(57)【要約】【課題】従来のＬＥＤチップでは発光面の中心にボンディングパッドが位置していたので、光ファイバーと発光面とを正対させるのが困難となり、光ファイバー内に充分な光量が取込めない問題点を生じていた。【解決手段】本発明により、第一には、ボンディングパッドをＬＥＤチップの発光面以外の位置に設けることで、発光面は広い面積が得られるものとして光ファイバーとの正対を容易に行えるものとし、第二には、エッチングにより活性層を除去した位置にボンディングパッドを形成するものとしてボンディングパッド背面での発光をなくして発光効率を向上させ、両者の総合で光ファイバーへの入射光量を格段に向上させて課題を解決するものである。【選択図】      図２
2005012092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
適宜な長方形として形成されたＬＥＤチップのＰ型クラッド層の面上に発光部とする略正方形の領域を設定し、この発光部に相当する部分に略網目状としたオーミック電極を敷設する第一の工程と、前記ＬＥＤチップの前記発光部とする部分以外を略半導体基板部に至るまでエッチングして除去し前記発光部をメサ状とする第二の工程と、前記発光部のメサ状とされた端面を含み発光部が除去された前記半導体基板部に絶縁層を設ける第三の工程と、前記絶縁層上で且つ発光部が除去された半導体基板部面上に設けられるボンディングパッド、および、このボンディングパッドから前記絶縁層上をメサ状端面を経由し前記オーミック電極に至る渡り線部を形成する第四の工程とを含むことを特徴とする光ファイバ用ＬＥＤの製造方法。
【請求項２】
長方形とされたＬＥＤチップのＰ型クラッド層の面上には発光部とする略正方形状の部分を除きほぼ半導体基板部に至るエッチングが行われてメサ状とする発光部が形成され、エッチングが行われた半導体基板部面から前記発光部のメサ端面を経由して前記Ｐ型クラッド層の面上に至る絶縁層が形成されており、前記絶縁層の前記半導体基板部上となる位置にはボンディングパッドが形成されると共に、該ボンディングパッドと前記Ｐ型クラッド層の面上に敷設されたオーミック電極とは、前記絶縁層上を経由する渡り線部により電気的接続が行われていることを特徴とする光ファイバ用ＬＥＤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）に関するものであり、詳細には近年、車両の制御、例えばエンジンの制御をコンピュータで行う際にプラスチック光ファイバーを用いて信号を伝達するものとして、電磁雑音による誤動作を厳重なシールドを行うことなく生じないものとするときに、前記プラスチック光ファイバーに効率良く光信号を与えるのに適したＬＥＤの構成に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のＬＥＤにおいては、ＬＥＤチップの底面には第一の電極を設け、Ｐ型クラッド層の上面の中心に第二の電極（ボンディングパッド）を設け、前記第一の電極で回路基板、あるいは、ケース基板などにダイマウントし、第二の電極にワイヤーボンドなどによる配線を行い、上記２つの電極間に直流電源を印加することで点灯させるものであった。
【０００３】
このときに、前記ＬＥＤチップの中心の狭い範囲に設けられている第二の電極では電流の集中を生じるものとなり、この第二の電極の直下で最大の明るさが得られるものとなるが、前記第二の電極は不透明部材で形成されているものであるので遮蔽され、その明るさを充分に外部に取出すことができず、駆動電流に対する明るさ出力、即ち、発光効率が低下するものとなっている。
【０００４】
この点を解決すべく、従来は第二の電極とＬＥＤチップの間に電流拡散層を介して電流阻止層を設け、第二の電極からの電流をＬＥＤチップの周縁に誘導して、周縁の部分がより明るく発光するようにし、前記第二の電極で遮蔽される光量の割合を減じることで見かけの発光効率の向上を図るものがある。（例えば、特許文献１参照）
【０００５】
尚、第二の電極の外周に、例えばＬＥＤチップの周縁に向かう放射状に細線状の第三の電極を設け、より積極的に電流を誘導しＬＥＤチップの周縁の輝度の向上を図るものもあり、この場合、第三の電極は前記第二の電極と一体化して同一部材で形成される場合もあり、あるいは、前記ＬＥＤチップとの接触効率を向上させるなどの目的で適宜の別部材で形成される場合もある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−６４２２１号公報（段落「００５３」〜段落「００７４」、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のＬＥＤでプラスチック光ファイバーに信号光を入射させようとしたときには、上記のようにＬＥＤチップの中心に影となる第二の電極が位置し、その周縁にリング状に広がって明るい発光部位が存在している形状では、小さな円形状の開口部を有する光ファイバー内に取込むのには、形状的にも無理を生じ、単に見かけの発光効率を向上させたのみの従来のＬＥＤでは依然として取込み効率を向上させることができないという問題点を生じていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した従来の課題を解決するための具体的手段として、長方形とされたＬＥＤチップのＰ型クラッド層の面上には発光部とする略正方形状の部分を除きほぼ半導体基板部に至るエッチングが行われてメサ状とする発光部が形成され、エッチングが行われた半導体基板部面から前記発光部のメサ端面を経由して前記Ｐ型クラッド層の面上に至る絶縁層が形成されており、前記絶縁層の前記半導体基板部上となる位置にはボンディングパッドが形成されると共に、該ボンディングパッドと前記Ｐ型クラッド層の面上に敷設されたオーミック電極とは、前記絶縁層上を経由する渡り線部により電気的接続が行われていることを特徴とする光ファイバ用ＬＥＤを提供することで課題を解決するものである。
【０００９】
【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および図２に示すものはＬＥＤチップ１の状態で示す本発明の光ファイバ用ＬＥＤであり、このＬＥＤチップ１は実際にはハウジングなどが取付けられて商品化が行われているものであるが、ここでは説明を単純化し理解を容易とするためにＬＥＤチップ１の状態で示すものとする。
【００１０】
尚、前記ＬＥＤチップ１は、発光面側からＰ型クラッド層２、活性層３、Ｎ型クラッド層４が、例えば、ＧａＡｓなど化合物半導体による半導体基板部５上に形成されているものであり、実際の工程ではウエハーの状態で以下に説明を行う工程を実施し、しかる後に、個々のＬＥＤチップ１に分割するものであるが、ここでは、説明が簡素化するように１つのＬＥＤチップ１の状態で各工程を行うものとして説明を行う。
【００１１】
本発明に係る光ファイバ用ＬＥＤにおいては、発光方向から見るときの平面形状を適宜の長方形状としたＬＥＤチップ１が採用され、この長方形のＬＥＤチップ１の前記Ｐ型クラッド層２が形成された面であり以降に行われるエッチング工程などで削除されることなく発光部１ａとして残余される部分に対応して、第一の工程であるオーミック電極６の敷設が行われる。
【００１２】
このときに、前記発光部１ａは基本的には正方形として残余されるものであり、そして、この正方形の範囲に敷設する前記オーミック電極６は、正方形の中心の部分に対峙させられる光ファイバ１０の径に相当する円形状の範囲は敷設の密度を減らす、あるいは、敷設を行わないなど適宜な手段が講じられて、前記光ファイバ１０に対して入射させられる光量の増加が図られている。
【００１３】
上記オーミック電極６敷設の工程に続いては、第二の工程であるエッチング工程が行われ、後にボンディングパッド９が形成される部分のＰ型クラッド層２、活性層３、Ｎ型クラッド層４がエッチング工程により取除かれて半導体基板部５が露出する部分が形成されると共に、前記発光部１ａの部分が半導体基板部５上にメサ状に突出する形状とされる。尚、正確には、本発明が期待する作用を得るためのエッチング工程の深さは、前記Ｐ型クラッド層２から活性層３までであり、要はエッチングを行った部分において半導体発光素子としての機能がなくなれば良いものである。
【００１４】
ここで、前記エッチング工程の実施にあたっては、上記にも説明したようにほぼ正方形とした発光部１ａを形成することと、ボンディングパッド９を前記発光部１ａ以外の部分に形成することであるので、例えば、発光部１ａをＬＥＤチップ１の一方の短辺側に寄せて形成し、他の一方の短辺側に前記ボンディングパッド９を形成するに充分な面積が得られるようにしておく。
【００１５】
このようにして、第二の工程であるエッチング工程が行われた後のＬＥＤチップ１には、第三の工程である絶縁層８の形成が行われ、この絶縁層８は例えばＥＢ法、もしくは、常圧ＣＶＤ法などによりＳｉＯ２膜を所定位置に形成することで行われる。
【００１６】
尚、ＥＢ（電子ビーム加熱蒸着）法によれば、一般的に低コストで成膜可能とされるが、得られる膜がポーラスに富み、ボンディングパッド９を形成する部材がＺｎを含む場合、時間の経過と共にＺｎが拡散し絶縁性の低下を生じるものとなるので、そのような懸念がある場合には常圧ＣＶＤ法などを採用すれば、ポーラスの少ない成膜が可能となり、絶縁性の低下は生じることがなく信頼性を向上させることが可能となる。
【００１７】
ここで、前記絶縁層８を形成する目的は、ボンディングパッド９に外部から印加された電流の全てが前記オーミック電極６を経由してＰ型クラッド層２→活性層３→Ｎ型クラッド層４と流れて前記活性層３で光に変換される。このときに、例えば、ボンディングパッド９→半導体基板部５間、あるいは、ボンディングパッド９→活性層３間で短絡、リークを生じていれば、印加電流に対する発光光量は減じ、発光効率の低下を生じる。
【００１８】
従って、前記絶縁層８は、エッチングが行われて露出した半導体基板部５の表面から、メサ状に突出する発光部１ａのメサ端面、即ち、Ｎ型クラッド層４の厚み面、活性層３の厚み面、Ｐ型クラッド層２の厚み面を覆い、そして、前記Ｐ型クラッド層２の表面に至るように敷設される。
【００１９】
次いで、上記の絶縁層８上であり、且つ、前記半導体基板部５上となる位置には第四の工程としてボンディングパッド９の形成が、例えば、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕなどの金属部材を用いて形成される。尚、このときには、前記メサ端面に敷設された絶縁層８上を経由して、前記ボンディングパッド９と前記オーミック電極６とを電気的に接続する渡り線部９ａが、ボンディングパッド９と同一部材により同一の工程で形成される。
【００２０】
尚、ここでの詳細な説明は省略するが、前記ＬＥＤチップ１の背面には、例えばリードフレーム（図示せず）などにこのＬＥＤチップ１をダイボンドするときのためのベース電極７が形成されており、例えば、ハンダ、導電性接着剤などでのマウントが行われるものとされている。
【００２１】
次いで、上記の構成とした本発明の光ファイバ用ＬＥＤ（ＬＥＤチップ１）の作用および効果について説明する。先ず、第一には、ボンディングパッド９をＬＥＤチップ１の発光部１ａ以外となる部分に設けるものとしたことで、発光部の中心にボンディングパッド９が存在することをなくし、図２にも示すように、光ファイバー１０の端部とＬＥＤチップ１の発光領域との対峙がボンディングパッド９に遮られることなく行えるものとして、光ファイバー１０に取込める光量を格段に増加させられるものとする。
【００２２】
また、第二には、エッチングにより活性層３（Ｐ型クラッド層２、Ｎ型クラッド層４を含み）を除去し、更には、絶縁層８を設けて、ＬＥＤチップ１の発光領域とは全く関与しない状態としてボンディングパッド９を形成したことで、従来例のＬＥＤチップのようにボンディングパッド９の裏面、言い換えれば、実質的に光を取出すことができない部分に電流が流れ込むのを防止する。
【００２３】
従って、本発明のＬＥＤチップ１では、ボンディングパッド９に印加が行われた電流の全ては略網目状としたオーミック電極６を介して前記Ｐ型クラッド層２に注入されるものとなり、電流の全ては取出し可能な位置で光に変換されるものとなって、発光効率の向上を可能とするものである。更には、本発明により発光部１ａをほぼ正方形としたことで、比較的に断面積が大きいプラスチック光ファイバーに対しても正対させることを容易とし、バラツキのない安定した性能を実現可能とする。
【００２４】
図３〜図６は、上記に説明した本発明に係る光ファイバ用ＬＥＤ（ＬＥＤチップ１）の製造方法を工程の順に示すもので、先ず、第一工程としては図３に示すように活性層３を挟みＰ型クラッド層２とＮ型クラッド層４とが形成されたＬＥＤチップ１の前記Ｐ型クラッド層２の表面にはオーミック電極６が形成される。このときに、前記オーミック電極６が形成される部材としては、例えば、前記Ｐ型クラッド層２がＰ型のＩｎＧａＰである場合には、ＡｕＺｎであることが好ましい。
【００２５】
また、前記オーミック電極６は、前記発光面１ａの面積に対して約２０％以下とすることが好ましい。即ち、従来構造のＬＥＤチップにおいては、発光部に対してボンディングパッドおよび電極が占める面積割合が２１％であったので、この数値を下回るほどに光ファイバ１０に取込み可能となる光量が増加するものとなる。尚、発明者による検討の結果では、前記オーミック電極６の面積は光量などに影響を与えることなく５％程度まで縮小可能であることが確認されている。
【００２６】
図４は上記したオーミック電極６の敷設工程に続いて行われるエッチング工程であり、このエッチング工程は、前記ＬＥＤチップ１のＰ型クラッド層２の側から行われ、発光部１ａとして形成する部分の周縁に対して行われる。このときに、前記発光部１ａは長方形とされたＬＥＤチップ１の一方の短辺側に寄せて形成し、エッチングにより露出される半導体基板部５の表面積をボンディングパッド９を形成するのに充分な面積のものとする。そして、図４中に符号１ａで示すように略正方形した発光部を形成する。
【００２７】
図５は、上記エッチング工程が行われた部分であり、且つ、後にボンディングパッド９の形成が行われる部分に対する短絡防止用の絶縁層８の形成工程であり、この絶縁層８はＳｉＯ２膜、Ｓｉ３Ｎ４膜の常圧ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、または、ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  ｂｅａｍ）蒸着法により形成する。
【００２８】
このときに、ＥＢ蒸着法によれば得られる絶縁層８がポーラス状となるので、ボンディングパッド９を形成する部材にＺｎを含むものであると、時間の経過と共にＺｎの拡散を生じて活性層３とに短絡を生じるものとなるので、上記にも記載したように、Ｚｎを含むものとする必要があるときには、絶縁層８の形成には常圧ＣＶＤ法を採用することが好ましいものとなる。
【００２９】
図６は、上記のようにして形成された絶縁層８上にボンディングパッド９を形成する工程を示すものであり、このボンディングパッド９は、リードフレーム（図示せず）とＬＥＤチップ１とを金線などにより配線を行うときに、前記金線の接続端子としてＬＥＤチップ１側に設けられるものである。また、このボンディングパッド９には渡り線部９ａが設けられていて、前記オーミック電極６に接続されている。
【００３０】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明により、長方形とされたＬＥＤチップのＰ型クラッド層の面上には発光部とする略正方形状の部分を除きほぼ半導体基板部に至るエッチングが行われてメサ状とする発光部が形成され、エッチングが行われた半導体基板部面から前記発光部のメサ端面を経由して前記Ｐ型クラッド層の面上に至る絶縁層が形成されており、前記絶縁層の前記半導体基板部上となる位置にはボンディングパッドが形成されると共に、該ボンディングパッドと前記Ｐ型クラッド層の面上に敷設されたオーミック電極とは、前記絶縁層上を経由する渡り線部により電気的接続が行われている光ファイバ用ＬＥＤ、および、その製造方法としたことで、第一には、ボンディングパッドを発光部と別位置に設けられるものとし、ボンディングパッドにより入射光が遮られることをなくして、光ファイバ内へ取込まれる光量を格段に多いものとして、通信距離の延長、Ｓ／Ｎ比の向上など性能向上に極めて優れた効果を奏するものである。
【００３１】
また、第二には、エッチングにより活性層（Ｐ型クラッド層、Ｎ型クラッド層を含み）を除去し、更には、絶縁層を設けて、ＬＥＤチップの発光領域とは全く関与しない状態としてボンディングパッドを形成したことで、従来例のＬＥＤチップのようにボンディングパッドの裏面、言い換えれば、実質的に光を取出すことができない部分に電流が流れるのを防止する。よって、本発明のＬＥＤチップでは、ボンディングパッドに印加が行われた電流の全ては略網目状としたオーミック電極を介してＰ型クラッド層に注入されるものとなり、電流の全ては取出し可能な位置で光に変換されるものとなって、発光効率の向上を可能とし、上記の光ファイバ用ＬＥＤの性能向上を一層確実なものとするのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバ用ＬＥＤの実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】本発明に係る光ファイバ用ＬＥＤの製造方法におけるオーミック電極の敷設工程を示す平面図である。
【図４】同じく本発明に係る光ファイバ用ＬＥＤの製造方法におけるエッチング工程を示す平面図である。
【図５】同じく本発明に係る光ファイバ用ＬＥＤの製造方法における絶縁層の形成工程を示す平面図である。
【図６】同じく本発明に係る光ファイバ用ＬＥＤの製造方法におけるボンディングパッドの形成工程を示す平面図である。
【符号の説明】
１……ＬＥＤチップ（光ファイバ用ＬＥＤ）
１ａ……発光部
２……Ｐ型クラッド層
３……活性層
４……Ｎ型クラッド層
５……半導体基板部
６……オーミック電極
７……ベース電極
８……絶縁層
９……ボンディングパッド
９ａ……渡り線部
１０……光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005012092.tif 000005
【図４】
2005012092.tif 000006
【図５】
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【図６】
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