JP2018125367A - 発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極と透光性導電膜との密着性を向上させ、電極が透光性導電膜から剥がれることを抑制する。【解決手段】半導体構造を準備する工程と、前記半導体構造の上面に、スパッタリング法により第１透光性導電膜を形成する工程と、前記第１透光性導電膜の上面に、蒸着法により第２透光性導電膜を形成する工程と、前記第２透光性導電膜の上面側をウェットエッチングする工程と、前記第２透光性導電膜の上面に電極を形成する工程と、をこの順に有する発光素子の製造方法。【選択図】図１
Description
本発明は発光素子の製造方法に関する。
半導体構造上にＩＴＯ膜等の透光性導電膜を形成し、その透光性導電膜上に電極を形成する発光素子の製造方法が提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、上記従来の発光素子の製造方法では、透光性導電膜上に電極を形成する際に、電極が透光性導電膜から剥がれたりするなどの虞がある。
上記の課題は、例えば、次の手段により解決することができる。
半導体構造を準備する工程と、前記半導体構造の上面に、スパッタリング法により第１透光性導電膜を形成する工程と、前記第１透光性導電膜の上面に、蒸着法により第２透光性導電膜を形成する工程と、前記第２透光性導電膜の上面側をウェットエッチングする工程と、前記第２透光性導電膜の上面に電極を形成する工程と、をこの順に有する発光素子の製造方法。
電極と透光性導電膜との密着性を向上させ、電極が透光性導電膜から剥がれることを抑制できる。
［実施形態１に係る発光素子１の製造方法］
図１は実施形態１に係る発光素子１の製造方法を説明するフローチャートである。図２Ａ〜図２Ｅは実施形態１に係る発光素子１の製造方法を説明する模式的断面図である。図１及び図２Ａ〜図２Ｅに示すように、実施形態１に係る発光素子１の製造方法は、半導体構造２０を準備する工程と、半導体構造２０の上面に、スパッタリング法により第１透光性導電膜３０を形成する工程と、第１透光性導電膜３０の上面に、蒸着法により第２透光性導電膜４０を形成する工程と、第２透光性導電膜４０の上面側をウェットエッチングする工程と、第２透光性導電膜４０の上面に電極５０を形成する工程と、をこの順に有する発光素子の製造方法である。以下、各工程について詳細に説明する。
図１は実施形態１に係る発光素子１の製造方法を説明するフローチャートである。図２Ａ〜図２Ｅは実施形態１に係る発光素子１の製造方法を説明する模式的断面図である。図１及び図２Ａ〜図２Ｅに示すように、実施形態１に係る発光素子１の製造方法は、半導体構造２０を準備する工程と、半導体構造２０の上面に、スパッタリング法により第１透光性導電膜３０を形成する工程と、第１透光性導電膜３０の上面に、蒸着法により第２透光性導電膜４０を形成する工程と、第２透光性導電膜４０の上面側をウェットエッチングする工程と、第２透光性導電膜４０の上面に電極５０を形成する工程と、をこの順に有する発光素子の製造方法である。以下、各工程について詳細に説明する。
（半導体構造２０を準備する工程Ｓ１）
まず、図２Ａに示すように、半導体構造２０を準備する。半導体構造２０は、例えばＩｎＸＡｌＹＧａ１-Ｘ-ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）などの窒化物半導体を含む。本実施形態では、半導体構造２０にＧａＮを用いている。半導体構造２０の厚みは例えば７μｍ以上１２μｍ以下程度である。半導体構造２０は、例えばサファイアからなる基板１０の上面に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、または分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等を用いて形成することができる。
まず、図２Ａに示すように、半導体構造２０を準備する。半導体構造２０は、例えばＩｎＸＡｌＹＧａ１-Ｘ-ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）などの窒化物半導体を含む。本実施形態では、半導体構造２０にＧａＮを用いている。半導体構造２０の厚みは例えば７μｍ以上１２μｍ以下程度である。半導体構造２０は、例えばサファイアからなる基板１０の上面に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、または分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等を用いて形成することができる。
（第１透光性導電膜３０を形成する工程Ｓ２）
次いで、図２Ｂに示すように、半導体構造２０の上面に、スパッタリング法により第１透光性導電膜３０を形成する。
次いで、図２Ｂに示すように、半導体構造２０の上面に、スパッタリング法により第１透光性導電膜３０を形成する。
（第２透光性導電膜４０を形成する工程Ｓ３）
次いで、図２Ｃに示すように、第１透光性導電膜３０の上面に、蒸着法により第２透光性導電膜４０を形成する。蒸着法は例えばＲＰＤ法（反応性プラズマ蒸着法）である。
次いで、図２Ｃに示すように、第１透光性導電膜３０の上面に、蒸着法により第２透光性導電膜４０を形成する。蒸着法は例えばＲＰＤ法（反応性プラズマ蒸着法）である。
（ウェットエッチングする工程Ｓ４）
次いで、図２Ｄに示すように、第２透光性導電膜４０の上面側をウェットエッチングする。これにより、第２透光性導電膜４０の上面側に形成されているアモルファス層を除去する。第２透光性導電膜４０の上面に形成されているアモルファス層は非常に薄く、ウェットエッチングすることで除去される第２透光性導電膜４０の厚さＤは１０ｎｍ以上２５ｎｍ以下程度である。ウェットエッチングに使用するエッチャントには、例えば、塩酸、硝酸、シュウ酸、塩化鉄、フッ酸、純水等からなる混合液を使用することができる。
次いで、図２Ｄに示すように、第２透光性導電膜４０の上面側をウェットエッチングする。これにより、第２透光性導電膜４０の上面側に形成されているアモルファス層を除去する。第２透光性導電膜４０の上面に形成されているアモルファス層は非常に薄く、ウェットエッチングすることで除去される第２透光性導電膜４０の厚さＤは１０ｎｍ以上２５ｎｍ以下程度である。ウェットエッチングに使用するエッチャントには、例えば、塩酸、硝酸、シュウ酸、塩化鉄、フッ酸、純水等からなる混合液を使用することができる。
図３は実施形態１に従いウェットエッチングされた第２透光性導電膜の上面の一例を示す模式的平面図である。図３では各領域の高さの高低を色の濃淡で示している。図３に示すように、ウェットエッチング後において、第２透光性導電膜４０の上面は、高さの異なる複数の領域を有している。複数の領域の平均径は０．３μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましく、０．４μｍ以上０．９μｍ以下であることがさらに好ましい。これにより、後記する電極５０を形成する工程の後において、形成された電極５０と第２透光性導電膜４０との密着力を向上させ、電極５０の剥がれを抑制することができる。
ウェットエッチング後において、第２透光性導電膜４０は第１透光性導電膜３０よりも厚いことが好ましい。言い換えれば、第１透光性導電膜３０の上面に第２透光性導電膜４０を形成するときに、第１透光性導電膜３０よりも厚く第２透光性導電膜４０を形成することが好ましい。これにより、第１透光性導電膜３０を形成した後、第２透光性導電膜４０を形成するときに、第２透光性導電膜４０を構成する結晶の粒径をより確実に大きくすることができる。その結果、第２透光性導電膜４０の上面側をウェットエッチングすることで現れる複数の領域の平均径を大きくできる。
ウェットエッチング前において、第１透光性導電膜３０及び第２透光性導電膜４０はいずれも２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。第１透光性導電膜３０及び第２透光性導電膜４０の厚さを２０ｎｍ以上とすることで、第２透光性導電膜４０の上面における複数の領域の平均径を大きくしやすく、また後記する電極５０に供給された電流を効率よく拡散できる。また第１透光性導電膜３０及び第２透光性導電膜４０の厚さを６０ｎｍ以下とすることで、生産性よく成膜できる。
第１透光性導電膜３０及び第２透光性導電膜４０は、いずれもＩＴＯからなることが好ましい。これにより、第１透光性導電膜３０と第２透光性導電膜４０とが持つ加工に対する特性が略同等となるため加工が容易になる。
（電極５０を形成する工程Ｓ５）
次いで、図２Ｅに示すように、第２透光性導電膜４０の上面に電極５０を形成する。電極５０は例えばＡｌを含む。電極５０は、積層構造を有していてもよく、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｃｒなどの金属層を含む積層構造とすることができる。第２透光性導電膜４０をＩＴＯを用いて形成し、Ａｌを含む電極５０を形成した場合、第２透光性導電膜４０と電極５０との密着性は一般的に良くない傾向にある。しかしながら、本実施形態では、第２透光性導電膜４０と電極５０との密着性を向上させ、高い光反射性を有するＡｌを含む電極５０による発光素子１を製造できる。その結果、半導体構造２０が発する光が電極５０により吸収されることを低減し、発光素子１の光取り出し効率を向上できる。
次いで、図２Ｅに示すように、第２透光性導電膜４０の上面に電極５０を形成する。電極５０は例えばＡｌを含む。電極５０は、積層構造を有していてもよく、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｃｒなどの金属層を含む積層構造とすることができる。第２透光性導電膜４０をＩＴＯを用いて形成し、Ａｌを含む電極５０を形成した場合、第２透光性導電膜４０と電極５０との密着性は一般的に良くない傾向にある。しかしながら、本実施形態では、第２透光性導電膜４０と電極５０との密着性を向上させ、高い光反射性を有するＡｌを含む電極５０による発光素子１を製造できる。その結果、半導体構造２０が発する光が電極５０により吸収されることを低減し、発光素子１の光取り出し効率を向上できる。
以上説明した実施形態１に係る発光素子１の製造方法によれば、第２透光性導電膜４０の上面に高さが異なる複数の領域が現れ、これら複数の領域の平均径が比較的大きなものとなる。したがって、電極５０と透光性導電膜との密着面積が増大する。よって、電極５０と透光性導電膜との密着性を向上させ、電極５０が透光性導電膜から剥がれることを抑制できる。
［複数の領域の平均径］
図４は複数の領域が有する一の領域を示す模式的上面図である。以下、図４を参照しつつ、複数の領域の平均径を算出する方法について説明する。
図４は複数の領域が有する一の領域を示す模式的上面図である。以下、図４を参照しつつ、複数の領域の平均径を算出する方法について説明する。
まず、ウェットエッチング後における第２透光性導電膜の上面をＳＥＭで撮影して、所定の大きさの画像を得る。そして、この画像に含まれる複数の領域の境界に線を引く。これにより、当該画像内における領域の数を数えることが可能となる。ＳＥＭで撮影する画像の大きさは、例えば、縦１．５μｍ横２．５μｍ程度であることが好ましい。
次いで、個々の領域内において、長さが最も長くなる直線（Ｌ１）を引き、これを２等分する線（Ｌ２）をさらに引く。
次いで、個々の領域において直線Ｌ１と直線Ｌ２を測長する。
次いで、個々の領域において直線Ｌ１と直線Ｌ２とを加算し、その値の半値を計算する。そして、計算したすべての領域における半値の総和をとる。
次いで、「複数の領域の平均径＝（半値の総和）／領域の数」により複数の領域の平均径を求める。
次に、実施例１に係る発光素子の製造方法について説明する。実施例１では、サファイアからなる基板１０上に窒化物半導体からなる半導体構造２０を形成し、半導体構造２０の上面に、第１透光性導電膜３０をスパッタリング法で形成した後、第２透光性導電膜４０をＲＰＤ法で形成する。その後、第２透光性導電膜４０の上面側をウェットエッチングし、第２透光性導電膜４０の上面に電極５０を形成する。第１透光性導電膜３０及び第２透光性導電膜４０はいずれもＩＴＯを用いて形成し、ウェットエッチングをする工程の前において、第１透光性導電膜３０の厚さが３０ｎｍ、第２透光性導電膜４０の厚さが５０ｎｍになるように形成した。ウェットエッチングする工程において、第２透光性導電膜４０を上面側から１５ｎｍ程度の厚さ除去した。電極５０は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕを第２透光性導電膜４０の上面から順に積層したものを形成した。
図５は、実施例１において、ウェットエッチング後に第２透光性導電膜４０の上面をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で撮影して得られた画像である。図５から複数の領域の平均径を算出した結果、実施例１における複数の領域の平均径は、約０．４４μｍであった。
［比較例１］
次に、比較例１に係る発光素子の製造方法について説明する。比較例１では、第１透光性導電膜をスパッタリング法で厚さが８０ｎｍになるように形成し、第１透光性導電膜の上面側をウェットエッチングした。その後、第１透光性導電膜の上面に電極を形成した。つまり、比較例１では、実施例１における第２透光性導電膜を形成する工程を行わず、第１透光性導電膜の厚さが実施例１における透光性導電膜全体の厚さと同様になるようにした。その他の条件は実施例１と同様である。比較例２において、ウェットエッチング後に第１透光性導電膜の上面をＳＥＭで撮影して得られた画像を図６に示す。実施例１を比較例１と比較すると、実施例１では比較例１と比較して電極の剥がれが発生する頻度が少なかった。これは、図５と図６を比較すれば分かるように、実施例１では比較例１よりも、複数の領域の平均径が大きいため、電極と透光性導電膜との密着性が高いためであると考えられる。図６から複数の領域の平均径を算出した結果、比較例２における複数の領域の平均径は、約０．２７μｍであった。
次に、比較例１に係る発光素子の製造方法について説明する。比較例１では、第１透光性導電膜をスパッタリング法で厚さが８０ｎｍになるように形成し、第１透光性導電膜の上面側をウェットエッチングした。その後、第１透光性導電膜の上面に電極を形成した。つまり、比較例１では、実施例１における第２透光性導電膜を形成する工程を行わず、第１透光性導電膜の厚さが実施例１における透光性導電膜全体の厚さと同様になるようにした。その他の条件は実施例１と同様である。比較例２において、ウェットエッチング後に第１透光性導電膜の上面をＳＥＭで撮影して得られた画像を図６に示す。実施例１を比較例１と比較すると、実施例１では比較例１と比較して電極の剥がれが発生する頻度が少なかった。これは、図５と図６を比較すれば分かるように、実施例１では比較例１よりも、複数の領域の平均径が大きいため、電極と透光性導電膜との密着性が高いためであると考えられる。図６から複数の領域の平均径を算出した結果、比較例２における複数の領域の平均径は、約０．２７μｍであった。
［比較例２］
次に、比較例２に係る発光素子の製造方法について説明する。比較例２では、第１透光性導電膜をＲＰＤ法で厚さが８０ｎｍになるように形成し、第１透光性導電膜の上面側をウェットエッチングした。その後、第１透光性導電膜の上面に電極を形成した。つまり、比較例２では、第１透光性導電膜を蒸着法により形成するとともに、実施例１における第２透光性導電膜を形成する工程を行わず、第１透光性導電膜の厚さが実施例１における透光性導電膜全体の厚さと同様になるようにした。その他の条件は実施例１と同様である。比較例２において、ウェットエッチング後に第１透光性導電膜の上面をＳＥＭで撮影して得られた画像を図７に示す。実施例１を比較例２と比較すると、実施例１では比較例２と比較して電極の剥がれが発生する頻度が少なかった。これは、図５と図７を比較すれば分かるように、実施例１では、比較例２よりも、複数の領域の平均径が大きいため、電極と透光性導電膜との密着性が高いためであると考えられる。図７から複数の領域の平均径を算出しようとしたが、複数の領域が小さいため算出することができなかった。
次に、比較例２に係る発光素子の製造方法について説明する。比較例２では、第１透光性導電膜をＲＰＤ法で厚さが８０ｎｍになるように形成し、第１透光性導電膜の上面側をウェットエッチングした。その後、第１透光性導電膜の上面に電極を形成した。つまり、比較例２では、第１透光性導電膜を蒸着法により形成するとともに、実施例１における第２透光性導電膜を形成する工程を行わず、第１透光性導電膜の厚さが実施例１における透光性導電膜全体の厚さと同様になるようにした。その他の条件は実施例１と同様である。比較例２において、ウェットエッチング後に第１透光性導電膜の上面をＳＥＭで撮影して得られた画像を図７に示す。実施例１を比較例２と比較すると、実施例１では比較例２と比較して電極の剥がれが発生する頻度が少なかった。これは、図５と図７を比較すれば分かるように、実施例１では、比較例２よりも、複数の領域の平均径が大きいため、電極と透光性導電膜との密着性が高いためであると考えられる。図７から複数の領域の平均径を算出しようとしたが、複数の領域が小さいため算出することができなかった。
［比較例３］
次に、比較例３に係る発光素子の製造方法について説明する。比較例３では、第１透光性導電膜をＲＰＤ法で形成した後、第２透光性導電膜をスパッタリング法で形成した。なお、比較例３では、第２透光性導電膜の上面に電極を形成しなかった。これらの点以外は実施例１と同様である。比較例３において、ウェットエッチング後に第２透光性導電膜の上面をＳＥＭで撮影して得られた画像を図８に示す。図７と図８とを比較すれば分かるように、比較例３では、比較例２と同様に複数の領域の平均径が小さくなっており、複数の領域の平均径を算出することができなかった。そのため、比較例３は、比較例２と同様に、実施例１よりも電極と第２透光性導電膜との密着性は低いと考えられる。
次に、比較例３に係る発光素子の製造方法について説明する。比較例３では、第１透光性導電膜をＲＰＤ法で形成した後、第２透光性導電膜をスパッタリング法で形成した。なお、比較例３では、第２透光性導電膜の上面に電極を形成しなかった。これらの点以外は実施例１と同様である。比較例３において、ウェットエッチング後に第２透光性導電膜の上面をＳＥＭで撮影して得られた画像を図８に示す。図７と図８とを比較すれば分かるように、比較例３では、比較例２と同様に複数の領域の平均径が小さくなっており、複数の領域の平均径を算出することができなかった。そのため、比較例３は、比較例２と同様に、実施例１よりも電極と第２透光性導電膜との密着性は低いと考えられる。
これらの実施例１、比較例１〜３の結果から、実施例１が比較例１〜３と比較して、電極の剥がれが発生する頻度が少ないことが確認でき、電極と透光性導電膜との密着性が高くなっていることが確認できた。
実施例１における複数の平均径が比較例１〜３よりも大きくなった理由としては、スパッタリング法で第１透光性導電膜３０を形成した後、ＲＰＤ法などの蒸着法で第２透光性導電膜４０を形成したことに起因すると考えられる。スパッタリング法で形成された第１透光性導電膜３０の上面は、比較例１の図６で示したように複数の領域の径が比較的大きい状態であることが分かる。このような比較的大きい複数の領域の平均径を有する第１透光性導電膜３０の上面に、ＲＰＤ法などの蒸着法で第２透光性導電膜４０を形成することにより、第１透光性導電膜３０の複数の領域を起点として、第２透光性導電膜４０がその結晶の粒径を拡大させつつ形成されていくと推測される。その結果、実施例１において第２透光性導電膜４０の上面に現れる複数の領域の平均径は、第１透光性導電膜のみをスパッタリング法で形成した比較例１よりも大きくなったと考えられる。一方、比較例３では、ＲＰＤ法などの蒸着法で第１透光性導電膜を形成した後、スパッタリング法により第２透光性導電膜を形成している。ＲＰＤ法などの蒸着法で形成した第１透光性導電膜の上面をウェットエッチングすることで現れる第１透光性導電膜の上面は、比較例２の図７に示したように複数の領域の平均径が非常に小さい状態であることが分かる。そのため、複数の領域の平均径が小さい第１透光性導電膜の上面に、スパッタリング法で第２透光性導電膜を形成した場合、第２透光性導電膜を構成する結晶の粒径が大きくなりづらい傾向にあると考えられる。その結果、第２透光性導電膜の上面側をウェットエッチングして現れる複数の領域の平均径が小さくなったと考えられる。
以上、実施形態及び実施例について説明したが、これらの説明によって特許請求の範囲に記載された構成は何ら限定されるものではない。
１ 発光素子
１０ 基板
２０ 半導体構造
３０ 第１透光性導電膜
４０ 第２透光性導電膜
５０ 電極
Ｄ ウェットエッチングすることで除去される第２透光性導電膜の厚さ
１０ 基板
２０ 半導体構造
３０ 第１透光性導電膜
４０ 第２透光性導電膜
５０ 電極
Ｄ ウェットエッチングすることで除去される第２透光性導電膜の厚さ
Claims (8)
- 半導体構造を準備する工程と、
前記半導体構造の上面に、スパッタリング法により第１透光性導電膜を形成する工程と、
前記第１透光性導電膜の上面に、蒸着法により第２透光性導電膜を形成する工程と、
前記第２透光性導電膜の上面側をウェットエッチングする工程と、
前記第２透光性導電膜の上面に電極を形成する工程と、をこの順に有する発光素子の製造方法。 - 前記蒸着法は反応性プラズマ蒸着法である請求項１に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第１透光性導電膜及び前記第２透光性導電膜はいずれもＩＴＯからなる請求項１または２に記載の発光素子の製造方法。
- 前記電極はＡｌを含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
- 前記ウェットエッチング後において、前記第２透光性導電膜は前記第１透光性導電膜よりも厚い請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
- 前記ウェットエッチング後において、前記第２透光性導電膜の上面は高さの異なる複数の領域を有し、
前記複数の領域の平均径は０．３μｍ以上１．０μｍ以下である請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。 - 前記ウェットエッチング前において、前記第１透光性導電膜及び前記第２透光性導電膜はいずれも２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚さを有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
- 前記半導体構造は窒化物半導体を含む請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
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