JPH1051033A - 半導体受発光素子 - Google Patents

半導体受発光素子

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JPH1051033A
JPH1051033A JP20035096A JP20035096A JPH1051033A JP H1051033 A JPH1051033 A JP H1051033A JP 20035096 A JP20035096 A JP 20035096A JP 20035096 A JP20035096 A JP 20035096A JP H1051033 A JPH1051033 A JP H1051033A
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JP
Japan
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metal layer
light emitting
solder
receiving element
semiconductor
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Application number
JP20035096A
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English (en)
Inventor
Atsushi Yoshioka
敦 吉岡
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Resonac Holdings Corp
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Showa Denko KK
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/341Surface mounted components
    • H05K3/3431Leadless components
    • H05K3/3442Leadless components having edge contacts, e.g. leadless chip capacitors, chip carriers

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  • Led Device Packages (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実装工程で半田食われに耐える電極構造をと
ることにより、配線基板上に直接搭載できるチップ型受
発光素子を提供する。 【解決手段】 オーミック電極部を耐半田浸食性の高い
金属で完全に覆った電極構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半田で直接配線基板
に接続、実装でき、なおかつ小型化できる半導体受発光
素子に関する。
【0002】
【従来の技術】発光素子の代表的な利用分野は、表示パ
ネルや携帯機器のインジケータ、照光スイッチ、OA機
器の光源等がある。また、受光素子は光学センサーなど
に用いられている。また、受光素子と発光素子を組み合
わせたフォトカカプラー(フォトアイソレーター)とし
て用いられる。従来は、このようなデバイスを作製する
際に、受発光素子はランプ状あるいは用途に合わせた形
に樹脂モールドした状態で配線基板に実装される。例え
ば図2に示すように樹脂モールドされた発光素子は、通
常隙間のある対向する1対のリード端子の一方の11の
先端に、発光素子12の下面電極13を導電性ペースト
14で接続し、上面電極15を金線16でワイヤーボン
ディングし、他方のリード端子17と接続させる。受光
素子においても同様である。このようにして作製された
部品型受発光素子端子を配線基板26に半田24により
実装される。
【0003】従来の通常の実装技術は上記の通りである
が、最近では例えば特開平6-326365の特許のように配線
基板に直接実装できるチップ部品型LED(発光ダイオ
ード)に関するものがあり、この方法では電極をあらか
じめ半田等のろう材でコーティングすることを提案して
いる。しかし、一般的に電極部を半田などのろう材でコ
ーティングすると素子分離などの工程で不都合が生じや
すくなる可能性がある。またろう材でコーティングされ
ているからといって実装時の半田耐性が強い保証はな
い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術では、
受発光素子はボンディングワイヤーである金線を保護す
るため、ステムなどに樹脂モールドしなければならない
ため、チップ自体の大きさよりもかなり大きくなってし
まう。従って、配線基板上に占める面積の割合が大きく
なり高密度実装に不利であるばかりでなくその構成部材
の材料費及び加工費が増大し、製品に余計なコストがか
かってしまう。また、特開平6-326365のように配線基板
に直接実装できるチップ部品型のものにおいても、実装
工程でのろう付けに耐えることができる電極でなければ
ならない。本発明の目的は、電極部の半田耐性を強化す
ることにより直接配線基板表面に実装でき、なおかつ小
型化できる半導体受発光素子を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の半導体受発光素子は配線基板表面にボン
ディングワイヤーを介さずに直接実装できるものであっ
て、図1に示すようにpn接合部と平行をなして互いに
対向するチップの両端面に設けられた正、負の電極部が
オーミック電極をなす第一の金属層22とそれよりも実
装条件下において半田に浸食されにくく、なおかつ半田
濡れ性が比較的良好な第二の金属層23を有し、その第
二の金属層が形成されている範囲が第一の金属層の側面
を保護するように覆っている構造を有することを特徴と
する。さらに、実装条件をより安定にするために第二の
金属層の半田濡れ性よりさらに良好な第三の金属層を有
する構造にしても良い。
【0006】具体的に、この受発光素子に使用される半
導体の種類はSi、GaAs、GaAlAs系化合物半
導体、InP、AlInGaP系など様々である。第一
の金属層はそれら半導体とオーミック接合となる金属を
選定する。例えば、SiではAu、Alなどを熱処理に
よってオーミック接触させる。GaAs、GaAlAs
系ではp型側ではAu−Be系合金を、n型側ではAu
−Ge系合金を熱処理によりオーミック接触させること
が多い(サイエンスフォーラム刊、最新化合物半導体ハ
ンドブックP.170〜P.171参照)。
【0007】第二の金属層を形成する金属が具備しなけ
ればならない条件は、耐半田浸食性に優れかつ半田濡れ
性が良好なことである。また、半導体及び金属層1との
密着性が良いという条件も有することが必要である。具
体的には、貴金属系ではPd、Au−Pd合金、それ以
外ではCu、Ni等が使用される。この金属の選定は実
装時に使用するろう材及び半導体、第一金属層との密着
性の善し悪しにより決定される。
【0008】第三の金属層は実装効率を向上させるため
に効果がある。第三金属層は第二金属層の上部に位置し
ていればよく、特に形状などは実装を最適化するように
任意に選定することができる。この金属層において必要
となる特性は、第二金属層より半田濡れ性が良好である
こと及び第二金属層との密着性が良好であることであ
る。具体的にはAg、Cu、Auなどの金属が用いるこ
とが可能である。しかし、表面の酸化等の耐環境性を考
慮した場合Auが最も適した金属であるといえる。以上
の内容を表1にまとめた。
【0009】
【表1】
【0010】第一の金属層と第二の金属層の形状関係に
ついて述べる。第一の金属層であるオーミック層の縁と
半田食われ防止層として機能する第二の金属層との縁と
の距離(図1(b)に示す平面的な大きさの関係)は電
極の半田耐性と大きな相関を持つということが実験的に
明らかとなった。実装工程を考慮して、半田ディップの
温度条件を230℃及び260℃の2水準とし、電極の
半田耐性の第一合格基準を230℃で10秒以上とし、
第二合格基準を260℃で5秒以上とし、試験を行っ
た。その結果、オーミック電極と第二金属層(本試験で
はNi、層厚0.4μm)との縁との距離が10μm以
下の場合、第一合格基準を満たさなかった。10μm以
上の差を有する場合、第一合格基準を満たすが、第二合
格基準は10μmの場合かろうじて満たす。縁との差が
大きくなるほど半田ディップの耐性時間が長くなる。従
って、10μm以上の差を有することにおいても実用上
の実力はあるが、より安全なプロセスを組むためには3
0μm以上の差を有するのが望ましい。
【0011】次に第二金属層の厚みと電極の半田耐性の
関係について述べる。第二金属層としてNiを使用し、
約0.15μmの厚みで第二金属層を形成したとき、半
田ディップ法による半田耐性試験の合格基準を上記の様
に定めた場合、第一合格基準は満たすが第二合格基準を
満たすのが限界であった。従って、実装工程プロセスを
考慮した場合、第二金属層のNiの厚さは0.4μm以
上が望ましい。
【0012】ここで本発明の第二の金属層が第一の金属
層を包み、かつ第一の金属層の側面を覆っていることに
ついて説明する。第二の金属層は、単に第一のオーミッ
ク電極をなす金属層に電気的に接触しているだけでな
く、オーミック電極の全面、特に側面も完全に覆ってい
て、半導体表面との間に実質的に間隙の無いものでなけ
ればならない。オーミック電極をなす第一の金属層の露
出部があると半田食われ性が弱いためディップした際に
電極の剥離等の障害が発生するからである。
【0013】
【作用】上記のようなオーミック電極を半田浸食性の高
い金属で覆った電極構造を有するため、ろう付けによっ
て配線基板に直接実装が可能となることにより、受発光
素子の寸法がチップの寸法まで小型化、薄型化でき、し
かも従来のワイヤーボンディングや樹脂モールドが不要
になるため、コスト的にも有利である。
【0014】
【実施例】以下、本発明を赤外発光ダイオードに関する
実施例により詳細に説明する。 (実施例1)n型GaAs基板の上にp型GaAsを液
層エピタキシャル法で成長させた基板に第一の金属層と
して、p型側にオーミック電極としてAu−Be系合金
を、n型側にはAu−Ge系合金をそれぞれ約0.6μ
mの厚みに真空蒸着法によって形成した。次に第一の金
属層をGaAs半導体基板とオーミック接触させるた
め、450℃、10分、窒素雰囲気中で熱処理した。そ
れをフォトリソグラフィー工程によって直径140μm
の丸形電極を形成した。なお、素子の形状は300μm
の正方形状とした。次に第二の金属層として、その上に
半田食われ防止層として基板両面にNiを厚さ約0.4
μmで蒸着し、これを再びフォトリソグラフィー工程に
より230μmの正方形状に加工した。このとき、図1
(b)の様に第一の金属層の縁が第二、第三の金属層の
縁から、加工誤差を含めても最低30μm以上の距離を
有していることを確認した。
【0015】次に、このエピ基板をパターンに沿ってダ
イシングにより素子分離を行った。素子分離した後、ダ
イシングのダメージの残っている部分を除去するための
エッチングを施した。このようにして得られた素子を配
線基板の所定の位置に置き、半田ディップ法にて実装を
行った。このときの半田処理時間は10秒とした。この
ときの組立工程における歩留まりは98%であった。組
立工程における歩留まりの関係を表2に示す。
【0016】
【表2】
【0017】(比較例1)比較のため赤外発光ダイオー
ドにおいて、実施例1と同様のエピタキシャル基板にオ
ーミック電極を厚さ0.6μmで蒸着し、熱処理した。
次に第二金属層としてNiをオーミック電極の表面にの
み0.4μmで蒸着した。これをフォトリソグラフィー
工程によって230μmの正方形状の電極に形成した。
その後の工程は実施例1と同様である。この素子の組立
工程における歩留まりは75%となった。この結果を表
2に併記する。
【0018】(実施例2)次に、赤色(可視光)発光ダ
イオードにおける実施例を示す。p型GaAs基板の上
にp型GaAlAs層を液層エピタキシャル法で成長さ
せ、さらにその上にAl組成の異なるn型GaAlAs
層を同様に成長させた基板上に実施例1と同様に第一の
金属層としてp型側にAu−Be系合金を、n型側にA
u−Ge系合金を厚さ約0.6μmとなるように真空蒸
着法により形成した。以下、第二の金属層のNiを蒸着
するまでの工程は実施例1と同様である。本実施例では
Ni層の上に、第三の金属層として真空蒸着法により約
0.5μmのAu層を形成した。その後の工程は実施例
1と同様であるが、第三の金属層を形成した効果とし
て、実装時における半田処理時間の条件を5秒と実施例
1の時の半分の時間で処理できた。また、半田濡れ性不
良による歩留まりも向上した。また、このときの歩留ま
りは99.5%になり実施例1より組立不良が低減され
た。この結果を表2に併記する。
【0019】実施例1及び実施例2と比較例とを比較す
ると比較例はかなり低い数字となった。実施例1と比較
例が異なる点はオーミック電極の側面が半田浸食耐性の
強いNiに覆われていないことである。組立不良となっ
た素子を観察したところ、第一金属層であるオーミック
電極が側面から半田浸食されているのが確認された。
【0020】
【発明の効果】受発光素子にオーミック電極である第一
の金属層に、それを覆うように形成された半田食われが
少なくかつ半田濡れ性も比較的良い第二の金属層である
Ni層により、配線基板に直接半田にて実装が可能とな
った。第二金属層が半田耐性の劣る第一金属層の側面ま
で保護することにより組立工程での不良が激減した。ま
た直接実装できることより素子の小型化が可能となり、
高密度実装、この素子を用いたデバイスの小型化が実現
できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の請求項1の半導体受発光素子の実施例
を示す断面図(a)及び電極面図(b)である。
【図2】従来の樹脂モールド型の半導体受発光素子を示
す側面図(a)及び平面図(b)である。
【図3】 本発明の請求項2の半導体受発光素子の実施
例を示す断面図(a)及び電極面図(b)である。
【符号の説明】
11 リード端子1 12 半導体受発光素子 13 下面電極 14 導電性ペースト 15 上面電極 16 金線 17 リード端子2 18 樹脂モールド 21 半導体受発光素子 22 金属層1 23 金属層2 24 半田 25 配線パターン 26 プリント基板 27 金属層3

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体受発光素子において、半導体面上
    に半導体とオーミック接触をなす第一の金属層と第一の
    金属層より耐半田浸食性の高い第二の金属層を有し、第
    二の金属層が形成されている範囲が第一の金属層を包み
    かつ第一の金属層の側面が第二の金属層で覆われている
    構造の電極を有することを特徴とする半導体受発光素
    子。
  2. 【請求項2】 第二の金属層の上に第二の金属層よりも
    半田濡れ性の良好な第三の金属層を有することを特徴と
    する請求項1記載の受発光素子。
  3. 【請求項3】 第一の金属層の端が第二の金属層よりも
    10μm以上内側にあることを特徴とする請求項1及び
    請求項2に記載の半導体受発光素子。
  4. 【請求項4】 半導体が化合物半導体であることを特徴
    とする請求項1から請求項3に記載の半導体受発光素
    子。
  5. 【請求項5】 化合物半導体が III−V族化合物半導体
    であることを特徴とする請求項4に記載の半導体受発光
    素子。
  6. 【請求項6】 第二の金属層がNiであることを特徴と
    する請求項1から請求項5に記載の半導体受発光素子。
  7. 【請求項7】 Ni金属層の厚さが0.1μm以上の厚
    さを有することを特徴とする請求項6に記載の半導体受
    発光素子。
JP20035096A 1996-07-30 1996-07-30 半導体受発光素子 Pending JPH1051033A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7679091B2 (en) 2007-04-18 2010-03-16 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion element having a semiconductor and semiconductor device using the same
JP2012169355A (ja) * 2011-02-10 2012-09-06 Mitsubishi Materials Corp はんだ接合用積層体および接合体
US9095066B2 (en) 2008-06-18 2015-07-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Printed board

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