(57)【要約】【課題】過電圧保護機能を有する半導体発光装置の発光効率を向上させることが困難であった。【解決手段】過電圧保護機能を有する半導体発光装置はシリコン半導体基板（１）と発光素子用の主半導体領域（２）と第１の電極（３）と第２の電極（４）とを有する。シリコン半導体基板（１）は保護素子形成領域（７）を有する。第１の電極（３）はボンディングパッド電極（２０）を有する。平面的に見て、保護素子形成領域（７）はボンディングパッド部分（２０）の内側に配置されている。主半導体領域（２）の上に光透過性絶縁膜（１９）及び絶縁膜（１７）が配置されている。絶縁膜（１７）に孔（１７ｂ）が形成され、この孔（１７ｂ）を含むように形成された帯状接続導体層（２２）によってボンディングパッド電極部分（２０）と光透過性絶縁膜（１９）とが接続されている。【選択図】図４
2007311506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面と他方の主面とを有し且つ導電性を有している基板と、
光取り出し可能な第１の主面と前記第１の主面に対向し且つ前記基板の前記一方の主面に電気的及び機械的に結合されている第２の主面とを有し且つ光を発生するための複数の半導体層を含んでおり且つ前記第１の主面から前記第２の主面に貫通する孔を有している主半導体領域と、
前記孔を覆い且つ前記主半導体領域の前記第１の主面の一部を覆っているボンディングパッド電極と、
前記基板に形成された基板電極と、
前記ボンディングパッド電極と前記基板の他方の主面との間に配置され且つ前記ボンディングパッド電極と前記基板電極との両方に電気的に接続された過電圧保護素子と、
前記主半導体領域の前記一方の主面上に形成された光透過性導電膜と、
前記ボンディングパッド電極と前記主半導体領域の前記一方の主面との間に配置された第１の部分と前記ボンディング電極と前記主半導体領域の前記一方の主面との間から外れており且つ前記第１の部分に連続的しており且つ前記光透過性導電膜の少なくとも一部を覆っている第２の部分とを有し、且つ前記第２の部分に前記光透過性導電膜を露出させるための孔が設けられている光透過性絶縁膜と、
前記絶縁膜の表面の一部を帯状に覆っており且つ前記ボンディングパッド電極に接続されている被覆部分と前記絶縁膜の前記孔の中に充填されており且つ前記被覆部分に連続しており且つ前記光透過性導電膜に接続されている充填部分とを有し、且つ光透過性導電膜よりも抵抗率の小さい導電性材料で形成されている接続導体層と
を備えていることを特徴とする過電圧保護素子を伴った半導体発光装置。
【請求項２】
前記接続導体層は、平面的に見て前記ボンディングパッド電極から離れる方向に延びている複数の帯状導体層から成ることを特徴とする請求項１記載の過電圧保護素子を伴なった半導体発光装置。
【請求項３】
前記絶縁膜の孔は平面的に見て前記接続導体層の前記被覆部分の中に帯状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の過電圧保護素子を伴なった半導体発光装置。
【請求項４】
前記絶縁膜は、前記光透過性導電膜よりも高い光透過性を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１又は２又は３記載の過電圧保護素子を伴なった半導体発光装置。
【請求項５】
前記基板は半導体基板であり、
前記保護素子は、前記半導体基板に設けられたショットキーバリアダイオード形成領域と、前記ショットキーバリアダイオード形成領域にショットキー接触し且つ前記ボンディングパッド電極に接続されている金属層とから成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の過電圧保護素子を伴なった半導体発光装置。
【請求項６】
前記基板は半導体基板であり、
前記保護素子は前記半導体基板に形成された少なくとも１つのpｎ接合を含むダイオードであり、
前記ダイオードの一端は前記ボンディングパッド電極に接続され、他端は基板電極に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の過電圧保護素子を伴なった半導体発光装置。
【請求項７】
前記保護素子は、前記主半導体領域の前記孔の中に配置されたバリスタ、コンデンサ、及びダイオードから選択された１つの電子素子であることを特徴とする請求項１記載の過電圧保護素子を伴なった半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はショットキバリアダイオード、pn接合ダイオード、バリスタ、コンデンサ等の過電圧保護素子を伴なった半導体発光装置に関する。
【０００２】
過電圧保護素子を伴なった半導体発光装置は、本件出願人に係わる特開２００６−６６８６３号公報（特許文献１）に開示されている。ここに開示されている半導体発光装置は、シリコン半導体基板と、この上に形成された複数の窒化物半導体層から成る発光半導体領域と、発光半導体領域の表面に形成された光透過性導電膜と、光透過性導電膜に接続されたボンディングパッド電極と、半導体基板の底面に形成された基板電極と、半導体基板の中又は上に形成された過電圧保護素子とを有する。過電圧保護素子はボンディングパッド電極の下に配置されているので、半導体発光装置の大型化を抑えて発光ダイオードを過電圧から保護することができる。
【０００３】
ところで、光透過性導電膜は、発光半導体領域のボンディングパッド電極よりも外周側部分に電流を流すために機能する。この機能を良好に得るために、光透過性導電膜の電気抵抗は小さく且つ光透過性は大きいことが望ましい。しかし、光透過性導電膜として一般に使用されているインジウム・錫・オキサイド（以下、ITOと言う）は、金属膜に比べて抵抗率が高い。また、ITOは１００％の光透過性を有してはいないので、極力薄く形成される。従って、ITOから成る光透過性導電膜のシート抵抗は比較的大きく、発光半導体領域のボンディングパッド電極から離れた部分に電流を十分に流すことが困難である。なお、ITO以外の材料で光透過性導電膜を形成する場合においても光透過性と導電性との両方を満足させることが困難であった。
【０００４】
上記問題を解決するために光透過性導電膜の上に放射状又は格子状パターンに細線電極を配置し、ボンディングパッド電極に接続することが特開２００１−２３７４６１号公報（特許文献２）に開示されている。細線電極は、金属膜、又は合金膜と金属膜との複合膜から成り、ITOよりも小さい抵抗率を有する。また細線電極はITO膜よりも厚く形成されている。従って、ボンディングパッド電極の電流が細線電極によってITO膜の外周側に良好に広げられ、発光半導体領域を流れる電流分布の均一化が図られ、発光効率を向上させることができる。
【０００５】
本件出願人は、特許文献１に開示されている過電圧保護素子を伴なっている半導体発光装置に特許文献２に開示されている細線電極と同様な機能を有する帯状接続導体層を設けることを試みた。図１は過電圧保護素子及び帯状接続導体層とを有する半導体発光装置を概略的に示すものである。
【０００６】
この試作した半導体発光装置は、ｐ型単結晶シリコンから成る半導体基板１と、発光素子を構成するための３−５族化合物半導体から成る主半導体領域２と、第１の電極３と、第２の電極（基板電極）４とを備えている。
【０００７】
半導体基板１はその中央に保護素子形成領域（内側領域）７と、主半導体領域２を支持している外側領域８とを有している。
【０００８】
主半導体領域２は、ダブルヘテロ接合発光ダイオードを構成するために半導体基板１の一方の主面５上にｎ型バッファ層１０とｎ型半導体層１１と活性層１２とｐ型半導体層１３とを順次に有している。なお、ｎ型半導体層１１をｎ型クラッド層と呼び、ｐ型半導体層１３をｐ型クラッド層と呼ぶこともある。主半導体領域２の第１の主面１４から第２の主面１５に貫通する孔１６が主半導体領域２の第１の主面１４のほぼ中央に形成されている。
【０００９】
主半導体領域２即ち発光ダイオードを過電圧から保護するための保護素子としてショットキーバリアダイオードを構成するために、半導体基板１の一方の主面５の中央に凹部９が形成され、この凹部９にショットキー接触金属層１８が配置されている。
【００１０】
第１の電極３は、ITO膜から成る光透過性導電膜１９と、ボンディングパッド電極２０と、帯状接続導体層２２´とから成る。光透過性導電膜１９は主半導体領域２の第１の主面１４上の大部分に形成されている。ボンディングパッド電極２０は主半導体領域２の孔１６及び主半導体領域２の内周部分の上を覆うように配置され、ショットキー接触金属層１８に接続されていると共に帯状接続導体層２２´を介して光透過性導電膜１９に接続されている。
【００１１】
半導体基板１の凹部９の表面及び主半導体領域２の孔１６の壁面及び主半導体領域２の内周部分の上に内周側絶縁膜１７´が形成されている。ショットキー接触金属層１８は内周側絶縁膜１７´に形成された孔１７ａを介して半導体基板１の凹部９の表面にショットキー接触している。内周側絶縁膜１７´はボンディングパッド電極２０と半導体基板１及び主半導体領域２の孔１６の壁面との間を電気的に分離する機能を有する他に、ボンディングパッド電極２０に基いて主半導体領域２に発生する応力を緩和する機能を有する。もし、ボンディングパッド電極２０の下に内周側絶縁膜１７´を配置しないでボンディングパッド電極２０を主半導体領域２に対して直接に又は帯状接続導体層２２´と光透過性導電膜１９とを介して接触させると、主半導体領域２に応力が発生し、主半導体領域２の発光特性の劣化及び機械的特性の劣化を生じさせる虞がある。これに対し、図１に示すようにボンディングパッド電極２０の下に内周側絶縁膜１７´を配置すると、内周側絶縁膜１７´が緩衝部材として機能し、主半導体領域２に応力が発生することを抑制する。
【００１２】
帯状接続導体層２２´はITO膜から成る光透過性導電膜１９よりも抵抗率の低い金属を蒸着することによって形成され、ボンディングパッド電極２０と帯状接続導体層２２´との両方に接続されている。この帯状接続導体層２２´は、光透過性導電膜１９の全体を覆うようには形成されておらず、特許文献２と同様に光透過性導電膜１９の一部のみを覆っており、特許文献２と同様に主半導体領域２の電流の均一化に寄与する。
【００１３】
図１では帯状接続導体層２２´を設けたために、内周側絶縁膜１７´とは別に外周側絶縁膜２３が設けられている。外周側絶縁膜２３は光透過性を有するものであって光透過性導電膜１９及び帯状接続導体層２２´を覆うように配置され、これ等の保護膜として機能している。
【００１４】
第２の電極４は半導体基板１の他方の主面６に形成され、発光ダイオードのカソードとして機能すると共にショットキーバリアダイオードのアノードとして機能している。ボンディングパッド電極２０は発光ダイオードのアノードとして機能すると共にショットキーバリアダイオードのカソードとして機能するので、ボンディングパッド電極２０と第２の電極４との間に順方向電圧が印加された時に、主半導体領域２から光が発生し、この光が光透過性導電膜１９及び外周側絶縁膜２３を介して外部に取り出される。発光ダイオードに対して例えば静電気等の高い逆方向電圧が印加された時には、ショットキーバリアダイオードが導通し、発光ダイオードの逆方向電圧がショットキーダイオードの順方向電圧に制限され、発光ダイオードが過電圧から保護される。ショットキーバリアダイオードはボンディングパッド電極２０の下に配置されているので、ショットキーダイオードを設けることによる半導体発光装置の大型化を抑えることができる。
【特許文献１】特開２００６−６６８６３号公報
【特許文献２】特開２００１−２３７４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、主半導体領域２に応力が発生することを抑制するためにボンディングパッド電極２０の下に内周側絶縁膜１７´を配置すると、ボンディングパッド電極２０から光透過性導電膜１９の上に延在している帯状接続導体層２２´に段差部分が生じる。帯状接続導体層２２´は光の取り出しに対する妨害を少なくするためにできるだけ幅狭に形成されるので、帯状接続導体層２２´が段差部分（内周側絶縁膜１７´の外周端）で切断することがある。
従って、本発明が解決しようとする課題は、過電圧保護素子を伴なった半導体発光装置の小型化を図ると共に主半導体領域２の電流の均一化を図ることが困難なことである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するための本発明は、
一方の主面と他方の主面とを有し且つ導電性を有している基板と、
光取り出し可能な第１の主面と前記第１の主面に対向し且つ前記基板の前記一方の主面に電気的及び機械的に結合されている第２の主面とを有し且つ光を発生するための複数の半導体層を含んでおり且つ前記第１の主面から前記第２の主面に貫通する孔を有している主半導体領域と、
前記孔を覆い且つ前記主半導体領域の前記第１の主面の一部を覆っているボンディングパッド電極と、
前記基板に形成された基板電極と、
前記ボンディングパッド電極と前記基板の他方の主面との間に配置され且つ前記ボンディングパッド電極と前記基板電極との両方に電気的に接続された過電圧保護素子と、
前記主半導体領域の前記一方の主面上に形成された光透過性導電膜と、
前記ボンディングパッド電極と前記主半導体領域の前記一方の主面との間に配置された第１の部分と前記ボンディング電極と前記主半導体領域の前記一方の主面との間から外れており且つ前記第１の部分に連続的しており且つ前記光透過性導電膜の少なくとも一部を覆っている第２の部分とを有し、且つ前記第２の部分に前記光透過性導電膜を露出させるための孔が設けられている光透過性絶縁膜と、
前記絶縁膜の表面の一部を帯状に覆っており且つ前記ボンディングパッド電極に接続されている被覆部分と前記絶縁膜の前記孔の中に充填されており且つ前記被覆部分に連続しており且つ前記光透過性導電膜に接続されている充填部分とを有し、且つ光透過性導電膜よりも抵抗率の小さい導電性材料で形成されている接続導体層とを備えていることを特徴とする過電圧保護素子を伴った半導体発光装置に係わるものである。
本発明における光は、前記主半導体領域から放射する光を意味する。また、前記ボンディングパッド電極とはワイヤ等の導体を接続するための電極を意味する。
【００１７】
なお、請求項２に示すように、前記接続導体層は、平面的に見て前記ボンデイングパッド電極から離れる方向に延びている複数の帯状導体層から成ることが望ましい。
また、請求項３に示すように、前記絶縁膜の孔は平面的に見て前記接続導体層の前記被覆部分の中に帯状に形成されていることが望ましい。
また、請求項４に示すように、前記絶縁膜は、前記光透過性導電膜よりも高い光透過性を有する材料で形成されていることが望ましい。
また、請求項５に示すように、前記基板は半導体基板であり、前記保護素子は、前記半導体基板に設けられたショットキーバリアダイオード形成領域と、前記ショットキーバリアダイオード形成領域にショットキー接触し且つ前記ボンディングパッド電極に接続されている金属層とから成ることが望ましい。
また、請求項６に示すように、前記基板は半導体基板であり、前記保護素子は前記半導体基板に形成された少なくとも１つのpｎ接合を含むダイオードであり、前記ダイオードの一端は前記ボンディングパッド電極に接続され、他端は基板電極に接続されていることが望ましい。
また、請求項７に示す要に、前記保護素子は、前記主半導体領域の前記孔の中に配置されたバリスタ、コンデンサ、及びダイオードから選択された１つの電子素子であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は次の効果を有する。
（１）  光透過性導電膜の上に孔を有する絶縁膜が設けられ、接続導体層が絶縁膜の表面の一部を覆うと共に絶縁膜の孔を介して光透過性導電膜に接続されているので、接続導体層が切断し難い。従って、半導体発光装置の製造歩留を向上させることができる。
（２）  接続導体層は光透過性絶縁膜よりも抵抗率の小さい材料で形成されているので、光透過性絶縁膜のみの場合に比べて主半導体領域の外周部分に電流を良好に分散させることができ、主半導体領域における電流の均一性が高くなり、発光効率が向上する。
（３）ボンディングパッド電極と主半導体領域との間に応力緩和機能を有する絶縁膜が介在しているので、ボンディングパッド電極に基づいて主半導体領域に発生する応力の発生を抑制することができ、主半導体領域の発光特性の低下を防ぐことができる。
（４）ボンディングパッド電極と基板の他方の主面との間に過電圧保護素子が形成されているので、過電圧保護機能を伴った半導体発光装置の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、図２〜図１９を参照して本発明の実施形態を説明する。
【実施例１】
【００２０】
図２〜図４に示す本発明の実施例1に従う過電圧保護素子を伴った半導体発光装置発光装置、即ち発光ダイオードと過電圧保護素子としてのショットキーバリアダイオードとの複合半導体装置は、図１の半導体発光装置における内周側絶縁膜１７´と外周側絶縁膜２３とを変形したものに相当する絶縁膜１７を設け、且つ帯状接続導体層２２´を変形したものに相当する帯状接続導体層２２を設け、この他は図１と同様に構成したものである。従って、図２〜図４に示す本発明の実施例1に従う過電圧保護素子を伴った半導体発光装置は、図１の半導体発光装置と同様に、半導体基板１と、発光素子を構成するための主半導体領域２と、第１の電極３と、第２の電極（基板電極）４と、ショットキー接触金属層１８とを備えている。以下、各部を詳しく説明する。
【００２１】
半導体基板１は導電型決定用不純物としてボロン等の3族元素を含むｐ型単結晶シリコン基板から成り、一方の主面５と他方の主面６とを有し且つほぼ中央に保護素子形成領域７を有している。半導体基板１のp型不純物濃度は、例えば5×1018〜5×1019cm-3程度あり、抵抗率は0.0001Ω・ｃm〜0．01Ω・ｃm程度である。従って、半導体基板１は導電性基板であり、発光素子及び保護素子の電流通路として機能する。即ち、半導体基板１の中央の保護素子形成領域７はショットキーバリアダイオードの本体部としても機能すると共にこの電流通路として機能し、また半導体基板１の保護素子形成領域７を囲む外側領域８は発光素子の電流通路として機能する。更に、半導体基板１は、主半導体領域２のエピタキシャル成長のための基板としての機能、及び発光素子を構成するための主半導体領域２と第１の電極３との支持体としての機能を有する。半導体基板１の好ましい厚みは比較的厚い100〜500μmである。なお、図２及び図3から明らかなように半導体基板１の一方の主面５の外周部分に段差が形成され且つ中央に凹部９が形成されているが、半導体基板１の一方の主面５の全部を平坦にすることができる。また、半導体基板１の導電型をｎ型にすることができる。また、半導体基板１の外側領域８の不純物濃度を保護素子形成領域７よりも高くし、これにより、外側領域８の抵抗率を保護素子形成領域７よりも低くし、発光素子の動作時の外側領域８における電圧降下を低減することができる。
【００２２】
発光素子の主要部を構成するための主半導体領域２は、シリコン半導体基板１と異種の３−５族化合物半導体から成る複数の層を有し、シリコン半導体基板１の上に周知の気相成長法によって形成されている。更に詳細には、主半導体領域２は、ダブルヘテロ接合発光ダイオードを構成するためにｎ型バッファ層１０とｎ型半導体層１１と活性層１２とｐ型半導体層１３とを順次に有している。なお、ｎ型半導体層１１をｎ型クラッド層と呼び、ｐ型半導体層１３をｐ型クラッド層と呼ぶことがある。発光ダイオードは原理的にｎ型半導体層１１とｐ型半導体層１３のみで構成できる。従って、主半導体領域２からｎ型バッファ層１０と活性層１２とのいずれか一方又は両方を省くことができる。また、必要に応じて周知の電流分散層又はオーミックコンタクト層等を主半導体領域２に付加することができる。主半導体領域２の第１の主面１４及び第２の主面１５は半導体基板１に平行に延びている。主半導体領域２の第１の主面１４は活性層１２で発生した光を外部に取り出す面としての機能を有する。主半導体領域２の第２の主面１５は半導体基板１に電気的及び機械的に結合されている。
【００２３】
図1では図示を簡単にするためにｎ型バッファ層１０が１つの層で示されているが、実際には複数の第1の層と複数の第２の層とから成り、第1の層と第２の層とが交互に配置されている。なお、ｎ型バッファ層１０の最も下に第1の層が配置される。
ｎ型バッファ層１０の第1の層は、Ａｌ（アルミニウム）を含む窒化物半導体であることが望ましく、例えば、
化学式  ＡｌxＭyＧａ1-x-yＮ
ここで、前記Ｍは、Ｉｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも1種の元素、
前記ｘ及びｙは、  ０＜ｘ≦１、
０≦ｙ＜１、
ｘ＋ｙ≦１
を満足する数値、
で示される材料に不純物を添加したものから成る。本実施例では、第１の層がＡｌＮ（窒化アルミニウム）で形成されている。アルミニウムを含む第１の層の格子定数及び熱膨張係数は第２の層よりもシリコン半導体基板１に近い。第１の層の好ましい厚みは、0.5ｎｍ〜５ｎｍである。第１の層の厚みが0.5ｎｍ未満の場合には上面に形成される主半導体領域２の平坦性が良好に保てなくなる。第１の層の厚みが５ｎｍを超えると、量子力学的トンネル効果が得られなくなる。
第２の層は、バッファ層１０の緩衝機能を更に高めるためのものであって、Ａｌを含まないか又はＡｌの割合が第１の層のＡｌの割合よりも小さいｎ型窒化物半導体から成る。この条件を満足させることができる第２の層は、例えば、
化学式  ＡｌaＭbＧａ1-a-bＮ
ここで、前記ＭはＩｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも１種の元素、
前記ａ及びｂは、  ０≦ａ＜１、
０≦ｂ＜１、
ａ＋ｂ≦１、
ａ＜ｘ
を満足させる数値、
で示される材料にｎ型不純物を添加したものである。本実施例では、第２の層がＧａＮ（窒化ガリウム）で形成されている。第２の層の好ましい厚みは、0.5ｎｍ〜２００ｎｍである。第２の層の厚みが0.5ｎｍ未満の場合には上面に形成されるｎ型半導体層１１と活性層１２とｐ型半導体層１３の平坦性が良好に保てなくなる。第２の層の厚みが２００ｎｍを超えると、バッファ層１０にクラックが発生する恐れがある。
この実施例ではｐ型のシリコン半導体基板１に対してｎ型のバッファ層１０が接触しているが、シリコン半導体基板１とバッファ層１０とはヘテロ接合であり且つ両者間に合金化領域（図示せず）が生じているので、順方向バイアス電圧が両者に印加された時のシリコン半導体基板１とバッファ層１０との接合部における電圧降下は小さい。なお、ｐ型シリコン半導体基板１の代わりｎ型シリコン半導体基板を使用し、ｎ型シリコン半導体基板の上にｎ型のバッファ層１０を形成することも勿論可能である。また、バッファ層１０を多層構造にしないで、１つの層で形成することも勿論可能である。
【００２４】
バッファ層１０の上に配置されたｎ型半導体層１１は、
化学式  ＡｌaＭbＧａ1-a-bＮ
ここで、前記ＭはＩｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも１種の元素、
前記ａ及びｂは、  ０≦ａ≦１、
０≦ｂ＜１、
ａ＋ｂ≦１
ａ＜ｘ
を満足させる数値、
で示される窒化物半導体から成ることが望ましく、GaN等のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体から成ることが更に望ましい。
【００２５】
ｎ型半導体層１１の上に配置された活性層１２は、
化学式  ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ、
ここでｘ及びｙは０≦ｘ＜１、
０≦ｙ＜１、を満足する数値、
で示される窒化物半導体から成ることが望ましい。なお、図１では活性層１２が１つの層で概略的に示されているが、実際には周知の多重量子井戸構造を有している。勿論、活性層１２を１つの層で構成することもできる。また、この実施例では活性層１２に導電型決定不純物がドーピングされていないが、ｐ型又はｎ型不純物をドーピングすることができる。
【００２６】
活性層１２の上に配置されたｐ型半導体層１３は、
化学式  ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ、
ここでｘ及びｙは０≦ｘ＜１、
０≦ｙ＜１、を満足する数値、
で示される窒化物半導体にｐ型不純物をドーピングしたものから成ることが望ましい。この実施例では、ｐ型半導体層１３が厚さ５００ｎｍのｐ型ＧａＮで形成されている。
【００２７】
主半導体領域２は、第１の主面１４から第２の主面１５に貫通する孔１６をそのほぼ中央に有している。この孔１６はシリコン半導体基板１の凹部９に連続している。孔１６及び凹部９は、凹部９を形成する前のシリコン半導体基板１の上に主半導体領域２をエピタキシャル成長させた後にエッチングによって形成される。このため、シリコン半導体基板１と主半導体領域２との間に生じた合金化層は除去され、シリコン半導体基板１の凹部９の表面にシリコンが露出する。また、図７から明らかなように孔１６及び凹部９の壁面は主半導体領域２の第１の主面１４から第２の主面１５に向って先細になるように傾斜している。なお、シリコン半導体基板１の凹部９は保護素子形成領域７に設けられている。
【００２８】
第1の電極（上側電極）３は、光透過性導電膜１９と、ボンディングパッド電極２０と、帯状接続導体層２２とから成る。ボンディングパッド電極２０は帯状接続導体層２２を介して光透過性導電膜１９に接続されていると共にショットキー接触金属層１８にも接続されている。従って、ボンディングパッド電極２０は発光ダイオードのアノード機能の他にショットキーバリアダイオードのカソード機能を有する。
【００２９】
光透過性導電膜１９は主半導体領域２の第１の主面１４即ちｐ型半導体層１３の表面のほぼ全部に配置され、ここにオーミック接触している。従って、既に説明したように光透過性導電膜１９は主半導体領域２に電流を均一に流すために寄与し、且つ主半導体領域２から放射された光の取り出しを可能にする。この実施例の光透過性導電膜１９は厚さ１８００オングストローム程度のＩＴＯ（インジウム・錫・オキサイド）から成る。なお、光透過性導電膜１９をＩＴＯ以外のＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ａｕ、Ａｇ等から選択された材料で形成することもできる。しかし、いずれの材料で形成する場合であっても光透過性導電膜１９の光透過性を高めることが必要であり、光透過性導電膜１９をあまり厚く形成することができず、例えば５００〜５０００オングストローム、好ましくは１８００オングストローム程度に形成される。光透過性導電膜１９が薄く形成されると、光透過性導電膜１９のシート抵抗が必然的に高くなり、主半導体領域２のボンディングパッド電極２０から離れた部分に電流を十分に流すことができない。この問題を解決するために図２〜図３の実施例においては、図１の帯状接続導体層２２´を変形した帯状接続導体層２２が設けられている。図２〜図４の実施例１の帯状接続導体層２２は、図１の帯状接続導体層２２´と同様に光透過性導電膜１９とボンディングパッド電極２０とを電気的に接続し、主半導体領域２における電流の均一性の向上に寄与する。しかし、図２〜図４の実施例１の帯状接続導体層２２は、図１の帯状接続導体層２２´と異なる構成を有する。図２〜図４の実施例１の帯状接続導体層２２の構成は後述する絶縁膜１７と密接な関係を有する。
【００３０】
図２〜図４の実施例１の絶縁膜１７は、光透過性導電膜１９の大部分、主半導体領域２の光透過性導電膜１９で覆われていない第１の主面１４及び側面、及び凹部９の壁面及び底面の一部を覆っており、
（１）ボンディングパッド電極２０と主半導体領域２の側面との間を電気的に分離する機能、
（２）ボンディングパッド電極２０と半導体基板１との間を電気的に分離する機能、
（３）主半導体領域２及び半導体基板１の表面を保護する機能、
（４）帯状接続導体層２２を所定パターンに形成するためのエッチング処理時にエッチング液から光透過性導電膜１９を保護する機能、
（５）ボンディングパッド電極２０に基づいて主半導体領域２に応力が発生することを抑制する機能即ち応力緩和機能、及び
（６）帯状接続導体層２２の光透過性導電膜１９に対する接続箇所を特定する機能を有する。
【００３１】
絶縁膜１７は上記機能を得るために光透過性導電膜１９よりも光透過性が良い材料、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ２）、によって光透過性導電膜１９、主半導体領域２、及び半導体基板１の表面を覆うように形成されている。絶縁膜１７は光透過性導電膜１９よりも光透過性が良い材料（ＳｉＯ２）から成るので、この厚みを光透過性導電膜１９よりも厚い例えば１５００〜１００００オングストロームとすることができる。絶縁膜１７は図２及び図３から明らかなようにショットキー接触金属層１８が充填された第１の孔１７ａをその中央に有する他に、図５から明らかなようにボンディングパッド電極２０から光透過性導電膜１９の外周方向に帯状に伸びる複数（４個）の第２の孔１７ｂを有する。図５では光透過性導電膜１９の平面形状が長方形であるので、帯状の第２の孔１７ｂが屈曲しているが、ボンディングパッド電極２０から放射状に延びる形状にすることもできる。帯状の第２の孔１７ｂの一端はボンディングパッド電極２０にできるだけ近いことが望ましく、帯状の第２の孔１７ｂの他端は光透過性導電膜１９の外周縁にできるだけ近いことが望ましい。帯状の第２の孔１７ｂの幅は、帯状接続導体層２２よりも狭く且つ帯状接続導体層２２によるボンディングパッド電極２０と光透過性導電膜１９との電気的接続を確保できる範囲においてできるだけ狭いことが望ましく、例えば２μm〜１０μｍ程度に決定される。なお、ボンディングパッド電極２０と光透過性導電膜１９との電気的接続のための第２の孔１７ｂはボンディングパッド電極２０の下を除いたこれよりも外側に設けられ、絶縁膜１７の第２の孔１７ｂを有さない部分がボンディングパッド電極２０と主半導体領域２との間に配置されているので、ボンディングパッド電極２０に基づいて主半導体領域２に発生する応力が絶縁膜１７によって良好に抑制されている。
【００３２】
帯状接続導体層２２は、図２から明らかなように絶縁膜１７の４個の第２の孔１７ｂに対応して４個設けられている。各帯状接続導体層２２は絶縁膜１７の上に配置された帯状の被覆部分２４と第２の孔１７ｂの中に配置された充填部分２５とを有する。帯状接続導体層２２の幅は絶縁膜１７の第２の孔１７ｂの幅よりも僅かに広く決定されている。帯状接続導体層２２の被覆部分２４の一端はボンディングパッド電極２０の下に配置され、ボンディングパッド電極２０に電気的に接続されている。帯状接続導体層２２の被覆部分２４の他端は第２の孔１７ｂの外側端部よりも少し外側まで延在している。帯状接続導体層２２の充填部分２５は光透過性導電膜１９に電気的に接続されている。帯状接続導体層２２は、光透過性導電膜１９よりも抵抗率の低い材料で形成され、且つ光透過性導電膜１９よりも低いシート抵抗率を有する。この実施例では絶縁膜１７の上全体及び第２の孔１７ｂの中にＡｕ（金）を２５００〜１０００００オングストローム程度に蒸着し、その後エッチングによって不用部分を除去することによって帯状接続導体層２２が形成されている。なお、帯状接続導体層２２をＡｕＧｅ層とＡｕ層との複合層で形成すること、又はＡｕ、ＡｕＧｅと異なる別の金属又は合金で形成することもできる。帯状接続導体層２２は絶縁膜１７の第２の孔１７ｂよりも広い幅に形成されているので、帯状接続導体層２２の被覆部分２４と充填部分２５との境界は絶縁膜１７に形成されている帯状の第２の孔１７ｂの縁の全周に沿って存在し、この境界の長さは帯状接続導体層２２の幅よりも大幅に長くなる。従って、帯状接続導体層２２の被覆部分２４と充填部分２５との間の接続の信頼性が向上し、両者間が切断する虞がなくなる。
帯状接続導体層２２の充填部分２５は図１の帯状接続導体層２２´と同様にボンディングパッド電極２０から光透過性導電膜１９の外周端近くまで延びているので、光透過性導電膜１９を介して活性層１２を含む主半導体領域２に電流を良好に分散して流すために寄与する。
【００３３】
ショットキー電極として機能するショットキー接触金属層１８は例えばＴｉ、Pt、Cr、Al、Sm、ＰｔSi、Pd2Ｓi等から選択された１つ又は複数から成り、絶縁膜１７の第１の孔１７ａを介してシリコン半導体基板１の凹部９の表面にショットキー接触している。保護素子としてのショットキーダイオードは半導体基板１の保護素子形成領域７とショットキー接触金属層１８とによって形成されている。ショットキー接触金属層１８は平面的に見てボンディングパッド電極２０の内側に配置されている。従って、保護素子としてのショットキーダイオードを設けることによって半導体基板１及び主半導体領域２の面積の増大が抑制されている。
【００３４】
ボンディングパッド電極２０は光透過性導電膜１９よりも抵抗率の低い材料（例えば、Ａｕ，Ｎｉ）からなり、ショットキー接触金属層１８及び帯状接続導体層２２に接続されている。ボンディングパッド電極２０には図２及び図３で破線で示すＡｌ又はＡｕ等から成る外部接続用ワイヤ２１が結合される。ボンディングパッド電極２０は外部接続用ワイヤ２１のボンディングに耐えることができる厚み（例えば１００ｎｍ〜１００μｍ）を有する。従って、ボンディングパッド部分２０を光が透過することはできない。この実施例では図2から明らかなようにボンディングパッド電極２０の平面形状は円形であるが、これを楕円形又は四角形又は多角形等の別の形状にすることができる。また、半導体基板１の平面形状を正方刑又は円形等に変形することができる。
【００３５】
ボンディングパッド電極２０は平面的に見て、即ち主半導体領域２の第１の主面１４又はシリコン半導体基板１の一方の主面５に対して垂直な方向から見て、
保護素子形成領域７の全部を覆うように形成することが望ましい。しかし、平面的に見て保護素子形成領域７の一部がボンディングパッド電極２０からはみ出しても差し支えない。
【００３６】
第2の電極（基板電極）４は金属層からなり、半導体基板１の他方の主面６の全面に形成されている。即ち、第2の電極４は半導体基板１の保護素子形成領域７及び外周側領域８の両方の下面にオーミック接触している。なお、第2の電極４を図２、図３で点線で示すように半導体基板１の一方の主面５の外周側に配置することもできる。
【００３７】
図２〜図４に示す過電圧保護機能を有する半導体発光装置は、図８に示す発光素子としての発光ダイオード３１と過電圧保護素子としてのショットキーバリアダイオード３２との逆並列接続回路として機能する。ショットキーバリアダイオード３２は、主半導体領域２からなる発光ダイオード３１に所定値以上の逆方向の過電圧（例えばサージ電圧）が印加された時に導通する。これにより、発光ダイオード３１の電圧はショットキーバリアダイオード３２の順方向電圧に制限され、発光ダイオード３１が静電気等に基づく逆方向の過電圧から保護される。ショットキーバリアダイオード３２の順方向の導通開始電圧は発光ダイオード３１の許容最大逆方向電圧以下に設定される。
【００３８】
本実施例１は次の効果を有する。
（１）光透過性導電膜１９の上に第２の孔１７ｂを有する絶縁膜１７が設けられ、帯状接続導体層２２が絶縁膜１７の第２の孔１７ｂを介して光透過性導電膜１９に接続されているので、帯状接続導体層２２の被覆部分２４と充填部分２５との境界長が長くなり、帯状接続導体層２２が切断し難くなる。従って、信頼性の高い半導体発光装置を提供することができ、且つ製造歩留を向上させることができる。
（２）帯状接続導体層２２は光透過性絶縁膜１９よりも抵抗率の小さい材料で形成されているので、光透過性絶縁膜１９のみの場合に比べて主半導体領域２の外周部分に電流を良好に分散させることができ、主半導体領域２の活性層１２における電流の均一性が高くなり、発光効率が向上する。
（３）ボンディングパッド電極２０と主半導体領域２との間に応力緩和機能を有する絶縁膜１７が介在しているので、ボンディングパッド電極２０に基づく主半導体領域２の応力の発生を抑制することができ、主半導体領域２の発光特性の低下を防ぐことができる。
（４）絶縁膜１７が光透過性絶縁膜１９よりも光透過性が良いＳｉＯ２からなり、且つ光透過性絶縁膜１９よりも厚く形成されているので、主半導体領域２の帯状接続導体層２１の下の部分に発生した光を図６で破線２６で示すように絶縁膜１７を介して外に導出することができ、発光効率を向上させることができる。もし、帯状接続導体層２１の幅方向の全部が光透過性絶縁膜１９に接触していれば、図６で破線２６で示すような光の導出は生じない。
（５）光透過性絶縁膜１９が絶縁膜１７で被覆されているので、帯状接続導体層２２を所定パターンに形成するためのエッチング処理時にエッチング液から光透過性導電膜１９を保護することができる。
（６）  保護素子形成領域７が平面的に見てボンディングパッド電極２０の下に配置されている。従って、発光素子の光取り出し面積の低減を抑制して保護素子を形成することができ、保護素子内蔵の半導体発光装置の小型化を図ることができる。
（７）保護素子形成領域７が半導体基板１内に設けられているので、保護素子としてのショットキーバリアダイオード３２を容易かつ低コストに得ることができる。
【実施例２】
【００３９】
次に、図９に示す実施例２に係わる過電圧保護機能を有する半導体発光装置を説明する。但し、図９及び後述する図１０〜図１９において、図２〜図４と実質的に同一の部分、及び図９〜図１９において相互に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４０】
図９に示す実施例２に係わる過電圧保護機能を有する半導体発光装置は、シリコン半導体基板１の保護素子形成領域７にｐｎ接合ダイオードを構成するためのｎ型半導体領域40を形成し且つ図３の金属層１８を省き、この他は図３と実質的に同一に形成したものである。
即ち、図９の半導体発光装置の保護素子は半導体基板１に形成された１つの ｐｎ接合を含む保護ダイオードから成る。この保護ダイオードは、第１導電型半導体領域としてのｐ型半導体基板１と、このｐ型半導体基板１の保護素子形成領域７の中に島状に形成され且つ半導体基板１の一方の主面５に露出する表面を有している第２導電型半導体領域としてのｎ型半導体領域40とから成る。ｎ型半導体領域40はｐ型シリコン半導体基板１にｎ型不純物を拡散することによって形成されており、ｐ型シリコン半導体基板１との間にｐｎ接合を形成している。ボンディングパッド電極２０の先端部分１８ａは保護素子形成領域７の表面の凹部９に露出しているｎ型半導体領域40にオーミック接触している。なお、ボンディングパッド電極２０の先端部分１８ａとｎ型半導体領域40との間にｎ型半導体領域４０に対して良好にオーミック接触する金属層を追加して配置するこができる。ｎ型半導体領域40は、平面的に見て、即ち主半導体領域２の一方の主面１４又はシリコン半導体基板１の一方の主面５に対して垂直な方向から見て、ボンディングパッド電極２０の内側に配置されている。
【００４１】
第１の電極３は発光素子及びｐｎ接合ダイオードの一方の電極として機能し、第２の電極４は発光素子及びｐｎ接合ダイオードの他方の電極として機能する。従って、図９に示す過電圧保護機能を有する半導体発光装置の等価回路は、発光ダイオードとｐｎ接合ダイオードとの逆並列接続回路となる。即ち、図９に示す過電圧保護機能を有する半導体発光装置の等価回路は、図８のショットキーバリアダイオード３２をｐｎ接合ダイオードに置き換えたものになる。ｐｎ接合ダイオードは発光ダイオードに所定値以上の逆方向の過電圧が印加された時に導通し、発光ダイオードを静電気等に基づくサージ電圧等の逆方向の過電圧から保護する。
図９の実施例２においても図２〜図４と同様な絶縁膜１７及び帯状接続導体層２２が設けられているので、図２〜図４の実施例１と同様な効果を得ることができる。
【実施例３】
【００４２】
図１０に示す実施例３に係わる過電圧保護機能を有する半導体発光装置は、図３のｐ型シリコン半導体基板１の代わりにｎ型シリコン半導体基板１ａを使用し、このｎ型シリコン半導体基板１ａの保護素子形成領域７にｎｐｎ３層ダイオード、即ち一般にダイアック（ＤＩＡＣ）と呼ばれている双方向性ダイオードを形成するためのｎ型半導体領域40とｐ型半導体領域４１とを形成し且つ図３の金属層１８を省き、この他は図３と実質的に同一に形成したものである。即ち、図１０に示す実施例３に係わる過電圧保護機能を有する半導体発光装置における保護素子は半導体基板１ａの保護素子形成領域７に形成されたｎｐｎ３層ダイオードから成る。この３層ダイオードは、ｎ型シリコン半導体基板１ａと、ｎ型シリコン半導体基板１ａの中に島状に形成され且つ半導体基板１ａの一方の主面５に露出する表面を有しているｐ型半導体領域４１と、ｐ型半導体領域４１の中に島状に形成され且つ半導体基板１ａの一方の主面５に露出する表面を有しているｎ型半導体領域40とから成る。
【００４３】
図１０のｎ型半導体領域40は図９のｎ型半導体領域40よりも少し小さく形成されている。ｐ型半導体領域4１はｎ型半導体領域40をこの表面を除いて囲むように配置されている。ｐ型半導体領域4１はｎ型シリコン半導体基板１ａにｐ型不純物を拡散することによって形成されており、ｎ型シリコン半導体基板１ａとの間にｐｎ接合を形成している。ｎ型半導体領域4０はｐ型半導体領域4１にｎ型不純物を拡散することによって形成されており、ｐ型半導体領域4１との間にｐｎ接合を形成している。ｎ型半導体領域40は保護素子形成領域７の表面の凹部９に露出するように配置されている。ボンディングパッド電極２０の先端部分１８ａはｎ型半導体領域40にオーミック接触している。なお、オーミック接触を良くするための金属層をボンディングパッド電極２０とｎ型半導体領域40との間に追加して配置するこができる。
【００４４】
図１０に示す過電圧保護機能を有する半導体発光装置の等価回路は、発光ダイオードとｎｐｎ３層ダイオードとの逆並列接続回路となる。即ち、図１０に示す過電圧保護機能を有する半導体発光装置の等価回路は、図８のショットキーバリアダイオード３２をｎｐｎ３層ダイオードに置き換えたものになる。ｎｐｎ３層ダイオードは発光ダイオードに所定値以上の逆方向電圧が印加された時、及び所定値以上の順方向電圧が印加された時に導通し、発光ダイオードを逆方向及び順方向の過電圧から保護する。
図１０の実施例３においても図２〜図４と同様な絶縁膜１７及び帯状接続導体層２１が設けられているので、図２〜図４の実施例１と同様な効果を得ることができる。
【実施例４】
【００４５】
図１１に示す実施例４の過電圧保護機能を有する半導体発光装置は、図３の保護素子としてのショットキーバリアダイオードの代わりにコンデンサを設け、この他は図３と同一に形成したものである。
【００４６】
図１１の主半導体領域２の孔１６の中に厚膜コンデンサを形成するための誘電体層５０が配置されている。誘電体層５０は絶縁膜１７を形成するSiO2の比誘電率よりも大きい比誘電率、例えば１２００〜２０００、を有する誘電体磁器材料からなる。この誘電体磁器材料は２族の金属と４族の金属の酸化物である例えばBaTiO3（チタン酸バリウム）又はSrTiO3（チタン酸ストロンチウム）等の主成分と、３族又は５族又はこれらの両方から成る副成分（添加成分）とから成る。３族の金属酸化物は，例えばＮｄ2Ｏ3，Ｌａ2Ｏ3，Ｄａ2Ｏ3，Ｓｍ2Ｏ3，Ｐｒ2Ｏ3，Ｇｄ2Ｏ3，Ｈｏ2Ｏ3から選択された１つ又は複数であり、５族の金属酸化物，例えばＮｂ2Ｏ5，Ｔａ2Ｏ5から選択された１つ又は複数である。誘電体層５０は有機バインダを伴った誘電体磁器材料のペーストを選択的に塗布して焼成する方法、又は誘電体磁器材料の生シート（グリーンシート）を張り付けて焼成する方法等で形成される。誘電体層５０の一方の主面はシリコン基板１に接触し、他方の主面はボンディングパッド電極２０に接触している。従って、シリコン基板１と誘電体層５０とボンディングパッド電極２０とによってコンデンサが形成されている。
【００４７】
図１１に示す過電圧保護機能を有する半導体発光装置の等価回路は、発光ダイオードとコンデンサとの並列接続回路となる。即ち、図１１に示す過電圧保護機能を有する半導体発光装置の等価回路は、図８のショットキーバリアダイオード３２をコンデンサに置き換えたものになる。コンデンサはサージ電圧等の過電圧から発光素子を保護する。
図１１の実施例４においても図２〜図４と同様な絶縁膜１７及び帯状接続導体層２２が設けられているので、図２〜図４の実施例１と同様な効果を得ることができる。
【００４８】
なお、図１１において、鎖線５１で示すように誘電体層５０の一方の主面にコンデンサ電極を設けることができる。また、誘電体層５０の他方に主面に鎖線５２で示すように、コンデンサ電極を設けることができる。また、誘電体層５０の代りに、チップ状コンデンサ素子を第１の電極３のボンディングパッド電極２０とシリコン基板１の一方の主面５との間に配置することができる。
【実施例５】
【００４９】
図１２に示す実施例５の過電圧保護機能を有する半導体発光装置は、図３のショットキー接合用金属層１８、又は図１１の誘電体層５０の代わりに保護素子としてチップ状のバリスタ素子６０を配置し、この他は図３又は図１１と同一に形成したものである。バリスタ素子６０は半導体磁器層６１とこの一方の主面に配置された一方の電極６２とこの他方の主面に配置された他方の電極６３とから成る。半導体磁器層６１は、BaTiO3、SrTiO3、ZnO等から成る主成分にＮｂ2Ｏ5，Ｐｒ6Ｏ11等の周知の副成分を添加した半導体磁器材料から成る。図１２ではボンディングパッド電極２０とバリスタ素子６０の一方の電極６２との間の絶縁を確保するために、これらの間に絶縁物６４が配置されている。バリスタ素子６０の一方の電極６２はシリコン基板１の一方の主面５に形成されたオーミック電極６５に対して図示が省略された周知の導電性接合材で結合され、他方の電極６３はボンディングパッド電極２０に接続されている。このバリスタ素子６０は例えば１０V程度のバリスタ電圧を有する。
【００５０】
図１２に示す過電圧保護機能を有する半導体発光装置の等価回路は、発光ダイオードとバリスタ素子との並列接続回路となる。即ち、図１２に示す過電圧保護機能を有する半導体発光装置の等価回路は、図８のショットキーバリアダイオード３２をバリスタ素子に置き換えたものになる。バリスタ素子はサージ電圧等の過電圧から発光ダイオードを保護する。
図１２の実施例５においても図２〜図４と同様な絶縁膜１７及び帯状接続導体層２２が設けられているので、図２〜図４の実施例１と同様な効果を得ることができる。
【実施例６】
【００５１】
図１３に示す実施例６の過電圧保護機能を有する半導体発光装置は、図３の金属層１８の代わりに薄膜半導体即ちｎ型半導体薄膜４０aを設け、この他は図３と同一に形成したものである。
ｎ型半導体薄膜４０aは、ｐ型半導体基板１とボンディングパッド電極２０との間に配置されている。このｎ型半導体薄膜４０aは、蒸着、又はCVD（Chemical  Vapor  Deposition）、又はスパッタ、又は印刷（塗布）等の周知の方法で形成され、例えば１nm〜１μｍ程度の厚みを有する。
【００５２】
ｎ型半導体薄膜４０aの材料として、例えば、アモルファス（非晶質）シリコン、ITO、ZnO, SnO2, In2O3、ZnS、ZnSe、ZnSb2O6、CdO、CdIn2O4、MgIn2O4、ZnGa2O4、CdGa2O4、Ga2O3、GaInO3、CdSnO4、InGaMgO4、InGaZnO4、Zn2In2O5、AgSbO3、Cd2Sb2O7、Cd2GeO4、AgInO2、CdS及び CdSeから選択されたものを使用することができる。
【００５３】
図１３のｎ型半導体薄膜４０aは図９のｎ型半導体領域４０と同様に機能し、ｐ型半導体基板１との間にｐｎ接合を形成する。従って、図１３に示す過電圧保護機能を有する半導体発光装置の等価回路は、発光ダイオードとｐｎ接合ダイオードとの逆並列接続回路となる。即ち、図１３に示す過電圧保護機能を有する半導体発光装置の等価回路は、図８のショットキーバリアダイオード３２をｐｎ接合ダイオードに置き換えたものになる。ｐｎ接合ダイオードはサージ電圧等の過電圧から発光ダイオードを保護する。
図１３の実施例６においても図２〜図４と同様な絶縁膜１７及び帯状接続導体層２２が設けられているので、図２〜図４の実施例１と同様な効果を得ることができる。
【実施例７】
【００５４】
図１４の実施例７の過電圧保護機能を有する半導体発光装置は、図３の金属層１８の代わりに、ｐ型半導体薄膜４１aとｎ型半導体薄膜４０aとを設け、この他は図３と同一に構成したものである。別の観点から見ると、この図１４の複合半導体装置は、図１３のｎ型半導体薄膜４０aとｐ型半導体基板１との間にｐ型半導体薄膜４１aを追加したものに相当する。
【００５５】
p型半導体薄膜４１aは、周知の蒸着、又はCVD、又はスパッタ、又は印刷（塗布）法によって形成され、例えば１ｎｍ〜１μｍ程度の厚さを有する。このｐ型半導体薄膜４１aの材料としてｐ型アモルファスシリコン、NiO、Cu2O、FeO、CuAlO2、CuGaO2、及びSrCu2O2から選択されたものを使用することができる。
【００５６】
ｎ型半導体薄膜４０aとｐ型半導体薄膜４１aとの間にｐｎ接合が形成され、且つｐ型半導体薄膜４１aはｐ型半導体基板１にオーミック接触し、ｎ型半導体薄膜４０aはボンディングパッド電極２０にオーミック接触している。従って、図１４に示す過電圧保護機能を有する半導体発光装置の等価回路は、発光ダイオードとｐｎ接合ダイオードとの逆並列接続回路となる。即ち、図１４に示す過電圧保護機能を有する半導体発光装置の等価回路は、図８のショットキーバリアダイオード３２をｐｎ接合ダイオードに置き換えたものになる。薄膜構成のｐｎ接合ダイオードはサージ電圧等の過電圧から発光ダイオードを保護する。
図１４の実施例７においても図２〜図４と同様な絶縁膜１７及び帯状接続導体層２２が設けられているので、図２〜図４の実施例１と同様な効果を得ることができる。
【実施例８】
【００５７】
図１５に示す実施例８の過電圧保護機能を有する半導体発光装置は、図３のｐ型半導体基板１を図１０と同様にｎ型（第１導電型）半導体基板１aに置き換え、図３の金属層１８の代わりに、ｎ型の第１の半導体薄膜７１とｐ型（第１導電型）の第２の半導体薄膜７２とｎ型の第３の半導体薄膜７３とを設け、この他は、図３と同一に構成したものに相当する。
【００５８】
図１５のｎ型の第１の半導体薄膜７１はｎ型半導体基板７aにオーミック接触し、図１３のｎ型半導体薄膜４０aと同様な材料を使用して同様な方法で形成されている。ｎ型の第１の半導体薄膜７１の上に配置されたｐ型の第２の半導体薄膜７２は図１４のｐ型半導体薄膜４１aと同一の材料を使用して同一の方法で形成される。ｐ型の第２の半導体薄膜７２の上に配置されたｎ型の第３の半導体薄膜７３は図１３のｎ型半導体薄膜４０aと同様な材料から成り、且つボンディングパッド電極２０にオーミック接触している。
【００５９】
第１の半導体薄膜７１と第２の半導体薄膜７２と第３の半導体薄膜７３とから成る薄膜３層ダイオードは、図１０のnpn３層ダイオードと同一の機能を有する。
図１５の実施例８においても図２〜図４と同様な絶縁膜１７及び帯状接続導体層２２が設けられているので、図２〜図４の実施例１と同様な効果を得ることができる。
【実施例９】
【００６０】
図１６に示す実施例９の過電圧保護機能を有する半導体発光装置は、図１０のｎ型半導体領域４０の代わりに、ｎ型半導体基板１aの上にｎ型半導体薄膜４０aを設け、この他は図１０と同一に構成したものに相当する。図１６のｎ型半導体薄膜４０aは、図１３において同一符号で示すものと同一の材料を使用して同一方法で形成される。このｎ型半導体薄膜４０aはｐ型半導体領域４１との間にｐｎ接合を形成し、またボンディングパッド電極２０にオーミック接触している。従って、ｎ型半導体基板１aとp型半導体領域４１とｎ型半導体薄膜４０aとによって図１０のｎpn３層ダイオードと同一の機能を得ることができる。
図１６の実施例９においても図２〜図４と同様な絶縁膜１７及び帯状接続導体層２２が設けられているので、図２〜図４の実施例１と同様な効果を得ることができる。
【実施例１０】
【００６１】
図１７は実施例１０に従う絶縁膜１７の変形された第２の孔１７ｂ´を示す。図１７では１つの帯状接続導体層２２に対して複数の第２の孔１７ｂ´が設けられている。換言すれば、図５に示す１つの第２の孔１７ｂが複数の第２の孔１７ｂ´に分割されている。図１７の第２の孔１７ｂ´は図示が省かれているボンディングパッド電極２０から離れるに従って大きくなっている。この結果、光透過性絶縁膜１９の単位面積に対する第２の孔１７ｂ´の面積の割合は、ボンディングパッド電極２０から離れるに従って大きくなっている。これにより、主半導体領域２における電流の均一性を更に高めることができる。帯状接続導体層２２は複数の第２の孔１７ｂ´の中にそれぞれ充填されているので、図２〜図４の実施例１と同様に切断し難い。従って、図１７の実施例によっても図２〜図４の実施例１と同様な効果を得ることができる。
【実施例１１】
【００６２】
図１８は実施例１１に従う絶縁膜１７の変形された第２の孔１７ｂ´´を示す。図１８の第２の孔１７ｂ´´の幅は図示が省かれているボンディングパッド電極２０から離れるに従って広くなっている。この結果、光透過性絶縁膜１９の単位面積に対する第２の孔１７ｂ´の面積の割合は、ボンディングパッド電極２０から離れるに従って大きくなっている。これにより、図１７の実施例１０と同様に主半導体領域２における電流の均一性を更に高めることができる。
従って、図１８の実施例によっても図２〜図４の実施例１と同様な効果を得ることができる。
【実施例１２】
【００６３】
図１９は実施例１２に従う変形された絶縁膜１７´´を有する半導体発光装置の一部を示す。図１９の絶縁膜１７´´は、光透過性絶縁膜１９の全面を覆うように形成されず、一部のみを覆っている。即ち、絶縁膜１７´´は帯状接続導体層２２と同様に帯状パターンを有している。ただし、図示が省かれているボンディングパッド電極２０と主半導体領域２との間には実施例１と同様に絶縁膜１７´´が介在している。図１９は実施例１２は、光透過性絶縁膜１９の保護の点で実施例１よりも劣るが、光の取り出し効率の点で実施例１よりも優れている。
【００６４】
本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１）図５に示す実施例１に従う絶縁膜１７の４つの第２の孔１７ｂを相互の連結する孔（溝）を設け、この連結孔（溝）の中及びここに隣接する絶縁膜１７の上にも帯状接続導体層２２を設けることができる。即ち、第２の孔１７ｂ及び帯状接続導体層２２を格子状又はメッシュ状等に変形することができる。
（２）ボンディングパッド電極２０の下に４つの帯状接続導体層２２を相互に連結する連結導体層を設けることができる。
（３）  シリコン半導体基板１又は１ａを単結晶シリコン以外の多結晶シリコン又はＳｉＣ等のシリコン化合物、又は３−５族化合物半導体とすることができる。また、図１１、図１２、図１４、図１５の実施例においては、シリコン半導体基板１を金属基板とすることができる。
（４）  シリコン半導体基板１又は１ａ及び主半導体領域２の各層及び保護素子の各層又は各膜の導電型を実施例と逆にすることができる。
（５）主半導体領域２に、周知の電流分散用半導体層及びコンタクト用半導体層を設けることができる。
（６）図１２の保護素子としての磁器バリスタ素子６０の代わりにシリコンバリスタ素子、定電圧ダイオード、整流ダイオード、３層ダイオード等のチップ状保護素子を配置することができる。
（７）ボンディングパッド電極２０にワイヤ２１以外の棒状又は板状等の別の導体部材を接続することができる。
（８）半導体基板１又は１ａの上に主半導体領域２を気相成長させる代わりに、半導体基板１又は１ａ又は金属基板に主半導体領域２を熱圧着等で貼り合わせることができる。
（９）主半導体領域２から基板１又は１ａ側に放射された光を主半導体領域２の第１の主面１４側に反射させる光反射層を設けることができる。
（１０）図３においてショットキー接触金属層１８を設ける代わりに、孔１６の中に主半導体領域２を構成する層１０〜１３と同一の複数の半導体層を、主半導体領域２から電気的に分離して残存させ、この残存させた複数の半導体層の内の一部を使用してショットキーバリアダイオード等の過電圧保護素子を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】従来の過電圧保護機能を有する半導体発光装置を概略的に示す中央縦断面図である。
【図２】本発明の実施例１に従う過電圧保護機能を有する半導体発光装置を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図２の過電圧保護機能を有する半導体発光装置の絶縁膜よりも下の部分を示す平面図である。
【図６】図２のＣ−Ｃ線の一部を拡大して示す断面図である。
【図７】図３の主半導体領域と半導体基板の一部とを示す断面図である。
【図８】図２の過電圧保護機能を有する半導体発光装置の電気回路図である。
【図９】実施例２の過電圧保護機能を有する半導体発光装置を図３と同様に概略的に示す中央縦断面図である。
【図１０】実施例３の過電圧保護機能を有する半導体発光装置を図３と同様に概略的に示す中央縦断面図である。
【図１１】実施例４の過電圧保護機能を有する半導体発光装置を図３と同様に概略的に示す中央縦断面図である。
【図１２】実施例５の過電圧保護機能を有する半導体発光装置を図３と同様に概略的に示す中央縦断面図である。
【図１３】実施例６の過電圧保護機能を有する半導体発光装置を図３と同様に概略的に示す中央縦断面図である。
【図１４】実施例７の過電圧保護機能を有する半導体発光装置を図３と同様に概略的に示す中央縦断面図である。
【図１５】実施例８の過電圧保護機能を有する半導体発光装置を図３と同様に概略的に示す中央縦断面図である。
【図１６】実施例９の過電圧保護機能を有する半導体発光装置を図３と同様に概略的に示す中央縦断面図である。
【図１７】実施例１０の過電圧保護機能を有する半導体発光装置の絶縁膜の一部を概略的に示す断面図である。
【図１８】実施例１１の過電圧保護機能を有する半導体発光装置の絶縁膜の一部を概略的に示す断面図である。
【図１９】実施例１２の過電圧保護機能を有する半導体発光装置の一部を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１、１ａ  シリコン半導体基板
２  主半導体領域
３  第１の電極  
４  第２の電極
７  保護素子形成領域
１７  絶縁膜
１７ｂ  第２の孔
１９  光透過性絶縁膜
２０  ボンディングパッド電極
２２  帯状接続導体層
【図１】
2007311506.tif 000003
【図２】
2007311506.tif 000004
【図３】
2007311506.tif 000005
【図４】
2007311506.tif 000006
【図５】
2007311506.tif 000007
【図６】
2007311506.tif 000008
【図７】
2007311506.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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