JP2012054447A - Semiconductor light-emitting element, light-emitting device, lighting unit, and display unit - Google Patents

Semiconductor light-emitting element, light-emitting device, lighting unit, and display unit Download PDF

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Shuhei Suda
修平 須田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light-emitting element having high reliability, a light-emitting device having the semiconductor light-emitting element, and a lighting unit and a display unit having the light-emitting device.SOLUTION: A semiconductor light-emitting element 100 has a first semiconductor layer for light emission in which an n-type semiconductor sublayer 112, an active sublayer (not shown), and a p-type semiconductor sublayer 113 are stacked on a substrate 1; and a second semiconductor layer for light emission in which an n-type semiconductor sublayer 122 for light emission, an active sublayer (not shown), and a p-type semiconductor sublayer 123 are stacked on the substrate 1. Additionally, the semiconductor light-emitting element 100 has a first semiconductor layer for protection in which an n-type semiconductor sublayer 212 for protection, an active sublayer (not shown), and a p-type semiconductor sublayer 213 are stacked; and a second semiconductor layer for protection in which an n-type semiconductor sublayer 222 for protection, an active layer (not shown), and a p-type semiconductor sublayer 223 are stacked.

Description

本発明は、基板上にn型半導体層、活性層及びp型半導体層を積層した半導体層が形成された半導体発光素子、該半導体発光素子を備える発光装置、該発光装置を備える照明装置及び表示装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device in which a semiconductor layer in which an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer are stacked on a substrate, a light emitting device including the semiconductor light emitting device, an illumination device including the light emitting device, and a display. Relates to the device.

従来、光源として用いられてきた蛍光灯又は白熱灯などに比べて、省電力かつ長寿命であるという理由で、発光ダイオードが光源として注目を浴びており、照明用の光源だけでなく、照明スイッチ、バックライト光源、イルミネーション光源、アミューズメント機器の装飾など、広い分野で使用されるようになった。   Light emitting diodes have been attracting attention as a light source because of their low power consumption and long life compared to fluorescent lamps and incandescent lamps that have been used as light sources in the past. It has come to be used in a wide range of fields, such as backlight light sources, illumination light sources, and amusement equipment decorations.

このような発光ダイオードは、用途に合わせて、青色、青緑色、緑色、赤色など所要の単色を発光することができるもの、あるいは1つのパッケージで赤色、緑色、青色のマルチカラーを発光するものもある。また、蛍光体との組み合わせにより白色を発光することができる発光ダイオードも製品化されている。   Such light-emitting diodes can emit required single colors such as blue, blue-green, green and red according to the application, or can emit red, green and blue multicolors in one package. is there. In addition, light-emitting diodes that can emit white light in combination with phosphors have been commercialized.

例えば、LEDチップ(半導体発光素子)を包囲する包囲部を備え、所定の波長光で励起されて発光する蛍光体を含み、良好な発光効率及び発光光度を有する白色の発光ダイオード(発光装置)が開示されている(特許文献1参照)。   For example, a white light-emitting diode (light-emitting device) having a surrounding portion that surrounds an LED chip (semiconductor light-emitting element), including a phosphor that emits light when excited by light of a predetermined wavelength, and has good light emission efficiency and light emission intensity It is disclosed (see Patent Document 1).

特開2004−161789号公報JP 2004-161789 A

しかしながら、特許文献1の発光ダイオード(発光装置)にあっては、パッケージ内に1個のLEDチップ(半導体発光素子)を備えているので、何らかの要因でLEDチップがリーク状態(例えば、発光に寄与しない電流が増加するような状態)になった場合には、発光ダイオードの発光が不安定となり、最悪の場合には発光ダイオードが消灯する。発光ダイオードの用途は様々な分野に拡大しつつあり、特に車載用の発光ダイオードのように、安全性を維持する上で高度な信頼性が要求される分野では、信頼性の高い発光ダイオードが求められている。   However, the light-emitting diode (light-emitting device) disclosed in Patent Document 1 includes one LED chip (semiconductor light-emitting element) in the package, so that the LED chip is in a leaked state (for example, contributes to light emission) for some reason. When the current is increased, the light emission of the light emitting diode becomes unstable. In the worst case, the light emitting diode is turned off. Applications of light emitting diodes are expanding to various fields, and particularly in fields where high reliability is required to maintain safety, such as in-vehicle light emitting diodes, highly reliable light emitting diodes are required. It has been.

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、高信頼性を有する半導体発光素子、該半導体発光素子を備える発光装置、該発光装置を備える照明装置及び表示装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a highly reliable semiconductor light-emitting element, a light-emitting device including the semiconductor light-emitting element, a lighting device including the light-emitting device, and a display device. To do.

第1発明に係る半導体発光素子は、基板上にn型半導体層、活性層及びp型半導体層を積層した半導体層が形成された半導体発光素子において、前記基板上にn型半導体層、活性層及びp型半導体層をそれぞれ積層した第1及び第2発光用半導体層と、前記基板上にn型半導体層、活性層及びp型半導体層をそれぞれ積層し、前記第1及び第2発光用半導体層を保護するための第1及び第2保護用半導体層と、前記第1発光用半導体層のn型半導体層と前記第2発光用半導体層のp型半導体層とを接続する第1配線層と、前記第1保護用半導体層のp型半導体層と前記第2保護用半導体層のn型半導体層とを接続する第2配線層と、前記第1発光用半導体層のp型半導体層と前記第1保護用半導体層のn型半導体層とを接続する第3配線層と、前記第2発光用半導体層のn型半導体層と前記第2保護用半導体層のp型半導体層とを接続する第4配線層と、前記第2発光用半導体層のn型半導体層に接続された第1ボンディング電極と、前記第1発光用半導体層のp型半導体層に接続された第2ボンディング電極とを備えることを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device in which a semiconductor layer in which an n type semiconductor layer, an active layer, and a p type semiconductor layer are stacked is formed on a substrate, wherein the n type semiconductor layer and the active layer are formed on the substrate. First and second light emitting semiconductor layers, each of which is laminated with an n type semiconductor layer, an active layer, and a p type semiconductor layer, and the first and second light emitting semiconductor layers are laminated. A first wiring layer for connecting the first and second protective semiconductor layers for protecting the layer, the n-type semiconductor layer of the first light-emitting semiconductor layer, and the p-type semiconductor layer of the second light-emitting semiconductor layer. A second wiring layer connecting the p-type semiconductor layer of the first protective semiconductor layer and the n-type semiconductor layer of the second protective semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer of the first light emitting semiconductor layer, A third wiring layer connecting the n-type semiconductor layer of the first protective semiconductor layer; A fourth wiring layer connecting the n-type semiconductor layer of the second light-emitting semiconductor layer and the p-type semiconductor layer of the second protective semiconductor layer; and the n-type semiconductor layer of the second light-emitting semiconductor layer. A first bonding electrode and a second bonding electrode connected to the p-type semiconductor layer of the first light emitting semiconductor layer.

第2発明に係る半導体発光素子は、第1発明において、前記第1及び第2発光用半導体層のn型半導体層の面積は、前記第1及び第2保護用半導体層のn型半導体層の面積より大きいことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the area of the n-type semiconductor layer of the first and second light emitting semiconductor layers is the same as that of the n-type semiconductor layer of the first and second protective semiconductor layers. It is characterized by being larger than the area.

第3発明に係る半導体発光素子は、第1発明又は第2発明において、前記第1及び第2発光用半導体層のn型半導体層を前記基板の外周に沿って環状に積層してあり、前記第1及び第2保護用半導体層のn型半導体層は、前記第1及び第2発光用半導体層のn型半導体層の内周側に積層してあることを特徴とする。   A semiconductor light emitting device according to a third invention is the semiconductor light emitting device according to the first invention or the second invention, wherein the n-type semiconductor layers of the first and second light emitting semiconductor layers are annularly laminated along the outer periphery of the substrate, The n-type semiconductor layers of the first and second protective semiconductor layers are stacked on the inner peripheral side of the n-type semiconductor layers of the first and second light emitting semiconductor layers.

第4発明に係る半導体発光素子は、第1発明又は第2発明において、前記基板は、矩形状をなし、前記第1及び第2発光用半導体層並びに第1及び第2保護用半導体層それぞれを前記基板の四隅に積層してあり、前記第1及び第2発光用半導体層のn型半導体層の前記基板の外周に沿った寸法は、前記第1及び第2保護用半導体層のn型半導体層の前記基板の外周に沿った寸法より長いことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor light emitting device according to the first or second aspect, wherein the substrate has a rectangular shape, and the first and second light emitting semiconductor layers and the first and second protective semiconductor layers are respectively provided. The dimensions of the n-type semiconductor layers of the first and second light emitting semiconductor layers that are stacked at the four corners of the substrate along the outer periphery of the substrate are the n-type semiconductors of the first and second protective semiconductor layers. The layer is longer than the dimension along the outer periphery of the substrate.

第5発明に係る発光装置は、第1発明乃至第4発明のいずれか1つに係る半導体発光素子と、該半導体発光素子を収容する収容部とを備えることを特徴とする。   A light-emitting device according to a fifth aspect of the present invention includes the semiconductor light-emitting element according to any one of the first to fourth aspects of the present invention and a housing portion that houses the semiconductor light-emitting element.

第6発明に係る照明装置は、第5発明に係る発光装置を備えることを特徴とする。   A lighting device according to a sixth aspect of the invention includes the light emitting device according to the fifth aspect of the invention.

第7発明に係る表示装置は、第5発明に係る発光装置を備えることを特徴とする。   A display device according to a seventh aspect includes the light emitting device according to the fifth aspect.

第1発明にあっては、基板上にn型半導体層、活性層及びp型半導体層をそれぞれ積層した第1及び第2発光用半導体層と、基板上にn型半導体層、活性層及びp型半導体層をそれぞれ積層し、第1及び第2発光用半導体層を保護するための第1及び第2保護用半導体層とを備える。そして、第1発光用半導体層のn型半導体層と第2発光用半導体層のp型半導体層とを第1配線層で接続し、第1保護用半導体層のp型半導体層と第2保護用半導体層のn型半導体層とを第2配線層で接続し、第1発光用半導体層のp型半導体層と第1保護用半導体層のn型半導体層とを第3配線層で接続し、第2発光用半導体層のn型半導体層と第2保護用半導体層のp型半導体層とを第4配線層で接続する。そして、第2発光用半導体層のn型半導体層に第1ボンディング電極を接続し、第1発光用半導体層のp型半導体層に第2ボンディング電極を接続する。すなわち、発光用半導体層を直列に接続し、保護用半導体層を直列に接続し、発光用半導体層の直列回路に対して保護用半導体層の直列回路を逆並列に接続する。これにより、一方の発光用半導体層がリーク状態になった場合でも、他方の発光用半導体層により発光機能を確保することができるので、例えば、不安定な点灯状態又は消灯状態に陥る事態を回避して高い信頼性を確保することができる。また、発光用半導体層の直列回路に対して保護用半導体層の直列回路が接続されているので、過電圧又は静電気などから発光用半導体層を保護することができるとともに、一方の保護用半導体層がリーク状態になった場合でも、他方の保護用半導体層により保護機能が維持されるので、高い信頼性を確保することができる。   In the first invention, the first and second light emitting semiconductor layers in which the n-type semiconductor layer, the active layer, and the p-type semiconductor layer are stacked on the substrate, respectively, and the n-type semiconductor layer, the active layer, and the p on the substrate. And a first protective semiconductor layer for protecting the first and second light emitting semiconductor layers, respectively. Then, the n-type semiconductor layer of the first light-emitting semiconductor layer and the p-type semiconductor layer of the second light-emitting semiconductor layer are connected by the first wiring layer, and the p-type semiconductor layer of the first protective semiconductor layer and the second protection layer are connected. The n-type semiconductor layer of the first semiconductor layer is connected by the second wiring layer, and the p-type semiconductor layer of the first light emitting semiconductor layer and the n-type semiconductor layer of the first protective semiconductor layer are connected by the third wiring layer. The n-type semiconductor layer of the second light emitting semiconductor layer and the p-type semiconductor layer of the second protective semiconductor layer are connected by the fourth wiring layer. Then, the first bonding electrode is connected to the n-type semiconductor layer of the second light emitting semiconductor layer, and the second bonding electrode is connected to the p-type semiconductor layer of the first light emitting semiconductor layer. That is, the light emitting semiconductor layers are connected in series, the protective semiconductor layers are connected in series, and the series circuit of the protective semiconductor layers is connected in antiparallel to the series circuit of the light emitting semiconductor layers. As a result, even when one of the light emitting semiconductor layers is in a leaked state, the light emitting function can be ensured by the other light emitting semiconductor layer, so that, for example, a situation where the light emitting semiconductor layer falls into an unstable lighting state or a light-off state is avoided. Thus, high reliability can be ensured. In addition, since the series circuit of the protective semiconductor layer is connected to the series circuit of the light emitting semiconductor layer, the light emitting semiconductor layer can be protected from overvoltage or static electricity, and one of the protective semiconductor layers is Even in a leak state, the protective function is maintained by the other protective semiconductor layer, so that high reliability can be ensured.

第2発明にあっては、第1及び第2発光用半導体層のn型半導体層の面積は、第1及び第2保護用半導体層のn型半導体層の面積より大きい。これにより、半導体発光素子の発光効率の低下を抑制しつつ保護素子を内蔵することができる。   In the second invention, the areas of the n-type semiconductor layers of the first and second light emitting semiconductor layers are larger than the areas of the n-type semiconductor layers of the first and second protective semiconductor layers. Thereby, a protective element can be incorporated while suppressing a decrease in light emission efficiency of the semiconductor light emitting element.

第3発明にあっては、第1及び第2発光用半導体層のn型半導体層を基板の外周に沿って環状に積層し、第1及び第2保護用半導体層のn型半導体層は、第1及び第2発光用半導体層のn型半導体層の内周側に積層してある。一般的に基板中央部の発光用半導体層で発光した光は、基板周辺部の発光用半導体層で発光した光に比べて半導体発光素子の外部へ取り出しにくい。そこで、光の取り出し効率が悪い基板中央部に保護用半導体層を配置し、光の取り出し効率が良い基板周辺部に発光用半導体層を配置することにより、発光効率の低下を抑制するとともに保護素子を内蔵することができる。   In the third invention, the n-type semiconductor layers of the first and second light emitting semiconductor layers are annularly stacked along the outer periphery of the substrate, and the n-type semiconductor layers of the first and second protective semiconductor layers are: The first and second light emitting semiconductor layers are stacked on the inner peripheral side of the n-type semiconductor layer. In general, light emitted from the light emitting semiconductor layer in the central portion of the substrate is less likely to be taken out of the semiconductor light emitting element than light emitted from the light emitting semiconductor layer in the peripheral portion of the substrate. Therefore, by disposing a protective semiconductor layer in the center of the substrate where the light extraction efficiency is poor and arranging a light emitting semiconductor layer in the periphery of the substrate where the light extraction efficiency is good, it is possible to suppress a decrease in light emission efficiency and to protect the element. Can be built in.

第4発明にあっては、基板は、矩形状をなし、第1及び第2発光用半導体層並びに第1及び第2保護用半導体層それぞれを基板の四隅に積層する。そして、第1及び第2発光用半導体層のn型半導体層の基板の外周に沿った寸法を、第1及び第2保護用半導体層のn型半導体層の基板の外周に沿った寸法より長くする。一般的に基板中央部の発光用半導体層で発光した光よりも、基板周辺部の発光用半導体層で発光した光の方が半導体発光素子の外部へ取り出しやすい。そこで、光の取り出し効率が良い基板周辺部に沿った発光用半導体層の長さを保護用半導体層の長さより長くすることにより、発光効率の低下を抑制するとともに保護素子を内蔵することができる。   In the fourth invention, the substrate has a rectangular shape, and the first and second light emitting semiconductor layers and the first and second protective semiconductor layers are stacked at the four corners of the substrate. The dimension of the first and second light emitting semiconductor layers along the outer periphery of the n-type semiconductor layer is longer than the dimension of the first and second protective semiconductor layers along the outer periphery of the substrate. To do. In general, light emitted from the light emitting semiconductor layer at the periphery of the substrate is more easily extracted outside the semiconductor light emitting element than light emitted from the light emitting semiconductor layer at the center of the substrate. Therefore, by making the length of the light emitting semiconductor layer along the periphery of the substrate with good light extraction efficiency longer than the length of the protective semiconductor layer, it is possible to suppress a decrease in light emission efficiency and incorporate a protective element. .

第5発明にあっては、発光装置は、上述の半導体発光素子を収容してある。これにより、消灯状態に陥る事態を回避して高い信頼性を確保することができる。   In the fifth invention, a light emitting device accommodates the above-described semiconductor light emitting element. As a result, it is possible to avoid a situation where the light is turned off and ensure high reliability.

第6発明及び第7発明にあっては、上述の発光装置を備えることにより、消灯状態に陥る事態を回避して高い信頼性を確保することができる照明装置及び表示装置を提供することができる。   In the sixth invention and the seventh invention, by providing the above-described light emitting device, it is possible to provide a lighting device and a display device capable of avoiding a situation of being turned off and ensuring high reliability. .

本発明によれば、一方の発光用半導体層がリーク状態になった場合でも、他方の発光用半導体層により発光機能を確保することができるので、不安定な点灯状態又は消灯状態に陥る事態を回避して高い信頼性を確保することができる。また、発光用半導体層の直列回路に対して保護用半導体層の直列回路が接続されているので、過電圧又は静電気などから発光用半導体層を保護することができるとともに、一方の保護用半導体層がリーク状態になった場合でも、他方の保護用半導体層により保護機能が維持されるので、高い信頼性を確保することができる。   According to the present invention, even when one of the light emitting semiconductor layers is in a leaked state, the light emitting function can be secured by the other light emitting semiconductor layer, so that the situation where the light emitting semiconductor layer falls into an unstable lighting state or extinguishing state is prevented. By avoiding this, high reliability can be ensured. In addition, since the series circuit of the protective semiconductor layer is connected to the series circuit of the light emitting semiconductor layer, the light emitting semiconductor layer can be protected from overvoltage or static electricity, and one of the protective semiconductor layers is Even in a leak state, the protective function is maintained by the other protective semiconductor layer, so that high reliability can be ensured.

実施の形態1の半導体発光素子の平面構造の一例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a planar structure of the semiconductor light emitting element of the first embodiment. 図1のII−II線における半導体発光素子の断面構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the cross-sectional structure of the semiconductor light-emitting device in the II-II line | wire of FIG. 図1のIII−III線における半導体発光素子の断面構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the cross-sectional structure of the semiconductor light-emitting device in the III-III line of FIG. 実施の形態1の半導体発光素子の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of the semiconductor light emitting element of the first embodiment. 実施の形態1の半導体発光素子の製造工程を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the semiconductor light-emitting element of the first embodiment. 実施の形態1の半導体発光素子の製造工程を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the semiconductor light-emitting element of the first embodiment. 実施の形態2の半導体発光素子の平面構造の一例を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a planar structure of a semiconductor light emitting element according to a second embodiment. 図7のVIII−VIII線における半導体発光素子の断面構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the cross-sectional structure of the semiconductor light-emitting device in the VIII-VIII line of FIG. 図7のIX−IX線における半導体発光素子の断面構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the cross-sectional structure of the semiconductor light-emitting device in the IX-IX line of FIG. 本実施の形態の発光装置の構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a structure of the light-emitting device of this Embodiment.

(実施の形態1)
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図1は実施の形態1の半導体発光素子100の平面構造の一例を示す模式図であり、図2は図1のII−II線における半導体発光素子100の断面構造の一例を示す断面図であり、図3は図1のIII−III線における半導体発光素子100の断面構造の一例を示す断面図であり、図4は実施の形態1の半導体発光素子100の回路図である。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof. FIG. 1 is a schematic view showing an example of a planar structure of the semiconductor light emitting device 100 of the first embodiment, and FIG. 2 is a cross sectional view showing an example of a cross sectional structure of the semiconductor light emitting device 100 taken along the line II-II in FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a cross-sectional structure of the semiconductor light emitting device 100 taken along the line III-III in FIG. 1, and FIG. 4 is a circuit diagram of the semiconductor light emitting device 100 of the first embodiment.

本実施の形態の半導体発光素子100(以下、「発光素子」ともいう。)は、複数の発光素子が形成されたウェハを所定の寸法で直方体状に切断して各発光素子を分離したものであり、例えば、LEDチップである。図1〜図3において、1はサファイア基板である。サファイア基板1(以下、「基板」という。)は平面視が矩形状であって、縦横寸法は、例えば、0.35mm程度であるが、寸法はこれに限定されるものではない。   The semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment (hereinafter also referred to as “light emitting device”) is obtained by separating a light emitting device by cutting a wafer on which a plurality of light emitting devices are formed into a rectangular parallelepiped shape with a predetermined dimension. For example, an LED chip. 1 to 3, reference numeral 1 denotes a sapphire substrate. The sapphire substrate 1 (hereinafter referred to as “substrate”) has a rectangular shape in plan view, and the vertical and horizontal dimensions are, for example, about 0.35 mm, but the dimensions are not limited thereto.

図1〜図3に示すように、半導体発光素子100は、基板1上に発光用のn型半導体層112、活性層(不図示)及びp型半導体層113を積層した第1発光用半導体層(LED11)、発光用のn型半導体層122、活性層(不図示)及びp型半導体層123を積層した第2発光用半導体層(LED12)を形成してある。また、半導体発光素子100は、保護用のn型半導体層212、活性層(不図示)及びp型半導体層213を積層した第1保護用半導体層(LED21)、保護用のn型半導体層222、活性層(不図示)及びp型半導体層223を積層した第2保護用半導体層(LED22)を形成してある。   As shown in FIGS. 1 to 3, the semiconductor light emitting device 100 includes a first light emitting semiconductor layer in which an n type semiconductor layer 112 for light emission, an active layer (not shown), and a p type semiconductor layer 113 are stacked on a substrate 1. (LED 11), a light emitting n-type semiconductor layer 122, an active layer (not shown), and a second light emitting semiconductor layer (LED 12) in which a p-type semiconductor layer 123 is laminated are formed. In addition, the semiconductor light emitting device 100 includes a protective n-type semiconductor layer 212, an active layer (not shown), a first protective semiconductor layer (LED 21) in which a p-type semiconductor layer 213 is stacked, and a protective n-type semiconductor layer 222. A second protective semiconductor layer (LED 22) in which an active layer (not shown) and a p-type semiconductor layer 223 are stacked is formed.

より具体的には、第1及び第2発光用半導体層並びに第1及び第2保護用半導体層それぞれは、基板1上に、AlNバッファ層(不図示)、約2μmの厚みのアンドープGaN層(不図示)、n型半導体層(112、122、212、222)、活性層(不図示)、p型半導体層(113、123、213、223)がこの順に積層してある。n型半導体層は、例えば、約2μm程度のn−GaN(窒化ガリウム)層、n−AlGaInNクラッド層などから成る。また、活性層は、GaN/InGaN−MQW(Multi-quantum Well、多重量子井戸層)型活性層などから成る。また、p型半導体層は、p−AlGaInN層、約0.3μm程度のp−GaN層、コンタクト層としてのp−InGaN層などから成る。これにより、化合物半導体層を形成して、発光用半導体層及び保護用半導体層としてのLED構造をなしている。なお、アンドープGaN層を形成しない構成であってもよい。   More specifically, each of the first and second light emitting semiconductor layers and the first and second protective semiconductor layers is formed on an AlN buffer layer (not shown) and an undoped GaN layer (not shown) having a thickness of about 2 μm. (Not shown), an n-type semiconductor layer (112, 122, 212, 222), an active layer (not shown), and a p-type semiconductor layer (113, 123, 213, 223) are laminated in this order. The n-type semiconductor layer includes, for example, an n-GaN (gallium nitride) layer having a thickness of about 2 μm, an n-AlGaInN cladding layer, and the like. The active layer is composed of a GaN / InGaN-MQW (Multi-quantum Well) type active layer or the like. The p-type semiconductor layer includes a p-AlGaInN layer, a p-GaN layer of about 0.3 μm, a p-InGaN layer as a contact layer, and the like. Thus, a compound semiconductor layer is formed to form an LED structure as a light emitting semiconductor layer and a protective semiconductor layer. In addition, the structure which does not form an undoped GaN layer may be sufficient.

図2、図3に示すように、第1発光用半導体層(LED11)及び第2発光用半導体層(LED12)のp型半導体層(113、123)の表面には、電流拡散層(114、124)を形成してある。電流拡散層は、例えば、導電性の透明膜であるITO膜(インジウム錫酸化膜)である。   As shown in FIGS. 2 and 3, current diffusion layers (114, 114) are formed on the surfaces of the p-type semiconductor layers (113, 123) of the first light emitting semiconductor layer (LED 11) and the second light emitting semiconductor layer (LED 12). 124). The current diffusion layer is, for example, an ITO film (indium tin oxide film) that is a conductive transparent film.

図2に示すように、第2発光用半導体層(LED12)のn型半導体層122、第1保護用半導体層(LED21)のn型半導体層212及び第2保護用半導体層(LED22)のn型半導体層222の表面には、nオーミック電極5を形成してある。また、図3に示すように、第1発光用半導体層(LED11)のn型半導体層112の表面には、nオーミック電極5を形成してある。   As shown in FIG. 2, the n-type semiconductor layer 122 of the second light emitting semiconductor layer (LED 12), the n-type semiconductor layer 212 of the first protective semiconductor layer (LED 21), and the n of the second protective semiconductor layer (LED 22). An n-ohmic electrode 5 is formed on the surface of the type semiconductor layer 222. As shown in FIG. 3, an n-ohmic electrode 5 is formed on the surface of the n-type semiconductor layer 112 of the first light emitting semiconductor layer (LED 11).

nオーミック電極5は、例えば、真空蒸着によりV/Au/Al/Ni/Auを成膜し、リフトオフ法でパターニングを行い、窒素及び酸素の混合雰囲気中で約500℃に加熱して形成することができる。nオーミック電極5は、n型半導体層2との電気的接合を行う部分である。   The n-ohmic electrode 5 is formed by, for example, forming a film of V / Au / Al / Ni / Au by vacuum deposition, patterning by a lift-off method, and heating to about 500 ° C. in a mixed atmosphere of nitrogen and oxygen. Can do. The n ohmic electrode 5 is a portion that performs electrical junction with the n-type semiconductor layer 2.

第2発光用半導体層のn型半導体層122は、nオーミック電極5を介して第1ボンディング電極61を形成してある。   The n-type semiconductor layer 122 of the second light emitting semiconductor layer has the first bonding electrode 61 formed through the n ohmic electrode 5.

第1発光用半導体層の電流拡散層114の表面には、第2ボンディング電極62を形成してある。すなわち、第1発光用半導体層のp型半導体層113には、第2ボンディング電極62を接続してある。   A second bonding electrode 62 is formed on the surface of the current diffusion layer 114 of the first light emitting semiconductor layer. That is, the second bonding electrode 62 is connected to the p-type semiconductor layer 113 of the first light emitting semiconductor layer.

第2ボンディング電極62は、配線層63を介して第1保護用半導体層のn型半導体層212に接続されている。   The second bonding electrode 62 is connected to the n-type semiconductor layer 212 of the first protective semiconductor layer via the wiring layer 63.

第1保護用半導体層のp型半導体層213は、電流拡散層214を介して配線層64により第2保護用半導体層のn型半導体層222に接続してある。   The p-type semiconductor layer 213 of the first protective semiconductor layer is connected to the n-type semiconductor layer 222 of the second protective semiconductor layer by the wiring layer 64 through the current diffusion layer 214.

第2保護用半導体層のp型半導体層223は、電流拡散層224を介して配線層65により第1ボンディング電極61に接続してある。   The p-type semiconductor layer 223 of the second protective semiconductor layer is connected to the first bonding electrode 61 by the wiring layer 65 through the current diffusion layer 224.

また、図1、図3に示すように、第1発光用半導体層のn型半導体層112は、配線層66、67により第2発光用半導体層の電流拡散層124に接続してある。すなわち、第1発光用半導体層のn型半導体層112は、配線層66、67により第2発光用半導体層のp型半導体層123に接続してある。   As shown in FIGS. 1 and 3, the n-type semiconductor layer 112 of the first light emitting semiconductor layer is connected to the current diffusion layer 124 of the second light emitting semiconductor layer by wiring layers 66 and 67. That is, the n-type semiconductor layer 112 of the first light emitting semiconductor layer is connected to the p-type semiconductor layer 123 of the second light emitting semiconductor layer by the wiring layers 66 and 67.

第1ボンディング電極61、第2ボンディング電極62、配線層63、64、65、66は、例えば、真空蒸着でTi/Auを成膜することにより形成することができる。ボンディング電極61、62の材質として、Ti/Auを用いるので、機械的強度に優れボンディングがし易くなり、かつ剥がれにくくなる。なお、ボンディング電極61、62の材質として、Ni/Auなどの金属を用いることもできる。   The first bonding electrode 61, the second bonding electrode 62, and the wiring layers 63, 64, 65, 66 can be formed, for example, by depositing Ti / Au by vacuum deposition. Since Ti / Au is used as the material of the bonding electrodes 61 and 62, it is excellent in mechanical strength and is easy to bond, and is difficult to peel off. In addition, as a material of the bonding electrodes 61 and 62, a metal such as Ni / Au can be used.

また、第1発光用半導体層(LED11)、第2発光用半導体層(LED12)、第1保護用半導体層(LED21)及び第2保護用半導体層(LED22)は、配線層63、64、65、66により接続される部分を除いて、保護膜としてのSiO2 膜7により電気的に絶縁されている。 The first light emitting semiconductor layer (LED11), the second light emitting semiconductor layer (LED12), the first protective semiconductor layer (LED21), and the second protective semiconductor layer (LED22) are interconnect layers 63, 64, 65. , 66 are electrically insulated by a SiO 2 film 7 as a protective film except for the portions connected by.

上述のような構成により、半導体発光素子100は、図4に示す回路構成をなす。すなわち、第1発光用半導体層LED11と第2発光用半導体層LED12とを配線層66、67により直列に接続し、第1保護用半導体層LED21と第2保護用半導体層LED22とを配線層64により直列に接続し、発光用半導体層LED11、LED12の直列回路に対して保護用半導体層LED21、LED22の直列回路を配線層63、65により逆並列に接続する。   With the configuration as described above, the semiconductor light emitting device 100 has the circuit configuration shown in FIG. That is, the first light emitting semiconductor layer LED11 and the second light emitting semiconductor layer LED12 are connected in series by the wiring layers 66 and 67, and the first protective semiconductor layer LED21 and the second protective semiconductor layer LED22 are connected to the wiring layer 64. Are connected in series, and the series circuit of the protective semiconductor layers LED21 and LED22 is connected in reverse parallel to the series circuit of the light emitting semiconductor layers LED11 and LED12 by the wiring layers 63 and 65.

これにより、一方の発光用半導体層がリーク状態になった場合でも、他方の発光用半導体層により発光機能を確保することができるので、例えば、不安定な点灯状態又は消灯状態に陥る事態を回避して高い信頼性を確保することができる。また、発光用半導体層の直列回路に対して保護用半導体層の直列回路が接続されているので、過電圧又は静電気などから発光用半導体層を保護することができるとともに、一方の保護用半導体層がリーク状態になった場合でも、他方の保護用半導体層により保護機能が維持されるので、高い信頼性を確保することができる。   As a result, even when one of the light emitting semiconductor layers is in a leaked state, the light emitting function can be ensured by the other light emitting semiconductor layer, so that, for example, a situation where the light emitting semiconductor layer falls into an unstable lighting state or a light-off state is avoided. Thus, high reliability can be ensured. In addition, since the series circuit of the protective semiconductor layer is connected to the series circuit of the light emitting semiconductor layer, the light emitting semiconductor layer can be protected from overvoltage or static electricity, and one of the protective semiconductor layers is Even in a leak state, the protective function is maintained by the other protective semiconductor layer, so that high reliability can be ensured.

また、図1〜図3に示すように、第1及び第2発光用半導体層LED11、LED12のn型半導体層2の面積(平面視における面積)は、第1及び第2保護用半導体層LED21、LED22のn型半導体層2の面積より大きい。これにより、半導体発光素子100の発光効率の低下を抑制しつつ保護素子を内蔵することができる。   Moreover, as shown in FIGS. 1-3, the area (area in planar view) of the n-type semiconductor layer 2 of the first and second light emitting semiconductor layers LED11 and LED12 is the first and second protective semiconductor layers LED21. , Larger than the area of the n-type semiconductor layer 2 of the LED 22. Thereby, a protection element can be incorporated while suppressing a decrease in the light emission efficiency of the semiconductor light emitting element 100.

また、図1〜図3に示すように、第1及び第2発光用半導体層LED11、LED12のn型半導体層2を基板1の外周に沿って環状に積層し、第1及び第2保護用半導体層LED21、LED22のn型半導体層2を第1及び第2発光用半導体層LED11、LED12のn型半導体層2の内周側に積層してある。一般的に基板中央部の発光用半導体層で発光した光は、基板周辺部の発光用半導体層で発光した光に比べて半導体発光素子の外部へ取り出しにくい。そこで、光の取り出し効率が悪い基板1中央部に保護用半導体層LED21、LED22を配置し、光の取り出し効率が良い基板1周辺部に発光用半導体層LED11、LED12を配置することにより、発光効率の低下を抑制するとともに保護素子を内蔵することができる。   1 to 3, the first and second light emitting semiconductor layers LED11 and the n-type semiconductor layer 2 of the LED12 are laminated in an annular shape along the outer periphery of the substrate 1 to provide first and second protective layers. The n-type semiconductor layer 2 of the semiconductor layers LED21 and LED22 is laminated on the inner peripheral side of the first and second light emitting semiconductor layers LED11 and LED12. In general, light emitted from the light emitting semiconductor layer in the central portion of the substrate is less likely to be taken out of the semiconductor light emitting element than light emitted from the light emitting semiconductor layer in the peripheral portion of the substrate. Therefore, by arranging the protective semiconductor layers LED21 and LED22 in the central part of the substrate 1 having poor light extraction efficiency and arranging the light emitting semiconductor layers LED11 and LED12 in the peripheral part of the substrate 1 having good light extraction efficiency, light emission efficiency is achieved. And a protective element can be incorporated.

次に実施の形態1の半導体発光素子100の製造方法について説明する。図5及び図6は実施の形態1の半導体発光素子100の製造工程を示す説明図である。なお、図5及び図6の例は、図2に示す断面における説明図である。   Next, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device 100 of the first embodiment will be described. 5 and 6 are explanatory views showing the manufacturing process of the semiconductor light emitting device 100 of the first embodiment. 5 and FIG. 6 are explanatory diagrams in the cross section shown in FIG.

図5Aに示すように、有機金属化学気相成長法(MO−CVD法)により、基板(サファイア基板)1上に、最初に約400℃でAlNバッファ層(不図示)を成長させる。その後、約2μmのアンドープGaN層、約2μmのn−GaN層及びn−AlGaInNクラッド層などからなるn型半導体層2、GaN/InGaN−MQW型の活性層(不図示)、さらに、p−AlGaInN層、約0.3μm程度のp−GaN層及びコンタクト層としてのp−InGaN層などからなるp型半導体層3をこの順に形成したLED構造を生成する。MO−CVD装置から取り出した基板1に紫外線を照射しながら、約400℃に加熱し、p型半導体層3の活性化を行う。   As shown in FIG. 5A, an AlN buffer layer (not shown) is first grown on a substrate (sapphire substrate) 1 at about 400 ° C. by metal organic chemical vapor deposition (MO-CVD). Thereafter, an n-type semiconductor layer 2 including an undoped GaN layer of about 2 μm, an n-GaN layer of about 2 μm and an n-AlGaInN cladding layer, a GaN / InGaN-MQW type active layer (not shown), and p-AlGaInN An LED structure is generated in which a p-type semiconductor layer 3 composed of a layer, a p-GaN layer of about 0.3 μm, and a p-InGaN layer as a contact layer is formed in this order. While irradiating the substrate 1 taken out from the MO-CVD apparatus with ultraviolet rays, the substrate 1 is heated to about 400 ° C. to activate the p-type semiconductor layer 3.

図5Bに示すように、フォトリソグラフィとドライエッチングにより、フォトレジストをマスクとして、nオーミック電極5を形成する箇所のn型半導体層2を露出させる。なお、エッチングの深さは、例えば、500nmである。   As shown in FIG. 5B, the n-type semiconductor layer 2 where the n-ohmic electrode 5 is to be formed is exposed by photolithography and dry etching using the photoresist as a mask. The etching depth is, for example, 500 nm.

図5Cに示すように、真空蒸着あるいはスパッタリング等の成膜法によりITO膜(インジウム錫酸化膜)の透明の電流拡散層(114、124、214、224、なお、電流拡散層124は図5Cでは不図示)を約400nm成膜し、リフトオフ法によりパターニングする。これにより、第1及び第2発光用半導体層の発光面、並びに第1及び第2保護用半導体層の電流拡散面に電流拡散層(114、124、214、224)が形成される。   As shown in FIG. 5C, a transparent current diffusion layer (114, 124, 214, 224) of an ITO film (indium tin oxide film) by a film formation method such as vacuum deposition or sputtering is shown in FIG. 5C. (Not shown) is formed to a thickness of about 400 nm and patterned by a lift-off method. Thus, current diffusion layers (114, 124, 214, 224) are formed on the light emitting surfaces of the first and second light emitting semiconductor layers and the current diffusion surfaces of the first and second protective semiconductor layers.

図5Dに示すように、真空蒸着によりV/Au/Al/Ni/Auを成膜し、リフトオフ法でパターニングを行ってnオーミック電極5を形成する。膜を残す部分、すなわち、nオーミック電極5を形成する部分は、第1及び第2発光用半導体層並びに第1及び第2保護用半導体層のn型半導体層(112、122、212、222)を露出させた部分に設けるオーミック接合部である。パターニングの後、窒素及び酸素の混合雰囲気中でチューブ炉により約500℃に加熱し、nオーミック電極5及び電流拡散層(114、124、214、224)のアニールを同時に行う。   As shown in FIG. 5D, a V / Au / Al / Ni / Au film is formed by vacuum deposition, and patterning is performed by a lift-off method to form an n ohmic electrode 5. The portion where the film is left, that is, the portion where the n-ohmic electrode 5 is formed is the first and second light emitting semiconductor layers and the n-type semiconductor layers (112, 122, 212, 222) of the first and second protective semiconductor layers. It is an ohmic junction provided in the exposed part. After the patterning, the n ohmic electrode 5 and the current diffusion layers (114, 124, 214, 224) are annealed simultaneously by heating to about 500 ° C. in a mixed atmosphere of nitrogen and oxygen by a tube furnace.

図6Eに示すように、第1及び第2発光用半導体層並びに第1及び第2保護用半導体層それぞれを電気的に切り離すため、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより第1及び第2発光用半導体層並びに第1及び第2保護用半導体層の間の半導体層、及び第1及び第2発光用半導体層の周囲の半導体層を基板1が露出するまでエッチングする。   As shown in FIG. 6E, the first and second light emitting semiconductor layers and the first and second protective semiconductor layers are electrically separated from each other by photolithography and dry etching. The semiconductor layer between the first and second protective semiconductor layers and the semiconductor layer around the first and second light emitting semiconductor layers are etched until the substrate 1 is exposed.

図6Fに示すように、プラズマCVDにより、SiO2 膜7を全面に成膜し、希釈フッ酸により第1及び第2ボンディング電極61、62を設ける部分、第1及び第2発光用半導体層並びに第1及び第2保護用半導体層それぞれのnオーミック電極5、電流拡散層(114、124、214、224)の上部、素子分離部のSiO2 膜7を除去する。 As shown in FIG. 6F, the SiO 2 film 7 is formed on the entire surface by plasma CVD, the first and second bonding semiconductor electrodes 61 and 62 are provided by diluted hydrofluoric acid, the first and second light emitting semiconductor layers, The n-ohmic electrode 5 in each of the first and second protective semiconductor layers, the upper portion of the current diffusion layer (114, 124, 214, 224) and the SiO 2 film 7 in the element isolation portion are removed.

図6Gに示すように、真空蒸着でTi/Auを成膜し、リフトオフによりパターニングしてボンディング電極61、62、配線層63、64、65、66を形成する。これにより、1つのパッケージ(LEDチップ)内に2つの発光用のLED構造(LED11、LED12)の直列回路と、2つの保護用のLED構造(LED21、LED22)の直列回路とを逆並列に接続したLEDチップが複数形成されたLEDウェハが完成する。   As shown in FIG. 6G, a Ti / Au film is formed by vacuum deposition, and patterning is performed by lift-off to form bonding electrodes 61 and 62 and wiring layers 63, 64, 65, and 66. As a result, a series circuit of two light emitting LED structures (LED11, LED12) and a series circuit of two protective LED structures (LED21, LED22) are connected in reverse parallel in one package (LED chip). An LED wafer on which a plurality of LED chips are formed is completed.

その後、レーザスクライビングにより素子(LEDチップ)分離を行い、発光素子100(LEDチップ)が完成し、パッケージへの組み立てを行う。   Thereafter, the element (LED chip) is separated by laser scribing to complete the light emitting element 100 (LED chip), which is assembled into a package.

上述のとおり、実施の形態1の半導体発光素子100は、単一チップ内に発光用素子としての半導体層(LED構造)を2つ直列に接続し、保護用素子としての半導体層(LED構造)を2つ直列に接続し、それぞれの直列回路を逆並列に接続した構成を有する。これにより、静電気に対し高い信頼性を有するとともに、半導体発光素子100の順方向及び逆方向の双方において一方の半導体層(LED構造)がリーク状態になった場合でも、他方の半導体層(LED構造)によりその機能(発光機能、保護機能)を維持することができる。特に車載用の発光ダイオードのような安全性のため高い信頼性が要求される分野又は用途において、本実施の形態の半導体発光素子は非常に有効である。   As described above, in the semiconductor light emitting device 100 of the first embodiment, two semiconductor layers (LED structures) as light emitting elements are connected in series in a single chip, and the semiconductor layers (LED structures) as protective elements are connected. Are connected in series, and each series circuit is connected in antiparallel. Thereby, while having high reliability with respect to static electricity, even when one semiconductor layer (LED structure) enters a leak state both in the forward direction and in the reverse direction of the semiconductor light emitting device 100, the other semiconductor layer (LED structure) ) Can maintain the functions (light emitting function, protective function). In particular, the semiconductor light emitting device of the present embodiment is very effective in a field or application where high reliability is required for safety, such as a light emitting diode for vehicle use.

また、通常、車載電源の電圧(バッテリ電圧)は12Vであるため、従来のような1つのLEDチップだけを有する発光ダイオードの場合には、約3Vの順方向電圧で発光ダイオードが駆動され、残りの9V(12V−3V)は抵抗等により消費されてしまう。一方、本実施の形態の半導体発光素子100では、2つのLED構造が直列に接続されているので、約6Vの順方向電圧で駆動されることになり、無駄に消費される電力を少なくすることができる。   Moreover, since the voltage (battery voltage) of the in-vehicle power supply is usually 12V, in the case of a conventional light emitting diode having only one LED chip, the light emitting diode is driven with a forward voltage of about 3V, and the rest 9V (12V-3V) is consumed by resistance or the like. On the other hand, in the semiconductor light emitting device 100 according to the present embodiment, since the two LED structures are connected in series, the semiconductor light emitting device 100 is driven with a forward voltage of about 6 V, thereby reducing wasteful power consumption. Can do.

上述の実施の形態1では、GaN系の半導体層を用いる構成であるが、これに限定されるものではなく、例えば、AlGaInP等の半導体層を用いることもできる。   In the first embodiment described above, a GaN-based semiconductor layer is used. However, the present invention is not limited to this. For example, a semiconductor layer such as AlGaInP can also be used.

(実施の形態2)
実施の形態1では、基板1の中央部に保護用半導体層を配置する構成であったが、発光用半導体層及び保護用半導体層の配置は、これに限定されるものではない。矩形状の基板1の1辺側に保護用半導体層を配置し、残りの3辺側に発光用半導体層を配置することもできる。実施の形態1との相違点は、半導体層の配置方法である。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the protective semiconductor layer is disposed in the central portion of the substrate 1, but the arrangement of the light emitting semiconductor layer and the protective semiconductor layer is not limited thereto. A protective semiconductor layer may be disposed on one side of the rectangular substrate 1 and a light emitting semiconductor layer may be disposed on the remaining three sides. The difference from the first embodiment is the semiconductor layer arrangement method.

図7は実施の形態2の半導体発光素子120の平面構造の一例を示す模式図であり、図8は図7のVIII−VIII線における半導体発光素子120の断面構造の一例を示す断面図であり、図9は図7のIX−IX線における半導体発光素子120の断面構造の一例を示す断面図である。   7 is a schematic view showing an example of a planar structure of the semiconductor light emitting device 120 of the second embodiment, and FIG. 8 is a cross sectional view showing an example of a cross sectional structure of the semiconductor light emitting device 120 taken along the line VIII-VIII of FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of the cross-sectional structure of the semiconductor light emitting device 120 taken along the line IX-IX in FIG.

図7〜図9に示すように、半導体発光素子120は、第1及び第2発光用半導体層(LED11、LED12)並びに第1及び第2保護用半導体層(LED21、LED22)それぞれを基板1の四隅に積層する。すなわち、基板1の表面が、第1及び第2発光用半導体層(LED11、LED12)並びに第1及び第2保護用半導体層(LED21、LED22)により4分割したように各半導体層を配置する。   As shown in FIGS. 7 to 9, the semiconductor light emitting device 120 includes the first and second light emitting semiconductor layers (LED 11 and LED 12) and the first and second protective semiconductor layers (LED 21 and LED 22) on the substrate 1. Laminate at the four corners. That is, each semiconductor layer is arranged so that the surface of the substrate 1 is divided into four parts by the first and second light emitting semiconductor layers (LED11, LED12) and the first and second protective semiconductor layers (LED21, LED22).

図8、図9に示すように、第1発光用半導体層(LED11)及び第2発光用半導体層(LED12)のp型半導体層112、122の表面には、電流拡散層114、124を形成してある。電流拡散層は、例えば、導電性の透明膜であるITO膜(インジウム錫酸化膜)である。   As shown in FIGS. 8 and 9, current diffusion layers 114 and 124 are formed on the surfaces of the p-type semiconductor layers 112 and 122 of the first light emitting semiconductor layer (LED 11) and the second light emitting semiconductor layer (LED 12). It is. The current diffusion layer is, for example, an ITO film (indium tin oxide film) that is a conductive transparent film.

図8、図9に示すように、第1及び第2発光用半導体層(LED11、LED12)のn型半導体層112、122、第1保護用半導体層(LED21)のn型半導体層212及び不図示の第2保護用半導体層(LED22)のn型半導体層222の表面には、nオーミック電極5を形成してある。   As shown in FIGS. 8 and 9, the n-type semiconductor layers 112 and 122 of the first and second light emitting semiconductor layers (LED11 and LED12), the n-type semiconductor layer 212 of the first protective semiconductor layer (LED21), and the An n-ohmic electrode 5 is formed on the surface of the n-type semiconductor layer 222 of the illustrated second protective semiconductor layer (LED 22).

第2発光用半導体層のn型半導体層122は、nオーミック電極5を介して第1ボンディング電極61を形成してある。   The n-type semiconductor layer 122 of the second light emitting semiconductor layer has the first bonding electrode 61 formed through the n ohmic electrode 5.

第1発光用半導体層の電流拡散層114の表面には、第2ボンディング電極62を形成してある。すなわち、第1発光用半導体層のp型半導体層113には、第2ボンディング電極62を接続してある。   A second bonding electrode 62 is formed on the surface of the current diffusion layer 114 of the first light emitting semiconductor layer. That is, the second bonding electrode 62 is connected to the p-type semiconductor layer 113 of the first light emitting semiconductor layer.

第2ボンディング電極62は、配線層63を介して第1保護用半導体層のn型半導体層212に接続されている。   The second bonding electrode 62 is connected to the n-type semiconductor layer 212 of the first protective semiconductor layer via the wiring layer 63.

第1保護用半導体層のp型半導体層213は、電流拡散層214を介して配線層64により第2保護用半導体層のn型半導体層222に接続してある。   The p-type semiconductor layer 213 of the first protective semiconductor layer is connected to the n-type semiconductor layer 222 of the second protective semiconductor layer by the wiring layer 64 through the current diffusion layer 214.

第2保護用半導体層のp型半導体層223は、電流拡散層224を介して配線層65により第1ボンディング電極61に接続してある。   The p-type semiconductor layer 223 of the second protective semiconductor layer is connected to the first bonding electrode 61 by the wiring layer 65 through the current diffusion layer 224.

また、図7、図8に示すように、第1発光用半導体層のn型半導体層112は、配線層66により第2発光用半導体層の電流拡散層124に接続してある。すなわち、第1発光用半導体層のn型半導体層112は、配線層66により第2発光用半導体層のp型半導体層123に接続してある。   7 and 8, the n-type semiconductor layer 112 of the first light emitting semiconductor layer is connected to the current diffusion layer 124 of the second light emitting semiconductor layer by the wiring layer 66. That is, the n-type semiconductor layer 112 of the first light emitting semiconductor layer is connected to the p-type semiconductor layer 123 of the second light emitting semiconductor layer by the wiring layer 66.

また、第1発光用半導体層(LED11)、第2発光用半導体層(LED12)、第1保護用半導体層(LED21)及び第2保護用半導体層(LED22)は、配線層63、64、65、66により接続される部分を除いて、保護膜としてのSiO2 膜7により電気的に絶縁されている。 The first light emitting semiconductor layer (LED11), the second light emitting semiconductor layer (LED12), the first protective semiconductor layer (LED21), and the second protective semiconductor layer (LED22) are interconnect layers 63, 64, 65. , 66 are electrically insulated by a SiO 2 film 7 as a protective film except for the portions connected by.

上述のような構成により、半導体発光素子120は、図4に示す回路構成と同様の回路構成をなす。   With the configuration as described above, the semiconductor light emitting device 120 has a circuit configuration similar to the circuit configuration shown in FIG.

図7に示すように、第1及び第2発光用半導体層のn型半導体層2の基板1の外周に沿った寸法(図7において、L1+L2+L3)を、第1及び第2保護用半導体層のn型半導体層2の基板1の外周に沿った寸法(図7において、M1+M2+M3)より長くする。一般的に基板中央部の発光用半導体層で発光した光よりも、基板周辺部の発光用半導体層で発光した光の方が半導体発光素子の外部へ取り出しやすい。そこで、光の取り出し効率が良い基板1周辺部に沿った発光用半導体層の長さを保護用半導体層の長さより長くすることにより、発光効率の低下を抑制するとともに保護素子を内蔵することができる。   As shown in FIG. 7, the dimension (L1 + L2 + L3 in FIG. 7) of the n-type semiconductor layer 2 of the first and second light emitting semiconductor layers along the outer periphery of the substrate 1 is set to be the same as that of the first and second protective semiconductor layers. The length of the n-type semiconductor layer 2 is longer than the dimension along the outer periphery of the substrate 1 (M1 + M2 + M3 in FIG. 7). In general, light emitted from the light emitting semiconductor layer at the periphery of the substrate is more easily extracted outside the semiconductor light emitting element than light emitted from the light emitting semiconductor layer at the center of the substrate. Therefore, by making the length of the light emitting semiconductor layer along the peripheral portion of the substrate 1 with good light extraction efficiency longer than the length of the protective semiconductor layer, it is possible to suppress a decrease in light emission efficiency and incorporate a protective element. it can.

半導体発光素子120の製造方法は、実施の形態1の半導体発光素子100の製造方法と同様であるので説明は省略する。上述のとおり、実施の形態2の半導体発光素子120は、単一チップ内に発光用素子としての半導体層(LED構造)を2つ直列に接続し、保護用素子としての半導体層(LED構造)を2つ直列に接続し、それぞれの直列回路を逆並列に接続した構成を有する。これにより、静電気に対し高い信頼性を有するとともに、半導体発光素子120の順方向及び逆方向の双方において一方の半導体層(LED構造)がリーク状態になった場合でも、他方の半導体層(LED構造)によりその機能(発光機能、保護機能)を維持することができる。特に車載用の発光ダイオードのような安全性のため高い信頼性が要求される分野又は用途において、本実施の形態の半導体発光素子は非常に有効である。   The manufacturing method of the semiconductor light emitting device 120 is the same as the manufacturing method of the semiconductor light emitting device 100 of the first embodiment, and thus description thereof is omitted. As described above, in the semiconductor light emitting device 120 of the second embodiment, two semiconductor layers (LED structures) as light emitting elements are connected in series in a single chip, and a semiconductor layer (LED structure) as a protective element is connected. Are connected in series, and each series circuit is connected in antiparallel. Thereby, while having high reliability with respect to static electricity, even when one semiconductor layer (LED structure) is leaked in both the forward direction and the reverse direction of the semiconductor light emitting device 120, the other semiconductor layer (LED structure) ) Can maintain the functions (light emitting function, protective function). In particular, the semiconductor light emitting device of the present embodiment is very effective in a field or application where high reliability is required for safety, such as a light emitting diode for vehicle use.

図10は本実施の形態の発光装置200の構成の一例を示す模式図である。発光装置200は、発光ダイオードであって上述の半導体発光素子100、120のいずれかと、半導体発光素子100、120のいずれかを収容する収容部を備える。以下、半導体発光素子100を用いる場合について説明する。   FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of the light emitting device 200 of the present embodiment. The light-emitting device 200 is a light-emitting diode, and includes any one of the semiconductor light-emitting elements 100 and 120 described above and a housing portion that houses any one of the semiconductor light-emitting elements 100 and 120. Hereinafter, the case where the semiconductor light emitting element 100 is used will be described.

図10に示すように、発光装置(発光ダイオード)200は、リードフレーム201及び202を備え、リードフレーム201の一端部には収容部としての凹部201aが設けられている。凹部201aの底部には、半導体発光素子(LEDチップ)100がダイボンディングにより接着固定されている。   As shown in FIG. 10, the light emitting device (light emitting diode) 200 includes lead frames 201 and 202, and one end portion of the lead frame 201 is provided with a recess 201 a as a housing portion. A semiconductor light emitting element (LED chip) 100 is bonded and fixed to the bottom of the recess 201a by die bonding.

LEDチップ100の一方のボンディング電極は、ワイヤ204によりリードフレーム201とワイヤボンディングされ、他方のボンディング電極はワイヤ204によりリードフレーム202とワイヤボンディングされている。凹部201a内には、透光性の樹脂が充填されることによって、LEDチップ100を覆う被覆部203を形成している。なお、被覆部203内にLEDチップ100の発光色に応じた蛍光体205を含有させることもできる。   One bonding electrode of the LED chip 100 is wire-bonded to the lead frame 201 by a wire 204, and the other bonding electrode is wire-bonded to the lead frame 202 by a wire 204. The recess 201a is filled with a translucent resin to form a cover 203 that covers the LED chip 100. In addition, the fluorescent substance 205 according to the emission color of the LED chip 100 can also be contained in the coating | coated part 203. FIG.

被覆部203が形成されたリードフレーム201及び202の端部は、先端部が凸状のレンズ206に収納されている。レンズ206は、エポキシ樹脂等の透光性の樹脂で形成されている。   The end portions of the lead frames 201 and 202 on which the covering portion 203 is formed are housed in a lens 206 having a convex end portion. The lens 206 is formed of a translucent resin such as an epoxy resin.

発光装置(発光ダイオード)200は、上述の半導体発光素子100を収容してある。これにより、リーク状態等による消灯状態に陥る事態を回避して高い信頼性を確保することができる。   The light emitting device (light emitting diode) 200 accommodates the semiconductor light emitting element 100 described above. As a result, it is possible to avoid a situation where the light is turned off due to a leak state or the like and to ensure high reliability.

また、上述の発光ダイオード200を多数実装した回路基板、及び所要の明るさを得るために所定の電圧を発光ダイオード200に駆動する電源部などを照明装置、表示装置、信号灯器、あるいは道路情報装置などの装置に組み込むこともできる。例えば、照明装置、表示装置、信号灯器又は道路情報装置は、光源として本実施の形態の発光装置(発光ダイオード)200を備える。これにより、リーク状態等による消灯状態に陥る事態を回避して高い信頼性を確保することができる照明装置、表示装置、信号灯器又は道路情報装置を提供することができる。   In addition, a circuit board on which a large number of the above-described light emitting diodes 200 are mounted, and a power supply unit that drives a predetermined voltage to the light emitting diodes 200 in order to obtain a required brightness include a lighting device, a display device, a signal lamp, or a road information device. It can also be incorporated into such devices. For example, a lighting device, a display device, a signal lamp, or a road information device includes the light emitting device (light emitting diode) 200 of the present embodiment as a light source. Accordingly, it is possible to provide an illumination device, a display device, a signal lamp, or a road information device that can avoid a situation where the light is turned off due to a leak state or the like and can ensure high reliability.

1 基板
2、112、122、212、222 n型半導体層
3、113、123、213、223 p型半導体層
61 第1ボンディング電極
62 第2ボンディング電極
63、64、65、66 配線層
1 Substrate 2, 112, 122, 212, 222 n-type semiconductor layer 3, 113, 123, 213, 223 p-type semiconductor layer 61 first bonding electrode 62 second bonding electrode 63, 64, 65, 66 wiring layer

Claims (7)

基板上にn型半導体層、活性層及びp型半導体層を積層した半導体層が形成された半導体発光素子において、
前記基板上にn型半導体層、活性層及びp型半導体層をそれぞれ積層した第1及び第2発光用半導体層と、
前記基板上にn型半導体層、活性層及びp型半導体層をそれぞれ積層し、前記第1及び第2発光用半導体層を保護するための第1及び第2保護用半導体層と、
前記第1発光用半導体層のn型半導体層と前記第2発光用半導体層のp型半導体層とを接続する第1配線層と、
前記第1保護用半導体層のp型半導体層と前記第2保護用半導体層のn型半導体層とを接続する第2配線層と、
前記第1発光用半導体層のp型半導体層と前記第1保護用半導体層のn型半導体層とを接続する第3配線層と、
前記第2発光用半導体層のn型半導体層と前記第2保護用半導体層のp型半導体層とを接続する第4配線層と、
前記第2発光用半導体層のn型半導体層に接続された第1ボンディング電極と、
前記第1発光用半導体層のp型半導体層に接続された第2ボンディング電極と
を備えることを特徴とする半導体発光素子。
In a semiconductor light emitting device in which a semiconductor layer in which an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer are stacked on a substrate is formed.
First and second light-emitting semiconductor layers each including an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer stacked on the substrate;
An n-type semiconductor layer, an active layer and a p-type semiconductor layer are stacked on the substrate, respectively, and first and second protective semiconductor layers for protecting the first and second light emitting semiconductor layers;
A first wiring layer connecting the n-type semiconductor layer of the first light-emitting semiconductor layer and the p-type semiconductor layer of the second light-emitting semiconductor layer;
A second wiring layer connecting the p-type semiconductor layer of the first protective semiconductor layer and the n-type semiconductor layer of the second protective semiconductor layer;
A third wiring layer connecting the p-type semiconductor layer of the first light emitting semiconductor layer and the n-type semiconductor layer of the first protective semiconductor layer;
A fourth wiring layer connecting the n-type semiconductor layer of the second light emitting semiconductor layer and the p-type semiconductor layer of the second protective semiconductor layer;
A first bonding electrode connected to the n-type semiconductor layer of the second light emitting semiconductor layer;
And a second bonding electrode connected to the p-type semiconductor layer of the first light emitting semiconductor layer.
前記第1及び第2発光用半導体層のn型半導体層の面積は、前記第1及び第2保護用半導体層のn型半導体層の面積より大きいことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。   2. The semiconductor according to claim 1, wherein areas of the n-type semiconductor layers of the first and second light emitting semiconductor layers are larger than areas of the n-type semiconductor layers of the first and second protective semiconductor layers. Light emitting element. 前記第1及び第2発光用半導体層のn型半導体層を前記基板の外周に沿って環状に積層してあり、
前記第1及び第2保護用半導体層のn型半導体層は、
前記第1及び第2発光用半導体層のn型半導体層の内周側に積層してあることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体発光素子。
N-type semiconductor layers of the first and second light emitting semiconductor layers are annularly stacked along an outer periphery of the substrate;
The n-type semiconductor layers of the first and second protective semiconductor layers are:
3. The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the first and second light emitting semiconductor layers are stacked on an inner peripheral side of an n-type semiconductor layer. 4.
前記基板は、矩形状をなし、
前記第1及び第2発光用半導体層並びに第1及び第2保護用半導体層それぞれを前記基板の四隅に積層してあり、
前記第1及び第2発光用半導体層のn型半導体層の前記基板の外周に沿った寸法は、前記第1及び第2保護用半導体層のn型半導体層の前記基板の外周に沿った寸法より長いことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体発光素子。
The substrate has a rectangular shape,
Each of the first and second light emitting semiconductor layers and the first and second protective semiconductor layers are stacked at four corners of the substrate;
The dimensions of the n-type semiconductor layers of the first and second light emitting semiconductor layers along the outer periphery of the substrate are the dimensions of the n-type semiconductor layers of the first and second protective semiconductor layers along the outer periphery of the substrate. 3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device is longer.
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の半導体発光素子と、該半導体発光素子を収容する収容部とを備えることを特徴とする発光装置。   5. A light emitting device comprising: the semiconductor light emitting element according to claim 1; and a housing portion that houses the semiconductor light emitting element. 請求項5に記載の発光装置を備えることを特徴とする照明装置。   An illumination device comprising the light-emitting device according to claim 5. 請求項5に記載の発光装置を備えることを特徴とする表示装置。   A display device comprising the light-emitting device according to claim 5.
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