JP2008071946A - 半導体発光素子アレイ - Google Patents

Abstract

【課題】過電流を適切に防止することが可能な半導体発光素子アレイを提供すること。
【解決手段】基板１と、基板１に搭載されており、それぞれがｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層を有する複数の半導体発光素子２と、を備えた半導体発光素子アレイＡであって、複数の半導体発光素子２に対して直列に接続されたＰＴＣＲ素子３を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤなど複数の半導体発光素子を有する半導体発光素子アレイに関する。

面発光可能な光源のひとつとして、半導体発光素子アレイが提案されている（たとえば、特許文献１）。図４は、従来の半導体発光素子アレイの一例を示している。同図に示された半導体発光素子アレイＸは、基板９１に複数の半導体発光素子９２が搭載された構成とされている。基板９１には、２つの電極９３が形成されている。複数の半導体発光素子９２は、２つの電極９３間において、たがいに直列に接続されている。２つの電極９３に直流電圧が印加されると、複数の半導体発光素子９２が一斉に発光する。これにより、半導体発光素子アレイＸは、面発光可能な光源として機能する。

しかしながら、複数の半導体発光素子９２のいずれかにおいてショートが生じると、半導体発光素子アレイＸ全体に定格電流を大きく超える過電流が流れるおそれがある。このような過電流の対策としては、半導体発光素子アレイＸが実装される回路側に過電流遮断手段を備えることが考えられる。半導体発光素子アレイＸを適切に発光させつつ過電流を遮断するには、半導体発光素子アレイＸに応じて、上記過電流遮断手段を個別に選定する必要があった。

特開２００５−７９２０２号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、過電流を適切に防止することが可能な半導体発光素子アレイを提供することをその課題とする。

本発明によって提供される半導体発光素子アレイは、基板と、上記基板に搭載されており、それぞれがｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層を有する複数の半導体発光素子と、を備えた半導体発光素子アレイであって、上記複数の半導体発光素子に対して直列に接続された過電流遮断手段を備えていることを特徴としている。

このような構成によれば、上記複数の半導体発光素子に供給される電流は、すべて上記過電流遮断手段を流れる。このため、上記複数の半導体発光素子のいずれかがショートするなどにより過電流が生じても、この過電流を瞬時に遮断することができる。また、上記過電流遮断手段は、上記半導体発光素子アレイの構成要素として上記基板上に備えられている。このため、上記過電流遮断手段の仕様を、上記複数の半導体発光素子の数や個々の定格出力に合わせて適切に選定することができる。これは、本発明と異なり、上記半導体発光素子アレイが搭載される回路側に過電流遮断手段を備える場合とくらべて、上記半導体発光素子アレイに生じた過電流を遮断するのに有利である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記過電流遮断手段は、ＰＴＣＲ素子である。このような構成によれば、上記半導体発光素子に過電流が生じると、上記ＰＴＣＲ素子の温度がキュリー温度以上となることにより、過電流を瞬時に遮断することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１および図２は、本発明に係る半導体発光素子アレイの一例を示している。本発明に係る半導体発光素子アレイＡは、基板１、複数の半導体発光素子群２Ａ、ＰＴＣＲ素子３、絶縁層４、配線５、および電極６を備えている。半導体発光素子アレイＡは、直流または交流の電圧が印加されることにより、面発光可能なデバイスとして構成されている。

基板１は、たとえばサファイアからなり、複数の半導体発光素子群２Ａ、ＰＴＣＲ素子３、絶縁層４、配線５、および電極６を支持している。本実施形態においては、基板１は、その厚さが３００μｍ以下とされている。

複数の半導体発光素子群２Ａは、基板１上にマトリクス上に配置されている。半導体発光素子群２Ａは、１対の半導体発光素子２からなる。

図２に示すように、半導体発光素子２は、バッファ層２１、ｎ−ＧａＮ層２２、活性層２３、ｐ−ＧａＮ層２４、ｎ側電極２５、およびｐ側電極２６を備えている。半導体発光素子２は、ｎ側電極２５およびｐ側電極２６間に電圧が印加されると、図中上方に向けて光を出射するように構成されている。

バッファ層２１は、たとえばＡｌＧａＮからなり、基板１とｎ−ＧａＮ層２２との格子歪を緩和するためのものである。本実施形態においては、バッファ層２１は、その厚さが３μｍ以下とされている。

ｎ−ＧａＮ層２２は、ＧａＮにたとえばＳｉがドープされたｎ型半導体からなり、本発明で言うｎ型半導体層の一例である。本実施形態においては、ｎ−Ｇａｎ層２２は、その厚さが２．５〜３．０μｍ程度の厚肉部分と、この厚肉部分よりも薄肉である薄肉部分とを有している。この薄肉部分には、ｎ側電極２５が形成されている。ｎ側電極２５は、たとえばＴｉおよびＡｌが積層されたものである。

活性層２３は、たとえばＩｎＧａＮを含むＭＱＷ（重量子井戸：Multiple Quantum Well）構造とされた層であり、電子と正孔とが再結合することにより発せられる光を増幅させるための層である。活性層２３は、たとえば複数のＩｎＧａＮ層と複数のＧａＮ層とが交互に積層されている。上記ＩｎＧａＮ層は、Ｉｎの組成比がたとえば１７％程度とされることにより、ｎ−ＧａＮ層２２よりもバンドギャップが小とされており、活性層２３の井戸層を構成している。なお、ｎ−ＧａＮ層２２と活性層２３との間には、格子歪を緩和することを目的として、ＩｎＧａＮおよびＧａＮが一原子毎に交互に積層された超格子層を形成してもよい。

ｐ−ＧａＮ層２４は、ＧａＮにたとえばＭｇがドープされたｐ型半導体からなり、本発明で言うｐ型半導体層の一例である。本実施形態においては、活性層２３とｐ−ＧａＮ層２４とをあわせた厚さが、０．６μｍ程度とされている。ｐ−ＧａＮ層２４には、ｐ側電極２６が形成されている。ｐ側電極２６は、たとえばＮｉからなる。

図３に示すように、半導体発光素子群２Ａに含まれる２つの半導体発光素子２は、一方のｎ側電極２５と他方のｐ側電極２６とが配線５によって接続されている。これにより、半導体発光素子群２Ａに電圧が印加されると、その電圧の方向に応じて２つの半導体発光素子２のいずれかが発光する。また、図１に示すように複数の半導体発光素子群２Ａは、互いに直列に配置されている。したがって、複数の半導体発光素子群２Ａに電圧が印加されると、この電圧が直流または交流のいずれであっても、各半導体発光素子群２Ａを構成する２つの半導体発光素子２のいずれか一方が発光することとなる。なお、図３は、理解の便宜上、基板１および絶縁層４を省略している。

ＰＴＣＲ（Positive Temperature Coefficient of Resistivity）素子３は、本発明で言う過電流遮断手段の一例である。ＰＴＣＲ素子３は、たとえばチタン酸バリウムを用いて形成されており、その温度がキュリー点を超えるとその抵抗値が顕著に高くなる性質を有している。ＰＴＣＲ素子３は、複数の半導体発光素子群２Ａに対して直列に接続されている。ＰＴＣＲ素子３の形成は、たとえば基板１に複数の半導体発光素子群２Ａを形成した後に、スパッタ法を用いて基板１の所望箇所にチタン酸バリウムの薄膜を形成することによって行う。

絶縁層４は、たとえばＳｉＯ₂などの絶縁材料からなり、複数の半導体発光素子２を覆っている。絶縁層４には、複数の孔が設けられている。これらの孔からは、ｎ側電極２５およびｐ側電極２６が露出している。

配線５は、たとえばＡｌまたはＰｔの薄膜からなり、複数の半導体発光素子２どうし、および複数の半導体発光素子群２Ａどうしを導通させている。

電極６は、たとえばＡｕからなり、半導体発光素子アレイＡに電力を供給するためのものである。電極６には、たとえば図外のワイヤがボンディングされる。

次に、半導体発光素子アレイＡの作用について説明する。

本実施形態によれば、複数の半導体発光素子群２Ａに供給される電流は、すべてＰＴＣＲ素子３を流れる。この電流が定格電流を超える過電流となった場合は、ＰＴＣＲ素子３の温度がキュリー温度を超えることにより、ＰＴＣＲ素子３の抵抗値が顕著に大きくなる。これにより、ＰＴＣＲ素子３によって過電流を適切に遮断することができる。

ＰＴＣＲ素子３は、半導体発光素子アレイＡの構成要素として備えられている。このため、ＰＴＣＲ素子３の定格抵抗値や、遮断可能な過電流の大きさなどを、半導体発光素子アレイＡに備えられた複数の半導体発光素子Ａの数や個々の定格出力に合わせて適切に選定することができる。これは、本発明と異なり、半導体発光素子アレイが搭載される回路側に過電流遮断手段を備える場合とくらべて、半導体発光素子アレイＡに生じた過電流を遮断するのに有利である。

本発明に係る半導体発光素子アレイは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る半導体発光素子アレイの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明で言う過電流遮断手段は、ＰＴＣＲ素子に限定されず、たとえばＡｕからなる配線の一部を顕著に狭幅とすることにより構成されたヒューズなど、本発明に係る半導体発光素子アレイを適切に発光させる定格電流を大きく超える過電流を適切に遮断可能なものであればよい。複数の半導体発光素子は、上述した複数の半導体発光素子群を構成するものに限定されず、すべての複数の半導体発光素子が直列に接続された構成であってもよい。

本発明に係る半導体発光素子アレイの一例を示す概略平面図である。 本発明に係る半導体発光素子アレイの一例を示す要部断面図である。 本発明に係る半導体発光素子アレイの一例に備えられた半導体発光素子群を示す要部平面図である。 従来の半導体発光素子アレイの一例を示す概略平面図である。

符号の説明

Ａ 半導体発光素子アレイ
１ 基板
２ 半導体発光素子
２Ａ 半導体発光素子群
３ ＰＴＣＲ素子（過電流遮断手段）
４ 絶縁層
５ 配線
６ 電極
２１ バッファ層
２２ ｎ−ＧａＮ層（ｎ型半導体層）
２３ 活性層
２４ ｐ−ＧａＮ層（ｐ型半導体層）
２５ ｎ側電極
２６ ｐ側電極

Claims (2)

1. 基板と、
   上記基板に搭載されており、それぞれがｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層を有する複数の半導体発光素子と、
   を備えた半導体発光素子アレイであって、
   上記複数の半導体発光素子に対して直列に接続された過電流遮断手段を備えていることを特徴とする、半導体発光素子アレイ。
2. 上記過電流遮断手段は、ＰＴＣＲ素子である、請求項１に記載の半導体発光素子アレイ。

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