JPH04322477A - 半導体発光装置の製造方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板上にＬＥ
Ｄアレイを備えた半導体発光装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ページプリンタの感光ドラムの
露光用光源としてＬＥＤアレイを用いることが提案され
ている。

【０００３】そのようなＬＥＤアレイの基板としては、
強度が大きく、熱伝導率が良く、廉価なことからシリコ
ン（Ｓｉ）が適している。またＬＥＤとしては、発光特
性がよく、電子の移動度が高いガリウム砒素（ＧａＡｓ
）、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）等の化
合物半導体が適している。また、そのような半導体をシ
リコン基板上に形成する上では、有機金属気相エピタキ
シー（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）等
により、シリコン基板に半導体結晶をエピタキシャル成
長させ、そのエピタキシャル層によりＬＥＤアレイを構
成するのが量産性等の点から適している。

【０００４】しかし、シリコン基板上にＬＥＤアレイを
備えた半導体発光装置の具体的な製造方法は従来提案さ
れていなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】具体的にシリコン基板
上にＬＥＤアレイを構成する方法として、シリコン基板
の一方の主面の全面に半導体結晶をエピタキシャル成長
させ、そのエピタキシャル層の不要部分をフォトリソグ
ラフィ等により除去してＬＥＤアレイとすることが考え
られる。

【０００６】しかし、ＬＥＤ材料として好ましい前記ガ
リウム砒素等はシリコンに対し熱膨張係数が異なるため
、それら半導体結晶をリアクターの内部で高温下にシリ
コン基板の一方の主面側全面にエピタキシャル成長させ
た後、温度を低下させると基板に反りが生じ、エピタキ
シャル層にクラックが入り、そこから電流がリークする
という問題がある。

【０００７】また、シリコン基板の一方の主面に形成さ
れた酸化シリコン膜を、個々のＬＥＤに対応する位置に
おいて除去することで絶縁マスクとし、この絶縁マスク
により選択された多数のシリコン基板部分に半導体結晶
を成長させれば、当初から個々のＬＥＤを構成すること
は可能である。しかし、このように当初から個々のＬＥ
Ｄを構成するエピタキシャル層を成長させると、形状依
存性により結晶性が悪くなってしまう。すなわち、エピ
タキシャル層のエッジ部では中央部に対し応力状態が異
なることから、当初から個々のＬＥＤを構成する多数の
エピタキシャル層を成長させると、応力状態の不均一な
部分が多くなって結晶性が悪くなり、ＬＥＤの発光特性
を低下せさてしまう。

【０００８】本発明は上記技術的課題を解決することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、シリコン基板の一方の主面に複数のＬＥＤアレイ
を設けるに際し、シリコン基板の主面に酸化シリコン膜
を形成し、一方の主面に形成された酸化シリコン膜の前
記ＬＥＤアレイ形成位置を覆う部分を帯状に除去し、こ
れにより一方の主面に形成された酸化シリコン膜を絶縁
マスクとし、この絶縁マスクにより選択されたシリコン
基板部分に半導体結晶をエピタキシャル成長させ、前記
帯状除去部分内に成長したエピタキシャル層を長手方向
間に間隔をおいて複数部分に分離することで前記ＬＥＤ
アレイを構成する点にある。

【００１０】

【作用】本発明方法によれば、シリコン基板の一方の主
面に形成された酸化シリコン（ＳｉＯｘ）膜の一部を除
去し、これにより酸化シリコン膜を絶縁マスクとするこ
とで、シリコン基板の一方の主面の必要部分のみを選択
して半導体結晶をエピタキシャル成長させることができ
る。よって、シリコン基板の一方の主面の全面に半導体
結晶を成長させる場合に比べ、リアクターから取り出し
た際の温度変化による基板の反りを小さくし、エピタキ
シャル層にクラックが入るのを防止できる。

【００１１】また、本発明方法によれば、絶縁マスクの
帯状除去部分内に成長した単一のエピタキシャル層を長
手方向間に間隔をおいて複数部分に分離することでＬＥ
Ｄアレイを構成しているので、エピタキシャル層におけ
る結晶性が悪化するのを防止でき、ＬＥＤの発光特性を
良好なものとできる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１３】図５、図６は本発明方法により製造される
ＬＥＤアレイを備えた半導体発光装置４の構成を示すも
のであって、シリコン基板１の一方の主面１ａに複数の
メサ形状のＬＥＤ５が列をなして形成されている。

【００１４】そのシリコン基板１の一方の主面１ａと他
方の主面１ｂとは熱酸化法により形成された酸化シリコ
ン膜２ａ、２ｂにより覆われている。一方の主面１ａを
覆う酸化シリコン膜２ａは一部が除去されることで絶縁
マスクとされている。この絶縁マスクにより選択された
シリコン基板部分、すなわち酸化シリコン膜２ａにより
覆われていない一方の主面２ａにエピタキシャル層３が
形成されている。このエピタキシャル層３は、例えばガ
リウム砒素（ＧａＡｓ）、ガリウム砒素リン（ＧａＡｓ
Ｐ）、ガリウムリン（ＧａＰ）等のバッハァー層３ａと
、ガリウム砒素、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡ
ｓ）、ガリウム砒素リン等のＮ形半導体層３ｂと、ガリ
ウム砒素、インジウムガリウム砒素、ガリウム砒素リン
等のＰ形半導体層３ｃと、ドーパントの多いＰ形半導体
層３ｄとで構成される。このエピタキシャル層３の半導
体層３ｂ、３ｃ、３ｄによりＬＥＤ５が構成される。 また、エピタキシャル層３はパッシベーション膜９によ
り覆われている。そして、ドーパントの多いＰ形半導体
層３ｄと基板１の他方の主面１ｂとに電極６ａ、６ｂが
接続されている。その電極６ａ、６ｂは例えばクロム金
（ＣｒＡｕ）とされる。

【００１５】図１〜図４に基づき、上記半導体発光装置
４の製造方法を説明する。

【００１６】まず、図１に示すように、シリコン基板１
の一方の主面１ａと他方の主面１ｂの全面に、酸化シリ
コン膜２ａ、２ｂを熱酸化法により形成する。具体的に
は、シリコン基板１を１１００℃〜１１５０℃の酸素（
Ｏ２　）雰囲気中において約６０分間酸化処理すること
で、厚さ１５００Å〜１００００Åの酸化シリコン膜２
ａ、２ｂを形成する。

【００１７】次に、シリコン基板１の一方の主面１ａに
形成された酸化シリコン膜２ａの一部をフォトリソグラ
フィーにより除去する。これにより、その一方の主面１
ａに形成された酸化シリコン膜２ａを絶縁マスクとし、
このマスク２ａにより選択されたシリコン基板部分に半
導体結晶を成長させてエピタキシャル層３を形成する。 半導体結晶の成長法としては、例えば有機金属気相エピ
タキシーや分子線エピタキシーを用いる。

【００１８】図２は、シリコン基板１の一方の主面１ａ
に形成された酸化シリコン膜２ａの一部を除去すること
で形成された絶縁マスクの平面視形状を示す。その酸化
シリコン膜２ａは、前記ＬＥＤアレイの形成位置を覆う
部分が帯状に除去されると共に、この帯状除去部分７の
長手方向（図２において左右方向）に沿う部分が、長手
方向間に間隔をおいて長方形状に除去されている。その
帯状除去部分７内と、その長方形除去部分８内とに半導
体結晶を成長させ、その帯状除去部分７内に前記ＬＥＤ
アレイを構成するためのエピタキシャル層３を成長させ
、その長方形除去部分８内にも同様の構造のエピタキシ
ャル層３′を成長させる。

【００１９】すなわち、シリコン基板１の一方の主面１
ａにおけるＬＥＤアレイの長手方向に沿う部分は、電極
の引き出し部が配置されるため、半導体結晶を成長させ
る必要はなく、酸化シリコン膜により覆うことも可能で
ある。しかし、絶縁マスクの帯状除去部分７に半導体結
晶を成長させる際に、その帯状除去部分７の長手方向に
沿う部分に半導体結晶を成長させないと、シリコン基板
１上において半導体結晶が成長する部分の面積が小さく
なりすぎてしまい、絶縁マスクの上に半導体結晶が成長
してしまう。そのような酸化シリコン膜２ａにより構成
される絶縁マスク上で成長した半導体結晶は結晶性が悪
く、帯状除去部分７において成長するエピタキシャル層
の結晶性を悪化させてしまう。

【００２０】これに対し、本発明方法によれば、絶縁マ
スクの帯状除去部分７の長手方向に沿う部分を長手方向
間に間隔をおいて除去し、この除去部分内にも半導体結
晶をエピタキシャル成長させているため、エピタキシャ
ル層における結晶性が悪化するのを防止でき、ＬＥＤ５
の発光特性を良好なものとできる。この際、絶縁マスク
の帯状除去部分７の長手方向に沿う部分を長手方向間に
間隔をおかずに除去すると、その部分に成長する半導体
結晶とシリコン基板１との熱膨張係数の相違によりリア
クターから取り出した際の基板１の反りが大きくなるた
め、絶縁マスクの帯状除去部分７の長手方向に沿う部分
は長手方向間に間隔をおいて除去するものとしている。

【００２１】なお、酸化シリコン膜２ａの一部を除去し
てマスクを形成する際、シリコン基板１の一方の主面１
ａよりも１μｍ〜２μｍ程度深めに堀り下げて除去する
ことにより、半導体発光装置４の厚み小さくすることが
でき好ましい。

【００２２】次に、図３に示すように、前記帯状除去部
分７内に成長したエピタキシャル層３を、長手方向間に
間隔をおいて複数部分に分離することでＬＥＤアレイを
構成する。この分離は例えばフォトエッチングにより行
なう。この際、長方形除去部分８内に形成されたエピタ
キシャル層３′も合わせて除去する。なお、長方形除去
部分８内に成長させたエピタキシャル層３′を除去せず
残してもよいが、除去した方が電極６ａの引き出し部の
屈曲がなくなり、電極６ａにクラックが生じるのを防止
できる。

【００２３】次に前記パッシベーション膜９を形成し、
しかる後に、図４に示すように電極６ａを形成する。最
後に、基板１の他方の主面１ｂ側の電極６ｂを形成する
。

【００２４】上記構成によれば、シリコン基板１の一方
の主面１ａと他方の主面１ｂの双方に熱酸化法により安
定した酸化シリコン膜２ａ、２ｂを形成しているので、
その酸化シリコン膜２ａ、２ｂ上に形成される自然酸化
膜を高温下で除去する際に、シリコン基板１や酸化シリ
コン膜２ａ、２ｂが容易に分解することはなく、エピタ
キシャル層３の内部へのシリコンの混入が低減され、エ
ピタキシャル層３の結晶性を良好なものとできる。これ
により、ＬＥＤ５の発光特性を良好なものとできる。

【００２５】そして、上記実施例によれば、シリコン基
板１の一方の主面１ａに形成された酸化シリコン膜２ａ
を絶縁マスクとすることで、シリコン基板１の一方の主
面１ａの必要部分のみを選択して半導体結晶をエピタキ
シャル成長させている。これにより、シリコン基板の一
方の主面の全面に半導体結晶を成長させる場合に比べ、
リアクターから取り出した際の温度変化による基板１の
反りが小さくなり、エピタキシャル層３にクラックが入
るのが防止されている。

【００２６】この際、絶縁マスクの帯状除去部分７内に
成長した単一のエピタキシャル層７を長手方向間に間隔
をおいて複数部分に分離することでＬＥＤアレイを構成
しているので、当初から個々のＬＥＤを構成する多数の
エピタキシャル層を成長させる場合に比べ、エピタキシ
ャル層における応力状態が均一なものとなり、エピタキ
シャル層における結晶性が悪化するのを防止でき、ＬＥ
Ｄの発光特性を良好なものとできる。

【００２７】また、絶縁マスクの長方形除去部分８内に
も半導体結晶がエピタキシャル成長するので、シリコン
基板１上において半導体結晶が成長する部分の面積が小
さくなりすぎることはなく、酸化シリコン膜２ａにより
構成される絶縁マスク上で結晶性の悪い半導体結晶が成
長してしまうのを防止でき、ＬＥＤ５を構成するエピタ
キシャル層３の結晶性に悪影響が及ぶことはない。

【００２８】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。

【００２９】例えば、上記実施例においては、帯状除去
部分７の長手方向に沿って除去された部分８は平面視長
方形とされると共に、前記電極６ａの引き出し部に対応
した数だけ配置されているが、その除去部分８の形状や
数は特に限定されるものではない。

【００３０】また、上記実施例においては、絶縁マスク
を構成する酸化シリコン膜を熱酸化法により形成したが
、例えばプラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜を形成
してもよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明方法によれば、シリコン基板の一
方の主面に形成する酸化シリコン膜を絶縁マスクとし、
必要部分のみを選択して半導体結晶をエピタキシャル成
長させてＬＥＤアレイを構成するので、リアクターから
取り出した際の温度変化による基板の反りを小さくし、
エピタキシャル層にクラックが入るのを防止できる。こ
れにより、シリコン基板の全面にＬＥＤアレイを形成す
ることが可能となる。

【００３２】また、絶縁マスクの帯状除去部分に成長し
たエピタキシャル層を長手方向間に間隔をおいて複数部
分に分離することでＬＥＤアレイを構成することで、Ｌ
ＥＤを構成するエピタキシャル層における結晶性が悪化
するのを防止し、ＬＥＤの発光特性を良好なものとでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体発光装置の製造工程の説明
図

【図２】本発明の実施例に係る絶縁マスクの平面構成図

【図３】本発明の実施例に係る半導体発光装置の製造工
程の説明図

【図４】本発明の実施例に係る半導体発光装置の製造工
程の説明図

【図５】本発明の実施例に係る半導体発光装置の構成を
示す斜視図

【図６】本発明の実施例に係る半導体発光装置の断面構
成を示す図

【符号の説明】

１　　シリコン基板 ２ａ　　酸化シリコン膜 ２ｂ　　酸化シリコン膜 ３　　エピタキシャル層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　シリコン基板の一方の主面に複数のＬ
   ＥＤアレイを設けるに際し、シリコン基板の主面に酸化
   シリコン膜を形成し、一方の主面に形成された酸化シリ
   コン膜の前記ＬＥＤアレイ形成位置を覆う部分を帯状に
   除去し、これにより一方の主面に形成された酸化シリコ
   ン膜を絶縁マスクとし、この絶縁マスクにより選択され
   たシリコン基板部分に半導体結晶をエピタキシャル成長
   させ、前記帯状除去部分内に成長したエピタキシャル層
   を長手方向間に間隔をおいて複数部分に分離することで
   前記ＬＥＤアレイを構成することを特徴とする半導体発
   光装置の製造方法。