JPH11121791A

JPH11121791A - 半導体装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH11121791A
Application number: JP27725997A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hamano; 広浜野; Mitsuhiko Ogiwara; 光彦荻原; Masumi Yanaka; 真澄谷中; Takaatsu Shimizu; 孝篤清水
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】横方向異常拡散を防止し、第１導電型の半導
体層に高密度に第２導電型の半導体領域を形成する。【解決手段】半絶縁性ＧａＡｓ基板１ｂ上にｎ型Ａｌ
ＧａＡｓ層１ａをエピタキシャル成長させた半導体基板
１上に、Ａｌ₂Ｏ₃膜２（拡散マスク膜）を成膜し、こ
のＡｌ₂Ｏ₃膜２に拡散開口部２ａを形成する
（（ａ）、（Ａ））。次にこの上にＺｎＯ−ＳｉＯ₂膜
からなる拡散源膜３を成膜し（ｂ）、その上にＡｌＮ膜
からなるアニールキャップ膜４を成膜する（ｃ）。次に
アニール処理により拡散開口部２ａにおいて拡散源膜３
からｎ型ＡｌＧａＡｓ層１ａにＺｎを拡散させ、ｐ型半
導体領域５を形成する（ｄ）。Ａｌ₂Ｏ₃膜２はｎ型Ａ
ｌＧａＡｓ層１ａに対し、密着性が良く、熱膨張係数が
近い値なので、アニール時の密着力不足、応力により発
生する横方向異常拡散を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、第１導電型の半導
体層に拡散法により第２導電型の半導体領域を選択的に
形成する、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）を同一半導体
層に複数形成してなるＬＥＤアレイに好適な半導体装置
およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＬＥＤアレイは電子写真プリンタのプリ
ンタヘッド等に用いられる。ＬＥＤアレイとしては、ｎ
型の砒化ガリウム（ＧａＡｓ）基板の表面にＧａＡｓ
_1-xＰ_x（ＧａＡｓとリンとの混晶、０＜ｘ＜１）層を
エピタキシャル形成した複合半導体基板を用い、ＧａＡ
ｓ_1-xＰ_x層であるｎ型半導体層に、ｐ型不純物である
亜鉛（Ｚｎ）を拡散させたｐ型半導体領域をプリンタド
ット密度により決まる所定のピッチで一列に形成し、ｐ
型半導体領域に個別にコンタクトするｐ側コンタクト電
極をｎ型半導体層上に設け、ＧａＡｓ基板またはｎ型半
導体層にコンタクトする共通ｎ側電極をＧａＡｓ基板の
裏面またはｎ型半導体層上に設けたものがある。上記の
ＬＥＤアレイにおいては、１個のｐ型半導体領域とこれ
に接合するｎ型半導体層とが１個のＬＥＤを構成し、上
記両電極間に電圧を印加するとｐｎ接合面近傍で発光現
象が起こる。ｐ側コンタクト電極には外部回路に接続す
るためのｐ側パッド電極が個別に一体形成されるため、
このＬＥＤアレイではＬＥＤと同じ数のｐ側パッド電極
が形成される。

【０００３】またｐ側パッド電極数を削減することがで
きるＬＥＤアレイとしては、マトリクス型ＬＥＤアレイ
がある。マトリクス型ＬＥＤアレイは、半絶縁性（ノン
ドープ）のＧａＡｓ基板の表面に上記のｎ型半導体層を
形成した複合基板を用い、ｎ型半導体層をＮ（Ｎは２以
上の整数）個のブロックに電気的に分割し、それぞれの
ｎ型半導体ブロックにＭ個のｐ型半導体領域を形成し、
ｐ型半導体領域に接続するＭ（Ｍは２以上の整数）個の
ｐ側パッド電極とｎ型半導体ブロックに接続するＮ個の
ｎ側パッド電極とを設け、Ｍ×Ｎ個のＬＥＤをｐ側パッ
ド電極およびｎ側パッド電極にマトリクス状に接続した
ものである。

【０００４】上記の共通ｎ側電極を有するＬＥＤアレイ
およびマトリクス型ＬＥＤアレイにおけるｐ型半導体領
域は、固相拡散工程により形成される。固相拡散工程
は、ｎ型半導体層の表面に、拡散開口部が形成された絶
縁膜である拡散マスク膜と、Ｚｎを含む拡散源膜と、ア
ニールキャップ膜とを積層形成し、アニール処理によ
り、拡散開口部の拡散源膜からＺｎをｎ型半導体層中に
選択的に拡散させるものである。拡散源膜およびアニー
ルキャップ膜は、アニール処理のあとに除去される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらＺｎ等の
不純物を拡散源膜からＧａＡｓ系の半導体層中に選択的
に固相拡散させる上記固相拡散工程においては、半導体
層と拡散マスク膜との密着性や熱膨張係数の違い等に起
因して、横方向の異常拡散が発生することがあり、横方
向の異常拡散を防止することができる技術を確立するこ
とが課題となっている。

【０００６】ドット密度１２００［ｄｐｉ］に対応する
ＬＥＤアレイにおいては、ｐ型半導体領域（発光部とも
称する）のピッチ寸法は約２１［μｍ］となり、また発
光部と発光部の間にブロック分離のための例えば分離溝
などを形成するため、発光部幅のマージンが非常に厳し
くなっており、固相拡散工程において横方向の異常拡散
が発生すると、分離溝において光漏れが発生したり、隣
接する発光部がつながってしまうという不具合を生じ
る。また、横方向の異常拡散を考慮して、拡散開口部の
寸法を小さくした場合、フォトリソ工程やエッチング工
程における加工上の精度が厳しくなったり、拡散が入り
にくくなったりするという不具合を生じる。従って、高
密度（例えば１２００［ｄｐｉ］）のＬＥＤアレイの製
造においては固相拡散工程における横方向の異常拡散を
防止することが不可欠である。

【０００７】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、横方向異常拡散を防止することができ、Ｇ
ａＡｓ系の第１導電型の半導体層に高密度に第２導電型
の半導体領域を形成することができる半導体装置の製造
方法を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、表面が第１導電型の半導体層である半導
体基板の前記表面上に、開口部を有する拡散マスク膜を
形成する工程と、前記拡散マスク膜を形成した前記半導
体基板上に、第２導電型不純物を含む拡散源膜を形成す
る工程と、アニール処理により前記開口部に形成された
前記拡散源膜から前記不純物を前記半導体層に拡散さ
せ、前記半導体層に第２導電型の半導体領域を形成する
工程とを含む半導体装置の製造方法において、前記第１
導電型の半導体層を、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０＜ｘ＜
１）層またはＧａＡｓ層とし、前記拡散マスク膜を、Ａ
ｌ₂Ｏ₃膜としたことを特徴とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の半導
体装置の製造工程における固相拡散工程を説明する図で
ある。図１において（ａ）〜（ｄ）は製造途中の半導体
装置の断面図であり、また（Ａ）は（ａ）の断面図であ
る。半導体基板１は、半絶縁性（ノンドープ）のＧａＡ
ｓ基板である下地基板１ｂに、半絶縁性（ノンドーブ）
のＧａＡｓエピタキシャル層１ｃを形成し、ｎ型Ａｌ_x
Ｇａ_1-xＡｓ（ＧａＡｓとアルミニウム（Ａｌ）との混
晶、ｘは混晶比：０＜ｘ＜１）層１ａ（ｎ型半導体層）
をエピタキシャル成長させた複合基板である。ｎ型Ａｌ
_xＧａ_1-xＡｓ層１ａは、例えば、ｎ型不純物となるシ
リコン（Ｓｉ）をドープしたｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓエ
ピタキシャル層である。ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１ａ
の厚さは、例えば３［μｍ］とする。ＧａＡｓエピタキ
シャル層１ｃは、下地基板１ｂと、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-x
Ａｓ層１ａとの熱膨張係数の違いにより、ｎ型Ａｌ_xＧ
ａ_1-xＡｓ層１ａ中に発生する応力を緩和するバッファ
層となるため、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１ａ中に発生
するクラックや結晶欠陥を防止する。厚さは応力を緩和
するように調節され、特に規定しないが、例えば約１０
００［Å］である。また、ＧａＡｓエピタキシャル層１
ｃは、ここでは半絶縁性（ノンドープ）とする。

【００１０】まず、図１（ａ）および（Ａ）に示すよう
に、半導体基板１のｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１ａ上
に、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）膜２（拡散マスク
膜）を成膜し、このＡｌ₂Ｏ₃膜２に周知のフォトリソ
法およびエッチング法により拡散開口部２ａを形成す
る。Ａｌ₂Ｏ₃膜２（拡散マスク膜）はｎ型Ａｌ_xＧａ
_1- _xＡｓ層１ａ（ｎ型半導体層）との密着性が良い。ま
たＡｌ₂Ｏ₃膜２は、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１ａに
近い熱膨張係数を有する。Ａｌ₂Ｏ₃膜２はＲＦスパッ
タリング法等により例えば約２０００［Å］の厚さに成
膜される。

【００１１】次に、図１（ｂ）に示すように、拡散マス
ク膜の形成が済んだ半導体基板上に、ｐ型不純物を含む
拡散源膜３を成膜する。拡散源膜３は熱膨張係数がｎ型
Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１ａに近い膜であることが望まし
く、このような膜としてｐ型不純物となるＺｎを含むＺ
ｎＯ−ＳｉＯ₂膜（酸化亜鉛（ＺｎＯ）と二酸化ケイ素
（ＳｉＯ₂）の混合膜）を用いる。ＺｎＯ−ＳｉＯ₂膜
はスパッタリング法により例えば約３５０［Å］の厚さ
に成膜される。

【００１２】次に、図１（ｃ）に示すように、拡散源膜
３上にアニールキャップ膜４を成膜する。アニールキャ
ップ膜４は拡散源膜３からＺｎを効率よくｎ型Ａｌ_xＧ
ａ_1- _xＡｓ層１ａ中に拡散させるために設けられる。ア
ニールキャップ膜４は熱膨張係数がｎ型Ａｌ_xＧａ_1-x
Ａｓ層１ａに近い膜であることが望ましく、このような
膜としてはＡｌ₂Ｏ₃膜または窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）膜がある。ここではアニールキャップ膜４としてＡ
ｌＮ膜を用いる。ＡｌＮ膜はスパッタリング法により例
えば約１０００［Å］の厚さに成膜される。

【００１３】次に、図１（ｄ）に示すように、拡散アニ
ール処理により、拡散開口部２ａにおいて拡散源膜３か
らｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１ａにＺｎを拡散させ、ｐ
型半導体領域５を形成する。拡散アニール処理は、例え
ば石英製の開管アニール炉内に半導体基板１を設置し、
開管アニール炉内に窒素を流しながら半導体基板１を加
熱する。発明者の実験によれば、例えば約６５０［℃］
で１時間程度アニールすることによって、ｎ型Ａｌ_xＧ
ａ_1-xＡｓ層１ａに形成されるｐ型半導体領域の深さす
なわちＺｎの拡散深さは約１．５［μｍ］となる。この
とき拡散深さＸj に対する横方向拡散長Ｘs の比は１程
度に抑えられ、横方向の異常拡散は発生しない。

【００１４】拡散アニール処理において、拡散マスク膜
のｎ型半導体層に対する密着力が小さいこと、および主
に拡散マスク膜とｎ型半導体層の熱膨張係数の違いに起
因して（厳密には拡散源膜３およびアニールキャップ膜
４とｎ型半導体層の熱膨張係数の違いも影響する）、拡
散マスク膜とｎ型半導体層の間に生じる応力が大きいこ
とは、横方向の異常拡散を発生させる大きな原因と考え
られる。本発明は固相拡散によりｐ型半導体領域５が形
成されるｎ型半導体層およびｎ型半導体層に密着形成さ
れる拡散マスク膜の材料として、互いの密着性が高く熱
膨張係数が近い材料を用い、さらに拡散源膜３とアニー
ルキャップ膜４として、ｎ型半導体層と熱膨張係数が近
い材料を用いることにより、横方向異常拡散を防止でき
るようにしたことを特徴とする。ｎ型半導体層としてｎ
型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１ａを用い、拡散マスク膜とし
てｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１ａに対する密着力が大き
く、熱膨張係数がｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１ａに近い
Ａｌ₂Ｏ₃膜２を用い、さらに拡散源膜３としてＺｎＯ
−ＳｉＯ₂膜を用い、アニールキャップ膜４としてＡｌ
Ｎ膜を用いることにより、拡散アニール処理において、
ｎ型半導体層と拡散マスク膜とをしっかり密着させ、ｎ
型半導体層と拡散マスク膜の間に生じる応力を小さくす
ることが可能となり、横方向異常拡散を防止し、拡散深
さＸj に対する横方向拡散長Ｘs の比を１程度に抑える
ことができる。

【００１５】図２は本発明の製造方法を適用したマトリ
クス型のＬＥＤアレイ１９の構造を摸式的に示す図であ
る。なお、（ａ）は、ＬＥＤアレイ１９の層間絶縁膜３
０を取り除いた状態を示した上面図である。（ｂ）は
（ａ）におけるＷ−Ｗ線、（ｃ）は（ａ）におけるＸ−
Ｘ線、（ｄ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ線に沿って切断し
た位置に対応する切り口断面を示す図で、層間絶縁膜３
０を設けた状態で示してある。なお、（ｂ）は発光部
（ｐ型拡散領域）２０とｐ側個別電極２６と電極配線３
２の接続構造を説明するための図であり、（ｃ）は分離
領域２２の構造を示す図であり、（ｄ）はｎ型半導体層
とｎ側電極２８との接続構造を説明するための図であ
る。

【００１６】図２に示すマトリクス型のＬＥＤアレイ１
９では、下地基板としての半絶縁性（ノンドープ）Ｇａ
Ａｓ基板２１ｂ上に、ノンドープのＧａＡｓ層２１ｃ
と、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２１ａとを、それぞれエ
ピタキシャル成長させた半導体基板２１を用いる。

【００１７】ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２１ａにおける
Ａｌの混晶比ｘは、所望する発光波長によって調節す
る。例えば波長７６０［ｎｍ］近傍の赤色光を得るに
は、組成比ｘを０．１５とする。なお、ここでは、ｎ型
Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２１ａの厚さを３［μｍ］とす
る。

【００１８】ノンドープのＧａＡｓ層２１ｃは、下地基
板２１ｂとｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２１ａとの熱膨張
係数の違いにより、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２１ａに
発生する応力を緩和するバッファ層となるため、ｎ型Ａ
ｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２１ａ中に発生するクラックや結晶
欠陥を防止する。厚さは応力を緩和するように調節さ
れ、特に規定しないが、例えば約１０００［Å］であ
る。

【００１９】ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２１ａには、発
光部（ｐ型拡散領域）２０を所定の個数ごとのグループ
に分けるために、分離領域２２が設けられている。ここ
では、分離領域２２を分離溝で構成した例を示してい
る。ここでは、発光部２０が４個ずつで１つのブロック
を構成するように複数個の分離溝を設けた。したがっ
て、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２１ａは、それぞれ４個
の発光部２０を含む複数のブロック領域（ここでは第１
〜第３ブロック領域２３ａ、２３ｂ、２３ｃとする）２
３に電気的に分離されている。

【００２０】分離領域２２は、発光部２０の間に、ｐ側
個別電極２６と平行に設置してあり、溝の深さは、ｎ型
Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２１ａ表面から下地基板２１ｂ中
までとしているが、ブロック領域２３（２３ａ、２３
ｂ、２３ｃ）が互いに電気的に分離できれば、ノンドー
プのＧａＡｓ層２１ｃ中までとしてもよい。

【００２１】次に、電極配線３２の構成について説明す
る。ＬＥＤアレイ１９では、各ブロック領域２３から１
つずつ選ばれた発光部２０に対して、共通の１つの電極
配線３２を対応させることにより、全てのブロック領域
２３（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ）内の発光部２０に個別
電極２６を介してそれぞれ接続された複数の電極配線３
２を設けている。

【００２２】ＬＥＤアレイ１９では、１つのブロック領
域２３内のｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２１ａの表面に
は、４個の発光部（ｐ型拡散領域）２０を設けているの
で、電極配線３２もｐ型拡散領域２０と同数の４個を配
設してある。図２では、４つの電極配線３２をそれぞれ
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄの符号で示す。また、
図２では、１つのブロック領域２３内の４つの個別電極
２６をそれぞれ、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの符
号で示す。そして、１つのブロック領域２３内の各ｐ型
拡散領域２０は、専用の個別電極２６を介して、それぞ
れ異なる電極配線３２と接続している。そして、４つの
電極配線３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは、それぞれ
別個に、少なくとも１個の個別電極用電極パッド（図示
せず）に接続されている。

【００２３】また、ＬＥＤアレイ１９では、電極配線３
２ａと各ブロック領域２３の個別電極２６ａとが配線接
続部３３ａを介して電気的に接続されており、電極配線
３２ｂと各ブロック領域２３の個別電極２６ｂとが配線
接続部３３ｂを介して電気的に接続されており、電極配
線３２ｃと各ブロック領域２３の個別電極２６ｃとが配
線接続部３３ｃを介して電気的に接続されており、電極
配線３２ｄと各ブロック領域の個別電極２６ｄとが配線
接続部３３ｄを介して電気的に接続されている。個別電
極２６と電極配線３２との間には層間絶縁膜３０が設け
られている（図２の（ｂ））。

【００２４】また、ブロック領域２３（２３ａ、２３
ｂ、２３ｃ、２３ｄ）内では、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ
層２１ａ上に、このｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２１ａと
電気的に接続されたｎ側電極２８を設けており、このｎ
側電極２８（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ）はｎ側電極パッ
ド２９に接続されている。

【００２５】このＬＥＤアレイ１９は、各ブロック領域
２３内の個別電極２６の１つを電極配線３２に接続する
方式、すなわち、マトリクス配線方式を採っているの
で、個別電極用電極パッド（図示せず）の個数を、個別
電極２６の個数より大幅に低減することが可能となる。

【００２６】発光部を発光させるときは、ｎ側電極２８
と、個別電極２６を接続した電極配線３２を選択して、
電圧を印加することにより、所定のＬＥＤの発光をｏｎ
／ｏｆｆ制御することができる。

【００２７】次に、マトリクス型のＬＥＤアレイ１９に
おける発光部を形成するための固相拡散工程に、図１に
示す実施の形態１の固相拡散工程を適用する場合、すな
わち、図２に示す半導体基板２１と発光部２０と絶縁膜
２４からなる構造を、図１に示す固相拡散工程によって
形成する場合について、以下に説明する。

【００２８】図１において、半導体基板１のｎ型Ａｌ_x
Ｇａ_1-xＡｓ層１ａの表面に形成した、Ａｌ₂Ｏ₃膜２
（拡散マスク膜）と拡散開口部２ａ（図１（ａ）参照）
は、図２における半導体基板２１のｎ型Ａｌ_xＧａ_1-x
Ａｓ層２１ａの表面に形成した、絶縁膜２４と拡散開口
部２４ａにそれぞれ対応する。図１に示したように、拡
散源膜（ＺｎＯ−ＳｉＯ₂膜）３とアニールキャップ膜
（ＡｌＮ膜）４を、図２における半導体基板２１のｎ型
Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２１ａの表面に形成したＡｌ₂Ｏ
₃からなる絶縁膜（拡散マスク膜）２４上および拡散開
口部２４ａに、順に形成する。

【００２９】さらに、図１における拡散アニール処理に
よって、ｐ型不純物Ｚｎが拡散したｐ型半導体領域５
は、図２におけるｐ型拡散領域２０に相当する。ただ
し、図１で示す固相拡散工程において形成された拡散源
膜（ＺｎＯ−ＳｉＯ₂膜）３とアニールキャップ膜（Ａ
ｌＮ膜）４は、拡散後、エッチングなどによって除去す
る。拡散源膜３とアニールキャップ膜４は全面的に除去
してもよいし、拡散開口部２ａの部分だけ除去してもよ
い。拡散源膜３とアニールキャップ膜４は絶縁膜なの
で、少なくとも、ｐ型半導体領域５とｐ側電極（図示し
ていない）とを電気的に接続する部分は、拡散源膜３と
アニールキャップ膜４を除去する必要がある。したがっ
て、拡散源膜３とアニールキャップ膜４を全面的に除去
した場合、図２における絶縁膜２４は、図１におけるＡ
ｌ₂Ｏ₃膜（拡散マスク膜）２に相当し、拡散源膜３と
アニールキャップ膜４を拡散開口部２４ａだけ除去した
場合、図２における絶縁膜２４は、図１におけるＡｌ₂
Ｏ₃膜（拡散マスク膜）２と拡散源膜（ＺｎＯ−ＳｉＯ
₂膜）３とアニールキャップ膜（ＡｌＮ膜）４とが積層
したものに相当する。この場合、絶縁膜２４の絶縁性は
増加し、ｐ−ｎ間でのショートは発生しにくくなる。

【００３０】以上説明したように本発明の実施の形態の
固相拡散工程をマトリクス型ＬＥＤアレイに適用するこ
とにより、横方向異常拡散を生じることなく、拡散深さ
Ｘj（例えば＝１．５［μｍ］）に対する横方向拡散長
の比を１程度に抑えることができるので、拡散開口部の
幅を十分に広くしても、発光部となるｐ型拡散領域２０
の間隔を広くすることができる。また、分離領域２２を
容易に形成することができ、隣接する発光部同士がつな
がってしまったりすることなく、高密度のＬＥＤアレイ
を製造することができる。

【００３１】このように、半絶縁性（ノンドープ）のＧ
ａＡｓ基板１ｂを下地として、半絶縁性（ノンドープ）
のＧａＡｓエピタキシャル層１ｃを形成し、ｎ型Ａｌ_x
Ｇａ_1-xＡｓ（ＧａＡｓとアルミニウムＡｌとの混晶、
ｘは混晶比：０＜ｘ＜１）層１ａをエピタキシャル成長
させた半導体基板１を用い、拡散マスク膜として、Ａｌ
₂Ｏ₃膜２を用い、さらに拡散源膜３としてＺｎＯ−Ｓ
ｉＯ₂膜を、またアニールキャップ膜４としてＡｌＮ膜
を用いた膜構造による固相拡散方式によって、横方向異
常拡散を防止し、拡散深さに対する横方向拡散長の比を
１程度に抑えることができる。

【００３２】また、本発明の実施の形態をＬＥＤアレイ
の製造工程における発光部形成のための固相拡散工程に
適用することにより、高密度のＬＥＤアレイを製造する
ことができる。なお、上述したマトリクス型ＬＥＤアレ
イでは、電極配線３２ａと個別配線２６との接続におい
て、各ブロック領域２３の左端の個別電極２６ａを選択
して電極配線３２ａと接続する例について示したが、こ
のような接続に限定されるものではなく、例えば電極配
線３２ａに第２ブロック領域２３ｂの個別電極２６ｂ、
第３ブロック領域２３ｃの個別電極２６ａが接続されて
いてもよい。この場合、第２ブロック領域２３ｂの個別
電極２６ａは別の電極配線３２に接続する。

【００３３】また、本発明の実施の形態を適用するＬＥ
Ｄアレイは、上述したマトリクス型ＬＥＤアレイに限定
されるものではなく、従来の共通のｎ側電極を有するＬ
ＥＤアレイにも適用される。

【００３４】図３は、共通ｎ側電極を有するＬＥＤアレ
イ９の構造を示す図であり、（ａ）はＬＥＤアレイ９の
上面図である。（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ線、
（ｃ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ線に沿って切断した位置
に対応する切り口断面を示す図である。なお、（ｂ）は
ｐ型拡散領域１０とｐ側電極１６との接続および共通ｎ
側電極１５の構造を説明するための図であり、（ｃ）は
ｐ型拡散領域１０のアレイ方向の配置を説明するための
図である。

【００３５】半絶縁性（ノンドープ）ＧａＡｓ基板であ
る下地基板１１ｂ上に、ノンドープのＧａＡｓ層１１ｃ
と、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１１ａとを、それぞれエ
ピタキシャル成長させた半導体基板１１を用いる。ｎ型
Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１１ａ上に形成された発光部（ｐ
型拡散領域）１０と、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１１ａ
上に形成され、発光部１０を露出させる拡散開口部１４
ａを有する絶縁膜１４と、拡散開口部１４ａにおいて、
ｐ型拡散領域１０に個別に電気的に接続するｐ側個別電
極１６、および絶縁膜１４上に形成されたｐ側電極パッ
ド１８と、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１１ａ上に、この
ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１１ａと電気的に接続された
共通ｎ側電極１５を設けており、この共通ｎ側電極１５
は共通電極パッド（図示せず）に接続されている。この
場合も、本発明の実施の形態の固相拡散工程をそのまま
適用することができ、高密度ＬＥＤの製造が容易にでき
る。

【００３６】なお、半導体基板１における下地基板１ｂ
は、半絶縁性ＧａＡｓ基板でなく、ｎ型ＧａＡｓ基板で
もよい。この場合、マトリクス型ＬＥＤに適用する場
合、バッファ層であるノンドープのエピタキシャル半導
体層はブロック間の電気的分離が十分に行えるように十
分厚くする必要がある。

【００３７】また、上記実施の形態における半導体基板
１では、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１ａと下地基板１ｂ
の間のバッファ層となるＧａＡｓ層１ｃは、ノンドープ
のエピタキシャル層に限らず、ｎ型半導体でもｐ型半導
体でもよい。また、バッファ層となるＧａＡｓ層１ｃ
は、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１ａにクラックや結晶欠
陥が発生しないようであれば、設置しなくてもよい。ま
た、半導体基板１がｎ型半導体となる場合、図３に示し
たＬＥＤアレイは裏面に共通ｎ側電極を形成してもよ
い。

【００３８】また、上記実施の形態においては、半導体
基板１において、ｎ型半導体層として、ｎ型Ａｌ_xＧａ
_1-xＡｓを用いたが、この層はＡｌ_xＧａ_1-xＡｓに限
られるものではなく、例えば、赤外光の発光波長を得る
ときは、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓの代わりにＧａＡｓ層を用
いてもよい。この場合、半絶縁性ＧａＡｓ基板１ｂの上
に、バッファ層であるノンドープのＧａＡｓエピタキシ
ャル層１ｃが形成され、このバッファ層の上にｎ型Ｇａ
Ａｓエピタキシャル層が形成されるので、熱膨張係数の
差が発生しにくく、応力によるクラックや結晶欠陥の少
ない良質な層が得られるという利点もある。

【００３９】また、上記実施の形態においては、下地基
板としてＧａＡｓ基板１ｂを有する半導体基板１を用い
たが、図４に示す半導体基板４１を用いても良い。半導
体基板４１は、下地基板４１ｂとして、高抵抗（ノンド
ープ）シリコン（Ｓｉ）基板を用い、その上に半絶縁性
半導体層４１ｃをエピタキシャル成長させ、半絶縁性半
導体層４１ｃの上にｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１ａ（ｎ
型半導体層）をエピタキシャル成長させたものである。

【００４０】半絶縁性半導体層４１ｃは高抵抗Ｓｉ基板
４１ｂとｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１ａの間を絶縁する
ために設けられている。半絶縁性半導体層４１ｃは高抵
抗Ｓｉ基板４１ｂ上にエピタキシャル成長させた半絶縁
性ＧａＡｓ層（図示せず）と、その上にエピタキシャル
成長させた半絶縁性Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ層（図示せず）
からなる。半絶縁性Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ層は、良質なｎ
型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１ａを形成するため、および絶
縁性を向上させるための設けられたものであり、なくて
もよい。ここで、半絶縁性Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ層のＡｌ
混晶比ｙはＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ層のＡｌ混晶比ｘよりも
大きい値、例えばｘ＝０．１５に対してｙ＝０．２５と
する。半絶縁性半導体層４１ｂの半絶縁性ＧａＡｓ層の
厚さは、例えば、約１［μｍ］、半絶縁性Ａｌ_yＧａ
_1-yＡｓ層の厚さは、例えば、約０．５［μｍ］とす
る。また、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層１ａの厚さは例え
ば３［μｍ］とする。

【００４１】この半導体基板４１においても、本発明の
実施の形態１と同様の固相拡散工程を用いることによっ
て、良好な形状のｐ型拡散領域（ｐ型半導体領域５、図
４（ｂ）参照）を得ることができる。この場合、基板構
成が異なるので、横方向拡散長は、実施の形態１と比較
して若干大きくなるが、拡散深さＸj に対する横方向拡
散長Ｘs の比を２程度に抑えられる。また、下地基板４
１ｃとしてＳｉ基板を用いているので、ウエハの割れや
欠けが発生しにくい。

【００４２】したがって、製造工程でのハンドリング、
さらには自動化が容易になる。さらにダイシング工程に
おいては、ダイシング速度を速くすることができるので
スループットが大幅に向上する。チップカット工程にお
いては、ウエハの破損が少なくなるので、精度の高いカ
ッティングが可能となる。また、従来の化合物半導体基
板では実現できなかった、大口径のウエハが実現可能な
ので、チップ長を従来より長くすることができるなど、
種々の利点がある。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｇ
ａＡｓ系の第１導電型（例えばｎ型）の半導体層とし
て、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層またはＧａＡｓ層を用い、第
１導電型半導体層上に形成される絶縁膜（拡散マスク
膜）としてＡｌ₂Ｏ₃膜を用い、第２導電型（例えばｐ
型）不純物（Ｚｎ）を含んだ拡散源膜としてＺｎＯ−Ｓ
ｉＯ₂膜を用い、アニールキャップ膜としてＡｌＮを用
いた固相拡散により、絶縁膜の開口部から第２導電型
（例えばｐ型）不純物を第１導電型の半導体層に選択的
に拡散させることができ、横方向異常拡散を防止するこ
とができるという効果がある。これにより、第１導電型
の半導体層に、第２導電型の半導体領域を高密度に形成
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の半導体装置の製造工程に
おける固相拡散工程を説明する図である。

【図２】マトリクス型ＬＥＤアレイの構造を模式的に示
す図である。

【図３】共通ｎ側電極を有するＬＥＤアレイの構造を示
す図である。

【図４】本発明の実施の形態に用いられる他の半導体基
板の構造を示す図である。

【符号の説明】

１，１１，２１，４１半導体基板、１ａ，１１ａ，
２１ａ，４１ａｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層、１ｂ，
１１ｂ，２１ｂ半絶縁性ＧａＡｓ基板、１ｃ，１１
ｂ，２１ｃ半絶縁性ＧａＡｓ層、２Ａｌ₂Ｏ₃膜
（拡散マスク膜）、２ａ，１４ａ，２４ａ拡散開口
部、３ＺｎＯ−ＳｉＯ₂膜（拡散源膜）、４Ａ
ｌＮ膜（アニールキャップ膜）、５ｐ型半導体領
域、９，１９ＬＥＤアレイ、１０，２０発光部
（ｐ型拡散領域）、１４，２４絶縁膜、４１ｂ高
抵抗Ｓｉ基板、４１ｃ半絶縁性半導体層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水孝篤東京都港区虎ノ門１丁目７番12号沖電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下地基板上に少なくとも一層の第１導電
型の半導体層を有する半導体基板と、前記第１導電型の半導体層上に形成された、開口部を有
する絶縁膜と、前記開口部から第２導電型不純物を拡散させることによ
り前記開口部下の前記半導体層に選択的に形成された第
２導電型の半導体領域とを備え、前記第１導電型の半導体層が、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０
＜ｘ＜１）層またはＧａＡｓ層であり、前記絶縁膜が、Ａｌ₂Ｏ₃膜であることを特徴とする半
導体装置。
【請求項２】前記半導体基板が、第１導電型または半
絶縁性のＧａＡｓである前記下地基板上に、表面が前記
第１導電型のＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０＜ｘ＜１）層また
はＧａＡｓ層であるエピタキシャル層を形成した複合基
板であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】前記エピタキシャル層が、第１導電型ま
たは半絶縁性のＧａＡｓである前記下地基板の側に、半
絶縁性のＧａＡｓ層を有することを特徴とする請求項２
記載の半導体装置。
【請求項４】前記半導体基板が、第１導電型または高
抵抗のＳｉである前記下地基板上に、表面が前記第１導
電型のＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層またはＧａＡｓ層であるエ
ピタキシャル層を形成した複合基板であることを特徴と
する請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】前記エピタキシャル層が、第１導電型ま
たは高抵抗のＳｉである前記下地基板の側に、半絶縁性
のＧａＡｓ層、あるいは半絶縁性のＧａＡｓ層および半
絶縁性のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ（ｘ＜ｙ＜１）層を有する
ことを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】前記半導体装置が、前記第１導電型の半
導体層に前記第２導電型の半導体領域である発光部を所
定の間隔で複数形成してなる発光素子アレイであること
を特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】表面が第１導電型の半導体層である半導
体基板の前記表面上に、開口部を有する拡散マスク膜を
形成する工程と、前記拡散マスク膜を形成した前記半導体基板上に、第２
導電型不純物を含む拡散源膜を形成する工程と、アニール処理により前記開口部に形成された前記拡散源
膜から前記不純物を前記半導体層に拡散させ、前記半導
体層に第２導電型の半導体領域を形成する工程とを含む
半導体装置の製造方法において、前記第１導電型の半導体層を、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０
＜ｘ＜１）層またはＧａＡｓ層とし、前記拡散マスク膜を、Ａｌ₂Ｏ₃膜としたことを特徴と
する半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記不純物を、Ｚｎとし、前記拡散源膜として、ＺｎＯとＳｉＯ₂の混合物膜を用
いたことを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項９】前記アニール処理工程の前に、前記拡散
源膜上にアニールキャップ膜を成膜する工程をさらに含
み、前記アニールキャップ膜として、Ａｌ₂Ｏ₃膜またはＡ
ｌＮ膜を用いたことを特徴とする請求項７記載の半導体
装置の製造方法。
【請求項１０】前記半導体基板が、第１導電型または
半絶縁性のＧａＡｓである下地基板上に、表面が前記第
１導電型のＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層またはＧａＡｓ層であ
るエピタキシャル層を形成した複合基板であることを特
徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】前記エピタキシャル層が、第１導電型
または半絶縁性のＧａＡｓである前記下地基板の側に、
半絶縁性のＧａＡｓ層を有することを特徴とする請求項
１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】前記半導体基板が、第１導電型または
高抵抗のＳｉである下地基板上に、表面が前記第１導導
電型のＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層またはＧａＡｓ層であるエ
ピタキシャル層を形成した複合基板であることを特徴と
する請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】前記エピタキシャル層が、第１導電型
または高抵抗のＳｉである前記下地基板の側に、半絶縁
性のＧａＡｓ層、あるいは半絶縁性のＧａＡｓ層および
半絶縁性のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ（ｘ＜ｙ＜１）層を有す
ることを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項１４】前記半導体装置が、前記第１導電型の
半導体層に前記第２導電型の半導体領域である発光部を
所定の間隔で複数形成してなる発光素子アレイであるこ
とを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。