JP2014045094A - Method for preparing protective film with high transmittance and method for manufacturing semiconductor light emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、省エネで長寿命を実現できるＬＥＤ(Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ)などの表面に保護膜を形成する高透過率保護膜作製方法およびこれを用いたＬＥＤなどの半導体発光素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a high transmittance protective film in which a protective film is formed on the surface of an LED (Light Emitting Diode) or the like that can realize long life with energy saving, and a method for manufacturing a semiconductor light emitting device such as an LED using the same.
この種の表面の保護膜を備えた従来の半導体発光素子としてのＬＥＤは次の図８に示されている。 An LED as a conventional semiconductor light emitting device having a protective film of this type is shown in FIG.
図８は、特許文献１に開示されている従来の半導体発光素子のＬＥＤ素子構造を示す縦断面図である。 FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing the LED element structure of a conventional semiconductor light emitting element disclosed in Patent Document 1. In FIG.
図８において、従来の半導体発光素子としてのＬＥＤ１００は、サファイアからなる基板１０１上に、ｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体層１０２、ＧａＮとＩｎＧａＮを交互に積層した多重量子井戸構造からなる活性層１０３、ｐ型ＧａＮからなるｐ型半導体層１０４が順次積層された半導体層の素子構造になっている。なお、これらのｎ型半導体層１０２およびｐ型半導体層１０４は、それぞれ、ｎ型コンタクト層およびｐ型コンタクト層を含む構造となっている。 In FIG. 8, an LED 100 as a conventional semiconductor light emitting device includes an n-type semiconductor layer 102 made of n-type GaN and an active layer 103 made of a multiple quantum well structure in which GaN and InGaN are alternately stacked on a substrate 101 made of sapphire. , A p-type semiconductor layer 104 made of p-type GaN is sequentially stacked. The n-type semiconductor layer 102 and the p-type semiconductor layer 104 have a structure including an n-type contact layer and a p-type contact layer, respectively.
積層されたｐ型半導体層１０４、活性層１０３およびｎ型半導体層１０２の一部を、エッチングにより除去することにより、ｎ型半導体層１０２のｎ型コンタクト層を露出し、その露出した部分に、半導体層側からＷ／Ｐｔの膜を順次積層して、ｎ電極１０７を形成する。一方、ｐ型半導体層１０４のｐ型コンタクト層の上面には、半導体層側からＡｇ／Ｎｉ／Ｐｔ順次積層して、ｐ電極１０５を形成している。 By removing a part of the stacked p-type semiconductor layer 104, active layer 103 and n-type semiconductor layer 102 by etching, the n-type contact layer of the n-type semiconductor layer 102 is exposed, and the exposed portion is exposed to An n-electrode 107 is formed by sequentially stacking W / Pt films from the semiconductor layer side. On the other hand, on the upper surface of the p-type contact layer of the p-type semiconductor layer 104, Ag / Ni / Pt is sequentially laminated from the semiconductor layer side to form a p-electrode 105.
また、バンプ形成のため、ｐ電極１０５上には、Ａｕからなるｐパッド１０６を形成し、ｎ電極１０７上には、Ａｕからなるｎパッド１０８を形成している。このように、ｐ電極１０５およびｐパッド１０６、ｎ電極１０７およびｎパッド１０８を、それぞれ、積層した半導体層に対する電極部としている。 In order to form bumps, a p-pad 106 made of Au is formed on the p-electrode 105, and an n-pad 108 made of Au is formed on the n-electrode 107. As described above, the p electrode 105 and the p pad 106, and the n electrode 107 and the n pad 108 are electrode portions for the stacked semiconductor layers, respectively.
上述した素子構造において、ｐパッド１０６およびｎパッド１０８におけるバンプのための開口部を除き、半導体層（ｎ型半導体層１０２、活性層１０３およびｐ型半導体層１０４）および電極部（ｐ電極１０５およびｐパッド１０６、ｎ電極１０７およびｎパッド１０８）の周囲を被覆するように、絶縁性を有するＳｉＮからなるＳｉＮ膜１０９（第１保護膜）を積層し、次に、ＳｉＮ膜１０９上を被覆するように、絶縁性を有するＳｉＯからなるＳｉＯ膜１１０（第２保護膜）を積層している。 In the element structure described above, the semiconductor layer (n-type semiconductor layer 102, active layer 103, and p-type semiconductor layer 104) and electrode portion (p-electrode 105 and p-type semiconductor layer 104) except for openings for bumps in the p-pad 106 and n-pad 108 are used. An SiN film 109 (first protective film) made of SiN having an insulating property is laminated so as to cover the periphery of the p pad 106, the n electrode 107 and the n pad 108), and then the SiN film 109 is covered. Thus, the SiO film 110 (second protective film) made of insulating SiO is laminated.
このように、第１層目をＳｉＮ膜１０９、第２層目をＳｉＯ膜１１０とした２層構造の保護膜を形成している。 In this way, a protective film having a two-layer structure in which the first layer is the SiN film 109 and the second layer is the SiO film 110 is formed.
Ａｇを含有するｐ電極１０５の周囲だけでなく、素子全体の周囲を、ＳｉＮ膜１０９およびＳｉＯ膜１１０の２層構造により保護する構造となっている。ＳｉＮ膜１０９は水分の通過を遮断する機能を有している。 In this structure, not only the periphery of the p electrode 105 containing Ag but also the periphery of the entire device is protected by a two-layer structure of the SiN film 109 and the SiO film 110. The SiN film 109 has a function of blocking the passage of moisture.
これらのＳｉＮ膜１０９およびその上のＳｉＯ膜１１０は、プラズマＣＶＤ法で形成されており、特に、高密度プラズマを用いたプラズマＣＶＤ法（装置）が好適である。なお、同様のＳｉＮ膜１０９、ＳｉＯ膜１１０を形成できれば、他の方法、例えば、スパッタリング法（装置）、真空蒸着法（装置）などを用いることもできる。 The SiN film 109 and the SiO film 110 thereon are formed by a plasma CVD method, and a plasma CVD method (apparatus) using high-density plasma is particularly suitable. As long as the same SiN film 109 and SiO film 110 can be formed, other methods such as sputtering (apparatus) and vacuum deposition (apparatus) can be used.
前述したように、ＳｉＮ膜１０９からなる保護膜は、防水性は高いが、光透過率が低く、絶縁耐圧が劣るという問題がある。 As described above, the protective film made of the SiN film 109 is highly waterproof, but has a problem that the light transmittance is low and the withstand voltage is inferior.
そこで、ＳｉＮ膜１０９を、防水性を保つことができる膜厚とすると共に、このＳｉＮ膜１０９の外側に、防水性は劣るが、光透過率が高く、絶縁耐圧が高いＳｉＯ膜１１０を積層する構造としている。 Therefore, the SiN film 109 is formed to have a film thickness that can maintain the waterproof property, and the SiO film 110 having a high light transmittance and a high withstand voltage is laminated on the outside of the SiN film 109 although the waterproof property is inferior. It has a structure.
このように、従来の半導体発光素子としてのＬＥＤ１００は、、基板１０１上に形成されたｎ型半導体層１０２、活性層１０３およびｐ型半導体層１０４と、これらの電極となる電極部（ｐ電極１０５およびその上のｐパッド１０６）および電極部（ｎ電極１０７およびｎパッド１０８）とを有している。 As described above, the LED 100 as the conventional semiconductor light emitting device includes the n-type semiconductor layer 102, the active layer 103, and the p-type semiconductor layer 104 formed on the substrate 101, and electrode portions (p-electrode 105) serving as these electrodes. And a p-pad 106) and an electrode portion (n-electrode 107 and n-pad 108).
この保護膜として、ｎ型半導体層１０２、活性層１０３およびｐ型半導体層１０４と、これらの電極となる電極部（ｐ電極１０５およびその上のｐパッド１０６）および電極部（ｎ電極１０７およびｎパッド１０８）との周囲を膜厚３５ｎｍ以上の窒化珪素からなるＳｉＮ膜１０９で被覆し、ＳｉＮ膜１０９の周囲をＳｉＮ膜１０９の膜厚より厚い酸化珪素からなるＳｉＯ膜１１０で被覆している。 As this protective film, an n-type semiconductor layer 102, an active layer 103, and a p-type semiconductor layer 104, and electrode portions (p electrode 105 and p pad 106 thereon) and electrode portions (n electrode 107 and n) are formed. The periphery of the pad 108) is covered with a SiN film 109 made of silicon nitride having a thickness of 35 nm or more, and the periphery of the SiN film 109 is covered with a SiO film 110 made of silicon oxide thicker than the SiN film 109.
このように、第１保護膜は、膜厚が３５ｎｍ以上の窒化珪素からなるＳｉＮ膜１０９とし、その上の第２保護膜は、膜中のＳｉ−ＯＨ結合量が１．３×１０２１個/ｃｍ３以下の酸化珪素からなるＳｉＯ膜１１０でＳｉＮ膜１０９上を被覆する構造である。さらに、上記電極部の少なくとも１つが銀を含有する金属からなっている。 Thus, the first protective film is the SiN film 109 made of silicon nitride having a film thickness of 35 nm or more, and the second protective film thereon has 1.3 × 10 21 Si—OH bonds in the film. In this structure, the SiN film 109 is covered with a SiO film 110 made of silicon oxide of / cm 3 or less. Furthermore, at least one of the electrode portions is made of a metal containing silver.
特許文献１に開示されている従来の半導体発光素子としてのＬＥＤ１００では、保護膜としてのＳｉＯ膜１１０中のＨ２量（Ｓｉ−Ｈ結合）が多いことによる保護膜の光吸収の影響によって光透過率ロスが生じて高光透過性の保護膜を得ることができないという問題を有していた。 In the LED 100 as the conventional semiconductor light emitting element disclosed in Patent Document 1, light transmission is caused by the effect of light absorption of the protective film due to the large amount of H 2 (Si—H bond) in the SiO film 110 as the protective film. There was a problem that a loss of rate occurred and a highly light-transmissive protective film could not be obtained.
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、膜中のＨ２量（Ｓｉ−Ｈ結合）を抑制して光透過率ロスを軽減して高光透過性の保護膜を得ることができる高透過率保護膜作製方法およびこれを用いた半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and can suppress the loss of light transmittance by suppressing the amount of H 2 (Si—H bond) in the film to obtain a highly light-transmitting protective film. It is an object of the present invention to provide a method for producing a transmittance protective film and a method for producing a semiconductor light emitting device using the same.
本発明の高透過率保護膜作製方法は、ＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合ガスを用いて保護膜としてＳｉｘＯｙ膜を所定膜厚に成膜する際に、該保護膜中のＨ２離脱量を１．０×１０20［個／ｃｍ３］を超えるかまたは１．１×１０20［個／ｃｍ３］以上１．６×１０20［個／ｃｍ３］以下に設定して該保護膜として該ＳｉｘＯｙ膜を成膜するものであり、そのことにより上記目的が達成される。 In the high transmittance protective film manufacturing method of the present invention, when a Si x O y film having a predetermined thickness is formed as a protective film using a mixed gas of SiH 4 and N 2 O, H 2 in the protective film is formed. The separation amount is set to exceed 1.0 × 10 20 [pieces / cm 3 ] or 1.1 × 10 20 [pieces / cm 3 ] to 1.6 × 10 20 [pieces / cm 3 ] and less The Si x O y film is formed as a protective film, thereby achieving the above object.
また、好ましくは、本発明の高透過率保護膜作製方法における保護膜中のＨ２離脱量を１．１×１０20［個／ｃｍ３］に設定して該保護膜として前記ＳｉｘＯｙ膜を成膜する。 Preferably, the amount of H 2 detachment in the protective film in the high transmittance protective film manufacturing method of the present invention is set to 1.1 × 10 20 [pieces / cm 3 ], and the Si x O y is used as the protective film. A film is formed.
さらに、好ましくは、本発明の高透過率保護膜作製方法における保護膜中のＳｉ−Ｈ結合強度によるＦＴ−ＩＲピークシフトを０ｃｍ−１以上０．０００５ｃｍ−１以下に設定して該保護膜として前記ＳｉｘＯｙ膜を成膜する。 Further, preferably, the high transmittance protective layer said protective layer by setting the FT-IR peak shift below 0 cm -1 or more 0.0005Cm -1 by Si-H bond strength of the protective film in the manufacturing method of the present invention The Si x O y film is formed.
さらに、好ましくは、本発明の高透過率保護膜作製方法における保護膜中のＳｉ−Ｈ結合強度によるＦＴ−ＩＲピークシフトを０ｃｍ−１に設定して該保護膜として前記ＳｉｘＯｙ膜を成膜する。 Furthermore, preferably, the Si x O y film is used as the protective film by setting the FT-IR peak shift due to the Si—H bond strength in the protective film in the high transmittance protective film manufacturing method of the present invention to 0 cm −1. Form a film.
さらに、好ましくは、本発明の高透過率保護膜作製方法におけるＳｉＨ４と前記Ｎ２Ｏの混合ガス比における該ＳｉＨ４の割合を０．５パーセント〜１．８パーセントに設定して前記保護膜として前記ＳｉｘＯｙ膜を成膜する。 Furthermore, preferably, the ratio of SiH 4 in the mixed gas ratio of SiH 4 and N 2 O in the high transmittance protective film manufacturing method of the present invention is set to 0.5% to 1.8%, and the protective film The Si x O y film is formed as follows.
さらに、好ましくは、本発明の高透過率保護膜作製方法におけるＳｉＨ４と前記Ｎ２Ｏの混合ガス比における該ＳｉＨ４の割合を０．５パーセント〜１．１パーセントに設定して前記保護膜として前記ＳｉｘＯｙ膜を成膜する。 Furthermore, preferably, the ratio of SiH 4 in the mixed gas ratio of SiH 4 and N 2 O in the high transmittance protective film manufacturing method of the present invention is set to 0.5% to 1.1%, and the protective film The Si x O y film is formed as follows.
さらに、好ましくは、本発明の高透過率保護膜作製方法におけるＳｉＨ４と前記Ｎ２Ｏの混合ガス比における該ＳｉＨ４の割合を０．８パーセントに設定して前記保護膜として前記ＳｉｘＯｙ膜を成膜する。 Further, preferably, the Si x O as the protective film is set by setting the ratio of SiH 4 in the mixed gas ratio of SiH 4 and the N 2 O in the high transmittance protective film manufacturing method of the present invention to 0.8%. A y film is formed.
さらに、好ましくは、本発明の高透過率保護膜作製方法におけるＳｉｘＯｙ膜の所定膜厚は、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とする。 Furthermore, preferably, the predetermined film thickness of the Si x O y film in the method for producing a high transmittance protective film of the present invention is 50 nm or more and 500 nm or less.
さらに、好ましくは、本発明の高透過率保護膜作製方法におけるＳｉｘＯｙ膜の所定膜厚は、７５ｎｍ以上２３５ｎｍ以下とする。 Further preferably, the predetermined film thickness of the Si x O y film in the method for producing a high transmittance protective film of the present invention is 75 nm or more and 235 nm or less.
さらに、好ましくは、本発明の高透過率保護膜作製方法におけるＳｉｘＯｙ膜はプラズマＣＶＤにより成膜され、プラズマパワーのＲＦパワーが０．１６Ｗ／ｃｍ2である。 Further preferably, the Si x O y film in the high transmittance protective film manufacturing method of the present invention is formed by plasma CVD, and the RF power of the plasma power is 0.16 W / cm 2 .
さらに、好ましくは、本発明の高透過率保護膜作製方法におけるプラズマＣＶＤはキャリアガスとしてＮ２を用いて前記ＳｉｘＯｙ膜を成膜する。 Further preferably, plasma CVD in the high transmittance protective film manufacturing method of the present invention forms the Si x O y film by using N 2 as a carrier gas.
さらに、好ましくは、本発明の高透過率保護膜作製方法における保護膜は、前記ＳｉｘＯｙ膜、ＳｉｘＮｙ膜およびＳｉｘＯｙＮｚ膜のうちの少なくとも該ＳｉｘＯｙ膜を有している。 Further, preferably, the protective film in the high permeability protective film manufacturing method of the present invention, the Si x O y film, at least the Si x O y film of Si x N y film and Si x O y N z film have.
さらに、好ましくは、本発明の高透過率保護膜作製方法における保護膜は、前記ＳｉｘＯｙ膜としてＳｉＯ２膜である。 Further preferably, the protective film in the high transmittance protective film manufacturing method of the present invention is a SiO 2 film as the Si x O y film.
さらに、好ましくは、本発明の高透過率保護膜作製方法における保護膜は、前記ＳｉｘＮｙ膜としてのＳｉＮ膜と、前記ＳｉｘＯｙ膜としてのＳｉＯ２膜との２層構造である。 Further preferably, the protective film in the high transmittance protective film manufacturing method of the present invention has a two-layer structure of a SiN film as the Si x N y film and a SiO 2 film as the Si x O y film. .
本発明の半導体発光素子の製造方法は、本発明の上記高透過率保護膜作製方法により素子表面に前記保護膜としてＳｉｘＯｙ膜を成膜する保護膜形成工程と、複数の電極上の該保護膜をそれぞれ開口する電極開口工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The semiconductor light emitting device manufacturing method of the present invention includes a protective film forming step of forming a Si x O y film as the protective film on the surface of the device by the above-described high transmittance protective film manufacturing method of the present invention, And an electrode opening step for opening each of the protective films, whereby the above object is achieved.
また、好ましくは、本発明の半導体発光素子の製造方法における保護膜形成工程の前段に、基板上に複数の半導体層を順次形成する半導体層形成工程と、該複数の半導体層に複数の電極を形成する電極形成工程とを有する。 Preferably, a semiconductor layer forming step of sequentially forming a plurality of semiconductor layers on the substrate, and a plurality of electrodes on the plurality of semiconductor layers are provided before the protective film forming step in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention. Forming an electrode.
さらに、好ましくは、本発明の半導体発光素子の製造方法における保護膜形成工程において、プラズマＣＶＤ装置のカソードへの単位面積当たりの供給電力が０．３４Ｗ／ｃｍ２以下のプラズマパワーにより前記ＳｉｘＯｙ膜を成膜する。 Further preferably, in the protective film forming step in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, the Si x O is supplied by a plasma power of 0.34 W / cm 2 or less to a cathode of the plasma CVD apparatus. A y film is formed.
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。 With the above configuration, the operation of the present invention will be described below.
本発明においては、ＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合ガスを用いて保護膜としてＳｉｘＯｙ膜を所定膜厚に成膜する際に、保護膜中のＨ２離脱量を１．０×１０20［個／ｃｍ３］を超えるかまたは１．１×１０20［個／ｃｍ３］以上１．６×１０20［個／ｃｍ３］以下に設定して保護膜としてＳｉｘＯｙ膜を成膜する。 In the present invention, when a Si x O y film is formed as a protective film to a predetermined film thickness using a mixed gas of SiH 4 and N 2 O, the H 2 desorption amount in the protective film is 1.0 × 10 6. 20 [pieces / cm 3 ] or more than 1.1 × 10 20 [pieces / cm 3 ] and 1.6 × 10 20 [pieces / cm 3 ] or less, and a Si x O y film as a protective film Form a film.
これによって、保護膜中のＨ２離脱量を１．０×１０20［個／ｃｍ３］を超えるかまたは１．１×１０20［個／ｃｍ３］以上１．６×１０20［個／ｃｍ３］以下に設定することにより、膜中のＨ２量（Ｓｉ−Ｈ結合）を抑制してＨ２量にいよる光透過率ロスを軽減して、高光透過性の保護膜を得ることが可能となる。 As a result, the amount of H 2 detachment in the protective film exceeds 1.0 × 10 20 [pieces / cm 3 ], or 1.1 × 10 20 [pieces / cm 3 ] or more and 1.6 × 10 20 [pieces / cm 2 ]. cm 3 ] or less, the amount of H 2 (Si—H bond) in the film is suppressed and the light transmittance loss due to the amount of H 2 is reduced, thereby obtaining a highly light-transmissive protective film. Is possible.
以上により、本発明によれば、保護膜中のＨ２離脱量を１．０×１０20［個／ｃｍ３］を超えるかまたは１．１×１０20［個／ｃｍ３］以上１．６×１０20［個／ｃｍ３］以下に設定するため、膜中のＨ２量（Ｓｉ−Ｈ結合）を抑制してＨ２量による光透過率ロスを軽減することができて、高光透過性の保護膜を得ることができる。 As described above, according to the present invention, the H 2 detachment amount in the protective film exceeds 1.0 × 10 20 [pieces / cm 3 ] or 1.1 × 10 20 [pieces / cm 3 ] or more and 1.6. Since it is set to × 10 20 [pieces / cm 3 ] or less, the light transmittance loss due to the amount of H 2 can be reduced by suppressing the amount of H 2 (Si—H bond) in the film, and the light transmittance is high. The protective film can be obtained.
以下に、本発明の高透過率保護膜作製方法を含む半導体発光素子の製造方法を窒化物半導体発光素子の製造方法の実施形態１に適用した場合について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。 Hereinafter, a case where a method for manufacturing a semiconductor light emitting device including the method for producing a high transmittance protective film of the present invention is applied to Embodiment 1 of a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device will be described in detail with reference to the drawings. In addition, each thickness, length, etc. of the structural member in each figure are not limited to the structure to illustrate from a viewpoint on drawing preparation.
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における窒化物半導体発光素子の要部構成例を示す縦断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of the configuration of the main part of a nitride semiconductor light emitting device according to Embodiment 1 of the present invention.
図１において、本実施形態１の窒化物半導体発光素子１は、表面に凹凸が形成された厚さ約３００μｍの基板として例えばサファイヤ基板２上に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から成る膜厚約１５ｎｍのバッファ層３が成膜されている。そのバッファ層３上にノンドープのＧａＮから成る膜厚約５００ｎｍのノンドープＧａＮ層４が成膜されている。これらのサファイヤ基板２、バッファ層３およびノンドープＧａＮ層４が単結晶性基板２１を構成している。 In FIG. 1, the nitride semiconductor light emitting device 1 of Embodiment 1 has a film thickness of about 15 nm made of aluminum nitride (AlN) on, for example, a sapphire substrate 2 as a substrate of about 300 μm thickness with irregularities formed on the surface. A buffer layer 3 is formed. On the buffer layer 3, a non-doped GaN layer 4 made of non-doped GaN and having a thickness of about 500 nm is formed. These sapphire substrate 2, buffer layer 3 and non-doped GaN layer 4 constitute a single crystal substrate 21.
さらに、本実施形態１の窒化物半導体発光素子１において、この単結晶性基板２１上にシリコン（Ｓｉ）を１×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮからなる膜厚約５μｍのｎ型コンタクト層５（高キャリヤ濃度ｎ＋層）が形成されている。このｎ型コンタクト層５上には多重層６が形成され、この多重層６上には多重量子井戸構造の発光層７が形成されている。 Furthermore, in the nitride semiconductor light emitting device 1 of the first embodiment, the n-type contact layer 5 having a film thickness of about 5 μm made of GaN doped with silicon (Si) 1 × 10 18 / cm 3 on the single crystalline substrate 21. (High carrier concentration n + layer) is formed. A multi-layer 6 is formed on the n-type contact layer 5, and a light-emitting layer 7 having a multi-quantum well structure is formed on the multi-layer 6.
この多重層６は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜０．３）からなる第１の層とＧａＮからなる第２の層とを交互に複数積層されている。この多重層６は、ここでは例えば、膜厚３ｎｍのＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなる第１の層と、膜厚２０ｎｍのＧａＮからなる第２の層とを５ペア積層している。 The multiple layer 6 is formed by alternately stacking a plurality of first layers made of In x Ga 1-x N (0 <x <0.3) and second layers made of GaN. In this multilayer 6, for example, five pairs of a first layer made of In 0.03 Ga 0.97 N with a thickness of 3 nm and a second layer made of GaN with a thickness of 20 nm are stacked. .
この多重層６のうちの第１の層に、一導電型不純物としてＳｉがその濃度として、５×１０１６ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３（さらに好ましくは、１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３）の範囲で添加されて、発光層７が受ける静電破壊エネルギ（ｍＪ／ｃｍ２）が２０以上４０以下（さらに好ましくは、２０以上３５以下）とされている。 The first layer of the multi-layer 6 has a concentration of Si as one conductivity type impurity of 5 × 10 16 cm −3 to 1 × 10 18 cm −3 (more preferably 1 × 10 17 cm − 3 to 1 × 10 18 cm −3 ), and the electrostatic breakdown energy (mJ / cm 2 ) received by the light emitting layer 7 is 20 to 40 (more preferably, 20 to 35). Yes.
具体的には、所定項目の逆方向電気特性（逆方向電流）をパラメータとして、発光層７が受ける静電破壊エネルギ（ｍＪ／ｃｍ２）と多重層６の第１層におけるＳｉ濃度との関係を示す特性曲線において、静電破壊エネルギ（ｍＪ／ｃｍ２）の極小値に対応するＳｉの濃度に設定されている。 Specifically, the relationship between the electrostatic breakdown energy (mJ / cm 2 ) received by the light emitting layer 7 and the Si concentration in the first layer of the multi-layer 6 using the reverse electrical characteristics (reverse current) of a predetermined item as a parameter. Is set to a Si concentration corresponding to the minimum value of electrostatic breakdown energy (mJ / cm 2 ).
多重量子井戸構造の発光層７の井戸層は少なくともＩｎを含むＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ＜０．３）からなっている。このように、多重量子井戸構造の発光層７は、ここでは例えば、膜厚３ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎから成る井戸層と、膜厚２０ｎｍのＧａＮから成る障壁層とを３ペア積層している。 The well layer of the light emitting layer 7 having a multiple quantum well structure is made of In y Ga1-yN (0 ≦ y <0.3) containing at least In. As described above, the light emitting layer 7 having a multiple quantum well structure includes, for example, three pairs of a well layer made of In 0.2 Ga 0.8 N having a thickness of 3 nm and a barrier layer made of GaN having a thickness of 20 nm. Laminated.
さらに、本実施形態１の窒化物半導体発光素子１において、この発光層７上に、Ｍｇを２×１０１９／ｃｍ３ドープした膜厚２５ｎｍのｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなるｐ型層である電子ブロック層８が形成されている。この電子ブロック層８上には、Ｍｇを８×１０１９ドープした膜厚１００ｎｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層９が形成されている。 Furthermore, in the nitride semiconductor light emitting device 1 of the first embodiment, the light emitting layer 7 is made of p-type Al 0.15 Ga 0.85 N having a thickness of 25 nm doped with 2 × 10 19 / cm 3 of Mg. An electron blocking layer 8 that is a p-type layer is formed. A p-type contact layer 9 made of p-type GaN having a thickness of 100 nm doped with 8 × 10 19 Mg is formed on the electron block layer 8.
このｐ型コンタクト層９上には、金属蒸着による透光性薄膜電極１０（ＩＴＯ）が形成されている。透光性薄膜電極１０の一部上にｐ電極１１が形成されｙている。 On the p-type contact layer 9, a translucent thin film electrode 10 (ITO) is formed by metal vapor deposition. A p-electrode 11 is formed on a part of the translucent thin film electrode 10.
一方、ｎ型コンタクト層５の端部が途中まで露出され、その上にｎ電極１２が形成されている。ｐ電極１１およびｎ電極１２上の最上部には、ＳｉｘＯｙ膜としてのＳｉＯ２膜よりなる耐湿度用などの保護膜１３が形成されている。 On the other hand, an end portion of the n-type contact layer 5 is exposed partway, and an n-electrode 12 is formed thereon. On top of the p-electrode 11 and the n-electrode 12, a protective film 13 for moisture resistance made of a SiO 2 film as a Si x O y film is formed.
保護膜１３は、透光性薄膜電極１０、ｐ電極１１、ｎ電極１２およびｎ型コンタクト層５の露出表面、さらに、ｎ型コンタクト層５の端部途中までの、多重層６、発光層７、電子ブロック層８、ｐ型コンタクト層９および透光性薄膜電極１０（ＩＴＯ）のエッチング除去側面に形成されている。 The protective film 13 includes the light-transmitting thin film electrode 10, the p electrode 11, the n electrode 12, and the exposed surface of the n-type contact layer 5, and further to the middle of the end of the n-type contact layer 5. The electron blocking layer 8, the p-type contact layer 9, and the translucent thin film electrode 10 (ITO) are formed on the etching side surfaces.
このように、保護膜１３は、ｐ電極１１およびｎ電極１２と素子表面とを覆って保護するものである。保護膜１３は、ＳｉＯ２膜の単層構造であってもよいが、ＳｉｘＮｙ膜としてのＳｉＮ膜と、その上のＳｉｘＯｙ膜としてのＳｉＯ２膜との２層構造であってもよい。また、上下が逆で、ＳｉｘＯｙ膜としてのＳｉＯ２膜と、その上のＳｉｘＮｙ膜としてのＳｉＮ膜との２層構造であってもよい。これらの場合は、ＳｉＮ膜がパッシベーション膜として機能する。 Thus, the protective film 13 covers and protects the p electrode 11 and the n electrode 12 and the element surface. The protective film 13 may have a single-layer structure of SiO 2 film, but has a two- layer structure of a SiN film as a Si x N y film and a SiO 2 film as a Si x O y film thereon. May be. Alternatively, the structure may be a two-layer structure of an upside down SiO 2 film as a Si x O y film and a SiN film as a Si x N y film thereon. In these cases, the SiN film functions as a passivation film.
要するに、保護膜１３は、ＳｉｘＯｙ膜、ＳｉｘＮｙ膜およびＳｉｘＯｙＮｚ膜のうちの少なくともＳｉｘＯｙ膜を有している。 In short, the protective film 13 includes at least a Si x O y film among a Si x O y film, a Si x N y film, and a Si x O y N z film.
図２は、図１の窒化物半導体発光素子１の高透過率保護膜作製方法において、シラン（ＳｉＨ４）とＮ２Ｏのガス混合比におけるシラン（ＳｉＨ４）の混合割合に対する光透過率の関係を示す図である。 Figure 2 is the high transmission protective film manufacturing method of the nitride semiconductor light emitting device 1 of FIG. 1, silane (SiH 4) and the light transmittance of the mixing ratio of the silane in the gas mixing ratio of N 2 O (SiH 4) It is a figure which shows a relationship.
図２に示すように、シラン（ＳｉＨ４）とＮ２Ｏの混合ガスで保護膜１３としてＳｉＯ２膜をプラズマ雰囲気中で所定膜厚に成膜する保護膜形成工程において、シラン（ＳｉＨ４）とＮ２Ｏの混合比におけるシラン（ＳｉＨ４）の割合が０．８パーセントのときにプラズマパワーのＲＦパワーが０．１６Ｗ／ｃｍ2で透過率が９１．５パーセント程度になって透過率が最大になる。一方、シラン（ＳｉＨ４）とＮ２Ｏの混合比におけるシラン（ＳｉＨ４）の割合が０．５パーセントのときにプラズマパワーのＲＦパワーが０．１６Ｗ／ｃｍ2で透過率が９１パーセント程度になる。このように、シラン（ＳｉＨ４）とＮ２Ｏの混合ガスにおけるシラン（ＳｉＨ４）の混合割合が０．８パーセントのときにプラズマパワーのＲＦパワーが０．１６Ｗ／ｃｍ2で保護膜１３の光透過率が最大値になるから、光透過率が９１パーセントを確保しようとするとシラン（ＳｉＨ４）の割合が０．５パーセント〜１．１パーセントになる。 As shown in FIG. 2, in a protective film forming step of forming a SiO 2 film as a protective film 13 with a mixed gas of silane (SiH 4 ) and N 2 O into a predetermined film thickness in a plasma atmosphere, silane (SiH 4 ) When the ratio of silane (SiH 4 ) in the mixing ratio of N 2 O is 0.8%, the RF power of the plasma power is 0.16 W / cm 2 and the transmittance is about 91.5%, and the transmittance is Become the maximum. On the other hand, when the ratio of silane (SiH 4 ) in the mixing ratio of silane (SiH 4 ) and N 2 O is 0.5%, the RF power of the plasma power is 0.16 W / cm 2 and the transmittance is about 91%. Become. Thus, when the mixing ratio of silane (SiH 4 ) in the mixed gas of silane (SiH 4 ) and N 2 O is 0.8%, the RF power of the plasma power is 0.16 W / cm 2 and the protective film 13 Since the light transmittance becomes the maximum value, the ratio of silane (SiH 4 ) becomes 0.5% to 1.1% when the light transmittance is to be secured at 91%.
また、シラン（ＳｉＨ４）とＮ２Ｏの混合比におけるシラン（ＳｉＨ４）の割合が１．８パーセントのときにプラズマパワーのＲＦパワーが０．１６Ｗ／ｃｍ2で保護膜１３の透過率が９０．５パーセント程度になり、シラン（ＳｉＨ４）の割合が２．７パーセントのときには、プラズマパワーのＲＦパワーが０．１６Ｗ／ｃｍ2で透過率が８９．５パーセント程度になる。このように、シラン（ＳｉＨ４）の混合比が増えるほど保護膜１３の透過率が低下していく。したがって、シラン（ＳｉＨ４）とＮ２Ｏの混合比におけるシラン（ＳｉＨ４）の割合が０．５パーセント〜１．８パーセントのときにプラズマパワーのＲＦパワーが０．１６Ｗ／ｃｍ2で保護膜１３の透過率が９１．５〜９０．５パーセント程度になる。このように、ＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合ガス比におけるＳｉＨ４の割合を０．５パーセント〜１．８パーセントに設定して高透過率の保護膜１３としてＳｉｘＯｙ膜を成膜することができる。 When the ratio of silane (SiH 4 ) in the mixing ratio of silane (SiH 4 ) and N 2 O is 1.8%, the RF power of the plasma power is 0.16 W / cm 2 and the transmittance of the protective film 13 is When the ratio is about 90.5 percent and the ratio of silane (SiH 4 ) is 2.7 percent, the RF power of the plasma power is 0.16 W / cm 2 and the transmittance is about 89.5 percent. Thus, the transmittance of the protective film 13 decreases as the mixing ratio of silane (SiH 4 ) increases. Therefore, when the ratio of silane (SiH 4 ) in the mixing ratio of silane (SiH 4 ) and N 2 O is 0.5% to 1.8%, the RF power of the plasma power is 0.16 W / cm 2 and the protective film The transmittance of 13 is about 91.5 to 90.5 percent. Thus, the Si x O y film is formed as the high transmittance protective film 13 by setting the ratio of SiH 4 in the mixed gas ratio of SiH 4 and N 2 O to 0.5 to 1.8 percent. be able to.
要するに、本実施形態１の高透過率保護膜作製方法において、ＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合ガスを用いてプラズマ雰囲気中で保護膜１３としてＳｉＯ２膜をプラズマパワーのＲＦパワーが０．１６Ｗ／ｃｍ2で所定膜厚に成膜する際に、ＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合ガス比におけるＳｉＨ４の割合を０．５パーセント〜１．８パーセントにする。さらに好ましくは、ＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合ガス比におけるＳｉＨ４の割合を０．５パーセント〜１．１パーセントにする。これによって、保護膜１３の光透過率を９１パーセント以上の高透過率の保護膜１３を作製することができる。さらに、好ましくは、ＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合ガス比におけるＳｉＨ４の割合を０．８パーセントにすることにより、プラズマパワーのＲＦパワーが０．１６Ｗ／ｃｍ2で保護膜１３の透過率を９１．５パーセント程度の透過率の最大値に設定することができて最も透明な保護膜１３を得ることができる。 In short, in the high permeability protective film manufacturing method of the embodiment 1, the SiO 2 film is RF power of the plasma power as a protective layer 13 in a plasma atmosphere using a mixed gas of SiH 4 and N 2 O 0.16 W / in forming a predetermined film thickness in cm 2, the ratio of SiH 4 in the mixed gas ratio of SiH 4 and N 2 O to 0.5 percent to 1.8 percent. More preferably, the ratio of SiH 4 in the mixed gas ratio of SiH 4 and N 2 O is 0.5 percent to 1.1 percent. As a result, the protective film 13 having a high transmittance of 91% or more can be produced. Further, preferably, by setting the ratio of SiH 4 in the mixed gas ratio of SiH 4 and N 2 O to 0.8%, the RF power of the plasma power is 0.16 W / cm 2 and the transmittance of the protective film 13 is increased. The maximum value of the transmittance of about 91.5% can be set, and the most transparent protective film 13 can be obtained.
図３は、図１の窒化物半導体発光素子１の高透過率保護膜作製方法において、シラン（ＳｉＨ４）とＮ２Ｏのガス混合比におけるシラン（ＳｉＨ４）の混合割合に対するＨ２離脱量の関係を示す図である。なお、Ｈ２離脱量は膜中からＨ２がどれだけの量が出てくるのかを調べている。 3, in the high permeability protective film manufacturing method of the nitride semiconductor light emitting device 1 of FIG. 1, silane (SiH 4) with H 2 leaving amount for the mixing ratio of the silane in the gas mixing ratio of N 2 O (SiH 4) It is a figure which shows the relationship. It should be noted that the amount of H 2 desorbed is examined to see how much H 2 comes out of the film.
図３を示すように、シラン（ＳｉＨ４）とＮ２Ｏのガス混合比におけるシラン（ＳｉＨ４）の割合を減らして行くとＨ２離脱量も減ってこれとは逆に透過率が増えて保護膜１３は透明になって行く。シラン（ＳｉＨ４）とＮ２Ｏの混合比におけるシラン（ＳｉＨ４）の割合が１．８パーセントのときにプラズマパワーのＲＦパワーが０．１６Ｗ／ｃｍ2で保護膜１３中のＨ２離脱量が１．６×１０20［個／ｃｍ３］になる。シラン（ＳｉＨ４）の割合が０．５パーセントのときにプラズマパワーのＲＦパワーが０．１６Ｗ／ｃｍ2で保護膜１３中のＨ２離脱量が１．０×１０20［個／ｃｍ３］または１．１×１０20［個／ｃｍ３］になってそこでサーチレイトする。Ｈ２離脱量が１．６×１０20［個／ｃｍ３］を基準に取ると、シラン（ＳｉＨ４）とＮ２Ｏの混合比におけるシラン（ＳｉＨ４）の割合が１．８パーセント以下になる。 As shown in FIG. 3, when the ratio of silane (SiH 4 ) in the gas mixture ratio of silane (SiH 4 ) and N 2 O is decreased, the H 2 desorption amount is also decreased, and the transmittance is increased. The protective film 13 becomes transparent. When the ratio of silane (SiH 4 ) in the mixing ratio of silane (SiH 4 ) and N 2 O is 1.8%, the RF power of the plasma power is 0.16 W / cm 2 and the H 2 desorption amount in the protective film 13 Becomes 1.6 × 10 20 [pieces / cm 3 ]. When the ratio of silane (SiH 4 ) is 0.5%, the RF power of the plasma power is 0.16 W / cm 2 and the H 2 desorption amount in the protective film 13 is 1.0 × 10 20 [pieces / cm 3 ]. Or it becomes 1.1 × 10 20 [pieces / cm 3 ] and search rate is performed there. When H 2 leaving amount takes based on the 1.6 × 10 20 [pieces / cm 3], silane (SiH 4) and N ratio of silane (SiH 4) in 2 O mixing ratio of below 1.8 percent Become.
したがって、シラン（ＳｉＨ４）とＮ２Ｏのガス混合比におけるシラン（ＳｉＨ４）の割合は０．５パーセント以上１．８パーセント以下にする。このとき、保護膜１３中のＨ２離脱量が１．０×１０20［個／ｃｍ３］を超えるかまたは１．１×１０20［個／ｃｍ３］以上１．６×１０20［個／ｃｍ３］以下とする。したがって、保護膜１３中のＨ２脱離量が１．０×１０20［個／ｃｍ３］を超えるかまたは１．１×１０20［個／ｃｍ３］以上１．６×１０20［個／ｃｍ３］以下のＳｉｘＯｙ膜を保護膜１３として製造すればよいことが分かる。さらに好ましくは、保護膜１３中のＨ２離脱量を１．１×１０20［個／ｃｍ３］に設定してシラン（ＳｉＨ４）の割合が０．８パーセントのときに保護膜１３の透過率を９１．５パーセントの最大値とすることができる。 Therefore, the ratio of silane (SiH 4 ) in the gas mixture ratio of silane (SiH 4 ) and N 2 O is 0.5% or more and 1.8% or less. At this time, the amount of H 2 detachment in the protective film 13 exceeds 1.0 × 10 20 [pieces / cm 3 ], or 1.1 × 10 20 [pieces / cm 3 ] or more and 1.6 × 10 20 [pieces]. / Cm 3 ] or less. Therefore, the H 2 desorption amount in the protective film 13 exceeds 1.0 × 10 20 [pieces / cm 3 ] or 1.1 × 10 20 [pieces / cm 3 ] to 1.6 × 10 20 [pieces]. / Cm 3 ] or less of the SixOy film can be manufactured as the protective film 13. More preferably, when the H 2 desorption amount in the protective film 13 is set to 1.1 × 10 20 [pieces / cm 3 ] and the ratio of silane (SiH 4 ) is 0.8%, the permeation of the protective film 13 The rate can be a maximum of 91.5 percent.
ここで、図１の光透過率と保護膜中のＨ２離脱量とは相関関係がある。要するに、保護膜中のＨ２離脱量が小さいほど光透過率が大きくなっている。 Here, there is a correlation between the light transmittance in FIG. 1 and the amount of H 2 desorption in the protective film. In short, the light transmittance increases as the H 2 separation amount in the protective film decreases.
図４は、図１の窒化物半導体発光素子１の高透過率保護膜作製方法において、保護膜１３のＳｉ−Ｈ結合強度に対する保護膜１３の光透過率の関係を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship of the light transmittance of the protective film 13 with respect to the Si—H bond strength of the protective film 13 in the high transmittance protective film manufacturing method of the nitride semiconductor light emitting device 1 of FIG.
図４に示すように、Ｓｉ−Ｈ結合強度（ＦＴ−ＩＲピークシフト）が小さいほど保護膜１３の光透過率が高くなる。図２および図３のときのシラン（ＳｉＨ４）の割合が０．８パーセントではＳｉ−Ｈ結合強度（ＦＴ−ＩＲピークシフト）が０であった。シラン（ＳｉＨ４）の割合が１．８パーセントではＳｉ−Ｈ結合強度（ＦＴ−ＩＲピークシフト）が０．０００５ｃｍ−１であり、このとき、光透過率は９０．５パーセントになっている。 As shown in FIG. 4, the light transmittance of the protective film 13 increases as the Si—H bond strength (FT-IR peak shift) decreases. When the ratio of silane (SiH 4 ) in FIGS. 2 and 3 was 0.8%, the Si—H bond strength (FT-IR peak shift) was zero. When the ratio of silane (SiH 4 ) is 1.8%, the Si—H bond strength (FT-IR peak shift) is 0.0005 cm −1 , and at this time, the light transmittance is 90.5%.
したがって、保護膜１３中のＳｉ−Ｈ結合強度（ＦＴ−ＩＲピークシフト）を０ｃｍ−１以上０．０００５ｃｍ−１以下とする。さらに好ましくは、保護膜１３中のＳｉ−Ｈ結合強度（ＦＴ−ＩＲピークシフト）を０ｃｍ−１に設定してシラン（ＳｉＨ４）の割合が０．８パーセントのときに保護膜１３の透過率を９１．５パーセントの最大値にすることができる。 Therefore, Si-H bond strength of the protective film 13 (FT-IR peak shift) to 0 cm -1 or more 0.0005Cm -1 or less. More preferably, the transmittance of the protective film 13 is set when the Si—H bond strength (FT-IR peak shift) in the protective film 13 is set to 0 cm −1 and the ratio of silane (SiH 4 ) is 0.8%. Can be a maximum of 91.5 percent.
図５は、図１の窒化物半導体発光素子１の高透過率保護膜作製方法において、保護膜１３中のＨ２離脱量に対する保護膜１３のＳｉ−Ｈ結合強度の関係を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship of the Si—H bond strength of the protective film 13 with respect to the amount of H 2 desorbed in the protective film 13 in the method for manufacturing the high-transmittance protective film of the nitride semiconductor light emitting device 1 of FIG.
図５に示すように、保護膜１３中のＨ２離脱量が小さくなるほどＳｉ−Ｈ結合強度（ＦＴ−ＩＲピークシフト）が小さくなって光透過率が良好になる。保護膜１３中のＨ２離脱量が１．６×１０20［個／ｃｍ３］のときにＳｉ−Ｈ結合強度（ＦＴ−ＩＲピークシフト）が０．０００５ｃｍ−１であり、保護膜１３中のＨ２離脱量が１．１×１０20［個／ｃｍ３］のときにＳｉ−Ｈ結合強度（ＦＴ−ＩＲピークシフト）が０ｃｍ−１である。したがって、保護膜１３中のＨ２離脱量が１×１０20［個／ｃｍ３］を超え１．６×１０20［個／ｃｍ３］以下または、Ｈ２離脱量が１．１×１０20［個／ｃｍ３］以上１．６×１０20［個／ｃｍ３］以下のときにＳｉ−Ｈ結合強度（ＦＴ−ＩＲピークシフト）が０ｃｍ−１以上０．０００５ｃｍ−１以下である。 As shown in FIG. 5, the smaller the amount of H 2 desorbed in the protective film 13, the smaller the Si—H bond strength (FT-IR peak shift) and the better the light transmittance. When the amount of H 2 detachment in the protective film 13 is 1.6 × 10 20 [pieces / cm 3 ], the Si—H bond strength (FT-IR peak shift) is 0.0005 cm −1. The Si—H bond strength (FT-IR peak shift) is 0 cm −1 when the H 2 detachment amount is 1.1 × 10 20 [pieces / cm 3 ]. Therefore, the H 2 desorption amount in the protective film 13 exceeds 1 × 10 20 [pieces / cm 3 ] and is 1.6 × 10 20 [pieces / cm 3 ] or less, or the H 2 desorption amount is 1.1 × 10 20. [pieces / cm 3] or 1.6 × 10 20 [pieces / cm 3] or less Si-H bond strength when (FT-IR peak shift) is less than 0 cm -1 or more 0.0005cm -1.
Ｓｉ−Ｈ結合強度（ＦＴ−ＩＲピークシフト）が０ｃｍ−１とは、Ｏ−Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−ＯＨおよびＳｉ−Ｈの各種結合のうち、Ｓｉ−Ｈ結合強度によるＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光法；Ｆｏｕｒｉｅｒ−Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ＩｎｆｒａＲｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）ピークシフトが０ｃｍ−１になっている。即ち、ＦＴ−ＩＲピークシフトは、図６に示すＳｉ−Ｈ、ＩＲ強度測定波形から求めることができる。図６は、横軸の赤外線波長に対する縦軸のピーク値を示している。Ｓｉ−Ｈ結合があると、横軸の赤外線波長が２２００のところにピーク値が現れる。なお、図６でＳｉＨ４が７ｓｃｃｍはＳｉＨ４の混合比２が２パーセント程度である。 The Si—H bond strength (FT-IR peak shift) of 0 cm −1 is FT-IR (Fourier transform) based on Si—H bond strength among various bonds of O—Si—H, Si—OH, and Si—H. Infrared spectroscopy; Fourier-Transform InfraRed spectroscopy) peak shift is 0 cm −1 . That is, the FT-IR peak shift can be obtained from the Si-H and IR intensity measurement waveforms shown in FIG. FIG. 6 shows the peak value on the vertical axis with respect to the infrared wavelength on the horizontal axis. If there is a Si—H bond, a peak value appears at an infrared wavelength of 2200 on the horizontal axis. Incidentally, SiH 4 in FIG. 6 is 7sccm is a mixture ratio 2 of SiH 4 is approximately 2 percent.
なお、フーリエ変換赤外分光法において、物質に赤外線を照射すると物質によって特定の波長の光が選択的に吸収される。このようにして得られた赤外吸収スペクトルの吸収波長から定性分析を行い、更に標準試料を用いた検量線法により定量分析も可能である。 In Fourier transform infrared spectroscopy, when a substance is irradiated with infrared rays, light having a specific wavelength is selectively absorbed by the substance. Qualitative analysis can be performed from the absorption wavelength of the infrared absorption spectrum thus obtained, and quantitative analysis can also be performed by a calibration curve method using a standard sample.
次に、上記構成の窒化物半導体発光素子１の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device 1 having the above configuration will be described.
図７は、図１の窒化物半導体発光素子１の製造方法における各製造工程を示す工程流れ図である。 FIG. 7 is a process flowchart showing each manufacturing process in the method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device 1 of FIG.
図７に示すように、本実施形態１の窒化物半導体発光素子１の製造方法は、ステップＳ１でサファイヤ基板２を所定位置に受け入れるサファイヤ基板２の基板受け入れ工程と、ステップＳ２でサファイヤ基板２の表面に凹凸を形成する表面凹凸加工工程と、ステップＳ３でＭＯＣＶＤ法により、ステップＳ３で、サファイヤ基板２の表面凹凸加工面上に、バッファ層３、ノンドープＧａＮ層４、ｎ型コンタクト層５、多重層６、多重量子井戸構造の発光層７、電子ブロック層８およびｐ型コンタクト層９をこの順に順次形成するＭＯＣＶＤ工程と、ステップＳ４でｐ型コンタクト層９上に透光性薄膜電極１０を形成する透明性電極形成工程と、ステップＳ５で、基板端部をｎ型コンタクト層５の途中までエッチング除去してｎ型コンタクト層５の端部を途中で露出させ、ｎ型コンタクト層５の端部表面上にｎ電極１２を形成すると共に、透光性薄膜電極１０の一部表面上にｐ電極１１を形成するｐ電極１１およびｎ電極１２の電極形成工程と、ステップＳ６で、透光性薄膜電極１０、ｐ電極１１、ｎ電極１２およびｎ型コンタクト層５の露出表面、さらにエッチング除去側面に耐湿度用などに保護膜１３を形成する保護膜形成工程と、ステップＳ７で、ｐ電極１１およびｎ電極１２上の保護膜１３をそれぞれ開口する電極開口部工程とを有している。 As shown in FIG. 7, in the method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device 1 according to the first embodiment, the sapphire substrate 2 is received in a predetermined position in step S1, and the sapphire substrate 2 is received in step S2. A surface irregularity processing step for forming irregularities on the surface, a MOCVD method in step S3, a buffer layer 3, a non-doped GaN layer 4, an n-type contact layer 5 on the surface irregularity processed surface of the sapphire substrate 2 in step S3, The MOCVD process for sequentially forming the multilayer 6, the light emitting layer 7, the electron blocking layer 8 and the p-type contact layer 9 in this order, and the light-transmitting thin film electrode 10 is formed on the p-type contact layer 9 in step S4. The transparent electrode forming step to be performed, and in step S5, the substrate end portion is etched away to the middle of the n-type contact layer 5 to remove the n-type contact layer P electrode 11 that exposes the end of the n-type contact layer 5 to form an n-electrode 12 on the surface of the end of the n-type contact layer 5 and a p-electrode 11 on a part of the surface of the translucent thin film electrode 10 In the electrode forming process of the n-electrode 12, and in step S6, the protective film 13 for moisture resistance is provided on the exposed surface of the translucent thin film electrode 10, the p-electrode 11, the n-electrode 12 and the n-type contact layer 5, and further on the etching removal side surface. A protective film forming step for forming the protective film 13 and an electrode opening step for opening the protective film 13 on the p-electrode 11 and the n-electrode 12 in step S7.
要するに、本実施形態１の窒化物半導体発光素子１の製造方法は、単結晶性基板２１上に複数の半導体層として、ｎ型コンタクト層５、多重層６、多重量子井戸構造の発光層７、電子ブロック層８およびｐ型コンタクト層９をこの順に順次形成する半導体層形成工程（ＭＯＣＶＤ工程）と、複数の半導体層に複数の電極としてｐ電極１１およびｎ電極１２を形成する電極形成工程とを有している。 In short, the method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device 1 of Embodiment 1 includes the n-type contact layer 5, the multiple layer 6, the multiple quantum well structure light emitting layer 7 as a plurality of semiconductor layers on the single crystal substrate 21. A semiconductor layer forming step (MOCVD step) for sequentially forming the electron block layer 8 and the p-type contact layer 9 in this order, and an electrode forming step for forming the p electrode 11 and the n electrode 12 as a plurality of electrodes on a plurality of semiconductor layers. Have.
さらに、本実施形態１の窒化物半導体発光素子１の製造方法は、本実施形態１の高透過率保護膜作製方法により最上部に保護膜１３としてＳｉｘＯｙ膜を成膜する保護膜形成工程と、複数の電極としてｐ電極１１およびｎ電極１２上の保護膜１３をそれぞれ開口する電極開口工程とを有している。 Furthermore, the manufacturing method of the nitride semiconductor light emitting device 1 according to the first embodiment is a protective film formation in which a Si x O y film is formed as the protective film 13 on the top by the high transmittance protective film manufacturing method according to the first embodiment. A process and an electrode opening process of opening the protective film 13 on the p-electrode 11 and the n-electrode 12 as a plurality of electrodes, respectively.
ステップＳ６の保護膜形成工程は、シラン（ＳｉＨ４）とＮ２Ｏの混合ガスで保護膜１３としてＳｉＯ２膜をプラズマＣＶＤ法によりプラズマ雰囲気中で所定膜厚に成膜する。これによって、素子の最上部には、ＳｉＯ２膜よりなる保護膜１３が形成され、ｐ電極１１およびｎ電極１２上の保護膜１３をそれぞれ開口する。 In the protective film forming step in step S6, a SiO 2 film is formed as a protective film 13 with a mixed film of silane (SiH 4 ) and N 2 O to a predetermined film thickness in a plasma atmosphere by a plasma CVD method. As a result, a protective film 13 made of a SiO 2 film is formed on the top of the element, and the protective film 13 on the p-electrode 11 and the n-electrode 12 is opened.
保護膜形成工程において、プラズマＣＶＤ装置のカソードへの単位面積当たりの供給電力が０．３４Ｗ／ｃｍ２以下のプラズマパワーによりＳｉｘＯｙ膜を成膜する。または、ＳｉｘＯｙ膜はプラズマＣＶＤにより成膜され、プラズマパワーのＲＦパワーが０．１６Ｗ／ｃｍ2以下であってもよい。プラズマＣＶＤはキャリアガスとしてＮ２を用いてＳｉｘＯｙ膜を成膜する。このとき、保護膜１３としてのＳｉｘＯｙ膜の所定膜厚は、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とする。また好ましくは、保護膜１３としてのＳｉｘＯｙ膜の所定膜厚は、７５ｎｍ以上２３５ｎｍ以下とする。窒化物半導体発光素子１が青色ＬＥＤの場合に、波長の周期的に光透過率が決まるが、保護膜１３の膜厚が７７ｎｍが最も良く次の周期ではその３倍の２３１ｎｍになるので誤差を含めて、保護膜１３の膜厚としては７５ｎｍ以上２３５ｎｍ以下としている。青色ＬＥＤの他に赤色ＬＥＤや緑色ＬＥＤの光透過率を考慮して保護膜１３の膜厚範囲を５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下としている。 In the protective film forming step, the Si x O y film is formed with a plasma power of 0.34 W / cm 2 or less of the power supplied per unit area to the cathode of the plasma CVD apparatus. Alternatively, the Si x O y film may be formed by plasma CVD, and the RF power of the plasma power may be 0.16 W / cm 2 or less. In plasma CVD, a Si x O y film is formed using N 2 as a carrier gas. At this time, the predetermined film thickness of the Si x O y film as the protective film 13 is set to 50 nm or more and 500 nm or less. Preferably, the predetermined film thickness of the Si x O y film as the protective film 13 is not less than 75 nm and not more than 235 nm. When the nitride semiconductor light-emitting element 1 is a blue LED, the light transmittance is determined periodically with respect to the wavelength. However, the thickness of the protective film 13 is best at 77 nm, and the next period becomes 231 nm, which is three times that error. Including, the thickness of the protective film 13 is not less than 75 nm and not more than 235 nm. In consideration of the light transmittance of the red LED and the green LED in addition to the blue LED, the film thickness range of the protective film 13 is set to 50 nm or more and 500 nm or less.
繰り返して説明するが、本実施形態１の保護膜形成工程における高透過率保護膜作製方法において、ＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合ガスを用いてプラズマ雰囲気中で保護膜１３としてＳｉＯ２膜をプラズマパワーのＲＦパワーが０．１６Ｗ／ｃｍ2で所定膜厚に成膜する際に、ＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合ガス比におけるＳｉＨ４の割合を０．５パーセント〜１．８パーセントにする。さらに好ましくは、ＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合ガス比におけるＳｉＨ４の割合を０．５パーセント〜１．１パーセントにする。さらに、好ましくは、ＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合ガス比におけるＳｉＨ４の割合を０．８パーセントにすることにより、プラズマパワーのＲＦパワーが０．１６Ｗ／ｃｍ2で保護膜１３の透過率を９１．５パーセント程度の透過率の最大値に設定することができる。 As will be described repeatedly, in the method for manufacturing a high-transmittance protective film in the protective film forming process of Embodiment 1, a SiO 2 film is formed as a protective film 13 in a plasma atmosphere using a mixed gas of SiH 4 and N 2 O. RF power of power in forming a predetermined thickness at 0.16 W / cm 2, the ratio of SiH 4 in the mixed gas ratio of SiH 4 and N 2 O to 0.5 percent to 1.8 percent. More preferably, the ratio of SiH 4 in the mixed gas ratio of SiH 4 and N 2 O is 0.5 percent to 1.1 percent. Further, preferably, by setting the ratio of SiH 4 in the mixed gas ratio of SiH 4 and N 2 O to 0.8%, the RF power of the plasma power is 0.16 W / cm 2 and the transmittance of the protective film 13 is increased. The maximum value of the transmittance of about 91.5% can be set.
また、保護膜１３中のＨ２離脱量を、１．０×１０20［個／ｃｍ３］を超え（または１．１×１０20［個／ｃｍ３］以上）１．６×１０20［個／ｃｍ３］以下に設定する。また、好ましくは、保護膜１３中のＨ２離脱量を１．１×１０20［個／ｃｍ３］に設定してシラン（ＳｉＨ４）の割合が０．８パーセントのときに保護膜１３の透過率を９１．５パーセントの最大値に設定することができる。 Further, the H 2 separation amount in the protective film 13 exceeds 1.0 × 10 20 [pieces / cm 3 ] (or 1.1 × 10 20 [pieces / cm 3 ] or more) 1.6 × 10 20 [ Pieces / cm 3 ] or less. Preferably, the amount of H 2 desorption in the protective film 13 is set to 1.1 × 10 20 [pieces / cm 3 ] and the ratio of silane (SiH 4 ) is 0.8%. The transmittance can be set to a maximum value of 91.5 percent.
さらに、保護膜１３中のＳｉ−Ｈ結合強度を０ｃｍ−１以上０．０００５ｃｍ−１以下に設定する。また、好ましくは、保護膜１３中のＨ２離脱量をＳｉ−Ｈ結合強度を０ｃｍ−１に設定してシラン（ＳｉＨ４）の割合が０．８パーセントのときに保護膜１３の透過率を９１．４パーセントの最大値に設定することができる。 Moreover, setting the Si-H bond strength of the protective film 13 to 0 cm -1 or more 0.0005Cm -1 or less. Preferably, the transmittance of the protective film 13 is increased when the amount of H 2 detachment in the protective film 13 is set to Si-H bond strength of 0 cm −1 and the ratio of silane (SiH 4 ) is 0.8%. It can be set to a maximum value of 91.4 percent.
以上により、本実施形態１によれば、保護膜１３中のＨ２離脱量を１．０×１０20［個／ｃｍ３］を超えるかまたは１．１×１０20［個／ｃｍ３］以上１．６×１０20［個／ｃｍ３］以下に設定して保護膜１３としてＳｉｘＯｙ膜を成膜するかまたは、保護膜１３中のＳｉ−Ｈ結合強度によるＦＴ−ＩＲピークシフトを０ｃｍ−１以上０．０００５ｃｍ−１以下に設定して保護膜１３としてＳｉｘＯｙ膜を成膜するかまたは、ＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合ガス比におけるＳｉＨ４の割合を０．５パーセント〜１．８パーセントに設定して保護膜１３としてＳｉｘＯｙ膜を成膜することにより、膜中のＨ２量（Ｓｉ−Ｈ結合）を抑制して光透過率ロスを軽減して高光透過性の保護膜１３を得ることができる。 As described above, according to the first embodiment, the H 2 separation amount in the protective film 13 exceeds 1.0 × 10 20 [pieces / cm 3 ] or 1.1 × 10 20 [pieces / cm 3 ] or more. A Si x O y film is formed as the protective film 13 by setting it to 1.6 × 10 20 [pieces / cm 3 ] or less, or an FT-IR peak shift due to the Si—H bond strength in the protective film 13 is performed. 0 cm -1 or more 0.0005Cm -1 or depositing a Si x O y film as the protective film 13 is set to below 0.5% the proportion of SiH 4 in the mixed gas ratio of SiH 4 and N 2 O By forming a Si x O y film as the protective film 13 by setting it to ˜1.8%, the amount of H 2 (Si—H bond) in the film is suppressed to reduce the light transmittance loss and increase the light intensity. A permeable protective film 13 can be obtained.
なお、本実施形態１では、特に詳細には説明しなかったが、ＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合ガスを用いて保護膜１３としてＳｉｘＯｙ膜を所定膜厚に成膜する際に、保護膜１３中のＨ２離脱量を１．０×１０20［個／ｃｍ３］を超えるかまたは１．１×１０20［個／ｃｍ３］以上１．６×１０20［個／ｃｍ３］以下に設定して保護膜１３としてＳｉｘＯｙ膜を成膜することにより、膜中のＨ２量（Ｓｉ−Ｈ結合）を抑制して光透過率ロスを軽減して高光透過性の保護膜を得ることができる本発明の目的を達成することができる。 Although not described in detail in Embodiment 1, when a Si x O y film having a predetermined thickness is formed as the protective film 13 using a mixed gas of SiH 4 and N 2 O, The amount of H 2 detachment in the protective film 13 exceeds 1.0 × 10 20 [pieces / cm 3 ], or 1.1 × 10 20 [pieces / cm 3 ] or more and 1.6 × 10 20 [pieces / cm 3]. By setting a Si x O y film as the protective film 13 with the following setting, the amount of H 2 (Si—H bond) in the film is suppressed, and the light transmittance loss is reduced and the high light transmittance is achieved. The object of the present invention capable of obtaining a protective film can be achieved.
また、これに限らず、保護膜１３中のＳｉ−Ｈ結合強度によるＦＴ−ＩＲピークシフトを０ｃｍ−１以上０．０００５ｃｍ−１以下に設定して保護膜１３としてＳｉｘＯｙ膜を成膜することにより、膜中のＨ２量（Ｓｉ−Ｈ結合）を抑制して光透過率ロスを軽減して高光透過性の保護膜１３を得ることができる本発明の目的を達成することができる。 Further, not limited to this, deposition of the Si x O y film FT-IR peak shift due to Si-H bond strength of the protective film 13 as a protective film 13 is set to 0 cm -1 or more 0.0005Cm -1 or less By doing so, the object of the present invention can be achieved, in which the amount of H 2 (Si—H bond) in the film can be suppressed to reduce the loss of light transmittance and the protective film 13 with high light transmittance can be obtained. .
さらに、これに限らず、ＳｉＨ４とＮ２Ｏの混合ガス比におけるＳｉＨ４の割合を０．５パーセント〜１．８パーセントに設定して保護膜１３としてＳｉｘＯｙ膜を成膜することにより、膜中のＨ２量（Ｓｉ−Ｈ結合）を抑制して光透過率ロスを軽減して高光透過性の保護膜１３を得ることができる本発明の目的を達成することができる。 Further, the present invention is not limited thereto, and the Si x O y film is formed as the protective film 13 by setting the ratio of SiH 4 in the mixed gas ratio of SiH 4 and N 2 O to 0.5% to 1.8%. Thus, the object of the present invention can be achieved, in which the amount of H 2 (Si—H bond) in the film can be suppressed to reduce the loss of light transmittance and the protective film 13 having high light transmittance can be obtained.
以上の各構成を組み合わせることにより、膜中のＨ２量（Ｓｉ−Ｈ結合）を抑制して光透過率ロスを軽減して高光透過性の保護膜１３を得ることができる本発明の目的を達成することができることは言うまでもないことである。 The object of the present invention is to provide a highly light-transmissive protective film 13 by suppressing the amount of H 2 (Si—H bond) in the film and reducing the light transmittance loss by combining the above-described structures. It goes without saying that it can be achieved.
以上のように、本発明の好ましい実施形態１を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。 As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable Embodiment 1 of this invention, this invention should not be limited and limited to this Embodiment 1. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range from the description of the specific preferred embodiment 1 of the present invention based on the description of the present invention and the common general technical knowledge. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.
本発明は、省エネで長寿命を実現できるＬＥＤ(Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ)などの表面に保護膜を形成する高透過率保護膜作製方法およびこれを用いたＬＥＤなどの半導体発光素子の製造方法の分野において、保護膜中のＨ２離脱量を１．０×１０20［個／ｃｍ３］を超えるかまたは１．１×１０20［個／ｃｍ３］以上１．６×１０20［個／ｃｍ３］以下に設定するため、膜中のＨ２量（Ｓｉ−Ｈ結合）を抑制してＨ２量による光透過率ロスを軽減することができて、高光透過性の保護膜を得ることができる。 The present invention relates to a method for producing a high-transmittance protective film in which a protective film is formed on the surface of an LED (Light Emitting Diode) and the like that can achieve long life with energy saving, and a method for manufacturing a semiconductor light emitting device such as an LED using the same. The amount of H 2 detachment in the protective film exceeds 1.0 × 10 20 [pieces / cm 3 ], or 1.1 × 10 20 [pieces / cm 3 ] or more and 1.6 × 10 20 [pieces / cm 3]. In order to set the following, the amount of H 2 (Si—H bond) in the film can be suppressed to reduce the light transmittance loss due to the amount of H 2 , and a highly light-transmitting protective film can be obtained. .
１ 窒化物半導体発光素子
２ サファイヤ基板
３ バッファ層
４ ノンドープＧａＮ層
５ ｎ型コンタクト層
６ 多重層
７ 多重量子井戸構造の発光層
８ 電子ブロック層
９ ｐ型コンタクト層
１０ 透光性薄膜電極
１１ ｐ電極
１２ ｎ電極
１３ 保護膜
２１ 単結晶性基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nitride semiconductor light-emitting device 2 Sapphire substrate 3 Buffer layer 4 Non-doped GaN layer 5 N-type contact layer 6 Multi-layer 7 Multi-quantum well structure light-emitting layer 8 Electron block layer 9 P-type contact layer 10 Translucent thin film electrode 11 P electrode 12 n-electrode 13 protective film 21 single crystalline substrate
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