JPH10275933A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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Abstract
くしてチップの取れ数を多くすることができると共に、
半導体層の電気抵抗が比較的大きいチッ化ガリウム系化
合物半導体が用いられる半導体発光素子においても、チ
ップの面内での電流が均一になり、全体で均一に発光す
る半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 絶縁性基板1と、該絶縁性基板上に発光
層を形成すべくチッ化ガリウム系化合物半導体が積層さ
れる半導体積層部10と、該半導体積層部の表面側の第
1導電形の半導体層(p形層5)に接続して設けられる
第1の電極(p側電極8)と、前記半導体積層部の一部
がエッチングにより除去されて露出する第2導電形の半
導体層(n形層3)に接続して設けられる第2の電極
(n側電極9)とから発光素子チップがなり、該発光素
子チップの平面形状が、ひし形形状または3角形状で、
該形状の鋭角の角部に前記第2の電極が形成されてい
る。
Description
黄色)の光を発光するのに適したチッ化ガリウム系化合
物半導体が用いられる半導体発光素子に関する。さらに
詳しくは、絶縁性基板上に半導体層が積層されるウェハ
から切断分離して発光素子チップを形成する場合に、切
断分離がし易く、チップの取れ数を向上させ得るチップ
形状の半導体発光素子に関する。
3にその発光素子チップ(以下、LEDチップという)
の一例の斜視図および平面の説明図が示されるように、
サファイアからなる絶縁性の基板上にチッ化ガリウム系
化合物半導体層が積層されて形成される。すなわち、ウ
ェハ状のサファイア基板21上にたとえばn形のGaN
がエピタキシャル成長されたn形層(クラッド層)23
と、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれより
も小さくなる材料、たとえばInGaN系(InとGa
の比率が種々変わり得ることを意味する、以下同じ)化
合物半導体からなる活性層24と、p形のGaNからな
るp形層(クラッド層)25とが積層され、その表面の
p形層25に電気的に接続してp側(上部)電極28
が、積層された半導体層の一部がエッチングされて露出
するn形層23と電気的に接続してn側(下部)電極2
9がそれぞれ各チップごとに設けられる。そして各チッ
プに切断分離することにより、LEDチップが形成され
ている。
イア基板があるため劈開をすることができず、サファイ
ア基板の裏面からダイヤモンドペンにより線を入れて割
る方法により行われている。そしてその切断線は碁盤の
目状に縦横が直角方向に切断され、図3に示されるよう
に、平面形状で正方形または長方形に形成されている。
このようにして形成されたLEDチップのp側電極28
およびn側電極29は、四角形の対角線方向に対向する
2つの角部にそれぞれ設けられている。この両電極に順
方向の電圧が印加されることにより、電流はp側電極2
8からp形層25に広がりながら活性層24を通ってn
形層23に進み、n形層23からn側電極29に向かっ
て流れる。この電流経路の活性層24部でキャリアが再
結合して発光する。なお、p形層25での電流を充分に
広げてp形層25の全体で電流が流れるようにするた
め、p形層25の表面側にNi-Auの合金層などから
なる電流拡散層(図示せず)が設けられることがある。
チップの外形形状が正方形または長方形の矩形形状であ
ると、サファイア基板の縦横が必ずしもスムーズに割れ
て綺麗に切断分離されない。そのため、チップ間の切断
分離をする境界部の幅を広く取る必要があり、1枚のウ
ェハからチップの取れる個数が少なくなり、コストアッ
プになるという問題がある。さらに、切断分離部の幅が
広く設けられていても切断分離の際の割れ目が半導体積
層部の活性層に延びることがある。活性層に切断分離の
割れ目が延びると充分に発光せず、発光効率が低下する
という問題がある。
電極が形成されると、電極が設けられない角部の方は、
電流経路(図3(b)のB参照)が両電極間の最短距離
の電流経路(図3(b)のA参照)より相当迂回するこ
とになる。一方、半導体層は電気抵抗を有し、その道程
が大きくなると電気抵抗が大きくなる。とくにチッ化ガ
リウム系化合物半導体では、GaAs系の化合物半導体
に比べて半導体層の電気抵抗が大きいため、距離が大き
くなると直列抵抗の増加が著しくなる。そのため、LE
Dチップの面内で、半導体層の直列抵抗の小さいとこ
ろ、すなわちp側電極とn側電極との対向部で距離の短
いところに電流が集中して流れ、前述の電極が設けられ
ない角部の方(電流経路B)では電流が流れ難く、活性
層を流れる電流もチップ内で不均一になる。その結果、
電流が多く流れる部分の輝度が明るくなって、チップの
面内で均一に発光しないという問題がある。
になされたもので、ウェハからチップへの切断分離の分
離幅を狭くしてチップの取れ数を多くすることができる
と共に、半導体層の電気抵抗が比較的大きいチッ化ガリ
ウム系化合物半導体が用いられる半導体発光素子におい
ても、チップの面内での電流が均一化し、全体で均一に
発光する半導体発光素子を提供することを目的とする。
素子は、絶縁性基板と、該絶縁性基板上に発光層を形成
すべくチッ化ガリウム系化合物半導体が積層される半導
体積層部と、該半導体積層部の表面側の第1導電形の半
導体層に接続して設けられる第1の電極と、前記半導体
積層部の一部がエッチングにより除去されて露出する第
2導電形の半導体層に接続して設けられる第2の電極と
から発光素子チップがなり、該発光素子チップの平面形
状が、ひし形形状または3角形状で、該形状の鋭角の角
部に前記第2の電極が形成されている。
は、III 族元素のGaとV族元素のNとの化合物または
III 族元素のGaの一部がAl、Inなどの他のIII 族
元素と置換したものおよび/またはV族元素のNの一部
がP、Asなどの他のV族元素と置換した化合物からな
る半導体をいう。また、第1導電形および第2導電形と
は、半導体の導電形のn形およびp形のいずれか一方を
第1導電形としたとき、他方のp形またはn形が第2導
電形であることを意味する。
板が60゜の角度で割れ易いという性質を有しているた
め、綺麗に割れやすく、切断幅を狭くすることができ
る。また、ひし形もしくは3角形状で、鋭角の角部に第
2の電極が設けられることにより、電極間の経路の迂回
する場所が狭められ、極端に道程が大きくなる経路がで
きず、均一に電流が流れやすい。
る半導体積層部の第1導電形の半導体層と前記第2の電
極との平面形状で対向する部分が互いに平行になるよう
に前記半導体積層部のエッチングおよび前記第2の電極
の形成がなされていることが、第1導電形層のエッチン
グ端部の真下の第2導電形半導体層から第2の電極に至
る距離はどこでも等しく、第1導電形の半導体層に広が
った電流が第2導電形の半導体層に進む場合に、第2導
電形の半導体層の一部に電流が集中しないで全体に広が
って流れるため好ましい。
が前記発光素子チップの外周全体に亘ってなされておれ
ば、ウェハから各チップへの切断分離の際に発光層にク
ラックなどが入って発光効率が低下することがない。
明の半導体発光素子について説明をする。図1には、た
とえば青色系の発光に適するチッ化ガリウム系化合物半
導体が積層された本発明の半導体発光素子のチップの断
面および平面の説明図が示されている。
に示されるように、サファイア(Al2 O3 単結晶)な
どからなる絶縁性基板1の表面に発光層を形成する半導
体積層部10が形成されて、その表面側の第1導電形の
半導体層(p形層5)にp側電極(第1の電極)8が電
気的に接続されている。また、半導体積層部10の一部
が除去されて露出した第2導電形の半導体層(n形層
3)に電気的に接続されるようにn側電極(第2の電
極)9が形成されている。本発明では、図1(b)に平
面図((a)と縮尺は同じではない)が示されるよう
に、LEDチップの平面形状の外形がひし形形状に形成
されており、ひし形の対向する鋭角の角部にp側電極8
およびn側電極9が設けられていることに特徴がある。
その結果、p側電極8とn側電極9とを結ぶ方向は縦方
向に延び、両電極を結ぶ方向(電流経路A)と直角方向
の幅Cは狭く形成され、電流経路Aが場所によって極端
に長くなることはない。
には、サファイア基板1のウェハ上に半導体層を積層し
て半導体積層部10を形成した後に、その表面にレジス
ト膜などを設けて、ひし形形状のパターンが形成された
マスクとし、エッチングをすることにより、図1(b)
に示されるようにn形層3を露出させることができる。
そして電極8、9が設けられた後にウェハの絶縁性基板
1の裏面から半導体積層部10のエッチングされたパタ
ーンに沿ってダイヤモンドペンにより線を入れ、割るこ
とにより得られる。このパターン形成の形状および切断
のための線を入れる場所が従来と異なるが、その他の切
断分離方法は従来と同様である。このひし形の鋭角は、
たとえば60°程度で、ウェハのオリフラに対して60
°の角度で切断することにより切断分離が狭い範囲で綺
麗に行われる。
示されるように、n側電極9を形成するために積層され
た半導体層の一部がエッチングされて残存する半導体積
層部10のエッチング端部10aとn側電極9の前記端
部10aとの対向部分も、平面形状で平行になるように
半導体積層部のエッチング端部10aおよびn側電極9
の形状が形成されている。その結果、p形層5のn側電
極9に最も近いエッチング端部10aとn側電極9との
距離もその対向部分のどこにおいても等しくなってい
る。このエッチング端部10aとn側電極9の形状の対
向部を等距離にするには、半導体積層部10のエッチン
グの際のレジスト膜などのマスクのパターニング、およ
びn側電極9を形成するためのマスクのパターニングを
エッチング端部10aとn側電極9の対向部分が相互に
平行(相似形)になるように行うことにより簡単に形成
される。
なる低温バッファ層、クラッド層となるn形のGaNお
よび/またはAlGaN系(AlとGaの比率が種々変
わり得ることを意味する、以下同じ)化合物半導体の積
層構造からなるn形層3、バンドギャップエネルギーが
クラッド層のそれよりも小さくなる材料、たとえばIn
GaN系化合物半導体からなる活性層4、およびp形の
AlGaN系化合物半導体層および/またはGaN層か
らなるp形層(クラッド層)5が、基板1上にそれぞれ
順次積層されることにより構成されている。
えば有機金属化学気相成長法(MOCVD法)により、
反応ガスおよび必要なドーパントガスを導入してn形層
3を1〜5μm程度、活性層4を0.05〜0.3μm程
度、およびp形層5を0.2〜1μm程度、それぞれエ
ピタキシャル成長する。その後、表面にレジスト膜を設
け、パターニングをして塩素ガスなどによる反応性イオ
ンエッチングにより、積層された半導体層の一部を図1
に示されるように除去する。この際、図1(b)に示さ
れるように、平面的に見てエッチング端部10aとn側
電極9との距離が、その対向部において等しくなるよう
に形成するに場合には、このエッチングの際のマスクの
形状がn側電極9の対向部分と相互に平行になるように
レジスト膜のパターニングをすることにより得られる。
その後、たとえばリフトオフ法により、TiとAuとを
積層して両金属の積層構造からなるp側電極8を形成す
る。また同様に、たとえばリフトオフ法により、Tiと
Alをそれぞれ積層してシンターすることにより両金属
の合金層からなるn側電極9を形成する。このn側電極
9の形成の際のマスクをエッチング端部10aの対向部
と平面形状で平行になるように形成することにより、前
述のように相互に等距離に形成される。その結果、図1
に示される構造の半導体発光素子が得られる。
チップの平面形状がひし形になっているため、ウェハか
ら各チップに切断分離する際に、切断線に沿って真っ直
ぐに切断しやすい。そのため、絶縁性基板にダイヤモン
ドペンで線を入れて割るときに、割れ目が横の方に延び
ないで狭い範囲で割ることができる。その結果、チップ
間を狭くすることができ、1枚のウェハから多くのチッ
プを取ることができ、チップの取れ数を向上させること
ができる。
ぞれひし形の鋭角の角部に設けられているため、p側電
極8から供給される電流は、p形層5、活性層4、およ
びn形層3を経てn側電極9に向かって流れるが、その
距離が全体的に長く、幅方向は狭い電流経路となる。そ
のため、両電極の最短距離より大きく迂回する経路が少
なく、チップ全体で電流経路の長さはそれ程差がないと
共に、チップの端部から全体を電流が流れ易い。したが
って抵抗の小さいところに電流が集中して輝度にバラツ
キが生じたり、部分的に半導体層が劣化することもな
く、チップの全体で明るく発光する。その結果、発光効
率も向上し、高特性で信頼性の高い半導体発光素子が得
られる。
ングされて残存する半導体積層部10のエッチング端部
10aと、n側電極9とがその平面形状での対向部にお
いて平行(等距離)になるように形成されていることに
より、p形層に広がった電流がn形層に達した後、n側
電極9に至る経路は、半導体積層部10のエッチング端
部10aからn側電極9を見る距離はエッチング端部1
0aのどの部分でも同じになる。そのため、p側電極8
からn側電極9への電流経路は端部10aのどの部分を
経由してもエッチング端部10aの下部のn形層3から
n側電極9に至る電気抵抗は同じになる。その結果、p
形層5から活性層4を経てn形層3に至る電流の経路
は、n形層3の一部に集中しないで、均等に分散して流
れる。その結果、活性層4に分散して電流が流れ、LE
Dチップの全面で均等に発光し発光ムラがなくなり易く
なる。このエッチング端部10aの形状とn側電極9の
形状を対向部分において平行にすることは、とくに後述
する電流拡散層が設けられる場合にp形層に電流が広が
りやすいためその効果が大きい。
ひし形形状に形成されているため、ウェハから各チップ
に切断分離する場合に割れ目が横に延びないで真っ直ぐ
切断し易い。しかし、このひし形形状をさらに2つに分
割して、図2に平面形状図が示されるように、3角形状
にしても同様に狭い境界部で分離をし易い。この3角形
状にしても、その頂点となる角部にn側電極9が設けら
れ、その対向部にp側電極8が設けられることにより、
電流経路の幅が狭く、どの部分も電気抵抗がそれ程変わ
らず、チップ全体をn側電極8に流れ込むように電流経
路が形成される。この場合、p側電極は図2に示される
ように、n側電極9と対向する辺に沿って長く形成され
ると一層チップの全面に均一に電流経路が形成される。
このような3角形状に形成されると、赤、緑、青の3色
の発光素子を設けてカラー発光させる場合にその配置を
近付けることができ、小型のカラー用発光素子とするこ
ともできる。
に直接p側電極8が設けられていたが、電流拡散層を介
してp側電極が設けられていてもよい。電流拡散層は、
たとえばNiおよびAuがそれぞれ真空蒸着などにより
積層されてシンターされることにより合金化され、2〜
100nm程度の厚さに形成されるもので、活性層4で
発光する光を透過させると共に電気抵抗が小さく電流を
拡散させる作用をする。この場合、光の透過と電気抵抗
とは相反関係にあり、電気抵抗を無視できるほど完全に
小さくすることができない(電気抵抗を小さくするため
電流拡散層を厚くすると、光を透過しなくなる)。しか
し、電流拡散層が設けられることにより、ある程度は電
流拡散層を介して電流が拡散するため、p形層5での電
流の拡散が得られる。この場合、p形層5のエッチング
端部10aとn側電極9との距離が等距離になるように
半導体積層部10がエッチングされることにより、一層
n形層での電流の集中を防ぐことができる。
p形層5とで活性層4が挟持されたダブルヘテロ接合構
造であるが、n形層とp形層とが直接接合するpn接合
構造の半導体発光素子でも同様である。また、積層され
る半導体層の材料も一例であって、その材料には限定さ
れないが、チッ化ガリウム系化合物半導体の場合にその
電気抵抗が大きいため、効果が大きい。
ップの取れ数が多くなり、コストダウンに寄与する。ま
た、発光素子チップ内の全体で電流分布が均一になるた
め、均一な発光をし、発光効率が向上する。さらに、電
流が部分的に集中しないため、部分的に半導体層が劣化
して寿命を短くしたり、不良に至らしめることがない。
その結果、発光効率が低下しやすいチッ化ガリウム系化
合物半導体においても、高特性で、高信頼性の半導体発
光素子が安価に得られる。
よび平面説明図である。
説明図である。
パターンの説明図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 絶縁性基板と、該絶縁性基板上に発光層
を形成すべくチッ化ガリウム系化合物半導体が積層され
る半導体積層部と、該半導体積層部の表面側の第1導電
形の半導体層に接続して設けられる第1の電極と、前記
半導体積層部の一部がエッチングにより除去されて露出
する第2導電形の半導体層に接続して設けられる第2の
電極とから発光素子チップがなり、該発光素子チップの
平面形状が、ひし形形状または3角形状で、該形状の鋭
角の角部に前記第2の電極が形成されてなる半導体発光
素子。 - 【請求項2】 前記エッチングにより除去されずに残存
する半導体積層部の第1導電形の半導体層と前記第2の
電極との平面形状で対向する部分が互いに平行になるよ
うに前記半導体積層部のエッチングおよび前記第2の電
極の形成がなされてなる請求項1記載の半導体発光素
子。 - 【請求項3】 前記半導体積層部のエッチングによる除
去が前記発光素子チップの外周全体に亘ってなされてな
る請求項1または2記載の半導体発光素子。
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