JP2017108117A - 発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光素子を準備する工程と、発光素子の表面に保護膜を形成する工程と、を備える発光装置の製造方法であって、保護膜を形成する工程において、酸素を含む酸素原料ガスを用いて、発光素子の表面に酸素を結合させるA工程と、第1金属を含む第1金属原料ガスを用いて、発光素子の表面に結合した酸素に第1金属を結合させるB工程と、酸素を含む酸素原料ガスを用いて、酸素に結合された第1金属に酸素を結合させるC工程と、第1金属とは異なる第2金属を含む第2金属原料ガスを用いて、第1金属に結合された酸素に第2金属を結合させるD工程と、第2金属に酸素を結合させるE工程と、を含み、n電極の表面と前記n型半導体層の表面とを連続して覆う保護膜を形成する。
【選択図】図1
Description
その課題は、近年の窒化物半導体発光素子の高出力化にともなうものであり、高エネルギーの光と水分により窒化物半導体を含む半導体構造が劣化してしまうというものである(図9)。
発光素子を準備する工程と、
前記発光素子の表面に保護膜を形成する工程と、を備える発光装置の製造方法であって、
前記発光素子を準備する工程において、
それぞれ窒化物半導体を含んでなるn型半導体層、活性層及びp型半導体層が順に設けられた半導体構造と、前記p型半導体層の前記活性層が設けられた側と反対の側における一表面に部分的に形成されたp電極と、前記n型半導体層の前記活性層が設けられた側と反対の側における一表面において前記p電極と対向する領域を除く領域に形成されたn電極と、を含み、410nm以下の発光ピーク波長を有する発光素子を準備し、
前記保護膜を形成する工程において、
酸素を含む酸素原料ガスを用いて、前記発光素子の表面に酸素を結合させるA工程と、
第1金属を含む第1金属原料ガスを用いて、前記発光素子の表面に結合した酸素に第1金属を結合させるB工程と、
酸素を含む酸素原料ガスを用いて、前記酸素に結合された第1金属に酸素を結合させるC工程と、
前記第1金属とは異なる第2金属を含む第2金属原料ガスを用いて、前記第1金属に結合された酸素に第2金属を結合させるD工程と、
前記第2金属に酸素を結合させるE工程と、を含み、
前記n電極の表面と前記n型半導体層の表面とを連続して覆う保護膜を形成する。
それぞれ窒化物半導体を含んでなるn型半導体層、活性層及びp型半導体層を順に含む半導体構造と、前記p型半導体層の前記活性層が設けられた側と反対の側における一表面に部分的に形成されたp電極と、前記n型半導体層の前記活性層が設けられた側と反対の側における一表面において前記p電極と対向する領域を除く領域に形成されたn電極とを含み、410nm以下の発光ピーク波長を有する発光素子と、
前記n電極の表面と前記n型半導体層の表面とを連続して覆う保護膜とを備え、
前記保護膜は、第1金属を含む第1金属酸化物膜と第2金属を含む第2金属酸化物膜とが交互に積層されてなり、前記第1金属酸化物膜は1又は2以上の単一第1金属酸化物膜を含み、第2金属酸化物膜は1又は2以上の単一第2金属酸化物膜を含む。
また、本発明の一形態に係る発光装置によれば、窒化物半導体を含む半導体構造の劣化の低減が可能な発光装置を提供することができる。
実施形態1.
実施形態1の発光装置の製造方法は、p電極14がp型半導体層11の下面においてn電極17と対向する領域を除いた領域に設けられているという特有の電極構造を有している発光素子を含む発光装置の製造方法において、水分透過率の低い保護膜を形成する方法を含む。具体的には、窒化物半導体を含む半導体構造10aを有し、上記特有の電極構造を有する発光素子1を準備する工程と、発光素子1の表面に保護膜18を形成する工程と、を備える。保護膜18を形成する工程は、酸素を含む酸素原料ガスを用いて、発光素子1の表面に酸素を結合させるA工程CS1と、第1金属を含む第1金属原料ガスを用いて、発光素子の表面に結合した酸素に第1金属を結合させるB工程CS2と、酸素を含む酸素原料ガスを用いて、酸素に結合された第1金属に酸素を結合させるC工程CS3と、第1金属とは異なる第2金属を含む第2金属原料ガスを用いて、第1金属に結合された酸素に第2金属を結合させるD工程CS4と、第2金属に酸素を結合させるE工程CS5と、を含む。
実施形態1の発光装置は、図1及び図2に示すように、発光素子1と、発光素子1が載置される基体3と、蓋体5とを含む。ここで、実施形態1の発光装置では、発光素子1と蓋体5との間には、透光性樹脂等が設けられておらず、気体が存在する。このように構成して、発光素子1の表面に発光ピーク波長が410nm以下の高エネルギーの光の照射により着色したり劣化する透光性樹脂を設けることなく、発光素子1を蓋体5で保護している。これにより、長時間の使用による発光波長の変化及び発光ムラの発生を抑制できる。また、発光素子1は、図4及び図5に示すように、n型半導体層13の上面の一部に設けられたn電極17と、p型半導体層11の下面においてn電極17と対向する領域を除いた領域全体に設けられたp電極14とを備えている。これにより、発光ピーク波長を410nm以下に設定した場合であっても、発光効率及び光の取り出し効率を高くできる。この点につき詳述する。p電極とn電極とを対向するように配置すると、p電極とn電極とが対向する部分での発光強度が高くなる。しかしながら、発光ピーク波長が410nm以下の短波長の可視光及び紫外光は、電極を構成する金属による吸収が大きい。したがって、p電極とn電極とが対向する部分で発光する光の多くがn電極を構成する金属により吸収されてしまい、光の取り出し効率が低下し、結果的に全体としての発光効率が低くなる。そこで、発光素子1では、p電極14とn電極17とが対向しないように配置している。尚、p電極14は、p側接続電極22と電気的に接続されている。
そして、実施形態1の発光装置では、少なくとも発光素子1を覆うように保護膜18が形成されており、保護膜18は、詳細後述するように、それぞれ原子層堆積法により形成された第1金属酸化物膜と第2金属酸化物膜とが堆積された膜である。本実施形態の発光装置では、保護膜18が、2種類以上の金属酸化物膜を含み、それぞれ原子層堆積法によって形成されていることから、半導体構造10aの劣化が低減可能な発光装置とできる。尚、図3ではn電極17の形状を説明しやすくするためにワイヤ9を省略しているが、図1、図2、及び図5に示すように各n側接続電極部17aにワイヤ9が接続されている。
以下、実施形態1の発光装置について、基体3及び発光素子1を含む発光装置の全体構成を説明した後、保護膜18について詳細に説明する。
基体3は、例えば、凹部30を有しており、その凹部30は、中央部に第1底面を備え、第1底面の周りに第2底面を備えている。本実施形態においては、第2底面は、第1底面より高くなっている。凹部30の第1底面には、p側の電極層31が設けられ、第2底面にはn側の電極層33が設けられている。なお、第1底面と第2底面とは高さが異なっていればよく、例えば、第2底面を第1底面よりも低くしてもよい。
発光素子1は、例えば、短波長の可視光又は紫外線を発光する発光ダイオードであり、発光素子構造部10と支持基板20とを含む。具体的には、発光素子1は、n型半導体層13、活性層12及びp型半導体層11を順に含む半導体構造10aと、p型半導体層11の活性層12が設けられた側と反対の側における一表面に部分的に形成され、支持基板20と半導体構造10aの間に位置するp電極14と、n型半導体層13の前記活性層12が設けられた側と反対の側における一表面においてp電極14と対向する領域を除く領域(以下、「電極形成領域」ともいう。)に形成されたn電極17とを有する。ここで、本明細書において、対向する領域とは、n電極17の上方から平面視したときに重なる領域をいう。また、電極形成領域に設けられたn電極17という場合には、必ずしも電極形成領域全体にn電極17が設けられていることを意味するものではなく、電極形成領域全体にn電極17が設けられている場合と、電極形成領域の外周から離れた内側にn電極17が設けられている場合を含む。例えば、n電極17の外周が電極形成領域の外周から所定の距離だけ離れるように、電極形成領域の外周の内側にn電極17を形成するようにしてもよい。n電極17の外周と電極形成領域の外周との離間距離を、n電極17の端部近傍のn型半導体層13における電流の集中の緩和及び発光効率を考慮して最適化することにより、n電極17の端部近傍でのn型半導体層13の腐食の進行を抑制でき、かつ発光効率の高い発光素子とできる。また、本明細書において、紫外線とは、400nm以下の光をいう。発光素子1のピーク波長は、例えば、410nm以下に設定され、発光素子1には、400nmより大きく410nm以下の短波長の可視光を発光する発光ダイオードが含まれる。また、発光素子1のピーク波長の下限は、好ましくは200nm以上、より好ましくは250nm以上とし、発光素子1のピーク波長の上限は、上述したように、好ましくは410nm以下、より好ましくは395nm以下とする。短波長の可視光及び紫外線は光エネルギーが高く、半導体構造の劣化が生じやすい傾向にあるため、本実施形態に係る発光装置の製造方法によって作製される発光装置において、半導体構造10aの劣化を低減する効果がより顕著となる。
以上のように、実施形態1の発光装置において、発光素子構造部10は、支持基板側からp型半導体層11と活性層12とn型半導体層13とを含む半導体構造10aを有し、n型半導体層13の上面には、図3に示すような形状のn電極17が設けられ、p型半導体層11の下面には、n電極17に対向しないようにp電極14が設けられている。
以上のように構成されたn電極17によれば、複数のn側接続電極部17aから供給される電子がn型半導体層13の全体に拡がり、活性層12全体に注入される。
支持基板20は、発光素子構造部10の下面に形成されたメタライズ層16と支持基板20の上面に形成されたメタライズ層21を介して接合される。
さらに、支持基板20の下面には、メタライズ層22(以下、「p側接続電極22」ともいう。)が設けられている。メタライズ層22は、支持基板20、メタライズ層21及びメタライズ層16を介してp電極14と接続されている。
発光装置において、蓋体5は、基体3の凹部30を覆って発光素子1を保護するものである。蓋体5は、例えば、ホウ珪酸ガラス、石英ガラス、サファイアガラス等の無機材料からなり、好ましくは、耐光性の高いホウ珪酸ガラスからなる。
以上のように構成された発光素子1が、基体3の第1底面に形成されたp側の電極層31にp側接続電極22が接続されるように第1底面に実装される。また、発光素子1の上面のn側接続電極部17aが、基体3の第2底面に形成されたn側の電極層33にワイヤ9により接続される。そして、少なくとも発光素子1を覆うように、保護膜18が形成される。尚、発光装置は、図1及び図2に示すように、ツェナーダイオードなどの保護素子7を含んでいてもよい。
以下、実施形態1の発光装置の保護膜18について詳細に説明する。
実施形態1の発光装置において、保護膜18は、図6に示すように、原子層堆積法によって種類の異なる2種類の金属酸化物膜を堆積した膜である。ここで特に、実施形態1の保護膜18は、厚さ方向に最小単位の厚さに形成された第1金属酸化物膜18aと厚さ方向に最小単位の厚さに形成された第2金属酸化物膜18bとが交互に堆積された膜である。本明細書において、厚さ方向に最小単位の厚さに形成された金属酸化物膜とは酸素原料ガスを用いた1回の工程と金属原料ガスを用いた1回の工程により得られるものをいい、金属酸化物膜には、略均一の厚さに形成された膜の他、点在する開口部を含む膜、分離された複数の膜からなる膜、が含まれる。以下では厚さ方向に最小単位の厚さに形成された金属酸化物膜を「単一金属酸化物膜」ともいう。また、特に、第1金属を用いた単一金属酸化物膜を「単一第1金属酸化物膜」とし、第2金属を用いた単一金属酸化物膜を「単一第2金属酸化物膜」とする。
実施形態1の発光装置の製造方法は、発光素子1の準備工程と実装工程と保護膜形成工程とを含む。
発光素子1の準備工程は、例えば、半導体構造形成工程と、p電極形成工程と、p側保護膜形成工程と、接合層形成工程と、貼り合わせ工程と、n電極形成工程と、を含む。以下、各工程について説明する。
半導体構造形成工程では、例えば、サファイアからなる成長基板の表面に、所定の半導体材料及びドーパント等を含むガスを供給して、n型半導体層13、活性層12及びp型半導体層11の順に成長させて半導体構造10aを形成する。
p電極形成工程では、p型半導体層11の活性層12が設けられた側と反対の側における一表面に所定の形状のp電極14を形成する。例えば、p型半導体層11の表面の一部に、Ag、Ni、Ti、Ptを順に成膜することによりp電極14を形成する。以下、p型半導体層11の表面において、p電極14が形成された領域を第1領域という。また、p型半導体層11の表面において、第1領域を除いた領域を第2領域という。n型半導体層13の表面において、p電極14が形成された第1領域に対向する領域を除いた領域を、電極形成領域という。つまり、n型半導体層13の表面において、第2領域に対向する領域を電極形成領域という。
p側保護膜形成工程では、p型半導体層11の表面の第2領域にp側保護膜15を形成する。p側保護膜15は、例えば、SiO2を成膜することにより形成する。なお、p電極形成工程の前にp側保護膜形成工程を行ってもよい。
接合層形成工程では、p電極14及びp側保護膜15の表面にメタライズ層16を形成し、支持基板20の一方の面にメタライズ層21を形成する。メタライズ層16は、p電極14及びp側保護膜15側から、例えば、Ti、Pt、Auを順に成膜することにより形成する。メタライズ層21は、支持基板20側から、例えば、Ti、Pt、Auを順に成膜することにより形成する。
貼り合わせ工程では、メタライズ層16とメタライズ層21とを接合することにより、成長基板により支持された半導体構造10aと支持基板20とを貼り合わせる。
成長基板剥離工程では、例えば、パルス発振の高密度UVレーザ光を成長基板側から照射して、半導体構造10aを成長基板から剥離する。
n電極形成工程では、n型半導体層13の表面の電極形成領域に、n電極17を形成する。n型半導体層13側から、例えば、Ti、Pt、Au、Pt、Tiを順に成膜することによりn電極17を形成する。
ここで、実施形態の製造方法では、n電極17を形成する前に、n型半導体層13を薄くしてもよい。
このようにすると、活性層12で発光した光がn型半導体層13により吸収されることを抑えることができ、取り出し効率を高くすることができる。
発光素子1を、基体3の第1底面に、p側の電極層31とp側接続電極22が接続されるように実装する。
次に、半導体構造10aの上面のn側接続電極部17aと基体3の第2底面に形成されたn側の電極層33とをワイヤ9により接続(ワイヤボンディング)する。
実施形態1において、保護膜18は、図7に示す工程フローにしたがって作製される。
まず、原子層堆積装置の真空チャンバー内に、発光素子1が実装された基体3をセットする。
真空チャンバー内が所定の真空度になるように排気し、発光素子1及び基体3を所定の成膜温度に加熱する。成膜温度は、好ましくは150℃以上300℃以下、より好ましくは200℃以上250℃以下の範囲に設定する。前述の下限値以上とすることで保護膜18のバリア性を向上させることができるとともに発光素子1に付着している有機物等を除去することができ、前述の上限値以下とすることで発光素子1の熱による劣化を低減することができる。
そして、真空チャンバー内に、酸素を含む酸素原料ガスを導入して、発光素子の表面、ワイヤ9の表面、基体3の凹部全体に酸素を結合させる(A工程)。
発光素子1の表面等に酸素を結合させた後、酸素原料ガスを排気する。
ここで、酸素を含む酸素原料ガスとして、O3(オゾン)ガスを用いることができる。原料としてガスを用いることで、プラズマを用いる場合に比較して、発光素子1の表面、ワイヤ9の表面、及び基体3の凹部全体に酸素を結合しやすくなる。
尚、本ステップでは、H2Oを用いて、発光素子1の表面等にOH基を結合させてもよい。
次に、真空チャンバー内に、第1金属を含む第1金属原料ガスを導入し、発光素子1の表面等に結合した酸素と第1金属原料ガスとを反応させて、発光素子1の表面等に結合した酸素に第1金属を結合させる(B工程)。
発光素子1の表面等に結合した酸素に第1金属を結合させた後、第1金属原料ガスを排気する。
真空チャンバー内に、酸素を含む酸素原料ガスを導入して、酸素に結合した第1金属と酸素原料ガスとを反応させて、酸素に結合した第1金属に酸素を結合させる(C工程)。
本ステップにおいて、第1金属原料ガスとしてSiの原料ガスを用いる場合は、酸素を含む酸素原料ガスとして、好ましくはO3(オゾン)ガスを用いる。SiはH2Oと反応しにくいため、O3(オゾン)ガスを用いることでSiとの反応性を良くすることができるためである。尚、第1金属の材料によってはH2Oを用いて、第1金属にOH基を結合させてもよい。
第1金属に酸素を結合させた後、酸素原料ガスを排気する。
単一第1金属酸化物膜を形成した後、第1金属とは異なる第2金属を含む第2金属原料ガスを用いて、第1金属に結合した酸素と第2金属原料ガスとを反応させて、第1金属に結合した酸素に第2金属を結合させる(D工程)。
酸素に第2金属を結合させた後、第2金属原料ガスを排気する。
次に、酸素に結合した第2金属に酸素を結合させる(E工程)。
本ステップにおいて、真空チャンバー内に、酸素を含む酸素原料ガスを導入して、酸素に結合した第2金属に結合させる。第2金属原料ガスとしてSiの原料ガスを用いる場合は、酸素を含む酸素原料ガスとして、好ましくはO3(オゾン)ガスを用いる。第2金属の材料によってはH2Oを用いて、第2金属にOH基を結合させてもよい。
尚、本ステップでは、真空チャンバー内を大気圧雰囲気とすることで、酸素に結合した第2金属と大気に含まれる酸素とを反応させて、酸素に結合した第2金属に酸素を結合させてもよい。
以上のステップCS4とステップCS5とにより、厚さ方向に最小単位の厚さに堆積された第2金属酸化物膜(単一第2金属酸化物膜)が形成される。
以上のステップCS1〜CS5により、1つの単一第1金属酸化物膜の上に、1つの単一第2金属酸化物膜が堆積された単一金属酸化物膜の多重構造が形成される。
また、実施形態1では、単一第1金属酸化物膜と単一第2金属酸化物膜を交互に所定の数だけ堆積して保護膜18を形成するようにしてもよい。その場合は、ステップJS11を経て、ステップS8で、第1金属を含む第1金属原料ガスを用いて、ステップCS5において第2金属に結合された酸素に第1金属を結合させる(F工程)。そして、ステップS8、ステップCS3、ステップCS4、及びステップCS5を1サイクルとしてnサイクル(ただし、nは1以上の整数)繰り返す(G工程)。そして、ステップJS11で設定サイクルと判断されれば終了する。以上により、単一第1金属酸化物膜と単一第2金属酸化物膜が交互に所定の数だけ堆積された保護膜18が形成される。
基体3の凹部を塞ぐように蓋体5を固定する。蓋体5は、例えば、シリコーン樹脂等の接着剤を用いて、基体3の上面に固定される。接着剤は、基体3の上面にいて凹部を取り囲むように配置されていてもよいが、本実施形態では、基体3の4隅に配置されている。
次に、本発明に係る実施形態2の発光装置について説明する。
実施形態2の発光装置は、保護膜18の構成が異なる他は、実施形態1と同様に構成される。
以下、実施形態2の発光装置の保護膜18について詳細に説明する。
実施形態2に係る発光装置の保護膜18は、原子層堆積法によって種類の異なる2種類の金属酸化物膜を堆積した膜である点では実施形態1と同様であるが以下の点で異なっている。
すなわち、実施形態2の保護膜18は、厚さ方向に最小単位の厚さに堆積された単一第1金属酸化物膜が2回以上堆積された多重第1金属酸化物膜と、厚さ方向に最小単位の厚さに堆積された単一第2金属酸化物膜が2回以上堆積された多重第2金属酸化物膜とが堆積された多層膜である。つまり、本実施形態では、第1金属酸化物膜が複数回堆積されて多重第1金属酸化物膜18aが形成されており、第2金属酸化物膜が複数回堆積されることで多重第2金属酸化物膜18bが形成されている(図6参照)。なお、図6は実施形態1の保護膜18を説明するものであるが、第1金属酸化物膜と第2金属酸化物膜が交互に堆積されるという点では実施形態2にも当てはまる。したがって、実施形態2においても、図6を用いて保護膜18を説明することができる。
以下、実施形態2の保護膜18の製造方法について説明する。
実施形態2において、保護膜18は、図8に示す工程フローにしたがって作製される。
(前工程)
実施形態1と同様にして、発光素子1を実装し、ワイヤボンディングする。
そして、原子層堆積装置の真空チャンバー内に、発光素子1が実装された基体3をセットする。
ここでは、真空チャンバー内に酸素を含む酸素原料ガスを導入して、酸素に結合した第1金属と酸素原料ガスとを反応させて、酸素に結合した第1金属に酸素を結合させる。
本ステップにおいて、酸素を含む酸素原料ガスとして、好ましくはO3(オゾン)ガスを用いることができる。尚、用いる金属材料によってはH2Oを用いて、第1金属にOH基を結合させてもよい。
第1金属に酸素を結合させた後、酸素原料ガスを排気する。
ここでは、真空チャンバー内に第1金属を含む第1金属原料ガスを導入して、第1金属に結合した酸素と第1金属原料ガスとを反応させて、第1金属に結合した酸素に第1金属を結合させる。
酸素に第1金属を結合させた後、第1金属原料ガスを排気する。
ここでは、真空チャンバー内に酸素を含む酸素原料ガスを導入して、酸素に結合した第2金属と酸素原料ガスとを反応させて、酸素に結合した第2金属に酸素を結合させる。
本ステップにおいて、酸素を含む酸素原料ガスとして、O3(オゾン)ガスを用いることが好ましいが、金属材料によっては、H2Oを用いて、第2金属にOH基を結合させてもよい。
第2金属に酸素を結合させた後、酸素原料ガスを排気する。
ここでは、真空チャンバー内に第2金属を含む第2金属原料ガスを導入して、第2金属に結合した酸素と第2金属原料ガスとを反応させて、第2金属に結合した酸素に第2金属を結合させる。
第2金属に酸素を結合させた後、第2金属原料ガスを排気する。
ここで、ステップRS5では、真空チャンバー内に第1金属を含む第1金属原料ガスを導入して、ステップCS5にて第2金属に結合した酸素と第1金属原料ガスとを反応させて、第2金属に結合した酸素に第1金属を結合させる。
上述した実施形態1では、単一第1金属酸化物膜と単一第2金属酸化物膜とを交互に堆積して保護膜18を形成し、実施形態2では、多重第1金属酸化物膜と多重第2金属酸化物膜とを堆積して保護膜18を形成している。
このような保護膜18は、実施形態2の図8に示す工程フローにおいて、ステップCS2から、ステップRS1、ステップRS2、ステップJS21を経由することなくステップCS3を実施するようにすればよい。
また、単一第1金属酸化物膜、単一第2金属酸化物膜、多重第1金属酸化物膜、及び多重第2金属酸化物膜を組み合わせて保護膜18とすることもできる。
以上のようにしても、半導体構造10aの劣化を効果的に抑制することができる発光装置を提供することができる。
したがって、実施形態1、実施形態2及びその変形例の発光装置では、例えば、発光素子1と基体3の第1底面のように面方向が不連続に変化する角部においても、他の平面部と同様に、2種類の金属酸化物膜が所定の膜厚で堆積された保護膜18を形成することができる。また、ワイヤボンディング部においても、他の平面部と同様に、2種類の金属酸化物膜が堆積された保護膜18を形成することができる。
これにより、実施形態1、実施形態2及びその変形例の製造方法によれば、半導体構造10aの劣化を効果的に抑制することに加え、極めて信頼性の高い発光装置を製造することができる。
実施例1では、図1〜図5に示す発光装置において、Al2O3とSiO2とを交互に堆積することで保護膜18を形成した。尚、実施例1において、蓋体5は、基体3の4つの隅で基体3の上面に固定しており、気密構造にはしていない。
実施例1では、発光素子1の半導体構造10aとして、AlGaNであらわされる窒化物半導体からなる活性層を有し、発光ピーク波長が365nmの発光ダイオードを用いた。
実施例1において、保護膜18は、以下のようにして形成した。
(2)発光素子1及び基体3の温度を200℃まで上昇させる。
(3)オゾン(O3)ガスを導入し、発光素子1及び基体3の表面に酸素を結合させて、オゾン(O3)ガスを排気する。
(4)トリメチルアルミニウム(TMA)ガスを導入して、発光素子1及び基体3の表面の酸素とトリメチルアルミニウム(TMA)とを反応(第1反応)させ、トリメチルアルミニウム(TMA)ガスを排気する。
(5)オゾン(O3)ガスを導入して、第1反応で酸素と結合したトリメチルアルミニウム(TMA)とオゾンとを反応(第2反応)させ、トリメチルアルミニウム(TMA)のメチル基に代えてアルミニウムに酸素を結合させ、オゾン(O3)ガスを排気する。
以上の(1)〜(5)により、厚さが1.2ÅのAl2O3を形成する。
(7)オゾンガスを導入して、第3反応で酸素と結合したトリス(ジメチルアミノ)シランとオゾンとを反応(第4反応)させ、トリス(ジメチルアミノ)シランのアミノ基に代えて酸素を結合させ、オゾンガスを排気する。
以上の(6)及び(7)により、Al2O3の上に、厚さが1.2ÅのSiO2を形成する。
(8)(7)でオゾン(O3)ガスを排気した後、トリメチルアルミニウム(TMA)ガスを導入して、Siに結合した酸素とトリメチルアルミニウム(TMA)とを反応させ、トリメチルアルミニウム(TMA)ガスを排気する。
実施例2では、実施例1の発光装置において、多重第1金属酸化物膜であるAl2O3と、多重第2金属酸化物膜であるSiO2とを交互に堆積することで保護膜18を形成した。
実施例2の発光装置の保護膜18以外の構成は、実施例1と同様にした。
実施例2において、保護膜18は、以下のようにして形成した。
(2)発光素子1及び基体3の温度を200℃まで上昇させる。
(3)オゾン(O3)ガスを導入し、発光素子1及び基体3の表面に酸素を結合させて、オゾン(O3)ガスを排気する。
(4)トリメチルアルミニウム(TMA)ガスを導入して、発光素子1及び基体3の表面の酸素とトリメチルアルミニウム(TMA)とを反応(第1反応)させ、トリメチルアルミニウム(TMA)ガスを排気する。
(5)オゾン(O3)ガスを導入して、酸素と結合したトリメチルアルミニウム(TMA)とオゾンとを反応(第2反応)させ、トリメチルアルミニウム(TMA)のメチル基に代えてアルミニウムに酸素を結合させ、オゾン(O3)ガスを排気する。
(6)トリメチルアルミニウム(TMA)ガスを導入して、(5)でアルミニウムに結合した酸素とトリメチルアルミニウム(TMA)とを反応(第3反応)させ、トリメチルアルミニウム(TMA)ガスを排気する。
以下、(6)と(7)を繰り返す。
(7)オゾン(O3)ガスを導入して、第3反応で酸素と結合したトリメチルアルミニウム(TMA)とオゾンとを反応させ、トリメチルアルミニウム(TMA)のメチル基に代えてアルミニウムに酸素を結合させ、オゾン(O3)ガスを排気する。
以上の(1)〜(7)により、厚さが20ÅのAl2O3を形成する
(9)オゾンガスを導入して、第4反応で酸素と結合したトリス(ジメチルアミノ)シランとオゾンとを反応(第5反応)させ、トリス(ジメチルアミノ)シランのアミノ基に代えてSiに酸素を結合させ、オゾンガスを排気する。
(10)トリス(ジメチルアミノ)シランガスを導入して、Siに結合した酸素とトリス(ジメチルアミノ)シランとを反応させ、酸素と結合したトリス(ジメチルアミノ)シランを結合し、トリス(ジメチルアミノ)シランガスを排気する。
以上の(9)及び(10)を繰り返す。
(11)オゾンガスを導入して、酸素と結合したトリス(ジメチルアミノ)シランとオゾンとを反応させ、トリス(ジメチルアミノ)シランのアミノ基に代えてSiに酸素を結合させ、オゾンガスを排気する。
以上の(8)〜(11)により、厚さが20ÅのSiO2を形成する。
(12)トリメチルアルミニウム(TMA)ガスを導入して、(11)でSiに結合した酸素とトリメチルアルミニウム(TMA)とを反応(第6反応)させ、トリメチルアルミニウム(TMA)ガスを排気する。
以後、(12)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)を1サイクルとして繰り返すことにより、厚さが20ÅのAl2O3と厚さが20ÅのSiO2とが交互に堆積された総膜厚200Åの保護膜18を形成した。
比較例1では、実施例1の発光装置において、発光素子及び基体上に、原子層堆積法により、SiO2を200Åの厚さで形成して保護膜とした以外は実施例1と同様にして発光装置を作製した。
具体的には、
(1)原子層堆積装置の真空チャンバー内に基体3上に発光素子1を実装した成膜対象をセットし、1Paまで排気する。
(2)発光素子1及び基体3の温度を200℃まで上昇させる。
(3)オゾン(O3)ガスを導入し、発光素子1及び基体3の表面に酸素を結合させて、オゾン(O3)ガスを排気する。
(4)オゾンガスを排気した後、トリス(ジメチルアミノ)シランガスを導入して、発光素子1及び基体3の表面に結合した酸素とトリス(ジメチルアミノ)シランとを反応させ、酸素と結合したトリス(ジメチルアミノ)シランを結合し、トリス(ジメチルアミノ)シランガスを排気する。
(5)オゾンガスを導入して、第3反応で酸素と結合したトリス(ジメチルアミノ)シランとオゾンとを反応(第4反応)させ、トリス(ジメチルアミノ)シランのアミノ基に代えて酸素を結合させ、オゾンガスを排気する。
以後、(4)及び(5)を繰り返して、総膜厚200ÅのSiO2を形成し、保護膜とする。
比較例2では、実施例1の発光装置において、発光素子及び基体上に、原子層堆積法により、SiO2を200Åの厚さで形成して保護膜とした以外は実施例1と同様にして発光装置を作製した。
具体的には、
(1)原子層堆積装置の真空チャンバー内に基体3上に発光素子1を実装した成膜対象をセットし、1Paまで排気する。
(2)発光素子1及び基体3の温度を200℃まで上昇させる。
(3)オゾン(O3)ガスを導入し、発光素子1及び基体3の表面に酸素を結合させて、オゾン(O3)ガスを排気する。
(4)オゾンガスを排気した後、ビス(ジエチルアミノ)シランガスを導入して、発光素子1及び基体3の表面に結合した酸素とビス(ジエチルアミノ)シランとを反応させ、酸素と結合したビス(ジエチルアミノ)シランを結合し、ビス(ジエチルアミノ)シランガスを排気する。
(5)オゾンガスを導入して、第3反応で酸素と結合したビス(ジエチルアミノ)シランとオゾンとを反応(第4反応)させ、ビス(ジエチルアミノ)シランのアミノ基に代えて酸素を結合させ、オゾンガスを排気する。
以後、(4)及び(5)を繰り返して、総膜厚200ÅのSiO2を形成し、保護膜とする。
比較例3では、実施例1の発光装置において、発光素子及び基体上に、原子層堆積法により、Al2O3膜を200Åの厚さに形成して保護膜とした以外は実施例1と実質的に同様にして発光装置を作製した。
具体的には、以下のようにして保護膜を形成した。
(2)発光素子1及び基体3の温度を100℃まで上昇させる。
(3)H2Oガスを導入し、発光素子1及び基体3の表面に酸素を結合させて、H2Oガスを排気する。
(4)トリメチルアルミニウム(TMA)ガスを導入して、発光素子1及び基体3の表面の酸素とトリメチルアルミニウム(TMA)とを反応(第1反応)させ、トリメチルアルミニウム(TMA)ガスを排気する。
(5)H2Oガスを導入して、第1反応で酸素と結合したトリメチルアルミニウム(TMA)とH2Oとを反応(第2反応)させ、トリメチルアルミニウム(TMA)のメチル基に代えてアルミニウムに酸素を結合させ、H2Oガスを排気する。
(6)トリメチルアルミニウム(TMA)ガスを導入して、(5)でアルミニウムに結合した酸素とトリメチルアルミニウム(TMA)とを反応(第3反応)させ、トリメチルアルミニウム(TMA)ガスを排気する。
(7)H2Oガスを導入して、第3反応で酸素と結合したトリメチルアルミニウム(TMA)とH2Oとを反応させ、トリメチルアルミニウム(TMA)のメチル基に代えてアルミニウムに酸素を結合させ、H2Oガスを排気する。
以下、(6)と(7)を繰り返して、総膜厚200Å厚のAl2O3を形成する。
以上のようにして作製した、実施例1の発光装置、実施例2の発光装置、比較例1の発光装置、比較例2の発光装置及び比較例3の発光装置を、以下の条件で高温高湿動作試験を行った。
試験条件
温度:60℃
湿度:90%RH
順方向電流:3500mA
以上の試験の結果、比較例1は、1000時間で20%の試験サンプルが劣化し、比較例2は、1700時間で20%の試験サンプルが劣化し、比較例3は、2000時間で20%の試験サンプルに劣化したのに対して、実施例1及び2は、3500時間の時点でも劣化の発生はなかった。なお、各実施例ではSiの原料ガスとしてトリス(ジメチルアミノ)シランガスを用いたが、トリス(ジメチルアミノ)シランガスを用いて形成したSiO2(比較例1)とビス(ジエチルアミノ)シランガスで形成したSiO2(比較例2)とを比較すると、後者の方が半導体構造10aの劣化の発生を低減できた。このことから、後者を用いればより半導体構造10aの劣化を低減させることができると考えられる。
以上の結果から、発光装置において、保護膜18を原子層堆積法によって種類の異なる2種類の金属酸化物膜を堆積した膜とすることにより、半導体構造10aの劣化を低減できることが確認された。
3 基体
5 蓋体
9 ワイヤ
10 発光素子構造部
11 p型半導体層
12 活性層
13 n型半導体層
14 p電極
16 メタライズ層
17 n電極
17a n側接続電極部
17b 延伸部
18 保護膜
18a 第1金属酸化物膜
18b 第2金属酸化物膜
20 支持基板
21 メタライズ層
22 メタライズ層(p側接続電極)
30 凹部
31 p側の電極層
33 n側の電極層
Claims (12)
- 発光素子を準備する工程と、
前記発光素子の表面に保護膜を形成する工程と、を備える発光装置の製造方法であって、
前記発光素子を準備する工程において、
それぞれ窒化物半導体を含んでなるn型半導体層、活性層及びp型半導体層が順に設けられた半導体構造と、前記p型半導体層の前記活性層が設けられた側と反対の側における一表面に部分的に形成されたp電極と、前記n型半導体層の前記活性層が設けられた側と反対の側における一表面において前記p電極と対向する領域を除く領域に形成されたn電極と、を含み、410nm以下の発光ピーク波長を有する発光素子を準備し、
前記保護膜を形成する工程において、
酸素を含む酸素原料ガスを用いて、前記発光素子の表面に酸素を結合させるA工程と、
第1金属を含む第1金属原料ガスを用いて、前記発光素子の表面に結合した酸素に第1金属を結合させるB工程と、
酸素を含む酸素原料ガスを用いて、前記酸素に結合された第1金属に酸素を結合させるC工程と、
前記第1金属とは異なる第2金属を含む第2金属原料ガスを用いて、前記第1金属に結合された酸素に第2金属を結合させるD工程と、
前記第2金属に酸素を結合させるE工程と、を含み、
前記n電極の表面と前記n型半導体層の表面とを連続して覆う保護膜を形成する発光装置の製造方法。 - 前記酸素原料ガスは、オゾンガスである請求項1記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1金属は、Al,Nb,Ti及びSiからなる群から選択された1つからなり、
前記第2金属は、Al,Nb,Ti及びSiからなる群から選択された他の1つからなる請求項1又は2に記載の発光装置の製造方法。 - 前記第1金属原料ガスはトリメチルアルミニウムである請求項1又は2に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第2金属原料ガスはビス(ジエチルアミノ)シランガスである請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記E工程の後に、
第1金属を含む第1金属原料ガスを用いて、前記第2金属に結合された酸素に第1金属を結合させるF工程を有し、
前記F工程、前記C工程、前記D工程、及び前記E工程を1サイクルとして、nサイクル繰り返すG工程を含む(ただし、nは1以上の整数)請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。 - 前記B工程の後であって前記C工程の前に、
酸素を含む酸素原料ガスを用いて、前記酸素に結合された第1金属に酸素を結合させる工程と、
前記第1金属を含む第1金属原料ガスを用いて、前記第1金属に結合された酸素に第1金属を結合させる工程と、
を1サイクルとして、mサイクル繰り返す工程を含み(ただし、mは1以上の整数)、
前記D工程の後であって前記E工程の前に、
酸素を含む酸素原料ガスを用いて、前記酸素に結合された第2金属に酸素を結合させる工程と、
前記第2金属を含む第2金属原料ガスを用いて、前記第2金属に結合された酸素に第2金属を結合させる工程と、
を1サイクルとして、pサイクル繰り返す工程を含む(ただし、pは1以上の整数)請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。 - 前記保護膜を形成する工程において、成膜温度を200℃〜250℃の範囲に設定して保護膜を形成する請求項1〜7のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光素子を準備する工程において、
前記p型半導体層の前記活性層が設けられた側と反対の側における表面において前記p電極と対向する領域に形成されたp側保護膜をさらに有する発光素子を準備する請求項1〜7のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。 - 前記発光素子を準備する工程の後であって前記保護膜を形成する工程の前に、
p側の電極層とn側の電極層とを含む基体に、前記発光素子を前記p側の電極層と前記p電極とが接続されるように実装し、前記n電極と前記n側の電極層とをワイヤにより接続する工程を含み、
前記保護膜を形成する工程において、
前記ワイヤの表面と前記n電極の表面と前記n型半導体層の表面とを連続して覆う保護膜を形成する請求項1〜9のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。 - それぞれ窒化物半導体を含んでなるn型半導体層、活性層及びp型半導体層を順に含む半導体構造と、前記p型半導体層の前記活性層が設けられた側と反対の側における一表面に部分的に形成されたp電極と、前記n型半導体層の前記活性層が設けられた側と反対の側における一表面において前記p電極と対向する領域を除く領域に形成されたn電極とを含み、410nm以下の発光ピーク波長を有する発光素子と、
前記n電極の表面と前記n型半導体層の表面とを連続して覆う保護膜とを備え、
前記保護膜は、第1金属を含む第1金属酸化物膜と第2金属を含む第2金属酸化物膜とが交互に積層されてなり、前記第1金属酸化物膜は1又は2以上の単一第1金属酸化物膜を含み、第2金属酸化物膜は1又は2以上の単一第2金属酸化物膜を含む発光装置。 - p側の電極層とn側の電極層とを含む基体を含み、
前記p電極が前記p側の電極層に接続され、前記n電極がn側の電極層にワイヤにより接続されており、前記保護膜は、前記ワイヤの表面と前記n電極の表面と前記n型半導体層の表面とを連続して覆う請求項11に記載の発光装置。
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