JPH1098211A

JPH1098211A - 発光素子

Info

Publication number: JPH1098211A
Application number: JP27154596A
Authority: JP
Inventors: Naoki Shibata; 直樹柴田; Atsuo Hirano; 敦雄平野
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】ｎ電極とｐ電極とが同一面側に形成されてい
る発光素子上において、発光面をできる限り均一に分布
させる。【解決手段】発光面をＨ字形状とし、このＨ字の窪み
の部分の一方にｎ電極を配置し、他方にｐ電極を配置す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は半導体発光素子に
関する。更に詳しくは、半導体発光素子の電極の構成に
関する。

【０００２】

【従来の技術】Ａｌ_XＩｎ_YＧａ_1ーXーYＮ（Ｘ＝０、Ｙ＝
０、Ｘ＝Ｙ＝０を含む）からなる化合物半導体は直接遷
移型であるので発光効率が高くかつ光の３原色の１つで
ある青色を発光することから、発光素子、例えば発光ダ
イオードの形成材料として昨今特に注目を集めている。

【０００３】発光素子を構成する上記ＧａＮ系半導体
は、一般的に、絶縁性のサファイア基板の上に形成され
る。従って、基板側から電極を取り出すことができず、
半導体層を形成した面側に一対の電極が形成されること
となる。このように構成された発光素子は、そのチップ
サイズを小さくできる見地から、基板を下側にして反射
板に取り付けられる。そして、上面に配置された一対の
電極、即ちｎ電極とｐ電極とにそれぞれワイヤーボンデ
ィングが施される。

【０００４】このとき課題となったのが電極による光の
遮蔽である。即ち、素子の上面に２つの電極が設けられ
るので、素子内で発光した光が電極により遮られ、素子
の発光効率に影響を与える。そこで、ｎ電極をｎ伝導型
の半導体層の隅部に配置し、ｐ電極をｐ伝導型の半導体
層の隅部に配置し、もって、電極による光の遮蔽を小さ
くしようとする発明が提案されている（特開平６ー３３
８６３２号公報参照）。この発明で開示される電極構成
によれば、ｎ電極は平面から視て円形であり、ｐ電極は
平面から視て正方形である。なお、このようにｎ電極と
ｐ電極の形状を異ならせるのは、ワイヤーを各電極へボ
ンディングするとき、予めワーク表面のイメージを取得
し、このイメージを画像処理して、各電極の種別及び位
置を認識する必要があるからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、昨今で
は、半導体発光素子の高集積化、即ちチップサイズをよ
り小さくすることが要求されている。一方、ワイヤボン
ディングを確実に行うためには、電極に一定の大きさ
（例えば、円形の電極では直径１００μm以上、正方形
の電極では一辺１００μm以上）が要求される。従っ
て、発光素子のチップサイズを小さくすると、電極の配
置による発光面（チップ上面から電極形成部分を除いた
部分）の減少が大きくなる。

【０００６】例えば、図１に示す検討例の発光素子１に
おいて、ハッチングを施した部分が発光面２である。こ
の検討例の発光素子１は一辺が３００μmの正方形のチ
ップであり、相対向する隅部に平面から視て円形のｎ電
極（直径１２０μm）３と正方形のｐ電極（一辺１２０
μm）４が配置される。図からわかる通り、チップ上面
において各電極の占める面積比率が大きいので、結果的
に発光面は帯状となる。即ち、素子上において発光面が
偏在する。

【０００７】この発光素子は、エポキシレジン等の透明
樹脂で形成された半球ないしは弾頭形状のレンズ内にモ
ールドされる（図６参照）。このレンズを２次元的に配
列してディスプレイ等が形成される。

【０００８】しかし、上記に様に発光面が帯状である
と、図２に示すとおり、レンズ７の表面に方向性のある
帯状の色むら９が生じる。図２に示す色むら９は帯状の
発光面に対応した光度の強い部分である。このような方
向性を有する色むら９は、ディスプレイの意匠上好まし
くない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明はかかる課題を
解決すべくなされたものであり、ｎ伝導型の第１の半導
体層にｎ電極が接続され、ｐ伝導型の第２の半導体層に
ｐ電極が接続され、かつｎ電極とｐ電極は同一面側に形
成される発光素子において、発光面がＨ字形状であり、
このＨ字の窪みの部分の一方にｎ電極が配置され、他方
にｐ電極が配置される、ことを特徴とする発光素子であ
る。

【００１０】

【発明の作用・効果】上記の様に構成された発光素子に
よれば、発光面がＨ字形状にされているので、レンズ上
においては、少なくとも色むらの方向性がなくなる。ま
た、色むらが残るものの、意匠上目立たなくなる。これ
は、素子における発光面の偏在が緩和されたからであ
る。即ち、素子上において発光面がより均一に分布する
こととなったからである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を実
施例に基づき図面を参照して説明する。図３はこの発明
の実施例の発光ダイオード１０の平面図であり、図４は
図３におけるIV-IV線断面図である。図３に示すとお
り、発光ダイオード１０は平面から視てその外郭が実質
的な長方形であり、相対向する短辺のそれぞれ中央に、
各短辺に接するようにして、ｎ電極１７とｐ電極１９と
が形成されている。実質的な発光面となる透明電極１８
はｎ電極１７と各長辺の間、及びｐ電極１９と各長辺の
間まで回り込んでいる。換言すれば、発光面がＨ字形状
をしており、各電極１７、１９がＨ字の一対の窪みの部
分に配置される構成である。

【００１２】このこの発光ダイオード１０は、図４に示
すとおり、サファイア基板１１の上に、バッファ層１
２、ｎ伝導型の第１の半導体層１３、超格子構造の発光
層１４、ｐ伝導型の第２の半導体層１５を順次積層した
構成である。半導体層１３ないし１５はＡｌ_XＩｎ_YＧａ
_1ーXーYＮ（Ｘ＝０、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ＝０を含む）で形成
される。

【００１３】各半導体層の具体的なスペックは次の通り
である。バッファ層１２：ＡｌＮ（５０ｎｍ）ｎ層１３：ＳｉドープトＧａＮ、（２２００ｎｍ）発光層１４：量子井戸層；Ｉｎ_0.16Ｇａ_0.84Ｎ（３．５ｎｍ）バリア層；ＧａＮ（３．５ｎｍ）量子井戸層及びバリア層の繰り返し数；５ｐ層１５：ＭｇドープトＧａＮ（７５ｎｍ）

【００１４】上記において、ｎ伝導型の半導体層１３は
発光層側の低電子濃度ｎ層とバッファ層側の高電子濃度
ｎ⁺層とからなる２層構造とすることができる。発光層
１４は図２に示した超格子構造のものに限定されず、シ
ングルへテロ型、ダブルへテロ型のものなどを用いるこ
とができる。発光層１４とｐ伝導型の第２の半導体層１
５との間にマグネシウム等のアクセプタをドープしたバ
ンドギャップの広いＡｌ_XＩｎ_YＧａ_1-X-YＮ（X=0,Y=0,X
=Y=0を含む）層を介在させることができる。これは発光
層１４中に注入された電子がｐ伝導型の半導体層１５に
拡散するのを防止するためである。ｐ伝導型の半導体層
１５を発光層側の低ホール濃度ｐ層と電極側のの高ホー
ル濃度ｐ⁺層とからなる２層構造とすることができる。
ｎ伝導型の半導体層の上にＩ型の半絶縁層を積層して、
いわゆるＭＩＳ型の発光素子とすることもできる。

【００１５】基板１１の上の半導体層１２〜１５は有機
金属化合物気相成長法（以下、「ＭＯＶＰＥ法」とい
う。）により形成される。この成長法においては、アン
モニアガスとIII族元素のアルキル化合物ガス、例えば
トリメチルガリウム（ＴＭＧ)、トリメチルアルミニウ
ム（ＴＭＡ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とを適
当な温度に加熱された基板上に供給して熱分解反応さ
せ、もって所望の結晶を基板の上に成長させる。ＭＯＶ
ＰＥ法を用いたこれら半導体層の形成方法は周知である
のでその具体的な条件の説明は省略する。詳しくは、特
開平５ー１７５１２４号公報、特開平８ー９７４７１及
び特開平６ー２６８２５７号公報等を参照されたい。

【００１６】上記の様にして得た半導体層構造物に反応
性イオンエッチングを施してｐ層１５、発光層１４及び
ｎ層１３の一部を除去し、電極形成面１６を得る。この
電極形成面１６は素子を平面から視たときにおいて一の
短辺の中央から素子の中心へ延びている。

【００１７】その後、Ａｌ（アルミニウム）を蒸着して
ｎ電極１７を直径が１２０μmの実質的な円形に形成す
る。ｎ電極１７の厚さは1.5μmである。なお、Ａｌを蒸
着する前に下地層としてＶ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオ
ブ）、Ｚｒ（ジルコニア）及びＣｒ（クロム）等を蒸着
させておくこともできる。ｎ電極１７とエッチング壁面
との間には１０μm幅の第１のクリアランス２１を設け
る。また、ｎ電極１７はその周縁が素子の一の短辺にお
いて実質的な中央部に接するように配置される。これ
は、ｎ電極６により減少する発光面の面積を可及的に小
さくするためである。

【００１８】次に、ｐ伝導型の第２の半導体層１５の上
へ透明電極１８を１００オングストロームの厚さに蒸着
する。なお、透明電極１８とエッチング壁面との間に１
０μm幅の第２のクリアランス２２が設けられる。

【００１９】そして、透明電極１８の上へ平面から視て
一辺が１２０μmの実質的に正方形ななｐ電極１９を蒸
着する。ｐ電極１９の厚さは１．５μmである。ｐ電極
１９はその一辺が素子の他の短辺において中央部に接す
るように設けられている。これは、ｐ電極１９により減
少する発光面の面積を可及的に小さくするためである。

【００２０】このｐ電極１９と透明電極１８とは同一の
金属材料で形成されることが好ましい。この実施例では
Ａｕ（金）によりこれらを形成したが、その他にＰｔ
（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｎｉ（ニッケル）及び
これらを含む合金を用いることができる。

【００２１】図５は図３の実施例の変形態様を示す。こ
こにおいて、ｐ電極１７０を実質的な正方形とし、ｎ電
極１９０を実質的な円形とする。図５において、図３と
同一の部材には同一の図符号を付してその説明を部分的
に省略する。図５のように素子を設計すると、図３のも
のに比べて、透明電極の面積をより広く取れることとな
る。

【００２２】ｎ電極１７とｐ電極１９の形状は図示した
円形又は正方形に限定されない。ワイヤボンディング作
業時の画像処理において、両者の種別及び位置を特定で
きるものであれば、例えば、各電極の形状を三角形、四
角形（長方形、菱形、平行四辺形、台形等）、六角形、
又は八角形とすることができる。

【００２３】このようにして半導体層の上にｎ電極及び
ｐ電極の形成材料を蒸着させ、熱処理をして各電極とす
る。その後、半導体ウエハを素子毎に切り分けて、所望
の発光ダイオードとする。この実施例の発光ダイオード
は５２０ｎｍにピーク波長を持つものとなる。

【００２４】この発光ダイオード１０は、図６に示すよ
うに、基台３１に固定され、ｎ電極１７及びｐ電極１９
に対してそれぞれワイヤ３２、３３がボンディングされ
る。その後、モールド成形によりエポキシ樹脂でレンズ
３４を形成する。

【００２５】このレンズ３４にも、図７に示すように、
Ｈ字形状の発光面に対応した色むら３９が生じる。しか
し、この色むら３９は検討例の素子において現れた色む
ら９（図２参照）よりも地色とのコントラストにおいて
小さいものである。これは、実施例の素子によれば、発
光面が各電極１７、１９の両サイド（図３において上
下）まで回り込んでおり、もって、素子上面において発
光面がより均一に分布しているからである。

【００２６】また、平面から視たとき素子の外郭を長方
形とすることにより、正方形であるものに比べ、ｎ電極
とｐ電極との間隔を広くすることができる。これによ
り、素子の電流密度をより均一化でき、もって、発光効
率が向上する。

【００２７】この発明は上記発明の実施の形態及び実施
例の記載に何ら限定されるものではなく、特許請求の範
囲を逸脱しない範囲で当業者が想到し得る種々の変形態
様を包含する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は検討例の発光素子の平面図である。

【図２】図２は検討例の発光素子がモールドされたレン
ズの発光状態を示す平面図である。

【図３】図３はこの発明の実施例の発光ダイオードの平
面図である。

【図４】図４は同断面図（図３におけるIV-IV線で示
す）である。

【図５】図５はこの発明の変形態様の発光ダイオードの
平面図である。

【図６】図６はレンズにモールドされた実施例の発光ダ
イオードの状態を示す断面図である。

【図７】図７は実施例の発光ダイオードがモールドされ
たレンズの発光状態を示す平面図である。

【符号の説明】

１、１０発光素子２、１８発光面３、１７、１７０ｎ電極４、１９、１９０ｐ電極１１基板１２バッファ層１３ｎ伝導型の半導体層１４発光層１５ｐ伝導型の半導体層１７透明電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ_XＩｎ_YＧａ_1ーXーYＮ（Ｘ＝０、Ｙ＝
０、Ｘ＝Ｙ＝０を含む）からなる化合物半導体から形成
される発光素子であって、ｎ伝導型の第１の半導体層にｎ電極が接続され、ｐ伝導
型の第２の半導体層にｐ電極が接続され、かつ前記ｎ電
極とｐ電極は同一面側に形成される発光素子において、発光面がＨ字形状であり、このＨ字の窪みの部分の一方
に前記ｎ電極が配置され、他方に前記ｐ電極が配置され
る、ことを特徴とする発光素子。
【請求項２】電極の形成面を垂直に視たとき外郭が実
質的に長方形であることを特徴とする請求項１に記載の
発光素子。