JPH11168239A - Gallium nitride compound semiconductor light emitting device - Google Patents

Gallium nitride compound semiconductor light emitting device

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JPH11168239A
JPH11168239A JP33534797A JP33534797A JPH11168239A JP H11168239 A JPH11168239 A JP H11168239A JP 33534797 A JP33534797 A JP 33534797A JP 33534797 A JP33534797 A JP 33534797A JP H11168239 A JPH11168239 A JP H11168239A
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JP
Japan
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type layer
light
light emitting
electrode
area
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Application number
JP33534797A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasunari Oku
保成 奥
Hidenori Kamei
英徳 亀井
Sumio Tate
純生 楯
Shunichi Uchinami
俊一 打浪
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To remove obstructions in a light emitting device manufacturing process and to obtain a light emitting device of high optical output by a method wherein the area ratio of a light transmission electrode to a P-type layer is optimized. SOLUTION: An N-type layer 2 and a P-type layer 3 both formed of gallium nitride compound semiconductor thin film are grown on a substrate 1, a P-side transparent electrode 4 is formed on the P-type layer 3, and provided that the surface area of the P-type layer 3 and time area of the P-side transparent electrode 4 are represented by A1 and A2 , A1 and A2 are set so as to satisfy a formula, O.4A1 <=A2 <=0.9A1 , a current injected into the P-type layer 3 is optimized to keep it high in optical output, the P-type layer 3 is prevented from interfering with the N-type layer 2, and a semiconductor light emitting device of this constitution is kept high in yield.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、青色発光ダイオー
ド等の光デバイスに利用される窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子に係り、特にp型層の全体への電流の注入
を最適化して発光効率を高く維持できるようにした半導
体発光素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device used for an optical device such as a blue light-emitting diode, and in particular, to optimize the injection of current into the entire p-type layer to improve the light emission efficiency. The present invention relates to a semiconductor light emitting device which can be kept high.

【0002】[0002]

【従来の技術】GaN,GaAlN,InGaN及びI
nAlGaN等の窒化ガリウム系化合物半導体は、可視
光発光デバイスや高温動作電子デバイス用の半導体材料
として多用されるようになり、青色発光ダイオードの分
野での展開が進んでいる。
2. Description of the Related Art GaN, GaAlN, InGaN and I
Gallium nitride-based compound semiconductors such as nAlGaN have been widely used as semiconductor materials for visible light emitting devices and high-temperature operating electronic devices, and are being developed in the field of blue light emitting diodes.

【0003】この窒化ガリウム系化合物の半導体の製造
では、その表面において半導体膜を成長させるための結
晶基板として、一般的には絶縁性のサファイアが利用さ
れる。このサファイアのような絶縁性の結晶基板を用い
る場合では、窒化ガリウム系以外のたとえばGaAsや
GaAlP等の半導体基板を利用する発光素子とは異な
って、結晶基板側から電極を出すことができないので、
半導体層に設けるp,nの電極は結晶基板の一面側に形
成されることになる。
In the manufacture of a gallium nitride-based compound semiconductor, an insulating sapphire is generally used as a crystal substrate for growing a semiconductor film on its surface. When an insulating crystal substrate such as sapphire is used, unlike a light emitting element using a semiconductor substrate other than gallium nitride, such as GaAs or GaAlP, an electrode cannot be emitted from the crystal substrate side.
The p and n electrodes provided on the semiconductor layer are formed on one side of the crystal substrate.

【0004】一方、サファイアを結晶基板とするものも
含めて、発光素子の製造においては、有機金属気相成長
法によって窒化ガリウム系化合物半導体薄膜を成長させ
るものが近来では主流である。すなわち、キャリヤガス
によって有機金属化合物ガス等の原料ガスを反応器の中
に送り込み、基板の表面にn型層とp型層とを成長させ
てこれらを積層形成するというものである。そして、こ
の成長形成の後にp型層の一部の領域をエッチングによ
って除去してn型層を露出させ、露出した部分のn型層
の表面及びp型層の表面のそれぞれにn側電極及びp側
電極をたとえば蒸着法によって接合したものとして発光
素子を得ることができる。
On the other hand, in the manufacture of light-emitting elements, including those using sapphire as a crystal substrate, the method of growing a gallium nitride-based compound semiconductor thin film by a metal organic chemical vapor deposition method has recently become mainstream. That is, a source gas such as an organometallic compound gas is fed into a reactor by a carrier gas, and an n-type layer and a p-type layer are grown on the surface of the substrate to form a stack. After this growth and formation, a part of the p-type layer is removed by etching to expose the n-type layer. The n-side electrode and the p-type layer are respectively provided on the exposed part of the surface of the n-type layer and the surface of the p-type layer. A light-emitting element can be obtained by joining the p-side electrodes by, for example, an evaporation method.

【0005】近来では、このようなサファイアを結晶基
板として窒化ガリウム系化合物の半導体薄膜をp−n接
合してp型層の領域を発光域とするものが主流であり、
たとえば特開平6−314822号公報にも同様の構成
の半導体発光素子が開示されている。
In recent years, the mainstream is a sapphire crystal substrate using a gallium nitride-based compound semiconductor thin film as a pn junction to make a region of a p-type layer an emission region.
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-314822 discloses a semiconductor light emitting device having a similar configuration.

【0006】ところで、窒化ガリウム系化合物半導体の
p型層はn型層に比べるとその電気抵抗が高いので、電
流も流れにくい。このため、ワイヤボンディング用の電
極パッドをp型層の上面に蒸着法によって形成すると、
この電極パッド部分の下側にかけてしか電流が流れない
傾向にあり、p型層の発光域の全体からの発光出力が低
下してしまう。
Incidentally, the p-type layer of the gallium nitride-based compound semiconductor has a higher electric resistance than the n-type layer, so that current hardly flows. Therefore, if an electrode pad for wire bonding is formed on the upper surface of the p-type layer by a vapor deposition method,
Current tends to flow only below the electrode pad portion, and the light emission output from the entire light emission region of the p-type layer is reduced.

【0007】これに対し、先の公報にも記載されている
ように、電極パッド部分だけでなくp型層の全体に電流
を注入しやすくするため、p型層の上面に金属の薄い導
電膜を形成してこれを電極とすることが有効とされてい
る。そして、導電膜による電極を透光性としてp型層の
ほぼ全面を透光性電極とすれば、p型層の上面をp−n
接合域の発光層からの発光観測面とするアセンブリーが
可能である。
On the other hand, as described in the above-mentioned publication, a thin metal conductive film is formed on the upper surface of the p-type layer in order to make it easier to inject current into the entire p-type layer as well as the electrode pad portion. It has been considered effective to form an electrode as an electrode. If the electrode made of the conductive film is made light-transmitting and almost the entire surface of the p-type layer is made a light-transmitting electrode, the upper surface of the p-type layer is made pn
It is possible to assemble the light emitting layer from the light emitting layer in the junction area.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】p型層の上面に透光性
電極を備えるものでは、この透光性電極の全体が発光観
測面側から見るとほぼ発光領域の全てを占めるといって
もよい。したがって、発光輝度や発光出力を上げるため
には、透光性電極が占める面積が大きいほうが効果的で
ある。たとえば、p型層の上面の全面に透光性電極を形
成すれば、ワイヤボンディングのためのp側電極パッド
が占める領域以外の全面を光取出し面とすることができ
る。
In the case where the light-transmitting electrode is provided on the upper surface of the p-type layer, the entire light-transmitting electrode occupies almost the entire light-emitting region when viewed from the light-emitting observation surface side. Good. Therefore, in order to increase the light emission luminance and the light output, it is more effective that the area occupied by the translucent electrode is larger. For example, if a translucent electrode is formed on the entire upper surface of the p-type layer, the entire surface other than the area occupied by the p-side electrode pad for wire bonding can be used as the light extraction surface.

【0009】ところが、窒化ガリウム化合物系半導体の
発光素子の一般的な製造プロセスは、サファイア基板の
上にn型層及びp型層を順に積層した後に、p型層の一
部をエッチングにより除去してn型層を露出させてこの
露出部分にn側電極パッドを蒸着形成するというもので
ある。このため、p型層の全面に透光性電極を蒸着によ
って形成する場合、透光性電極のパターニングの精度不
良などに起因してこの透光性電極がn側電極に接触して
しまう可能性が高くなり、製品の歩留りへの影響は無視
できない。したがって、p型層の上面の全体に透光性電
極を形成すること自体は発光性能の向上を促すものの、
製造上ではパターニングなどについて厳しい精度及び管
理が必要となり、現状の製造プロセスでの対応性に乏し
い。
However, in a general manufacturing process of a gallium nitride compound semiconductor light emitting device, an n-type layer and a p-type layer are sequentially stacked on a sapphire substrate, and a part of the p-type layer is removed by etching. Then, the n-type layer is exposed, and an n-side electrode pad is formed by vapor deposition on the exposed portion. Therefore, when a light-transmitting electrode is formed on the entire surface of the p-type layer by vapor deposition, the light-transmitting electrode may come into contact with the n-side electrode due to poor patterning accuracy of the light-transmitting electrode. And the effect on product yield cannot be ignored. Therefore, although the formation of the translucent electrode over the entire upper surface of the p-type layer itself promotes the improvement of the light emitting performance,
In manufacturing, strict precision and control are required for patterning and the like, and the compatibility in the current manufacturing process is poor.

【0010】一方、このような製造プロセスでの問題を
解消するには、透光性電極の領域を小さくしてn側電極
との接触を避けるようにすればよい。すなわち、透光性
電極がp型層の外周縁よりも小さくなるような範囲の領
域とし、製造誤差に対する安全係数を大きくした設計と
すれば、n側電極との接触等による製品不良をなくすこ
とができる。
On the other hand, in order to solve such a problem in the manufacturing process, the area of the translucent electrode may be reduced so as to avoid contact with the n-side electrode. That is, if the design is made such that the light-transmitting electrode is smaller than the outer peripheral edge of the p-type layer and the safety factor against the manufacturing error is increased, product defects due to contact with the n-side electrode can be eliminated. Can be.

【0011】このように、p側電極の上面に形成する透
光性電極の大きさは、これが大きすぎると製品の歩留り
に影響を及ぼし、これを避けようとすると透光性電極の
大きさが不足して光取出し面が小さくなり、発光出力の
低下を招くことになる。すなわち、製造プロセス上では
透光性電極の大きさに制限を設けたほうが歩留りの向上
になるのに対し、製品自体からみれば発光性能の低下と
なってしまい、製造上の問題として捉えるか製品の品質
を優先させるかで設計思想は大きく別れる。
As described above, the size of the light-transmitting electrode formed on the upper surface of the p-side electrode affects the product yield if it is too large, and if it is avoided, the size of the light-transmitting electrode is reduced. Insufficiently, the light extraction surface becomes small, and the light emission output is reduced. In other words, in the manufacturing process, limiting the size of the translucent electrode improves the yield, while the product itself decreases the luminous performance. The design philosophy is largely divided by giving priority to the quality of the products.

【0012】以上のように、透光性電極をp型層の上面
に形成することは、発光性能の向上が図れるものの、p
型層に対して透光性電極の大きさがどの程度の大きさで
あれば、製造面でも品質面でも最適化が図れるかまでに
は至っていない。
As described above, the formation of the translucent electrode on the upper surface of the p-type layer can improve the light emission performance.
If the size of the translucent electrode with respect to the mold layer is large, it has not been possible to optimize both the manufacturing and the quality.

【0013】本発明において解決すべき課題は、p型層
に対する透光性電極の占める割合を最適化することによ
って発光素子の製造プロセス上の障害をなくすとともに
発光出力も高い発光素子が得られるようにすることにあ
る。
The problem to be solved in the present invention is to optimize the ratio of the light-transmitting electrode to the p-type layer so as to eliminate obstacles in the manufacturing process of the light-emitting device and to obtain a light-emitting device having a high light-emitting output. It is to make.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、基板の上に窒
化ガリウム系化合物半導体薄膜からなる少なくともn型
層及びp型層を成長させた積層構造を持ち、p型層の一
部からn型層を露出させてこの露出部分にn側電極パッ
ドを接合形成し、p型層の上に透光性電極及びp側電極
パッドを接合した発光素子であって、p型層の表面積か
らp側電極パッドの接合形成面積を差し引いた面積をA
1とし、透光性電極の形成面積をA2とするとき、0.4
1≦A2≦0.9A1の関係としてなることを特徴とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has a laminated structure in which at least an n-type layer and a p-type layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor thin film are grown on a substrate. A light-emitting element in which an n-side electrode pad is joined to the exposed portion by exposing the mold layer, and a light-transmitting electrode and a p-side electrode pad are joined on the p-type layer. The area obtained by subtracting the bonding area of the side electrode pad is A
When the area of the light-transmitting electrode is A 2 , 0.4
Characterized by comprising as the relationship A 1 ≦ A 2 ≦ 0.9A 1 .

【0015】この構成によれば、透光性電極の表面積A
2がp型層への電流の注入に大きく影響するので、これ
を最適化するp型層の表面積A1との間の関係とするこ
とによって、透光性電極の表面からの発光出力及び製造
歩留りを高く維持することが可能となる。
According to this configuration, the surface area A of the translucent electrode is
Because 2 has a great influence on the injection of current into the p-type layer, by the relationship between the surface area A 1 of the p-type layer to optimize this, the light emitting output and producing from the surface of the translucent electrode The yield can be kept high.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は、基板の
上に窒化ガリウム系化合物半導体薄膜からなる少なくと
もn型層及びp型層を成長させた積層構造を持ち、p型
層の一部からn型層を露出させてこの露出部分にn側電
極パッドを接合形成し、p型層の上に透光性電極及びp
側電極パッドを接合した発光素子であって、p型層の表
面積からp側電極パッドの接合形成面積を差し引いた面
積をA1とし、透光性電極の形成面積をA2とするとき、
0.4A1≦A2≦0.9A1の関係としてなるものであ
り、透光性電極の表面積A2と、p型層の表面積からp
側電極パッドの接合形成面積を差し引いた面積A1の間
の関係が最適となるように特定することで、発光出力及
び製品歩留りの向上を可能とするという作用を有する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention according to claim 1 has a laminated structure in which at least an n-type layer and a p-type layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor thin film are grown on a substrate. The n-type layer is exposed from the portion, an n-side electrode pad is formed by joining the exposed portion, and the light transmitting electrode and the p-type electrode are formed on the p-type layer.
A light-emitting element joining the side electrode pads, the area obtained by subtracting the bonding area of the p-side electrode pad from the surface area of the p-type layer and A 1, when the area for forming the translucent electrode and A 2,
0.4A 1 ≦ A 2 ≦ 0.9A 1 , and the surface area A 2 of the translucent electrode and the surface area of the p-type layer
By the relationship between the area A 1 minus the bonding area of the side electrode pad is identified to be optimum, an effect that allows the light output and improve product yield.

【0017】以下に、本発明の実施の形態の具体例を図
面を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施の形
態による窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の斜視
図、図2は図1の発光素子の平面図、図3は図2のA−
A線矢視による縦断面図である。
Hereinafter, specific examples of the embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the light emitting device of FIG. 1, and FIG.
It is a longitudinal cross-sectional view by the arrow A line.

【0018】図1において、サファイアを利用した絶縁
性の基板1の表面に、n型層2及びp型層3がそれぞれ
従来周知の有機金属気相成長法によって形成され、p型
層3の上面にはp側透光性電極4を蒸着法によって接合
するとともに、このp側透光性電極4の上面にp側電極
パッド5を蒸着法によって固定している。そして、p型
層3の一部をエッチングによって除去した露出した部分
のn型層2の表面には、同様に蒸着法によってn側電極
パッド6を接合している。また、図3に示すように、n
型層2とp型層3との間には、窒化インジウムガリウム
(InGaN)の薄膜によって形成された発光層7が形
成されている。
In FIG. 1, an n-type layer 2 and a p-type layer 3 are respectively formed on a surface of an insulating substrate 1 using sapphire by a well-known metal organic chemical vapor deposition method. , A p-side translucent electrode 4 is joined by an evaporation method, and a p-side electrode pad 5 is fixed on the upper surface of the p-side translucent electrode 4 by an evaporation method. An n-side electrode pad 6 is similarly bonded to the exposed surface of the n-type layer 2 by removing a part of the p-type layer 3 by etching. Also, as shown in FIG.
Between the mold layer 2 and the p-type layer 3, a light-emitting layer 7 formed of a thin film of indium gallium nitride (InGaN) is formed.

【0019】図4はn型層2及びp型層3の基板1上で
の成長形成からp側透光性電極4及びn側パッド6の蒸
着までの工程を順に示す概略図である。これらの図はウ
ェーハにおける1素子のみに関する概略図であり、実際
には図に示す素子が二次元的に繰り返し形成されたウェ
ーハとして製造が行われる。
FIG. 4 is a schematic view showing steps from the growth and formation of the n-type layer 2 and the p-type layer 3 on the substrate 1 to the deposition of the p-side translucent electrode 4 and the n-side pad 6 in order. These figures are schematic diagrams relating to only one element in a wafer, and in actuality, manufacturing is performed as a wafer in which the elements shown in the figure are repeatedly formed two-dimensionally.

【0020】n型層2及びp型層3は、有機金属気相成
長法によって形成されるもので、基板1の表面にそれぞ
れにn型GaN薄膜とp型GaN薄膜を順に積層させる
ことにより、同図4の(a)に示すようにホモ接合型の
発光素子が得られる。
The n-type layer 2 and the p-type layer 3 are formed by a metal organic chemical vapor deposition method. An n-type GaN thin film and a p-type GaN thin film are sequentially laminated on the surface of the substrate 1, respectively. As shown in FIG. 4A, a homojunction light emitting device is obtained.

【0021】次いで、p型GaNのp型層3に対して、
同図4(b)に示すように基板1のコーナー部に対応す
る位置にほぼ4分の1の円状の領域をエッチングして、
n型層2の一部を露出させる。
Next, for the p-type layer 3 of p-type GaN,
As shown in FIG. 4B, a substantially quarter circular area is etched at a position corresponding to the corner of the substrate 1,
A part of the n-type layer 2 is exposed.

【0022】以上のn型層2及びp型層3の成長及びp
型層3の一部のエッチングによる除去の後には、同図4
(c)に示すように一部が除去されたp型層3のほぼ全
面に被さる大きさのp側透光性電極4が蒸着法によって
形成され、剥き出しになっている部分のn型層エッチン
グ面2aの表面には円形のn側電極パッド6が同様に蒸
着法によって形成される。そして、p側透光性電極4の
蒸着形成の後には、図1に示したように、p側透光性電
極6の上にp側電極パッド5が蒸着によって形成され
る。なお、既に説明したように、窒化インジウムガリウ
ム(InGaN)の薄膜によって形成した発光層7をn
型層2とp型層3との間に介在させるダブルへテロ構造
とすることもでき、この場合ではより発光出力の高い発
光素子が得られることは周知のとおりである。このよう
な工程を経た後、ウェーハは研磨によってその厚みを1
00ミクロン程度にまで薄くされ、スクライブ等により
図1に示したような素子として分離される。
The growth of n-type layer 2 and p-type layer 3
After removing part of the mold layer 3 by etching, FIG.
As shown in (c), a p-side light-transmitting electrode 4 having a size covering almost the entire surface of the p-type layer 3 from which a part has been removed is formed by vapor deposition, and the exposed n-type layer is etched. Similarly, a circular n-side electrode pad 6 is formed on the surface of the surface 2a by a vapor deposition method. Then, after the vapor deposition of the p-side translucent electrode 4, as shown in FIG. 1, the p-side electrode pad 5 is formed on the p-side translucent electrode 6 by vapor deposition. As described above, the light emitting layer 7 formed of a thin film of indium gallium nitride (InGaN) is formed of n
It is also well-known that a double heterostructure can be provided between the mold layer 2 and the p-type layer 3, and in this case, a light-emitting element having a higher light-emission output can be obtained. After these steps, the wafer is polished to a thickness of 1
It is thinned to about 00 microns, and is separated as an element as shown in FIG. 1 by scribe or the like.

【0023】このようにして製作された発光素子は、p
側電極パッド5及びn側電極パッド6のそれぞれをワイ
ヤボンディングして結線した後、モールド成形により樹
脂封止すれば、最終製品としての発光ダイオードが得ら
れる。
The light emitting device manufactured in this manner has a p
If each of the side electrode pad 5 and the n-side electrode pad 6 is connected by wire bonding and then sealed with a resin by molding, a light emitting diode as a final product is obtained.

【0024】ここで、p型層3の上面に薄肉の金属導電
性膜を展開してp側透光性電極4を形成することで、発
光出力が向上することは従来技術の項で述べたとおりで
ある。そして、このp側透光性電極4がp型層3の広さ
に対してどのような比率にあるかや、その形状分布につ
いては特別な設計事項として掲げられていないというの
が従来の構造であった。
Here, as described in the section of the prior art, the emission output is improved by forming a p-side translucent electrode 4 by developing a thin metal conductive film on the upper surface of the p-type layer 3. It is as follows. The conventional structure is that the ratio of the p-side light-transmitting electrode 4 to the width of the p-type layer 3 and the shape distribution thereof are not listed as special design items. Met.

【0025】これに対し、本発明では、p型層3の表面
積に対するp側透光性電極4の面積比を最適化すること
によって、製造プロセスにおける歩留りの向上と発光素
子製品の発光出力を高く維持することを可能とするもの
であり、以下このことを説明する。
On the other hand, in the present invention, by optimizing the area ratio of the p-side translucent electrode 4 to the surface area of the p-type layer 3, the yield in the manufacturing process can be improved and the light emitting output of the light emitting device product can be increased. This can be maintained, and this will be described below.

【0026】本発明者等は、図1〜図3に示した形態の
発光素子について、p型層3の全体へ電流が注入され、
これによってp−n接合部分の発光層7からの発光域が
拡大されて発光出力が向上するのであるから、この発光
域の拡大を促すp側透光性電極4の大きさがp型層3の
表面積とどのような関係とするのがよいかを探究し、そ
の結果次のような知見を得た。
The present inventors have found that a current is injected into the entire p-type layer 3 for the light emitting device having the configuration shown in FIGS.
As a result, the light-emitting area from the light-emitting layer 7 at the pn junction is expanded and the light-emission output is improved. Therefore, the size of the p-side translucent electrode 4 that promotes expansion of the light-emitting area is changed to the p-type layer 3. We investigated what kind of relationship it should have with the surface area of the material, and as a result, obtained the following findings.

【0027】まず、p側透光性電極4の大きさとp型層
3の表面積との関係は、これらの間の大きさの比率とそ
れぞれの形状の関係に別けて考えることができる。
First, the relationship between the size of the p-side translucent electrode 4 and the surface area of the p-type layer 3 can be considered separately for the relationship between the size ratio between them and the shape of each.

【0028】後者の形状の関係については、p型層3と
p側透光性電極4のそれぞれの平面形状が完全一致する
かまたはp側透光性電極4のほうが小さい関係とするこ
とは当然であり、製造プロセスの面からすればp側透光
性電極4のほうが無論小さくなる。そして、一般的な発
光素子では、図示の例のように基板1をほぼ正方形の平
面形状としたものが多用されているので、p型層3もそ
のエッチング部分を除くと単純な直線要素の平面外郭形
状である。したがって、p側透光性電極4の蒸着形成に
際してのパターニングも単純化して製造に際しての操作
性を向上させるためにも、p側透光性電極4についても
その外郭形状を直線要素が主の単純形状とするほうが都
合がよく、たとえば、図示の例でも示すように、p型層
3と相似となるような関係とすればよい。
Regarding the latter shape relationship, it is natural that the planar shapes of the p-type layer 3 and the p-side translucent electrode 4 are completely the same or the p-side translucent electrode 4 is smaller. From the viewpoint of the manufacturing process, the p-side translucent electrode 4 is of course smaller. In a general light emitting element, a substrate 1 having a substantially square planar shape as in the illustrated example is frequently used. Therefore, the p-type layer 3 also has a simple linear element plane except for the etched portion. It has an outer shape. Therefore, in order to simplify the patterning at the time of vapor deposition formation of the p-side translucent electrode 4 and to improve the operability at the time of manufacturing, the outer shape of the p-side translucent electrode 4 is also mainly formed by a linear element. The shape is more convenient, for example, as shown in the illustrated example, the relationship may be similar to the p-type layer 3.

【0029】以上のことから、p型層3とp側透光性電
極4との間のそれぞれの形状の関係はさほど重要視する
必要はなく、要は面積比率の具体的な数値範囲を特定す
れば済むことになる。そして、この数値範囲の設定につ
いて考慮すべきは、製造後においてn型層2やn側電極
パッド6のワイヤボンディングエリアに干渉しないこと
と、所定の発光出力が維持できて輝度の低下がないこと
である。そして、前者の条件は製造プロセスにおいて重
要な因子であり、後者は最終製品として要求される事項
に相当することは明らかである。
From the above, the relationship between the respective shapes of the p-type layer 3 and the p-side light-transmitting electrode 4 does not need to be considered so important, and the point is that the specific numerical range of the area ratio is specified. That's it. Consideration should be given to the setting of this numerical range that it does not interfere with the wire bonding area of the n-type layer 2 or the n-side electrode pad 6 after manufacturing, and that a predetermined light emission output can be maintained and there is no reduction in luminance. It is. And it is clear that the former condition is an important factor in the manufacturing process, and the latter corresponds to the items required for the final product.

【0030】ここで、窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子においては、p型層3の層方向への電流が流れ難い
傾向にあることは広く知られている。このため、p側透
光性電極4とp側電極パッド5の領域の全体に電流が注
入されたとしても、p型層3の全体を発光域とすること
は難しい。したがって、このp型層3に十分に電流を注
入することができる領域すなわちp側透光性電極4が形
成されている部分が、発光観測面側から観たときの発光
領域となる。また、p側電極パッド5は光透過性ではな
いため、このp側電極パッド5で被覆されている面積を
除いたp側透光性電極4の表面領域が実際上の発光領域
となる。
Here, it is widely known that in a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device, a current tends to hardly flow in the p-type layer 3 layer direction. For this reason, even if a current is injected into the entire region of the p-side translucent electrode 4 and the p-side electrode pad 5, it is difficult to make the entire p-type layer 3 a light emitting region. Therefore, a region where current can be sufficiently injected into the p-type layer 3, that is, a portion where the p-side translucent electrode 4 is formed is a light emitting region when viewed from the light emission observation surface side. Further, since the p-side electrode pad 5 is not light-transmitting, the surface area of the p-side light-transmitting electrode 4 excluding the area covered by the p-side electrode pad 5 is an actual light emitting area.

【0031】以上のことから、本発明者等は、p型層3
の表面積をA1及び発光領域となるp側透光性電極4の
面積をA2としたとき、これらの表面積A1及び面積A2
と発光出力との関係について研究を重ねた結果、図5に
示すような関係があることが判明した。この図5に示す
相対発光出力の特性から明らかなように、A2/A1
0.4以上であれば最大発光出力の80%以上の相対発
光出力が得られることが判る。したがって、発光出力を
高く保つための条件としてA2≧0.4A1とすれば、半
導体発光素子の用途や利用分野を勘案しても、十分は発
光出力を得るのに有効といえる。
From the above, the present inventors have found that the p-type layer 3
When the area of the p side translucent electrode 4 made of the surface area between A 1 and the light-emitting region was designated A 2, these surface areas A 1 and area A 2
As a result of repeated studies on the relationship between the light emission output and the light emission output, it was found that the relationship was as shown in FIG. As is apparent from the characteristics of the relative light emission output shown in FIG. 5, it is understood that when A 2 / A 1 is 0.4 or more, a relative light emission output of 80% or more of the maximum light emission output can be obtained. Therefore, if A 2 ≧ 0.4A 1 is set as a condition for keeping the light emission output high, it can be said that the light emission output is sufficiently effective even in consideration of the application and the field of use of the semiconductor light emitting element.

【0032】ところで、窒化ガリウム系化合物半導体を
用いるものも含めて、発光素子の発光出力は注入される
電流とともに増加する傾向にある。そして、実際の素子
においては、発光出力は注入された電流だけではなく、
発光域における発光効率にも依存する。この発光効率
は、発光域に注入される電流に対して得られる発光出力
の割合として定義されるものであり、一定の面積の発光
域に対して注入される電流すなわち電流密度によって変
化することが知られている。図6は電流密度と発光効率
の関係を示す線図であり、これから判るように、電流密
度が大きくなると発光効率は大きく低下する。このよう
な発光効率の急激な低下は、電流密度が大きくなると発
熱等を伴うため、発光域の温度が上昇して発光出力が飽
和するためである。したがって、発光域の面積がp側透
光性電極4の形成面積とほぼ一致する態様となる窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子では、発光出力を高く保
つためには、p側透光性電極4の面積を発光効率が大き
く低下しない程度の大きさ以上とすることが好ましい。
そして、このようなp側透光性電極4の面積に関連する
設計事項として、先に導いた発光出力を高く保つための
条件であるA2≧0.4A1が符合することを、本発明者
等は知見によって得た。
Incidentally, the light emission output of the light emitting element, including the one using a gallium nitride compound semiconductor, tends to increase with the injected current. And in an actual device, the light emission output is not only the injected current,
It also depends on the luminous efficiency in the luminous region. This luminous efficiency is defined as the ratio of the luminous output obtained with respect to the current injected into the luminous region, and may vary depending on the current injected into the luminous region having a certain area, that is, the current density. Are known. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the current density and the luminous efficiency. As can be seen from the graph, the luminous efficiency is greatly reduced as the current density increases. Such a sharp decrease in luminous efficiency is accompanied by heat generation and the like when the current density is increased, so that the temperature in the luminous region rises and the luminous output is saturated. Therefore, in the gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device in which the area of the light emitting region substantially matches the formation area of the p-side translucent electrode 4, in order to keep the light emission output high, It is preferable that the area be equal to or larger than a size at which the luminous efficiency does not greatly decrease.
According to the present invention, as a design item related to the area of the p-side translucent electrode 4, A 2 ≧ 0.4A 1, which is a condition for keeping the light emission output as described above high, corresponds to the present invention. And others obtained by knowledge.

【0033】一方、製造歩留りに関して、p型層3の表
面積A1に対するp側透光性電極4の面積A2との関係に
ついても同様に研究を重ねた結果、図7に示す関係があ
ることが判明した。この図7に示す製造歩留りとp型層
3の表面積A1に対するp側透光性電極4の面積A2の比
率との関係から、A2/A1が0.9よりも大きくなる
と、製造歩留りが急激に低下していることが判る。この
ような製造歩留りの変化は、実際に製造した半導体発光
素子の調査・検証によれば、p側透光性電極4がn型層
2に接触して干渉しているものが大部分であることが判
った。すなわち、p型層3の上にパターニングして形成
するp側透光性電極4のパターニングのマージン幅が約
3μmよりも小さくなると、n型層2への干渉による製
造歩留りの低下が顕著に現れるのである。したがって、
製造歩留りの観点からは、A2/A1≦0.9とすること
が好ましいことが判る。
On the other hand, with respect to production yield, the results of extensive research Similarly, the relationship between the area A 2 of the p side translucent electrode 4 to the surface area A 1 of the p-type layer 3, that there is a relationship shown in FIG. 7 There was found. From the relationship between the production yield shown in FIG. 7 and the ratio of the area A 2 of the p-side translucent electrode 4 to the surface area A 1 of the p-type layer 3, if A 2 / A 1 is larger than 0.9, the production It can be seen that the yield has dropped sharply. According to the investigation and verification of the actually manufactured semiconductor light emitting device, most of the change in the manufacturing yield is such that the p-side translucent electrode 4 is in contact with and interferes with the n-type layer 2. It turns out. That is, when the margin width of the patterning of the p-side translucent electrode 4 formed by patterning on the p-type layer 3 is smaller than about 3 μm, the production yield is significantly reduced due to interference with the n-type layer 2. It is. Therefore,
From the viewpoint of the production yield, it is understood that A 2 / A 1 ≦ 0.9 is preferable.

【0034】以上のことから、発光出力を高く維持する
と同時に製造歩留りも高水準に維持するための条件は、
0.4A1≦A2≦0.9A1であることを本発明者等は
知見によって得た。
From the above, the conditions for maintaining a high light emission output and a high manufacturing yield at the same time are as follows:
The present inventors have found from the knowledge that 0.4A 1 ≦ A 2 ≦ 0.9A 1 .

【0035】このようなp型層3の表面積A1及びp側
透光性電極4の面積A2の関係のとき、0.4A1≦A2
の条件であれば発光出力が高く維持される。たとえば、
一般的な窒化ガリウム系化合物半導体の発光素子では、
ほぼ正方形の平面形状を持つサファイアの基板1の大き
さは、1辺が350μm程度であり、この基板1の上に
形成されるp型層3の大きさも7×104μm2程度であ
り、またp側電極パッド5の大きさは130×130μ
m程度である。このような基板1,p型層3及びp側電
極パッド5のそれぞれの大きさの関係と、p側透光性電
極4から取出し可能な光量を勘案するとき、先の条件は
発光出力及び輝度の低下を招く因子とはなり得ず、図5
に示したような高い発光出力が得られる。
When the relationship between the surface area A 1 of the p-type layer 3 and the area A 2 of the p-side translucent electrode 4 is such that 0.4 A 1 ≦ A 2
Under the conditions described above, the light emission output is maintained high. For example,
In general gallium nitride compound semiconductor light emitting devices,
The size of the sapphire substrate 1 having a substantially square planar shape is about 350 μm on one side, and the size of the p-type layer 3 formed on the substrate 1 is also about 7 × 10 4 μm 2 . The size of the p-side electrode pad 5 is 130 × 130 μm.
m. Considering the relationship between the size of each of the substrate 1, the p-type layer 3, and the p-side electrode pad 5 and the amount of light that can be extracted from the p-side translucent electrode 4, the above condition is that the light emission output and the luminance 5 cannot be a factor that causes a decrease in
As shown in FIG.

【0036】また、A2≦0.9A1の条件から、p側透
光性電極4は図2に示すようにp型層3の外郭縁との間
で一定の距離をおいて区画するような形状となり、その
縁部とp型層3の外周縁との間には同じ幅のマージン3
aができることになる。そして、一般的な発光素子で
は、p型層3の1辺の長さは300μm程度であり、蒸
着パターニング操作の際の誤差は1〜2μmの範囲であ
るのが現状である。したがって、このようなp型層3の
大きさであれば、A2≦0.9A1の条件から、マージン
3aの幅を3μm以上の範囲とすることができ、製造プ
ロセスでのp側透光性電極4のn型層2への干渉はな
い。
Further, from the condition of A 2 ≦ 0.9A 1 , the p-side light-transmitting electrode 4 is separated from the outer edge of the p-type layer 3 by a certain distance as shown in FIG. And a margin 3 having the same width between the edge and the outer periphery of the p-type layer 3.
a can be done. In a general light-emitting element, the length of one side of the p-type layer 3 is about 300 μm, and the error at the time of the vapor deposition patterning operation is in the range of 1 to 2 μm at present. Therefore, with such a size of the p-type layer 3, the width of the margin 3a can be set to a range of 3 μm or more under the condition of A 2 ≦ 0.9A 1 , and the p-side light transmission in the manufacturing process is performed. There is no interference of the negative electrode 4 with the n-type layer 2.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明では、発光性能が要求値よりも低
下しない最小範囲としかもn側と干渉しない程度の最大
範囲に含まれるように透光性電極の表面積とp型電極の
表面積の間の関係を最適化したので、発光出力を高く維
持した高性能の発光素子が得られる。また、製造プロセ
スにおいてもn側と透光性電極の接触がない生産が可能
となるので、歩留りも大幅に向上して生産性も改善され
る。
According to the present invention, the surface area of the light-transmitting electrode and the surface area of the p-type electrode are set so that the light emission performance falls within the minimum range where the light emission performance does not fall below the required value and the maximum range where the light emission performance does not interfere with the n-side. Is optimized, so that a high-performance light-emitting element having a high light-emitting output can be obtained. Further, even in the manufacturing process, it is possible to perform production without contact between the n-side and the translucent electrode, so that the yield is greatly improved and the productivity is also improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態による窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子の斜視図
FIG. 1 is a perspective view of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の発光素子の平面図FIG. 2 is a plan view of the light emitting device of FIG.

【図3】図2のA−A線矢視による縦断面図FIG. 3 is a longitudinal sectional view taken along line AA of FIG. 2;

【図4】n型層及びp型層の基板上での成長形成からp
側透光性電極及びn側パッドの蒸着までの工程を順に示
す概略図
FIG. 4 is a graph showing the relationship between p-type growth and n-type layer growth on a substrate.
Schematic diagram sequentially showing the steps up to the deposition of the side translucent electrode and the n-side pad

【図5】相対発光出力とp型層の表面積に対するp側透
光性電極の面積の比率との関係を示す線図
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the relative light output and the ratio of the area of the p-side translucent electrode to the surface area of the p-type layer.

【図6】窒化ガリウム系化合物半導体発光素子における
電流密度と発光効率との関係を示す線図
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between current density and luminous efficiency in a gallium nitride based compound semiconductor light emitting device.

【図7】製品歩留りとp型層の表面積に対するp側透光
性電極の面積の比率との関係を示す線図
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the product yield and the ratio of the area of the p-side translucent electrode to the surface area of the p-type layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 n型層 2a n型層エッチング面 3 p型層 3a マージン 4 p側透光性電極 5 p側電極パッド 6 n側電極パッド 7 発光層 Reference Signs List 1 substrate 2 n-type layer 2a n-type layer etching surface 3 p-type layer 3a margin 4 p-side translucent electrode 5 p-side electrode pad 6 n-side electrode pad 7 light emitting layer

フロントページの続き (72)発明者 打浪 俊一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内Continued on the front page (72) Inventor Shunichi Unami 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板の上に窒化ガリウム系化合物半導体薄
膜からなる少なくともn型層及びp型層を成長させた積
層構造を持ち、p型層の一部からn型層を露出させてこ
の露出部分にn側電極パッドを接合形成し、p型層の上
に透光性電極及びp側電極パッドを接合した発光素子で
あって、p型層の表面積からp側電極パッドの接合形成
面積を差し引いた面積をA1とし、透光性電極の形成面
積をA2とするとき、0.4A1≦A2≦0.9A1の関係
としてなる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
A laminated structure in which at least an n-type layer and a p-type layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor thin film are grown on a substrate, and an n-type layer is exposed from a part of the p-type layer. A light-emitting element in which an n-side electrode pad is bonded to a portion and a light-transmitting electrode and a p-side electrode pad are bonded on a p-type layer; subtracting the area was a 1, when the area for forming the translucent electrode and the a 2, 0.4A 1 ≦ a 2 ≦ 0.9A 1 become a relationship gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device.
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