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JP2002246648A - Wavelength conversion type semiconductor device - Google Patents

Wavelength conversion type semiconductor device

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JP2002246648A
JP2002246648A JP2001040876A JP2001040876A JP2002246648A JP 2002246648 A JP2002246648 A JP 2002246648A JP 2001040876 A JP2001040876 A JP 2001040876A JP 2001040876 A JP2001040876 A JP 2001040876A JP 2002246648 A JP2002246648 A JP 2002246648A
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layer
electrode
gallium nitride
type
wavelength conversion
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Hiroyuki Sato
弘之 佐藤
Kenichi Morikawa
謙一 森川
Masahiko Tsuchiya
正彦 土谷
Hiroshi Hirasawa
洋 平澤
Toshio Tomiyoshi
俊夫 冨吉
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Stanley Electric Co Ltd
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Stanley Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavelength conversion type semiconductor device for improving the reflection factor of an electrode that functions as a reflection surface and at the same time reduces contact resistance. SOLUTION: The wavelength conversion type semiconductor device 10 contains a lower p-type layer 13 and an upper n-type layer 12 for composing a pn junction, a wavelength conversion material 17 that is provided at the upper portion, a first electrode 14 that is provided on the lower surface of the p-type layer and prevents excitation light from the pn junction that is electrically in contact with the p-type layer from being transmitted to the outside, and a second electrode 16 that surrounds the end face of the p-type layer and the n-type layer and is electrically in contact with only the n-type layer. The wavelength conversion type semiconductor device 10 is composed so that the second electrode can be composed of a high reflection factor metal layer 16a that is made of a material having a high reflection factor near the wavelength of excitation light from the pn junction and is as thick as 10 nm or more, and a conductive transparent oxide layer 16b.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、波長変換型半導体
素子に関し、特に高反射率の電極構造に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavelength conversion type semiconductor device, and more particularly to an electrode structure having a high reflectance.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、例えば典型的な窒化ガリウム系
(In(y)Al(1−x−y)Ga(x)N:x+y
≦1,0≦x≦1,0≦y≦1)素子を用いた波長変換
型半導体素子は、例えば図7に示すように構成されてい
る。図7において、波長変換型半導体素子1は、n型窒
化ガリウム系の白色LEDとして構成されており、透明
基板2の下面に対して順次に積層されたn型窒化ガリウ
ム系層3,p型窒化ガリウム系層4と、p型窒化ガリウ
ム系層4の表面に形成されたp型窒化ガリウム系用電極
5と、このp型窒化ガリウム系用電極5からn型窒化ガ
リウム系層3及びp型窒化ガリウム系層4の接合部まで
を覆うように形成された絶縁膜6と、n型窒化ガリウム
系層3の周囲の端面全体を覆うように形成されたn型窒
化ガリウム系用電極7と、透明基板2の上に備えられた
波長変換材8と、を含んでおり、全体がモールド樹脂1
aにより覆われることにより構成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, typical gallium nitride-based (In (y) Al (1-xy) Ga (x) N: x + y
.Ltoreq.1, 0.ltoreq.x.ltoreq.1, 0.ltoreq.y.ltoreq.1) A wavelength conversion type semiconductor device using a device is configured as shown in FIG. In FIG. 7, the wavelength conversion type semiconductor device 1 is configured as an n-type gallium nitride-based white LED, and has an n-type gallium nitride-based layer 3 and a p-type nitride layer sequentially stacked on the lower surface of the transparent substrate 2. A gallium-based layer 4, a p-type gallium nitride-based electrode 5 formed on the surface of the p-type gallium nitride-based layer 4, and an n-type gallium nitride-based layer 3 and a p-type nitride An insulating film 6 formed to cover the junction of the gallium-based layer 4, an n-type gallium nitride-based electrode 7 formed to cover the entire end surface around the n-type gallium nitride-based layer 3, And a wavelength conversion material 8 provided on the substrate 2.
a.

【0003】上記透明基板2は、例えばサファイアC面
基板等の後述する励起光に対して透明となる材料から構
成されている。上記n型窒化ガリウム系層3及びp型窒
化ガリウム系層4は、例えばMOCVD法(有機金属化
学気相堆積法)等の成膜方法により形成される。これら
のn型窒化ガリウム系層3及びp型窒化ガリウム系層4
は、成膜後に、例えば塩素ガスを用いたRIE法(反応
性イオンエッチング法)等のドライエッチング法によっ
て、周囲の端面が図示のように傾斜して形成される。
The transparent substrate 2 is made of a material which is transparent to excitation light, which will be described later, such as a sapphire C-plane substrate. The n-type gallium nitride-based layer 3 and the p-type gallium nitride-based layer 4 are formed by a film forming method such as MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). These n-type gallium nitride-based layer 3 and p-type gallium nitride-based layer 4
After film formation, a peripheral end face is formed as shown in the figure by a dry etching method such as an RIE method (reactive ion etching method) using chlorine gas.

【0004】上記p型窒化ガリウム系用電極5は、p型
窒化ガリウム系層4と良好な電気的接触が可能であるN
i,Rh等の金属から構成されている。上記絶縁膜6
は、後述する励起光により劣化しないSiO2 ,Al2
3 等の透明材料から構成されている。
The p-type gallium nitride-based electrode 5 is an N-type electrode capable of making good electrical contact with the p-type gallium nitride-based layer 4.
It is made of a metal such as i or Rh. The insulating film 6
Are SiO 2 and Al 2 which are not deteriorated by excitation light described later.
It is made of a transparent material such as O 3 .

【0005】上記n型窒化ガリウム系用電極7は、Ti
/Al積層電極等から構成されている。さらに、上記n
型窒化ガリウム系電極7は、n型窒化ガリウム系層3及
びp型窒化ガリウム系層4の端面(チップ端面)から励
起光を出射させないように、チップ端面を覆うように形
成されている。これにより、上記n型窒化ガリウム系電
極7は、入射する励起光を反射させるようになってい
る。
The n-type gallium nitride-based electrode 7 is made of Ti
/ Al laminated electrode. Further, the above n
The gallium nitride-based electrode 7 is formed so as to cover the end face of the chip so as not to emit the excitation light from the end faces (chip end faces) of the n-type gallium nitride based layer 3 and the p-type gallium nitride based layer 4. Thus, the n-type gallium nitride-based electrode 7 reflects the incident excitation light.

【0006】上記p型窒化ガリウム系用電極5及びn型
窒化ガリウム系用電極7は、それぞれAuバンプまたは
Au−Sn合金等のボンディングパッド5a,7a及び
共晶電極5b,7bを介して、サブマウント9の引出し
電極9a,9bに対して機械的に固定されると共に、電
気的に接続される。尚、上記引出し電極9a,9bは、
例えば一般的には直径25μm程度のAuワイヤ9c,
9dを使用して、ワイヤボンディングにより外部に引き
出されるようになっている。
[0006] The p-type gallium nitride-based electrode 5 and the n-type gallium nitride-based electrode 7 are connected to the sub-electrode through bonding pads 5a, 7a and eutectic electrodes 5b, 7b of Au bump or Au-Sn alloy, respectively. It is mechanically fixed to the extraction electrodes 9a and 9b of the mount 9, and is electrically connected. The extraction electrodes 9a and 9b are
For example, generally, an Au wire 9c having a diameter of about 25 μm,
9d is drawn out to the outside by wire bonding.

【0007】上記波長変換材8は、例えばYAG系蛍光
体やZnS系蛍光体とを組み合わせることにより構成さ
れており、励起光が入射したとき、この励起光とは異な
る波長の蛍光を発生させ、外部に向かって出射するよう
になっている。
The wavelength conversion material 8 is constituted by combining, for example, a YAG-based phosphor or a ZnS-based phosphor, and when excitation light is incident, generates fluorescence having a wavelength different from the excitation light. The light is emitted toward the outside.

【0008】このような構成の波長変換型半導体素子1
によれば、サブマウント9の引出し電極9a,9b間に
駆動電圧を印加することにより、n型窒化ガリウム系層
3及びp型窒化ガリウム系層4の間の接合部にて、励起
光が発生して、この励起光が、p型窒化ガリウム系用電
極5及びn型窒化ガリウム系用電極7の内面により反射
され、n型窒化ガリウム系層3の上面から透明基板2に
入射する。この透明基板2を透過した励起光は、波長変
換材8に入射することになり、波長変換材8は、入射す
る励起光によって、異なる波長の光を発生させ、上方に
向かって出射させる。このようにして、波長変換型半導
体素子1は、例えば白色光を出射するようになってい
る。
The wavelength conversion type semiconductor device 1 having such a configuration
According to the method, the excitation light is generated at the junction between the n-type gallium nitride-based layer 3 and the p-type gallium nitride-based layer 4 by applying a drive voltage between the extraction electrodes 9a and 9b of the submount 9. Then, the excitation light is reflected by the inner surfaces of the p-type gallium nitride-based electrode 5 and the n-type gallium nitride-based electrode 7 and enters the transparent substrate 2 from the upper surface of the n-type gallium nitride-based layer 3. The excitation light transmitted through the transparent substrate 2 is incident on the wavelength conversion material 8, and the wavelength conversion material 8 generates light having a different wavelength by the incident excitation light and emits the light upward. In this manner, the wavelength conversion type semiconductor element 1 emits, for example, white light.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
構成の波長変換型半導体素子1においては、波長変換材
8から出射される光の光量は、波長変換材8に入射する
励起光の光量に依存する。従って、波長変換型半導体素
子1の発光効率を高めるためには、励起光の光量を増大
させるようにすればよい。このため、n型窒化ガリウム
系層3及びp型窒化ガリウム系層4の周囲の端面を図示
のように例えば45度±5度程度の傾斜角で傾斜させる
ことにより、n型窒化ガリウム系用電極7で反射された
励起光を波長変換材8に向かって導くようにしている。
By the way, in the wavelength conversion type semiconductor device 1 having such a configuration, the amount of light emitted from the wavelength conversion material 8 is smaller than the amount of excitation light incident on the wavelength conversion material 8. Dependent. Therefore, in order to increase the luminous efficiency of the wavelength conversion type semiconductor element 1, the light amount of the excitation light may be increased. For this reason, the end faces around the n-type gallium nitride-based layer 3 and the p-type gallium nitride-based layer 4 are inclined at an inclination angle of, for example, about 45 degrees ± 5 degrees as shown in the figure, so that the n-type gallium nitride-based electrode The excitation light reflected at 7 is guided toward the wavelength conversion material 8.

【0010】しかしながら、上述したn型窒化ガリウム
系用電極7は、励起光に対して比較的低い反射率を有し
ていることから、n型窒化ガリウム系用電極7に入射し
た光は、その一部が反射されずにn型窒化ガリウム系用
電極7で吸収されることになる。このため、波長変換材
8に入射する励起光の光量が低くなってしまい、波長変
換型半導体素子1の発光効率が低くなってしまい、デバ
イスの特性を十分に引き出すことができないという問題
があった。また、n型窒化ガリウム系用電極7とn型窒
化ガリウム系層3との間の接触抵抗が比較的大きいこと
から、ジュール熱によって温度が増加してしまうことに
より、電子デバイスの特性が低下してしまうという問題
があった。
However, since the n-type gallium nitride-based electrode 7 has a relatively low reflectance with respect to the excitation light, the light incident on the n-type gallium nitride-based electrode 7 is Part of the light is absorbed by the n-type gallium nitride-based electrode 7 without being reflected. For this reason, the quantity of the excitation light incident on the wavelength conversion material 8 is reduced, and the luminous efficiency of the wavelength conversion type semiconductor element 1 is reduced, so that there is a problem that the characteristics of the device cannot be sufficiently brought out. . Further, since the contact resistance between the n-type gallium nitride-based electrode 7 and the n-type gallium nitride-based layer 3 is relatively large, the temperature increases due to Joule heat, and the characteristics of the electronic device deteriorate. There was a problem that would.

【0011】本発明は、以上の点から、反射面として機
能する電極の反射率を高めると共に、接触抵抗を低減す
るようにした、波長変換型半導体素子を提供することを
目的としている。なお、以下において、最も使われる波
長変換型半導体素子で説明する。
In view of the above, it is an object of the present invention to provide a wavelength conversion type semiconductor device in which the reflectance of an electrode functioning as a reflection surface is increased and the contact resistance is reduced. In the following, a description will be given of the most used wavelength conversion type semiconductor element.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明の第
一の構成によれば、pn接合を構成する下方のp型層及
び上方のn型層と、p型層の下面に備えられ且つp型層
に電気的に接触したpn接合からの励起光を外部に透過
させない第一の電極と、p型層及びn型層の端面を包囲
し且つn型層のみに電気的に接触した第二の電極と、を
含む半導体素子であって、上記第二の電極が、pn接合
からの励起光の波長近傍にて反射率の高い材料から成る
厚さ10nm以上の高反射率金属層と、導電性透明酸化
物層と、から構成されていることを特徴とする、半導体
素子により、達成される。
According to a first aspect of the present invention, the above object is provided on a lower p-type layer and an upper n-type layer constituting a pn junction, and on a lower surface of the p-type layer. In addition, the first electrode that does not transmit the excitation light from the pn junction electrically in contact with the p-type layer to the outside, and surrounds the end faces of the p-type layer and the n-type layer and electrically contacts only the n-type layer A second electrode, wherein the second electrode is a high-reflectivity metal layer having a thickness of 10 nm or more made of a material having high reflectivity in the vicinity of the wavelength of the excitation light from the pn junction. And a conductive transparent oxide layer.

【0013】上記目的は、本発明の第二の構成によれ
ば、pn接合を構成する下方のp型層及び上方のn型層
と、これらの上方に配設された波長変換材と、p型層の
下面に備えられ且つp型層に電気的に接触したpn接合
からの励起光を外部に透過させない第一の電極と、p型
層及びn型層の端面を包囲し且つn型層のみに電気的に
接触した第二の電極と、を含む波長変換型半導体素子で
あって、上記第二の電極が、pn接合からの励起光の波
長近傍にて反射率の高い材料から成る厚さ10nm以上
の高反射率金属層と、導電性透明酸化物層と、から構成
されていることを特徴とする、波長変換型半導体素子に
より、達成される。
According to a second aspect of the present invention, the above object is achieved by providing a lower p-type layer and an upper n-type layer constituting a pn junction, a wavelength conversion material disposed above these layers, A first electrode provided on the lower surface of the mold layer and not transmitting the excitation light from the pn junction electrically in contact with the p-type layer to the outside, and surrounding the end faces of the p-type layer and the n-type layer and n-type layer A second electrode electrically contacting only with the second electrode, wherein the second electrode is made of a material having a high reflectivity near the wavelength of the excitation light from the pn junction. This is achieved by a wavelength conversion type semiconductor device, which is constituted by a high reflectance metal layer having a thickness of 10 nm or more and a conductive transparent oxide layer.

【0014】上記目的は、本発明の第三の構成によれ
ば、pn接合を構成する下方のp型窒化ガリウム系層
(In(y)Al(1−x−y)Ga(x)N:x+y
≦1,0≦x≦1,0≦y≦1)及び上方のn型窒化ガ
リウム系層と、これらの上方に配設された波長変換材
と、p型窒化ガリウム系層の下面に備えられ且つp型窒
化ガリウム系層に電気的に接触したpn接合からの励起
光を外部に透過させないp型窒化ガリウム用の第一の電
極と、p型窒化ガリウム系層の端面及びpn接合の領域
の端面を包囲し且つpn接合からの励起光の波長近傍に
て透明である絶縁膜と、p型窒化ガリウム系層及びn型
窒化ガリウム系層の端面を包囲し且つn型窒化ガリウム
系層のみに電気的に接触したn型窒化ガリウム系用の第
二の電極と、を含む波長変換型半導体素子であって、上
記第二の電極が、pn接合からの励起光の波長近傍にて
反射率の高い材料から成る厚さ10nm以上の高反射率
金属層と、導電性透明酸化物層と、から構成されている
ことを特徴とする、波長変換型半導体素子により、達成
される。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a lower p-type gallium nitride-based layer (In (y) Al (1-xy) Ga (x) N: x + y
.Ltoreq.1,0.ltoreq.x.ltoreq.1,0.ltoreq.y.ltoreq.1) and an upper n-type gallium nitride-based layer, a wavelength converter disposed above these layers, and a lower surface of the p-type gallium nitride-based layer. A first electrode for p-type gallium nitride that does not transmit the excitation light from the pn junction electrically in contact with the p-type gallium nitride-based layer to the outside, and an end face of the p-type gallium nitride-based layer and a region of the pn junction. An insulating film surrounding the end face and being transparent in the vicinity of the wavelength of the excitation light from the pn junction; and an insulating film surrounding the end faces of the p-type gallium nitride-based layer and the n-type gallium nitride-based layer and having only the n-type gallium nitride-based layer. A second electrode for an n-type gallium nitride system in electrical contact, wherein the second electrode has a reflectivity near the wavelength of the excitation light from the pn junction. A high-reflectivity metal layer having a thickness of 10 nm or more made of a high- Characterized in that it is composed of the oxide layer, by the wavelength conversion-type semiconductor device is achieved.

【0015】本発明による波長変換型半導体素子は、好
ましくは、p型窒化ガリウム系層及びn型窒化ガリウム
系層の周囲の端面が、垂直または下方に向かって傾斜し
ている。
[0015] In the wavelength conversion type semiconductor device according to the present invention, the end faces around the p-type gallium nitride-based layer and the n-type gallium nitride-based layer are preferably inclined vertically or downward.

【0016】本発明による波長変換型半導体素子は、好
ましくは、上記導電性透明酸化物層が、厚さ5μm以下
である。
In the wavelength conversion type semiconductor device according to the present invention, preferably, the conductive transparent oxide layer has a thickness of 5 μm or less.

【0017】本発明による波長変換型半導体素子は、好
ましくは、上記導電性透明酸化物層が、酸化亜鉛,酸化
インジウム,酸化スズまたはこれらの酸化物が主材料と
なる化合物から構成されている。
In the wavelength conversion type semiconductor device according to the present invention, preferably, the conductive transparent oxide layer is made of zinc oxide, indium oxide, tin oxide or a compound mainly containing these oxides.

【0018】本発明による波長変換型半導体素子は、好
ましくは、上記導電性透明酸化物層の膜厚dが、導電性
酸化物層の屈折率をn,励起光の波長をλとしたとき、
d=mλ/n(ただしmは整数)である。
In the wavelength conversion type semiconductor device according to the present invention, preferably, when the thickness d of the conductive transparent oxide layer is n, the refractive index of the conductive oxide layer is n, and the wavelength of the excitation light is λ,
d = mλ / n (where m is an integer).

【0019】本発明による波長変換型半導体素子は、好
ましくは、上記高反射率金属層が、Ag,Rhまたはこ
れらの金属を含む合金膜または積層膜から構成されてい
る。
In the wavelength conversion type semiconductor device according to the present invention, the high reflectivity metal layer is preferably made of Ag, Rh or an alloy film or a laminated film containing these metals.

【0020】本発明による波長変換型半導体素子は、好
ましくは、上記導電性透明酸化物層及び高反射率金属層
の間に、金属単層膜,積層膜,合金膜または導電性透明
酸化物膜から成る中間電極層を備えている。
The wavelength conversion type semiconductor device according to the present invention is preferably such that a metal single layer film, a laminated film, an alloy film or a conductive transparent oxide film is provided between the conductive transparent oxide layer and the high-reflectance metal layer. And an intermediate electrode layer made of

【0021】本発明による波長変換型半導体素子は、好
ましくは、波長変換型半導体素子が白色LEDであっ
て、上記第一の電極が、p型窒化ガリウム系用オーミッ
ク電極である。
In the wavelength conversion type semiconductor device according to the present invention, preferably, the wavelength conversion type semiconductor device is a white LED, and the first electrode is a p-type gallium nitride based ohmic electrode.

【0022】上記第二の構成によれば、第一の電極及び
第二の電極間に駆動電圧を印加することにより、n型層
及びp型層の間のpn接合にて、励起光が発生する。そ
して、この励起光の一部が、第一の電極及び第二の電極
の内面により反射され、また他の一部が直接に、n型層
の上面から波長変換材に入射する。そして、励起光が波
長変換材に入射することになり、波長変換材は、入射す
る励起光によって、異なる波長の光を発生させ、上方に
向かって出射させる。
According to the second configuration, by applying a drive voltage between the first electrode and the second electrode, excitation light is generated at a pn junction between the n-type layer and the p-type layer. I do. Then, part of the excitation light is reflected by the inner surfaces of the first electrode and the second electrode, and the other part directly enters the wavelength conversion material from the upper surface of the n-type layer. Then, the excitation light is incident on the wavelength conversion material, and the wavelength conversion material generates light having a different wavelength by the incident excitation light and emits the light upward.

【0023】この場合、第二の電極が、高反射率金属層
を含んでいることにより、励起光の第二の電極による反
射光量が増大することになり、波長変換材への励起光の
入射光量が増大することになる。従って、波長変換材か
ら出射する光量も増大するので、波長変換型半導体素子
の発光効率が高められることになる。尚、高反射率金属
層が厚さ10nm以下の場合には、反射率が低下するこ
とになり、波長変換材への励起光の入射光量も低下して
しまう。
In this case, since the second electrode includes the high-reflectance metal layer, the amount of excitation light reflected by the second electrode increases, and the excitation light is incident on the wavelength conversion material. The amount of light will increase. Accordingly, the amount of light emitted from the wavelength conversion material also increases, so that the luminous efficiency of the wavelength conversion type semiconductor device is improved. If the thickness of the high-reflectance metal layer is 10 nm or less, the reflectance will decrease, and the amount of excitation light incident on the wavelength conversion material will also decrease.

【0024】さらに、第二の電極が、導電性透明酸化物
層を含んでいることにより、この導電性透明酸化物層が
n型窒化ガリウム系層と良好な電気的接触を備えている
ので、第二の電極の接触抵抗率が低減されることにな
り、第一の電極及び第二の電極間に印加する駆動電圧が
低くて済み、省電力型の半導体素子が得られることにな
ると共に、発熱量が低下するので、熱による半導体素子
の特性低下が抑制され得ることになる。また、導電性透
明酸化物層が透明であることから、励起光を吸収するよ
うなことなく、高い透過率で励起光を透過させるので、
第二の電極による反射効率が向上することになる。
Further, since the second electrode includes the conductive transparent oxide layer, the conductive transparent oxide layer has good electrical contact with the n-type gallium nitride-based layer. The contact resistivity of the second electrode will be reduced, the driving voltage applied between the first electrode and the second electrode may be low, and a power-saving semiconductor element will be obtained, Since the calorific value is reduced, it is possible to suppress the deterioration of the characteristics of the semiconductor element due to heat. In addition, since the conductive transparent oxide layer is transparent, the excitation light is transmitted at a high transmittance without absorbing the excitation light,
The reflection efficiency by the second electrode is improved.

【0025】上記第三の構成によれば、第一の電極及び
第二の電極間に駆動電圧を印加することにより、n型窒
化ガリウム系層及びp型窒化ガリウム系層の間のpn接
合にて、励起光が発生する。そして、この励起光の一部
が、第一の電極及び第二の電極の内面により反射され、
また他の一部が直接に、n型窒化ガリウム系層の上面か
ら波長変換材に入射する。そして、励起光が波長変換材
に入射することになり、波長変換材は、入射する励起光
によって、異なる波長の光を発生させ、上方に向かって
出射させる。
According to the third configuration, by applying a drive voltage between the first electrode and the second electrode, a pn junction between the n-type gallium nitride-based layer and the p-type gallium nitride-based layer is formed. As a result, excitation light is generated. Then, a part of the excitation light is reflected by the inner surfaces of the first electrode and the second electrode,
Another part directly enters the wavelength conversion material from the upper surface of the n-type gallium nitride-based layer. Then, the excitation light is incident on the wavelength conversion material, and the wavelength conversion material generates light having a different wavelength by the incident excitation light and emits the light upward.

【0026】この場合、第二の電極が、高反射率金属層
を含んでいることにより、励起光の第二の電極による反
射光量が増大することになり、波長変換材への励起光の
入射光量が増大することになる。従って、波長変換材か
ら出射する光量も増大するので、n型窒化ガリウム系の
波長変換型半導体素子の発光効率が高められることにな
る。尚、高反射率金属層が厚さ10nm以下の場合に
は、反射率が低下することになり、波長変換材への励起
光の入射光量も低下してしまう。
In this case, since the second electrode includes the high-reflectance metal layer, the amount of excitation light reflected by the second electrode increases, and the excitation light is incident on the wavelength conversion material. The amount of light will increase. Accordingly, the amount of light emitted from the wavelength conversion material also increases, so that the luminous efficiency of the n-type gallium nitride-based wavelength conversion type semiconductor device is improved. If the thickness of the high-reflectance metal layer is 10 nm or less, the reflectance will decrease, and the amount of excitation light incident on the wavelength conversion material will also decrease.

【0027】さらに、第二の電極が、導電性透明酸化物
層を含んでいることにより、この導電性透明酸化物層が
n型窒化ガリウム系層と良好な電気的接触を備えている
ので、第二の電極の接触抵抗率が低減されることにな
り、第一の電極及び第二の電極間に印加する駆動電圧が
低くて済み、省電力型の半導体素子が得られることにな
ると共に、発熱量が低下するので、熱による半導体素子
の特性低下が抑制され得ることになり、さらに第二の電
極のn型窒化ガリウム系層からの剥離が抑制されるの
で、第二の電極の安定性が向上することになる。また、
導電性透明酸化物層が透明であることから、励起光を吸
収するようなことなく、高い透過率で励起光を透過させ
るので、第二の電極による反射効率が向上することにな
る。
Further, since the second electrode includes the conductive transparent oxide layer, the conductive transparent oxide layer has good electrical contact with the n-type gallium nitride-based layer. The contact resistivity of the second electrode will be reduced, the driving voltage applied between the first electrode and the second electrode may be low, and a power-saving semiconductor element will be obtained, Since the calorific value is reduced, the deterioration of the characteristics of the semiconductor element due to heat can be suppressed, and the separation of the second electrode from the n-type gallium nitride-based layer is suppressed. Will be improved. Also,
Since the conductive transparent oxide layer is transparent, the excitation light is transmitted at a high transmittance without absorbing the excitation light, so that the reflection efficiency by the second electrode is improved.

【0028】p型窒化ガリウム系層及びn型窒化ガリウ
ム系層の周囲の端面が、垂直または下方に向かって傾斜
している場合には、第二の電極のp型窒化ガリウム系層
及びn型窒化ガリウム系層に対する接触面積が増大する
ことになり、第二の電極の密着性が向上することになる
と共に、第二の電極で反射される励起光が上方に向かっ
て反射されることになり、励起光の取出し効率が向上す
ることになる。
When the peripheral end faces of the p-type gallium nitride-based layer and the n-type gallium nitride-based layer are vertically or inclined downward, the p-type gallium nitride-based layer and the n-type The contact area with the gallium nitride-based layer will increase, and the adhesion of the second electrode will improve, and the excitation light reflected by the second electrode will be reflected upward. As a result, the efficiency of extracting the excitation light is improved.

【0029】上記導電性透明酸化物層が、厚さ5μm以
下である場合には、導電性透明酸化物層による励起光の
吸収がより一層抑制されることにより、第二の電極即ち
高反射率金属層による励起光の反射効率が向上すること
になる。
When the conductive transparent oxide layer has a thickness of 5 μm or less, the absorption of excitation light by the conductive transparent oxide layer is further suppressed, so that the second electrode, that is, a high reflectance The reflection efficiency of the excitation light by the metal layer is improved.

【0030】上記導電性透明酸化物層が、酸化亜鉛,酸
化インジウム,酸化スズまたはこれらの酸化物が主材料
となる化合物から構成されている場合には、上述した接
触抵抗率が低いことから、第一の電極及び第二の電極間
に印加する駆動電圧が低くて済む。
When the conductive transparent oxide layer is made of zinc oxide, indium oxide, tin oxide or a compound containing these oxides as a main material, the above-mentioned contact resistivity is low. The driving voltage applied between the first electrode and the second electrode may be low.

【0031】上記導電性透明酸化物層の膜厚dが、導電
性酸化物層の屈折率をn,励起光の波長をλとしたと
き、d=mλ/n(ただしmは整数)である場合には、
導電性透明酸化物層と高反射率金属層との間の干渉が回
避されることになり、高反射率金属層による励起光の反
射率が最大となる。
The thickness d of the conductive transparent oxide layer is d = mλ / n (where m is an integer), where n is the refractive index of the conductive oxide layer and λ is the wavelength of the excitation light. in case of,
Interference between the conductive transparent oxide layer and the high reflectance metal layer is avoided, and the reflectance of the excitation light by the high reflectance metal layer is maximized.

【0032】上記高反射率金属層が、Ag,Rhまたは
これらの金属を含む合金膜または積層膜から構成されて
いる場合には、これらの材料が何れも波長370nm以
上で50%以上の反射率を有しているので、高い反射率
の第二の電極が得られることになる。
When the high reflectivity metal layer is made of Ag, Rh or an alloy film or a laminated film containing these metals, each of these materials has a reflectivity of 50% or more at a wavelength of 370 nm or more. Therefore, the second electrode having a high reflectance can be obtained.

【0033】上記導電性透明酸化物層及び高反射率金属
層の間に、金属単層膜,積層膜,合金膜または導電性透
明酸化物膜から成る中間電極層を備えている場合には、
導電性透明酸化物層及び高反射率金属層の間の電極剥離
が抑制されることになる。
In the case where an intermediate electrode layer made of a metal single layer film, a laminated film, an alloy film or a conductive transparent oxide film is provided between the conductive transparent oxide layer and the high reflectance metal layer,
Electrode peeling between the conductive transparent oxide layer and the high-reflectance metal layer is suppressed.

【0034】波長変換型半導体素子が白色LEDであっ
て、上記第一の電極が、p型窒化ガリウム系用オーミッ
ク電極である場合には、さらに第一の電極のp型窒化ガ
リウム系層に対する接触抵抗率が低減されることにな
り、より明るい白色光を取り出すことができる。
In the case where the wavelength conversion type semiconductor element is a white LED and the first electrode is a p-type gallium nitride based ohmic electrode, the first electrode further contacts the p-type gallium nitride based layer. The resistivity is reduced, and brighter white light can be extracted.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
を図1乃至図6を参照しながら、詳細に説明する。尚、
以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例である
から、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、
本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定
する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもの
ではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. still,
Since the embodiments described below are preferred specific examples of the present invention, various technically preferred limitations are added.
The scope of the present invention is not limited to these embodiments unless otherwise specified in the following description.

【0036】図1は、本発明による波長変換型半導体素
子の一実施形態の構成を示している。図1において、波
長変換型半導体素子10は、n型窒化ガリウム系の波長
変換型半導体素子としての白色LEDであって、透明基
板11の下面に対して順次に積層されたn型窒化ガリウ
ム系層(In(y)Al(1−x−y)Ga(x)N:
x+y≦1,0≦x≦1,0≦y≦1)12,p型窒化
ガリウム系層13と、p型窒化ガリウム系層13の表面
に形成されたp型窒化ガリウム系用電極14と、このp
型窒化ガリウム系用電極14からn型窒化ガリウム系層
12及びp型窒化ガリウム系層13の接合部までを覆う
ように形成された絶縁膜15と、n型窒化ガリウム系層
12の周囲の端面全体を覆うように形成されたn型窒化
ガリウム系用電極16と、透明基板11の上に備えられ
た波長変換材17と、を含んでおり、全体がモールド樹
脂18により覆われることにより構成されている。
FIG. 1 shows the configuration of an embodiment of the wavelength conversion type semiconductor device according to the present invention. In FIG. 1, a wavelength conversion type semiconductor device 10 is a white LED as an n-type gallium nitride-based wavelength conversion type semiconductor device, and is an n-type gallium nitride-based layer sequentially laminated on the lower surface of a transparent substrate 11. (In (y) Al (1-xy) Ga (x) N:
x + y ≦ 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) 12, a p-type gallium nitride-based layer 13, a p-type gallium nitride-based electrode 14 formed on the surface of the p-type gallium nitride-based layer 13, This p
An insulating film 15 formed so as to cover from the n-type gallium nitride-based electrode 14 to the junction between the n-type gallium nitride-based layer 12 and the p-type gallium nitride-based layer 13, and an end face around the n-type gallium nitride-based layer 12 It includes an n-type gallium nitride-based electrode 16 formed so as to cover the entirety, and a wavelength conversion material 17 provided on the transparent substrate 11, and is configured by being entirely covered by a mold resin 18. ing.

【0037】上記透明基板11は、例えばサファイアC
面基板等の後述する励起光に対して透明となる材料から
構成されている。上記n型窒化ガリウム系層12及びp
型窒化ガリウム系層13は、例えばMOCVD法(有機
金属化学気相堆積法)等の成膜方法により透明基板11
の下面に対して順次に形成される。
The transparent substrate 11 is made of, for example, sapphire C
It is made of a material that is transparent to excitation light described below, such as a surface substrate. The n-type gallium nitride-based layer 12 and p
The gallium nitride-based layer 13 is formed on the transparent substrate 11 by a film forming method such as MOCVD (metal organic chemical vapor deposition).
Are sequentially formed on the lower surface of the substrate.

【0038】これらのn型窒化ガリウム系層12及びp
型窒化ガリウム系層13は、成膜後に、例えば塩素ガス
を用いたRIE法(反応性イオンエッチング法)等のド
ライエッチング法によって、周囲の端面が図示のように
傾斜して形成される。これにより、絶縁膜15のn型窒
化ガリウム系層12及びp型窒化ガリウム系層13に対
する接触面積が増大するので、絶縁膜15の密着性が良
好になり、絶縁膜15の形成時の信頼性が向上すると共
に、絶縁膜15の剥離が抑制される。従って、n型窒化
ガリウム系層12及びp型窒化ガリウム系層13の間の
電気的絶縁性の信頼性が向上し、所謂励起光源素子の歩
留まりが向上することになる。さらに、n型窒化ガリウ
ム系層12及びp型窒化ガリウム系層13の周囲の端面
の傾斜によって、後述する第二の電極16によって励起
光が上方の透明基板に向かって反射されることになり、
波長変換材17への光入射効率が向上することになる。
尚、n型窒化ガリウム系層12及びp型窒化ガリウム系
層13の周囲の端面の傾斜角度は、絶縁膜15の密着性
の観点からは90度以下であればよく、また反射効率の
観点からは好ましくは45度±5度に選定される。
The n-type gallium nitride based layer 12 and p
The gallium nitride-based layer 13 is formed such that the peripheral end faces are inclined as shown in the figure by dry etching such as RIE (reactive ion etching) using chlorine gas, for example, after film formation. Accordingly, the contact area of the insulating film 15 with the n-type gallium nitride-based layer 12 and the p-type gallium nitride-based layer 13 is increased, so that the adhesion of the insulating film 15 is improved, and the reliability at the time of forming the insulating film 15 is improved. And the peeling of the insulating film 15 is suppressed. Therefore, the reliability of the electrical insulation between the n-type gallium nitride-based layer 12 and the p-type gallium nitride-based layer 13 is improved, and the yield of a so-called excitation light source element is improved. Further, due to the inclination of the end faces around the n-type gallium nitride-based layer 12 and the p-type gallium nitride-based layer 13, the excitation light is reflected by the second electrode 16 described later toward the upper transparent substrate,
The efficiency of light incidence on the wavelength conversion material 17 is improved.
In addition, the inclination angle of the end face around the n-type gallium nitride-based layer 12 and the p-type gallium nitride-based layer 13 may be 90 degrees or less from the viewpoint of the adhesion of the insulating film 15, and from the viewpoint of the reflection efficiency. Is preferably set to 45 degrees ± 5 degrees.

【0039】上記p型窒化ガリウム系用電極14は、p
型窒化ガリウム系層13と良好な電気的接触が可能であ
るNi,Rh等の金属から構成されている。上記絶縁膜
15は、後述する励起光により劣化しないSiO2 ,A
2 3 等の透明材料から構成されている。
The p-type gallium nitride-based electrode 14
It is made of a metal such as Ni or Rh that can make good electrical contact with the type gallium nitride-based layer 13. The insulating film 15 is made of SiO 2 , A which is not deteriorated by excitation light described later.
It is made of a transparent material such as l 2 O 3 .

【0040】上記n型窒化ガリウム系用電極16は、n
型窒化ガリウム系層12及びp型窒化ガリウム系層13
の端面(チップ端面)から励起光を出射させないよう
に、チップ端面を覆うように形成されている。これによ
り、上記n型窒化ガリウム系電極16は、入射する励起
光を反射させるようになっている。
The n-type gallium nitride-based electrode 16 is formed of n
-Type gallium nitride-based layer 12 and p-type gallium nitride-based layer 13
Is formed so as to cover the chip end face so as not to emit the excitation light from the end face (chip end face). Thus, the n-type gallium nitride-based electrode 16 reflects incident excitation light.

【0041】上記p型窒化ガリウム系用電極14及びn
型窒化ガリウム系用電極16は、それぞれAuバンプま
たはTi及びAuから成るマウント用ボンディングパッ
ド14a,16c及びAu−Sn合金から成る共晶電極
14b,16dを介して、サブマウント19の引出し電
極19a,19bに対して機械的に固定されると共に、
電気的に接続される。尚、上記引出し電極19a,19
bは、例えば一般的には直径25μm程度のAuワイヤ
19c,19dを使用して、ワイヤボンディングにより
外部に引き出されるようになっている。
The p-type gallium nitride-based electrode 14 and n
The gallium nitride-based electrode 16 is connected to the extraction electrodes 19a, Mechanically fixed to 19b,
Electrically connected. The extraction electrodes 19a, 19
b is pulled out to the outside by wire bonding using, for example, Au wires 19c and 19d generally having a diameter of about 25 μm.

【0042】上記波長変換材17は、例えばYAG系蛍
光体やZnS系蛍光体とを組み合わせることにより構成
されており、励起光が入射したとき、この励起光とは異
なる波長の蛍光を発生させ、外部に向かって出射するよ
うになっている。
The wavelength conversion material 17 is constituted by combining, for example, a YAG-based phosphor or a ZnS-based phosphor, and when excitation light is incident, generates fluorescence having a wavelength different from the excitation light. The light is emitted toward the outside.

【0043】以上の構成は、図7に示した従来の波長変
換型半導体素子1とほぼ同様の構成であるが、本発明実
施形態による波長変換型半導体素子10においては、上
記第二の電極16が、図2に示すように構成されている
点で異なる構成になっている。即ち、図2において、第
二の電極16は、n窒化ガリウム系用電極であって、高
反射率金属層16aと、導電性透明酸化物層16bと、
から構成されている。
The above configuration is substantially the same as that of the conventional wavelength conversion type semiconductor device 1 shown in FIG. 7, but in the wavelength conversion type semiconductor device 10 according to the embodiment of the present invention, the second electrode 16 However, the configuration is different from that shown in FIG. That is, in FIG. 2, the second electrode 16 is an n-gallium nitride-based electrode, and includes a high-reflectance metal layer 16a, a conductive transparent oxide layer 16b,
It is composed of

【0044】上記高反射率金属層16aは、pn接合か
らの励起光の波長である波長370nm以上にて例えば
50%以上の高い反射率を有する材料、例えばAg,R
hまたはこれらの金属を含む合金膜または積層膜から構
成されている。尚、Alは、同様に高い反射率を有する
が、導電性透明酸化物層16b上にAl電極を形成して
400℃以上に加熱すると接触抵抗が大きく上昇するこ
とが確認されているので、高反射率金属層16aの材料
としては不適である。また、高反射率金属層16aの材
料としては、上記高反射率の金属Ag,Rhと高反射率
でない他の金属、例えばPd,Pt,Cu,Ni等とか
ら成る合金層や積層膜であってもよい。さらに、上記高
反射率金属層16aは、励起光が高反射率金属層16a
を透過せずに反射されるように、その厚さが10nm以
上に、好ましくは十分な反射光を得るために100nm
以上に選定されている。
The high reflectivity metal layer 16a is made of a material having a high reflectivity of, for example, 50% or more at a wavelength of 370 nm or more, which is the wavelength of the excitation light from the pn junction, for example, Ag, R
h or an alloy film or a laminated film containing these metals. Although Al also has a high reflectance, it has been confirmed that contact resistance greatly increases when an Al electrode is formed on the conductive transparent oxide layer 16b and heated to 400 ° C. or higher. It is not suitable as a material for the reflectance metal layer 16a. The material of the high-reflectance metal layer 16a is an alloy layer or a laminated film composed of the above-mentioned high-reflectivity metals Ag and Rh and other metals having no high-reflectance, such as Pd, Pt, Cu, and Ni. You may. Further, the high-reflectivity metal layer 16a is formed such that the excitation light is
Is not less than 10 nm, preferably 100 nm to obtain sufficient reflected light.
Selected above.

【0045】また、導電性透明酸化物層16bは、一般
的に知られている導電性透明酸化膜であればよく、例え
ば酸化亜鉛,酸化インジウム,酸化スズまたはこれらの
酸化物が主材料となる化合物、例えばIn−Sn−O等
から構成されている。導電性透明酸化物層16bは、好
ましくはイオンプレーティング法,スパッタ法,電子線
加熱蒸着法,レーザーアブレーション法等により形成さ
れる。特に、アーク放電を用いたイオンプレーティング
法によれば、品質の良い膜を室温で作製できるため、容
易なリフトオフパターニングが可能となる。
The conductive transparent oxide layer 16b may be a generally known conductive transparent oxide film, for example, zinc oxide, indium oxide, tin oxide or their oxides as a main material. It is composed of a compound, for example, In-Sn-O or the like. The conductive transparent oxide layer 16b is preferably formed by an ion plating method, a sputtering method, an electron beam evaporation method, a laser ablation method, or the like. In particular, according to the ion plating method using arc discharge, a high-quality film can be manufactured at room temperature, so that easy lift-off patterning is possible.

【0046】さらに、導電性透明酸化物層16bは、好
ましくは、高反射金属層16aによる反射効率を高める
ために、即ち導電性透明酸化物層16b自体の光透過率
を高めるために、その厚さが5μm以下に選定されてお
り、特に60%以上の高反射率を得るためには、その厚
さが1μm以下に選定されている。ところで、導電性透
明酸化物層16bの厚さが1μm以下の場合、励起光の
波長程度の膜厚になることから、導電性透明酸化物層1
6b内における励起光の干渉により、第二の電極16の
反射率が低下してしまう。これを回避するためには、上
記干渉によって反射率が最大となるように、膜厚dを設
定すればよい。この反射率最大となる膜厚dは、導電性
透明酸化物層16bの屈折率をn,励起光の波長をλと
したとき、 [数式1] d=mλ/n で与えられる。
Further, the thickness of the conductive transparent oxide layer 16b is preferably set to increase the reflection efficiency of the highly reflective metal layer 16a, that is, to increase the light transmittance of the conductive transparent oxide layer 16b itself. The thickness is selected to be 5 μm or less, and particularly to obtain a high reflectance of 60% or more, the thickness is selected to be 1 μm or less. By the way, when the thickness of the conductive transparent oxide layer 16b is 1 μm or less, the conductive transparent oxide layer 16b has a thickness of about the wavelength of the excitation light.
The reflectance of the second electrode 16 is reduced due to the interference of the excitation light within 6b. In order to avoid this, the film thickness d may be set so that the reflectance is maximized by the interference. When the refractive index of the conductive transparent oxide layer 16b is n and the wavelength of the excitation light is λ, the film thickness d at which the reflectance becomes maximum is given by d = mλ / n.

【0047】これに対して、n型窒化ガリウム系層12
と高反射率金属薄膜層16aの何れか一方または双方
に、導電性透明酸化物層16bにおける励起光の干渉を
抑制する構造を付与するようにしてもよい。これは、具
体的には、n型窒化ガリウム系層12と高反射率金属薄
膜層16aの少なくとも一方に、大きさが1nm乃至1
μm程度の凹凸形状を形成することにより得られる。
On the other hand, the n-type gallium nitride-based layer 12
A structure for suppressing interference of excitation light in the conductive transparent oxide layer 16b may be provided to one or both of the metal thin film layer 16a and the high-reflectance metal thin film layer 16a. Specifically, at least one of the n-type gallium nitride-based layer 12 and the high-reflectance metal thin film layer 16a has a size of 1 nm to 1 nm.
It can be obtained by forming irregularities of about μm.

【0048】さらに、上記高反射率金属層16aと導電
性透明酸化物層16bとの間に、電極剥離を抑制するた
めに、好ましくは中間電極層(図示せず)が形成され
る。この中間電極層は、高反射率金属層16aの反射効
率を損なわない材料、例えばNi,Ti等の金属単層
膜,積層膜,合金膜または導電性透明酸化物膜から構成
されている。
Further, an intermediate electrode layer (not shown) is preferably formed between the high-reflectance metal layer 16a and the conductive transparent oxide layer 16b in order to suppress electrode peeling. This intermediate electrode layer is made of a material that does not impair the reflection efficiency of the high-reflectance metal layer 16a, for example, a metal single-layer film such as Ni or Ti, a laminated film, an alloy film, or a conductive transparent oxide film.

【0049】これらの高反射率金属層16a,導電性透
明酸化物層16b及び中間電極層は、好ましくは電子線
加熱蒸着またはスパッタ法により形成されると共に、電
極剥離防止や電気的特性の改善のために、形成後に合金
化処理し、あるいは合金化処理した積層膜として形成さ
れるようにしてもよい。さらに、高反射率金属層16
a,導電性透明酸化物層16b及び中間電極層のパター
ニングは、一般的な方法、例えばエッチング法やリフト
オフ法により行なわれる。
The high-reflectance metal layer 16a, the conductive transparent oxide layer 16b and the intermediate electrode layer are preferably formed by electron beam evaporation or sputtering, and are used to prevent electrode peeling and improve electrical characteristics. For this purpose, an alloying process may be performed after the formation, or a laminated film may be formed by the alloying process. Further, the high reflectance metal layer 16
The patterning of the conductive transparent oxide layer 16b and the intermediate electrode layer is performed by a general method, for example, an etching method or a lift-off method.

【0050】本発明実施形態による波長変換型半導体素
子10は、以上のように構成されており、サブマウント
19の引出し電極19a,19b間に駆動電圧を印加す
ることにより、n型窒化ガリウム系層12及びp型窒化
ガリウム系層13の間のpn接合にて、励起光が発生し
て、この励起光が、第一の電極14及び第二の電極16
の内面により反射され、n型窒化ガリウム系層12の上
面から透明基板11に入射する。この透明基板11を透
過した励起光は、波長変換材17に入射することにな
り、波長変換材17は、入射する励起光によって、異な
る波長の光を発生させ、上方に向かって出射させる。こ
のようにして、波長変換型半導体素子10は、例えば白
色光を出射するようになっている。
The wavelength conversion type semiconductor device 10 according to the embodiment of the present invention is configured as described above. By applying a drive voltage between the extraction electrodes 19 a and 19 b of the submount 19, the n-type gallium nitride-based layer is formed. Excitation light is generated at the pn junction between the p-type gallium nitride-based layer 13 and the p-type gallium nitride-based layer 13, and the excitation light is applied to the first electrode 14 and the second electrode 16.
And is incident on the transparent substrate 11 from the upper surface of the n-type gallium nitride-based layer 12. The excitation light transmitted through the transparent substrate 11 is incident on the wavelength conversion material 17, and the wavelength conversion material 17 generates light of different wavelengths by the incident excitation light and emits the light upward. Thus, the wavelength conversion type semiconductor element 10 emits, for example, white light.

【0051】この場合、上記第二の電極16が、例えば
反射率50%以上である高反射率金属層16aを含んで
いることにより、励起光の第二の電極16による反射光
量が増大することになり、波長変換材17への励起光の
入射光量が増大することになる。従って、波長変換材1
7から出射する光量も増大するので、n型窒化ガリウム
系の波長変換型半導体素子10の発光効率が高められる
ことになる。
In this case, since the second electrode 16 includes the high-reflectance metal layer 16a having, for example, a reflectance of 50% or more, the amount of excitation light reflected by the second electrode 16 increases. And the amount of excitation light incident on the wavelength conversion material 17 increases. Therefore, the wavelength conversion material 1
7, the light emitting efficiency of the n-type gallium nitride-based wavelength conversion type semiconductor element 10 is improved.

【0052】さらに、第二の電極16が、導電性透明酸
化物層16bを含んでいることにより、この導電性透明
酸化物層16bがn型窒化ガリウム系層12と良好な電
気的接触を備えていることから、第二の電極12のn型
窒化ガリウム系層12に対する接触抵抗率が低減される
ことになる。従って、第一の電極14及び第二の電極1
6間に印加する駆動電圧が低くて済み、省電力型の半導
体素子が得られると共に、発熱量の低下によって、熱に
よる半導体素子の特性低下が抑制され得る。
Further, since the second electrode 16 includes the conductive transparent oxide layer 16b, the conductive transparent oxide layer 16b has good electrical contact with the n-type gallium nitride-based layer 12. Therefore, the contact resistivity of the second electrode 12 to the n-type gallium nitride-based layer 12 is reduced. Therefore, the first electrode 14 and the second electrode 1
The drive voltage applied between the electrodes 6 can be low, and a power-saving semiconductor element can be obtained. In addition, a decrease in the amount of heat generated can suppress a decrease in the characteristics of the semiconductor element due to heat.

【0053】また、p型窒化ガリウム系層13及びn型
窒化ガリウム系層12の周囲の端面が、下方に向かって
傾斜していることにより、第二の電極16のp型窒化ガ
リウム系層13及びn型窒化ガリウム系層12そして絶
縁膜15に対する第二の電極16の接触面積が増大する
ので、第二の電極16の密着性が向上する共に、第二の
電極で反射される励起光が上方に向かって反射されるの
で、励起光の取出し効率が向上することになる。
Further, since the peripheral end faces of the p-type gallium nitride-based layer 13 and the n-type gallium nitride-based layer 12 are inclined downward, the p-type gallium nitride-based layer 13 of the second electrode 16 is formed. Also, the contact area of the second electrode 16 with the n-type gallium nitride-based layer 12 and the insulating film 15 increases, so that the adhesion of the second electrode 16 is improved and the excitation light reflected by the second electrode is reduced. Since the light is reflected upward, the extraction efficiency of the excitation light is improved.

【0054】ここで、上記第二の電極16の各種特性を
検証する。この検証のために、図3に示すサンプル電極
20を作製した。このサンプル電極20は、例えばn〜
5×1018/cm3 のキャリア密度を有するn型窒化ガ
リウム系層21の上に、電子線加熱蒸着装置にて連続成
膜することにより、上述した第二の電極16と同じ構成
の電極22、即ち導電性透明酸化物層23及び高反射率
金属層24を順次に形成し、リフトオフ法によりパター
ン形成することにより、構成され、加熱処理は行なわな
かった。導電性透明酸化物層23は、上述した導電性透
明酸化物層16bと同様に構成されており、例えば膜厚
150nmの酸化亜鉛膜から構成されている。また、高
反射率金属層24は、上述した高反射率金属層16aと
同様に構成されており、例えば膜厚0.3nmのNi膜
及び膜厚300nmのAg膜を積層させることにより構
成されている。尚、比較のために、同じn型窒化ガリウ
ム系層21上に従来一般的に使用されている膜厚25n
mのTi膜及び膜厚1μmを形成したリファレンス電極
も作製し、電極のパターニング後に、窒素雰囲気中にて
500℃で20秒間加熱処理を行なった。尚、上記膜厚
は、何れも成膜時の膜厚モニタの値である。ここで、サ
ンプル電極20及びリファレンス電極の電極パターン
は、図4に示すように、円環状に形成されている。
Here, various characteristics of the second electrode 16 will be verified. For this verification, a sample electrode 20 shown in FIG. 3 was manufactured. This sample electrode 20 has, for example, n to
An electrode 22 having the same configuration as the above-described second electrode 16 is formed by continuously forming a film on the n-type gallium nitride-based layer 21 having a carrier density of 5 × 10 18 / cm 3 by using an electron beam evaporation device. That is, the conductive transparent oxide layer 23 and the high-reflectance metal layer 24 were sequentially formed and patterned by the lift-off method, and no heat treatment was performed. The conductive transparent oxide layer 23 has the same configuration as the above-described conductive transparent oxide layer 16b, and is formed of, for example, a 150-nm-thick zinc oxide film. The high-reflectivity metal layer 24 has the same configuration as the high-reflectivity metal layer 16a described above, and is formed by stacking, for example, a 0.3-nm-thick Ni film and a 300-nm-thick Ag film. I have. For comparison, a film thickness of 25 n, which is conventionally generally used, is formed on the same n-type gallium nitride-based layer 21.
A reference electrode formed with a m-thick Ti film and a 1 μm-thick film was also prepared. After patterning of the electrode, a heat treatment was performed at 500 ° C. for 20 seconds in a nitrogen atmosphere. Each of the above film thicknesses is a value of a film thickness monitor during film formation. Here, the electrode patterns of the sample electrode 20 and the reference electrode are formed in an annular shape as shown in FIG.

【0055】このようなサンプル電極20及びリファレ
ンス電極に対して、それぞれ駆動電源25により駆動電
圧を印加して、その電流−電圧特性を測定したところ、
図5のグラフに示すような特性曲線が得られた。この結
果、サンプル電極20及びリファレンス電極双方の電流
−電圧特性は、ほぼ等しいことが確認された。
A drive voltage was applied to the sample electrode 20 and the reference electrode by the drive power supply 25, and the current-voltage characteristics were measured.
A characteristic curve as shown in the graph of FIG. 5 was obtained. As a result, it was confirmed that the current-voltage characteristics of both the sample electrode 20 and the reference electrode were substantially equal.

【0056】次に、サンプル電極20及びリファレンス
電極の反射率を測定した。この反射率の測定は、双方の
電極を厚さ1mmの石英基板上にてパターニングせずに
形成し、石英基板側から光を入射させることにより、そ
の反射率を測定した(尚、この場合、双方の電極は、前
述した合金化処理は行なっていない。)ところ、図6の
グラフに示すような反射スペクトル特性が得られた。こ
の結果、リファレンス電極では、波長370nm以上で
反射率が40%であるのに対して、サンプル電極20で
は、波長370nm以上で約70%となり、50%以上
の反射率であることが確認された。
Next, the reflectances of the sample electrode 20 and the reference electrode were measured. In the measurement of the reflectance, both electrodes were formed on a quartz substrate having a thickness of 1 mm without patterning, and the reflectance was measured by irradiating light from the quartz substrate side (in this case, Both electrodes were not subjected to the alloying treatment described above.) However, reflection spectrum characteristics as shown in the graph of FIG. 6 were obtained. As a result, the reference electrode has a reflectance of 40% at a wavelength of 370 nm or more, whereas the sample electrode 20 has a reflectance of about 70% at a wavelength of 370 nm or more, and has a reflectance of 50% or more. .

【0057】また、上記波長変換型半導体素子10及び
図7に示した従来の波長変換型半導体素子1として、そ
れぞれ白色LEDを作製して、その相対全光束を比較し
た。各白色LEDとしては、それぞれサファイア基板上
にMOCVD法によりp型及びn型の窒化ガリウム系層
を順次に形成して、所謂励起光源素子としての窒化ガリ
ウム系紫外LEDを作製し、塩素系ガスによるRIE法
により、p型及びn型の窒化ガリウム系層の表面から約
400nm程度エッチングして、n型窒化ガリウム系層
を露出させた。第一の電極14として、約300nmの
Rh膜を形成すると共に、絶縁膜15として、約400
nmのSiO2 層を形成し、その後、チップ端面に、第
二の電極16として、上記サンプル電極20またはリフ
ァレンス電極と同様の構成の電極を形成し、Ti及びA
uから成るマウント用ボンディングパッド及びAu−S
n合金から成る共晶電極を形成した。ここで、すべての
電極及び絶縁膜は電子線加熱蒸着法により形成し、リフ
トオフ法によるパターニングを行なった。最後に、すべ
ての電極を形成した状態で、所謂スクライブ法によりチ
ップ毎に分離して、個々のチップをサブマウントにダイ
ボンディングして、紫外光を反射し且つ可視光を透過さ
せる酸化物絶縁膜と蛍光体から成る波長変換材をサファ
イア基板上に設置し、モールド樹脂により封止すること
により、白色LEDを作製した。
Further, white LEDs were manufactured as the wavelength conversion type semiconductor device 10 and the conventional wavelength conversion type semiconductor device 1 shown in FIG. 7, respectively, and their relative total luminous fluxes were compared. As each white LED, a p-type and an n-type gallium nitride-based layer are sequentially formed on a sapphire substrate by MOCVD to produce a gallium nitride-based ultraviolet LED as a so-called excitation light source element, and a chlorine-based gas is used. The n-type gallium nitride-based layer was exposed by etching about 400 nm from the surface of the p-type and n-type gallium nitride-based layers by RIE. A Rh film of about 300 nm is formed as the first electrode 14, and a Rh film of about 400 nm is formed as the insulating film 15.
Then, an electrode having the same structure as the sample electrode 20 or the reference electrode is formed as a second electrode 16 on the end face of the chip, and Ti and A
Mounting bonding pad made of u and Au-S
A eutectic electrode made of an n alloy was formed. Here, all the electrodes and the insulating films were formed by the electron beam evaporation method, and were patterned by the lift-off method. Finally, in a state where all the electrodes are formed, each chip is separated by a so-called scribing method, and each chip is die-bonded to a submount, and an oxide insulating film that reflects ultraviolet light and transmits visible light. A white LED was manufactured by placing a wavelength conversion material composed of a phosphor and a phosphor on a sapphire substrate and sealing it with a mold resin.

【0058】このようにして作製された本発明実施形態
による波長変換型半導体素子としての白色LEDと、従
来の白色LEDについて、DC20mAの駆動電流で駆
動して得られた白色光を積分球にて全光束測定を行なっ
たところ、従来の白色LEDの全光束を100としたと
き、本発明実施形態による白色LEDの全光束は172
となり、相対全光束が大幅に増加することが確認され
た。
With respect to the white LED as the wavelength conversion type semiconductor device according to the embodiment of the present invention and the conventional white LED, the white light obtained by driving with a driving current of 20 mA DC is integrated by an integrating sphere. When the total luminous flux was measured, assuming that the total luminous flux of the conventional white LED was 100, the total luminous flux of the white LED according to the embodiment of the present invention was 172.
It was confirmed that the relative total luminous flux increased significantly.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、第
二の電極が、高反射率金属層を含んでいることにより、
励起光の第二の電極による反射光量が増大することにな
り、波長変換材への励起光の入射光量が増大することに
なる。従って、波長変換材から出射する光量も増大する
ので、波長変換型半導体素子の発光効率が高められるこ
とになる。
As described above, according to the present invention, since the second electrode includes the high-reflectance metal layer,
The amount of excitation light reflected by the second electrode increases, and the amount of excitation light incident on the wavelength conversion material increases. Accordingly, the amount of light emitted from the wavelength conversion material also increases, so that the luminous efficiency of the wavelength conversion type semiconductor device is improved.

【0060】さらに、第二の電極が、導電性透明酸化物
層を含んでいることにより、この導電性透明酸化物層が
n型窒化ガリウム系層と良好な電気的接触を備えている
ので、第二の電極の接触抵抗率が低減されることにな
り、第一の電極及び第二の電極間に印加する駆動電圧が
低くて済み、省電力型の半導体素子が得られることにな
ると共に、発熱量が低下するので、熱による半導体素子
の特性低下が抑制され得ることになる。このようにし
て、本発明によれば、反射面として機能する電極の反射
率を高めると共に、接触抵抗を低減するようにした、極
めて優れた波長変換型半導体素子が提供され得る。
Further, since the second electrode includes the conductive transparent oxide layer, the conductive transparent oxide layer has good electrical contact with the n-type gallium nitride-based layer. The contact resistivity of the second electrode will be reduced, the driving voltage applied between the first electrode and the second electrode may be low, and a power-saving semiconductor element will be obtained, Since the calorific value is reduced, it is possible to suppress the deterioration of the characteristics of the semiconductor element due to heat. As described above, according to the present invention, it is possible to provide an extremely excellent wavelength conversion type semiconductor device in which the reflectance of the electrode functioning as the reflection surface is increased and the contact resistance is reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による波長変換型半導体素子の一実施形
態を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of a wavelength conversion type semiconductor device according to the present invention.

【図2】図1の波長変換型半導体素子における第二の電
極の構成を示す部分拡大断面図である。
FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view showing a configuration of a second electrode in the wavelength conversion type semiconductor device of FIG.

【図3】図1の波長変換型半導体素子における第二の電
極の検証を行なうためのサンプル電極の構成を示す概略
断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a configuration of a sample electrode for verifying a second electrode in the wavelength conversion type semiconductor device of FIG.

【図4】図3のサンプル電極の電極パターンを示す概略
平面図である。
FIG. 4 is a schematic plan view showing an electrode pattern of the sample electrode of FIG.

【図5】図3のサンプル電極及びリファレンス電極の電
流−電圧特性を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing current-voltage characteristics of the sample electrode and the reference electrode of FIG.

【図6】図3のサンプル電極及びリファレンス電極の反
射スペクトル特性を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing reflection spectrum characteristics of the sample electrode and the reference electrode of FIG.

【図7】従来の波長変換型半導体素子の一例の構成を示
す概略断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an example of a conventional wavelength conversion type semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 波長変換型半導体素子 11 透明基板 12 n型窒化ガリウム系層 13 p型窒化ガリウム系層 14 p型窒化ガリウム系用電極 14a ボンディングパッド 14b 共晶電極 15 絶縁膜 16 n型窒化ガリウム系用電極 16a 高反射率金属層 16b 導電性透明酸化物層 16c ボンディングパッド 16d 共晶電極 17 波長変換材 18 モールド樹脂 19 サブマウント 20 サンプル電極 21 n型窒化ガリウム系層21 22 電極 23 導電性透明酸化物層 24 高反射率金属層 25 駆動電源 Reference Signs List 10 wavelength conversion type semiconductor element 11 transparent substrate 12 n-type gallium nitride-based layer 13 p-type gallium nitride-based layer 14 p-type gallium nitride-based electrode 14a bonding pad 14b eutectic electrode 15 insulating film 16 n-type gallium nitride-based electrode 16a High reflectivity metal layer 16b Conductive transparent oxide layer 16c Bonding pad 16d Eutectic electrode 17 Wavelength conversion material 18 Mold resin 19 Submount 20 Sample electrode 21 n-type gallium nitride based layer 21 22 Electrode 23 Conductive transparent oxide layer 24 High reflectivity metal layer 25 Drive power supply

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土谷 正彦 東京都目黒区中目黒2−9−13スタンレ− 電気株式会社内 (72)発明者 平澤 洋 東京都目黒区中目黒2−9−13スタンレ− 電気株式会社内 (72)発明者 冨吉 俊夫 東京都目黒区中目黒2−9−13スタンレ− 電気株式会社内 Fターム(参考) 4M104 AA04 AA09 BB04 BB05 BB08 BB36 CC01 CC03 DD34 DD35 DD36 DD37 DD68 DD78 DD83 EE05 FF13 GG04 HH09 HH20 5F041 AA14 CA02 CA34 CA65 CA74 CA76 CA82 CA88 CA92 CA93 CA98 CB15 DA07 DA12 DA20 DA43 DB09 EE25  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masahiko Tsuchiya 2-9-13 Stanley, Nakameguro, Meguro-ku, Tokyo Inside Electric Co., Ltd. (72) Hiroshi Hirasawa 2-9-13 Stanley, Nakameguro, Meguro-ku, Tokyo − Within Electric Co., Ltd. (72) Inventor Toshio Tomiyoshi 2-9-13 Stanley, Nakameguro, Meguro-ku, Tokyo − F-term within Electric Co., Ltd. (reference) 4M104 AA04 AA09 BB04 BB05 BB08 BB36 CC01 CC03 DD34 DD35 DD36 DD37 DD68 DD78 DD83 EE05 FF13 GG04 HH09 HH20 5F041 AA14 CA02 CA34 CA65 CA74 CA76 CA82 CA88 CA92 CA93 CA98 CB15 DA07 DA12 DA20 DA43 DB09 EE25

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 pn接合を構成する下方のp型層及び上
方のn型層と、p型層の下面に備えられ且つp型層に電
気的に接触したpn接合からの励起光を外部に透過させ
ない第一の電極と、p型層及びn型層の端面を包囲し且
つn型層のみに電気的に接触した第二の電極と、を含む
半導体素子であって、 上記第二の電極が、pn接合からの励起光の波長近傍に
て反射率の高い材料から成る厚さ10nm以上の高反射
率金属層と、導電性透明酸化物層と、から構成されてい
ることを特徴とする、半導体素子。
An excitation light from a pn junction provided on a lower surface of a lower p-type layer and an upper n-type layer and electrically contacting the p-type layer and constituting a pn junction is externally provided. A semiconductor element comprising: a first electrode that does not transmit light; and a second electrode that surrounds end faces of the p-type layer and the n-type layer and is in electrical contact with only the n-type layer. Comprises a high-reflectivity metal layer having a thickness of 10 nm or more made of a material having a high reflectivity in the vicinity of the wavelength of the excitation light from the pn junction, and a conductive transparent oxide layer. , Semiconductor elements.
【請求項2】 pn接合を構成する下方のp型層及び上
方のn型層と、これらの上方に配設された波長変換材
と、p型層の下面に備えられ且つp型層に電気的に接触
したpn接合からの励起光を外部に透過させない第一の
電極と、p型層及びn型層の端面を包囲し且つn型層の
みに電気的に接触した第二の電極と、を含む波長変換型
半導体素子であって、 上記第二の電極が、pn接合からの励起光の波長近傍に
て反射率の高い材料から成る厚さ10nm以上の高反射
率金属層と、導電性透明酸化物層と、から構成されてい
ることを特徴とする、波長変換型半導体素子。
2. A lower p-type layer and an upper n-type layer constituting a pn junction, a wavelength conversion material disposed above the p-type layer and an upper n-type layer. A first electrode that does not transmit the excitation light from the pn junction that has come into contact with the outside, a second electrode that surrounds the end faces of the p-type layer and the n-type layer, and is electrically contacted only with the n-type layer, Wherein the second electrode has a high reflectivity metal layer having a thickness of 10 nm or more made of a material having a high reflectivity in the vicinity of the wavelength of the excitation light from the pn junction; A wavelength conversion type semiconductor device, comprising: a transparent oxide layer.
【請求項3】 pn接合を構成する下方のp型窒化ガリ
ウム系層(In(y)Al(1−x−y)Ga(x)
N:x+y≦1,0≦x≦1,0≦y≦1)及び上方の
n型窒化ガリウム系層と、これらの上方に配設された波
長変換材と、p型窒化ガリウム系層の下面に備えられ且
つp型窒化ガリウム系層に電気的に接触したpn接合か
らの励起光を外部に透過させないp型窒化ガリウム用の
第一の電極と、p型窒化ガリウム系層の端面及びpn接
合の領域の端面を包囲し且つpn接合からの励起光の波
長近傍にて透明である絶縁膜と、p型窒化ガリウム系層
及びn型窒化ガリウム系層の端面を包囲し且つn型窒化
ガリウム系層のみに電気的に接触したn型窒化ガリウム
系用の第二の電極と、を含む波長変換型半導体素子であ
って、 上記第二の電極が、pn接合からの励起光の波長近傍に
て反射率の高い材料から成る厚さ10nm以上の高反射
率金属層と、導電性透明酸化物層と、から構成されてい
ることを特徴とする、波長変換型半導体素子。
3. A lower p-type gallium nitride based layer (In (y) Al (1-xy) Ga (x) constituting a pn junction
N: x + y ≦ 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) and the upper n-type gallium nitride-based layer, the wavelength converter disposed above these layers, and the lower surface of the p-type gallium nitride-based layer A first electrode for p-type gallium nitride that does not allow externally transmitting excitation light from a pn junction electrically connected to the p-type gallium nitride-based layer, an end face of the p-type gallium nitride-based layer, and a pn junction An insulating film that surrounds the end face of the region and is transparent in the vicinity of the wavelength of the excitation light from the pn junction, and that surrounds the end faces of the p-type gallium nitride-based layer and the n-type gallium nitride-based layer and that the n-type gallium nitride-based A second electrode for an n-type gallium nitride system electrically contacting only the layer, wherein the second electrode is located near the wavelength of the excitation light from the pn junction. A high-reflectivity metal layer having a thickness of 10 nm or more and made of a material having a high reflectivity; And a conductive transparent oxide layer.
【請求項4】 p型窒化ガリウム系層及びn型窒化ガリ
ウム系層の周囲の端面が、垂直または下方に向かって傾
斜していることを特徴とする、請求項3に記載の波長変
換型半導体素子。
4. The wavelength conversion type semiconductor according to claim 3, wherein the end faces around the p-type gallium nitride-based layer and the n-type gallium nitride-based layer are vertically or downwardly inclined. element.
【請求項5】 上記導電性透明酸化物層が、厚さ5μm
以下であることを特徴とする、請求項2に記載の波長変
換型半導体素子。
5. The conductive transparent oxide layer has a thickness of 5 μm.
The wavelength conversion type semiconductor device according to claim 2, wherein:
【請求項6】 上記導電性透明酸化物層が、酸化亜鉛,
酸化インジウム,酸化スズまたはこれらの酸化物が主材
料となる化合物から構成されていることを特徴とする、
請求項3から5の何れかに記載の波長変換型半導体素
子。
6. The conductive transparent oxide layer comprises zinc oxide,
Characterized by being composed of indium oxide, tin oxide or a compound in which these oxides are a main material,
The wavelength conversion type semiconductor device according to claim 3.
【請求項7】 上記導電性透明酸化物層の膜厚dが、導
電性酸化物層の屈折率をn,励起光の波長をλとしたと
き、d=mλ/n(ただしmは整数)であることを特徴
とする、請求項3から6の何れかに記載の波長変換型半
導体素子。
7. When the thickness d of the conductive transparent oxide layer is n, the refractive index of the conductive oxide layer is n, and the wavelength of the excitation light is λ, d = mλ / n (where m is an integer). The wavelength conversion type semiconductor device according to any one of claims 3 to 6, wherein
【請求項8】 上記高反射率金属層が、Ag,Rhまた
はこれらの金属を含む合金膜または積層膜から構成され
ていることを特徴とする、請求項3から7の何れかに記
載の波長変換型半導体素子。
8. The wavelength according to claim 3, wherein the high reflectivity metal layer is made of Ag, Rh, or an alloy film or a laminated film containing these metals. Conversion type semiconductor element.
【請求項9】 上記導電性透明酸化物層及び高反射率金
属層の間に、金属単層膜,積層膜,合金膜または導電性
透明酸化物膜から成る中間電極層を備えていることを特
徴とする、請求項3から8の何れかに記載の波長変換型
半導体素子。
9. An intermediate electrode layer comprising a metal single-layer film, a laminated film, an alloy film or a conductive transparent oxide film is provided between the conductive transparent oxide layer and the high-reflectance metal layer. The wavelength conversion type semiconductor device according to any one of claims 3 to 8, characterized in that:
【請求項10】 波長変換型半導体素子が白色LEDで
あって、 上記第一の電極が、p型窒化ガリウム系用オーミック電
極であることを特徴とする、請求項3から9の何れかに
記載の波長変換型半導体素子。
10. The wavelength conversion type semiconductor device is a white LED, and the first electrode is a p-type gallium nitride based ohmic electrode. Wavelength conversion type semiconductor device.
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