專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)該半導(dǎo)體發(fā)光元件的保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
近年，作為半導(dǎo)體發(fā)光元件，使用氮化物半導(dǎo)體材料的發(fā)光元件為人們所關(guān)注。依據(jù)該發(fā)光元件，能夠發(fā)出365nm～550nm左右范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的光。
但這種使用氮化物半導(dǎo)體材料的發(fā)光元件抗靜電破壞能力較小，例如施加比100V高的浪涌電壓就開始被破壞。為靜電保護(hù)，可考慮在同一封裝件內(nèi)與發(fā)光元件一起裝入二極管和電容等的保護(hù)元件，但這會(huì)增加部件數(shù)量。為解決此問題，在日本的特許公開公報(bào)10-200159號(hào)(以下稱為專利文獻(xiàn)1)和特許公開公報(bào)10-135519號(hào)(以下稱為專利文獻(xiàn)2)中公開了單一半導(dǎo)體襯底內(nèi)集成發(fā)光元件和保護(hù)元件的方案。即，專利文獻(xiàn)1中公開了在藍(lán)寶石襯底上設(shè)置發(fā)光元件和保護(hù)用二極管，并將保護(hù)用二極管與發(fā)光元件并聯(lián)的方案。另外，在專利文獻(xiàn)2中公開了在藍(lán)寶石襯底上形成的發(fā)光元件上配置保護(hù)用電容，并將保護(hù)用電容與發(fā)光元件并聯(lián)的方案。
但是，專利文獻(xiàn)1和2中記載的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，由于構(gòu)成保護(hù)元件的區(qū)域成為非發(fā)光區(qū)，半導(dǎo)體元件所占的有效發(fā)光面積變小。換言之，為得到具有預(yù)期的發(fā)光強(qiáng)度的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，元件的平面尺寸增大。
另外，由于需要電連接發(fā)光元件和保護(hù)元件用的布線導(dǎo)體，使元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決伴隨保護(hù)元件難以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體發(fā)光裝置小型化的課題。
為解決上述課題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于該復(fù)合半導(dǎo)體裝置包括具有一個(gè)主面和另一主面且具有導(dǎo)電性的襯底；具有可取出光的第一主面和與所述第一主面相對(duì)且與所述襯底的所述一個(gè)主面電氣連接以及機(jī)械連接的第二主面并包含構(gòu)成半導(dǎo)體發(fā)光元件的多個(gè)半導(dǎo)體層的主半導(dǎo)體區(qū)；具有與所述主半導(dǎo)體區(qū)的所述第一主面接觸且可以取出從所述主半導(dǎo)體區(qū)發(fā)射的光的第一部分和與所述第一部分相連且有焊盤電極功能的第二部分的第一電極；與所述襯底相連的第二電極；以及在所述第一電極的所述第二部分和所述襯底另一主面之間配置且將所述第一電極和所述第二電極之間電連接的保護(hù)元件。
本發(fā)明中的光指的是從所述主半導(dǎo)體區(qū)發(fā)射的光。另外，所述焊盤電極指的是用以連接導(dǎo)線等的導(dǎo)體的電極。
還有，所述襯底最好是半導(dǎo)體襯底或具有導(dǎo)電性的襯底，若為硅襯底則更好。
另外，所述保護(hù)元件最好由從肖特基勢(shì)壘二極管(Schottky barrierdiode)、包含1個(gè)pn結(jié)的二極管、包含2個(gè)pn結(jié)的3層二極管、電容和非線性電阻(varistor)中選擇的1個(gè)或多個(gè)構(gòu)成。所述保護(hù)元件例如可以由從個(gè)別元件、半導(dǎo)體襯底、厚膜電介質(zhì)、厚膜半導(dǎo)體、厚膜電容、厚膜導(dǎo)體、薄膜電介質(zhì)、薄膜半導(dǎo)體、薄膜電容和薄膜導(dǎo)體中選擇的1個(gè)或多個(gè)形成。
另外，最好將所述保護(hù)元件設(shè)于所述襯底的內(nèi)部或配置在所述第一電極的所述第二部分和所述襯底的一個(gè)主面之間。
另外，最好所述主半導(dǎo)體區(qū)設(shè)有從所述主半導(dǎo)體區(qū)的所述第一主面達(dá)到所述第二主面的孔，所述第一電極的所述第二部分的至少一部分配置在所述孔中。并且，可以在所述主半導(dǎo)體區(qū)的所述孔中配置保護(hù)元件的一部分或全部。
另外，所述第一電極的所述第一部分最好為與所述主半導(dǎo)體區(qū)的第一主面相連的具有光透射性的導(dǎo)電膜。
另外，所述第一電極的所述第一部分可為與所述主半導(dǎo)體區(qū)的第一主面的一部分相連的導(dǎo)體，例如為所述第一電極的具有焊盤電極功能的所述第二部分的外周側(cè)的下部。
另外，所述第一電極的所述第一部分可為與所述主半導(dǎo)體區(qū)的第一主面的一部分相連的帶狀導(dǎo)體。并且，所述第一電極的所述第一部分可為能取出光的各種圖案。
另外，最好在所述主半導(dǎo)體區(qū)的所述孔的壁面和所述第一電極之間配置絕緣膜。
另外，對(duì)所述主半導(dǎo)體區(qū)的第一主面垂直的方向看時(shí)，最好所述保護(hù)元件面積的70～100％配置在第一電極的所述第二部分的內(nèi)側(cè)。
另外，所述半導(dǎo)體襯底最好由硅或硅化合物構(gòu)成，所述主半導(dǎo)體區(qū)由多個(gè)III-V族化合物半導(dǎo)體層構(gòu)成。
本發(fā)明具有如下效果。
(1)從水平即對(duì)襯底的一個(gè)主面垂直的方向看時(shí)，保護(hù)元件的至少一部配置于第一電極的具有焊盤電極功能的第二部分下方。因此，能夠抑制半導(dǎo)體發(fā)光元件的光取出面積的減小而形成保護(hù)元件，并能實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的小型化。
(2)第一電極的具有焊盤電極功能的第二部分除了用作半導(dǎo)體發(fā)光元件的外部連接部分外，還用作半導(dǎo)體發(fā)光元件和保護(hù)元件的相互連接部分，因此容易達(dá)成半導(dǎo)體發(fā)光元件的一端和保護(hù)元件的一端的相互連接。因而，簡(jiǎn)化半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)，并達(dá)成小型化與低成本化。
(3)由于使用具有導(dǎo)電性的襯底，通過襯底容易達(dá)成半導(dǎo)體發(fā)光元件的另一端和保護(hù)元件的另一端的相互連接。因而，簡(jiǎn)化半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)，并達(dá)成小型化與低成本化。


圖1是概略表示本發(fā)明的實(shí)施例1的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的中央縱剖視圖。
圖2是縮小表示圖1的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的平面圖。
圖3是表示圖1的主半導(dǎo)體區(qū)和半導(dǎo)體襯底的一部分的剖視圖。
圖4是圖1的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的電路圖。
圖5是概略表示實(shí)施例2的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的中央縱剖視圖。
圖6是圖5的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的電路圖。
圖7是概略表示實(shí)施例3的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的中央縱剖視圖。
圖8是圖7的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的電路圖。
圖9是概略表示實(shí)施例4的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的中央縱剖視圖。
圖10是圖9的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的電路圖。
圖11是概略表示實(shí)施例5的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的中央縱剖視圖。
圖12是圖11的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的電路圖。
圖13是概略表示實(shí)施例6的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的中央縱剖視圖。
圖14是概略表示實(shí)施例7的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的中央縱剖視圖。
圖15是概略表示實(shí)施例8的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的中央縱剖視圖。
圖16是概略表示實(shí)施例9的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的中央縱剖視圖。
圖17是概略表示實(shí)施例10的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的一部分的剖視圖。
(符號(hào)說明)1、1a硅半導(dǎo)體襯底2主半導(dǎo)體區(qū)
3、3’第一電極4第二電極7保護(hù)元件形成區(qū)20焊接焊盤部分具體實(shí)施方式
以下參照?qǐng)D1～圖17說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
實(shí)施例1圖1所示的本發(fā)明的實(shí)施例1的作為發(fā)光元件的發(fā)光二極管與作為保護(hù)元件的肖特基勢(shì)壘二極管的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，包括半導(dǎo)體襯底1、構(gòu)成發(fā)光元件的主半導(dǎo)體區(qū)2、第一電極3和第二電極4。能夠?qū)⒂砂雽?dǎo)體襯底1的外側(cè)區(qū)8、主半導(dǎo)體區(qū)2、第一電極3和第二電極4構(gòu)成的部分稱為發(fā)光元件部或發(fā)光元件，且由半導(dǎo)體襯底1的保護(hù)元件形成區(qū)7和肖特基接觸金屬層18構(gòu)成的部分稱為保護(hù)元件部或保護(hù)元件。
半導(dǎo)體襯底1由作為導(dǎo)電型確定用雜質(zhì)包含硼等的III族元素的p型單晶硅襯底構(gòu)成，具有一個(gè)主面5和另一主面6且大致在中央有保護(hù)元件形成區(qū)7。半導(dǎo)體襯底1的主半導(dǎo)體區(qū)2側(cè)的一個(gè)主面5是用密勒指數(shù)(miller index)表示的晶體的面方位中(111)最佳(just)面。半導(dǎo)體襯底1的p型雜質(zhì)濃度例如為5×1018～5×1019cm-3左右、電阻率為0.0001Ω·cm～0.01Ω·cm左右。因此，半導(dǎo)體襯底1為導(dǎo)電性襯底，并作為發(fā)光元件和保護(hù)元件的電流通路起作用。即，半導(dǎo)體襯底1中央的保護(hù)元件形成區(qū)7用作肖特基勢(shì)壘二極管的本體部的同時(shí)用作該電流通路，并且包圍半導(dǎo)體襯底1的保護(hù)元件形成區(qū)7的外側(cè)區(qū)8用作發(fā)光元件的電流通路。而且，半導(dǎo)體襯底1用作主半導(dǎo)體區(qū)2的外延成長(zhǎng)的襯底，且用作構(gòu)成發(fā)光元件的主半導(dǎo)體區(qū)2和第一電極3的支撐體。半導(dǎo)體襯底1的理想厚度是較厚的200～500μm。還有，由圖1和圖3可知，在半導(dǎo)體襯底1的一個(gè)主面5的外周部分形成臺(tái)階且在中央形成凹部9，但可以將半導(dǎo)體襯底1的一個(gè)主面5全部平坦化。另外，可以將半導(dǎo)體襯底1的導(dǎo)電型設(shè)為n型。并且，使半導(dǎo)體襯底1的外側(cè)區(qū)8的雜質(zhì)濃度高于保護(hù)元件形成區(qū)7，從而，能夠使外側(cè)區(qū)8的電阻率低于保護(hù)元件形成區(qū)7，并降低發(fā)光元件動(dòng)作時(shí)的外側(cè)區(qū)8的電壓降。
構(gòu)成發(fā)光元件的主要部分的主半導(dǎo)體區(qū)2，具有與硅半導(dǎo)體襯底1不同的III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的多個(gè)層，且在硅半導(dǎo)體襯底1上用公知的氣相成長(zhǎng)法形成。更具體地說，主半導(dǎo)體區(qū)2為構(gòu)成雙異質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管而依次具有n型緩沖層10、n型半導(dǎo)體層11、活性層12和p型半導(dǎo)體層13。還有，有時(shí)將n型半導(dǎo)體層11稱為n型包層，將p型半導(dǎo)體層13稱為p型包層。發(fā)光二極管在原理上可以僅由n型半導(dǎo)體層11和p型半導(dǎo)體層13構(gòu)成。因此，能夠從主半導(dǎo)體區(qū)2省去n型緩沖層10和活性層12或其中之一。另外，根據(jù)需要能夠?qū)⒐碾娏鲾U(kuò)散層或歐姆接觸層等附加在主半導(dǎo)體區(qū)2上。主半導(dǎo)體區(qū)2的第一主面14和第二主面15平行于半導(dǎo)體襯底1延伸。主半導(dǎo)體區(qū)2的第一主面14具有將在活性層12上發(fā)生的光向外部取出的功能。主半導(dǎo)體區(qū)2的第二主面15與半導(dǎo)體襯底1電氣和機(jī)械連接。
圖1為了圖示簡(jiǎn)單而將n型緩沖層10表示為一層，但實(shí)際上由多個(gè)第一層和多個(gè)第二層構(gòu)成，且第一層和第二層交互地配置。還有，在n型緩沖層10的最下方配置第一層。n型緩沖層10的第一層最好為包含Al(鋁)的氮化物半導(dǎo)體，例如，由在化學(xué)式AlxMyGa1-x-yN(其中，所述M是從In(銦)和B(硼)選擇的至少1種元素，所述x和y是滿足0＜x≤1、0≤y＜1、x+y≤1的數(shù)值)表示的材料中添加雜質(zhì)而構(gòu)成。即，第一層例如由AlN(氮化鋁)、AlInN(氮化鋁銦)、AlGaN(氮化鋁鎵)、AlInGaN(氮化鋁鎵銦)、AlBN(氮化鋁硼)、AlBGaN(氮化鋁鎵硼)和AlBInGaN(氮化鋁硼銦鎵)中選擇的材料成構(gòu)。含鋁的第一層的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)比第二層更接近硅半導(dǎo)體襯底1。
第二層用以進(jìn)一步提高緩沖層10的緩沖功能，由不含Al或Al的比例小于第一層的n型氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成?？蓾M足該條件的第二層，例如，由在化學(xué)式AlaMbGa1-a-bN(其中，所述M是從In(銦)和B(硼)中選擇的至少1種元素，所述a和b是滿足0≤a＜1、0≤b＜1、a+b≤1、a＜x的數(shù)值)表示的材料中添加n型雜質(zhì)而構(gòu)成。即，第二層例如由GaN(氮化鎵)、AlInN(氮化鋁銦)、AlGaN(氮化鋁鎵)、AlInGaN(氮化鋁鎵銦)、AlBN(氮化鋁硼)、AlBGaN(氮化鋁鎵硼)和AlBInGaN(氮化鋁硼銦鎵)中選擇的材料成構(gòu)。為了防止可能因第二層中的Al(鋁)的增大而發(fā)生的龜裂，最好將表示Al的比例的a值設(shè)為0≤a＜0.2，即0或大于0且小于0.2。
第一層的理想厚度為0.5nm～5nm。當(dāng)?shù)谝粚拥暮穸刃∮?.5nm時(shí)不能很好地保證其上形成的主半導(dǎo)體區(qū)2的平坦性。若第一層厚度超過5nm，則不能得到量子力學(xué)的隧道效應(yīng)。第二層的理想厚度為0.5nm～200nm。當(dāng)?shù)诙雍穸刃∮?.5nm時(shí)不能很好地保證其上形成的n型半導(dǎo)體層11和活性層12以及p型半導(dǎo)體層13的平坦性。若第二層厚度超過200nm，則可能在緩沖層10上發(fā)生龜裂。
本實(shí)施例中p型硅半導(dǎo)體襯底1與n型緩沖層10相接觸，但硅半導(dǎo)體襯底1和緩沖層10構(gòu)成異質(zhì)結(jié)且在兩者間產(chǎn)生合金化區(qū)域(未圖示)，因此，對(duì)兩者施加正向偏壓時(shí)的硅半導(dǎo)體襯底1和緩沖層10的結(jié)合部的電壓降較小。顯然可以代替p型硅半導(dǎo)體襯底1而使用n型硅半導(dǎo)體襯底，并在n型硅半導(dǎo)體襯底上形成n型緩沖層10。另外，緩沖層10可由一層形成而不是多層結(jié)構(gòu)。
緩沖層10上配置的n型半導(dǎo)體層11最好由化學(xué)式AlaMbGa1-a-bN(其中，所述M是從In(銦)和B(硼)中選擇的至少1種元素，所述a和b是滿足0≤a≤1、0≤b＜1、a+b≤1、a＜x的數(shù)值)表示的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，若由GaN等的n型氮化鎵系化合物構(gòu)成則更好。
n型半導(dǎo)體層11上配置的活性層12最好由化學(xué)式AlxInyGa1-x-yN(其中，x和y是滿足0≤x＜1、0≤y＜1的數(shù)值)表示的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成。還有，圖1中活性層12由1個(gè)層概略表示，但實(shí)際上具有公知的多重量子阱結(jié)構(gòu)。當(dāng)然可以由一個(gè)層來構(gòu)成活性層12。另外，本實(shí)施例中對(duì)活性層12未摻雜導(dǎo)電型確定雜質(zhì)，但可以摻雜p型或n型雜質(zhì)。
活性層12上配置的p型半導(dǎo)體層13最好由在化學(xué)式AlxInyGa1-x-yN(其中，x和y是滿足0≤x＜1、0≤y＜1的數(shù)值)表示的氮化物半導(dǎo)體上摻雜p型雜質(zhì)而構(gòu)成。本實(shí)施例中，p型半導(dǎo)體層13由厚度為500nm的p型GaN形成。
主半導(dǎo)體區(qū)2大致在其中央有從第一主面14貫通到第二主面15的孔16。該孔16連續(xù)到硅半導(dǎo)體襯底1的凹部9。孔16和凹部9通過在形成凹部9前的硅半導(dǎo)體襯底1上外延成長(zhǎng)主半導(dǎo)體區(qū)域2后蝕刻而形成。因此，在硅半導(dǎo)體襯底1和主半導(dǎo)體區(qū)2之間生成的合金化層被除去，在硅半導(dǎo)體襯底1的凹部9表面露出硅。另外，孔16和凹部9的壁面從主半導(dǎo)體區(qū)2的第一主面14向第二主面15變窄而傾斜。還有，硅半導(dǎo)體襯底1的凹部9設(shè)于保護(hù)元件形成區(qū)7。另外，形成絕緣膜17，覆蓋孔16和凹部9的壁面。
第一電極3由作為第一部分的光透射性導(dǎo)電膜19和作為第二部分的焊接焊盤部分20構(gòu)成。焊接焊盤部分20與光透射性導(dǎo)電膜19連接，并與肖特基接觸金屬層18相連。因此，作為第二部分的焊接焊盤部分20具有外部連接功能外還有相互連接光透射性導(dǎo)電膜19和金屬層18的功能。
在中間不隔著光透射性導(dǎo)電膜19而將第一電極3的作為第二部分的焊接焊盤部分20的外周下部與主半導(dǎo)體區(qū)2的第一主面14歐姆接觸，能夠省去光透射性導(dǎo)電膜19。這樣將焊接焊盤部分20與主半導(dǎo)體區(qū)2的第一主面14歐姆接觸時(shí)，即使省去光透射性導(dǎo)電膜19也能使來自第一電極3的電流流過主半導(dǎo)體區(qū)2。在省去光透射性導(dǎo)電膜19時(shí)，焊接焊盤部分20的外周下部作為第一電極3的第一部分起作用。光透射性導(dǎo)電膜19對(duì)使電流均勻地流過主半導(dǎo)體區(qū)2的全區(qū)域有效。但是，很難或不可能使光透射性導(dǎo)電膜19的光透射率達(dá)到100％，在光透射性導(dǎo)電膜19上發(fā)生光吸收。另外，設(shè)置光透射性導(dǎo)電膜19必然提高半導(dǎo)體發(fā)光元件的成本。因此，在考慮發(fā)光效率和成本的情況下確定是否設(shè)置光透射性導(dǎo)電膜19。
第一電極3的作為第一部分的光透射性導(dǎo)電膜19作為發(fā)光元件連接部分起作用，配置在主半導(dǎo)體區(qū)2的第一主面14即p型半導(dǎo)體層13的幾乎整個(gè)表面，并在此歐姆接觸。因此，如已說明的那樣光透射性導(dǎo)電膜19對(duì)使電流均勻流過主半導(dǎo)體區(qū)2有利，且可以取出從主半導(dǎo)體區(qū)2發(fā)射的光。光透射性導(dǎo)電膜19由厚度為100nm左右的ITO即氧化銦和氧化錫的混合物構(gòu)成。還有，光透射性導(dǎo)電膜19可以由Ni、Pt、Pd、Rh、Ru、Os、Ir、Au中選擇的1種金屬膜或從它們之中選擇的2種合金膜形成。
用作肖特基電極的金屬層18例如由Ti、Pt、Cr、Al、Sm、PtSi、Pd2Si等構(gòu)成，經(jīng)由絕緣膜17的孔17a與硅半導(dǎo)體襯底1的凹部9表面肖特基接觸。作為保護(hù)元件的肖特基二極管由半導(dǎo)體襯底1的保護(hù)元件形成區(qū)7和金屬層18形成。
第一電極3的作為第二部分的焊接焊盤部分20具有比主半導(dǎo)體區(qū)2的表面積小的表面積，且由能夠連接虛線表示的Al或Au等構(gòu)成的外部連接用導(dǎo)線21的金屬構(gòu)成，不僅與光透射性導(dǎo)電膜19相連而且與金屬層18相連。即，焊接焊盤部分20經(jīng)由覆蓋光透射性導(dǎo)電膜19上面和主半導(dǎo)體區(qū)2的傾斜側(cè)面的具有光透射性和絕緣性的保護(hù)膜22的孔23，與光透射性導(dǎo)電膜19相連，且與用作主半導(dǎo)體區(qū)2的孔16中配置的肖特基電極的金屬層18相連。從水平即對(duì)半導(dǎo)體襯底1的一個(gè)主面垂直的方向看時(shí)，焊接焊盤部分20配置成至少覆蓋保護(hù)元件形成區(qū)7的一部分且至少不覆蓋主半導(dǎo)體區(qū)2的一部分并電連接作為第一部分的光透射性導(dǎo)電膜19和作為肖特基電極的金屬層18。圖1的實(shí)施例中，焊接焊盤部分20也配置在主半導(dǎo)體區(qū)2的孔16的外側(cè)部分上。還有，主半導(dǎo)體區(qū)2的孔16的壁面和第一電極3由絕緣膜17電氣分離。焊接焊盤部分20上面具有可連接外部連接用導(dǎo)線21的面積，且為使外部連接用導(dǎo)線21的連接容易而比保護(hù)膜22更往上突出。
焊接焊盤部分20具有可耐外部連接用導(dǎo)線21的焊接的厚度(例如100nm～100μm)。因而，光不能透過焊接焊盤部分20。即使所形成的焊接焊盤部分20使光稍微透過，在焊接焊盤部分20與外部連接用導(dǎo)線21等連接時(shí)，也不可能或難以經(jīng)由焊接焊盤部分20取出光。
由圖2可知，本實(shí)施例中焊接焊盤部分20的平面形狀為圓形，但可為四邊形或多邊形等其它形狀。另外，可將半導(dǎo)體襯底1的平面形狀變更為圓形等。
圖1中，為將主半導(dǎo)體區(qū)2的側(cè)面和焊接焊盤部分20之間絕緣而設(shè)于主半導(dǎo)體區(qū)2的孔16中的絕緣膜17能夠與孔16外的保護(hù)膜22同時(shí)形成。
從水平即對(duì)主半導(dǎo)體區(qū)2的第一主面14或硅半導(dǎo)體襯底1的一個(gè)主面5垂直的方向看時(shí)，保護(hù)元件形成區(qū)7配置在焊接焊盤部分20的內(nèi)側(cè)。保護(hù)元件形成區(qū)7在水平看時(shí)即便從焊接焊盤部分20外側(cè)露出也不會(huì)降低保護(hù)元件的功能。但是，在水平看時(shí)若保護(hù)元件形成區(qū)7的面積變大，則必然使主半導(dǎo)體區(qū)2的面積減小。因此，在水平看時(shí)保護(hù)元件形成區(qū)7的表面面積的70～100％，最好其全部配置在焊接焊盤部分20的內(nèi)側(cè)。
第二電極4由金屬層構(gòu)成，在半導(dǎo)體襯底1的另一主面6的整個(gè)面上形成。即，第二電極4與半導(dǎo)體襯底1的保護(hù)元件形成區(qū)7和外周側(cè)區(qū)8兩個(gè)區(qū)域的下面歐姆接觸。還有，如圖1的虛線所示，能夠?qū)⒌诙姌O4配置在半導(dǎo)體襯底1的一個(gè)主面5的外周側(cè)。
第一電極3的焊接焊盤部分20用作發(fā)光元件的外部連接電極外還具有將肖特基勢(shì)壘二極管的金屬層8連接到發(fā)光元件的功能。第二電極4用作發(fā)光元件和肖特基勢(shì)壘二極管這兩個(gè)的電極。因而，圖1所示的復(fù)合半導(dǎo)體裝置用作作為圖4所示的發(fā)光元件的發(fā)光二極管31和作為保護(hù)元件的肖特基勢(shì)壘二極管32的反向并聯(lián)電路。肖特基勢(shì)壘二極管32在發(fā)光二極管31上施加預(yù)定值以上的反向過電壓(例如浪涌電壓)時(shí)導(dǎo)通。從而，發(fā)光二極管31的電壓被限制在肖特基勢(shì)壘二極管32的正向電壓，發(fā)光二極管31由基于靜電等的反向過電壓保護(hù)。肖特基勢(shì)壘二極管32的正向?qū)ㄩ_始電壓設(shè)定為發(fā)光二極管31的容許最大反向電壓以下。即，肖特基勢(shì)壘二極管32的正向?qū)ㄩ_始電壓設(shè)定為低于可能破壞發(fā)光二極管31的電壓的值。還有，肖特基勢(shì)壘二極管32的正向?qū)ㄩ_始電壓，最好高于正常時(shí)施加在發(fā)光二極管31上的反向電壓且低于可能破壞發(fā)光二極管31的電壓。
本實(shí)施例1具有如下效果。
(1)保護(hù)元件形成區(qū)7在水平看時(shí)配置在焊接焊盤部分20下方。因而，能夠抑制發(fā)光元件的光取出面積的降低而形成保護(hù)元件，并能實(shí)現(xiàn)內(nèi)置保護(hù)元件的發(fā)光元件的小型化。
(2)焊接焊盤部分20和第二電極4用作發(fā)光二極管31和肖特基勢(shì)壘二極管32的相互連接部分，同時(shí)用作外部連接導(dǎo)體，因此簡(jiǎn)化復(fù)合半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)，并能達(dá)成小型化和低成本化。
(3)由于保護(hù)元件形成區(qū)7設(shè)于半導(dǎo)體襯底1內(nèi)，能夠容易且低成本得到作為保護(hù)元件的肖特基勢(shì)壘二極管32。
實(shí)施例2接著，說明圖5所示的實(shí)施例2的復(fù)合半導(dǎo)體裝置。但圖5和后述的圖6～圖17中，與圖1～圖4實(shí)質(zhì)上相同的部分以及在圖5～圖17中彼此相同的部分上采用同一符號(hào)，省略其說明。
圖5的復(fù)合半導(dǎo)體裝置除了在硅半導(dǎo)體襯底1的保護(hù)元件形成區(qū)7上形成用以構(gòu)成pn結(jié)二極管的n型半導(dǎo)體區(qū)40且省去圖1的金屬層18以外，其它與圖1實(shí)質(zhì)上相同。
即，圖5的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的保護(hù)元件由形成于半導(dǎo)體襯底1上的包含一個(gè)pn結(jié)的保護(hù)二極管構(gòu)成。該保護(hù)二極管由作為第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)的p型半導(dǎo)體襯底1和在該p型半導(dǎo)體襯底1的保護(hù)元件形成區(qū)7中島狀形成且具有在半導(dǎo)體襯底1的一個(gè)主面5露出的表面的作為第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)的n型半導(dǎo)體區(qū)40構(gòu)成。n型半導(dǎo)體區(qū)40通過對(duì)p型硅半導(dǎo)體襯底1擴(kuò)散n型雜質(zhì)而形成，在與p型硅半導(dǎo)體襯底1之間形成pn結(jié)。n型半導(dǎo)體區(qū)40配置成在保護(hù)元件形成區(qū)7的表面的凹部9露出。焊接焊盤部分20的前端部分18a與n型半導(dǎo)體區(qū)40歐姆接觸。還有，能夠在焊接焊盤部分20和n型半導(dǎo)體區(qū)40之間配置使歐姆接觸良好的金屬層。在水平即對(duì)主半導(dǎo)體區(qū)2的一個(gè)主面14或硅半導(dǎo)體襯底1的一個(gè)主面5垂直的方向看時(shí)，n型半導(dǎo)體區(qū)40配置在焊接焊盤部20的內(nèi)側(cè)。
第一電極3用作發(fā)光元件和pn結(jié)二極管中的一個(gè)電極，第二電極4用作發(fā)光元件和pn結(jié)二極管中的另一個(gè)電極。因而，圖5所示的復(fù)合半導(dǎo)體裝置具有與將作為圖6所示的發(fā)光元件的發(fā)光二極管31和作為保護(hù)元件的pn結(jié)二極管32a的反向并聯(lián)電路連接到第一電極3和第二電極4之間的電路等價(jià)的功能。pn結(jié)二極管32a構(gòu)成為整流二極管或恒壓二極管。pn結(jié)二極管32a在發(fā)光二極管31上施加預(yù)定值以上的反向過電壓時(shí)導(dǎo)通。從而，對(duì)發(fā)光二極管31施加的電壓被限制在pn結(jié)二極管32a的正向電壓。因此，能夠通過pn結(jié)二極管32a保護(hù)發(fā)光二極管31不受基于靜電等的浪涌電壓等反向過電壓的影響。pn結(jié)二極管32a的正向?qū)ㄩ_始電壓設(shè)定為發(fā)光二極管31的容許最大反向電壓以下。還有，pn結(jié)二極管32a的正向?qū)ㄩ_始電壓最好高于正常時(shí)對(duì)發(fā)光二極管31反向施加的電壓且低于可能破壞發(fā)光二極管31的電壓。
當(dāng)pn結(jié)二極管32a由齊納二極管等的恒壓二極管構(gòu)成時(shí)，由恒壓二極管構(gòu)成的pn結(jié)二極管32a的反向擊穿電壓設(shè)定為發(fā)光二極管31的正常動(dòng)作范圍的正向電壓和容許最大正向電壓之間。從而，由恒壓二極管構(gòu)成的pn結(jié)二極管32a保護(hù)發(fā)光二極管31不受浪涌電壓等的正向過電壓的影響。
以上可知，依據(jù)圖5的實(shí)施例2，能夠提供被保護(hù)為不受浪涌電壓等的過電壓影響的發(fā)光元件，能夠得到與圖1的實(shí)施例1同樣的效果。
還有，圖5中，使半導(dǎo)體襯底1的外側(cè)區(qū)8的一部分的雜質(zhì)濃度高于保護(hù)元件形成區(qū)7，從而使外側(cè)區(qū)8的一部分的電阻率低于保護(hù)元件形成區(qū)7，能夠使發(fā)光元件動(dòng)作時(shí)的外側(cè)區(qū)8的電壓降減少地變更。
實(shí)施例3圖7所示的實(shí)施例3的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，代替圖1的p型硅半導(dǎo)體襯底1而使用n型硅半導(dǎo)體襯底1a，在該n型硅半導(dǎo)體襯底1a的保護(hù)元件形成區(qū)7上形成npn3層二極管，即一般用以形成稱為DIAC的雙向二極管的n型半導(dǎo)體區(qū)40和p型半導(dǎo)體區(qū)41且省去圖1的金屬層18，其它與圖1實(shí)質(zhì)上相同。即，圖7所示的實(shí)施例3的復(fù)合半導(dǎo)體裝置中的保護(hù)元件由形成于半導(dǎo)體襯底1a的保護(hù)元件形成區(qū)7上的npn3層二極管構(gòu)成。該3層二極管由具有第一導(dǎo)電型的作為第一半導(dǎo)體區(qū)的n型硅半導(dǎo)體襯底1a，在n型硅半導(dǎo)體襯底1a中島狀形成且具有使半導(dǎo)體襯底1a的一個(gè)主面5露出的表面并有第二導(dǎo)電型的作為第二半導(dǎo)體區(qū)的p型半導(dǎo)體區(qū)41，以及在p型半導(dǎo)體區(qū)41中島狀形成且具有在半導(dǎo)體襯底1a的一個(gè)主面5露出的表面并有第一導(dǎo)電型的作為第三半導(dǎo)體區(qū)的n型半導(dǎo)體區(qū)40構(gòu)成。
所形成的圖7的n型半導(dǎo)體區(qū)40稍小于圖5的n型半導(dǎo)體區(qū)40。p型半導(dǎo)體區(qū)41配置成包圍除其表面外的n型半導(dǎo)體區(qū)40。p型半導(dǎo)體區(qū)41通過在n型硅半導(dǎo)體襯底1a上擴(kuò)散p型雜質(zhì)而形成，在與n型硅半導(dǎo)體襯底1a之間形成pn結(jié)。n型半導(dǎo)體區(qū)40通過在p型半導(dǎo)體區(qū)41上擴(kuò)散n型雜質(zhì)而形成，并在p型半導(dǎo)體區(qū)41之間形成pn結(jié)。n型半導(dǎo)體區(qū)40配置成在保護(hù)元件形成區(qū)7的表面的凹部9露出。第一電極3的焊接焊盤部分20的前端部分18a與n型半導(dǎo)體區(qū)40歐姆接觸。還有，能夠?qū)⒂靡允箽W姆接觸良好的金屬層配置在焊接焊盤部分20和n型半導(dǎo)體區(qū)40之間。在水平即對(duì)主半導(dǎo)體區(qū)2的一個(gè)主面14或硅半導(dǎo)體襯底1的一個(gè)主面5垂直的方向看時(shí)，p型半導(dǎo)體區(qū)41配置在焊接焊盤部分20的內(nèi)側(cè)。
圖7的第一電極3用作發(fā)光元件和npn3層二極管中的一個(gè)電極，第二電極4用作發(fā)光元件和npn3層二極管中的另一個(gè)電極。因而，圖7所示的復(fù)合半導(dǎo)體裝置具有與將圖8所示的作為發(fā)光元件的發(fā)光二極管31和作為保護(hù)元件的npn3層二極管32b的并聯(lián)連接電路連接在第一電極3和第二電極4之間的電路等價(jià)的功能。如圖8所示，npn3層二極管32b等價(jià)于反向二極管D1和正反二極管D2的串聯(lián)電路。還有，npn3層二極管32b由反向二極管D1和正反二極管D2的反向并聯(lián)電路表示。npn3層二極管32b的正向和反向的擊穿電壓最好在發(fā)光二極管31的正常動(dòng)作范圍的電壓和容許最大電壓之間。從而，能夠保護(hù)發(fā)光二極管31不受高于容許最大電壓的浪涌電壓等的過電壓的影響。
因此，圖7的實(shí)施例2的復(fù)合半導(dǎo)體裝置具有與圖1的實(shí)施例1同樣的效果。
實(shí)施例4圖9所示的實(shí)施例4的復(fù)合半導(dǎo)體裝置設(shè)置電容來代替圖1的作為保護(hù)元件的肖特基勢(shì)壘二極管，其它與圖1相同。
圖9的主半導(dǎo)體區(qū)2的孔16中配置用以形成厚膜電容的電介質(zhì)層50。電介質(zhì)層50由其介電常數(shù)大于形成絕緣膜17的SiO2的介電常數(shù)的、例如1200～2000的電介質(zhì)磁性材料構(gòu)成。該電介質(zhì)磁性材料由II族金屬和IV族金屬的氧化物例如BaTiO3(鈦酸鋇)或SrTiO3(鈦酸鍶)等的主成分和III族或V族或該二族構(gòu)成的副成分(添加成分)構(gòu)成。III族金屬氧化物是例如從Nd2O3、La2O3、Da2O3、Sm2O3、Pr2O3、Gd2O3、Ho2O3中選擇的一個(gè)或多個(gè)，V族的金屬氧化物是例如從Nb2O5、Ta2O5中選擇的一個(gè)或多個(gè)。電介質(zhì)層50由有選擇地涂敷伴隨有機(jī)粘合劑(binder)的電介質(zhì)磁性材料的粘合劑后燒成的方法或粘貼電介質(zhì)磁性材料的生片(green sheet)后燒成的方法等形成。電介質(zhì)層50的一個(gè)主面與硅襯底1接觸，另一主面與第一電極3的作為第二部分的焊接焊盤部分20接觸。因而，由硅襯底1、電介質(zhì)層50、第一電極3的焊接焊盤部分20形成電容。
由圖10的等價(jià)電路可知，圖9的復(fù)合半導(dǎo)體裝置由基于主半導(dǎo)體區(qū)2的作為發(fā)光元件的發(fā)光二極管31和與之并聯(lián)連接的作為保護(hù)元件的電容32c構(gòu)成?；陔娊橘|(zhì)層50的電容32c保護(hù)發(fā)光元件31不受比發(fā)光二極管31的正常動(dòng)作范圍的電壓高的浪涌電壓等的過電壓的影響。
圖9的實(shí)施例4的復(fù)合半導(dǎo)體裝置中，構(gòu)成保護(hù)用電容32c的電介質(zhì)層50也配置在第一電極3的焊接焊盤部分20和導(dǎo)電性硅襯底1的一個(gè)表面之間且在水平看時(shí)配置于焊接焊盤部分20的內(nèi)側(cè)，因此能夠不降低主半導(dǎo)體區(qū)2的第一主面14的有效光取出面積而配置保護(hù)元件。另外，由于電介質(zhì)層52配置于主半導(dǎo)體區(qū)2的孔16中，能夠抑制復(fù)合半導(dǎo)體裝置的厚度增大。因而，根據(jù)實(shí)施例4也能得到與實(shí)施例1同樣的小型化、低成本化的效果。
還有，圖9中，如點(diǎn)劃線51所示能夠在電介質(zhì)層50的一個(gè)主面設(shè)置電容電極。另外，如點(diǎn)劃線50所示能夠在電介質(zhì)層50的另一主面設(shè)置電容電極。另外，可以在第一電極3的焊接焊盤部分20和硅襯底1的一個(gè)主面5之間配置代替電介質(zhì)層50的片狀電容元件。
實(shí)施例5圖11所示的實(shí)施例5的復(fù)合半導(dǎo)體裝置中，作為保護(hù)元件配置取代圖1的肖特基結(jié)用金屬層18或圖9的電介質(zhì)層50的片狀的非線性電阻元件60，其它與圖1或圖9相同。非線性電阻元件60由半導(dǎo)體磁性層61、其一個(gè)主面上配置的一個(gè)電極62和其另一主面上配置的另一電極63構(gòu)成。半導(dǎo)體磁性層61是在由BaTiO3、SrTiO3、ZnO等構(gòu)成的主成分上添加Nb2O5、Pr6O11等的公知的副成分的半導(dǎo)體磁性材料構(gòu)成。圖11中為了確保第一電極3的焊接焊盤部分20和一個(gè)電極62之間的絕緣，在它們之間配置絕緣物64。非線性電阻元件60的一個(gè)電極62與硅襯底1的一個(gè)主面5上形成的歐姆電極65用公知的導(dǎo)電性結(jié)合材料(圖示省略)連接，另一電極63與焊接焊盤部分20相連。該非線性電阻元件60例如有10V左右的非線性電阻電壓。
由圖12的等價(jià)電路可知，圖11的復(fù)合半導(dǎo)體裝置由基于主半導(dǎo)體區(qū)2的作為發(fā)光元件的發(fā)光二極管31和與之并聯(lián)連接的作為保護(hù)元件的非線性電阻32d構(gòu)成。與圖11的非線性電阻元件60對(duì)應(yīng)的圖12的非線性電阻32d與圖8的3層二極管一樣具有雙向二極管的功能。非線性電阻32d的非線性電阻電壓即導(dǎo)通開始電壓最好在發(fā)光二極管31的正向和反向的正常動(dòng)作范圍的電壓和容許最大電壓之間。從而，能夠保護(hù)發(fā)光元件31不受比容許最大電壓高的浪涌電壓等的過電壓的影響。
還有，半導(dǎo)體磁性層61還用作電介質(zhì)層，因此等價(jià)于由圖12的虛線所示的電容32c’并聯(lián)到發(fā)光元件31，該電容32c’也對(duì)過電壓保護(hù)、提高抗浪涌破壞能力有利。
圖11的實(shí)施例5的復(fù)合半導(dǎo)體裝置中，形成保護(hù)元件的非線性電阻元件60也配置在第一電極3的焊接焊盤部分20和硅襯底1的一個(gè)主面5之間，因此能夠得到與實(shí)施例1同樣的小型化和低成本化的效果。
能夠?qū)⒕哂须妷悍蔷€性特性的阻抗層即具有非線性電阻特性的半導(dǎo)體磁性層配置在第一電極3的焊接焊盤部分20和硅襯底1的一個(gè)主面5之間，以取代圖11的片狀非線性電阻元件60。該具有非線性電阻特性的半導(dǎo)體磁性層能夠通過將具有非線性電阻特性的半導(dǎo)體磁性材料的粘合劑與形成圖9的電介質(zhì)層50時(shí)一樣涂敷并燒成而形成。該半導(dǎo)體磁性層的一個(gè)主面與第一電極3的焊接焊盤部分20接觸，其另一主面與硅襯底1的一個(gè)主面5接觸。
實(shí)施例6圖13所示的實(shí)施例6的復(fù)合半導(dǎo)體裝置中，設(shè)置代替圖1的金屬層18的薄膜半導(dǎo)體即n型半導(dǎo)體薄膜40a，其它與圖1相同。
n型半導(dǎo)體薄膜40a配置在p型半導(dǎo)體襯底1和焊接焊盤部分20之間。該n型半導(dǎo)體薄膜40a用蒸鍍、CVD(Chemical Vapor Deposition)、濺鍍或印刷(涂敷)等的公知方法形成，例如具有1nm～1μm左右的厚度。
作為n型半導(dǎo)體薄膜40a的材料，例如可以使用從非晶硅、一般稱為ITO的氧化銦(In2O3)和氧化錫(SnO2)的混合物、ZnO、SnO2、In2O3、ZnS、ZnSe、ZnSb2O6、CdO、CdIn2O4、MgIn2O4、ZnGa2O4、CdGa2O4、Ga2O3、GaInO3、CdSnO4、InGaMgO4、InGaZnO4、Zn2In2O5、AgSbO3、Cd2Sb2O7、Cd2GeO4、AgInO2、CdS和CdSe中選擇的物質(zhì)。
圖13的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的n型半導(dǎo)體薄膜40a具有與圖5的n型半導(dǎo)體區(qū)40同樣的功能，在與p型半導(dǎo)體襯底1之間形成pn結(jié)。因而，由半導(dǎo)體襯底1中央的保護(hù)元件形成區(qū)7和n型半導(dǎo)體薄膜40a形成具有與作為圖6的過電壓保護(hù)元件的pn結(jié)二極管32a同樣的功能的二極管，根據(jù)實(shí)施例6也能得到與實(shí)施例1和2同樣的效果。
實(shí)施例7圖14的實(shí)施例7的復(fù)合半導(dǎo)體裝置中，設(shè)置取代圖1的金屬層18的p型半導(dǎo)體薄膜41a和n型半導(dǎo)體薄膜40a，其它與圖1相同。從別的觀點(diǎn)看時(shí)，該圖14的復(fù)合半導(dǎo)體裝置相當(dāng)于在圖13的n型半導(dǎo)體薄膜40a和p型半導(dǎo)體襯底1之間增加p型半導(dǎo)體薄膜41a。還有，可以將p型半導(dǎo)體薄膜41a稱為p型薄膜半導(dǎo)體。
p型半導(dǎo)體薄膜41a用公知的蒸鍍、CVD、濺鍍或印刷(涂敷)法形成，例如具有1nm～1μm左右的厚度。該p型半導(dǎo)體薄膜41a的材料可以從p型非晶硅、NiO、Cu2O、FeO、CuAlO2、CuGaO2和SrCu2O2中選擇使用。
該n型半導(dǎo)體薄膜40a和p型半導(dǎo)體薄膜41a之間形成pn結(jié)，且p型半導(dǎo)體薄膜41a與p型半導(dǎo)體襯底1歐姆接觸，n型半導(dǎo)體薄膜40a與焊接焊盤部分20歐姆接觸。因而，由圖14的n型半導(dǎo)體薄膜40a和p型半導(dǎo)體薄膜41a構(gòu)成的薄膜二極管提供與圖6的pn結(jié)二極管32a同一功能的過電壓保護(hù)元件。根據(jù)本實(shí)施例7也能得到與圖5的實(shí)施例2同樣的效果。
實(shí)施例8圖15所示的實(shí)施例8的復(fù)合半導(dǎo)體裝置中，與圖7同樣將圖1的p型半導(dǎo)體襯底1置換成n型(第一導(dǎo)電型)半導(dǎo)體襯底1a，并設(shè)置代替圖1的金屬層18的n型第一半導(dǎo)體薄膜71和p型(第一導(dǎo)電型)的第二半導(dǎo)體薄膜72和n型第三半導(dǎo)體薄膜73，其它結(jié)構(gòu)與圖1相同。
圖15的n型第一半導(dǎo)體薄膜71與n型半導(dǎo)體襯底7a歐姆接觸，并使用與圖13的n型半導(dǎo)體薄膜40a同樣的材料以及同樣的方法形成。n型第一半導(dǎo)體薄膜71上配置的p型第二半導(dǎo)體薄膜72使用與圖14的p型半導(dǎo)體薄膜41a相同的材料以及相同的方法形成。p型第二半導(dǎo)體薄膜72上配置的n型第三半導(dǎo)體薄膜73由與圖13的n型半導(dǎo)體薄膜40a同樣的材料構(gòu)成，且與焊接焊盤部分20歐姆接觸。
由第一半導(dǎo)體薄膜71、第二半導(dǎo)體薄膜72和第三半導(dǎo)體薄膜73構(gòu)成的薄膜3層二極管具有與作為圖8的保護(hù)元件的npn3層二極管32b相同的功能。因而，根據(jù)本實(shí)施例8也能得到與圖8的實(shí)施例3同樣的效果。
實(shí)施例9圖16所示的實(shí)施例9的復(fù)合半導(dǎo)體裝置中，在n型半導(dǎo)體襯底1a上設(shè)置取代圖7的n型半導(dǎo)體區(qū)40的n型半導(dǎo)體薄膜40a，其它結(jié)構(gòu)與圖7相同。圖16的n型半導(dǎo)體薄膜40a使用圖13中同一符號(hào)表示的相同材料并以相同方法形成。在該n型半導(dǎo)體薄膜40a與p型半導(dǎo)體區(qū)41之間形成pn結(jié)，并且與焊接焊盤部分20歐姆接觸。因而，能夠通過n型半導(dǎo)體襯底1a、p型半導(dǎo)體區(qū)41和n型半導(dǎo)體薄膜40a得到與圖8的npn3層二極管32b相同的功能。根據(jù)本實(shí)施例9也能得到與圖8的實(shí)施例3同樣的效果。
實(shí)施例10圖17中表示實(shí)施例10的一部分復(fù)合半導(dǎo)體裝置，設(shè)有取代圖1、圖5、圖7、圖9、圖11或圖13～圖16中任一光透射性導(dǎo)電膜19的具有帶狀導(dǎo)體19a的第一電極3’，其它與圖1、圖5、圖7、圖9、圖11或圖13～圖16相同。圖13的第一電極3’的作為第一部分的帶狀導(dǎo)體19a與作為第二部分的焊接焊盤部20相連，且具有格子狀或網(wǎng)狀或帶狀等圖案并在主半導(dǎo)體區(qū)2的一個(gè)主面14即p型半導(dǎo)體層13的大致整個(gè)表面均等地配置，并在此歐姆接觸。主半導(dǎo)體區(qū)2中發(fā)生的光從主半導(dǎo)體區(qū)2的一個(gè)主面14的未形成帶狀導(dǎo)體19a的部分向外部取出。因而，第一電極3’的第一部分形成為可取出從主半導(dǎo)體區(qū)2發(fā)射的光的形狀。
圖17中，第一電極3’的作為第二部分的焊接焊盤部分20的外周下部與主半導(dǎo)體區(qū)2的第一主面14歐姆接觸。因此，省去帶狀導(dǎo)體19a也能使電流從第一電極3’流過主半導(dǎo)體區(qū)2。在省去帶狀導(dǎo)體19a時(shí)，焊接焊盤部分20的外周下部用作第一電極3’的第一部分。若省去帶狀導(dǎo)體19a，則難以使電流均勻地流過主半導(dǎo)體區(qū)2的整個(gè)區(qū)域。但是，消除了帶狀導(dǎo)體19a取出光時(shí)的障礙，并提高了光取出效率，且因不需要帶狀導(dǎo)體19a的制造工序而減少這一部分的半導(dǎo)體發(fā)光元件的成本。從而，是否設(shè)置帶狀導(dǎo)體19a取決于發(fā)光效率和成本。
以上可知，將圖17的實(shí)施例10的第一電極3’的結(jié)構(gòu)用于圖1、圖5、圖7、圖9、圖11或圖13～圖16中的任一各實(shí)施例的復(fù)合半導(dǎo)體裝置時(shí)，也能得到與圖1、圖5、圖7、圖9、圖11或圖13～圖16中的任一各實(shí)施例同樣的效果。
本發(fā)明并不以上述實(shí)施例為限，例如可作如下變更。
(1)能夠在圖5、圖7、圖9和圖11中任一場(chǎng)合，將第二電極4配置在半導(dǎo)體襯底1或1a的一個(gè)主面5。
(2)硅半導(dǎo)體襯底1或1a可為單晶硅以外的多晶硅或SiC等的硅化合物或III-V族化合物半導(dǎo)體。另外，在圖9、圖11、圖14和圖15的實(shí)施例中，硅半導(dǎo)體襯底1可為金屬襯底。
(3)可以使硅半導(dǎo)體襯底1或1a、主半導(dǎo)體區(qū)2的各層以及保護(hù)元件的各層或各膜的導(dǎo)電型與實(shí)施例相反。
(4)可在主半導(dǎo)體區(qū)3上設(shè)置公知的電流擴(kuò)散用半導(dǎo)體層和接觸用半導(dǎo)體層。
(5)可將圖1、圖5、圖7所示的半導(dǎo)體襯底1或1a中的保護(hù)元件和圖9、圖11、圖14和圖15的半導(dǎo)體襯底1上的保護(hù)元件這兩個(gè)設(shè)于一個(gè)復(fù)合半導(dǎo)體裝置中。
(6)可以配置取代圖11的作為保護(hù)元件的磁性非線性電阻元件60的硅非線性電阻元件、恒壓二極管、整流二極管、3層二極管等的片狀保護(hù)元件。
(7)可在焊接焊盤部分20上連接導(dǎo)線21以外的棒狀或板狀等的其它導(dǎo)體構(gòu)件。
(8)可將半導(dǎo)體襯底1或1a或金屬襯底與主半導(dǎo)體區(qū)2用熱壓等方法粘貼，以取代在半導(dǎo)體襯底1或1a上氣相成長(zhǎng)主半導(dǎo)體區(qū)2的方式。
(9)可設(shè)置將從主半導(dǎo)體區(qū)2向半導(dǎo)體襯底1或1a側(cè)發(fā)射的光向主半導(dǎo)體區(qū)域2的第一主面14側(cè)反射的光反射。
本發(fā)明可用于半導(dǎo)體發(fā)光元件和保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于包括具有一個(gè)主面和另一主面且具有導(dǎo)電性的襯底；具有可取出光的第一主面和與所述第一主面相對(duì)且與所述襯底的所述一個(gè)主面電氣連接以及機(jī)械連接的第二主面并包含構(gòu)成半導(dǎo)體發(fā)光元件的多個(gè)半導(dǎo)體層的主半導(dǎo)體區(qū)；具有與所述主半導(dǎo)體區(qū)的所述第一主面接觸且可以取出從所述主半導(dǎo)體區(qū)發(fā)射的光的第一部分和與所述第一部分相連且有焊盤電極功能的第二部分的第一電極；與所述襯底相連的第二電極；以及在所述第一電極的所述第二部分和所述襯底另一主面之間配置且將所述第一電極和所述第二電極之間電連接的保護(hù)元件。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述襯底為半導(dǎo)體襯底；所述保護(hù)元件由設(shè)于所述半導(dǎo)體襯底的肖特基勢(shì)壘二極管形成區(qū)，以及與所述肖特基勢(shì)壘二極管形成區(qū)肖特基接觸并與所述第一電極相連且配置于所述第一電極的所述第二部分和所述襯底的一個(gè)主面之間的金屬層構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述襯底為半導(dǎo)體襯底；所述保護(hù)元件是包含形成于所述半導(dǎo)體襯底的一個(gè)pn結(jié)的二極管；所述二極管由第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)和在所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)中島狀形成且具有在所述半導(dǎo)體襯底的所述一個(gè)主面露出的表面的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)構(gòu)成；所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)的至少一部分配置于所述第一電極的所述第二部分和所述半導(dǎo)體襯底的所述另一主面之間；所述第一電極的所述第二部分與所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)歐姆接觸。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述襯底為半導(dǎo)體襯底；所述保護(hù)元件是包含形成于所述半導(dǎo)體襯底的兩個(gè)pn結(jié)的3層二極管；所述3層二極管由具有第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體區(qū)，在所述第一半導(dǎo)體區(qū)中島狀形成且具有在所述半導(dǎo)體襯底的所述一個(gè)主面露出的表面并具有第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體區(qū)，以及在所述第二半導(dǎo)體區(qū)中島狀形成且具有在所述半導(dǎo)體襯底的所述一個(gè)主面露出的表面并具有第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體區(qū)構(gòu)成；所述第三半導(dǎo)體區(qū)的至少一部分配置于所述第一電極的所述第二部分和所述半導(dǎo)體襯底的所述另一主面之間；所述第一電極的所述第二部分與所述第三半導(dǎo)體區(qū)歐姆接觸。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述保護(hù)元件配置于所述第一電極的所述第二部分和所述襯底的一個(gè)主面之間。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述保護(hù)元件是配置于所述襯底的一個(gè)主面上的具有電容功能的電介質(zhì)層，所述電介質(zhì)層的一個(gè)主面與所述襯底接觸，所述電介質(zhì)層的另一主面與所述第一電極的所述第二部分接觸。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述保護(hù)元件在所述電介質(zhì)層的一個(gè)主面和另一主面的兩面或其中一面還設(shè)有電容電極。
8.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述保護(hù)元件是配置于所述襯底的一個(gè)主面上的具有非線性電阻功能的半導(dǎo)體層，所述具有非線性電阻功能的半導(dǎo)體層的一個(gè)主面與所述襯底接觸，所述具有非線性電阻功能的半導(dǎo)體層的另一主面與所述第一電板的所述第二部分接觸。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述保護(hù)元件在所述具有非線性電阻功能的半導(dǎo)體層的一個(gè)主面和另一主面的兩面或其中一面還設(shè)有非線性電阻電極。
10.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述保護(hù)元件是具有非線性電阻功能和電容功能這兩功能的元件。
11.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述襯底為第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底；所述保護(hù)元件由所述半導(dǎo)體襯底的一部分和在所述半導(dǎo)體襯底的所述一部分上形成且具有與所述第一導(dǎo)電型相反的第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述襯底為第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底；所述保護(hù)元件由形成于所述半導(dǎo)體襯底上的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體薄膜和在所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體薄膜上形成且與所述第一電極的所述第二部分相連的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底為第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底；所述保護(hù)元件由配置于所述半導(dǎo)體襯底上的第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體薄膜，在所述第一半導(dǎo)體薄膜上配置的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體薄膜，以及在所述第二半導(dǎo)體薄膜和所述第一電極的所述第二部分之間配置的第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述襯底為第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底；所述保護(hù)元件由形成于所述半導(dǎo)體襯底的一部分并在所述半導(dǎo)體襯底的所述一個(gè)主面露出的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)和在所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)和所述第一電極的所述第二部分之間配置的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成。
15.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求14中任一項(xiàng)所述的發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述主半導(dǎo)體區(qū)設(shè)有從所述主半導(dǎo)體區(qū)的所述第一主面達(dá)到所述第二主面的孔，所述第一電極的所述第二部分的至少一部分配置在所述孔中。
16.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述主半導(dǎo)體區(qū)設(shè)有從所述主半導(dǎo)體區(qū)的所述第一主面達(dá)到所述第二主面的孔，所述保護(hù)元件的至少一部分配置在所述孔中。
17.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求16中任一項(xiàng)所述的發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述第一電極的所述第一部分為與所述主半導(dǎo)體區(qū)的所述第一主面相連的具有光透射性的導(dǎo)電膜。
18.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求16中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述第一電極的所述第一部分與所述主半導(dǎo)體區(qū)的所述第一主面的一部分相連。
19.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求16中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述第一電極的所述第一部分為與所述主半導(dǎo)體區(qū)的所述第一主面的一部分相連的帶狀導(dǎo)體。
20.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于在所述主半導(dǎo)體區(qū)的所述孔的壁面和所述第一電極之間配置絕緣膜。
21.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求20中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于對(duì)所述主半導(dǎo)體區(qū)的第一主面垂直的方向看時(shí)，所述保護(hù)元件面積的70～100％配置在第一電極的所述第二部分的內(nèi)側(cè)。
22.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求21中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底由硅或硅化合物構(gòu)成，所述主半導(dǎo)體區(qū)由多個(gè)III-V族化合物半導(dǎo)體層構(gòu)成。
全文摘要
一直以來難以實(shí)現(xiàn)發(fā)光元件與保護(hù)元件的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的小型化。因而，本發(fā)明的復(fù)合半導(dǎo)體裝置包括硅半導(dǎo)體襯底(1)、發(fā)光元件用的主半導(dǎo)體區(qū)(2)、第一電極(3)和第二電極(4)。硅半導(dǎo)體襯底(1)有保護(hù)元件形成區(qū)(7)。第一電極(3)有焊接焊盤部分(20)。從水平看時(shí)，保護(hù)元件形成區(qū)(7)配置在焊接焊盤部分(20)的內(nèi)側(cè)。第一電極(3)的焊接焊盤部分(20)和第二電極(4)用作發(fā)光元件和保護(hù)元件這兩個(gè)的電極。
文檔編號(hào)H02H9/00GK1652346SQ20051000814
公開日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2005年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月2日
發(fā)明者佐藤純治, 大塚康二, 杢哲次, 加藤隆志, 丹羽愛玲, 神井康宏 申請(qǐng)人:三墾電氣株式會(huì)社