JP2002246648A - 波長変換型半導体素子 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、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する。 【解決手段】 ｐｎ接合を構成する下方のｐ型層１３及
び上方のｎ型層１２と、これらの上方に配設された波長
変換材１７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１４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１６
と、を含む波長変換型半導体素子１０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１６ａと、導電性透明酸化物層１６ｂと、から構成さ
れるように、波長変換型半導体素子１０を構成する。
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する。 【解決手段】 ｐｎ接合を構成する下方のｐ型層１３及
び上方のｎ型層１２と、これらの上方に配設された波長
変換材１７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１４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１６
と、を含む波長変換型半導体素子１０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１６ａと、導電性透明酸化物層１６ｂと、から構成さ
れるように、波長変換型半導体素子１０を構成する。
Description
【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。
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。
【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。
（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。
【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。
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。
【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
Ｏ3 等の透明材料から構成されている。
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
Ｏ3 等の透明材料から構成されている。
【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。
／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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
ましくは、上記導電性透明酸化物層が、厚さ５μｍ以下
である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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
ｌ2 Ｏ3 等の透明材料から構成されている。
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
ｌ2 Ｏ3 等の透明材料から構成されている。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
態を示す概略断面図である。
【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。
極の構成を示す部分拡大断面図である。
【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。
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。
【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。
平面図である。
【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。
流−電圧特性を示すグラフである。
【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。
射スペクトル特性を示すグラフである。
【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。
す概略断面図である。
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
───────────────────────────────────────────────────── 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
Claims (10)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001040876A JP4925512B2 (ja) | 2001-02-16 | 2001-02-16 | 波長変換型半導体素子 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002246648A true JP2002246648A (ja) | 2002-08-30 |
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ID=18903392
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|---|---|---|---|
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