JP3426891B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子とそ
の製造方法に関し、特に光プリントヘッドのＬＥＤアレ
イなどに用いられる半導体発光素子とその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体発光素子を図４及び図５に
示す。図５は図４のＡ−Ａ線断面図である。図４及び図
５において、２１はＧａＡｓやＳｉなどから成る半導体
基板、２２はｎ−ＧａＡｓ層、２３はｎ−ＡｌＧａＡｓ
層、２４は第一ｐ−ＡｌＧａＡｓ層、２５は第二のｐ−
ＡｌＧａＡｓ層、２６はｐ⁺ −ＧａＡｓ層、２７は保護
膜、２８は個別電極、２９は共通電極である。

【０００３】半導体基板２１上に、ｎ−ＧａＡｓ層２
２、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２３、第一のｐ−ＡｌＧａＡｓ
層２４、第二のｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５、及びｐ⁺ −Ｇ
ａＡｓ層２６を順次積層して島状に形成し、ｐ⁺ −Ｇａ
Ａｓ層２６に個別電極２８を接続して設けると共に、ｎ
−ＧａＡｓ層２２に共通電極２９を接続して設けたもの
である。

【０００４】ｎ−ＧａＡｓ層２２とｎ−ＡｌＧａＡｓ層
２３が一導電型を呈する半導体層となり、第一のｐ−Ａ
ｌＧａＡｓ層２４、第二のｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５、及
びｐ⁺ −ＧａＡｓ層２６が逆導電型を呈する半導体層と
なる。

【０００５】個別電極２８が隣接する逆導電型半導体層
２４〜２６ごとに一つ形成され、同じ個別電極２８に接
続された逆導電型半導体層２４〜２６の下に位置する二
つの一導電型半導体層２２、２３がそれぞれ異なる共通
電極２９に接続される。個別電極２８側から共通電極２
９のいずれか一方を選択して順方向に電流を流すと、ｎ
−ＡｌＧａＡｓ層２３から第一のｐ−ＡｌＧａＡｓ層２
４に電子が注入され、第一のｐ−ＡｌＧａＡｓ層２４中
の正孔と再結合して発光する。この発光した光が個別電
極２８側から取り出される。

【０００６】なお、第二のｐ−ＡｌＧａＡｓ層２５は第
一のｐ−ＡｌＧａＡｓ層２４で発光した光を第二のｐ−
ＡｌＧａＡｓ層２５を透過して個別電極２８側に取り出
すために設ける。保護膜２７は、例えば窒化シリコン
（ＳｉＮ_x ）などの絶縁膜からなる。このような半導体
発光素子は、半導体基板２１の略全面若しくは所定の領
域に、一導電型半導体層２２、２３と逆導電型半導体層
２４〜２６を順次積層して形成し、この各半導体層２２
〜２６をまずｎ−ＧａＡｓ層２２の所定の輪郭形状にエ
ッチングした後に、半導体層２３〜２６の一部をエッチ
ングしてｎ−ＧａＡｓ層２２の一辺側を一部露出させ、
さらに保護膜２７を形成して所定部分にスルーホールを
形成した後に、個別電極２８と共通電極２９を形成する
ことによって製造していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
半導体発光素子の製造方法では、ｎ−ＧａＡｓ層２２の
一部を露出させる際に、図６（ａ）に示すように、ｎ−
ＧａＡｓ層２２の一辺側のみが露出するように、他の部
分をレジスト膜３０で被覆することから、図６（ｂ）に
示すように、レジスト膜３０の上下方向の位置ずれが発
生した状態で半導体層２３〜２６をエッチングすると、
図７に示すように、島状毎に半導体層２３〜２６の面積
が相異し、もって半導体接合部の面積が島状毎に相異
し、発光ドットによって発光強度がばらつくという問題
があった。

【０００８】本発明は、このような従来方法の問題点に
鑑みて発明されたものであり、発光ドットごとの発光強
度のばらつきを解消した半導体発光素子とその製造方法
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体発光素子では、基板上に一導電
型を呈する複数の島状半導体層と逆導電型を呈する複数
の島状半導体層を積層して設け、これらの半導体層に電
流を流すための電極を接続して設けた半導体発光素子に
おいて、前記一導電型を呈する島状半導体層の対向する
二辺側が露出するように、前記一導電型を呈する島状半
導体層上に前記逆導電型を呈する島状半導体層を設け、
隣接する一導電型を呈する島状半導体層毎に対向する二
辺側に交互に前記電極を接続した。

【００１０】また、本発明に係る半導体発光素子の製造
方法では、基板上に一導電型を呈する複数の島状半導体
層と逆導電型を呈する複数の島状半導体層を形成して、
前記一導電型を呈する島状半導体層の一部が露出するよ
うに前記逆導電型を呈する島状半導体層の一部をエッチ
ング除去した後に、前記一導電型を呈する島状半導体層
と逆導電型を呈する島状半導体層に電極を接続する半導
体発光素子の製造方法において、前記一導電型を呈する
島状半導体層の対向する二辺側が露出するように、この
一導電型を呈する島状半導体層上の逆導電型を呈する島
状半導体層をエッチング除去して、隣接する一導電型を
呈する島状半導体層毎に対向する二辺側に交互に前記電
極を接続する。

【００１１】

【発明の実施の形態】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
の一実施形態を示す図であり、１は半導体基板、２はｎ
−ＧａＡｓ層、３はｎ−ＡｌＧａＡｓ層、４は第一のｐ
−ＡｌＧａＡｓ層、５は第二のｐ−ＡｌＧａＡｓ層、６
はｐ⁺ −ＧａＡｓ層、７は保護膜、８は個別電極、９は
共通電極である。これらの各層のうち、ｎ−ＧａＡｓ層
２と、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層３が一導電型を呈する島状半
導体層であり、第一のｐ−ＡｌＧａＡｓ層４、第二のｐ
−ＡｌＧａＡｓ層５、及びｐ⁺ −ＧａＡｓ層６が逆導電
型を呈する島状半導体である。

【００１２】半導体基板１はＧａＡｓやＳｉなどから成
り、例えば（１００）などの所定の面方位に切り出され
た厚み２００〜１０００μｍ程度で抵抗率がρ＝１００
０〜２０００Ω・ｃｍ程度の高抵抗単結晶基板で構成さ
れる。

【００１３】ｎ−ＧａＡｓ層２はバッファ層として機能
するものであり、２．０μｍ程度の厚みに形成される。
このｎ−ＧａＡｓ層２は、ｎ型半導体不純物を１×１０
¹⁸原子個ｃｍ^-3程度含有する。このｎ型の半導体不純物
には、シリコン（Ｓｉ）やセレン（Ｓｅ）などがある。

【００１４】ｎ−ＡｌＧａＡｓ層３は電子注入層として
機能させるものであり、０．４μｍ程度の厚みに形成さ
れる。このｎ−ＡｌＧａＡｓ層３は、ｎ型の半導体不純
物を５×１０¹⁷原子個ｃｍ^-3程度含有する。このｎ−Ａ
ｌＧａＡｓ層３におけるＡｌＡｓの混晶比は０．３５程
度に設定される。すなわち、このｎ−ＡｌＧａＡｓ層３
のＧａＡｓの混晶比は０．６５程度になる。

【００１５】第一のｐ−ＡｌＧａＡｓ層４は発光層とし
て機能させるものであり、０．４μｍ程度の厚みに形成
される。この第一のｐ−ＡｌＧａＡｓ層４は、ｐ型の半
導体不純物を５×１０¹⁸原子個ｃｍ^-3程度含有する。こ
のようなｐ型の半導体不純物には、亜鉛（Ｚｎ）やスト
ロンチウム（Ｓｒ）などがある。この第一のｐ−ＡｌＧ
ａＡｓ層４におけるＡｌＡｓの混晶比は得ようとする発
光波長によって異なるが、７４０ｎｍの発光波長を得る
場合は０．２程度の混晶比に設定し、６８０ｎｍの発光
波長を得る場合は０．３程度の混晶比に設定する。発光
した光を上方へ取り出すために、この第一のｐ−ＡｌＧ
ａＡｓ層４のＡｌＡｓの混晶比は、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層
３のＡｌＡｓの混晶比よりも小さく設定される。

【００１６】第二のｐ−ＡｌＧａＡｓ層５は光取出層と
して機能させるものであり、０．４μｍ程度の厚みに形
成される。この第二のｐ−ＡｌＧａＡｓ層５は、ｐ型の
半導体不純物を１×１０¹⁹原子個ｃｍ^-3程度含有する。
この第二のｐ−ＡｌＧａＡｓ層５は、光取出層として機
能させるために、ＡｌＡｓの混晶比が０．３５程度に設
定される。すなわち、第一のｐ−ＡｌＧａＡｓ層４より
もＡｌＡｓの混晶比を大きくして光学的バンドギャップ
を大きくし、光吸収を少なくして光を効率よく取り出せ
るようにする。

【００１７】ｐ⁺ −ＧａＡｓ層６はオーミックコンタク
ト層として機能させるものであり、２００Å程度の厚み
に形成される。このｐ⁺ −ＧａＡｓ層６はｐ型の半導体
不純物を２×１０¹⁹原子個ｃｍ^-3程度含有する。

【００１８】保護膜７はＳｉＮ_x などから成り、３００
０Å程度の厚みに形成され、個別電極８と共通電極９は
Ａｕ−Ｇｅなどから成り、１μｍ程度の厚みに形成され
る。この個別電極８は保護膜７に形成されたスルーホー
ルを介してｐ⁺ −ＧａＡｓ層６に接続され、共通電極９
は保護膜７に形成されたスルーホールを介してｎ−Ｇａ
Ａｓ層２に接続される。個別電極８が発光ダイオードの
アノード電極となり、共通電極９がカソード電極とな
る。

【００１９】次に、本発明に係る半導体発光素子の製造
方法を説明する。まず、基板１上に、ｎ−ＧａＡｓ層
２、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層３、第一のｐ−ＡｌＧａＡｓ層
４、第二のｐ−ＡｌＧａＡｓ層５、及びｐ⁺ −ＧａＡｓ
層６をＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法などで所
望厚みに形成する。Ｇａの原料としては、（ＣＨ₃ ）₃
Ｇａや（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₃ Ｇａなどが用いられ、Ａｓの原料
としては、ＡｓＨ₃ などが用いられ、Ａｌの原料として
は、（ＣＨ₃ ）₃ Ａｌや（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₃ Ａｌなどが用い
られる。また、半導体不純物も各不純物のメチル化物、
エチル化物、水素化物などが用いられる。これらの各半
導体層２〜６をｎ−ＧａＡｓ層の所定の輪郭形状にそっ
て島状にパターニングする。

【００２０】次に、図２に示すように、島状半導体層２
〜６の対向する二辺ａ、ｂ側が露出するように島状半導
体層６上にレジスト膜１０を形成して、レジスト膜１０
が塗布された領域以外の半導体層３〜６をエッチング除
去する。エッチング液としては、硫酸過酸化水素系のエ
ッチング液が用いられ、時間を計測してｎ−ＧａＡｓ層
２が残るように半導体層３〜６をエッチングする。この
場合、ｎ−ＧａＡｓ層２の対向する二辺側が露出するよ
うに半導体層３〜６をエッチング除去することから、図
３に示すように、レジスト膜１０が若干ずれたとして
も、半導体層３〜６は各島毎に同じ面積分を残すことが
できる。

【００２１】次に、図１に示すように、島状に形成した
半導体層２〜６上に保護膜７となるＳｉＮｘ膜をプラズ
マＣＶＤ法などで形成して所定部分にスルーホールを形
成すると共に、個別電極８と共通電極９を形成して完成
する。なお、個別電極８と共通電極９は真空蒸着法、電
子ビーム蒸着法、スパッタリング法などで形成した後、
図４に示すような所望形状にパターニングする。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る半導体発光
素子によれば、一導電型を呈する島状半導体層の対向す
る二辺側が露出するように、一導電型を呈する島状半導
体層上に逆導電型を呈する島状半導体層を設け、隣接す
る一導電型を呈する島状半導体層毎に対向する二辺側に
交互に前記電極を接続したことから、各島毎の半導体接
合部の面積を同じにすることができ、もって発光ドット
ごとの発光強度のばらつきを極力低減した半導体発光素
子となる。

【００２３】また、本発明に係る半導体発光素子の製造
方法によれば、一導電型を呈する島状半導体層の対向す
る二辺側が露出するように、この一導電型を呈する島状
半導体層上の逆導電型を呈する島状半導体層をエッチン
グ除去して、隣接する一導電型を呈する島状半導体層毎
に対向する二辺側に交互に電極を接続することから、各
島毎の半導体接合部の面積を同じにすることができ、も
って発光ドットごとの発光強度のばらつきを極力低減で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体発光素子の一実施形態を示
す断面図である。

【図２】本発明に係る半導体発光沿いの製造方法の一実
施形態を示すマスクパターンの図である。

【図３】本発明に係る半導体発光素子の製造方法の一実
施形態を示す半導体層部分の図である。

【図４】従来の半導体発光素子を用いたＬＥＤアレイの
平面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ線断面である。

【図６】従来の半導体発光素子の製造方法を示す図であ
る。

【図７】従来の半導体発光素子の一製造工程を示す図で
ある。

【符号の説明】

１・・・基板、２、３・・・一導電型を呈する半導体
層、４〜６・・・逆導電型を呈する半導体層、８・・・
個別電極、９・・・共通電極

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に一導電型を呈する複数の島状半
   導体層と逆導電型を呈する複数の島状半導体層を積層し
   て設け、これらの半導体層に電流を流すための電極を接
   続して設けた半導体発光素子において、前記一導電型を
   呈する島状半導体層の対向する二辺側が露出するよう
   に、前記一導電型を呈する島状半導体層上に前記逆導電
   型を呈する島状半導体層を設け、隣接する一導電型を呈
   する島状半導体層毎に対向する二辺側に交互に前記電極
   を接続したことを特徴とする半導体発光素子。
2. 【請求項２】 基板上に一導電型を呈する複数の島状半
   導体層と逆導電型を呈する複数の島状半導体層を形成し
   て、前記一導電型を呈する島状半導体層の一部が露出す
   るように、前記逆導電型を呈する島状半導体層の一部を
   エッチング除去した後に、前記一導電型を呈する島状半
   導体層と逆導電型を呈する島状半導体層に電極を接続す
   る半導体発光素子の製造方法において、前記一導電型を
   呈する島状半導体層の対向する二辺側が露出するよう
   に、この一導電型を呈する島状半導体層上の逆導電型を
   呈する島状半導体層をエッチング除去して、隣接する一
   導電型を呈する島状半導体層毎に対向する二辺側に交互
   に前記電極を接続することを特徴とする半導体発光素子
   の製造方法。