JP2004259549A

JP2004259549A - 透明電極膜

Info

Publication number: JP2004259549A
Application number: JP2003048065A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakahara; 健中原
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-02-25
Also published as: JP4034208B2; US7417263B2; US20080283863A1; TW200423434A; US20040166379A1; US7948003B2

Abstract

【課題】ＬＥＤ等の半導体発光素子や液晶は電極側から光を出射させるために、電極を透明な材料で構成し、透明電極を透過させて出射させている。透明電極としての材料であるＺｎＯは酸やアルカリによって侵食されやすく、イオンを含む水分の影響で電極の信頼性が失われることがある。本発明は、このような問題を解決するために、水分による劣化に強く耐酸性、耐アルカリ性のある透明電極膜を提供することを目的とする。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明は、Ｍｇを添加したＺｎＯ膜でＺｎＯを主材料とした透明電極の表面を被覆した透明電極である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、イオンを含む水分による劣化に強く耐酸性、耐アルカリ性のある透明電極膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＬＥＤ等の半導体発光素子や液晶は電極側から光を出射させるために、電極を透明な材料で構成し、透明電極を透過させて出射させている（例えば、特許文献１参照。）。透明電極としての材料であるＺｎＯは酸やアルカリによって侵食されやすく、イオンを含む水分の影響で電極の信頼性が失われることがある。また、ＬＥＤの発光を利用した白色光源として使用する場合、蛍光物質を混入したエポキシ樹脂で半導体発光素子を覆っている。従来の白色光源として使用する発光素子モジュールの構成を図４に示す。図４において、５１は半導体発光素子、５２はエポキシ樹脂、５３はモジュール基板である。図４に示すように、発光素子モジュールのモジュール基板５３上に搭載された半導体発光素子５１の全体をエポキシ樹脂５２で覆っている。半導体発光素子５１からの発光によって、エポキシ樹脂５２に混入した蛍光物質が励起されて白色に発光する。しかし、エポキシ樹脂５２は水分を通しやすく、エポキシ樹脂５２に含まれている水分や外部からの水分が浸入し、特に、イオンを含んでいる水分が、酸やアルカリを示して、半導体発光素子に使用されているＺｎＯ透明電極が侵食されることがある。これは恐らく、Ｚｎのイオン化傾向が大きいことによると考えられる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−７０６１０号公報（第（３）頁〜第（４）頁、第３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、このような問題を解決するために、イオンを含む水分侵入による劣化に強い透明電極膜を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
発明者は、発光素子の透明電極として使用するＺｎＯにＭｇを添加すると、耐酸性が飛躍的に向上することを見出した。図１にＭｇの添加量をパラメータにＭｇを添加したＺｎＯ透明電極の耐酸性を測定した実験結果を示す。図１において、横軸はエッチング時間、縦軸はエッチング量、ＭｇのパラメータはＺｎＯに対して添加するＭｇの重量％を示す。この実験では、３５％濃度の塩酸１に対して水１００の体積割合とした酸性液にＺｎＯ透明電極を浸してエッチング量を測定したものである。図１より、Ｍｇを添加しないＺｎＯ透明電極と比較して、Ｍｇを１２ｍｏｌ％以上添加すると、エッチング量は四分の１以下になることが分かる。このことは、同時にＭｇを添加したＺｎＯはイオンを含む水分に対しても信頼度劣化が防止できることを示すものである。
【０００６】
そこで、前述した目的を達成するために、本願発明は、Ｍｇを添加したＺｎＯ膜でＺｎＯを主材料とした透明電極の表面を被覆した透明電極である。
本願発明により、透明電極の耐酸性の強化とイオンを含む水分に対する信頼度劣化を防止することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
本願発明の第一の実施の形態を図２に示す。図２はＧａＮ系半導体発光素子に本願発明を適用した例である。図２において、１１はＭｇを添加したＺｎＯ膜、１２はＺｎＯ透明電極、１３は金属パターン、１４は金属電極、１５はサファイヤ基板、２１はｐ型ＧａＮ系半導体層、２２は発光層、２３はｎ型ＧａＮ系半導体層、２０はｐ型ＧａＮ系半導体層２１と、発光層２２と、ｎ型ＧａＮ系半導体層２３とを含むＧａＮ系半導体層である。本願において、ＧａＮ系半導体層とは、Ｉｎ_ｐＧａ_ｑＡｌ_ｒＮ（ｐ＋ｑ＋ｒ＝１、ｐ≧０、ｑ≧０、ｒ≧０）を少なくとも１層含む半導体層をいう。
【０００８】
このようなＧａＮ系半導体発光素子は、まず、サファイヤ基板１５の上面にＭＯＣＶＤ法などによりｎ型ＧａＮ系半導体層２３を形成する。ｎ型ＧａＮ系半導体層２３はｎ型ＧａＮとＧａＮバッファ層で構成することが好適である。ｎ型ＧａＮ系半導体層２３はＥＬＯ（ＥｐｉｔａｘｉａｌＬａｔｅｒａｌＯｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）で形成してもよい。ｎ型ＧａＮ系半導体層２３の上面に発光層２２を形成する。発光層２２は、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）又は／及びＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなる。また、発光層２２は、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ／ＧａＮ（０≦ｘ＜１）でＩｎとＧａとの比率を調整して、又はＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ／ＧａＮ（０≦ｙ＜１）でＡｌとＧａとの比率を調整して多重量子井戸構造としてもよい。さらに、Ｉｎ_ｐＧａ_ｑＡｌ_ｒＮ／ＧａＮ（ｐ＋ｑ＋ｒ＝１、ｐ≧０、ｑ≧０、ｒ≧０）でＩｎと、Ｇａと、Ａｌとの比率を調整して多重量子井戸構造としてもよい。また、発光層２２のｎ型ＧａＮ系半導体層の側にｎ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなる層を設けてもよいし、発光層２２のｐ型ＧａＮ系半導体層の側にｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなる層を設けてもよい。
【０００９】
次に、発光層２２の上面にｐ型ＧａＮ系半導体層２１を形成する。ｐ型ＧａＮ系半導体層２１の上面に、ＺｎＯ透明電極１２を形成した後に、ＺｎＯ透明電極１２、ｐ型ＧａＮ系半導体層２１、発光層２２、及びｎ型ＧａＮ系半導体層２３の一部をエッチングにより除去する。ｎ型ＧａＮ系半導体層２３は層の途中までエッチングする。次に、Ｍｇを添加したＺｎＯ膜１１を形成し、露出したｎ型ＧａＮ系半導体層２３の上面に金属電極１４を、Ｍｇを添加したＺｎＯ膜１１の上面に金属パターン１３を蒸着法やスパッタ法で形成する。
【００１０】
又は、発光層２２の上面にｐ型ＧａＮ系半導体層２１を形成した後、ｐ型ＧａＮ系半導体層２１、発光層２２、及びｎ型ＧａＮ系半導体層２３の一部をエッチングにより除去する。ｎ型ＧａＮ系半導体層２３は層の途中までエッチングする。次に、ｐ型ＧａＮ系半導体層２１の上面に、ＺｎＯ透明電極１２とさらにその上面にＭｇを添加したＺｎＯ膜１１を形成する。露出したｎ型ＧａＮ系半導体層２３の上面に金属電極１４を、Ｍｇを添加したＺｎＯ膜１１の上面には、金属パターン１３を蒸着法やスパッタ法で形成する。
【００１１】
前述のＭｇを添加したＺｎＯ膜１１は、ＭｇＯとＺｎＯの粉末を混合したものを焼成したターゲットを用いてスパッタ法、イオンプレーティング法などで形成する。また、金属Ｍｇ及び金属Ｚｎをヒータで加熱して分子線として供給し、酸素はＲＦラジカルセルで供給する分子線エピタキシー法に似た蒸着法でも形成することができる。
【００１２】
また、金属パターン１３を形成する材料としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｗ、Ｐｔ、若しくはＡｕのいずれか、又はこれらの合金を適用することができる。金属パターンにはボンディング用の金属パッドを含む。
【００１３】
本実施の形態で説明したようなＭｇを添加したＺｎＯ膜でＺｎＯ透明電極を被覆すると、Ｍｇを添加したＺｎＯ膜及びＺｎＯ透明電極が水分によって侵食されることを防止することができる。Ｍｇを添加したＺｎＯにはＺｎＯと同様の光透過性と導電性があるため、ＧａＮ系半導体層の一部から発光した光は、Ｍｇを添加したＺｎＯ膜を透過し、また、Ｍｇを添加したＺｎＯ膜１１の上面に形成された金属パターン１３とＺｎＯ透明電極１２との導通も確保される。
【００１４】
本実施の形態では、サファイヤ基板１５の上面にＧａＮ系半導体層を形成したが、サファイヤ基板１５に替えて、導電性基板上にＧａＮ系半導体発光素子を形成してもよい。また、ＧａＮ系半導体層の上面に透明電極を形成した例を説明したが、ＧａＮ系半導体層ばかりでなく、半導体発光素子となる半導体層や、さらには、液晶等の電子素子のようにＺｎＯ透明電極を形成する素子には本願発明を適用することができる。
【００１５】
（実施の形態２）
本願発明の第二の実施の形態を図３に示す。図３はＧａＮ系半導体発光素子に本願発明を適用した例である。図３において、１１はＭｇを添加したＺｎＯ膜、１２はＺｎＯ透明電極、１３は金属パターン、１４は金属電極、１５はサファイヤ基板、２１はｐ型ＧａＮ系半導体層、２２は発光層、２３はｎ型ＧａＮ系半導体層、２０はｐ型ＧａＮ系半導体層２１と、発光層２２と、ｎ型ＧａＮ系半導体層２３とを含むＧａＮ系半導体層である。
【００１６】
金属パターン１３を形成する材料としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｗ、Ｐｔ、若しくはＡｕのいずれか、又はこれらの合金を適用することができる。金属パターンにはボンディング用の金属パッドを含む。
【００１７】
実施の形態１と異なる点は、ＺｎＯ透明電極１２の上面ばかりでなく、側面もＭｇを添加したＺｎＯ膜で被覆されていることである。このようなＧａＮ系半導体発光素子は、実施の形態１と同様の工程で作製することができる。
【００１８】
図３に示すように、ＺｎＯ透明電極１２の上面ばかりでなく、側面もＭｇを添加したＺｎＯ膜で被覆されているため、光透過性と導電性を確保しつつ、Ｍｇを添加したＺｎＯ膜及びＺｎＯ透明電極が水分によって侵食されることをより効果的に防止することができる。また、Ｍｇを添加したＺｎＯ膜上に金属パターンをエッチングで形成する際にも、一層の耐酸性の向上によりＭｇを添加したＺｎＯ膜及びＺｎＯ透明電極を保護することができる。
【００１９】
本実施の形態では、サファイヤ基板１５の上面にＧａＮ系半導体層を形成したが、サファイヤ基板１５に替えて、導電性基板上にＧａＮ系半導体発光素子を形成してもよい。また、ＧａＮ系半導体層の上面に透明電極を形成した例を説明したが、ＧａＮ系半導体層ばかりでなく、半導体発光素子となる半導体層や、さらには、液晶等の電子素子にＺｎＯ透明電極を形成する素子には本願発明を適用することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明によればイオンを含む水分による劣化に強く耐酸性、耐アルカリ性のある透明電極膜を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の基礎をなす、Ｍｇを添加したＺｎＯの耐酸性を測定したグラフである。
【図２】本願発明をＧａＮ系半導体発光素子に適用した実施の形態を示す構成図であって、Ｍｇを添加したＺｎＯ膜でＺｎＯ透明電極の上面を被覆した透明電極を説明する図である。
【図３】本願発明をＧａＮ系半導体発光素子に適用した実施の形態を示す構成図であって、Ｍｇを添加したＺｎＯ膜でＺｎＯ透明電極の表面を被覆した透明電極を説明する図である。
【図４】従来の白色光源として使用する発光素子モジュールの構成を説明する図である。
【符号の説明】
１１：Ｍｇを添加したＺｎＯ膜
１２：ＺｎＯ透明電極
１３：金属パターン
１４：金属電極
１５：サファイヤ基板
２０：ＧａＮ系半導体層
２１：ｐ型ＧａＮ系半導体層
２２：発光層
２３：ｎ型ＧａＮ系半導体層

Claims

Ｍｇを添加したＺｎＯ膜でＺｎＯを主材料とした透明電極の表面を被覆した透明電極。