JP4221818B2 - 光半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード(Light Emitting Diode：以下、ＬＥＤと記述する)、ＬＥＤアレイ、受光素子等の光半導体素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光半導体素子としては、ＬＥＤ、面発光型レーザ、受光素子等の様々な応用素子が実用化されている。その中でもＬＥＤは種々の光源として利用されており、そのＬＥＤを配列したＬＥＤアレイは、例えば電子写真方式のプリンタ用光源等として利用されている。
【０００３】
光半導体素子においては、固相拡散の領域に電極を接続する際に、電極と拡散領域とのオーミック接合を確実にするためにオーミックコンタクト層を形成する。しかし、このオーミックコンタクト層は導電性があるので、光半導体素子をアレイ状に形成した場合には、各素子間をエッチング等によって電気的に分離する必要がある。また光半導体素子の発光波長または受光波長によってはオーミックコンタクト層で光吸収が起きるので、電極下以外の個所のオーミックコンタクト層を除去する必要がある。
【０００４】
以下に、従来例における光半導体素子の例としてＬＥＤについて説明する。図１０は、従来例におけるＬＥＤの構造を示す上面図である。図１１は、図１０のＡ−Ａ’断面図である。図１２〜図１４は、従来例におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図である。図１０〜図１４においては、フォトリソグラフィ工程においてフォトレジストパターンのマスク合わせずれが発生して、オーミックコンタクト層がずれて形成されている状態を示している。マスク合わせずれの方向は、図１０においてはオーミックコンタクト層１１が左下方向にずれている。
【０００５】
図１０および図１１を用いて、従来例におけるＬＥＤの構造を説明する。従来例におけるＬＥＤは、第１導電型半導体層１０の所定の領域に所定の深さの第２導電型拡散領域１５が形成され、第２導電型拡散領域１５上にオーミックコンタクト層１１が形成され、オーミックコンタクト層１１上および第２導電型拡散領域１５を含む第１導電型半導体層１０上に中間絶縁膜１９が形成され、第２導電型拡散領域１５上に中間絶縁膜１９を貫通してオーミックコンタクト層１１の表面に到達するコンタクト穴１８が形成されている。そして、第２導電型層接続電極１６がコンタクト穴１８上の領域および中間絶縁膜１９上の所定の領域に形成され、コンタクト穴１８の位置で第２導電型層接続電極１６と第２導電型拡散領域１５とがオーミックコンタクト層１１を介して電気的に接続されている。また、第１導電型半導体層１０の下部には、第１導電型半導体層１０と電気的に接続される第１導電型層接続電極１７が形成されている。
【０００６】
しかし、実際にはオーミックコンタクト層１１を形成する際のマスク合わせずれによって、オーミックコンタクト層１１が本来形成されるべき位置から図１０の左下方向（図１１の右側方向）にずれて形成されている。
【０００７】
図１２〜図１４を用いて、従来例におけるＬＥＤの製造工程を説明する。図１２(ａ)に示すように、第１導電型半導体層１０上の全面にオーミックコンタクト層１１を形成し、さらにその上に拡散防止膜２０を形成する。ここで、第１導電型半導体層１０としてはｎ型ＡｌＧａＡｓ基板を用い、オーミックコンタクト層１１としてはＧａＡｓ等を用いることができる。拡散防止膜２０は、後の工程で第２導電型拡散領域１５を形成する際に、所望の位置以外に拡散領域が形成されることを防止する膜であり、ＳｉＮ膜、Ａｌ2Ｏ3膜等を利用することができる。
【０００８】
図１２(ｂ)に示すように、後に第２導電型拡散領域１５を形成する部分のみに、拡散防止膜２０に開口部を形成する。開口部は、フォトリソグラフィ・エッチング技術によって形成することができる。
【０００９】
図１２(ｃ)に示すように、第２導電型固相拡散源層１２と拡散キャップ膜１４とを基板の全面に形成する。拡散キャップ膜１４としては、ＳｉＮ膜、ＡｌＮ膜等を用いることができる。
【００１０】
図１２(ｄ)に示すように、拡散防止膜２０の開口部に不純物拡散を行い、第２導電型固相拡散源層１２から第１導電型半導体層１０中の所定の深さまで第２導電型拡散領域１５を形成する。その後に、図１２(ｅ)に示すように、不要となった第２導電型固相拡散源層１２および拡散キャップ膜１４を除去する。
【００１１】
図１３(ａ)に示すように、フォトリソグラフィ技術によって、オーミックコンタクト層１１を残す部分と拡散防止膜２０を残す部分とを形成するために、フォトレジストパターン１３を形成する。このとき、オーミックコンタクト層１１は本来点線で示すように、第２導電型拡散領域１５上にのみ島状に残す必要がある。図１３(ａ)では、このフォトリソグラフィ工程において、フォトレジストパターン１３が図の右側方向にずれている場合を実線で示している。
【００１２】
このように、従来例における製造工程では、オーミックコンタクト層１１を成形するためのフォトレジストパターン１３の形成と第２導電型拡散領域１５の形成とを独立したフォトリソグラフィ技術によって行っているので、オーミックコンタクト層１１のパターンが第２導電型拡散領域１５からずれて形成される場合がある。オーミックコンタクト層１１が第２導電型拡散領域１５と拡散が行われていない領域とにまたがって島状に形成されると、第２導電型層接続電極１６からオーミックコンタクト層１１に供給される電流が本来流れるべき第２導電型拡散領域１５以外にも流れてしまので、素子の特性が低下する。従来例のように光半導体素子がＬＥＤである場合には、光量の低下等が起こる。
【００１３】
図１３(ｂ)に示すように、第２導電型拡散領域１５の周辺部分でフォトレジストパターン１３に覆われていない部分の拡散防止膜２０をエッチング技術によって除去する。
【００１４】
図１３(ｃ)に示すように、図１３(ｂ)に示した拡散防止膜２０のエッチングに連続してオーミックコンタクト層１１のエッチングを行い、第２導電型拡散領域１５上のオーミックコンタクト層１１を島状にパターン形成する。エッチングはオーミックコンタクト層１１のうち第２導電型拡散領域１５以外に形成されている領域を除去するために行うが、図においては拡散防止膜２０の網目部分の下部が除去されずに残ってしまう。
【００１５】
図１３(ｄ)に示すように、不要となったフォトレジストパターン１３を剥離する。その後に、図１３(ｅ)に示すように、基板全面に中間絶縁膜１９を形成する。
【００１６】
図１４(ａ)に示すように、中間絶縁膜１９にコンタクト穴１８を形成する。コンタクト穴１８は、フォトリソグラフィ・エッチング技術を用いて形成する。
【００１７】
図１４(ｂ)に示すように、コンタクト穴１８上の領域を含む所望の位置に第２導電型層接続電極１６を形成する。そして、図１４(ｃ)に示すように、第１導電型半導体層１０の裏面に第１導電型層接続電極１７を形成する。
【００１８】
図１３以降に示したように、フォトレジストパターン１３がずれた状態で形成されると、第２導電型層接続電極１６と第２導電型拡散領域１５とをオーミック接続するオーミックコンタクト層１１が第２導電型層接続電極１６および第２導電型拡散領域１５と接触する面積が小さくなり、コンタクト抵抗が増加して充分にオーミック接続されない部分が発生する。さらに、オーミックコンタクト層１１を介して第１導電型半導体層１０と第２導電型拡散領域１５とが電気的に接続されているので、第２導電型層接続電極１６からオーミックコンタクト層１１を介して第２導電型拡散領域１５に流れるべき電流が、第１導電型半導体層１０にも流れてしまう。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、図１０〜図１４に示した従来例のＬＥＤにおいては、第２導電型拡散領域１５の形成（図１２(ｄ)）とオーミックコンタクト層１１の形成（図１３(ｃ)）とを独立したフォトリソグラフィ・エッチング技術によって行っているので、マスク合わせずれが発生すると形成したそれぞれのパターンにずれが発生し、オーミックコンタクト層１１の島状のパターンが第２導電型拡散領域１５と拡散が行われていない領域とにまたがって形成されてしまう場合があり、歩留まりの低下、光量の低下等の特性の低下が発生するという問題点があった。これらの不具合は、ＬＥＤアレイが高密度になるほど発生しやすく、高精細ＬＥＤアレイ等の光半導体素子で特に大きな問題点となっていた。
【００２０】
このような点に鑑み本発明は、マスク合わせずれによる形成パターンずれを防ぎ、高歩留まりで光量の低下や発光出力のばらつきが生じない光半導体素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光半導体素子の製造方法は、第１導電型半導体層上にオーミックコンタクト層を形成する第１の工程と、該オーミックコンタクト層上に第２導電型固相拡散源層を形成する第２の工程と、該第２導電型固相拡散源層上の所定の領域にフォトレジストパターンを形成する第３の工程と、該フォトレジストパターンをマスクとして該第２導電型固相拡散源層をエッチングする第４の工程と、該フォトレジストパターンおよび該第２導電型固相拡散源層のうちの少なくとも一方をマスクとして該オーミックコンタクト層をエッチングする第５の工程と、該第２導電型固相拡散源層上を含む該第１導電型半導体層上に拡散キャップ膜を形成する第６の工程と、該第２導電型固相拡散源層から不純物を拡散して該第１導電型半導体層中に第２導電型拡散領域を形成する第７の工程と、該第２導電型拡散領域上の所定の領域に該拡散キャップ膜および該第２導電型固相拡散源層を貫通して該オーミックコンタクト層の表面に到達するコンタクト穴を形成する第８の工程と、該コンタクト穴およびその上の領域ならびに該拡散キャップ膜上の所定の領域に該オーミックコンタクト層を介して該第２導電型拡散領域と電気的に接続される第２導電型層接続電極を形成する第９の工程と、該第１導電型半導体層下面に該第１導電型半導体層と電気的に接続される第１導電型層接続電極を形成する第１０の工程とを有し、該拡散キャップ膜が該第１導電型半導体層と該第２導電型層接続電極とを絶縁する層間絶縁膜である。このとき、前記第８の工程が、前記拡散キャップ膜上にさらに絶縁膜を形成する工程を有することができる。
【００２４】
本発明に係る光半導体素子の製造方法は、第１導電型半導体層上にオーミックコンタクト層を形成する第１の工程と、該オーミックコンタクト層上に第２導電型固相拡散源層を形成する第２の工程と、該第２導電型固相拡散源層上の所定の領域にフォトレジストパターンを形成する第３の工程と、該フォトレジストパターンをマスクとして該第２導電型固相拡散源層をエッチングする第４の工程と、該第２導電型固相拡散源層上を含む該オーミックコンタクト層上に拡散キャップ膜を形成する第５の工程と、該第２導電型固相拡散源層から不純物を拡散して該第１導電型半導体層中に第２導電型拡散領域を形成する第６の工程と、該拡散キャップ膜を除去する第７の工程と、該フォトレジストパターンおよび該第２導電型固相拡散源層のうちの少なくとも一方をマスクとして該オーミックコンタクト層をエッチングする第８の工程と、該第２導電型固相拡散源層を除去する第９の工程と、該オーミックコンタクト層上および該第２導電型拡散領域上を含む該第１導電型半導体層上に絶縁膜を形成する第１０の工程と、該第２導電型拡散領域上の所定の領域に該絶縁膜を貫通して該オーミックコンタクト層の表面に到達するコンタクト穴を形成する第１１の工程と、該コンタクト穴およびその上の領域ならびに該絶縁膜上の所定の領域に該オーミックコンタクト層を介して該第２導電型拡散領域と電気的に接続される第２導電型層接続電極を形成する第１２の工程と、該第１導電型半導体層下面に該第１導電型半導体層と電気的に接続される第１導電型層接続電極を形成する第１３の工程とを有し、該絶縁膜が該第１導電型半導体層と該第２導電型層接続電極とを絶縁する中間絶縁膜である。
【００２５】
上記本発明に係る光半導体素子または光半導体素子の製造方法においては、前記光半導体素子を発光ダイオードとすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、図１〜図９を用いて本発明の第１の実施の形態および第２の実施の形態についてそれぞれ説明する。
【００２７】
ただし、いずれの図も本発明を理解することができる程度に各構成成分の寸法、形状および配置関係を概略的に示してある。また、説明に用いる各図において同様な構成成分については同一の番号を付して示してある。
【００２８】
第１および第２の実施の形態においては第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型として説明するが、どちらも第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型として、材料等を適宜変更することができる。
【００２９】
また、第１および第２の実施の形態においては、本発明の光半導体素子の例としてＬＥＤについて説明するが、どちらもＬＥＤ以外の光半導体素子である面発光型レーザや受光素子においても実現することができる。
【００３０】
さらに、第１および第２の実施の形態においてはホモ接合型のＬＥＤについて説明するが、どちらも第２導電型固相拡散源層とオーミックコンタクト層とを用いて電流制御する素子であれば、シングルヘテロ接合型またはダブルヘテロ接合型の素子でも実現することができる。
【００３１】
( 第１の実施の形態 )
図１は、第１の実施の形態におけるＬＥＤの構造を示す上面図であり、３素子を示している。図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。図３および図４は、第１の実施の形態におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図である。
【００３２】
図１および図２を用いて、第１の実施の形態におけるＬＥＤの構造を説明する。第１の実施の形態におけるＬＥＤは、第１導電型半導体層１０の所定の領域に所定の深さの第２導電型拡散領域１５が形成され、第２導電型拡散領域１５上にオーミックコンタクト層１１が形成され、オーミックコンタクト層１１上に第２導電型固相拡散源層１２が形成され、オーミックコンタクト層１１が第２導電型固相拡散源層１２を利用して第２導電型拡散領域１５に対して自己整合的に形成され、第２導電型固相拡散源層１２上および第２導電型拡散領域１５を含む第１導電型半導体層１０上に拡散キャップ膜１４が形成され、第２導電型拡散領域１５上に拡散キャップ膜１４および第２固相拡散源層１２を貫通してオーミックコンタクト層１１の表面に到達するコンタクト穴１８が形成されている。そして、第２導電型層接続電極１６がコンタクト穴１８およびその上の領域ならびに拡散キャップ膜１４上の所定の領域に形成され、コンタクト穴１８の位置で第２導電型層接続電極１６と第２導電型拡散領域１５とがオーミックコンタクト層１１を介して電気的に接続されている。また、第１導電型半導体層１０の下面には、第１導電型半導体層１０と電気的に接続される第１導電型層接続電極１７が形成されている。
【００３３】
図３および図４を用いて、第１の実施の形態におけるＬＥＤの製造工程を説明する。図３(ａ)に示すように、第１導電型半導体層１０上にオーミックコンタクト層１１を形成し、さらにその上に第２導電型固相拡散源層１２を形成する。ここで、第１導電型半導体層１０としてはｎ型ＡｌＧａＡｓ基板を用い、オーミックコンタクト層１１としてはＧａＡｓ等を用いることができる。オーミックコンタクト層１１はエピタキシャル成長によって形成する。エピタキシャル成長の方法は、有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：以下、ＭＯＣＶＤと記述する)法、分子線成長(Molecular Beam Epitaxy：以下、ＭＢＥと記述する)法等が好適である。また、第２導電型固相拡散源層１２としては、第１導電型半導体層１０がｎ型の場合にはｐ型の拡散を行うための膜を用い、ＺｎＯ膜等を用いることができる。ＺｎＯ膜は、スパッタリング法等で形成することができる。
【００３４】
図３(ｂ)に示すように、フォトリソグラフィ技術によって、第２導電型固相拡散源層１２をパターン形成する領域にフォトレジストパターン１３を形成する。
【００３５】
図３(ｃ)に示すように、エッチング技術によってフォトレジストパターン１３をマスクとして第２導電型固相拡散源層１２をエッチングして、島状パターンを形成する。エッチングの方法としては、フッ酸系のエッチャント等を用いたウェットエッチング法を利用することができる。
【００３６】
図３(ｄ)に示すように、エッチング技術によってフォトレジストパターン１３部以外のオーミックコンタクト層１１をエッチングして、オーミックコンタクト層１１のパターンと第２導電型固相拡散源層１２のパターンとを自己整合構造（以下、セルフアラインと記述する）によって同じ位置に形成する。これによって、後の工程で第２導電型固相拡散源層１２の領域に不純物拡散を行って第２導電型拡散領域１５を形成する際に、オーミックコンタクト層１１のパターンがずれない。エッチングの方法としては、燐酸・過酸化水素水エッチャントや、クエン酸・過酸化水素水エッチャント等のウェットエッチング法を利用することができる。その後、不要となったフォトレジストパターン１３を剥離する。レジスト剥離は、有機薬品を用いた方法等を利用することができる。
【００３７】
また、レジスト剥離をオーミックコンタクト層１１のエッチング前に行って、第２導電型固相拡散源層１２をマスクとして用いてオーミックコンタクト層１１のエッチングを行ってもよい。
【００３８】
図３(ｅ)に示すように、基板全面に拡散キャップ膜１４を形成する。拡散キャップ膜１４を形成せずに拡散を行うことも可能であるが、安定的に拡散を行うためには、拡散キャップ膜１４を形成した後に拡散工程を行うことが望ましい。また第１の実施の形態では、拡散キャップ膜１４を第１導電型半導体層１０と第２導電型層接続電極１６の層間絶縁膜として利用しているので、拡散キャップ膜１４を形成しない場合には、別途中間絶縁膜を形成する必要がある。
【００３９】
図４(ａ)に示すように、第２導電型固相拡散源層１２の領域に不純物拡散を行い、第２導電型固相拡散源層１２から第１導電型半導体層１０中に第２導電型拡散領域１５を形成する。不純物拡散は、熱処理によって行うことができる。第１導電型半導体層１０がｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓであり、オーミックコンタクト層１１がｎ型ＧａＡｓであり、第２導電型固相拡散源層１２がＺｎＯである場合には、６５０℃で３時間の熱処理によって、約１μｍ程度の深さまで第２導電型拡散領域１５を形成することができる。
【００４０】
図４(ｂ)に示すように、拡散キャップ膜１４および第２導電型固相拡散源層１２を貫通してオーミックコンタクト層１１の表面まで到達するように、第２導電型拡散領域１５上のオーミックコンタクト層１１と第２導電型層接続電極１６とを接続するためのコンタクト穴１８を形成する。コンタクト穴１８は、フォトリソグラフィ・エッチング技術を用いて形成する。拡散キャップ膜１４がＳｉＮ膜である場合にはドライエッチング技術等を利用することができ、拡散キャップ膜１４がＡｌ系の絶縁膜である場合には熱燐酸によるウェットエッチング技術等を利用することができる。
【００４１】
図４(ｃ)に示すように、コンタクト穴１８およびその上の領域を含む所望の位置に第２導電型層接続電極１６を形成する。第２導電型層接続電極１６は、オーミックコンタクト層１１とオーミック接合できる材料であれば利用することができ、例えばＡｌを使用することができる。第２導電型層接続電極１６の形成は、基板全面に第２導電型層接続電極１６となる材料を成膜し、フォトリソグラフィ・エッチング技術によって所望の形状に加工する。この後、第２導電型層接続電極１６とオーミックコンタクト層１１の接合を良好にするために、熱処理を行うこともできる。
【００４２】
図４(ｄ)に示すように、第１導電型半導体層１０の下面に第１導電型層接続電極１７を形成する。特性向上のためには、第１導電型半導体層１０の裏面を研磨した後に第１導電型層接続電極１７を形成することができる。ここで第１導電型層接続電極１７を構成する材料は、第１導電型半導体層１０との間でオーミックコンタクトがとれる材料であれば特に限定されない。例えば第１導電型半導体層１０がｎ型ＡｌＧａＡｓである場合、Ａｕ系の合金を第１導電型層接続電極１７の構成材料として用いることができる。
【００４３】
以上説明したように、第１の実施の形態におけるＬＥＤは、第２導電型固相拡散源層１２のパターンとオーミックコンタクト層１１のパターンとをセルフアラインで同じ位置に形成することによって、第２導電型固相拡散源層１２の位置によって決まる第２導電型拡散領域１５のパターンとオーミックコンタクト層１１のパターンとの形成ずれを防ぐことができ、高歩留まりで発光出力にばらつきの生じない光半導体素子を実現することができる。また、従来例と比較して、オーミックコンタクト層１１のフォトリソグラフィ工程が不要となるので、製造工程を簡略化することができる。
【００４４】
また、拡散キャップ膜１４をそのまま第１導電型半導体層１０と第２導電型層接続電極１６との層間絶縁膜として利用しているので、製造工程を簡略化することができる。もちろん、拡散キャップ膜１４の上にさらに絶縁膜を形成して絶縁性を向上させてもよい。この絶縁膜は、不純物拡散領域１５を形成した後でコンタクト穴１８を形成する前に形成してもよく、コンタクト穴１８を形成した後に形成してもよい。コンタクト穴１８を形成する前に絶縁膜を形成した場合には、コンタクト穴１８の段差が大きくなり第２導電型層接続電極１６が断線する可能性があるが、コンタクト穴のエッチングを１回行うだけでよい。また、コンタクト穴１８を形成した後に絶縁膜を形成した場合には、コンタクト穴のエッチングを２回行わなければならないが、２回目に形成するコンタクト穴を１回目に形成するコンタクト穴１８よりも大きくすれば、コンタクト穴の段差が小さくなり第２導電型層接続電極１６が断線する可能性を小さくすることができる。
【００４５】
( 第２の実施の形態 )
第１の実施の形態においては、拡散キャップ膜１４をそのまま第１導電型半導体層１０と第２導電型層接続電極１６との間の層間絶縁膜として利用し、製造工程を簡略化した光半導体素子およびその製造方法について説明した。
【００４６】
しかし、第２導電型固相拡散源層１２、拡散キャップ膜１４および第２導電型層接続電極１６の材質や拡散の熱処理条件によっては拡散キャップ膜１４のみでは十分な絶縁性を保持できない場合がある。また、コンタクト穴１８の段差が拡散キャップ膜１４と第２導電型固相拡散源層１２との両方の膜厚を合計した高さとなり、第２導電型層接続電極１６が乗り越えるべき段差が大きくなる。
【００４７】
そこで第２の実施の形態では、拡散キャップ膜１４を除去した後に新たに中間絶縁膜１９を形成することによって、第１の実施の形態と比較して、さらに絶縁性を向上させた光半導体素子およびその製造方法について説明する。
【００４８】
図５は、第２の実施の形態におけるＬＥＤの構造を示す上面図であり、３素子を示している。図６は、図５のＡ−Ａ’断面図である。図７〜図９は、第２の実施の形態におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図である。
【００４９】
図５および図６を用いて、第２の実施の形態におけるＬＥＤの構造を説明する。第２の実施の形態におけるＬＥＤは、第１導電型半導体層１０の所定の領域に所定の深さの第２導電型拡散領域１５が形成され、第２導電型拡散領域１５上にオーミックコンタクト層１１が形成され、オーミックコンタクト層１１上および第２導電型拡散領域を含む第１導電型半導体層１０上に中間絶縁膜１９が形成され、第２導電型拡散領域１５上に中間絶縁膜１９を貫通してオーミックコンタクト層１１の表面に到達するコンタクト穴１８が形成されている。そして、第２導電型層接続電極１６がコンタクト穴１８およびその上の領域ならびに中間絶縁膜１９上の所定の領域に形成され、コンタクト穴１８の位置で第２導電型層接続電極１６と第２導電型拡散領域１５とがオーミックコンタクト層１１を介して電気的に接続されている。また、第１導電型半導体層１０の下面には、第１導電型半導体層１０と電気的に接続される第１導電型層接続電極１７が形成されている。
【００５０】
図７〜図９を用いて、第２の実施の形態におけるＬＥＤの製造工程を説明する。図７(ａ)に示すように、第１導電型半導体層１０上にオーミックコンタクト層１１を形成し、さらにその上に第２導電型固相拡散源層１２を形成する。ここで、第１導電型半導体層１０としてはｎ型ＡｌＧａＡｓ基板を用い、オーミックコンタクト層１１としてはＧａＡｓ等を用いることができる。オーミックコンタクト層１１はエピタキシャル成長によって形成する。エピタキシャル成長の方法は、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ等が好適である。また第２導電型固相拡散源層１２としては、第１導電型半導体層１０がｎ型の場合にはｐ型の拡散を行うための膜を用い、ＺｎＯ膜等を用いることができる。ＺｎＯ膜は、スパッタリング法等で形成することができる。
【００５１】
図７(ｂ)に示すように、フォトリソグラフィ技術によって、第２導電型固相拡散源層１２をパターン形成する領域にフォトレジストパターン１３を形成する。
【００５２】
図７(ｃ)に示すように、エッチング技術によってフォトレジストパターン１３をマスクとして第２導電型固相拡散源層１２をエッチングして、島状パターンを形成する。エッチングの方法としては、フッ酸系のエッチャント等を用いたウェットエッチング法を利用することができる。
【００５３】
図７(ｄ)に示すように、不要となったフォトレジストパターン１３を剥離する。レジスト剥離は、有機薬品を用いた方法等を利用することができる。
【００５４】
図７(ｅ)に示すように、基板全面に拡散キャップ膜１４を形成する。拡散キャップ膜１４を形成せずに拡散を行うことも可能であるが、安定的に拡散を行うためには、拡散キャップ膜１４を形成した後に拡散工程を行うことが望ましい。
【００５５】
図８(ａ)に示すように、第２導電型固相拡散源層１２の領域に不純物拡散を行い、第２導電型固相拡散源層１２から第１導電型半導体層１０中に第２導電型拡散領域１５を形成する。不純物拡散は、熱処理によって行うことができる。第１導電型半導体層１０がｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓであり、オーミックコンタクト層１１がｎ型ＧａＡｓであり、第２導電型固相拡散源層１２がＺｎＯである場合には、６５０℃で３時間の熱処理によって、約１μｍ程度の深さまで第２導電型拡散領域１５を形成することができる。
【００５６】
図８(ｂ)に示すように、拡散キャップ膜１４を除去する。拡散キャップ膜１４の除去方法としては、拡散キャップ膜１４がＳｉＮ膜である場合にはＣＦ4＋Ｏ2ガスをエッチングガスとして用いるドライエッチング法等を利用して除去することができ、拡散キャップ膜１４がＡｌ系の絶縁膜である場合には熱燐酸によるウェットエッチング技術等を利用することができる。
【００５７】
図８(ｃ)に示すように、エッチング技術によって第２導電型固相拡散源層１２をマスクとしてオーミックコンタクト層１１をエッチングして、島状パターンを形成する。エッチングの方法としては、燐酸・過酸化水素水エッチャント、クエン酸・過酸化水素水エッチャント等のウェットエッチング法を利用することができる。
【００５８】
このとき、第２導電型固相拡散源層１２がオーミックコンタクト層１１のエッチングのマスクとなるので、第２導電型拡散源層１２の領域に拡散によって形成された第２導電型拡散領域１５とオーミックコンタクト層１１の島状パターンとは合わせずれが発生せず、セルフアラインで第２導電型拡散領域１５内にオーミックコンタクト層１１の島状パターンを形成することができる。このため、従来例のようにフォトリソグラフィ工程の合わせずれのためにオーミックコンタクト層１１の島状パターンがずれて形成されることがない。したがって、従来例のようにオーミックコンタクト層１１の島状パターンが第２導電型拡散領域１５と拡散されていない領域とにまたがって形成されるために発生する特性不良、歩留まり低下が起こらない。
【００５９】
図８(ｄ)に示すように、エッチング技術によって第２導電型固相拡散源層１２を除去する。エッチングの方法としては、フッ酸系のエッチャント等を用いたウェットエッチング法を利用することができる。
【００６０】
図８(ｅ)に示すように、基板全面に中間絶縁膜１９を形成する。中間絶縁膜１９は、第１導電型半導体層１０と後に形成する第２導電型層接続電極１６とを電気的に絶縁するために形成する。中間絶縁膜１９は透光性を有し、かつ絶縁性を有する膜であれば使用することができ、ＳｉＮ膜、Ａｌ系の絶縁膜等を利用することができる。ＳｉＮ膜はＣＶＤ法等によって形成することができ、Ａｌ2Ｏ3膜はスパッタリング法等によって形成することができる。
【００６１】
図９(ａ)に示すように、中間絶縁膜１９を貫通してオーミックコンタクト層１１の表面まで到達するように、第２導電型拡散領域１５上のオーミックコンタクト層１１と第２導電型層接続電極１６とを接続するためのコンタクト穴１８を形成する。コンタクト穴１８は、フォトリソグラフィ・エッチング技術を用いて形成する。中間絶縁膜１９がＳｉＮである場合にはドライエッチング技術等を利用することができ、中間絶縁膜１９がＡｌ系の絶縁膜である場合には熱燐酸によるウェットエッチング技術等を利用することができる。
【００６２】
図９(ｂ)に示すように、コンタクト穴１８およびその上の領域を含む所望の位置に第２導電型層接続電極１６を形成する。第２導電型層接続電極１６は、オーミックコンタクト層１１とオーミック接合できる材料であれば利用することができ、例えばＡｌを使用することができる。第２導電型層接続電極１６の形成は、基板全面に第２導電型層接続電極１６となる材料を成膜し、フォトリソグラフィ・エッチング技術によって所望の形状に加工する。この後、第２導電型層接続電極１６とオーミックコンタクト層１１の接合を良好にするために、熱処理を行うこともできる。
【００６３】
図９(ｃ)に示すように、第１導電型半導体層１０の下面に第１導電型層接続電極１７を形成する。特性向上のためには、第１導電型半導体層１０の裏面を研磨した後に第１導電型層接続電極１７を形成することができる。ここで第１導電型層接続電極１７を構成する材料は、第１導電型半導体層１０との間でオーミックコンタクトがとれる材料であれば特に限定されない。例えば第１導電型半導体層１０がｎ型ＡｌＧａＡｓである場合、Ａｕ系の合金を第１導電型層接続電極１７の構成材料として用いることができる。
【００６４】
以上説明したように、第２の実施の形態におけるＬＥＤは、第２導電型固相拡散源層１２をオーミックコンタクト層１１のエッチングマスクとして用いることによって、第２導電型固相拡散源層１２の位置に形成される第２導電型拡散領域１５のパターンとオーミックコンタクト層１１のパターンとをセルフアラインで形成することができ、高歩留まりで発光出力にばらつきの生じない光半導体素子を実現することができる。また、従来例におけるＬＥＤと比較して、オーミックコンタクト層１１のフォトリソグラフィ工程が不要となるので、製造工程を簡略化することができる。
【００６５】
第１の実施の形態におけるＬＥＤと比較すると、拡散キャップ膜１４を除去した後に新たに中間絶縁膜１９を形成することによって、さらに絶縁性を向上させることができる。また、コンタクト穴１８の段差を中間絶縁膜１９の膜厚分のみの高さとすることによって、第２導電型層接続電極１６が乗り越えるべき段差を小さくすることができ、第２導電型層接続電極１６の段切れを低減することができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明は、第２導電型拡散領域に対して第２導電型固相拡散源層またはその形成に用いられたフォトレジストパターンをマスクとしてオーミックコンタクト層を形成することによって、第２導電型拡散領域のパターンとオーミックコンタクト層のパターンとの形成ずれを防ぐことができ、高歩留まりで発光出力にばらつきの生じない光半導体素子を製造することができるという効果を有する。また、従来例におけるＬＥＤと比較して、オーミックコンタクト層のフォトリソグラフィ工程が不要となるので、製造工程を簡略化することができるという効果を有する。さらに、拡散キャップ膜をそのまま第１導電型半導体層と第２導電型層接続電極との層間絶縁膜として利用しているので、製造工程を簡略化することができるという効果を有する。
【００７１】
請求項２に係る発明は、拡散キャップ膜の上にさらに絶縁膜を形成することによって、請求項１に係る発明と比較して、より絶縁性を向上することができるという効果を有する。
【００７２】
請求項４に係る発明は、拡散キャップ膜を除去した後に新たに中間絶縁膜を形成することによって、請求項１に係る発明と比較して、さらに絶縁性を向上させることができるという効果を有する。また、コンタクト穴の段差を中間絶縁膜の膜厚分のみの高さとすることによって、第２導電型層接続電極が乗り越えるべき段差を小さくすることができ、第２導電型層接続電極の段切れを低減することができるという効果を有する。また、第２導電型固相拡散源層をオーミックコンタクト層のエッチングマスクとして用いることによって、第２導電型固相拡散源層の位置に形成される第２導電型拡散領域のパターンとオーミックコンタクト層のパターンとをセルフアラインで同じ位置に形成することができ、高歩留まりで発光出力にばらつきの生じない光半導体素子を実現することができるという効果を有する。また、従来例におけるＬＥＤと比較して、オーミックコンタクト層のフォトリソグラフィ工程が不要となるので、製造工程を簡略化することができるという効果を有する。
【００７３】
請求項３および請求項５に係る発明は、本発明をＬＥＤの製造に適用することによって、電子写真方式のプリンタであるＬＥＤプリンタのプリントヘッド等の製造に利用することができるという効果を有する。
【００７４】
このようにして本発明は、マスク合わせずれによる形成パターンずれを防ぎ、高歩留まりで光量の低下や発光出力のばらつきが生じない光半導体素子およびその製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態におけるＬＥＤの構造を示す上面図
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図
【図３】第１の実施の形態におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図
【図４】第１の実施の形態におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図
【図５】第２の実施の形態におけるＬＥＤの構造を示す上面図
【図６】図５のＡ−Ａ’断面図
【図７】第２の実施の形態におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図
【図８】第２の実施の形態におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図
【図９】第２の実施の形態におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図
【図１０】従来例におけるＬＥＤの構造を示す上面図
【図１１】図１０のＡ−Ａ’断面図
【図１２】従来例におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図
【図１３】従来例におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図
【図１４】従来例におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図
【符号の説明】
１０ 第１導電型半導体層、１１ オーミックコンタクト層、１２ 第２導電型固相拡散源層、１３ フォトレジストパターン、１４ 拡散キャップ膜、１５第２導電型拡散領域、１６ 第２導電型層接続電極、１７ 第１導電型層接続電極、１８ コンタクト穴、１９ 中間絶縁膜、２０ 拡散防止膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード(Light Emitting Diode：以下、ＬＥＤと記述する)、ＬＥＤアレイ、受光素子等の光半導体素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光半導体素子としては、ＬＥＤ、面発光型レーザ、受光素子等の様々な応用素子が実用化されている。その中でもＬＥＤは種々の光源として利用されており、そのＬＥＤを配列したＬＥＤアレイは、例えば電子写真方式のプリンタ用光源等として利用されている。
【０００３】
光半導体素子においては、固相拡散の領域に電極を接続する際に、電極と拡散領域とのオーミック接合を確実にするためにオーミックコンタクト層を形成する。しかし、このオーミックコンタクト層は導電性があるので、光半導体素子をアレイ状に形成した場合には、各素子間をエッチング等によって電気的に分離する必要がある。また光半導体素子の発光波長または受光波長によってはオーミックコンタクト層で光吸収が起きるので、電極下以外の個所のオーミックコンタクト層を除去する必要がある。
【０００４】
以下に、従来例における光半導体素子の例としてＬＥＤについて説明する。図１０は、従来例におけるＬＥＤの構造を示す上面図である。図１１は、図１０のＡ−Ａ’断面図である。図１２〜図１４は、従来例におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図である。図１０〜図１４においては、フォトリソグラフィ工程においてフォトレジストパターンのマスク合わせずれが発生して、オーミックコンタクト層がずれて形成されている状態を示している。マスク合わせずれの方向は、図１０においてはオーミックコンタクト層１１が左下方向にずれている。
【０００５】
図１０および図１１を用いて、従来例におけるＬＥＤの構造を説明する。従来例におけるＬＥＤは、第１導電型半導体層１０の所定の領域に所定の深さの第２導電型拡散領域１５が形成され、第２導電型拡散領域１５上にオーミックコンタクト層１１が形成され、オーミックコンタクト層１１上および第２導電型拡散領域１５を含む第１導電型半導体層１０上に中間絶縁膜１９が形成され、第２導電型拡散領域１５上に中間絶縁膜１９を貫通してオーミックコンタクト層１１の表面に到達するコンタクト穴１８が形成されている。そして、第２導電型層接続電極１６がコンタクト穴１８上の領域および中間絶縁膜１９上の所定の領域に形成され、コンタクト穴１８の位置で第２導電型層接続電極１６と第２導電型拡散領域１５とがオーミックコンタクト層１１を介して電気的に接続されている。また、第１導電型半導体層１０の下部には、第１導電型半導体層１０と電気的に接続される第１導電型層接続電極１７が形成されている。
【０００６】
しかし、実際にはオーミックコンタクト層１１を形成する際のマスク合わせずれによって、オーミックコンタクト層１１が本来形成されるべき位置から図１０の左下方向（図１１の右側方向）にずれて形成されている。
【０００７】
図１２〜図１４を用いて、従来例におけるＬＥＤの製造工程を説明する。図１２(ａ)に示すように、第１導電型半導体層１０上の全面にオーミックコンタクト層１１を形成し、さらにその上に拡散防止膜２０を形成する。ここで、第１導電型半導体層１０としてはｎ型ＡｌＧａＡｓ基板を用い、オーミックコンタクト層１１としてはＧａＡｓ等を用いることができる。拡散防止膜２０は、後の工程で第２導電型拡散領域１５を形成する際に、所望の位置以外に拡散領域が形成されることを防止する膜であり、ＳｉＮ膜、Ａｌ2Ｏ3膜等を利用することができる。
【０００８】
図１２(ｂ)に示すように、後に第２導電型拡散領域１５を形成する部分のみに、拡散防止膜２０に開口部を形成する。開口部は、フォトリソグラフィ・エッチング技術によって形成することができる。
【０００９】
図１２(ｃ)に示すように、第２導電型固相拡散源層１２と拡散キャップ膜１４とを基板の全面に形成する。拡散キャップ膜１４としては、ＳｉＮ膜、ＡｌＮ膜等を用いることができる。
【００１０】
図１２(ｄ)に示すように、拡散防止膜２０の開口部に不純物拡散を行い、第２導電型固相拡散源層１２から第１導電型半導体層１０中の所定の深さまで第２導電型拡散領域１５を形成する。その後に、図１２(ｅ)に示すように、不要となった第２導電型固相拡散源層１２および拡散キャップ膜１４を除去する。
【００１１】
図１３(ａ)に示すように、フォトリソグラフィ技術によって、オーミックコンタクト層１１を残す部分と拡散防止膜２０を残す部分とを形成するために、フォトレジストパターン１３を形成する。このとき、オーミックコンタクト層１１は本来点線で示すように、第２導電型拡散領域１５上にのみ島状に残す必要がある。図１３(ａ)では、このフォトリソグラフィ工程において、フォトレジストパターン１３が図の右側方向にずれている場合を実線で示している。
【００１２】
このように、従来例における製造工程では、オーミックコンタクト層１１を成形するためのフォトレジストパターン１３の形成と第２導電型拡散領域１５の形成とを独立したフォトリソグラフィ技術によって行っているので、オーミックコンタクト層１１のパターンが第２導電型拡散領域１５からずれて形成される場合がある。オーミックコンタクト層１１が第２導電型拡散領域１５と拡散が行われていない領域とにまたがって島状に形成されると、第２導電型層接続電極１６からオーミックコンタクト層１１に供給される電流が本来流れるべき第２導電型拡散領域１５以外にも流れてしまので、素子の特性が低下する。従来例のように光半導体素子がＬＥＤである場合には、光量の低下等が起こる。
【００１３】
図１３(ｂ)に示すように、第２導電型拡散領域１５の周辺部分でフォトレジストパターン１３に覆われていない部分の拡散防止膜２０をエッチング技術によって除去する。
【００１４】
図１３(ｃ)に示すように、図１３(ｂ)に示した拡散防止膜２０のエッチングに連続してオーミックコンタクト層１１のエッチングを行い、第２導電型拡散領域１５上のオーミックコンタクト層１１を島状にパターン形成する。エッチングはオーミックコンタクト層１１のうち第２導電型拡散領域１５以外に形成されている領域を除去するために行うが、図においては拡散防止膜２０の網目部分の下部が除去されずに残ってしまう。
【００１５】
図１３(ｄ)に示すように、不要となったフォトレジストパターン１３を剥離する。その後に、図１３(ｅ)に示すように、基板全面に中間絶縁膜１９を形成する。
【００１６】
図１４(ａ)に示すように、中間絶縁膜１９にコンタクト穴１８を形成する。コンタクト穴１８は、フォトリソグラフィ・エッチング技術を用いて形成する。
【００１７】
図１４(ｂ)に示すように、コンタクト穴１８上の領域を含む所望の位置に第２導電型層接続電極１６を形成する。そして、図１４(ｃ)に示すように、第１導電型半導体層１０の裏面に第１導電型層接続電極１７を形成する。
【００１８】
図１３以降に示したように、フォトレジストパターン１３がずれた状態で形成されると、第２導電型層接続電極１６と第２導電型拡散領域１５とをオーミック接続するオーミックコンタクト層１１が第２導電型層接続電極１６および第２導電型拡散領域１５と接触する面積が小さくなり、コンタクト抵抗が増加して充分にオーミック接続されない部分が発生する。さらに、オーミックコンタクト層１１を介して第１導電型半導体層１０と第２導電型拡散領域１５とが電気的に接続されているので、第２導電型層接続電極１６からオーミックコンタクト層１１を介して第２導電型拡散領域１５に流れるべき電流が、第１導電型半導体層１０にも流れてしまう。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、図１０〜図１４に示した従来例のＬＥＤにおいては、第２導電型拡散領域１５の形成（図１２(ｄ)）とオーミックコンタクト層１１の形成（図１３(ｃ)）とを独立したフォトリソグラフィ・エッチング技術によって行っているので、マスク合わせずれが発生すると形成したそれぞれのパターンにずれが発生し、オーミックコンタクト層１１の島状のパターンが第２導電型拡散領域１５と拡散が行われていない領域とにまたがって形成されてしまう場合があり、歩留まりの低下、光量の低下等の特性の低下が発生するという問題点があった。これらの不具合は、ＬＥＤアレイが高密度になるほど発生しやすく、高精細ＬＥＤアレイ等の光半導体素子で特に大きな問題点となっていた。
【００２０】
このような点に鑑み本発明は、マスク合わせずれによる形成パターンずれを防ぎ、高歩留まりで光量の低下や発光出力のばらつきが生じない光半導体素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光半導体素子の製造方法は、第１導電型半導体層上にオーミックコンタクト層を形成する第１の工程と、該オーミックコンタクト層上に第２導電型固相拡散源層を形成する第２の工程と、該第２導電型固相拡散源層上の所定の領域にフォトレジストパターンを形成する第３の工程と、該フォトレジストパターンをマスクとして該第２導電型固相拡散源層をエッチングする第４の工程と、該フォトレジストパターンおよび該第２導電型固相拡散源層のうちの少なくとも一方をマスクとして該オーミックコンタクト層をエッチングする第５の工程と、該第２導電型固相拡散源層上を含む該第１導電型半導体層上に拡散キャップ膜を形成する第６の工程と、該第２導電型固相拡散源層から不純物を拡散して該第１導電型半導体層中に第２導電型拡散領域を形成する第７の工程と、該第２導電型拡散領域上の所定の領域に該拡散キャップ膜および該第２導電型固相拡散源層を貫通して該オーミックコンタクト層の表面に到達するコンタクト穴を形成する第８の工程と、該コンタクト穴およびその上の領域ならびに該拡散キャップ膜上の所定の領域に該オーミックコンタクト層を介して該第２導電型拡散領域と電気的に接続される第２導電型層接続電極を形成する第９の工程と、該第１導電型半導体層下面に該第１導電型半導体層と電気的に接続される第１導電型層接続電極を形成する第１０の工程とを有し、該拡散キャップ膜が該第１導電型半導体層と該第２導電型層接続電極とを絶縁する層間絶縁膜である。このとき、前記第８の工程が、前記拡散キャップ膜上にさらに絶縁膜を形成する工程を有することができる。
【００２４】
本発明に係る光半導体素子の製造方法は、第１導電型半導体層上にオーミックコンタクト層を形成する第１の工程と、該オーミックコンタクト層上に第２導電型固相拡散源層を形成する第２の工程と、該第２導電型固相拡散源層上の所定の領域にフォトレジストパターンを形成する第３の工程と、該フォトレジストパターンをマスクとして該第２導電型固相拡散源層をエッチングする第４の工程と、該第２導電型固相拡散源層上を含む該オーミックコンタクト層上に拡散キャップ膜を形成する第５の工程と、該第２導電型固相拡散源層から不純物を拡散して該第１導電型半導体層中に第２導電型拡散領域を形成する第６の工程と、該拡散キャップ膜を除去する第７の工程と、該フォトレジストパターンおよび該第２導電型固相拡散源層のうちの少なくとも一方をマスクとして該オーミックコンタクト層をエッチングする第８の工程と、該第２導電型固相拡散源層を除去する第９の工程と、該オーミックコンタクト層上および該第２導電型拡散領域上を含む該第１導電型半導体層上に絶縁膜を形成する第１０の工程と、該第２導電型拡散領域上の所定の領域に該絶縁膜を貫通して該オーミックコンタクト層の表面に到達するコンタクト穴を形成する第１１の工程と、該コンタクト穴およびその上の領域ならびに該絶縁膜上の所定の領域に該オーミックコンタクト層を介して該第２導電型拡散領域と電気的に接続される第２導電型層接続電極を形成する第１２の工程と、該第１導電型半導体層下面に該第１導電型半導体層と電気的に接続される第１導電型層接続電極を形成する第１３の工程とを有し、該絶縁膜が該第１導電型半導体層と該第２導電型層接続電極とを絶縁する中間絶縁膜である。
【００２５】
上記本発明に係る光半導体素子または光半導体素子の製造方法においては、前記光半導体素子を発光ダイオードとすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、図１〜図９を用いて本発明の第１の実施の形態および第２の実施の形態についてそれぞれ説明する。
【００２７】
ただし、いずれの図も本発明を理解することができる程度に各構成成分の寸法、形状および配置関係を概略的に示してある。また、説明に用いる各図において同様な構成成分については同一の番号を付して示してある。
【００２８】
第１および第２の実施の形態においては第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型として説明するが、どちらも第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型として、材料等を適宜変更することができる。
【００２９】
また、第１および第２の実施の形態においては、本発明の光半導体素子の例としてＬＥＤについて説明するが、どちらもＬＥＤ以外の光半導体素子である面発光型レーザや受光素子においても実現することができる。
【００３０】
さらに、第１および第２の実施の形態においてはホモ接合型のＬＥＤについて説明するが、どちらも第２導電型固相拡散源層とオーミックコンタクト層とを用いて電流制御する素子であれば、シングルヘテロ接合型またはダブルヘテロ接合型の素子でも実現することができる。
【００３１】
( 第１の実施の形態 )
図１は、第１の実施の形態におけるＬＥＤの構造を示す上面図であり、３素子を示している。図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。図３および図４は、第１の実施の形態におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図である。
【００３２】
図１および図２を用いて、第１の実施の形態におけるＬＥＤの構造を説明する。第１の実施の形態におけるＬＥＤは、第１導電型半導体層１０の所定の領域に所定の深さの第２導電型拡散領域１５が形成され、第２導電型拡散領域１５上にオーミックコンタクト層１１が形成され、オーミックコンタクト層１１上に第２導電型固相拡散源層１２が形成され、オーミックコンタクト層１１が第２導電型固相拡散源層１２を利用して第２導電型拡散領域１５に対して自己整合的に形成され、第２導電型固相拡散源層１２上および第２導電型拡散領域１５を含む第１導電型半導体層１０上に拡散キャップ膜１４が形成され、第２導電型拡散領域１５上に拡散キャップ膜１４および第２固相拡散源層１２を貫通してオーミックコンタクト層１１の表面に到達するコンタクト穴１８が形成されている。そして、第２導電型層接続電極１６がコンタクト穴１８およびその上の領域ならびに拡散キャップ膜１４上の所定の領域に形成され、コンタクト穴１８の位置で第２導電型層接続電極１６と第２導電型拡散領域１５とがオーミックコンタクト層１１を介して電気的に接続されている。また、第１導電型半導体層１０の下面には、第１導電型半導体層１０と電気的に接続される第１導電型層接続電極１７が形成されている。
【００３３】
図３および図４を用いて、第１の実施の形態におけるＬＥＤの製造工程を説明する。図３(ａ)に示すように、第１導電型半導体層１０上にオーミックコンタクト層１１を形成し、さらにその上に第２導電型固相拡散源層１２を形成する。ここで、第１導電型半導体層１０としてはｎ型ＡｌＧａＡｓ基板を用い、オーミックコンタクト層１１としてはＧａＡｓ等を用いることができる。オーミックコンタクト層１１はエピタキシャル成長によって形成する。エピタキシャル成長の方法は、有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：以下、ＭＯＣＶＤと記述する)法、分子線成長(Molecular Beam Epitaxy：以下、ＭＢＥと記述する)法等が好適である。また、第２導電型固相拡散源層１２としては、第１導電型半導体層１０がｎ型の場合にはｐ型の拡散を行うための膜を用い、ＺｎＯ膜等を用いることができる。ＺｎＯ膜は、スパッタリング法等で形成することができる。
【００３４】
図３(ｂ)に示すように、フォトリソグラフィ技術によって、第２導電型固相拡散源層１２をパターン形成する領域にフォトレジストパターン１３を形成する。
【００３５】
図３(ｃ)に示すように、エッチング技術によってフォトレジストパターン１３をマスクとして第２導電型固相拡散源層１２をエッチングして、島状パターンを形成する。エッチングの方法としては、フッ酸系のエッチャント等を用いたウェットエッチング法を利用することができる。
【００３６】
図３(ｄ)に示すように、エッチング技術によってフォトレジストパターン１３部以外のオーミックコンタクト層１１をエッチングして、オーミックコンタクト層１１のパターンと第２導電型固相拡散源層１２のパターンとを自己整合構造（以下、セルフアラインと記述する）によって同じ位置に形成する。これによって、後の工程で第２導電型固相拡散源層１２の領域に不純物拡散を行って第２導電型拡散領域１５を形成する際に、オーミックコンタクト層１１のパターンがずれない。エッチングの方法としては、燐酸・過酸化水素水エッチャントや、クエン酸・過酸化水素水エッチャント等のウェットエッチング法を利用することができる。その後、不要となったフォトレジストパターン１３を剥離する。レジスト剥離は、有機薬品を用いた方法等を利用することができる。
【００３７】
また、レジスト剥離をオーミックコンタクト層１１のエッチング前に行って、第２導電型固相拡散源層１２をマスクとして用いてオーミックコンタクト層１１のエッチングを行ってもよい。
【００３８】
図３(ｅ)に示すように、基板全面に拡散キャップ膜１４を形成する。拡散キャップ膜１４を形成せずに拡散を行うことも可能であるが、安定的に拡散を行うためには、拡散キャップ膜１４を形成した後に拡散工程を行うことが望ましい。また第１の実施の形態では、拡散キャップ膜１４を第１導電型半導体層１０と第２導電型層接続電極１６の層間絶縁膜として利用しているので、拡散キャップ膜１４を形成しない場合には、別途中間絶縁膜を形成する必要がある。
【００３９】
図４(ａ)に示すように、第２導電型固相拡散源層１２の領域に不純物拡散を行い、第２導電型固相拡散源層１２から第１導電型半導体層１０中に第２導電型拡散領域１５を形成する。不純物拡散は、熱処理によって行うことができる。第１導電型半導体層１０がｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓであり、オーミックコンタクト層１１がｎ型ＧａＡｓであり、第２導電型固相拡散源層１２がＺｎＯである場合には、６５０℃で３時間の熱処理によって、約１μｍ程度の深さまで第２導電型拡散領域１５を形成することができる。
【００４０】
図４(ｂ)に示すように、拡散キャップ膜１４および第２導電型固相拡散源層１２を貫通してオーミックコンタクト層１１の表面まで到達するように、第２導電型拡散領域１５上のオーミックコンタクト層１１と第２導電型層接続電極１６とを接続するためのコンタクト穴１８を形成する。コンタクト穴１８は、フォトリソグラフィ・エッチング技術を用いて形成する。拡散キャップ膜１４がＳｉＮ膜である場合にはドライエッチング技術等を利用することができ、拡散キャップ膜１４がＡｌ系の絶縁膜である場合には熱燐酸によるウェットエッチング技術等を利用することができる。
【００４１】
図４(ｃ)に示すように、コンタクト穴１８およびその上の領域を含む所望の位置に第２導電型層接続電極１６を形成する。第２導電型層接続電極１６は、オーミックコンタクト層１１とオーミック接合できる材料であれば利用することができ、例えばＡｌを使用することができる。第２導電型層接続電極１６の形成は、基板全面に第２導電型層接続電極１６となる材料を成膜し、フォトリソグラフィ・エッチング技術によって所望の形状に加工する。この後、第２導電型層接続電極１６とオーミックコンタクト層１１の接合を良好にするために、熱処理を行うこともできる。
【００４２】
図４(ｄ)に示すように、第１導電型半導体層１０の下面に第１導電型層接続電極１７を形成する。特性向上のためには、第１導電型半導体層１０の裏面を研磨した後に第１導電型層接続電極１７を形成することができる。ここで第１導電型層接続電極１７を構成する材料は、第１導電型半導体層１０との間でオーミックコンタクトがとれる材料であれば特に限定されない。例えば第１導電型半導体層１０がｎ型ＡｌＧａＡｓである場合、Ａｕ系の合金を第１導電型層接続電極１７の構成材料として用いることができる。
【００４３】
以上説明したように、第１の実施の形態におけるＬＥＤは、第２導電型固相拡散源層１２のパターンとオーミックコンタクト層１１のパターンとをセルフアラインで同じ位置に形成することによって、第２導電型固相拡散源層１２の位置によって決まる第２導電型拡散領域１５のパターンとオーミックコンタクト層１１のパターンとの形成ずれを防ぐことができ、高歩留まりで発光出力にばらつきの生じない光半導体素子を実現することができる。また、従来例と比較して、オーミックコンタクト層１１のフォトリソグラフィ工程が不要となるので、製造工程を簡略化することができる。
【００４４】
また、拡散キャップ膜１４をそのまま第１導電型半導体層１０と第２導電型層接続電極１６との層間絶縁膜として利用しているので、製造工程を簡略化することができる。もちろん、拡散キャップ膜１４の上にさらに絶縁膜を形成して絶縁性を向上させてもよい。この絶縁膜は、不純物拡散領域１５を形成した後でコンタクト穴１８を形成する前に形成してもよく、コンタクト穴１８を形成した後に形成してもよい。コンタクト穴１８を形成する前に絶縁膜を形成した場合には、コンタクト穴１８の段差が大きくなり第２導電型層接続電極１６が断線する可能性があるが、コンタクト穴のエッチングを１回行うだけでよい。また、コンタクト穴１８を形成した後に絶縁膜を形成した場合には、コンタクト穴のエッチングを２回行わなければならないが、２回目に形成するコンタクト穴を１回目に形成するコンタクト穴１８よりも大きくすれば、コンタクト穴の段差が小さくなり第２導電型層接続電極１６が断線する可能性を小さくすることができる。
【００４５】
( 第２の実施の形態 )
第１の実施の形態においては、拡散キャップ膜１４をそのまま第１導電型半導体層１０と第２導電型層接続電極１６との間の層間絶縁膜として利用し、製造工程を簡略化した光半導体素子およびその製造方法について説明した。
【００４６】
しかし、第２導電型固相拡散源層１２、拡散キャップ膜１４および第２導電型層接続電極１６の材質や拡散の熱処理条件によっては拡散キャップ膜１４のみでは十分な絶縁性を保持できない場合がある。また、コンタクト穴１８の段差が拡散キャップ膜１４と第２導電型固相拡散源層１２との両方の膜厚を合計した高さとなり、第２導電型層接続電極１６が乗り越えるべき段差が大きくなる。
【００４７】
そこで第２の実施の形態では、拡散キャップ膜１４を除去した後に新たに中間絶縁膜１９を形成することによって、第１の実施の形態と比較して、さらに絶縁性を向上させた光半導体素子およびその製造方法について説明する。
【００４８】
図５は、第２の実施の形態におけるＬＥＤの構造を示す上面図であり、３素子を示している。図６は、図５のＡ−Ａ’断面図である。図７〜図９は、第２の実施の形態におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図である。
【００４９】
図５および図６を用いて、第２の実施の形態におけるＬＥＤの構造を説明する。第２の実施の形態におけるＬＥＤは、第１導電型半導体層１０の所定の領域に所定の深さの第２導電型拡散領域１５が形成され、第２導電型拡散領域１５上にオーミックコンタクト層１１が形成され、オーミックコンタクト層１１上および第２導電型拡散領域を含む第１導電型半導体層１０上に中間絶縁膜１９が形成され、第２導電型拡散領域１５上に中間絶縁膜１９を貫通してオーミックコンタクト層１１の表面に到達するコンタクト穴１８が形成されている。そして、第２導電型層接続電極１６がコンタクト穴１８およびその上の領域ならびに中間絶縁膜１９上の所定の領域に形成され、コンタクト穴１８の位置で第２導電型層接続電極１６と第２導電型拡散領域１５とがオーミックコンタクト層１１を介して電気的に接続されている。また、第１導電型半導体層１０の下面には、第１導電型半導体層１０と電気的に接続される第１導電型層接続電極１７が形成されている。
【００５０】
図７〜図９を用いて、第２の実施の形態におけるＬＥＤの製造工程を説明する。図７(ａ)に示すように、第１導電型半導体層１０上にオーミックコンタクト層１１を形成し、さらにその上に第２導電型固相拡散源層１２を形成する。ここで、第１導電型半導体層１０としてはｎ型ＡｌＧａＡｓ基板を用い、オーミックコンタクト層１１としてはＧａＡｓ等を用いることができる。オーミックコンタクト層１１はエピタキシャル成長によって形成する。エピタキシャル成長の方法は、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ等が好適である。また第２導電型固相拡散源層１２としては、第１導電型半導体層１０がｎ型の場合にはｐ型の拡散を行うための膜を用い、ＺｎＯ膜等を用いることができる。ＺｎＯ膜は、スパッタリング法等で形成することができる。
【００５１】
図７(ｂ)に示すように、フォトリソグラフィ技術によって、第２導電型固相拡散源層１２をパターン形成する領域にフォトレジストパターン１３を形成する。
【００５２】
図７(ｃ)に示すように、エッチング技術によってフォトレジストパターン１３をマスクとして第２導電型固相拡散源層１２をエッチングして、島状パターンを形成する。エッチングの方法としては、フッ酸系のエッチャント等を用いたウェットエッチング法を利用することができる。
【００５３】
図７(ｄ)に示すように、不要となったフォトレジストパターン１３を剥離する。レジスト剥離は、有機薬品を用いた方法等を利用することができる。
【００５４】
図７(ｅ)に示すように、基板全面に拡散キャップ膜１４を形成する。拡散キャップ膜１４を形成せずに拡散を行うことも可能であるが、安定的に拡散を行うためには、拡散キャップ膜１４を形成した後に拡散工程を行うことが望ましい。
【００５５】
図８(ａ)に示すように、第２導電型固相拡散源層１２の領域に不純物拡散を行い、第２導電型固相拡散源層１２から第１導電型半導体層１０中に第２導電型拡散領域１５を形成する。不純物拡散は、熱処理によって行うことができる。第１導電型半導体層１０がｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓであり、オーミックコンタクト層１１がｎ型ＧａＡｓであり、第２導電型固相拡散源層１２がＺｎＯである場合には、６５０℃で３時間の熱処理によって、約１μｍ程度の深さまで第２導電型拡散領域１５を形成することができる。
【００５６】
図８(ｂ)に示すように、拡散キャップ膜１４を除去する。拡散キャップ膜１４の除去方法としては、拡散キャップ膜１４がＳｉＮ膜である場合にはＣＦ4＋Ｏ2ガスをエッチングガスとして用いるドライエッチング法等を利用して除去することができ、拡散キャップ膜１４がＡｌ系の絶縁膜である場合には熱燐酸によるウェットエッチング技術等を利用することができる。
【００５７】
図８(ｃ)に示すように、エッチング技術によって第２導電型固相拡散源層１２をマスクとしてオーミックコンタクト層１１をエッチングして、島状パターンを形成する。エッチングの方法としては、燐酸・過酸化水素水エッチャント、クエン酸・過酸化水素水エッチャント等のウェットエッチング法を利用することができる。
【００５８】
このとき、第２導電型固相拡散源層１２がオーミックコンタクト層１１のエッチングのマスクとなるので、第２導電型拡散源層１２の領域に拡散によって形成された第２導電型拡散領域１５とオーミックコンタクト層１１の島状パターンとは合わせずれが発生せず、セルフアラインで第２導電型拡散領域１５内にオーミックコンタクト層１１の島状パターンを形成することができる。このため、従来例のようにフォトリソグラフィ工程の合わせずれのためにオーミックコンタクト層１１の島状パターンがずれて形成されることがない。したがって、従来例のようにオーミックコンタクト層１１の島状パターンが第２導電型拡散領域１５と拡散されていない領域とにまたがって形成されるために発生する特性不良、歩留まり低下が起こらない。
【００５９】
図８(ｄ)に示すように、エッチング技術によって第２導電型固相拡散源層１２を除去する。エッチングの方法としては、フッ酸系のエッチャント等を用いたウェットエッチング法を利用することができる。
【００６０】
図８(ｅ)に示すように、基板全面に中間絶縁膜１９を形成する。中間絶縁膜１９は、第１導電型半導体層１０と後に形成する第２導電型層接続電極１６とを電気的に絶縁するために形成する。中間絶縁膜１９は透光性を有し、かつ絶縁性を有する膜であれば使用することができ、ＳｉＮ膜、Ａｌ系の絶縁膜等を利用することができる。ＳｉＮ膜はＣＶＤ法等によって形成することができ、Ａｌ2Ｏ3膜はスパッタリング法等によって形成することができる。
【００６１】
図９(ａ)に示すように、中間絶縁膜１９を貫通してオーミックコンタクト層１１の表面まで到達するように、第２導電型拡散領域１５上のオーミックコンタクト層１１と第２導電型層接続電極１６とを接続するためのコンタクト穴１８を形成する。コンタクト穴１８は、フォトリソグラフィ・エッチング技術を用いて形成する。中間絶縁膜１９がＳｉＮである場合にはドライエッチング技術等を利用することができ、中間絶縁膜１９がＡｌ系の絶縁膜である場合には熱燐酸によるウェットエッチング技術等を利用することができる。
【００６２】
図９(ｂ)に示すように、コンタクト穴１８およびその上の領域を含む所望の位置に第２導電型層接続電極１６を形成する。第２導電型層接続電極１６は、オーミックコンタクト層１１とオーミック接合できる材料であれば利用することができ、例えばＡｌを使用することができる。第２導電型層接続電極１６の形成は、基板全面に第２導電型層接続電極１６となる材料を成膜し、フォトリソグラフィ・エッチング技術によって所望の形状に加工する。この後、第２導電型層接続電極１６とオーミックコンタクト層１１の接合を良好にするために、熱処理を行うこともできる。
【００６３】
図９(ｃ)に示すように、第１導電型半導体層１０の下面に第１導電型層接続電極１７を形成する。特性向上のためには、第１導電型半導体層１０の裏面を研磨した後に第１導電型層接続電極１７を形成することができる。ここで第１導電型層接続電極１７を構成する材料は、第１導電型半導体層１０との間でオーミックコンタクトがとれる材料であれば特に限定されない。例えば第１導電型半導体層１０がｎ型ＡｌＧａＡｓである場合、Ａｕ系の合金を第１導電型層接続電極１７の構成材料として用いることができる。
【００６４】
以上説明したように、第２の実施の形態におけるＬＥＤは、第２導電型固相拡散源層１２をオーミックコンタクト層１１のエッチングマスクとして用いることによって、第２導電型固相拡散源層１２の位置に形成される第２導電型拡散領域１５のパターンとオーミックコンタクト層１１のパターンとをセルフアラインで形成することができ、高歩留まりで発光出力にばらつきの生じない光半導体素子を実現することができる。また、従来例におけるＬＥＤと比較して、オーミックコンタクト層１１のフォトリソグラフィ工程が不要となるので、製造工程を簡略化することができる。
【００６５】
第１の実施の形態におけるＬＥＤと比較すると、拡散キャップ膜１４を除去した後に新たに中間絶縁膜１９を形成することによって、さらに絶縁性を向上させることができる。また、コンタクト穴１８の段差を中間絶縁膜１９の膜厚分のみの高さとすることによって、第２導電型層接続電極１６が乗り越えるべき段差を小さくすることができ、第２導電型層接続電極１６の段切れを低減することができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明は、第２導電型拡散領域に対して第２導電型固相拡散源層またはその形成に用いられたフォトレジストパターンをマスクとしてオーミックコンタクト層を形成することによって、第２導電型拡散領域のパターンとオーミックコンタクト層のパターンとの形成ずれを防ぐことができ、高歩留まりで発光出力にばらつきの生じない光半導体素子を製造することができるという効果を有する。また、従来例におけるＬＥＤと比較して、オーミックコンタクト層のフォトリソグラフィ工程が不要となるので、製造工程を簡略化することができるという効果を有する。さらに、拡散キャップ膜をそのまま第１導電型半導体層と第２導電型層接続電極との層間絶縁膜として利用しているので、製造工程を簡略化することができるという効果を有する。
【００７１】
請求項２に係る発明は、拡散キャップ膜の上にさらに絶縁膜を形成することによって、請求項１に係る発明と比較して、より絶縁性を向上することができるという効果を有する。
【００７２】
請求項４に係る発明は、拡散キャップ膜を除去した後に新たに中間絶縁膜を形成することによって、請求項１に係る発明と比較して、さらに絶縁性を向上させることができるという効果を有する。また、コンタクト穴の段差を中間絶縁膜の膜厚分のみの高さとすることによって、第２導電型層接続電極が乗り越えるべき段差を小さくすることができ、第２導電型層接続電極の段切れを低減することができるという効果を有する。また、第２導電型固相拡散源層をオーミックコンタクト層のエッチングマスクとして用いることによって、第２導電型固相拡散源層の位置に形成される第２導電型拡散領域のパターンとオーミックコンタクト層のパターンとをセルフアラインで同じ位置に形成することができ、高歩留まりで発光出力にばらつきの生じない光半導体素子を実現することができるという効果を有する。また、従来例におけるＬＥＤと比較して、オーミックコンタクト層のフォトリソグラフィ工程が不要となるので、製造工程を簡略化することができるという効果を有する。
【００７３】
請求項３および請求項５に係る発明は、本発明をＬＥＤの製造に適用することによって、電子写真方式のプリンタであるＬＥＤプリンタのプリントヘッド等の製造に利用することができるという効果を有する。
【００７４】
このようにして本発明は、マスク合わせずれによる形成パターンずれを防ぎ、高歩留まりで光量の低下や発光出力のばらつきが生じない光半導体素子およびその製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態におけるＬＥＤの構造を示す上面図
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図
【図３】第１の実施の形態におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図
【図４】第１の実施の形態におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図
【図５】第２の実施の形態におけるＬＥＤの構造を示す上面図
【図６】図５のＡ−Ａ’断面図
【図７】第２の実施の形態におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図
【図８】第２の実施の形態におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図
【図９】第２の実施の形態におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図
【図１０】従来例におけるＬＥＤの構造を示す上面図
【図１１】図１０のＡ−Ａ’断面図
【図１２】従来例におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図
【図１３】従来例におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図
【図１４】従来例におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図
【符号の説明】
１０ 第１導電型半導体層、１１ オーミックコンタクト層、１２ 第２導電型固相拡散源層、１３ フォトレジストパターン、１４ 拡散キャップ膜、１５第２導電型拡散領域、１６ 第２導電型層接続電極、１７ 第１導電型層接続電極、１８ コンタクト穴、１９ 中間絶縁膜、２０ 拡散防止膜
Claims (5)
- 第１導電型半導体層上にオーミックコンタクト層を形成する第１の工程と、該オーミックコンタクト層上に第２導電型固相拡散源層を形成する第２の工程と、該第２導電型固相拡散源層上の所定の領域にフォトレジストパターンを形成する第３の工程と、該フォトレジストパターンをマスクとして該第２導電型固相拡散源層をエッチングする第４の工程と、該フォトレジストパターンおよび該第２導電型固相拡散源層のうちの少なくとも一方をマスクとして該オーミックコンタクト層をエッチングする第５の工程と、該第２導電型固相拡散源層上を含む該第１導電型半導体層上に拡散キャップ膜を形成する第６の工程と、該第２導電型固相拡散源層から不純物を拡散して該第１導電型半導体層中に第２導電型拡散領域を形成する第７の工程と、該第２導電型拡散領域上の所定の領域に該拡散キャップ膜および該第２導電型固相拡散源層を貫通して該オーミックコンタクト層の表面に到達するコンタクト穴を形成する第８の工程と、該コンタクト穴およびその上の領域ならびに該拡散キャップ膜上の所定の領域に該オーミックコンタクト層を介して該第２導電型拡散領域と電気的に接続される第２導電型層接続電極を形成する第９の工程と、該第１導電型半導体層下面に該第１導電型半導体層と電気的に接続される第１導電型層接続電極を形成する第１０の工程とを有し、該拡散キャップ膜が該第１導電型半導体層と該第２導電型層接続電極とを絶縁する層間絶縁膜である、光半導体素子の製造方法。
- 前記第８の工程が、前記拡散キャップ膜上にさらに絶縁膜を形成する工程を有する、請求項１に記載の光半導体素子の製造方法。
- 前記光半導体素子が発光ダイオードである、請求項１または２に記載の光半導体素子の製造方法。
- 第１導電型半導体層上にオーミックコンタクト層を形成する第１の工程と、該オーミックコンタクト層上に第２導電型固相拡散源層を形成する第２の工程と、該第２導電型固相拡散源層上の所定の領域にフォトレジストパターンを形成する第３の工程と、該フォトレジストパターンをマスクとして該第２導電型固相拡散源層をエッチングする第４の工程と、該第２導電型固相拡散源層上を含む該オーミックコンタクト層上に拡散キャップ膜を形成する第５の工程と、該第２導電型固相拡散源層から不純物を拡散して該第１導電型半導体層中に第２導電型拡散領域を形成する第６の工程と、該拡散キャップ膜を除去する第７の工程と、該フォトレジストパターンおよび該第２導電型固相拡散源層のうちの少なくとも一方をマスクとして該オーミックコンタクト層をエッチングする第８の工程と、該第２導電型固相拡散源層を除去する第９の工程と、該オーミックコンタクト層上および該第２導電型拡散領域上を含む該第１導電型半導体層上に絶縁膜を形成する第１０の工程と、該第２導電型拡散領域上の所定の領域に該絶縁膜を貫通して該オーミックコンタクト層の表面に到達するコンタクト穴を形成する第１１の工程と、該コンタクト穴およびその上の領域ならびに該絶縁膜上の所定の領域に該オーミックコンタクト層を介して該第２導電型拡散領域と電気的に接続される第２導電型層接続電極を形成する第１２の工程と、該第１導電型半導体層下面に該第１導電型半導体層と電気的に接続される第１導電型層接続電極を形成する第１３の工程とを有し、該絶縁膜が該第１導電型半導体層と該第２導電型層接続電極とを絶縁する中間絶縁膜である、光半導体素子の製造方法。
- 前記光半導体素子が発光ダイオードである、請求項４に記載の光半導体素子の製造方法。
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