JPH0936431A - 半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光取り出し電極下に集中していた電流を広
げ、光取り出し効率を高めて高輝度化を達成する半導体
発光素子を提供する。 【解決手段】 半導体基板１は、発光層と、発光層上の
所定の領域に形成された電流ブロック層１０と、前記発
光層及び前記電流ブロック層１０上に形成された光取り
出し電極２０と、半導体基板の第２の主面に形成された
基板側電極９とを備えている。光取り出し電極はボンデ
ィングパッド部２１と電流供給電極２２とからなり電流
ブロック層はこのボンディングパッド部の下に形成され
ている。電流ブロック層はボンディングパッド部の下に
電流が流れるのを阻止し、電流供給電極は半導体発光素
子の光取り出し効率を著しく高める。
げ、光取り出し効率を高めて高輝度化を達成する半導体
発光素子を提供する。 【解決手段】 半導体基板１は、発光層と、発光層上の
所定の領域に形成された電流ブロック層１０と、前記発
光層及び前記電流ブロック層１０上に形成された光取り
出し電極２０と、半導体基板の第２の主面に形成された
基板側電極９とを備えている。光取り出し電極はボンデ
ィングパッド部２１と電流供給電極２２とからなり電流
ブロック層はこのボンディングパッド部の下に形成され
ている。電流ブロック層はボンディングパッド部の下に
電流が流れるのを阻止し、電流供給電極は半導体発光素
子の光取り出し効率を著しく高める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光取出し効率の高
い半導体発光素子に関し、とくに屋内外の情報表示板、
自動車のストップランプ、信号機などに使用される高輝
度の半導体発光素子に関するものである。
い半導体発光素子に関し、とくに屋内外の情報表示板、
自動車のストップランプ、信号機などに使用される高輝
度の半導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体結晶を用いた半導体発光素子とし
ては発光ダイオード（ＬＥＤ：LightEmitting Diod
e）、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode)、エレク
トロルミネセンス（ＥＬ：Electro-Luminescence) 等が
知られている。前二者は半導体接合に準方向電圧をか
け、少数キャリアを注入して接合部で多数キャリアとの
再結合を起こし、このとき放出される光を利用する素子
である。エレクトロルミネセンスは結晶体に電界を加え
たときに発光する現象である。印加電圧としては直流、
交流いづれでも可能である。これら半導体発光素子の中
でも発光ダイオード、とくに高輝度ＬＥＤは、屋内や駅
構内用情報表示板、道路表示用情報板、自動車のストッ
プランプ、信号機等に使用されている。また、低電流で
ありながら高輝度であるために従来よりも省エネルギー
タイプの表示用光源として用いられる。このような分野
に使用されるＬＥＤとしては次のようなものがある。
ては発光ダイオード（ＬＥＤ：LightEmitting Diod
e）、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode)、エレク
トロルミネセンス（ＥＬ：Electro-Luminescence) 等が
知られている。前二者は半導体接合に準方向電圧をか
け、少数キャリアを注入して接合部で多数キャリアとの
再結合を起こし、このとき放出される光を利用する素子
である。エレクトロルミネセンスは結晶体に電界を加え
たときに発光する現象である。印加電圧としては直流、
交流いづれでも可能である。これら半導体発光素子の中
でも発光ダイオード、とくに高輝度ＬＥＤは、屋内や駅
構内用情報表示板、道路表示用情報板、自動車のストッ
プランプ、信号機等に使用されている。また、低電流で
ありながら高輝度であるために従来よりも省エネルギー
タイプの表示用光源として用いられる。このような分野
に使用されるＬＥＤとしては次のようなものがある。
【０００３】まず、赤色発光素子としては、ピーク波長
が６３０ｎｍ程度のＧａＡｓＰ赤色ＬＥＤ及びピーク波
長が６６０ｎｍ程度のＧａＡｌＡｓ赤色ＬＥＤがあり、
橙色ＬＥＤ発光素子としてはピーク波長が６１０ｎｍ程
度のＧａＡｓＰ橙色ＬＥＤ、がある。黄色発光素子とし
ては、ピーク波長が５９０ｎｍ程度のＧａＡｓＡｌＰ黄
色ＬＥＤがあり、さらに緑色発光素子としては、ピーク
波長が５６５ｎｍ程度のＧａＰ緑色ＬＥＤがある。各素
子の輝度は、ＧａＡｓＰＬＥＤで３００ｍｃｄ前後、Ｇ
ａＡｌＡｓ赤色ＬＥＤでシングルヘテロ（ＳＨ）構造の
場合５００ｍｃｄ前後、ＧａＡｓ基板を取り除いた型の
ダブルヘテロ（ＤＨ）構造の場合３０００ｍｃｄ前後、
ＧａＰ緑色ＬＥＤでは５００ｍｃｄ前後が得られてい
る。なお、半導体発光素子を形成する主な手段として
は、厚膜形成法として周知のエピタキシャル結晶成長法
である気相成長法（ＶＰＥ）や液相成長法（ＬＰＥ）が
知られており、ＶＰＥは、ＧａＡｓＰなどの形成に適し
ており、ＬＰＥは、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＰなどの形成に
適している。その他に有機金属を用いたＭＯＣＶＤ（Me
tal Organic Chemical Vapour Deposition）やＭＢＥ
（Molecular BeamEpitaxy) などの方法が知られてい
る。
が６３０ｎｍ程度のＧａＡｓＰ赤色ＬＥＤ及びピーク波
長が６６０ｎｍ程度のＧａＡｌＡｓ赤色ＬＥＤがあり、
橙色ＬＥＤ発光素子としてはピーク波長が６１０ｎｍ程
度のＧａＡｓＰ橙色ＬＥＤ、がある。黄色発光素子とし
ては、ピーク波長が５９０ｎｍ程度のＧａＡｓＡｌＰ黄
色ＬＥＤがあり、さらに緑色発光素子としては、ピーク
波長が５６５ｎｍ程度のＧａＰ緑色ＬＥＤがある。各素
子の輝度は、ＧａＡｓＰＬＥＤで３００ｍｃｄ前後、Ｇ
ａＡｌＡｓ赤色ＬＥＤでシングルヘテロ（ＳＨ）構造の
場合５００ｍｃｄ前後、ＧａＡｓ基板を取り除いた型の
ダブルヘテロ（ＤＨ）構造の場合３０００ｍｃｄ前後、
ＧａＰ緑色ＬＥＤでは５００ｍｃｄ前後が得られてい
る。なお、半導体発光素子を形成する主な手段として
は、厚膜形成法として周知のエピタキシャル結晶成長法
である気相成長法（ＶＰＥ）や液相成長法（ＬＰＥ）が
知られており、ＶＰＥは、ＧａＡｓＰなどの形成に適し
ており、ＬＰＥは、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＰなどの形成に
適している。その他に有機金属を用いたＭＯＣＶＤ（Me
tal Organic Chemical Vapour Deposition）やＭＢＥ
（Molecular BeamEpitaxy) などの方法が知られてい
る。
【０００４】図７を参照して従来技術を説明する。この
発光素子は、黄色発光ＩｎＧａＡｌＰＬＥＤである。半
導体基板１には、例えば、不純物濃度が３×１０18ｃｍ
-3程度のＧａＡｓ化合物半導体基板を用いる。ウェーハ
状の半導体基板１の上に、ＭＯＣＶＤ法により、１０対
のｎＧａＡｓ／ｎＩｎ0.5 Ａｌ0.5 Ｐの積層構造から構
成される光反射層２を連続的に成長させる。各層の厚さ
は、発光波長の１／４ｎ（ｎは屈折率）になるように設
定する。次に、厚さ０．６μｍのｎ−Ｉｎ0.5（Ｇａ
0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層３、厚さ０．３μｍの
ｎ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.7 Ａｌ0.3 ）0.5 Ｐアクティブ層
４及び厚さ０．６μｍのｐ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ
0.7 ）0.5 Ｐクラッド層５からなる発光層４０を順次成
長させる。次に、厚さ７．０μｍのｐ−Ｇａ0.3 Ａｌ
0.7 Ａｓ電流拡散層６及び厚さ０．１５μｍのｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層７を順次成長させる。次に、このｐ−
ＧａＡｓコンタクト層上にＡｕ−Ｚｎからなるｐ側電極
（光取り出し電極）８をその中央部分に形成し、その後
エッチングにより光取り出し電極８に被覆されていない
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７の露出している部分を取り
除く。したがって、光取り出し面の光取り出し電極８に
被覆されていない部分は、電流拡散層６が露出してい
る。次に、半導体基板１の裏面全面にＡｕ−Ｇｅからな
るｎ側電極（基板側電極）９を形成する。次に、このウ
ェーハ状の半導体基板１をダイシングして各素子を独立
させて複数のＬＥＤチップを得る。電流拡散層６は、光
取り出し電極８からの電流をＬＥＤチップ全面に拡散さ
せるために設けられている。
発光素子は、黄色発光ＩｎＧａＡｌＰＬＥＤである。半
導体基板１には、例えば、不純物濃度が３×１０18ｃｍ
-3程度のＧａＡｓ化合物半導体基板を用いる。ウェーハ
状の半導体基板１の上に、ＭＯＣＶＤ法により、１０対
のｎＧａＡｓ／ｎＩｎ0.5 Ａｌ0.5 Ｐの積層構造から構
成される光反射層２を連続的に成長させる。各層の厚さ
は、発光波長の１／４ｎ（ｎは屈折率）になるように設
定する。次に、厚さ０．６μｍのｎ−Ｉｎ0.5（Ｇａ
0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層３、厚さ０．３μｍの
ｎ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.7 Ａｌ0.3 ）0.5 Ｐアクティブ層
４及び厚さ０．６μｍのｐ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ
0.7 ）0.5 Ｐクラッド層５からなる発光層４０を順次成
長させる。次に、厚さ７．０μｍのｐ−Ｇａ0.3 Ａｌ
0.7 Ａｓ電流拡散層６及び厚さ０．１５μｍのｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層７を順次成長させる。次に、このｐ−
ＧａＡｓコンタクト層上にＡｕ−Ｚｎからなるｐ側電極
（光取り出し電極）８をその中央部分に形成し、その後
エッチングにより光取り出し電極８に被覆されていない
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７の露出している部分を取り
除く。したがって、光取り出し面の光取り出し電極８に
被覆されていない部分は、電流拡散層６が露出してい
る。次に、半導体基板１の裏面全面にＡｕ−Ｇｅからな
るｎ側電極（基板側電極）９を形成する。次に、このウ
ェーハ状の半導体基板１をダイシングして各素子を独立
させて複数のＬＥＤチップを得る。電流拡散層６は、光
取り出し電極８からの電流をＬＥＤチップ全面に拡散さ
せるために設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上、従来の半導体発
光素子において、とくにＩｎＧａＡｌＰ結晶はその抵抗
率が大きく、そのために電流拡散層を設けて電流が拡が
るようにしている。しかし、電流の拡がりが不十分であ
る上、光取り出し電極８の直下のアクティブ層において
も発光しており、その発光比率は大きい。このためにｐ
側電極による光吸収が大きくなり十分な光取り出し効率
が得られないのが現状である。本発明は、このような事
情により成されたものであり、光取り出し電極下に集中
していた電流を広げ、光取り出し効率を高めて高輝度化
を達成する半導体発光素子を提供することを目的にして
いる。
光素子において、とくにＩｎＧａＡｌＰ結晶はその抵抗
率が大きく、そのために電流拡散層を設けて電流が拡が
るようにしている。しかし、電流の拡がりが不十分であ
る上、光取り出し電極８の直下のアクティブ層において
も発光しており、その発光比率は大きい。このためにｐ
側電極による光吸収が大きくなり十分な光取り出し効率
が得られないのが現状である。本発明は、このような事
情により成されたものであり、光取り出し電極下に集中
していた電流を広げ、光取り出し効率を高めて高輝度化
を達成する半導体発光素子を提供することを目的にして
いる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体発光素
子の光取り出し電極のボンディングパッド部の下に電流
ブロック層を形成し、さらに、光取り出し電極の電流供
給電極を光取り出し面に均一に形成することを特徴とし
ている。即ち、本発明の半導体発光素子は、半導体基板
と、前記半導体基板の第１の主面に形成され、複数の半
導体層から構成された発光層と、前記発光層上の所定の
領域に形成された電流ブロック層と、前記発光層及び前
記電流ブロック層上に形成された光取り出し電極と、前
記半導体基板の第２の主面に形成された基板側電極とを
備え、前記光取り出し電極は、外部から電流を供給する
ボンディングワイヤが接続される領域であるボンディン
グパッド部と電流供給電極とからなり、前記電流ブロッ
ク層は、このボンディングパッド部の下に形成されてい
ることを特徴としている。前記半導体基板の第１の主面
と発光層との間には光反射層が形成されていても良い。
前記発光層上にはこの発光層に接して電流拡散層が形成
されていても良い。前記発光層又は前記電流拡散層と前
記光取り出し電極又は前記電流ブロック層との間にはコ
ンタクト層が形成されていても良い。前記第１の主面の
前記ボンディングパッド部以外の領域は光取り出し面を
構成し、前記電流供給電極の前記光取り出し面に占める
割合を２５％以下にしても良い。前記電流ブロック層は
前記第１の主面上においてその片側に形成され、前記光
取出し面は前記片側に対向する反対側に形成されるよう
にしてもよい。また、前記電流ブロック層の厚さは０．
１μｍ以上でも良い。
子の光取り出し電極のボンディングパッド部の下に電流
ブロック層を形成し、さらに、光取り出し電極の電流供
給電極を光取り出し面に均一に形成することを特徴とし
ている。即ち、本発明の半導体発光素子は、半導体基板
と、前記半導体基板の第１の主面に形成され、複数の半
導体層から構成された発光層と、前記発光層上の所定の
領域に形成された電流ブロック層と、前記発光層及び前
記電流ブロック層上に形成された光取り出し電極と、前
記半導体基板の第２の主面に形成された基板側電極とを
備え、前記光取り出し電極は、外部から電流を供給する
ボンディングワイヤが接続される領域であるボンディン
グパッド部と電流供給電極とからなり、前記電流ブロッ
ク層は、このボンディングパッド部の下に形成されてい
ることを特徴としている。前記半導体基板の第１の主面
と発光層との間には光反射層が形成されていても良い。
前記発光層上にはこの発光層に接して電流拡散層が形成
されていても良い。前記発光層又は前記電流拡散層と前
記光取り出し電極又は前記電流ブロック層との間にはコ
ンタクト層が形成されていても良い。前記第１の主面の
前記ボンディングパッド部以外の領域は光取り出し面を
構成し、前記電流供給電極の前記光取り出し面に占める
割合を２５％以下にしても良い。前記電流ブロック層は
前記第１の主面上においてその片側に形成され、前記光
取出し面は前記片側に対向する反対側に形成されるよう
にしてもよい。また、前記電流ブロック層の厚さは０．
１μｍ以上でも良い。
【０００７】電流ブロック層は、ボンディングパッド部
の下に電流が流れるのを阻止し、ボンディングパッド部
の外側または内側に設けた電流供給電極は、半導体発光
素子の光取り出し効率を著しく高める。
の下に電流が流れるのを阻止し、ボンディングパッド部
の外側または内側に設けた電流供給電極は、半導体発光
素子の光取り出し効率を著しく高める。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図１乃至図４を参照しなが
ら本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は、半導
体発光素子の平面図、図２は、図１のＡ−Ａ′線に沿う
部分の断面図、図３は、この実施の形態で形成された半
導体発光素子のチップをパッケージングした製品の断面
図である。この半導体発光素子は、ＩｎＧａＡｌＰ系Ｌ
ＥＤである。半導体基板１０には、例えば、不純物濃度
が３×１０18ｃｍ-3程度のＧａＡｓ化合物半導体基板を
用いる。図１は、ウェーハをダイシングしてチップ化し
た１半導体発光素子を示している。ｎ−ＧａＡｓ基板１
の第１の主面上には１０対のｎＧａＡｓ／ｎＩｎ0.5 Ａ
ｌ0.5 Ｐの積層構造の光反射層２が形成されている。こ
の光反射層２の上に形成されている発光層４０は、クラ
ッド層３、アクティブ層４及びクラッド層５から構成さ
れている。発光層４０の上には電流拡散層６が形成され
ている。電流拡散層６の上には、コンタクト層７が形成
され、このコンタクト層７の上に本発明の特徴である電
流ブロック層１０が選択的に形成されている。電流ブロ
ック層１０を覆うようにオーミックコンタクトを有する
光取り出し電極（ｐ側電極）２０が形成されている。光
取り出し電極２０は、ボンディングパッド部２１と電流
供給電極２２とから構成されている。
ら本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は、半導
体発光素子の平面図、図２は、図１のＡ−Ａ′線に沿う
部分の断面図、図３は、この実施の形態で形成された半
導体発光素子のチップをパッケージングした製品の断面
図である。この半導体発光素子は、ＩｎＧａＡｌＰ系Ｌ
ＥＤである。半導体基板１０には、例えば、不純物濃度
が３×１０18ｃｍ-3程度のＧａＡｓ化合物半導体基板を
用いる。図１は、ウェーハをダイシングしてチップ化し
た１半導体発光素子を示している。ｎ−ＧａＡｓ基板１
の第１の主面上には１０対のｎＧａＡｓ／ｎＩｎ0.5 Ａ
ｌ0.5 Ｐの積層構造の光反射層２が形成されている。こ
の光反射層２の上に形成されている発光層４０は、クラ
ッド層３、アクティブ層４及びクラッド層５から構成さ
れている。発光層４０の上には電流拡散層６が形成され
ている。電流拡散層６の上には、コンタクト層７が形成
され、このコンタクト層７の上に本発明の特徴である電
流ブロック層１０が選択的に形成されている。電流ブロ
ック層１０を覆うようにオーミックコンタクトを有する
光取り出し電極（ｐ側電極）２０が形成されている。光
取り出し電極２０は、ボンディングパッド部２１と電流
供給電極２２とから構成されている。
【０００９】ボンディングパッド部２１は、電流ブロッ
ク層１０の上に形成され、電流供給電極２１は、コンタ
クト層７の上に形成されている。一方、ｎ−ＧａＡｓ基
板１の第２の主面上には、オーミックコンタクトを有す
る基板側電極（ｎ側電極）９が形成されている。ボンデ
ィングパッド部２１は、コンタクト層７及びその上の電
流ブロック層１０を介して電流拡散層６の表面中央部分
に形成されている。一方電流供給電極２２は、均一な発
光が可能な様に第１の主面のボンディングパッド部２１
を除いた光取り出し面に広く均一に形成されている。電
流供給電極２２の下には電流ブロック層１０が形成され
ておらず、コンタクト層７が形成されている。発光量を
十分確保するためには、光取り出し面における電流供給
電極２２の占める面積の割合を、１５％以上にすること
が必要である。この実施の形態では、光取り出し面に電
流供給電極２２を均一に分散させるために、この電流供
給電極２２は、半導体基板１の各辺に沿うように環状に
形成した細幅の金属膜からなる３本の環状部とこれらを
半導体基板の対角線の位置で接続する細幅の金属膜から
なる４本の直線部から構成されている。
ク層１０の上に形成され、電流供給電極２１は、コンタ
クト層７の上に形成されている。一方、ｎ−ＧａＡｓ基
板１の第２の主面上には、オーミックコンタクトを有す
る基板側電極（ｎ側電極）９が形成されている。ボンデ
ィングパッド部２１は、コンタクト層７及びその上の電
流ブロック層１０を介して電流拡散層６の表面中央部分
に形成されている。一方電流供給電極２２は、均一な発
光が可能な様に第１の主面のボンディングパッド部２１
を除いた光取り出し面に広く均一に形成されている。電
流供給電極２２の下には電流ブロック層１０が形成され
ておらず、コンタクト層７が形成されている。発光量を
十分確保するためには、光取り出し面における電流供給
電極２２の占める面積の割合を、１５％以上にすること
が必要である。この実施の形態では、光取り出し面に電
流供給電極２２を均一に分散させるために、この電流供
給電極２２は、半導体基板１の各辺に沿うように環状に
形成した細幅の金属膜からなる３本の環状部とこれらを
半導体基板の対角線の位置で接続する細幅の金属膜から
なる４本の直線部から構成されている。
【００１０】次に、上記半導体発光素子の製造方法につ
いて具体的に説明する。半導体発光素子を構成する半導
体層を成長させるには、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などい
くつかの方法が知られているが、ここでは、１例として
ＭＯＣＶＤ法による成長方法を説明する。Ｓｉをドープ
し、不純物濃度が３×１０18ｃｍ-3程度の結晶面が［１
００］であるｎ−ＧａＡｓ半導体基板１の上に、ＭＯＣ
ＶＤ法により、半導体各層を結晶成長させる。原料には
トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウ
ム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、Ａｓ
Ｈ3 、ＰＨ3 を用い、半導体層の導電型を規定するドー
パントにはＤＭＺ（ｐ型）、ＳｉＨ4 （ｎ型）などを用
いる。結晶成長の成長温度は約７００℃であり、反応室
の圧力は、約４０ｔｏｒｒである。まず、１０対のｎ−
ＧａＡｓ／ｎ−Ｉｎ0.5 Ａｌ0.5 Ｐの積層構造から構成
される光反射層２を連続的に成長させる。各層の厚さ
は、発光波長の１／４ｎ（ｎは屈折率である）になるよ
うに設定する。
いて具体的に説明する。半導体発光素子を構成する半導
体層を成長させるには、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などい
くつかの方法が知られているが、ここでは、１例として
ＭＯＣＶＤ法による成長方法を説明する。Ｓｉをドープ
し、不純物濃度が３×１０18ｃｍ-3程度の結晶面が［１
００］であるｎ−ＧａＡｓ半導体基板１の上に、ＭＯＣ
ＶＤ法により、半導体各層を結晶成長させる。原料には
トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウ
ム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、Ａｓ
Ｈ3 、ＰＨ3 を用い、半導体層の導電型を規定するドー
パントにはＤＭＺ（ｐ型）、ＳｉＨ4 （ｎ型）などを用
いる。結晶成長の成長温度は約７００℃であり、反応室
の圧力は、約４０ｔｏｒｒである。まず、１０対のｎ−
ＧａＡｓ／ｎ−Ｉｎ0.5 Ａｌ0.5 Ｐの積層構造から構成
される光反射層２を連続的に成長させる。各層の厚さ
は、発光波長の１／４ｎ（ｎは屈折率である）になるよ
うに設定する。
【００１１】続いて光反射層２の上にＳｉをドープした
不純物濃度が４×１０17ｃｍ-3、厚さ０．６μｍのｎ−
Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層３、不
純物濃度がほぼ１０16ｃｍ-3で厚さ０．３μｍのノンド
ープｎ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-xＡｌx ）0.5 Ｐアクティブ
層４（０≦ｘ≦０．５）及びＺｎをドープし、不純物濃
度が４×１０17ｃｍ-3、厚さ０．６μｍのｐ−Ｉｎ0.5
（Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層５からなる発光
層４０を順次成長させる。次に、厚さ７．０μｍのｐ−
Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓ電流拡散層６（０＜ｙ＜１）をクラ
ッド層５上に成長させる。この時電流拡散層６のＡｌ混
晶比ｙは、発光波長に対して十分透明であるように設定
する。つづいて、厚さ０．１μｍのｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層７及び厚さ０．３μｍのｎ−Ｉｎ0.5 ( Ｇａ0.3
Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐ電流ブロック層１０を順次連続した１
回の成長プロセスで成長させる。そして、ＰＥＰ（Phot
oEngraving Process)工程及びエッチング工程により電
流ブロック層１０をパターニングする。
不純物濃度が４×１０17ｃｍ-3、厚さ０．６μｍのｎ−
Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層３、不
純物濃度がほぼ１０16ｃｍ-3で厚さ０．３μｍのノンド
ープｎ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-xＡｌx ）0.5 Ｐアクティブ
層４（０≦ｘ≦０．５）及びＺｎをドープし、不純物濃
度が４×１０17ｃｍ-3、厚さ０．６μｍのｐ−Ｉｎ0.5
（Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層５からなる発光
層４０を順次成長させる。次に、厚さ７．０μｍのｐ−
Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓ電流拡散層６（０＜ｙ＜１）をクラ
ッド層５上に成長させる。この時電流拡散層６のＡｌ混
晶比ｙは、発光波長に対して十分透明であるように設定
する。つづいて、厚さ０．１μｍのｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層７及び厚さ０．３μｍのｎ−Ｉｎ0.5 ( Ｇａ0.3
Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐ電流ブロック層１０を順次連続した１
回の成長プロセスで成長させる。そして、ＰＥＰ（Phot
oEngraving Process)工程及びエッチング工程により電
流ブロック層１０をパターニングする。
【００１２】次に、電流ブロック層１０が形成されてい
るコンタクト層７の上に光取り出し電極２０を蒸着す
る。この電極は、ＡｕＺｎ／Ｍｏ／Ａｕの積層構造から
なり、それぞれ０．２／０．１５／０．８μｍの厚さを
有している。光取り出し電極２０は、その後ＰＥＰ工程
及びエッチング工程によりパターニングされて、ボンデ
ィングパッド部２１と電流供給電極２２とに分けられ
る。次に、ｎ−ＧａＡｓ基板の第２の主面上には、Ａｕ
Ｇｅ系基板側電極（ｎ側電極）９を０．５μｍ厚程度蒸
着する。そして、シンタリング（熱処理）によって光取
り出し電極２０の電流供給電極２２とコンタクト層７と
のオーミックコンタクト、基板電極９と半導体基板１と
のオーミックコンタクト及び電流ブロック層１０上のボ
ンディングパッド部２１の密着強度を向上させる。シン
タリング温度及び時間は、基板電極及び光取り出し電極
にオーミック性が得られ、電流ブロック層へのメタルの
拡散が完全には達せず、且つ十分な密着強度が得られる
程度、例えば、４５０℃、１０分程度に設定する。
るコンタクト層７の上に光取り出し電極２０を蒸着す
る。この電極は、ＡｕＺｎ／Ｍｏ／Ａｕの積層構造から
なり、それぞれ０．２／０．１５／０．８μｍの厚さを
有している。光取り出し電極２０は、その後ＰＥＰ工程
及びエッチング工程によりパターニングされて、ボンデ
ィングパッド部２１と電流供給電極２２とに分けられ
る。次に、ｎ−ＧａＡｓ基板の第２の主面上には、Ａｕ
Ｇｅ系基板側電極（ｎ側電極）９を０．５μｍ厚程度蒸
着する。そして、シンタリング（熱処理）によって光取
り出し電極２０の電流供給電極２２とコンタクト層７と
のオーミックコンタクト、基板電極９と半導体基板１と
のオーミックコンタクト及び電流ブロック層１０上のボ
ンディングパッド部２１の密着強度を向上させる。シン
タリング温度及び時間は、基板電極及び光取り出し電極
にオーミック性が得られ、電流ブロック層へのメタルの
拡散が完全には達せず、且つ十分な密着強度が得られる
程度、例えば、４５０℃、１０分程度に設定する。
【００１３】次に、光取り出し電極（ｐ側電極）２０直
下以外の光取り出し面上のコンタクト層７を選択的にエ
ッチング除去する。次に、このウェーハ状の半導体基板
１をダイシングして各素子を独立させ、複数のＬＥＤチ
ップを得る。ボンディングパッド部２１の下に形成され
ている電流ブロック層１０はボンディングパッド部２１
の下に電流が流れるのを阻止し、ボンディングパッド部
２１以外の領域に設けた電流供給電極２２は半導体発光
素子に均一な発光を促し、その光取り出し効率を高める
ことができる。この実施の形態では光取り出し面の半導
体層（ｐ型半導体）とは逆導電型の半導体層を電流ブロ
ック層に利用する。次に、図３およびそのチップ部分を
拡大した図４を参照してＬＥＤチップをパッケージング
して製品化した半導体装置を説明する。半導体発光素子
３０は、樹脂封止体２５に垂直方向に植設されたリード
フレーム２３の先端に設けられた素子搭載部２８に取り
付けられている。基板側電極９が素子搭載部２８に接合
されており、リードフレーム２３は、一端がこの基板側
電極９と電気的に接続され、他端が樹脂封止体２５の外
部に露出している。
下以外の光取り出し面上のコンタクト層７を選択的にエ
ッチング除去する。次に、このウェーハ状の半導体基板
１をダイシングして各素子を独立させ、複数のＬＥＤチ
ップを得る。ボンディングパッド部２１の下に形成され
ている電流ブロック層１０はボンディングパッド部２１
の下に電流が流れるのを阻止し、ボンディングパッド部
２１以外の領域に設けた電流供給電極２２は半導体発光
素子に均一な発光を促し、その光取り出し効率を高める
ことができる。この実施の形態では光取り出し面の半導
体層（ｐ型半導体）とは逆導電型の半導体層を電流ブロ
ック層に利用する。次に、図３およびそのチップ部分を
拡大した図４を参照してＬＥＤチップをパッケージング
して製品化した半導体装置を説明する。半導体発光素子
３０は、樹脂封止体２５に垂直方向に植設されたリード
フレーム２３の先端に設けられた素子搭載部２８に取り
付けられている。基板側電極９が素子搭載部２８に接合
されており、リードフレーム２３は、一端がこの基板側
電極９と電気的に接続され、他端が樹脂封止体２５の外
部に露出している。
【００１４】この樹脂封止体２５は、透明な、例えば、
エポキシ樹脂などからなり、レンズ部分２６を有してい
る。このレンズ部分によって目的に応じた光の広がり角
度が得られるようになっている。半導体発光素子３０の
表面には、光取り出し側電極２０が形成されており、半
導体発光素子３０から発生した光は、光取り出し面の垂
直方向に向い、透明な樹脂封止体２５を通って外に発光
する。樹脂封止体２５の中にはリードフレーム２４がリ
ードフレーム２３に対向して植設されており、その一端
はＡｕなどのボンディングワイヤ２７に接続され、他端
は、樹脂封止体２５の外部に露出している。ボンディン
グワイヤ２７の一端は、前述のようにリードフレーム２
４に接続されており、他端は、光取り出し電極のボンデ
ィングパッド部２１にボンディングされている。半導体
発光素子３０の側面からの側面光が有効に発光方向に進
むように、半導体発光素子３０の側面に対向して金属な
どからなる反射板２９が樹脂封止体２５中に配置されて
いる。この反射板２９は、素子搭載部２８に取り付けら
れ、側面光がここで反射して発光方向と同じ方向に進む
ようにしている。反射板２９は、リードフレームと同じ
材料で形成され、Ｆｅ系合金を下地とし、Ａｇメッキが
施されている。
エポキシ樹脂などからなり、レンズ部分２６を有してい
る。このレンズ部分によって目的に応じた光の広がり角
度が得られるようになっている。半導体発光素子３０の
表面には、光取り出し側電極２０が形成されており、半
導体発光素子３０から発生した光は、光取り出し面の垂
直方向に向い、透明な樹脂封止体２５を通って外に発光
する。樹脂封止体２５の中にはリードフレーム２４がリ
ードフレーム２３に対向して植設されており、その一端
はＡｕなどのボンディングワイヤ２７に接続され、他端
は、樹脂封止体２５の外部に露出している。ボンディン
グワイヤ２７の一端は、前述のようにリードフレーム２
４に接続されており、他端は、光取り出し電極のボンデ
ィングパッド部２１にボンディングされている。半導体
発光素子３０の側面からの側面光が有効に発光方向に進
むように、半導体発光素子３０の側面に対向して金属な
どからなる反射板２９が樹脂封止体２５中に配置されて
いる。この反射板２９は、素子搭載部２８に取り付けら
れ、側面光がここで反射して発光方向と同じ方向に進む
ようにしている。反射板２９は、リードフレームと同じ
材料で形成され、Ｆｅ系合金を下地とし、Ａｇメッキが
施されている。
【００１５】次に、図５を参照して本発明の電流ブロッ
ク層の作用効果を説明する。この図は半導体発光素子に
用いる電流ブロック層厚と電流ブロック層の効果である
不良発生率との関係を示す特性図である。光取り出し電
極の電流供給電極とコンタクト層、基板電極（ｎ側電
極）とｎ−ＧａＡｓ基板のそれぞれのオーミックコンタ
クトを得るためには４５０℃、１０分程度のシンタリン
グが必要である。このため、このシンタリング条件下で
電流ブロック層にＩｎＧａＡｌＰ、ＳｉＯ2 を用いてテ
ストを行った。電流ブロック層の厚さが０．１μｍ以上
になると不良発生率が殆どゼロになる。これ以下では不
良品が著しく増加する。ＩｎＧａＡｌＰ及びＳｉＯ2 は
共にその膜厚が０．１μｍ以下では電極が拡散して電流
ブロック層を突き抜けてしまうことがある。
ク層の作用効果を説明する。この図は半導体発光素子に
用いる電流ブロック層厚と電流ブロック層の効果である
不良発生率との関係を示す特性図である。光取り出し電
極の電流供給電極とコンタクト層、基板電極（ｎ側電
極）とｎ−ＧａＡｓ基板のそれぞれのオーミックコンタ
クトを得るためには４５０℃、１０分程度のシンタリン
グが必要である。このため、このシンタリング条件下で
電流ブロック層にＩｎＧａＡｌＰ、ＳｉＯ2 を用いてテ
ストを行った。電流ブロック層の厚さが０．１μｍ以上
になると不良発生率が殆どゼロになる。これ以下では不
良品が著しく増加する。ＩｎＧａＡｌＰ及びＳｉＯ2 は
共にその膜厚が０．１μｍ以下では電極が拡散して電流
ブロック層を突き抜けてしまうことがある。
【００１６】次に、図８を参照して電流供給電極の面積
と光出力との相関関係を説明する。図１に示す本発明の
チップパターンにおいて電流供給電極の幅を変え、その
面積を変えた場合の光出力の変動を図８に示す。この図
８の相関より電流供給電極面積の光取り出し面に占める
割合が２５％以上の場合、電流供給電極による光吸収の
割合が大きくなり電流ブロック層がボンティングパッド
部下にない従来例のチップと光出力がほとんど変わらな
くなる。
と光出力との相関関係を説明する。図１に示す本発明の
チップパターンにおいて電流供給電極の幅を変え、その
面積を変えた場合の光出力の変動を図８に示す。この図
８の相関より電流供給電極面積の光取り出し面に占める
割合が２５％以上の場合、電流供給電極による光吸収の
割合が大きくなり電流ブロック層がボンティングパッド
部下にない従来例のチップと光出力がほとんど変わらな
くなる。
【００１７】次に、図６を参照して第２の実施の形態を
説明する。この実施の形態では半導体基板１はＧａＡｓ
化合物半導体基板を用いる。図６は、ウェーハをダイシ
ングしてチップ化した半導体発光素子を示している。第
１の実施の形態では、正方形のチップの中央にボンティ
ングパット部が有り、若干ボンティングパッドによる光
吸収の影響が出ている。このため、ボンティングパッド
による光吸収の影響を低下させるために図６の右側の領
域に電流ブロック層１０を形成し、その上にボンティン
グパッド部２１を形成する。図６左側の領域を光取り出
し面とし、そこに電流供給電極２２を設け、チップ内で
ボンティングパッド部２１と光取り出し面を分離するこ
とで、ボンティングパッド部下を流れる電流をさらに低
下させ光取り出し効果を上げることが出来る。
説明する。この実施の形態では半導体基板１はＧａＡｓ
化合物半導体基板を用いる。図６は、ウェーハをダイシ
ングしてチップ化した半導体発光素子を示している。第
１の実施の形態では、正方形のチップの中央にボンティ
ングパット部が有り、若干ボンティングパッドによる光
吸収の影響が出ている。このため、ボンティングパッド
による光吸収の影響を低下させるために図６の右側の領
域に電流ブロック層１０を形成し、その上にボンティン
グパッド部２１を形成する。図６左側の領域を光取り出
し面とし、そこに電流供給電極２２を設け、チップ内で
ボンティングパッド部２１と光取り出し面を分離するこ
とで、ボンティングパッド部下を流れる電流をさらに低
下させ光取り出し効果を上げることが出来る。
【００１８】前記実施の形態以外にもＧａＡｓ基板とし
て面方位［１００］面から傾斜させた面を持つものや
［１１１］面、［３１１］面等を用いたものがある。ま
た、本発明は、ｐ−ＧａＡｓ基板を用い、基板上の半導
体層の導電型をｐ−ＧａＡｓ基板に合わせたものも用い
ることができる。電流ブロック層は、ＳｉＯ2 、ＳｉＮ
x などの絶縁層でも良い。その時の電流拡散層は、Ｇａ
ＡｌＡｓ系結晶以外の結晶でも発光波長に対して十分透
明であれば本発明に用いることができる。また、結晶成
長プロセスには、ＭＯＣＶＤ法に限らず、ＭＢＥ法を用
いることができる。本発明の半導体発光素子は、図７な
どに示される従来技術による素子に比較して出力が１．
５〜１．８倍大きくなる。また、光取り出し面の半導体
層とは逆導電型の電流ブロック層を備えた素子構造では
電流ブロック層まで連続した１回の成長でよいためにプ
ロセスが簡略化する。
て面方位［１００］面から傾斜させた面を持つものや
［１１１］面、［３１１］面等を用いたものがある。ま
た、本発明は、ｐ−ＧａＡｓ基板を用い、基板上の半導
体層の導電型をｐ−ＧａＡｓ基板に合わせたものも用い
ることができる。電流ブロック層は、ＳｉＯ2 、ＳｉＮ
x などの絶縁層でも良い。その時の電流拡散層は、Ｇａ
ＡｌＡｓ系結晶以外の結晶でも発光波長に対して十分透
明であれば本発明に用いることができる。また、結晶成
長プロセスには、ＭＯＣＶＤ法に限らず、ＭＢＥ法を用
いることができる。本発明の半導体発光素子は、図７な
どに示される従来技術による素子に比較して出力が１．
５〜１．８倍大きくなる。また、光取り出し面の半導体
層とは逆導電型の電流ブロック層を備えた素子構造では
電流ブロック層まで連続した１回の成長でよいためにプ
ロセスが簡略化する。
【００１９】
【発明の効果】本発明は、以上のような構成により、ボ
ンディングパッド部の下に形成されている電流ブロック
層がボンディングパッド部下に電流が流れるのを阻止
し、また光取り出し電極下に集中していた電流を広げ、
光取り出し効率を高めて半導体発光素子の高輝度化を達
成することができる。さらにボンディングパッド部を光
取出し面の四隅のいづれかに近接配置させることで光取
出し効率をさらに高めることができる。
ンディングパッド部の下に形成されている電流ブロック
層がボンディングパッド部下に電流が流れるのを阻止
し、また光取り出し電極下に集中していた電流を広げ、
光取り出し効率を高めて半導体発光素子の高輝度化を達
成することができる。さらにボンディングパッド部を光
取出し面の四隅のいづれかに近接配置させることで光取
出し効率をさらに高めることができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体発光素子の
平面図。
平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ′線に沿う部分の断面図。
【図３】図１の半導体発光素子をパッケージングした半
導体装置の断面図。
導体装置の断面図。
【図４】図３のチップ部分を拡大した半導体発光素子の
断面図。
断面図。
【図５】本発明の電流ブロック効果を説明する特性図。
【図６】本発明の第２の実施の形態の半導体発光素子の
平面図。
平面図。
【図７】従来の半導体発光素子の断面図。
【図８】本発明の電流供給電極の面積と光出力との相関
関係を示す特性図。
関係を示す特性図。
１・・・ｎ型ＧａＡｓ半導体基板、 ２・・・光反射
層、３、４、５・・・クラッド層、 ６・・・電流拡
散層、７・・・コンタクト層、 ８、２０・・・ｐ側
電極（光取り出し電極）、９・・・基板側電極（ｎ側電
極）、 １０・・・電流ブロック層、２１・・・ボン
ディングパッド部、 ２２・・・電流供給電極、２
３、２４・・・リードフレーム、 ２５・・・樹脂封
止体、２６・・・樹脂封止体のレンズ形状部分、２７・
・・ボンディングワイヤ、 ２８・・・素子搭載部、
２９・・・反射板、 ３０・・・半導体発光素子、４
０・・・発光層
層、３、４、５・・・クラッド層、 ６・・・電流拡
散層、７・・・コンタクト層、 ８、２０・・・ｐ側
電極（光取り出し電極）、９・・・基板側電極（ｎ側電
極）、 １０・・・電流ブロック層、２１・・・ボン
ディングパッド部、 ２２・・・電流供給電極、２
３、２４・・・リードフレーム、 ２５・・・樹脂封
止体、２６・・・樹脂封止体のレンズ形状部分、２７・
・・ボンディングワイヤ、 ２８・・・素子搭載部、
２９・・・反射板、 ３０・・・半導体発光素子、４
０・・・発光層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西谷 克彦 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内
Claims (7)
- 【請求項１】 半導体基板と、 前記半導体基板の第１の主面に形成され、複数の半導体
層から構成された発光層と、 前記発光層上の所定の領域に形成された電流ブロック層
と、 前記発光層及び前記電流ブロック層上に形成された光取
り出し電極と、 前記半導体基板の第２の主面に形成された基板側電極と
を備え、 前記光取り出し電極は、外部から電流を供給するボンデ
ィングワイヤが接続される領域であるボンディングパッ
ド部と電流供給電極とからなり、前記電流ブロック層
は、このボンディングパッド部の下に形成されているこ
とを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記半導体基板の第１の主面と発光層と
の間には光反射層が形成されていることを特徴とする請
求項１に記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記発光層上にはこの発光層に接して電
流拡散層が形成されていることを特徴とする請求項１又
は請求項２に記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記発光層又は前記電流拡散層と前記光
取り出し電極又は前記電流ブロック層との間にはコンタ
クト層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至
請求項３のいづれかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記第１の主面の前記ボンディングパッ
ド部以外の領域は光取り出し面を構成し、前記電流供給
電極の前記光取り出し面に占める割合は２５％以下であ
ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいづれかに
記載の半導体発光素子。 - 【請求項６】 前記電流ブロック層は、前記第１の主面
上においてその片側に形成され、前記光取出し面は、前
記片側に対向する反対側に形成されていることを特徴と
する請求項５に記載の半導体発光素子。 - 【請求項７】 前記電流ブロック層の厚さは、０．１μ
ｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の
いづれかに記載の半導体発光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19932495A JPH0936431A (ja) | 1995-07-13 | 1995-07-13 | 半導体発光素子 |
| US08/678,626 US5744828A (en) | 1995-07-13 | 1996-07-10 | Semiconductor light emitting device with blocking layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19932495A JPH0936431A (ja) | 1995-07-13 | 1995-07-13 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0936431A true JPH0936431A (ja) | 1997-02-07 |
Family
ID=16405910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19932495A Pending JPH0936431A (ja) | 1995-07-13 | 1995-07-13 | 半導体発光素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5744828A (ja) |
| JP (1) | JPH0936431A (ja) |
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| US6730939B2 (en) | 2000-02-15 | 2004-05-04 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Radiation emitting semiconductor device |
| US7205578B2 (en) | 2000-02-15 | 2007-04-17 | Osram Gmbh | Semiconductor component which emits radiation, and method for producing the same |
| JP2007173866A (ja) * | 2007-03-16 | 2007-07-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体発光素子 |
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| JP2007311506A (ja) * | 2006-05-17 | 2007-11-29 | Sanken Electric Co Ltd | 過電圧保護素子を伴なった半導体発光装置 |
| WO2010024375A1 (ja) | 2008-08-29 | 2010-03-04 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体発光素子及び半導体発光装置 |
| JP2011044754A (ja) * | 2003-06-30 | 2011-03-03 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | 放射放出半導体チップ、該半導体チップの作製方法および該半導体チップの明るさの調整設定方法 |
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| JP2014220536A (ja) * | 2014-08-27 | 2014-11-20 | ローム株式会社 | 半導体発光素子 |
| US9276174B2 (en) | 2007-10-11 | 2016-03-01 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and fabrication method of the semiconductor light emitting device |
| JP2017157869A (ja) * | 2017-06-14 | 2017-09-07 | ローム株式会社 | 半導体発光素子 |
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| JP3301371B2 (ja) * | 1997-05-27 | 2002-07-15 | 信越半導体株式会社 | 化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法 |
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| US8587020B2 (en) | 1997-11-19 | 2013-11-19 | Epistar Corporation | LED lamps |
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1996
- 1996-07-10 US US08/678,626 patent/US5744828A/en not_active Expired - Lifetime
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