JPH11354848A - 半導体発光装置 - Google Patents
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Abstract
子とにより素子を複合化するに際してバンプとの接合性
がよく素子機能にも影響を及ぼすことのない半導体発光
装置の提供。 【解決手段】 半導体発光素子1に予め形成したp側及
びn側のバンプ5,4を、静電気保護用のツェナーダイ
オード6の電極6c,6bに融解・溶着を利用して導通
接合させる半導体発光装置において、バンプ4,5と電
極6c,6bとを、その共晶組成の合金の共晶温度が少
なくともAuよりも低い異種の金属材料とする。また、
ツェナーダイオード6側にバンプを予め形成しておき、
これに発光素子1のn側及びp側の電極2,3を接合す
る構成としてもよい。
Description
たとえば静電耐圧向上のための保護素子等のサブマウン
ト素子と複合素子化した半導体発光装置に係り、特に半
導体発光素子とサブマウント素子との間の導通接続のア
センブリを最適に改善した半導体発光装置に関する。
ED」と記す)は、近年になってGaN系化合物半導体
を材料とすることで、高輝度の製品が得られるようにな
った。そして、既に高輝度化が達成されている赤及び緑
のLEDとの組み合わせを1ドットとしたフルカラー発
光のディスプレイの開発が急速に進んでいる。
は、結晶を成長させるための基板として絶縁性のサファ
イアが一般に用いられ、この基板の表面にバッファ層を
介してn型GaN層,InGaN層,p型AlGaN層
及びp型GaN層をそれぞれ積層し、InGaN層を活
性層としたものである。そして、p型GaN層,p型A
lGaN層及びInGaN層の一部をエッチングしてn
型GaN層が露出した部分の表面にはn側電極を及びp
型GaN層の表面にはp側電極がそれぞれ形成される。
これらのn側及びp側の電極は、たとえばAuやAl等
を材料として金属蒸着法によって得られるものである。
るものでは、n側及びp側の電極はそれぞれ基板と反対
側の面に形成される。このため、たとえばLEDランプ
等のリードフレームのマウント部に搭載するものでは、
基板を接着材(導電性または絶縁性のいずれでもよ
い。)によりマウント部に固定してn側及びp側の電極
をたとえばAuワイヤによってボンディングするアセン
ブリとなる。
ら、InGaN層の発光域からの光を基板側から取り出
すこともできる。したがって、発光素子を上下反転して
基板を発光方向に向けた姿勢とし、n側及びp側の電極
をそれぞれリードフレームに導通させるようにしたいわ
ゆるフリップチップ型とすることもできる。
イヤレスボンディングによってリードフレームに接合す
るので、n側及びp側の電極のそれぞれにバンプを形成
し、超音波振動等によりこのバンプを加熱溶融して導通
させるアセンブリとなる。
光素子では、材料の誘電率εの物理定数や素子構造に起
因して、その静電耐圧が比較的低いことが知られてい
る。たとえば、LEDランプと静電気がチャージされた
コンデンサとを対向させて両者間に放電を生じさせたと
き、順方向でおよそ100Vの静電圧で、逆方向ではお
よそ30Vの静電圧で破壊されてしまう。
ためには、Siダイオードを利用した静電気保護素子を
備えることが有効である。この静電気保護素子は、本願
出願人が先に提案して特願平9−18782号として既
に出願した明細書及び図面に記載のものが適用できる。
これは、n型のシリコン基板6aを基材としたSiダイ
オードを発光素子1と逆極性の関係になるように導通を
とりながら接続する構成としたものである。
載の静電気保護素子を備えた青色発光のLEDランプの
構成例を示す縦断面図である。
子1はサファイア基板1aを上向きの姿勢としてその上
面を主光取出し面とし、先に説明したようにサファイア
基板1aの表面(図においては下面側)にn型GaN層
及びp型GaN層を積層したものである。そして、n型
GaN層及びp型GaN層のそれぞれにn側電極2及び
p側電極3を設け、これらのn側及びp側の電極2,3
にバンプ4,5がメッキバンプ又はスタッドバンプの形
で形成されている。
aの上端にパラボラ状のマウント部10cを形成し、こ
のマウント部10cの上にSiダイオードとしてツェナ
ー電圧Vzをたとえば10V程度に設定されたツェナー
ダイオード6を静電気保護素子として搭載し、更にこの
ツェナーダイオード6の上面に発光素子1が搭載されて
いる。そして、ツェナーダイオード6のp側の電極とリ
ード10bとの間にワイヤ11をボンディングするとと
もに、リードフレーム10の上端部を含む全体をエポキ
シ樹脂12によって封止することにより、LEDランプ
型の発光装置が得られる。
板を素材としたもので、図において右端側に偏った位置
の上面側から不純物イオンを注入して拡散させて、p型
半導体領域を部分的に形成したものである。そして、n
型半導体領域に相当する部分にn側電極6b及び不純物
イオンの注入によって拡散形成したp型半導体領域に相
当する部分にp側電極6cをそれぞれ形成し、更に下面
にはリード10aと電気的に導通させるためのn電極6
dを設けている。ここで、発光素子1の静電保護のため
の抵抗成分は、n側電極6bとn電極6dとの間の抵抗
である。
光素子1のp側電極3にマイクロバンプ5を介して接続
され、p側電極6cはn側電極2にマイクロバンプ4を
介して接続され、発光素子1とツェナーダイオード6と
は逆極性によって接続されている。そして、p側電極6
cの一部はリード10bとの間に接続するワイヤ11の
ボンディングパッドとし、p側電極6cとリード10b
との間が導通接続される。
保護素子として備えることで、発光素子1の順方向に対
しては、ツェナーダイオード6の抵抗成分Rが保護抵抗
として働くとともに、ツェナー降伏電圧以上の電圧によ
って開くバイパスにより過電流が逃がされる。また、発
光素子1の逆方向に対しては、ツェナーダイオード6の
順方向の特性によるバイパスによって過電流が逃がされ
る。したがって、リード10a,10bからの過電流が
発光素子1に流れるのを防止でき、これによって発光素
子1の破壊が防止できる。
体ICの製造分野においては、電極の表面の材料として
一般的にAuやAlが従来から広く利用されている。た
とえば、図2に示した例のn側電極2やp側電極3もこ
れらのAuやAlを金属蒸着法によって形成することが
できる。
食性がよくしかもワイヤ状の細線への加工もしやすいこ
とや、酸化膜が形成されにくくて安定性が高いことか
ら、電極材料として最適とされている。また、Alは電
気及び熱の伝導度がCuに次いで高くて塑性加工性が良
好であることや、反応性の高い金属であるにもかかわら
ず表面に生成される酸化被膜がち密で丈夫なので耐食性
も高くなるという理由から、電極材料として広く使用さ
れている。たとえば、図2に示したツェナーダイオード
6と複合素子化する場合や、フリップチップ型としてリ
ードフレームや基板の上に搭載する場合に形成するバン
プ(マイクロバンプ)4,5についても、同様にAuや
Alが使用される。
の上に発光素子1を搭載して複合素子化する場合、バン
プ4,5を予め発光素子1のn側及びp側の電極2,3
に接合したものを用意しておき、これらのバンプ4,5
をツェナーダイオード6のp側及びn側の電極6c,6
bに接合する工程となる。そして、バンプ4,5は、発
光素子1を介して加えられる超音波振動や加熱・加圧に
よって自身と相手の電極6c,6bとを溶融することに
よって接合される。すなわち、バンプ4,5とツェナー
ダイオード6側の電極との間で、互いの金属の融解とそ
の後の冷却によって硬化接合される。
ときに予め接合されるバンプ4,5をAuとし、ツェナ
ーダイオードのp側及びn側の電極6c,6bもAuと
した場合を考える。先に述べたように、バンプ4,5と
p側及びn側の電極6c,6bとは超音波振動や加熱・
加圧の負荷によって融解し、その後の冷却によって硬化
接合される。ところが、Auの融点は1063℃であっ
てかなりの高温であり、バンプ4,5と電極6c,6b
を融解させるための超音波振動や加熱・加圧の負荷もそ
れに伴って大きくする必要がある。
は、発光素子1及びツェナーダイオード6に与える機械
的な負荷も大きくなり、発光素子1やツェナーダイオー
ド6に与える機械的なダメージも増加する。また、振動
負荷等が不足してAuの融解が十分でないままに終わる
と、電極どうしの間の接合強度が弱いまま製品化され
る。この場合、接合面に剥離を生じやすくなり、断線事
故を発生することにもなる。
ェナーダイオード側の2つの電極にバンプ4,5を形成
し、バンプ4,5を発光素子1のn側及びp側の電極
2,3に接合する場合でも同様である。
n側及びp側の電極2,3及びツェナーダイオード6の
n側及びp側の電極6b,6cがAuどうしであると、
発光素子1にもツェナーダイオード6にも強い機械的な
負荷が同時に加わるので、機能ダメージすなわち発光素
子1の発光機能やツェナーダイオード6の静電気保護機
能へのダメージを伴いやすくなり、製品の歩留りに大き
く影響する。また、接合強度も不十分に陥りやすいの
で、断線の恐れもあり、製品の信頼性を低下させること
にもなる。
子と静電気保護用等のサブマウント素子とにより素子を
複合化するに際してバンプとの接合性がよく素子機能に
も影響を及ぼすことのない半導体発光装置を提供するこ
とにある。
の電極のそれぞれにバンプを形成した半導体発光素子
と、前記バンプに接合される2つの電極を形成した補助
機能用のサブマウント素子とを備え、前記バンプと前記
サブマウント素子の電極の融解・溶着を利用して導通接
合させた複合化素子を含む半導体発光装置であって、前
記バンプと前記サブマウント素子の電極とを、その共晶
組成の合金の共晶温度が少なくともAuよりも低い異種
の金属材料としてなることを特徴とする。
サブマウント素子側の電極の金属材料の共晶組成の合金
の共晶温度を低くする操作によって、たとえば超音波振
動や加熱・加圧による機械的な負荷を大きくしなくて
も、バンプと電極の融解及び溶着が確実に実行される。
をいずれもAlとしたものでは、Alの融解温度がAu
よりも格段に低いので、加熱・加圧による機械的な負荷
を小さくした接合が可能となる。
びn側の電極のそれぞれにバンプを形成した半導体発光
素子と、前記バンプに接合される2つの電極を形成した
補助機能用のサブマウント素子とを備え、前記バンプと
前記サブマウント素子の電極の融解・溶着を利用して導
通接合させた複合化素子を含む半導体発光装置であっ
て、前記バンプと前記サブマウント素子の電極とを、そ
の共晶組成の合金の共晶温度が少なくともAuよりも低
い異種の金属材料としてなるものであり、半導体発光素
子のバンプとサブマウント素子の電極の接合のためのた
とえば超音波振動や加熱・加圧による機械的な負荷を大
きくしなくても、バンプと電極との融解及び溶着ができ
るという作用を有する。
uまたはその合金であるとき、前記サブマウント素子の
電極をAlまたはその合金としてなる請求項1記載の半
導体発光装置であり、融点の高いAuと融点の低いAl
との共晶組成の合金の共晶温度を低くできるので、電極
接合のための機械的な負荷を大きくしなくても、バンプ
と電極との融解及び溶着が確実に得られるという作用を
有する。
lまたはその合金であるとき、前記サブマウント素子の
電極をAuまたはその合金としてなる請求項1記載の半
導体発光装置であり、請求項2に記載の発明による場合
と同様に、融点の高いAuと融点の低いAlとの共晶組
成の合金の共晶温度を低くできるので、電極接合のため
の機械的な負荷を大きくしなくても、バンプと電極との
融解及び溶着が確実に得られるという作用を有する。
電極のそれぞれにバンプを形成した半導体発光素子と、
前記バンプに接合される2つの電極を形成した補助機能
用のサブマウント素子とを備え、前記バンプと前記サブ
マウント素子の電極の融解・溶着を利用して導通接合さ
せた複合化素子を含む半導体発光装置であって、前記バ
ンプと前記サブマウント素子の電極とを、Alまたはそ
の合金の金属材料としてなる半導体発光装置であり、融
点の低いAlを電極とすることによって、電極接合のた
めの機械的な負荷を大きくしなくても、バンプと電極と
の融解及び溶着が確実に得られるという作用を有する。
の電極のそれぞれにバンプを形成した補助機能用のサブ
マウント素子と、前記バンプに接合されるp側及びn側
の電極を形成した半導体発光素子とを備え、前記バンプ
と前記半導体発光素子の電極の融解・溶着を利用して導
通接続させた複合素子を含む半導体発光装置であって、
前記バンプと前記半導体発光素子の電極とを、その共晶
組成の合金の共晶温度が少なくともAuよりも低い異種
の金属材料としてなる半導体発光装置であり、サブマウ
ント素子のバンプと半導体発光素子のp側及びn側の電
極の接合のためのたとえば超音波振動や加熱・加圧によ
る機械的な負荷を大きくしなくても、バンプと電極との
融解及び溶着ができるという作用を有する。
uまたはその合金であるとき、前記半導体発光素子の電
極をAlまたはその合金としてなる請求項5記載の半導
体発光装置であり、融点の高いAuと融点の低いAlと
の共晶組成の合金の共晶温度を低くできるので、サブマ
ウント素子のバンプと発光素子の電極の接合のための機
械的な負荷を大きくしなくても、バンプと発光素子の電
極どうしの融解及び溶着が確実に得られるという作用を
有する。
lまたはその合金であるとき、前記半導体発光素子の電
極をAuまたはその合金としてなる請求項5記載の半導
体発光装置であり、融点の高いAuと融点の低いAlと
の共晶組成の合金の共晶温度を低くできるので、サブマ
ウント素子のバンプと発光素子の電極の接合のための機
械的な負荷を大きくしなくても、バンプと発光素子の電
極どうしの融解及び溶着が確実に得られるという作用を
有する。
の電極のそれぞれにバンプを形成した補助機能用のサブ
マウント素子と、前記バンプに接合されるp側及びn側
の電極を形成した半導体発光素子とを備え、前記バンプ
と前記半導体発光素子の電極の融解・溶着を利用して導
通接続させた複合素子を含む半導体発光装置であって、
前記バンプと前記半導体発光素子の電極とを、Alまた
はその合金の金属材料としてなる半導体発光装置であ
り、サブマウント素子のバンプと半導体発光素子の電極
を融点の低いAlとすることによって、電極接合のため
の機械的負荷を大きくしなくても、バンプと電極との融
解及び溶着が確実に得られるという作用を有する。
素子はGaN系化合物半導体による素子であり、前記サ
ブマウント素子は前記半導体発光素子の静電耐圧を補償
する静電気保護素子としてなる請求項1から8のいずれ
かに記載の半導体発光装置であり、静電耐圧が低いGa
N系化合物半導体を利用する発光素子の静電破壊を防止
できるという作用を有する。
面を参照しながら説明する。図1は図2に示した発光素
子及びツェナーダイオードの要部を示す拡大図である。
なお、図2で説明した同じ部材については共通の符号で
指示しその詳細な説明は省略する。
たはAuの合金であり、これらに接合されるツェナーダ
イオード6のp側及びn側の電極6c,6bはAlまた
はAlの合金を素材としたものである。そして、バンプ
4,5とツェナーダイオード6の電極6c,6bとは、
従来例と同様に超音波振動の負荷や加熱・加圧の操作に
よって融解して冷却後に硬化接合される。
に対してAlの融点は660℃であり、Alのほうが相
対的にかなり低い。したがって、Auのバンプ4,5を
p側及びn側の電極6c,6bに接合するときには、A
uとこれよりも融点の低いAlとの2成分系の合金の共
晶組成による融解となり、AuとAlとの組成によって
決まる共晶温度で共晶反応が起こる。この共晶温度はA
uの融点よりも当然低く、共晶温度でAuとAlの固溶
体が同時に晶出し、これらの固溶体が微細な結晶粒とな
って密に混ざり合ったものとなる。
することによって、バンプ4,5をツェナーダイオード
6のp側及びn側の電極6c,6bに安定して接合する
ことができ、接合不良による断線等が抑えられる。ま
た、超音波振動や加熱・加圧操作の工程においても、共
晶組成の合金であればAuとAlの合金中で最も低い温
度で融解するので、Auの融解温度に比べて格段に低い
融解温度での操作ができる。したがって、超音波振動や
加熱・加圧操作の機械的な負荷や熱的な負荷を小さくす
ることができ、発光素子1及びツェナーダイオード6の
機能にダメージを与えることもない。
AlまたはAl合金とし、ツェナーダイオード6のn側
及びp側の電極6b,6cをAuまたはAuの合金とし
てもよい。この場合でも、先の例と同様に、AuとAl
の共晶によって低い融解温度で安定した接合が可能であ
る。
6b,6cをAuとAlとの組み合わせに代えて、Au
とSnとの組み合わせとしてもよい。Snの融点は23
2℃であってAlの融点よりも低いので、Auとの共晶
温度を更に下げることができ、接合の際に必要な融解の
ための熱負荷も小さくできる。しかしながら、AuとS
nとの共晶合金は一般的に脆性が小さくなるため、Au
とAlとの組み合わせとすることが好ましい。
ド6のn側及びp側の電極6b,6cを全てAlまたは
Alの合金としてもよい。この場合では、異種金属の共
晶を利用した接合ではないが、Alの融点は660℃で
あってAuの融点1063℃よりも格段に低い。このた
め、超音波振動や加熱・加圧の負荷はAuどうしの接合
に比べて緩やかな操作で済ませることができ、発光素子
1及びツェナーダイオード6に対する機械的負荷が抑え
られる。したがって、これらの発光素子1及びツェナー
ダイオード6の機械的ダメージを防ぐことができ、製品
歩留りの向上が可能である。
る発光素子1のn側電極2及びp側電極3のそれぞれに
バンプ4,5を予め形成しておき、発光素子1をツェナ
ーダイオード6の搭載するときに、バンプ4,5をp側
電極6cとn側電極6bに接合するというものであっ
た。これに対し、ツェナーダイオード6がウエハー状態
にあるときにそのp側電極6cとn側電極6bのそれぞ
れにバンプをスタッド方式によって予め形成しておき、
これに発光素子1を搭載してn側電極2とp側電極3に
接合する構成としてもよい。
記載の発明は、このようにツェナーダイオード6側に予
めバンプを形成して、発光素子1のn側及びp側の電極
2,3に接合する構成を要件とするものである。そし
て、このような構成においても、電極どうしの材料の特
定の組み合わせは先に示した例のものと全く同様であ
り、ツェナーダイオード6の上に発光素子1を搭載して
ツェナーダイオード6側のバンプに発光素子1のn側及
びp側の電極2,3を接合する際の機械的負荷を小さく
したアセンブリが可能である。なお、ツェナーダイオー
ド6の上に発光素子1を搭載して各電極2,3,6b,
6cを導通させた後の複合素子は、図1の例と同様の態
様をとることは無論である。
マウント素子側の電極または発光素子側の電極とサブマ
ウント素子側のバンプのそれぞれの金属材料を最適化す
ることによって、バンプの接合時の融解・溶着に必要な
加熱や機械的な負荷を小さくした状態での接合が可能と
なり、発光素子及びサブマウント素子のいずれについて
も機能の保全が図れ、製品歩留りを向上させることがで
きる。
の発光素子とツェナーダイオードの複合化素子を示す正
面図
備えるLEDランプの概略図
Claims (9)
- 【請求項1】 p側及びn側の電極のそれぞれにバンプ
を形成した半導体発光素子と、前記バンプに接合される
2つの電極を形成した補助機能用のサブマウント素子と
を備え、前記バンプと前記サブマウント素子の電極の融
解・溶着を利用して導通接合させた複合化素子を含む半
導体発光装置であって、前記バンプと前記サブマウント
素子の電極とを、その共晶組成の合金の共晶温度が少な
くともAuよりも低い異種の金属材料としてなる半導体
発光装置。 - 【請求項2】 前記バンプがAuまたはその合金である
とき、前記サブマウント素子の電極をAlまたはその合
金としてなる請求項1記載の半導体発光装置。 - 【請求項3】 前記バンプがAlまたはその合金である
とき、前記サブマウント素子の電極をAuまたはその合
金としてなる請求項1記載の半導体発光装置。 - 【請求項4】 p側及びn側の電極のそれぞれにバンプ
を形成した半導体発光素子と、前記バンプに接合される
2つの電極を形成した補助機能用のサブマウント素子と
を備え、前記バンプと前記サブマウント素子の電極の融
解・溶着を利用して導通接合させた複合化素子を含む半
導体発光装置であって、前記バンプと前記サブマウント
素子の電極とを、Alまたはその合金の金属材料として
なる半導体発光装置。 - 【請求項5】 同じ面側の2つの電極のそれぞれにバン
プを形成した補助機能用のサブマウント素子と、前記バ
ンプに接合されるp側及びn側の電極を形成した半導体
発光素子とを備え、前記バンプと前記半導体発光素子の
電極の融解・溶着を利用して導通接続させた複合素子を
含む半導体発光装置であって、前記バンプと前記半導体
発光素子の電極とを、その共晶組成の合金の共晶温度が
少なくともAuよりも低い異種の金属材料としてなる半
導体発光装置。 - 【請求項6】 前記バンプがAuまたはその合金である
とき、前記半導体発光素子の電極をAlまたはその合金
としてなる請求項5記載の半導体発光装置。 - 【請求項7】 前記バンプがAlまたはその合金である
とき、前記半導体発光素子の電極をAuまたはその合金
としてなる請求項5記載の半導体発光装置。 - 【請求項8】 同じ面側の2つの電極のそれぞれにバン
プを形成した補助機能用のサブマウント素子と、前記バ
ンプに接合されるp側及びn側の電極を形成した半導体
発光素子とを備え、前記バンプと前記半導体発光素子の
電極の融解・溶着を利用して導通接続させた複合素子を
含む半導体発光装置であって、前記バンプと前記半導体
発光素子の電極とを、Alまたはその合金の金属材料と
してなる半導体発光装置。 - 【請求項9】 前記半導体発光素子はGaN系化合物半
導体による素子であり、前記サブマウント素子は前記半
導体発光素子の静電耐圧を補償する静電気保護素子とし
てなる請求項1から8のいずれかに記載の半導体発光装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16171498A JPH11354848A (ja) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16171498A JPH11354848A (ja) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11354848A true JPH11354848A (ja) | 1999-12-24 |
Family
ID=15740492
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16171498A Pending JPH11354848A (ja) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11354848A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1998
- 1998-06-10 JP JP16171498A patent/JPH11354848A/ja active Pending
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