JP4697397B2 - 複合半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体発光素子部とこれを過電圧から保護するための保護素子部とを有する複合半導体装置に関する。

近年、半導体発光素子として、３６５ｎｍ〜５５０ｎｍ程度範囲内の波長の光を放射させることが可能な窒化物半導体材料を使用した発光素子が注目されている。

ところで、窒化物半導体材料を使用した発光素子の静電破壊耐量は例えば１００Ｖ程度と比較的低い。静電破壊の問題を解決するために、サファイア基板上に発光ダイオードとこれを保護するための保護素子とを設けることが後記特許文献１及び２に開示されている。即ち、特許文献１及び２にはサファイア基板上に発光ダイオードを設けると共に、保護用ｐｎ接合ダイオードを設け、これ等を導体によって逆並列接続することが開示されている。この様に保護用ｐｎ接合ダイオードを発光ダイオードに逆並列接続すると、発光ダイオードに順方向電圧が印加されている時に、保護用ｐｎ接合ダイオードは逆方向バイアス状態となり、電流は発光ダイオードを通って流れ、保護用ｐｎ接合ダイオードを通ってほとんど流れない。逆に、発光ダイオードに逆方向電圧が印加されている時には、保護用ｐｎ接合ダイオードが順バイアス状態となり、保護用ｐｎ接合ダイオードの順方向の立上り電圧（導通開始電圧）よりも高い電圧が印加された時に保護用ｐｎ接合ダイオードが導通状態となり、発光ダイオードの電圧が保護用ｐｎ接合ダイオードの順方向電圧に制限される。

しかし、特許文献１及び２に開示されている上記のサファイア基板上に発光ダイオードと保護用ｐｎ接合ダイオードとを分離して横方向に並べて配置すると、保護用ｐｎ接合ダイオードの分だけ複合半導体装置のチップサイズが大きくなる。また、チップサイズを従来と同一とした場合には発光ダイオードの有効発光面積が低減し、輝度の低下を招く。
更に、特許文献１及び２に開示されているように発光ダイオードと保護用ｐｎ接合ダイオードとを分離して配置すると、これ等を逆並列接続するための導体を引き回すことが必要になり、その分だけ複合半導体装置のサイズが大きくなる。
更に、特許文献１の保護用ｐｎ接合ダイオードは、発光ダイオードのためのエピタキシャル成長層と同時に形成されたエピタキシャル成長層を使用して構成されている。従って、保護用ｐｎ接合ダイオードの半導体層の厚さが発光ダイオードのエピタキシャル成長層の厚さに制限され、保護用ｐｎ接合ダイオードの順方向電圧を好ましい値に設定することが困難である。なお、保護用ｐｎ接合ダイオードの順方向電圧の好ましい値は、正常時に発光ダイオードに印加される逆方向電圧よりも高く、且つ発光ダイオードの許容最大逆方向電圧よりも低い値である。
更に、特許文献１の図８に示されている実施形態に従う発光ダイオードは、ＩｎＧａＮから成る活性層とこの一方の側に配置されたｐ型ＧａＮ層（ｐクラッド層）とこの他方の側に配置されたｎ型ＧａＮ層（ｎクラッド層）とから成り、保護用ｐｎ接合ダイオードはｎクラッド層に連続しているｎ型ＧａＮ層と活性層と同一のＩｎＧａＮ層とｐクラッド層と同一のｐ型ＧａＮ層とから成る。保護用ｐｎ接合ダイオードのｎ型ＧａＮ層に設けられたカソード電極は発光ダイオードのアソード電極に接続され、発光ダイオードのカソード電極はｎクラッド層に接続されている。従って、発光ダイオードのカソード電極と保護用ｐｎ接合ダイオードのカソード電極とが共にｎ型ＧａＮ層に接続されているので、もしこれ等の相互間距離が短いと、これ等の相互間に電流が流れ、発光ダイオードに電流が流れない可能性がある。このため、発光ダイオードのカソード電極と保護用ｐｎ接合ダイオードのカソード電極との距離を十分に大きくすることが必要になり、複合半導体装置のサイズが必然的に大きくなる。
特許文献１の図１には、発光ダイオードのｐ型ＧａＮ層（ｐクラッド層）の延長部分の抵抗を発光ダイオードのアノード電極とカソード電極との間に接続し、この抵抗を保護素子として使用する別の実施形態が開示されている。発光ダイオードのカソード電極をｐ型クラッド層の延長部分に接触させると、この接触はショットキー接触又はこれに近い状態になる。従って、特許文献１の保護素子としての抵抗を含む複合半導体装置を図２９の等価回路で示すことができる。即ち、この等価回路において、発光ダイオードＬＥＤのアノード電極１０１とカソード電極１０２との間にショットキーバリヤダイオードＳＤが保護用抵抗Ｒ３を介して接続されている。保護用抵抗Ｒ３はアノード電極１０１とのショットキーバリヤダイオードＳＤとの間に介在するｐ型ＧａＮ層（ｐクラッド層）の長さに比例した値を有する。ショットキーバリヤダイオードＳＤは発光ダイオードＬＥＤに対して保護用抵抗Ｒ３を介して順方向並列接続されている。従って、もし保護用抵抗Ｒ３の値が小さいと、発光ダイオードに順方向電圧が印加された時に、保護用抵抗Ｒ３を介して電流が流れ、発光ダイオードが発光しない。保護用抵抗Ｒ３の値をＲ３、発光ダイオードＬＥＤの順方向の抵抗値をＲ１、逆方向の抵抗値をｒ１、ショットキーバリアダイオードＳＤの順方向の抵抗値をＲ２、逆方向の抵抗値をｒ２とした時、Ｒ２＋Ｒ３がＲ１よりも十分に大きいことが発光ダイオードＬＥＤの発光条件であり、また、ｒ２＋Ｒ３がｒ１よりも十分に小さいことが保護用抵抗Ｒ３に基づいて保護機能を得る条件である。
上記条件を満足させるようにｐ型ＧａＮ層（ｐクラッド層）の延長部分を設定することには困難を伴なう。また、抵抗Ｒ３を得るためにｐクラッド層の延長部分を設けると、チップサイズが必然的に大きくなる。
特開平１０−６５２１５号公報 特開平１０−２００１５９号公報

本発明が解決しようとする課題は、保護素子部を伴なった半導体発光装置、即ち発光素子と保護素子との複合半導体装置の小型化を図ることが困難なことである。また、発光素子と受光素子と保護素子との一体化が要求されることがあるが、これ等を含む複合半導体装置の小型化を図ることが困難であった。

上記課題を解決するための本発明は、半導体発光素子部とこの半導体発光素子部を過電圧から保護するための保護素子部とを含む複合半導体装置であって、
前記半導体発光素子部は、一方の主面と他方の主面とを有し且つ導電性を有し且つ第１導電型を有する半導体基板と、互いに対向する第１及び第２の主面と前記第１の主面から前記第２の主面に至る傾斜側面とを有し且つ前記第２の主面が前記半導体基板の一方の主面に電気的及び機械的に結合されている発光半導体領域と、前記発光半導体領域の前記第１の主面に配置された第１の電極と、前記半導体基板に接続された第２の電極とを備え、
前記保護素子部は、前記半導体基板の延長部分と前記発光半導体領域の前記傾斜側面に光透過性を有する絶縁膜を介して配置された光透過性を有する第２導電型半導体膜とから成り、
前記第２導電型半導体膜の一端部分は前記半導体基板の前記延長部分にｐｎ接合接触し、前記第２導電型半導体膜の他端部分は前記第１の電極に接続され、
前記第１の電極は光透過性を有し、
前記発光半導体領域は前記半導体基板の一方の主面上に気相成長された半導体又は前記半導体基板に熱圧着で貼り合わせた半導体からなることを特徴とする複合半導体装置に係わるものである。
なお、本願において、光とは半導体発光素子部から放射される光を意味する。また、複合半導体装置とは保護素子部を伴なった半導体発光装置を意味する。また、保護素子部とは、半導体発光素子部を過電圧から保護する機能を有する保護素子を意味する。

請求項２に示すように、前記第２導電型半導体膜は前記第１の電極の上を覆う部分を有し、前記覆う部分は前記第１の電極を保護する機能を有していることことが望ましい。前記第２導電型半導体膜の前記覆う部分が耐湿性又は防傷性又はこれらの両方を有する保護膜機能を有することによって、従来の保護膜を省くこと、又は従来の保護膜を保護膜機能の低いものに置き換えることが可能になり、小型化及び低コスト化が可能になる。
また、請求項３に示すように、第１の電極は、パッド電極機能を有している部分を備えていることが望ましい。

本発明によれば次の効果を得ることができる。
（１） 発光半導体領域をその逆方向又は順方向又はこれ等の両方の過電圧から保護するための前記保護素子部が、前記発光半導体領域の傾斜側面に設けられているので、保護素子部を伴なった半導体発光装置即ち複合半導体装置の小型化を達成することができる。
（２） 導電性を有している基板が使用されているので、基板によって半導体発光素子部と保護素子部との相互接続が容易に達成される。従って、半導体発光素子部と保護素子部との構成が単純化され、小型化及び低コスト化が達成される。
（３）第２導電型半導体膜及び絶縁膜が光透過性を有するので、発光半導体領域の傾斜側面から光を外部に取り出すことができ、光の外部取り出し効率が向上する。

次に、図１〜図２８を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１に示す本発明の実施例１に従う複合半導体装置は、半導体発光素子部（以下、発光素子部と言う。）１と保護素子部２とから成る。発光素子部１には半導体発光ダイオードが形成され、保護素子部２には発光素子部１を過電圧から保護するための保護ダイオードが形成されている。

発光素子部１と保護素子部２とは共通の導電性基板としてのｐ型（第１導電型）のシリコン半導体基板３を使用して構成されている。半導体基板３の鎖線で区画して示す中央部分３１は主として発光素子の構成に寄与し、中央部分３１の延在部分としての外周部分３２は主として保護素子の構成に寄与している。この半導体基板３の詳細は後述する。

発光素子部１は、半導体基板３の中央部分３１と、ｎ型半導体層４、活性層５及びｐ型半導体層６から成る発光半導体領域（主半導体領域）７と第１の電極８と第２の電極９とから成る。
保護素子部２は、半導体基板３の中央部分３１の延在部分としての外周部分３２と絶縁膜１０と第２導電型半導体膜としてのｎ型半導体薄膜１１とから成る。
第１の電極８の大部分とｎ型半導体薄膜１１は、耐湿性及び防傷性を有する例えばシリコン酸化膜（SiO₂）から成る光透過性保護膜１２によって覆われている。次に、図１の各部を詳しく説明する。

導電性を有する基板としての半導体基板３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１３と他方の主面１４とを有する。この半導体基板３のｐ型不純物濃度は、例えば５×１０¹⁸〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3程度であり、抵抗率は０．０００１Ω・ｃｍ〜０．０１Ω・ｃｍ程度である。従って、半導体基板３は導電性基板であり、発光素子部１の電流通路として機能する。更に、半導体基板３は、発光半導体領域７のエピタキシャル成長のための基板としての機能、及び発光半導体領域７と第１の電極８との機械的支持体としての機能を有する。半導体基板３の好ましい厚みは比較的厚い２００〜５００μｍである。半導体基板３の一方の主面１３は平坦であっても差し支えない。しかし、１枚の半導体ウエハから複数の複合半導体装置を作製する時に、比較的大きな面積を有する発光半導体領域７を図３に示すようにエッチングによって複数個に分割すると、必然的に半導体基板３もエッチングされて凹部即ち段部３３が生じる。このエッチングにおいて、半導体基板３は発光半導体領域７をエッチングストッパとして機能している。なお、保護素子部２の複合化の有無に関係なく、ウエハを個別の半導体発光素子に分割する時に、２つの発光半導体領域の相互間に分割のために必要な幅（ｗ＋ｗ）を有する段部３３又は発光半導体領域７で覆われない部分が生じる。

半導体基板３上には、一般にｎ型クラッド層と呼ばれているｎ型半導体層４と活性層５と一般にｐ型クラッド層と呼ばれているｐ型半導体層６とが順次に周知のエピタキシャル成長法によって形成されている。発光半導体領域７の各層４、５、６は３−５族化合物半導体の１種である周知の窒化物半導体から成る。従って、発光半導体領域７のｎ型半導体層４とシリコン半導体基板３とはヘテロ接合である。図１ではｐ型半導体基板３に対してｎ型半導体層４が接触しているが、これらのヘテロ接合界面の電圧降下は比較的小さい。即ち、ｐ型シリコン半導体基板３と窒化物半導体から成るｎ型半導体層４との間に図示されていない合金化層が生じているために、第１及び第２の電極８、９間に発光半導体領域７を順方向バイアスする向きの電圧を印加した時のｎ型半導体層４とｐ型半導体基板３との間の界面における電圧降下は小さい。勿論、図１のｐ型半導体基板３の代りにｎ型半導体基板を使用し、且つｎ型半導体薄膜１１の代りにｐ型半導体薄膜を形成することもできる。

ｎ型半導体層４は、図１において１つの層で示されているが、バッファ層とｎ型半導体層との組み合せで構成することができる。
図１において活性層５も１つの層で示されているが、実際には周知の多重量子井戸構造を有している。もし、ダブルヘテロ接合構造にすることが要求されない場合には、発光半導体領域７から活性層５を省くこともできる。
図１において、活性層５の上に配置されたｐ型半導体層６は１つの層で示されているが、このｐ型半導体層６に周知の電流拡散層、コンタクト層等を含めることができる。

発光半導体領域７は、互いに対向している第１及び第２の主面１５、１６と、傾斜を有する側面１７とを有している。この実施例１では発光半導体領域７の第１の主面１５が光取出しに利用され、第２の主面１６が半導体基板３の一方の主面１３に電気的及び機械的に結合されている。
なお、この実施例１では図２に示すように発光半導体領域７及び半導体基板３が平面的に見て四角形のパターンを有しているが、それぞれを平面的に見て円形パターン又は別の任意のパターンとすることができる。また、半導体基板３を四角形パターンとし、発光半導体領域７のみを円形パターン又は任意のパターンとすることもできる。

発光半導体領域７の上に配置された第１の電極８は、第１の部分としての光透過性電極１８と第２の部分としてのボンディングパッド電極１９とから成る。光透過性電極１８は発光半導体領域７の第１の主面１５のほぼ全体に配置され、且つｐ型半導体層６に電気的に接続されている。この光透過性電極１８は、一般にＩＴＯと呼ばれている酸化インジュム（Ｉｎ₂Ｏ₃）と酸化錫（ＳｎＯ₂ ）との混合物から成る１００ｎｍ程度の膜とすることが望ましい。しかし、光透過性電極１８をＩＴＯ以外のＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ａｇ（銀）等の別の材料で光透過可能な厚みに形成することもできる。ボンディングパッド電極１９は発光半導体領域７の第１の主面１５の面積よりも小さい面積を有するように形成され且つＡｌ又はＡｕ等から成る外部接続用ワイヤを結合することができる金属からなり、光透過性電極１８に接続されている。このボンディングパッド電極１９は光透過性電極１８よりも厚く形成され且つ光を実質的に透過させないので、図２で鎖線で示すように発光半導体領域７の第１の主面１５の中央部分に限定的に配置されている。

第２の電極９は半導体基板３の他方の主面１４に接続されている。なお、半導体基板３は導電性を有するので、第２の電極９を半導体基板３の一方の主面１３の外周部分に接続することもできる。

発光半導体領域７を静電気等の過電圧から保護するための保護素子部２の一部としてのｎ型半導体薄膜１１は、ｐ型の半導体基板３の外周部分３２にｐｎ接触している一端部分と、絶縁膜１０を介して発光半導体領域７の側面１７上に配置されている部分と、第１の電極８の一部である光透過性電極１８に電気的に接続されている他端部分とを有する。このｎ型半導体薄膜１１とｐ型の半導体基板３との界面のｐｎ接合が保護ダイオードとして機能する。発光半導体領域７の側面１７が傾斜しているために、平面的に見て即ち半導体基板３の一方の主面１３に対して垂直な方向から半導体基板３を見て、保護素子部２の一部としてのｎ型半導体薄膜１１が半導体基板３の内側に配置されている。
この実施例１では、傾斜している側面１７からの光取出しを可能にするために、絶縁膜１０は１ｎｍ〜２ｎｍ程度に形成され、またｎ型半導体薄膜１１も１ｎｍ〜２ｎｍ程度に形成され、それぞれが光透過性を有する。また、ｎ型半導体薄膜１１と光透過性電極１８とを覆う保護膜１２も光透過性を有する材料及び厚さに形成されている。ｎ型半導体薄膜１１に光透過性が要求されないか、又は光透過性が低くても差し支えない場合は、ｎ型半導体薄膜１１の厚みを１ｎｍ〜１μｍの範囲で任意に変えること、又はｎ型半導体薄膜１１を１μｍよりも厚いｎ型半導体厚膜に変えることができる。

図１のｎ型半導体薄膜１１はアモルファス（非晶質）シリコンで形成されているが、この代りに例えばＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂ 、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳｂ₂ Ｏ₆、ＣｄＯ、ＣｄＩｎ₂Ｏ₄ 、ＭｇＩｎ₂Ｏ₄ 、ＺｎＧａ₂Ｏ₄ 、ＣｄＧａ₂Ｏ₄、Ｇａ₂Ｏ₃、ＧａＩｎ₃ 、ＣｄＳｎＯ₄ 、ＩｎＧａＭｇＯ₄ 、ＩｎＧａｓＺｎＯ₄ 、Ｚｎ₂Ｉｎ₂Ｏ₅ 、ＡｇＳｂＯ₃ 、Ｃｄ₂Ｓｂ₂Ｏ ₇、Ｃｄ₂ＧｅＯ₄ 、ＡｇＩｎＯ₂、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ等で形成することもできる。また、ｎ型半導体薄膜１１の代わりにｎ型半導体厚膜を設けることもできる。
半導体薄膜１１は、蒸着、又はＣＶＤ、又は印刷（塗布）、又はスパッタ等の周知の方法で形成される。

この実施例では発光半導体領域７の側面１７の全周を囲むようにｎ型半導体薄膜１１が形成されているが、側面１７の一部のみに半導体薄膜１１を形成することもできる。しかし、側面１７の全周又はできるだけ多くの部分に半導体薄膜１１を形成することが望ましい。これにより、ｎ型半導体薄膜１１を薄く形成しても、所望の電流容量を得ることが可能になる。

図１の複合半導体装置の発光素子部１は図４の発光素子としての発光ダイオード４１の機能を有し、保護素子部２は図４の保護素子としての保護ダイオード４２の機能を有する。図１の第１及び第２の電極８、９は図４の第１及び第２の端子４３、４４として機能する。従って、発光素子部１に基づく発光ダイオード４１に対して保護素子部２に基づく保護ダイオード４２は逆方向並列に接続されている。

保護ダイオード４２の順方向電圧即ち順方向の立上り電圧（導通開始電圧）は、発光ダイオード４１の許容最大逆方向電圧（逆方向耐電圧）よりも低く設定される。また、保護ダイオード４２の順方向電圧は、正常時に発光ダイオード４１に印加される逆方向電圧よりも高いことが望ましい。発光ダイオード４１に異常な逆方向の電圧が印加されると、保護ダイオード４２が導通し、発光ダイオード４１の電圧が保護ダイオード４２の順方向電圧に抑えられ、発光ダイオード４１に逆方向のサージ電圧等の過電圧が印加されることを阻止でき、発光ダイオード４１を破壊から保護することができる。
なお、保護ダイオード４２をツエナーダイオード等の定電圧ダイオードで構成することもできる。この定電圧ダイオードの逆方向の降伏電圧は、発光ダイオード４１に対して正常時に順方向に印加される電圧と許容最大順方向電圧（順方向耐電圧）との間であることが望ましい。これにより、定電圧ダイオードの逆方向降伏電圧以上の電圧が発光ダイオード４１に印加されることを防ぐことができ、発光ダイオード４１をサージ電圧等の順方向の過電圧から保護することができる。定電圧ダイオードの順方向電圧は保護ダイオード４２の順方向電圧と同一であることが望ましい。
定電圧ダイオードを設けると、発光ダイオード４１を逆方向と順方向との両方の過電圧から保護することができる。もし、発光ダイオード４１を逆方向の過電圧から保護することが要求されない場合は、定電圧ダイオードの順方向電圧を任意に設定し、定電圧ダイオードによって発光ダイオード４１を順方向の過電圧から保護する。

本実施例の複合半導体装置は次の効果を有する。
（１） 発光半導体領域７の側面１７上に保護素子部２の一部を配置し、且つ発光半導体領域７が設けられない半導体基板３の外周部分３２を保護素子部２の一部として使用する構成であるので、半導体基板３の一方の主面１３に対する発光半導体領域７の占有面積の実質的な低減を伴なわないで過電圧保護機能を得ることができる。要するに、従来と同一の光出力を得る場合には、複合半導体装置の小型化を達成することができる。また、複合半導体装置を従来と同一寸法に形成する場合には、従来よりも光出力を大きくすることができる。
（２） 発光半導体領域７の側面１７が傾斜しているので、平面的に見て保護素子部２の一部としてのｎ型半導体薄膜１１を半導体基板３の内側に配置することができ、複合半導体装置の小型化を良好に達成することができる。
（３） 発光素子部１と保護素子部２とで共通の半導体基板３を使用し、且つｎ型半導体薄膜１１を第１の電極８に直接に接続する構成であるので、図４に示すように発光ダイオード４１に保護ダイオード４２を並列接続する構成及び工程を簡略化することができ、複合半導体装置の小型化及び低コスト化を達成することができる。
（４） ｎ型半導体薄膜１１を、生産性に優れた蒸着、ＣＶＤ、スパッタ、スクリーン印刷等で形成できるので、保護素子の製造コストの低減を図ることができる。
（５） 絶縁膜１０、ｎ型半導体薄膜１１、保護膜１２が光透過性を有するので、発光半導体領域７の側面１７から光を外部に取り出すことができ、光の外部取り出し効率が向上する。

図５に示す実施例２に従う複合半導体装置は、変形した保護素子部２ａを設け、この他は図１と同一に構成したものである。従って、図５、及び後述する図６〜図２８において図１と実質的に同一の部分には同一の符号を付し、また、図５〜図２８において相互に共通する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５の保護素子部２ａは、図１の保護素子部２から絶縁膜１０を省き、この他は図１と同一に形成したものに相当する。絶縁膜１０が省かれているので、図５ではｎ型半導体薄膜１１が発光半導体領域７の側面１７に直接に接触している。しかし、ｎ型半導体薄膜１１を活性層５よりも大きなバンドギャップを有する材料、好ましくは発光半導体領域７の各層４、５、６よりも大きなバンドギャップを有する材料で形成することによってｎ型半導体薄膜１１から発光半導体領域７へ又はこの逆のリーク電流は極めて小さくなり、実用上問題がない。
従って、図５の実施例によっても図１の実施例と同一の効果を得ることができる。

図６に示す実施例３の複合半導体装置は、変形された保護素子部２ｂを設けた他は図１と同一に形成したものである。

図６の保護素子部２ｂは光透過性電極１８と同一材料（例えばＩＴＯ）から成るｎ型半導体薄膜１１ａを設け、この他は図１と同一に構成したものである。図６のｎ型半導体薄膜１１ａは光透過性電極１８と同一材料であるので、両者を同一工程で形成し、連続させることができる。これにより、複合半導体装置の製造工程の簡略化を図ることができる。なお、光透過性電極１８がｎ型半導体薄膜であっても、ｐ型半導体層６との間の障壁はさほど高くないので実用上問題ない。
本実施例３は上記効果の他に図１の実施例１と同一の効果も有する。

図６の変形として図６を図５と同様に絶縁膜１０を省き、ｎ型半導体薄膜１１を発光半導体領域７の側面１７に直接に形成することもできる。

図７の実施例４の複合半導体装置は、変形された発光素子部１ａ及び保護素子部２ｃを設けた他は図１と同一に形成したものである。
変形された発光素子部１ａは図１の保護膜１２の代りに光透過性を有するｎ型半導体薄膜１１の延在部分１２ａを光透過性電極１５の上に配置し、この他は図１と同一に形成したものに相当する。図７の保護素子部２ｃは図１の保護素子部２から保護膜１７を省き、この他は図１と同一に形成したものに相当する。

この実施例４では、ｎ型半導体薄膜１１の延在部分１２ａが光透過性電極１５の保護膜として機能しているので、保護膜の形成を省くことができ、この分だけコストの低減を図ることができる。
なお、図７の実施例４は図１の実施例１と同一の効果も有する。

図８の実施例５の複合半導体装置は、変形された保護素子部２ｄを設け、この他は図１と同一に形成したものである。

図８の保護素子部２ｄは図１の保護素子部２にｐ型半導体薄膜５０を追加し、この他は図１と実質的に同一に形成したものである。図８のｐ型（第１導電型）半導体薄膜５０はｐ型の半導体基板３の外周部分３２に低抵抗接触して電気的に接続されている一端部分と絶縁膜１０を介して発光半導体領域７の側面１７に対向配置されている部分とを有する。ｎ型（第２導電型）半導体薄膜１１はｐ型半導体薄膜５０にｐｎ接触している一端部分と絶縁膜１０を介して発光半導体領域７の側面１７に対向配置されている部分と光透過性電極１５に低抵抗接触して電気的に接続されている他端部分とを有する。保護膜１２はｐ型半導体薄膜５０とｎ型半導体薄膜１１との両方を被覆している。
なお、ｐ型半導体薄膜５０は、アモルファスシリコン、ＮｉＯ、Ｃｕ₂ Ｏ、ＦｅＯ、ＣｕＡｌＯ₂、ＣｕＧａＯ₂、ＳｒＣｕ₂Ｏ₂等で形成することができる。

図８の実施例５ではｐ型半導体薄膜５０とｎ型半導体薄膜１１との間のｐｎ接合が図４の保護ダイオード４２と同様に機能する。

なお、図８の実施例５においても、図５と同様に絶縁膜１０を省くこと、図６と同様にｎ型半導体薄膜１１を光透過性電極１５と同一材料で形成すること、図７と同様にｎ型半導体薄膜１１を光透過性電極１５の上に延在させて保護膜１２を省くことができる。

図９の実施例６の複合半導体装置は、変形された発光素子部１ｂと保護素子部２ｅを設け、その他は図１と同一に形成したものである。従って、図９において図１と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。

図９の発光素子部１ｂはｎ型シリコン半導体基板３ａを有する他は図１と同一に形成されている。図９の保護素子部２ｅは図８と同様にｐ型半導体薄膜５０を有し、更に金属層５１を有する。金属層５１は半導体基板３の外周部分３２の一方の主面１３上に配置された部分と絶縁膜１０を介して発光半導体領域７の側面１７に対向配置されている部分とを有する。

ｐ型半導体薄膜５０は絶縁膜１０を介して発光半導体領域７の側面１７に対向配置されている部分と金属層５１に低抵抗接触して電気的に接続されている部分とを有する。図９のｎ型半導体薄膜１１は図８と同様にｐ型半導体薄膜５０にｐｎ接触している部分と光透過性電極１８に低抵抗接触して電気的に接続されている部分とを有する。

図９の実施例６は図８の実施例５に金属層５１を追加した点を除いて図８と実質的に同一に構成したものであるので、実施例５と同一の効果を有する。
なお、図９では金属層５１を有するので、ｎ型半導体基板３ａが使用されている。しかし、図９では半導体基板３ａの導電型がｐ型半導体薄膜５０に拘束されないので、半導体基板３ａの導電型をｐ型に変えることもできる。

図９の実施例６においても、図５と同様に絶縁膜１０を省くこと、図６と同様にｎ型半導体薄膜１１を光透過性電極１８と同一材料で形成すること、図７と同様にｎ型半導体薄膜１１を光透過性電極１８の上に延在させて保護膜１２を省くことができる。

図１０の実施例７の複合半導体装置は、変形された発光素子部１ｂと保護素子部２ｆを設け、この他は図１と同一に形成したものである。

図１０の発光素子部１ｂはｎ型シリコン半導体基板３ａを有する他は図１と同一に形成されている。図１０の保護素子部２ｆは、ｎ型の第１の半導体薄膜６１とｐ型の第２の半導体薄膜６２とｎ型の第３の半導体薄膜６３とを有する。ｎ型の第１の半導体薄膜６１はｎ型の半導体基板３ａに接触している部分と発光半導体領域７の側面１７上に絶縁膜１０を介して配置されている部分とを有する。ｎ型の第１及び第３の半導体薄膜６１、６３は、図１のｎ型半導体薄膜１１と同一材料によって同一方法で形成されている。ｐ型の第２の半導体薄膜６２はｎ型の第１の半導体薄膜６１にｐｎ接触している部分と絶縁膜１０を介して発光半導体領域７の側面１７上に配置された部分とを有する。このｐ型の第２の半導体薄膜６２は図８及び図９に示されているｐ型半導体薄膜５０と同一材料によって同一方法で形成されている。ｎ型の第３の半導体薄膜６３はｐ型の第２の半導体薄膜６２にｐｎ接触している部分と光透過性電極１８に接続されている部分とを有する。第１、第２及び第３の半導体薄膜６１、６２、６３は発光半導体領域７の側面１７に対向配置された部分を有し且つ互いに重ねられた部分を有してｎｐｎ３層ダイオードを構成している。

図１０の複合半導体装置の等価回路を図１１で示すことができる。図１１の発光素子としての発光ダイオード４１は発光素子部１ｂに対応し、保護素子としてのｎｐｎ３層ダイオード４２ａは保護素子部２ｆに対応し、第１の端子４３は第１の電極８に対応し、第２の端子４４は第２の電極９に対応している。発光ダイオード４１に並列接続されたｎｐｎ３層ダイオード４２ａは、一般にダイアック（ＤＩＡＣ）又は双方向性ダイオードと呼ばれるものであって、逆方向に接続された第１のダイオードＤ1 と順方向に接続された第２のダイオードＤ2 との直列回路で示すことができる。なおｎｐｎ３層ダイオード４２ａを逆方向の第１のダイオードＤ1 と順方向の第２のダイオードＤ2 との並列回路で示すこともある。ｎｐｎ３層ダイオード４２ａの順方向及び逆方向の降伏電圧は図４に関係して説明した定電圧ダイオードと同様に設定される。即ち、ｎｐｎ３層ダイオード４２ａに第２の端子４４から第１の端子４３に向う逆方向の電圧が印加された時の降伏電圧は、発光ダイオード４１の許容最大逆方向電圧（逆方向耐電圧）よりも低く且つ正常時に発光ダイオード４１に逆方向に印加される電圧よりも高いことが望ましい。また、ｎｐｎ３層ダイオード４２ａに第１の端子４３から第２の端子４４に向う順方向の電圧が印加された時の降伏電圧は、正常時において発光ダイオード４１に順方向に印加される電圧と許容最大順方向電圧（順方向耐電圧）との間であることが望ましい。発光ダイオード４１に印加される最大電圧はｎｐｎ３層ダイオード４２ａの電圧に制限されるので、発光ダイオード４１を順方向及び逆方向の過電圧から保護することができる。

図１０の実施例７の保護素子部２ｆの構造は、図１の実施例１に類似しているので、実施例７によっても実施例１と同一の効果を得ることができる。

図１０の実施例７においても、図５と同様に絶縁膜１０を省くこと、図６と同様にｎ型の第３の半導体薄膜６３を光透過性電極１８と同一材料で形成すること、図７と同様にｎ型の第３の半導体薄膜６３を光透過性電極１８の上に延在させて保護膜１２を省くことができる。
また、図１０において、第１の半導体薄膜６１と半導体基板３ａとの間に点線で示すように金属層５１ａを配置することができる。このように金属層５１ａを配置した場合には半導体基板３ａをｐ型に変えることもできる。

図１２の実施例８の複合半導体装置は、変形された保護素子部２ｇを設け、この他は図１と同一に形成したものである。

図１２の保護素子部２ｇは図１２のｎ型半導体薄膜１１の代りにショットキー電極として機能する金属膜７０を設け、この他は図１と同一に形成したものである。金属膜７０は半導体基板３の外周部分３２の一方の主面１３上に配置された一端部分と発光半導体領域７の側面１７上に絶縁膜１０を介して配置された部分と光透過性電極１８に接続された他端部分とを有する。

金属膜７０はｐ型半導体基板３に対してショットキー接触し、ショットキーダイオードを構成している。ショットキー接触を得るための金属膜７０を、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｍ、ＰｔＳｉ、Ｐｄ₂ Ｓｉ等から選択された材料で形成することができる。金属膜７０と半導体基板３とに基づくショットキーダイオードは図４のｐｎ接合から成る保護ダイオード４２と同様な機能を有し、発光素子部１に基づく発光ダイオード４１に逆方向並列に接続されている。従って、図１２の実施例８によっても実施例１と同様な効果を得ることができる。

図１３の実施例９の複合半導体装置は、変形された保護素子部２ｈを設け、この他は図１と同一に形成したものである。

図１３の保護素子部２ｈは、ｐ型半導体基板３の外周部分３２の一方の主面にｎ型半導体領域３４を有し、且つこのｎ型半導体領域３４と光透過性電極１８とを接続するための金属膜７１を有する。図１３ではｎ型半導体領域３４が半導体基板３の中央部分３１に少しはみ出しているが、外周部分３２の中のみに設けることもできる。金属膜７１はｎ型半導体領域３４に低抵抗接触して電気的に接続されている一端部分と発光半導体領域７の側面１７上に絶縁膜１０を介して配置された部分と光透過性電極１８に低抵抗接触して電気的に接続されている他端部分とを有する。

ｎ型半導体領域３４とｐ型半導体基板３との間のｐｎ接合に基づくダイオードは、図４の保護ダイオード４２と同様に発光素子部１の発光ダイオード４１に逆方向並列に接続され、保護ダイオード４２と同様に発光ダイオード４１を過電圧から保護する。

図１３の複合半導体装置においても、保護素子部２ｈを構成する金属膜７１が半導体半導体領域７の側面１７上に絶縁膜１０を介して配置され、且つ発光ダイオード４１の発光機能に無関係な半導体領域３の外周部分３２に保護ダイオードのためのｎ型半導体領域３４が形成されているので、発光半導体領域７の第１の主面１５の面積を従来と同一とした場合には、複合半導体装置を従来よりも小型にすることができる。即ち、図３によって既に説明したように半導体基板３の外周部分３２は発光ダイオードのみを構成する場合においても必然的に生じる部分である。また、ｎ型半導体領域３４はエッチングストッパー機能を得るために設けられることが多い。従って、外周部分３２に保護素子としてのｐｎ接合ダイオードを形成しても、複合半導体装置の外形寸法の実質的な増大を招かない。このため、図１３の実施例９によっても図１の実施例１と同様な効果を得ることができる。

図１４の実施例１０の複合半導体装置は、変形された発光素子部１ｂと保護素子部２ｉを設け、この他は図１と同一に形成したものである。

図１４の発光素子部１ｂはｎ型シリコン半導体基板３ａを有する他は図１と同一に形成されている。図１４の保護素子部２ｉは半導体基板３ａの外周部分３２がｎ型（第１導電型）であり、この外周部分３２の一方の主面にｐ型（第２導電型）半導体領域３５が形成されている点で図１と相違し、この他は図１と同一に形成されている。なお、図１４ではｐ型半導体領域３５が半導体基板３ａの中央部分３１に少しはみ出しているが、外周部分３２の中のみに形成することもできる。発光半導体領域７の側面１７上に絶縁膜１０を介して配置されたｎ型半導体薄膜１１の一端部分はｐ型半導体領域３５にｐｎ接触し、他端部分は光透過性電極１８に接続されている。従って、第１の電極８と第２の電極９との間に図１１の発光ダイオード４１と同様なものが形成され且つ図１１のｎｐｎ３層ダイオード４２ａと同様な保護素子が形成されている。即ち、図１４の保護素子部２ｉにおいて、ｎ型半導体薄膜１１とｐ型半導体領域３５との間のｐｎ接合によって図１１の第１のダイオードＤ1 に相当するものが形成され、ｐ型半導体領域３５とｎ型半導体領域３ａとの間のｐｎ接合で図１１の第２のダイオードＤ2 に相当するものが形成されている。図１４の保護素子部２ｉにおけるｎｐｎ３層ダイオードの特性を図１１で説明したｎｐｎ３層ダイオード４２ａと同様な特性にすることによって図１０の実施例７と同一の過電圧保護機能を得ることができる。

図１４の実施例１０は、保護素子部２ｉが実施例１〜９と同様な技術的思想で構成されているので、実施例１〜９と同様な効果を有する。

図１４の実施例１０においても、図５と同様に絶縁膜１０を省くこと、図６と同様にｎ型半導体薄膜１１を光透過性電極１８と同一材料で形成すること、図７と同様にｎ型半導体薄膜１１を光透過性電極１８の上に延在させて保護膜１２を省くことができる。

図１５の実施例１１の複合半導体装置は、変形された発光素子部１ｂと保護素子部２ｊを設け、この他は図１と同一に形成したものである。

図１５の発光素子部１ｂはｎ型シリコン半導体基板３ａを有する他は図１と同一に形成されている。図１５の保護素子部２ｊは、ｎ型（第１導電型）の半導体基板３ａの外周部分３２に一方の主面１３側に形成されたｐ型（第２導電型）の第１の半導体領域３５とｎ型の第２の半導体領域３６とを有する。ｐ型の第１の半導体領域３５とｎ型半導体基板３ａとの間にｐｎ接合が生じている。ｎ型の第２の半導体領域３６はｐ型の第１の半導体領域３５の中に形成され、両者間にｐｎ接合が生じている。ｎ型の第２の半導体領域３６を光透過性電極１８に接続するための金属膜７１が設けられている。金属膜７１は発光半導体領域７の側面１７上に絶縁膜１０を介して配置されている部分と第２の半導体領域３６に低抵抗接触して電気的に接続されている一端部分と光透過性電極１８に低抵抗接触して電気的に接続されている他端部分とを有する。

図１５の保護素子部２ｊは第１及び第２の電極８，９間に２つのｐｎ接合を有するので、図１１のｎｐｎ３層ダイオード４２ａと同一の機能を有する。また、図１５の保護素子部２ｊのｎｐｎ３層ダイオードは有効発光面積を低減させないように形成されているので、図１５の実施例１１は実施例１〜１０と同様な効果を有する。なお、図１５ではｐ型の第１の半導体領域３５が半導体基板３ａの中央部分３１に少しはみ出しているが、外周部分３２の中のみに限定的に設けることもできる。また、ｎ型の第２の半導体領域３６を半導体基板３ａの中央部分３１にはみ出るように形成することもできる。

図１６の実施例１２の複合半導体装置は、変形された保護素子部２ｋを設け、この他は図１と同一に形成したものである。

図１６の保護素子部２ｋは、保護素子とバリスタ特性とコンデンサ特性とを得るために、第１の金属層８１とバリスタ特性及びコンデンサ特性を得ることができる半導体磁器から成る誘電体層８２と第２の金属層８３とを有している。第１の金属層８１は半導体基板３の外周部分３２の一方の主面１３に配置された部分と発光半導体領域７の側面１７上に絶縁膜１０を介して配置された部分とを有する。誘電体層８２は第１の金属層８１の上に配置されている。第２の金属層８３は誘電体層８２の上に配置された部分と光透過性電極１８に接続された部分とを有する。

図１６の複合半導体装置を図１７の等価回路で示すことができる。図１６の第１及び第２の電極８，９は図１７の第１及び第２の端子４３，４４に対応し、発光素子部１は発光ダイオード４１に対応し、保護素子部２ｋは電圧非直線抵抗体即ちバリスタＶＲとコンデンサＣとを組み合せた保護素子４２ｂに対応している。発光ダイオード４１に並列接続されたバリスタＶＲは図１１のｎｐｎ３層ダイオード４２ａと同様に双方向ダイオードとして機能する。従って、バリスタＶＲの導電開始電圧即ちバリスタ電圧は図１１のｎｐｎ３層ダイオード４２ａと同一に設定するのが望ましい。誘電体層８２と第１及び第２の金属層８１，８３とによってコンデンサＣも形成されている。コンデンサＣは発光ダイオード４１に並列接続されているので、サージ電圧を吸収して発光ダイオード４１を過電圧から保護する。保護素子４２ｂは図１７に示すようにバリスタＶＲとコンデンサＣとの両方の機能を有していることが望ましいが、いずれか一方のみの機能を有するように構成することもできる。保護素子４２ｂを構成する誘電体層８２の材料の選定によって主としてバリスタ機能を得ること、又は主としてコンデンサ機能を得ることができる。

図１６の実施例１２においても保護素子部２ｋを発光半導体領域７の側面１７に沿って設けているので、図１の実施例１と同一の効果を得ることができる。

図１８の実施例１３の複合半導体装置は、変形された発光素子部１ｃと保護素子部２ｍを設け、この他は図１と同一に形成したものである。

図１８の発光素子部１ｃは金属基板３ｂを有する他は図１と同一に形成されている。図１８の保護素子部２ｍは、図１６の保護素子部２ｋと同様に図１７に示すバリスタＶＲとコンデンサＣとから形成するものであって、図１６の第１の金属層８１を省き、誘電体層８２を金属基板３ｂの一方の主面上に直接に形成し、この他は図１６と同一に形成したものである。図１８に示すように金属基板３ｂを使用する場合であっても図１６の第１の金属層８１に相当するものを設けても差し支えないが、構成を簡略化するために図１８では第１の金属層８１を省いている。図１８において鎖線で示すように金属基板３ｂの一部が第２の電極９として機能する。勿論、金属基板３ｂに独立の第２の電極を結合させることもできる。図１８の実施例１３によっても実施例１及び１６と同様な効果を得ることができる。

図１９の実施例１４の複合半導体装置は、変形された発光素子部１ｄを設け、この他は図１と同一に形成したものである。

図１９の発光素子部１ｄは変形された第１の電極１８ａを除いて図１と同一に形成されている。図１９の第１の電極１８ａは、第１の部分としての帯状電極１８ａと第１の部分としてのボンデングパッド電極１９とを有する。帯状電極１８ａは図１に示されている光透過性電極１８の代りに設けられており、発光半導体領域７の第１の主面１５上に配置され且つ平面的に見て格子状又は網目状又はストライプ状パターンに形成され、且つボンデングパッド電極１９に接続されている。帯状電極１８ａは光透過性を有する導電体でも良いし、光透過性を有さない導電体でもよい。この帯状電極１８ａは発光半導体領域７に流す電流をボンデングパッド電極１９よりも外周側に分散させる機能を有する。保護素子部２のｎ型半導体薄膜１１は帯状電極１８ａに接続されている。光は帯状電極１８ａの開口を介して外部に取り出される。

図１９の実施例１４は図１の実施例１と同一構成の保護素子部２を有するので、実施例１と同一の効果を有する。

なお、図５〜図１０、及び図１２〜図１６、及び図１８に示す実施例１〜１３、及び後述する図２０、図２３〜図２８実施例１５〜２１の光透過性電極１８を図１９の帯状電極１８ａに置き換えることができる。

図２０〜図２２に示す実施例１５の複合半導体装置は、発光素子と保護素子と受光素子即ち光−電気変換素子又は光センサとが複合化され、発光素子部１と保護素子部２と受光素子部９０とを有する。

図２０及び図２１に示す保護素子部２は、その平面形状が図２１に示すように変形された他は図１及び図２と同一に構成されている。即ち、図２０から保護膜１２を省いて複合半導体装置を示す図２１から明らかように保護素子部２における保護素子用ｎ型半導体薄膜１１は、発光半導体領域７の側面１７のほぼ半周即ち左半分と基板３の外周部分３２のほぼ半周即ち左半分に配置されている。
なお、図２０の保護素子部２の代りに図８の保護素子部２ｄ、図１０の保護素子部２ｆ、図１２の保護素子部２ｇ、図１３の保護素子部２ｈ、図１４の保護素子部２ｉ、又は図１５の保護素子部２ｊ等を設けることができる。

受光素子部９０は受光素子としてのホトダイオードを構成するための部分であって、基板３の延長部分としての外周部分３２の右半分と、受光素子用ｎ型半導体薄膜９１と、受光素子用電極層９２とから成る。

受光素子用ｎ型半導体薄膜９１は、保護素子用ｎ型半導体薄膜１１の下の絶縁膜１０の延長部分に相当する光透過性を有する絶縁膜１０´の上に配置されている部分とｐ型半導体基板３の外周部分３２にｐｎ接触している部分とを有する。この受光素子用ｎ型半導体薄膜９１は、保護素子用ｎ型半導体薄膜１１と同一材料且つ同一方法で形成することができる。受光素子用電極層９２は、受光素子用ｎ型半導体薄膜９１の上に金属を被着させることによって形成されている。なお、ｐ型半導体基板３及び受光素子用ｎ型半導体薄膜９１は発光半導体領域７から放射された光を吸収できる材料（例えばシリコン）で形成される。

図２０及び図２１の実施例１５の複合半導体装置は、図２２の等価回路で示すことができる。図２２における発光ダイオード４１と保護ダイオード４２とは、実施例１と同様に発光素子部１と保護素子部２とで形成されている。ホトダイオード９３は、受光素子部９０によって形成されている。ホトダイオード９３のアノードは図２０の第２の電極９に対応する第２の端子４４に接続され、カソードは図２０の受光素子用電極層９２に対応する第３の端子９４に接続されている。

ホトダイオード９３は、発光ダイオード４１の発光状態の検出のために使用される。即ち、発光半導体領域７から放射された光の一部はｐ型半導体基板３の外周部分３２と受光素子用ｎ型半導体領域９１とで形成されているｐｎ接合に至り、ここで吸収されて電気パワーに変換される。更に詳細には、窒化物半導体から成る発光半導体領域７のバンドギャップはシリコン半導体基板３のバンドギャップよりも大きいので、シリコン半導体基板３のバンドギャップよりも大きなエネルギーを持った波長の光が発光半導体領域７から発生し、この光の一部がシリコン半導体基板３の外周部分３２と受光素子用ｎ型半導体薄膜９１とから成るの受光素子部分９０において電気エネルギーに変換される。図２２においてホトダイオード９３から出力を得るために第２の端子４４及び第３の端子９４に周知の出力回路（図示せず）が接続される。この出力回路は発光半導体領域７から放射された光量又は光束に所望の関数関係（例えば、比例関係）を有する出力電流又は電圧を出力する。

この実施例１５は、実施例１と同一の効果を有する他に、次の効果を有する。
（１） 受光素子としてのホトダイオード９３が発光素子としての発光ダイオード４１に一体化されているので、発光ダイオード４１の発光状態を正確且つ容易にモニターすることができる。また発光ダイオード４１の明るさをホトダイオード９３でモニターし、発光ダイオード４１の明るさを制御することが可能になる。
（２） ホトダイオード９３はｐ型シリコン半導体基板３の外周部分３２と発光半導体領域７の側面１７に配置された受光素子用ｎ型半導体薄膜９１との組み合せで構成されているので、ホトダイオード９３を小型且つ安価に形成することができる。なお、既に説明したようにｐ型シリコン半導体基板３の外周部分３２は発光素子を形成する時に必然的に生じる部分であるので、受光素子を設けることによる半導体基板３のサイズの実質的な増大を招かない。
（３） ホトダイオード９３は保護ダイオード４２と同一の材料及び同一の方法で形成されているので、複合半導体装置の低コスト化を達成できる。
（４） 第２の電極９を発光素子と保護素子と受光素子とで共用しているので、小型化及び低コスト化を達成できる。

図２３に実施例１６の複合半導体装置の一部が示されている。この実施例１６の複合半導体装置は、図２０及び図２１に示す実施例１５の複合半導体装置の受光素子部９０を受光素子部９０ａに変形し、且つ図２０及び図２１の保護素子部２の構成を図８の保護素子部２ｄに変形したものに相当する。

図２３の受光素子部９０ａは、図２０及び図２１の実施例１５の受光素子部９０と同様にシリコン半導体基板３の外周部分３２の右半分と発光半導体領域７の側面１７の右半分とに形成され、受光素子用のｐ型半導体薄膜９５とｎ型半導体薄膜９１と電極層９２とを有する。

受光素子用ｐ型半導体薄膜９５は図８の保護素子用ｐ型半導体薄膜５０と同一材料且つ同一方法で形成され、ｐ型シリコン半導体基板３の外周部分３２に電気的に接続されている部分と光透過性を有する絶縁膜１０´を介して発光半導体領域７の側面１７上に配置されている部分とを有する。

図２３の受光素子用ｎ型半導体薄膜９１は、図８の保護素子用ｎ型半導体薄膜１１と同一材料且つ同一方法で形成され、且つｐ型半導体薄膜９５にｐｎ接触している部分と光透過性を有する絶縁膜１０´を介して側面１７に対向配置されている部分とを有する。受光素子用ｐ型半導体薄膜９５及び受光素子用ｎ型半導体薄膜９１は、発光半導体領域７から放射された光を吸収できる材料（例えばシリコン）で形成される。従って、受光素子用ｐ型半導体薄膜９５及び受光素子用ｎ型半導体薄膜９１とで形成されるホトダイオードは図２０の実施例１５のホトダイオードと同様に機能する。

受光素子用電極層９２は、図２０と同様にｎ型半導体薄膜９１に電気的に接続されている。受光素子部９０ａにおけるｐ型シリコン半導体基板３の外周部分３２はｐ型半導体薄膜９５を第２の電極９に電気的に接続する機能を有する。なお、この受光素子部９０ａにおける外周部分３２は発光半導体領域７から放射された光を吸収できる材料から選択されたシリコン半導体から成るので、光導電効果を有し、発光半導体領域７から光が発生した時に導電率が増加する。

図２３の実施例１６の複合半導体装置は、図２０の実施例１５と同一の効果を有する。

図２３の複合半導体装置の図示が省略されている保護素子部は、コストの低減のために図８と同様に形成されているが、この代りに図１の保護素子部２、図１０の保護素子部２ｆ、図１２の保護素子部２ｇ、図１３の保護素子部２ｈ、図１４の保護素子部２ｉ、又は図１５の保護素子部２ｊ等を設けることができる。

図２４に実施例１７の複合半導体装置の一部が示されている。この実施例１７の複合半導体装置は、図２０及び図２１に示す実施例１５のｐ型シリコン半導体基板３をｎ型シリコン半導体基板３ａに変形し、且つ受光素子部９０をホトトランジスタ機能を有する受光素子部９０ｂに変形し、且つ図２０及び図２１の保護素子部２の構成を図１０の保護素子部２ｆに変形したものに相当する。

図２４の受光素子部９０ｂは、図２０及び図２１の実施例１５の受光素子部９０と同様にシリコン半導体基板３の外周部分３２の右半分と発光半導体領域７の側面１７の右半分とに形成され、ｎｐｎ型受光素子用のｎ型半導体薄膜６１ａとｐ型半導体薄膜６２ａとｎ型半導体薄膜６３ａと電極層９２とを有する。

受光素子用ｎ型半導体薄膜６１ａは図１０の保護素子用ｎ型半導体薄膜６１と同一材料及び同一方法で形成され、且つｎ型半導体基板３ａの外周部分３２に電気的に接続された部分と光透過性を有する絶縁膜１０´を介して発光半導体領域７の側面１７に対向配置された部分とを有する。なお、受光素子用ｎ型半導体薄膜６１ａとｎ型半導体基板３ａの外周部分３２との間に金属層を配置することができる。

受光素子用ｐ型半導体薄膜６２ａは図１０の保護素子用ｐ型半導体薄膜６１と同一材料且つ同一方法で形成され、ｎ型半導体薄膜６１ａにｐｎ接触している部分と光透過性を有する絶縁膜１０´を介して発光半導体領域７の側面１７上に配置されている部分とを有する。

図２４の受光素子用ｎ型半導体薄膜６３ａは、図１０の保護素子用ｎ型半導体薄膜６３と同一材料且つ同一方法で形成され、ｐ型半導体薄膜６２ａにｐｎ接触している部分と光透過性を有する絶縁膜１０´を介して側面１７に対向配置されている部分とを有する。なお、受光素子用ｎ型半導体薄膜６１ａ、受光素子用ｐ型半導体薄膜６２ａ及び受光素子用ｎ型半導体薄膜６３ａは、発光半導体領域７から放射された光を吸収できる材料（例えばシリコン）で形成される。

受光素子用電極層９２は、ｎ型半導体薄膜６３ａに電気的に接続されている。受光素子部９０ｂにおけるｎ型シリコン半導体基板３ａの外周部分３２はｎ型半導体薄膜６１ａを第２の電極９に電気的に接続する機能を有する。なお、この受光素子部９０ｂにおける外周部分３２はシリコン半導体から成るので、光導電効果を有し、発光半導体領域７から光が発生した時に導電率が増加する。

図２４の実施例１７のｎ型半導体薄膜６１ａとｐ型半導体薄膜６２ａとｎ型半導体薄膜６３ａとから成るｎｐｎ３層構成はホトトランジスタとして機能する。ホトトランジスタはホトダイオードと同様に光パワーを電気パワーに変換する機能を有するので、図２４の複合半導体装置は、図２０の実施例１５と同一の効果を有する。

図２４の複合半導体装置の図示が省略されている保護素子部は、コストの低減のために図１０と同様に形成されているが、この代りに図１の保護素子部２、図８の保護素子２ｄ、図１２の保護素子部２ｇ、図１３の保護素子部２ｈ、図１４の保護素子部２ｉ、又は図１５の保護素子部２ｊ等を設けることができる。

図２５に実施例１８の複合半導体装置の一部が示されている。この実施例１８の複合半導体装置は、図２０及び図２１に示す実施例１５の複合半導体装置の受光素子部９０をショットキーダイオードから成る受光素子部９０ｃに変形し、且つ図２０及び図２１の保護素子部２の構成を図１２の保護素子部２ｇに変形したものに相当する。

図２５の受光素子部９０ｃは、図２０及び図２１の実施例１５の受光素子部９０と同様にシリコン半導体基板３の外周部分３２の右半分と発光半導体領域７の側面１７の右半分とに形成され、ショットキー電極として機能する金属層７０ａを有する。

受光素子部９０ｃにおける金属層７０ａは、図１２の保護素子部２ｇにおける金属層７０と同一材料且つ同一方法で形成され、ｐ型シリコン半導体基板３の外周部分３２にショットキー接触している部分と絶縁膜１０´を介して発光半導体領域７の側面１７上に配置されている部分とを有する。

受光素子部９０ｃの金属層７０ａは、図２２の第３の端子９４と同様に受光出力端子として機能する。受光素子部９０ｃにおけるｐ型シリコン半導体基板３の外周部分３２は金属層７０ａを伴ってショットキーダイオードを構成する機能の他に、これを第２の電極９に電気的に接続する機能を有する。なお、この受光素子部９０ｃにおける外周部分３２はシリコン半導体から成るので、光導電効果を有し、発光半導体領域７から光が発生した時に導電率が増加する。なお、金属層７０ａがショットキー接触する半導体基板３を、シリコン以外の発光半導体領域７から放射された光を吸収できる材料で形成することができる。

図２５の実施例１８の複合半導体装置は、図２０の実施例１５と同一の効果を有する。

図２５の複合半導体装置の図示が省略されている保護素子部は、コストの低減のために図１２と同様に形成されているが、この代りに図１の保護素子部２、図８の保護素子部２ｄ、図１０の保護素子２ｆ、図１３の保護素子部２ｈ、図１４の保護素子部２ｉ、又は図１５の保護素子部２ｊ等を設けることができる。

図２６に実施例１９の複合半導体装置が示されている。この実施例１９の複合半導体装置は、図２０及び図２１に示す実施例１５の複合半導体装置の受光素子部９０ｄをホトダイオードから成る受光素子部９０ａに変形し、且つ図２０及び図２１の保護素子部２の構成を図１３の保護素子部２ｈに変形したものに相当する。

図２６の受光素子部９０ｄは、図２０及び図２１の実施例１５の受光素子部９０と同様にシリコン半導体基板３の外周部分３２の右半分と発光半導体領域７の側面１７の右半分とに形成され、受光素子用のｎ型半導体領域３４ａと金属層７１ａとを有する。

受光素子用ｎ型半導体領域３４ａは図１３の保護素子用ｎ型半導体領域３４と同一材料且つ同一方法でｐ型半導体基板３内に形成されている。即ち、ホトダイオードを構成するための受光素子用ｎ型半導体領域３４ａは、これとｐ型半導体基板３の外周部分３２との間にｐｎ接合を生じさせるために、ｐ型シリコン半導体基板３の外周部分３２の一方の主面３３側に形成されている。半導体基板３及び受光素子用ｎ型半導体領域３４ａを、シリコン以外の発光半導体領域７から放射された光を吸収できる材料で形成することができる。

受光素子用金属層７１ａは、図１３の保護素子用金属層７１と同様に絶縁膜１０´の上に形成され、その一端はｎ型半導体領域３４ａに電気的に接続されている。受光素子部９０ｄにおけるｐ型シリコン半導体基板３の外周部分３２はホトダイオードのｐ型領域として機能すると共に、このホトダイオードを第２の電極９に電気的に接続する機能を有する。なお、この受光素子部９０ｄにおける外周部分３２はシリコン半導体から成るので、光導電効果を有し、発光半導体領域７から光が発生した時に導電率が増加する。

図２６の実施例１９の複合半導体装置は、図２０の実施例１５と同一の効果を有する。

図２６の複合半導体装置の保護素子部２ｈの代りに図１の保護素子部２、図８の保護素子部２ｄ、図１０の保護素子２ｆ、図１２の保護素子部２ｇ、図１４の保護素子部２ｉ、又は図１５の保護素子部２ｊ等を設けることもできる。

図２７に実施例２０の複合半導体装置の一部が示されている。この実施例２０の複合半導体装置は、図２０及び図２１に示す実施例１５の複合半導体装置のｐ型シリコン半導体基板３をｎ型シリコン半導体基板３ａに変形し、且つ受光素子部９０ｅをｎｐｎホトトランジスタから成る受光素子部９０ｅに変形し、且つ図２０及び図２１の保護素子部２の構成を図１４の保護素子部２ｉに変形したものに相当する。

図２７の受光素子部９０ｅは、図２０及び図２１の実施例１５の受光素子部９０と同様にシリコン半導体基板３ａの外周部分３２の右半分と発光半導体領域７の側面１７の右半分とに形成され、ｎｐｎホトトランジスタを構成するための受光素子用のｐ型半導体領域３５ａと図２０と同一のｎ型半導体薄膜９１と電極層９２とを有する。

受光素子用ｐ型半導体領域３５ａは図１４の保護素子用ｐ型半導体領域３５と同一材料且つ同一方法で形成され、ｎ型シリコン半導体基板３ａの外周部分３２の一方の主面３３に露出している。

図２７の受光素子用ｎ型半導体薄膜９１は、図１４の保護素子用ｎ型半導体薄膜１１と同一材料且つ同一方法で形成され、且つ半導体基板３ａのｐ型半導体領域３５ａにｐｎ接触している部分と光透過性を有する絶縁膜１０´を介して側面１７に対向配置されている部分とを有する。なお、半導体基板３ａ、受光素子用ｐ型半導体領域３５ａ及び受光素子用ｎ型半導体薄膜９１は、発光半導体領域７から放射された光を吸収できる材料（例えばシリコン）で形成される。

受光素子用電極層９２は、ｎ型半導体薄膜９１に電気的に接続され、図２２の第３の端子９４と同様に受光出力端子として機能する。受光素子部９０ｅにおけるｐ型シリコン半導体基板３ａの外周部分３２はｐ型半導体領域３５ａの形成に利用されていると共に、ｎｐｎホトトランジスタを第２の電極９に電気的に接続する機能を有する。なお、この受光素子部９０ｅにおける外周部分３２はシリコン半導体から成るので、光導電効果を有し、発光半導体領域７から光が発生した時に導電率が増加する。

図２７の実施例２０の複合半導体装置は、ｎ型シリコン半導体基板３ａとｐ型半導体領域３５ａとｎ型半導体薄膜９１とから成るｎｐｎホトトランジスタを有するので、図２０の実施例１５と同一の効果を得ることができる。

図２７の複合半導体装置の図示が省略されている保護素子部は、コスト低減のために図１４と同様に形成されているが、この代りに図１の保護素子部２、図８の保護素子部２ｄ、図１０の保護素子２ｆ、図１２の保護素子部２ｇ、図１３の保護素子部２ｈ、又は図１５の保護素子部２ｊ等を設けることができる。

図２８に実施例２１の複合半導体装置の一部が示されている。この実施例２１の複合半導体装置は、図２０及び図２１に示す実施例１５の複合半導体装置のｐ型シリコン半導体基板３をｎ型シリコン半導体基板３ａに変形し、且つ受光素子部９０をホトトランジスタから成る受光素子部９０ｆに変形し、且つ図２０及び図２１の保護素子部２の構成を図１５の保護素子部２ｊに変形したものに相当する。

図２８の受光素子部９０ｆは、図２０及び図２１の実施例１５の受光素子部９０と同様にシリコン半導体基板３ａの外周部分３２の右半分と発光半導体領域７の側面１７の右半分とに形成され、受光素子用のｐ型半導体領域３５ａとｎ型半導体領域３６ａと金属層７１ａとを有する。

受光素子用ｐ型半導体領域３５ａは図１５の保護素子用ｐ型半導体領域３５と同一材料且つ同一方法で形成され、ｐ型シリコン半導体基板３ａの外周部分３２に配置されている。

図２８の受光素子用ｎ型半導体領域３６ａは、図１５の保護素子用ｎ型半導体領域３６と同一材料且つ同一方法で形成され、且つｐ型半導体領域３５ａにｐｎ接触している。半導体基板３ａ、受光素子用ｐ型半導体領域３５ａ及び受光素子用ｎ型半導体領域３６ａを、シリコン以外の発光半導体領域７から放射された光を吸収できる材料で形成することができる。

受光素子用金属層７１ａは図１５の保護素子用金属層７１と同一材料且つ同一方法で形成され、ｎ型半導体領域３６ａに電気的に接続され、図２２の第３の端子９４と同様な機能を有する。受光素子部９０ｆにおけるｎ型シリコン半導体基板３ａの外周部分３２はｎｐｎホトトランジスタの形成に使用されていると共に、このホトトランジスタを第２の電極９に電気的に接続するためにも使用されている。なお、この受光素子部９０ｆにおける外周部分３２はシリコン半導体から成るので、光導電効果を有し、発光半導体領域７から光が発生した時に導電率が増加する。

図２８の実施例２１の複合半導体装置のｎｐｎホトトランジスタは、ホトダイオードと同様に受光素子として機能するので、図２８の実施例２１は図２０の実施例１５と同一の効果を有する。

図２８の複合半導体装置の図示が省略されている保護素子部は、コスト低減のために図１５と同様に形成されているが、この代りに図１の保護素子部２、図８の保護素子部２ｄ、図１０の保護素子２ｆ、図１２の保護素子部２ｇ、図１３の保護素子部２ｈ、又は図１４の保護素子部２ｉ等を設けることができる。

本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１） 図５〜図１０、図１２〜図１６、図１８、図２０、及び図２３〜図２８に示す実施例１〜１３、及び１５〜２１の光透過性電極１８、及び図１９の帯状電極１８ａを省くこともできる。この場合には発光半導体領域７に周知の電流分散層を設けることが望ましい。
（２） 図８、図９、図１０及び図１６の半導体基板３，３ａを金属基板に置き換えることができる。
（３） 発光半導体領域７から基板３，３ａ，３ｂ側に放射された光を発光半導体領域７の第１の主面１５側に反射させる機能を第２の電極９に与えること、又は独立した反射層を基板３，３ａ，３ｂの一方の主面１３側又は他方の主面１４側に設けることができる。
（４） 必要に応じて基板３，３ａの他方の主面１４から光を取り出すこともできる。
（５） 半導体基板３，３ａの外周部分３２の不純物濃度を中央部分３１と異なる値にすることができる。
（６） 半導体基板３，３ａ、発光半導体領域７の各層４〜６、保護素子部２〜２ｍの各半導体薄膜１１，５０，６１，６２，６３、基板内の半導体領域３４，３５，３６、を実施例と反対の導電型にすることができる。
（７） シリコン半導体基板３又は３ａ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。
（８） 半導体基板３又は３ａの上に発光半導体領域７を気相成長させる代わりに、半導体基板３又は３ａ又は金属基板３ｂに発光半導体領域２を熱圧着等で貼り合わせることができる。
（９） 保護素子部２〜２ｌの保護素子に、これとは別の機能を有する保護素子、例えば、ｐｎ接合ダイオード、ｎｐｎ又はｐｎｐの３層ダイオード、ショットキーダイオード、バリスタ、及びコンデンサ等から選択されたものを付加することができる。特にｐｎ接合ダイオード等にコンデンサを並列に接続することは過電圧保護に有効である。
（１０） 図１、図５〜図１０、図１３、図１４、図１６、図１８及び図１９の保護素子部における保護素子を、半導体薄膜で形成する代りに半導体厚膜で形成すること、又はダイオード、バリスタ、及びコンデンサ等の個別部品で形成すること、又は半導体薄膜と半導体厚膜と個別部品から選択された複数の組合せで形成することができる。
（１１）受光素子としてホトダイオード又はホトトランジスタを設ける代わりに、光導電型受光素子（光導電型センサ）を設けることができる。光導電型受光素子は図２５の金属層７０ａを光吸収可能な半導体基板３にオーミック接触させることによって得られる。なお、図２５の半導体基板３は光導電効果を有するので、図２５の受光素子をショットキーバリヤ型の受光素子と光導電型受光素子との組み合わせ素子と呼ぶこともできる。
（１２）図２０、図２３〜図２８の絶縁膜１０の部分に、これに代わって保護膜１２の延長部分を設けることができる。
（１３）図２０、図２３〜図２８の受光素子部に、光入力が要求されている箇所以外を覆うための遮光層を設けることができる。

本発明は、半導体発光素子と保護素子との複合半導体装置に利用可能である。

本発明の実施例１に従う複合半導体装置を概略的に示す中央縦断面図である。 図１の複合半導体装置の発光半導体領域及び半導体基板を縮小して示す平面図である。 図１の発光半導体領域と半導体基板の一部を切断前のウエハ状態で示す断面図である。 図１の複合半導体装置の電気回路図である。 実施例２の複合半導体装置を概略的に示す中央縦断面図である。 実施例３の複合半導体装置を概略的に示す中央縦断面図である。 実施例４の複合半導体装置を概略的に示す中央縦断面図である。 実施例５の複合半導体装置を概略的に示す中央縦断面図である。 実施例６の複合半導体装置を概略的に示す中央縦断面図である。 実施例７の複合半導体装置を概略的に示す中央縦断面図である。 図１０の複合半導体装置の電気回路図である。 実施例８の複合半導体装置を概略的に示す中央縦断面図である。 実施例９の複合半導体装置を概略的に示す中央縦断面図である。 実施例１０の複合半導体装置を概略的に示す中央縦断面図である。 実施例１１の複合半導体装置を概略的に示す中央縦断面図である。 実施例１２の複合半導体装置を概略的に示す中央縦断面図である。 図１６の複合半導体装置の電気回路図である。 実施例１３の複合半導体装置を概略的に示す中央縦断面図である。 実施例１４の複合半導体装置を概略的に示す中央縦断面図である。 実施例１５の複合半導体装置を概略的に示す中央縦断面図である。 図２０の複合半導体装置を保護膜を省いて示す平面図である。 図２０の複合半導体装置の電気回路図である。 実施例１６の複合半導体装置の一部を概略的に示す中央縦断面図である。 実施例１７の複合半導体装置の一部を概略的に示す中央縦断面図である。 実施例１８の複合半導体装置の一部を概略的に示す中央縦断面図である。 実施例１９の複合半導体装置を概略的に示す中央縦断面図である。 実施例２０の複合半導体装置の一部を概略的に示す中央縦断面図である。 実施例２１の複合半導体装置の一部を概略的に示す中央縦断面図である。 従来の保護素子を伴う発光素子を示す電気回路図である。

符号の説明

１〜１ｄ 発光素子部
２〜２ｌ 保護素子部
３，３ａ 半導体基板
７ 発光半導体領域
８ 第１の電極
９ 第２の電極
１０ 絶縁膜
１１ ｎ型半導体薄膜
１２ 保護膜

Claims (3)

1. 半導体発光素子部とこの半導体発光素子部を過電圧から保護するための保護素子部とを含む複合半導体装置であって、
   前記半導体発光素子部は、一方の主面と他方の主面とを有し且つ導電性を有し且つ第１導電型を有する半導体基板と、互いに対向する第１及び第２の主面と前記第１の主面から前記第２の主面に至る傾斜側面とを有し且つ前記第２の主面が前記半導体基板の一方の主面に電気的及び機械的に結合されている発光半導体領域と、前記発光半導体領域の前記第１の主面に配置された第１の電極と、前記半導体基板に接続された第２の電極とを備え、
   前記保護素子部は、前記半導体基板の延長部分と前記発光半導体領域の前記傾斜側面に光透過性を有する絶縁膜を介して配置された光透過性を有する第２導電型半導体膜とから成り、
   前記第２導電型半導体膜の一端部分は前記半導体基板の前記延長部分にｐｎ接合接触し、前記第２導電型半導体膜の他端部分は前記第１の電極に接続され、
   前記第１の電極は光透過性を有し、
   前記発光半導体領域は前記半導体基板の一方の主面上に気相成長された半導体又は前記半導体基板に熱圧着で貼り合わせた半導体からなることを特徴とする複合半導体装置。
2. 前記第２導電型半導体膜は前記第１の電極の上を覆う部分を有し、前記覆う部分は前記第１の電極を保護する機能を有していることを特徴とする請求項１記載の複合半導体装置。
3. 前記第１の電極は、パッド電極機能を有している部分を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の複合半導体装置。

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