Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP2007027357A - Semiconductor light emitting device and substrate - Google Patents

Semiconductor light emitting device and substrate Download PDF

Info

Publication number
JP2007027357A
JP2007027357A JP2005206582A JP2005206582A JP2007027357A JP 2007027357 A JP2007027357 A JP 2007027357A JP 2005206582 A JP2005206582 A JP 2005206582A JP 2005206582 A JP2005206582 A JP 2005206582A JP 2007027357 A JP2007027357 A JP 2007027357A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor light
substrate
light emitting
emitting element
emitting device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005206582A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takenori Yasuda
剛規 安田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
Priority to JP2005206582A priority Critical patent/JP2007027357A/en
Publication of JP2007027357A publication Critical patent/JP2007027357A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light emitting device for realizing reduction in size, high output and higher efficiency of a light emitting element provided with a protection circuit for inverse voltage. <P>SOLUTION: The semiconductor light emitting device comprises, in its semiconductor light emitting element, a bipolar transistor as a protection circuit for inverse voltage. This protection circuit is constituted to short-circuit the base and collector of the bipolar transistor, and in parallel connection with a semiconductor element circuit so that the polarity between the emitter and base is inverted for the polarity of the semiconductor light emitting element. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体発光装置及び該装置に使用される基板に関する。さらに詳しくは半導体発光素子の逆電圧(逆過電圧を含む)に対する保護回路が形成されている基板及びそれを用いた発光装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a substrate used in the device. More particularly, the present invention relates to a substrate on which a protection circuit against a reverse voltage (including reverse overvoltage) of a semiconductor light emitting element is formed, and a light emitting device using the same.

LEDの高出力化、高効率化により、LEDが利用されるアプリケーションが拡大している。従来のインジケータ用途、屋外大型ディスプレー用途に加え、携帯電話のバックライト光源、ヘッドライト、照明光源へと急速に使用量が増加している。これらLEDのトレンドは、さらなる高出力化、高効率化はもちろんのこと、小型化、大型化への対応が必要となっている。   Due to the higher output and higher efficiency of LEDs, applications in which LEDs are used are expanding. In addition to conventional indicator applications and large outdoor display applications, usage is rapidly increasing to backlight light sources, headlights, and illumination light sources for mobile phones. These LED trends require not only higher output and higher efficiency, but also response to downsizing and upsizing.

高出力・高効率化においてはLEDチップの2つの電極をエピ面(エピタキシャル面)に形成し、エピ面側を実装面、透明基板側を光の出射面としたワイヤーレスのフリップチップ実装が最も有利である。エピ面側を発光面、基板側を実装面とし、エピ面から1本または2本のワイヤーを介して外部から電流を供給するフェイスアップ実装では透光性電極を通過して光を取り出す為、透光性電極の吸収分、損失がある。
また、フェイスアップ実装では発光面であるチップ表面に1本ないしは2本のワイヤーをボンディングしているので1個ないしは2個のAuボールと電極パッドの面積分、発光に寄与しない。さらに光放射方向に1本ないしは2本のワイヤーがかかるため、ワイヤーに遮られる分ロスを生じる。ワイヤーの影が投影される不具合も観測されている。
従って、発光素子の光放出面にワイヤーを接続しないフリップチップ実装はこれらの不具合も回避できる利点がある。フリップチップ実装には光の出射面である透明基板側に1本のワイヤーを接続したタイプもあるが、前記の理由により望ましくない。即ち発光素子チップに対してワイヤーなしのフリップチップ実装が高出力・高効率化を目指す上で最も望ましい。
For high output and high efficiency, wireless flip-chip mounting is best, with the two electrodes of the LED chip formed on the epi surface (epitaxial surface), the epi surface side as the mounting surface, and the transparent substrate side as the light exit surface. It is advantageous. In face-up mounting, in which the epi-surface side is the light-emitting surface, the substrate side is the mounting surface, and current is supplied from the outside through one or two wires from the epi-surface, the light is extracted through the translucent electrode. There are absorption and loss of the translucent electrode.
Further, in face-up mounting, one or two wires are bonded to the chip surface, which is the light emitting surface, so that it does not contribute to light emission by the area of one or two Au balls and electrode pads. Further, since one or two wires are applied in the direction of light emission, a loss is caused by being blocked by the wires. A defect that the shadow of the wire is projected has also been observed.
Therefore, flip chip mounting in which no wire is connected to the light emitting surface of the light emitting element has an advantage of avoiding these problems. In flip chip mounting, there is a type in which a single wire is connected to the transparent substrate side, which is the light exit surface, but this is not desirable for the above reasons. That is, flip-chip mounting without wires is most desirable for light-emitting element chips in order to achieve high output and high efficiency.

さらにLEDにおいては、LEDの逆方向過電圧保護素子であるツェナーダイオードがLEDチップの近傍に配置されている場合があるが、この場合ツェナーダイオードなしに比べて、光出力が低減することが観測されている。この原因は、ツェナーダイオードの光吸収や、LEDチップがパッケージに対して中心軸に配置されていないため、光の出射が偏っているためと考えられている。ツェナーダイオードの載置されるスペースを鑑み、例えば現状のサイドビューパッケージにおいてはLEDチップが中心軸を外してマウントされ、ツェナーダイオードはLEDチップの横に配置されている(図9参照)。パッケージ内のチップの配置においては、光損失を極力抑える様、LEDチップはパッケージの中心軸に置くのが良く、また過電圧保護素子は発光の妨げとならない位置に置くのが望ましい。
半導体発光素子の過電圧保護素子については、例えば特許文献1が挙げられる。この特許の発明はLEDに過電圧が掛からないよう、電力分岐機能を有する部品をLEDと並列に接続するという内容である。
Furthermore, in LEDs, there is a case where a Zener diode that is a reverse overvoltage protection element of the LED is disposed in the vicinity of the LED chip. In this case, it is observed that the light output is reduced as compared with the case without the Zener diode. Yes. This is considered to be due to the light absorption of the Zener diode and the light emission being uneven because the LED chip is not arranged on the central axis with respect to the package. In view of the space where the Zener diode is placed, for example, in the current side view package, the LED chip is mounted off the central axis, and the Zener diode is disposed beside the LED chip (see FIG. 9). In disposing the chip in the package, the LED chip should be placed on the central axis of the package so as to suppress light loss as much as possible, and it is desirable to place the overvoltage protection element in a position that does not hinder light emission.
For example, Patent Document 1 is cited as an overvoltage protection element for a semiconductor light emitting element. The invention of this patent is such that a component having a power branch function is connected in parallel with the LED so that an overvoltage is not applied to the LED.

LEDとツェナーダイオードを有するパッケージの小型化においては、LEDチップのサイズは維持したいため、前記のツェナーダイオードを搭載するスペースを極力減らす必要がある。
ツェナーダイオードの上にLEDチップを配置した例として、特許文献2が挙げられる。ここではツェナーダイオードチップ表面にLEDチップを極性逆向きで並列に接続した例がFig16〜18に開示されている。また、特許文献3にもフリップチップ実装のLEDチップが載置されるサブマウント自体にダイオード、あるいは電界効果トランジスタを形成し、LEDチップと極性逆向きかつ並列に接続した例が開示されている。しかし、これら2件の様なダイオードや電界効果トランジスタをサブマウント表面に組み込んだタイプには問題がある。ダイオードや電界効果トランジスタを形成したサブマウントの表面にLEDチップを極性逆向き並列に接続した場合、サブマウントとLEDチップの接合部、即ちサブマウント表面のp電極パッドとn電極パッドからそれぞれ1本ずつワイヤーを張って外部に接続しなければならない。サブマウントの基板の裏面に電極を形成し、上面はワイヤー1本にすると、LEDのn型層、LEDのp型層、基板のn型層の順に電流が流れる為、LEDと極性逆向きのダイオードを直列に配置した回路となってしまう。即ち、ダイオードタイプのサブマウントではLEDのn型層とツェナーダイオードのp型層、LEDのp型層とツェナーダイオードのn型層をツェナーダイオード表面にそれぞれ形成した電極にて接続することから、LEDと極性逆向きのダイオードを直列に配置した回路にならざるを得ない。こういった回路ではLEDの逆過電圧保護機能は果たせない。また、電界効果トランジスタの場合は、チャネル幅を薄くする必要があるが、バイポーラトランジスタ型に対して耐圧が低くなるデメリットがある。
なお、上記の3つの先行例は、サブマウント内部に逆過電圧保護素子をどのように形成し、LEDとどのように接続するのかの具体的開示がない。
米国特許第5914501号明細書及び図面 米国特許第6054714号明細書及び図面 特許第3257455号公報
In miniaturizing a package having an LED and a Zener diode, it is necessary to reduce the space for mounting the Zener diode as much as possible because it is desired to maintain the size of the LED chip.
Patent document 2 is mentioned as an example which has arrange | positioned LED chip on a Zener diode. Here, an example in which LED chips are connected in parallel in the reverse polarity on the surface of a Zener diode chip is disclosed in FIGS. Also, Patent Document 3 discloses an example in which a diode or a field effect transistor is formed on a submount itself on which a flip-chip mounted LED chip is placed, and the LED chip is connected in reverse polarity and in parallel. However, there is a problem with the type in which these two diodes and field effect transistors are incorporated on the submount surface. When an LED chip is connected in parallel in reverse polarity on the surface of a submount on which a diode or a field effect transistor is formed, one from the junction between the submount and the LED chip, that is, the p-electrode pad and the n-electrode pad on the surface of the submount. It is necessary to connect the outside with a wire. If an electrode is formed on the back surface of the submount substrate and the top surface is a single wire, the current flows in the order of the n-type layer of the LED, the p-type layer of the LED, and the n-type layer of the substrate. This results in a circuit in which diodes are arranged in series. That is, in the diode-type submount, the n-type layer of the LED and the p-type layer of the Zener diode, and the p-type layer of the LED and the n-type layer of the Zener diode are connected by electrodes formed on the surface of the Zener diode, respectively. And a circuit in which diodes with opposite polarities are arranged in series. Such a circuit cannot perform the reverse overvoltage protection function of the LED. In the case of a field effect transistor, it is necessary to reduce the channel width, but there is a demerit that the withstand voltage is lower than that of a bipolar transistor type.
In the above three preceding examples, there is no specific disclosure of how to form a reverse overvoltage protection element inside the submount and how to connect it to the LED.
U.S. Pat. No. 5,914,501 and drawings US Pat. No. 6,054,714 and drawing Japanese Patent No. 3257455

本発明は、逆電圧(逆過電圧を含む)保護機能を有した高出力・高効率の発光装置の提供であり、特に1本のワイヤータイプの逆電圧保護機能付きサブマウントであること、LEDチップをパッケージの中心に位置させ、パッケージの小型化、高出力化を可能とすることにある。 The present invention provides a high-output and high-efficiency light-emitting device having a reverse voltage (including reverse overvoltage) protection function, particularly a single wire type submount with a reverse voltage protection function, LED chip Is located in the center of the package, enabling the package to be reduced in size and output.

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので以下の各項の発明からなる。
(1)半導体発光素子に、その逆方向電圧に対する保護回路として、バイポーラトランジスタを備えていることを特徴とする半導体発光装置。
(2)前記保護回路が、バイポーラトランジスタのベースコレクタ間を短絡し、半導体発光素子の極性に対して、エミッタ−ベース間の極性が逆向きになるように半導体素子回路と並列接続されていることを特徴とする上記(1)に記載の半導体発光装置。
(3)半導体発光素子を載置する基板において、前記基板表面近傍にベースコレクタ間を短絡したバイポーラトランジスタを形成し、前記バイポーラトランジスタのエミッタ、コレクタに前記半導体発光素子のアノード、カソードが接続できる電極パッドを前記基板表面に有し、更に前記基板の表面と裏面に外部接続用の電極パッドを有している事を特徴とする半導体発光素子用基板。
(4)前記基板がSiであることを特徴とする上記(3)に記載の半導体発光素子用基板。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and comprises the inventions of the following items.
(1) A semiconductor light emitting device comprising a bipolar transistor as a protection circuit against a reverse voltage of the semiconductor light emitting element.
(2) The protection circuit is short-circuited between the base collectors of the bipolar transistor and connected in parallel with the semiconductor element circuit so that the polarity between the emitter and the base is opposite to the polarity of the semiconductor light emitting element. The semiconductor light-emitting device according to (1) above, characterized in that
(3) A substrate on which a semiconductor light emitting element is mounted, wherein a bipolar transistor having a shorted base collector is formed near the substrate surface, and an anode and a cathode of the semiconductor light emitting element can be connected to the emitter and collector of the bipolar transistor A substrate for a semiconductor light emitting device, comprising a pad on the surface of the substrate and further having electrode pads for external connection on the front and back surfaces of the substrate.
(4) The substrate for a semiconductor light-emitting element according to (3), wherein the substrate is Si.

(5)前記基板が、その上に複数の半導体発光素子がマウント可能であることを特徴とする上記(3)又は(4)に記載の半導体発光素子用基板。
(6)上記(3)〜(5)のいずれかに記載の半導体発光素子用基板上に半導体発光素子を載置した半導体発光装置であって、バイポーラトランジスタと半導体発光素子の極性が逆向き並列となる様に、前記バイポーラトランジスタのエミッタ、コレクタに前記半導体発光素子のアノード、カソードを接続したことを特徴とする半導体発光装置。
(7)上記半導体発光素子がIII-V族化合物半導体であることを特徴とする上記(1)〜(2)及び(6)のいずれかに記載の半導体発光装置。
(8)半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせた上記(1)、(2)、(6)、(7)のいずれかに記載の半導体発光装置。
(9)上記(1)、(2)、(6)、(7)、(8)のいずれかに記載の半導体発光装置を実装してなる半導体発光素子パッケージまたは半導体発光素子モジュール。
(5) The semiconductor light-emitting element substrate according to (3) or (4) above, wherein a plurality of semiconductor light-emitting elements can be mounted on the substrate.
(6) A semiconductor light emitting device in which a semiconductor light emitting element is mounted on the semiconductor light emitting element substrate according to any one of (3) to (5) above, wherein the polarities of the bipolar transistor and the semiconductor light emitting element are reversed in parallel. The semiconductor light emitting device is characterized in that the anode and cathode of the semiconductor light emitting element are connected to the emitter and collector of the bipolar transistor.
(7) The semiconductor light-emitting device according to any one of (1) to (2) and (6), wherein the semiconductor light-emitting element is a III-V group compound semiconductor.
(8) The semiconductor light emitting device according to any one of (1), (2), (6), and (7), wherein the semiconductor light emitting element and the phosphor are combined.
(9) A semiconductor light-emitting element package or a semiconductor light-emitting element module on which the semiconductor light-emitting device according to any one of (1), (2), (6), (7), and (8) is mounted.

本発明の発光装置は、基板表面にベースコレクタ間を短絡しかつエミッタ−ベース間に上記半導体発光素子を接続できるn型電極パッド、p型電極パッド、バイポーラトランジスタ構造を形成したことにより、従来の2ワイヤーシステムの1ワイヤー化、逆電圧保護回路スペースのコンパクト化、を実現し、特にsideビューパッケージに対し、フリップチップを中心に配置できることにより、高出力化、配光特性の対称化が達成でき、産業上の利用価値は極めて大きい。
逆電圧保護機能を有した1ワイヤー用のサブマウントの実現により、発光素子の静電耐圧に対する信頼性を維持しつつ、小型・大型を問わずいかなる種類のパッケージ、モジュールに対し、更なる高出力・高効率化を可能とする。特に高出力・高効率化に最も有利な、エピ面側に2電極、透明基板側には電極を有しないワイヤーレスのフリップチップ実装用発光素子のポテンシャルを最大限に引き出すことが可能である。
The light emitting device of the present invention is formed by forming an n-type electrode pad, a p-type electrode pad, and a bipolar transistor structure on the substrate surface, which can short-circuit the base collector and connect the semiconductor light-emitting element between the emitter and the base. Realization of a 2-wire system with 1 wire and a compact reverse voltage protection circuit space, especially for the side view package, the flip chip can be placed at the center, achieving high output and symmetric light distribution characteristics. Industrial utility value is extremely large.
By realizing a 1-wire submount with reverse voltage protection function, while maintaining the reliability against the electrostatic withstand voltage of light-emitting elements, it can achieve higher output for any type of package or module, regardless of size or size.・ Enables high efficiency. In particular, it is possible to maximize the potential of a light-emitting element for flip-chip mounting which is most advantageous for high output and high efficiency and has two electrodes on the epi-surface side and no electrode on the transparent substrate side.

逆電圧保護素子をパッケージ内部に別置きしないので、パッケージの内部空間を半導体発光素子の為に有効活用できる。また、パッケージ中心に半導体発光素子を置く事が可能となったことで、光出力ロスが抑制されると共に、パッケージの光学設計が容易になる効果を生み出す。逆電圧保護素子が発光素子の出射方向に無く、また、逆電圧保護素子の表面を金属光沢面で覆うことができるので、光の吸収がない。更に半導体発光素子の光出射方向にワイヤーがかからない為、光出力ロスが更に避けられる。
また、副次的な効果として、1ワイヤー化により、ワイヤーボンディングに要する時間が半減し、量産性が著しく向上する効果もある。
更に、多くのパッケージメーカーはチップ裏面を導電性ペーストで一様に接着するフェイスアップタイプを実装する設備を所有しているので、実装面側に2個の電極を接続するフリップチップタイプの発光素子がフェイスアップ用のパッケージ製造設備に適用可能となり、フリップチップタイプの発光素子の利用が促進される。
Since the reverse voltage protection element is not separately provided inside the package, the internal space of the package can be effectively used for the semiconductor light emitting element. In addition, since it is possible to place the semiconductor light emitting element at the center of the package, an optical output loss is suppressed and an optical design of the package is facilitated. There is no reverse voltage protection element in the emission direction of the light emitting element, and the surface of the reverse voltage protection element can be covered with a metallic glossy surface, so there is no light absorption. Furthermore, since no wire is placed in the light emitting direction of the semiconductor light emitting device, light output loss can be further avoided.
In addition, as a secondary effect, the use of one wire reduces the time required for wire bonding by half, and has the effect of significantly improving mass productivity.
Furthermore, many package manufacturers have equipment for mounting a face-up type that uniformly adheres the back surface of the chip with a conductive paste, so a flip-chip type light emitting device that connects two electrodes to the mounting surface side. However, it can be applied to a face-up package manufacturing facility, and the use of a flip chip type light emitting element is promoted.

本発明の半導体発光装置(発光装置と略すこともある)は半導体発光素子(発光素子あるいはLEDと略すこともある)に不用意に逆方向電圧がかかった際に、LEDを保護するために、LEDにバイポーラトランジスタ(トランジスタと略すこともある)を備えたものである。
以下図面を参照して本発明を具体的に説明する。
図1はLEDが載置される電極表面の平面図、図2は基板下面の平面図、図3は発光装置の断面図、図4は発光装置の平面図である。
図3に示すように例えばn型Si基板22にn型Siのエピタキシャル層21が形成される。そしてこのエピタキシャル層21にnコレクタ層20、nエミッタ層23、p型ベース層24からなるトランジスタ19が形成される。エピタキシャル層21をなくし、直接基板22にトランジスタを形成することもできる。図示のトランジスタはn−p−n型であるが、p型基板にp型エピタキシャル層を形成しこのエピタキシャル層にpコレクタ層、pエミッタ層、n型ベース層からなるp−n−p型のものを用いることもできる。
トランジスタのコレクタ層20、エミッタ層23にそれぞれ電極パッド12が形成される。そしてnコレクタ層20とpベース層24は電極パッド12の短絡部25により導通し、その一方はコレクタ層に、他方はベース層に接続している。図の電極パッドは金属の3層からなる例を示す。
The semiconductor light-emitting device of the present invention (sometimes abbreviated as a light-emitting device) is used to protect an LED when a reverse voltage is applied to the semiconductor light-emitting element (sometimes abbreviated as a light-emitting element or LED). The LED includes a bipolar transistor (sometimes abbreviated as a transistor).
The present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
1 is a plan view of the electrode surface on which the LED is placed, FIG. 2 is a plan view of the lower surface of the substrate, FIG. 3 is a sectional view of the light emitting device, and FIG. 4 is a plan view of the light emitting device.
As shown in FIG. 3, for example, an n-type Si epitaxial layer 21 is formed on an n + -type Si substrate 22. Then, the transistor 19 including the n + collector layer 20, the n + emitter layer 23, and the p + type base layer 24 is formed on the epitaxial layer 21. It is also possible to eliminate the epitaxial layer 21 and form a transistor directly on the substrate 22. Although the illustrated transistor is an n-pn type, a p-type epitaxial layer is formed on a p + -type substrate, and a p-n comprising a p + collector layer, a p + emitter layer, and an n + -type base layer is formed on this epitaxial layer. A -p type can also be used.
Electrode pads 12 are formed on the collector layer 20 and the emitter layer 23 of the transistor, respectively. The n + collector layer 20 and the p base layer 24 are electrically connected by the short-circuit portion 25 of the electrode pad 12, one of which is connected to the collector layer and the other is connected to the base layer. The electrode pad shown in the figure shows an example of three metal layers.

半導体発光素子26は、基板上に形成された表側電極パッド12上にp型電極、n型電極が短絡しない様にボンディングされる。27はそのための金バンプである。これは後述の通りAuSn共晶ハンダ等別の接続方法でもよい。バンプの位置はバンプ形成時用マーカー13によって位置決めされる。次いで、基板付きの半導体発光素子は、導電性ペースト、またはハンダを介してパッケージの基板やリードフレーム、あるいはプリント基板やフィルムに形成されたインナーリード28上や配線パターン36上にボンディングされる。 基板表面に形成した外部端子接続用電極パッド12からパッケージのもう一方のインナーリード28や、もう一方の配線パターン36まで金属ワイヤー30にて接続する。33はアウターリードである。図1において11は絶縁膜、14はエミッタ層への接続穴位置、15はベース層への接続穴位置、16はコレクタ層への接続穴位置、17はLED配置位置である。基板付きの半導体発光素子の載置に当たっては、発光素子の中心軸とパッケージの中心軸が一致する様にボンディングすることが望ましい。   The semiconductor light emitting element 26 is bonded to the front electrode pad 12 formed on the substrate so that the p-type electrode and the n-type electrode are not short-circuited. Reference numeral 27 denotes a gold bump for this purpose. This may be another connection method such as AuSn eutectic solder as described later. The position of the bump is determined by the bump forming marker 13. Next, the semiconductor light emitting element with the substrate is bonded onto the package substrate, the lead frame, the inner lead 28 formed on the printed circuit board or the film, or the wiring pattern 36 via a conductive paste or solder. A metal wire 30 connects from the external terminal connection electrode pad 12 formed on the substrate surface to the other inner lead 28 of the package and the other wiring pattern 36. 33 is an outer lead. In FIG. 1, 11 is an insulating film, 14 is a connection hole position to the emitter layer, 15 is a connection hole position to the base layer, 16 is a connection hole position to the collector layer, and 17 is an LED arrangement position. When mounting the semiconductor light emitting element with the substrate, it is desirable to perform bonding so that the central axis of the light emitting element coincides with the central axis of the package.

本発明ではトランジスタとLEDは図から明らかなように並列回路を形成している。そしてそれらの極性が逆になるように配置される。図3の例ではLEDは図面に向かって左側がp極、右側がn極となる。これによってLEDのp極とトランジスタのnエミッタ層が接続され、LEDのn極とトランジスタのpベース層が接続されている。
上記の構成において、電圧がLEDに対し順(正)方向に印加されると、電流はLEDのp極からn極を通り、トランジスタのコレクタ層を通り、基板側に流れる。トランジスタのnエミッタからpベースには電流は流れないので、順方向電圧に対してはトランジスタには電流は流れない。これに対して、逆方向電圧が印加された場合は、LEDには電流は流れず、基板の裏側電極パッド、基板、エピタキシャル層、コレクタ層、短絡部、pベース層、nエミッタ層、表面電極パッドの順に電流が流れる。これによってLEDが逆電圧による損傷から保護される。
In the present invention, the transistor and the LED form a parallel circuit as is apparent from the figure. And it arrange | positions so that those polarities may become reverse. In the example of FIG. 3, the LED has a p-pole on the left side and an n-pole on the right side as viewed in the drawing. Thereby, the p-pole of the LED and the n + emitter layer of the transistor are connected, and the n-pole of the LED and the p base layer of the transistor are connected.
In the above configuration, when a voltage is applied to the LED in the forward (positive) direction, the current flows from the p-pole to the n-pole of the LED, through the collector layer of the transistor, and to the substrate side. Since no current flows from the n + emitter of the transistor to the p + base, no current flows in the transistor for the forward voltage. On the other hand, when a reverse voltage is applied, no current flows through the LED, and the back electrode pad of the substrate, the substrate, the epitaxial layer, the collector layer, the short-circuit portion, the p + base layer, the n + emitter layer, Current flows in the order of the surface electrode pads. This protects the LED from damage due to reverse voltage.

バイポーラトランジスタは半導体発光素子の電気特性に合わせて設計される。常用電流域を中心とした半導体発光素子の順方向電圧印加に対して、トランジスタのエミッタ・ベース間の逆方向電圧印加の抵抗値が半導体発光素子の抵抗値より十分高いこと、半導体発光素子の逆方向電圧印加に対して、エミッタ・ベース間の順方向電圧印加の抵抗値が十分低いことが望ましい。
本発明における半導体発光素子用基板は、基板コスト上の理由、バイポーラトランジスタ形成プロセスの安定性の理由で低抵抗Si基板とすることが望ましい。Si基板にバイポーラトランジスタを形成する技術や設備はIC等のSi電子デバイス産業において成熟しており、これを援用することが有利な為である。低抵抗が望ましい理由は表面電極と裏面電極間の抵抗値を極力下げたい為である。具体的には抵抗率ρ≦0.01Ωcmの低抵抗Si基板を用いることが望ましい。よって、n型シリコン基板の場合、基板に含まれるドーパントはSbまたはAsが望ましい。また、Si基板は放熱性や、個々の片への切断加工性の点で望ましい。代表的な半導体基板材料の熱伝導率はSi:168W/m・K、GaAs:54W/m・K、GaP:110W/m・K、InP:70W/m・K、AlN:30W/m・K、である。
The bipolar transistor is designed according to the electrical characteristics of the semiconductor light emitting device. The resistance value of the reverse voltage application between the emitter and the base of the transistor is sufficiently higher than the resistance value of the semiconductor light emitting device with respect to the forward voltage application of the semiconductor light emitting device centered on the normal current region, It is desirable that the resistance value of the forward voltage application between the emitter and the base is sufficiently low with respect to the application of the directional voltage.
The semiconductor light emitting device substrate in the present invention is preferably a low-resistance Si substrate for reasons of substrate cost and stability of the bipolar transistor formation process. This is because the technology and equipment for forming a bipolar transistor on a Si substrate are mature in the Si electronic device industry such as IC, and it is advantageous to use this. The reason why low resistance is desirable is to reduce the resistance value between the front electrode and the back electrode as much as possible. Specifically, it is desirable to use a low resistance Si substrate having a resistivity ρ ≦ 0.01 Ωcm. Therefore, in the case of an n + type silicon substrate, the dopant contained in the substrate is preferably Sb or As. Further, the Si substrate is desirable in terms of heat dissipation and cutting workability into individual pieces. The thermal conductivity of typical semiconductor substrate materials is Si: 168 W / m · K, GaAs: 54 W / m · K, GaP: 110 W / m · K, InP: 70 W / m · K, AlN: 30 W / m · K .

本発明における半導体発光素子用基板において、バイポーラトランジスタ構造を形成する為には低抵抗基板の表面に高抵抗のエピ層(エピタキシャル層)を積層することが望ましい。例えば、基板にn型Si基板を用いた場合、高抵抗n型Siエピ層を積層するのが望ましい。エピ層形成に使用する原料はモノシラン(SiH)が望ましい。別のSi原料である四塩化シリコン(SiCl)を用いた場合、モノシランに比べ成長温度を200℃上昇させる必要があり、この結果、Si基板からSiエピ層に不純物が拡散する度合いが強まる為、Siエピ膜の厚さを十分厚くする必要が生じる。一方で、基板表面近傍のコレクタ層と基板裏面電極の間の抵抗値を極力下げる為には、Siエピ層のキャリア濃度は増加できないので、厚さを薄くした方が有利である。従って、モノシランを用い、Siエピ膜の膜厚を極力薄くする事が望ましい。具体的にはSiエピ膜の膜厚は5〜10μmである事が望ましい。また、基板の導電タイプと異なる導電タイプであるベース層を形成する都合上、Siエピ層の抵抗率はρ=1.5Ωcm〜3.0Ωcmの範囲にすることが望ましい。 In order to form a bipolar transistor structure in the substrate for a semiconductor light emitting device in the present invention, it is desirable to laminate a high resistance epi layer (epitaxial layer) on the surface of the low resistance substrate. For example, when an n + type Si substrate is used as the substrate, it is desirable to stack a high resistance n type Si epilayer. Monosilane (SiH 4 ) is desirable as a raw material used for forming the epi layer. When silicon tetrachloride (SiCl 4 ), which is another Si raw material, is used, it is necessary to increase the growth temperature by 200 ° C. compared to monosilane, and as a result, the degree of diffusion of impurities from the Si substrate to the Si epi layer is increased. Therefore, it is necessary to sufficiently increase the thickness of the Si epi film. On the other hand, in order to reduce the resistance value between the collector layer in the vicinity of the substrate surface and the substrate back electrode as much as possible, the carrier concentration of the Si epi layer cannot be increased, so it is advantageous to reduce the thickness. Therefore, it is desirable to use monosilane and reduce the thickness of the Si epi film as much as possible. Specifically, the film thickness of the Si epi film is desirably 5 to 10 μm. Further, for the purpose of forming a base layer having a conductivity type different from the conductivity type of the substrate, it is desirable that the resistivity of the Si epilayer be in the range of ρ = 1.5 Ωcm to 3.0 Ωcm.

本発明における半導体発光素子用の逆電圧保護機能付き基板の厚さは、基板の表面から裏面への抵抗値を下げる為、また半導体発光素子からの放熱を考慮すると薄ければ薄い方が望ましい。製造工程で割れない程度まで薄い方が望ましい。例えば、Si基板であれば製造工程で割らずに取り扱いができる目安として、100〜200μm厚が望ましい。この厚さは、光学設計上も重要である。図8にリフレクタ38を接着形成したパッケージ例の断面構造を示す。リフレクタの加工精度上、リフレクタの凹部の底面付近にはダレが生じ、設計通りの斜面が形成できない。この部分に半導体発光素子の発光面が埋もれてしまった場合、半導体発光素子の側面から出射した光に対してはリフレクタの機能を発揮しない。従って、半導体発光素子の側面から出射した光に対して、本発明の逆電圧保護機能付き基板の大きさ、厚さは重要な意味を持つ。   The thickness of the substrate with a reverse voltage protection function for the semiconductor light emitting device in the present invention is preferably as thin as possible in order to reduce the resistance value from the front surface to the back surface of the substrate and considering heat radiation from the semiconductor light emitting device. It is desirable to be thin to the extent that it does not break during the manufacturing process. For example, a thickness of 100 to 200 [mu] m is desirable as a guide for handling a Si substrate without breaking it in the manufacturing process. This thickness is also important for optical design. FIG. 8 shows a cross-sectional structure of a package example in which the reflector 38 is bonded. Due to the processing accuracy of the reflector, sagging occurs near the bottom surface of the concave portion of the reflector, and the designed slope cannot be formed. When the light emitting surface of the semiconductor light emitting device is buried in this portion, the function of the reflector is not exhibited for light emitted from the side surface of the semiconductor light emitting device. Therefore, the size and thickness of the substrate with a reverse voltage protection function of the present invention are important for light emitted from the side surface of the semiconductor light emitting device.

図7は配線パターンのギャップに必要な幅を0.15mm、ワイヤーボンディングの2ndボンディングに必要な放熱性基板側の配線パターン幅を0.2mm、発光素子の発光面を発光素子下面から0.01mm、リフレクタの底面付近のダレ部(図の垂直部)の高さを0.05mm、本発明の逆電圧保護機能付き基板の厚さを0.2mm、とした図である。
発光素子の側面から出た光を漏らさず出射方向に出させる為に、第1に、図8の様に本発明の逆電圧保護機能付き基板の表面(電極面)を半導体発光素子のサイズより十分大きく取り、ほぼ全面に反射金属膜を形成するのが望ましい。反射金属膜はAu、Ag、Ti、Ni、Cu、Cr、Al、Sn等が含有されているものが望ましい。第2に、本発明の電圧保護機能付き基板の表面に当たらない光に対しては、ダレ部ではないリフレクタ部に光が当たる様(図7の点線)、ダレ部の高さは十分低く、サブマウントの厚さは十分厚くすることが望ましい。
In FIG. 7, the width required for the gap of the wiring pattern is 0.15 mm, the wiring pattern width on the heat dissipating substrate side required for 2nd bonding of the wire bonding is 0.2 mm, and the light emitting surface of the light emitting element is 0.01 mm from the lower surface of the light emitting element. FIG. 5 is a view in which the height of the sag portion (vertical portion in the figure) near the bottom surface of the reflector is 0.05 mm, and the thickness of the substrate with a reverse voltage protection function of the present invention is 0.2 mm.
First, the surface (electrode surface) of the substrate with a reverse voltage protection function according to the present invention is made larger than the size of the semiconductor light emitting element, as shown in FIG. 8, in order to emit the light emitted from the side surface of the light emitting element in the emission direction without leaking. It is desirable to make it sufficiently large and to form a reflective metal film on almost the entire surface. The reflective metal film preferably contains Au, Ag, Ti, Ni, Cu, Cr, Al, Sn or the like. Second, for light that does not strike the surface of the substrate with voltage protection function of the present invention, the height of the sag portion is sufficiently low so that the light strikes the reflector portion that is not the sag portion (dotted line in FIG. 7). It is desirable to make the submount sufficiently thick.

本発明における半導体発光素子用基板の表面にバイポーラトランジスタを形成する方法について、イオン・インプランテーション法よりも熱拡散法が望ましい。情報を取り扱うメモリーや中央演算ユニット(CPU)と違い、発光素子はエネルギー変換デバイスである。従って、トランジスタ構造の耐圧は高く設定する必要があるので、トランジスタ構造の層厚は厚くしなければならない。層厚を厚くする場合、熱拡散法はイオン・インプランテーション法より低コストで形成できる為、望ましい。
本発明における半導体発光素子用基板の電極について、基板がn型Si基板の場合、オーミック接触を取るためには、表面電極はAl/Tiであることが望ましい。反射機能をもたせるためAl/Ti/AgまたはAl/Ti/Alであることが望ましい。また、裏面電極はCr/Auであることが望ましい。
As a method for forming a bipolar transistor on the surface of a substrate for a semiconductor light emitting device in the present invention, a thermal diffusion method is preferable to an ion implantation method. Unlike memories and central processing units (CPUs) that handle information, light emitting elements are energy conversion devices. Therefore, since the breakdown voltage of the transistor structure needs to be set high, the layer thickness of the transistor structure must be increased. When the layer thickness is increased, the thermal diffusion method is preferable because it can be formed at a lower cost than the ion implantation method.
Regarding the electrode of the substrate for semiconductor light emitting device in the present invention, when the substrate is an n + type Si substrate, the surface electrode is preferably Al / Ti in order to achieve ohmic contact. Al / Ti / Ag or Al / Ti / Al is desirable for providing a reflection function. The back electrode is preferably Cr / Au.

図1、図5、図8の表面電極は縁部を除去しているが、これはウェハ状態からダイサー等で切断する際のマーカーとする為のストリートである。マーカーを別に準備すれば、ストリートを形成せず、ダイサー等で一括に切断した方がコスト上、あるいは光反射機能上望ましい。裏面電極についても同様に、図2では全面に電極を形成しているが、表面のパターンに一致させて裏面にもストリートを形成しても良い。 The edge portions of the surface electrodes in FIGS. 1, 5, and 8 are removed, but this is a street for use as a marker when cutting from the wafer state with a dicer or the like. If a marker is prepared separately, it is desirable in terms of cost or light reflection function that the streets are not formed but are cut together with a dicer or the like. Similarly, the back electrode is formed on the entire surface in FIG. 2, but a street may also be formed on the back surface in accordance with the pattern on the front surface.

本発明における半導体発光素子用基板は、1個の発光素子を載置する基板に限らず、複数個の発光素子が載置される基板でも良い。図5、6に示す様に、基板上の発光素子を直列回路とする場合は、発光素子間の接続は表面電極パターンでの導通とし、裏面電極への接続は端の発光素子のみにすれば良い。基板上の発光素子を並列回路とする場合は、図1、図3の構造を並べた様な配置、即ち各発光素子とも裏面電極へ接続する構造を形成すればよい。直列、並列が混在したマトリックス配置はこれら直列用構造と並列用構造を組み合わせれば良い。マトリックス配置においては、赤、緑、青の発光色を呈する半導体発光素子を配置した構造にも有効である。
本発明における半導体発光素子用基板は、シリコンウエハの様な基板に予め複数個形成し、半導体発光素子をボンディングしてから個片に切断するのが量産の上で望ましい。また、発光素子を基板にボンディングした後、蛍光体を発光素子近傍に付着形成し、その後個片に切断するのも量産の上で望ましい。
The substrate for a semiconductor light emitting device in the present invention is not limited to a substrate on which a single light emitting device is placed, but may be a substrate on which a plurality of light emitting devices are placed. As shown in FIGS. 5 and 6, when the light emitting elements on the substrate are connected in series, the connection between the light emitting elements should be conducted by the front electrode pattern, and the connection to the back electrode should be made only by the light emitting element at the end. good. In the case where the light-emitting elements on the substrate are parallel circuits, an arrangement in which the structures of FIGS. 1 and 3 are arranged, that is, a structure in which each light-emitting element is connected to the back electrode may be formed. A matrix arrangement in which series and parallel are mixed may be combined with these series and parallel structures. The matrix arrangement is also effective for a structure in which semiconductor light emitting elements exhibiting red, green, and blue emission colors are arranged.
It is desirable for mass production that a plurality of semiconductor light emitting device substrates in the present invention are formed in advance on a substrate such as a silicon wafer, and the semiconductor light emitting devices are bonded and then cut into individual pieces. It is also desirable for mass production to bond the light emitting element to the substrate, and then form a phosphor in the vicinity of the light emitting element and then cut it into individual pieces.

本発明における半導体発光素子と逆電圧保護機能付き基板との接合は、後工程でのリフロー接合や信頼性を考えると、Au等のメタルバンプを介したサーモソニック接合や、AuSn共晶ハンダ等の高温ハンダを介したパルスヒート接合やリフロー接合が望ましい。後工程に問題なければ、より低融点の鉛フリーハンダや、あるいは樹脂をバインダーとした導電性ペーストを利用しても構わない。   The bonding of the semiconductor light emitting device and the substrate with a reverse voltage protection function in the present invention, such as reflow bonding in the later process and reliability, thermosonic bonding via metal bumps such as Au, AuSn eutectic solder, etc. Pulse heat bonding and reflow bonding via high-temperature solder are desirable. If there is no problem in the subsequent process, lower melting point lead-free solder or conductive paste using resin as a binder may be used.

本発明における半導体発光素子は、発光ダイオード(LED)、レーザーダイオード(LD)、スーパールミネッセントダイオード、面発光レーザ(VCSEL)、等あらゆる発光素子に適用可能である。この発光素子としてはIII−V族化合物半導体が望ましい。
これらの半導体発光素子の中で、特に静電耐圧に弱いとされる紫外〜青、緑に発光するAlGaInN系の高効率発光素子に適用することが望ましい。その他橙〜赤に発光するAlGaInP系の高効率発光素子や、AlGaAs系、GaAsP系、GaP系の可視光発光素子や、GaAs系赤外発光素子に対しても本発明は効果を発揮する。
The semiconductor light emitting device in the present invention can be applied to all light emitting devices such as a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), a super luminescent diode, and a surface emitting laser (VCSEL). As this light emitting element, a III-V group compound semiconductor is desirable.
Among these semiconductor light-emitting elements, it is desirable to apply to AlGaInN-based high-efficiency light-emitting elements that emit light from ultraviolet to blue and green, which are considered to be particularly vulnerable to electrostatic breakdown voltage. The present invention is also effective for AlGaInP-based high-efficiency light-emitting elements that emit orange to red light, AlGaAs-based, GaAsP-based, GaP-based visible light-emitting elements, and GaAs-based infrared light-emitting elements.

更に、本発明における半導体発光素子は、発光波長に対して透明な基板上に積層され、エピ面側に高反射率のアノード電極、カソード電極を形成し基板側を光の出射面としたフリップチップが望ましい。半導体発光素子エピタキシャル成長時に用いた透明あるいは不透明の基板を除去したフリップチップも同様に望ましい。基板側を光の出射面としたフリップチップでもエピ面側の1電極と基板側に接続した1本のワイヤーとで通電するタイプや、基板側を実装面としエピ面側から光を出射するフェイスアップタイプのチップについても本発明は効果を発揮する。
また、チップサイズは0.2mm角以下〜1mm角を超えるものまで、形状も正方形、長方形、円、楕円などあらゆる大きさ・形の発光素子に効果を発揮する。
本発明による半導体発光素子は、蛍光体と組み合わせても良い。青色の発光素子に対し、黄色発光の蛍光体を適量塗布した白色発光素子や、紫外光の発光素子に対し、赤、緑、青の蛍光体を適量塗布した白色発光素子についても効果が高い。
Furthermore, the semiconductor light emitting device according to the present invention is a flip chip that is laminated on a substrate transparent to the emission wavelength, and has a highly reflective anode electrode and cathode electrode formed on the epi surface side, and the substrate side is a light emitting surface. Is desirable. A flip chip from which a transparent or opaque substrate used for epitaxial growth of a semiconductor light emitting device is removed is also desirable. A flip chip with the substrate side as the light exit surface can be energized with one electrode on the epi surface side and one wire connected to the substrate side, or a face that emits light from the epi surface side with the substrate side as the mounting surface The present invention is also effective for up-type chips.
In addition, the present invention is effective for light emitting devices of any size and shape such as a square, rectangle, circle, ellipse, etc., having a chip size of 0.2 mm square or less to more than 1 mm square.
The semiconductor light emitting device according to the present invention may be combined with a phosphor. A white light-emitting element in which an appropriate amount of a yellow light-emitting phosphor is applied to a blue light-emitting element and a white light-emitting element in which an appropriate amount of red, green, and blue phosphors are applied to an ultraviolet light-emitting element are also highly effective.

本発明におけるパッケージは、砲弾型パッケージ(DOME)、プリント基板(PCB基板)を利用した表面実装ダイオードパッケージ(SMD)、TOPタイプやSIDEビュータイプを初めとする横型のリードフレームを利用したSMD、パワーLEDパッケージ、カンタイプパッケージ、その他カスタムパッケージなどの単体パッケージや、チップ・オン・ボード(TOB)、チップ・オン・フィルム(TOF)等、あらゆるパッケージ、モジュールに適用可能である。
本発明においてパッケージとは発光素子チップを1個ないしは密集した複数個を平面上または凹部内に載置し、1個の単体に分離形成した点光源状の電子部品のことを言い、モジュールとは複数個の発光素子チップを分散実装するか、あるいはパッケージを複数個並べて形成した線光源または面光源状の電子部品ユニットのことを指す。
The package in the present invention includes a shell type package (DOME), a surface mount diode package (SMD) using a printed circuit board (PCB substrate), SMD using a horizontal lead frame such as TOP type and SIDE view type, power It can be applied to any package or module such as a single package such as an LED package, can type package, or other custom package, chip-on-board (TOB), chip-on-film (TOF).
In the present invention, a package refers to an electronic component in the form of a point light source in which one or a plurality of light emitting element chips are placed on a plane or in a recess and separated into a single unit. This refers to an electronic component unit in the form of a line light source or a surface light source in which a plurality of light emitting element chips are distributedly mounted or a plurality of packages are arranged.

以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
図1、図2、図3に本実施例で作製したn型電極パッド、p型電極パッド、バイポーラトランジスタ構造を形成したことを特徴とする半導体発光素子用基板及びその基板を用いた発光装置を示す。本基板は、一般的な熱拡散の手法を利用して以下の手順で形成した。
先ず、CZ法で作製されたAsドープの高濃度n型Si基板22を準備した。面方位は(111)面、基板厚は450μm、表面はミラーで裏面は♯1200のラップ面、抵抗率ρ=0.005Ωcmである。この基板の表面にモノシランを原料としてCVD法にてn型Si膜21を7μmエピタキシャル成長した。成長温度は1000℃である。エピ層の抵抗率はρ=2Ωcmとした。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
Example 1
1, 2, and 3, an n-type electrode pad, a p-type electrode pad, and a bipolar transistor structure formed in this example are used. A semiconductor light-emitting element substrate and a light-emitting device using the substrate are described. Show. This substrate was formed by the following procedure using a general thermal diffusion method.
First, an As-doped high-concentration n + -type Si substrate 22 produced by the CZ method was prepared. The plane orientation is the (111) plane, the substrate thickness is 450 μm, the front surface is a mirror, the back surface is a # 1200 lapping surface, and the resistivity ρ = 0.005 Ωcm. An n-type Si film 21 was epitaxially grown on the surface of the substrate by 7 μm by CVD using monosilane as a raw material. The growth temperature is 1000 ° C. The resistivity of the epi layer was ρ = 2 Ωcm.

次に以下の方法にてエピ層表面にSiO2絶縁膜を形成した。初めに商品名OCD Si-Film type Si−11000(SiO2濃度:11.0%)をウェハー表面に滴下し、2500rpm、15秒間スピンコートした。次いで酸素雰囲気下で800℃以上、30分保持し、酸化膜を形成した。SiO2膜厚は約5000Åであった。
これら基板のn型Siエピ層の一部にp型ベース層24を形成する為に、フォトリソグラフィー技術によりパターニングを実施した。ネガタイプのフォトレジスト、粘度60cpのものを使い、2500rpm、20秒のスピンコートでウェハー表面全体にレジストを塗布する。その後、100℃、10分間プリベークをし、マスクアライナーを用いてパターンを露光する。次いでディップ方式によりフォトレジスト膜の一部を除去する。ポストベークは150℃、10分である。
Next, a SiO 2 insulating film was formed on the epilayer surface by the following method. First, trade name OCD Si-Film type Si-11000 (SiO 2 concentration: 11.0%) was dropped on the wafer surface and spin-coated at 2500 rpm for 15 seconds. Subsequently, it was kept at 800 ° C. or higher for 30 minutes in an oxygen atmosphere to form an oxide film. The SiO 2 film thickness was about 5000 mm.
In order to form the p + -type base layer 24 on a part of the n-type Si epi layer of these substrates, patterning was performed by a photolithography technique. A negative type photoresist having a viscosity of 60 cp is used, and the resist is applied to the entire wafer surface by spin coating at 2500 rpm for 20 seconds. Thereafter, prebaking is performed at 100 ° C. for 10 minutes, and the pattern is exposed using a mask aligner. Next, a part of the photoresist film is removed by a dip method. Post baking is at 150 ° C. for 10 minutes.

この様にして、パターン形成されたレジスト膜を形成した後、SiO2膜除去用のエッチャントとしてHF:NH4F=1:9の混合溶液を準備し、25℃にて3分エッチングする。超純水で5分間オーバーフローリンスした後、HF:H2O=1:12のエッチャントで25℃、10秒エッチングし、超純水で5分間オーバーフローリンスした。その後、フォトレジストを除去した。
この様に形成したレジストパターン開口部にボロン(B)の拡散源を塗布し熱拡散炉でプレデポジションした。シート抵抗ρsは約10Ω/□に調整した。拡散源を除去し、ドライビング工程(酸素雰囲気)でBをn型Si膜の所定の深さまで拡散させると同時に基板表面全面に酸化膜を再形成させた。今回、拡散深さは2.0μm、シート抵抗が15Ω/□となるよう調整した。
After forming a patterned resist film in this manner, a mixed solution of HF: NH 4 F = 1: 9 is prepared as an etchant for removing the SiO 2 film and etched at 25 ° C. for 3 minutes. After overflow rinsing with ultrapure water for 5 minutes, etching was performed at 25 ° C. for 10 seconds with an etchant of HF: H 2 O = 1: 12, and overflow rinsing was performed with ultrapure water for 5 minutes. Thereafter, the photoresist was removed.
A boron (B) diffusion source was applied to the resist pattern opening formed in this manner, and predeposition was performed in a thermal diffusion furnace. The sheet resistance ρs was adjusted to about 10Ω / □. The diffusion source was removed, and B was diffused to a predetermined depth of the n-type Si film in a driving process (oxygen atmosphere), and at the same time, an oxide film was re-formed on the entire surface of the substrate. This time, the diffusion depth was adjusted to 2.0 μm, and the sheet resistance was adjusted to 15Ω / □.

次にp型ベース層24の内部にnエミッタ層23を、また基板上にの別の箇所にnコレクタ層20を形成する為に、上記pベース層形成時と同様にフォトリソグラフィー技術によりパターン形成されたレジスト膜を形成した。レジスト膜形成後、SiO2絶縁膜を除去し、フォトレジストを除去した。
この様に形成したSiO2のマスクパターン開口部にリン(P)の拡散源を塗布し、熱拡散炉でプレデポジションした。シート抵抗ρsは約14Ω/□に調整した。拡散源を除去し、ドライビング工程(酸素雰囲気)でPを所定の深さまで拡散させると同時に基板表面全面に酸化膜を再形成させた。今回、拡散深さは1.2μm、シート抵抗が8Ω/□となるよう調整した。
Next, in order to form the n + emitter layer 23 in the p + type base layer 24 and the n + collector layer 20 in another place on the substrate, photolithography is performed in the same manner as in the p + base layer formation. A resist film patterned by the technique was formed. After forming the resist film, the SiO 2 insulating film was removed and the photoresist was removed.
A phosphorus (P) diffusion source was applied to the thus formed SiO 2 mask pattern opening and predeposited in a thermal diffusion furnace. The sheet resistance ρs was adjusted to about 14Ω / □. The diffusion source was removed, and P was diffused to a predetermined depth in a driving process (oxygen atmosphere), and at the same time, an oxide film was re-formed on the entire surface of the substrate. This time, the diffusion depth was adjusted to 1.2 μm and the sheet resistance to 8Ω / □.

基板表面に電極を形成する前に、n型エミッタ層、p型ベース層、nコレクタ層それぞれと導通を取るため、表面全面に形成されたSiO2絶縁層の一部を上記p型ベース層形成時と同様に除去した。
フォトレジストを除去後、基板表面全面にAl、Ti、Agの順で金属膜を積層形成した。基板温度は150℃、真空度は2×10-5torr、使用した金属の純度は99.9%以上であった。今回、それぞれの層厚は、Al 5000Å、Ti 1000Å、Ag 5000Åとなるよう調整した。電極パターンの形成は、p型ベース層形成時と同様にレジストパターンを形成し、H3PO4:CH3COOH:HNO3:H2O=750cc:150cc:30cc:20ccの混合比のエッチャントで60秒にてAg膜を除去し、次いでH3PO4 Conc.のエッチャントで150℃、3秒にてTi/Alを除去した。超純水で10分間オーバーフローリンスし、その後、フォトレジストを除去した。
Before forming an electrode on the substrate surface, a portion of the SiO 2 insulating layer formed on the entire surface is partly connected to the p + in order to establish conduction with the n + type emitter layer, p + type base layer, and n + collector layer. It was removed in the same manner as when the mold base layer was formed.
After removing the photoresist, a metal film was laminated on the entire surface of the substrate in the order of Al, Ti, and Ag. The substrate temperature was 150 ° C., the degree of vacuum was 2 × 10 −5 torr, and the purity of the metal used was 99.9% or more. This time, the thickness of each layer was adjusted to be Al 5000 mm, Ti 1000 mm, and Ag 5000 mm. The electrode pattern is formed in the same manner as when forming the p + type base layer, and an etchant having a mixture ratio of H 3 PO 4 : CH 3 COOH: HNO 3 : H 2 O = 750 cc: 150 cc: 30 cc: 20 cc In 60 seconds, the Ag film was removed, and then Ti / Al was removed at 150 ° C. for 3 seconds using an etchant of H 3 PO 4 Conc. Overflow rinsing with ultrapure water was performed for 10 minutes, and then the photoresist was removed.

Alとn型Siとの導通を図る目的でシンタリングを実施した。その条件はN2ガスの流通下、490℃、10分で行った。
この状態でSi基板の裏面を♯1200でラッピングし、基板厚を150μmまで下げた。
その後、Cr、Auの順で金属膜を裏面全面に形成した。基板温度は250℃、真空度は2×10-5torr、使用した金属の純度は99.9%以上であった。今回、それぞれの層厚は、Cr 500Å、Au 1000Åとなるよう調整した。
以上の様に作製した逆電圧保護回路機能を有した基板の特性を評価した。基板表面に形成した2枚の電極パッドに対し、Iz=5mAでVzは5.3V〜6.5V、Iz=0.25mAでZzkは2.9kΩ〜3.6kΩ、Iz=5mAでZzは40Ω〜50Ω、Vz=3VでのIrは3.6μA〜4.0μA、If=10mAでのVfは0.8V〜1.0Vであった。
Sintering was performed for the purpose of conduction between Al and n-type Si. The conditions were 490 ° C. and 10 minutes under N 2 gas flow.
In this state, the back surface of the Si substrate was lapped with # 1200 to reduce the substrate thickness to 150 μm.
Thereafter, a metal film was formed on the entire back surface in the order of Cr and Au. The substrate temperature was 250 ° C., the degree of vacuum was 2 × 10 −5 torr, and the purity of the metal used was 99.9% or more. This time, the thicknesses of the respective layers were adjusted to be Cr 500 mm and Au 1000 mm.
The characteristics of the substrate having the reverse voltage protection circuit function manufactured as described above were evaluated. For two electrode pads formed on the substrate surface, Iz = 5 mA, Vz is 5.3 V to 6.5 V, Iz = 0.25 mA, Zzk is 2.9 kΩ to 3.6 kΩ, Iz = 5 mA, and Zz is 40Ω. Ir at ˜50Ω, Vz = 3V was 3.6 μA to 4.0 μA, and Vf at If = 10 mA was 0.8V to 1.0V.

次にIII族窒化物半導体からなるフリップチップタイプの青色LEDを金バンプを用いて基板に実装した。基板裏面と1ワイヤー用の電極パッドに対し、LEDの順方向を正として印加電流を−30mA〜+30mAの領域で印加した所、順方向側の電流電圧曲線はLED単体と同じ曲線となり、逆方向では保護回路の電流電圧曲線に漸近していく様子が観察され、基板がLEDの逆方向電圧に対する保護素子として機能している事が確かめられた。
更に、これら保護機能付き基板にマウントした青色LEDを、サイドビューパッケージの中心に実装した所、順方向電流20mA印加時で輝度は1400mcdを示した。従来のツェナーダイオードを併設した場合は850mcdであり、本発明の効果が示めされた。
Next, a flip chip type blue LED made of a group III nitride semiconductor was mounted on the substrate using gold bumps. When the applied current is applied in the region of -30mA to + 30mA with the forward direction of the LED being positive with respect to the back surface of the substrate and the electrode pad for 1 wire, the current-voltage curve on the forward side becomes the same curve as the single LED, and the reverse direction Then, asymptotically approaching the current-voltage curve of the protection circuit was observed, and it was confirmed that the substrate functions as a protection element against the reverse voltage of the LED.
Furthermore, when a blue LED mounted on the substrate with the protective function was mounted in the center of the side view package, the luminance was 1400 mcd when a forward current of 20 mA was applied. When a conventional Zener diode is provided, the power is 850 mcd, which shows the effect of the present invention.

LEDの逆電圧保護回路として、バイポーラトランジスタを用いることにより、配線における1ワイヤー化が可能となり、また逆電圧保護回路スペースのコンパクト化を実現し、フリップチップを中心に配置できることにより、光の高出力化、配光特性の対称化が達成でき、インジケータ、屋外大型ディスプレー、携帯電話のバックライト光源、ヘッドライト、照明光源などに利用できる。   By using a bipolar transistor as the reverse voltage protection circuit for the LED, it is possible to make one wire in the wiring. Also, the reverse voltage protection circuit space can be made compact. And symmetrization of light distribution characteristics, and can be used for indicators, large outdoor displays, backlight light sources for mobile phones, headlights, illumination light sources, etc.

本発明における基板表面に形成された電極パターンの1例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the electrode pattern formed in the board | substrate surface in this invention. 本発明における基板裏面に形成された電極を示す平面図である。It is a top view which shows the electrode formed in the board | substrate back surface in this invention. 本発明の発光装置の断面図である。It is sectional drawing of the light-emitting device of this invention. 本発明におけるバイポーラトランジスタ型保護素子機能付きサブマウントを用いたサイドビューパッケージの配置の1例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of arrangement | positioning of the side view package using the submount with a bipolar transistor type protective element function in this invention. 本発明における複数のLEDを載置する基板表面に形成された電極パターンの1例を示す平面図である。本例は3個のLEDを横一列に接続したものである。It is a top view which shows one example of the electrode pattern formed in the board | substrate surface which mounts several LED in this invention. In this example, three LEDs are connected in a horizontal row. 本発明における複数のLEDを載置するバイポーラトランジスタ型保護素子機能付きサブマウントを用いたサイドビューパッケージの配置の1例を示す平面図である。本例は3個のチップを横一列に並べたものである。It is a top view which shows one example of arrangement | positioning of the side view package using the submount with a bipolar transistor type protective element function which mounts several LED in this invention. In this example, three chips are arranged in a horizontal row. 本発明におけるバイポーラトランジスタ型保護素子機能付き基板を用いたパワーパッケージの1例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the power package using the board | substrate with a bipolar transistor type protection element function in this invention. 本発明における基板表面に形成された電極パターンの別の例を示す平面図である。It is a top view which shows another example of the electrode pattern formed in the board | substrate surface in this invention. 従来例におけるツェナーダイオード入りサイドビューパッケージの配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the side view package containing a Zener diode in a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

11 絶縁膜
12 表側電極パッド
13 バンプ形成時用マーカー
14 エミッタ層への接続穴位置
15 ベース層への接続穴位置
16 コレクタ層への接続穴位置
17 半導体発光素子配置位置
18 裏側電極パッド
19 トランジスタ
20 nコレクタ層
21 n型エピタキシャル層
22 n基板
23 nエミッタ層
24 pベース層
25 短絡部
26 発光素子
27 Auバンプ
28 インナーリード
29 ツェナーダイオード
30 Au線
31 過電圧保護機能無しのサブマウント
33 アウターリード
34 トランジスタ型保護素子付きサブマウント
35 絶縁性接着剤
36 配線パターン
37 放熱性基板
38 リフレクタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Insulation film | membrane 12 Front side electrode pad 13 Bump formation marker 14 Connection hole position to emitter layer 15 Connection hole position to base layer 16 Connection hole position to collector layer 17 Semiconductor light emitting element arrangement position 18 Back side electrode pad 19 Transistor 20 n + collector layer 21 n-type epitaxial layer 22 n + substrate 23 n + emitter layer 24 p + base layer 25 short-circuited portion
26 Light Emitting Element 27 Au Bump 28 Inner Lead 29 Zener Diode 30 Au Wire 31 Submount Without Overvoltage Protection Function 33 Outer Lead 34 Submount with Transistor Type Protection Element 35 Insulating Adhesive 36 Wiring Pattern
37 Heat dissipation board 38 Reflector

Claims (9)

半導体発光素子に、その逆方向電圧に対する保護回路として、バイポーラトランジスタを備えていることを特徴とする半導体発光装置。   A semiconductor light-emitting device comprising a bipolar transistor as a protection circuit against a reverse voltage of the semiconductor light-emitting element. 前記保護回路が、バイポーラトランジスタのベース−コレクタ間を短絡し、半導体発光素子の極性に対して、エミッタ−ベース間の極性が逆向きになるように半導体素子回路と並列接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置。   The protection circuit is short-circuited between the base and collector of the bipolar transistor, and is connected in parallel with the semiconductor element circuit so that the polarity between the emitter and the base is opposite to the polarity of the semiconductor light emitting element. The semiconductor light emitting device according to claim 1. 半導体発光素子を載置する基板において、前記基板表面近傍にベースコレクタ間を短絡したバイポーラトランジスタを形成し、前記バイポーラトランジスタのエミッタ、コレクタに前記半導体発光素子のアノード、カソードが接続できる電極パッドを前記基板表面に有し、更に前記基板の表面と裏面に外部接続用の電極パッドを有していることを特徴とする半導体発光素子用基板。   In the substrate on which the semiconductor light emitting element is mounted, a bipolar transistor in which a base collector is short-circuited is formed in the vicinity of the substrate surface, and an electrode pad to which the anode and cathode of the semiconductor light emitting element can be connected to the emitter and collector of the bipolar transistor A substrate for a semiconductor light-emitting element, comprising an electrode pad for external connection on the front surface and the back surface of the substrate. 前記基板がSiで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用基板。   The substrate for a semiconductor light emitting element according to claim 3, wherein the substrate is Si. 前記基板が、その上に複数の半導体発光素子がマウント可能であることを特徴とする請求項3又は4に記載の半導体発光素子用基板。   5. The substrate for a semiconductor light emitting element according to claim 3, wherein a plurality of semiconductor light emitting elements can be mounted on the substrate. 請求項3〜5のいずれかに記載の半導体発光素子用基板上に半導体発光素子を載置した半導体発光装置であって、バイポーラトランジスタと半導体発光素子の極性が逆向き並列となるように、前記バイポーラトランジスタのエミッタ、コレクタに前記半導体発光素子のアノード、カソードを接続したことを特徴とする半導体発光装置。   A semiconductor light-emitting device comprising a semiconductor light-emitting element mounted on the semiconductor light-emitting element substrate according to claim 3, wherein the bipolar transistor and the semiconductor light-emitting element have opposite polarities in parallel. A semiconductor light emitting device, wherein an anode and a cathode of the semiconductor light emitting element are connected to an emitter and a collector of a bipolar transistor. 前記半導体発光素子がIII-V族化合物半導体であることを特徴とする請求項1〜2及び6のいずれかに記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light-emitting element is a III-V group compound semiconductor. 半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせた請求項1、2、6、7のいずれかに記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light-emitting element and the phosphor are combined. 請求項1、2、6、7、8のいずれかに記載の半導体発光装置を実装してなる半導体発光素子パッケージまたは半導体発光素子モジュール。
A semiconductor light-emitting element package or a semiconductor light-emitting element module on which the semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1, 2, 6, 7, and 8 is mounted.
JP2005206582A 2005-07-15 2005-07-15 Semiconductor light emitting device and substrate Pending JP2007027357A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005206582A JP2007027357A (en) 2005-07-15 2005-07-15 Semiconductor light emitting device and substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005206582A JP2007027357A (en) 2005-07-15 2005-07-15 Semiconductor light emitting device and substrate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007027357A true JP2007027357A (en) 2007-02-01

Family

ID=37787746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005206582A Pending JP2007027357A (en) 2005-07-15 2005-07-15 Semiconductor light emitting device and substrate

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007027357A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008227423A (en) * 2007-03-16 2008-09-25 Sony Corp Light source device and liquid crystal display device
KR100976497B1 (en) * 2008-02-28 2010-08-18 엘지전자 주식회사 Light emitting device package and method for manufacturing the same
KR101092097B1 (en) 2009-08-31 2011-12-12 엘지이노텍 주식회사 Light emitting diode package and facbrication method thereof
JP2013504868A (en) * 2009-09-09 2013-02-07 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Submount Zener diode protection network for LEDs connected in series
JP2015173300A (en) * 2008-05-23 2015-10-01 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOsram Opto Semiconductors GmbH Optoelectronic module, optoelectronic module device, and method for manufacturing optoelectronic module
CN111149226A (en) * 2017-07-25 2020-05-12 三流明公司 Single chip series connection VCSEL array
CN113454778A (en) * 2019-02-14 2021-09-28 脸谱科技有限责任公司 Integrated display device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000312033A (en) * 1999-02-25 2000-11-07 Nichia Chem Ind Ltd Light emitting diode and dot matrix display using the same
JP2001244506A (en) * 2000-03-02 2001-09-07 Sharp Corp Semiconductor light emitting device and display device provided therewith
JP2002217458A (en) * 2001-01-18 2002-08-02 Sanken Electric Co Ltd Semiconductor light-emitting device
JP2004103986A (en) * 2002-09-12 2004-04-02 Sharp Corp Semiconductor laser device and its manufacturing method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000312033A (en) * 1999-02-25 2000-11-07 Nichia Chem Ind Ltd Light emitting diode and dot matrix display using the same
JP2001244506A (en) * 2000-03-02 2001-09-07 Sharp Corp Semiconductor light emitting device and display device provided therewith
JP2002217458A (en) * 2001-01-18 2002-08-02 Sanken Electric Co Ltd Semiconductor light-emitting device
JP2004103986A (en) * 2002-09-12 2004-04-02 Sharp Corp Semiconductor laser device and its manufacturing method

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008227423A (en) * 2007-03-16 2008-09-25 Sony Corp Light source device and liquid crystal display device
KR100976497B1 (en) * 2008-02-28 2010-08-18 엘지전자 주식회사 Light emitting device package and method for manufacturing the same
JP2015173300A (en) * 2008-05-23 2015-10-01 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOsram Opto Semiconductors GmbH Optoelectronic module, optoelectronic module device, and method for manufacturing optoelectronic module
KR101092097B1 (en) 2009-08-31 2011-12-12 엘지이노텍 주식회사 Light emitting diode package and facbrication method thereof
US8410514B2 (en) 2009-08-31 2013-04-02 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device
JP2013504868A (en) * 2009-09-09 2013-02-07 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Submount Zener diode protection network for LEDs connected in series
CN111149226A (en) * 2017-07-25 2020-05-12 三流明公司 Single chip series connection VCSEL array
CN111149226B (en) * 2017-07-25 2023-04-18 朗美通经营有限责任公司 Single chip series connection VCSEL array
CN113454778A (en) * 2019-02-14 2021-09-28 脸谱科技有限责任公司 Integrated display device
CN113454778B (en) * 2019-02-14 2024-04-05 元平台技术有限公司 Integrated display device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI303872B (en) High power light emitting device assembly with esd preotection ability and the method of manufacturing the same
US9741640B2 (en) Semiconductor device
US6876008B2 (en) Mount for semiconductor light emitting device
US7605403B2 (en) Semiconductor light-emitting device and fabrication method of the same
KR101129519B1 (en) Semiconductor light-emitting device
US10256385B2 (en) Light emitting die (LED) packages and related methods
JP2005311364A (en) Light-emitting device, method for manufacturing the same, and luminescence system using the same
KR100996446B1 (en) Light emitting device, method for fabricating the light emitting device and light emitting device package
US20110284883A1 (en) Semiconductor light-emitting element, light-emitting device, luminaire, display unit, traffic signal lamp unit, and traffic information display unit
JP2016096349A (en) Light emitting element and light emitting element package
US10186637B2 (en) Flip-chip light emitting device and fabrication method
JP3068914U (en) Flip-chip light emitting device
JPH09321341A (en) Photo-semiconductor device and manufacture thereof
KR20010088929A (en) AlGaInN LED device and their fabrication method
KR20110039639A (en) Sub-mount for light emitting diode
JP2007027357A (en) Semiconductor light emitting device and substrate
KR20140023512A (en) Nitride light emitting device
JPH11354836A (en) Full color semiconductor light emitting device
WO2006056121A1 (en) The integrated-type led and manufacturing method thereof
KR100407773B1 (en) GaN LIGHT EMITTING DEVICE AND THE PACKAGE THEREOF
KR100699146B1 (en) Light emitting device package and fabricating method thereof
KR100762093B1 (en) Method of manufacturing and packaging LED having vertical structure
CN217387195U (en) Flip-chip type MICROLED chip structure
JP3974676B2 (en) Manufacturing method of semiconductor light emitting device
KR101448588B1 (en) Light emitting diode and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080623

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101012

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101116

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110315