(57)【要約】      （修正有）【課題】電極の断線を防止し、さらに基板及び半導体領域等との接合強度を高めた信頼性の高い電極構造を有する半導体発光装置を提供する。【解決手段】導電性を有している基板１と、前記基板上に形成される複数の半導体層を有する光取出し可能な第１の主面１４と、前記第１の主面と対向し且つ前記基板と結合される第２の主面１５を有する主半導体領域２と、前記主半導体領域の一部を覆っているボンディングパッド電極２０と、を有し、前記主半導体領域の前記ボンディングパッド電極に覆われた箇所において、前記第１の主面から前記第２の主面に貫通する孔１６が形成され、前記孔の底部に露出した前記基板には凹部９が形成され、前記孔を含む前記主半導体領域の表面を覆い且つ前記凹部が形成される箇所に第１の孔が形成される絶縁膜１７と、この絶縁膜上及び前記凹部の表面に配置され、前記ボンディングパッドと接続される接続導体層２２とを有する。【選択図】図３
2013175611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有している基板と、  前記基板上に形成される複数の半導体層を有する光取出し可能な第１の主面と前記第１の主面と対向し且つ前記基板と結合される第２の主面を有する主半導体領域と
前記主半導体領域の一部を覆っているボンディングパッド電極と、を有し、
前記主半導体領域の前記ボンディングパッド電極に覆われた箇所において、前記第１の主面から前記第２の主面に貫通する孔が形成され、
前記孔の底部に露出した前記基板には凹部が形成され、
前記孔を含む前記主半導体領域の表面を覆い且つ前記凹部が形成される箇所に第１の孔が形成される絶縁膜と
この絶縁膜上及び前記凹部の表面に配置され、前記ボンディングパッドと接続される接続導体層と
を有する半導体発光装置。
【請求項２】
前記凹部は、底部よりも開口部が広がっており、その側壁面と底面とで形成される角度が６０°以下の緩やかなテーパー角であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記孔は、前記第１の主面から前記第２の主面にかけて径が小さくなるよう形成され、その側壁面と前記基板表面とで形成される角度が６０°以下の緩やかなテーパー角であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記接続導体層は、前記ボンディングパッドから前記基板の外周に向かって延伸する帯状部を有し、前記帯状部が前記保護膜に形成された第２の孔を介して前記主半導体領域上に設けられた光透過性導電膜と接続されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記第２の孔の側壁面と前記光透過性導電膜の表面によって形成される角度が６０°以下の緩やかなテーパー角であることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体発光装置に関し、特に半導体発光装置の電極構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
過電圧保護素子を伴った半導体発光装置は、本件出願人に係わる特開２００６−６６８６３号公報（特許文献１）に開示されている。ここに開示されている半導体発光装置は、シリコン半導体基板と、この上に形成された複数の窒化物半導体層から成る発光半導体領域と、発光半導体領域の表面に形成された光透過性導電膜と、光透過性導電膜に接続されたボンディングパッド電極と、半導体基板の底面に形成された基板電極と、半導体基板の中又は上に形成された過電圧保護素子とを有する。過電圧保護素子はボンディングパッド電極の下に配置されているので、半導体発光装置の大型化を抑えて発光ダイオードを過電圧から保護することができる。
【０００３】
ところで、光透過性導電膜は、発光半導体領域のボンディングパッド電極よりも外周側部分に電流を流すために機能する。この機能を良好に得るために、光透過性導電膜の電気抵抗は小さく且つ光透過性は大きいことが望ましい。しかし、光透過性導電膜として一般に使用されているインジウム・錫・オキサイド（以下、ITOと言う）は、金属膜に比べて抵抗率が高い。また、ITOは１００％の光透過性を有してはいないので、極力薄く形成される。従って、ITOから成る光透過性導電膜のシート抵抗は比較的大きく、発光半導体領域のボンディングパッド電極から離れた部分に電流を十分に流すことが困難である。なお、ITO以外の材料で光透過性導電膜を形成する場合においても光透過性と導電性との両方を満足させることが困難であった。
【０００４】
上記問題を解決するために、特開２００７−３１１５０６号公報（特許文献２）に開示される半導体発光装置について、図１を用いて簡単に説明する。
図１は、従来の半導体発光装置を概略的に示す縦断面である。シリコン半導体基板１と発光素子用の主半導体領域２と第１の電極３と第２の電極４とを有し、シリコン半導体基板１には保護素子形成領域７を有し、第１の電極はボンディングパッド電極２０を有し、平面的に見て、保護素子形成領域７はボンディングパッド電極２０の内側に配置され、主半導体領域２の上に光透過性導電膜１９及び絶縁膜１７が配置され、さらに、絶縁膜１７に孔が形成され、この孔を含むように形成された帯状の接続導体層２２によってボンディングパッド電極２０と光透過性導電膜１９とが接続されている。
このように構成することで、過電圧保護素子を伴った半導体発光装置の小型化を図ると共に、主半導体領域の電流の均一化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−６６８６３号公報
【特許文献２】特開２００７−３１１５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したような半導体発光装置においては、一層の小型化が要請され、それに伴いボンディングパッド面積の縮小化が進んでいる。ボンディングパッドを含めた電極の面積が縮小すると、当該半導体発光装置を構成する基板及び半導体領域等と前記電極との接触面積が減少することになるため、接合強度が低下し信頼性を低下させるという問題がある。特にボンディングパッドには、ボンディングワイヤの接続の際に外力が加わるため、接合強度の低下は重大な不具合に繋がることになり、信頼性を高める必要がある。
また、前記電極の一部を構成する帯状の接続導体層は、半導体領域からの発光を阻害するため、その幅は出来るだけ狭く構成される。よって、断線等が生じやすいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体発光装置は、
導電性を有している基板と、  前記基板上に形成される複数の半導体層を有する光取出し可能な第１の主面と前記第１の主面と対向し且つ前記基板と結合される第２の主面を有する主半導体領域と
前記主半導体領域の一部を覆っているボンディングパッド電極と、を有し、
前記主半導体領域の前記ボンディングパッド電極に覆われた箇所において、前記第１の主面から前記第２の主面に貫通する孔が形成され、
前記孔の底部に露出した前記基板には凹部が形成され、
前記孔を含む前記主半導体領域の表面を覆い且つ前記凹部が形成される箇所に第１の孔が形成される絶縁膜と
この絶縁膜上及び前記凹部の表面に配置され、前記ボンディングパッドと接続される接続導体層と
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
電極の断線を防止し、さらに基板及び半導体領域等との接合強度を高めた信頼性の高い電極構造を有する半導体発光装置を提供できる。  
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来の半導体発光装置を概略的に示す縦断面である。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体発光装置を概略的に示す平面図である。
【図３】図２に示す本発明の実施例１に係る半導体発光装置のＡ−Ａ方向の縦断面である。
【図４】接続導体層の断線状態を示すイメージ図である。
【図５】図２に示す本発明の実施例１に係る半導体発光装置のＣ−Ｃ方向の縦断面である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、ここで示す実施形態は一例であって、本発明はここに示す実施形態に限定される趣旨ではない。
【００１１】
図２及び図３に、本発明の実施例1に従う半導体発光装置を示す。図２は、本発明の実施例１の半導体発光装置の平面図である。また、図３は、図２に示した本発明の実施例１の半導体発光装置のＡ−Ａ方向の断面図である。
【００１２】
半導体基板１は導電型決定用不純物としてボロン等の3族元素を含むｐ型単結晶シリコン基板から成り、一方の主面５と他方の主面６とを有し且つほぼ中央に保護素子形成領域７を有している。半導体基板１のp型不純物濃度は、例えば5×1018〜5×1019cm-3程度あり
、抵抗率は0.0001Ω・ｃm〜0．01Ω・ｃm程度である。従って、半導体基板１は導電性基
板であり、発光素子及び保護素子の電流通路として機能する。
更に、半導体基板１は、主半導体領域２のエピタキシャル成長のための基板としての機能、及び発光素子を構成するための主半導体領域２と第１の電極３との支持体としての機能を有する。半導体基板１の好ましい厚みは比較的厚い100〜500μmである。なお、図3から明らかなように半導体基板１の一方の主面５の外周部分に段差が形成され且つ中央に凹部９が形成されている。また、半導体基板１の外側領域８の不純物濃度を保護素子形成領域７よりも高くし、これにより、外側領域８の抵抗率を保護素子形成領域７よりも低くし、発光素子の動作時の外側領域８における電圧降下を低減することができる。
【００１３】
半導体基板１の保護素子形成領域７には、ｐｎ接合ダイオードを構成するためのｎ型半導体領域４０を形成し、保護ダイオードを構成している。
この保護ダイオードは、第１導電型半導体領域としてのｐ型半導体基板１と、このｐ型半導体基板１の保護素子形成領域７の中に島状に形成され且つ半導体基板１の一方の主面５に露出する表面を有している第２導電型半導体領域としてのｎ型半導体領域４０とから成る。ｎ型半導体領域４０はｐ型シリコン半導体基板１にｎ型不純物を拡散することによって形成されており、ｐ型シリコン半導体基板１との間にｐｎ接合を形成している。
保護素子形成領域７の表面の凹部９に露出しているｎ型半導体領域４０は、接続導体層２２とオーミック接触している。なお、接続導体層２２とｎ型半導体領域４０との間にｎ型半導体領域４０に対して良好にオーミック接触する金属層を追加して配置することもできる。ｎ型半導体領域４０は、平面的に見て、即ち主半導体領域２の一方の主面１４又はシリコン半導体基板１の一方の主面５に対して垂直な方向から見て、ボンディングパッド電極２０の内側に配置されている。
【００１４】
発光素子の主要部を構成するための主半導体領域２は、シリコン半導体基板１と異種の３−５族化合物半導体から成る複数の層を有し、シリコン半導体基板１の上に周知の気相成長法によって形成されている。更に詳細には、主半導体領域２は、ダブルヘテロ接合発光ダイオードを構成するためにｎ型バッファ層１０とｎ型半導体層１１と活性層１２とｐ型半導体層１３とを順次に有している。なお、ｎ型半導体層１１をｎ型クラッド層と呼び、ｐ型半導体層１３をｐ型クラッド層と呼ぶことがある。発光ダイオードは原理的にｎ型半導体層１１とｐ型半導体層１３のみで構成できる。従って、主半導体領域２からｎ型バッファ層１０と活性層１２とのいずれか一方又は両方を省くことができる。また、必要に応じて周知の電流分散層又はオーミックコンタクト層等を主半導体領域２に付加することができる。主半導体領域２の第１の主面１４及び第２の主面１５は半導体基板１に平行に延びている。主半導体領域２の第１の主面１４は活性層１２で発生した光を外部に取り出す面としての機能を有する。主半導体領域２の第２の主面１５は半導体基板１に電気的及び機械的に結合されている。
【００１５】
主半導体領域２は、第１の主面１４から第２の主面１５に貫通する孔１６をそのほぼ中央に有している。
孔１６は、凹部９を形成する前のシリコン半導体基板１の上に主半導体領域２をエピタキシャル成長させた後にエッチングによって形成される。この際、主半導体領域２の側壁面と半導体基板１の一方の主面５とで形成される角度θ１が６０°以下の緩やかな角度で形成されることが好ましい。この角度θ１が垂直に近い急峻な角度で形成された場合、図４に示すように、主半導体領域２の側壁面と半導体基板１の一方の主面５とが接触する箇所において、半導体基板１の一方の主面５に窪み５０が生じる。この窪み５０の発生によって、当該窪みの上に絶縁膜１７を介して形成される接続導体層２２は断線が生じやすく、特にボンディングの際の衝撃などが加わった場合等に接続導体層２２が断線しやすい。
角度θ１が６０°以上となると、接続導体層２２の断線する危険性が著しく高まるため、当該窪みの発生が生じないように、角度θ１は６０°以下の緩やかな角度に形成する必要がある。
なお、角度θ１を比較的緩やかに形成するには、主半導体領域２形成後のドライエッチングにおいて、エッチングマスクとして使用するレジストの端面を緩やかなテーパー状に形成し、その後エッチングを行うことで角度θ１は６０°以下の比較的緩やかな角度に形成することができる。また、ドライエッチング時の選択比（前記レジストと主半導体領域２のエッチレート比）を下げることでも形成することができる。
【００１６】
半導体基板１の凹部９は、孔１６の底部に半導体基板１の一方の主面５をエッチングすることによって形成されるが、具体的には、半導体基板１の一方の主面５から２０ｎｍ〜２μｍの深さに掘下げることで形成される。さらに、凹部９の側壁面と底面によって形成される傾斜角θ２は、６０°以下の緩やかな角度とすることが好ましい。凹部９の表面には、接続導体層２２が形成されるが、上述したように、ボンディングパッド２０からボンディングの際の衝撃などが接続導体層２２に加わるため、傾斜角θ２を垂直に近い角度に形成した場合、接続導体層２２の断線が生じることになるからである。
なお、シリコン半導体基板１の凹部９は保護素子形成領域７に設けられている。
【００１７】
第1の電極（上側電極）３は、光透過性導電膜１９と、ボンディングパッド電極２０と接続導体層２２とから成る。ボンディングパッド電極２０は接続導体層２２を介して光透過性導電膜１９に接続されていると共に凹部９の表面にも接続されている。従って、ボンディングパッド電極２０は発光ダイオードのアノード機能の他にｐｎ接合による保護ダイオードのカソード機能を有する。
【００１８】
光透過性導電膜１９は主半導体領域２の第１の主面１４の表面のほぼ全部に配置され、ここにオーミック接触している。従って、既に説明したように光透過性導電膜１９は主半導体領域２に電流を均一に流すために寄与し、且つ主半導体領域２から放射された光の取り出しを可能にする。この実施例の光透過性導電膜１９は厚さ１８００オングストローム程度のＩＴＯ（インジウム・錫・オキサイド）から成る。なお、光透過性導電膜１９をＩＴＯ以外のＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ａｕ、Ａｇ等から選択された材料で形成することもできる。しかし、いずれの材料で形成する場合であっても光透過性導電膜１９の光透過性を高めることが必要であり、光透過性導電膜１９をあまり厚く形成することができず、例えば５００〜５０００オングストローム、好ましくは１８００オングストローム程度に形成される。光透過性導電膜１９が薄く形成されると、光透過性導電膜１９のシート抵抗が必然的に高くなり、主半導体領域２のボンディングパッド電極２０から離れた部分に電流を十分に流すことができない。この問題を解決するために接続導体層２２が設けられている。接続導体層２２は、光透過性導電膜１９とボンディングパッド電極２０とを電気的に接続し、主半導体領域２における電流の均一性の向上に寄与する。
【００１９】
絶縁膜１７は、光透過性導電膜１９の大部分、主半導体領域２の光透過性導電膜１９で覆われていない部分及び側面、及び半導体基板１の一方の主面５の一部を覆っている。
【００２０】
絶縁膜１７は上記機能を得るために光透過性導電膜１９よりも光透過性が良い材料、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ２）、によって光透過性導電膜１９、主半導体領域２、及び半導体基板１の表面を覆うように形成されている。絶縁膜１７は光透過性導電膜１９よりも光透過性が良い材料（ＳｉＯ２）から成るので、この厚みを光透過性導電膜１９よりも厚い例えば１５００〜１００００オングストロームとすることができる。絶縁膜１７は第１の孔１７ａをその中央に有する他に、ボンディングパッド電極２０から光透過性導電膜１９の外周方向に帯状に伸びる複数（４個）の第２の孔１７ｂを有する。帯状の第２の孔１７ｂの一端はボンディングパッド電極２０にできるだけ近いことが望ましく、帯状の第２の孔１７ｂの他端は光透過性導電膜１９の外周縁にできるだけ近いことが望ましい。帯状の第２の孔１７ｂの幅は、接続導体層２２よりも狭く且つ接続導体層２２によるボンディングパッド電極２０と光透過性導電膜１９との電気的接続を確保できる範囲においてできるだけ狭いことが望ましく、例えば２μm〜１０μｍ程度に決定される。なお、ボンディングパッド電極２０と光透過性導電膜１９との電気的接続のための第２の孔１７ｂは、ボンディングパッド電極２０の下を除いたこれよりも外側に設けられ絶縁膜１７の第２の孔１７ｂを有さない部分がボンディングパッド電極２０と主半導体領域２との間に配置されているので、ボンディングパッド電極２０に基づいて主半導体領域２に発生する応力が絶縁膜１７によって良好に抑制されている。
【００２１】
接続導体層２２は、図２から明らかなようにボンディングパッド２０の下部を中心として、絶縁膜１７の４個の第２の孔１７ｂに対応して４つの帯状部が設けられている。また、各接続導体層２２の帯状部は、図５に示すように、絶縁膜１７の上に配置された帯状の被覆部分２４と第２の孔１７ｂの中に配置された充填部分２５とを有する。充填部分２５は光透過性導電膜１９に電気的に接続されている。接続導体層２２は、光透過性導電膜１９よりも抵抗率の低い材料で形成され、且つ光透過性導電膜１９よりも低いシート抵抗率を有する。この実施例では絶縁膜１７の上全体及び第２の孔１７ｂの中にＡｕ（金）を２５００〜１０００００オングストローム程度に蒸着し、その後エッチングによって不用部分を除去することによって接続導体層２２が形成されている。接続導体層２２の帯状部における充填部分２５はボンディングパッド電極２０から光透過性導電膜１９の外周端近くまで延びているので、光透過性導電膜１９を介して活性層１２を含む主半導体領域２に電流を良好に分散して流すために寄与する。接続導体層２２の帯状部、即ち図２におけるＣ−Ｃ切断線で切った断面図を図５に示す。絶縁膜１７に設けられた第２の孔１７ｂは、角度θ３とした緩やかな開口部となっている。この第２の孔１７ｂは、絶縁膜１７をウェットエッチングにより、緩やかなテーパーとなるよう形成する。具体的には、フッ酸とフッ化アンモニア水を１：１０の割合とし、室温でエッチングを行う。孔１７ｂの側壁面と光透過性導電膜１９の主面とで形成される角度θ３は６０°以内とすることが好ましい。特に接続導体層２２の幅は出来る限り小さく形成されることから、外部からの衝撃に弱く、角度θ３を６０°以上とした場合、断線する危険性が著しく高くなる。角度θ３を緩やかに形成することで、接続導体層２２の蒸着時の被覆性が向上し、段切れを防止することが出来る。
【００２２】
接続導体層２２は４つの帯状部を有しているが、図２及び図３に示すように、ボンディングパッド２０下に形成される孔１６及び凹部９の表面にも一体として形成される。孔１６の表面には、絶縁膜１７を介して形成され、絶縁膜１７に形成される第1の孔１７ａを介して凹部９の表面に形成される。そして、凹部９の側壁部及び底部において、ｎ型半導体領域４０とオーミック接触するよう構成される。このようにボンディングパッド２０下においては、凹部９が形成されることで、半導体基板１と接続導体層２２との接合面積が大きくなり、接続導体層２２と保護素子部７との接合強度を高めることが可能となる。また、接続導体層２２は、ボンディングパッド２０下において、孔１６及び凹部９の表面に一体として形成されているため、ボンディングパッド２０との接合面積も大きくなり、ボンディングパッド２０との接合強度も高めることができる。なお、ボンディングパッド電極２０は光透過性導電膜１９よりも抵抗率の低い材料（例えば、Ａｕ，Ｎｉ）によって構成されている。
【００２３】
第２の電極（基板電極）４は金属層からなり、半導体基板１の他方の主面６の全面に形
成されている。即ち、第２の電極４は半導体基板１の保護素子形成領域７及び外周側領域
８の両方の下面にオーミック接触している。
【符号の説明】
【００２４】
１  半導体基板
２  主半導体領域
３  第1の電極
４  第2の電極
７  保護素子形成領域
１７  絶縁膜
１７ａ  第1の孔
１７ｂ  第2の孔
１９  光透過性導電膜
２２  接続導体層
【図２】
2013175611.tif 000003
【図３】
2013175611.tif 000004
【図４】
2013175611.tif 000005
【図５】
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【図１】
2013175611.tif 000007