JP5297329B2 - 光半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は発光ダイオード（LED）等の光半導体装置の製造方法に関する。
従来の光半導体装置として、GaAs成長基板上にGaAsと格子整合するAlGaInP発光層及びその上にGaAsと格子不整合のGaInP電流拡散層をエピタキシャル成長させ、さらにその上に反射層を化学的気相成長（CVD）法、スパッタリング法等によって形成した半導体積層体を得、次いで、この半導体積層体に支持基板を貼り合わせ、最後に、発光波長の可視光を吸収するGaAs成長基板を除去するものがある（参照：特許文献１、２）。このように、可視光吸収のGaAs成長基板の除去と共に、発光層から反射層へ放射された光は反射層で正反射されて光取り出し面に向かい、その光の一部が光取り出し面から取り出されるので、光の取り出し効率が向上する。
上述の従来の光半導体装置を図２９を参照して詳述する。
図２９の光半導体装置は、半導体積層体１、支持体２、半導体積層体１と支持体２とを接合する接合層３、及びｎ側電極４よりなる。
半導体積層体１は、GaAs成長基板（図示せず）上に有機金属化学気相成長（MOCVD）法によりエピタキシャル成長させたｎ型AlGaInPクラッド層１１、AlGaInP活性層１２、ｐ型AlGaInPクラッド層１３及びGaInP電流拡散層１４を有する。この場合、ｎ型AlGaInPクラッド層１１、AlGaInP活性層１２及びｐ型AlGaInPクラッド層１３はダブルヘテロ構造の発光層を形成する。また、ｎ型AlGaInPクラッド層１１、AlGaInP活性層１２及びｐ型AlGaInPクラッド層１３はGaAsと格子整合し、(AlzGa1-z)1-xInxP（0≦z≦1、0≦x≦1）で表され、他方、GaInP電流拡散層１４はGaAsと格子整合せず、Ga1-xInxP（0≦x≦1）で表される。
また、半導体積層体１は、GaInP電流拡散層１４下にCVD法等により形成されパターン化された酸化シリコン（SiO2）層１５及びその下にスパッタリング法等により形成されたAuZn反射電極層（ｐ側電極）１６を有する。この場合、酸化シリコン層１５及び反射電極層１６は一体となって反射層として機能する。尚、通常、ｐ型AlGaInPクラッド層１３の抵抗率はｎ型AlGaInPクラッド層１１の抵抗率より大きいために、ｎ側電極４と反射電極層（ｐ側電極）１６との間の電流密度は周辺部より中心部が大きくなる。このような電流集中を分散してｐ型AlGaInPクラッド層１３の抵抗率を実質的に低下させて発光効率を向上させるためにGaInP電流拡散層１４が設けられている。
さらに、半導体積層体１は、反射電極層１６のAuZnのZnの外方拡散を防止すると同時に、後工程での共晶材料が反射電極層１６へ侵入拡散するのを防止するバリア層１７を有する。バリア層１７はスパッタリング法等により形成されたTa、Ti、W等の高融点金属もしくはその窒化物よりなる。
このように、半導体積層体１は、半導体層１１〜１４以外に、酸化シリコン層１５、反射電極層１６及びバリア層１７を有する。
支持体２は、たとえば高濃度のボロンドープドシリコンよりなる導電性支持基板２１、導電性支持基板２１の一方の面に設けられた裏面電極層２２、導電性支持基板２１の他方の面に設けられた中間電極層２３、及び密着信頼性を高める密着層２４を有する。
接合層３は半導体積層体１及び支持体２を接合させるためのものであり、たとえば、AuSnNiよりなる。接合層３については、後述する。
図２９の光半導体装置においては、発光層（１１，１２，１３）より上方もしくは下方へ放射され光取り出し面（上面）において臨界角外で放射される光Pは光取り出し面（上面）及び反射層の反射面において光取り出し面（上面）及び反射面で多重反射を繰返して横方向つまり半導体積層体１内部の半導体層を伝播し続けて最終的に半導体積層体１の半導体層に吸収されて光取り出し面（上面）より取り出すことができない。
他方、図２９の光半導体装置においては、発光層（１１，１２，１３）から光取り出し面（上面）へ直接放射もしくは反射面（酸化シリコン層１５、反射電極層１６）から正反射される光Qは臨界角より小さい入射角を有すればフレネル反射成分Q1を除き成分Q2が光取り出し面から取り出される。たとえば、光半導体装置の光取り出し面がエポキシ樹脂（n=1.5）で包まれていれば、AlGaInPの屈折率nが3.3であるので、臨界角は27°となり、従って、光Qの光取り出し面での反射率は15%程度となり、この光Qの光取り出し効率は4.5%程度と低い。
上述の全反射成分の光を回折させて臨界角内光に変換して光取り出し効率を向上させるために、半導体層の光取り出し面側を凹凸構造とすることが既に知られている。
半導体層の光取り出し面側を凹凸構造とするための従来の製造方法として、ウェットエッチング法を用いるものがある。この製造方法では、塩酸、硫酸、過酸化水素もしくはこれらの混合液を用いている（参照：特許文献３）。
しかしながら、上述の従来のウェットエッチング法を用いた製造方法においては、ウェットエッチングが半導体層の結晶性つまり面方位の影響を受け、常に半導体層の光取り出し面側を凹凸構造にできるとは限らない。たとえば、半導体層の（１００）面もしくは（１００）面±数度のオフ角での光取り出し面を凹凸化するのは困難である。
他方、上述の半導体層の光取り出し面側を凹凸構造とするための従来の製造方法として、ドライエッチング法を用いるものがある。この製造方法では、始めに、エッチングマスクを形成し、次いで、このエッチングマスクを用いてドライエッチングする。たとえば、酸化シリコン層を成膜し、酸化シリコン層にフォトリソグラフィー等を施すことによりエッチングマスクを形成する。また、ブロックコポリマーの自己組織化を利用した相分離ポリスチレンドット構造を利用してエッチングマスクを形成する（参照：特許文献４）。あるいは、金属薄膜の加熱処理による金属の凝集粒によってエッチングマスクを形成する（参照：特許文献５）。
しかしながら、上述の従来のドライエッチング法を用いた製造方法においては、ドライエッチング用の特別のエッチングマスクを形成する工程を必要とするので、製造工程が複雑となり、従って、製造コストが高くなるという課題がある。
上述の課題を解決するために、本発明に係る光半導体装置の製造方法は、光半導体装置の化合物半導体層の光取り出し面側を塩素系ガス及び酸素ガスの混合ガスを第１のエッチャントとするドライエッチングを行い、第１のエッチャントと化合物半導体層との反応生成物を化合物半導体層の光取り出し面側に堆積させる第１のドライエッチング工程と、第１のドライエッチング工程の後に、化合物半導体層の光取り出し面側を、堆積した反応生成物を擬似エッチングマスクとして用いて塩素系ガスを第２のエッチャントとするドライエッチングを行い、化合物半導体層の光取り出し面側に凹凸構造を形成する第２のドライエッチング工程とを具備するものである。第１のドライエッチング工程により擬似エッチングマスクが形成され、第２のドライエッチング工程はこの擬似エッチングマスクを用いてドライエッチングを行うので、第２のドライエッチング工程用の特別のエッチングマスクが不要となる。
また、第１のドライエッチング工程の前に塩素系ガスを第３のエッチャントとしてドライエッチングを行う表面清浄化ドライエッチング工程を具備する。これにより、ダメージ層が除去される。
さらに、第１のドライエッチング工程の前にもしくは表面清浄化ドライエッチング工程の前に、光半導体装置の裏面に保護層を形成する保護層形成工程を具備する。これにより、第１及び第２のドライエッチング工程のエッチングガスの裏面反応は抑制される。
本発明によれば、第２のドライエッチング工程用の特別のエッチングマスクの形成が不要となるので、製造工程を単純化でき、従って、製造コストを低減できる。
また、表面清浄化ドライエッチング工程によりダメージ層を除去できるので、擬似エッチングマスクが均一となり、従って、凹凸構造が均一となるので、光取り出し効率を向上できる。
さらに、裏面反応が抑制されるので、擬似エッチングマスクが均一となり、従って、凹凸構造が均一となるので、光取り出し効率を向上できる。
図１は本発明による製造方法の実施の形態によって得られる光半導体装置を示す断面図である。図１においては、図２９のｎ型AlGaInPクラッド層１１の代りに、凹凸構造Ｓを有するｎ型AlGaInPクラッド層１１’を設けてある。
まず、図１の光半導体装置の製造方法の第１の実施の形態を図２〜図１３を参照して説明する。
始めに、図２を参照すると、たとえば4°オフ角の厚さ300μmのｎ型GaAs成長基板１０の（１００）面上に、厚さ3.0μmのｎ型(Al0.7Ga0.1)0.5In0.5Pクラッド層１１、厚さ0.5μmの活性層１２及び厚さ1.0μmのｐ型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層１３をMOCVD法により順次エピタキシャル成長させる。活性層１２は多重量子井戸構造（MQW）、単一量子井戸構造（SQW）あるいは単層でもよい。この場合、ｎ型クラッド層１１、活性層１２及びｐ型クラッド層１３はGaAs成長基板と格子整合する。多重量子井戸構造としては、(AlzGa1-z)0.5In0.5Pの組成をz=0.10、厚さ20nmの井戸層、z=0.56、厚さ10nmのバリア層とし、15ペアの井戸層、バリア層で構成する。尚、活性層１２のAl組成zは発光波長に合せて0≦z≦0.4の範囲で調整され、また、ｎ型クラッド層１１、ｐ型クラッド層１３のAl組成zは0.4≦z≦1.0の範囲で調整される。次いで、厚さ10μmのGa1-xInxP電流拡散層１４（x=0.1）をMOCVD法によりエピタキシャル成長させる。この場合、Ga1-xInxP電流拡散層１４の組成比xは発光層の光を吸収しないことを条件に定められる。
GaAs成長基板１０のオフ角は、GaAs成長基板の（１００）面がどの程度傾いているかを示す角度であり、AlGaInPを成長する場合、製造容易性や安定性の観点から一般的に0〜15°のオフ角の基板が用いられている。本発明は、上記オフ角に限定されることなく、0〜25°のオフ角のGaAs成長基板１０を好適に用いることができる。
次に、図３を参照すると、Ga1-xInxP電流拡散層１４上にプラズマCVD法、熱CVD法あるいはスパッタリング法で成膜してフォトリソグラフィ／バッファード弗酸（BHF）エッチング法あるいはドライエッチング法により厚さ90nmの酸化シリコン（SiO2）層１５を形成する。さらに、Ga1-xInxP電流拡散層１４及び酸化シリコン層１５上に抵抗加熱蒸着法、電子ビーム（EB）蒸着法あるいはスパッタリング法により厚さ300nmのAuZnよりなる反射電極層１６を形成する。この場合、酸化シリコン層１５がパターン化されるのはGa1-xInxP電流拡散層１４とAuZn反射電極層１６とのオーミック接合をとるためである。酸化シリコン層１５及び反射電極層１６が一体となって反射層として機能する。尚、酸化シリコン層１５は他の透明な誘電体材料層たとえばAl2O3、SiNx、TaOx、TiOx、ITO、ZnOの層でもよく、また、反射電極層１６は他の高反射性金属で形成してもよい。
次に、図４を参照すると、バリア層１７及び接着層３１を抵抗加熱蒸着法、電子ビーム（EB）蒸着法、スパッタリング法等によって形成する。
バリア層１７はTa、Ti、W等の高融点金属もしくはこれらの窒化物、たとえば厚さ100nmのTaN、TiW、TaNを順次積層する。ここで、バリア層１７が機能しないと、後工程の熱影響のために順方向電圧Vfの上昇等の電気特性の劣化及び反射層（１５，１６）の反射率の低下を招き、この結果、光半導体装置の輝度も低下する。
次いで、約500℃の窒素雰囲気下でアニール処理を行い、これにより、酸化シリコン層１５の開口部において、Ga1-xInxP電流拡散層１４と反射電極層１６との間に良好なオーミック接合が形成される。
他方、図５を参照すると、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等より、導電性支持基板２１の一面に裏面電極層２２を形成し、導電性支持基板２１の他面に、中間電極層２３、密着層２４、接着層３２及び共晶接合層３３を形成する。
導電性支持基板２１は導電性かつ熱伝導性のたとえばGe、Si、Al、Cu等よりなる。
裏面電極層２２及び中間電極層２３は導電性支持基板２１のSi、Al、Cu等への厚さ100〜300nmたとえば200nmのオーミック金属層であり、後述の熱圧着工程により導電性支持基板２１への密着性が向上する。尚、オーミック金属層はPt、Au、Ni、Ti等であり、Si等との良好なオーミック接合のために窒素雰囲気下での合金化処理を適宜行う。
密着層２４は中間電極層２３と接着層３２との密着信頼性を高めるためのものであり、厚さ100〜300nmたとえば150nmのTiよりなる。
接着層３２は後述の接合層３を形成する熱圧着工程における共晶接合層３３との漏れ性を良くするためのものであり、厚さ50〜150nmたとえば100nmのNi、NiV、Pt等よりなる。
共晶接合層３３は厚さ300〜3000nmのAuSnたとえば厚さ600nmのAu:Sn=80wt%:20wt%（=70at%:30at%）により構成される。この場合、AuSnを主成分として適当な添加物を加えてもよい。
次に、図６を参照すると、半導体積層体１側に形成された接着層３１と支持体２側に形成された接着層３２及び共晶接合層３３とを熱圧着して接合する。これにより、図７に示すように、半導体積層体１と支持体２との間には、NiAu接着層３１、３２及びAuSn共晶接合層３３等により新たにAuSnNiよりなる接合層３が新たに形成されることになる。この場合、熱圧着工程は、窒素雰囲気下の接合圧力約1MPaを接合温度330℃を10分間保持することにより行われる。尚、接合材料、接合時の雰囲気、接合温度及び接合時間は使用する共晶材料が溶融し、その特性に変化（例えば、酸化等による接合強度の劣化）を及ぼすことがなく、半導体積層体１と支持体２とが接合されるのに十分な材料、雰囲気、接合温度及び接合時間であればよく、上記の材料、雰囲気、接合温度及び接合時間に限定するものではない。
次に、図８を参照すると、GaAs成長基板１０をアンモニア、過酸化水素よりなるエッチャントを用いたウェットエッチング法により除去する。尚、ウェットエッチング法の代りに、ドライエッチング法、機械研磨法、化学機械研磨（CMP）法、あるいはこれらの組合せを用いてもよい。これにより、図８に示す平面状のｎ型AlGaInPクラッド層１１が得られる。
次に、図９を参照すると、後述のｎ側電極４の形成部に保護層４ａを形成する。たとえば、電子ビーム（EB）蒸着法あるいはスパッタリング法により酸化シリコン層を形成し、フォトリソグラフィ／エッチング法によりパターン化して保護層４ａを形成する。尚、保護層４ａが存在しない場合、後述の第１、第２のドライエッチング工程により擬似エッチングマスクＭ及び凹凸構造を形成する際に、ｎ側電極４の形成部にドライエッチングによる損傷が発生し、良好なオーミックコンタクトが得られず、接触抵抗が上昇して電気特性が劣化することになる。
次に、図１０を参照すると、ｎ型AlGaInPクラッド層１１上に擬似エッチングマスクＭを第１のドライエッチング工程により形成する。ここで、第１のドライエッチング工程の条件は、
エッチングガス：Cl2（10sccm）+O2（10sccm）
圧力：800mPa（=6mTorr）
パワー：300W
処理時間：180sec（90〜300sec）
である。Cl2ガスとしては、塩素系ガスたとえばBCl3ガス、SiCl4ガスでもよく、また、Cl2ガス、BCl3ガス、SiCl4ガスの少なくとも２つの混合ガスでもよい。
エッチングガス：Cl2（10sccm）+O2（10sccm）
圧力：800mPa（=6mTorr）
パワー：300W
処理時間：180sec（90〜300sec）
である。Cl2ガスとしては、塩素系ガスたとえばBCl3ガス、SiCl4ガスでもよく、また、Cl2ガス、BCl3ガス、SiCl4ガスの少なくとも２つの混合ガスでもよい。
すなわち、第１のドライエッチング工程では、塩素系ガスに酸素ガスを混合することによりドライエッチング中に表面酸化が促進され、しかも、エッチングガスとAlGaInPとの反応生成物、主に沸点が高く不揮発性のInClxが表面に堆積する。この結果、エッチングの進行は遅く、エッチング時間を300secとしてもエッチング速度は微増に留まる。このとき、反応生成物InClxのサイズは大きくなる。この反応生成物InClxの再現性は高く、均一な分布を示す。従って、図１２の光学顕微鏡写真（微分干渉顕微鏡写真）に示すごとく、反応生成物InClxはAlGaInP層の次の第２のドライエッチング工程の擬似エッチングマスクＭとして機能することになる。
次に、図１１を参照すると、擬似エッチングマスクＭを用いてｎ型AlGaInPクラッド層１１を第２のドライエッチング工程によってドライエッチングを行い、凹凸構造Ｓを有するｎ型AlGaInPクラッド層１１’を形成する。ここで、第２のドライエッチング工程の条件は、
エッチングガス：Cl2（25sccm）
圧力：2660mPa（=20mTorr）
パワー：300W
処理時間：15sec（10〜20sec）
である。この場合も、Cl2ガスとして、塩素系ガスたとえばBCl3ガス、SiCl4ガスでもよく、また、Cl2ガス、BCl3ガス、SiCl4ガスの少なくとも２つの混合ガスでもよい。尚、処理時間が10sec未満であると、凹凸構造の再現性に乏しく、また、処理時間が20secを超えると、ｎ型AlGaInPクラッド層１１’が薄くなり、輝度の劣化を招く。
エッチングガス：Cl2（25sccm）
圧力：2660mPa（=20mTorr）
パワー：300W
処理時間：15sec（10〜20sec）
である。この場合も、Cl2ガスとして、塩素系ガスたとえばBCl3ガス、SiCl4ガスでもよく、また、Cl2ガス、BCl3ガス、SiCl4ガスの少なくとも２つの混合ガスでもよい。尚、処理時間が10sec未満であると、凹凸構造の再現性に乏しく、また、処理時間が20secを超えると、ｎ型AlGaInPクラッド層１１’が薄くなり、輝度の劣化を招く。
すなわち、第２のドライエッチング工程では、擬似エッチングマスクＭの基で酸素ガスがない分エッチング速度は大きい。従って、図１３の（Ａ）の光学顕微鏡写真（微分干渉顕微鏡写真）及び図１３の（Ｂ）の走査型電子顕微鏡（SEM）写真に示すごとく、凹凸構造Ｓが形成されることになる。
上述の第１、第２のドライエッチング工程は真空中に保持したまま同一のドライエッチング装置を用いて連続的に行われる。
最後に、図１を参照すると、保護層４ａをバッファードフッ酸を用いたウェットエッチング法により除去した後に、抵抗加熱蒸着法、EB蒸着法、スパッタリング法等及びリフトオフ法を用いることにより、ｎ型AlGaInPクラッド層１１’上にAlGaInPとオーミック接合するAuGeNiよりなるｎ側電極４及びAuよりなるパッド（図示せず）を形成する。AuGeNiの代りに、AuGe、AuSn、AuSnNi等を用いてもよい。次いで、窒素雰囲気下で約400℃のアニールにより良好なオーミック接合の合金化を行う。
図１４は図２〜図１１に示す製造方法によって得られた光半導体装置の光取り出し効率を説明するためのグラフである。図１６の平面状のｎ型AlGaInPクラッド層１１を用いた場合の光取り出し効率を１とすれば、ばらつきはあるものの、光取り出し効率は凹凸構造Ｓの平均粗さRaに依存しないことが分かった。
図１５も図２〜図１１に示す製造方法によって得られた光半導体装置の光取り出し効率を説明するためのグラフである。図２９の平面状のｎ型AlGaInPクラッド層１１を用いた場合の光取り出し効率を１とすれば、第１、第２のドライエッチング工程によるエッチング量が750nm以下では光取り出し効率は約20％以上向上するが、エッチング量が1000nm以上では、光取り出し効率は低下することが分かった。これは、エッチング量が大きいと、ｎ型AlGaInPクラッド層１１’の厚さが減少し、ｎ側電極４付近に電流が集中し、この結果、ｎ型AlGaInPクラッド層１１’の実質的抵抗率が大きくなるためである。
図１６〜図１８は本発明に係る製造方法の第１の実施の形態の変更例を示し、図９〜図１１に相当する。すなわち、上述の第１の実施の形態においては、保護層４ａの形成工程から第１、第２のドライエッチング工程までを真空中に保持して行うことができない。このため、保護層４ａの形成後第１のドライエッチング工程の間では、ｎ型AlGaInPクラッド層１１の表面は大気中に暴露され、この結果、図１６に示すごとく、表面汚染、自然酸化層等によりｎ型AlGaInPクラッド層１１の表面にダメージ層１１ａが形成される。特に、ｎ型AlGaInPクラッド層１１のAl組成ｚ≧0.4と高いので、ダメージ層１１ａが形成され易い。また、このダメージ層１１ａの形成により、図１７に示すごとく、第１のドライエッチング工程による擬似エッチングマスクＭの不均一により、この結果、図１８に示すごとく、第２のドライエッチング工程による凹凸構造Ｓが不均一となる。
図１９は図１８の凹凸構造Ｓの光学顕微鏡写真を示す。すなわち、凹凸構造Ｓはｎ側電極４の内部で均一であるが、ｎ側電極４の外部で不均一となり、この結果、光取り出し効率が低下することになる。
また、図１の光半導体装置の製造方法の第２の実施の形態を図２０〜図２２を参照して説明する。尚、図２０〜図２２は図１６の保護層４ａの形成工程後の工程を示す。
図２０においては、ｎ型AlGaInPクラッド層１１の表面上のダメージ層１１ａを除去するために、表面清浄化ドライエッチング工程を行う。ここで、表面清浄化ドライエッチング工程の条件は、
エッチングガス：Cl2（10sccm）
圧力：900mPa（=6mTorr）
パワー：300W
処理時間：60sec
である。この場合も、Cl2ガスとして、塩素系ガスたとえばBCl3ガス、SiCl4ガスでもよく、また、Cl2ガス、BCl3ガス、SiCl4ガスの少なくとも２つの混合ガスでもよい。尚、処理時間は、図２３に示すごとく、エッチング深さＤ及びエッチングレートＲにより変化する。エッチング深さＤは大きければダメージ層１１ａを完全に除去できるが、大き過ぎると、電流拡散に支障が出るので、エッチング深さＤは50〜500 nm好ましくは75〜200 nmである。また、エッチングレートＲが大きければ製造工程のタクトタイムを短縮できるが、大き過ぎると、ドライエッチングが不安定となるので、エッチングレートＲは20〜1000 nm/min好ましくは50〜200 nm/minで設定すればよい。
エッチングガス：Cl2（10sccm）
圧力：900mPa（=6mTorr）
パワー：300W
処理時間：60sec
である。この場合も、Cl2ガスとして、塩素系ガスたとえばBCl3ガス、SiCl4ガスでもよく、また、Cl2ガス、BCl3ガス、SiCl4ガスの少なくとも２つの混合ガスでもよい。尚、処理時間は、図２３に示すごとく、エッチング深さＤ及びエッチングレートＲにより変化する。エッチング深さＤは大きければダメージ層１１ａを完全に除去できるが、大き過ぎると、電流拡散に支障が出るので、エッチング深さＤは50〜500 nm好ましくは75〜200 nmである。また、エッチングレートＲが大きければ製造工程のタクトタイムを短縮できるが、大き過ぎると、ドライエッチングが不安定となるので、エッチングレートＲは20〜1000 nm/min好ましくは50〜200 nm/minで設定すればよい。
上述の表面清浄化ドライエッチング工程及び第１、第２のドライエッチング工程は真空中に保持したまま同一のドライエッチング装置を用いて連続的に行われる。
図２４は図２３の（Ｄ，Ｒ）=（70 nm，135 nm/min），（135 nm，135 nm/min），（200 nm，135 nm/min）における擬似エッチングマスクＭの光学顕微鏡写真を示す。すなわち、（Ｄ，Ｒ）=（70 nm，135 nm/min）の場合、擬似エッチングマスクＭはサイズ、分布共に不均一であるが、（Ｄ，Ｒ）=（135 nm，135 nm/min）の場合、擬似エッチングマスクＭは粒状のものが均一に分布し、さらに、（Ｄ，Ｒ）=（200 nm，135 nm/min）の場合、擬似エッチングマスクＭは細かい粉状のものが均一に分布している。
図２５は図２３の（Ｄ，Ｒ）=（200 nm，135 nm/min）における凹凸構造Ｓの光学顕微鏡写真を示す。すなわち、凹凸構造Ｓはｎ側電極４の内部及び外部で均一となり、この結果、光取り出し効率を上昇できる。
図２６は上述の第１、第２の実施の形態による裏面反応及び擬似エッチングマスクＭの凹凸構造の面内分布を示す１／４カットのウェハの光学顕微鏡写真を示す図である。半導体積層体１に支持体２を貼り合せた光半導体装置（ウェハ）においては、反りが生ずる。このため、第１のドライエッチング工程の際には、エッチングガスがウェハの反りによって浮いた部分より侵入する。この結果、図２６の（Ａ）に示すように、裏面電極層２２と反応し（裏面反応とする）、従って、図２６の（Ｂ）に示すように、裏面反応の反応熱により擬似エッチングマスクＭの凹凸構造は不均一となる。従って、凹凸構造Ｓも不均一となり、光取り出し効率は低下する。
図２７は本発明に係る光半導体装置の製造方法の第３の実施の形態を示す断面図であり、図９に対応する。すなわち、保護層４ａを形成する前もしくは後に、裏面電極層２２にも保護層２２ａを形成する。保護層２２ａとしては、第１のドライエッチング工程のエッチングガス（塩素系ガス及び酸素系ガス）及び表面清浄化ドライエッチング工程のエッチングガス（塩素系ガス）に対して耐性が高い酸化シリコン層（SiO2）、窒化シリコン層（SiN）を用いる。その後の製造工程は上述の第１、第２の実施の形態と同一であるが、最後に、保護層２２ａは保護層４ａと同様に除去される。
図２８は第３の実施の形態による裏面反応及び擬似エッチングマスクＭの凹凸構造の面内分布を示す１／４カットのウェハの光学顕微鏡写真を示す図である。図２８の（Ａ）に示すように、第１のドライエッチング工程の際にエッチングガスがウェハの反りに浮いた部分より侵入しても、裏面電極層２２は保護層２２ａによって保護されているので、裏面反応は抑制され、従って、図２８の（Ｂ）に示すように、裏面反応による反応熱は抑制され、擬似エッチングマスクＭの凹凸構造は均一となる。従って、凹凸構造Ｓも均一となり、光取り出し効率を向上できる。
尚、本発明は、ブラッグ反射層（DBR）構造や透明基板を貼り合せた構造、更には単純に成長基板上に半導体層を積層した構造等の光半導体装置の製造方法にも適用可能である。
１：半導体積層体
２：支持体
３：接合層
４：ｎ側電極
４ａ：保護層
１０：GaAs成長基板
１１，１１’：ｎ型クラッド層
１１ａ：ダメージ層
１２：活性層
１３：ｐ型クラッド層
１４：電流拡散層
１５：SiO2層
１６：反射電極層（ｐ側電極）
１７：バリア層
２１：導電性支持基板
２２：裏面電極層
２２ａ：保護層
２３：中間電極層
２４：密着層
３１，３２：接着層
３３：共晶接合層
Ｍ：擬似エッチングマスク
Ｓ：凹凸構造
２：支持体
３：接合層
４：ｎ側電極
４ａ：保護層
１０：GaAs成長基板
１１，１１’：ｎ型クラッド層
１１ａ：ダメージ層
１２：活性層
１３：ｐ型クラッド層
１４：電流拡散層
１５：SiO2層
１６：反射電極層（ｐ側電極）
１７：バリア層
２１：導電性支持基板
２２：裏面電極層
２２ａ：保護層
２３：中間電極層
２４：密着層
３１，３２：接着層
３３：共晶接合層
Ｍ：擬似エッチングマスク
Ｓ：凹凸構造
Claims (11)
- 光半導体装置の化合物半導体層の光取り出し面側を塩素系ガス及び酸素ガスの混合ガスを第１のエッチャントとするドライエッチングを行い、該第１のエッチャントと前記化合物半導体層との反応生成物を該化合物半導体層の光取り出し面側に堆積させる第１のドライエッチング工程と、
該第１のドライエッチング工程の後に、前記化合物半導体層の光取り出し面側を、前記反応生成物を擬似エッチングマスクとして用いて塩素系ガスを第２のエッチャントとするドライエッチングを行い、前記化合物半導体層の光取り出し面側に凹凸構造を形成する第２のドライエッチング工程と
を具備する光半導体装置の製造方法。 - 前記第１、第２のドライエッチング工程が真空中に保持したまま連続的に行われる請求項１に記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記第１、第２のドライエッチング工程による前記化合物半導体層のエッチング量が750nm以下である請求項１に記載の光半導体装置の製造方法。
- さらに、前記第１のドライエッチング工程の前に塩素系ガスを第３のエッチャントとしてドライエッチングを行う表面清浄化ドライエッチング工程を具備する請求項１に記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記表面清浄化ドライエッチング工程及び前記第１、第２のドライエッチング工程が真空中に保持したまま連続的に行われる請求項４に記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記表面清浄化ドライエッチング工程による前記化合物半導体層のエッチング量が75〜200nmである請求項４に記載の光半導体装置の製造方法。
- さらに、前記第１のドライエッチング工程の前に前記光半導体装置の裏面に保護層を形成する保護層形成工程を具備する請求項１に記載の光半導体装置の製造方法。
- さらに、前記表面清浄化ドライエッチング工程の前に前記光半導体装置の裏面に保護層を形成する保護層形成工程を具備する請求項４に記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記化合物半導体層がAlを含むIII-V族化合物半導体層である請求項１に記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記化合物半導体層が(AlzGa1-z)xIn1-xP半導体層（0≦z≦1、0≦x≦1）である請求項１に記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記塩素系ガスが、Cl2、BCl3、SiCl4及びこれらの混合ガスの１つである請求項１または４に記載の光半導体装置の製造方法。
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