(57)【要約】【課題】  本発明はフリップチップ構造の発光装置において発光素子の搭載に用いられるトランジスタ付きサブマウントに関するものである。【解決手段】  本発明は、フリップチップ構造の発光装置において窒化物半導体発光素子を搭載するためのサブマウントにおいて、第１導電型半導体物質から成る基板；  上記基板上の一領域に形成され第２導電型半導体物質から成る第１領域；  上記第１領域以外の領域に形成され第２導電型半導体物質から成る第２領域；  上記第１領域及び第２領域上に各々形成される第１及び第２電極；  及び、上記基板の背面に形成される導電層を含み、上記第１及び第２電極は上記窒化物半導体発光素子のｎ側電極及びｐ側電極とバンプを通して連結されることを特徴とするトランジスタを具備したサブマウントを提供する。本発明によると、フリップチップ構造の発光装置において窒化物半導体発光素子へ流入する静電気などによる高圧電流を遮断して素子の破壊を防止し、素子の信頼性を向上させる効果がある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フリップチップ構造の発光装置において窒化物半導体発光素子を搭載するためのサブマウントであって、
第１導電型半導体物質から成る基板；
上記基板上の一領域に形成され第２導電型半導体物質から成る第１領域；
上記第１領域以外の領域に形成され第２導電型半導体物質から成る第２領域；
上記第１領域及び第２領域上に各々形成される第１及び第２電極；及び
上記基板の背面に形成される導電層を含み、
上記第１及び第２電極は上記窒化物半導体発光素子のｎ側電極及びｐ側電極と電気的に連結されることを特徴とするトランジスタを具備したサブマウント。
【請求項２】
上記半導体物質はＳｉであることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタを具備したサブマウント。
【請求項３】
上記窒化物半導体発光素子は、上記第１電極及び第２電極を通して外部の回路と電気的に連結されることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタを具備したサブマウント。
【請求項４】
フリップチップ構造の発光装置において窒化物半導体発光素子を搭載するためのサブマウントであって、
第１導電型半導体物質から成る基板；
上記基板上の一領域に形成され第２導電型半導体物質から成る第１領域；
上記第１領域内に形成され第２導電型半導体物質から成る第２領域；
上記基板及び第２領域上に各々形成される第１及び第２電極；及び
上記基板の背面に形成される導電層を含み、
上記第１及び第２電極は上記窒化物半導体発光素子のｎ側電極及びｐ側電極と電気的に連結されることを特徴とするトランジスタを具備したサブマウント。
【請求項５】
上記半導体物質はＳｉであることを特徴とする請求項４に記載のトランジスタを具備したサブマウント。
【請求項６】
上記窒化物半導体発光素子は、上記第２電極及び導電層を通して外部の回路と電気的に連結されることを特徴とする請求項４に記載のトランジスタを具備したサブマウント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフリップチップ構造の発光装置に用いられるサブマウントに関するもので、とりわけ窒化物半導体発光素子を利用したフリップチップ構造の発光装置においてその窒化物半導体発光素子を装着するためのサブマウントを、半導体物質を使ってトランジスタに作製することにより、別途の電子素子を具備しなくとも窒化物半導体発光素子に流入する静電気などによる高圧電流を遮断できるトランジスタを具備したサブマウントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近頃、ＧａＮを始め窒化物を用いた窒化物半導体はその優れた物理的、化学的特性に基づき、現在光電材料及び電子素子の核心素材として脚光を浴びている。とりわけ、窒化物半導体発光素子は緑色、青色及び紫外領域までの光を生成することができ、技術発展によりその輝度が飛躍的に向上するにつれて総天然色電光板、照明装置などの分野にまで適用されてきた。
【０００３】
このような窒化物半導体発光素子は青色または緑色波長帯の光を得るための発光素子であって、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ組成式（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）を有する半導体物質により製造される。窒化物半導体結晶は格子整合を考慮してサファイア基板のような窒化物単結晶成長用基板に成長させる。上記サファイア基板は電気的絶縁性基板なので、最終窒化物半導体発光素子はｐ側電極とｎ側電極が同一面上に形成された構造を有する。
【０００４】
こうした構造的な特徴により、窒化物半導体発光素子はフリップチップ構造に適した形態で積極的に開発されている。従来の窒化物半導体発光素子が搭載されたフリップチップ発光装置を図１に例示してある。
【０００５】
図１に示したフリップチップ発光装置１０はサブマウント１１１上に搭載された窒化物半導体発光素子を含む。上記窒化物半導体発光素子はサファイア基板１１とその上に順次に積層されたｎ型窒化物半導体層１２、活性層１３及びｐ型窒化物半導体層１４を含む。また、上記窒化物半導体発光素子はサブマウント用基板１１１上に各電極１９ａ、１９ｂを導電性バンプ８１を通して各リードパターン１１２ａ、１１２ｂ上に融着させることにより搭載できる。こうしたフリップチップ構造発光装置１０において上記発光素子のサファイア基板１１は透光性なので光放出面に活用することができる。
【０００６】
図１のように、フリップチップ型窒化物半導体発光素子の電極、とりわけｐ側電極はｐ型窒化物半導体層１４とのオーミックコンタクトを形成しながらも、上記活性層１３から発光された光を光放出面に向かって反射させられる高い反射率を有することが要される。したがって、図１に例示したように、ｐ側電極構造はｐ型窒化物半導体層１４上に形成された高い反射率を有するオーミックコンタクト層１５を含むことができる。
【０００７】
このような構造を有するフリップチップ用発光装置に用いられる上記窒化物半導体発光素子はＧａＰまたはＧａＡｌＡｓのような他の化合物半導体に比して静電気に大変脆弱であるとの問題がある。一般に、窒化物半導体発光素子は順方向へ約数百ボルト（例えば、１００Ｖ）の静電圧により破壊されかねなく、逆方向へは約数十ボルト（例えば、３０Ｖ）の静電圧により破壊されることができる。こうした耐静電圧特性はかなり脆弱なもので窒化物半導体発光素子の取扱い時に半導体発光素子を破損させる原因となる。
【０００８】
したがって、当技術分野においては、窒化物半導体発光素子に高圧の静電気が印加されるのを遮断して窒化物半導体発光素子の破損を防止できる技術が必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記問題を解決するために案出されたものであって、その目的は窒化物半導体発光素子を利用したフリップチップ構造の発光装置において窒化物半導体発光素子を装着するためのサブマウントを半導体物質が含まれたトランジスタに作製することにより、別途の電子素子を具備せず窒化物半導体発光素子に流入する静電気などによる高圧電流を遮断できるトランジスタを具備したサブマウントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した技術的課題を成し遂げるための技術的構成として本発明は、フリップチップ構造の発光装置において窒化物半導体発光素子を搭載するためのサブマウントであって、
第１導電型半導体物質から成る基板；
上記基板上の一領域に形成され、第２導電型半導体物質から成る第１領域；
上記第１領域以外の領域に形成され、第２導電型半導体物質から成る第２領域；
上記第１領域及び第２領域上に各々形成される第１及び第２電極；及び
上記基板の背面に形成される導電層を含み、
上記第１及び第２電極は上記窒化物半導体発光素子のｎ側電極及びｐ側電極とバンプを通して連結されることを特徴とするトランジスタを具備したサブマウントを提供する。
【００１１】
好ましくは、上記半導体物質はＳｉである。本発明によるサブマウントに搭載された窒化物半導体発光素子は上記第１電極及び第２電極を通して外部の回路と電気的に連結される。
【００１２】
上述した技術的課題を成し遂げるための他の技術的構成として、本発明はフリップチップ構造の発光装置において窒化物半導体発光素子を搭載するためのサブマウントであって、
第１導電型半導体物質から成る基板；
上記基板上の一領域に形成され第２導電型半導体物質から成る第１領域；
上記第１領域内に形成され第２導電型半導体物質から成る第２領域；
上記基板及び第２領域上に各々形成される第１及び第２電極；及び
上記基板の背面に形成される導電層を含み、
上記第１及び第２電極は上記窒化物半導体発光素子のｎ側電極及びｐ側電極とバンプを通して連結されることを特徴とするトランジスタを具備したサブマウントを提供する。
【００１３】
好ましくは、上記半導体物質はＳｉである。本発明によるサブマウントに搭載された窒化物半導体発光素子は上記第２電極及び導電層を通して外部の回路と電気的に連結される。
【発明の効果】
【００１４】
以上に説明したように、窒化物半導体発光素子を利用したフリップチップ構造の発光装置において窒化物半導体発光素子を装着するためのサブマウントを半導体物質を使用してトランジスタに作製することにより、別途の電子素子を具備することなく窒化物半導体発光素子に流れ込む静電気などによる高圧電流を遮断して素子の破壊を防止し、素子の信頼性を向上できる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付の図を参照しながら本発明によるトランジスタを具備したサブマウントをより詳しく説明する。
【００１６】
図２は本発明の一形態によるトランジスタを具備したサブマウント及びサブマウント上に搭載された窒化物半導体発光素子を示した断面図である。図２のような本発明の一形態によるサブマウント２０は、第１導電型半導体物質から成る基板２２と、上記基板２２上の一領域に形成され第２導電型半導体物質から成る第１領域２３ａと、上記第１領域２３ａ以外の領域に形成され第２導電型半導体物質から成る第２領域２３ｂと、上記第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂ上に各々形成される第１及び第２電極２５ａ、２５ｂ、及び上記基板の背面に形成される導電型導電層２１を含んで成る。こうした構成を有するサブマウントはフリップチップ構造の発光装置に使用でき、フリップチップ構造において窒化物発光素子７０のｎ側電極７６ａ及びｐ側電極７６ｂは上記第１及び第２電極２５ａ、２５ｂに導電性バンプ８１を利用して電気的に連結されることができる。
【００１７】
上記基板２２は第１導電型半導体物質から成る。上記半導体物質には主にＳｉを使用することができる。上記基板２２と上記第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂは相異する導電型を有するようドープされる。例えば、上記基板２２がｐ型にドープされた半導体物質から成る場合、上記第１領域及び第２領域はｎ型にドープされた物質から成る。この際、サブマウントはｎｐｎ型トランジスタを形成するようになる。逆に、上記基板２２がｎ型にドープされた半導体物質から成る場合、上記第１領域及び第２領域はｐ型にドープされた物質から成る。この際、サブマウントはｐｎｐ型トランジスタを形成するようになる。
【００１８】
上記第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂは上記基板２２の該当領域に選択的にドーパントイオンを注入して形成することができる。例えば、上記基板２２がｐ型ドープされた基板である場合、上記第１及び第２領域２３ａ、２３ｂにはｎ型ドーパントイオンを注入してｎ型半導体物質から成る領域を形成することができ、上記基板２２がｎ型ドープされた基板の場合、上記第１及び第２領域２３ａ、２３ｂにはｐ型ドーパントイオンを注入してｐ型半導体物質から成る領域を形成することができる。
【００１９】
上記第１電極２５ａ、第２電極２５ｂ及び導電層２１は本発明によりサブマウントに形成されたトランジスタの端子となる。例えば、上記基板２２がｐ型ドープされ、上記第１及び第２領域がｎ型ドープされたｎｐｎ型トランジスタが形成された場合、上記第１電極２５ａはコレクタ端子、上記第２電極２５ｂはエミッタ端子、上記導電層２１はベース端子に用いることができる。この際、静電気防止のためにはコレクタ端子の上記第１電極２５ａが窒化物半導体発光素子のｎ側電極と電気的に連結されなければならず、エミッタ端子の上記第２電極２５ｂが窒化物半導体発光素子のｐ側電極と電気的に連結されなければならない。ベース端子である上記導電層２１はコレクタ端子と連結されることができる。
【００２０】
また、上記第１電極２５ａ及び第２電極２５ｂはワイヤボンディングを通して外部の回路と連結される。このような連結構造は下記に説明される図３に示したような窒化物半導体発光素子とサブマウントに形成されたトランジスタが並列連結された構造を形成できるようにする。
【００２１】
図２に示したトランジスタを有するサブマウントと窒化物半導体発光素子の連結関係を図３に示す。図３のようなサブマウントに形成されたトランジスタがｎｐｎ型トランジスタの場合には、窒化物半導体発光素子ＬＥＤ１の陰極（ｎ側電極）が下部のサブマウントに形成されたトランジスタのコレクタに連結され、窒化物半導体発光素子ＬＥＤ１の陽極（ｐ側電極）が下部のサブマウントに形成されたトランジスタのエミッタに連結されることが好ましい。
【００２２】
図３に示した回路図はサブマウントの基板がｐ型ドープされ第１及び第２領域がｎ型ドープされｎｐｎ型トランジスタに形成された場合の一例を示したものである。上記サブマウントに形成されたトランジスタがｐｎｐ型トランジスタである場合には窒化物半導体発光素子ＬＥＤ１の陰極（ｎ側電極）は下部のサブマウントに形成されたトランジスタのエミッタに連結され、窒化物半導体発光素子ＬＥＤ１の陽極（ｐ側電極）は下部のサブマウントに形成されたトランジスタのコレクタに連結されることが好ましい。
【００２３】
図３に示した回路の動作を説明すると次のとおりである。窒化物半導体発光素子ＬＥＤ１の両端に順方向の電圧が印加されると、上記トランジスタには逆方向へ電圧が印加される。一般に、トランジスタの降伏電圧は−１０Ｖ内外なので窒化物半導体発光素子ＬＥＤ１に印加される順電圧が１０Ｖ以上とならない場合には窒化物半導体発光素子ＬＥＤ１へ電流が流れるようになる。即ち、窒化物半導体発光素子ＬＥＤ１の順方向へ印加される電圧が１０Ｖ以下の場合にのみ発光素子ＬＥＤ１を通して電流が流れ１０Ｖより高い電圧が印加されるとトランジスタＴＲ１を通して電流が流れるようになる。したがって、１０Ｖ以上の順方向静電気に対して安全性を確保することができる。
【００２４】
また、窒化物半導体発光素子ＬＥＤ１に逆方向の電圧が印加された場合、トランジスタＴＲ１には順方向へ電圧が印加された状態であって、通常トランジスタが３．５Ｖ内外で動作するので、約３．５Ｖ以上の逆電圧が印加される場合、電流はモードトランジスタを通して流れるようになる。したがって、３．５Ｖ以上の逆電圧静電気に対して安定性を確保することができる。
【００２５】
先に説明したように、窒化物半導体発光素子の順方向破壊電圧値は１００Ｖ程度で、逆方向破壊電圧値は３０Ｖ程度なので、こうした構成により静電気などの高電圧の印加による窒化物半導体発光素子の破壊を防止することができる。
【００２６】
図４は本発明の他の形態によるトランジスタを具備したサブマウント及びサブマウント上に搭載された窒化物半導体発光素子を示した断面図である。図４のような本発明の他の形態によるサブマウント３０は、第１導電型半導体物質から成る基板３２と、上記基板３２上の一領域に形成され第２導電型半導体物質から成る第１領域３３と、上記第１領域３３内に形成され第２導電型半導体物質から成る第２領域３４と、上記基板３２及び第２領域３４上に各々形成される第１及び第２電極３５ａ、３５ｂ、及び上記基板３２の背面に形成される導電層３１を含んで成る。こうした構成を有するサブマウントはフリップチップ構造の発光装置に使用することができ、フリップチップ構造において窒化物発光素子７０のｎ側電極７６ａ及びｐ側電極７６ｂは上記第１及び第２電極３５ａ、３５ｂに導電性バンプ８１を利用して電気的に連結することができる。
【００２７】
先に、図２に示したサブマウントと比較すると、図４に示したサブマウントは基板３２と異なる導電型を有する第１領域３３内に基板３２と同一な導電型を有する第２領域３４が形成される点で差異がある。これはトランジスタの具現方法による差異として、上記図２に示したサブマウントと基本的に同一な動作を行う。但し、基板３２及び第１、第２領域３３、３４の構造変更に応じて第２電極３４は単なる発光素子との連結用とされ、ワイヤボンディングなどの方法を通して電気的に外部へ連結され電源の供給を受けるのは導電層３１を通して行われることができる。
【００２８】
上記基板３２は第１導電型半導体物質から成る。上記半導体物質には主にＳｉを使用することができる。上記基板３２と上記第１領域３３は相異する導電型を有するようドープされ、第２領域３４は上記基板３２と同一な導電型を有するようドープされる。例えば、上記基板３２がｐ型でドープされた半導体物質から成る場合、上記第１領域３３はｎ型にドープされた物質から成り、上記第２領域３４はｐ型にドープされた物質から成る。この際、サブマウントはｐｎｐ型トランジスタを形成するようになる。逆に、上記基板３２がｎ型にドープされた半導体物質から成る場合、上記第１領域及び第２領域は各々ｐ型及びｎ型にドープされた物質から成る。この際、サブマウントはｎｐｎ型トランジスタを形成するようになる。
【００２９】
上記第１領域３３は上記基板３２の該当領域に選択的にドーパントイオンを注入して形成することができる。例えば、上記基板３２がｐ型ドープされた基板である場合、上記第１領域３３にはｎ型ドーパントイオンを注入してｎ型半導体物質から成る領域を形成することができる。次いで、上記第１領域３３内の一部領域にｐ型ドーパントイオンを注入してｐ型半導体物質から成る第２領域３４を形成することができる。
【００３０】
上記第１電極３５ａ、第２電極３５ｂ及び導電層３１は本発明によりサブマウントに形成されたトランジスタの端子となる。例えば、上記基板２２がｐ型ドープされ、上記第１及び第２領域が各々ｎ型及びｐ型にドープされたｐｎｐ型トランジスタが形成された場合、上記第１電極３５ａはエミッタ端子、上記導電層３１はコレクタ端子とされることができる。ベース端子は省略しても構わない。この際、静電気防止のためにはエミッタ端子である上記第１電極３５ａが窒化物半導体発光素子のｎ側電極と電気的に連結されなければならず、エミッタ端子である導電層３１が窒化物半導体発光素子のｐ側電極と電気的に連結されなければならない。図４において、導電層は基板３２及び第２電極３５ｂを経て実質的に窒化物半導体発光素子７０のｐ側電極７６ｂと連結されている。また、上記第１電極３５ａ及び導電層３１はワイヤボンディングを通して外部の回路と連結される。このような連結構造は下記に説明する図５に示したように、窒化物半導体発光素子とサブマウントに形成されたトランジスタが並列連結される構造を形成できるようにする。
【００３１】
図４に示したトランジスタを有するサブマウントと窒化物半導体発光素子の連結関係は図５に示してある。図５のようなサブマウントに形成されたトランジスタがｐｎｐ型トランジスタである場合には窒化物半導体発光素子ＬＥＤ１の陰極（ｎ側電極）が下部のサブマウントに形成されたトランジスタのエミッタに連結され、窒化物半導体発光素子ＬＥＤ１の陽極（ｐ側電極）が下部のサブマウントに形成されたトランジスタのコレクタに連結されることが好ましい。
【００３２】
図５に示した回路図はサブマウントの基板がｐ型ドープされ第１及び第２領域が各々ｎ型及びｐ型ドープされｐｎｐ型トランジスタに形成された場合の一例を示したものである。上記サブマウントに形成されたトランジスタがｎｐｎ型トランジスタである場合には窒化物半導体発光素子ＬＥＤ２の陰極（ｎ側電極）は下部のサブマウントに形成されたトランジスタのコレクタに連結され、窒化物半導体発光素子ＬＥＤ２の陽極（ｐ側電極）は下部のサブマウントに形成されたトランジスタのエミッタに連結されることが好ましい。
【００３３】
図５に示した回路の動作を説明すればつぎのとおりである。窒化物半導体発光素子ＬＥＤ２の両端に順方向へ電圧が印加されると、上記トランジスタＴＲ２には逆方向へ電圧が印加される。一般に、トランジスタの降伏電圧は−１０Ｖ内外なので窒化物半導体発光素子ＬＥＤ２に印加される順電圧が１０Ｖ以上とならない場合には窒化物半導体発光素子ＬＥＤ２へ電流が流れるようになる。即ち、窒化物半導体発光素子ＬＥＤ２の順方向へ印加される電圧が１０Ｖ以下の場合にのみ発光素子ＬＥＤ２を通して電流が流れ１０Ｖより高い電圧が印加されるとトランジスタＴＲ２を通して電流が流れるようになる。したがって、１０Ｖ以上の順方向静電気に対して安全性を確保できる。また、窒化物半導体発光素子ＬＥＤ１に逆方向の電圧が印加される場合、トランジスタＴＲ２には順方向へ電圧が印加された状態であって、通常トランジスタが３．５Ｖ内外で動作するので約３．５Ｖ以上の逆電圧が印加される場合、電流は全てトランジスタを通して流れるようになる。したがって、３．５Ｖ以上の逆電圧静電気に対して安定性を確保することができる。
【００３４】
言い換えれば、窒化物半導体発光素子の順方向破壊電圧値は１００Ｖ程度、逆方向破壊電圧値は３０Ｖ程度なので、こうした構成により静電気などの高電圧の印加による窒化物半導体発光素子の破壊を防止することができる。
【００３５】
以上に説明した本発明においては発光素子とトランジスタが並列連結された構造とされるが、トランジスタの代わりにゼナーダイオードのようなダイオードを並列連結して静電気遮断手段に用いることができる。即ち、二つの端子に発光素子とダイオードを極性が異なるよう連結し、発光素子に印加される逆電圧による電流を順方向に連結されたダイオードを通して流れさせることにより静電気遮断手段に用いることができる。しかし、ゼナーダイオードのようなダイオードは漏洩電流がトランジスタに比して大きく、降伏電圧がトランジスタに比して小さい。したがって、漏洩電流による発光素子に供給される電流が低減し発光素子の動作が正常に行われなかったり、低い降伏電圧により発光素子へ流れるべき電流が降伏状態のダイオードへ流れかねないとの欠点がある。したがって、静電気遮断のためにはダイオードよりトランジスタを使用する方がより好ましい。
【００３６】
本発明は上述した実施形態及び添付の図面により限定されるものではなく、添付の請求範囲により限定されるもので、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で多様な形態への置換、変形及び変更が可能であることは当技術分野において通常の知識を有する者にとっては自明なことである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来のフリップチップ構造発光装置の断面図である。
【図２】本発明の一形態によるトランジスタを具備したサブマウント及びサブマウント上に搭載された窒化物半導体発光素子を示した断面図である。
【図３】図２に示した窒化物半導体発光素子とトランジスタを具備したサブマウントの連結関係を示した回路図である。
【図４】本発明の他の形態によるトランジスタを具備したサブマウント及びサブマウント上に搭載された窒化物半導体発光素子を示した断面図である。
【図５】図４に示した窒化物半導体発光素子とトランジスタを具備したサブマウントの連結関係を示した回路図である。
【符号の説明】
【００３８】
２０、３０  サブマウント
２１、３１  導電層
２２、３２  基板
２３ａ、３３  第１領域
２３ｂ、３４  第２領域
２５ａ、３５ａ  第１電極
２５ｂ、３５ｂ  第２電極
【図１】
2006086485.tif 000003
【図２】
2006086485.tif 000004
【図３】
2006086485.tif 000005
【図４】
2006086485.tif 000006
【図５】
2006086485.tif 000007