JP4126448B2

JP4126448B2 - 半導体発光装置の製造方法

Info

Publication number: JP4126448B2
Application number: JP04739799A
Authority: JP
Inventors: 勝信北田; 智郁本城
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: JP2000252519A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体発光装置とその製造方法に関し、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】
従来の半導体発光装置を図３ないし図４に示す。図３は断面図、図４は平面図である。図３ないし図４において、２１はシリコン基板、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、２６は絶縁膜である。
【０００３】
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３および図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。
【０００４】
また、図４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。
【０００５】
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、各発光ダイオードを選択的に発光させることができる。
【０００６】
【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、半導体層２２、２３を発光素子に分離する際にメサエッチングを行って島状に形成し、さらに発光素子の電気的な分離を行うために、高抵抗シリコン基板２１上に拡散したＡｓ層の除去を行っていたが、窒化シリコン膜などから成る保護膜２６をプラズマＣＶＤ法などで形成する際に、プラズマＣＶＤ等の水素プラズマによるダメージからシリコン界面が活性状態となって、シリコン基板２１と窒化シリコン膜２６の界面に電気導電層が形成され、その結果、発光素子間の電気的分離が不十分になるという問題があった。シリコン基板２１と窒化シリコン膜２６の界面での漏れ電流によって各発光ダイオードの選択的な発光が阻害され、発光効率の低下や発光ばらつきの原因となり、延いては発光の選択性が完全に失われる原因となっていた。
【０００７】
通常は自然酸化膜が数十Å程度形成されているが、窒化シリコン膜２６を形成する時の水素プラズマで除去されるため、自然酸化膜程度の膜では効果がない。
【０００８】
また、プラズマＣＶＤ法等で酸化膜を形成する場合、工程が煩雑になると同時に、島状半導体層２２、２３上にも形成されることから、発光強度の低下をまねく。また、これを回避するためには、パターンニングが必要となり、より一層の煩雑な工程になるという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、シリコン基板と窒化シリコン膜の界面に電気導電層が形成されることに起因して発生する発光効率の低下や発光バラつきを解消すると共に、発光の選択性を安定化した半導体発光装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の半導体発光装置の製造方法では、シリコン基板上に島状のＧａＡｓ系の一導電型半導体層を列状に複数形成すると共に、この一導電型半導体層上にこの一導電型半導体層の一端部側の一部が露出するようにＧａＡｓ系の逆導電型半導体層を形成し、この一導電型半導体層の露出部と前記逆導電型半導体層上に電極を接続して形成する半導体発光装置の製造方法において、前記シリコン基板上に島状の半導体層を形成した後に、このシリコン基板の露出部を酸化雰囲気中でプラズマアッシングすることで酸化層を形成し、しかる後この酸化層と前記島状半導体層上に窒化シリコン膜を形成する。
【００１３】
【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装置の一実施形態を示す断面図、図２は平面図である。
【００１４】
図１および図２において、１はシリコン基板、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、７は酸化膜である。
【００１５】
シリコン基板１としては、（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。
【００１６】
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。
【００１７】
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０．０１〜０．１μｍ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。
【００１８】
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１×１０¹⁶〜１０¹⁸ａｔｏｍｓ／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１×１０¹⁹〜１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度含有する。
【００１９】
シリコン１上の島状半導体層２、３が形成されない領域には、酸化層７が形成されている。この酸化層７は、酸化シリコン膜から成り、厚み５０Å以上に形成される。このようにシリコン１上の島状半導体層２、３が形成されない領域に酸化層７を形成すると、窒化シリコン膜から成る保護膜６を形成する際に、シリコン基板１と窒化シリコン膜６の界面に電気導電層が形成されることが防止できる。なお、シリコン基板１上には自然酸化膜が形成されており、この不活性な表面に酸素プラズマのみで酸化層を形成するので、シリコン基板１と酸化層７との界面に電気導電層が形成されることはない。また、酸化層７が形成された後には、活性シリコンとは異なり、安定な表面上への成膜であるため、酸化層７と窒化シリコン膜６の界面にも電気導電層が形成されることはない。その結果、発光素子間の電気的分離を安定化でき、シリコン基板１の表面部での漏れ電流を低減し、各発光ダイオードの選択的な発光を得ることができる。さらに、発光効率の低下や発光ばらつきも改善できる。この酸化層の膜厚が５０Å以下の場合、酸化層が除去されて所望の効果を得にくくなり、５０〜１００Å程度の酸化層７を形成することが望ましい。
【００２０】
上記酸化層７と島状半導体層２、３上には窒化シリコン膜６が形成される。この窒化シリコン膜６は保護膜としての機能を有し、厚み３０００Å程度に形成される。また、一導電型半導体層２の露出部と逆導電型半導体層３上には、コンタクトホールＣ₁Ｃ₂が形成されている。このコンタクトホールＣ₁Ｃ₂を介して共通電極５と個別電極４が一導電型半導体２と逆導電型半導体層３に接続されている。この個別電極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。
【００２１】
本発明の半導体発光装置では、図２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。
【００２２】
次に、上述のような半導体発光装置の製造方法を説明する。まず、シリコン基板１上に、一導電型半導体層２、逆導電型半導体層３をＭＯＣＶＤ法などで順次積層して形成する。
【００２３】
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。
【００２４】
この場合、原料ガスとしてはＴＭＧ（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）、ＴＥＧ（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｇａ）、アルシン（ＡｓＨ₃）、ＴＭＡ（（ＣＨ₃）₃Ａｌ）、ＴＥＡ（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ａｌ）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（Ｈ₂Ｓｅ）、ＴＭＺ（（ＣＨ₃）₃Ｚｎ）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。
【００２５】
次に、隣接する素子同志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エットエッチングやＣＣｌ₂Ｆ₂ガスを用いたドライエッチングなどで行われる。
【００２６】
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ＣＣｌ₂Ｆ₂ガスを用いたドライエッチングなどで行なわれる。
【００２７】
次に、例えばバレル型プラズマ処理装置を用いたプラズマアッシング法で、酸素（Ｏ_２）雰囲気中でシリコン酸化層７をシリコン基板１の露出面に形成する。アッシングの場合、高周波電力に依存してシリコン基板１上のみに酸化層７が形成できる。例えば高周波５００Ｗ、酸素プラズマ中で１５分間処理した場合と３００Ｗで１５分間処理した場合では、酸化膜１７は、それぞれ１００Åと４０Åで膜厚に差が見られる。と同時にこれらの条件で形成した時のカソード電極５間の漏れ電流は、図５に示すように、有意差が見られる。なお、図５は、ＬＥＤアレイ１２８個をカソードライン２５ａと２５ｂの群単位間に流れる電流の総和の比較であり、参考にシリコン基板面内の分布を示しており、基板周辺部では漏れ電流が１．５ｍＡであったものが０．４ｍＡ程度まで改善している。なお、酸化雰囲気中のプラズマ処理ではＧａＡｓは酸化されず、シリコンのみが酸化される。
【００２８】
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６を全面、すなわち酸化膜７上と島状半導体層２、３上に形成してコンタクトホールＣ₁Ｃ₂が形成されるようにパターニングする。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。
【００２９】
【発明の効果】
【００３０】
以上のように、本発明の半導体発光装置の製造方法によれば、シリコン基板上に島状のＧａＡｓ系の半導体層を形成した後に、このシリコン基板の露出部を酸化雰囲気中でプラズマアッシングを行うことで酸化層を形成し、しかる後この酸化層と前記島状半導体層上に窒化シリコン膜を形成することから、窒化シリコン膜から成る保護膜を形成する際に、シリコン基板と窒化シリコン膜の界面に電気導電層が形成されることを防止できる。その結果、発光素子間の電気的分離を安定化でき、シリコン基板と窒化シリコン膜の界面での漏れ電流を低減し、各発光ダイオードの選択的な発光を保つことができる。さらに、発光効率の低下や発光ばらつきも改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明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】本発明に係る半導体発光装置の一実施形態を示す平面図である。
【図３】従来の半導体発光装置を示す断面図である。
【図４】従来の半導体発光装置を示す平面図である。
【図５】半導体発光装置の漏れ電流を示す図である。
【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７………酸化膜

Claims

シリコン基板上に島状のＧａＡｓ系の一導電型半導体層を列状に複数形成すると共に、この一導電型半導体層上にこの一導電型半導体層の一端部側の一部が露出するようにＧａＡｓ系の逆導電型半導体層を形成し、この一導電型半導体層の露出部と前記逆導電型半導体層上に電極を接続して形成する半導体発光装置の製造方法において、前記シリコン基板上に島状の一導電型半導体層と逆導電型半導体層を形成した後に、このシリコン基板の露出部を酸化雰囲気中でプラズマアッシングすることで酸化層を形成し、しかる後この酸化層と前記島状半導体層上に窒化シリコン膜を形成することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。