CN100423307C - 设有保护二极管元件的半导体发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在容易地实现导体发光元件的过电压保护。因而，在包含p型半导体层(13)、活性层(14)、n型半导体层(15)的发光用半导体区域(1)的一方主面(17)上配置第一电极(2)。在发光用半导体区域(1)的另一方主面(18)上配置具有导电性的光反射层(3)。光反射层(3)上隔着粘贴金属层(6)粘贴保护元件用的半导体衬底(5)。在半导体衬底(5)上设置用以构成作为保护元件的齐纳二极管的n型半导体区域(21)和p型半导体区域(22)。齐纳二极管和发光元件由导体(9)并联连接。

Description

设有保护二极管元件的半导体发光装置
技术领域
本发明涉及设有用以保护半导体发光元件不受电气损坏的保护元件的半导体发光装置及其制造方法。
背景技术
由氮化物半导体等的III-V族化合物半导体构成的半导体发光元件的抗浪涌电压为比较低的100V左右。因此，半导体发光元件容易被因静电产生的过电压而破坏。为了解决该问题，将半导体发光元件和保护元件进行复合，这因例如日本专利申请公开11-214747号公报(专利文献1)等而公知。在专利文献1的半导体发光装置中，作为保护元件的齐纳二极管上隔着块形电极重叠配置了倒装片式的发光元件。
但是，在保护元件外需要准备倒装片式的发光元件，这必然提高带保护元件的半导体发光装置的成本。
发明内容
具有保护功能的半导体发光装置难以低成本化，这是本发明所要解决的课题。
解决上述课题的本发明是设有保护元件的半导体发光装置，其中设有：
包含一方主面和该主面相反侧的另一方主面且包含设于所述一方主面侧的第一导电型半导体层和设于所述另一方主面侧的第二导电型半导体层的发光用半导体区域；
与所述第一导电型半导体层电连接的第一电极；
与所述发光用半导体区域的另一方主面电气及机械接合的导体层；
与所述导体层连接的第二电极；以及
具有保护所述发光用半导体区域的功能且与所述导体层电气及机械接合的保护元件。
另外，本发明中所说的光是从发光用半导体区域发射的光。
为了减少成本并简化制造工艺，所述保护元件最好由具有所述发光用半导体区域的过电压保护功能且具备一方主面和另一方主面的半导体衬底构成，所述半导体衬底的所述一方主面与所述导体层粘贴。
另外，为了形成保护二极管，所述半导体衬底中最好设有：具有第一导电型的第一半导体区域和具有与第一导电型相反的第二导电型且与所述第一半导体区域相邻配置的第二半导体区域；所述第一半导体区域粘贴到所述导体层，且所述第二半导体区域通过导体连接到所述第一电极。
另外，最好在所述半导体衬底的所述一方主面设有粘贴导体层，所述半导体衬底的所述一方主面隔着所述粘贴导体层粘贴到所述发光用半导体区域侧的所述导体层。
另外，最好这样形成所述第一电极，使得可从所述发光用半导体区域的所述一方主面取出光，且所述导体层是具有光反射性的光反射层。
为了容易进行保护元件与半导体发光元件的电连接，最好所述发光用半导体区域、所述导体层、所述保护二极管的第一和第二半导体区域互相重叠地配置，且设有从所述发光用半导体区域的一方主面到所述第二半导体区域表面的孔或沟槽，并在所述孔或沟槽中配置用以电连接所述第二半导体区域和所述第一电极的导体。
为了提高所述发光用半导体区域的散热性，所述半导体衬底最好由热导率高于所述发光半导体区域的半导体材料构成。
所述导体层最好由Ag或Ag合金构成。Ag或Ag合金在电阻性接触和光反射两方面均功能优异。
最好所述第一电极配置在所述发光用半导体区域的所述一方主面的一部分上，且所述发光用半导体区域包含：活性层、在所述活性层的一侧配置的第一导电型半导体层、在所述活性层的另一侧配置的第二导电型半导体层、在所述第一电极和所述第一导电型半导体层之间配置且具有发生二维电子载流子即二维电子气体或二维空穴气体的功能的多层结构电流扩散层。
设有保护元件的半导体发光装置可表面安装。这种情况下，最好所述发光用半导体区域的所述另一方主面具有大于所述半导体衬底的所述一方主面的面积，在所述半导体衬底的所述另一方主面上形成电极层，所述第一电极与所述电极层电连接，所述第二电极设在所述发光用半导体区域的所述另一方主面的所述半导体衬底上未被覆盖的部分且由与所述导体层电连接的突起电极构成。
也可从所述半导体衬底侧取出光。这种情况下，最好所述第一电极配置在所述发光用半导体区域的所述一方主面上且具有光反射性。另外，形成具有光透射性的所述导体层和所述半导体衬底。
所述保护元件可为变阻器或电容。
为了制造设有保护元件的半导体发光装置，最好包括以下工序：
准备生长用衬底的工序；
用气相生长法在所述生长用衬底上形成具有发光功能的发光用半导体区域的工序；
在所述发光用半导体区域的所述生长用衬底相接的一方主面之相反侧配置的另一方主面上形成导体层的工序；
准备保护元件的工序；
将所述保护元件粘贴到所述导体层的工序；以及
在将所述保护元件粘贴到所述导体层的工序之后或之前除去所述生长用衬底的工序。
(发明效果)
本发明中，在发光用半导体区域的另一方主面上设有导体层，且发光用半导体区域和保护二极管元件隔着导体层电气及机械接合。因而，能够容易实现发光元件部分和保护元件部分的接合，并实现设有保护二极管元件的半导体发光装置的低成本化。
另外，本发明中，在发光用半导体区域(1或1a)的侧面(23)、导体层(3或3a)的侧面、所述粘贴导体层(6或6a)的侧面及所述第一半导体区域(21)的侧面(24)分别形成绝缘层(8)；在该绝缘层(8)上形成连接导体(9)；通过该连接导体(9)，第一电极(2或2a或2b)与第二半导体区域(22)电连接。即，连接导体(9)隔着绝缘层(8)与发光半导体区域(1或1a)及保护二极管元件形成为一体。从而，能实现半导体发光装置的小型化及低成本化。
另外，本发明的优选实施例中，导体层具有光反射功能，因此发光效率的改善与成本降低这两个方面均容易实现。
附图说明
图1是表示本发明实施例1的半导体发光装置的中央剖视图。
图2是图1的半导体发光装置的等效电路图。
图3是表示图1的半导体发光装置的制造工序之一部分的剖视图。
图4是表示图1的半导体发光装置的制造工序之另一部分的剖视图。
图5是表示实施例2的半导发光体装置的剖视图。
图6是表示实施例3的半导体发光装置的剖视图。
图7是表示实施例4的半导体发光装置的剖视图。
图8是表示实施例5的半导体发光装置的剖视图。
图9是表示实施例6的半导体发光装置的一部分的剖视图。
图10是表示实施例7的半导体发光装置的一部分的剖视图。
图11是表示实施例8的半导体发光装置的剖视图。
图12是表示实施例9的半导体发光装置的剖视图。
(符号说明)
1发光用半导体区域，2第一电极，3光反射层，4第二电极，5半导体衬底，6粘贴金属层，7电极金属层，8绝缘层，9连接导体。
具体实施方式
以下，参照图1～图12，就本发明的实施方式进行说明。
实施例1
图1所示的本发明实施例1的设有保护元件的半导体发光装置中大致设有：具有作为发光元件的功能的发光用半导体区域1、具有阴极功能的第一电极2、具有作为导体层的导电性的光反射层3、具有阳极功能的第二电极4、作为保护元件的半导体衬底5、具有保护元件的一个电极功能及作为粘贴导体层的功能的粘贴金属层6、具有作为保护元件的另一电极层功能的电极金属层7、绝缘层8和连接导体9。
基于图1的发光用半导体区域1得到图2所示的发光元件10，基于半导体衬底5得到作为图2所示的保护元件的齐纳二极管11，它们以彼此相反方向并联连接。齐纳二极管11具有以发光元件10的正常范围的正向电压和容许最大正向电压之间的预定电压击穿而成为导通状态的特性，以在正向过电压下保护发光元件10。另外，齐纳二极管11在发光元件10上施加预定值以上的反向电压时也导通，以保护发光元件10不被反向过电压损坏。
图1所示的发光用半导体区域1是依次层叠p型(第二导电型)氮化物半导体构成的p型缓冲层12、也称为p型包层的p型半导体层13、活性层14、也称为n型(第一导电型)包层的n型半导体层15以及多层结构的n型电流扩散层16而构成。该发光用半导体区域1具有光透射性，且设有具有光取出面功能的一方主面17和与它相反侧的另一方主面18。一方主面17和另一方主面18与活性层14平行。图1的实施例中n型电流扩散层16在一方主面17上露出，p型缓冲层12在另一方主面18上露出。发光用半导体区域1中，为发光至少需要p型半导体层13和n型半导体层15。因而，根据情况可省去p型缓冲层12、活性层14及n型电流扩散层16内的一部分或全部。另外，根据需要，可将欧姆接触层等其它半导体层附加在发光用半导体区域1上。以下，就发光半导体区域1的各层进行详细说明。
与光反射层3相邻配置的p型缓冲层12可由包含p型杂质(受主杂质)的氮化物半导体，例如化学式AlaInbGa1-a-bN(其中a和b是满足0≤a＜1、0≤b＜1的数值)表示的材料形成。本实施例1中缓冲层12由30nm厚度的p型氮化镓铟铝(AlInGaN)形成。
p型缓冲层12上配置的p型半导体层13，能够在例如化学式AlxInyGa1-x-yN(其中x和y是满足0≤x＜1、0≤y＜1的数值)表示的氮化物半导体上掺杂p型杂质而形成。图1的实施例1中p型半导体层13由上述化学式的x＝0、y＝0时相当的p型的GaN形成，具有约0.2μm的厚度，且设有大于活性层14的带隙。
活性层14可由例如化学式AlxInyGa1-x-yN(其中x和y是满足0≤x＜1、0≤y＜1的数值)表示的氮化物半导体形成。本实施例中活性层14由氮化镓铟(InGaN)形成。再有，图1中将活性层14以一层简化示出，但实际上具有公知的多重量子阱结构。显然，活性层14可构成为一层。并且，根据情况可省去活性层14而使p型半导体层13与n型半导体层15直接接触。并且，本实施例中未对活性层14掺杂导电型确定杂质，但可掺杂p型或n型杂质。
活性层14上配置的n型半导体层15能够在例如化学式AlxInyGa1-x- yN(其中x和y是满足0≤x＜1、0≤y＜1的数值)表示的氮化物半导体上掺杂n型杂质而形成。本实施例中，n型半导体层15以500nm厚度的n型GaN形成，且具有大于活性层14的带隙。
n型半导体层15上配置的n型电流扩散层16具有高于n型半导体层15的n型杂质浓度，可称为兼作电流扩散的接触层或接触层，如图3和图4详细所示，具有将第一和第二层16a、16b多次重复配置的多层结构。为了简化图示而图1中用单层表示该n型电流扩散层16，图3和图4中第一和第二层16a、16b的对只重复4次而配置，但实际上以多达40次进行重复配置。第一和第二层16a、16b的对数最好在20～60中选择。
第一层16a在由例如化学式AlaMbGa1-a-bN(其中，所述M是从In(铟)和B(硼)中选择的至少一种元素，所述a和b是满足0≤a≤1、0≤b＜1、a+b≤1的数值)表示的材料中掺杂n型杂质的n型氮化物半导体形成。即，第一层16a由GaN、InGaN、InBGaN、AlGaN、AlInGaN、AlInBGaN等形成。本实施例的第一层16a由上述化学式的a和b为零的n型GaN(氮化镓)构成，能带图中具有大于活性层14的带隙且具有25nm的厚度。第一层16a的厚度最好在15～500nm中选择。若第一层16a的厚度小于15nm，则不能在第一层16a上充分得到产生二维电子气体即2DEG层的效果。另外，第一层16a厚于500nm时，该处的光吸收增大，且光取出效率降低。
在第一层16a上配置的第二层16b由在化学式AlxMyGa1-x-yN(其中，所述M是从In(铟)和B(硼)中选择的至少一种元素，所述x和y是满足0＜x≤1、0≤y≤1、x+y≤1、a＜x的数值)表示的材料中掺杂n型杂质的n型氮化物半导体形成。即，该第二层16b由在第一层16a上形成异质结的材料，例如AlN、AlGaN、AlInGaN、AlInBGaN等构成，可在第一层16a上形成二维电子气体层。本实施例的第二层16b由与上述化学式的x＝1、y＝0相当的AlN(氮化铝)构成，具有大于活性层14的带隙且具有薄于第一层16a同时可得到量子力学隧道效应的5nm的厚度。第二层16b的厚度最好在0.5～5nm的值中选择。当第二层16b的厚度小于0.5nm时，不能良好地形成二维电子气体层。另外，第二层16b的厚度大于5nm时，不能得到隧道效应，且第二层16b厚度方向的电阻变大。
包含可发生二维电子气体的第一和第二层16a、16b的多层结构的电流扩散层16，在对活性层14上发生的光的透射性上具有优异的特性。并且，该电流扩散层16包含在其厚度方向的电阻小且与主面17平行的方向即横向的电阻极小的区域即二维电子气体层。该二维电子气体层对增大电流扩散层16中的横向电流有贡献。
具有阴极功能的第一电极2由例如金或镍等金属或合金构成，并配置在发光半导体区域1的一方主面17的中央一部分即电流扩散层16的第二层16b表面的大致中央一部分上，与n型电流扩散层16直接欧姆接触。该第一电极2为了用作连接电线等的外部连接部件(未图示)的焊盘而具有例如1μm左右的不透射光的厚度。第一电极2仅与电流扩散层16表面的中央一部分连接，但从平面上看时即从与电流扩散层16表面垂直的方向上看活性层14时，因电流扩散层16的电流扩散作用电流在不与活性层14的第一电极2相对的***侧部分也能流过。
在发光半导体区域1的另一方主面18即p型缓冲层12的表面上欧姆接触的光反射层3由金属或合金构成，为了满足光反射性和欧姆性这两方面的特性，最好由Ag(银)或Ag合金形成。
所述Ag合金最好是以Ag为主成分的合金，其中
Ag            90～99.5重量％
添加元素      0.5～10重量％。
所述添加元素也被称为合金元素，最好是从Cu(铜)、Au(金)、Pd(钯)、Nd(钕)、Si(硅)、Ir(铱)、Ni(镍)、W(钨)、Zn(锌)、Ga(镓)、Ti(钛)、Mg(镁)、Y(钇)、In(铟)和Sn(锡)中选择的一种或多种元素。
添加元素至少具有抑制由Ag或Ag合金构成的光反射层3的氧化的功能、抑制光反射层3的硫化的功能和抑制光反射层3和发光用半导体区域1之间的合金化的功能这三者中的一种功能。在抑制光反射层3的氧化方面Cu、Au尤其有利。在抑制光反射层3的硫化方面Zn、Sn尤其有利。若发生由Ag或Ag合金构成的光反射层3的氧化或硫化，则会恶化光反射层3和发光用半导体区域1之间的欧姆接触，且反射率下降。另外，在光反射层3和发光用半导体区域1之间生成厚的合金化区域时，光反射层3的反射率会降低。图1的光反射层3用以粘贴半导体衬底5和发光用半导体区域1(容后详述)。若在Ag或由Ag合金构成的光反射层3上发生氧化或硫化，则不能实现隔着光反射层3的半导体衬底5和发光用半导体区域1的良好的粘贴。
用Ag合金构成光反射层3时，随着增大对Ag的添加元素的比例，Ag或Ag合金的氧化或硫化的抑制效果增大，但光反射率都会降低。为了获得比传统的Al反射层更高反射率和欧姆性，最好将对Ag的添加元素的比例设为0.5～10重量％。当添加元素的比例小于0.5重量％时，难以得到所期望的氧化或硫化的抑制效果，而大于10重量％时难以得到所期望的反射率。若添加元素的比例为1.5～5重量％则更好。
光反射层3在这里最好具有50nm以上的厚度，以阻止光透射。另外，为了得到良好的发光用半导体区域1对半导体衬底5的粘贴功能，最好使光反射层3的厚度为80nm以上。但是，光反射层3的厚度超过1500nm时在构成光反射层3的Ag层或Ag合金层上发生断裂。因而，光反射层3的理想厚度为50～1500nm，若厚度为80～1000nm则更好。用Ag或Ag合金形成粘贴金属层6时，也可令粘贴金属层6具有光反射层的功能。这种情况下，光反射层3和粘贴金属层6的层叠物成为光反射层，可将光反射层3的厚度设为粘贴金属层6的厚度。
作为粘贴导体层的粘贴金属层6由金属或合金构成，与光反射层3电气和机械接合且与半导体衬底5的一方主面19欧姆接触。因而，粘贴金属层6具有发光元件阳极的功能和作为保护元件阴极的功能。图1的实施例1中，所形成的半导体衬底5的面积大于发光用半导体区域1，且半导体衬底5的一方主面19的一部分比发光用半导体区域1的另一方主面18向外侧突出，通过该突出部上的光反射层3和粘贴金属层6的延长部分形成作为发光二极管的阳极的第二电极4。显然，也可在光反射层3和粘贴金属层6的延长部分上增加配置作为第二电极4的金属层。并且，也可只用粘贴金属层6或光反射层3的延长部分构成第二电极4。因而，本发明中的第二电极并不仅指图1所示的第一电极4，而是具有与第一电极4相同功能的所有电极。
粘贴金属层6在光反射层3由Ag或Ag合金构成时，为了良好地粘贴而由Ag或Ag合金形成。本实施例中光反射层3和粘贴金属层6通过热压而粘贴，但可代之以用导电性接合材料将光反射层3和粘贴金属层6电气及机械地接合。
半导体衬底5由硅构成，具有形成保护元件的功能、将发光半导体区域1机械地支持的功能，将发光半导体区域1散热的功能。为了构成作为保护元件的齐纳二极管11而在一方主面19和另一方主面20之间配置n型(第一导电型)半导体区域21和p型(第二导电型)半导体区域22。n型半导体区域21与具有齐纳二极管的阴极功能的粘贴金属层6欧姆接触，p型半导体区域22与具有齐纳二极管的阳极功能的金或镍等的金属或合金构成的金属层7欧姆接触。为了具有发光用半导体区域1的支持衬底的功能，半导体衬底5具有200～500μm左右的厚度。并且，由硅构成的半导体衬底5具有大于由氮化物半导体构成的发光半导体区域1的热导率，并具有散热衬底的功能。
设置硅氧化物等构成的绝缘层8来覆盖发光用半导体区域1的侧面23和半导体衬底5的侧面24，其上配置由金(Au)等构成的连接导体9。连接导体9的一端与半导体衬底5的p型半导体区域22欧姆接触，另一端与发光用半导体区域1的n型电流扩散层16欧姆接触。还有，如图1中点划线所示，连接导体9的一端可与金属层7连接，另一端可与第一电极2连接。
在制造设有图1的保护元件的半导体发光装置时，首先，准备图3所示的临时的生长用衬底25.生长用衬底25从可气相生长氮化物半导体的材料中选择。本实施例1中生长用衬底25使用硅半导体。
接着，在生长用衬底25上，用公知的OMVPE(OrganometallicVapor Phase Epitaxy)法即有机金属气相生长法依次形成由上述的第二层16b、第一层16a的层叠体构成的电流扩散层16、n型半导体层15、活性层14、p型半导体层13和p型缓冲层12。
接着，在发光用半导体区域1的另一方主面18上，用公知的溅镀法被覆Ag或Ag合金，从而形成光反射层3。光反射层3的形成在不使大幅降低发光半导体区域1之间的反射率的合金化反应发生的温度(例如300℃)下进行。
接着，准备带有图4所示的粘贴金属层6的半导体衬底5。粘贴金属层6用溅镀法被覆例如Ag或Ag合金来形成。
接着，将发光用半导体区域1侧的光反射层3和半导体衬底5侧的粘贴金属层6热压接。该热压接是通过将两者加压接触并进行例如210～400℃的热处理实现。
接着，用蚀刻或切削去除生长用衬底25。该生长用衬底25的除去工序可在发光半导体区域1和半导体衬底5的粘贴工序之前进行。
接着，形成图1所示的半导体衬底5的另一方主面20的电极金属层7。另外，电极金属层7也可在图4的粘贴工序之前形成。
为了说明，将发光用半导体区域1和半导体衬底5以较小的表面积示出，但实际上具有同时形成多个半导体发光装置的大的表面积。为了从一块半导体晶圆得到多个半导体发光装置，而蚀刻多个半导体发光装置的相互之间并岛状残留发光用半导体区域1。这时，为了形成第二电极4，如图1所示，使光反射层3的一部分露出。未形成第二电极4的图1的左侧的侧面比右侧蚀刻得深，以除去光反射层3和粘贴金属层6和半导体衬底5的一部分，并使p型半导体区域22露出。
接着，例如用硅氧化物形成绝缘层8，覆盖发光用半导体区域1的侧面23、光反射层3的侧面、粘贴金属层6的侧面和半导体衬底5的侧面24。
接着在绝缘层8上、p型半导体区域22上及n型电流扩散层16上有选择地配置连接导体9。
接着，在发光用半导体区域1的一方主面17上形成第一电极2。接着，将包含多个半导体发光装置的大面积的晶圆切割而得到多个独立的半导体发光装置。另外，形成第一电极2、第二电极4和电极金属层7的工序的顺序可任意改变。
本实施例具有如下效果。
(1)对提高发光效率有贡献的光反射层3与具有导电性且用于作为保护元件的半导体衬底5电气及机械接合，因此容易实现发光元件部分和保护元件部分的接合，并可实现设有保护元件的半导体发光装置的低成本化。
(2)作为保护元件的半导体衬底5由硅构成，而硅具有大于由氮化物半导体构成的发光用半导体区域1的热导率，且半导体衬底5和光反射层3隔着粘贴金属层6与发光半导体区域1的另一方主面18基本上全部紧密粘合。因而，半导体衬底5具有散热衬底的功能，改善了发光用半导体区域1的散热性。
(3)由于在具有发光用半导体区域1的机械支持衬底功能的硅半导体衬底5上形成作为保护元件的齐纳二极管，能够实现设有保护元件的半导体发光装置的成本减小和小型化。
(4)由于粘贴金属层6也作为齐纳二极管的一个电极使用，可实现保护元件的成本减小和小型化。
(5)由于光反射层3由Ag或Ag合金构成，可得到欧姆接触功能和光反射功能这两种功能，可实现发光元件10结构的简化和低成本化。
(6)电流扩散层16的第一和第二层16a、16b形成异质结，并生成二维电子气体，图1中容易流过横向电流。因此，能够增大不与活性层14的第一电极2相对的***侧部分的电流，并能增大不因第一电极2而妨碍光取出的***侧部分的发光量，提高光取出效率。并且，提高活性层14的电流分布的均匀性。
(7)用以连接发光元件10和齐纳二极管11的连接导体9隔着绝缘层8与发光半导体区域1和半导体衬底5一体地形成，因此能够实现半导体发光装置的小型化和低成本化。
(8)由以上可知，本发明可全面满足过电压保护、发光效率的提高、成本的减小和散热性的改善等要求。
实施例2
接着，说明图5所示的实施例2的半导体发光装置。图5和后述的图6～图12中基本上与图1～图4相同的部分上采用同一符号，省略其说明。
图5的实施例2的半导体发光装置中，改变了图1的衬底5的p型半导体区域22和n型半导体区域17的连接方法，其余部分与图1基本相同地形成。图5中形成从发光半导体区域1的一方主面17到半导体衬底5的另一方主面20的通孔30。该通孔30中设有绝缘层8a和连接导体9a。通孔30形成于第一电极2的下方，因此不会阻挡对活性层14光取出的有效部分。连接导体9a的一端与齐纳二极管11的电极金属层7连接，另一端与第一电极2连接。
图5的实施例2的半导体发光装置具有与实施例1相同的基本结构，因此具有与实施例1相同的效果。还有，依据实施例2，由于通孔30设于第一电极2下方，可防止发光效率的下降并容易将发光元件10和作为保护元件的齐纳二极管11连接。
实施例3
图6所示的实施例3的半导体发光装置中改变了图5的保护元件用半导体衬底5的n型半导体区域21和p型半导体区域22和电极金属层7，且改变了第二电极4的位置，其余结构与图5相同。
图6中p型半导体区域22在n型半导体区域21a中岛状地形成，两者之间的pn结的端面在半导体衬底5的另一方主面20露出。因而，作为齐纳二极管11的阳极的电极金属层7在另一方主面20的中央部分受限地形成。半导体衬底5上设有用以形成齐纳二极管11的n型杂质浓度高于n型半导体区域21a的n+型半导体区域21b。该n+型半导体区域21b在n型半导体区域21a的***侧从半导体衬底5的一方主面19形成至另一方主面20，用作发光元件的电流通路。图6的第二电极4a在半导体衬底5的另一方主面20上与n+型半导体区域21b欧姆接触。另外，也可以作如下变形：除去n+型半导体区域21b的一部分而使粘贴金属层6或光反射层3露出，将该露出部分用作第二电极4。另外，可以配置金属等的导体，以取代n+型半导体区域21b，并将该导体用作第二电极4。
图6的实施例3除了具有与图5的实施例2相同的效果外，还具有可在半导体衬底5的另一方主面20上进行第二电极4a的电连接的效果。
实施例4
图7的实施例4中将图1的形成齐纳二极管11的半导体衬底5置换为变阻器11a，其它的基本上与图1相同地形成。
图7中光反射层3经由导电性粘接材料(图示省略)固定于粘贴用金属板6a，在该金属板6a的下面用导电性粘接材料(图示省略)固定有变阻器11a。
变阻器11a是半导体磁变阻器，由公知的半导体磁体40、在该磁体40的一方主面上形成的一个变阻器电极41以及在磁体40的另一方主面上形成的另一变阻器电极42构成。一个变阻器电极41经由金属板6a连接到发光元件的光反射层3，另一变阻器电极42通过导体9b连接到第一电极2上。
变阻器11a如图2中虚线所示，与发光元件10并联连接，并保护发光元件10。变阻器11a具有在发光元件10的正常范围的正向电压和容许最大正向电压之间的预定电压下成为导通状态的特性，保护发光元件10不受正向过电压侵害。另外，变阻器11a在发光元件10上施加了预定值以上的反向电压时也导通，具有保护发光元件10不受反向过电压侵害的特性。因而，图7的实施例4可得到与图1的实施例1同样的效果。
实施例5
图8的实施例5中将图7的变阻器11a置换为磁电容11b，其它结构与图7相同。作为保护元件的磁电容11b由电容磁体50、在磁体50的一方主面上形成的一个电容电极51以及在磁体50的另一方主面上形成的另一电容电极52构成。一个电容电极51用导电性粘接材料(图示省略)固定于金属板6a上。另一电容电极52通过导体9c连接到第一电极2上。因而，磁电容11b如图2中虚线所示，与发光元件10并联连接，作为发光元件10的保护元件。即磁电容11b在发光元件10上施加了高于正常驱动电压的异常电压时，吸收该异常电压。因而，采用实施例5也能得到与实施例1同样的效果。
实施例6
图9只示出实施例6的半导体发光装置的一部分。本实施例6的半导体发光装置中除图9所示的光反射层3、p型缓冲层12和欧姆接触层60外，与图1相同地形成。
图9的光反射层3由Al(铝)构成。由于Al不与由氮化物半导体构成的p型缓冲层12良好地欧姆接触，因此分散设置了大量欧姆接触层60。欧姆接触层60由从例如Ni、Au、Cr、V、Ti、Co、Pd、Ir、Os、Ru、Pt和Cu中选择的至少一种金属或AlGeGa合金或III-V族化合物半导体构成。光反射层3中设有经由欧姆接触层60连接到p型缓冲层12的部分和不经欧姆接触层60而与p型缓冲层12的表面直接接触的部分。因而，光反射层3具有光反射功能和电连接功能的两个功能，从而实施例6能够具有与实施例1同样的效果。
实施例7
图10的实施例7中对图9的p型缓冲层12和光反射层3之间作了变形。图10中与图9相同材料构成的欧姆接触层60在p型缓冲层12的下面基本上整个面设置。并且，欧姆接触层60和由Al构成的光反射层3之间可透射光且配置了具有可获得量子力学的隧道效应的厚度例如0.5～5nm的绝缘膜61。该绝缘膜61可由从SiO2、TiO2、MgO、NiO、ZnO、AlN和SiN中选择的至少一种形成。由于绝缘膜61具有量子力学隧道效应，光反射层3和欧姆接触层60之间被电连接，并且抑制或阻止了两者之间的合金化反应。由于欧姆接触层60和绝缘膜61可透射光，因而来自p型缓冲层12侧的光透射后在光反射层3反射。
实施例8
图11表示实施例8的半导体发光装置。图11的半导体发光装置中，经变形的发光用半导体区域1a、第一和第二电极2a、4a以外的部分基本上与图1相同。
经变形的发光用半导体区域1a中除n型接触层16a外均与图1相同地形成。n型接触层16a由氮化物半导体构成，取代图1的电流扩散层16。还有，能够通过较厚地形成n型接触层16a来得到电流扩散功能。
发光用半导体区域1的一方主面17即n型接触层16a的主面上的第一电极2a由彼此相连的多个线状电极70构成，通过导体9连接到p型半导体区域22和下面的电极金属层7。因而，第一电极2a具有阴极功能。线状电极70在一方主面17上以格子状或同心圆状或放射状等的平面图案形成。第一电极2a最好以具有光透射性的材料和厚度形成，但也可以用不具有光透射性的材料和厚度形成。另外，可在第一电极2a上设置引线焊盘部分。
本实施例8中，由于发光用半导体区域1的一方主面上分布有多个线状电极70，可提高活性层14中的电流分布的均一性。并且，仅在一方主面17的一部分上配置第一电极2a的线状电极70，可从未配置线状电极70的区域取出光。因而，可减少第一电极2a对光取出的阻碍，提高发光效率。
经变形的第二电极4a由与粘贴金属层6的下面接合的块形电极即突起电极71构成。在图11的实施例中，半导体衬底5的一方主面19的面积小于发光半导体区域1a的另一方主面18的面积。因而，光反射层3和粘贴金属层6的一部分未被半导体衬底5覆盖。突起电极71与粘贴金属层6的未被半导体衬底5覆盖的部分接合，具有与半导体衬底5和电极金属层7之合计厚度大致相同的高度。还有，可以除去粘贴金属层6上未被半导体衬底5覆盖的部分，使突起电极71和光反射层3接合。
突起电极71的前端高度位置与电极金属层7相同，因此图11的发光半导体装置可以表面安装，且可使安装变得容易。
图11中第二电极4a和电极金属层7之间可连接发光二极管和保护二极管，且发光半导体区域1a与包含保护二极管的半导体衬底5隔着光反射层3粘接，因此可得到与图1的实施例相同的效果。
图11的第一电极2a和第二电极4a中任一个或两个的结构也适用于图5～图6和后述的图12的发光半导体装置。
实施例9
图12所示的实施例9的发光半导体装置中，图1的发光半导体区域1、第一电极2、光反射层3、半导体衬底5、粘贴金属层6和电极金属层7分别变为发光半导体区域1a、第一电极2b、导体层3a、半导体衬底5a、粘贴金属层6b和电极金属层7a，其余与图1相同地形成。
图12的发光半导体装置形成为可从下侧即半导体衬底5a侧取出从活性层14发射的光。因而，图12中形成可透射光的导体层3a，取代图1的光反射层3。另外，粘贴金属层6b、半导体衬底5a和电极金属层7a可具有光透射性地形成。第一电极2b由具有光反射性的金属或合金形成，并在发光半导体区域1a的一方主面17的整个区域或大致整个区域(80％以上)上配置。因而，在图12中省略了与图1的电流扩散层16相当的层，而代之以设置了与图11同样的n型接触层16a，其上连接第一电极2b。
图12的实施例9中，发光半导体区域1也隔着导体层3a和粘贴金属层6b粘贴到作为保护元件的半导体衬底5a上，因此与图1的实施例1同样，能够降低设有保护元件的发光半导体装置的成本。
本发明并不限于上述的实施例，例如可进行如下变形。
(1)可在发光用半导体区域1的一方主面17上形成公知的光透射性电极，其上连接第一电极2。
(2)可使n型半导体层15和n型电流扩散层16的一方或两方比图1中的活性层14更向外侧突出，在该突出的部分的下面配置第一电极2。
(3)可使图7和图8中的变阻器11a和电容11b上面的面积形成得大于发光半导体区域1下面的面积。
(4)在用图7和图8的变阻器11a和电容11b作为保护元件时，可将它们的连接按图1、图5、图6、图11、图12所示变形。
(5)可在图1、图5～图8的光反射层3的与第一电极2相对的部分的至少一部分上设置开口，其上设置绝缘物或者空隙以抑制流向与活性层14的第一电极2相对的部分的电流。这样在光反射层3上设置开口时，该开口具有与公知的电流阻挡层相同的功能，并提高发光效率。
(6)可在与图9和图10的欧姆接触层60的第一电极2相对的部分上形成开口，抑制流向与活性层14的第一电极2相对的部分的电流。
(7)发光用半导体区域1、1a的材料可为氮化物半导体以外的III-V族化合物半导体。
(8)保护元件用的半导体衬底5、磁体40、50可为硅半导体、半导体磁以外的半导体材料，例如SiC或III-V族化合物半导体等。
(9)发光用半导体区域1和半导体衬底5、5a的各部分的导电型可与图1、图5、图6、图11、图12的相反。
(10)可省去粘贴金属层6而将半导体衬底5和光反射层3直接热压接。
(11)可在半导体衬底5的一方主面19上预先设置光反射层3，该光反射层3与发光半导体区域1的另一方主面18热压接。
(12)可代替齐纳二极管11而采用具有相同功能的雪崩二极管等的预定电压下击穿的二极管。并且，可构成只实现发光元件10的正向保护和反向保护之一的保护元件。
本发明可在用于灯具、显示器等的半导体发光装置得到应用。

Claims (4)

1. 一种设有保护二极管元件的半导体发光装置，其中设有：
包含一方主面(17)和该一方主面相反侧的另一方主面(18)且包含设于所述一方主面侧的第一导电型半导体层(16或16a)和设于所述另一方主面侧的第二导电型半导体层(12)的发光用半导体区域(1或1a)；
与所述第一导电型半导体层(16或16a)电连接的第一电极(2或2a或2b)；
与所述发光用半导体区域(1或1a)的另一方主面(18)电气及机械接合的导体层(3或3a)；
与所述导体层(3或3a)连接的第二电极(4或4a)；以及
具有过电压保护所述发光用半导体区域(1或1a)的功能且与所述导体层(3或3a)电气及机械接合的保护二极管元件(5或5a)，
所述保护二极管元件(5或5a)设有：具有第一导电型的第一半导体区域(21)和具有与第一导电型相反的第二导电型且与所述第一半导体区域(21)相邻配置的第二半导体区域(22)，
所述第一半导体区域(21)隔着粘贴导体层(6或6a)粘贴到所述导体层(3或3a)，
在所述发光用半导体区域(1或1a)的侧面(23)、所述导体层(3或3a)的侧面、所述粘贴导体层(6或6a)的侧面及所述第一半导体区域(21)的侧面(24)形成绝缘层(8)，
在所述绝缘层(8)上形成连接导体(9)，
通过所述连接导体(9)，所述第一电极(2或2a或2b)与所述第二半导体区域(22)电连接。
2. 如权利要求1所述的设有保护二极管元件的半导体发光装置，其特征在于：
所述第一电极(2)形成得能够从所述发光用半导体区域(1)的所述一方主面(17)取出光，且所述导体层(3)是具有光反射性的光反射层。
3. 如权利要求1所述的设有保护二极管元件的半导体发光装置，其特征在于：
所述发光用半导体区域(1a)的所述另一方主面(18)具有比所述第一半导体区域(21)的主面大的面积，在所述第二半导体区域(22)的主面上形成电极层(7)，所述第一电极(2a)与所述电极层(7)电连接，所述第二电极(4a)设于所述发光用半导体区域(1a)的所述另一方主面(18)的未被所述第一半导体区域(21)覆盖的部分且由与所述导体层电连接的突起电极(71)构成。
4. 如权利要求1所述的设有保护二极管元件的半导体发光装置，其特征在于：
所述第一电极(2b)配置在所述发光用半导体区域(1a)的所述一方主面(17)上且具有光反射性，所述导体层(3a)、所述粘贴导体层(6b)、所述第一半导体区域(21)及第二半导体区域(22)具有光透射性。
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