(57)【要約】【課題】エピタキシャルウェハの表面に電流分散層として金属酸化物を用いた構造のＬＥＤにおいて、クッション層を設けることなくワイヤボンディング時のダメージをなくした構造にすることを可能にする。【解決手段】第一導電型基板１、その上に活性層５を第一導電型クラッド層４と第二導電型クラッド層６で挟んだ発光層部と、第二導電型コンタクト層７を順次積層し、その上に金属酸化物からなる電流分散層８、更にその上に通電のための表面電極９が形成され、発光層部から金属酸化物からなる電流分散層８までの厚さが０．９μｍ以下の発光ダイオードにおいて、金属酸化物からなる電流分散層８上の表面電極９の最上層にアロイ処理を行わない金を含ませる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型基板、その上に活性層を導電型が異なる第一導電型クラッド層と第二導電型クラッド層で挟んだ発光層部と、第二導電型コンタクト層を順次積層し、その上に金属酸化物からなる電流分散層、更にその上に通電のための表面電極が形成され、発光層部から金属酸化物からなる電流分散層までの厚さが０．９μｍ以下の発光ダイオードにおいて、
金属酸化物からなる電流分散層上の表面電極の最上層にアロイ処理を行わない金が含まれていることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
請求項１記載の発光ダイオードにおいて、
上記表面電極の最上層のアロイ処理を行わない金の膜厚が、５０nm以上であることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項３】
請求項１及び２記載の発光ダイオードにおいて、
上記金属酸化物からなる電流分散層がＩＴＯから成り、膜厚が２００nm以上５００nm以下であることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の発光ダイオードにおいて、
上記第二導電型コンタクト層がＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦Ｘ≦０．４３）からなることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の発光ダイオードにおいて、
上記第二導電型コンタクト層の膜厚が２nm以上２５nm以下であることを特徴とする発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高輝度の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオードは、ＧａＰによる緑色、ＡｌＧａＡｓによる赤色がほとんどであった。しかし、最近、ＧａＮやＡｌＧａＩｎＰの結晶層を有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法で成長できるようになったことから、橙色、黄色、緑色、青色の高輝度発光ダイオードが製作できるようになってきた。
【０００３】
ＭＯＶＰＥ法で形成したエピタキシャルウェハは、これまでに無かった短波長の発光や、高輝度を示すＬＥＤの製作を可能とした。しかし、高輝度を得るために、電流分散層の膜厚を厚く成長させた場合、ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの製造に掛かるコストが高くなるという問題があった。
【０００４】
これらの問題を解決する方法としては、電流分散層としてできるだけ抵抗率の低い材料を用いる方法がある。例えば、発光層としてＡｌＧａＩｎＰが用いられるＬＥＤの場合には、電流分散層としてＧａＰやＡｌＧａＡｓが用いられる。しかし、これら抵抗率の低い材料を用いても、やはり電流分散を良くするためには、膜厚を８μｍ以上にまで厚くする必要がある。
【０００５】
膜厚をさらに薄くするために、電流分散層の抵抗率をさらに低くすることが考えられるが、移動度を大幅に変えることは困難であることから、キャリア濃度を高くすることが試みられている。しかし、現段階では、電流分散層を薄くできるほどキャリア濃度を高くすることはできない。
【０００６】
この問題の解決手段として、半導体からなる電流分散層の代わりに、金属酸化物からなる透明導電膜を用いる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。金属酸化物からなる透明導電膜は、キャリア濃度が非常に高く、薄い膜厚で十分な電流分散を得ることができる。
【０００７】
この透明導電膜は、半導体エピタキシャル層の表面に形成され、その上にワイヤボンディング用の金属電極が形成される。この時、発光層部からパッド電極までの厚さが０．９μｍ以下と薄いと、ワイヤボンディング時のダメージにより、発光ダイオードが劣化したり壊れたりする問題がある。
【０００８】
このため発光層部からパッド電極（表面電極）の間にワイヤボンディングダメージを緩和する、クッション層を配置する方法が提案されている。例えば、セミコン ＪＡＰＡＮ２００２ の信越化学工業株式会社の資料（非特許文献１）である。
【特許文献１】特開平８−８３９２７号公報
【非特許文献１】セミコン ＪＡＰＡＮ２００２ の信越化学工業株式会社の資料
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、半導体エピタキシャル層の表面に電流分散層として透明導電膜を形成し、その上にワイヤボンディング用の金属電極を形成する場合、発光層部からパッド電極（表面電極）までの厚さが薄いと、ワイヤボンディング時のダメージにより、発光ダイオードが劣化したり壊れたりする問題がある。
【００１０】
しかしながら、この問題の解決のため、発光層部からパッド電極（表面電極）の間にワイヤボンディングダメージを緩和するクッション層を配置する方法では、クッション層を設ける分だけ、高コストになる。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、エピタキシャルウェハの表面に電流分散層として金属酸化物からなる透明導電膜を用いた構造のＬＥＤにおいて、クッション層を設けることなくワイヤボンディング時のダメージをなくした構造にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達するために、本発明は、クッション層を設けることなく、つまり低コストでワイヤボンディングダメージの問題を解決する発光ダイオードの電極構造を提供するものであり、具体的には次のように構成したものである。
【００１３】
請求項１の発明に係る発光ダイオードは、第一導電型基板、その上に活性層を導電型が異なる第一導電型クラッド層と第二導電型クラッド層で挟んだ発光層部と、第二導電型コンタクト層を順次積層し、その上に金属酸化物からなる電流分散層、更にその上に通電のための表面電極（基板とは逆側に形成された電極）が形成され、発光層部から金属酸化物からなる電流分散層までの厚さが０．９μｍ以下の発光ダイオードにおいて、金属酸化物からなる電流分散層上の表面電極の最上層にアロイ処理を行わない金（Ａｕ）が含まれていることを特徴とする。
【００１４】
ここに言う発光ダイオードの概念には、まだワイヤボンディングされていないもの、ワイヤボンディングされたもの、及びワイヤボンディング後に樹脂で被われたもの、のいずれもが含まれる。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１記載の発光ダイオードにおいて、上記表面電極の最上層のアロイ処理を行わない金の膜厚が、５０nm以上であることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１及び２記載の発光ダイオードにおいて、上記金属酸化物からなる電流分散層がＩＴＯから成り、膜厚が２００nm以上５００nm以下であることを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発光ダイオードにおいて、上記第二導電型コンタクト層がＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦Ｘ≦０．４３）からなることを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発光ダイオードにおいて、上記第二導電型コンタクト層の膜厚が２nm以上２５nm以下であることを特徴とする。
【００１９】
＜発明の要点＞
本発明は、表面電極の最上層に、アロイ処理を行わない金（ノンアロイ金）を設けるものであり、これにより、ＬＥＤを破壊することなくワイヤボンディングすることができる。すなわち、本発明のように表面電極の最上層にノンアロイ金が設けてあると、ワイヤボンディング装置の超音波のパワーを非常に低くしても、ワイヤボンディングができるようになる。その理由として、ワイヤボンダビリティが良くなるからである。ワイヤボンダビリティが良い訳は、より柔らかい電極の方が、ワイヤボンダビリティが良いためである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００２１】
本発明の発光ダイオードによれば、金属酸化物からなる電流分散層上の表面電極の最上層にアロイ処理を行わない金（ノンアロイ金）が含まれていることから、発光層部から金属酸化物からなる電流分散層までの厚さが０．９μｍ以下という薄い構造の発光ダイオードでありながら、ワイヤボンディング時のダメージを発光ダイオードに与えずに、良好に表面電極上にワイヤボンディングすることができる。
【００２２】
すなわち、本発明を用いることにより、ＩＴＯなどの金属酸化物からなる電流分散層を用いたＬＥＤにおいて、クッション層を設ける必要がなくなった。このため、クッション層の原料費を削減することができる。またクッション層を設ける必要がなくなった分だけ、成長時間が短くなることにより、生産量を多くすることできるようになった。これにより、ＬＥＤ用エピタキシャルウェハ及びＬＥＤの製造に掛かるコストを低くすることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を実施例を中心に説明する。
【００２４】
なお、以下の説明においては、第一導電型としてｎ型、第二導電型としてｐ型を採用したが、もちろん、本発明はこれに限定されるわけではなく、第一導電型としてｐ型、第二導電型としてｎ型を採用した場合においても、同様な効果を得ることができる。
【００２５】
［実施例］
図１のような構造の、発光波長６３０nm付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。製作の過程は次の通りである。
【００２６】
第一導電型基板としてのｎ型ＧａＡｓからなるｎ型基板１上に、ＭＯＶＰＥ法で、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層２（厚さ４００nm）、ｎ型ＤＢＲ層３、第一導電型クラッド層としてのｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｎ型クラッド層４（厚さ３５０nm）、アンドープ（Ａｌ0.10Ｇａ0.90）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる活性層５（厚さ５５０nm）、第二導電型クラッド層としてのｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｐ型クラッド層６（厚さ３００nm）、第二導電型コンタクト層としてのｐ型Ａｌ0.1ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層７（厚さ２nm）を順次成長させ、発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。
【００２７】
因みに上記ｎ型ＤＢＲ層３は、ｎ型ＡｌＩｎＰ（厚さ約５０nm）とｎ型ＧａＡｓ（厚さ約４０nm）から成る積層構造とし、そのペア数は１０ペアとした。
【００２８】
前記発光ダイオード用エピタキシャルウェハをＭＯＶＰＥ装置から搬出した後、該ウェハの表面、つまりｐ型コンタクト層７側へ、金属酸化物の一種であるＩＴＯからなる電流分散層８を形成した。この電流分散層８は真空蒸着法で形成し、膜厚は３００nmとした。
【００２９】
因みに、この時、同一バッチ内にセットしたガラス基板を取り出し、Ｈａｌｌ測定が可能なサイズに切断し、電流分散層の電気特性を評価した所、キャリア濃度１．２７×１０21／cm3、移動度２２．４cm2／Ｖｓ、抵抗率２．３１×１０-4Ω・cmであった。
【００３０】
その後、電流分散層８の表面に、表面電極９をリフトオフ法を用いてマトリクス状に蒸着で形成した。前記表面電極９は、ニッケル、金を、それぞれ２０nm、３００nmの順に蒸着した。更にエピタキシャルウェハ底面（基板側）には、全面に裏面電極１０を形成した。裏面電極１０は、金・ゲルマニウム、ニッケル、金を、それぞれ６０nm、１０nm、３００nmの順に蒸着し、その後、電極の合金化であるアロイを、窒素ガス雰囲気中４００℃で５分行った。
【００３１】
その後、更に上記表面電極９と中心が略一致するように、ノンアロイ金１１を形成した。前記ノンアロイ金１１の形成方法は、上記した方法（リフトオフ法）と同じ方法で行った。この時、該ノンアロイ金１１の膜厚は、５０nm、１００nmの２種類を製作した。
【００３２】
次に、このエピタキシャルウェハをダイシング等でチップサイズ３００μｍ角のチップ形状に加工し、更にダイボンディングを行った。
【００３３】
次に、ワイヤボンディング装置の超音波のパワーを非常に低くして、ワイヤボンディングを行った。その結果、ノンアロイ金１１の膜厚が５０nm、１００nmの双方ともに、ワイヤボンディングができた。またこの発光ダイオードチップのＬＥＤ特性を評価した結果、発光出力は、それぞれ２．４８ｍＷ、２．４７ｍＷであり、且つ順方向電圧は双方ともに１．９４Ｖであり、初期特性に問題ないことが確認された。
【００３４】
更に前記ＬＥＤ素子（樹脂でモールドされていない）の信頼性を、試験条件：５５℃、５０ｍＡ通電で行い、評価した所、１６８時間通電後の発光出力（以降相対出力と書く）は約１０３％であった（出力評価時の電流値は２０Ａｍ）。このため信頼性にも問題ないことが確認された。
【００３５】
以上のように、表面電極９の上にノンアロイ金１１を備えたことで、ワイヤボンディング装置の超音波のパワーを非常に低くしてもワイヤボンディングができるようになった。このためクッション層を設けなくても該発光ダイオードを、劣化若しくは破壊することなく製作できるようになった。このため従来よりも、低コスト化できた。
【００３６】
上記した本発明の実施例から分かるように、表面電極９の最上層にノンアロイ金１１を設けることにより、ＬＥＤを破壊することなくワイヤボンディングすることが可能になる。表面電極９の最上層にノンアロイ金１１が設けてあれば、ワイヤボンディング装置の超音波のパワーを非常に低くしてもワイヤボンディングができるようになるのは、ワイヤボンダビリティが良いからである。ワイヤボンダビリティが良い訳は、より柔らかい電極の方が、ワイヤボンダビリティが良いためである。
【００３７】
［比較例］
図２に示した構造の発光波長６３０nm付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。エピタキシャル成長方法、エピタキシャル層構造、電流分散層等は、基本的に前記の実施例と同じとし、また、電極形成方法及び電極形状も基本的に前記の実施例と同じとした。更にプロセス加工及びワイヤボンディング工程も、前記の実施例と同じとした。
【００３８】
但し、表面電極９は、リフトオフ法を用いてマトリクス状に蒸着で形成した。前記表面電極９は、ニッケル、金を、それぞれ２０nm、５００nmの順に蒸着した。エピタキシャルウェハ底面（基板側）は、全面に裏面電極１０を形成した。裏面電極１０は、金・ゲルマニウム、ニッケル、金を、それぞれ６０nm、１０nm、３００nmの順に蒸着し、その後、電極の合金化であるアロイを、窒素ガス雰囲気中４００℃で５分行った。
【００３９】
次に、このエピタキシャルウェハをダイシング等でチップサイズ３００μｍ角のチップ形状に加工し、更にダイボンディングを行った。
【００４０】
次に、ワイヤボンディング装置の超音波のパワーを非常に低くして、ワイヤボンディングを行った。その結果、全くワイヤボンディングができなかった。
【００４１】
このため徐々にワイヤボンディング装置の超音波のパワーを高くして、ワイヤボンディングを試みた。その結果ワイヤボンディングはできるようになったが、ＬＥＤ特性を評価した所、全く発光しなくなった。つまりＬＥＤが破壊されてしまった。
【００４２】
［変形例１］
上記実施例では、表面電極９としてニッケルと金を蒸着し、その上にノンアロイ金１１を設けるという層構造にしたが、表面電極９の最上層にノンアロイ金１１が設けてあれば、その下の電極金属の層構造は、何でも良い。このため例えば、表面電極９としてニッケルと金を蒸着してアロイし、その後ニッケルやチタン等の電極を形成して、更にその上にノンアロイ金１１を設けても良く、同様の効果がある。
【００４３】
［変形例２］
また、上記実施例では、表面電極９としてニッケルと金を用いたが、その他の材料を表面電極９としてもよく、同様に本発明の意図する効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例にかかるＬＥＤの断面図である。
【図２】本発明の比較例にかかるＬＥＤの断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  ｎ型基板（第一導電型基板）
２  ｎ型バッファ層
３  ｎ型ＤＢＲ層
４  ｎ型クラッド層（第一導電型クラッド層）
５  活性層
６  ｐ型クラッド層（第二導電型クラッド層）
７  ｐ型コンタクト層（第二導電型コンタクト層）
８  電流分散層
９  表面電極
１０  裏面電極
１１  ノンアロイ金
【図１】
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【図２】
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