JP5229034B2

JP5229034B2 - 発光装置

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Publication number: JP5229034B2
Application number: JP2009068300A
Authority: JP
Inventors: 暢尚杉森; 仁室伏; 康二大塚; 英之渡邉
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Description

本発明は、発光装置に関し、特に交流電源のコンセントや直流電源の端子に直接繋いで点灯させることができる発光装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ：light emitting diode）が知られている。発光ダイオードは、携帯電話機、デジタルビデオカメラ、携帯端末等の電子機器のバックライトに使用されている。また、発光ダイオードは、ディスプレイ、道路標示器、交通信号灯等の発光源としても使用されている。最近では、自動車用ヘッドランプ、一般照明装置等、電球や蛍光灯に代わる照明装置として、発光ダイオードが普及しつつある。

自動車用ヘッドランプの電源にはバッテリィが使用されている。バッテリィは直流（ＤＣ）電源であり、この電源電圧は例えば５Ｖ、６Ｖ、９Ｖ、１２Ｖ又は２４Ｖである。一般照明装置の電源には商用電源が一般的に使用されている。商用電源は交流（ＡＣ）電源であり、この電源電圧は例えば１００Ｖである。

発光ダイオードの順方向電圧Ｖ_fは３．８Ｖ−３．９Ｖであり、順方向電圧Ｖ_fはバッテリィの直流電源や商用電源の電源電圧に比べて低い。このため、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直流電源や商用電源を直接印加すると、発光ダイオードが破壊されてしまう。

そこで、発光ダイオードは単体としては使用せずに、分圧抵抗や複雑な回路構成を有する交流／直流電源回路と発光ダイオードとを組み合わせた発光装置として使用されている。

なお、この種の発光装置に関しては、例えば下記特許文献１に開示されている。

特開２００４−１４８９９号公報

しかしながら、前述の発光装置においては、組み込まれる分圧抵抗や電源回路が電子部品点数の増大を招き、装置構成が複雑になる。また、電子部品点数の増大に伴い、発光装置の製作コストが増大する。

本発明は上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明は、分圧回路、電源回路等の電子部品を使用することがなく、装置構成を簡便化することができる発光装置を提供することである。また、本発明は、安価な製作コストを実現することができる発光装置を提供することである。更に、本発明は、バッテリィや商用電源に簡単に繋げて直ぐに使用することができる発光装置を提供することである。

本発明の実施例に係る特徴は、発光装置において、基板と、ｎ型の第１の窒化物系半導体領域、窒化物系活性層及びｎ型に対して逆のｐ型の第２の窒化物系半導体領域を有する複数の半導体発光素子と、複数の半導体発光素子において１つの第１の半導体発光素子の第１の窒化物系半導体領域と他の１つの第２の半導体発光素子の第２の窒化物系半導体領域との間を接続し、複数の半導体発光素子を電気的に直列に接続し、第１の窒化物系半導体領域に対してショットキー特性を有することによって複数の半導体発光素子間のそれぞれに抵抗体を形成させる接続導体と、接続導体によって直列接続された複数の半導体発光素子の一端にて半導体発光素子の第１の窒化物系半導体領域に電気的に接続され、電源の一方の端子に電気的に繋げるための第１のパッドと、接続導体によって直列接続された複数の半導体発光素子の他端にて半導体発光素子の第２の窒化物系半導体領域に電気的に接続され、電源の他方の端子に電気的に繋げるための第２のパッドとを備える。

また、第２の特徴に係る発光装置において、第１の窒化物系半導体領域と接続導体との接続領域における電流量は１０ｍＡ以下に設定されていることが好ましい。

また、第２の特徴に係る発光装置において、接続導体は、第１の窒化物系半導体領域の表面上に配設されたＴｉ膜とこのＴｉ膜上に配設されたＡｕ膜とを少なくとも備えることが好ましい。

本発明によれば、分圧回路、電源回路等の電子部品を使用することがなく、装置構成を簡便化することができる発光装置を提供することができる。また、本発明によれば、安価な製作コストを実現することができる発光装置を提供することができる。更に、本発明によれば、バッテリィや商用電源に簡単に繋げて直ぐに使用することができる発光装置を提供することができる。

本発明の実施例１に係る発光装置の要部拡大断面図である。実施例１に係る発光装置の回路構成図である。実施例１に係る発光装置の平面図である。実施例１に係る発光装置を概略断面図である。実施例１に係る発光装置の光取り出し効率を説明するための界面反射率と入射角度との関係を示すグラフである。本発明の実施例２に係る発光装置の回路構成図である。実施例２に係る発光装置の半導体発光素子を示す要部拡大断面図である。実施例２に係る発光装置の整流素子を示す要部拡大断面図である。実施例２に係る発光装置の平面図である。本発明の実施例３に係る発光装置の回路構成図である。実施例３に係る発光装置の要部拡大断面図である。図１１に示す発光装置の要部拡大平面図である。実施例３に係る発光装置の抵抗体において抵抗と電流との関係を示すグラフである。実施例３に係る発光装置の平面図である。実施例３の変形例１に係る発光装置の平面図である。実施例３の変形例２に係る発光装置の平面図である。本発明の実施例４に係る発光装置の回路構成図である。実施例４に係る発光装置の要部拡大断面図（図１９に示すＦ１７−Ｆ１７線で切った断面図）である。実施例４に係る発光装置の平面図である。実施例４の変形例１に係る発光装置の平面図である。実施例４の変形例２に係る発光装置の平面図である。実施例４の変形例２に係る発光装置の要部拡大断面図である。実施例４の変形例２に係る発光装置の他の例を説明するための要部拡大断面図である。本発明の実施例５に係る発光装置の回路構成図である。実施例５に係る発光装置の要部拡大断面図（図２６に示すＦ２５−Ｆ２５線で切った断面図）である。実施例５に係る発光装置の平面図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

また、以下に示す実施例はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（実施例１）
本発明の実施例１は、直流電源用、交流電源用のいずれにも使用することができる発光装置に本発明を適用した例を説明するものである。

［発光装置の回路構成］
図２に示すように、実施例１に係る発光装置１は、電気的に直列に接続された複数個の半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）と、この直列に接続された複数個の半導体発光素子１５のうち一端側の半導体発光素子１５（ｎ）の一方の電極（ここでは、アノード電極）に電気的に接続された第２のパッド（ボンディングパッド）１７１と、他端側の半導体発光素子１５（１）の他方の電極（ここでは、カソード電極）に電気的に接続された第１のパッド（ボンディングパッド）１７２とを備えている。ここで、半導体発光素子１５の合計数ｎは、２以上の正整数であって、実施例１においては例えば１５である。更に、発光装置１は、第２のパッド１７１に電気的に接続され、電源１００の一方の端子１０１１に直接電気的に繋ぐための第１の電源プラグ端子１８１と、第１のパッド１７２に電気的に接続され、電源１００の他方の端子１０１２に直接電気的に繋ぐための第２の電源プラグ端子１８２とを備えている。

半導体発光素子１５には実施例１において半導体発光ダイオードが使用されている。この半導体発光ダイオードの詳細なデバイス構造については後述する。この半導体発光素子１５は半導体チップとして作り込まれ、第１のパッド１７２及び第２のパッド１７１は電気的に直列に接続された複数個の半導体発光素子１５と外部の電源１００との間を電気的に繋げるための端子である。

実施例１に係る発光装置１においては、電気的に直列に接続された複数個の半導体発光素子１５間に、各々、電気的に直列に接続された抵抗１２Ｒと、電気的に並列に接続されたダイオード１２Ｄと、電気的に並列に接続された容量１２Ｃとが付加される。これらの詳細なデバイス構造については後述するが、抵抗１２Ｒは半導体領域による抵抗（拡散抵抗）を利用して構成され、ダイオード１２Ｄ及び容量１２Ｃは異なる導電型の半導体領域間のｐｎ接合を利用して構成されている。

第１の電源プラグ端子１８１は第２のパッド１７１に特に符号は付けないが例えばリード線を通して電気的に接続されている。同様に、第２の電源プラグ端子１８２は第１のパッド１７２に例えばリード線を通して電気的に接続されている。実施例１おいて、第１の電源プラグ端子１８１及び第２の電源プラグ端子１８２はコンセントプラグ１８を構成する。更に、実施例１において、電源１００には、例えば電力会社から供給され一般家庭や工場において使用される商用電源が使用される。商用電源はここでは交流電圧１００Ｖを使用する。つまり、端子１０１１及び１０１２は商用電源を供給するコンセント１０１を構成する。

なお、実施例１において電源１００には商用電源つまり交流電圧１００Ｖが使用されているが、本発明においてはこの電源電圧に限定されるものではない。例えば、電源１００には、商用電源の交流電圧２００Ｖを使用することができる。また、電源１００には、日本国内では使用しておらず、外国において使用されている交流電圧１１０Ｖ、１１５Ｖ、１２０Ｖ、２１０Ｖ、２２０Ｖ、２３０Ｖ、２４０Ｖのいずれかを使用することができる。

また、電源１００には、交流電源に代えて、直流電源を使用することができる。直流電源には、例えばバッテリィや電池を実用的に使用することができる。バッテリィの電源電圧は、例えば自動車用として使用される場合には１２Ｖ又は２４Ｖである。また、電池の電源電圧は、半導体発光素子１５すなわち半導体発光ダイオードの順方向電圧Ｖ_fに比べて高い直流電源電圧を供給することができる、例えば５Ｖ、６Ｖ、９Ｖ等である。

［発光装置のデバイス構造］
前述の図２に示す発光装置１は、図１に示すように、第１の導電型の第１の半導体領域１０Ｎと、第１の半導体領域１０Ｎ内に互いに離間し島状に配設された、第１の導電型に対して逆の第２の導電型の第２の半導体領域１２Ｐ（１）及び第３の半導体領域１２Ｐ（２）と、第２の半導体領域の１２Ｐ（１）の一主面１２Ｓ上にこの第２の半導体領域１２Ｐ（１）に第１の電極１５２（１）が電気的に接続され、この第１の電極１５２（１）上に第１の活性層１５３（１）、第２の電極１５４（２）のそれぞれが積層された第１の半導体発光素子１５（１）と、第３の半導体領域１２Ｐ（２）の一主面１２Ｓ上にこの第３の半導体領域１２Ｐ（２）に第３の電極１５２（３）が電気的に接続され、この第３の電極１５２（３）上に第２の活性層１５３（２）、第４の電極１５４（４）のそれぞれが積層された第２の半導体発光素子１５（２）と、第１の半導体発光素子１５（１）の第２の電極１５４（２）と第３の半導体領域１２Ｐ（２）との間を電気的に接続し、第２の電極１５４（２）に第３の半導体領域１２Ｐ（２）を介して第３の電極１５２（３）に電気的に接続するための接続導体１７と、第１の電極１５２（１）に第２の半導体領域１２Ｐ（１）を介して電気的に接続され、電源１００の一方の端子１０１２に電気的に繋げるための第１のパッド１７２と、第４の電極１５４（４）に電気的に接続され、電源１００の他方の端子１０１１に電気的に繋げるための第２のパッド１７１とを備える。

ここで、実施例１において、第１の導電型はｎ型であり、第２の導電型はｐ型である。第１の半導体領域１０Ｎには実施例１においてｎ型シリコン単結晶基板が使用される。このシリコン単結晶基板は、一主面１２Ｓが存在する一主面１０Ｓ側（図１中上側表面）に第２の半導体領域１２（１）及び第３の半導体領域１２（２）等を複数配設し、更に半導体発光素子１５の少なくとも一部の薄膜をエピタキシャル成長させるための基板として使用される。シリコン単結晶基板の厚さは例えば１００μm〜１０００μmに設定されている。また、シリコン単結晶基板の厚みが数百μm、不純物密度は１×１０¹⁷atoms／cm³−５×１０¹⁷atoms／cm³程の比較的低い密度にして十分に空乏層が第１の半導体領域１０Ｎに伸びるように設定されている。

第２の半導体領域１２Ｐ（１）及び第３の半導体領域１２Ｐ（２）は、第１の半導体領域１０Ｎの一主面１０Ｓにイオン注入法又は不純物拡散法により形成されている。第２の半導体領域１２Ｐ（１）、第３の半導体領域１２Ｐ（２）のそれぞれは第１の半導体領域１０Ｎとの間においてｐｎ接合分離されている。このｐｎ接合分離を確実に実行するために、第１の半導体領域１０Ｎには逆バイアスとなる電位が印加されるようになっている。

第２の半導体領域１２Ｐ（１）及び第３の半導体領域１２Ｐ（２）は、電気的に直列に接続された半導体発光素子１５間の接続導体の一部として使用されるとともに、抵抗１２Ｒ、ダイオード１２Ｄ及び容量１２Ｃを構築する。抵抗１２Ｒは第２の半導体領域１２Ｐ（１）、第３の半導体領域１２Ｐ（２）のそれぞれにより構成される。抵抗１２Ｒの抵抗値は、ｐ型不純物密度と、電流経路の長さと、電流経路の断面積とにより調整される。ダイオード１２Ｄは、第２の半導体領域１２Ｐ（１）、第３の半導体領域１２Ｐ（２）のそれぞれをアノード領域とし、第１の半導体領域１０Ｎをカソード領域として構成されている。容量１２Ｃは、第２の半導体領域１２Ｐ（１）、第３の半導体領域１２Ｐ（２）のそれぞれを一方の電極とし、第１の半導体領域１０Ｎを他方の電極とし、ｐｎ接合部に生成される空乏層を誘電体として構成されている。第２の半導体領域１２Ｐ（１）、第３の半導体領域１２Ｐ（２）のそれぞれは、例えば５×１０¹⁸atoms／cm³−1×１０¹⁹atoms／cm³程度の不純物密度の硼素（Ｂ）により構成されており、接合深さは例えば４μm−１０μmに設定されている。

第１の半導体発光素子１５（１）は、第２の半導体領域１２Ｐ（１）の一主面１２Ｓ上に直接接して配設されたバッファ層１５１と、バッファ層１５１上に配設された第１の電極１５２（１）と、第１の電極１５２（１）上に配設された第１の活性層１５３（１）と、第１の活性層１５３（１）上に配設された第２の電極１５４（２）と、第２の電極１５４（２）上に配設された光透過性導電膜１５５とを備えている。同様に、第２の半導体発光素子１５（２）は、第３の半導体領域１２Ｐ（２）の一主面１２Ｓ上に直接接して配設されたバッファ層１５１と、バッファ層１５１上に配設された第３の電極１５２（３）と、第３の電極１５２（３）上に配設された第２の活性層１５３（２）と、第２の活性層１５３（２）上に配設された第４の電極１５４（４）と、第４の電極１５４（４）上に配設された光透過性導電膜１５５とを備えている。

バッファ層１５１は、実施例１において、窒化物系半導体により構成されたｎ型バッファ層である。このバッファ層１５１は、例えばｎ型不純物がドープされた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層とｎ型不純物がドープされた窒化ガリウム（ＧａＮ）層とを交互に繰返し積層して構成されている。繰り返し積層された１つの層のＡｌＮ層の厚さは例えば０．５nm−５．０nmに設定される。繰り返し積層された１つの層のＧａＮ層の厚さは例えば５nm〜５５００nmに設定される。

なお、バッファ層１５１はＡｌＮ層とＧａＮ層との多層構造に限定されるものではなく、ＡｌＮ層の代わりに例えば窒化インジウムアルミニウム（ＡｌＩｎＮ）、窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＮ）及び窒化ガリウムインジウムアルミニウム（ＡｌＩｎＧａＮ）のいずれかから選択された窒化物系半導体層に置き換えることができる。また、バッファ層１５１のＧａＮ層の代わりに例えば窒化ガリウムインジウム（ＩｎＧａＮ）、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮのいずれかから選択された窒化物系半導体層に置き換えることができる。また、バッファ層１５は、ＡｌＮ層の単層、ＧａＮ層の単層等、窒化物系半導体の単層構造により構成してもよい。また、第２の半導体領域１２Ｐ（１）の一主面１２Ｓ上への第１の半導体発光素子１５（１）の各層のエピタキシャル成長性や、第３の半導体領域１２Ｐ（２）の一主面１２Ｓ上への第２の半導体発光素子１５（２）の各層のエピタキシャル成長性が良好な場合には、バッファ層１５１を省略することができる。更に、バッファ層１５１は、この上に配設される第１の電極１５２（１）や第３の電極１５２（３）をｎ型半導体層により構成する場合に、これらの第１の電極１５２（１）や第３の電極１５２（３）と同一導電型になるので、バッファ層１５１と第１の電極１５２（１）とを合わせて１つの第１の電極とみなし、バッファ層１５１と第３の電極１５２（３）とを合わせて１つの第３の電極とみなすことができる。

第１の電極１５２（１）はバッファ層１５１と第１の活性層１５３（１）との間に配設されたｎ型クラッド層である。同様に、第３の電極１５２（３）はバッファ層１５１と第２の活性層１５３（２）との間に配設されたｎ型クラッド層である。このｎ型クラッド層は、第１の活性層１５３（１）及び第２の活性層１５３（２）のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有する。ｎ型クラッド層には例えばｎ型ＧａＮ等の窒化物系半導体層が使用される。なお、ｎ型クラッド層は、必ずしもＧａＮ層に限定されるものではなく、それ以外のＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の別の化合物系半導体層に置き換えることができる。

第１の活性層１５３（１）は、ダブルヘテロ接合ＬＥＤを構成するために、第１の電極（ｎ型クラッド層）１５２（１）と第２の電極（ｐ型クラッド層）１５４（２）との間に配設される。同様に、第２の活性層１５３（２）は、ダブルヘテロ接合ＬＥＤを構成するために、第３の電極（ｎ型クラッド層）１５２（３）と第４の電極（ｐ型クラッド層）１５４（４）との間に配設される。第１の活性層１５３（１）、第２の活性層１５３（２）はいずれも例えばＩｎＧａＮ等の窒化物系半導体層により構成されている。

なお、図１中、第１の活性層１５３（１）、第２の活性層１５３（２）のそれぞれは、概略的に１つの層により表されているが、実際には多重量子井戸構造（ＭＱＷ）により構成されている。また、第１の活性層１５３（１）、第２の活性層１５３（２）のそれぞれは、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）又は単一の半導体層により構成することができる。更に、第１の電極１５２（１）と第２の電極１５４（２）とを直接接合し、第１の活性層１５３（１）を省略することができ、並びに第３の電極１５２（３）と第４の電極１５４（４）との間を直接接合し、第２の活性層１５３（２）を省略することができる。

第２の電極１５４（２）、第４の電極１５４（４）はいずれもｐ型クラッド層である。このｐ型クラッド層は、第１の活性層１５３（１）及び第２の活性層１５３（２）のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有する。ｐ型クラッド層には例えばｐ型ＧａＮ等の窒化物系半導体層が使用される。なお、ｐ型クラッド層は、必ずしもＧａＮ層に限定されるものではなく、それ以外のＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の別の化合物系半導体層に置き換えることができる。

光透過性導電膜１５５は、第２の電極１５４（２）、第４の電極１５４（４）のそれぞれ上に積層され、それらに低抵抗で（オーミック的に）接続されている。光透過性導電膜１５５には例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）層を使用することができる。この光透過性導電膜１５５は、半導体発光素子１５に流れる電流分布の均一化を図る機能を有する。なお、電流分布の均一化が要求されない場合には、光透過性導電膜１５５を省略することができる。

第１の半導体発光素子１５（１）の第１の電極１５２（１）は、第１の半導体発光素子１５（１）のバッファ層１５１、第２の半導体領域１２Ｐ（１）のそれぞれを通して第１のパッド１７２に電気的に接続されている。第１の半導体発光素子１５（１）の側面上及び第２の半導体領域１２Ｐ（１）の一主面１２Ｓ上等には層間絶縁膜１６が配設されており、第１のパッド１７２はこの層間絶縁膜１６上に配設されている。第１のパッド１７２と第２の半導体領域１２Ｐ（１）との間は層間絶縁膜１６に配設された接続孔１６２を通して電気的に接続されている。第１のパッド１７２には例えば金（Ａｕ）膜を使用することができる。層間絶縁膜１６には例えばシリコン酸化膜を使用することができる。

ここで、ｐ型シリコンからなる第２の半導体領域１２Ｐ（１）と第１の半導体発光素子１５（１）のｎ型のバッファ層１５１との間、同様にｐ型シリコンからなる第３の半導体領域１２Ｐ（２）と第２の半導体発光素子１５（２）のｎ型のバッファ層１５１との間等はいずれも電気的に接触している。この双方の接触はヘテロ接合であり、かつ双方の接触界面には合金化領域（図示せず）が生成されていると推察される。従って、それぞれの第１の半導体発光素子１５（１）、第２の半導体発光素子１５（２）に順方向電圧が印加されたとき、ヘテロ接合における電圧降下はｎ型シリコンとｎ型バッファ層との間のヘテロ接合に比べて小さい。ヘテロ接合における電圧降下は約０．４Ｖである。ｎ型シリコン上にＧａＮ等の窒化物半導体からなるｎ型バッファ層を形成した場合には、Ｇａ等のIII族の元素はシリコンに対してｐ型不純物として作用し、ｎ型シリコンの中にｐｎ接合が生成されるので、このｐｎ接合により電圧降下が生じる。なお、第２の半導体領域１２Ｐ（１）、第３の半導体領域１２Ｐ（２）等をｎ型シリコンにより形成し、この上に窒化物半導体からなるｎ型バッファ層１５１を形成した場合において、ヘテロ接合における電圧降下はさほど大きいものではないので、第１の半導体領域１０Ｎをｐ型シリコンからなる半導体領域とし、第２の半導体領域１２Ｐ（１）、第３の半導体領域１２Ｐ（２）等をｎ型シリコンからなる半導体領域に置き換えることができる。

実施例１において、第１の半導体発光素子１５（１）と第２の半導体発光素子１５（２）との接続構造は、第２の半導体発光素子１５（２）と第３の半導体発光素子１５（３）との接続構造、第３の半導体発光素子１５（３）と第４の半導体発光素子１５（４）との接続構造、…のそれぞれと同一である。つまり、第１の半導体発光素子１５（１）及び第２の半導体発光素子１５（２）は繰り返し配列パターンの基本単位素子（ユニットセル）であり、この基本単位素子は第１のパッド１７２と第２のパッド１７１との間に繰り返し配列されている。１つの半導体発光素子１５の長さは実施例１において例えば３０μmに設定されている。

第１の半導体発光素子１５（１）の第２の電極１５４（２）と第２の半導体発光素子１５（２）の第３の電極１５２（３）が電気的に接続された第３の半導体領域１２Ｐ（２）との間は接続導体１７により電気的に接続されている。この接続導体１７は、実施例１において、前述の第１のパッド１７２、第２のパッド１７１のそれぞれと同一導電層に配設されかつ同一導電性材料により構成されている。接続導体１７の一端は層間絶縁膜１６に配設された接続孔１６１を通して第２の電極１５４（２）に電気的に接続されている。接続導体１７の他端は層間絶縁膜１６に配設された接続孔１６２を通して第３の半導体領域１２Ｐ（３）の一主面１２Ｓに電気的に接続されている。以下同様に、第２の半導体発光素子１５（２）の第４の電極１５４（４）と第４の半導体領域１２Ｐ（３）との間及びそれ以降は接続導体１７により電気的に接続されている。

［発光装置の平面構造］
図３に示すように、実施例１に係る発光装置１は、第１の半導体領域（基板）１０Ｎの一主面１０Ｓに対する面法線方向から見て（平面的に見て）、第１のパッド１７２を中心に、第１の半導体発光素子１５（１）、第２の半導体発光素子１５（２）、第３の半導体発光素子１５（３）、第４の半導体発光素子１５（４）、…第ｎの半導体発光素子１５（ｎ）のそれぞれを螺旋状に順次繰り返し配列している。ここでは、第１の半導体発光素子１５（１）、第２の半導体発光素子１５（２）、…のそれぞれはアルキメデスの螺旋又はそれに近似された螺旋状に配列されており、配列方向に隣り合う半導体発光素子１５間の接続長は均一化されている。勿論、発光装置１は、第ｎの半導体発光素子１５（ｎ）、第ｎ−１の半導体発光素子１５（ｎ−１）、…のそれぞれを第２のパッド１７１を中心に順次螺旋状に配列してもよい。

ここで、第１のパッド１７１を中心に第２のパッド１７２を第１の半導体領域１０Ｎの端部側に配置することによって、第１の半導体領域１０Ｎの中心から端部への電界分布が偏在しないので、電源が入っている際に第１の半導体領域１０Ｎと第２の半導体領域１２Ｐとのｐｎ接合がオンになることを抑制することができる。

実施例１に係る発光装置１においては、１つの第１の半導体領域１０Ｎつまり１つの基板若しくは１つの半導体チップに小セル化された複数個の半導体発光素子１５（１）−１５（ｎ）が集合体として配設されている。半導体発光素子１５の小セル化は半導体発光素子１５の側面からの光取り出し効率を高められる。

図４に示す模式的に表した発光装置１の拡大断面構造において、半導体発光素子１５の発光点Ｐの第１の半導体領域１０Ｎの一主面１０Ｓからの面法線上の距離をＬ１、発光点Ｐから第１の半導体領域１０Ｎの一主面１０Ｓの入射位置までの距離をＬ２としたとき、図５に示す入射角度と界面反射率との関係が得られる。図５に示す横軸は発光点Ｐから発せられた光の第１の半導体領域（シリコン基板）１０Ｎの一主面１０Ｐへの入射角度（θ度）である。この入射角度は一主面１０Ｐの面法線と入射光の光軸とがなす角度である。縦軸は一主面１０Ｓと半導体発光素子１５との界面における反射率（％）である。

図５に示すように、発光点Ｐから発せられる光の入射角度が約０度−６０度までの範囲内においては、第１の半導体領域１０Ｎ側に光が吸収されてしまうので、一主面１０Ｓの反射率は低く、反射光を期待することができない。入射角度が約７０度−９０度までの範囲内においては、界面における反射率が増加し、反射光を期待することができる。一方、発光点Ｐからの距離Ｌ２は無限大にすることはできないので、適正な範囲内において、反射率の増加と、半導体発光素子１５の小セル化に伴う、半導体発光素子１５の配列数の増加による光取り出し窓面積の増加とを両立させる。実施例１においては、発光点Ｐの一主面１０Ｐの距離Ｌ１が例えば２μmに設定され、発光点Ｐから入射位置までの距離Ｌ２が例えば１１μmに設定される。この結果、半導体発光素子１５においては、発光点Ｐから発せられる光の入射位置における入射角度θが約８０度に設定される。この入射位置においては、発光点Ｐから発せられる光が第１の半導体領域１０Ｎ側に約６０％ほど吸収されてしまうものの、約４０％の高い反射率が得られる。従って、発光装置１においては、小セル化による光取り出し窓面積を増加しつつ、界面における光反射率を高めることができ、側面からの光取り出し効率を向上することができる。なお、実施例１において、半導体発光素子１５の長さはこの光取り出し効率の向上を目的として設定されている。

［発光装置の発光動作］
次に、実施例１に係る発光装置１の発光動作について説明する。ここでの説明は、合計１５個の半導体発光素子１５（１）−１５（ｎ＝１５）を電気的に直列に接続した発光装置１の発光動作の説明である。

まず、図２に示す発光装置１において、コンセントプラグ１８が電源（交流電源）１００に接続されたコンセント１０１に繋がれる。コンセントプラグ１８の第２の電源プラグ端子１８２に正の電圧が印加され、第１の電源プラグ端子１８１に負の電圧が印加されると、電流は第１のパッド１７２、第２の半導体領域１２Ｐ（１）のそれぞれを通して第１の半導体発光装置１５（１）に流れるが、逆方向電流であるので、第１の半導体発光素子１５（１）は発光しない（図１及び図２参照。）。

一方、コンセントプラグ１８の第１の電源プラグ端子１８１に正の電圧が印加され、第２の電源プラグ端子１８２に負の電圧が印加されると、電流は第１のパッド１７２、第ｎの半導体発光素子１５（ｎ）、第ｎ＋１の半導体領域１２Ｐ（ｎ）、接続導体１７のそれぞれを通して流れる。更に、電流は、第ｎ−１の半導体発光素子１５（ｎ−１）、第ｎの半導体領域１２Ｐ（ｎ−１）、接続導体１７、…、第１の半導体発光素子１５（１）、第２の半導体領域１２Ｐ（１）、第２のパッド１７１のそれぞれを通して第２の電源プラグ１８２に流れる。すなわち、この電流の流れによって半導体発光素子１５（１）−１５（ｎ）のそれぞれは順方向電流が流れるので発光する。電源１００に交流電源が使用されているので、交流電源の周波数に応じて発光装置１は断続的に発光する。

このとき、第１の半導体発光素子１５（１）−第ｎの半導体発光素子１５（ｎ）は直列に接続されているので、各々の半導体発光素子１５に印加される電圧は、第１の電源プラグ端子１８１と第２の電源プラグ端子１８２との間に電圧Ｖが印加されていれば、個々のばらつきを考慮しない場合、最大で（電圧Ｖ）／（半導体発光素子総数）になる。第１の電源プラグ端子１８１と第２の電源プラグ端子１８２との間に比較的高い電圧Ｖを印加する必要がある場合、半導体発光素子１５の直列接続総数は増加される。

また、各々の半導体発光素子１５に印加される電圧は、第２の半導体領域１２Ｐ（１）、第３の半導体領域１２Ｐ（２）、…第ｎ＋１の半導体領域１２Ｐ（ｎ）のそれぞれの不純物密度を調整し、抵抗１２Ｒの抵抗値、容量１２Ｃの容量値、ダイオード１２Ｄのしきい値を変えて調整してもよい。

また、実施例１に係る発光装置１は、電源１００としてバッテリィ、電池等の直流電源に繋いで、上記のように使用してもよい。この場合、第１の電源プラグ端子１８１と第２の電源プラグ端子１８２との間に印加される電圧Ｖに応じて、半導体発光素子１５の直列接続総数や抵抗１２Ｒ等の抵抗値が調整される。なお、電源１００に直流電源が使用される場合、発光装置１は順方向電流を流せば連続的に発光する。

以上説明したように、実施例１に係る発光装置１においては、分圧回路、電源回路等の電子部品を使用することがなく、装置構成を簡便化することができる。また、実施例１に係る発光装置１においては、第１の半導体領域１０Ｎに抵抗１２Ｒ等を作り込むことができるので、上記電子部品を使用することがなく、安価な製作コストを実現することができる。更に、実施例１に係る発光装置１においては、バッテリィや商用電源に簡単に繋げて直ぐに発光させ使用することができる。

（実施例２）
本発明の実施例２は、特に交流電源用に好適であり、連続発光を実現することができる発光装置に本発明を適用した例を説明するものである。

［発光装置の回路構成］
図６に示すように、実施例２に係る発光装置１は、電源１００に繋がるコンセントプラグ１８（又は第１のパッド１７２及び第２のパッド１７１）と電気的に直列接続された複数の半導体発光素子１５（１）−１５（ｎ）との間に整流素子２０が配設されている。整流素子２０は、実施例２において、第２のパッド１７１にアノード電極が電気的に接続され、第ｎの半導体発光素子１５（ｎ）の第２ｎの電極１５４（２ｎ）にカソード電極が電気的に接続された順方向ダイオードＢＤｆ１と、第１のパッド１７２にアノード電極が電気的に接続され、第ｎの半導体発光素子１５（ｎ）の第２ｎの電極１５２（２ｎ）にカソード電極が電気的に接続された順方向ダイオードＢＤｆ２と、第２のパッド１７１にカソード電極が電気的に接続された逆方向ダイオードＢＤｒ１と、第１のパッド１７２にカソード電極が電気的に接続され、逆方向ダイオードＢＤｒ１のアノード電極にアノード電極が電気的に接続された逆方向ダイオードＢＤｒ２とを備えている。つまり、整流素子２０は整流ダイオードブリッジにより構成されている。

実施例２に係る発光装置１においては、電気的に直列に接続された複数個の半導体発光素子１５間に、各々、電気的に直列に接続された抵抗１２Ｒと、電気的に並列に接続された順方向ダイオード１２Ｄｆと、この順方向ダイオード１２Ｄｆに電気的に直列に接続された逆方向ダイオード１２Ｄｒと、電気的に並列に接続された容量１２Ｃ１と、この容量Ｃ１に電気的に直列に接続された容量Ｃ２とが付加される。これらの詳細なデバイス構造については後述するが、抵抗１２Ｒは半導体領域による抵抗（拡散抵抗）を利用して構成され、ダイオード１２Ｄｆ、１２Ｄｒ、容量１２Ｃ１及び容量１２Ｃ２は異なる導電型の半導体領域間のｐｎ接合を利用して構成されている。更に、第１ｎの電極１５２（ｎ）と半導体領域１０Ｐの裏面（他主面１０Ｔ）との耐圧を高めるため、半導体発光素子直下の断面構造にはｐｎｐ構造が採用されている。

実施例２に係る発光装置１のその他の基本的構成、例えばコンセントプラグ１８を備える点等は前述の実施例１に係る発光装置１の基本的構成と同一である。

［発光装置のデバイス構造］
前述の図６に示す発光装置１は、図７乃至図９に示すように、第１の導電型の第１の半導体領域１１Ｎ（１）及び１１Ｎ（２）と、第１の半導体領域１１Ｎ（１）及び１１Ｎ（２）内に各々島状に配設された、第１の導電型に対して逆の第２の導電型の第２の半導体領域１２Ｐ（１）及び第３の半導体領域１２Ｐ（２）と、第２の半導体領域の１２Ｐ（１）の一主面１２Ｓ上にこの第２の半導体領域１２Ｐ（１）に第１の電極１５２（１）が電気的に接続され、この第１の電極１５２（１）上に第１の活性層１５３（１）、第２の電極１５４（２）のそれぞれが積層された第１の半導体発光素子１５（１）と、第３の半導体領域１２Ｐ（２）の一主面１２Ｓ上にこの第３の半導体領域１２Ｐ（２）に第３の電極１５２（３）が電気的に接続され、この第３の電極１５２（３）上に第２の活性層１５３（２）、第４の電極１５４（４）のそれぞれが積層された第２の半導体発光素子１５（２）と、第１の半導体発光素子１５（１）の第２の電極１５４（２）と第３の半導体領域１２Ｐ（２）との間を電気的に接続し、第２の電極１５４（２）に第３の半導体領域１２Ｐ（２）を介して第３の電極１５２（３）に電気的に接続するための接続導体１７と、第１の電極１５２（１）に第２の半導体領域１２Ｐ（１）を介して電気的に接続され、電源１００の一方の端子１０１２に電気的に繋げるための第１のパッド１７２と、第４の電極１５４（４）に電気的に接続され、電源１００の他方の端子１０１１に電気的に繋げるための第２のパッド１７１とを備える。

ここで、図７は図６及び図９に示す整流素子２０の断面構造を示し、図８は図６及び図９に示す電気的に直列に複数配列された半導体発光素子１５の断面構造を示す。また、実施例２においては、前述の実施例１と同様に、第１の導電型はｎ型であり、第２の導電型はｐ型である。第１の半導体領域１１Ｎには、実施例２において、第２の半導体領域１２Ｐ（１）及び第３の半導体領域１２Ｐ（２）の接合深さよりも深い接合深さを有するｎ型の半導体領域が使用される。この第１の半導体領域１１Ｎは、実施例２において第２の導電型の半導体領域１０Ｐ、詳細にはｐ型のシリコン単結晶基板の一主面１２Ｓが存在する一主面１０Ｓ側（図７中及び図８中上側表面）に、互いに離間し島状に配設されている。半導体領域（シリコン単結晶基板）１０Ｐは、複数の第１の半導体領域１１Ｎ（１）、１１Ｎ（２）、…、１１Ｎ（ｎ）等を配設し、更に半導体発光素子１５の少なくとも一部の薄膜をエピタキシャル成長させるための基板、半導体領域１０Ｐと第１の半導体領域１１Ｎ（ｎ）とのｐｎ接合に生じる空乏層を十分に伸ばすことで耐圧を確保するための基板として使用される。

ｐ型のシリコン単結晶基板は、第１、第２及び第３の半導体領域よりも十分に厚い数百μm（例えば７００μm）とする。また、半導体領域１０Ｐは、第２、第３の半導体領域１２Ｐ（ｎ）よりも十分に不純物密度が低く、例えば７×１０¹⁴atoms／cm³以下とする。

第１の半導体領域１１Ｎ（１）及び１１（２）は、実施例２において、第２の半導体領域１２Ｐ（１）、第３の半導体領域１２Ｐ（２）等のそれぞれに対応し個別に配設されている。第１の半導体領域１１Ｎは、イオン注入法又は不純物拡散法により形成されている。第１の半導体領域１１Ｎは例えば１×１０¹⁷atoms／cm³−５×１０¹⁷atoms／cm³程度の不純物密度の砒素（Ａｓ）、燐（Ｐ）の少なくともいずれか一方により構成されている。この第１の半導体領域１１Ｎの接合深さは例えば４μm−７μmに設定されている。

第２の半導体領域１２Ｐ（１）及び第３の半導体領域１２Ｐ（２）は、第１の半導体領域１１Ｎの一主面１１Ｓにイオン注入法又は不純物拡散法により形成されている。第２の半導体領域１２Ｐ（１）は第１の半導体領域１１Ｎ（１）によりその他の領域からｐｎ接合分離され、第３の半導体領域１２Ｐ（２）は第１の半導体領域１１Ｎ（２）によりその他の領域からｐｎ接合分離されている。このｐｎ接合分離を確実に実行するために、第１の半導体領域１０Ｎには逆バイアスとなる電位が供給されることが望ましく、実施例２においては、逆方向ダイオードＤｒにより逆バイアス電位が供給されている。この第２及び第３の半導体領域１２Ｐ（ｎ）の不純物密度は例えば５×１０¹⁸atoms／cm³−１×１０¹⁹atoms／cm³に設定される。

第２の半導体領域１２Ｐ（１）及び第３の半導体領域１２Ｐ（２）は、電気的に直列に接続された半導体発光素子１５間の接続導体の一部として使用されるとともに、抵抗１２Ｒ、順方向ダイオードＤｆ、逆方向ダイオードＤｒ、容量Ｃ１及びＣ２を構築する。抵抗１２Ｒは第２の半導体領域１２Ｐ（１）、第３の半導体領域１２Ｐ（２）のそれぞれにより構成される。抵抗１２Ｒの抵抗値は、ｐ型不純物密度と、電流経路の長さと、電流経路の断面積とにより調整される。

順方向ダイオードＤｆは、第２の半導体領域１２Ｐ（１）、第３の半導体領域１２Ｐ（２）のそれぞれをアノード領域とし、第１の半導体領域１１Ｎ（１）、第１の半導体領域１１Ｎ（２）のそれぞれをカソード領域として構成されている。逆方向ダイオードＤｒは、第１の半導体領域１１Ｎ（１）、第１の半導体領域１１Ｎ（２）のそれぞれをカソード領域とし、半導体領域（シリコン単結晶基板）１０Ｐをアノード領域として構成されている。

容量Ｃ１は、第２の半導体領域１２Ｐ（１）、第３の半導体領域１２Ｐ（２）のそれぞれを一方の電極とし、第１の半導体領域１１Ｎ（１）、第１の半導体領域１１Ｎ（２）のそれぞれを他方の電極とし、双方の間のｐｎ接合部に生成される空乏層を誘電体として構成されている。容量Ｃ２は、第１の半導体領域１１Ｎ（１）、第１の半導体領域１１Ｎ（２）のそれぞれを他方の電極とし、半導体領域（シリコン単結晶基板）１０Ｐを一方の電極とし、双方の間のｐｎ接合部に生成される空乏層を誘電体として構成されている。

第１の半導体発光素子１５（１）は、実施例１に係る発光装置１の第１の半導体発光素子１５（１）と同様に、バッファ層１５１と、第１の電極１５２（１）と、第１の活性層１５３（１）と、第２の電極１５４（２）と、光透過性導電膜１５５とを備えている。同様に、第２の半導体発光素子１５（２）は、第３の半導体領域１２Ｐ（２）の一主面１２Ｓ上に直接接して配設されたバッファ層１５１と、第３の電極１５２（３）と、第２の活性層１５３（２）と、第４の電極１５４（４）と、光透過性導電膜１５５とを備えている。半導体発光素子１５の基本的構成は前述の実施例１に係る発光装置１の半導体発光素子１５の基本的構成と同一である。

第１の半導体発光素子１５（１）の第１の電極１５２（１）は、第１の半導体発光素子１５（１）のバッファ層１５１、第２の半導体領域１２Ｐ（１）、接続導体１７３、半導体領域（シリコン単結晶基板）１０Ｐ、整流素子２０のそれぞれを通して第１のパッド１７２並びに第２のパッド１７１に電気的に接続されている。

ここで、ｐ型シリコンからなる第２の半導体領域１２Ｐ（１）と第１の半導体発光素子１５（１）のｎ型のバッファ層１５１との間、同様にｐ型シリコンからなる第３の半導体領域１２Ｐ（２）と第１の半導体発光素子１５（２）のｎ型のバッファ層１５１との間等はいずれも電気的に接触している。前述の実施例１に係る発光装置１と同様に、この双方の接触はヘテロ接合であり、かつ双方の接触界面には合金化領域が生成されている。従って、それぞれの第１の半導体発光素子１５（１）、第２の半導体発光素子１５（２）に順方向電圧が印加されたとき、ヘテロ接合における電圧降下はｎ型シリコンとｎ型バッファ層との間のヘテロ接合に比べて小さい。ヘテロ接合における電圧降下は約０．４Ｖである。

前述の実施例１に係る発光装置１と同様に、第１の半導体発光素子１５（１）と第２の半導体発光素子１５（２）との接続構造は、第２の半導体発光素子１５（２）と第３の半導体発光素子１５（３）との接続構造、第３の半導体発光素子１５（３）と第４の半導体発光素子１５（４）との接続構造、…のそれぞれと同一である。つまり、第１の半導体発光素子１５（１）及び第２の半導体発光素子１５（２）は繰り返し配列パターンの基本単位素子であり、この基本単位素子は第１のパッド１７２と第２のパッド１７１との間に繰り返し配列されている。１つの半導体発光素子１５の長さは実施例２において小セル化に伴う光取り出し効率を勘案して例えば３０μmに設定されている。

第１の半導体発光素子１５（１）の第２の電極１５４（２）と第２の半導体発光素子１５（２）の第３の電極１５２（３）が電気的に接続された第３の半導体領域１２Ｐ（２）との間は接続導体１７により電気的に接続されている。この接続導体１７は、実施例２において、前述の第１のパッド１７２、第２のパッド１７１、接続導体１７３のそれぞれと同一導電層に配設されかつ同一導電性材料により構成されている。接続導体１７の一端は層間絶縁膜１６に配設された接続孔１６１を通して第２の電極１５４（２）に電気的に接続されている。接続導体１７の他端は層間絶縁膜１６に配設された接続孔１６２を通して第３の半導体領域１２Ｐ（３）の一主面１２Ｓに電気的に接続されている。以下同様に、第２の半導体発光素子１５（２）の第４の電極１５４（４）と第４の半導体領域１２Ｐ（３）との間及びそれ以降は接続導体１７により電気的に接続されている。

図６、図７及び図９に示すように、整流素子２０の順方向ダイオードＢＤｆ１は、半導体領域１０Ｐの一主面１０Ｓに配設されたｎ型半導体領域１１ＮＤをカソード電極とし、このｎ型半導体領域１１ＮＤの一主面１１Ｓに配設されたｐ型半導体領域１２ＰＤ１をアノード電極として構成されている。順方向ダイオードＢＤｆ２は、半導体領域１０Ｐの一主面１０Ｓに配設されたｎ型半導体領域１１ＮＤをカソード電極とし、このｎ型半導体領域１１ＮＤの一主面１１Ｓに配設されたｐ型半導体領域１２ＰＤ２をアノード電極として構成されている。実施例２において、ｎ型半導体領域１１ＮＤは例えば前述の第１の半導体領域１１Ｎと同一製造工程において同一製造条件により構成されている。順方向ダイオードＢＤｆ１のアノード領域と逆方向ダイオードＢＤｒ１のカソード領域との間は第２のパッド１７１及びそれから引き出された接続導体１７により接続されている。

整流素子２０の逆方向ダイオードＢＤｒ１は、半導体領域１０Ｐをアノード領域として、この半導体領域１０Ｐの一主面１０Ｓに配設されたｎ型半導体領域１１ＮＤ１をカソード電極として構成されている。逆方向ダイオードＢＤｒ２は、半導体領域１０Ｐをアノード電極として、この半導体領域１０Ｐの一主面１０Ｓに配設されたｎ型半導体領域１１ＮＤ２をカソード電極として構成されている。これらのｎ型半導体領域１１ＮＤ１及び１１ＮＤ２のそれぞれは、実施例２において、例えば前述の第１の半導体領域１１Ｎと同一製造工程において同一製造条件により構成されている。順方向ダイオードＢＤｆ２のアノード領域と逆方向ダイオードＢＤｒ２のカソード領域との間は第１のパッド１７２及びそれから引き出された接続導体１７により接続されている。

［発光装置の平面構造］
図９に示すように、実施例１に係る発光装置１においては、半導体領域（シリコン単結晶基板）１０Ｐの一主面１０Ｓに対する面法線方向から見て（平面的に見て）、半導体領域１０Ｐの平面形状が方形状を有する。図９中、半導体領域１０Ｐの上辺と右辺とが交わる角部（右上コーナ）に、整流素子２０の順方向ダイオードＢＤｆ１が配設され、この順方向ダイオードＢＤｆ１上に第２のパッド１７１が配設されている。順方向ダイオードＢＤｆ２は、半導体領域１０Ｐの下辺と左辺とが交わる角部（左下コーナ）に配設され、この順方向ダイオードＢＤｆ２上に第１のパッド１７２が配設されている。整流素子２０の逆方向ダイオードＢＤｒ１並びに逆方向ダイオードＢＤｒ２はいずれも半導体領域１０Ｐの下辺と右辺とが交わる角部（右下コーナ）に配設されている。すなわち、実施例２において、整流素子２０は、半導体領域１０Ｐの右上コーナから右下コーナを経て左下コーナに渡って配設されている。

半導体領域１０Ｐの中央部分には直列接続された複数の半導体発光素子１５（１）−１５（ｎ）が配設されている。半導体発光素子１５（１）−１５（ｎ）は交互に左右にジグザグに折り返して配列されており、隣り合う半導体発光素子１５間の結線の引き回しが最小限に抑えられるとともに、結線長が均一化され、かつデットスペースの発生が抑えられている。

また、前述の実施例１に係る発光装置１と同様に、実施例２に係る発光装置１は、小セル化された複数個の半導体発光素子１５（１）−１５（ｎ）の集合体として配設されており、半導体発光素子１５の側面からの光取り出し効率を高めている。

［発光装置の発光動作］
次に、実施例２に係る発光装置１の発光動作について説明する。ここでの説明は、合計１５個の半導体発光素子１５（１）−１５（ｎ＝１５）を電気的に直列に接続した発光装置１の発光動作の説明である。

まず、図６に示すように、発光装置１のコンセントプラグ１８が電源（交流電源）１００に接続されたコンセント１０１に繋がれる。コンセントプラグ１８の第２の電源プラグ端子１８２に正の電圧が印加され、第１の電源プラグ端子１８１に負の電圧が印加されると、図６乃至図９に示すように、電流は第１のパッド１７２、整流素子２０の順方向ダイオードＢＤｆ２、第ｎの半導体発光素子１５（ｎ）、第ｎ＋１の半導体領域１２Ｐ（ｎ）、接続導体１７のそれぞれを通して流れる。更に、電流は、第ｎ−１の半導体発光素子１５（ｎ−１）、第ｎの半導体領域１２Ｐ（ｎ−１）、接続導体１７、…、第１の半導体発光素子１５（１）、第２の半導体領域１２Ｐ（１）、整流素子２０の逆方向ダイオードＢＤｒ１、第２のパッド１７１のそれぞれを通して第２の電源プラグ１８２に流れる。この電流の流れによって半導体発光素子１５（１）−１５（ｎ）のそれぞれは順方向電流が流れるので発光する。第１のパッド１７２からの電流は整流素子２０の逆方向ダイオードＢＤｒ２側には流れない。

一方、コンセントプラグ１８の第１の電源プラグ端子１８１に正の電圧が印加され、第２の電源プラグ端子１８２に負の電圧が印加されると、電流は第２のパッド１７１、整流素子２０の順方向ダイオードＢＤｆ１、第ｎの半導体発光素子１５（ｎ）、第ｎ＋１の半導体領域１２Ｐ（ｎ）、接続導体１７のそれぞれを通して流れる。更に、電流は、第ｎ−１の半導体発光素子１５（ｎ−１）、第ｎの半導体領域１２Ｐ（ｎ−１）、接続導体１７、…、第１の半導体発光素子１５（１）、第２の半導体領域１２Ｐ（１）、整流素子２０の逆方向ダイオードＢＤｒ２、第１のパッド１７２のそれぞれを通して第１の電源プラグ１８１に流れる。この電流の流れによって半導体発光素子１５（１）−１５（ｎ）のそれぞれは順方向電流が流れるので発光する。第２のパッド１７１からの電流は整流素子２０の逆方向ダイオードＢＤｒ１側には流れない。

発光装置１は、整流素子２０が配設されているので、電源１００が交流電源であっても連続的に発光する。第１の半導体発光素子１５（１）−第ｎの半導体発光素子１５（ｎ）は直列に接続されているので、各々の半導体発光素子１５に印加される電圧は、第１の電源プラグ端子１８１と第２の電源プラグ端子１８２との間に電圧Ｖが印加されていれば、個々のばらつきを考慮しない場合、最大で（電圧Ｖ）／（半導体発光素子総数）になる。第１の電源プラグ端子１８１と第２の電源プラグ端子１８２との間に比較的高い電圧Ｖを印加する必要がある場合、半導体発光素子１５の直列接続総数は増加される。

また、各々の半導体発光素子１５に印加される電圧は、第２の半導体領域１２Ｐ（１）、第３の半導体領域１２Ｐ（２）、…第ｎ＋１の半導体領域１２Ｐ（ｎ）のそれぞれの不純物密度を調整し、抵抗１２Ｒの抵抗値、容量Ｃ１及びＣ２の容量値、順方向ダイオードＤｆ及び逆方向ダイオードＤｒのしきい値を変えて調整してもよい。

以上説明したように、実施例２に係る発光装置１においては、分圧回路、電源回路等の電子部品を使用することがなく、装置構成を簡便化することができる。また、実施例２に係る発光装置１においては、第１の半導体領域１０Ｎに抵抗１２Ｒ等を作り込むことができるので、上記電子部品を使用することがなく、安価な製作コストを実現することができる。更に、実施例２に係る発光装置１においては、商用電源に簡単に繋げて直ぐに使用することができる。

（実施例３）
本発明の実施例３は、前述の実施例１又は実施例２に係る発光装置１の基本的構造を用い、簡易な構造を有する抵抗体を組み込んだ例を説明するものである。

［発光装置の回路構成］
図１０に示すように、実施例３に係る発光装置１は、前述の実施例１又は実施例２に係る発光装置１の基本的構造と同様に、電気的に直列に接続された複数個の半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）と、この直列に接続された複数個の半導体発光素子１５のうち一端側の半導体発光素子１５（ｎ）の一方の電極（ここでは、アノード電極）に電気的に接続された第２のパッド（ボンディングパッド）１７１と、他端側の半導体発光素子１５（１）の他方の電極（ここでは、カソード電極）に電気的に接続された第１のパッド（ボンディングパッド）１７２とを備え、更に複数個の半導体発光素子（１）〜１５（ｎ）のそれぞれの他方の電極側に抵抗体Ｒｓを電気的に直列に接続している。ここでは接続構造を省略するが、前述の実施例１又は実施例２に係る発光装置１と同様に、第１のパッド１７２、第２のパッド１７１にはコンセントプラグ１８及びコンセント１０１（図２及び図６参照。）を通して電源１００に電気的に接続されている。電源１００の定義は前述と同様である。

［発光装置のデバイス構造］
図１１及び図１２に示すように、実施例３に係る発光装置１は、基板１０と、基板１０上に配設された第１の電極１５２、第１の電極１５２上に配設された活性層１５３及び活性層１５３上に配設された第２の電極１５４を有する複数の半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）と、複数の半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）において１つの半導体発光素子１５（例えば１５（２））の第１の電極１５２と他の１つの半導体発光素子１５（例えば１５（１））の第２の電極１５４との間を接続し、複数の半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）を電気的に直列に接続し、第２の電極１５４に対して比較的オーミック（低抵抗）であり、第１の電極１５２に対してショットキー特性を有する接続導体１７とを備えている。

実施例３において、基板１０には、その一表面１０Ｓ上でのエピタキシャル成長層の結晶性に優れた例えばサファイア基板が使用される。また、これに限定されずに、基板１０には、絶縁性基板を使用することができる。

半導体発光素子１５の第１の電極１５２は、バッファ層１５１を介して配設され、実施例３においてｎ型の窒化物系半導体領域、詳細にはｎ型ＧａＮ層により構成されている。活性層１５３は、ここではダブルへテロ接合ＬＥＤを構成するために、ＭＱＷにより構成されている。ＭＱＷについては、実施例１に係る発光装置１において説明した活性層１５３のＭＱＷと同一である。第２の電極１５４は、ｐ型の窒化物系半導体領域、詳細にはｐ型のＧａＮ層により構成されている。

接続導体１７は、半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）のそれぞれの間において、一端を半導体発光素子１５の第１の電極１５２に電気的に接続し、他端を半導体発光素子１５の第２の電極１５４に電気的に接続している。半導体発光素子１５は層間絶縁膜１６により被覆され、接続導体１７の一端は層間絶縁膜１６に配設された接続孔１６２を通して接続され、接続導体１７の他端は層間絶縁膜１６に配設された接続孔１６１を通して接続されている。層間絶縁膜１６には例えばシリコン酸化膜を使用することができる。また、接続導体１７の他端と第２の電極１５４との間は第２の電極１５４上に配設された光透過性導電膜１５５を介して接続されている。光透過性導電膜１５５には実施例１に係る発光装置１の光透過性導電膜１５５と同様に例えばＩＴＯ層を使用することができる。

接続導体１７は第１の電極１５２すなわちｎ型ＧａＮ層に対してショットキー特性（非オーミック特性）を有する導電性材料により構成され、この接続導体１７と第１の電極１５２との接続（接触）によって抵抗体Ｒｓが生成される。実施例３において、接続導体１７は、例えばバリアメタル層として使用されｎ型ＧａＮ層上に配設されたチタン（Ｔｉ）層１７ａと、このチタン層１７ａ上に配設された金（Ａｕ）層１７ｂとの積層膜により構成されている。

接続導体１７の製造方法は以下の通りである。まず最初に、例えば蒸着法又はスパッタリング法を用いて１５ｎｍ−２５ｎｍの膜厚のＴｉ層が形成される。このＴｉ層には約１分間の窒化処理が行われる。引き続き、蒸着法又はスパッタリング法を用いて更に１５ｎｍ−２５ｎｍの膜厚のＴｉ層が形成される。このＴｉ層上に蒸着法又はスパッタリング法を用いて６００ｎｍ−８００ｎｍの膜厚のＡｕ層が形成される。この後、３５０度、５分−１０分の条件において熱処理が行われ、接続導体１７が形成される。この接続導体１７は、フォトリソグラフィ技術を用いてエッチングマスクを形成し、このエッチングマスクを用いてエッチングを行うことにより所定パターンに形成される。

半導体発光素子１５の第１の電極１５２にショットキー特性を有する接続導体１７が接続され、この接続部分に抵抗体Ｒｓが構成されることにより、半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）の直列数に対応した個数の抵抗体Ｒｓがシリーズ抵抗として機能し、交流電圧幅の変化に広く対応することができる。半導体発光素子１５の第１の電極１５２にｎ型ＧａＮ層が使用される場合、一般的にはｎ型ＧａＮに対して良好なオーミック特性を有するように接続導体１７にＴｉ層とＡｌ層との積層膜が使用されている。この接続部分においてはほとんど抵抗成分が付加されないので、電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性は良質であり、発光装置１に繋がれる電源１００が直流電源である場合には好適なＩ−Ｖ特性である。

しかしながら、発光装置１に繋がれる電源１００が交流電源、例えば家庭用電源１００Ｖである場合には入力電圧に幅がある。つまり、家庭用電源１００Ｖに繋がれた発光装置１には実効値として１４０Ｖまでの電圧が印加される。この１４０Ｖの電圧が発光装置１に印加されると、発光装置１には大きな電流が流れ、発光装置１の熱破壊が誘発される恐れがある。通常、このような大きな電流の流れを阻止するには、発光装置１とは別の高抵抗素子（外付け抵抗素子）を準備し、この高抵抗素子を発光装置１に取り付ける必要がある。

実施例３に係る発光装置１は、電源１００が交流駆動電源（例えば前述の家庭用電源１００Ｖ）であって、最大１４０Ｖまで電圧変化が生じたとしても安定な発光動作を実現することができるように、外付け抵抗素子を用いないで、この外付け抵抗素子に代えて半導体発光素子１５に抵抗体Ｒｓを配設したものである。半導体発光素子１５毎に抵抗体Ｒｓが配設されているので、１つの半導体発光素子１５当たりの順方向電圧をショットキー電圧分上昇することができ、急激な電流上昇を抑制することができる。

図１３に示すように、このような効果を得るには発光装置１を低電流領域において駆動する必要がある。図１３において縦軸は抵抗体Ｒｓの抵抗値（Ω）を示し、横軸は電流値（ｍＡ）を示す。データＡは実施例３に係る抵抗体Ｒｓの特性であり、前述のように接続導体１７にはショットキー特性を有する導電性材料（Ｔｉ層１７ａとＡｕ層１７ｂとの積層膜）が使用されている。データＢは比較例に係る抵抗体の特性であって、接続導体にはオーミック特性を有する導電性材料、例えばＴｉ層とＡｌ層との積層膜が使用されている。

図１３に示すように、１０ｍＡを超える高電流領域においては、比較例に係る抵抗体と同様に、実施例３に係る抵抗体Ｒｓの電流値が変化（例えば増加）しても抵抗体Ｒｓの抵抗値にはほとんど変化が生じない。これに対して、１０ｍＡ以下の低電流領域においては、比較例に係る抵抗体の電流値の減少に伴う抵抗値の増加の割合に比べて、実施例３に係る抵抗体Ｒｓの電流値の減少に伴う抵抗値の増加の割合は大きくなる。つまり、低電流領域において抵抗体Ｒｓの抵抗値を高抵抗値に設定することができる。更に、窒化物系半導体で構成される半導体発光素子１５は１０ｍＡ以下の比較的低い電流の方が発光効率が良い。従って、実施例３に係る発光装置１を用いれば、半導体発光素子１５の発光効率を高めることができる。実施例３に係る発光装置１においては、ショットキー接合面積を増加して高抵抗値を得るために、発光面積（発光エリア）を極力小さくし、例えば９０Ｖ−１４０Ｖの電圧範囲において１０ｍＡ以下具体的には１ｍＡ以下の電流により半導体発光素子１５を駆動する設定がなされている。

［発光装置の平面構造］
図１４に示すように、実施例３に係る発光装置１は、基板１０の一主面１０Ｓに対する面法線方向から見て（平面的に見て）、右下コーナに第１のパッド１７２を配設し、第１のパッド１７２に対角線上において対向する左上コーナに第２のパッド１７１を配設している。

図１１、図１２及び図１４に示すように、１つの半導体発光素子１５は基板１０の一表面１０Ｓ上においてバッファ層１５１、第１の電極１５２、活性層１５３、第２の電極１５３、光透過性導電膜１５５のそれぞれの層を順次積層し、他の半導体発光素子１５とは離間して独立に形成された島領域に配設されている。この島領域はここでは長方形の平面形状を有する。島領域の一端側には層間絶縁膜１６の接続孔１６１から露出する光透過性導電膜１５５に接続導体１７が接続されている。島領域の他端側は光導電性膜１５５、第２の電極１５３、活性層１５２及び第１の電極１５２の一部が取り除かれ、この他端側において層間絶縁膜１６の接続孔１６２から露出する第１の電極１６２に接続導体１７が接続されている。

直列に接続された一端側の半導体発光素子１５（１）の第１の電極１５２は接続導体１７を通して第１のパッド１７２に接続されている。実施例３において、接続導体１７と第１のパッド１７２とは同一導電層により形成され、かつ同一導電性材料により形成されている。図１４に示すように、半導体発光素子１５（１）−１５（３）のそれぞれは基板１０の一表面１０Ｓ上において右下から右上に向かって順次配列され、半導体発光素子１５（４）−１５（６）のそれぞれは左側に折り返して右上から右下に向かって順次配列されている。半導体発光素子１５（７）−１５（９）のそれぞれは左側に折り返して右下から右上に向かって順次配列されている。同様に、半導体発光素子１５（１０）−１５（ｎ−３）は折り返しながら順次配列され、半導体発光素子１５（ｎ−２）−１５（ｎ）は左下から左上に向かって順次配列されている。半導体発光素子１５（ｎ）の第２の電極１５３は接続導体１７を通して第２のパッド１７１に接続されている。同様に、接続導体１７と第２のパッド１７１とは同一導電層により形成され、かつ同一導電性材料により形成されている。つまり、実施例３に係る発光装置１の半導体発光素子１５（１）−１５（ｎ）は、上下方向に折り返しながら右から左側に向かってジグザグに配列されている。

なお、第１のパッド１７２及び第２のパッド１７１の下には、第１の電極１５２と同じ窒化物系半導体が基板１０との間に設けられていることが望ましい。このようにすれば、第１のパッド１７２及び第２のパッド１７１直下の層間絶縁膜１６にピンホールが発生した場合であっても、第１のパッド１７２、第２のパッド１７１のそれぞれから基板１０への電流漏れを防止することができる。

以上説明したように、実施例３に係る発光装置１においては、実施例１に係る発光装置１と同様の作用効果が得られるとともに、複数の半導体発光素子１５（１）−１５（ｎ）毎に抵抗体Ｒｓを直列に配設しているので、電源１００から供給される交流駆動電圧に幅があっても安定した発光動作を実現することができる。また、発光装置１においては、抵抗体Ｒｓを備えているので、過大な交流駆動電圧が印加されたとしても熱破壊を防止することができる。

また、発光装置１においては、半導体発光素子１５の第１の電極１５２と接続導体１７との接続領域を利用して抵抗体Ｒｓを生成しているので、抵抗体Ｒｓに要する面積を接続領域に要する面積に重複させることができる。従って、抵抗体Ｒｓを備えても発光装置１の小型化を実現することができる。

また、発光装置１においては、半導体発光素子１５（１）−１５（ｎ）をジグザグに配列しているので、隣り合う半導体発光素子１５間の結線の引き回しが最小限に抑えられるとともに、結線長が均一化され、かつデットスペースの発生を抑えることができる。

更に、発光装置１の製造方法においては、接続導体１７を第１の電極１５２に対してショットキー特性を有する導電性材料に変更し、半導体発光素子１５の第１の電極１５２、第２の電極１５４のそれぞれに接続される接続導体１７を同一導電層により同時に形成することにより抵抗体Ｒｓを形成することができるので、製造工程の増加がなく、簡易に抵抗体Ｒｓを形成することができる。

なお、前述の発光装置１において、抵抗体Ｒｓを構成する接続導体１７にはＴｉ層１７ａとＡｕ層１７ｂとの積層膜が使用されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、接続導体１７には、Ｔｉ層、Ｎｉ層及びＡｕ層を順次積層した積層膜、Ｔｉ層、ＴｉＮ層、Ｔｉ層及びＡｕ層を順次積層した積層膜、Ｔｉ層、Ｇｅ層及びＡｕ層を順次積層した積層膜、Ｔｉ層、Ｚｎ層及びＡｕ層を順次積層した積層膜等のいずれかの積層膜を使用することができる。

また、前述の発光装置１において、半導体発光素子１５の平面形状（島領域の平面形状）は長方形としているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、半導体発光素子１５の平面形状は円形、楕円形、三角形、若しくは五角形以上の多角形であってもよい。

［変形例１］
実施例３の変形例１に係る発光装置１は、第１のパッド１７２、第２のパッド１７１のいずれか一方を基板１０の裏面（図１１に示す符号１０Ｂ）若しくは裏面側にした例を説明するものである。

図１５に示すように、変形例１に係る発光装置１は、半導体発光素子１５（１）の第１の電極１５２に一端が接続される接続導体１７の他端を基板１０の接続部１７２Ｃに接続し、基板１０の裏面（１０Ｂ）を第１の電極１７２として使用する。ここでは、基板１０には、導電性を有し、半導体発光素子１５の活性層１５３の結晶成長性を確保することができるシリコン単結晶基板が使用される。

接続部１７２Ｃは、基板１０の一表面１０Ｓでもよいが、接続導体１７と基板１０とのオーミック接続を行うために、基板１０と同一導電型でかつ基板１０の不純物密度に比べて高い不純物密度を有する半導体領域（拡散領域）により構成されている。同様に、基板１０の裏面１０Ｂを第１のパッド１７２としてもよいが、この第１のパッド１７２に接続されるリード線等とのボンダビリティを高めるために、裏面１０Ｂ上にＡｕ層等の金属膜を配設し、この金属膜により実効的な第１のパッド１７２が構成されてもよい。

このように構成される発光装置１においては、第１のパッド１７２を基板１０により構成したので、半導体発光素子１５数を増加することができ、又同一半導体発光素子１５数であれば小型化を図ることができる。

また、発光装置１において、抵抗体Ｒｓを構成する接続導体１７にはＡｕ層１７ｂが含まれているが、バリアメタル層として機能するＴｉ層１７ａが接続導体１７には更に含まれているので、接続部１７５ＣにおけるＡｕ層１７ｂの基板１０への熱拡散を防止することができる。

なお、ここでは、第１のパッド１７２が基板１０により構成されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、第２のパッド１７１が基板１０により構成されてもよい。

［変形例２］
実施例３の変形例２に係る発光装置１は、実施例３の変形例１に係る発光装置１と前述の図３に示す実施例１に係る発光装置１とを組み合わせた例を説明するものである。すなわち、変形例２に係る発光装置１は、図１６に示すように、基板１０の一主面１０Ｓに対する面法線方向から見て（平面的に見て）、第１のパッド１７２を中心に、半導体発光素子１５（１）、半導体発光素子１５（２）、半導体発光素子１５（３）、…半導体発光素子１５（ｎ）のそれぞれを螺旋状に順次繰り返し配列している。ここでは、半導体発光素子１５（ｎ）の第２の電極１５４に一端が接続される接続導体１７の他端が基板１０の接続部１７１Ｃに接続され、基板１０の裏面（１０Ｂ）が第２の電極１７１として使用されている。

このように構成される発光装置１においては、前述の実施例１に係る発光装置１により得られる作用効果と実施例３の変形例１に係る発光装置１により得られる作用効果とを組み合わせた作用効果を得ることができる。

（実施例４）
本発明の実施例４は、前述の実施例３に係る発光装置１の基本的構造を用い、この発光装置１の静電気破壊耐圧（ＥＳＤ（electro-static discharge）耐圧）を向上した例を説明するものである。

［発光装置の回路構成］
図１７に示すように、実施例３に係る発光装置１は、前述の実施例３に係る発光装置１の基本的構造と同様に、電気的に直列に接続された複数個の半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）と、この半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）とは逆向きに電気的に直列に接続された複数個の半導体発光素子１５（１’）〜１５（ｎ’）と、複数個の半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）のうち一端側の半導体発光素子１５（ｎ）の一方の電極（ここでは、アノード電極）及び複数個の半導体発光素子１５（１’）〜１５（ｎ’）のうち一端側の半導体発光素子１５（１’）の一方の電極（ここでは、カソード電極）に電気的に接続された第２のパッド（ボンディングパッド）１７１と、他端側の半導体発光素子１５（１）の他方の電極（ここでは、カソード電極）及び他端側の半導体発光素子１５（ｎ’）の他方の電極（ここでは、アノード電極）に電気的に接続された第１のパッド（ボンディングパッド）１７２とを備え、更に半導体発光素子１５（ｎ）と第２のパッド１７１との間に逆耐圧素子Ｄｒｔ１を配設し、半導体発光素子１５（ｎ’）と第１のパッド１７２との間に逆耐圧素子Ｄｒｔ２を配設している。逆耐圧素子Ｄｒｔ１は半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）に対して逆極性となる。逆耐圧素子Ｄｒｔ２は半導体発光素子１５（１’）〜１５（ｎ’）に対して逆極性となる。半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）及び半導体発光素子１５（１’）〜１５（ｎ’）は電源１００に対して電気的に並列に接続され、交流駆動電圧によって発光動作が行われる。

逆耐圧素子Ｄｒｔ１は、半導体発光素子１５（ｎ）と第２のパッド１７１との間に電気的に直列に接続され、第２のパッド１７１から入力されるサージの半導体発光素子１５（ｎ）側への流れを防止する。逆耐圧素子Ｄｒｔ２は、同様に、半導体発光素子１５（ｎ’）と第１のパッド１７２との間に電気的に直列に接続され、第１のパッド１７２から入力されるサージの半導体発光素子１５（ｎ’）側への流れを防止する。すなわち、逆耐圧素子Ｄｒｔ１及びＤｒｔ２は発光装置１のＥＳＤ耐圧を向上するために備えている。

実施例４に係る発光装置１は、更に半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）の他端側の半導体発光素子１５（１）の他方の電極（ここでは、カソード電極）と第１のパッド１７２との間に逆流防止素子Ｄａｃ１を配設し、半導体発光素子１５（１’）〜１５（ｎ’）の他端側の半導体発光素子１５（１’）の一方の電極（ここでは、カソード電極）と第２のパッド１７１との間に逆流防止素子Ｄａｃ２を配設している。逆流防止素子Ｄａｃ１は半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）と同じ極性となる向きに挿入される。逆流防止素子Ｄａｃ２は半導体発光素子１５（１’）〜１５（ｎ’）と同じ極性となる向きに挿入される。第１のパッド１７２に印加される電圧が第２のパッド１７２に印加される電圧よりも高いとき、半導体発光素子１５（１’）〜１５（ｎ’）に流れる電流は逆耐圧素子Ｄｒｔ２を経由することになるが、半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）と半導体発光素子１５（１’）〜１５（ｎ’）とは同数に設定されているので、半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）に電流が流れる恐れがある。そこで、逆流防止素子Ｄａｃ１は、逆耐圧素子Ｄｒｔ２によって半導体発光素子１５（１’）〜１５（ｎ’）側へのサージの流れを防止した際の、半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）側へのサージの流れを防止する。同様に、逆流防止素子Ｄａｃ２は、逆耐圧素子Ｄｒｔ１によって半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）側へのサージの流れを防止した際の、半導体発光素子１５（１’）〜１５（ｎ’）側へのサージの流れを防止する。

［発光装置のデバイス構造：逆耐圧素子の構成］
図１８及び図１９に示すように、実施例４に係る発光装置１は、基本的には前述の実施例３に係る発光装置１と同様に、基板１０と、第１の電極１５２、活性層１５３及び第２の電極１５４を有し、基板１０の一表面上に配設された複数の半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）及び複数の半導体発光素子１５（１’）〜１５（ｎ’）と、基板１０の一表面１０Ｓ上において半導体発光素子１５（ｎ’）の第１の電極１５２と第１のパッド１７２との間に電気的に直列に接続され、第１の電極１５２と同一層の第１の電極１５２Ｄ１、活性層１５３と同一層の活性層１５３Ｄ１及び第２の電極１５４と同一層の第２の電極１５４Ｄ１を有する逆耐圧素子Ｄｒｔ２と、基板１０の一表面１０Ｓ上において半導体発光素子１５（ｎ）の第１の電極１５２と第２のパッド１７１との間に電気的に直列に接続され、第１の電極１５２と同一層の第１の電極１５２Ｄ１、活性層１５３と同一層の活性層１５３Ｄ１及び第２の電極１５４と同一層の第２の電極１５４Ｄ１を有する逆耐圧素子Ｄｒｔ１とを備える。

実施例４に係る発光装置１において、基板１０、半導体発光素子１５のバッファ層１５１、第１の電極１５２、活性層１５３、第２の電極１５４、光透過性導電膜１５５、層間絶縁膜１６、接続導体１７の基本的な構成は実施例３に係る発光装置１と同様であるので、ここでの説明は省略する。

逆耐圧素子Ｄｒｔ１及び逆耐圧素子Ｄｒｔ２の接続の向きは半導体発光素子１５の接続の向きとは逆方向であるが、逆耐圧素子Ｄｒｔ１及び逆耐圧素子Ｄｒｔ２の断面構造は半導体発光素子１５の断面構造と同一である。逆耐圧素子Ｄｒｔ１及び逆耐圧素子Ｄｒｔ２は、第１の電極１５２Ｄ１をここではｎ型ＧａＮ層により構成し、活性層１５３Ｄ１をＭＱＷ構造を有する窒化物系半導体領域により構成し、第２の電極１５４Ｄ１をｐ型ＧａＮ層により構成しているので、ｐ−ｉ（intrinsic）−ｎ型構造を有するダイオードである。

逆耐圧素子Ｄｒｔ１及び逆耐圧素子Ｄｒｔ２は、半導体発光素子１５と同様に島領域に構成され、基板１０の一表面１０Ｓ上にバッファ層１５１を介して配設されている。逆耐圧素子Ｄｒｔ１及び逆耐圧素子Ｄｒｔ２のそれぞれの第１の電極１５２Ｄ１は、層間絶縁膜１６に配設された接続孔１６２を通して接続導体１７に電気的に接続されている。第２の電極１５４Ｄ１は、層間絶縁膜１６に配設された接続孔１６１を通して接続導体１７に電気的に接続されている。第２の電極１５４Ｄ１と接続導体１７との間には光透過性導電膜１５５が配設されている。この光透過性導電膜１５５は逆耐圧素子Ｄｒｔ１及び逆耐圧素子Ｄｒｔ２に設けなくてもよい。接続導体１７は、実施例４において前述の実施例３に係る発光装置１の接続導体１７と同様に、Ｔｉ層及びＡｕ層を含む積層膜により構成されている。

逆耐圧素子Ｄｒｔ１、逆耐圧素子Ｄｒｔ２のそれぞれの島領域並びに半導体発光素子１５の島領域は、基板１０の一表面１０Ｓ側の底面を広く、光透過性導電膜１５５５側の上面を狭くした断面台形形状により構成され、島領域の側面には傾斜面が形成されている。これは、基板１０の一表面１０Ｓと島領域との段差に伴う接続導体１７の断線を防止するためである。島領域の底面と側面とがなす角度は例えば４０度−７０度に設定されている。なお、このような角度に島領域の傾斜面を設定することにより、前述の図５に示すように、半導体発光素子１５の側面の光の反射を抑制し、光の取り出し効率を向上することができる。傾斜面は、製造プロセスにおいて、島領域を形成する際のメサエッチングにより簡易に形成することができる。

逆耐圧素子Ｄｒｔ１、逆耐圧素子Ｄｒｔ２のそれぞれの島領域のサイズは半導体発光素子１５の島領域のサイズよりも大きい方が好ましい。第１のパッド１７２と逆耐圧素子Ｄｒｔ２との間を接続する接続導体１７及び第２のパッド１７１と逆耐圧素子Ｄｒｔ１との間を接続する接続導体１７の幅（配線幅）Ｌ２は、半導体発光素子１５間を接続する接続導体１７の幅（配線幅）Ｌ１に比べて大きく設定されている。これはサージにより接続導体１７に発生する熱損傷を防止するためである。

図１９に示すように、実施例４に係る発光装置１は、基板１０の一主面１０Ｓに対する面法線方向から見て（平面的に見て）、右下コーナに第１のパッド１７２を配設し、第１のパッド１７２に対角線上において対向する左上コーナに第２のパッド１７１を配設している。複数の半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）は、基板１０の右上側に配設され、実施例３に係る発光装置１と同様にジグザグに折り返し配列されている。複数の半導体発光素子１５（１’）〜１５（ｎ’）は、基板１０の左下側に配設され、同様にジグザグに折り返し配列されている。ここでは、複数の半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）、複数の半導体発光素子１５（１’）〜１５（ｎ’）のそれぞれは基板１０の中心位置から１８０度の点対称により構成され、半導体発光素子１５はバランスよく配列されている。

逆耐圧素子Ｄｒｔ１は、基板１０の右側中央部において、第１のパッド１７２と複数の半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）との間に配設されている。逆耐圧素子Ｄｒｔ２は、基板１０の左側中央部において、第２のパッド１７１と複数の半導体発光素子１５（１’）〜１５（ｎ’）との間に配設されている。

このように実施例４に係る発光装置１においては、前述の実施例３に係る発光装置１により得られる作用効果に加えて、半導体発光素子１５の構造と同一構造を有する逆耐圧素子Ｄｒｔ１を第２のパッド１７１と半導体発光素子１５（ｎ）との間に備え、逆耐圧素子Ｄｒｔ２を第１のパッド１７２と半導体発光素子１５（ｎ’）との間に備えたので、外付けの保護素子を使用することなく、簡易な構成により小型化を向上しつつＥＳＤ耐圧を向上することができる。

また、逆耐圧素子Ｄｒｔ１及び逆耐圧素子Ｄｒｔ１は、シリコンダイオードではなく、窒化物系半導体ダイオードであるので、発光動作に伴う特性の変化を生じないので、安定したＥＳＤ耐圧を得られる。更に、逆耐圧素子Ｄｒｔ１及び逆耐圧素子Ｄｒｔ１は、ｐ−ｉ−ｎ構造であるので、シリコンダイオードのような寄生容量が発生しにくい。

なお、実施例４に係る発光装置１においては、半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）側に逆耐圧素子Ｄｒｔ１を配設し、半導体発光素子１５（１’）〜１５（ｎ’）側に逆耐圧素子Ｄｒｔ２を配設したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、特にフリッカを問題としない場合には、逆耐圧素子Ｄｒｔ１、Ｄｒｔ２のいずれか一方を備えていればよい。

［発光装置のデバイス構造：逆流防止素子の構成］
図１８及び図１９に示すように、実施例４に係る発光装置１は、更に半導体発光素子１５の第１の電極１５２と同一層の第１の電極１５２Ｄ２、活性層１５３と同一層の活性層１５３Ｄ２及び第２の電極１５４と同一層の第２の電極１５４Ｄ２を有する逆流防止素子Ｄａｃ１及びＤａｃ２を備えている。

逆流防止素子Ｄａｃ１及びＤａｃ２の接続の向きは半導体発光素子１５の接続の向きと同一方向であり、逆流防止素子Ｄａｃ１及びＤａｃ２の断面構造は半導体発光素子１５の断面構造と同一である。逆流防止素子Ｄａｃ１及びＤａｃ２は、第１の電極１５２Ｄ２をここではｎ型ＧａＮ層により構成し、活性層１５３Ｄ２をＭＱＷ構造を有する窒化物系半導体領域により構成し、第２の電極１５４Ｄ２をｐ型ＧａＮ層により構成しているので、ｐ−ｉ−ｎ型構造を有するダイオードである。

逆流防止素子Ｄａｃ１及びＤａｃ２は、半導体発光素子１５と同様に島領域に構成され、基板１０の一表面１０Ｓ上にバッファ層１５１を介して配設されている。逆流防止素子Ｄａｃ１の島領域の大半は、第２のパッド１７１に重複して配設され、第２のパッド１７１の台座としての機能を有する。同様に、逆流防止素子Ｄａｃ２の島領域の大半は、第１のパッド１７２に重複して配設され、第１のパッド１７２の台座としての機能を有する。

逆流防止素子Ｄａｃ１及びＤａｃ２のそれぞれの第１の電極１５２Ｄ２は、層間絶縁膜１６に配設された接続孔１６２を通して接続導体１７に電気的に接続されている。この接続導体１７は、逆流防止素子Ｄａｃ１の島領域上において第２のパッド１７１として使用され、逆流防止素子Ｄａｃ２の島領域上において第１のパッド１７２として使用されている。逆流防止素子Ｄａｃ１及びＤａｃ２にはサージが流れる可能性があるので、電流集中を緩和し、かつ接触抵抗値を低減するために、接続孔１６２数は半導体発光素子１５における接続孔１６２数に比べて多く、更に１つの接続孔１６２のサイズが大きい。接続孔１６２の平面形状や個数には特に制限を付けないが、逆流防止素子Ｄａｃ１及びＤａｃ２の接続孔１６２は前述のようにサージの逆流を防止することができればよい。

逆流防止素子Ｄａｃ１及びＤａｃ２の第２の電極１５４Ｄ２は、層間絶縁膜１６に配設された接続孔１６１を通して接続導体１７に電気的に接続されている。第２の電極１５４Ｄ２と接続導体１７との間には光透過性導電膜１５５が配設されている。この光透過性導電膜１５５は逆流防止素子Ｄａｃ１及びＤａｃ２に設けなくてもよい。

図１９に示すように、実施例４に係る発光装置１は、基板１０の一主面１０Ｓに対する面法線方向から見て（平面的に見て）、右下コーナにおいて基板１０の下辺と第１のパッド１７２との間に逆流防止素子Ｄａｃ２が配設され、左上コーナにおいて基板１０の上辺と第２のパッド１７１との間に逆流防止素子Ｄａｃ１が配設されている。

このように実施例４に係る発光装置１においては、前述の実施例３に係る発光装置１により得られる作用効果に加えて、半導体発光素子１５の構造と同一構造を有する逆流防止素子Ｄａｃ１を第２のパッド１７１と半導体発光素子１５（１）との間に備え、逆流防止素子Ｄａｃ２を第１のパッド１７２と半導体発光素子１５（１’）との間に備えたので、外付けの保護素子を使用することなく、簡易な構成により小型化を向上しつつサージの逆流を防止することができる。

なお、基板１０は、絶縁基板であってもよく、半導体発光素子１５からの光を透過するサファイア基板等を利用してもよい。

［変形例１］
実施例４の変形例１に係る発光装置１は、図２０に示すように、第１のパッド１７２の台座として使用され逆流防止素子Ｄａｃ２を構成する島領域に逆耐圧素子Ｄｒｔ１を共用させ、第２のパッド１７１の台座として使用され逆流防止素子Ｄａｃ１を構成する島領域に逆耐圧素子Ｄｒｔ２を共用させたものである。すなわち、逆耐圧素子Ｄｒｔ１は第１のパッド１７２に重複して配設され、同様に逆耐圧素子Ｄｒｔ２は第２のパッド１７１に重複して配設されている。

第１のパッド１７２の領域を有効に利用し、逆耐圧素子Ｄｒｔ１の素子面積を増加することができるので、逆耐圧素子Ｄｒｔ１の第１の電極１５２Ｄ１と第１のパッド１７２との接続面積を十分に確保することができる。同様に、第２のパッド１７１の領域を有効に利用し、逆耐圧素子Ｄｒｔ２の素子面積を増加することができるので、逆耐圧素子Ｄｒｔ２の第１の電極１５２Ｄ１と第２のパッド１７１との接続面積を十分に確保することができる。従って、逆耐圧素子Ｄｒｔ１、Ｄｒｔ２のそれぞれの熱破壊に対する耐量並びにＥＳＤ耐量を向上することができる。

［変形例２］
実施例４の変形例２に係る発光装置１は、前述の実施例３の変形例１に係る発光装置１（図１５参照。）と実施例４に係る発光装置１（図１９参照。）とを組み合わせた例を説明するものである。

図２１に示すように、変形例２に係る発光装置１は、前述の実施例３の変形例１に係る発光装置１と同様に、半導体発光素子１５（１）及び１５（１’）の第１の電極１５２に一端が接続される接続導体１７の他端を基板１０の接続部１７２Ｃに接続し、基板１０の裏面（１０Ｂ）を第１の電極１７２として使用する。基板１０には導電性基板として例えばシリコン単結晶基板、ＳｉＣ基板等が使用される。

但し、基板１０は比較的高抵抗であることが望ましい。高抵抗である基板１０は外部抵抗の役割を果たし、入力電圧に幅がある交流駆動電圧に実施例４に係る発光装置１を接続した場合でも、半導体発光素子１５のそれぞれに流れる電流幅を小さくし、電流最大値時における熱破壊等を防止することができる。

逆耐圧素子Ｄｒｔ１、Ｄｒｔ２は実施例４に係る発光装置１と同様に配設されている。第２のパッド１７１と半導体発光素子１５（１）及び１５（１’）との間は直接接続されていないので、逆流防止素子Ｄａｃ１及びＤａｃ２は必要としない。

基板１０又はその裏面１０Ｂを第１のパッド１７２として使用する場合、半導体発光素子１５や逆耐圧素子Ｄｒｔ１、Ｄｒｔ２のそれぞれにリーク電流が流れ込まないように、図２２に示すように、これらの半導体発光素子１５等は第１のパッド１７２に対して電気的に絶縁されている。ここでは、第１のパッド１７２に相当する領域がｎ型半導体領域１０Ｎにより構成され、このｎ型半導体領域１０Ｎと半導体発光素子１５等の島領域（例えばバッファ層１５１）との間にｐ型半導体領域１２Ｐが配設されている。つまり、電気的な絶縁はｐｎ接合により実施されている。

また、これら半導体発光素子１５等と第１のパッド１７２との電気的な分離は、図２３に示すように、バッファ層１５１に絶縁性を持たせ、この絶縁領域として機能するバッファ層１５１により行うことができる。

（実施例５）
本発明の実施例５は、前述の実施例４に係る発光装置１の変形例を説明するものである。

［発光装置の回路構成］
図２４に示すように、実施例５に係る発光装置１は、電気的に直列に接続された複数個の半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）と、複数個の半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）のうち一端側の半導体発光素子１５（ｎ）の一方の電極（ここでは、アノード電極）に電気的に接続された第２のパッド（ボンディングパッド）１７１と、他端側の半導体発光素子１５（１）の他方の電極（ここでは、カソード電極）に電気的に接続された第１のパッド（ボンディングパッド）１７２とを備え、更に電源１００間に複数の半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）に電気的に並列に接続された双方向ツェナダイオードＤＺを備えている。

双方向ツェナダイオードＤＺは、前述の実施例４に係る発光装置１の逆耐圧素子Ｄｒｔ１及びＤｒｔ２としての機能並びに逆流防止素子Ｄａｃ１及びＤａｃ２としての機能を有する。双方向ツェナダイオードＤＺのツェナ降伏電圧は一方のダイオードの順方向電圧と他方のダイオードの逆方向電圧との和である。ツェナ降伏電圧は電源１００、例えば家庭用電源１００Ｖの実効値１４０Ｖの電圧よりも高く設定されている。実施例５において、双方向ツェナダイオードＤＺは電気的に３個直列に接続されているが、この接続個数に限定されるものではない。

［発光装置のデバイス構造］
図２５及び図２６に示すように、実施例５に係る発光装置１は、基本的には前述の実施例３又は実施例４に係る発光装置１と同様に、基板１０と、第１の電極１５２、活性層１５３及び第２の電極１５４を有し、基板１０の一表面上に配設された複数の半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）と、基板１０の一表面１０Ｓ上において半導体発光素子１５の第１の電極１５２と同一層の第１の電極１５２Ｄ３、活性層１５３と同一層の活性層１５３Ｄ３及び第２の電極１５４と同一層の第２の電極１５４Ｄ３を有する双方向ツェナダイオードＤＺとを備える。

双方向ツェナダイオードＤＺは、第１の電極１５２Ｄ３をここではｎ型ＧａＮ層により構成し、活性層１５３Ｄ３をＭＱＷ構造を有する窒化物系半導体領域により構成し、第２の電極１５４Ｄ３をｐ型ＧａＮ層により構成しているので、ｐ−ｉ−ｎ型構造を有するダイオードであり、２つのダイオードを第１の電極１５３Ｄ３を共用して電気的に接続したものである。この１つの双方向ツェナダイオードＤＺつまり第１の電極１５２Ｄ３を共用する２つのダイオードは１つの島領域に構成されている。双方向ツェナダイオードＤＺの断面構造は半導体発光素子１５の断面構造と同一である。

なお、実施例５に係る発光装置１において、基板１０、半導体発光素子１５のバッファ層１５１、第１の電極１５２、活性層１５３、第２の電極１５４、光透過性導電膜１５５、層間絶縁膜１６、接続導体１７の基本的な構成は実施例３又は実施例４に係る発光装置１と同様であるので、ここでの説明は省略する。

［発光装置の平面構造］
図２６に示すように、実施例５に係る発光装置１は、基板１０の一主面１０Ｓに対する面法線方向から見て（平面的に見て）、上辺に沿って双方向ツェナダイオードＤＺを配設している。それ以外の第１のパッド１７２、第２のパッド１７１、複数の半導体発光素子１５（１）〜１５（ｎ）の配列は前述の実施例３に係る発光装置１（図１４参照。）の配列と同様である。

このように実施例５に係る発光装置１においては、前述の実施例４に係る発光装置１により得られる作用効果と同様に、半導体発光素子１５の構造と同一構造を有する双方向ツェナダイオードＤＺを第２のパッド１７１と第１のパッド１７２との間に備えたので、外付けの保護素子を使用することなく、簡易な構成により小型化を向上しつつＥＳＤ耐圧を向上することができる。

（その他の実施例）
上記のように、本発明を実施例１乃至実施例５によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものでない。本発明は様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術に適用することができる。例えば、前述の実施例等においては、半導体発光素子にはＬＥＤが使用されているが、半導体発光素子には半導体レーザを使用することができる。

本発明は、分圧回路、電源回路等の電子部品を使用することがなく、装置構成を簡便化することができる発光装置を広く適用することができる。

１…発光装置
１０…基板
１０Ｎ、１１Ｎ…半導体領域又は第１の半導体領域
１０Ｐ…半導体領域
１０Ｓ、１１Ｓ、１２Ｓ…一主面
１１ＮＤ、１１ＮＤ１、１１ＮＤ２…ｎ型半導体領域
１２Ｐ…半導体領域、第２の半導体領域、第３の半導体領域又は第ｎ＋１の半導体領域
１２ＰＤ１、１２ＰＤ２…ｐ型半導体領域
１２Ｒ…抵抗
１２Ｄ…ダイオード
１２Ｄｆ、ＢＤｆ１、ＢＤｆ２…順方向ダイオード
１２Ｄｒ、ＢＤｒ１、ＢＤｒ２…逆方向ダイオード
Ｄｒｔ１、Ｄｒｔ２…逆耐圧素子
Ｄａｃ１、Ｄａｃ２…逆流防止素子
ＤＺ…双方向ツェナダイオード
Ｒｓ…抵抗体
１２Ｃ、Ｃ１、Ｃ２…容量
１５…半導体発光素子
１５１…バッファ層
１５２、１５２Ｄ１、１５２Ｄ２、１５２Ｄ３…第１の電極又は第３の電極
１５３、１５３Ｄ１、１５３Ｄ２、１５３Ｄ３…活性層、第１の活性領域又は第２の活性領域
１５４、１５４Ｄ１、１５４Ｄ２、１５４Ｄ３…第２の電極又は第４の電極
１５５…光透過性導電膜
１６…層間絶縁膜
１６１、１６２…接続孔
１７、１７３…接続導体
１７ａ…Ｔｉ層
１７ｂ…Ａｕ層
１７１…第２のパッド
１７２…第１のパッド
１８…コンセントプラグ
１８１…第１の電源プラグ端子
１８２…第２の電源プラグ端子
２０…整流素子
１００…電源
１０１…コンセント

Claims

基板と、
ｎ型の第１の窒化物系半導体領域、窒化物系活性層及び前記ｎ型に対して逆のｐ型の第２の窒化物系半導体領域を有する複数の半導体発光素子と、
前記複数の半導体発光素子において１つの第１の半導体発光素子の前記第１の窒化物系半導体領域と他の１つの第２の半導体発光素子の前記第２の窒化物系半導体領域との間を接続し、前記複数の半導体発光素子を電気的に直列に接続し、前記第１の窒化物系半導体領域に対してショットキー特性を有することによって前記複数の半導体発光素子間のそれぞれに抵抗体を形成させる接続導体と、
前記接続導体によって直列接続された前記複数の半導体発光素子の一端にて前記半導体発光素子の前記第１の窒化物系半導体領域に電気的に接続され、電源の一方の端子に電気的に繋げるための第１のパッドと、
前記接続導体によって直列接続された前記複数の半導体発光素子の他端にて前記半導体発光素子の前記第２の窒化物系半導体領域に電気的に接続され、前記電源の他方の端子に電気的に繋げるための第２のパッドと、
を備えたことを特徴とする発光装置。
前記第１の窒化物系半導体領域と前記接続導体との接続領域における電流量は１０ｍＡ以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記接続導体は、前記第１の窒化物系半導体領域の表面上に配設されたＴｉ膜とこのＴｉ膜上に配設されたＡｕ膜とを少なくとも備えたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の発光装置。