(57)【要約】【課題】従来の表面電極の背面で発光抑制する電流狭窄型の発光ダイオードでは、チップ内に電流阻止層を埋め込むものであり、生産工程が煩雑化しコストアップすると共に、内部歪みを生じ信頼性が低下する問題点があった。【解決手段】本発明により、チップの最表面半導体層の表面にパッド電極と、該パッド電極が占める以外の表面を略網状に覆う線状電極とを、両電極間はオーミック接合が行われ、線状電極と最表面半導体層との間はオーミック接合が行われ、パッド電極と最表面半導体層との間はパッド電極を金属とし最表面半導体層をｎ型半導体としたショットキー接合が行われている発光ダイオードとしたことで、パッド電極の背面の発光を停止させるための工程を簡素化すると共に、チップに歪みも生じないものとして課題を解決する。【選択図】      図１
2004296979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップの最表面半導体層の表面に、少なくともワイヤボンドを行うに充分な面積を有するパッド電極と、該パッド電極が占める以外の表面を略網状に覆う線状電極とを、前記パッド電極と線状電極との間はオーミック接合が行われ、前記線状電極と前記最表面半導体層との間はオーミック接合が行われ、前記パッド電極と前記最表面半導体層との間はショットキー接合が行われていることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
ｎ型半導体よりなる前記最表面半導体層に形成される前記パッド電極の金属部材の仕事関数は、前記最表面半導体層の部材の電子親和力よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項３】
ｐ型半導体よりなる前記最表面半導体層に形成される前記パッド電極の金属部材の仕事関数は、前記最表面半導体層の部材のエネルギーギャップよりもｑ（Φｍ−χ）の値が小さくなるように選択されていることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光ダイオードの構成に関するものであり、詳細には電流狭窄型発光ダイオードとも称されていて、ワイヤーボンドが行われる表面電極の背面では、発光が行われても、不透明な表面電極により遮蔽、若しくは、吸収が行われて外部に光が取り出せず、結果的には光量が低下するものとなるので、前記した表面電極の背面側では電流が流れないようにした発光ダイオードの構成に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオードの発光効率を高めるためには、発光層で発光した光の全てを外部に取出すことが重要である。しかしながら、表面電極の背面側で発光した光は、この表面電極で吸収されたり、或いは、反射されチップ内で吸収されるなどして失われる割合が大きいので、表面電極の背面となる位置では発光を生じないようにする構成が考えられている。
【０００３】
その第一の構成としては、図７にも示すように、発光ダイオード９０の表面電極９１の背面に対応する例えばｐ型クラッド層９２上に電流阻止層９３を形成するものであり、このようにすることで、活性層９４の電流阻止層９３に覆われる部分、即ち、表面電極９１の背面に対応する部分の活性層９４に流れる電流を抑制することが可能となり、発光効率の向上を可能とする。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
尚、図中に符号９５で示すものはｎ型クラッド層、符号９６で示すものはバッファ層、符号９７で示すものは半導体基板、符号９８で示すものは最表面半導体層、符号９９で示すものは背面電極であり、以下に説明するその他の従来例においても同じ部位には同じ符号を付して説明をする。
【０００５】
また第二の構成としては、図８に示すように、表面電極９１の背面に対応する例えばｐ型クラッド層９２上にｎ型の不純物１００（ドーパント）を注入することによって導電型を反転させ、対応する部分の活性層９４に流入する電流を抑制しようというものであり、上述のものと同様に発光効率の向上を可能とする。（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
更に第三の構成としては、基本的には表面電極９１を図９、図１０に示すように、活性層９４に電流を供給するための例えば細線で略蜘蛛の巣状に形成した拡散用電極９１ａと、該拡散用電極９１ａの中心に外周で接してはワイヤボンドを行うためのパッド電極９１ｂを形成し、パッド電極９１ａの背面にはＳｉＯ２などにより絶縁層９１ｃを形成しておく。このようにすることで、前記パッド電極９１ａの背面方向への電流は抑制され、上記２つの方法と同様に発光効率の向上を可能とする。（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０３−０８９５６８号公報（第３頁〜第４頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１１−２５１６２７号公報（項目００１９〜００５５、図５）
【特許文献３】
特開平０８−１１１５４４号公報（項目００１４〜００２３、図５）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の構成において、先ず、第一のものは電流阻止層９３の形成、および、埋め込みと複雑で且つ追加の工程が必要となり、製品として得られる発光ダイオードがコストアップする問題点を生じている。また、チップの内部に部分的に埋め込みを行う構成では、チップに応力を生じてクラックが生じやすく信頼性も低下する問題点を生じている。
【０００９】
また、第二の構成のものも、所定の範囲に不純物の注入という高度な技術が必要で複雑となる工程が必要となり、製品として得られる発光ダイオードがコストアップするという上記と同様な問題点を生じると共に、表面電極９１と半導体とをオーミックに接合させるための合金化工程においてドーパントに拡散を生じ、予定する特性が得られなくなる問題点も生じる。
【００１０】
さらに、第三の構成のものでは、パッド電極９１ａの直下に金属の酸化物などで絶縁層９１ｃを形成するものであるので、工程数が増えコストアップは避けられない。加えて、絶縁層９１ｃとパッド電極９１ａとは密着性が充分でなく、ワイヤボンディングを行う工程でパッド電極９１ａに剥離を生じやすくなり、発光ダイオード生産工程の歩留まりを低下させる問題点を生じている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した従来の課題を解決するための具体的手段として、チップの最表面半導体層の表面に、少なくともワイヤボンドを行うに充分な面積を有するパッド電極と、該パッド電極が占める以外の表面を略網状に覆う線状電極とを、前記パッド電極と線状電極との間はオーミック接合が行われ、前記線状電極と前記最表面半導体層との間はオーミック接合が行われ、前記パッド電極と前記最表面半導体層との間はショットキー接合が行われていることを特徴とする発光ダイオードを提供することで課題を解決するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１〜図４に符号１で示すものは、本発明に係る発光ダイオードであり、この発光ダイオード１は半導体基板２を覆ってはバッファ層３があり、このバッファ層３を更に覆ってはｐ型クラッド層４があり、以下順次に、活性層５、ｎ型クラッド層６、例えば電流拡散層である最表面半導体層７と積層が行われているものである。
【００１３】
このときに、前記半導体基板２の下面には、この発光ダイオード１をマウントするための裏面電極８が形成されている。尚、以上の構成は発光ダイオード１としては公知のものである。尚、実際に発光ダイオード１としては、ケースなども含まれるものであるが、本発明の要旨の部分ではないので、ここでの図示を省略し、発光ダイオード１はいわゆるチップの状態で示す。
【００１４】
そして、前記最表面半導体層７の上面には表面電極９が形成されるものであるが、本発明では、前記表面電極９を、活性層５に向かい電流を供給することを目的とする線状電極９ａと、発光ダイオード１に対し外部から電流を導入するための金線などをボンディング（接続）することを目的とするパッド電極９ｂとで構成するものとしている。
【００１５】
前記線状電極９ａは、前記最表面半導体層７が、例えばｎ−ＡｌＧａＩｎＰなどｎ型半導体で形成されている場合、このｎ型半導体に対してオーミック接合が行えるＡｎ／Ｓｎ／Ｎｉを用いて形成されている。尚、前記最表面半導体層７（ｎ型半導体）に対してオーミック接合が行える材料であれば、他の材料、例えば、Ａｕ／Ｇｅ、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉなどでも良い。尚、本発明の実施は、前記最表面半導体層７がｐ型半導体であっても実施可能であり、この場合にも当該のｐ型半導体に対してオーミック接合が行える部材を選択すれば良いものとなる。
【００１６】
前記線状電極９ａは、図２に形状の１例として示すように、線幅５μｍ〜１０μｍとした細線を使用し、略蜘蛛の巣状として形成されている。このときに、前記最表面半導体層７に対する線状電極９ａの面積比は１０〜３０％とされ、活性層５で行われた発光が最表面半導体層７を透過し外部に放射されるときの損失を少なくするように図られている。
【００１７】
上記に説明した線状電極９ａに対して、前記パッド電極９ｂは図３に示すように前記線状電極９ａの中心部分に略円板状として敷設されるものであり、このときには外周部分で線状電極９ａに接しているものとされている。従って、線状電極９ａが敷設され、その後にパッド電極９ｂが敷設された状態では、図４に示すように、前記線状電極９ａとパッド電極９ｂとは一体化し電気的にも接続されている。
【００１８】
本発明では前記パッド電極９ｂを敷設するに当たり、上記線状電極９ａのように前記最表面半導体層７とはオーミック接合を行うことなく、前記最表面半導体層７がｎ型半導体である場合にはショットキー接合を行う金属材料が選択される。尚、前記最表面半導体層７がｐ型半導体である場合については後述する。
【００１９】
ここで、金属とｎ型半導体（最表面半導体層７）との接触により生じる障壁の高さは、ｑΦｎ＝ｑ（Φｍ−χ）の式で求めることができる。尚、ｑΦｎは、ｎ型半導体に金属を接触させたときの障壁の高さであり、Φｍは金属の仕事関数、χは半導体の電子親和力である。
【００２０】
従って、ｎ型半導体上にパッド電極９ｂを形成する場合は、当該半導体の電子親和力よりも大きい仕事関数を有する金属材料が選択される。具体的には、最表面半導体層７を構成するｎ型半導体として電子親和力が約４．１ｅＶのｎ−ＡｌＧａＩｎＰが用いられている本発明の場合、それ以上の仕事関数を有するＴｉ（４．３３ｅＶ）、Ａｕ（５．１ｅＶ）、Ｐｔ（５．６５ｅＶ）、Ｎｉ（５．１５ｅＶ）、Ｐｄ（５．１２ｅＶ）、Ａｌ（４．２８ｅＶ）などが用いられる。
【００２１】
更には、前記パッド電極９ｂはワイヤー１０と発光ダイオード１とを接合する部分であるので、最表面半導体層７が形成される部材とも、ワイヤー１０が形成される部材とも接合性の良い部材であることが好ましく、本発明ではＡｕの単層、或いは、Ｔｉ／Ａｕによる積層でパッド電極９ｂを形成するものとしている。
【００２２】
発明者による試作、検討の結果では、Ｔｉ／Ａｕによる積層でパッド電極９ｂを形成するときには、まず、Ｔｉを１００〜３００ｎｍの膜厚に成膜し、その後にＡｕを１００〜１０００ｎｍの膜厚に成膜してパッド電極９ｂとするのが好ましく、また、Ａｕの単層でパッド電極９ｂを形成するときには、３００〜１２００ｎｍの膜厚に成膜することが好ましい結果が得られることが確認された。
【００２３】
つぎに、最表面半導体層７がｐ型半導体であるときの場合について説明を行う。金属とｐ型半導体（最表面半導体層７）との接触により生じる障壁の高さは、ｑΦｐ＝Ｅｇ−ｑ（Φｍ−χ）の式で求めることができる。ここで、ｑΦｐは、ｐ型半導体に金属を接触させたときの障壁の高さであり、Φｍは金属の仕事関数、χは半導体の電子親和力、Ｅｇは半導体のバンドギャップである。従って、ｐ型半導体上にパッド電極９ｂを形成する場合には、ｑ（Φｍ−χ）の値が、当該半導体のバンドギャップＥｇよりも小さい値となるような材料が選択される。
【００２４】
本発明により発光ダイオード１を以上説明の構成としたことで、表面電極９の形成工程が１回増えたのみで、パッド電極９ｂの直下となる部分の活性層には電流が供給されない発光ダイオード１の構成が実現できるものとなり、同じ供給電力で明るくなり発光効率が向上するものとなる。
【００２５】
図５および図６は、本発明に係る発光ダイオード１の別な実施形態であり、前の実施形態では、略蜘蛛の巣状として形成された線状電極９ａと、略円板状として形成されたパッド電極９ｂとを組合せ表面電極９としていたが、この実施形態では図５に示すように線状電極９ｃは略同心円状（図５参照）として形成されている。
【００２６】
また、前記線状電極９ｃの形状変更に伴い、線状電極９ｃで省かれた放射線状となる部分がパッド電極９ｄ側に移行され、この実施形態におけるパッド電極９ｄは円板から放射状に線が突出している形状（図６参照）とされている。よって、線状電極９ｃとパッド電極９ｄとを組合わせて得られる表面電極９の形状は前の実施形態と実質的に同様（図４参照）なものとなる。
【００２７】
但し、厳密に考察を行えば、パッド電極９ｄの円板から放射状に突出している線状の部分は、最表面半導体層７とはショットキー接合を行っているので、活性層５に対して電流を供給しない。しかしながら、交差する線状電極９ｃはパッド電極９ｄとはオーミック接合を行い、また、この線状電極９ｃは最表面半導体層７ともオーミック接合を行うものであるので、実質的には前の実施形態と同様な作用が得られるものとなる。
【００２８】
尚、前の実施形態、この実施形態の共に、線状電極９ａ、９ｃ、および、パッド電極９ｂ、９ｄの形状は上記に説明したもの以外の如何なる形状に変更しても良く、要は線状電極側は間隙を有して背面からの光を通過させるに適する形状とされると共に最表面半導体層７とはオーミック接合をしており、パッド電極はワイヤの取付けに適する形状とされると共に最表面半導体層７とはショットキー接合を行っていれば良いものである。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明により、チップの最表面半導体層の表面に、少なくともワイヤボンドを行うに充分な面積を有するパッド電極と、該パッド電極が占める以外の表面を略網状に覆う線状電極とを、前記パッド電極と線状電極との間はオーミック接合が行われ、前記線状電極と前記最表面半導体層との間はオーミック接合が行われ、前記パッド電極と前記最表面半導体層との間はショットキー接合が行われている発光ダイオードとしたことで、パッド電極の背面は最表面半導体層に対して電流の流入を行わないものとなり、よって、パッド電極の背面は発光しないものとなって、活性層に対する電力の供給は線状電極からのみ行われ、パッド電極に遮蔽、吸収される光を無くして明るい発光ダイオードの提供を可能とする。
【００３０】
このときに、本発明においてはパッド電極は最表面半導体層上に直接に金属膜を積層するものとしているので、生産工程もいわゆる真空蒸着といわれる通常の方法で良く簡素であり、且つ、最表面半導体層との付着強度も充分のものとして、この種の発光ダイオードのコストダウンと信頼性の向上に極めて優れた効果を奏するものである。
【００３１】
また、本発明においては、最表面半導体層内などに絶縁層の形成、不純物の拡散などを行わないので、そのための煩雑な工程が省略できるばかりでなく、最表面半導体層自体も必要最低限の膜厚で良いものとして、この面でもコストダウンに優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発光ダイオードの実施形態を示す断面図である。
【図２】同じ実施形態の線状電極の形状の例を示す正面図である。
【図３】同じ実施形態のパッド電極の形状の例を示す正面図である。
【図４】線状電極とパッド電極とを組合わせたときの形状の例を示す説明図である。
【図５】同じく本発明に係る別の実施形態の線状電極の形状の例を示す正面図である。
【図６】同じく本発明に係る別の実施形態のパッド電極の形状の例を示す正面図である。
【図７】第一の従来例を示す断面図である。
【図８】第二の従来例を示す断面図である。
【図９】第三の従来例を示す正面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１……発光ダイオード
２……半導体基板
３……バッファ層
４……ｐ型クラッド層
５……活性層
６……ｎ型クラッド層
７……最表面半導体層
８……背面電極
９……表面電極
９ａ、９ｃ……線状電極
９ｂ、９ｄ……パッド電極
１０……ワイヤー
【図１】
2004296979.tif 000003
【図２】
2004296979.tif 000004
【図３】
2004296979.tif 000005
【図４】
2004296979.tif 000006
【図５】
2004296979.tif 000007
【図６】
2004296979.tif 000008
【図７】
2004296979.tif 000009
【図８】
2004296979.tif 000010
【図９】
2004296979.tif 000011
【図１０】
2004296979.tif 000012