JP2014045021A - Semiconductor light-emitting element and light-emitting device - Google Patents
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Abstract
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及び該半導体発光素子を備える発光装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor light-emitting element 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, and a light-emitting device including the semiconductor light-emitting element.
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、様々な機器又は装置内の電気回路の中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 been used in various circuits 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).
機器又は装置内の電気回路は、発光ダイオードをはじめとして様々な電気部品及び電子部品で構成されている。これらの部品が故障した場合に、電気回路内に過電流が流れて電気部品又は電子部品の発熱又は発火が生じる可能性があるため、機器又は装置の電源入力側にヒューズを設けている。しかし、発光ダイオードの故障は、オープン故障及び短絡(リーク)故障に分けられ、発光ダイオードが短絡故障した場合には、電気回路内の他の部品に過電流が流れてしまい、電源入力側に設けられたヒューズが溶断するまでの間に電気回路内の他の箇所で発熱又は発火するおそれがある。特に、多くの電気部品及び電子部品で構成される電気回路を有する機器又は装置では、かかる懸念が顕著になる。また、多数の電気部品及び電子部品で構成される電気回路内に多くのヒューズを設けた場合、どのヒューズが溶断しているか(切れているか)を即座に判断することが困難となる。 An electric circuit in a device or apparatus is composed of various electric parts and electronic parts including a light emitting diode. When these components fail, an overcurrent may flow in the electric circuit and heat or ignition of the electric component or electronic component may occur. Therefore, a fuse is provided on the power input side of the device or apparatus. However, the failure of the light emitting diode is divided into an open failure and a short circuit (leakage) failure. When the light emitting diode has a short circuit failure, overcurrent flows to other parts in the electric circuit, and is provided on the power input side. There is a possibility that heat is generated or ignited at other points in the electric circuit until the blown fuse is blown. In particular, in a device or apparatus having an electrical circuit composed of many electrical components and electronic components, such a concern becomes significant. Further, when many fuses are provided in an electric circuit composed of a large number of electrical components and electronic components, it is difficult to immediately determine which fuse is blown (broken).
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、電気回路を発熱又は発火などから保護することができる半導体発光素子及び該半導体発光素子を備える発光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 of the present invention is to provide a semiconductor light emitting element capable of protecting an electric circuit from heat generation or ignition, and a light emitting device including the semiconductor light emitting element.
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、前記基板上に前記半導体層と直列又は並列に接続された電流遮断素子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. And a current interrupting element connected to.
第2発明に係る半導体発光素子は、第1発明において、前記電流遮断素子は、前記半導体層と直列に接続してあり、前記半導体層に所定値以上の電流が流れた場合、該電流を遮断するようにしてあることを特徴とする。 A semiconductor light emitting device according to a second invention is the semiconductor light emitting device according to the first invention, wherein the current interrupt device is connected in series with the semiconductor layer, and interrupts the current when a current of a predetermined value or more flows through the semiconductor layer. It is made to do so.
第3発明に係る半導体発光素子は、第1発明において、前記電流遮断素子は、前記半導体層と並列に接続してあり、前記半導体層は、前記電流遮断素子に所定値以上の電流が流れ、該電流が遮断された場合、発光するように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, wherein the current interrupt device is connected in parallel with the semiconductor layer, and the semiconductor layer has a current of a predetermined value or more flowing through the current interrupt device, When the current is interrupted, the light is emitted.
第4発明に係る半導体発光素子は、第3発明において、前記電流遮断素子は、前記所定値より少ない電流で遮断しないようにしてあることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor light emitting device according to the third aspect, wherein the current interrupting device is configured not to interrupt with a current smaller than the predetermined value.
第5発明に係る半導体発光素子は、第3発明又は第4発明において、前記基板上に前記半導体層から分離して形成されたn型半導体層、活性層及びp型半導体層を積層した他の半導体層をさらに備え、前記半導体層及び他の半導体層は、逆並列に接続してあることを特徴とする。 A semiconductor light emitting device according to a fifth invention is the semiconductor light emitting device according to the third or fourth invention, wherein an n-type semiconductor layer, an active layer and a p-type semiconductor layer formed separately from the semiconductor layer are stacked on the substrate. The semiconductor layer further includes a semiconductor layer, and the semiconductor layer and the other semiconductor layer are connected in antiparallel.
第6発明に係る半導体発光素子は、第1発明乃至第5発明のいずれか1つにおいて、前記基板上に前記半導体層又は他の半導体層と直列に接続された抵抗層を備えることを特徴とする。 A semiconductor light emitting device according to a sixth invention is characterized in that, in any one of the first invention to the fifth invention, a resistive layer connected in series with the semiconductor layer or another semiconductor layer is provided on the substrate. To do.
第7発明に係る半導体発光素子は、第1発明乃至第6発明のいずれか1つにおいて、前記電流遮断素子は、金属薄膜、酸化膜又は半導体膜で形成してあることを特徴とする。 A semiconductor light emitting device according to a seventh invention is characterized in that, in any one of the first invention to the sixth invention, the current interrupting device is formed of a metal thin film, an oxide film or a semiconductor film.
第8発明に係る発光装置は、前述の発明のいずれか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。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a light emitting device including the semiconductor light emitting element according to any one of the foregoing inventions, and a housing portion that houses the semiconductor light emitting element.
第1発明にあっては、基板上に半導体層(LED構造)と直列又は並列に接続された電流遮断素子を備える。電流遮断素子は、いわゆるヒューズと同様の機能を有する。例えば、半導体層(LED構造)と直列に接続された電流遮断素子を設けることにより、半導体層で短絡(リーク)故障が発生した場合、電流遮断素子が働いて回路(電路)を遮断するので、当該半導体層には、電流が流れなくなる。このため、半導体発光素子を任意の電気回路内で使用した場合、半導体発光素子の入力側(電源側)には電流が流れなくなるので、電気回路内の他の箇所での発熱又は発火を防止することができ電気回路を発熱又は発火などから保護することができる。 In the first invention, the current interrupting element connected in series or in parallel with the semiconductor layer (LED structure) is provided on the substrate. The current interruption element has the same function as a so-called fuse. For example, by providing a current interruption element connected in series with the semiconductor layer (LED structure), when a short circuit (leakage) failure occurs in the semiconductor layer, the current interruption element works to interrupt the circuit (electric circuit). No current flows through the semiconductor layer. For this reason, when the semiconductor light emitting element is used in an arbitrary electric circuit, current does not flow to the input side (power supply side) of the semiconductor light emitting element, so that heat generation or ignition in other parts of the electric circuit is prevented. The electrical circuit can be protected from heat generation or ignition.
また、半導体層(LED構造)と並列に接続された電流遮断素子を設けた場合、通常時(正常時)には、電流が電流遮断素子を流れ、半導体層には流れない。したがって、通常時には半導体層は発光していない。電気回路内の他の箇所で短絡が起こり、電流遮断素子に所定値以上の電流が流れ回路(電路)を遮断した場合には、電流遮断素子に並列接続された半導体層に電流が流れるので半導体層は発光する。これにより、電気回路内の所要の箇所にヒューズ機能として複数の半導体発光素子を接続しておけば、電気回路内のどの箇所で電流が遮断されたかを容易に判断することができ、電気回路を発熱又は発火などから保護することができる。 Further, when a current interrupting element connected in parallel with the semiconductor layer (LED structure) is provided, current flows through the current interrupting element in a normal time (normal time) and does not flow in the semiconductor layer. Therefore, normally, the semiconductor layer does not emit light. If a short circuit occurs in another part of the electric circuit and a current exceeding the specified value flows in the current interrupting element and interrupts the circuit (electric circuit), the current flows in the semiconductor layer connected in parallel to the current interrupting element. The layer emits light. As a result, if a plurality of semiconductor light emitting elements are connected as a fuse function to a required place in the electric circuit, it is possible to easily determine at which position in the electric circuit the current is cut off. It can be protected from heat generation or ignition.
第2発明にあっては、電流遮断素子は、半導体層と直列に接続してあり、半導体層に所定値以上の電流が流れた場合、電流を遮断する。すなわち、半導体層で短絡(リーク)故障が発生した場合、電流遮断素子が働いて回路(電路)を遮断するので、当該半導体層には、電流が流れなくなる。このため、半導体発光素子を任意の電気回路内で使用した場合、半導体発光素子の入力側(電源側)には電流が流れなくなるので、電気回路内の他の箇所での発熱又は発火を防止することができ電気回路を発熱又は発火などから保護することができる。 In the second invention, the current interrupting element is connected in series with the semiconductor layer, and interrupts the current when a current of a predetermined value or more flows in the semiconductor layer. That is, when a short circuit (leakage) failure occurs in the semiconductor layer, the current interrupting element works to interrupt the circuit (electric circuit), so that no current flows through the semiconductor layer. For this reason, when the semiconductor light emitting element is used in an arbitrary electric circuit, current does not flow to the input side (power supply side) of the semiconductor light emitting element, so that heat generation or ignition in other parts of the electric circuit is prevented. The electrical circuit can be protected from heat generation or ignition.
第3発明にあっては、電流遮断素子は、半導体層と並列に接続してあり、半導体層は、電流遮断素子に所定値以上の電流が流れ、電流が遮断された場合、発光する。これにより、電気回路内の所要の箇所にヒューズ機能として複数の半導体発光素子を接続しておけば、電気回路内のどの箇所で電流が遮断されたかを容易に判断することができ、電気回路を発熱又は発火などから保護することができる。 In the third invention, the current interrupting element is connected in parallel with the semiconductor layer, and the semiconductor layer emits light when a current of a predetermined value or more flows through the current interrupting element and the current is interrupted. As a result, if a plurality of semiconductor light emitting elements are connected as a fuse function to a required place in the electric circuit, it is possible to easily determine at which position in the electric circuit the current is cut off. It can be protected from heat generation or ignition.
第4発明にあっては、電流遮断素子は、所定値より少ない電流で遮断しない。これにより、半導体発光素子をヒューズ機能として使用することができる。 In the fourth invention, the current interrupting element does not interrupt with a current less than a predetermined value. Thereby, a semiconductor light emitting element can be used as a fuse function.
第5発明にあっては、基板上に半導体層から分離して形成されたn型半導体層、活性層及びp型半導体層を積層した他の半導体層をさらに備える。そして、半導体層及び他の半導体層は、逆並列に接続してある。すなわち、2つのLED構造が逆並列に接続され、さらに並列に電流遮断素子が接続された構成をなす。これにより、半導体発光素子は、無極性となり、電流遮断素子に流れる電流の向きに関わらず電流遮断素子が働いて電流を遮断した場合には、逆並列に接続された半導体層のいずれか一方が発光するので、半導体発光素子の基板等への実装時の逆装着の心配がなくなる。 In the fifth invention, the semiconductor device further includes another semiconductor layer formed by laminating an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer formed separately from the semiconductor layer on the substrate. The semiconductor layer and the other semiconductor layers are connected in antiparallel. That is, two LED structures are connected in antiparallel, and a current interrupting element is connected in parallel. As a result, the semiconductor light emitting element becomes non-polar, and when the current interrupting element works and interrupts the current regardless of the direction of the current flowing through the current interrupting element, one of the semiconductor layers connected in antiparallel is Since light is emitted, there is no need to worry about reverse mounting when the semiconductor light emitting element is mounted on a substrate or the like.
第6発明にあっては、基板上に半導体層又は他の半導体層と直列に接続された抵抗層を備える。例えば、半導体層及び該半導体層と直列に接続された抵抗層からなる直列回路に対して並列に電流遮断素子を接続してある場合に、電流遮断素子に所定値以上の電流が流れ、電流が遮断されたとき、半導体層に直列に抵抗層が接続されているので半導体層は安全な電流値で発光することが可能となる。また、電流遮断素子で遮断すべき電流値を所望の値にしても、抵抗層の抵抗値を適宜設定することにより、半導体層に流れる電流は安全な電流値に制限することができる。他の半導体層及び該他の半導体層と直列に接続された抵抗層からなる直列回路に対して並列に電流遮断素子を接続してある場合も同様である。 In the sixth invention, a resistance layer connected in series with a semiconductor layer or another semiconductor layer is provided on the substrate. For example, when a current interrupt device is connected in parallel to a series circuit composed of a semiconductor layer and a resistance layer connected in series with the semiconductor layer, a current of a predetermined value or more flows through the current interrupt device, When cut off, since the resistance layer is connected in series with the semiconductor layer, the semiconductor layer can emit light at a safe current value. Even if the current value to be interrupted by the current interrupting element is set to a desired value, the current flowing through the semiconductor layer can be limited to a safe current value by appropriately setting the resistance value of the resistance layer. The same applies to the case where a current interruption element is connected in parallel to a series circuit composed of another semiconductor layer and a resistance layer connected in series with the other semiconductor layer.
第7発明にあっては、電流遮断素子は、金属薄膜、酸化膜又は半導体膜で形成してある。これにより、半導体発光素子の製造プロセスにおいて、電流遮断素子を半導体発光素子の内部に設けることができ、電気回路内にヒューズを設ける必要がなくなる。 In the seventh invention, the current interrupting element is formed of a metal thin film, an oxide film or a semiconductor film. Thereby, in the manufacturing process of the semiconductor light emitting element, the current interrupting element can be provided inside the semiconductor light emitting element, and it is not necessary to provide a fuse in the electric circuit.
第8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、電気回路を発熱又は発火などから保護することができる発光装置を提供することができる。 In the eighth invention, the light emitting device accommodates the above-described semiconductor light emitting element. Thereby, the light-emitting device which can protect an electric circuit from heat_generation | fever or ignition can be provided.
本発明によれば、電気回路を発熱又は発火などから保護することができる。 According to the present invention, an electric circuit can be protected from heat generation or ignition.
(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は実施の形態1の半導体発光素子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
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及び図2に示すように、発光素子100は、矩形状のサファイア基板1(以下、「基板」ともいう。)上に発光素子用のn型半導体層2、活性層(不図示)及びp型半導体層3を積層した半導体層(LED1構造)を形成してある。図1に示すように、発光素子用のp型半導体層3が、発光素子100の発光面となる。
The semiconductor
図2に示すように、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2、活性層(不図示)、p型半導体層3がこの順に積層してある。n型半導体層2は、例えば、約3μm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3は、p−AlGaInN層、約0.2μm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、発光素子用の半導体層としての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。
As shown in FIG. 2, an AlN buffer layer (not shown), an undoped GaN layer (not shown) having a thickness of about 2 μm, an n-
半導体層のp型半導体層3には、電流拡散層4を形成してあり、電流拡散層4には、後述の第2のボンディング電極と電気的に接続される配線層64を設けている。電流拡散層4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。
A
基板1上のn型半導体層2には、半導体層を間にして適長離隔させた第1のボンディング電極61及び第2のボンディング電極62を設けてある。ボンディング電極61、62は、発光素子100と外部回路(外部電極あるいはリード線など)とを接続するためのワイヤをボンディングするための電極である。ボンディング電極61、62、配線層64は、例えば、真空蒸着でCr/Auを成膜することにより形成することができる。
The n-
半導体層のn型半導体層2と、第1のボンディング電極61の下側のn型半導体層2との間のn型半導体層2は、半導体層と直列に接続される抵抗層21となっている。
The n-
図1に示すように、抵抗層21は、基板1の平面視での幅W1を調整することにより、抵抗層21の断面積を調整して抵抗値を所望の値に設定することができる。これにより、図3に示すように、半導体層(LED1構造)のカソード(n型半導体層2)と第1のボンディング電極61との間に抵抗R21が接続された構成とすることができる。
As shown in FIG. 1, the resistance value of the
第2のボンディング電極62と、半導体層の電流拡散層4に接続された配線層64との間の配線層は、半導体層と直列に接続される電流遮断素子63となっている。電流遮断素子63は、配線層64と同様、真空蒸着でCr/Auを成膜することにより形成することができる。なお、電流遮断素子63は、金属薄膜の他に、酸化膜又は半導体膜で形成することもできる。
A wiring layer between the
図1に示すように、電流遮断素子63は、配線層の一部において、配線層の幅W2を他の配線層よりも狭幅にした箇所を設け、当該幅W2を調整することにより、遮断電流の大きさを調整することができる。例えば、幅W2を小さくすれば、比較的小さい値の電流で電流遮断素子63を溶断させることができる。また、幅W2を大きくすれば、比較的大きい値の電流で電流遮断素子63を溶断させることができる。
As shown in FIG. 1, the current interrupting
これにより、図3に示すように、半導体層(LED1構造)のアノード(p型半導体層3)と第2のボンディング電極62との間にヒューズ機能H63が接続された構成とすることができる。
Thereby, as shown in FIG. 3, the fuse function H63 can be connected between the anode (p-type semiconductor layer 3) of the semiconductor layer (LED1 structure) and the
上述のとおり、電流遮断素子63(ヒューズ機能H63)は、半導体層と直列に接続してあり、半導体層に所定値(例えば、500mA、1Aなど)以上の電流が流れた場合、電流を遮断する。すなわち、半導体層で短絡(リーク)故障が発生した場合、電流遮断素子が働いて回路(電路)を遮断するので、当該半導体層には、電流が流れなくなる。このため、半導体発光素子を任意の電気回路内で使用した場合、半導体発光素子の入力側(電源側)には電流が流れなくなるので、電気回路内の他の箇所での発熱又は発火を防止することができ電気回路を発熱又は発火などから保護することができる。 As described above, the current interrupting element 63 (fuse function H63) is connected in series with the semiconductor layer, and interrupts the current when a current of a predetermined value (for example, 500 mA, 1A, etc.) flows through the semiconductor layer. . That is, when a short circuit (leakage) failure occurs in the semiconductor layer, the current interrupting element works to interrupt the circuit (electric circuit), so that no current flows through the semiconductor layer. For this reason, when the semiconductor light emitting element is used in an arbitrary electric circuit, current does not flow to the input side (power supply side) of the semiconductor light emitting element, so that heat generation or ignition in other parts of the electric circuit is prevented. The electrical circuit can be protected from heat generation or ignition.
また、半導体層と直列に抵抗層21を接続してあるので、半導体層(LED1構造)に流れる電流を所望の値に設定することができ、LED1構造に流れる電流を調整するために半導体発光素子の外部に別個の抵抗を接続する必要がなくなり、電気回路の部品点数を削減することができる。
Further, since the
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4及び図5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。図4A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3μm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0.2μm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。
Next, a method for manufacturing the semiconductor
図4B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、第1及び第2のボンディング電極(61、62)と接続するためのn型半導体層2及び抵抗層21となるn型半導体層2を露出させる。エッチングの深さは、抵抗層21の抵抗値を所望の値にするように設定すればよく、例えば、1μmとすることができる。
As shown in FIG. 4B, the n-
図4C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4を約250nm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、発光素子100の発光面に電流拡散層4が形成される。その後、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、電流拡散層4のアニールを行う。
As shown in FIG. 4C, a transparent
図5Dに示すように、所望の幅W1の抵抗層21を形成するため、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、抵抗層21周辺及び発光層周辺の半導体層を基板1が露出するまでエッチングを行う。
As shown in FIG. 5D, in order to form the
図5Eに示すように、プラズマCVDにより、SiO2 膜5を全面に成膜し、希釈フッ酸により第1及び第2のボンディング電極61、62を設ける部分、配線層64を設ける部分のSiO2 膜5を除去する。
As shown in FIG. 5E, by plasma CVD, and a SiO 2 film 5 on the entire surface, the portion providing the first and
図5Fに示すように、真空蒸着によりCr/Auを成膜し、リフトオフ法でパターニングを行って第1及び第2のボンディング電極61、62、配線層64、電流遮断素子63を形成する。この場合、電流遮断素子63の幅W2は、所望の電流値で溶断するように他の配線層よりも細い線とする。これにより、半導体発光素子100(LEDチップ)内に発光素子と抵抗R21とヒューズ機能H63(電流遮断素子63)とを直列に接続したLEDチップが完成する。
As shown in FIG. 5F, a Cr / Au film is formed by vacuum deposition, and patterning is performed by a lift-off method to form first and
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、半導体発光素子100(LEDチップ)が完成する。完成した半導体発光素子100は、パッケージに組み立てられる。パッケージへの組立は、ダイボンディング・ワイヤーボンディングを使用して実装してもよく、あるいはパッケージを使用せずにAuバンプ又は半田を用いたフリップ実装を行うこともできる。
Thereafter, element (LED chip) separation is performed by laser scribing to complete the semiconductor light emitting element 100 (LED chip). The completed semiconductor
電流遮断素子63は、金属薄膜、酸化膜又は半導体膜のいずれで形成してもよい。これにより、半導体発光素子の製造プロセスにおいて、電流遮断素子を半導体発光素子の内部に設けることができ、電気回路内にヒューズを設ける必要がなくなる。
The
(実施の形態2)
図6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7は実施の形態2の半導体発光素子120の回路図である。実施の形態1との違いは、電流遮断素子63を半導体層(LED1構造)に対して並列に接続した点である。実施の形態1と同様の箇所は同一符号を付している。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a planar structure of the semiconductor
図6に示すように、第1のボンディング電極61と第2のボンディング電極62との間には、半導体層(LED1構造)と抵抗層21との直列回路が接続されている。そして、さらに、第1のボンディング電極61と第2のボンディング電極62との間には、電流遮断素子63を接続してある。
As shown in FIG. 6, a series circuit of a semiconductor layer (LED1 structure) and a
これにより、図7に示すように、半導体層(LED1構造)のカソード(n型半導体層2)と第1のボンディング電極61との間に抵抗R21が接続され、さらに第1及び第2のボンディング電極61、62間には、半導体層と並列に接続されたヒューズ機能H63が接続された構成とすることができる。
As a result, as shown in FIG. 7, a resistor R21 is connected between the cathode (n-type semiconductor layer 2) of the semiconductor layer (LED1 structure) and the
上述の構成により、半導体層(LED構造)と並列に接続された電流遮断素子63(ヒューズ機能H63)を設けた場合、通常時(正常時)には、電流が電流遮断素子63を流れ、半導体層には流れない。したがって、通常時には半導体層は発光していない。電気回路内の他の箇所で短絡が起こり、電流遮断素子63に所定値(例えば、500mAなど)以上の電流が流れ回路(電路)を遮断した場合には、電流遮断素子63に並列接続された半導体層に電流が流れるので半導体層は発光する。これにより、電気回路内の所要の箇所にヒューズ機能として複数の半導体発光素子120を接続しておけば、電気回路内のどの箇所で電流が遮断されたかを容易に判断することができ、電気回路を発熱又は発火などから保護することができる。
With the above-described configuration, when the current interrupting element 63 (fuse function H63) connected in parallel with the semiconductor layer (LED structure) is provided, current flows through the current interrupting
電流遮断素子63は、所定値(例えば、500mAなど)より少ない電流で遮断しない。これにより、半導体発光素子120をヒューズ機能として使用することができる。
The current interrupting
また、基板1上に半導体層と直列に接続された抵抗層21を備える。例えば、半導体層と直列に接続された抵抗層21からなる直列回路に対して並列に電流遮断素子63を接続してある場合に、電流遮断素子63に所定値(例えば、1Aなど)以上の電流が流れ、電流が遮断されたとき、半導体層に直列に抵抗層21が接続されているので半導体層は安全な電流値(例えば、100mA、200mA、500mAなど)で発光することが可能となる。また、電流遮断素子63で遮断すべき電流値を所望の値にしても、抵抗層21の抵抗値を適宜設定することにより、半導体層に流れる電流は安全な電流値に制限することができる。
Moreover, the
実施の形態2の半導体発光素子120の製造方法は実施の形態1と同様であるので説明は省略する。
Since the manufacturing method of the semiconductor
(実施の形態3)
図8は実施の形態3の半導体発光素子140の平面構造の一例を示す模式図であり、図9は実施の形態3の半導体発光素子140の回路図である。実施の形態2との違いは、2つの半導体層(LED1構造、LED2構造)を逆並列に接続した点である。実施の形態2と同様の箇所は同一符号を付している。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of a planar structure of the semiconductor
図8に示すように、第1のボンディング電極61と第2のボンディング電極62との間には、半導体層(LED1構造)と抵抗層21との直列回路が接続されている。また、第1のボンディング電極61と第2のボンディング電極62との間には、半導体層(LED1構造)逆並列となる半導体層(LED2構造)と抵抗層22との直列回路が接続されている。また、実施の形態2と同様に、第1のボンディング電極61と第2のボンディング電極62との間には、電流遮断素子63を接続してある。
As shown in FIG. 8, a series circuit of a semiconductor layer (LED1 structure) and a
これにより、図9に示すように、半導体層(LED1構造)のカソード(n型半導体層2)と第1のボンディング電極61との間に抵抗R21が接続され、半導体層(LED1構造)と逆並列となる半導体層(LED2構造)のカソード(n型半導体層2)と第2のボンディング電極62との間に抵抗R22が接続され、さらに第1及び第2のボンディング電極61、62間には、各半導体層と並列に接続されたヒューズ機能H63が接続された構成とすることができる。
As a result, as shown in FIG. 9, the resistor R21 is connected between the cathode (n-type semiconductor layer 2) of the semiconductor layer (LED1 structure) and the
上述のとおり、基板1上に半導体層から分離して形成されたn型半導体層、活性層及びp型半導体層を積層した他の半導体層をさらに備える。そして、半導体層及び他の半導体層は、逆並列に接続してある。すなわち、2つのLED構造が逆並列に接続され、さらに並列に電流遮断素子63(ヒューズ機能H63)が接続された構成をなす。これにより、半導体発光素子140は、無極性となり、電流遮断素子63に流れる電流の向きに関わらず電流遮断素子63が働いて電流を遮断した場合には、逆並列に接続された半導体層のいずれか一方が発光するので、半導体発光素子140の基板等への実装時の逆装着の心配がなくなる。
As described above, the semiconductor device further includes another semiconductor layer formed by laminating the n-type semiconductor layer, the active layer, and the p-type semiconductor layer formed on the
実施の形態3の半導体発光素子140の製造方法においては、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、第1及び第2のボンディング電極(61、62)と接続するためのn型半導体層2及び抵抗層21となるn型半導体層2を露出させる場合に、半導体発光素子内に2つの半導体層(LED構造)を形成するために、p型半導体層をエッチングしない領域を2つ形成する。その他の製造方法は、実施の形態2と同様である。
In the method of manufacturing the semiconductor
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、140のいずれかと、半導体発光素子100、120、140のいずれかを収容する収容部を備える。
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of the
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
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、半導体発光素子100を覆う被覆部203を形成している。なお、被覆部203内に半導体発光素子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
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
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、電気回路を発熱又は発火などから保護することができる発光装置を提供することができる。なお、発光装置は、バンプ又は半田を用いたフリップ実装型のものでもよい。
The light emitting device (light emitting diode) 200 accommodates the semiconductor
上述の実施の形態1〜3において、ボンディング電極の形状、配置、半導体層の形状、配置は図示した例に限定されるものではない。また、抵抗はLED構造のアノード側に接続することもできる。また、半導体発光素子の内部に3つ以上のLED構造を形成してもよい。 In the first to third embodiments described above, the shape and arrangement of the bonding electrode and the shape and arrangement of the semiconductor layer are not limited to the illustrated examples. The resistor can also be connected to the anode side of the LED structure. Also, three or more LED structures may be formed inside the semiconductor light emitting device.
1 基板
2 n型半導体層
21、22 抵抗層
3 p型半導体層
4 電流拡散層
5 SiO2 膜
61、62 ボンディング電極
63 電流遮断素子
64 配線層
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記基板上に前記半導体層と直列又は並列に接続された電流遮断素子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.
A semiconductor light emitting device comprising a current interrupt device connected in series or in parallel with the semiconductor layer on the substrate.
前記半導体層と直列に接続してあり、
前記半導体層に所定値以上の電流が流れた場合、該電流を遮断するようにしてあることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。 The current interruption element is
Connected in series with the semiconductor layer;
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein when a current of a predetermined value or more flows through the semiconductor layer, the current is cut off.
前記半導体層と並列に接続してあり、
前記半導体層は、
前記電流遮断素子に所定値以上の電流が流れ、該電流が遮断された場合、発光するようにしてあることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。 The current interruption element is
Connected in parallel with the semiconductor layer,
The semiconductor layer is
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein when a current of a predetermined value or more flows through the current interrupting device and the current is interrupted, light is emitted.
前記所定値より少ない電流で遮断しないようにしてあることを特徴とする請求項3に記載の半導体発光素子。 The current interruption element is
4. The semiconductor light emitting element according to claim 3, wherein the semiconductor light emitting element is not cut off with a current smaller than the predetermined value.
前記半導体層及び他の半導体層は、逆並列に接続してあることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の半導体発光素子。 The semiconductor device further includes another semiconductor layer formed by stacking an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer formed separately from the semiconductor layer on the substrate,
5. The semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the semiconductor layer and the other semiconductor layers are connected in antiparallel.
金属薄膜、酸化膜又は半導体膜で形成してあることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の半導体発光素子。 The current interruption element is
The semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the semiconductor light-emitting element is formed of a metal thin film, an oxide film, or a semiconductor film.
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JP2012185599A JP2014045021A (en) | 2012-08-24 | 2012-08-24 | Semiconductor light-emitting element and light-emitting device |
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