JP3663281B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はサファイア基板などの絶縁性基板上に発光層を形成すべく半導体層が積層される半導体発光素子に関する。さらに詳しくは、絶縁性基板に帯電し得る静電気による半導体結晶構造の破壊を防止し、信頼性を向上することができる半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば青色系の光を発光する発光素子チップ（以下、ＬＥＤチップという）２０は、図４に断面図が示されるように、サファイア基板２１上にチッ化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体を積層して形成される。そのため、基板２１の裏面から一方の電極を取り出すことができず、積層された半導体層の一部がエッチングにより除去されて露出するｎ形層に電気的に接続してｎ側電極２９が設けられ、積層された半導体層の表面側のｐ形層に電気的に接続してｐ側電極２８が設けられる。このＬＥＤチップ２０が、たとえば図４に示されるように、第１のリード１１の先端部の湾曲部内にダイボンディングされ、ｐ側電極２８が第１のリード１１の先端部の突出部１１ａと、ｎ側電極２９が第２のリード１２の先端部とそれぞれ金線１３によりワイヤボンディングされ、その周囲が発光層で発光する光を透過させる樹脂で被覆されて樹脂パッケージ１４が形成されることにより、発光ランプとして形成される。
【０００３】
この青色系のＬＥＤチップ２０は、前述のように、基板２１として電気的絶縁性基板が用いられている。この基板２１の上面はチッ化ガリウム系化合物半導体層と接しており、ｎ側電極２９と電気的に接続される。一方、基板２１の下面は導電性接着剤によりダイボンディングされておれば第１のリード１１と電気的に接続され、不導電性接着剤によりダイボンディングされておれば電気的にフロートの状態でダイボンディングされることになる。そのため、静電気が発生すると基板２１にキャリア（電子またはホール）が帯電し蓄積する。その結果、帯電量が多くなるとキャリアが半導体層に移動して半導体の結晶構造にクラックを生じさせ、発光特性を劣化させるという問題がある。
【０００４】
前述のｎ側電極２９を第１のリードに接続し、ｐ側電極２８を第２のリードに接続することもできるが、前述のように、基板２１が電気的絶縁性であるため、ＬＥＤチップ２０のダイボンディングは通常不導電性の接着剤によりなされ、基板２１の両面は電気的に分離されており、キャリアが帯電することにより電位差が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の青色系の半導体発光素子のように、その基板にサファイア基板のような電気的絶縁性材料が用いられ、しかもその両面が電気的に接続されていない場合には、静電気が発生すると基板の両面の間に電位差が生じる。そして帯電量が多くなり電位差が大きくなるとそのキャリアが半導体層に流れ、結晶構造にクラックが入ったりして発光特性に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、発光層を形成すべく半導体層が積層される基板が絶縁性基板であっても、その基板に静電気を帯電させないで、静電気による破壊や性能の低下を生じさせない半導体発光素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体発光素子は、絶縁性基板と、該絶縁性基板上に発光層を形成すべく半導体層が積層される半導体積層部と、該半導体積層部の表面側の第１導電型の半導体層に電気的に接続して設けられる第１の電極と、前記半導体積層部の一部がエッチングにより除去されて露出する第２導電型の半導体層に電気的に接続して設けられる第２の電極とから発光素子チップがなり、該発光素子チップの前記絶縁性基板の裏面のみが導電性接着剤を介して導電性部材に接着され、かつ、前記第２の電極がワイヤボンディングにより前記導電性部材と電気的に接続されている。
【０００８】
この構成にすることにより、絶縁性基板の両面が同電位になるため、絶縁性基板はコンデンサの作用をせず、静電気が帯電することがない。その結果、静電気により半導体層の結晶構造を破壊したりすることがない。
【０００９】
前記発光層を形成すべく積層される半導体積層部がチッ化ガリウム系化合物半導体からなっておれば、とくに静電気に弱いチッ化ガリウム系化合物半導体を用いた青色系の半導体発光素子の信頼性を向上させることができる。
【００１０】
前記半導体発光素子がランプ型の発光素子であれば、発光素子チップをダイボンディングするリードの先端部を前記導電性部材とすることができ、また前記半導体発光素子が発光素子チップをプリント基板上に直接ボンディングして使用する場合や両端部に電極が設けられる絶縁基板上に発光素子チップがマウントされるチップ型発光素子の場合であれば、絶縁性基板上に設けられる配線パターン（電極パターンを含む）を前記導電性部材とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体発光素子について説明をする。
【００１２】
本発明の半導体発光素子に用いられるＬＥＤチップ１は、図２にその断面説明図が示されるように、サファイアなどからなる絶縁性基板２１と、絶縁性基板２１上に発光層を形成すべく半導体層が積層される半導体積層部２６と、半導体積層部２６の表面側の第１導電型の半導体層（ｐ形層２５）に電気的に接続して設けられる第１の電極（ｐ側電極２８）と、半導体積層部２６の一部がエッチングにより除去されて露出する第２導電型の半導体層（ｎ形層２３）に電気的に接続して設けられる第２の電極（ｎ側電極２９）とからなっている。そして、図１に本発明の半導体発光素子の一実施形態の断面説明図が示されるように、そのＬＥＤチップ１の絶縁性基板２１の裏面が導電性接着剤４を介して、第１のリード２の先端部である導電性部材に接着され、かつ、該導電性部材が第２の電極（ｎ側電極２９）と電気的に接続されている。
【００１３】
ＬＥＤチップ１は、たとえば図２に示されるように、サファイアからなる絶縁性基板２１上にたとえばＧａＮからなる低温バッファ層、クラッド層となるｎ形のＧａＮおよび／またはＡｌＧａＮ系化合物半導体（ＡｌとＧａとの比率が種々変わり得ることを意味する、以下同じ）の積層構造からなるｎ形層２３が１〜５μｍ程度、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれよりも小さくなる材料、たとえばＩｎＧａＮ系（ＩｎとＧａの比率が種々変わり得ることを意味する、以下同じ）化合物半導体からなる活性層２４が０.０５〜０.３μｍ程度、ｐ形のＧａＮおよび／またはＡｌＧａＮ系化合物半導体からなるｐ形層（クラッド層）２５が０.２〜１μｍ程度それぞれ積層され、半導体積層部２６が形成されている。そして、その表面に設けられる図示しないたとえばＮｉとＡｕの合金層からなる電流拡散メタル層などを介して、ｐ形層２５に電気的に接続してｐ側電極２８がたとえばＴｉとＡｕとの積層構造により設けられている。また、積層された半導体層の一部がエッチングされて露出するｎ形層２３と電気的に接続してｎ側電極２９がたとえばＴｉとＡｌの合金層によりそれぞれ設けられることにより、ＬＥＤチップ１が形成されている。
【００１４】
このＬＥＤチップ１が図１に示されるように、第１のリード２の湾曲部にたとえばＡｇペーストなどの導電性接着剤４によりダイボンディングされてそのｎ側電極２９が第１のリード２の鍔部２ａと金線５などのワイヤボンディングにより電気的に接続されている。そして、ｐ側電極２８は第２のリード３と同様に金線５などのワイヤボンディングにより電気的に接続されている。そして、その周囲がＬＥＤチップ１により発光する光を透過するエポキシ樹脂などによりモールドされることにより、パッケージ６が形成されている。第１および第２のリード２、３は、たとえばＦｅやＣｕなどにＮｉメッキやＡｇメッキが施されたものなどの導電性部材からなっている。そのため、ＬＥＤチップ１の絶縁性基板２１の裏面は導電性接着剤４を介して第１のリード２の先端部と電気的に接続され、そのリード２の湾曲部を介して鍔部２ａに金線５によりワイヤボンディングされたｎ側電極２９と電気的に接続される。すなわち、絶縁性基板２１の両面が電気的に短絡されている。
【００１５】
本発明によれば、以上のように、発光部を形成する半導体積層部２６が設けられる基板２１が絶縁性基板であっても、その裏面（図２のＢ参照）および反対側の半導体層が積層される側の面（図２のＡ参照）が半導体層や導電性部材を介して電気的に接続されているため、絶縁性基板にキャリアが帯電してコンデンサを形成することがない。そのため、外部に導出されるリードを介して静電気が入ってきても絶縁性基板に帯電することがない。その結果、静電気が蓄積して半導体層側に流れ、結晶構造を劣化させることがなく、発光特性も低下しない。そのため、高特性を維持することができて信頼性が向上する。
【００１６】
前述の例では、ＬＥＤチップ１がリードの先端にボンディングされて樹脂で被覆される発光ランプの例であったが、図３に示されるように、ガラスエポキシなどの絶縁性基板からなるプリント基板上の配線パターンにマウントされる場合でも同様である。すなわち、絶縁性基板７の表面に配線パターン８ａ、８ｂが形成され、その表面にＬＥＤチップ１がダイボンディングされる場合でも、１つの配線パターン８ａに銀ペーストなどの導電性接着剤４によりダイボンディングされると共に、ＬＥＤチップ１の絶縁性基板の表面に積層される導電形の半導体層に電気的に接続して設けられる電極（ｎ側電極２９）が前記１つの配線パターン８ａに金線４によりワイヤボンディングされることにより、ＬＥＤチップ１の絶縁性基板の両面が同電位に保持されるため、この絶縁性基板を介して静電気が帯電することがない。その結果、プリント基板上に直接ダイボンディングされる半導体発光素子でも、前述と同様に発光特性を高度に維持した信頼性の高い半導体発光素子となる。また、両端に端部電極が設けられ、一方の端部電極またはその端部電極と電気的に接続された導電性部材上にＬＥＤチップがダイボンディングされ、その周囲が樹脂により被覆されるチップ型発光素子においても、同様の構造にすることができる。
【００１７】
なお、前述の例ではＬＥＤチップがダブルヘテロ接合構造であったが、ダブルヘテロ接合構造でなくても通常のｐｎ接合構造のもでもよい。また、チッ化ガリウム系化合物半導体でなくても絶縁性基板上に半導体層が積層される構造の半導体発光素子であれば同様に本発明を適用できる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、絶縁性基板上に半導体層が積層されて形成される半導体発光素子においても、静電気が絶縁性基板に帯電して、それが元で素子を破壊するということがない。そのため、発光特性を高度に維持することができ、信頼性の高い半導体発光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体発光素子の一実施形態の断面説明図である。
【図２】図１のＬＥＤチップの一例の断面説明図である。
【図３】本発明の半導体発光素子の他の実施形態の断面説明図である。
【図４】従来の絶縁性基板を有するＬＥＤチップを用いた発光ランプの一例の説明図である。
【符号の説明】
１ ＬＥＤチップ
２ 第１のリード
３ 第２のリード
４ 導電性接着剤
２１ 絶縁性基板
２３ ｎ形層
２５ ｐ形層
２６ 半導体積層部
２８ ｐ側電極
２９ ｎ側電極

Claims (3)

  1. 絶縁性基板と、該絶縁性基板上に発光層を形成すべく半導体層が積層される半導体積層部と、該半導体積層部の表面側の第１導電型の半導体層に電気的に接続して設けられる第１の電極と、前記半導体積層部の一部がエッチングにより除去されて露出する第２導電型の半導体層に電気的に接続して設けられる第２の電極とから発光素子チップがなり、該発光素子チップの前記絶縁性基板の裏面のみが導電性接着剤を介して導電性部材に接着され、かつ、前記第２の電極がワイヤボンディングにより前記導電性部材と電気的に接続されてなる半導体発光素子。
  2. 前記発光層を形成すべく積層される半導体積層部がチッ化ガリウム系化合物半導体からなる請求項１記載の半導体発光素子。
  3. 前記導電性部材が、発光素子チップをダイボンディングするリードの先端部または絶縁性基板上に設けられる配線パターンである請求項１または２記載の半導体発光素子。
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