JPS624326A - 半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は新規な表面保護膜を備えた半導体素子に関し、
更に詳しくは、動作特性、とりわけ発光特性の経時劣化
が少ないＭｉｓ接合型半導体素子に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

半導体の禁制帯幅が大きいためｐｎ接合を形成すること
が困難である青色発光の半導体素子に関しては、現在、
金属−絶縁体一半導体接合（Ｍｉｓ型接合）のものが保
用されはじめている。

このＭＩＳ型素子においては、半導体として硫化亜鉛、
セレン化亜鉛等の化合物半導体が使用されているが、し
かしこれらの化合物半導体は、ＩＣやＬＳＩのシリコン
半導体の場合と異なってその表面にはシリコン酸化膜の
ような優れた絶縁膜を直接形成することが極めて困難で
ある。

一般に、発光素子をＭｉｓ接合で構成する場合、中間に
位置する絶縁膜には例えば次のような条件が必須として
求められる。

すなわち、電子若しくは正孔のトンネル効果が可能とな
る程度にその膜厚が薄く、ピンホール等の組織欠陥のな
い均質かつ均一な厚みを有すること；膜厚としては１０
０人若しくはそれ以下が要求される。第２は、電子、正
孔を捕獲するトラップ準位が、絶縁膜内、絶縁膜と金属
の界面、又は絶縁膜と半導体基板の界面に存在しないこ
と；更には、発光に伴なう発熱、所要電圧を印加したと
きにこの膜が劣化しないこと；等々である。

このようなことを前提にして、各種半導体基板の上にラ
ングミュア−プロジェット法を適用してラングミュア−
プロジェット膜（以下、ＬＢ膜という）を積層し、これ
を絶縁膜として利用する試みがなされている（シン・ソ
リッド・フィルム。

９９巻、２８３頁、１９８４年（Ｔｈｉｎ　５ｏｌｉｄ
　Ｆｉｌｍ。

エエ、２８３．１９８４）、　エレクトロニクス・レタ
ーズ、２０巻、１２号、４８９〜４９１頁。

１９８４年（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ＬｅＬｔｅｒｓ
＋　２０　＋　１２　。

ｐｐ４Ｂ９〜４９１．１９８４）を参照）。

しかしながら、これらの発光素子はいずれもその発光特
性が不安定でかつ耐久性に乏しく、短時間の動作で減衰
するという問題があり必ずしも満足すべきものとはいえ
ない。

ところで、一般に各種の半導体素子においては、その表
面に例えばポリイミド、ポリアミドのような各種の有機
高分子薄膜を形成して、湿気、空気から素子を保護する
ことが行われている。その場合、この薄膜は、有機高分
子物質を適宜な有機溶媒に熔解せしめ、得られた樹脂液
を例えばスピンコード法によって素子表面に塗布し、溶
媒を除去することによって形成されるのが通例である。

しかしながら上記方法は、前述したＬＢＩＩを備える半
導体素子に適用することはできない。

それは、ＬＢｌｊｉｌｉを構成する分子は親水性、疎水
性のいずれの性質をも兼備するため、上記方法で表面保
護膜を形成した場合には用いた樹脂液によってＬＢ膜が
熔解してしまうからである。

したがって、ＬＢ膜を絶縁膜とするＭｉｓ型半導体素子
において、ＬＢ膜を損傷することな（表面保護膜を形成
する技術の開発は強く要請されている。

〔発明の目的〕

本発明は上記問題を解決し、ＬＢ膜の上に新規な表面保
護膜が形成されている半導体素子、とりわけ発光素子の
提供を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の半導体素子は、絶縁体層がＬＢ膜であるＭＩＳ
半導体素子であって、該ＬＢ膜の上に形成される表面保
護膜が、真空蒸着法又はスパッタ法を適用して成膜した
合成高分子膜であることを特徴とする。

本発明の半導体素子におけるＳ、すなわち半導体として
は、ブリッジマン法、気相成長法、液相成長法などの各
種公知の方法で育成されたＧａＰ。

ＧａＡｓＰ、　ＧａＡｌＡｓ、　ＳｉＣ，ＧａＮ、　Ｚ
ｎＳ、　Ｚｎ５ｅなどの化合・物半導体をあげることが
できる。

この半導体の上に形成されるＬＢ膜としては、例えば、
ステアリン酸、アラキシン酸、ω−トリコセン酸、スチ
レンと無水マレイン酸の共重合体。

ポリリジン、アルブミン、フタロシアニン誘導体のよう
なそれ自身で単分子膜を形成し得る化合物にＬＢ法を適
用して形成した膜；又は、上記化合物にポリ（ｉＩｌｌ
−ベンジル−し−ヒスチジン）、ポリ　（γ−ベンジル
ーし一グルタメート）、　　ポリ（γ−メチルーＬ−グ
ルタメート）、ポリ　（メタクリル酸メチル）、６．６
−ナイロンなどを混合したものから成膜したＬＢｌｉ、
などをあげることができる。これらＬＢ膜は単層であっ
てもよいし、複数層を積層して成る膜であってもよい。

このＬＢ膜の形成にあたっては、まず上記した化合物半
導体のウェハ基板に常法の表面清浄化処理を施したのち
、これを１、Ｂ膜形成装置内にセットする。

サブフェイズ水相内を、所定のｐＨ，温度、金属塩濃度
に維持し、その水面に前記した有機物質の単分子膜を展
開する。

その後、膜面を所定の表面圧に保持しながら、公知の垂
直引き上げ法又は水平付着法を適用してウェハ基板に所
定膜厚のＬＢ膜を形成する。ついで、例えば窒素のよう
な不活性雰囲気中でこのＬＢ膜を充分に乾燥し、ただち
に上部電極形成用蒸着装置内に移し、適当なパターンを
有する蒸着マスクを介してこの乾燥ＬＢ膜の上に所定の
金属（例えば金）を被着せしめて電極を形成する。

本発明の半導体素子は、上記したＭｉｓ型素子のＬＢ膜
の上に後述する合成高分子膜が表面保護膜として形成さ
れている。この表面保護膜は、ＬＢ膜との親和性が大で
かつＬＢ膜を溶解せしめず、しかも比較的高温下にあっ
ても熱分解しない耐熱性に富む高分子膜であることが好
ましい。

この高分子膜は、■少なくとも２種類の膜構成物質を真
空槽中で別個に蒸発せしめ、各蒸気をＬＢ膜上に同時に
沈着せしめて該部位で合成反応を起生せしめて成膜する
という真空蒸着法を適用した方法、及び■所望の膜構成
物質をターゲットにし、それをスパッタして該膜構成物
質をそのままＬＢｌＮ上に被着せしめるというスパッタ
法を適用した方法によって形成することができる。これ
ら方法の場合には、ＬＢ膜を溶解せしめる虞れのある有
機溶媒を使用することがないので、形成された高分子膜
がＬＢｌｌＩを熔解することは回避される。

■の真空蒸着法を適用する場合、例えば、とロメリット
酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物
、ベンゾテトラカルボン酸二無水物のような酸無水物を
一方の膜構成物質とし、ジアミノジフェニルエーテル、
ジアミノナフタレン。

ｐ−フェニレンジアミンのようなジアミンを他方の膜構
成物質とすれば、ＬＢ膜の上ではポリイミド膜が合成さ
れる。また、テレフタル酸クロリドのような酸クロリド
と４．４°　−ジアミノジフェニルエーテルやｐ−フェ
ニレンジアミンのようなジアミンと組み合わせればホリ
アミド膜をＬＢｌｉ上で合成することができる。更には
、ビスフェノールＡと２，２”−ジ（４−（１，２−エ
ポキシプロビル）オキシフェニル〕プロパンとを組み合
わせればエポキシ樹脂膜が合成される。

上記の組み合わせはあくまでも１例であって、■の方法
の適用の際は上記例に限定されることなく、各種の膜構
成物質を選定・組み合わせることにより各種の合成高分
子膜をＬＢ膜上に形成することが可能となる。

真空蒸着時の操作条件は、それぞれ用いる膜構成物質の
種類、所望する膜厚、膜の形成速度等によって可変的と
なるので一義的に決めることはできない。

■のスパッタ法の場合は、既に高分子である樹脂素材を
ターゲットにして常用のスパッタ法を適用すればよい。

スパッタ法の場合、入力するエネルギーは一般に大きい
ので樹脂素材は分子鎖が切断され易く、したがって切断
分子の末端はラジカルとなり易いので、ＬＢ膜上に沈着
したときには比較的強固な結合状態を復元して強靭な保
護膜を形成できる。

〔発明の実施例〕 実施例１ （１）ＭＩＳ型素子の製造 Ｉｎ電極の上にＧａＰ単結晶基板をオーミックコンタク
トになるようにして取り付けた。このＧａＰ単結晶基板
の上にエピタキシャル成長法によってＧａＰ層を形成し
、更にそのＧａＰ層に硫黄を１０”−１窒素を１０１５
−それぞれドープした。

このエビキシセルＧａＰ層の表面に、ＬＢ成膜装置を用
いて、アラキシン酸（ＣＨｌ（ＣＨ２）　Ｉｆｆ　Ｃ０
０Ｈ）のカドミウム塩のＬＢ膜を層形成した。成膜条件
は、水面上に展開された上記塩の単分子層の表面厚：　
２５ｄｙｎ　／ｃｓであり、引き上げ速度は１ｍｍ／＋
ｍｔｎであった。

ついで、全体を窒素雰囲気中で乾燥したのち、このＬＢ
膜の中心部に金を蒸着して直径０．５ｖｗ。

厚み１０００人の上部電極を形成してＭｉｓ型素子を得
た。

（２）表面保護膜の形成 （１）で得た素子を真空槽の基板ホルダに取り付けた。

真空槽の中には２本の試験管が相互に熱遮蔽板を介して
離隔されており、各試験管は独立して加熱できるように
なっている。

一方の試験管にピロメリット酸二無水物（ＰＭＯＡ）を
いれ、他方の試験管にはジアミノジフェニルエーテル（
ＯＤＡ）をいれた。

真空槽をＩ　Ｘ　１０−１ｉＴｏｒｒにまで排気し、各
試験管を１５０±２℃の温度にそれぞれ加熱して真空蒸
着処理を行った。蒸着量等ば、各試験管の上部にセント
したシャックで制御した。

素子のＬＢ膜上には、ポリイミド膜が１０ｎ■／ｓｉｎ
の成膜速度で形成された。３０分間の蒸着処理後、真空
中で１９０℃、１時間加熱した。厚み０．３μ−のポリ
イミド膜を表面保護膜とする旧Ｓ型発光素子が得られた
。

（３）発光素子の性能 （２）で得られた発光素子の金電極側を正にして３■の
電圧を印加したところ、約５９０ｎｍにピークを有する
黄緑色の発光が認められた。周囲温度２０℃における１
０時間の連続動作のあとでも、その発光強度が減少する
ことはなかった。

他方、本発明の表面保護膜が形成されていない発光素子
の場合は、上記条件下における１０時間の連続動作後の
発光強度は、初期値の約３０％の値にまで減少した。

実施例２〜６ 真空槽の各試験管にいれる膜形成物質の種類を表のよう
に変えて、表示の条件下で実施例１のＭＩＳ型素子に各
種の合成高分子膜を形成した。

得られた素子の発光強度の経時変化を実施例１と同様に
して調べた。結果を表にして記した。

実施例７ ポリイミド保護膜を真空蒸着合成法により形成すること
を除き、実施例１と同様の方法で作製したＭＩＳ素子を
通常の高周波スパッタ装置の試料ホルダに固定した。ス
パッタターゲットは、厚さ５ｍｍのポリイミド樹脂を所
要の大きさに切断したものを用いた。

ＭＩＳ素子、ターゲットをスパッタ装置内の所定の位置
に固定した後、スパッタ装置の真空相を１、ＯＸ　Ｉ　
０−６Ｔｏｒｒにまで排気した後、キャリアガスとして
のアルゴンガスを５　Ｘ　１０−２Ｔｏｒｒで導入した
。スパッタ電力１０Ｗで１０分間のスパッタを行った。

この結果、Ｍ’ＩＳ素子上に厚さ１．０μ−の被膜が形
成された。

上記保護膜を形成したＭｉｓ素子について実施例１と同
様の発光特性試験を実施したところ、発光強度は１０時
間にわたって減少しないという結果が得られた。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明のＭＩＳ型半導体
素子は、形成される表面保護膜がＬＢ膜を熔解せしめな
いので、その動作特性の経時劣化は少なく、工業的な有
用性は大である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 絶縁体層がラングミュア・プロジェット膜であるＭＩＳ
   型半導体素子であって、該ラングミュア・プロジェット
   膜の上に形成される表面保護膜が、真空蒸着法又はスパ
   ッタ法を適用して成膜した合成高分子膜であることを特
   徴とする半導体素子。