JP5504561B2 - 定電流ダイオード及び定電流ダイオード付き発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、定電流特性を有する定電流ダイオード及び定電流ダイオード付き発光装置に関する。

定電流ダイオード（Current Regulative Diode：ＣＲＤ）は、順方向電圧を印加した場合、電圧に拘わらず一定の電流が得られる様にした素子である。定電流ダイオードは、単体の素子も存在するが、一般に、電界効果トランジスタのゲート電極とソース電極間を接続した構成で代用可能であることが知られている。この構成は、ドレイン電流によってゲート電極とソース電極間の半導体部分に生じる電圧降下が、ゲート電圧として入力されることにより、ドレイン電流がドレインソース間の電圧に依らずほぼ一定に保たれることを利用して定電流特性を得ている（例えば特許文献１参照）。

また定電流ダイオードは図１４に示すように、電圧が増加すると自己発熱により電流が減少する特性を有している。これを補正するために、図１５に示すように定電流ダイオードと並列に抵抗ＲＰを接続することで、図１４の破線で示すように、電流の減少分を補足することができる。

このように、定電流ダイオードを使用する際には、特性を改善するために定電流ダイオードの素子外で抵抗を挿入する必要があり、このためのスペースが必要となって回路が大型化し、部品点数も増えるという問題があった。また定電流ダイオード素子は、従来需要自体が少ないこともあり、他の半導体素子と比べ高価であった。

一方で、定電流駆動素子である発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）が近年急速に普及しており、定電流ダイオードを用いることでＬＥＤの駆動回路を簡単に構成できることから、今後の需要増大が見込まれる。またＬＥＤは携帯機器のバックライト光源等として広く利用されているが、近年の携帯機器の小型化の要求のため、更なる部品点数の削減や素子の小型化が求められている。

更に一方で、従来の定電流ダイオードはＳｉ系半導体で構成されているため、動作電圧範囲が比較的低く、電流容量も１ｍＡ〜１５ｍＡ程度しかない。さらに定電流領域での耐圧が２０Ｖ程度であり、比較的壊れやすいという問題もあり、更なる高出力化、高耐圧化といった特性面での改善も求められていた。
特開２００４−２１３９１１号公報

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、高耐圧化及び小型化を実現可能な定電流ダイオード及び定電流ダイオード付き発光装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の第１の定電流ダイオードによれば、半導体層構造にオーミック接触で形成された第１の電極と、前記第１の電極と離間して、前記半導体層構造にオーミック接触で形成された第２の電極と、を備え、前記第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加したときに定電流特性を示す定電流ダイオードであって、第１の電極と第２の電極の間の一部において、前記半導体層構造にショットキー接触で形成され、前記第１の電極と電気的に接続された第３の電極を備え、前記第３の電極には、一部が開口した開口領域が形成されており、前記半導体層構造は前記第３の電極の前記開口領域から露出した露出部を有し、前記露出部の前記半導体層構造と前記第３の電極の直下の前記半導体層構造とを同一構造とし、前記第１の電極と第２の電極の間における前記第３の電極の電極長さを、前記第２の電極と前記第３の電極との離間距離よりも長く、前記第２の電極は、その一部の隅部が欠如した島状の形状であり、前記第１の電極は、前記第２の電極の周囲を囲むように略四角形の環状に形成され、該第２の電極の欠如部分に対応する部分を、外部接続部材を設ける領域として構成してなり、前記第２の電極にはパッド電極が形成されており、該パッド電極は前記第３の電極と同じ材料とすることができる。これにより、単一チップでサイズを小さくでき、かつ優れた定電流特性を有する高性能な定電流ダイオードを実現できる。

また他の定電流ダイオードによれば、前記第１の電極は、前記第２の電極の外周を囲む環状であり、前記第３の電極は、前記第２の電極の外周を囲む環状であって、その一部が切断された領域を前記開口領域として構成することができる。これにより、電流特性に優れた定電流ダイオードを得ることができる。

さらに他の定電流ダイオードによれば、前記第２の電極は、前記第１の電極の外周を囲む環状であり、前記第３の電極は、前記第１の電極の外周を囲む環状であって、その一部が切断された領域を前記開口領域として構成することができる。

さらにまた他の定電流ダイオードは、前記第３の電極の開口領域における抵抗成分が、所定の電圧付近で飽和特性を備えることができる。

さらにまた他の定電流ダイオードによれば、前記半導体層構造はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層構造よりなり、前記半導体層構造が、電流経路を含む第１半導体層と、前記第１半導体層上に設けられ、前記第１半導体層よりもバンドギャップエネルギーの大きい第２半導体層を含むことができる。これにより、高耐圧のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いたトランジスタに抵抗を組み込む状態の、小型で耐圧に優れた定電流ダイオードを得ることができる。

さらにまた本発明の定電流ダイオード付き発光装置によれば、上記定電流ダイオードを電気的に接続した半導体発光素子を備えることができ、電流駆動の容易な発光装置が実現できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための定電流ダイオード及び定電流ダイオード付き発光装置を例示するものであって、本発明は定電流ダイオード及び定電流ダイオード付き発光装置を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。

なお、本明細書において半導体層構造上に形成するとは、該層に接触する形で直接形成する他、１層又は２層以上の介在する層その他の介在物を介して形成する構成も含むものとする。また、形成面は主面と同一の平面に限定されず、主面と直交する端面等、他の面上に形成する場合も含む意味で使用する。
（実施例１）

図１に、実施例１に係る定電流ダイオード素子の平面図、図２に図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図、図３に図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図を、それぞれ示す。これらの図に示す定電流ダイオードは、半導体層構造４上に第１の電極１として第１オーミック電極（カソード電極）、第２の電極２として第２オーミック電極（アノード電極）が、それぞれ離間して形成されている。これら第１の電極１及び第２の電極２は、電気伝導性を持つ半導体層構造４とオーミック接触する。さらに第１の電極１と接して、第３の電極３としてショットキー電極が、半導体層構造４上にショットキー接触するよう形成されている。すなわち、この定電流ダイオードは、半導体層を積層したトランジスタ構造の、ショットキー電極である第３の電極３と第１オーミック電極である第１の電極１を短絡したものであり、オーミック電極である第１の電極１と第２の電極２の間に電圧を印加するとき定電流特性を示す。

さらに第３の電極３は、図１における縦方向の長さが第１の電極１よりも小さく、このために第３の電極から露出した部分は露出部（開口領域）ＯＳとして半導体層構造４が露出している。この露出部ＯＳの半導体層構造４と第３の電極３直下の半導体層構造４とは同一構造であり、具体的には、図２及び図３に示す第１半導体層７と、第１半導体層７よりもバンドギャップエネルギーの大きい第２半導体層８とが、不純物の濃度も組成も同一である。このため、第１の電極１と第２の電極２との間、すなわち２つのオーミック電極間にショットキー接触が存在する領域とショットキー電極が存在しない領域が形成され、ショットキー電極が存在しない領域が抵抗成分として働き、実質的にオーミック電極である第２の電極２と第１の電極１の間に抵抗が挿入されたことになる。すなわち、ショットキー電極である第３電極３と、オーミック電極である第１電極１を接続した電界効果トランジスタとして見ると、半導体層構造４中の電流経路において、第３の電極３の直下の高抵抗な領域を広げていくことで電流経路の抵抗が高くなり、この部分で抵抗を代用している。

この抵抗成分は、トランジスタのピンチオフ後にも電流が増加することができるので、定電流ダイオードとしての電流の低下分を補償できる。さらに、このような領域は飽和特性を示すので、印加電圧が一定以上になると電流値が低下する。これらの特性によって、定電流ダイオードとして優れた定電流特性を実現できる。

より具体的に説明すると、定電流ダイオードは図１４に示すように、印加電圧が増加すると自己発熱によって電流が減少する。このため、図１５に示すように定電流ダイオードと並列に抵抗ＲＰを挿入してこれを補償していた。これに対し実施例１では、素子構造を工夫することで同一素子内に抵抗を挿入しており、物理的に別個の素子として抵抗を外挿する必要がないため、小型化が図られる。加えて、単純に抵抗を外挿すると高電圧印加時に電流値が上昇してしまうという問題があるが、実施例１によれば抵抗成分が飽和特性を有するため、電流値を広い範囲で一定に維持できるという優れた定電流特性を実現できる。
（参考例１〜１０）

本発明者らは、定電流ダイオードの特性改善を目指して鋭意研究を重ね、種々の定電流ダイオードを試作した。具体的には、図７の斜視断面図に示す構造のＨＥＭＴのゲート−ソース間を回路的に接続した定電流ダイオード４００を作成し、同図に示す電極のパラメータを、図８の表に示すように、ソース電極とゲート電極間の距離Lｓｇ及びチャネル幅Wｃｈを一定とし、他のパラメータを変化させて電流特性を比較した。この結果を図９に示す。この図に示すように、ゲート電極とドレイン電極との間の距離Lｇｄを変化させた参考例１〜５の定電流ダイオードは、いずれも立ち上がりは鋭いものの、印加電圧の増加に伴い電流値が大幅に低下してしまうことが判明した。一方、ゲート長Lｇを長くした参考例６〜参考例８については、ゲート長Lｇが長いほど良い定電流特性が得られた。このことから、より長いゲートの構造（好ましくはゲート長Lｇがソース電極とゲート電極間の距離Lｓｇの２倍以上の構造、具体的には参考例８のLｇ＝４０μｍ）を用いれば、定電流特性に優れた定電流ダイオードを作製できるといえる。また、この参考例８の定電流ダイオードはＤＣ１００Ｖを印加しても素子破壊されない高耐圧特性を示した。

次に、参考例８の構造を用いて電流値を大きくした（５０ｍＡクラスの）定電流ダイオードの設計を検討した。Ｗｃｈ＝１２０μｍである参考例８において得られる電流値が８ｍＡ程度であることから、Ｗｃｈ＝６４０μｍに設計した。また、ＬＥＤパッケージとの互換性を考慮して、一辺３００μｍの正方形の素子とし、ワイヤーボンド用にパッド電極を設けた。この定電流ダイオード９００を参考例９として、電流電圧特性を測定したグラフを図１０に示す。図１０においては比較のため、参考例８及び従来例として市販の定電流ダイオード（石塚電子製Ｅ１５３）の電流特性を付記している。この図から、大幅な大電流化が実現できたことが確認できる。

ただ、参考例９では１０Ｖ印加時点で１０％程度の電流低下が見られる。そこで、集積回路的なアプローチから、定電流ダイオードの電流低下の負性抵抗と逆の特性を持つ抵抗成分を素子中に並列に作り込むことで、よりフラットな定電流特性とした定電流ダイオードを検討する。ここで、単に抵抗を並列に挿入したのでは、高電圧印加に伴って電流値も追従して上昇してしまうため、定電流ダイオードの特性に合わせた抵抗成分を定電流ダイオードと並列に作り込むことが好ましい。例えば参考例９に対しては、印加電圧２０Ｖ近辺で飽和特性を持つ抵抗成分を用いることが好ましい。そこで、抵抗成分として、参考例１〜９と同じ半導体層構造でソース電極とドレイン電極のみを設けた素子を作製し、参考例１０として検討した。図１１に、参考例１０と、参考例９の電流電圧特性を比較したグラフを示す。この図に示すように、参考例１０は電流の立ち上がりが悪いものの、印加電圧２０Ｖ近傍で飽和特性を示す良好な特性が得られた。

したがって、参考例９及び１０の電流電圧特性を上手く組み合わせることで、優れた定電流特性を持つ定電流ダイオードが作成できる。この観点から、実施例１に係る定電流ダイオードを設計した。この素子構造を図４〜図６に示す。この定電流ダイオードは、図４に示すように、ショットキー電極の開口領域ＯＳを形成している。また図１２に、開口領域を設けない参考例９と、実施例１の電流電圧特性を比較したグラフを示す。この図に示すように、参考例９に係る定電流ダイオードの電気特性は、印加電圧の増加と共に電流が低下する現象が見られるが、実施例１に係る定電流ダイオードでは、電流の低下分が少なく、ほぼ一定の定電流特性を得ることができた。特に参考例９で観測された電流低下分を補償した電流電圧特性が得られ、結果として動作電圧５Ｖ〜１０Ｖの間での電流変化を０．２５ｍＡ程度に抑えた、優れた定電流特性を持つ５０ｍＡ級の大電流ＣＲＤを実現することに成功した。
（実施例２）

図４に、実施例２に係る定電流ダイオード素子の平面図、図５に図４のＶ−Ｖ線における断面図、図６に図４のＶＩ−ＶＩ線における断面図を、それぞれ示す。これらの図に示す定電流ダイオード１００は、半導体層構造１４上に第１の電極１１として第１オーミック電極、第２の電極１２として第２オーミック電極が、それぞれ離間して形成されている。さらに第１の電極１１と接して、第３の電極１３としてショットキー電極が、半導体層構造１４上にショットキー接触するよう形成されている。第１の電極１１と第３の電極１３は一体的に形成されているので、一の電極と見なすこともでき、これを一体的に定電流ダイオードのカソード電極と捉えることもできる。

なお第２の電極１２はアノード電極のパッド電極を構成するよう島状に形成されており、第１の電極１１は第２の電極１２の周囲を囲むように環状に形成されている。ここで第２の電極１２の一部の隅部を欠如した形状とすることで、第１の電極１１の対応する部分にスペースが確保され、ワイヤ等の外部接続部材を設ける領域として利用できる。さらに第３の電極３は、一部が欠落した環状に形成されており、欠落部分は開口領域ＯＳとして半導体層構造４が露出している。また、第２の電極にはパッド電極２０が形成されている。パッド電極２０は、具体的には、第３の電極１３と同じ材料を採用することができ、これにより工程数を削減できる。

上記実施例２に係る定電流ダイオードでは、ＡｌＧａＮ層１８の膜厚は３００Åであり、動作電圧（Ｖｆ）は４Ｖ程度である。
（実施例３）
この動作電圧は利用するトランジスタ構造のピンチオフ電圧で決定する。そこでピンチオフ点が低い設計の半導体層構造を用いることで、より動作電圧、すなわち消費電力を低く抑えることが見込まれる。そこで、実施例２の素子よりもＡｌＧａＮ層を薄く、具体的には８０Åとした半導体層構造を用いて、実施例３に係る定電流ダイオードを作製した。この素子の電気特性を図１３に示す。図１３に示すように動作電圧を４Ｖから２．１Ｖに低減でき、消費電力の低い定電流ダイオードを実現できることが確認された。
（実施例４）

さらに、このような定電流ダイオードを、電流駆動の半導体発光素子を用いた発光装置に組み込むことで、駆動回路を簡素化した発光装置を得ることができる。このとき、従来の定電流ダイオード素子と同様に発光装置の回路に組み込む他に、定電流ダイオードと半導体発光素子を１つの素子内に作製することもできる。例えば、同じ材料系で定電流ダイオードと半導体発光素子を作製する場合に、半導体発光素子のｎ電極が形成されるｎ型コンタクト層又はｐ電極が形成されるｐ型コンタクト層のいずれか一方の半導体層上に、更なる半導体層構造を形成し、定電流ダイオードを作製することができる。このとき、発光素子のｐ電極又はｎ電極と定電流ダイオードの第１の電極とを電気的に接続することで、電圧に係わらずほぼ一定の電流を発光素子に流すことができると考えられる。また、成長用基板を発光素子と共用して、定電流ダイオードの半導体層構造を積層し、これにより発光素子と定電流ダイオードが一体となった素子を得ることもできる。

実施例３として、このような発光装置を実現することで、ＬＥＤやＬＤなどの半導体発光素子の駆動回路設計を容易として、これら半導体発光素子を使いやすくなり、利用範囲を広めることができる。
（定電流ダイオードの構造）

以下、上記実施例１〜４に係る定電流ダイオード１００の詳細を、図４〜図６に基づいて説明する。これらの図に示す定電流ダイオード１００は、ＧａＮ系ＨＥＭＴの構造を利用しており、ショットキー電極である第３の電極１３部分をオーミック電極である第１の電極１１部分と接するように設けることで、これら電極間を短絡し、さらに第３の電極１３を、部分的に切断した環状に形成することで抵抗成分を組み入れている。図６に示す定電流ダイオード１００は、半導体層構造１４として、成長基板となる絶縁性のサファイア基板１５上にＧａＮバッファ層１６、第１半導体層としてキャリア（電子）走行層となるｉ−ＧａＮ層１７、第２半導体層としてキャリア（電子）供給層となるアンドープＡｌＧａＮ層１８を順次積層している。アンドープＡｌＧａＮ層１８の上面には、オーミック電極である第１の電極１１と第２の電極１２、及び第１の電極１１に接したショットキー電極である第３の電極１３が形成される。これら第１の電極１１及び第２の電極１２は、第１半導体層及び第２半導体層を含む半導体層構造１４とオーミック接触させており、一方第３の電極１３はショットキー接触させている。この構造の定電流ダイオード１００は、第２半導体層（キャリア供給層）となるアンドープＡｌＧａＮ層１８が電子走行層となるｉ−ＧａＮ層１７に電子を供給し、供給された電子はｉ−ＧａＮ層１７の最上層部でアンドープＡｌＧａＮ層１８に接する領域を電流経路として、高移動度で走行する。電流経路は、キャリアである電子が走行する電流経路であり、第２半導体層と第１半導体層の界面に二次元電子ガス層として形成される。
（半導体層構造４）

半導体層構造１４は、耐圧の高いバンドギャップの広いタイプが好ましく、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が好適に利用できる。より好ましくは、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体を使用する。ＧａＮ系化合物半導体は禁制帯幅が広く、これを用いた定電流ダイオードは高周波かつ高耐圧で動作することが可能で、高出力化が期待できる。ＧａＮ系化合物半導体は、成長基板上に必要に応じてバッファ層を形成し、さらに第１半導体層、第２半導体層を順にエピタキシャル成長し、さらに電極を積層している。また、本明細書において、各半導体層、キャリア供給・走行層は、単層、多層を特に限定しない。また、窒化物半導体層にはｎ型不純物、ｐ型不純物を適宜含有させることができる。また半導体層構造４を形成する成長用基板は絶縁性のサファイア基板や導電性のＧａＮ基板等が利用できる。なお、本明細書において、半導体層構造が同一構造であるとは、積層構造の組成や不純物濃度が実質的に同一であることを指し、半導体層構造としてトランジスタ構造を採用する場合には、少なくとも第３の電極が形成されたから電流経路を有する層までが同一構造であることが好ましく、更には、全ての層を同一構造とすると製造工程を簡略化できる。具体的には、図４〜６に示す素子において、少なくともアンドープＡｌＧａＮ層１８とｉ−ＧａＮ層１７が同一構造であればよい。
（第１半導体層、第２半導体層）

第１半導体層と第２半導体層は、それぞれ窒化物半導体であって、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を用いることが好ましい。特に第２半導体層が第１半導体層よりバンドギャップエネルギーが大きいことで、第１半導体層がキャリア走行層として機能し得る。第２半導体層は、アンドープにしたりすることで、ゲートリーク電流を低減し、耐圧を高めることもできる。図６の例では、第２半導体層としてアンドープのｉ型ＡｌＧａＮ層１８、第１半導体層としてｉ−ＧａＮ層１７を採用している。
（電極）

第２半導体層の上面に形成される各電極の内、第１の電極１１と第２の電極１２はオーミック性電極であり、第３の電極１３はショットキー電極である。これらの電極は、図示しないがオーミック接合特性、ショットキー接合特性を得るためのコンタクト層を各々介在させることもできる。例えば第１の電極１１と第２の電極１２は、第２半導体層上に形成されたオーミックコンタクト層との界面でオーミック性電極を構成し、一方第３の電極１３は、第２半導体層上に形成されたショットキーコンタクト層に接触する界面でショットキー接合特性を有する。

第１の電極１１、第３の電極１３、第２の電極１２等の電極は、典型的には素子を構成する半導体材料とは異なる組成から形成され、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｉｎ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ等導電性に優れた材質で構成される。ＡｌＧａＮ系やＧａＮ系半導体層に対するオーミック電極の一例として、Ｔｉ／Ａｌ系電極、ショットキー電極の一例としてＮｉ／Ａｕ系材料からなる電極が採用される。これによってＨＥＭＴ用電極として要求されるオーミック特性、ショットキー特性等において良好に機能する。また、オーミック電極とワイヤ等の外部接続部材との密着性等を考慮して、半導体層との接触面にパッド電極を形成してもよい。なお、本明細書において、例えばＴｉ／Ａｌとは、半導体側からＴｉとＡｌが順に積層された構造を指す。

また、各電極は、以下の方法で形成することができる。まず、半導体層構造１４上に電極を形成するためのマスクパターンを配置し、マスクパターンに従って、半導体層構造１４上に第１の電極１１と第２の電極１２を形成する。その後、第１の電極１１と第２の電極１２の間に、第１の電極１１と電気的に接続された第３の電極１３を部分的に形成すればよい。このとき、図４〜６に示すように、第３の電極１３を第１の電極１１に重なるように形成すると、特別な部材や工程を必要とせずに、第１の電極１１と第３の電極１３を短絡させることができる。

また、第３の電極１３の表面側の材料は、ワイヤ等の外部接続部材との密着性が良好なものが選択されることが好ましく、これにより、第１の電極１１及び第２の電極１２のパッド電極と第３の電極１３とを、同時に形成することができる。さらに、このような第３の電極を、図４〜６に示すように第１の電極に重なるように形成すれば、重なった部分を第１の電極１１のパッド電極として利用することができると共に、第１の電極１１と第３の電極１３とを簡便に短絡させることができ、好ましい。外部接続部材との密着性が良好な材料としては、外部接続部材の材料を考慮して好適なものを選択することができ、例えばＡｕワイヤを用いて外部と接続する場合は、第３の電極１３の最表面の材料をＡｕとすることが好ましい。また、このように、パッド電極の材料として、ショットキー電極として機能可能なものを用いる場合には、図４〜６に示すように、第３の電極１３の形成領域を除いて、パッド電極を第１の電極１１及び第２電極１２よりも小さい面積で設けることが好ましい。このような電極が第３の電極形成領域以外で半導体層構造１４と接してしまうと、第３の電極１３とは別の新たなショットキー電極が存在することになってしまい、素子特性に影響を与える恐れがあると考えられるためである。

また、トランジスタ素子の端子間を機械的に短絡させて定電流特性を得る場合には、従来リードの外挿や半田付けなどの作業が必要であったが、図４のような素子であれば、製造段階で短絡できるため、極めて簡単に、製造コストを低減した定電流ダイオードが実現できる。特に、ショットキー電極から露出した部分を活性領域とする構成は、一般のトランジスタ素子には見られない新規なものであり、この部分を飽和特性を有する抵抗成分として利用することで、従来の定電流ダイオード素子では得られなかった電流減少分の補償機能を奏することができる。このように、以上の定電流ダイオードによれば、第１の電極と第２の電極が部分的に半導体層構造露出部で繋がっているという簡単な構成のみで、抵抗成分を並列に作り込むことができるので、素子面積の増大を招くことなく、抵抗成分を一素子中に組み込むことができ、小型且つ高性能の定電流ダイオード素子とすることができる。また、このような構成は、マスクパターンの変更などによって電極の平面視形状を変更するだけで得ることができるので、製造工程を増やすことなく製造でき、製造コストを抑えることができる。

特に近年、ＲＧＢのＬＥＤが揃い、また白色発光可能なＬＥＤも開発され、これら小型で低消費電力のＬＥＤの普及により、その簡便な駆動回路として定電流ダイオードの需要が増大するものと予測される。しかし一方で、携帯機器などの小型化の要求のため、素子数を低減することが求められている。さらに高出力化の要求もあり、従来のＳｉ系半導体で構成された定電流ダイオードは定電流領域での耐圧が２０Ｖ程度であり、壊れ易く高出力に適さないという問題もあった。加えて電流容量も１ｍＡ〜１５ｍＡ程度であった。これに対し本実施例に係る定電流ダイオードでは、抵抗成分を予め同一素子内に組み込むことで小型化が実現される。さらにＧａＮ等ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いることで高耐圧化も実現でき、また５０ｍＡクラスの大電流に耐え得る素子の実現も可能で、近年の小型化、高出力化の要求に応えた定電流ダイオードを提供できる。

なお、上記の例では、ＨＥＭＴ構造を利用した素子を用いて説明したが、これに限らず、その他の電界効果トランジスタの構造を利用することもできる。また、上記の例のようにキャリアとして電子を用いたトランジスタ構造を利用する他に、キャリアとして正孔を用いたトランジスタ構造を利用することもできる。

本発明の定電流ダイオード及び定電流ダイオード付き発光装置は、ＬＥＤの駆動回路等に好適に利用できる。

実施例１に係る定電流ダイオード素子を示す模式的な平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における模式的な断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における模式的な断面図である。 実施例２に係る定電流ダイオード素子を示す模式的な平面図である。 図４のＶ−Ｖ線における模式的な断面図である。 図４のＶＩ−ＶＩ線における模式的な断面図である。 参考例１〜９に用いたＨＥＭＴ構造を示す模式的な断面図である。 参考例１〜８のパラメータを示す表である。 図７の定電流ダイオードの電流特性を示すグラフである。 参考例９と、参考例８及び従来例の定電流ダイオードの電流特性を比較したグラフである。 参考例１０に係るゲートレスＨＥＭＴと、参考例９に係る定電流ダイオードの電気特性を比較したグラフである。 参考例１０と、実施例１に係る定電流ダイオードの電気特性を比較したグラフである。 実施例２に係る定電流ダイオードの電気特性を示すグラフである。 定電流ダイオードの電気特性を示すグラフである。 定電流ダイオードと並列に抵抗を接続した回路図である。

１００、４００…定電流ダイオード
１、１１…第１の電極
２、１２…第２の電極
３、１３…第３の電極
４、１４…半導体層構造
７…第１半導体層
８…第２半導体層
１５…サファイア基板
１６…ＧａＮバッファ層
１７…ｉ−ＧａＮ層
１８…ＡｌＧａＮ層
２０…パッド電極
ＯＳ…開口領域
ＲＰ…抵抗

Claims (6)

1. 半導体層構造にオーミック接触で形成された第１の電極と、
   前記第１の電極と離間して、前記半導体層構造にオーミック接触で形成された第２の電極と、
   を備え、
   前記第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加したときに定電流特性を示す定電流ダイオードであって、
   第１の電極と第２の電極の間の一部において、前記半導体層構造にショットキー接触で形成され、前記第１の電極と電気的に接続された第３の電極を備え、
   前記第３の電極には、一部が開口した開口領域が形成されており、
   前記半導体層構造は前記第３の電極の前記開口領域から露出した露出部を有し、前記露出部の前記半導体層構造と前記第３の電極の直下の前記半導体層構造とが同一構造であり、
   前記第１の電極と第２の電極の間における前記第３の電極の電極長さが、前記第２の電極と前記第３の電極との離間距離よりも長く、
   前記第２の電極は、その一部の隅部が欠如した島状の形状であり、
   前記第１の電極は、前記第２の電極の周囲を囲むように略四角形の環状に形成され、該第２の電極の欠如部分に対応する部分を、外部接続部材を設ける領域として構成してなり、
   前記第２の電極にはパッド電極が形成されており、
   該パッド電極は前記第３の電極と同じ材料であることを特徴とする定電流ダイオード。
2. 請求項１に記載の定電流ダイオードにおいて、
   前記第１の電極は、前記第２の電極の外周を囲む環状であり、
   前記第３の電極は、前記第２の電極の外周を囲む環状であって、その一部が切断された領域を前記開口領域として構成されていることを特徴とする定電流ダイオード。
3. 請求項１に記載の定電流ダイオードにおいて、
   前記第２の電極は、前記第１の電極の外周を囲む環状であり、
   前記第３の電極は、前記第１の電極の外周を囲む環状であって、その一部が切断された領域を前記開口領域として構成されていることを特徴とする定電流ダイオード。
4. 請求項１から３のいずれか一に記載の定電流ダイオードにおいて、
   前記半導体層構造はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層構造よりなり、
   前記半導体層構造が、
   電流経路を含む第１半導体層と、
   前記第１半導体層上に設けられ、前記第１半導体層よりもバンドギャップエネルギーの大きい第２半導体層
   を含むことを特徴とする定電流ダイオード。
5. 請求項１から４のいずれか一に記載の定電流ダイオードであって、
   前記第３の電極の開口領域における抵抗成分は、所定の電圧付近で飽和特性を備えることを特徴とする定電流ダイオード。
6. 請求項１から５のいずれか一に記載の定電流ダイオードを電気的に接続した半導体発光素子を備えることを特徴とする定電流ダイオード付き発光装置。

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