JP4065655B2 - Flip-chip type semiconductor light-emitting device, manufacturing method thereof, light-emitting diode lamp, display device, and electrode for flip-chip type semiconductor light-emitting device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、透明半導体層の表面から光を取り出す半導体発光素子及び発光ダイオードランプに係わり、特にワイヤーボンドを用いないフリップチップ型半導体発光素子および発光ダイオードランプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体発光ダイオードは、半導体発光素子の表面の金やアルミニウム電極に金やアルミニウムの細線等をワイヤーボンドして組み立てるのが一般的であった。発光ダイオードの輝度を向上させるため、透明基板を利用した技術が開示されており、例えば特開昭61−102786号公報には、透明基板上に発光構造を形成する方法が開示されている。特開平6−302857号公報には、不透明な基板上に発光構造を形成した後さらに透明層を形成し、しかる後前記不透明な基板を除去する方法が開示されている。また、特開平8−130326号公報には、不透明な基板上に発光構造を形成し、これに透明な基板を貼り合わせ、しかる後前記不透明な基板を除去する方法が開示されている。さらに特開平9−186365号公報に記載されているように、透明基板を用いて裏面の金属電極による反射効果を利用した技術も提案されている。
また、ワイヤーボンディング工程を省略し生産性に優れ、ワイヤーの断線などの不具合の発生しない、いわゆるフリップチップ型の半導体発光素子も提案されている。これらの半導体発光素子は、液相エピタキシャル法で形成した発光に対して透明な厚いAlGaAs半導体層を利用している(特開平9−27498号公報参照)。また、GaN系の発光素子では、透明で絶縁性のサファイヤ基板を用いることが多く、表面に銀白色金属を用いて反射光による輝度向上効果を目的としたフリップチップ型発光素子の技術が開示されている(特開平11−191641号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、生産性、信頼性に優れ、片面に2つの電極を有するフリップチップ型の半導体発光素子は、利用できる半導体発光素子の材質、構造に多くの制約があるので、実用化されている発光ダイオードは数少ないのが現状である。近年、実用化されてきた発光層がAlGaInP系の高輝度発光ダイオードでは、多くの問題点からフリップチップ型の半導体発光素子は実用化されていない。
本発明は、これらの問題点を解決し、高輝度のAlInGaP系半導体発光素子でも採用可能なフリップチップ型半導体発光素子の構造と、それを用いた発光ダイオードランプを提供するものである。
従来のフリップチップ型半導体発光素子の第1の問題点は、GaN系の発光素子のように透明電極を形成できる材料以外では、オーミック電極と半導体との界面が光の吸収層となり発光強度が低下する点である。
第2の問題点は、裏面から発光層の距離が大きすぎると、第1の電極と第2の電極の段差が大きくなり、配線不良が発生しやすくなる問題が発生する。ここで裏面とは半導体発光素子の光を取り出す面(発光面)と反対側の面をいう。
第3の問題点は、裏面と発光層の距離が近過ぎる場合は、発光層へ至るまでに電流が充分に拡散できず、発光層の発光効率が低下する問題がある。
第4の問題点は、半導体発光素子の厚さが薄い場合は、機械的強度が弱く取り扱い時のワレ等により不良が多発する問題がある。
【0004】
また、絶縁性の基板を用いる場合は、電流が流れる領域が狭く抵抗が高くなり、順方向電圧が高くなり、消費電力の増大を招く問題がある。
本発明は、上記の問題点に鑑み提案されたもので、生産性良く製造でき、高輝度で消費電力が少なく、その上ワイヤーボンディングによる配線の工数を減らして組み立てコストを低くすることができるフリップチップ型の半導体発光素子及びそれを用いた発光ダイオードランプを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の問題点を解決するために研究した結果、基板に用いる材質と発光素子の厚さを限定し、裏面と発光層との距離を近づけても電流拡散層により輝度の低下を招かない素子構造を開発した。
【0006】
上記問題点を解決するため本発明は、第2導電型を有し、発光部からの発光に対して透明な透明半導体層と、該透明半導体層の一方の面上に順次積層された第2導電型半導体層と第1導電型半導体層とからなり、pn接合構造の発光部を有するAlGaInPからなる半導体層と、前記透明半導体層と反対側の第1導電型半導体層の表面の一部に分散して形成された、第1導電型半導体層とオーミック接触する第1の電極と、該第1の電極が形成された第1導電型半導体層の表面上に、第1導電型半導体層と第1の電極とを覆って形成された電流拡散層と、前記半導体層の一部が除去されることによって露出された前記透明半導体層の一方の面上に形成された、電流拡散層と電気的に分離され、かつ前記透明半導体層とオーミック接触する第2の電極とを備え、前記電流拡散層が、前記発光部からの発光を反射する反射層をなしており、前記第1の電極が、第1導電型半導体層の表面に複数個配置され、前記第1の電極の面積の合計が、第1導電型半導体層の表面積の2%以上30%以下であり、前記第1の電極と第1導電型半導体層との接触抵抗が、前記電流拡散層と第1導電型半導体層との接触抵抗に比べて小さく、前記第1の電極と第1導電型半導体層との接触抵抗が、50Ω以下であり、前記第1の電極の厚みが0.2〜1.0μmの範囲であり、前記第2の電極の厚みが2〜6μmの範囲であり、前記半導体層の厚みが2〜5μmの範囲であり、前記第1の電極表面と前記第2の電極表面とのレベル差が4μm以内にあり、前記第2の電極と透明半導体層または第2導電型半導体層との接触抵抗が50Ω以下であり、前記第2の電極が素子のコーナー部分に扇形に設けられていて、前記透明半導体層のキャリア濃度が、2×1016cm−3以上であり、前記透明半導体層の比抵抗が、1Ωcm以下であり、前記透明半導体層の厚さが50〜100μmの範囲であり、前記透明半導体層がGaPからなるフリップチップ型半導体発光素子とした。
このような構造の半導体発光素子とすることにより、半導体発光素子に印加した電流が半導体層の表面の一部に分散して形成された第1の電極を介して、素子全面に拡がるので発光領域が拡大して発光効率が高くなり、かつ裏面方向に発光した光を電流拡散層により効果的に反射させ、しかも発光した光を基板で吸収されることなく外部へ取り出すことができるので、高輝度の発光素子が得られる。その上素子の片面から電流を印加することができるので、半導体発光素子を他の電子機器に実装する際に、作業が容易となり、能率を向上させることが可能になる。
【0007】
本発明においては、上記の通り、前記電流拡散層が、発光部からの発光を反射する反射層をなしていることが好ましい。
このような電流拡散層は、金または金合金を含む金属薄膜から構成することが可能である。あるいはまた高融点金属を含む金属薄膜から構成することも可能である。高融点金属としてはクロム、白金またはチタンのうちの1種もしくはそれらの合金を利用することができる。
本発明における前記電流拡散層は、2種類以上の金属の多層膜で構成してもよい。
電流拡散層の厚さは、0.5μm〜3μm程度が適する。
これらの金属薄膜は、電気伝導度が高いので印加電流を広範囲に拡散させる作用を有し、かつ光の反射率も高いので発光層で発光した光を反射させる機能も併せ持ち、光を発光面から効率良く外部へ取り出すことを可能にする。
【0008】
また、本発明においては、上記の通り、第1の電極を第1導電型半導体層の表面に複数個配置するのが好ましい。そして該第1の電極の面積の合計は、第1導電型半導体層の表面積の2%以上30%以下とするのが好ましい。
このような構成とすることにより、印加電流が発光層全域にほぼ均等に拡散し、しかも電流拡散層方向に放射された発光が大幅に吸収されることなく効果的に反射させることができるので、半導体発光素子輝度が向上する。
【0009】
更に、本発明においては、上記の通り、前記第1の電極と第1導電型半導体層との接触抵抗を、前記電流拡散層と第1導電型半導体層との接触抵抗に比べて、小さくすることが好ましい。そして前記第1の電極と第1導電型半導体層との接触抵抗は、50Ω以下とするのが好ましい。
前記第1の電極と第1導電型半導体層との接触抵抗が、前記電流拡散層と第1導電型半導体層との接触抵抗に比べて小さければ、発光素子の動作電流は、電流拡散層から優先的に第1の電極を介して半導体層に流れるため、第1の電極の配置に応じて素子全面に広がる効果がある。
また、前記第1の電極の面積の合計を、第1導電型半導体層の表面積の2%以上のなるように確保すれば、第1の電極と第1導電型半導体層との接触抵抗が50Ω以下となり、電流の供給も円滑となり、視野も十分確保される。
【0010】
更にまた、本発明の半導体発光素子においては、上記の通り、前記第1の電極表面と前記第2の電極表面とのレベル差を、4μm以内にするのが好ましい。本発明の半導体発光素子は、構造上また製作方法からして、前記第1の電極表面と前記第2の電極表面とのレベル差が生じるのは避けられない。しかし、レベル差があまり大きくなるとランプに組み立てる実装工程で、接続不良を生じる恐れがある。レベル差が4μm以内であれば、たとえば半田バンプ等を利用してランプに組み立てる工程でレベル差を吸収して接触不良を防止できるので、製品不良の発生を防ぐことができる。
また、上記の通り、前記発光部をAlGaInPから構成するのが好ましい。AlGaInP4元混晶半導体は、直接遷移型半導体なので発光出力が高く、しかもAlとGaの混晶比を変えることにより、発光波長を変えることができる。また、市販のGaAs単結晶基板との格子整合がとり易い利点がある。
【0011】
本発明の半導体発光素子においては、前記透明半導体層のキャリア濃度を、2×1016cm-3以上とするのが好ましい。また、前記透明半導体層の比抵抗が1Ωcm以下であることが好ましい。
半導体層の比抵抗は、半導体層中のキャリアによって決まり、キャリアが多くなれば比抵抗が低くなる。キャリア濃度が2×1016cm-3以上で比抵抗が1Ωcm以下の透明半導体層を使用すれば、低い順方向電圧で動作させることができる利点がある。
【0012】
上記のようなキャリア濃度が高く、比抵抗が低い半導体層としてはGaPが利用できる。GaPはバンドギャップエネルギーが大きいので、AlGaInPを発光部構造にした場合、広範囲の発光波長に対して透明な性質を有するものとなる。また、GaPは良質の結晶を得易い利点もある。
【0014】
さらに、本発明の半導体発光素子においては、前記第1導電型をn型とし、前記第2導電型をp型とするのが好ましい。
市販のGaAs単結晶基板はn型の方が結晶欠陥の少ない、良質の基板が入手できるのと、一般にn型の電極の方が抵抗が低く、積層順序を考慮すると第1の電極の面積を小さくすることができるからである。
【0015】
本発明のフリップチップ型半導体発光素子においては、半導体発光素子の全厚を、50μm以上100μm以下とするのが好ましい。
不透明な半導体基板に代わり、透明で低抵抗な半導体層を支持層として使用するが、この透明で低抵抗な半導体層を厚く形成して全厚を厚くすれば透明な支持層とすることができ、後述の発光ダイオードランプに組み立てる際にも好都合である。ただし、あまり厚くし過ぎると不経済となる。
【0016】
次に、本発明のフリップチップ型半導体発光素子の製造方法は、GaAsからなる半導体基板上にAlGaInPからなる発光部を含む半導体層と透明半導体層を順次積層し、次に該半導体基板を除去し、ついで半導体基板を除去した側の前記半導体層の表面に、第1の電極および電流拡散層を形成し、透明半導体層又は第2導電型半導体層の表面に第2の電極を形成する製造方法とした。ここで使用する前記半導体基板はGaAs基板が好んで用いられ、GaAs基板はAlGaInP発光部からの緑色ないし赤色の発光に対しておおむね吸収層として働く半導体である。
したがって、本発明の製造方法では、良質のGaAs基板上にエピタキシャル成長層を形成した後、光吸収層となるGaAs基板を除去する方法を採用することとした。
【0017】
本発明の半導体発光素子の製造方法では、AlGaInPからなる発光部をエピタキシャル成長させることとした。そしてエピタキシャル成長の手段として、有機金属化学気相堆積法(MOCVD法)を採用した。MOCVD法によれば、成長層の組成、層厚、電気的性質の制御が容易である。
また、本発明の半導体発光素子の製造方法では、前記透明半導体層を気相エピタキシャル成長法(VPE法)によって積層することもできる。
VPE法はMOCVD法に比べて成長速度を速めることができるので、厚い透明半導体層を効率よく形成することが可能となる。
【0018】
本発明の発光ダイオードランプは、基材と、該基材に互いに電気的に隔離して形成された第1および第2の電極端子と、該第1および第2の電極端子にそれぞれ電流拡散層および第2の電極を電気的に接続させた請求項1から請求項8のいずれかに記載のフリップチップ型半導体発光素子と、該半導体発光素子を封止する封止材とを具備する発光ダイオードランプである。
本発明の発光ダイオードランプにおいては、前記第1および第2の電極端子が前記基材表面の同一平面に形成され、前記半導体発光素子が基材の該平面に重ねて載置されることが好ましい。
また、前記第1および第2の電極端子と電流拡散層および第2の電極との電気的接続を、金または半田からなるバンプにより行うことが好ましい。
このような構造にすれば、半導体発光素子の一面に2個の電極が設けられているので、半導体発光素子を電子機器上の電極端子の所定位置に載置するのみで、ワイヤーボンディングを用いずに発光ダイオードランプに組み立てることが可能となる。また、基材上の半導体発光素子を搭載した表面と反対側の面に電極端子を延設しておけば、他の電子機器に実装する際にも所定位置に置くだけで発光ダイオードランプの接続配線が可能となる。
【0019】
本発明の表示装置は、前記記載の本発明になる発光ダイオードランプを用いた表示装置である。本発明になる発光ダイオードランプを用いれば、接続端子が片面に配置されているので、実装作業が極めて容易となり、生産効率が大幅に向上する利点を有する。
【0020】
本発明のフリップチップ型発光素子用電極は、発光部を有する半導体層の表面の一部に分散して形成された、該半導体層とオーミック接触する第1の電極と、該半導体層の表面上に、該半導体層と該第1の電極とを覆って形成された電流拡散層とからなる発光素子用電極である。
また本発明の発光素子用電極は、前記電流拡散層が発光部からの発光を反射する反射層を兼ねたものとするのが好ましい。
さらに、前記第1の電極が半導体層の表面に複数個配置されているのが好ましい。
このような電極構造とすれば、電流拡散層を介して発光面全面に電流が行き渡るので、発光面全面で均一な発光が得られ、輝度向上が図れる利点を有する。また、電流拡散層は光の反射層も兼ねているので、一層輝度を向上させることができる
【0021】
本発明の発光素子用電極は、前記第1の電極と半導体層との接触抵抗を、前記電流拡散層と半導体層との接触抵抗に比べて小さくするのが好ましい。
このように電極を構成すれば、前記のようにして半導体発光素子全体に動作電流を広げられるようになる利点がある。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1および図2はこの発明のフリップチップ型半導体発光素子の概略構成を模式的に示す図で、図1はその平面図、図2は図1の線A−A’に沿った断面を示す図である。
尚、以降の各図においては各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさ表示するために、各層や各部材の各方向毎の縮尺は変えてある。
【0023】
この発明の半導体発光素子の平面構造は、図1に示すとおり四角な半導体発光素子10表面の一隅に、四半分の円形をなす第2の電極16が形成され、残りの範囲に4個の円形の第1の電極(分配電極)15が分散配置して形成されている。第1の電極15と第2の電極16は、いずれも下の半導体層とオーミック接合をなすように形成されており、第1の電極15と第2の電極16の間は電気的に隔絶されている。
また、この発明の半導体発光素子10の断面構造は、図2に示すとおり透明半導体層135の一面に、発光部12を有する第1導電型の半導体層及び第2導電型の半導体層を含む積層構造体からなる半導体層13が形成されており、さらに透明半導体層135上の同じ面には、オーミック接合をなす第2の電極16が形成されている。また、該半導体層13の透明半導体層135と接する面と反対側の面には、オーミック接触をなす第1の電極(分配電極)15が分散して形成されており、第1の電極15を含む半導体層13の全面を覆って電流拡散層14が形成されている。なお、電流拡散層14と第2の電極16とは電気的に分離している。本発明の半導体発光素子では、光の取出し方向は、透明半導体層135の方向である。
【0024】
半導体層13は発光部12を含む半導体のエピタキシャル成長層の積層体から構成されている。半導体層13は発光部12の他に、緩衝層、コンタクト層、保護層等を含むことができる。発光部12はp−n接合から成る発光構造を含むものなら特に制限は無いが、発光波長の調整幅が広く、発光輝度の高いAlGaInP4元混晶半導体が好んで用いられる。特に、AlGaInP4元混晶半導体のダブルヘテロ接合構造( Double Hetero Junction Structure:DH )を発光部とすれば、直接遷移型半導体なので発光出力が高く、しかもAlの混晶比を変えることにより発光波長がかえられる利点がある。また、AlとGaの混晶比を変えることにより異なる半導体結晶基板との格子整合がとり易く、良好な結晶性を有するエピタキシャル成長層が得られる利点がある。
【0025】
AlGaInPダブルヘテロ接合からなる発光部は、例えばSiをドープしたn型のGaAsからなる緩衝層、Siをドープしたn型のAlGaAsまたはAlGaInPからなるコンタクト層、Siをドープしたn型の(Al0.7Ga0.3)0.In0.5Pからなる下部クラッド層、アンドープの(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pからなる発光層、及びZnをドープしたp型の(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pからなる上部クラッド層が順次積層された構造を例示することができる。この構成によれば波長約620nmの赤色発光が得られる。
【0026】
本発明の半導体発光素子10は、後に詳説するように、半導体基板の上に発光部を形成したものである。半導体基板としてごく一般的なGaAs基板を使用すれば、AlGaInPエピタキシャル層と容易に格子整合させることができ、結晶性の優れたAlGaInPエピタキシャル層が得られる。
しかし、GaAs基板はAlGaInP発光部からの発光に対して吸収層として働いてしまうので、GaAs基板が残ったままでは、GaAs基板側に放射された光を有効に外部に取り出すことができず、輝度を高めることができない。
【0027】
そこで本発明では、GaAs基板上に例えばAlGaInPダブルヘテロ接合からなる発光部を形成し、その上にAlGaInPの発光に対して透明な透明半導体層を厚く成膜した後、前記AlGaInPの発光に対して不透明なGaAs基板を除去して、AlGaInPの発光に対して透明な透明半導体層135を支持層として半導体層13を維持するように構成したものである。しかる後、半導体層13の一部をエッチングにより除去し、露出した透明半導体層135の一部の表面に、該透明半導体層135とオーミック接合をなす第2の電極16を形成したものである。半導体層13の一部をエッチングにより除去する際に、透明半導体層135までは除去しないで半導体層13のエピタキシャル成長層の一部、例えばクラッド層を残し、このエピタキシャル成長層に第2の電極16を設けても良い。
そしてエッチング除去したGaAs基板と接していた面には、オーミック接合をなす第1の電極15を形成し、第1の電極15を含む半導体層13の全面を電流拡散層14で覆ったものである。
このとき透明半導体層の電気抵抗が高いと、発光部から第2の電極16へ至る電流経路が半導体層13の透明半導体層側の薄膜に限定されるので回路抵抗が高くなり、その結果順方向電圧が高くなるので好ましくない。従って透明半導体層はキャリア濃度が高く、比抵抗の低い低抵抗半導体層を用いる。透明半導体層135のキャリア濃度は2×1016cm-3以上のものを使用するのが好ましく、この時比抵抗は10-5Ωcm以下程度となる。
本発明においては、前記第1の導電型をn型とし、前記第2の導電型をp型とするのが好ましい。一般にn型の電極の方が抵抗が低いからである。
【0028】
発光に対して透明な半導体層としては、一般に発光層よりも禁制帯幅の大きいGaP、AlGaAs、GaAsP、ZnTeあるいはZnSe等の化合物半導体層が選択できる。
AlInGaP4元混晶半導体を発光部に使用した場合、このような発光に対して透明で、導電性の良好な透明半導体層135の材質としては、成長コストや安定性、耐湿性の点から、例えばGaPが最も好ましい材料として挙げられる。透明半導体層135の導電型は、これと接する発光部の半導体層の導電型と同じとし、キャリア濃度は2×1016cm-3以上とするのが好ましい。第2の電極のオーミック接合を形成し易いように考慮すれば、透明半導体層135のキャリア濃度は、望ましくは1×1017cm-3以上が必要である。一方、半導体の材質とドーパントの組み合わせにより、キャリア濃度をあまり高くすると結晶性が低下する恐れがあるため、透明半導体層135のキャリア濃度は1×1019cm-3以下、ドーパントによる光吸収を完全に無くすことを考慮すれば、p型の場合は2×1018cm-3以下、n型の場合は6×1017cm-3以下が特に望ましい。
透明半導体層135の厚さとしては、50〜100μmが適する。透明半導体層135によって支持する半導体層13の厚さはせいぜい4〜10μm程度であるから、透明半導体層135の厚さがほぼ半導体発光素子10全体の厚さとなる。
【0029】
半導体素子10の厚さと素子の不良率との関係を図3に示す。図から半導体素子10の厚さが50μm以下では取り扱いが困難で、半導体発光素子を製造する過程での不良率が著しく増加する。また、厚い場合は、透明半導体層135のエピタキシャル成長後の反りが大きく、エピタキシャルウエーハ状態から半導体発光素子(チップ)に加工し難く、不良がやや増加する傾向がある。また、エピタキシャル成長のコスト面からも半導体素子10の厚さ、すなわち透明半導体層135の厚さは100μm以下とするのが望ましい。
【0030】
第1の電極(分配電極)15は、図1に示すように、発光面に均等に分散配置するのが好ましい。例えば、図1の様に複数の第1の電極15を均等に配置する。あるいはまた、独立していない放射状、ドーナッツ状、螺旋状、額縁状、格子状、あるいは枝状の電極を発光面に均等に分散して配置しても良い。第1の電極を半導体層の表面に分散して形成するとは、発光素子の動作電流が素子の全面に広がるよう、電極を素子表面に偏り無く配置することをいう。第1の電極15と発光面との接触抵抗は、電極とする金属の種類と接合させる半導体結晶の種類に依る組み合わせや第1の電極15の面積によって異なり、第1の電極15全体と半導体層13との接触抵抗は、約50Ω以下とするのが好ましい。第1の電極15の面積が小さすぎると、接触抵抗が増大し発光素子の順方向電圧(Vf)が大きくなる不都合が生じる。従って、第1の電極15の全体の面積は、発光面の面積の2%以上が好ましい。逆に第1の電極15の面積があまり大きすぎると、発光部からの発光が第1の電極15として形成された金属層により吸収されて外部に取り出せなくなり、発光強度が低下する。そのため第1の電極15の面積は、発光面の面積の30%以下とするのが望ましい。
第1の電極15の材料には、第1の電極15を形成する半導体層13の最表面層がp型層の場合はAuZn合金やAuBe合金等を、n型層の場合はAuGeNi合金やAuSi合金等の公知の技術を適用できる。
第1の電極15の厚さは、0.2〜1.0μm程度が適当であり、金属薄膜を蒸着法やスパッタ法で形成した後、所定の形状にパターニングして形成する。
【0031】
外部電気回路からの投入電力を分散配置した第1の電極15に供給するために、第1の電極15を連結するように第1の電極15を含む半導体層13の全面を電流拡散層14で覆う。
電流拡散層14としては、酸化インジウム錫や酸化亜鉛などの酸化物導電膜、あるいは金属薄膜などの導電性薄膜を用いることができるが、酸化物導電膜の場合、電流拡散層の上にさらに配線を接続するための金属電極を形成する必要がある。この点から、構造や形成方法が簡単な金属薄膜からなる電流拡散層を用いるのが、最も望ましい。
電流拡散層14の形成領域は、第1の電極15を覆えば電極間の接続機能を果たすので部分的でも良いが、後述する光の反射効果を利用できる点で高輝度化に有利であるため、半導体層13の全面に形成する方が望ましい。
【0032】
上記構成の半導体発光素子10において、半導体層13の表面の一部にオーミック接触をなす第1の電極(分配電極)15を設けると、電流拡散層14と半導体層13との間の電気抵抗に比べて、第1の電極15と半導体層13との間の電気抵抗が大幅に小さいため、電流拡散層14から供給される駆動電流は、その大部分がより電気抵抗の低い、電流拡散層14→第1の電極15→半導体層13(→発光部12)→第2の電極16の経路を流れる。そのため、発光部12での発光を第1の電極15の直下周辺で行わせることができる。第1の電極15が半導体層13の表面全域に分布しているので、半導体層13の表面全域から発光して高い輝度が達成される。
【0033】
さらに、電流拡散層として使用する金属薄膜は、光の反射膜としての機能も併せ持つ。第1の電極15以外の領域は、金属薄膜からなる電流拡散層14により、発光部12からの光を反射して透明半導体層135の方向へはね返し、やはり透明半導体層135を介して表面から光を放出すため、発光効率を大幅に改善することができる。
また、この電流拡散層14と第1の電極15を用いると、半導体層13の光取り出し面での光を均一化させることができる。
【0034】
このような電流拡散層14として使用する金属としては、金(Au)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、白金(Pt)、もしくはチタン(Ti)、タンタル(Ta)あるいはこれら金属の合金等の光を良く反射して、しかも電気伝導率の良い金属が利用できる。金属の中でも、腐食し難い金や金合金、および半導体との密着性が良い金属、すなわち、高融点金属が望ましく、例えばクロム、白金又はチタンが特に好ましい。これらの金属の長所を生かし多層膜にすると更に安定した電流拡散層を形成することができる。
また、発光素子を半田等により接続する場合、半田等の合金を電流拡散層として利用することもできる。
【0035】
電流拡散層14の厚さは、0.5μm〜3μm程度が適当である。電気抵抗が低くかつ光を十分に反射するからである。
電流拡散層14の厚さが0.5μmより薄いと電気抵抗が高く、電流の拡がりが不十分となる。一方、電流拡散層14の厚さをあまり厚くしても成膜に時間がかかる割には効果は上がらない。
【0036】
次に、第2の電極16について説明する。
第2の電極16は、前記第2の導電型の透明半導体層135の表面、あるいは半導体層13の透明半導体層135と接する第2の導電型の層の表面に形成する。第2の電極16もこれら第2の導電型の半導体層とオーミック接合を形成させる。例えば、半導体層がダブルへテロ構造の発光部構造をとる場合には、第2の導電型を有するクラッド層の一部に第2の電極16を形成しても良い。
第2の電極16として使用する材料には、第2の電極16を形成する半導体層がp型層の場合はAuZn合金やAuBe合金等を、n型層の場合はAuGeNi合金、又はAuSi合金等の公知の技術を適用することができる。
第2の電極16は、外部から電力を供給する一方の電極となるので、透明半導体層135の一部に、接触抵抗が約50Ω以下となる面積を確保すれば良い。例えば、図1に示すように素子のコーナー部分に扇形に設けて、発光部領域の面積をなるべく広く確保するように構成する。
【0037】
第2の電極16の厚さは、通常は0.2〜1.0μmあれば電気的な接点は形成できるが、本発明では支持基板の同一面に第1の電極15と第2の電極16の双方を形成するため、やや厚く形成する。半導体発光素子を他の電子部品に実装する場合を考慮すれば、第1の電極15と第2の電極16の表面を同一のレベルに近付けておく必要があるので、第2の電極16の厚さは2〜6μm程度とする。そのため金属膜を蒸着法等を利用してやや厚めに形成し、所定の形状にパターニングして第2の電極を形成する。
【0038】
第1の電極15は、半導体層13の一表面に形成され、半導体層13の厚さはせいぜい2〜5μmである。従って、図2の例についていえば、第1の電極15の表面の高さ(h1)は透明半導体層135の表面から高々6μmの位置にあることになる。
従って、第2の電極16の表面の高さ(h2)も、透明半導体層135の表面から6μm程度の位置にしておけば、両電極の表面はほぼ同一レベルになり、実装する際には極めて都合がよい。
第1の電極15と第2の電極16のレベル差(d)が大きくなると、実装する際に接続不良の原因となる。
【0039】
第1の電極15の表面と第2の電極16の表面のレベル差(d)と製品不良率の関係を図4に示す。図4から両電極のレベル差(d)が4μm以下では、第1と第2の電極の高さの段差による断線や、接触不良などの組み立ての際の不良率が著しく低下する。
第1の電極15の表面と第2の電極16の表面のレベル差(d)を小さくするには、半導体層13の厚さを薄く構成するか、あるいは第2の電極16の厚さを厚くする手段を用いることができる。
半導体層13の厚さを薄くするには、半導体層13を形成する時に各層の厚さを薄く制御する必要があるが、厚さ制御の点では液相エピタキシャル成長法は、4μm以下の薄膜の膜厚を制御するのが困難である。これに対して気相エピタキシャル成長法(VPE)は、4μm以下の薄膜の膜厚でも制御は可能であるが、成長できる材質が限定され、高輝度発光部の形成ができない。膜厚制御の点およびDH構造のAlInGaPの様な発光効率の高い発光部の形成法としては、MOCVD法が最適である。
【0040】
一方、第2の電極16の厚さを厚く形成するには、真空蒸着法を利用するのが適する。真空蒸着法によればμmオーダーの成膜も比較的容易に行うことができる。
勿論、上記第1の電極15の表面と第2の電極16の表面の位置の双方を調整する手段を併用しても良い。これらの手段を駆使して、第1の電極15の表面と第2の電極16の表面のレベル差(d)を4μm以下にしておけば、実装工程での製品不良率を低く抑えることができる。
【0041】
このようにして完成させた半導体発光素子は、発光波長に対して透明な厚い半導体層の片面に、発光部と一つの電極を備え、該発光部の表面には他方の電極を備えているので、実装作業の際には所定の位置に発光素子を置くだけでワイヤーボンディングを用いずに接続配線が可能となる。また、発光部に設けられた電極は、発光層とオーミック接合をなす電極と、これらのオーミック電極を連結する電流拡散層から構成されているので、投入電力が発光部全域に拡がり、発光領域面積を広く確保できるので、高い輝度が得られる。さらに、電流拡散層は、光の反射機能も兼ね備えているので、電流拡散層側に放射された光も反射されて透明半導体層側に戻り、発光部で励起された光の大部分が透明半導体層側から外部に放射されるので、なお一層高い輝度の半導体発光素子が得られる。
【0042】
次に、発光ダイオードランプの構造について説明する。
図5は、本発明の発光ダイオードランプの平面構造を示し、図6は図5の線B−B’に沿った断面構造を示す図である。
本発明の発光ダイオードランプ40は、本発明になるフリップチップ型半導体発光素子10を使用して、以下のようにして製造する。
まず、合成樹脂板等の表裏面の所定の位置に、例えば導電ペーストや銅箔を使用して第1の電極端子43と第2の電極端子44を形成した基材45を準備しておく。第1の電極端子43と第2の電極端子44は互いに電気的に隔離されており、合成樹脂板等の表面から裏面にかけて形成してある。第1の電極端子43は図5に示すように、正方形の半導体発光素子10の対角線に相当する幅に形成されている。また、第2の電極端子44は、半導体発光素子10の扇形の第2の電極16の幅に形成してある。
【0043】
この基材45上に形成された第1の電極端子43及び第2の電極端子44の上に、フリップチップ型の組み立ての際に通常使用されている、金あるいは半田等からなるバンプ46を形成する。そして前記の本発明になる半導体発光素子10の1個を、上記基材45に重ね合わせ、半導体発光素子10の電流拡散層14と第2電極16を上記バンプ46に接触させて圧着し接続する。最後に、透明なエポキシ樹脂やシリコン樹脂等の封止材41で半導体発光素子10の周囲を封止し、図6に示す発光ダイオードランプ40を得る。
【0044】
上記のように発光ダイオードランプ40を構成すれば、他の電子機器に発光ダイオードランプ40を実装して表示装置を製造する場合、基材45の裏側に形成されている第1の電極端子43及び第2の電極端子44を、他の電子機器の端子47に重ね合わせるだけで、平面実装作業が行なえるので実装作業効率を高めることが可能となり、安価で故障の少ない表示装置を製造することができる。
【0045】
【実施例】
(実施例)
本実施例では、本発明に係わるフリップチップ型半導体発光素子及びそれを使用した発光ダイオードランプを作製した。
本実施例で作製した半導体発光素子(LED)は、アンドープの(Al0.2 Ga0.8)0.5In0.5 Pからなる発光層を有し、波長が約620nmの赤色を発光するLEDである。
【0046】
先ず、図7に基づいて半導体エピタキシャルウエーハ20の積層構造を説明する。図7は、本発明の半導体発光素子に用いた半導体エピタキシャルウエーハ20の積層構造を示す詳細断面図である。
Siをドープしたn型の(001)面を有するGaAs単結晶からなる半導体基板11上に、Siをドープしたn型のGaAsからなる緩衝層130、Siをドープしたn型のAlGaAsからなるコンタクト層131、Siをドープしたn形の(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pからなる下部クラッド層132、アンドープの(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pからなる発光層133、Znをドープしたp型の(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pからなる上部クラッド層134、及びZnをドープしたp型GaPからなる透明半導体層135が順次積層されて、エピタキシャルウエーハ20が構成されている。また、このエピタキシャルウエーハの発光部12は、下部クラッド層132、発光層133、上部クラッド層134からなるダブルへテロ接合構造で構成されている。したがって、発光部12の半導体結晶はAlGaInP4元混晶から構成されている。
【0047】
(エピタキシャルウエーハの製造工程)
このエピタキシャルウエーハの製造方法を説明すると、本実施例では先ず、トリメチルアルミニウム((CH3)3Al)、トリメチルガリウム((CH3)3Ga)およびトリメチルインジウム((CH3)3In)を III族構成元素の原料として用い、V族構成元素の原料にはフォスフィン(PH3 )またはアルシン(AsH3)を用いて、減圧の有機金属化学気相堆積法(MOCVD法)により、上記の半導体層130〜134の各層をGaAsからなる半導体基板11上に積層し、次に、その上に気相エピタキシャル成長法(VPE法)によりGaPからなる透明半導体層135を厚く成長させて、エピタキシャルウェーハ20を形成した。Znのドーピング原料にはジエチル亜鉛((C2H5)2 Zn)を使用した。Siのドーピング原料にはジシラン(Si2H6)を使用した。エピタキシャルウエーハ20を構成する各層のMOCVD法、VPE法における積層温度は700℃に統一した。
【0048】
GaAsからなる緩衝層130のキャリア濃度は約5×1018cm-3、また層厚は約0.2μmとした。コンタクト層131は、Al混晶比が0.4のAlGaAs薄膜を積層し、キャリア濃度は約3×1018cm-3、層厚は約0.8μmとした。AlInGaPからなる下部クラッド層132のキャリア濃度は約1×1018cm-3、また層厚は約1μmとした。AlInGaPからなる発光層133の層厚は約0.5μmとし、キャリア濃度は約5×1016cm-3とした。さらにAlInGaPからなる上部クラッド層134のキャリア濃度は約2×1017cm-3とし、層厚は1.5μmとした。この結果エピタキシャル成長させた半導体層13の全厚は約4μmとなった。
GaAsからなる半導体基板11に代わる支持体となるGaP透明半導体層135は、層厚を70μmと厚くし、そのキャリア濃度は約8×1017cm-3とした。
【0049】
(基板除去工程)
次に、発光波長に対して不透明なGaAsからなる半導体基板11及びGaAsからなる緩衝層130を、化学的エッチングにより全面的に除去した。さらに、残りの半導体層13中のコンタクト層131の一部も、図7の鎖線X−X’に示すように選択的にエッチングして除去した。
【0050】
(電極形成工程)
次に、露出したコンタクト層131の表面にn形オーミック電極である第1の電極15を形成するため、Au・Ge合金からなる薄膜を厚さが0.3μmとなるように真空蒸着法により形成した。一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを施し、直径が30μmの円形の第1の電極15を図1に示すように4個分散して形成した。発光面の面積に対する第1の電極の合計面積は約3.6%とした。
第1の電極15の表面およびコンタクト層131の表面に、真空蒸着によりCrを0.1μmと金を約1μmの厚さに成膜して電流拡散層14を形成した。次いで、電流拡散層14と図7の鎖線Y−Y’で示す領域の半導体層13を除去するパターニングを施し、第2の電極が形成できるように、透明半導体層135のコーナー部分に1辺130μmの扇型の領域を露出させた。
【0051】
次に、第2の電極16を形成するために、先ず膜厚を0.5μmとする金・亜鉛合金膜と膜厚を2μmとする金薄膜を、透明半導体層135と前記パターニングのレジスト表面を含む全面に、一般的な真空蒸着法により被着させた。続けて、公知のリフトオフ法により、レジストを除去し、図1に示すように半径125μmの扇型の第2の電極16を形成した。
次に、上記の第1、第2の電極を形成した後、アルゴン(Ar)気流中において420℃で15分間の合金化熱処理を施し、第1、第2の電極と各半導体層との間のオーミック接触を形成した。
【0052】
(LEDの作製工程)
上記のようにして、第1の電極15および第2の電極16、金属多層膜からなる電流拡散層14を形成したエピタキシャルウェーハを通常のスクライブ法により素子の形状に裁断して個別に細分化して半導体発光素子とした。このようにして得たフリップチップ型半導体発光素子は、図1に示すように平面的に見て一辺を300μmとする正方形で、厚さは74μmであった。
【0053】
(発光ダイオードランプ組立工程)
更に、この半導体発光素子10を用いて図5及び図6に示す発光ダイオードランプを組み立てた。
先ず、合成樹脂板の表裏面の所定の位置に、導電ペーストを使用して第1の電極端子43と第2の電極端子44を形成した基材45を準備した。第1の電極端子43と第2の電極端子44は互いに電気的に隔離されており、合成樹脂板の表面から裏面にかけて形成されている。第1の電極端子43は図5に示すように、正方形の半導体発光素子10の対角線に相当する幅に形成した。また、第2の電極端子44は、半導体発光素子10の扇形の第2の電極16の幅に形成した。
この基材45上に形成された第1の電極端子43及び第2の電極端子44上に金からなるバンプ46を形成した。上記半導体発光素子10の1個を上記基材45に重ね合わせ、半導体発光素子10の電流拡散層14と第2電の極16を前記バンプ46に接触させて圧着し接続した。最後に、透明なエポキシ樹脂からなる封止材41で半導体発光素子10の周囲を封止し、図5及び図6に示す発光ダイオードランプ40を完成させた。
【0054】
上記のようにして作製した発光ダイオードランプ40の第1電極端子43と第2の電極端子44に順方向に電流を通電したところ、発光層から波長を約620nmとする赤色の光が放射された。発光の一部は金属膜からなる電流拡散層14で反射され、透明半導体層135の表面および側面を介して外部に放出された。第1の電極の良好なオーミック特性を反映して、順方向に20mAの電流を通流した際の順方向電圧(Vf :20mA当り)は、約2.0Vとなった。この時の発光強度は、発光部の発光効率が高く、外部への取りだし効率も工夫されている事を反映して、150mcdの超高輝度が達成された。
【0055】
(比較例1)
本比較例1に係わるフリップチップ型半導体発光素子では、上記の実施例と比較して、第1の電極を1個だけ大きく形成して、金属の電流拡散層を用いない点が構造上の異なる点である。従って、図7に示すエピタキシャルウェーハを用いた点は、実施例と同様である。本比較例1の半導体発光素子の大きさは、一辺が300μmの正方形で、厚さが74μmの半導体発光素子とした。本比較例1で作製した半導体発光素子の構造を図8、9に示す。図8は本比較例1で作製した半導体発光素子の平面図、図9は図8の線C−C’に沿った断面図である。図8及び図9で符号22、25、26、235で示した部分は、図1及び図2の符号12、15、16、135で示した部分と対応する。
【0056】
本比較例1では、コンタクト層131の上に形成する第1の電極25の形状を、前記の実施例と異なるものとした。すなわち、本比較例1では、金バンプと接続するための必要な面積を得るため、第1の電極25を直径130μmの円形とし、1個のみ形成した。
第1の電極25としては、Au・Ge合金からなるn形オーミック電極を厚さが0.3μmになるように形成し、更にその上に金薄膜を1μmの厚さに真空蒸着法により形成した。一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを施し、図8に示すような直径を130μmとする円形の第1の電極25を形成した。発光面の面積に対する第1の電極の面積割合は約33%である。
【0057】
その後、実施例と同様にして発光ダイオードランプを製作し、発光ダイオードランプの第1電極端子と第2電極端子の間に順方向に電流を通電したところ、透明半導体層235の表面および側面を介して、波長を約620nmとする赤色の光が放射された。順方向に20ミリアンペア(mA)の電流を流した際の順方向電圧(Vf:20mA当り)は、約2.1ボルト(V)で、実施例と同等であった。この時の発光強度は、90mcdであった。本発明の実施例に対し約60%の発光強度であった。これは、電流拡散層が無いため、発光部へ流れる電流が不均一で、発光部全体としての発光効率が低下し、また電流拡散層からの光の反射が無いため光が抜けてしまい、しかも第1の電極25の電極面積が大きく電極と半導体層との界面の光吸収が増大したため、外部への取りだし効率も低下したことによる。
【0058】
(比較例2)
本比較例2では、図10に示す構造の半導体層を形成したエピタキシャルウェーハを用いて、発光面積が実施例と同じ大きさの半導体発光素子を作製した。
実施例との相違点は、透明半導体層335をp型の高抵抗GaP層にした点である。透明半導体層335のキャリア濃度は約8×1015cm-3とし、層厚は70μmとした。半導体層33の全厚は約4μmである。
【0059】
本比較例2で作製した半導体発光素子の作製方法は実施例とは異なり、半導体層33を図10の線Y−Y’に沿った上部クラッド層334までエッチング除去し、露出した上部クラッド層334の表面に第2の電極を形成した。その他の構造は、実施例と同じ図1、2に示す構造とした。従って、図10で符号31、32、33、330、331、332、333、334で示した部分は、図7の符号11、12、13、130、131、132、133、134で示した部分と対応する。
本比較例2では、透明半導体層335は導電性の低い高抵抗のp型GaPとし、実施例と異なるものとした。
その後実施例と同様にして、前記の第1の電極、電流拡散層および第2の電極を形成したエピタキシャルウェーハを、通常のスクライブ法により素子の形状に裁断して個別に細分化し、実施例と同様にしてLEDを組み立てた。
【0060】
実施例と同様に、第1と第2の電極端子との間に順方向電流を流したところ、20mA通電時の順方向電圧が、3.5Vであった。実施例と比べ、順方向電圧が高い。これは、透明半導体層335の抵抗が高く、電流のほとんどが層厚の薄い上部クラッド層334を流れるため、抵抗が高くなったためである。また、本比較例2のLEDの発光強度は105mcdで、素子内の発光状態が不均一であった。これは、半導体層内での抵抗が高く発光部での電流の流れが不均一だけでなく、消費電力が大きく発熱し発光部の効率を低下させたためである。
【0061】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のフリップチップ型半導体発光素子では、ワイヤーボンディングを用いないため発光素子の組み立てが容易で、ワイヤーの断線がなくなり信頼性が向上する。更に、半導体層の発光部裏面の一部にオーミック電極と電流拡散層を設ける事で、発光部へ均一に電流を供給でき、発光部の全体としての効率が高まり発光強度が増大する。
【0062】
また、電流拡散層は、発光部の光を反射し光の外部取り出し効率を高め、また発光素子組み立て時の接続可能な面積が大きくなり組み立てが容易になり、生産性向上効果もある。又発光素子表面側の透明半導体層は、発光に対し透明で、導電性を付与する事により、発光強度の向上、順方向電圧の低減による消費電力を低下させる効果を奏する。
半導体素子の厚さは、生産性や製品歩留まりに大きく影響を与え、適切な範囲を選定すれば低コストの素子をもたらす事ができる。
【0063】
なお、本実施例ではn型の半導体基板を用いてLEDを作製したが、p型の半導体基板を用いて作製したLEDでも本発明の効果が得られる。
また、実施例のLEDの発光部の半導体材料にはAlGaInP4元混晶を用いたが、発光部の半導体結晶の材質や組成、積層構造あるいはMg、Te、S、Se等のドーパントに公知の技術を利用しても本発明の効果が得られる。
【0064】
特に、MOCVD法で半導体層が積層されるような半導体層の厚さが薄い、例えば発光部がAlInGaP系あるいはAlGaInN系、AlGaAs系の半導体等からなる半導体発光素子においては、本発明の効果が特に大きい。
導電性の透明半導体層としてGaPを使用したが、AlGaAsでも高輝度化が可能であるが、Alを多く含む場合は、耐湿性に劣るため、用途が限定される。また、実施例では、一般的なフリップチップ型の発光ダイオードランプを示したが、形状の異なるいわゆる砲弾型や発光波長の異なる複数個の発光素子を組み込んだ発光ダイオードランプでも同様の効果が得られる。また、これらの発光ダイオードランプを用いて安価で故障の少ない表示装置を製造することができる。
【0065】
また、半導体発光素子の高輝度化には、表面の粗面化処理により、外部への光の取り出し効率を向上させる技術や、発光部に使用された半導体よりも屈折率の小さい窓層を形成し、外部への光の取り出し効率を向上させる等の、従来の発光素子で利用されている技術を付加すれば、更に発光特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の半導体発光素子の平面図である。
【図2】 図1の線A−A’に沿った断面を示す図である。
【図3】 半導体発光素子の厚さと不良率の関係を示す図である。
【図4】 第1の電極と第2の電極とのレベル差と不良率の関係を示す図である。
【図5】 本発明の発光ダイオードランプの平面図である。
【図6】 図5の線B−B’に沿った断面を示す図である。
【図7】 本発明の半導体発光素子に使用するエピタキシャルウェーハの断面を示す図である。
【図8】 比較例1に係わる半導体発光素子の平面図である。
【図9】 図8の線C−C’に沿った断面を示す図である。
【図10】 比較例2に係わるエピタキシャルウェーハの断面を示す図である。
【符号の説明】
10・・・・・半導体発光素子
11,31・・・・・半導体基板
12,22・・・・・発光部
13,33・・・・・半導体層
14・・・・・電流拡散層
15,25・・・・・第1の電極
16,26・・・・・第2の電極
40・・・・・発光ダイオードランプ
41・・・・・封止材
43・・・・・第1の電極端子
44・・・・・第2の電極端子
45・・・・・基材
46・・・・・バンプ
130,330・・・緩衝層
131,331・・・コンタクト層
132,332・・・下部クラッド層
133,333・・・発光層
134,334・・・上部クラッド層
135,235、335・・・透明半導体層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a light emitting diode lamp that extract light from the surface of a transparent semiconductor layer, and more particularly to a flip chip type semiconductor light emitting device and a light emitting diode lamp that do not use wire bonds.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, semiconductor light-emitting diodes are generally assembled by wire-bonding gold or aluminum fine wires to gold or aluminum electrodes on the surface of the semiconductor light-emitting element. In order to improve the luminance of the light emitting diode, a technique using a transparent substrate is disclosed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-102786 discloses a method of forming a light emitting structure on a transparent substrate. Japanese Patent Laid-Open No. 6-302857 discloses a method for forming a light emitting structure on an opaque substrate, further forming a transparent layer, and then removing the opaque substrate. Japanese Patent Laid-Open No. 8-130326 discloses a method in which a light emitting structure is formed on an opaque substrate, a transparent substrate is bonded to the opaque substrate, and then the opaque substrate is removed. Further, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-186365, a technique using a reflection effect by a metal electrode on the back surface using a transparent substrate has been proposed.
In addition, a so-called flip-chip type semiconductor light emitting device has been proposed that eliminates the wire bonding step and has excellent productivity and does not cause defects such as wire breakage. These semiconductor light emitting elements utilize a thick AlGaAs semiconductor layer that is transparent to light emission formed by a liquid phase epitaxial method (see Japanese Patent Laid-Open No. 9-27498). In addition, a GaN-based light emitting device often uses a transparent and insulating sapphire substrate, and a technology of a flip chip type light emitting device is disclosed that uses silver white metal on the surface for the purpose of improving the brightness by reflected light. (See JP-A-11-191641).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the flip chip type semiconductor light emitting device having excellent productivity and reliability and having two electrodes on one side has been put to practical use because there are many restrictions on the material and structure of the available semiconductor light emitting device. At present, there are few light emitting diodes. In recent years, a high-intensity light emitting diode having an AlGaInP-based light emitting layer that has been put into practical use has not been put into practical use because of many problems.
The present invention solves these problems and provides a structure of a flip-chip type semiconductor light-emitting element that can be used in a high-intensity AlInGaP-based semiconductor light-emitting element, and a light-emitting diode lamp using the same.
The first problem with conventional flip-chip type semiconductor light-emitting devices is that, except for materials that can form transparent electrodes, such as GaN-based light-emitting devices, the interface between the ohmic electrode and the semiconductor becomes a light-absorbing layer and the light emission intensity is reduced. It is a point to do.
The second problem is that if the distance from the light emitting layer to the back surface is too large, the step between the first electrode and the second electrode becomes large, and a problem that wiring defects are likely to occur occurs. Here, the back surface refers to a surface opposite to a surface (light emitting surface) from which light from the semiconductor light emitting element is extracted.
A third problem is that when the distance between the back surface and the light emitting layer is too short, the current cannot be sufficiently diffused to reach the light emitting layer, and the light emission efficiency of the light emitting layer is lowered.
The fourth problem is that when the semiconductor light emitting element is thin, the mechanical strength is weak and defects frequently occur due to cracks during handling.
[0004]
Further, in the case of using an insulating substrate, there is a problem that a current flowing region is narrow and resistance is high, a forward voltage is high, and power consumption is increased.
The present invention has been proposed in view of the above-described problems, and can be manufactured with high productivity, has high luminance and low power consumption, and further reduces the assembly cost by reducing the number of wiring steps by wire bonding. An object of the present invention is to provide a chip-type semiconductor light-emitting device and a light-emitting diode lamp using the same.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As a result of researches to solve the above problems, the inventors of the present invention limited the material used for the substrate and the thickness of the light emitting element, and the current diffusion layer reduced the luminance even when the distance between the back surface and the light emitting layer was reduced. We have developed a device structure that does not degrade.
[0006]
In order to solve the above problems, the present invention has a second conductive type, a transparent semiconductor layer that is transparent to light emitted from the light emitting portion, and a second layer that is sequentially laminated on one surface of the transparent semiconductor layer. A semiconductor layer made of AlGaInP, which includes a conductive semiconductor layer and a first conductive semiconductor layer and has a light emitting portion with a pn junction structure, and a part of the surface of the first conductive semiconductor layer opposite to the transparent semiconductor layer A first electrode in ohmic contact with the first conductivity type semiconductor layer formed in a dispersed manner, and a first conductivity type semiconductor layer on the surface of the first conductivity type semiconductor layer on which the first electrode is formed, A current spreading layer formed over the first electrode;Formed on one surface of the transparent semiconductor layer exposed by removing a part of the semiconductor layer;A second electrode electrically isolated from the current diffusion layer and in ohmic contact with the transparent semiconductor layer, wherein the current diffusion layer forms a reflective layer that reflects light emitted from the light emitting portion; A plurality of first electrodes are disposed on the surface of the first conductivity type semiconductor layer, and the total area of the first electrodes is 2% to 30% of the surface area of the first conductivity type semiconductor layer, A contact resistance between the first electrode and the first conductivity type semiconductor layer is smaller than a contact resistance between the current diffusion layer and the first conductivity type semiconductor layer, and the first electrode and the first conductivity type semiconductor layer are The contact resistance of the semiconductor layer is 50Ω or less, the thickness of the first electrode is in the range of 0.2 to 1.0 μm, the thickness of the second electrode is in the range of 2 to 6 μm, The thickness is in the range of 2 to 5 μm, and the first electrode surface and the second electrode surface The bell difference is within 4 μm, the contact resistance between the second electrode and the transparent semiconductor layer or the second conductivity type semiconductor layer is 50Ω or less, and the second electrode is provided in a sector shape at the corner portion of the element. The carrier concentration of the transparent semiconductor layer is 2 × 1016cm-3The flip-chip type semiconductor light emitting device in which the specific resistance of the transparent semiconductor layer is 1 Ωcm or less, the thickness of the transparent semiconductor layer is in the range of 50 to 100 μm, and the transparent semiconductor layer is made of GaP. .
By forming the semiconductor light emitting device having such a structure, the current applied to the semiconductor light emitting device spreads over the entire surface of the device through the first electrode formed by being dispersed in a part of the surface of the semiconductor layer, so that the light emitting region This increases the light emission efficiency and effectively reflects the light emitted in the direction of the back surface by the current diffusion layer, and the emitted light can be extracted outside without being absorbed by the substrate. The light emitting element is obtained. In addition, since a current can be applied from one side of the element, when the semiconductor light emitting element is mounted on another electronic device, the work becomes easy and the efficiency can be improved.
[0007]
The present inventionIn,As above,The current spreading layer is preferably a reflective layer that reflects light emitted from the light emitting portion.
Such a current spreading layer can be composed of a metal thin film containing gold or a gold alloy. Alternatively, it can be formed of a metal thin film containing a refractory metal. As the refractory metal, one of chromium, platinum or titanium or an alloy thereof can be used.
The current spreading layer in the present invention may be composed of a multilayer film of two or more kinds of metals.
The thickness of the current spreading layer is suitably about 0.5 μm to 3 μm.
These metal thin films have the effect of diffusing the applied current over a wide range because of their high electrical conductivity, and also have the function of reflecting the light emitted from the light emitting layer because of the high light reflectivity, and the light from the light emitting surface. It can be taken out efficiently.
[0008]
In addition, the present inventionIn,As above,A plurality of first electrodes are preferably arranged on the surface of the first conductivity type semiconductor layer. The total area of the first electrodes is preferably 2% to 30% of the surface area of the first conductivity type semiconductor layer.
By adopting such a configuration, the applied current diffuses almost evenly throughout the light emitting layer, and the light emitted in the direction of the current diffusion layer can be effectively reflected without being significantly absorbed. The luminance of the semiconductor light emitting device is improved.
[0009]
Furthermore,In the present invention,As above,It is preferable that the contact resistance between the first electrode and the first conductivity type semiconductor layer is smaller than the contact resistance between the current diffusion layer and the first conductivity type semiconductor layer. The contact resistance between the first electrode and the first conductivity type semiconductor layer is preferably 50Ω or less.
If the contact resistance between the first electrode and the first conductivity type semiconductor layer is smaller than the contact resistance between the current diffusion layer and the first conductivity type semiconductor layer, the operating current of the light emitting element is from the current diffusion layer. Since it flows preferentially to the semiconductor layer through the first electrode, there is an effect of spreading over the entire surface of the element according to the arrangement of the first electrode.
Further, if the total area of the first electrodes is ensured to be 2% or more of the surface area of the first conductive semiconductor layer, the contact resistance between the first electrode and the first conductive semiconductor layer is 50Ω. As a result, the current can be supplied smoothly and the field of view is sufficiently secured.
[0010]
Furthermore,In the semiconductor light emitting device of the present invention,As above,The level difference between the first electrode surface and the second electrode surface is preferably within 4 μm. In the semiconductor light emitting device of the present invention, a difference in level between the surface of the first electrode and the surface of the second electrode is unavoidable in terms of structure and manufacturing method. However, if the level difference becomes too large, connection failure may occur in the mounting process for assembling the lamp. If the level difference is within 4 μm, the level difference can be absorbed in the process of assembling the lamp by using, for example, solder bumps, etc., and contact failure can be prevented, so that product failure can be prevented.
Further, as described above, it is preferable that the light emitting portion is made of AlGaInP. Since the AlGaInP quaternary mixed crystal semiconductor is a direct transition type semiconductor, the light emission output is high, and the emission wavelength can be changed by changing the mixed crystal ratio of Al and Ga. Further, there is an advantage that lattice matching with a commercially available GaAs single crystal substrate can be easily obtained.
[0011]
In the semiconductor light emitting device of the present invention, the carrier concentration of the transparent semiconductor layer is 2 × 10.16cm-3The above is preferable. The specific resistance of the transparent semiconductor layer is preferably 1 Ωcm or less.
The specific resistance of the semiconductor layer is determined by the carriers in the semiconductor layer, and the specific resistance decreases as the number of carriers increases. Carrier concentration is 2 × 1016cm-3If a transparent semiconductor layer having a specific resistance of 1 Ωcm or less is used as described above, there is an advantage that it can be operated with a low forward voltage.
[0012]
GaP can be used as a semiconductor layer having a high carrier concentration and a low specific resistance as described above. Since GaP has a large band gap energy, when AlGaInP has a light emitting portion structure, it has a transparent property with respect to a wide range of emission wavelengths. GaP also has an advantage that high-quality crystals can be easily obtained.
[0014]
Furthermore, in the semiconductor light emitting device of the present invention, it is preferable that the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type.
As for a commercially available GaAs single crystal substrate, a high-quality substrate with fewer crystal defects is available for n-type, and generally, n-type electrode has lower resistance, and considering the stacking order, the area of the first electrode is reduced. This is because it can be made smaller.
[0015]
In the flip-chip type semiconductor light emitting device of the present invention, the total thickness of the semiconductor light emitting device is preferably 50 μm or more and 100 μm or less.
Instead of an opaque semiconductor substrate, a transparent and low-resistance semiconductor layer is used as a support layer, but if this transparent and low-resistance semiconductor layer is formed thick and the total thickness is increased, a transparent support layer can be obtained. It is also convenient when assembling a light emitting diode lamp described later. However, if it is too thick, it will be uneconomical.
[0016]
Next, the manufacturing method of the flip chip type semiconductor light emitting device of the present invention is as follows.Made of GaAsOn a semiconductor substrateMade of AlGaInPA semiconductor layer including a light emitting portion and a transparent semiconductor layer are sequentially stacked, and then the semiconductor substrate is removed, and then a first electrode and a current diffusion layer are formed on the surface of the semiconductor layer on the side from which the semiconductor substrate is removed. In the manufacturing method, the second electrode is formed on the surface of the transparent semiconductor layer or the second conductivity type semiconductor layer. The semiconductor substrate used here is preferably a GaAs substrate, and the GaAs substrate is a semiconductor that generally serves as an absorption layer for green to red light emission from the AlGaInP light emitting portion.
Therefore, in the manufacturing method of the present invention, an epitaxial growth layer is formed on a high-quality GaAs substrate, and then a method of removing the GaAs substrate that becomes the light absorption layer is adopted.
[0017]
In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, a light emitting portion made of AlGaInP is epitaxially grown. As a means for epitaxial growth, a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) was adopted. According to the MOCVD method, it is easy to control the composition, layer thickness, and electrical properties of the growth layer.
In the method for producing a semiconductor light emitting device of the present invention, the transparent semiconductor layer can be laminated by a vapor phase epitaxial growth method (VPE method).
Since the VPE method can increase the growth rate compared to the MOCVD method, a thick transparent semiconductor layer can be formed efficiently.
[0018]
The light-emitting diode lamp of the present invention includes a base material, first and second electrode terminals formed on the base material so as to be electrically isolated from each other, and current diffusion layers on the first and second electrode terminals, respectively. And the second electrode is electrically connected.8A light-emitting diode lamp comprising the flip-chip type semiconductor light-emitting device according to any one of the above and a sealing material for sealing the semiconductor light-emitting device.
In the light-emitting diode lamp of the present invention, it is preferable that the first and second electrode terminals are formed on the same plane of the substrate surface, and the semiconductor light-emitting element is placed on the plane of the substrate. .
Further, it is preferable that the first and second electrode terminals are electrically connected to the current diffusion layer and the second electrode by bumps made of gold or solder.
With such a structure, since two electrodes are provided on one surface of the semiconductor light emitting element, the semiconductor light emitting element is merely placed at a predetermined position of the electrode terminal on the electronic device, and wire bonding is not used. It is possible to assemble a light emitting diode lamp. In addition, if an electrode terminal is extended on the surface opposite to the surface on which the semiconductor light-emitting element is mounted on the base material, the light-emitting diode lamp can be connected simply by placing it at a predetermined position when mounting it on other electronic devices. Wiring becomes possible.
[0019]
The display device of the present invention is a display device using the above-described light emitting diode lamp according to the present invention. If the light emitting diode lamp according to the present invention is used, since the connection terminals are arranged on one side, the mounting operation becomes extremely easy and the production efficiency is greatly improved.
[0020]
The electrode for a flip-chip type light emitting element of the present invention is formed by dispersing a part of the surface of the semiconductor layer having a light emitting portion, the first electrode being in ohmic contact with the semiconductor layer, and the surface of the semiconductor layer In addition, an electrode for a light-emitting element comprising the semiconductor layer and a current diffusion layer formed so as to cover the first electrode.
In the electrode for a light emitting device of the present invention, the current diffusion layer preferably also serves as a reflective layer that reflects light emitted from the light emitting portion.
Furthermore, it is preferable that a plurality of the first electrodes are arranged on the surface of the semiconductor layer.
With such an electrode structure, since the current spreads over the entire light emitting surface through the current diffusion layer, there is an advantage that uniform light emission can be obtained over the entire light emitting surface and luminance can be improved. In addition, since the current diffusion layer also serves as a light reflection layer, the luminance can be further improved.
[0021]
In the light-emitting element electrode according to the present invention, it is preferable that the contact resistance between the first electrode and the semiconductor layer is smaller than the contact resistance between the current diffusion layer and the semiconductor layer.
By configuring the electrodes in this way, there is an advantage that the operating current can be spread over the entire semiconductor light emitting device as described above.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 and 2 are diagrams schematically showing a schematic configuration of a flip chip type semiconductor light emitting device of the present invention, FIG. 1 is a plan view thereof, and FIG. 2 is a cross section taken along line AA ′ of FIG. FIG.
In the following drawings, the scale of each layer and each member in each direction is changed in order to display each layer and each member with a size that can be recognized on the drawing.
[0023]
As shown in FIG. 1, the planar structure of the semiconductor light emitting device of the present invention is such that a
Further, the cross-sectional structure of the semiconductor
[0024]
The
[0025]
The light emitting portion made of an AlGaInP double heterojunction includes, for example, a buffer layer made of n-type GaAs doped with Si, a contact layer made of Si-doped n-type AlGaAs or AlGaInP, and a Si-doped n-type (Al0.7Ga0.3)0.In0.5Lower cladding layer made of P, undoped (Al0.2Ga0.8)0.5In0.5A light-emitting layer made of P, and p-type (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5A structure in which upper clad layers made of P are sequentially laminated can be exemplified. According to this configuration, red light emission having a wavelength of about 620 nm can be obtained.
[0026]
The semiconductor
However, since the GaAs substrate acts as an absorption layer for the light emission from the AlGaInP light emitting part, the light emitted to the GaAs substrate side cannot be effectively extracted outside with the GaAs substrate remaining, and the luminance Can not increase.
[0027]
Therefore, in the present invention, a light emitting portion made of, for example, an AlGaInP double heterojunction is formed on a GaAs substrate, and a transparent semiconductor layer transparent to the light emission of AlGaInP is formed thereon thickly. The opaque GaAs substrate is removed, and the
A
At this time, if the electrical resistance of the transparent semiconductor layer is high, the current path from the light emitting portion to the
In the present invention, the first conductivity type is preferably n-type, and the second conductivity type is preferably p-type. This is because the n-type electrode generally has a lower resistance.
[0028]
As the semiconductor layer that is transparent to light emission, a compound semiconductor layer such as GaP, AlGaAs, GaAsP, ZnTe, or ZnSe that generally has a larger forbidden band than the light emitting layer can be selected.
When an AlInGaP quaternary mixed crystal semiconductor is used for the light emitting portion, the material of the
As thickness of the
[0029]
FIG. 3 shows the relationship between the thickness of the
[0030]
As shown in FIG. 1, the first electrodes (distribution electrodes) 15 are preferably distributed evenly on the light emitting surface. For example, as shown in FIG. 1, the plurality of
The material of the
The thickness of the
[0031]
In order to supply input power from the external electric circuit to the
As the
The region where the
[0032]
In the semiconductor
[0033]
Furthermore, the metal thin film used as the current diffusion layer also has a function as a light reflection film. In regions other than the
Further, when the
[0034]
Examples of the metal used as the current spreading
When the light emitting elements are connected by solder or the like, an alloy such as solder can also be used as the current diffusion layer.
[0035]
The thickness of the current spreading
If the thickness of the
[0036]
Next, the
The
Examples of the material used as the
Since the
[0037]
If the thickness of the
[0038]
The
Therefore, if the height (h2) of the surface of the
When the level difference (d) between the
[0039]
FIG. 4 shows the relationship between the level difference (d) between the surface of the
In order to reduce the level difference (d) between the surface of the
In order to reduce the thickness of the
[0040]
On the other hand, in order to form the
Of course, means for adjusting both the surface of the
[0041]
The semiconductor light emitting device thus completed has a light emitting part and one electrode on one side of a thick semiconductor layer transparent to the emission wavelength, and the other electrode on the surface of the light emitting part. In the mounting operation, connection wiring is possible without using wire bonding simply by placing the light emitting element at a predetermined position. In addition, since the electrode provided in the light emitting part is composed of an electrode that forms an ohmic junction with the light emitting layer and a current diffusion layer that connects these ohmic electrodes, the input power spreads over the entire light emitting part, and the area of the light emitting region Therefore, high brightness can be obtained. Furthermore, since the current diffusion layer also has a light reflection function, the light emitted to the current diffusion layer side is also reflected and returned to the transparent semiconductor layer side, and most of the light excited by the light emitting part is a transparent semiconductor. Since the light is radiated from the layer side to the outside, a semiconductor light emitting device with still higher luminance can be obtained.
[0042]
Next, the structure of the light emitting diode lamp will be described.
FIG. 5 shows a planar structure of the light-emitting diode lamp of the present invention, and FIG. 6 shows a cross-sectional structure taken along line B-B ′ of FIG.
The light emitting
First, a
[0043]
Formed on the
[0044]
If the light-emitting
[0045]
【Example】
(Example)
In this example, a flip-chip type semiconductor light emitting device according to the present invention and a light emitting diode lamp using the flip chip type semiconductor light emitting device were manufactured.
The semiconductor light emitting device (LED) fabricated in this example is an undoped (Al0.2 Ga0.8)0.5In0.5 The LED has a light emitting layer made of P and emits red light having a wavelength of about 620 nm.
[0046]
First, the laminated structure of the
A buffer layer 130 made of n-type GaAs doped with Si and a contact layer made of n-type AlGaAs doped with Si on a
[0047]
(Epitaxial wafer manufacturing process)
The manufacturing method of this epitaxial wafer will be described. In this example, first, trimethylaluminum ((CHThree)ThreeAl), trimethylgallium ((CHThree)ThreeGa) and trimethylindium ((CHThree)ThreeIn) is used as a raw material for group III constituent elements, and the raw material for group V constituent elements is phosphine (PHThree ) Or arsine (AsH)ThreeThe semiconductor layers 130 to 134 are stacked on the
[0048]
The carrier concentration of the buffer layer 130 made of GaAs is about 5 × 10 5.18cm-3The layer thickness was about 0.2 μm. The
The GaP
[0049]
(Substrate removal process)
Next, the
[0050]
(Electrode formation process)
Next, in order to form the
On the surface of the
[0051]
Next, in order to form the
Next, after forming the first and second electrodes, an alloying heat treatment is performed at 420 ° C. for 15 minutes in an argon (Ar) stream, and the first and second electrodes and each semiconductor layer are subjected to heat treatment. Formed ohmic contact.
[0052]
(LED manufacturing process)
As described above, the epitaxial wafer on which the
[0053]
(Light-emitting diode lamp assembly process)
Furthermore, a light emitting diode lamp shown in FIGS. 5 and 6 was assembled using the semiconductor
First, the
[0054]
When a current was applied in the forward direction to the
[0055]
(Comparative Example 1)
The flip-chip type semiconductor light emitting device according to the comparative example 1 is structurally different from the above example in that only one first electrode is formed larger and no metal current diffusion layer is used. Is a point. Therefore, the point using the epitaxial wafer shown in FIG. 7 is the same as that of the Example. The semiconductor light emitting device of Comparative Example 1 was a semiconductor light emitting device having a square of 300 μm on a side and a thickness of 74 μm. The structure of the semiconductor light emitting device fabricated in this Comparative Example 1 is shown in FIGS. FIG. 8 is a plan view of the semiconductor light emitting device manufactured in the first comparative example, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line C-C ′ in FIG. 8. The portions indicated by
[0056]
In the first comparative example, the shape of the
As the
[0057]
Thereafter, a light-emitting diode lamp was manufactured in the same manner as in the example, and a current was passed in the forward direction between the first electrode terminal and the second electrode terminal of the light-emitting diode lamp. Thus, red light having a wavelength of about 620 nm was emitted. The forward voltage (V) when a current of 20 mA (mA) flows in the forward direction.f: Per 20 mA) was about 2.1 volts (V), which was equivalent to the example. The emission intensity at this time was 90 mcd. The emission intensity was about 60% with respect to the example of the present invention. This is because there is no current diffusion layer, the current flowing to the light emitting part is non-uniform, the light emission efficiency of the entire light emitting part is reduced, and the light is lost because there is no reflection of light from the current spreading layer, This is because the electrode area of the
[0058]
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a semiconductor light emitting device having a light emitting area the same as that of the example was manufactured using an epitaxial wafer on which a semiconductor layer having the structure shown in FIG. 10 was formed.
The difference from the embodiment is that the
[0059]
The method for fabricating the semiconductor light emitting device fabricated in Comparative Example 2 is different from that in the embodiment. The
In this comparative example 2, the
Thereafter, in the same manner as in the example, the epitaxial wafer on which the first electrode, the current diffusion layer, and the second electrode are formed is cut into element shapes by a normal scribing method, and is individually subdivided. An LED was assembled in the same manner.
[0060]
As in the example, when a forward current was passed between the first and second electrode terminals, the forward voltage at 20 mA energization was 3.5V. Compared to the embodiment, the forward voltage is high. This is because the resistance of the
[0061]
【The invention's effect】
As described above, in the flip-chip type semiconductor light emitting device of the present invention, since wire bonding is not used, the assembly of the light emitting device is easy, the wire is not disconnected, and the reliability is improved. Furthermore, by providing the ohmic electrode and the current diffusion layer on a part of the rear surface of the light emitting part of the semiconductor layer, a current can be supplied uniformly to the light emitting part, and the efficiency of the entire light emitting part is increased and the light emission intensity is increased.
[0062]
In addition, the current spreading layer reflects the light of the light emitting part to increase the light extraction efficiency, increases the connectable area when the light emitting element is assembled, facilitates assembly, and has an effect of improving productivity. The transparent semiconductor layer on the surface side of the light emitting element is transparent to light emission, and has an effect of reducing power consumption by improving light emission intensity and reducing forward voltage by imparting conductivity.
The thickness of the semiconductor element greatly affects the productivity and product yield, and a low-cost element can be obtained if an appropriate range is selected.
[0063]
In this embodiment, an LED is manufactured using an n-type semiconductor substrate. However, an LED manufactured using a p-type semiconductor substrate can achieve the effects of the present invention.
In addition, although AlGaInP quaternary mixed crystal was used as the semiconductor material of the light emitting part of the LED of the embodiment, a known technique is used for the material and composition of the semiconductor crystal of the light emitting part, the laminated structure, or dopants such as Mg, Te, S, and Se. The effect of the present invention can also be obtained by using.
[0064]
In particular, the effect of the present invention is particularly effective in a semiconductor light emitting device in which the thickness of a semiconductor layer in which semiconductor layers are stacked by the MOCVD method is thin, for example, the light emitting portion is made of an AlInGaP-based, AlGaInN-based, or AlGaAs-based semiconductor large.
Although GaP is used as the conductive transparent semiconductor layer, high brightness can be achieved with AlGaAs. However, when it contains a large amount of Al, its use is limited because it has poor moisture resistance. In the embodiments, a general flip-chip type light emitting diode lamp is shown. However, the same effect can be obtained by using a so-called bullet type having a different shape or a light emitting diode lamp incorporating a plurality of light emitting elements having different emission wavelengths. . Further, an inexpensive display device with few failures can be manufactured using these light emitting diode lamps.
[0065]
In addition, to increase the brightness of semiconductor light emitting devices, surface roughening treatment improves the light extraction efficiency and forms a window layer with a lower refractive index than the semiconductor used in the light emitting part. However, if a technique used in a conventional light emitting element, such as improving the light extraction efficiency to the outside, is added, the light emission characteristics are further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a semiconductor light emitting device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a cross section taken along line A-A ′ of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a thickness of a semiconductor light emitting element and a defect rate.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a level difference between a first electrode and a second electrode and a defect rate.
FIG. 5 is a plan view of a light-emitting diode lamp according to the present invention.
6 is a cross-sectional view taken along line B-B ′ of FIG. 5;
FIG. 7 is a view showing a cross section of an epitaxial wafer used in the semiconductor light emitting device of the present invention.
8 is a plan view of a semiconductor light emitting element according to Comparative Example 1. FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a cross section taken along line C-C ′ of FIG. 8;
10 is a view showing a cross section of an epitaxial wafer according to Comparative Example 2. FIG.
[Explanation of symbols]
10... Semiconductor light emitting device
11, 31 ... Semiconductor substrate
12, 22 ... Light emitting part
13, 33 ... Semiconductor layer
14 ... Current diffusion layer
15, 25... First electrode
16, 26... Second electrode
40 ... Light-emitting diode lamp
41 .. Sealing material
43... First electrode terminal
44... Second electrode terminal
45 ・ ・ ・ ・ ・ Base material
46 ... Bump
130, 330 ... buffer layer
131,331 ... contact layer
132,332 ... lower cladding layer
133,333 ... Light emitting layer
134,334 ... upper cladding layer
135, 235, 335 ... Transparent semiconductor layer
Claims (16)
該透明半導体層の一方の面上に順次積層された第2導電型半導体層と第1導電型半導体層とからなり、pn接合構造の発光部を有するAlGaInPからなる半導体層と、
前記透明半導体層と反対側の第1導電型半導体層の表面の一部に分散して形成された、第1導電型半導体層とオーミック接触する第1の電極と、
該第1の電極が形成された第1導電型半導体層の表面上に、第1導電型半導体層と第1の電極とを覆って形成された電流拡散層と、
前記半導体層の一部が除去されることによって露出された前記透明半導体層の一方の面上に形成された、電流拡散層と電気的に分離され、かつ前記透明半導体層とオーミック接触する第2の電極とを備え、
前記電流拡散層が、前記発光部からの発光を反射する反射層をなしており、
前記第1の電極が、第1導電型半導体層の表面に複数個配置され、前記第1の電極の面積の合計が、第1導電型半導体層の表面積の2%以上30%以下であり、
前記第1の電極と第1導電型半導体層との接触抵抗が、前記電流拡散層と第1導電型半導体層との接触抵抗に比べて小さく、前記第1の電極と第1導電型半導体層との接触抵抗が、50Ω以下であり、
前記第1の電極の厚みが0.2〜1.0μmの範囲であり、前記第2の電極の厚みが2〜6μmの範囲であり、前記半導体層の厚みが2〜5μmの範囲であり、前記第1の電極表面と前記第2の電極表面とのレベル差が4μm以内にあり、
前記第2の電極と透明半導体層または第2導電型半導体層との接触抵抗が50Ω以下であり、前記第2の電極が素子のコーナー部分に扇形に設けられていて、前記透明半導体層のキャリア濃度が、2×1016cm−3以上であり、前記透明半導体層の比抵抗が、1Ωcm以下であり、前記透明半導体層の厚さが50〜100μmの範囲であり、前記透明半導体層がGaPからなることを特徴とするフリップチップ型半導体発光素子。A transparent semiconductor layer having a second conductivity type and transparent to light emitted from the light emitting portion;
A semiconductor layer made of AlGaInP having a light emitting part having a pn junction structure, comprising a second conductive type semiconductor layer and a first conductive type semiconductor layer sequentially stacked on one surface of the transparent semiconductor layer;
A first electrode in ohmic contact with the first conductivity type semiconductor layer, formed dispersed in a part of the surface of the first conductivity type semiconductor layer opposite to the transparent semiconductor layer;
A current diffusion layer formed on the surface of the first conductive type semiconductor layer on which the first electrode is formed, covering the first conductive type semiconductor layer and the first electrode;
A second electrode formed on one surface of the transparent semiconductor layer exposed by removing a part of the semiconductor layer and electrically isolated from the current diffusion layer and in ohmic contact with the transparent semiconductor layer. With electrodes,
The current spreading layer forms a reflective layer that reflects light emitted from the light emitting unit,
A plurality of the first electrodes are disposed on the surface of the first conductivity type semiconductor layer, and the total area of the first electrodes is 2% to 30% of the surface area of the first conductivity type semiconductor layer,
The contact resistance between the first electrode and the first conductivity type semiconductor layer is smaller than the contact resistance between the current diffusion layer and the first conductivity type semiconductor layer, and the first electrode and the first conductivity type semiconductor layer. The contact resistance with is 50Ω or less,
The thickness of the first electrode is in the range of 0.2 to 1.0 μm, the thickness of the second electrode is in the range of 2 to 6 μm, the thickness of the semiconductor layer is in the range of 2 to 5 μm, The level difference between the first electrode surface and the second electrode surface is within 4 μm,
The contact resistance between the second electrode and the transparent semiconductor layer or the second conductivity type semiconductor layer is 50Ω or less, the second electrode is provided in a sector shape at the corner portion of the element, and the carrier of the transparent semiconductor layer The concentration is 2 × 10 16 cm −3 or more, the specific resistance of the transparent semiconductor layer is 1 Ωcm or less, the thickness of the transparent semiconductor layer is in the range of 50 to 100 μm, and the transparent semiconductor layer is GaP A flip-chip type semiconductor light emitting device comprising:
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