JPH0387074A

JPH0387074A - 光半導体装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0387074A
Application number: JP2116821A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tsubota; 孝志坪田
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1989-06-09
Filing date: 1990-05-08
Publication date: 1991-04-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は光半導体装置およびその製造方法に関し、特
に発光部に接続される配線に関するものである。

（従来の技術）従来の光半導体装置として、沖研究開発１−［１１Ｐ３
１〜３２に開示されるＬＥＤアレイを第３図（ａ）。

第３図（ｂ）に示す。

このＬＥＤアレイは、Ｎ型ＧａＡｓ基板１　（以下、基
板という）上にＶＰＥ法（気相成長法）によりＮ型Ｇａ
Ａｓｏ、　ｈＰｏ、　ａ層２を成長させ、その上に絶縁
膜として例えば＾ｊｔＯ膜３を設け、これに７０μ×１
１０μの窓４を開け、その窓４を通してＺｎ拡散を行う
ことにより、発光部としてのＰ型ＧａＡｓｏ１Ｐａ、　
ａ層５をＮ型ＧａＡｓｏ、　６Ｐ６．４層２に形成する
。

その後、第２絶縁膜としてＳｉＯ□膜６を全面に形成し
、窓４を覆った後、このＳｔＯ□膜６に前記Ｐ型ＧａＡ
ｓｏ、　６ＰＯ，ａ層５（発光部）の長手方向一端で電
極コンタクト用の窓７　（５Ｑ４ｘ　１５Ｉｒｍ）を新
たに開ける。そして、その窓７の部分でＰ型ＧａＡｓｏ
、　ａＰｏ、　ａ層５に接続されるようにＰ型電極とし
てのＡＩ電極８を形成する。

ここで、Ｐ型ＧａＡｓｅ、　ｈＰｏ、　ａ層５とＡ／電
極８のコンタクト部分がＰ型ＧａＡｓｅ、　ｈＰｏ、　
４層５の端に位置しなければならないのは、ＡＩは光を
通さないので、端でコンタクトするより方法がないから
である。

その後、全表面にパッシベーション膜としてＰＳＧ膜９
を形成し、Ａｌ＠極８のワイヤボンド部分のｐｓｃ膜９
を除去する。

さらに、基板１の裏面にＮ側電極としてＡｕＧｅＮｉ電
極１０を蒸着形成する。

第４図は従来の光半導体装置の第２の例を示す。

この第２の光半導体装置は基本的構造は第３図の第１の
例と全く同じであるが、ＡＩ電極８とＰ型ＧａＡｓ＊、
　ｈＰｏ、　ａ層５（発光部）との接続は、発光部（Ｐ
型ＧａＡｓｏ、　６Ｐ６．　ａ層５）の周囲で行われて
いる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、まず第３図の従来の第１の光半導体装置
では、Ｐ型ＧａＡｓ＊１Ｐｏ、　ａ層５とＡＩ電極８の
コンタクト部分が前記Ｐ型ＧａＡｓ。、　＆ｐＨ，４層
５の一端に位置するため、通電し発光させた場合、ＡＩ
電極８のコンタクト部分からＰ型ＧａＡＳｏ、　ｂＰｏ
、　ａ層５の長平方向に発光強度分布をとると、沖電気
研究開発の文献中の「図３発光部内発光出力分布とＰＮ
接合深さの関係」　（これを第５図に示す）に見られる
ように、ＡＩ電極８側から遠ざかるほど光強度がおちて
しまい、発光部類域内での光強度の均一性に問題があっ
た。

これに対して、第４図の従来の第２の光半導体装置では
、Ａｔ１ｉ極８のコンタクト部分の片寄りが緩和される
ため、光強度の均一性はやや改善されるが、ＡＩ電極８
が広範囲に位置することになるので、電極部での光の反
射の問題があり、さらにＰ型ＧａＡｓｏ、　ｈＰｏ、　
ａ層５の全域でＡＩ電極８がはみ出すため、Ｐ型ＧａＡ
ｓｏ、　ａＰｏ、　４層５（発光部）を高密度に配列し
ようとする場合には、電極間でのショートの問題がある
。

また、第１および第２の光半導体装置とも、ＡＩ電極８
が光を透過しないため、ＡＩ電極８下の発光部からの発
光を有効に利用できない問題点があった。

さらに、電極として金属を用いているために、その上に
結晶成長ができず、３次元素子の製作が困難であった。

この発明は前記従来技術が持っている問題点のうち、電
極部での光の反射の問題点と、発光部を高密度配列した
場合の電極間がショートするという問題点と、発光部の
領域内での光強度を一様にできない点と、電極下の発光
部からの発光も有効利用できない点と、３次元の素子の
製作が困難な点について解決した光半導体装置およびそ
の製造方法を提供するものである。

（課題を解決するための手段）この発明は前記問題点を解決するために、基板上に形成
した発光部を形成し、その発光部を覆って前記基板上の
全面に透明絶縁性単結晶層を設け、この透明絶縁性単結
晶層に前記発光部の中心にてコンタクト窓を開け、その
窓を通して前記発光部の中心部に接続される透明導電性
単結晶層からなる電極を前記透明絶縁性単結晶層上に形
成し、素子表面の全面に透明絶縁性単結晶を形成した後
、単結晶による受光素子を形成したものである。

（作　用）上記この発明においては、電極を透明導電性単結晶層（
透明部材）で形成したから、電極部での光の反射がなく
、かつ電極下の発光部からの発光も有効に取出せる。

また、電極が透明であることから、発光部の中心部に接
続可能となり、電極コンタクト部分の片寄りがなく、発
光部類域内での光強度が一様になるとともに、発光部か
ら電極がはみ出さないので、発光部を高密度配列しても
電極間ショートがなくなる。

さらに、電極を透明部材のうちでも特に透明導電性単結
晶層で形成したから、この電極、延いては発光部に電流
を流して発光部を発光させることができるとともに、基
板上の全面を覆う絶縁膜として透明絶縁性単結晶層を形
成しており、この透明絶縁性単結晶層と透明導電性単結
晶層電極を有し、表面がすべて単結晶層となるので、そ
の上に形成された透明絶縁性単結晶層上に形成された受
光素子により、下部の受光領域からの光を透明絶縁性単
結晶を通して受光することになり、発光−受光結合素子
が可能となり、かつ階層化することも可能となる。

（実施例）以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の光半導体装置の一実施例を示し、第
１図（ａ）は発光部のみ形成された状態の平面図、第１
図（ｂ）はその断面図、第１図（ｃ）は３次元素子を形
成した状態の平面図、第１図（ｄ）はその断面図である
。

これらの第１図（ａ）ないし第１図（２）において、２
１は単結晶のＰ型１ｎＰ基板（以下、基板という）であ
り、この基板２１上の所定位置に発光部としてのノンド
ープＩｎＧａＡｓＰ活性層２２（以下活性層という）と
、発光効率向上用のＮ型１ｎＰ層２３が重ねて形成され
る。

また、これら活性層２２とＮ型ｒｎＰ層２３を覆って基
板２１上の全面には透明絶縁性単結晶層としてのＦｅド
ープ絶縁性ＩｎＰ層２４（以下、絶縁性ＩｎＰ層という
）が形成され、この絶縁性ＩｎＰ層２４には、前記活性
層２２の中心部でコンタクト窓２５が形成される。そし
て、このコンタクト窓２５を通して、前記Ｎ型ＩｎＰ層
２３の中心部、延いては、活性層２２の中心部に接続さ
れるように透明電極としてのＮ型１ｎＧａＡｓＰ層（透
明導電性単結晶層）からなる電極２６が前記絶縁性Ｉｎ
Ｐ層２層上４上成されており、この電極２６のポンディ
ングパッド部にはＡｕＧｅＮｉ電極２７が重ねて形成さ
れる。

この電極２６は上述のように、透明導電性単結晶層で形
成されているから、この電極２６から発光部、すなわち
活性層２２に電流を流して発光させることができる。

この電極２６の透明電極材料として、インジューム、チ
タン酸化膜などもあるが、これでは電流は流せず、電圧
をかけるだけに留り、光半導体装置に利用できない。

さらに、上記基ｖｉ２１の裏面には、第１図（ｄ）に示
すように、ＡｕＺｎ電極２８が形成される。その後、第
１図（ｃ）、第１図（ｄ）に示すように、３次元素子の
形成工程に入り、電極２６上に透明絶縁性ＩｎＰ層４０
を部分的に形成する。

さらに、この透明絶縁性ＩｎＰ層４層上０上型ＩｎＧａ
Ａｓ層４１、Ｐ型１ｎＧａＡｓ層４２を順次形成する。

このＰ型ＩｎＧａＡｓ１ｉ　４２は二つに分割されてい
る。

この二つに分割されたＰ型１ｎＧａＡｓ層４２上にＡｕ
Ｚｎ　ｌｉ極４４を形成するとともに、Ｎ型１ｎＧａＡ
ｓ層４１上にＡｕＧｅＮｉ１ｉ極４３が形成されている
。

以上のような槽底をなすこの発明の光半導体装置は、第
２図（ａ）ないし第２図（ｉ）に示すようなこの発明の
光半導体装置の製造方法により製造される。

次にこの発明の光半導体装置の製造方法について、この
第２図（ａ）〜第２図（ｉ）の工程断面図に基づき説明
する。

まず、第２図（ａ）に示すように、単結晶のＰ型ＩｎＰ
の基板２１上に液相成長法によりノンドープ１ｒｌＧａ
ＡｓＰの活性層２２（λｇ＝１．３ｓ、約１μ）、Ｎ型
ＩｎＰ層２３　（Ｓｎドープ、約１ｍ）を順次成長させ
る。

この時、これらの活性層２２、Ｎ型１ｎＰ層２３は下地
が単結晶であるから、単結晶で成長する。

その後、Ｎ型ＴｎＰ層２３上にＣＶＤ法で５ｉｆｔ膜３
１（厚さ約２０００人）を膜付けし、さらにその上にホ
トレジストパターン３２を形成した後、そのホトレジス
トパターン３２をマスクとしてＳｉＯｘ膜３１をＨＦ系
エツチング液でエツチングし、ＳｉＯよ膜３１は発光部
を形成する領域にのみ残す。

その後、ホトレジストパターン３２を除去した後、第２
図（ロ）に示すように、ＳｉＯｘ膜３１をマスクとして
Ｂｒ系のエツチング液でＮ型ＩｎＰ層２３と活性層２２
をエツチングし、これらを発光部形成領域にのみ残す。

その後、ＳｉＯｘ膜３１を選択成長のマスクとして残し
たまま、Ｎ型ＩｎＰ層２３と同一高さになるまで、ＭＯ
ＣＶＤ法により基板２１上にＦｅドープの絶縁性ＩｎＰ
層２４を成長させる。その後、５ｉｆｔ膜３１を除去し
た後、再びＭＯＣＶＤ法で基板２１上の全面に約１４厚
にＦｅドープの絶縁性ＩｎＰ層２４を成長させる。

これにより、基板２１上には、第２図（ｃ）に示すよう
に残存したＮ型１ｎＰ層２３および活性層２２を覆って
全面に絶縁性ＩｎＰ層２４が形成された状態となる。

この時、絶縁性ＩｎＰ層２４は下地が単結晶であるから
単結晶で成長している。その後、絶縁性ＩｎＰ層２４（
透明絶縁性単結晶層）上にＰＣＶＤ法でＳｉＯｘ膜３３
（約２０００人）を膜付けし、さらに、その上にホトレ
ジストパターン３４を形成する。

次に、ホトレジストパターン３４をマスクとしてＨＦ系
エツチング液にてＳｉＯｘ膜３３をエツチングすること
により、この５ｉ（ｈ膜３３に残存した活性層２２（発
光部）の中心にて開口部３５を形成する。

その後、ホトレジストパターン３４を除去した後、Ｓｉ
Ｏｘ膜３３をマスクとして、このＳｉＯｘ膜３３に開け
られた開口部３５を通して絶縁性ＩｎＰ層２４をＢｒ系
エツチング液にてエツチングすることにより、この絶縁
性ＩｎＰ層２４に、残存した活性層２２の中心部にて第
２図（３）に示すようにコンタクト窓２５を開ける。

その後、Ｓｉｎ！膜３３をＨＦ系エツチング液で除去し
た後、絶縁性ＩｎＰ層２層上４上面に電極層としてＮ型
１ｎＧａＡｓＰ層（λｇ−１．２ｍ、厚さ０．５ｎ、Ｓ
ｎドープ）を液相成長法で成長させる。

この時、Ｎ型［ｎＧａＡｓＰ層は下地で単結晶であるか
ら、単結晶で成長する。また、コンタクト窓２５部分に
おいては、このコンタクト窓２５を埋め、Ｎ型ＩｏＰ層
２３に接続されて成長する。

その後、Ｎ型ＩｎＧａＡａＰ層上にホトレジストパター
ン３６を形成し、そのホトレジストパターン３６をマス
クとして第２図（ｄ）に示すようにＮ型ＩｎＧａＡｓＰ
層（透明導電性単結晶層）をエツチングすることにより
、前記コンタクト窓２５を通してＮ型１ｎＰ層２３の中
心部、延いては活性層２２の中心部に接続される残存Ｎ
型ＩｎＧａＡｓＰ層からなる電極２６をｍ縁性１ｎＰ層
２４上に形成する。

その後、ホトレジストパターン３６を除去した後、第２
図（ｅ）に示すように、ＣＶＤ法により５ｉｆｔ膜４５
を全面に形成した後、ホトリソ工程により、電極２６の
ポンディングパッド部以外の５ｉｆｔ膜４５を除去する
。

その後、液相成長法により、透明絶縁性ＩｎＰ層４０（
約１ｍ）、Ｎ型１ｎＧａＡｓ層４１（λｇ　ｍ　ｌ　、
　５４　。

約１ｘ）、Ｐ型１ｎＧａＡｓ層４２（λｇ　−１、５Ｂ
　、約１μ）を順次形成する。

次に、第２図（０に示すように、ＣＶＤ法により、Ｓｉ
Ｎ膜４６を膜付けし、ホトリソ工程により、二つの領域
Ａ、Ｂのみ、このＳｉＮ膜４６を残し、これをマスクと
して、例えば硝酸とフッ酸と水の混合液により、上記Ｐ
型１ｎＧａＡｓ層４２をエツチングする。

次に、第２図（２）に示すように、フッ酸により、電極
２６のポンディングパッド部のＳｉＯｘ膜４５を除去す
る。

この時、ＳｉＮ膜４６はエツチングレートの違いにより
残される０次いで、レジスト５０をコーティングし、こ
のレジスト５０を上記ｔ４域Ａ、Ｂを覆うように残す。

その後、蒸着法により、＾ｕＧｅＮｉ電極を設けるが、
電極２６の部分をＡｕＧｅＮｉ電極２７とするとともに
、Ｎ型１ｎＧａＡｓ層４１の部分をＡｕＧｅＮｉ　ｉｉ
極４３とする。

次に、第２図（ロ）に示すように、上記レジスト５０お
よびＳｉＮ膜４６を除去した後、ホトレジスト４７を新
たにコーティングし、Ｐ型１ｎＧａＡｓ層４２の上部の
みの窓をあける。

その後、ＡｕＺｎ電極４４をこのＰ型１ｎＧａＡｓ層４
２の上面に蒸着し、ホトレジスト４７を除去する。

最後に、基板２１の裏面にＡｕＺｎ電極２８を形成する
。かくして第２図（ｉ）に示すごとき光半導体装置が製
造される。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、この発明によれば、電極を
透明導電性単結晶層（透明部材）で形成したから、電極
部での光の反射の問題を解決でき、かつ電極部下の発光
部からの発光も有効に取り出すことができる。

また、電極を発光部の中心部に接続したから、電極コン
タクト部分の片寄りがなく、発光部類域内での光強度を
一様にできるとともに、発光部から引き出し部を除いて
電極がはみ出さないので、発光部を高密度配列しても電
極間シツートをなくすことができる。

さらに、この発明によれば、電極を透明導電性単結晶層
で形成したから、発光部のＰＮ接合に十分な電流を流し
て発光させることができる。

また、電極として、透明導電性単結晶層を形成するため
、透明絶縁性単結晶層を下地の絶縁膜として形成してお
り、これによれば、装置の全表面がすべて単結晶層とな
るので、さらに透明絶縁性単結晶層を介して３次元的に
単結晶による受光素子を設けることが可能であり、この
３次元素子を設けてＰ型１ｎＧａＡｓ層にマイナス、Ｎ
型１ｎＧａＡｓ層にプラスの逆バイアスにすることによ
り、下部の発光部よりの光を受光することが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はこの発明の光半導体装置の一実施例の発
光部の形成段階の平面図、第１図（ロ）は第１図（ａ）
の断面図、第１図（ｃ）は同上実施例の３次元素子の形
成後の平面図、第１図（ｄ）は第１図（ｃ）の断面図、
第２図（ａ）ないし第２図（ｉ）はこの発明の光半導体
装置の製造方法の一実施例を示す工程断面図、第３図（
ａ）は従来の光半導体装置の第１の例を示す平面図、第
３図ら）は第３図（ａ）の断面図、第４図は従来の光半
導体装置の第２の例を示す平面図、第５図は第３図の光
半導体装置の発光部内光出力分布とＰｎ接合深さの関係
を示す特性図である。２１−Ｐ型ＩｎＰ基板、２２　・・・ノンドープＩｎＧ
ａＡｓＰ活性層、２４・・・絶縁性ＩｎＰ層、２５・・
・コンタクト窓、２６　・・・電極、２７　、　４３　
・・・ＡｕＧｅＮｉ電極、２８゜４４−ＡｕＺｎ電極、
４０−・・透明絶縁性ＩｎＰ層、４１−Ｎ型ＩｎＧａＡ
ｓ層、４２−Ｐ型ＩｎＧａＡｓ層。本発明の発光部の形成後の平面図（ａ）第１第１図（ａ）の断面図（ｂ）第１二基板：活性層：Ｎ型ｒｎＰ層：絶縁性ＩｎＰ層本発明の３次元素子形成後の平面図（ｄ）第１図本発明の工程断面図第２図１本発明の工程断面図第２図従来の第１の装置の平面図（ａ）第３図従来の第１の装置の断面図（ｂ）第３図従来の第２の装置の平面図第４図１００５００００面内位置ＹＯＪｍ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（ａ）基板に発光部が設けられ、（ｂ）その発光部を覆って前記基板上の全面に透明絶縁
性単結晶層が形成され、（ｃ）その透明絶縁性単結晶層に前記発光部の中心にて
コンタクト窓が開けられ、（ｄ）そのコンタクト窓を通して前記発光部の中心部に
接続される透明導電性単結晶層からなる電極が前記透明
絶縁性単結晶層上に形成され、（ｅ）上記透明導電性単
結晶層からなる電極上も含めて素子の上面に透明絶縁性
単結晶層が形成され、（ｆ）その透明絶縁性単結晶層上に単結晶層からなる受
光素子が設けられ、てなる光半導体装置。
（２）（ａ）基板上に発光部を形成する工程と、（ｂ）
その発光部を覆って基板上の全面に透明絶縁性単結晶層
を形成する工程と、（ｃ）その透明絶縁性単結晶層に前記発光部の中心にて
コンタクト窓を形成する工程と、（ｄ）その窓を通して前記発光部の中心部に接続される
透明導電性単結晶層からなる電極を前記透明絶縁性単結
晶層上に形成する工程と、（ｅ）その透明導電性単結晶からなる電極上も含めて素
子の上面に絶縁性単結晶層を形成する工程と、（ｆ）その透明絶縁性単結晶層上に単結晶層からなる受
光素子を設ける工程と、よりなる光半導体装置の製造方法。