JP2004247654A

JP2004247654A - Oxide semiconductor light emitting device, its manufacturing method, and semiconductor light emitting device using same

Info

Publication number: JP2004247654A
Application number: JP2003038038A
Authority: JP
Inventors: Hajime Saito; 肇齊藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-17
Also published as: JP4185784B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxide semiconductor light emitting device that is improved in reliability by suppressing reduction and corrosion. <P>SOLUTION: This oxide semiconductor light emitting device 1 is provided with at least an n-type clad layer 3, quantum well light emitting layer 4 (active layer), p-type clad layer 5, p-type contact layer 6, p-type ohmic electrode 7, and Au-pad electrode 8 on a substrate 2. The main surface 1a of the light emitting device 1 including at least the side faces 1b of the device 1 is coated with a polycarbonate protective film 10 (multilayered protective film) composed of two or more kinds of insulating organic compounds and a polyimide protective film 11 (multilayered protective film). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオードチップや半導体レーザチップなどの酸化物半導体発光素子およびその製造方法ならびに酸化物半導体発光素子を用いた半導体発光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５８−２１３４５７号公報
【非特許文献１】
「ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ」、Ｖｏｌ．２５、１９７４年、ｐ．７０８−７１０
【非特許文献２】
「ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ」、Ｖｏｌ．３０、１９７７年、ｐ．８７−８８
【０００４】
フルカラーディスプレイ等の表示素子や種々の光源として広範囲に利用される高輝度な発光素子は、その産業利用の用途や範囲が年々拡大している。中でも、青色〜紫外域のみならず、赤色を含めた可視光全域で利用可能な発光素子として、ワイドギャップ半導体である窒化物半導体発光素子が多く利用されている。
【０００５】
酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、約３．４ｅＶのバンドギャップエネルギーを有する直接遷移型半導体で、励起子結合エネルギーが６０ｍｅＶと極めて高く、また原材料が安価であり、環境や人体に無害、かつ成膜手法が簡便であるなどの特徴を有する。また、酸化亜鉛は、高効率・低消費電力で環境性に優れた発光デバイスを実現できる。
【０００６】
なお、以下において、酸化亜鉛（ＺｎＯ）系半導体とは、ＺｎＯおよびこれを母体としたＭｇＺｎＯあるいはＣｄＺｎＯなどで表される混晶を含めるものとする。
【０００７】
近年、化合物半導体を用いた発光素子の性能向上は目ざましいものがあり、同時に発光素子に求められる耐久性も厳しいものになっている。例えば、高輝度な発光素子は、屋外での大型ディスプレイ光源などに用いられることが多く、変動の大きい環境下における連続駆動が安定して行なわれなければならない。また、半導体レーザ素子は、その光出射端面が１０^５〜１０^６Ｗ／ｃｍ^２という極めて高密度な光エネルギーに晒されるため、急速な劣化を抑止する必要がある。すなわち、発光素子の劣化を防止し、素子寿命を向上させる技術は、産業利用上極めて重要である。
【０００８】
従来の半導体発光素子において共通した素子劣化の主要因は、素子表面を流れる無効電流と、素子表面の酸化腐食による素子表面の欠陥の増大であると考えられる（例えば、非特許文献１を参照）。特に、この２つの要因が結び付くと、発光素子は急激に劣化する。
【０００９】
このような劣化を防止するため、チップ状の半導体発光素子をリードフレームなどに実装した半導体発光装置においては、チップおよびリードフレームを樹脂で封止することにより、酸素などの吸着を防いで素子寿命を向上させている（例えば、特許文献１を参照）。また、半導体レーザ素子においては、光反射率を制御するため出射端面に誘電体多層膜を形成するのが一般的である（例えば、非特許文献２を参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＺｎＯ系半導体発光素子（酸化物半導体発光素子）を樹脂で封止したり、誘電体多層膜を形成しても従来の半導体発光素子に比べて改善効果が乏しいことがわかった。詳細な検討によると、酸化物半導体発光素子の経時劣化は、前記酸化腐食ではなく、水分の吸着による還元、すなわち、導電性の還元物を通じて素子表面に無効電流が流れることが主な原因である。さらに、発光素子における高輝度発光に伴う発光素子温度の上昇や、高密度光エネルギーの曝露によって欠陥が増殖する。従って、従来の酸化を防止するための保護技術では、還元による劣化を防止できないと考えられる。
【００１１】
また、従来の半導体発光装置における封止樹脂は、酸化物半導体発光素子の発光波長に相当する高い光エネルギーに対する耐性はあまり考慮されておらず、長期に渡って酸化物半導体発光素子が紫外光に晒されると酸化物半導体発光素子が劣化して脆くなり、外気の遮断性が低下する。このため、酸化物半導体の還元腐食がさらに進行するという問題が生じる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、前記従来の問題に鑑み、還元腐食を抑止して信頼性に優れた酸化物半導体発光素子およびその製造方法ならびに酸化物半導体発光素子を用いた半導体発光装置を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水分などに起因する還元腐食や、モールド樹脂の紫外線による劣化を抑止できる半導体発光素子および発光装置の構造を鋭意検討した結果、酸化物半導体発光素子の表面を２層以上の異なる絶縁性有機化合物からなる積層膜（多層保護膜）で保護することにより、前記目的を達成するものである。
【００１４】
本発明に係る酸化物半導体発光素子は、前記課題を解決するための手段として、
基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層および電極を備えた酸化物半導体発光素子において、
前記酸化物半導体発光素子の少なくとも側面を含む主表面を、２種類以上の異なる絶縁性有機化合物からなる多層保護膜で被覆したものである。
【００１５】
前記発明によれば、絶縁性有機化合物は、水分から酸化物半導体発光素子を保護する保護効果が無機化合物に比べて大きいので、絶縁性有機化合物を酸化物半導体発光素子のチップ表面に被覆または堆積させることにより、還元による酸化物半導体の経時劣化を防止し、保護することができる。このとき、２種類以上の異なる絶縁性有機化合物、すなわち機能の異なる有機化合物を積層して多層保護膜を形成し、酸化物半導体発光素子を保護することにより前記保護効果が向上するとともに、還元雰囲気以外の外因による素子劣化も防止することができる。このことにより、信頼性に優れた酸化物半導体発光素子を提供できる。
【００１６】
前記多層保護膜の膜厚は、１０ｎｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。絶縁性有機化合物からなる前記多層保護膜の膜厚が、１０ｎｍ以上１００μｍ以下の範囲内であれば、還元雰囲気からの保護効果に優れると共に、加工性および透光性にも優れる。
【００１７】
前記主表面と前記多層保護膜との間に、絶縁性無機化合物からなる無機保護膜を形成することにより、酸化物半導体発光素子と有機化合物からなる多層保護膜との密着性が向上する。
【００１８】
前記無機保護膜が酸化物を含むことにより、無機保護膜が酸化物半導体との親和性に優れ、前記多層保護膜をより酸化物半導体発光素子に密着させることができる。
【００１９】
前記無機保護膜は、非晶質薄膜であることが好ましい。無機保護膜が非晶質を有すると、結晶粒界を生じないので絶縁特性に優れる。
【００２０】
前記多層保護膜は、電気的接続に必要な最小限の開口部を除き、前記電極表面を覆うことが好ましい。これにより、酸化・還元によって劣化し易い、例えば、金属からなる電極の保護領域が増大するので、発光素子の信頼性が向上する。
【００２１】
また、前記多層保護膜は、弗素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニリデン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラニン樹脂、シリコン樹脂およびエポキシ樹脂から選択された少なくとも２つの樹脂を含むことが好ましい。前記樹脂は、紫外光に対する耐候性、吸湿性、耐熱性、絶縁性、耐衝撃性、寸法安定性、耐薬品性、透明性などに優れるので、酸化物半導体の保護膜として好適であり、これらを組み合わせて用いることにより、半導体発光装置の信頼性が格段に向上する。
【００２２】
本発明に係る酸化物半導体発光素子の製造方法は、前記課題を解決するための手段として、
基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層を積層し、
２種類以上の異なる絶縁性有機化合物を真空中で蒸発または飛散させて酸化物半導体発光素子の少なくとも側面を含む主表面に堆積させ被覆するものである。
【００２３】
前記発明によれば、絶縁性有機化合物を真空堆積法で堆積することにより、微小な酸化物半導体発光素子の主表面に高品質で膜厚が均一な多層保護膜を容易に形成することができる。
【００２４】
前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層を成長装置内の第１成長室内において前記基板上に積層し、
前記第１成長室内の前記基板を、大気に晒すことなく前記成長装置内の第２成長室内へ移動し、
前記絶縁性有機化合物を前記第２成長室内において真空中で蒸発または飛散させて酸化物半導体発光素子の少なくとも側面を含む主表面に堆積させ被覆することが好ましい。このように、真空状態の結晶成長装置内で連続して有機保護膜を堆積することにより、半導体発光素子表面を大気に晒すことがないので、水分などの付着による還元劣化の抑止効果が向上する。また、無機物である半導体結晶の第１成長室と、有機保護膜の第２成長室とを分離することにより、高い結晶性が求められる半導体層の第１成長室が清浄に維持される。
【００２５】
前記堆積方法は、真空蒸着法、スパッタリング法、レーザアブレーション法のいずれかであることが好ましい。これらの真空堆積法は、量産性に優れ、多層保護膜の形成を容易に行うことができる。
【００２６】
本発明に係る半導体発光装置は、前記課題を解決するための手段として、
基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層および電極を備えた酸化物半導体発光素子をリードフレーム上に接続し、前記酸化物半導体発光素子は封止樹脂で封止された半導体発光装置において、
前記酸化物半導体発光素子の少なくとも側面を含む主表面を、２種類以上の異なる絶縁性有機化合物からなる多層保護膜で被覆したものである。
【００２７】
前記発明によれば、有機化合物は、水分から酸化物半導体発光素子を保護する保護効果が無機化合物に比べて大きいので、絶縁性有機化合物を酸化物半導体発光素子のチップ表面に被覆または堆積させることにより、酸化物半導体の還元による経時劣化を防止できる。このとき、２種類以上の異なる絶縁性有機化合物、すなわち機能の異なる有機化合物を積層して多層保護膜を形成し、酸化物半導体発光素子を保護することにより前記保護効果が向上するとともに、還元雰囲気以外の外因による素子劣化も防止することができる。このことにより、信頼性に優れた半導体発光装置を提供できる。
【００２８】
前記多層保護膜のうち少なくとも前記酸化物半導体発光素子に最も近い保護膜は、少なくとも２００〜３８０ｎｍの範囲内の波長を有する光を透過しないことが好ましい。これにより、酸化物半導体発光素子を封止する封止樹脂が紫外光によって劣化するのを防ぐことができ、半導体発光装置の寿命が向上する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００３０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る酸化物半導体発光素子１の断面図である。この酸化物半導体発光素子１は、亜鉛面（０００１）を主面とするｎ型ＺｎＯ単結晶基板２上に、Ｇａを３×１０^１８ｃｍ^−３の濃度でドーピングした厚さ１μｍのｎ型Ｍｇ_０．１Ｚｎ_０．９Ｏクラッド層３、ノンドープ量子井戸発光層４（活性層）、Ｎを５×１０^１９ｃｍ^−３の濃度でドーピングした厚さ１μｍのｐ型Ｍｇ_０．１Ｚｎ_０．９Ｏクラッド層５、Ｎを１×１０^２０ｃｍ^−３の濃度でドーピングした厚さ０．５μｍのｐ型ＺｎＯコンタクト層６が積層されている。量子井戸発光層４は、８層の厚さ５ｎｍのＺｎＯ障壁層と、７層の厚さ４ｎｍのＣｄ_０．１Ｚｎ_０．９Ｏ井戸層とからなり、互いに交互に積層されている。
【００３１】
また、ｐ型ＺｎＯコンタクト層６上には、厚さ１５ｎｍのＮｉを積層した透光性を有するｐ型オーミック電極７が積層され、その上には厚さ１００ｎｍのボンディング用Ａｕパッド電極８が積層されている。このＡｕパッド電極８の垂直方向から見た面積は、前記ｐ型オーミック電極７の面積より小さい。また、ＺｎＯ基板２の裏面には、厚さ１００ｎｍのＡｌよりなるｎ型オーミック電極９が積層されている。
【００３２】
前記酸化物半導体発光素子１の主表面１ａには、厚さ１μｍのポリカーボネート保護膜１０および厚さ１μｍのポリイミド保護膜１１が積層されている。前記酸化物半導体発光素子１の主表面１ａは、ＺｎＯ単結晶基板２上面と、側面１ｂと、ｐ型オーミック電極７上面とを含む。
【００３３】
次に、前記酸化物半導体発光素子１を製造する製造方法について説明する。
【００３４】
本実施形態の酸化物半導体発光素子１は、図２に示すレーザ分子線エピタキシー（以下レーザＭＢＥと称する）装置２０で製造される。このレーザＭＢＥ装置２０は、超高真空に排気可能な第１成長室２１ａの上部に、前記基板２を下面位置で保持する基板ホルダー２２ａが配置されている。この基板ホルダー２２ａは、基板ホルダー２２ａ裏面が基板ホルダー２２ａ上部に配置されたヒーター２３ａにより加熱されるようになっており、これにより、前記基板２が基板ホルダー２２ａからの熱伝導により加熱される。前記基板２下方には、扇状のターゲットテーブル２４ａが配置されており、このターゲットテーブル２４ａ上面外縁部には複数のターゲット２５が配置されている。ターゲット２５の表面は、第１成長室２１ａの側壁に設けられたビューポート２６ａを介して照射されるパルスレーザ光２７によりアブレーションされ、ターゲット２５表面の原料が瞬時に蒸発するようになっている。この蒸発したターゲット２５の原料が基板２下面に堆積することにより基板２に薄膜が形成される（レーザアブレーション法）。また、ターゲットテーブル２４ａは、図示しない回転機構によりパルスレーザ光２７の照射シーケンスに同期して回転制御され、異なるターゲット２５の原料を基板２に積層できるようになっている。また、第１成長室２１ａにはガス導入管２８ａ，ｂが設けられており、ガスを第１成長室２１ａ内に導入できるようになっている。また、ガス導入管２８ｂに設けられたラジカルセル２９によって活性化された原子状ビームを基板２に照射することも可能である。
【００３５】
また、基板２と原料ターゲット２５との間には、基板２の所定領域をマスクするための遮蔽マスク３０が配置されている。この遮蔽マスク３０には、図３に示すように、２５０μｍ角の開口部３０ａが３００μｍ間隔で形成されている。この遮蔽マスク３０は、後述するように基板２上に前記半導体層３〜７を成長させる際に、成長層を２５０μｍ角に選択形成するのに用いられる。また、遮蔽マスク３０は、移動機構３１によって基板２下方から水平方向に移動可能となっている。
【００３６】
また、前記レーザＭＢＥ装置２０には、第２成長室２１ｂが設けられている。この第２成長室２１ｂは、前記第１成長室２１ａとゲートバルブ３２を介して接続されている。このゲートバルブ３２を介して、前記第１成長室２１ａ内の基板２を第２成長室２１ｂ内に第１成長室２１ａ内を大気解放することなく搬送することができる。このとき、基板２は図示しない基板搬送機構によって搬送される。また、第２成長室２１ｂは、第１成長室２１ａと同様に超高真空に排気可能となっており、第２成長室２１ｂの上部には、基板２を下面位置で保持する基板ホルダー２２ｂが配置されている。この基板ホルダー２２ｂは、ヒーター２３ｂにより加熱され、保持する基板２が基板ホルダー２２ｂからの熱伝導により加熱されるようになっている。また、前記基板２下方には、扇状のターゲットテーブル２４ｂが配置されており、このターゲットテーブル２４ｂ上面外縁部には複数のターゲット２５が配置されている。ターゲット２５の表面は、第２成長室２１ｂの側壁に設けられたビューポート２６ｂを介して照射されるパルスレーザ光２７によりアブレーションされる。このターゲット２５の表面に照射されるパルスレーザ光２７は、回転駆動されるミラー３３によって光路を変更され、ビューポート２６ｂを介して第２成長室２１ｂ内へ導入されるようになっている。また、ターゲットテーブル２４ｂは、図示しない回転機構によりパルスレーザ光２７の照射シーケンスに同期して回転制御され、異なるターゲット２５の原料を基板２に積層できるようになっている。また、第２成長室２１ｂにはガス導入管３４が設けられており、ガスを第２成長室２１ｂ内に導入できるようになっている。
【００３７】
前記レーザＭＢＥ装置２０を用いたレーザＭＢＥ法では、まず、洗浄処理したＺｎＯ基板２をレーザＭＢＥ装置２０内の基板ホルダー２２ａ下面に取り付け固定する。次に、温度６００℃で３０分間、加熱してＺｎＯ基板２を清浄化し、その後で基板温度を５５０℃に降温する。
【００３８】
次に、回転機構によるターゲットテーブル２４ａの回転駆動周期をパルスレーザ光２７のパルス照射周期と同期させ、ノンドープＺｎＯ単結晶、およびＧａ_２Ｏ_３を添加したＭｇＺｎＯ燒結体を原料とするターゲット２５を交互にアブレーションし、図４（ａ）に示すように、基板２上に、所望のＭｇ組成とＧａドーピング濃度（３×１０^１８ｃｍ^−３）を有するｎ型Ｍｇ_０．１Ｚｎ_０．９Ｏクラッド層３を厚さ１μｍまで成長させる。このとき、アブレーションを行うパルスレーザ光２７には、ＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ、パルス数：１０Ｈｚ、出力１Ｊ／ｃｍ^２）を用いる。また、ｎ型クラッド層３を形成する間、ガス導入管２８ａよりＯ_２ガスを第１成長室２１ａ内に導入する。
【００３９】
また、ノンドープＺｎＯ単結晶、およびノンドープＣｄＯ単結晶を原料とするターゲット２５を交互にアブレーションし、厚さ５ｎｍのＺｎＯ障壁層と、厚さ４ｎｍのＣｄ_０．１Ｚｎ_０．９Ｏ井戸層とからなる量子井戸発光層４を積層する。
【００４０】
また、ガス導入管２８ｂより導入したＮ_２ガスをラジカルセル２９でプラズマ化して照射しながら、ノンドープＺｎＯ単結晶およびノンドープＭｇＺｎＯ燒結体を原料とするターゲット２５を交互にアブレーションし、ｐ型Ｍｇ_０．１Ｚｎ_０．９Ｏクラッド層５を厚さ１μｍまで成長させる。
【００４１】
また、ガス導入管２８ｂより導入したＮ_２ガスをラジカルセル２９でプラズマ化して照射しながら、ノンドープＺｎＯ単結晶を原料とするターゲット２５をアブレーションし、ｐ型ＺｎＯコンタクト層６を厚さ０．５μｍまで成長させる。
【００４２】
なお、本実施形態では、所望のＭｇ組成およびＧａドーピング濃度を、ＺｎＯ単結晶とノンドープＭｇＺｎＯ燒結体の２つの原料ターゲットを交互にアブレーションして得たが、ＺｎＯ単結晶、ノンドープＭｇＺｎＯ燒結体およびＧａドープＺｎＯ燒結体の３つの原料ターゲットを用いて得るようにしてもよい。
【００４３】
また、ノンドープＭｇＺｎＯ燒結体を用いず、ＺｎＯ単結晶とＭｇＯ単結晶を交互にアブレーションして所望の組成を有するＭｇＺｎＯ混晶を得てもよい。量子井戸発光層４に用いたＣｄＺｎＯ混晶についても同様である。また、Ｇａ_２Ｏ_３添加燒結体を用いず、蒸発セルを用いて金属Ｇａをドーピングしてもよい。
【００４４】
そして、Ｏ_２ガスおよびＮ_２ガスの流入を停止し、第１成長室２１ａ内の圧力を１×１０^−４Ｐａに調整し、Ｎｉを原料とするターゲット２５をアブレーションする。これにより、ｐ型オーミック電極７を厚さ１５ｎｍまで形成する。
【００４５】
次に、ＺｎＯ基板２を室温まで冷却した後、レーザＭＢＥ装置２０の第１成長室２１ａから取り出す。そして、図示しないダイシング装置を用いてｎ型Ｍｇ_０．１Ｚｎ_０．９Ｏクラッド層３からｐ型オーミック電極７までの分離溝４０を形成して、２５０μｍ角のメサ型に分離する（図４（ｂ））。なお、分離溝４０の形成には、ダイシング装置を用いたが、ウエットエッチングやドライエッチングなどの手法を用いて形成してもよい。また、分離溝４０は、ｎ型Ｍｇ_０．１Ｚｎ_０．９Ｏクラッド層３から上方に位置する成長層に形成されていることが望ましく、より好ましくは、基板２表面より深い位置まで形成されていればよい。
【００４６】
次に、主表面１ａ（側面１ｂ、ＺｎＯ単結晶基板２上面およびｐ型オーミック電極７上面）に、スピンコーティング法によってポリカーボネート保護膜１０およびポリイミド保護膜１１をコーティングする（図４（ｃ））。このコーティングされた保護膜１０，１１の膜厚は、溶媒での希釈率とコーティング時のスピン速度を制御し、いずれも平均１μｍとなっている。ポリイミド保護膜１１をコーティングした後、２５０℃において１５分間、キュアを行い、半硬化させた。
【００４７】
次に、ポリイミド保護膜１１の上面にレジストマスク４１を形成し、ポリカーボネート保護膜１０およびポリイミド保護膜１１をエッチングする。これにより、ポリカーボネート保護膜１０およびポリイミド保護膜１１に直径１００μｍの開口部４２を設けて、ｐ型オーミック電極７を露出させる（図５（ａ））。ポリイミド保護膜１１は、半硬化の状態であればレジストマスク４１の現像液に溶解しやすいので容易にパターン加工することができる。また、ポリカーボネート保護膜１０は、有機溶媒に溶解するので、パターン加工したポリイミド保護膜１１をマスクとしてエッチング除去することができ、開口部４２を形成しやすい。
【００４８】
次に、ポリカーボネート保護膜１０およびポリイミド保護膜１１に設けられた開口部４２を介して露出したｐ型オーミック電極７上に、真空蒸着法によってＡｕパッド電極８を形成する。そして、リフトオフ法によってレジストマスク４１および開口部４２以外に堆積したＡｕを除去する（図５（ｂ））。その後、４００℃において１時間、キュアを行い、ポリイミド保護膜１１を完全硬化させる。
【００４９】
そして、ＺｎＯ基板２裏面に、真空蒸着法によってＡｌを蒸着し、ｎ型オーミック電極９を形成する（図５（ｃ））。なお、ｎ型オーミック電極９は、ｐ型オーミック電極７と同様にレーザＭＢＥ装置２０を用いて形成してもよい。
【００５０】
最後に、酸化物半導体発光素子１を分離溝４０に沿って切断して、３００μｍ角のチップ状に分離する。
【００５１】
前述したレーザＭＢＥ法は、ターゲット２５の原料と形成される薄膜の組成ずれが小さく、また、ＺｎＧａ_２Ｏ_４などの意図しない副生成物の生成を抑えることができるので好ましい。また、本発明の酸化物半導体発光素子１は、前記レーザＭＢＥ法に限らず、固体あるいは気体原料を用いた分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などの結晶成長手法で製造してもよい。
【００５２】
以上のようにして、製造された酸化物半導体発光素子１のＡｕパッド電極８をリードフレームにワイヤボンディングした後、酸化物半導体発光素子１を樹脂でモールドし、発光させたところ、発光ピーク波長４１０ｎｍの青色発光が得られた。また、２０ｍＡの動作電流で１０，０００時間の間、連続駆動させたところ、発光強度が２０％低下した。
【００５３】
（比較例１）
ポリカーボネート保護膜１０およびポリイミド保護膜１１の両方の保護膜を備えない酸化物半導体発光素子をリードフレームに実装し、この酸化物半導体発光素子を樹脂でモールドし、発光させた。このとき、２０ｍＡの動作電流で１，０００時間の間、連続駆動させたところ、発光強度が２０％低下した。２５００時間経過すると、この酸化物半導体発光素子は発光しなくなった。
【００５４】
（比較例２）
また、ポリイミド保護膜１１を備えない酸化物半導体発光素子をリードフレームに実装し、この酸化物半導体発光素子を樹脂でモールドし、発光させた。このとき、２０ｍＡの動作電流で８，０００時間の間、連続駆動させたところ、発光強度が２０％低下した。１０，０００時間経過すると、この酸化物半導体発光素子は発光しなくなった。
【００５５】
前記比較例１および比較例２の酸化物半導体発光素子が前記実施形態に比べて劣化したのは、素子表面に吸着された水分がＺｎＯ系半導体を還元して無効電流が増大するとともに、酸化物半導体発光素子の発光に伴う発熱などにより前記還元性欠陥が増殖し、素子が劣化したものと考えられる。一方、本実施形態の酸化物半導体発光素子１は、２層の絶縁性有機保護膜（ポリカーボネート保護膜１０およびポリイミド保護膜１１）が主表面１ａに形成されているので、吸着された水分によりＺｎＯ系半導体が還元されて還元性欠陥が増殖することを防止し、素子寿命が向上したと考えられる。
【００５６】
このような還元雰囲気から酸化物半導体発光素子１を保護するには、従来の還元され易い無機保護膜よりも、本実施形態の保護膜１１を構成するポリイミド樹脂のような有機化合物が適している。このポリイミド樹脂以外に、弗素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニリデン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラニン樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂などが適しており、また、少なくともこれら２種類以上の組み合わせでもよい。
【００５７】
図６に、ポリイミド保護膜１１の膜厚（μｍ）と、素子寿命（時間）の関係を示す。素子寿命は、２０ｍＡの動作電流で連続駆動させ、酸化物半導体発光素子１の発光強度が２０％低下するまでの時間で定義した。図６から明らかなように、ポリイミド保護膜１１の膜厚が１０ｎｍ以上から素子寿命が延び、保護効果が顕著に現れる。なお、有機保護膜の膜厚があまり厚くなると、ｐ型オーミック電極７を露出させる際の加工性が低下し、またポリイミドなどのように透光性が悪い樹脂の場合は光取り出し効率が低下する。したがって、ポリイミド保護膜１１の膜厚は、１０ｎｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。
【００５８】
また、ポリカーボネート保護膜１０の１層のみでは素子劣化に対する抑止効果が十分ではなく、絶縁性と耐候性に優れたポリイミド保護膜１１を合わせた２層を設けることによって素子劣化に対する高い抑止効果が得られることがわかる。
【００５９】
前記実施形態の変形例として、図４（ａ）に示すように、前記ＺｎＯ単結晶基板２上に、成長層（前記ｎ型クラッド層３、量子井戸発光層４、ｐ型クラッド層５、ｐ型コンタクト層６およびｐ型オーミック電極７）を積層する際、前記遮蔽マスク３０を、ＺｎＯ基板２と原料ターゲット２５の間に配置した。これにより、前記成長層は、図４（ｂ）に示すように、ＺｎＯ基板２上に２５０μｍ角に選択形成される。
【００６０】
そして、第１成長室２１ａ内の酸化物半導体発光素子１を、基板搬送機構によりゲートバルブ３２を介して第２成長室２１ｂへ移動する。このとき、レーザＭＢＥ装置２０の第１成長室２１ａを大気解放することなく酸化物半導体発光素子１を移動できるので、半導体結晶を成長する第１成長室２１ａ内を清浄な状態で維持することができる。これにより、極めて高い結晶品質の半導体結晶成長を実現できる。
【００６１】
第２成長室２１ｂでは、塊状のポリカーボネート樹脂およびポリイミド樹脂を原料とするターゲット２５を用いてレーザアブレーションすることにより、基板２上にポリカーボネート保護膜１０およびポリイミド保護膜１１を形成した。このように、汚染の要因となる有機物の堆積、すなわちポリカーボネート保護膜１０およびポリイミド保護膜１１の形成を第２成長室２１ｂで行うことにより、第１成長室２１ａ内が有機物により汚染されることを回避できる。
【００６２】
続いて、前記実施形態と同様にＡｕパッド電極８およびｎ型オーミック電極９を形成した後、酸化物半導体発光素子１を選択成長されていない領域に沿って切断して、３００μｍ角のチップ状に分離する。
【００６３】
以上のようにして、製造された酸化物半導体発光素子１のＡｕパッド電極８をリードフレームにワイヤボンディングした後、酸化物半導体発光素子１を樹脂でモールドし、発光させたところ、発光ピーク波長４１０ｎｍの青色発光が得られた。また、２０ｍＡの動作電流で２０，０００時間の間、連続駆動させたところ、発光強度が２０％低下した。
【００６４】
このように、レーザＭＢＥ装置２０内でＺｎＯ系半導体の結晶成長から有機化合物の保護膜形成を連続して行ったので、酸化物半導体表面が水分を含んだ大気に晒されることなく保護膜１０、１１を形成できる。これにより、酸化物半導体発光素子１の素子寿命が改善された。また、絶縁性有機化合物の薄膜形成は、前記レーザアブレーションによる形成方法の他に、電子ビーム蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング法などの量産性に優れた真空堆積形成方法を用いてもよい。
【００６５】
また、前記実施形態の他の変形例として、図７に示すように、ポリカーボネート保護膜１０とｐ型オーミック電極７との間に、厚さ１５ｎｍのＳｉＯ_２保護膜１２（無機保護膜）を下地層として形成してもよい。この酸化物半導体発光素子１のＡｕパッド電極８をリードフレームにワイヤボンディングした後、酸化物半導体発光素子１を樹脂でモールドし、発光させたところ、発光ピーク波長４１０ｎｍの青色発光が得られた。また、２０ｍＡの動作電流で３００，０００時間の間、連続駆動させたところ、発光強度が２０％低下した。
【００６６】
このように、絶縁性無機化合物からなるＳｉＯ_２保護膜１２を形成したことにより、有機化合物からなる保護膜１０，１１のみの場合に比べて還元雰囲気からの保護効果が増大し、また有機化合物からなる保護膜１０，１１の密着性が向上し、酸化物半導体発光素子１の信頼性が向上した。また、無機化合物からなる保護膜１２を構成する材料としては、酸化物半導体との親和性に優れた酸化物が好ましい。また、保護膜１２は、非晶質薄膜であれば、結晶粒界を生じないので絶縁耐性が高く好ましい。
【００６７】
また、前記実施形態の他の変形例として、図８に示すように、基板２上に成長層を形成し、一旦基板２をレーザＭＢＥ装置２０から取り出し、Ａｕパッド電極８を形成加工した後で、ポリカーボネート保護膜１０およびポリイミド保護膜１１をワイヤボンディングに必要な面積Ｓ（電気的接続に必要な最小限の開口部）を除いてＡｕパッド電極８を覆うように積層してもよい。
【００６８】
この酸化物半導体発光素子１のＡｕパッド電極８をリードフレームにワイヤボンディングした後、酸化物半導体発光素子１を樹脂でモールドし、発光させたところ、発光ピーク波長４１０ｎｍの青色発光が得られた。また、２０ｍＡの動作電流で１５，０００時間の間、連続駆動させたところ、発光強度が１０％低下した。また、３００個の酸化物半導体発光素子１をリードフレームにワイヤボンディングしたところ、前記実施形態の酸化物半導体発光素子１では１０個が電極剥れを生じたのに対し、本実施形態の酸化物半導体発光素子１では電極剥れが全く生じなかった。これは、保護膜１０，１１がＡｕパッド電極８の周囲を覆っているため、電極の密着性が向上し、また、電極の経時劣化が生じにくくなったためである。これにより、酸化物半導体発光素子１の信頼性と歩留まりの向上が図られる。
【００６９】
以下、本実施形態における本発明の他の構成について記す。
【００７０】
ｐ型ＺｎＯ系半導体層にドーピングするアクセプタ不純物としては、Ｉ族元素のＬｉ，Ｃｕ，ＡｇやＶ族元素のＮ，Ａｓ，Ｐなどを用いることが好ましく、本発明の効果を最大限に得るためには、活性化率が高いＮとＡｇが特に好ましい。さらに、Ｎをドーピングする場合、Ｎ_２をプラズマ化して結晶成長中に照射する手法によって、結晶性を良好に保って高濃度ドーピングが行えるのでより好ましい。
【００７１】
また、ｎ型ＺｎＯ系半導体層にドーピングするドナー不純物としては、ＩＩＩ族元素のＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎなどを用いることが好ましく、特に、ＺｎＯ系半導体中での活性化率が高いＧａまたはＡｌが好ましい。
【００７２】
また、酸化物半導体発光素子１の発光効率を向上させるには、ｐ型Ｍｇ_０．１Ｚｎ_０．９Ｏクラッド層５上に直接ｐ型オーミック電極７を形成せずに、本実施形態において示したように、ｐ型ＺｎＯコンタクト層６を介してオーミック電極８を形成することが好ましい。これにより、低抵抗化し、電流広がりを均一化できる。また、コンタクト層６の材料には、結晶性に優れキャリア濃度を高くできるＺｎＯを用いることが好ましい。ｐ型ＺｎＯコンタクト層６に過剰にアクセプタ不純物をドーピングすると結晶性劣化が顕著となり、発光効率が低下するので、５×１０^１６〜５×１０^１９ｃｍ^−３のキャリア濃度範囲となるようにドーピング濃度を調整することが好ましい。
【００７３】
基板材料としては、本実施形態で用いたＺｎＯ基板２以外にも、サファイアやスピネルあるいはＬｉＧａＯ_２などの絶縁性基板、またはＳｉＣやＧａＮなどの導電性基板を用いてもよい。絶縁性基板を用いる場合、基板２とｎ型Ｍｇ_０．１Ｚｎ_０．９Ｏクラッド層３との間にｎ型コンタクト層を形成し、成長層の一部をエッチングして前記ｎ型コンタクト層の一部を露出させ、その上面にｎ型オーミック電極９を形成すればよい。ｎ型コンタクト層の材料には、ｐ型ＺｎＯコンタクト層６の場合と同様にＺｎＯが適しており、ドナー不純物のドーピング濃度は１×１０^１８〜１×１０^２１ｃｍ^−３の範囲が好ましく、より好ましくは５×１０^１９〜５×１０^２０ｃｍ^−３の範囲で調整されることが好ましい。また、ｎ型コンタクト層の膜厚は、０．００１〜１μｍ、好ましくは０．００５〜０．５μｍ、より好ましくは０．０１〜０．１μｍの範囲内に調整されることが好ましい。また、結晶性の良好な成長層を得るためにバッファ層を形成してもよい。
【００７４】
また、可視領域における発光効率を最大限に得るためには、
１．ＺｎＯとの面内格子定数差が３％以内であり、非発光中心となる欠陥を低減できる。
２．発光波長に対応する吸収係数が低い。
３．導電性基板であり、裏面に電極を形成できる。
ことが好ましい。
【００７５】
本実施形態で、基板２として用いたＺｎＯ単結晶は、前記条件を全て満ており、最も好ましい。また、亜鉛面を用いることにより、ｐ型半導体層のキャリア活性化率が向上し、抵抗の低いｐ型半導体層が得られやすくなるので好ましい。
【００７６】
また、研磨やエッチングなどの公知の方法で基板２裏面に凹凸を形成し、基板２に入射した発光を乱反射させ、光取り出し効率を向上させてもよい。
【００７７】
ｐ型オーミック電極７には、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕなどが適しており、中でも低抵抗で密着性の良いＮｉが好ましい。また、前記複数の金属材料Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕを合金化してｐ型オーミック電極７を形成してもよい。
【００７８】
また、高い発光効率または光取り出し効率を得るために、本実施形態で示したように、厚さ１５ｎｍの透光性を有するｐ型オーミック電極７を設けることが好ましい。良好なオーミック特性と透光性を両立するｐ型オーミック電極７の層厚としては、５〜２００ｎｍの範囲内が好ましく、より好ましくは３０〜１００ｎｍの範囲内が好ましい。
【００７９】
また、ｐ型電極を形成した後にアニール処理を行うと、ｐ型電極の密着性が向上するとともに接触抵抗が低減するので好ましい。ＺｎＯ結晶に欠陥を生じずにアニール効果を得るには、アニール処理時の処理温度は３００〜４００℃が好ましい。また、アニール処理における雰囲気は、Ｏ_２あるいは大気雰囲気が好ましく、Ｎ_２では逆に接触抵抗が増大する。
【００８０】
Ａｕパッド電極８の面積は、透光性を有するｐ型オーミック電極７上の一部、すなわちｐ型オーミック電極７より小さい面積となるように形成すればよい。これにより、ｐ型オーミック電極７の透光性の効果を損なわずにリードフレームへ酸化物半導体発光素子１を実装することができる。Ａｕパッド電極８の材料としてはボンディングが容易でＺｎＯ中へ拡散してもドナー不純物とならないＡｕが好ましい。また、ｐ型オーミック電極７とＡｕパッド電極８の間に他の金属層を設け、密着性や光反射性を向上させてもよい。
【００８１】
また、ｎ型オーミック電極９にはＴｉ，Ｃｒ，Ａｌなどを用いることが好ましい。特に、Ａｌは、低抵抗かつ低コストであり好ましく、青〜紫外光の反射率が高いので基板２裏面全面に形成すると光取り出し効率が向上する。また、密着性の良いＴｉであってもよい。あるいは、前記金属材料Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌを合金化してｎ型オーミック電極９を形成してもよい。さらに、ｎ型オーミック電極９を任意の形状にパターニングし、露出した基板２裏面をＡｇペーストを用いてリードフレームに接着してもよい。このＡｇは、青〜紫外光の反射率がＡｌより高いため光取り出し効率が向上する。その他の構成は任意であり、本実施形態によって限定されるものではない。
【００８２】
（第２実施形態）
図９は、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置５０の断面図である。この半導体発光装置５０は、リードフレーム５１上に前記第１実施形態の酸化物半導体発光素子１が実装されている。この酸化物半導体発光素子１はエポキシ樹脂からなる封止樹脂５２内に埋め込まれている。また、酸化物半導体発光素子１のＡｕパッド電極８は、リードフレーム５１にボンディングワイヤ５３を介してボンディングされている。なお、前記第１実施形態と同一かつ同様の作用を有する部分には、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８３】
この半導体発光装置５０を２０ｍＡの動作電流で１００，０００時間の間、連続駆動させたところ、発光強度が２０％低下した。
【００８４】
（比較例３）
また、ポリカーボネート保護膜１０を形成せずにポリイミド保護膜１１のみ備えた酸化物半導体発光素子をリードフレーム５１に実装した半導体発光装置を発光させたところ、２０ｍＡの動作電流で３０，０００時間の間、連続駆動させたところ、発光強度が２０％低下した。
【００８５】
ポリカーボネート保護膜１０を構成するポリカーボネート樹脂は、短波長域の発光の遮断性に優れ、特に、２００〜３８０ｎｍの紫外光を殆ど透過しない性質を有している。本実施形態の半導体発光装置は、前記還元腐食を回避するだけでなく、ポリカーボネート保護膜１０の紫外線遮断効果によってエポキシ樹脂からなる封止樹脂５２の劣化が抑止されたため、高い信頼性を実現できたと考えられる。この半導体発光装置５０を、産業上の利用価値が極めて高い高密度光記録用の光源や殺菌システムなどの紫外線光源に用いる場合、３８０ｎｍ以下の短波長域の光はカットしても差し支えなく、エポキシ樹脂からなる封止樹脂５２が長期の紫外光被曝によって劣化することを防止するためにカットした方がむしろ好ましい。
【００８６】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は発光素子のみならず、酸化物半導体を用いたレーザ素子に適用しても同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００８７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る酸化物半導体発光素子は、基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層および電極を備えた酸化物半導体発光素子において、酸化物半導体発光素子の少なくとも側面を含む主表面を、２種類以上の異なる絶縁性有機化合物からなる多層保護膜で被覆したことにより、還元による酸化物半導体の経時劣化を防止し、保護することができ、信頼性に優れた酸化物半導体発光素子を提供できる。
【００８８】
また、本発明に係る酸化物半導体発光素子の製造方法は、基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層を積層し、２種類以上の異なる絶縁性有機化合物を真空中で蒸発あるいは飛散させて酸化物半導体発光素子の少なくとも側面を含む主表面に堆積させ被覆するので、微小な酸化物半導体発光素子の主表面に高品質で膜厚が均一な多層保護膜を容易に形成することができる。
【００８９】
また、本発明に係る半導体発光装置は、基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層および電極を備えた酸化物半導体発光素子をリードフレーム上に接続し、酸化物半導体発光素子は封止樹脂で封止された半導体発光装置において、酸化物半導体発光素子の少なくとも側面を含む主表面を、２種類以上の異なる絶縁性有機化合物からなる多層保護膜で被覆したことにより、還元による酸化物半導体の経時劣化を防止し、保護することができ、信頼性に優れた酸化物半導体発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る酸化物半導体発光素子の断面図である。
【図２】図１の酸化物半導体発光素子の製造時に用いられるレーザＭＢＥ装置を示す概略図である。
【図３】図２のレーザＭＢＥ装置の遮蔽マスクを示す平面図である。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、基板上に成長層を形成する状態を示した断面図である。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、基板上に成長層を形成する状態を示した断面図である。
【図６】ポリイミド保護膜の膜厚（μｍ）と、素子寿命（時間）の関係を示す図である。
【図７】図１の酸化物半導体発光素子の変形例を示す断面図である。
【図８】図１の酸化物半導体発光素子の他の変形例を示す断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る酸化物半導体発光素子の断面図である。
【符号の説明】
１…酸化物半導体発光素子
１ｂ…側面
１ａ…主表面
２…基板
３…ｎ型クラッド層
４…量子井戸発光層（活性層）
５…ｐ型クラッド層
６…ｐ型コンタクト層
７…ｐ型オーミック電極
８…Ａｕパッド電極
１０…ポリカーボネート保護膜（多層保護膜）
１１…ポリイミド保護膜（多層保護膜）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an oxide semiconductor light emitting device such as a light emitting diode chip or a semiconductor laser chip, a method for manufacturing the same, and a semiconductor light emitting device using the oxide semiconductor light emitting device.
[0002]
[Prior art]
Prior art documents related to the present invention include the following.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-58-213457
[Non-patent document 1]
"Applied Physics Letters," Vol. 25, 1974, p. 708-710
[Non-patent document 2]
"Applied Physics Letters," Vol. 30, 1977, p. 87-88
[0004]
2. Description of the Related Art High-luminance light-emitting elements widely used as display elements such as full-color displays and various light sources have been increasingly used in industrial applications every year. Above all, a nitride semiconductor light-emitting element that is a wide gap semiconductor is widely used as a light-emitting element that can be used not only in the blue to ultraviolet region but also in the entire visible light region including red.
[0005]
Zinc oxide (ZnO) is a direct transition type semiconductor having a band gap energy of about 3.4 eV, has an extremely high exciton binding energy of 60 meV, is inexpensive in raw materials, is harmless to the environment and the human body, and has a film forming method. Have features such as simplicity. In addition, zinc oxide can realize a light-emitting device with high efficiency, low power consumption, and excellent environmental performance.
[0006]
Hereinafter, a zinc oxide (ZnO) -based semiconductor includes ZnO and a mixed crystal represented by MgZnO, CdZnO, or the like using the same as a host.
[0007]
In recent years, the performance of light-emitting elements using compound semiconductors has been remarkably improved, and the durability required for light-emitting elements has also become severe. For example, a high-luminance light-emitting element is often used for a large display light source outdoors and the like, and continuous driving in an environment with large fluctuations must be performed stably. The semiconductor laser device has a light emitting end face of 10 ⁵ -10 ⁶ W / cm ² Because it is exposed to extremely high-density light energy, it is necessary to suppress rapid deterioration. That is, a technique for preventing deterioration of the light emitting element and improving the life of the element is extremely important for industrial use.
[0008]
It is considered that the main causes of device deterioration common to conventional semiconductor light emitting devices are reactive current flowing on the device surface and increase in defects on the device surface due to oxidative corrosion of the device surface (for example, see Non-Patent Document 1). . In particular, when these two factors are combined, the light emitting element rapidly deteriorates.
[0009]
In order to prevent such deterioration, in a semiconductor light emitting device in which a chip-shaped semiconductor light emitting element is mounted on a lead frame or the like, sealing the chip and the lead frame with a resin prevents adsorption of oxygen and the like, thereby reducing the element life. (See, for example, Patent Document 1). In a semiconductor laser device, a dielectric multilayer film is generally formed on an emission end face in order to control light reflectance (for example, see Non-Patent Document 2).
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, it has been found that even if the ZnO-based semiconductor light-emitting element (oxide semiconductor light-emitting element) is sealed with a resin or a dielectric multilayer film is formed, the effect of improvement is less than that of a conventional semiconductor light-emitting element. According to a detailed study, the deterioration over time of the oxide semiconductor light-emitting element is not caused by the oxidative corrosion but reduced by adsorption of water, that is, a main cause is that a reactive current flows to the element surface through a conductive reduced substance. . Further, defects increase due to a rise in temperature of the light-emitting element due to high-luminance light emission in the light-emitting element and exposure to high-density light energy. Therefore, it is considered that the conventional protection technology for preventing oxidation cannot prevent deterioration due to reduction.
[0011]
In addition, the sealing resin in the conventional semiconductor light emitting device does not consider the resistance to high light energy corresponding to the emission wavelength of the oxide semiconductor light emitting element so much, and the oxide semiconductor light emitting element emits ultraviolet light for a long time. When exposed, the oxide semiconductor light-emitting element deteriorates and becomes brittle, and the barrier property against outside air is reduced. Therefore, there is a problem that reduction corrosion of the oxide semiconductor further proceeds.
[0012]
In view of the foregoing, an object of the present invention is to provide an oxide semiconductor light emitting device which suppresses reduction corrosion and has excellent reliability, a method for manufacturing the same, and a semiconductor light emitting device using the oxide semiconductor light emitting device. That is the task.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies on the structure of a semiconductor light emitting device and a light emitting device capable of suppressing reduction corrosion caused by moisture and the like and deterioration of a mold resin due to ultraviolet light, the present invention has shown that the surface of an oxide semiconductor light emitting device has two or more different insulating layers. The above object is achieved by protecting with a laminated film (multilayer protective film) made of a reactive organic compound.
[0014]
The oxide semiconductor light emitting device according to the present invention, as means for solving the above problems,
An oxide semiconductor light-emitting device including at least an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, a p-type contact layer, and an electrode on a substrate,
A main surface including at least a side surface of the oxide semiconductor light emitting element is covered with a multilayer protective film made of two or more different insulating organic compounds.
[0015]
According to the invention, the insulating organic compound has a greater protective effect of protecting the oxide semiconductor light-emitting element from moisture than the inorganic compound, so that the insulating organic compound is coated or deposited on the chip surface of the oxide semiconductor light-emitting element. Thus, deterioration of the oxide semiconductor over time due to reduction can be prevented and protected. At this time, two or more kinds of different insulating organic compounds, that is, organic compounds having different functions are stacked to form a multilayer protective film, and the protective effect is improved by protecting the oxide semiconductor light emitting element. Element degradation due to external factors other than the above can also be prevented. Thus, an oxide semiconductor light-emitting element having excellent reliability can be provided.
[0016]
The thickness of the multilayer protective film is preferably 10 nm or more and 100 μm or less. When the thickness of the multilayer protective film made of an insulating organic compound is in the range of 10 nm or more and 100 μm or less, the protective effect from a reducing atmosphere is excellent, and the processability and light transmittance are also excellent.
[0017]
By forming an inorganic protective film made of an insulating inorganic compound between the main surface and the multilayer protective film, the adhesion between the oxide semiconductor light emitting element and the multilayer protective film made of an organic compound is improved.
[0018]
When the inorganic protective film contains an oxide, the inorganic protective film has excellent affinity with an oxide semiconductor, and the multilayer protective film can be more closely attached to the oxide semiconductor light emitting device.
[0019]
The inorganic protective film is preferably an amorphous thin film. When the inorganic protective film is amorphous, no crystal grain boundary is generated, so that the insulating property is excellent.
[0020]
It is preferable that the multilayer protective film covers the electrode surface except for a minimum opening required for electrical connection. This increases the protection region of the electrode, which is easily deteriorated by oxidation / reduction, for example, an electrode made of metal, thereby improving the reliability of the light emitting element.
[0021]
Further, the multilayer protective film is made of at least two resins selected from fluorine resin, polyimide resin, polyamide resin, polysulfone resin, polycarbonate resin, vinylidene chloride resin, acrylic resin, phenol resin, melanin resin, silicone resin and epoxy resin. It is preferred to include. Since the resin is excellent in weather resistance to ultraviolet light, moisture absorption, heat resistance, insulation, impact resistance, dimensional stability, chemical resistance, transparency, and the like, it is suitable as a protective film of an oxide semiconductor. By using in combination, the reliability of the semiconductor light emitting device is remarkably improved.
[0022]
The method for manufacturing an oxide semiconductor light-emitting device according to the present invention, as means for solving the above problems,
At least an n-type clad layer, an active layer, a p-type clad layer, and a p-type contact layer are laminated on a substrate,
Two or more different insulating organic compounds are evaporated or scattered in vacuum to deposit and cover the main surface including at least the side surface of the oxide semiconductor light emitting device.
[0023]
According to the invention, by depositing an insulating organic compound by a vacuum deposition method, a high-quality, uniform-thickness multilayer protective film can be easily formed on the main surface of a minute oxide semiconductor light-emitting element. .
[0024]
Stacking the n-type cladding layer, the active layer, the p-type cladding layer, and the p-type contact layer on the substrate in a first growth chamber in a growth apparatus;
Moving the substrate in the first growth chamber into a second growth chamber in the growth apparatus without exposing the substrate to the atmosphere;
It is preferable that the insulating organic compound is evaporated or scattered in a vacuum in the second growth chamber to deposit and cover the main surface including at least the side surface of the oxide semiconductor light emitting device. As described above, by continuously depositing the organic protective film in the crystal growth apparatus in a vacuum state, the surface of the semiconductor light emitting element is not exposed to the atmosphere, and the effect of suppressing reduction deterioration due to adhesion of moisture and the like is improved. . In addition, by separating the first growth chamber for the semiconductor crystal, which is an inorganic substance, and the second growth chamber for the organic protective film, the first growth chamber for the semiconductor layer requiring high crystallinity is kept clean.
[0025]
The deposition method is preferably any one of a vacuum deposition method, a sputtering method, and a laser ablation method. These vacuum deposition methods are excellent in mass productivity and can easily form a multilayer protective film.
[0026]
The semiconductor light emitting device according to the present invention, as means for solving the above problems,
An oxide semiconductor light emitting device having at least an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, a p-type contact layer and an electrode on a substrate is connected to a lead frame, and the oxide semiconductor light-emitting device is a sealing resin. In the semiconductor light emitting device sealed with
A main surface including at least a side surface of the oxide semiconductor light emitting element is covered with a multilayer protective film made of two or more different insulating organic compounds.
[0027]
According to the invention, since the organic compound has a greater protective effect of protecting the oxide semiconductor light-emitting element from moisture than the inorganic compound, the insulating organic compound is coated or deposited on the chip surface of the oxide semiconductor light-emitting element. Accordingly, deterioration with time due to reduction of the oxide semiconductor can be prevented. At this time, two or more kinds of different insulating organic compounds, that is, organic compounds having different functions are stacked to form a multilayer protective film, and the protective effect is improved by protecting the oxide semiconductor light emitting element. Element degradation due to external factors other than the above can also be prevented. Thereby, a semiconductor light emitting device having excellent reliability can be provided.
[0028]
It is preferable that at least a protective film of the multilayer protective film closest to the oxide semiconductor light emitting element does not transmit light having a wavelength in a range of at least 200 to 380 nm. Thus, the sealing resin for sealing the oxide semiconductor light emitting element can be prevented from being deteriorated by the ultraviolet light, and the life of the semiconductor light emitting device can be improved.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0030]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a sectional view of an oxide semiconductor light emitting device 1 according to the first embodiment of the present invention. In this oxide semiconductor light emitting device 1, Ga is placed on an n-type ZnO single crystal substrate 2 having a zinc surface (0001) as a main surface. ¹⁸ cm ^-3 N-type Mg doped at a concentration of 1 μm _0.1 Zn _0.9 O clad layer 3, non-doped quantum well light emitting layer 4 (active layer), N is 5 × 10 ¹⁹ cm ^-3 P-type Mg doped at a concentration of 1 μm _0.1 Zn _0.9 O cladding layer 5, N is 1 × 10 ²⁰ cm ^-3 A p-type ZnO contact layer 6 having a thickness of 0.5 μm and doped at a concentration of 0.5 μm is laminated. The quantum well light emitting layer 4 includes eight ZnO barrier layers having a thickness of 5 nm and seven Cd layers having a thickness of 4 nm. _0.1 Zn _0.9 O-well layers, which are alternately stacked.
[0031]
On the p-type ZnO contact layer 6, a light-transmitting p-type ohmic electrode 7 formed by stacking Ni having a thickness of 15 nm is stacked, and a bonding Au pad electrode 8 having a thickness of 100 nm is stacked thereon. Have been. The area of the Au pad electrode 8 as viewed from the vertical direction is smaller than the area of the p-type ohmic electrode 7. An n-type ohmic electrode 9 made of Al having a thickness of 100 nm is laminated on the back surface of the ZnO substrate 2.
[0032]
On the main surface 1a of the oxide semiconductor light emitting device 1, a polycarbonate protective film 10 having a thickness of 1 μm and a polyimide protective film 11 having a thickness of 1 μm are laminated. The main surface 1a of the oxide semiconductor light emitting device 1 includes an upper surface of the ZnO single crystal substrate 2, a side surface 1b, and an upper surface of the p-type ohmic electrode 7.
[0033]
Next, a method for manufacturing the oxide semiconductor light emitting device 1 will be described.
[0034]
The oxide semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment is manufactured by a laser molecular beam epitaxy (hereinafter referred to as a laser MBE) device 20 shown in FIG. In the laser MBE apparatus 20, a substrate holder 22a that holds the substrate 2 at a lower surface position is disposed above a first growth chamber 21a that can be evacuated to an ultra-high vacuum. The substrate holder 22a is configured such that the back surface of the substrate holder 22a is heated by a heater 23a disposed above the substrate holder 22a, whereby the substrate 2 is heated by heat conduction from the substrate holder 22a. A fan-shaped target table 24a is arranged below the substrate 2, and a plurality of targets 25 are arranged on the outer edge of the upper surface of the target table 24a. The surface of the target 25 is ablated by the pulsed laser beam 27 radiated through the view port 26a provided on the side wall of the first growth chamber 21a, so that the material on the surface of the target 25 is instantaneously evaporated. A thin film is formed on the substrate 2 by depositing the evaporated raw material of the target 25 on the lower surface of the substrate 2 (laser ablation method). The rotation of the target table 24a is controlled by a rotation mechanism (not shown) in synchronization with the irradiation sequence of the pulsed laser beam 27, so that different materials of the target 25 can be stacked on the substrate 2. Further, the first growth chamber 21a is provided with gas introduction pipes 28a and 28b so that gas can be introduced into the first growth chamber 21a. It is also possible to irradiate the substrate 2 with the atomic beam activated by the radical cell 29 provided in the gas introduction pipe 28b.
[0035]
In addition, a shielding mask 30 for masking a predetermined region of the substrate 2 is arranged between the substrate 2 and the raw material target 25. As shown in FIG. 3, the shielding mask 30 is formed with openings 30a of 250 μm square at 300 μm intervals. The shielding mask 30 is used for selectively forming a growth layer of 250 μm square when the semiconductor layers 3 to 7 are grown on the substrate 2 as described later. The shielding mask 30 can be moved horizontally from below the substrate 2 by the moving mechanism 31.
[0036]
Further, the laser MBE apparatus 20 is provided with a second growth chamber 21b. The second growth chamber 21b is connected to the first growth chamber 21a via a gate valve 32. Through the gate valve 32, the substrate 2 in the first growth chamber 21a can be transferred into the second growth chamber 21b without opening the inside of the first growth chamber 21a to the atmosphere. At this time, the substrate 2 is transported by a substrate transport mechanism (not shown). Further, the second growth chamber 21b can be evacuated to an ultra-high vacuum like the first growth chamber 21a, and a substrate holder 22b for holding the substrate 2 at a lower surface position is provided above the second growth chamber 21b. Are located. The substrate holder 22b is heated by the heater 23b, and the substrate 2 to be held is heated by heat conduction from the substrate holder 22b. Further, a fan-shaped target table 24b is arranged below the substrate 2, and a plurality of targets 25 are arranged on the outer edge of the upper surface of the target table 24b. The surface of the target 25 is ablated by a pulsed laser beam 27 irradiated through a view port 26b provided on a side wall of the second growth chamber 21b. The optical path of the pulsed laser beam 27 applied to the surface of the target 25 is changed by a mirror 33 that is driven to rotate, and is introduced into the second growth chamber 21b through the view port 26b. The rotation of the target table 24b is controlled by a rotation mechanism (not shown) in synchronization with the irradiation sequence of the pulsed laser light 27, so that different materials of the target 25 can be stacked on the substrate 2. Further, a gas introduction pipe 34 is provided in the second growth chamber 21b so that gas can be introduced into the second growth chamber 21b.
[0037]
In the laser MBE method using the laser MBE device 20, first, the cleaned ZnO substrate 2 is attached and fixed to the lower surface of the substrate holder 22a in the laser MBE device 20. Next, the ZnO substrate 2 is cleaned by heating at a temperature of 600 ° C. for 30 minutes, and then the substrate temperature is lowered to 550 ° C.
[0038]
Next, the rotation driving cycle of the target table 24a by the rotation mechanism is synchronized with the pulse irradiation cycle of the pulse laser beam 27, and the non-doped ZnO single crystal and Ga ₂ O ₃ As shown in FIG. 4 (a), a target 25 made of a MgZnO sintered body to which Mg is added is alternately ablated, and a desired Mg composition and Ga doping concentration (3 × 10 ¹⁸ cm ^-3 N-type Mg having) _0.1 Zn _0.9 The O clad layer 3 is grown to a thickness of 1 μm. At this time, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse number: 10 Hz, output: 1 J / cm) was used as the pulse laser beam 27 for performing ablation. ² ) Is used. Also, during the formation of the n-type cladding layer 3, O gas is introduced through the gas introduction pipe 28a. ₂ Gas is introduced into the first growth chamber 21a.
[0039]
Further, a target 25 made of a non-doped ZnO single crystal and a non-doped CdO single crystal is alternately ablated to form a ZnO barrier layer having a thickness of 5 nm and a Cd layer having a thickness of 4 nm. _0.1 Zn _0.9 A quantum well light emitting layer 4 composed of an O well layer is stacked.
[0040]
Also, the N introduced through the gas introduction pipe 28b ₂ The target 25 made of a non-doped ZnO single crystal and a non-doped MgZnO sintered body is alternately ablated while irradiating the gas with a plasma in a radical cell 29 to form p-type Mg. _0.1 Zn _0.9 The O clad layer 5 is grown to a thickness of 1 μm.
[0041]
Also, the N introduced through the gas introduction pipe 28b ₂ The target 25 made of a non-doped ZnO single crystal is ablated while irradiating the gas with a plasma in the radical cell 29 to grow the p-type ZnO contact layer 6 to a thickness of 0.5 μm.
[0042]
In the present embodiment, the desired Mg composition and Ga doping concentration were obtained by alternately ablating the two raw material targets of the ZnO single crystal and the non-doped MgZnO sintered body, but the ZnO single crystal, the non-doped MgZnO sintered body and the Ga doping concentration were obtained. You may make it obtain using three raw material targets of a deep ZnO sintered compact.
[0043]
Instead of using a non-doped MgZnO sintered body, a ZnO single crystal and a MgO single crystal may be alternately ablated to obtain a MgZnO mixed crystal having a desired composition. The same applies to the CdZnO mixed crystal used for the quantum well light emitting layer 4. Ga ₂ O ₃ Instead of using the additive sintered body, the metal Ga may be doped using an evaporation cell.
[0044]
And O ₂ Gas and N ₂ The flow of gas is stopped and the pressure in the first growth chamber 21a is reduced to 1 × 10 ^-4 The pressure is adjusted to Pa and the target 25 made of Ni is ablated. Thus, the p-type ohmic electrode 7 is formed up to a thickness of 15 nm.
[0045]
Next, after cooling the ZnO substrate 2 to room temperature, it is taken out of the first growth chamber 21a of the laser MBE apparatus 20. Then, an n-type Mg _0.1 Zn _0.9 A separation groove 40 from the O-clad layer 3 to the p-type ohmic electrode 7 is formed and separated into a 250 μm square mesa (FIG. 4B). Although the dicing device is used for forming the separation groove 40, the separation groove 40 may be formed using a method such as wet etching or dry etching. Further, the separation groove 40 is made of n-type Mg. _0.1 Zn _0.9 It is desirable to form it on the growth layer located above the O-cladding layer 3, and more preferably, it should be formed to a position deeper than the surface of the substrate 2.
[0046]
Next, the main surface 1a (the side surface 1b, the upper surface of the ZnO single crystal substrate 2 and the upper surface of the p-type ohmic electrode 7) is coated with the polycarbonate protective film 10 and the polyimide protective film 11 by the spin coating method (FIG. 4C). The thicknesses of the coated protective films 10 and 11 control the dilution rate with a solvent and the spin speed at the time of coating, and both have an average of 1 μm. After coating the polyimide protective film 11, the coating was cured at 250 ° C. for 15 minutes and semi-cured.
[0047]
Next, a resist mask 41 is formed on the upper surface of the polyimide protective film 11, and the polycarbonate protective film 10 and the polyimide protective film 11 are etched. Thus, an opening 42 having a diameter of 100 μm is provided in the polycarbonate protective film 10 and the polyimide protective film 11 to expose the p-type ohmic electrode 7 (FIG. 5A). If the polyimide protective film 11 is in a semi-cured state, it is easily dissolved in the developing solution of the resist mask 41, so that the pattern processing can be easily performed. Further, since the polycarbonate protective film 10 is dissolved in an organic solvent, it can be removed by etching using the patterned polyimide protective film 11 as a mask, and the opening 42 is easily formed.
[0048]
Next, an Au pad electrode 8 is formed on the p-type ohmic electrode 7 exposed through the opening 42 provided in the polycarbonate protective film 10 and the polyimide protective film 11 by a vacuum evaporation method. Then, Au deposited on portions other than the resist mask 41 and the opening 42 is removed by a lift-off method (FIG. 5B). Thereafter, curing is performed at 400 ° C. for 1 hour to completely cure the polyimide protective film 11.
[0049]
Then, Al is deposited on the back surface of the ZnO substrate 2 by a vacuum deposition method to form an n-type ohmic electrode 9 (FIG. 5C). Note that the n-type ohmic electrode 9 may be formed by using the laser MBE device 20 as in the case of the p-type ohmic electrode 7.
[0050]
Finally, the oxide semiconductor light emitting device 1 is cut along the separation groove 40 to be separated into a chip shape of 300 μm square.
[0051]
In the laser MBE method described above, the composition deviation between the raw material of the target 25 and the thin film formed is small, and the ZnGa ₂ O ₄ It is preferable because generation of unintended by-products such as the above can be suppressed. Further, the oxide semiconductor light emitting device 1 of the present invention is not limited to the laser MBE method, but may be a crystal growth method such as a molecular beam epitaxy (MBE) method using a solid or gaseous raw material, and a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. May be manufactured.
[0052]
After the Au pad electrode 8 of the manufactured oxide semiconductor light emitting device 1 was wire-bonded to the lead frame as described above, the oxide semiconductor light emitting device 1 was molded with resin to emit light, and the emission peak wavelength was 410 nm. Blue light emission was obtained. When the device was continuously driven at an operating current of 20 mA for 10,000 hours, the emission intensity was reduced by 20%.
[0053]
(Comparative Example 1)
An oxide semiconductor light-emitting element without both the protective films of the polycarbonate protective film 10 and the polyimide protective film 11 was mounted on a lead frame, and the oxide semiconductor light-emitting element was molded with resin to emit light. At this time, when the device was continuously driven at an operating current of 20 mA for 1,000 hours, the light emission intensity was reduced by 20%. After 2500 hours, the oxide semiconductor light emitting element stopped emitting light.
[0054]
(Comparative Example 2)
In addition, an oxide semiconductor light emitting device having no polyimide protective film 11 was mounted on a lead frame, and this oxide semiconductor light emitting device was molded with a resin to emit light. At this time, when the device was continuously driven at an operating current of 20 mA for 8,000 hours, the emission intensity was reduced by 20%. After 10,000 hours, the oxide semiconductor light emitting device stopped emitting light.
[0055]
The reason why the oxide semiconductor light emitting devices of Comparative Examples 1 and 2 deteriorated compared to the above embodiment is that the moisture adsorbed on the device surface reduces the ZnO-based semiconductor, increases the reactive current, and increases the oxide. It is considered that the reducing defects multiplied by the heat generated by the light emission of the semiconductor light emitting element and the like and the element was deteriorated. On the other hand, in the oxide semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment, the two layers of the insulating organic protective film (the polycarbonate protective film 10 and the polyimide protective film 11) are formed on the main surface 1a. It is considered that the system semiconductor was prevented from being reduced and the reducible defects were proliferated, and the device life was improved.
[0056]
In order to protect the oxide semiconductor light emitting device 1 from such a reducing atmosphere, an organic compound such as a polyimide resin constituting the protective film 11 of the present embodiment is more suitable than a conventional inorganic protective film which is easily reduced. . In addition to this polyimide resin, fluorine resin, polyamide resin, polysulfone resin, polycarbonate resin, vinylidene chloride resin, acrylic resin, phenol resin, melanin resin, silicone resin, epoxy resin and the like are suitable, and at least two or more of these It may be a combination.
[0057]
FIG. 6 shows the relationship between the film thickness (μm) of the polyimide protective film 11 and the device life (time). The element life was defined as the time required for continuous driving at an operating current of 20 mA and until the emission intensity of the oxide semiconductor light emitting element 1 decreased by 20%. As is clear from FIG. 6, when the film thickness of the polyimide protective film 11 is 10 nm or more, the device life is extended, and the protective effect is remarkably exhibited. If the thickness of the organic protective film is too large, the processability when exposing the p-type ohmic electrode 7 is reduced, and the light extraction efficiency is reduced in the case of a resin having poor light transmission such as polyimide. . Therefore, it is preferable that the thickness of the polyimide protective film 11 be 10 nm or more and 100 μm or less.
[0058]
In addition, a single layer of the polycarbonate protective film 10 is not sufficient in the effect of suppressing the element deterioration. By providing two layers including the polyimide protective film 11 having excellent insulation and weather resistance, a high effect of suppressing the element deterioration can be obtained. It is understood that it can be done.
[0059]
As a modified example of the embodiment, as shown in FIG. 4A, a growth layer (the n-type cladding layer 3, the quantum well light emitting layer 4, the p-type cladding layer 5, the p-type cladding layer 5) is formed on the ZnO single crystal substrate 2. When stacking the type contact layer 6 and the p-type ohmic electrode 7), the shielding mask 30 was disposed between the ZnO substrate 2 and the raw material target 25. As a result, the growth layer is selectively formed on the ZnO substrate 2 to have a size of 250 μm square as shown in FIG.
[0060]
Then, the oxide semiconductor light emitting device 1 in the first growth chamber 21a is moved to the second growth chamber 21b via the gate valve 32 by the substrate transfer mechanism. At this time, the oxide semiconductor light emitting element 1 can be moved without opening the first growth chamber 21a of the laser MBE apparatus 20 to the atmosphere, so that the inside of the first growth chamber 21a for growing a semiconductor crystal can be maintained in a clean state. it can. Thereby, semiconductor crystal growth of extremely high crystal quality can be realized.
[0061]
In the second growth chamber 21b, a polycarbonate protective film 10 and a polyimide protective film 11 were formed on the substrate 2 by laser ablation using a target 25 made of a massive polycarbonate resin and a polyimide resin as raw materials. As described above, the deposition of the organic substance causing the contamination, that is, the formation of the polycarbonate protective film 10 and the polyimide protective film 11 is performed in the second growth chamber 21b, thereby preventing the inside of the first growth chamber 21a from being contaminated by the organic substance. Can be avoided.
[0062]
Subsequently, after forming the Au pad electrode 8 and the n-type ohmic electrode 9 in the same manner as in the above embodiment, the oxide semiconductor light emitting element 1 is cut along the region where the selective growth is not performed, and the chip is formed into a chip of 300 μm square. To separate.
[0063]
After the Au pad electrode 8 of the manufactured oxide semiconductor light emitting device 1 was wire-bonded to the lead frame as described above, the oxide semiconductor light emitting device 1 was molded with resin to emit light, and the emission peak wavelength was 410 nm. Blue light emission was obtained. When the device was continuously driven at an operating current of 20 mA for 20,000 hours, the emission intensity was reduced by 20%.
[0064]
As described above, since the protection film of the organic compound is continuously formed from the crystal growth of the ZnO-based semiconductor in the laser MBE device 20, the protection film 10 can be formed without exposing the surface of the oxide semiconductor to the atmosphere containing moisture. 11 can be formed. Thereby, the element life of the oxide semiconductor light emitting element 1 was improved. Further, the thin film of the insulating organic compound may be formed by a vacuum deposition method excellent in mass productivity such as an electron beam evaporation method, an ionization evaporation method, and a sputtering method, in addition to the formation method by the laser ablation.
[0065]
As another modified example of the above-described embodiment, as shown in FIG. 7, a 15 nm-thick SiO 2 film is interposed between the polycarbonate protective film 10 and the p-type ohmic electrode 7. ₂ The protective film 12 (inorganic protective film) may be formed as a base layer. After the Au pad electrode 8 of the oxide semiconductor light emitting device 1 was wire-bonded to a lead frame, the oxide semiconductor light emitting device 1 was molded with a resin and emitted light. As a result, blue light emission having an emission peak wavelength of 410 nm was obtained. When the device was continuously driven at an operating current of 20 mA for 300,000 hours, the emission intensity was reduced by 20%.
[0066]
Thus, the insulating inorganic compound SiO ₂ By forming the protective film 12, the protection effect from the reducing atmosphere is increased as compared with the case where only the protective films 10 and 11 made of an organic compound are used, and the adhesion of the protective films 10 and 11 made of an organic compound is improved. Thus, the reliability of the oxide semiconductor light emitting device 1 was improved. As a material for forming the protective film 12 made of an inorganic compound, an oxide having an excellent affinity for an oxide semiconductor is preferable. In addition, if the protective film 12 is an amorphous thin film, it does not generate a crystal grain boundary, and thus has high insulation resistance and is therefore preferable.
[0067]
As another modified example of the above embodiment, as shown in FIG. 8, after forming a growth layer on the substrate 2, once removing the substrate 2 from the laser MBE device 20, and forming and processing the Au pad electrode 8, Alternatively, the polycarbonate protective film 10 and the polyimide protective film 11 may be laminated so as to cover the Au pad electrode 8 except for the area S (minimum opening required for electrical connection) required for wire bonding.
[0068]
After the Au pad electrode 8 of the oxide semiconductor light emitting device 1 was wire-bonded to a lead frame, the oxide semiconductor light emitting device 1 was molded with a resin and emitted light. As a result, blue light emission having an emission peak wavelength of 410 nm was obtained. When the device was continuously driven at an operating current of 20 mA for 15,000 hours, the emission intensity was reduced by 10%. Further, when 300 oxide semiconductor light emitting devices 1 were wire-bonded to a lead frame, ten oxide semiconductor light emitting devices 1 of the above embodiment suffered electrode peeling. In the semiconductor light emitting device 1, no electrode peeling occurred. This is because the protective films 10 and 11 cover the periphery of the Au pad electrode 8, so that the adhesion of the electrodes is improved and the electrodes are hardly deteriorated with time. Thereby, the reliability and the yield of the oxide semiconductor light emitting element 1 are improved.
[0069]
Hereinafter, another configuration of the present invention in the present embodiment will be described.
[0070]
As the acceptor impurity to be doped into the p-type ZnO-based semiconductor layer, it is preferable to use a group I element such as Li, Cu, Ag or a group V element such as N, As, or P, in order to maximize the effects of the present invention. In particular, N and Ag having a high activation rate are particularly preferable. Further, when doping N, N ₂ Is more preferable because a high-concentration doping can be performed while maintaining good crystallinity by irradiating during the crystal growth by turning into a plasma.
[0071]
Further, as a donor impurity to be doped into the n-type ZnO-based semiconductor layer, it is preferable to use a group III element such as B, Al, Ga, and In, and particularly, Ga or Al having a high activation rate in the ZnO-based semiconductor. Is preferred.
[0072]
Further, in order to improve the luminous efficiency of the oxide semiconductor light emitting device 1, p-type Mg _0.1 Zn _0.9 It is preferable to form the ohmic electrode 8 via the p-type ZnO contact layer 6, as shown in the present embodiment, without forming the p-type ohmic electrode 7 directly on the O-cladding layer 5. Thereby, the resistance can be reduced and the current spread can be made uniform. In addition, as the material of the contact layer 6, it is preferable to use ZnO which is excellent in crystallinity and can increase the carrier concentration. If the p-type ZnO contact layer 6 is excessively doped with an acceptor impurity, the crystallinity is remarkably deteriorated and the luminous efficiency is reduced. ¹⁶ ~ 5 × 10 ¹⁹ cm ^-3 It is preferable to adjust the doping concentration so as to be within the carrier concentration range.
[0073]
As the substrate material, other than the ZnO substrate 2 used in the present embodiment, sapphire, spinel, or LiGaO ₂ Or an electrically conductive substrate such as SiC or GaN. When using an insulating substrate, the substrate 2 and the n-type Mg _0.1 Zn _0.9 An n-type contact layer may be formed between the O-cladding layer 3 and a part of the growth layer may be etched to expose a part of the n-type contact layer, and the n-type ohmic electrode 9 may be formed on the upper surface. . As the material of the n-type contact layer, ZnO is suitable as in the case of the p-type ZnO contact layer 6, and the doping concentration of the donor impurity is 1 × 10 ¹⁸ ~ 1 × 10 ²¹ cm ^-3 Is more preferable, and more preferably 5 × 10 ¹⁹ ~ 5 × 10 ²⁰ cm ^-3 Is preferably adjusted within the range described above. Further, the thickness of the n-type contact layer is preferably adjusted within a range of 0.001 to 1 μm, preferably 0.005 to 0.5 μm, and more preferably 0.01 to 0.1 μm. Further, a buffer layer may be formed in order to obtain a growth layer having good crystallinity.
[0074]
In order to maximize the luminous efficiency in the visible region,
1. The in-plane lattice constant difference from ZnO is within 3%, and defects serving as non-emission centers can be reduced.
2. The absorption coefficient corresponding to the emission wavelength is low.
3. A conductive substrate on which an electrode can be formed on the back surface.
Is preferred.
[0075]
In this embodiment, the ZnO single crystal used as the substrate 2 satisfies all of the above conditions, and is most preferable. The use of the zinc surface is preferable because the carrier activation rate of the p-type semiconductor layer is improved and a p-type semiconductor layer having low resistance is easily obtained.
[0076]
In addition, irregularities may be formed on the back surface of the substrate 2 by a known method such as polishing or etching, so that light emitted to the substrate 2 may be irregularly reflected to improve light extraction efficiency.
[0077]
Ni, Pt, Pd, Au, or the like is suitable for the p-type ohmic electrode 7, and among them, Ni having low resistance and good adhesion is preferable. Further, the p-type ohmic electrode 7 may be formed by alloying the plurality of metal materials Ni, Pt, Pd, and Au.
[0078]
In addition, in order to obtain high luminous efficiency or light extraction efficiency, it is preferable to provide a translucent p-type ohmic electrode 7 having a thickness of 15 nm as described in this embodiment. The layer thickness of the p-type ohmic electrode 7 that achieves both good ohmic characteristics and translucency is preferably in the range of 5 to 200 nm, more preferably in the range of 30 to 100 nm.
[0079]
Further, it is preferable to perform an annealing treatment after the formation of the p-type electrode because the adhesion of the p-type electrode is improved and the contact resistance is reduced. In order to obtain an annealing effect without causing defects in the ZnO crystal, the processing temperature during the annealing is preferably 300 to 400 ° C. The atmosphere in the annealing process is O ₂ Alternatively, an air atmosphere is preferable. ₂ Then, on the contrary, the contact resistance increases.
[0080]
The area of the Au pad electrode 8 may be formed to be a part of the translucent p-type ohmic electrode 7, that is, an area smaller than the p-type ohmic electrode 7. Thereby, the oxide semiconductor light-emitting element 1 can be mounted on the lead frame without impairing the light-transmitting effect of the p-type ohmic electrode 7. As a material of the Au pad electrode 8, Au which can be easily bonded and does not become a donor impurity even when diffused into ZnO is preferable. Further, another metal layer may be provided between the p-type ohmic electrode 7 and the Au pad electrode 8 to improve adhesion and light reflectivity.
[0081]
Further, it is preferable to use Ti, Cr, Al or the like for the n-type ohmic electrode 9. In particular, Al is preferable because it has low resistance and low cost, and has a high reflectance of blue to ultraviolet light. Therefore, forming Al on the entire back surface of the substrate 2 improves the light extraction efficiency. Further, Ti having good adhesion may be used. Alternatively, the n-type ohmic electrode 9 may be formed by alloying the metal materials Ti, Cr, and Al. Further, the n-type ohmic electrode 9 may be patterned into an arbitrary shape, and the exposed back surface of the substrate 2 may be bonded to a lead frame using an Ag paste. Since Ag has a higher reflectance of blue to ultraviolet light than Al, the light extraction efficiency is improved. Other configurations are arbitrary and are not limited by the present embodiment.
[0082]
(2nd Embodiment)
FIG. 9 is a sectional view of a semiconductor light emitting device 50 according to the second embodiment of the present invention. In the semiconductor light emitting device 50, the oxide semiconductor light emitting element 1 of the first embodiment is mounted on a lead frame 51. The oxide semiconductor light emitting device 1 is embedded in a sealing resin 52 made of an epoxy resin. The Au pad electrode 8 of the oxide semiconductor light emitting device 1 is bonded to a lead frame 51 via a bonding wire 53. The portions having the same and similar functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
[0083]
When the semiconductor light emitting device 50 was continuously driven at an operating current of 20 mA for 100,000 hours, the light emission intensity was reduced by 20%.
[0084]
(Comparative Example 3)
Further, when the semiconductor light emitting device in which the oxide semiconductor light emitting element provided only with the polyimide protective film 11 was formed on the lead frame 51 without forming the polycarbonate protective film 10 was caused to emit light, the operating current of 20 mA was used for 30,000 hours. After continuous driving, the light emission intensity was reduced by 20%.
[0085]
The polycarbonate resin constituting the polycarbonate protective film 10 is excellent in the property of blocking short-wavelength light emission, and particularly has a property of hardly transmitting ultraviolet light of 200 to 380 nm. According to the semiconductor light emitting device of the present embodiment, not only the reduction corrosion is avoided, but also the deterioration of the sealing resin 52 made of the epoxy resin is suppressed by the ultraviolet light blocking effect of the polycarbonate protective film 10, so that high reliability can be realized. Conceivable. When the semiconductor light emitting device 50 is used as a light source for high-density optical recording or an ultraviolet light source such as a disinfection system having extremely high industrial utility value, light in a short wavelength range of 380 nm or less can be cut off. It is more preferable to cut the sealing resin 52 made of resin in order to prevent the resin from being deteriorated by long-term exposure to ultraviolet light.
[0086]
Although the embodiments of the present invention have been described above, it goes without saying that the present invention has the same effect when applied to not only a light emitting element but also a laser element using an oxide semiconductor.
[0087]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the oxide semiconductor light-emitting device according to the present invention has an oxide semiconductor including at least an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, a p-type contact layer, and an electrode on a substrate. In the light-emitting element, the main surface including at least the side surface of the oxide semiconductor light-emitting element is covered with a multilayer protective film including two or more different insulating organic compounds, thereby preventing deterioration of the oxide semiconductor over time due to reduction. An oxide semiconductor light-emitting element which can be protected and has excellent reliability can be provided.
[0088]
Further, the method for manufacturing an oxide semiconductor light emitting device according to the present invention is characterized in that at least an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, and a p-type contact layer are laminated on a substrate, and two or more types of insulating organic The compound is evaporated or scattered in a vacuum to deposit and cover the main surface, including at least the side surfaces, of the oxide semiconductor light emitting device. The film can be easily formed.
[0089]
Further, in the semiconductor light emitting device according to the present invention, an oxide semiconductor light emitting element including at least an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, a p-type contact layer and an electrode on a substrate is connected to a lead frame. In a semiconductor light-emitting device sealed with a sealing resin, an oxide semiconductor light-emitting element covers a main surface including at least a side surface of the oxide semiconductor light-emitting element with a multilayer protective film made of two or more different insulating organic compounds. Accordingly, deterioration of the oxide semiconductor over time due to reduction can be prevented and protected, and a highly reliable oxide semiconductor light-emitting element can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of an oxide semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a laser MBE apparatus used in manufacturing the oxide semiconductor light emitting device of FIG.
FIG. 3 is a plan view showing a shielding mask of the laser MBE apparatus of FIG. 2;
FIGS. 4A, 4B, and 4C are cross-sectional views showing a state in which a growth layer is formed on a substrate.
FIGS. 5A, 5B, and 5C are cross-sectional views showing a state in which a growth layer is formed on a substrate.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the thickness (μm) of a polyimide protective film and the lifetime (hours) of an element.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a modification of the oxide semiconductor light emitting device of FIG.
FIG. 8 is a sectional view showing another modification of the oxide semiconductor light emitting device of FIG. 1;
FIG. 9 is a sectional view of an oxide semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: oxide semiconductor light emitting device
1b ... side
1a: Main surface
2 ... substrate
3 ... n-type cladding layer
4: Quantum well light emitting layer (active layer)
5 ... p-type cladding layer
6 ... p-type contact layer
7 ... p-type ohmic electrode
8 Au pad electrode
10. Polycarbonate protective film (multilayer protective film)
11: Polyimide protective film (multilayer protective film)

Claims

基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層および電極を備えた酸化物半導体発光素子において、
前記酸化物半導体発光素子の少なくとも側面を含む主表面を、２種類以上の異なる絶縁性有機化合物からなる多層保護膜で被覆したことを特徴とする酸化物半導体発光素子。An oxide semiconductor light-emitting device including at least an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, a p-type contact layer, and an electrode on a substrate,
An oxide semiconductor light emitting device, wherein a main surface including at least a side surface of the oxide semiconductor light emitting device is covered with a multilayer protective film made of two or more different insulating organic compounds.

前記多層保護膜の膜厚は、１０ｎｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の酸化物半導体発光素子。2. The oxide semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the thickness of the multilayer protective film is from 10 nm to 100 [mu] m.

前記主表面と前記多層保護膜との間に、絶縁性無機化合物からなる無機保護膜を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物半導体発光素子。3. The oxide semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an inorganic protective film made of an insulating inorganic compound is formed between the main surface and the multilayer protective film.

前記無機保護膜が酸化物を含むことを特徴とする請求項３に記載の酸化物半導体発光素子。The oxide semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the inorganic protective film contains an oxide.

前記無機保護膜は、非晶質薄膜であることを特徴とする請求項３に記載の酸化物半導体発光素子。The oxide semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the inorganic protective film is an amorphous thin film.

前記多層保護膜は、電気的接続に必要な最小限の開口部を除き、前記電極表面を覆うことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の酸化物半導体発光素子。6. The oxide semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the multilayer protective film covers the electrode surface except for a minimum opening required for electrical connection.

前記多層保護膜は、弗素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニリデン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラニン樹脂、シリコン樹脂およびエポキシ樹脂から選択された少なくとも２つの樹脂を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の酸化物半導体発光素子。The multilayer protective film includes at least two resins selected from a fluorine resin, a polyimide resin, a polyamide resin, a polysulfone resin, a polycarbonate resin, a vinylidene chloride resin, an acrylic resin, a phenol resin, a melanin resin, a silicone resin, and an epoxy resin. The oxide semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein:

基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層を積層し、
２種類以上の異なる絶縁性有機化合物を真空中で蒸発あるいは飛散させて酸化物半導体発光素子の少なくとも側面を含む主表面に堆積させ被覆する酸化物半導体発光素子の製造方法。At least an n-type clad layer, an active layer, a p-type clad layer, and a p-type contact layer are laminated on a substrate,
A method for manufacturing an oxide semiconductor light emitting device in which two or more different insulating organic compounds are evaporated or scattered in a vacuum to deposit and cover the main surface including at least side surfaces of the oxide semiconductor light emitting device.

前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層を成長装置内の第１成長室内において前記基板上に積層し、
前記第１成長室内の前記基板を、大気に晒すことなく前記成長装置内の第２成長室内へ移動し、
前記絶縁性有機化合物を前記第２成長室内において真空中で蒸発あるいは飛散させて酸化物半導体発光素子の少なくとも側面を含む主表面に堆積させ被覆することを特徴とする請求項８に記載の酸化物半導体発光素子の製造方法。Stacking the n-type cladding layer, the active layer, the p-type cladding layer, and the p-type contact layer on the substrate in a first growth chamber in a growth apparatus;
Moving the substrate in the first growth chamber into a second growth chamber in the growth apparatus without exposing the substrate to the atmosphere;
9. The oxide according to claim 8, wherein the insulating organic compound is evaporated or scattered in a vacuum in the second growth chamber to deposit and cover the main surface including at least the side surface of the oxide semiconductor light emitting device. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device.

前記堆積方法は、真空蒸着法、スパッタリング法、レーザアブレーション法のいずれかであることを特徴とする請求項８または９に記載の酸化物半導体発光素子の製造方法。The method according to claim 8, wherein the deposition method is one of a vacuum deposition method, a sputtering method, and a laser ablation method.

基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層および電極を備えた酸化物半導体発光素子をリードフレーム上に接続し、前記酸化物半導体発光素子は封止樹脂で封止された半導体発光装置において、
前記酸化物半導体発光素子の少なくとも側面を含む主表面を、２種類以上の異なる絶縁性有機化合物からなる多層保護膜で被覆したことを特徴とする半導体発光装置。An oxide semiconductor light emitting device having at least an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, a p-type contact layer and an electrode on a substrate is connected to a lead frame, and the oxide semiconductor light-emitting device is a sealing resin. In the semiconductor light emitting device sealed with
A semiconductor light-emitting device, wherein a main surface including at least a side surface of the oxide semiconductor light-emitting element is covered with a multilayer protective film made of two or more kinds of different insulating organic compounds.

前記多層保護膜のうち少なくとも前記酸化物半導体発光素子に最も近い保護膜は、少なくとも２００〜３８０ｎｍの範囲内の波長を有する光を透過しないことを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光装置。12. The semiconductor light emitting device according to claim 11, wherein at least a protective film of the multilayer protective film closest to the oxide semiconductor light emitting element does not transmit light having a wavelength in a range of at least 200 to 380 nm.