(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
pn接合を少なくとも一つ有し、ワイヤボンディング用のｐ及びｎの電極パッドを前記pn接合の利用面側に両方とも有する半導体光素子において、
前記ｐ及びｎの電極パッドは矩形状の素子の対角の位置に配設されるものであり、
当該半導体光素子はGaN系半導体を積層して形成され、
前記pn接合の利用面の上部を覆う透明電極が形成されており、
前記透明電極の下部において、前記ｐの電極パッドが配設されるべき矩形状の素子の一角に通電電流を制限する、上面に前記透明電極のシリサイドの形成を防ぐチタン又はクロムから成るバリア層を有する酸化シリコン(SiO2)または窒化シリコン(Si3N4) から成る高抵抗層を有し、
前記透明電極の上であって、前記高抵抗層の上部にｐの電極パッドを設けた
ことを特徴とする半導体光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、pn接合を少なくとも一つ有する発光素子あるいは光検出素子等の半導体光素子に関し、特に、ワイヤボンディング用の電極パッドを有する半導体光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ワイヤボンディング用の電極パッドを有する半導体光素子は、図５の半導体チップ５００で示される構成が多い。即ち、電極パッド１０、１１が形成された側が発光面または受光面という機能面として利用される。つまり、ボンディング用の電極パッド１０を発光面（または受光面）領域に形成している。通常はpn接合面が発光面、受光面となるので、その面の一部の上に電極パッド１０を形成した構成としている。またもう一方の電極パッド１１は、pn接合の下側と接続するため、発光面の一部を切り欠き、下側の半導体活性層を露出させて形成してある。そして電極パッド１０、１１の上に、超音波ボンディング装置等を用いて図示しないボンディングワイヤを接続させ、発光素子（ LED）の場合では、利用する際に発光のための電圧を印加する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この構造の半導体光素子において、室温連続点灯試験や高温連続点灯試験などの耐久試験を実施すると、電極パッド付近で劣化が生じて、製品としての品質を低下させている問題があった。
【０００４】
従って本発明の目的は、耐久性を低下させないために、電極付近の劣化を防ぎ、流れる電流を効率良く利用するワイヤボンディング電極を有する半導体光素子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、この電極パッドにワイヤボンディングする際に、電極パッド直下の半導体領域に、ボンディング手段である超音波によってダメージが与えられていることを確認したので、このダメージが、通電時にマイグレーションとして劣化を早めていると判定し、電極パッドに隠れて発光または受光に寄与しない領域を通電させないようにすることが解決する手段と判断した。そこで、上記の課題を解決するため本発明の構成は、
pn接合を少なくとも一つ有し、ワイヤボンディング用のｐ及びｎの電極パッドをpn接合の利用面側に両方とも有する半導体光素子において、ｐ及びｎの電極パッドは矩形状の素子の対角の位置に配設されるものであり、この半導体光素子はGaN系半導体を積層して形成され、pn接合の利用面の上部を覆う透明電極が形成されており、透明電極の下部において、ｐの電極パッドが配設されるべき矩形状の素子の一角に通電電流を制限する、上面に透明電極のシリサイドの形成を防ぐチタン又はクロムから成るバリア層を有する酸化シリコン(SiO2)または窒化シリコン(Si3N4) から成る高抵抗層を有し、透明電極の上であって、高抵抗層の上部にｐの電極パッドを設けたことである。
【０００６】
【作用】
ワイヤボンディング電極を形成する際に、ワイヤを電極パッドにあてて超音波加工等によりボンディングを形成することから、電極パッド下のGaN系半導体層が超音波のエネルギーでダメージを受け、結晶性が低下して、電圧を印加した際の通電電流によってダメージを受けた領域がマイグレージョン等を引き起こし、耐久性低下につながっていることが判明した。そのため、光取り出しまたは光検出等の光信号に直接関係しない電極パッド下部のGaN系半導体領域に、電流を流しにくくする高抵抗層もしくは絶縁層を薄く形成する。この高抵抗層の存在によって電流は電極パッド領域下部には流れにくくなり、電極パッド領域以外の発光（もしくは受光）に寄与するGaN系半導体層に流れる。
【０００７】
光素子が発光素子で、GaN系半導体層の上側がｐ層である時、その上に形成される電極パッドの下部、透明電極を介した下に高抵抗層として酸化シリコン(SiO2)が形成してある場合、この酸化シリコン(SiO2)層の下のｐ層にはほとんど電流が流れず、電極パッドが形成された以外のｐ領域で電流が流れ、電極パッドで覆われていない領域で発光される。このように、高抵抗層は電極パッドの下のGaN系半導体層に電極を流さないようにする。
【０００８】
【発明の効果】
ワイヤボンディングされる電極パッドの下部のGaN系半導体層に電流が流れないので、ボンディング工程でダメージを受けた、電極パッド下部のGaN系半導体層が、それ以上ダメージを増大させず、劣化が抑制される。また不透明な電極の下部には電流が流れず、信号に寄与する領域側に流れるので、通電電流が効率的に利用される。 LEDの場合、発光に寄与する電流が多くなることから、発光効率が向上する。ボンディングでダメージを受けている電極パッド下の領域にはあまり電流が流れないため、マイグレーションが抑制され、製品としての寿命が長くなり、品質が向上する。それは加速劣化試験において、著しい改善が得られていることからも判る。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
（第一実施例）
図１は、本発明をGaN 系LED １００のｐ電極パッド１０の下部に酸化シリコン(SiO2)層１５を形成した場合の模式的見取り図である。LED １００の基板はサファイヤ基板１であり、その上にpn接合（ｐ層１３、ｎ層１４）が縦型接合に形成され、上面にｐ電極となる透明電極１２が形成され、その一部にｐ電極パッド１０が形成されている。このｐ電極パッド１０と、図１に示すようなｎ電極パッド１１とに、それぞれ図示しないワイヤでボンディングされて電気的接続がなされ、通電してｐ層を通して発光させる。両電極パッド１１、１２はワイヤボンディングするために少なくともその表面がアルミ(Al)や金(Au)などの金属材料で形成されている。
【００１０】
このｐ電極パッド１０の下に、酸化シリコン(SiO2)の高抵抗層１５が形成してあり、その高抵抗層１５から下の半導体層領域にはｐ電極パッド１０（正確には透明電極１２）から電流が流れないようになっている。電流は酸化シリコン(SiO2)の高抵抗層１５を通過しないため、透明電極１２を介して高抵抗層１５の周辺に流れる。結局、 LED１００として、電極パッド１０のない発光面側にほとんど流れ、電流が発光に寄与する領域へほとんど流れる。
【００１１】
上の実施例では絶縁膜を酸化シリコン(SiO2)で示したが、これ以外の絶縁体、例えば窒化シリコン(Si3N4) などの絶縁膜でももちろん構わない。
【００１２】
（製法）
ここでｐ電極パッド１０直下で透明電極１２の下部に高抵抗層１５を形成する製造方法を図２を用いて説明する。
(1) 図２(a) でウエハ状態の各チップにＲＩＥエッチングによってチップの発光部分のｐ領域となる形状（矩形に一部切り欠きを有する形状）を形成する。図に示した枠内は非エッチング領域で発光面として残す部分（ｐ領域）である。ここでは各チップが二つ並んでいる所を示してある。二つのチップの間は分離するための領域である。
(2) 次に、ｐ電極パッド１０を形成する範囲（図の右下の矩形切り欠き部）に酸化シリコン(SiO2)層１５を形成する（図２(b))。これはマスクを用いて形成する。そして場合によっては、その酸化シリコン(SiO2)層１５上面に、コンタクト用のチタン(Ti)もしくはクロム(Cr)の薄膜を形成する。
(3) 次にこのｐ領域全体にわたってニッケル(Ni)を20Å、その上に金(Au)を50Å程度の透明電極１２を蒸着法などで形成する（図２(c))。
(4) そしてその上に電極パッド１０および１１をｐ電極とｎ電極に、金(Au)またはアルミ(Al)またはニッケル(Ni)で 1.7μｍ程度の厚さに形成する。透明電極１２と同じ材料で形成する場合、電極パッド部分だけを厚く形成する形になる。透明電極１２と同一でない材料の場合は、接続面がオーミック性を持つように、必要に応じてバリア層を形成するなどして電極パッドを形成する（図２(d))。
【００１３】
このような構成とすることで、ｐ電極パッド１０を流れる電流はｐ電極パッド１０下部の領域を流れずに、透明電極１２を通じてpn接合の発光に寄与する領域へと流れるため、通電による電極パッド直下部分のダメージ拡大、あるいは耐久性低下が抑制される。
【００１４】
（第二実施例）
図３は、ｐ電極パッド１０の部分を横から見た模式的構造断面図である。図１ではｐ層の一部を切り欠いて酸化シリコン(SiO2)層１５としたが、ここでは酸化シリコン(SiO2)層１６をｐ層１３の上に形成して絶縁層（高抵抗層）として使う例である。この場合、用いる酸化シリコン(SiO2)層（高抵抗層）１６は厚く形成する必要はない（なお図３は膜厚の比を反映していない）。しかしこの酸化シリコン(SiO2)層１６は、電子線照射して半導体層１３をｐ伝導型に形成する際に電子線を遮るマスクとして存在するので、半導体層１３の酸化シリコン(SiO2)層１６の下の部分はマスクのない領域よりはキャリア濃度が少ない。すなわち高抵抗のままとなる。そしてこの上の領域も含めてｐ層１３の上に透明電極１２を形成する。なお、場合によっては、図示したように、酸化シリコン(SiO2)層１６の上にシリサイドの形成を防ぐチタン(Ti)やクロム(Cr)のバリア層１７を薄く形成しても良い。
【００１５】
そして透明電極１２の上から、酸化シリコン(SiO2)層１６を形成した領域上にｐ電極パッド１０を蒸着等で形成する。このように高抵抗層１６を形成してもｐ電極を流れる電流は、ｐ層１３の厚さが薄いので、ｐ層１３の電極パッド１０の下側には回り込まず、発光に寄与する領域を流れる。なお酸化シリコン(SiO2)層の代わりに窒化シリコン(Si3N4) 層や他の絶縁層を用いても良い。
【００１６】
（第三実施例）
図４はGaN 系LED ２００におけるｐ電極部分の断面を示した模式的構成断面図である。この LED２００は上側にｐ層を形成する際にクラッド層である p-AlGaN(Mg-doped)層３６とGaN(Mg-doped) 層３７に電子線照射して得ている。ここで電子線照射を全ての領域に施さないで、図３に示すようなイメージで、酸化シリコン(SiO2)のマスク３８でｐ電極パッド１０が形成される領域を覆って電子線が照射されないようにする。そうすることで、クラッド層３６、およびGaN 層３７はｐ伝導型とならず高抵抗のままとなる。その後、マスク３８を除去して、その上に透明電極１２を形成すれば、ｐ電極パッド１０の下側領域には高抵抗な層が形成されたまま（図４の３６、３７のハッチング部分）となり、ボンディングによってこの領域がダメージを受けたとしても、この領域にはほとんど通電されずにダメージを増大しにくく、LED の寿命を伸ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の半導体光素子(GaN系LED)の模式的構成見取り図。
【図２】  本発明の半導体光素子の構成の形成方法。
【図３】  第二実施例のGaN 系LED(一部）の模式的構成断面図。
【図４】  第三実施例のGaN 系LED(一部）の模式的構成断面図。
【図５】  従来の半導体光素子の模式的構成見取り図。
【符号の説明】
１００、２００  半導体光素子（窒素化合物系半導体発光素子）
１  サファイヤ基板
１０  ｐ電極パッド
１１  ｎ電極パッド
１２  透明電極
１３  ｐ層（半導体活性層）
１４  ｎ層（半導体活性層）
１５  高抵抗層（酸化シリコン(SiO2)絶縁層）
１６  高抵抗層（酸化シリコン(SiO2)絶縁層）
１７  バリア層（チタン(Ti)やクロム(Cr)など）
３５  ｐ層以外の接合層（ｉ層およびｎ層）
３６  クラッド層（AlGaN(P,Mg-doped))
３７  GaN( P, Mg-doped) 層
３８  マスク（酸化シリコン(SiO2)）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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