JPH07193279A - 光半導体デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 簡単な構成により、低コストで製造し得ると
共に、外部への光の取出し効率を向上せしめるようにし
た、光半導体デバイスを提供する。 【構成】 半導体基板１１上に形成された光半導体チッ
プ１２と、光半導体チップ１２の表面中央付近に形成し
た電極１３と、半導体基板１１の下面に形成した裏電極
１４とを含み、上記電極１３の下面の一部に、電気絶縁
層１５を設けることにより光半導体デバイス１０を構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばＬＥＤ等の光半
導体デバイスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光半導体デバイスとして、図８及
び図９に示す構成のＬＥＤが知られている。このＬＥＤ
１は、半導体基板２上に形成されたＬＥＤチップ３と、
このＬＥＤチップ３の表面に形成された電極４とから構
成されている。ＬＥＤチップ３は、その上下方向に関し
て中間に、活性層３ａを有しており、この活性層３ａを
電流が通過することにより、該活性層３ａが発光するよ
うになっている。また、半導体基板２の下面には、裏電
極５が形成されている。

【０００３】このように構成されたＬＥＤ１によれば、
ＬＥＤチップ３の表面に形成された電極４と半導体基板
２の下面に設けられた裏電極５との間に、電圧を印加す
ることにより、例えば図９にて矢印で示すように、電極
４から裏電極５に向かって電流が流れることになる。そ
して、この電流が、ＬＥＤチップ３の活性層３ａを通過
する際に、この活性層３ａが発光する。かくして、活性
層３ａからの光は、ＬＥＤ１の上面、即ちＬＥＤチップ
３の表面から外部へ出射することになる。

【０００４】この場合、電極４からの裏電極５に向かっ
て流れる電流は、その経路の抵抗値が最小になるよう
に、即ち最短距離をとるように流れることになる。とこ
ろで、電極４は、ＬＥＤチップ３の表面の中心付近に位
置している。従って、活性層３ａを通過する電流は、こ
の活性層３ａのうち、電極４の直下に集中することにな
る。このため、活性層３ａの発光中心は、図９にて符号
Ａで示すようになり、その発光強度は、図１０のグラフ
に示すように、電極４に対応する領域が最大で、この電
極４から外れると、急激に低下することになる。

【０００５】他方、ＬＥＤチップ３の表面に形成された
電極４は光を遮断する。従って、ＬＥＤ１の発光特性
は、発光強度が最大である電極４の領域で、外部への発
光強度がゼロになってしまうので、図１０にて斜線を施
した部分のみが外部に取り出されることになる。従っ
て、外部への光の取出し効率が極めて低くなってしまう
という問題があった。

【０００６】このため、例えば図１１に示すような構成
の、光の取出し効率を高めたＬＥＤが知られている。即
ち、図１１において、ＬＥＤ６は、ＬＥＤチップ３内に
て活性層３ａの上方に、電流阻止層３ｂが備えられてい
る点で、図８及び図９のＬＥＤ１と異なる構造になって
いる。この電流阻止層３ｂは、ＬＥＤチップ３の結晶中
に、電極４に対応してアイランド状の高抵抗領域３ｃを
形成することにより、構成されている。

【０００７】この構成によれば、電極４からの電流は、
上記電流阻止層３ｂの高抵抗領域３ｃを回避して、周囲
に回り込むことになる。従って、外部への発光に寄与し
ない活性層３ａの中心部分を通過することが排除され得
る。かくして、活性層３ａの発光中心は、図１１にて符
号Ｂで示すようになり、入力電流に対する発光効率が向
上せしめられ得ることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなバックＬＥＤ６においては、電流阻止層３ｂを形成
する場合、電極４に対応した高抵抗領域３ｃを画成する
ためには、電流阻止層３ｂを形成する際に、高抵抗領域
３ｃ以外の部分を選択的に除去するために、エッチング
工程が必要となる。このため、半導体基板２上へのＬＥ
Ｄチップ３の結晶成長工程にて、途中で結晶成長を中断
して、この電流阻止層３ｂを形成する必要があり、その
後再び結晶成長を行なうことになる。従って、結晶成長
工程における結晶成長装置の使用効率が低下してしまう
と共に、別にエッチング工程が必要であることから、工
程が多くなり、製造コストが高くなってしまうという問
題があった。

【０００９】本発明は、以上の点に鑑み、簡単な構成に
より低コストで製造し得ると共に、外部への光の取出し
効率を向上させ得るようにした、光半導体デバイスを提
供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、半導体基板上に形成された光半導
体チップと、この光半導体チップの表面中央付近に形成
された電極と、上記半導体基板の下面に形成された裏電
極とを含んでいる光半導体デバイスにおいて、上記電極
の下面の一部に、電気絶縁層を設けたことを特徴として
いる。

【００１１】また、好ましくは、本発明によれば、半導
体基板が、上記電極直下の領域に、下方に向かって開放
した凹陥部を備えている。

【００１２】

【作用】上記第一の構成によれば、電極の下面の一部、
例えば周囲を残して中心付近に電気絶縁層が設けられて
いるので、この電気絶縁層の存在によって、電極からの
電流はこの電極の周囲からＬＥＤチップ内に入り、裏電
極に向かって進むことになる。従って、ＬＥＤチップの
活性層においては、電極の周縁に対応する領域で発光高
度が最大となり、そこから外側及び内側に向かって発光
強度が低下するようになる。

【００１３】また、上記第二の構成によれば、半導体基
板の下面の電極に対応する領域に、凹陥部が備えられて
いるので、この凹陥部の存在によって、電極からの電流
はＬＥＤチップ内に入った後、上記凹陥部を回避するよ
うに、裏電極に向かって進むことになる。従って、ＬＥ
Ｄチップの活性層においては、電極の周縁に対応する領
域で発光強度が最大となり、そこから外側及び内側に向
かって発光強度が低下するようになる。ここで、電極か
らの電流が凹陥部を回避するように、周囲に向かって回
り込むことにより、電極周縁から外側における発光強度
が高められ得ることになる。

【００１４】かくして、何れの構成においても、電極に
対応する活性層の領域では、発光強度が低下するので、
全体として、外部への光の取出し効率が向上せしめられ
る。また、ＬＥＤチップ形成の際の結晶成長工程は、途
中で中断することなく、連続して行なわれることがで
き、エッチング工程等も不要であるので、工程数が増え
ることなく、光半導体デバイスが簡単に且つ低コストで
製造される。

【００１５】

【実施例】以下、図面に示した実施例に基づいて、本発
明を詳細に説明する。図１及び図２は、本発明を適用し
たＬＥＤの第一の実施例を示しており、ＬＥＤ１０は、
半導体基板１１上に形成されたＬＥＤチップ１２と、こ
のＬＥＤチップ１２の表面に形成された電極１３とから
構成されている。ＬＥＤチップ１２は、その上下方向に
関して中間に、活性層１２ａを有しており、この活性層
１２ａを電流が通過することにより、該活性層１２ａが
発光するようになっている。また、半導体基板１１の下
面には、裏電極１４が形成されている。

【００１６】以上の構成は、図８及び図９に示した従来
のＬＥＤ１と同様の構成であるが、本発明実施例による
ＬＥＤ１０においては、さらに、電極１３の下面の一
部、図示の場合には、電極１３よりやや小径で円形の、
例えばＳｉＯ₂ ，ＳｉＮｘ等から成る電気絶縁層１５が
形成されている。

【００１７】本発明実施例によるＬＥＤ１０は以上のよ
うに構成されており、ＬＥＤチップ１２の表面に形成さ
れた電極１３と、半導体基板１１の下面に設けられた裏
電極１４との間に、電圧を印加することにより、例えば
図２にて矢印で示すように、電極１３から裏電極１４に
向かって電流が流れる。即ち、先ず電極１３内にて、電
流は電極１３の周辺に向かって移動した後、この電極１
３の周辺部からＬＥＤチップ１２内に入る。そして、こ
の電流が、ＬＥＤチップ１２の活性層１２ａを通過する
際に、この活性層１２ａが発光し、該活性層１２ａから
の光は、ＬＥＤ１０の上面、即ちＬＥＤチップ１２の表
面から外部へ出射することになる。

【００１８】かくして、活性層１２ａの発光中心は、図
面にて符号Ｃで示すように、電極１３の周縁に対応した
位置にあって、発光強度は、図３に示すように、電極１
３の周縁にて最大であり、そこから外側及び内側に向か
って、減少するようになっている。その際、電極１３の
存在によって、外部に取り出される光の発光強度は、図
３にて斜線を施した部分のみになる。この場合、効率良
く光に変換されるＬＥＤの駆動電流範囲内においては、
活性層における内部発光強度は、駆動電流にほぼ比例す
るので、図１０に示す従来のＬＥＤ１の発光強度に比較
して、同一電流の場合には、全体の発光量が等しいこと
から、外部への光の取出し効率が向上せしめられ得るこ
とになる。

【００１９】図４乃至図６は、本発明を適用したＬＥＤ
の第二の実施例であり、ＬＥＤ２０は、半導体基板２１
上に形成されたＬＥＤチップ２２と、このＬＥＤチップ
２２の表面に形成された電極２３とから構成されてい
る。このＬＥＤチップ２２は、その上下方向に関して中
間に、活性層２２ａを有しており、この活性層２２ａを
電流が通過することにより、該活性層２２ａが発光する
ようになっている。また、半導体基板２１の下面には、
裏電極２４が形成されている。

【００２０】以上の構成は、図８及び図９に示した従来
のＬＥＤ１と同様の構成であるが、該第２の実施例によ
るＬＥＤ２０においては、さらに、上記半導体基板２１
が、上記電極２３の直下の領域において、下方に向かっ
て開放した凹陥部２１ａを備えている。ここで、半導体
基板２１の厚さは、例えば１００乃至３００μｍ程度で
あるが、ＬＥＤチップ２２の厚さは、例えば数μｍ〜数
１０μｍ程度であり、ＬＥＤチップ２２の活性層２２ａ
は、半導体基板２１に対して非常に接近して配設される
ことになる。

【００２１】この第２実施例によるＬＥＤ２０は以上の
ように構成されており、ＬＥＤチップ２２の表面に形成
された電極２３と、半導体基板２１の下面に設けられた
裏電極２４との間に電圧を印加することにより、例えば
図４にて矢印で示すように、電極２３から裏電極２４に
向かって電流が流れる。即ち、電流は、ＬＥＤチップ２
２内に入り、ＬＥＤチップ２２の活性層２２ａを通過す
る際に、この活性層２２ａが発光し、該活性層２２ａか
らの光はＬＥＤ２０の上面、即ちＬＥＤチップ２２の表
面から外部へ出射することになる。

【００２２】この場合、半導体基板２１が凹陥部２１ａ
を備えていることにより、電流はこの凹陥部２１ａを回
避するように、ＬＥＤチップ２２内で回り込むことにな
る。そのため、電流は、活性層２２ａを通過する際に、
電極２３に対応した領域から周辺に逃げることになる。
従って、活性層２２ａの発光中心は、図４にて符号Ｄで
示すように、電極２３の周縁に対応した位置にあって、
発光強度は、図７に示すように、電極２３の周縁にて最
大であり、そこから外側及び内側に向かって、減少する
ようになっている。その際、電極２３の存在によって、
外部に取り出される光の発光強度は、図７にて斜線を施
した部分のみになる。

【００２３】ここで、電流は、上記凹陥部２１ａを回避
するように、ＬＥＤチップ２２内で回り込むことから、
電極２３の周縁より外側に対応する領域においては、従
来のＬＥＤ１に比較して、発光強度が向上せしめられ
る。

【００２４】尚、上記実施例においては、本発明をＬＥ
Ｄに対して適用した場合について説明したが、これに限
らず、他の光半導体デバイスに対しても、本発明を適用
し得ることは明らかである。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、電
極に対応する活性層の領域では、発光強度が低下するの
で、全体として、外部への光の取出し効率が向上せしめ
られ得る。また、ＬＥＤチップ形成の際の結晶成長工程
は、途中で中断することなく、連続して行なわれること
ができると共に、エッチング工程等も不要であるので、
工程数が増えることなく、光半導体デバイスを簡単に且
つ低コストで製造することができる。かくして、本発明
によれば、簡単な構成により、低コストで製造され得る
と共に、外部への光の取出し効率が向上せしめられ得る
ようにした、光半導体デバイスが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したＬＥＤの第一の実施例の平面
図である。

【図２】図１のＬＥＤの断面図である。

【図３】図１のＬＥＤの発光強度を示すグラフである。

【図４】本発明を適用したＬＥＤの第二の実施例の断面
図である。

【図５】図４のＬＥＤの下方から見た斜視図である。

【図６】図４のＬＥＤの平面図である。

【図７】図４のＬＥＤの発光強度を示すグラフである。

【図８】従来のＬＥＤの一例を示す平面図である。

【図９】図８のＬＥＤの断面図である。

【図１０】図８のＬＥＤの発光強度を示すグラフであ
る。

【図１１】従来のＬＥＤの他の例を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ ＬＥＤ １１ 半導体基板 １２ ＬＥＤチップ １３ 電極 １４ 裏電極 １５ 電気絶縁層 ２０ ＬＥＤ ２１ 半導体基板 ２１ａ 凹陥部 ２２ ＬＥＤチップ ２３ 電極 ２４ 裏電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に形成された光半導体チッ
   プと、該光半導体チップの表面中央付近に形成された電
   極と、上記半導体基板の下面に形成された裏電極とを含
   んでいる光半導体デバイスにおいて、 上記電極の下面の一部に、電気絶縁層が設けられている
   ことを特徴とする、光半導体デバイス。
2. 【請求項２】 半導体基板上に形成された光半導体チッ
   プと、該光半導体チップの表面中央付近に形成された電
   極と、上記半導体基板の下面に形成された裏電極とを含
   んでいる、光半導体デバイスにおいて、 上記半導体基板が、上記電極直下の領域に、下方に向か
   って開放した凹陥部を備えていることを特徴とする、光
   半導体デバイス。