JP2912780B2 - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
半導体発光素子の製造方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子の製造方
法に関し、例えばページプリンターの感光ドラム用光源
などに用いられる半導体発光素子の製造方法に関する。
法に関し、例えばページプリンターの感光ドラム用光源
などに用いられる半導体発光素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体発光素子の製造方法を図2
に基づいて説明する。図2は、従来の半導体発光素子の
断面構造を示す図である。まず、単結晶シリコン(S
i)などから成る半導体基板1上に、ガリウム砒素(G
aAs)などから成るバッファ層2、一導電型不純物を
含有するアルミニウムガリウム砒素(Alx Ga1-x A
s)などから成る第一の半導体層3、逆導電型不純物を
含有するアルミニウムガリウム砒素(Aly Ga1-y A
s)などから成る第二の半導体層4、および逆導電型不
純物を多量に含有するガリウム砒素などから成るオーミ
ックコンタクト層5をMOCVD法などで順次形成し、
次にバッファ層2、第一の半導体層3、第二の半導体層
4、およびオーミックコンタクト層5をエッチングによ
って島状に形成し、次に窒化シリコン(SiNx )など
から成るパシベーション膜6をプラズマCVD法で形成
することによって、半導体基板1上および島状部Iを被
覆し、次にオーミックコンタクト層5上のパシベーショ
ン膜6にコンタクトホール6aを形成して、最後に上部
電極7と下部電極8を形成していた。
に基づいて説明する。図2は、従来の半導体発光素子の
断面構造を示す図である。まず、単結晶シリコン(S
i)などから成る半導体基板1上に、ガリウム砒素(G
aAs)などから成るバッファ層2、一導電型不純物を
含有するアルミニウムガリウム砒素(Alx Ga1-x A
s)などから成る第一の半導体層3、逆導電型不純物を
含有するアルミニウムガリウム砒素(Aly Ga1-y A
s)などから成る第二の半導体層4、および逆導電型不
純物を多量に含有するガリウム砒素などから成るオーミ
ックコンタクト層5をMOCVD法などで順次形成し、
次にバッファ層2、第一の半導体層3、第二の半導体層
4、およびオーミックコンタクト層5をエッチングによ
って島状に形成し、次に窒化シリコン(SiNx )など
から成るパシベーション膜6をプラズマCVD法で形成
することによって、半導体基板1上および島状部Iを被
覆し、次にオーミックコンタクト層5上のパシベーショ
ン膜6にコンタクトホール6aを形成して、最後に上部
電極7と下部電極8を形成していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この従来の半導体発光
素子の製造方法では、半導体基板1上に、半導体基板1
を保持するサセプタの温度を400〜650℃に設定し
たMOCVD法などで複数の半導体層2〜5を形成する
が、シリコン基板1上にガリウム砒素層を形成すると、
109 dyn/cm2 程度の引っ張り応力が発生する。
すなわち、シリコン基板1上に、厚み2μm(2×10
-4cm)のガリウム砒素層2〜5を堆積すると、この半
導体基板1とガリウム砒素層2〜5には、109 dyn
/cm2 ×(2×10-4cm)=2×105 dyn/c
mの絶対応力(全応力)が存在し、膜厚の薄いガリウム
砒素層2〜5にクラックが発生したり、内部応力に起因
して半導体発光素子の寿命が短くなるという問題を誘発
する。
素子の製造方法では、半導体基板1上に、半導体基板1
を保持するサセプタの温度を400〜650℃に設定し
たMOCVD法などで複数の半導体層2〜5を形成する
が、シリコン基板1上にガリウム砒素層を形成すると、
109 dyn/cm2 程度の引っ張り応力が発生する。
すなわち、シリコン基板1上に、厚み2μm(2×10
-4cm)のガリウム砒素層2〜5を堆積すると、この半
導体基板1とガリウム砒素層2〜5には、109 dyn
/cm2 ×(2×10-4cm)=2×105 dyn/c
mの絶対応力(全応力)が存在し、膜厚の薄いガリウム
砒素層2〜5にクラックが発生したり、内部応力に起因
して半導体発光素子の寿命が短くなるという問題を誘発
する。
【0004】また、ガリウムの蒸気圧が砒素の蒸気圧に
比べて高いことから、バッファ層2上に、第一の半導体
層3、第二の半導体層4、およびオーミックコンタクト
層5を形成した後に、高温で長時間加熱処理すると、蒸
気圧の高い砒素が揮散することから、各半導体層2〜5
を形成した後には、高温で長時間加熱処理することはで
きないという問題があった。
比べて高いことから、バッファ層2上に、第一の半導体
層3、第二の半導体層4、およびオーミックコンタクト
層5を形成した後に、高温で長時間加熱処理すると、蒸
気圧の高い砒素が揮散することから、各半導体層2〜5
を形成した後には、高温で長時間加熱処理することはで
きないという問題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体発光
素子は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その特徴とするところは、シリコンから成
る半導体基板上に、導電型の異なる少なくとも二層の化
合物半導体層を島状に形成し、この半導体基板上と化合
物半導体層を窒化シリコン膜で被覆し、この化合物半導
体層上の一部の窒化シリコン膜を除去し、この窒化シリ
コン膜を除去した部分の化合物半導体層に電極を接続し
て形成する半導体発光素子の製造方法において、前記半
導体基板上と化合物半導体層を窒化シリコン膜で被覆し
た後に、前記化合物半導体層を加熱処理する点にある。
素子は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その特徴とするところは、シリコンから成
る半導体基板上に、導電型の異なる少なくとも二層の化
合物半導体層を島状に形成し、この半導体基板上と化合
物半導体層を窒化シリコン膜で被覆し、この化合物半導
体層上の一部の窒化シリコン膜を除去し、この窒化シリ
コン膜を除去した部分の化合物半導体層に電極を接続し
て形成する半導体発光素子の製造方法において、前記半
導体基板上と化合物半導体層を窒化シリコン膜で被覆し
た後に、前記化合物半導体層を加熱処理する点にある。
【0006】
【作用】上記のように構成することにより、シリコン基
板上と化合物半導体層を窒化シリコン膜で被覆した後
に、シリコン基板と化合物半導体層を加熱処理すること
から、蒸気圧の高い砒素などが揮散することはなく、比
較的高温で長時間加熱処理することができる。また、半
導体基板と半導体層との界面、あるいは半導体層間の界
面の原子が再配列することによって、半導体層の結晶性
や内部ストレスが緩和され、発光強度が増すとともに、
発光素子の短命化も防止できる。
板上と化合物半導体層を窒化シリコン膜で被覆した後
に、シリコン基板と化合物半導体層を加熱処理すること
から、蒸気圧の高い砒素などが揮散することはなく、比
較的高温で長時間加熱処理することができる。また、半
導体基板と半導体層との界面、あるいは半導体層間の界
面の原子が再配列することによって、半導体層の結晶性
や内部ストレスが緩和され、発光強度が増すとともに、
発光素子の短命化も防止できる。
【0007】
【実施例】以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明
する。図1は、本発明に係る半導体発光素子の製造工程
を示す図である。まず、半導体基板1上に、バッファ層
2を形成する。本発明に係る半導体発光素子の製造方法
では、例えば(100)面から(011)面に2°オフ
して切り出した単結晶シリコン基板などが用いられる。
この半導体基板1には、アンチモン(Sb)、砒素(A
s)、リン(P)などの半導体用不純物を1016〜10
18個/cm3 程度含有させた半導体基板が用いられる。
する。図1は、本発明に係る半導体発光素子の製造工程
を示す図である。まず、半導体基板1上に、バッファ層
2を形成する。本発明に係る半導体発光素子の製造方法
では、例えば(100)面から(011)面に2°オフ
して切り出した単結晶シリコン基板などが用いられる。
この半導体基板1には、アンチモン(Sb)、砒素(A
s)、リン(P)などの半導体用不純物を1016〜10
18個/cm3 程度含有させた半導体基板が用いられる。
【0008】前記半導体基板1上に、バッファ層2を形
成する。このバッファ層2は、ガリウム砒素などのIII-
V族化合物半導体などから成り、シリコン(Si)、セ
レン(Se)などから成るドナーを1016〜1018個/
cm3 程度含有するように形成する。このバッファ層2
は、TMGaガス、AsH3 ガス、および不純物元素源
用ガスなどを用いて、二段階成長法や熱サイクル法を適
宜採用したMOCVD法で厚み1〜1.5μm程度に形
成される。すなわち、MOCVD装置内を900〜10
00℃で一旦加熱した後に、400〜450℃に下げ
て、成膜用ガスを反応炉内に導入して成膜すると共に、
600〜650℃に上げて成膜し(二段階成長法)、次
に300〜900℃で温度を上下させ(熱サイクル
法)、熱膨張係数の相違に起因する内部応力を発生さ
せ、シリコンなどから成る半導体基板1とガリウム砒素
などから成るバッファ層2の格子定数の相違に起因する
ミスフィット転移を低減させるようにして形成する。
成する。このバッファ層2は、ガリウム砒素などのIII-
V族化合物半導体などから成り、シリコン(Si)、セ
レン(Se)などから成るドナーを1016〜1018個/
cm3 程度含有するように形成する。このバッファ層2
は、TMGaガス、AsH3 ガス、および不純物元素源
用ガスなどを用いて、二段階成長法や熱サイクル法を適
宜採用したMOCVD法で厚み1〜1.5μm程度に形
成される。すなわち、MOCVD装置内を900〜10
00℃で一旦加熱した後に、400〜450℃に下げ
て、成膜用ガスを反応炉内に導入して成膜すると共に、
600〜650℃に上げて成膜し(二段階成長法)、次
に300〜900℃で温度を上下させ(熱サイクル
法)、熱膨張係数の相違に起因する内部応力を発生さ
せ、シリコンなどから成る半導体基板1とガリウム砒素
などから成るバッファ層2の格子定数の相違に起因する
ミスフィット転移を低減させるようにして形成する。
【0009】次に、前記バッファ層2上に、一導電型
(N型)を呈する第一の半導体層3を形成する。この第
一の半導体層3は、例えばアルミニウムガリウム砒素
(AlxGa1-x As)などから成り、シリコンなどから
成るドナーを1016〜1018個/cm3 程度含有してい
る。この第一の半導体層3は、TMAlガス、TMGa
ガス、AsH3 ガス、および半導体用不純物元素となる
SiH4 ガスを用いたMOCVD法などにより形成され
る。
(N型)を呈する第一の半導体層3を形成する。この第
一の半導体層3は、例えばアルミニウムガリウム砒素
(AlxGa1-x As)などから成り、シリコンなどから
成るドナーを1016〜1018個/cm3 程度含有してい
る。この第一の半導体層3は、TMAlガス、TMGa
ガス、AsH3 ガス、および半導体用不純物元素となる
SiH4 ガスを用いたMOCVD法などにより形成され
る。
【0010】次に、前記第一の半導体層3上に、逆導電
型(P型)を呈する第二の半導体層4を形成する。この
第二の半導体層4も、例えばアルミニウムガリウム砒素
(Aly Ga1-y As)などから成り、亜鉛(Zn)な
どから成るアクセプタを1016〜1018個/cm3 程度
含有している。この第一の半導体層3は、TMAlガ
ス、TMGaガス、AsH3 ガス、および半導体用不純
物元素となるDMZnガスを用いたMOCVD法などに
より形成される。
型(P型)を呈する第二の半導体層4を形成する。この
第二の半導体層4も、例えばアルミニウムガリウム砒素
(Aly Ga1-y As)などから成り、亜鉛(Zn)な
どから成るアクセプタを1016〜1018個/cm3 程度
含有している。この第一の半導体層3は、TMAlガ
ス、TMGaガス、AsH3 ガス、および半導体用不純
物元素となるDMZnガスを用いたMOCVD法などに
より形成される。
【0011】次に、前記第二の半導体層4上に、オーミ
ックコンタクト層5を形成する。このオーミックコンタ
クト層5は、例えばガリウム砒素(GaAs)などのII
I-V族化合物半導体で構成され、亜鉛(Zn)などから
成るアクセプタを1018〜1021個/cm3 程度含有し
ている。このオーミックコンタクト層5は、TMGaガ
ス、AsH3 ガス、および半導体用不純物元素となるD
MZnガスを用いたMOCVD法などにより形成され
る。
ックコンタクト層5を形成する。このオーミックコンタ
クト層5は、例えばガリウム砒素(GaAs)などのII
I-V族化合物半導体で構成され、亜鉛(Zn)などから
成るアクセプタを1018〜1021個/cm3 程度含有し
ている。このオーミックコンタクト層5は、TMGaガ
ス、AsH3 ガス、および半導体用不純物元素となるD
MZnガスを用いたMOCVD法などにより形成され
る。
【0012】前記バッファ層2、第一の半導体層3、第
二の半導体層4、およびオーミックコンタクト層5は、
例えば半導体基板1上の所定部分に酸化シリコン膜や窒
化シリコン膜などを形成して、この酸化シリコン膜(S
iO2 )や窒化シリコン膜(SiNx )などが形成され
ていない部分のみに形成する選択成長法などを用いて形
成される。
二の半導体層4、およびオーミックコンタクト層5は、
例えば半導体基板1上の所定部分に酸化シリコン膜や窒
化シリコン膜などを形成して、この酸化シリコン膜(S
iO2 )や窒化シリコン膜(SiNx )などが形成され
ていない部分のみに形成する選択成長法などを用いて形
成される。
【0013】次に、前記バッファ層2、第一の半導体層
3、第二の半導体層4、およびオーミックコンタクト層
5を発光素子の輪郭形状を形成するように島状に形成す
る。このようにバッファ層2、第一の半導体層3、第二
の半導体層4、およびオーミックコンタクト層5を島状
に形成するには、硫酸(H2 SO4 )、過酸化水素(H
2 O2 )、および水(H2 O)から成る混合液などを用
いてエッチングすることにより形成する。
3、第二の半導体層4、およびオーミックコンタクト層
5を発光素子の輪郭形状を形成するように島状に形成す
る。このようにバッファ層2、第一の半導体層3、第二
の半導体層4、およびオーミックコンタクト層5を島状
に形成するには、硫酸(H2 SO4 )、過酸化水素(H
2 O2 )、および水(H2 O)から成る混合液などを用
いてエッチングすることにより形成する。
【0014】次に、前記島状部を被覆するように半導体
基板1上に、窒化シリコン膜などから成るパシベーショ
ン膜6を形成する。このパシベーション膜6は、SiH
4 ガスとNH3 ガスまたはN2 Oガスなどを用いたプラ
ズマCVD法などにより形成される。
基板1上に、窒化シリコン膜などから成るパシベーショ
ン膜6を形成する。このパシベーション膜6は、SiH
4 ガスとNH3 ガスまたはN2 Oガスなどを用いたプラ
ズマCVD法などにより形成される。
【0015】次に、前記バッファ層2、第一の半導体層
3、第二の半導体層4、およびオーミックコンタクト層
5を加熱処理する。この加熱処理は、300〜700℃
の温度で20分程度、好適には500℃の温度で20分
程度加熱される。また、300℃の温度で1分維持し、
次に700℃に上げて1分維持することを2〜3回繰り
返すように加熱してもよい。このようにバッファ層2、
第一の半導体層3、第二の半導体層4、およびオーミッ
クコンタクト層5を加熱処理することにより、各層界面
の原子が再配列してストレスが緩和されて良好な結晶と
なり、発光素子を形成した場合の寿命が短命化するのが
防止される。
3、第二の半導体層4、およびオーミックコンタクト層
5を加熱処理する。この加熱処理は、300〜700℃
の温度で20分程度、好適には500℃の温度で20分
程度加熱される。また、300℃の温度で1分維持し、
次に700℃に上げて1分維持することを2〜3回繰り
返すように加熱してもよい。このようにバッファ層2、
第一の半導体層3、第二の半導体層4、およびオーミッ
クコンタクト層5を加熱処理することにより、各層界面
の原子が再配列してストレスが緩和されて良好な結晶と
なり、発光素子を形成した場合の寿命が短命化するのが
防止される。
【0016】次に、前記オーミックコンタクト層5上の
パシベーション膜6をエッチングしてコンタクトホール
6aを形成する。
パシベーション膜6をエッチングしてコンタクトホール
6aを形成する。
【0017】次に、上部電極7と下部電極8を形成す
る。この上部電極7と下部電極8は、銀(Ag)、銀と
亜鉛(Zn)の合金、あるいはクロム(Cr)と金(A
u)の二層構造のものなどで構成され、真空蒸着法やス
パッタリング法で形成される。
る。この上部電極7と下部電極8は、銀(Ag)、銀と
亜鉛(Zn)の合金、あるいはクロム(Cr)と金(A
u)の二層構造のものなどで構成され、真空蒸着法やス
パッタリング法で形成される。
【0018】−実験例− まず、(100)面から(011)面に2°オフして切
り出した単結晶シリコン基板上に、TMGaガス、As
H3 ガス、およびSiH4 ガスを用いたMOCVD法で
厚み1.5μmのガリウム砒素層を形成し、次に、TM
Alガス、TMGaガス、AsH3 ガス、およびSiH
4 ガスを用いたMOCVD法で厚み1μmのアルミニウ
ムガリウム砒素層を形成し、次に、TMAlガス、TM
Gaガス、AsH3 ガス、およびDMZnガスを用いた
MOCVD法で厚み1μmのアルミニウムガリウム砒素
層を形成し、次に、TMGaガス、AsH3 ガス、およ
びDMZnガスを用いたMOCVD法で厚み1μmのオ
ーミックコンタクト層を形成した後、これら半導体層を
島状に形成し、次いでSiH4 ガスとNH3 ガスを用い
たプラズマCVD法で、厚み1μmのパシベーション膜
7を形成した。
り出した単結晶シリコン基板上に、TMGaガス、As
H3 ガス、およびSiH4 ガスを用いたMOCVD法で
厚み1.5μmのガリウム砒素層を形成し、次に、TM
Alガス、TMGaガス、AsH3 ガス、およびSiH
4 ガスを用いたMOCVD法で厚み1μmのアルミニウ
ムガリウム砒素層を形成し、次に、TMAlガス、TM
Gaガス、AsH3 ガス、およびDMZnガスを用いた
MOCVD法で厚み1μmのアルミニウムガリウム砒素
層を形成し、次に、TMGaガス、AsH3 ガス、およ
びDMZnガスを用いたMOCVD法で厚み1μmのオ
ーミックコンタクト層を形成した後、これら半導体層を
島状に形成し、次いでSiH4 ガスとNH3 ガスを用い
たプラズマCVD法で、厚み1μmのパシベーション膜
7を形成した。
【0019】次に、単結晶シリコン基板を加熱炉に搬入
して、500℃の温度で20分加熱処理した後、半導体
層上のパシベーション膜7にコンタクトホールを形成し
て上部電極と下部電極を形成して発光素子の発光強度を
測定したところ、発光強度は22μWであった。この発
光素子と同時に形成した加熱処理をしない発光素子の発
光強度は18μWであったから、加熱処理をしたもの
は、加熱処理をしないものに比べて約1.2倍発光強度
が増すことが判った。
して、500℃の温度で20分加熱処理した後、半導体
層上のパシベーション膜7にコンタクトホールを形成し
て上部電極と下部電極を形成して発光素子の発光強度を
測定したところ、発光強度は22μWであった。この発
光素子と同時に形成した加熱処理をしない発光素子の発
光強度は18μWであったから、加熱処理をしたもの
は、加熱処理をしないものに比べて約1.2倍発光強度
が増すことが判った。
【0020】また、上記と同一の条件で、発光素子を形
成して、発光強度を測定したところ、加熱処理をした発
光素子の発光強度は21μWであったのに対し、加熱処
理をしない発光素子の発光強度は15μWで、加熱処理
をした発光素子の発光強度は、加熱処理をしない発光素
子の発光強度の1.4倍であった。
成して、発光強度を測定したところ、加熱処理をした発
光素子の発光強度は21μWであったのに対し、加熱処
理をしない発光素子の発光強度は15μWで、加熱処理
をした発光素子の発光強度は、加熱処理をしない発光素
子の発光強度の1.4倍であった。
【0021】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る半導体発光
素子の製造方法によれば、シリコンから成る半導体基板
と化合物半導体から成る島状半導体層を窒化シリコン膜
で被覆した後に、この化合物半導体層を加熱処理するこ
とから、蒸気圧の高い砒素などが揮散することはなく、
比較的高温で長時間加熱処理することができる。また、
半導体基板と半導体層との界面、あるいは半導体層間の
界面の原子が再配列することによって、半導体層の結晶
性や内部ストレスが緩和され、発光強度が増すととも
に、発光素子の短命化も防止できる。
素子の製造方法によれば、シリコンから成る半導体基板
と化合物半導体から成る島状半導体層を窒化シリコン膜
で被覆した後に、この化合物半導体層を加熱処理するこ
とから、蒸気圧の高い砒素などが揮散することはなく、
比較的高温で長時間加熱処理することができる。また、
半導体基板と半導体層との界面、あるいは半導体層間の
界面の原子が再配列することによって、半導体層の結晶
性や内部ストレスが緩和され、発光強度が増すととも
に、発光素子の短命化も防止できる。
【図1】本発明に係る半導体発光素子の製造工程を示す
図である。
図である。
【図2】半導体発光素子の断面構造を示す図である。
1・・・半導体基板、2・・・バッファ層、3・・・第
一の半導体層、4・・・第二の半導体層、5・・・オー
ミックコンタクト層、6・・・パシベーション膜、7・
・・上部電極、8・・・下部電極。
一の半導体層、4・・・第二の半導体層、5・・・オー
ミックコンタクト層、6・・・パシベーション膜、7・
・・上部電極、8・・・下部電極。
Claims (1)
- 【請求項1】 シリコンから成る半導体基板上に、導電
型の異なる少なくとも二層の化合物半導体層を島状に形
成し、この半導体基板上と化合物半導体層を窒化シリコ
ン膜で被覆し、この化合物半導体層上の一部の窒化シリ
コン膜を除去し、この窒化シリコン膜を除去した部分の
化合物半導体層に電極を接続して形成する半導体発光素
子の製造方法において、前記半導体基板上と化合物半導
体層を窒化シリコン膜で被覆した後に、前記化合物半導
体層を加熱処理することを特徴とする半導体発光素子の
製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34750492A JP2912780B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 半導体発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34750492A JP2912780B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 半導体発光素子の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06204557A JPH06204557A (ja) | 1994-07-22 |
JP2912780B2 true JP2912780B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=18390677
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34750492A Expired - Fee Related JP2912780B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 半導体発光素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2912780B2 (ja) |
Cited By (1)
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