JP4045044B2 - 半導体発光装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体発光装置の製造方法に関し、特にページプリンタ用感光ドラムの露光用光源などに用いられる半導体発光装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の半導体発光装置を図6から図8に示す。図6は断面図、図7は一つの発光素子の平面図、図8は複数の発光素子の平面図である。図6から図8において、21は高抵抗シリコン基板、22は一導電型半導体層、23は逆導電型半導体層、24は個別電極、25は共通電極である。
【0003】
高抵抗シリコン基板21上に、一導電型半導体層22と逆導電型半導体層23を一導電型半導体層22よりも逆導電型半導体層23が小面積となるように設けると共に、この一導電型半導体層22の露出部Rに共通電極25(25a、25b)を接続して設け、逆導電型半導体層23に個別電極24を接続して設けている。なお、図4において、26は窒化シリコン膜などから成る保護膜である。また、図6に示すように、共通電極25(25a、25b)は隣接する島状半導体層22、23ごとに異なる群に属するように二群に分けて接続して設けられ、隣接する島状半導体層22、23が同じ個別電極24に接続されている。
【0004】
このような半導体発光装置では、個別電極24と共通電極25(25a、25b)の組み合わせを選択して電流を流すことによって、各発光素子を選択的に発光させることができる。
【0005】
【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装置では、高抵抗シリコン基板21上に、一導電型半導体層22の成長の初期の段階で、高抵抗シリコン基板21の表面に砒素等が拡散していく。
【0006】
この砒素等が拡散した層21bはその影響により導電性が良くなり、そのままで発光ダイオードを作成すると島状半導体層22、23の隣接間で電流が流れ、同じ個別電極24でつながった2ケ所が同時に点灯し、複数の発光素子を選択的に発光させることができなくなるという問題があった。
【0007】
本発明はこのような従来装置の問題点に鑑みてなされたものであり、砒素が拡散した層の影響によって導電性が良くなり、複数の発光素子を選択的に発光させることができなくなるという従来装置の問題点を解消した半導体発光装置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】
本発明に係る半導体発光装置の製造方法では、高抵抗シリコンの単結晶基板上にGaAs系の一導電型半導体層と逆導電型半導体層をMOCVD法で積層して設ける工程1と、
レジストパターンを用いて、この一導電型半導体層と逆導電型半導体層が前記単結晶基板上に島状に残るようにパターニングするとともに、この一導電型半導体層の一部が露出するように前記逆導電型半導体層の一部を除去する工程2と、
前記一導電型半導体層と逆導電型半導体層に電極を接続して形成する工程3と、を有する半導体発光装置の製造方法において、
前記工程2と前記工程3との間に、前記工程2で用いたレジストパターンを残したまま、前記一導電型半導体層と逆導電型半導体層をマスクとして前記島状部以外の前記単結晶基板の表面をエッチングして除去する工程をさらに有する。
【0010】
【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は本発明の製造方法に係る半導体発光装置の一実施形態を示す断面図、図2は一つの発光素子部分を示す平面図、図5は複数の発光素子を示す平面図である。
図1、図2、及び図5において、1aは高抵抗シリコン基板、1bは砒素等が拡散したシリコン層、2は一導電型半導体層、3は逆導電型半導体層、4は個別電極、5は共通電極、6は絶縁膜である。
【0011】
基板1は高抵抗シリコン単結晶から成り、(100)面を<011>方向に2〜7°オフさせた基板などが好適に用いられる。
【0012】
一導電型半導体層2は、バッファ層2a、オーミックコンタクト層2b、電子の注入層2cで構成される。バッファ層2aは2〜4μm程度の厚みに形成され、オーミックコンタクト層2bは0.1〜1.0μm程度の厚みに形成され、電子の注入層2cは0.2〜0.4μm程度の厚みに形成される。バッファ層2aとオーミックコンタクト層2bはガリウム砒素などで形成され、電子の注入層2cはアルミニウムガリウム砒素などで形成される。オーミックコンタクト層2bはシリコンなどの一導電型半導体不純物を1×1018〜1022atoms/cm3 程度含有し、電子の注入層2cはシリコンなどの一導電型半導体不純物を1×1016〜1019atoms/cm3 程度含有する。バッファ層2aは基板1と半導体層との格子定数の不整合に基づくミスフィット転位を防止するために設けるものであり、半導体不純物を含有させる必要はない。
【0013】
逆導電型半導体層3は、発光層3a、第2のクラッド層3b、および第2のオーミックコンタクト層3cで構成される。発光層3aと第2のクラッド層3bは0.2〜0.4μm程度の厚みに形成され、オーミックコンタクト層3cは0.15μm程度の厚みに形成される。発光層3aと第2のクラッド層3bはアルミニウムガリウム砒素などから成り、第2のオーミックコンタクト層3cはガリウム砒素などから成る。
【0014】
発光層3aと第2のクラッド層3bは、電子の閉じ込め効果と光の取り出し効果を考慮してアルミニウム砒素(AlAs)とガリウム砒素(GaAs)との混晶比を異ならしめる。発光層3aと第2のクラッド層3bは亜鉛(Zn)などの逆導電型半導体不純物を1×1016〜1021atoms/cm3 程度含有し、第2のオーミックコンタクト層3cは亜鉛などの逆導電型半導体不純物を1×1019〜1021atoms/cm3 程度含有する。
【0015】
本発明では、半導体層2、3の島状部以外のシリコン基板1の表面を薄く除去した。このエッチングする深さは砒素の拡散源となる半導体層2の形成条件にもよるが、通常は500Å以上除去すればよい。このように半導体層2、3の島状部以外のシリコン基板1の表面を薄く除去すると、シリコン基板1の表面1bに、一導電型半導体層2の成長の初期の段階で砒素等が拡散して導電性が良くなっても、隣接する島状半導体層2、3間で電流が流れることは阻止され、もって複数の発光素子をいつでも選択的に発光させることができる。
【0016】
絶縁膜6は窒化シリコンなどから成り、厚み3000Å程度に形成される。個別電極4と共通電極5は金/クロム(Au/Cr)などから成り、厚み1μm程度に形成される。
【0017】
本発明の製造方法に係る半導体発光装置では、図3に示すように、一導電型半導体層2と逆導電型半導体層3から成る島状半導体層2、3を基板1上に一列状に並べて、隣接する島状半導体層2、3毎に同じ個別電極4に接続し、同じ個別電極4に接続された下の一導電型半導体層2が異なる共通電極5(5a、5b)に接続されるように二群に分けて接続される。
個別電極4を選択して電流を流すことによってページプリンタ用感光ドラムの露光用光源として用いられる。
【0018】
次に、本発明の半導体発光装置の製造方法を説明する。
まず、高抵抗シリコン単結晶基板1上に、一導電型半導体層2、逆導電型半導体層3をMOCVD法で順次積層して形成する。
【0019】
これらの半導体層2、3を形成する場合、基板温度をまず400〜500℃に設定して200〜2000Åの厚みにアモルファス状のガリウム砒素膜を形成した後、基板温度を700〜900℃に上げて所望厚みの半導体層2、3を形成する。
【0020】
この場合、原料ガスとしてはTMG((CH3 )3 Ga)、TEG((C2 H5 )3 Ga)、アルシン(AsH3 )、TMA((CH3 )3 Al)、TEA((C2 H5 )3 Al)などが用いられ、導電型を制御するためのガスとしては、シラン(SiH4 )、セレン化水素(H2 Se)、DMZ((CH3 )2 Zn)などが用いられ、キャリアガスとしては、H2 などが用いられる。
【0021】
次に、隣接する素子同士が電気的に分離されるように、半導体層2、3が島状にパターニングされる。
このエッチングは、硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウェットエッチングやCCl2F2ガスを用いたドライエッチングなどで行われる。
【0022】
次に、一導電型半導体層2の一端部側の一部が露出し、且つこの一導電型半導体層2の隣接する領域部分が露出するように逆導電型半導体層3が一導電型半導体層2よりも幅狭に形成されるように逆導電型半導体層3をエッチングする。このエッチングも硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウェットエッチングやCCl2 F2 ガスを用いたドライエッチングなどで行なわれる。
【0023】
次に、隣接する素子同士が基板上でも電気的に分離されるように、例えばアルカリ性水溶液でエッチングする。
この時、一導電型半導体層2の一端部側の一部が露出し、且つこの一導電型半導体層2の隣接する領域部分が露出するように逆導電型半導体層3が一導電型半導体層2よりも幅狭に形成されるように逆導電型半導体層3をエッチングした際に用いたパターンを残したままで行なえば、逆導電型半導体層3を一切侵すことなく電気的に分離させられる。
【0024】
島状半導体層2、3は隣接間で電気的に分離されていなければならず、その為、フォトエッチングで砒素等が拡散したシリコン層を除去する。
この時、ガリウム砒素、アルミガリウム砒素はほとんどエッチングせず、シリコンだけを選択的にエッチングするよう、例えばアルカリ性水溶液でエッチングする。
また、この時、図5に示すように、一導電型半導体層2の一部が露出するように逆導電型半導体層3の一部を除去する際に用いたパターンxを残したままアルカリ性水溶液でエッチングして砒素等が拡散したシリコン層1bを例えば500Å以上除去し、その後、レジストパターンxを剥離除去することで、逆導電型半導体層3を一切侵すことなく島状半導体層2、3の隣接間を電気的に分離させられる。
この場合、島状半導体層2、3の下部には、図4に示すように、砒素などが拡散した層1bがレジストパターンxにそって残る。
【0025】
次に、プラズマCVD法で、シランガス(SiH4 )とアンモニアガス(NH3 )を用いて窒化シリコンから成る絶縁膜を形成してパターニングする。最後に、クロムと金を蒸着法やスパッタリング法で形成してパターニングすることにより完成する。
【0026】
【発明の効果】
以上のように、本発明の製造方法に係る半導体発光装置によれば、島状部以外の単結晶基板表面を薄く除去して設けたことから、シリコン基板の表面に一導電型半導体層の成長の初期の段階で砒素等が拡散して導電性が良くなっても、隣接する島状半導体層間で電流が流れることは阻止され、もって複数の発光素子をいつでも選択的に発光させることができる。
【0027】
また、本発明に係る半導体発光装置の製造方法によれば、島状部以外の単結晶基板の表面をエッチングして除去することから、例えばアルカリ性水溶液でエッチングすると、島状半導体層の隣接間を電気的に分離でき、隣接する島状半導体層間で電流が流れることを阻止して、発光素子をいつでも選択的に発光させることができる。
また、一導電型半導体層の一端部側の一部が露出し、且つこの一導電型半導体層の隣接する領域部分が露出するように逆導電型半導体層が一導電型半導体層よりも幅狭に形成されるように逆導電型半導体層をエッチングした際に用いたパターンを残したままで行なうことで、逆導電型半導体層を一切侵すことなく電気的に分離できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法に係る半導体発光装置の一実施形態を示す断面図である。
【図2】本発明の製造方法に係る半導体発光装置の一実施形態における一つの発光素子を示す平面図である。
【図3】本発明の製造方法に係る半導体発光装置の一実施形態における多数の発光素子を示す平面図である。
【図4】本発明に係る半導体発光装置の製造方法により製造された発光装置を示す断面図である。
【図5】本発明に係る半導体発光装置の製造方法により製造された発光装置を示す平面図である。
【図6】従来の半導体発光装置を示す断面図である。
【図7】従来の半導体発光装置における一つの発光素子を示す平面図である。
【図8】従来の半導体発光装置における複数の発光素子を示す平面図である。
【符号の説明】
1………基板
2………一導電型半導体層
3………逆導電型半導体層
4………個別電極
5………共通電極
6………絶縁膜
Claims (1)
- 高抵抗シリコンの単結晶基板上にGaAs系の一導電型半導体層と逆導電型半導体層をMOCVD法で積層して設ける工程1と、
レジストパターンを用いて、この一導電型半導体層と逆導電型半導体層が前記単結晶基板上に島状に残るようにパターニングするとともに、この一導電型半導体層の一部が露出するように前記逆導電型半導体層の一部を除去する工程2と、
前記一導電型半導体層と逆導電型半導体層に電極を接続して形成する工程3と、を有する半導体発光装置の製造方法において、
前記工程2と前記工程3との間に、前記工程2で用いたレジストパターンを残したまま、前記一導電型半導体層と逆導電型半導体層をマスクとして前記島状部以外の前記単結晶基板の表面をエッチングして除去する工程をさらに有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
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