の電極と導線により接続され
た第2のリードピンとを有することを特徴とする。請求
項2の発明は、第1の電極に導線が接続される取出電極
を設けたことであり、請求項3の発明は、その取出電極
をニッケル(Ni)と金(Au)の2層で構成したことを特徴
と、請求項4の発明は、第1の電極を透明導電膜とした
ことである。又、請求項5の発明は、基板をサファイア
で構成したことを特徴とする。又、請求項6の発明は、
第2の電極をアルミニウム(Al)で構成し、請求項7の発
明は、第2の電極に導線が接続されるニッケル(Ni)と金
(Au)の2層から成る取出電極を設けたことを特徴とす
る。さらに、請求項8の発明は、第2の層はシリコン不
純物の添加されたn型のGaNであることを特徴とし、
請求項9の発明は、第1の層はp型不純物の添加された
GaNであることを特徴とする。
の発明の構成は、基板と、この基板上に形成された、n
型又はp型の一方の不純物を添加した窒化ガリウム系化
合物半導体から成る第1の層とn型又はp型の他方の不
純物を添加した窒化ガリウム系化合物半導体から成る第
2の層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
において、第1の層の表面に形成された第1の電極と、
第1の層の一部が除去された第2の層の露出部分に形成
された第2の層に対する第2の電極と、基板を載置する
リードフレームと、第1の電極と導線により接続された
第1のリードピンと、第2の電極と導線により接続され
た第2のリードピンとを有することを特徴とする。請求
項2の発明は、第1の電極に導線が接続される取出電極
を設けたことであり、請求項3の発明は、その取出電極
をニッケル(Ni)と金(Au)の2層で構成したことを特徴
と、請求項4の発明は、第1の電極を透明導電膜とした
ことである。又、請求項5の発明は、基板をサファイア
で構成したことを特徴とする。又、請求項6の発明は、
第2の電極をアルミニウム(Al)で構成し、請求項7の発
明は、第2の電極に導線が接続されるニッケル(Ni)と金
(Au)の2層から成る取出電極を設けたことを特徴とす
る。さらに、請求項8の発明は、第2の層はシリコン不
純物の添加されたn型のGaNであることを特徴とし、
請求項9の発明は、第1の層はp型不純物の添加された
GaNであることを特徴とする。
【0011】
【作用及び発明の効果】窒化ガリウム系半導体発光素子
において、発光面側に2つの電極を設ける構造とするこ
とで、基板をリードフレームに載置して、リードピンと
電極とを接続する構造とした。これにより、従来のフリ
ップチップ方式の不具合を解消することができた。即
ち、2つの電極間隔を狭くできるので発光面積を大きく
することができると共に電極間の抵抗を小さくすること
ができる。
において、発光面側に2つの電極を設ける構造とするこ
とで、基板をリードフレームに載置して、リードピンと
電極とを接続する構造とした。これにより、従来のフリ
ップチップ方式の不具合を解消することができた。即
ち、2つの電極間隔を狭くできるので発光面積を大きく
することができると共に電極間の抵抗を小さくすること
ができる。
【0012】又、第1の電極に透明導電膜を用いた場合
には、透明導電膜が可視光に対して透明であるので、透
明導電膜を広面積に渡って形成することが可能となる。
このため以下に例示する種々の作用効果を奏する。
には、透明導電膜が可視光に対して透明であるので、透
明導電膜を広面積に渡って形成することが可能となる。
このため以下に例示する種々の作用効果を奏する。
【0013】1.電極を上面にして実装できるため、ハ
ンダを用いずに通常のワイヤボンディングによって接続
でき、第1の電極に対してスポット的にリード線を接続
しても、第1の電極の導電性により、平面方向にも電流
が拡散するので、第1の電極全体を均一電位とすること
ができる。よって、第1の電極に対するワイヤボンディ
ングパットは狭くできる。従って、第1の電極(発光電
極)と第2の電極(n層電極)は、フォトリソグラフや
エッチング、リフトオフなど、素子作製のプロセスにお
いて短絡を防ぐために必要とされる間隔があれば良い。
即ち、従来のフリップチップ方式では、2つの電極間距
離は、2つの電極に対するハンダ間の短絡を防止するこ
とから、フォトリソグラフやエッチング技術の限界から
くる距離よりも遙に長い距離を必要とするので、第1の
電極の面積を広くできない。本発明では、この点、チッ
プ面積に対する第1の電極面積の占有率を向上させるこ
とができるので、発光効率を向上させることができる。
また、二つの電極間距離は、従来のフリップ方式よりも
かなり小さくでき、素子の電気的な抵抗成分を減少させ
ることができる。
ンダを用いずに通常のワイヤボンディングによって接続
でき、第1の電極に対してスポット的にリード線を接続
しても、第1の電極の導電性により、平面方向にも電流
が拡散するので、第1の電極全体を均一電位とすること
ができる。よって、第1の電極に対するワイヤボンディ
ングパットは狭くできる。従って、第1の電極(発光電
極)と第2の電極(n層電極)は、フォトリソグラフや
エッチング、リフトオフなど、素子作製のプロセスにお
いて短絡を防ぐために必要とされる間隔があれば良い。
即ち、従来のフリップチップ方式では、2つの電極間距
離は、2つの電極に対するハンダ間の短絡を防止するこ
とから、フォトリソグラフやエッチング技術の限界から
くる距離よりも遙に長い距離を必要とするので、第1の
電極の面積を広くできない。本発明では、この点、チッ
プ面積に対する第1の電極面積の占有率を向上させるこ
とができるので、発光効率を向上させることができる。
また、二つの電極間距離は、従来のフリップ方式よりも
かなり小さくでき、素子の電気的な抵抗成分を減少させ
ることができる。
【0014】2.フリップチップ方式では第1の電極
(発光電極)と第2の電極(n層電極)のパターンは同
じにする必要があったが、本発明では、2つの電極のパ
ターンの自由度が増し、素子の電気的な抵抗成分を減少
させる最適なパターンを設計することができる。
(発光電極)と第2の電極(n層電極)のパターンは同
じにする必要があったが、本発明では、2つの電極のパ
ターンの自由度が増し、素子の電気的な抵抗成分を減少
させる最適なパターンを設計することができる。
【0015】3.第1の電極(発光電極)と第2の電極
(n層電極)との間隔を小さくできること、および電極
のパターンの自由度が増えることにより、発光面積に対
するチップサイズの小型化、あるいは発光面積の拡大が
可能となり、経済的な素子作製を容易に行うことができ
る。
(n層電極)との間隔を小さくできること、および電極
のパターンの自由度が増えることにより、発光面積に対
するチップサイズの小型化、あるいは発光面積の拡大が
可能となり、経済的な素子作製を容易に行うことができ
る。
【0016】4.AlGaAs 赤色LEDなど他の発光素
子と、同一のリードフレーム内でのハイブリッド化が可
能となることから、一つの素子で青や緑、赤などの多色
を表示するLEDの実現が容易となる。
子と、同一のリードフレーム内でのハイブリッド化が可
能となることから、一つの素子で青や緑、赤などの多色
を表示するLEDの実現が容易となる。
【0017】
【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。図1は、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子を適用した発光ダイオードの構成を示す断面図
である。発光ダイオード10はサファイア基板1を有し
ており、そのサファイア基板1上には 500ÅのAlNの
バッファ層2が形成されている。そのバッファ層2の上
には、膜厚約 2.5μm のn型GaN から成るn層4が形
成されている。さらに、n層4の上に膜厚約 0.2μm の
半絶縁性GaN から成るi層5が形成されている。そし
てi層5の表面からi層5を貫通しn層4に達する凹部
21が形成されている。この凹部21を覆うようにn層
4に接続する金属製のn層4のための第2の電極8が形
成されている。この第2の電極8と離間してi層5上に
錫添加酸化インジウム(以下ITOと略す)から成る透
明導電膜のi層5のための第1の電極7が形成されてい
る。第1の電極7の隅の一部分には取出電極9が形成さ
れている。その取出電極9はNi 層9bとAu 層9cと
の2層で構成されている。又、第2の電極8はn層4に
接合するAl 層8aとNi 層8bとAu 層8cとの3層
で構成されている。この構造の発光ダイオード10のサ
ファイア基板1の裏面にはAl の反射膜13が蒸着され
ている。
明する。図1は、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子を適用した発光ダイオードの構成を示す断面図
である。発光ダイオード10はサファイア基板1を有し
ており、そのサファイア基板1上には 500ÅのAlNの
バッファ層2が形成されている。そのバッファ層2の上
には、膜厚約 2.5μm のn型GaN から成るn層4が形
成されている。さらに、n層4の上に膜厚約 0.2μm の
半絶縁性GaN から成るi層5が形成されている。そし
てi層5の表面からi層5を貫通しn層4に達する凹部
21が形成されている。この凹部21を覆うようにn層
4に接続する金属製のn層4のための第2の電極8が形
成されている。この第2の電極8と離間してi層5上に
錫添加酸化インジウム(以下ITOと略す)から成る透
明導電膜のi層5のための第1の電極7が形成されてい
る。第1の電極7の隅の一部分には取出電極9が形成さ
れている。その取出電極9はNi 層9bとAu 層9cと
の2層で構成されている。又、第2の電極8はn層4に
接合するAl 層8aとNi 層8bとAu 層8cとの3層
で構成されている。この構造の発光ダイオード10のサ
ファイア基板1の裏面にはAl の反射膜13が蒸着され
ている。
【0018】次に、この構造の発光ダイオード10は基
板40に接合されており、基板40に立設されたリード
ピン41、42と電気的に接続されている。即ち、第1
の電極7に接合した取出電極9のAu 層9cとリードピ
ン41とがAu 線43により接続されており、第2の電
極8のAu 層8cとリードピン42とがAu 線44によ
り接続されている。
板40に接合されており、基板40に立設されたリード
ピン41、42と電気的に接続されている。即ち、第1
の電極7に接合した取出電極9のAu 層9cとリードピ
ン41とがAu 線43により接続されており、第2の電
極8のAu 層8cとリードピン42とがAu 線44によ
り接続されている。
【0019】次に、この構造の発光ダイオードの製造方
法について、図3から図9を参照しながら説明する。上
記発光ダイオード10は、有機金属化合物気相成長法(
以下、MOVPEと記す)による気相成長により製造さ
れた。用いられたガスは、NH3 とキャリヤガスH2 と
トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)(以下、TMGと記
す)とトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)(以下、
TMAと記す)とシラン(SiH4)とジエチル亜鉛(以
下、DEZと記す)である。
法について、図3から図9を参照しながら説明する。上
記発光ダイオード10は、有機金属化合物気相成長法(
以下、MOVPEと記す)による気相成長により製造さ
れた。用いられたガスは、NH3 とキャリヤガスH2 と
トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)(以下、TMGと記
す)とトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)(以下、
TMAと記す)とシラン(SiH4)とジエチル亜鉛(以
下、DEZと記す)である。
【0020】先ず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
a面を主面とする単結晶のサファイヤ基板1をMOVP
E装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次
に、常圧でH2 を流速2 l/分で反応室に流しながら温
度1200℃でサファイヤ基板1を10分間気相エッチングし
た。次に、温度を 400℃まで低下させて、H2 を20 l/
分、NH3 を10 l/分、TMAを 1.8×10-5モル/分で
供給して 500Åの厚さのAlN から成るバッファ層2を
形成した。
a面を主面とする単結晶のサファイヤ基板1をMOVP
E装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次
に、常圧でH2 を流速2 l/分で反応室に流しながら温
度1200℃でサファイヤ基板1を10分間気相エッチングし
た。次に、温度を 400℃まで低下させて、H2 を20 l/
分、NH3 を10 l/分、TMAを 1.8×10-5モル/分で
供給して 500Åの厚さのAlN から成るバッファ層2を
形成した。
【0021】続いて、サファイヤ基板1の温度を1150℃
に保持し、H2 を20 l/分、NH3を10 l/分、TMG
を1.7 ×10-4モル/分の割合で30分間供給し、膜厚 2.5
μm、キャリヤ濃度 1×1015/cm3 のGaN から成るn
層4を形成した。次に、サファイヤ基板1を 900℃にし
て、H2 を20 l/分、NH3 を10 l/分、TMGを 1.7
×10-4モル/分、DEZを 1.5×10-4モル/分の割合で
2分間供給して、膜厚 0.2μm のGaN から成るi層5
を形成した。このようにして、図3に示すような多層構
造のLEDウエハが得られた。
に保持し、H2 を20 l/分、NH3を10 l/分、TMG
を1.7 ×10-4モル/分の割合で30分間供給し、膜厚 2.5
μm、キャリヤ濃度 1×1015/cm3 のGaN から成るn
層4を形成した。次に、サファイヤ基板1を 900℃にし
て、H2 を20 l/分、NH3 を10 l/分、TMGを 1.7
×10-4モル/分、DEZを 1.5×10-4モル/分の割合で
2分間供給して、膜厚 0.2μm のGaN から成るi層5
を形成した。このようにして、図3に示すような多層構
造のLEDウエハが得られた。
【0022】次に、図4に示すように、i層5の上面全
体にスパッタリングによりSiO2層11を、厚さが1μ
m となるように形成した。そして、そのSiO2層11の
上にフォトレジスト12を塗布して、フォトリソグラフ
により、そのフォトレジスト12の第2の電極8の形成
部が除かれるように、所定形状にパターン形成した。次
に、図5に示すようにそのフォトレジスト12をマスク
として下層のSiO2層11の露出部をフッ酸系エッチン
グ液によりエッチングした。
体にスパッタリングによりSiO2層11を、厚さが1μ
m となるように形成した。そして、そのSiO2層11の
上にフォトレジスト12を塗布して、フォトリソグラフ
により、そのフォトレジスト12の第2の電極8の形成
部が除かれるように、所定形状にパターン形成した。次
に、図5に示すようにそのフォトレジスト12をマスク
として下層のSiO2層11の露出部をフッ酸系エッチン
グ液によりエッチングした。
【0023】次に、図6に示すように、フォトレジスト
12およびSiO2層11をマスクとして、真空度0.04To
rr、高周波電力0.44W/cm2 ,CCl2F2 ガスを10ml/ 分の割
合で供給し、反応性イオンエッチングによりi層5を貫
通しn層4に達する凹部21を形成した。また、エッチ
ング後、続いてArでドランエッチングした。そして、フ
ォトレジスト12およびSiO2層11をフッ酸で除去し
た。
12およびSiO2層11をマスクとして、真空度0.04To
rr、高周波電力0.44W/cm2 ,CCl2F2 ガスを10ml/ 分の割
合で供給し、反応性イオンエッチングによりi層5を貫
通しn層4に達する凹部21を形成した。また、エッチ
ング後、続いてArでドランエッチングした。そして、フ
ォトレジスト12およびSiO2層11をフッ酸で除去し
た。
【0024】次に、試料の上全面全体に、イオンプレー
ティングにより透明導電膜のITO層を約1000Åの厚さ
に形成した。そして、そのITO層の上にフォトレジス
トを塗布した。フォトリソグラフにより、第1の電極7
の形成部分のフォトレジストが残るように、フォトレジ
ストを所定形状にパターン形成した。
ティングにより透明導電膜のITO層を約1000Åの厚さ
に形成した。そして、そのITO層の上にフォトレジス
トを塗布した。フォトリソグラフにより、第1の電極7
の形成部分のフォトレジストが残るように、フォトレジ
ストを所定形状にパターン形成した。
【0025】次に、残ったフォトレジストをマスクとし
て下層のITO層の露出部をエッチングした。そして、
フォトレジストを除去した。これにより、図7に示すよ
うにエッチングで残ったITO層から成る第1の電極7
が形成された。次に、試料の上全面全体に蒸着によりA
l 層を約2000Åの厚さに形成した。そのAl 層の上にフ
ォトレジストを塗布して、フォトリソグラフにより、そ
のフォトレジストが、第2の電極8の形成部分が残るよ
うに、所定形状にパターン形成した。次に、そのフォト
レジストをマスクとして下層のAl 層の露出部をエッチ
ングし、フォトレジストを除去した。これにより、図8
に示すように、n層4に接続する第2の電極8のAl 層
8aが形成された。
て下層のITO層の露出部をエッチングした。そして、
フォトレジストを除去した。これにより、図7に示すよ
うにエッチングで残ったITO層から成る第1の電極7
が形成された。次に、試料の上全面全体に蒸着によりA
l 層を約2000Åの厚さに形成した。そのAl 層の上にフ
ォトレジストを塗布して、フォトリソグラフにより、そ
のフォトレジストが、第2の電極8の形成部分が残るよ
うに、所定形状にパターン形成した。次に、そのフォト
レジストをマスクとして下層のAl 層の露出部をエッチ
ングし、フォトレジストを除去した。これにより、図8
に示すように、n層4に接続する第2の電極8のAl 層
8aが形成された。
【0026】次に、試料の上全面全体にフォトレジスト
を塗布し、フォトリソグラフにより、ITOから成る第
1の電極7の取出電極9の形成部分と第2の電極8の形
成部分とにおいて、塗布されたフォトレジストを除去し
た。その結果、図9に示すように、取出電極9の形成部
分と第2の電極8の形成部分以外の部分にフォトレジス
ト層31が形成された。
を塗布し、フォトリソグラフにより、ITOから成る第
1の電極7の取出電極9の形成部分と第2の電極8の形
成部分とにおいて、塗布されたフォトレジストを除去し
た。その結果、図9に示すように、取出電極9の形成部
分と第2の電極8の形成部分以外の部分にフォトレジス
ト層31が形成された。
【0027】次に、図9に示すように、試料の上全面に
Ni層32およびAu層33を蒸着により順次それぞれ約
500Å、約3000Åの厚さに形成した。次に、アセトンで
フォトレジスト31を除去することで、そのフォトレジ
スト31の直上に形成されたNi層32およびAu層33
を除去することで、第1の電極7に対する取出電極9の
Ni 層9bとAu 層9cと、第2の電極8のNi 層8b
とAu 層8cとが形成された。
Ni層32およびAu層33を蒸着により順次それぞれ約
500Å、約3000Åの厚さに形成した。次に、アセトンで
フォトレジスト31を除去することで、そのフォトレジ
スト31の直上に形成されたNi層32およびAu層33
を除去することで、第1の電極7に対する取出電極9の
Ni 層9bとAu 層9cと、第2の電極8のNi 層8b
とAu 層8cとが形成された。
【0028】次に、図1に示すように、サファイア基板
1の裏面全体に、Al を約2000Åの厚さに蒸着して、反
射膜13が形成された。次に、以上のように製造された
ウエハをダイシングにより個々のチップに切断し、個々
に切断されたLEDチップを図2に示すようにリードフ
レーム40上に固定し、Au 線43によりリードピン4
1と第1の電極7の取出電極9のAu 層9cと接続し、
Au 線42により第2の電極8のAu 層8cと接続し
た。
1の裏面全体に、Al を約2000Åの厚さに蒸着して、反
射膜13が形成された。次に、以上のように製造された
ウエハをダイシングにより個々のチップに切断し、個々
に切断されたLEDチップを図2に示すようにリードフ
レーム40上に固定し、Au 線43によりリードピン4
1と第1の電極7の取出電極9のAu 層9cと接続し、
Au 線42により第2の電極8のAu 層8cと接続し
た。
【0029】このようにして、図2に示す構造のMIS(Me
tal-Insulator-Semiconductor)構造の発光ダイオードを
製造することができた。第2の電極8に対して透明導電
膜の第1の電極7を正電位となるように電圧を印加する
ことにより、第1の電極7直下のi層5にて発光を得る
ことができた。そして、この発光は透明の第1の電極7
を介して直接取り出すことができ、又、サファイア基板
1の裏面に形成された反射膜13による反射光も透明の
第1の電極7を介して取り出すことができた。
tal-Insulator-Semiconductor)構造の発光ダイオードを
製造することができた。第2の電極8に対して透明導電
膜の第1の電極7を正電位となるように電圧を印加する
ことにより、第1の電極7直下のi層5にて発光を得る
ことができた。そして、この発光は透明の第1の電極7
を介して直接取り出すことができ、又、サファイア基板
1の裏面に形成された反射膜13による反射光も透明の
第1の電極7を介して取り出すことができた。
【0030】この発光ダイオードは、第1の電極7に透
明導電膜を用いたので、第1の電極7の面積を大きくす
ることができた。よって、第1の電極7と第2の電極8
との間の直列抵抗を小さくすることができたので発熱が
抑制された。従って、電流−電圧特性において、電流1
0mA時の立ち上がり電圧が6Vであった。従来の構造の
発光ダイオード(第1の電極にアルミニウム電極を使用
したLED)が電流10mA時の立ち上がり電圧が8Vで
あるので、従来構造に比して約3/4となり、駆動電圧
を低下させることができた。
明導電膜を用いたので、第1の電極7の面積を大きくす
ることができた。よって、第1の電極7と第2の電極8
との間の直列抵抗を小さくすることができたので発熱が
抑制された。従って、電流−電圧特性において、電流1
0mA時の立ち上がり電圧が6Vであった。従来の構造の
発光ダイオード(第1の電極にアルミニウム電極を使用
したLED)が電流10mA時の立ち上がり電圧が8Vで
あるので、従来構造に比して約3/4となり、駆動電圧
を低下させることができた。
【0031】次に、他の実施例について説明する。上記
実施例における発光ダイオード10では、n層4を1層
としているが、発光ダイオード10aを、図10に示す
ように、i層5に接合する厚さ1.5 μm の低キャリア濃
度n層4aと厚さ2.2 μm の高キャリア濃度n+ 層3と
の2層とすることもできる。この発光ダイオード10a
では高キャリア濃度n+ 層3を電流が水平方向に流れる
ので、電極間の抵抗をより減少させることができる。高
キャリア濃度n+ 層3は、サファイヤ基板1の温度を11
50℃に保持し、H2 を20 l/分、NH3 を10 l/分、T
MGを 1.7×10-4モル/分、H2 で0.86ppm まで希釈し
たシラン(SiH4)を 200ml/分の割合で30分間供給す
ることで、膜厚 2.2μm 、キャリヤ濃度 1.5×1018/cm
3 に製膜できる。
実施例における発光ダイオード10では、n層4を1層
としているが、発光ダイオード10aを、図10に示す
ように、i層5に接合する厚さ1.5 μm の低キャリア濃
度n層4aと厚さ2.2 μm の高キャリア濃度n+ 層3と
の2層とすることもできる。この発光ダイオード10a
では高キャリア濃度n+ 層3を電流が水平方向に流れる
ので、電極間の抵抗をより減少させることができる。高
キャリア濃度n+ 層3は、サファイヤ基板1の温度を11
50℃に保持し、H2 を20 l/分、NH3 を10 l/分、T
MGを 1.7×10-4モル/分、H2 で0.86ppm まで希釈し
たシラン(SiH4)を 200ml/分の割合で30分間供給す
ることで、膜厚 2.2μm 、キャリヤ濃度 1.5×1018/cm
3 に製膜できる。
【0032】又、図11に示すように、発光ダイオード
10bを、チップの中央に透明導電膜から成る第1の電
極7を形成し、その周辺にn+ 層3に接続された第2の
電極8を形成することで製造しても良い。この時、第2
の電極8の最下層であるAl層を反射膜とすることがで
きるので、発光効率を向上させることができる。
10bを、チップの中央に透明導電膜から成る第1の電
極7を形成し、その周辺にn+ 層3に接続された第2の
電極8を形成することで製造しても良い。この時、第2
の電極8の最下層であるAl層を反射膜とすることがで
きるので、発光効率を向上させることができる。
【0033】このような発光ダイオード10bは、図1
2、図13に示す工程で製造することができる。図12
の(a) に示すように、サファイヤ基板1上に、上述した
製造方法により、順次、AlNから成るバッファ層2、
高キャリヤ濃度n+ 層3、低キャリヤ濃度n層4a、i
層5を製造した。次に、図12の(b) に示すように、図
12の(a) の多層構造のウェーハに対して太い刃物(例
えば、 250μm 厚)を用いたダイシングによりi層5か
ら低キャリヤ濃度n層4a、高キャリヤ濃度n+ 層3、
バッファ層2、サファイヤ基板1の上面一部まで格子状
に所謂ハーフカットにて切り込みを入れた。
2、図13に示す工程で製造することができる。図12
の(a) に示すように、サファイヤ基板1上に、上述した
製造方法により、順次、AlNから成るバッファ層2、
高キャリヤ濃度n+ 層3、低キャリヤ濃度n層4a、i
層5を製造した。次に、図12の(b) に示すように、図
12の(a) の多層構造のウェーハに対して太い刃物(例
えば、 250μm 厚)を用いたダイシングによりi層5か
ら低キャリヤ濃度n層4a、高キャリヤ濃度n+ 層3、
バッファ層2、サファイヤ基板1の上面一部まで格子状
に所謂ハーフカットにて切り込みを入れた。
【0034】次に、図7及び図8に示したのと同じ工程
により、ITOから成る第1の電極7と、第2の電極8
のAl 層8aを、図13の(c) に示すように形成した。
さらに、図9に示す工程により、取出電極9のNi 層9
b、Au 層9c及び第2の電極8のNi 層8b、Au 層
8cを形成した。
により、ITOから成る第1の電極7と、第2の電極8
のAl 層8aを、図13の(c) に示すように形成した。
さらに、図9に示す工程により、取出電極9のNi 層9
b、Au 層9c及び第2の電極8のNi 層8b、Au 層
8cを形成した。
【0035】次に、図13(d) に示すように、細い刃物
(例えば、 150μm 厚)を用いたダイシングにより、格
子状に第2の電極8が形成されてた切り込みが入れられ
ている部分において、サファイヤ基板1を格子状に切断
した。このようにして、図11に示す構造の発光ダイオ
ード10bを製造することができる。
(例えば、 150μm 厚)を用いたダイシングにより、格
子状に第2の電極8が形成されてた切り込みが入れられ
ている部分において、サファイヤ基板1を格子状に切断
した。このようにして、図11に示す構造の発光ダイオ
ード10bを製造することができる。
【0036】一方、図14に示すように、発光ダイオー
ド10cをi層5の中央部にn+ 層3に至る小さい径の
穴を開けて、その穴に第2の電極8を形成し、その周辺
部に透明導電膜の第1の電極7を形成するようにしても
良い。上記の構造の発光ダイオード10b、10cにお
いては、高キャリヤ濃度n+層3に対する第2の電極8
は、i層5に対する第1の電極7との位置関係の対象性
から、電極間を流れる電流を発光領域の部位に拘わらず
ほぼ同じとすることができる。従って、発光ダイオード
の青色の発光領域における発光ムラをなくすことができ
ると共に発光強度を向上させることができた。
ド10cをi層5の中央部にn+ 層3に至る小さい径の
穴を開けて、その穴に第2の電極8を形成し、その周辺
部に透明導電膜の第1の電極7を形成するようにしても
良い。上記の構造の発光ダイオード10b、10cにお
いては、高キャリヤ濃度n+層3に対する第2の電極8
は、i層5に対する第1の電極7との位置関係の対象性
から、電極間を流れる電流を発光領域の部位に拘わらず
ほぼ同じとすることができる。従って、発光ダイオード
の青色の発光領域における発光ムラをなくすことができ
ると共に発光強度を向上させることができた。
【図1】本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオー
ドのチップの構造を示した断面図。
ドのチップの構造を示した断面図。
【図2】同実施例に係る発光ダイオードの取付け構造を
示した断面図。
示した断面図。
【図3】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程を示
した断面図。
した断面図。
【図4】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程を示
した断面図。
した断面図。
【図5】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程を示
した断面図。
した断面図。
【図6】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程を示
した断面図。
した断面図。
【図7】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程を示
した断面図。
した断面図。
【図8】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程を示
した断面図。
した断面図。
【図9】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程を示
した断面図。
した断面図。
【図10】他の実施例に係る発光ダイオードの構成を示
した斜視図。
した斜視図。
【図11】他の実施例に係る発光ダイオードの構成を示
した斜視図。
した斜視図。
【図12】図11に示す発光ダイオードの製造工程にお
けるウエハーの断面図。
けるウエハーの断面図。
【図13】図11に示す発光ダイオードの製造工程にお
けるウエハーの断面図。
けるウエハーの断面図。
【図14】他の実施例に係る発光ダイオードの構造を示
した断面図。
した断面図。
【図15】その実施例に係る発光ダイオードの平面図。
1−サファイヤ基板 2−バッファ層 3−高キャ
リヤ濃度n+ 層 4−n層 4a−低キャリヤ濃度n層 5−i層 7−第1の電極(透明導電膜による電極) 8−第2の
電極 10,10a,10b,10c−発光ダイオード
リヤ濃度n+ 層 4−n層 4a−低キャリヤ濃度n層 5−i層 7−第1の電極(透明導電膜による電極) 8−第2の
電極 10,10a,10b,10c−発光ダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小澤 隆弘 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内
Claims (9)
- 【請求項1】 基板と、この基板上に形成された、n型
又はp型の一方の不純物を添加した窒化ガリウム系化合
物半導体から成る第1の層とn型又はp型の他方の不純
物を添加した窒化ガリウム系化合物半導体から成る第2
の層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に
おいて、 前記第1の層の表面に形成された第1の電極と、 前記第1の層の一部が除去された前記第2の層の露出部
分に形成された第2の層に対する第2の電極と、 前記基板を載置するリードフレームと、 前記第1の電極と導線により接続された第1のリードピ
ンと、 前記第2の電極と導線により接続された第2のリードピ
ンとを有することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子。 - 【請求項2】 前記第1の電極は前記導線が接続される
取出電極を有することを特徴とする請求項1に記載の窒
化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項3】 前記取出電極はニッケル(Ni)と金(Au)の
2層から成ることを特徴とする請求項2に記載の窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項4】 前記第1の電極は透明導電膜であること
を特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子。 - 【請求項5】 前記基板は、サファイアから成ることを
特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系化合物半導
体発光素子。 - 【請求項6】 前記第2の電極はアルミニウム(Al)から
成ることを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子。 - 【請求項7】 前記第2の電極は前記導線が接続される
ニッケル(Ni)と金(Au)の2層から成る取出電極を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子。 - 【請求項8】 前記第2の層はシリコン不純物の添加さ
れたn型のGaNであることを特徴とする請求項1に記
載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項9】 前記第1の層はp型不純物の添加された
GaNであることを特徴とする請求項1に記載の窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14835196A JP2661009B2 (ja) | 1996-05-16 | 1996-05-16 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14835196A JP2661009B2 (ja) | 1996-05-16 | 1996-05-16 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31397791A Division JP2666228B2 (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08316529A true JPH08316529A (ja) | 1996-11-29 |
JP2661009B2 JP2661009B2 (ja) | 1997-10-08 |
Family
ID=15450828
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14835196A Expired - Lifetime JP2661009B2 (ja) | 1996-05-16 | 1996-05-16 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2661009B2 (ja) |
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CN1300859C (zh) * | 1997-01-31 | 2007-02-14 | 松下电器产业株式会社 | 发光元件 |
US20110241026A1 (en) * | 2010-03-30 | 2011-10-06 | Orbit Semicon LTD. | Light-emitting diode chip and package structure thereof |
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JPS559442A (en) * | 1978-07-05 | 1980-01-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Light emission element and its manufacturing method |
JPS574180A (en) * | 1980-06-09 | 1982-01-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Light-emitting element in gallium nitride |
JPS57153479A (en) * | 1981-03-17 | 1982-09-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Nitride gallium light emitting element |
JPS6156474A (ja) * | 1984-08-28 | 1986-03-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化ガリウム半導体装置の製造方法 |
JPS63311777A (ja) * | 1987-06-12 | 1988-12-20 | Nec Corp | 光半導体装置 |
-
1996
- 1996-05-16 JP JP14835196A patent/JP2661009B2/ja not_active Expired - Lifetime
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