JPH11186589A

JPH11186589A - 半導体発光装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH11186589A
Application number: JP35584797A
Authority: JP
Inventors: Akira Watanabe; 暁渡辺
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 1999-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】電極を接続する層の厚みが不均一になって発
光ダイオードの駆動電圧が不均一になるという問題があ
った。【解決手段】基板上に、化合物半導体から成る一導電
型半導体層と逆導電型半導体層を積層して設け、この一
導電型半導体層に共通電極を接続して設けると共に、前
記逆導電型半導体層に個別電極を接続して設けた半導体
発光装置において、前記基板と一導電型半導体層との間
に、一導電型半導体不純物を高濃度に含有するシリコン
層を設け、このシリコン層に前記共通電極を接続して設
けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光装置とそ
の製造方法に関し、特にページプリンタ用感光ドラムの
除電用光源などに用いられる半導体発光装置とその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
の半導体発光装置を図３および図４に示す。図４は、図
３のＡ−Ａ線断面図である。図３および図４において、
２１は半導体基板、２２は島状半導体層、２３は個別電
極、２４は共通電極である。

【０００３】半導体基板２１は、例えばシリコン（Ｓ
ｉ）などの単結晶半導体基板などから成る。島状半導体
層２２は、ガリウム砒素やアルミニウムガリウム砒素な
どの化合物半導体層などから成り、一導電型不純物を含
有する層２２ａと逆導電型不純物を含有する層２２ｂか
ら成る。一導電型不純物を含有する層２２ａと逆導電型
不純物を含有する層２２ｂの界面部分で半導体接合部が
形成される。この島状半導体層２２は、例えばＭＯＣＶ
Ｄ（有機金属化学気相成長）法やＭＢＥ（電子ビームエ
ピタキシ）法でガリウム砒素やアルミニウムガリウム砒
素などから成る単結晶半導体層を形成した後に、メサエ
ッチングなどによって島状に形成される。

【０００４】島状半導体層２２の表面部分には、例えば
窒化シリコン膜（ＳｉｘＮｙ）などから成る保護膜２５
が形成されており、この保護膜２５上には、例えば金
（Ａｕ）などから成る個別電極２３が形成されている。
この個別電極２３は、保護膜２５に形成されたスルーホ
ールを介して逆導電型不純物を含有する半導体層２２ｂ
に接続されており、逆導電型不純物を含有する層２２ｂ
の上面部分から壁面部分を経由して、半導体基板２１の
端面近傍まで、隣接する島状半導体層２２ごとに交互に
他の端面側に延在するように形成されている。また、半
導体基板２１の主面側のほぼ全面には共通電極２４が形
成されている。

【０００５】島状半導体層２２、個別電極２３および共
通電極２４で個々の発光ダイオードが構成され、この発
光ダイオードは半導体基板２１上に一列状に並ぶように
形成される。この場合、例えば個別電極２３が発光ダイ
オードのアノード電極となり、共通電極２４がカソード
電極となる。なお、個別電極２３はその広幅部分におい
て外部回路とボンディングワイヤなどで接続される。

【０００６】このような発光ダイオードアレイでは、例
えば個別電極２３から共通電極２４に向けて順方向に電
流を流すと、逆導電型不純物を含有する層２２ｂには電
子が注入され、一導電型不純物を含有する層２２ａには
正孔が注入される。これらの少数キャリアの一部が多数
キャリアと発光再結合することによって光を生じる。ま
た、列状に形成された発光素子のいずれかの個別電極２
３を選択して電流を流して発光させることにより、例え
ばページプリンタ用感光ドラムの除電用光源として用い
られる。

【０００７】ところが、この従来の発光ダイオードアレ
イでは、半導体基板２１の表面側に形成した島状半導体
層２２上に、個別電極２３を設けると共に、半導体基板
２１の裏面側に共通電極２４を設けていることから、個
別電極２３と共通電極２４の形成工程が２回になり、製
造工程が煩雑であるという問題があった。また、個別電
極２３と共通電極２４が半導体基板２１の表裏両面にあ
ると、ワイヤボンディング法などによって外部回路と接
続する際にも、その接続作業が困難であるという問題が
あった。

【０００８】そこで、本出願人は、図５および図６に示
すように、半導体基板２１上に、一導電型不純物を含有
する下層半導体層２２ａを設けると共に、この下層半導
体層２２ａ上に逆導電型不純物を含有する上層半導体層
２２ｂを下層半導体層２２ａよりも小面積となるように
設け、下層半導体層２２ａの露出部分Ｒに共通電極２４
ａ、２４ｂを接続して設け、上層半導体層２２ｂに個別
電極２３を接続して設けることを提案した。

【０００９】このように構成すると、半導体基板２１の
同じ側に個別電極２３と共通電極２４ａ、２４ｂを設け
ることができ、個別電極２３と共通電極２４ａ、２４ｂ
を一回の工程で同時に形成できることから発光ダイオー
ドアレイの製造工程が簡略化されると共に、個別電極２
３と共通電極２４ａ、２４ｂが同じ側に位置することか
らワイヤボンディング法などによる外部回路との接続作
業も容易になる。なお、図６中、２５は窒化シリコン膜
などから成る絶縁膜である。

【００１０】また、図７に示すように、共通電極２４
ａ、２４ｂは隣接する島状半導体層２２ごとに異なる群
に属するように二群に分けて設けられ、個別電極２３は
隣接する島状半導体層２２が同じ個別電極２３に接続さ
れるように設けられている。

【００１１】このように共通電極２４ａ、２４ｂを二群
に分けて設け、隣接する島状半導体層２２が同じ個別電
極に接続されるように個別電極２３を設けると、電極パ
ターンが簡素化され、電極の短絡などを防止できると共
に、発光ダイオードを高精細化させても、これら電極２
３と外部回路との接続面積を大きくとることができると
いう利点がある。

【００１２】このような発光ダイオードアレイでは、個
別電極２３と共通電極２４ａ、２４ｂの組み合わせを選
択して電流を流すことによって、各発光ダイオードを選
択的に発光させる。

【００１３】この従来の発光ダイオードアレイでは、下
層半導体層２２ａに共通電極２４ａ、２４ｂを接続する
際に、下層半導体層２２ａ中のコンタクト層２２ａ’を
上層半導体層２２ｂから露出させて、この露出部分に共
通電極２４ａ、２４ｂを接続している。また、下層半導
体層２２ａ中のコンタクト層２２ａ’を上層半導体層２
２ｂから一部露出させるには、硫酸過酸化水素水などか
ら成るエッチング液で上層半導体層２２ｂの一部を厚み
方向にエッチングする。ところが、上層半導体層２２ｂ
と下層半導体層２２ａとはガリウム砒素やアルミニウム
ガリウム砒素等の同一材料で形成され、エッチングの選
択性がないことから、上層半導体層２２ｂがエッチング
される時間を見計らって基板２１をエッチング液から引
き上げる時間制御でエッチングを行わなければならな
い。

【００１４】上層半導体層２２ｂを時間制御でエッチン
グすると、ウェハ面内での膜圧分布が存在するため、ウ
ェハ面内において、エッチングし過ぎるオーバーエッチ
ングやエッチングが足りないアンダーエッチングにな
り、下層半導体層２２ａが均一な厚みで残るようにエッ
チングするのが困難であるという問題があった。下層半
導体層２２ａの厚みが不均一になると、共通電極２４
（２４ａ、２４ｂ）と個別電極２３間の距離が発光ダイ
オードごとに異なり、発光ダイオード毎の駆動電圧が不
均一になって、発光バラつきが発生するという問題があ
る。また、コンタクト層２２ａ’をエッチングしすぎた
り、コンタクト層２２ａ’の上層が残っていると、カソ
ード電極のコンタクト抵抗が大きくなり、駆動電圧が上
昇すると同時に強度低下を招くという問題があった。特
に、エッチングしすぎると、コンタクト層２２ａ’が薄
くなり、電流が流れる面積が小さくなり、エッチングの
ばらつきが抵抗のばらつきとなって発光ばらつき不良を
増大させるという問題もあった。

【００１５】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、電極を接続する層の厚みが
不均一になって発光ダイオードの駆動電圧が不均一にな
ることを解消することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る半導体発光装置では、基板上に、化
合物半導体から成る一導電型半導体層と逆導電型半導体
層を積層して設け、この一導電型半導体層に共通電極を
接続して設けると共に、前記逆導電型半導体層に個別電
極を接続して設けた半導体発光装置において、前記基板
と一導電型半導体層との間に、一導電型半導体不純物を
高濃度に含有するシリコン層を設け、このシリコン層に
前記共通電極を接続して設けた。

【００１７】また、請求項２に係る半導体発光装置の製
造方法では、基板上に、一導電型半導体不純物を高濃度
に含有するシリコン層、および化合物半導体から成る一
導電型半導体層と逆導電型半導体層とを有機金属化学気
相成長法で順次積層して形成し、次いで前記一導電型半
導体層と逆導電型半導体層を島状にパターニングした
後、前記シリコン層が前記一導電型半導体層よりも広面
積に残るように島状にパターニングし、次いでこのシリ
コン層に共通電極を接続すると共に、前記逆導電型半導
体層に個別電極を接続する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づき詳細に説明する。図１は請求項１に係る半導
体発光装置の一実施形態を示す図、図２は同じく断面図
であり、１は基板、２はシリコン層、３は化合物半導体
から成る一導電型半導体層、４は同じく化合物半導体か
ら成る逆導電型半導体層、５は個別電極、６は共通電極
である。

【００１９】基板１は、シリコン（Ｓｉ）などの単結晶
半導体基板やサファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）などの単結晶絶
縁基板などから成る。単結晶半導体基板の場合、（１０
０）面を＜０１１＞方向に２〜７°オフさせた比抵抗ρ
が１〜３×１０³Ωｃｍ程度の高抵抗基板などが好適に
用いられる。サファイアの場合、Ｃ面基板などが用いら
れる。

【００２０】この基板１上には、一導電型半導体不純物
を高濃度に含有するシリコン層２が隣接する素子同志で
分離されるように島状に形成されている。すなわち、Ａ
ｓやＰなどの一導電型半導体不純物を１×１０²⁰ａｔｏ
ｍｓ・ｃｍ^-3以上含有し、１μｍ程度の厚みに形成され
ている。このシリコン層２は、後述するように、一導電
型半導体層３のコンタクト層として機能するものであ
る。

【００２１】このシリコン層２上には、一導電型半導体
層３がシリコン層２の一部が露出するように形成されて
いる。この一導電型半導体層３は、格子定数の不整合に
よる転移を防止するためのバッファ層３ａと、電子を閉
じ込めるためのクラッド層３ｂで構成される。バッファ
層３ａは１〜４μｍ程度の厚みに形成され、クラッド層
３ｂは０．１〜１μｍ程度の厚みに形成される。バッフ
ァ層３ａはガリウム砒素などから成り、クラッド層３ｂ
はアルミニウムガリウム砒素などから成る。バッファ層
３ａはシリコンなどの一導電型半導体不純物を５×１０
¹⁷ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3程度まで含有する。クラッド層３
ｂはシリコンなどの一導電型半導体不純物を２×１０¹⁷
ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3程度まで含有する。

【００２２】この一導電型半導体層３上には、逆導電型
半導体層４が形成されている。この逆導電型半導体層４
は、発光層４ａ、第二のクラッド層４ｂ、およびコンタ
クト層４ｃで構成される。発光層４ａとクラッド層４ｂ
は０．１〜１μｍ程度の厚みに形成され、コンタクト層
４ｃは０．０１〜０．１μｍ程度の厚みに形成される。
発光層４ａ、第二のクラッド層４ｂはアルミニウムガリ
ウム砒素などから成り、コンタクト層４ｃはガリウム砒
素などから成る。

【００２３】発光層４ａと第二のクラッド層４ｂは、電
子の閉じ込め効果と光の取り出し効果を考慮してＡｌＡ
ｓとＧａＡｓの混晶比を異ならしめる。発光層４ａと第
二のクラッド層４ｂは亜鉛などの逆導電型半導体不純物
を５×１０¹⁸ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3程度まで含有する。コ
ンタクト層４ｃは、亜鉛などの逆導電型半導体不純物を
２×１０¹⁹ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3以上含有する。

【００２４】この一導電型半導体層３と逆導電型半導体
層４は、絶縁膜７で被覆されている。この絶縁膜７は、
厚み３０００Å程度の窒化シリコン膜などで構成され
る。

【００２５】前記シリコン層２には、絶縁膜７に形成さ
れたコンタクトホールＣ₁を介して共通電極６が接続さ
れており、コンタクト層４ｃには絶縁膜７に形成された
コンタクトホールＣ₂を介して個別電極５が接続されて
いる。この個別電極５と共通電極６は金（Ａｕ）や金と
クロム（Ｃｒ）の二層構造のものなどで形成され、厚み
に１μｍ程度に形成される。

【００２６】次に、上述のような半導体発光素子の製造
方法を説明する。まず、基板１上に、シリコン層２、一
導電型半導体層３、逆導電型半導体層４をＭＯＣＶＤ法
などで順次積層して形成する。シリコン層２は、基板温
度を９００〜１２００℃に設定してＡｓＨ₃またはＰＨ
₃などを含有する１００％シラン（ＳｉＨ₄）などを用
いて形成し、次いで基板温度を４００〜５００℃に設定
して１００〜１０００Å程度の厚みにアモルファス状の
ガリウム砒素膜を形成した後、基板温度を７００〜９０
０℃に上げて所望厚みの半導体層３、４を形成する。こ
の場合、原料ガスとしてはＴＭＧ（（ＣＨ₃）₃Ｇ
ａ）、ＴＥＧ（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｇａ）、アルシン（Ａｓ
Ｈ₃）、ＴＭＡ（（ＣＨ₃）₃Ａｌ）、ＴＥＡ（（Ｃ₂
Ｈ₅）₃Ａｌ）などが用いられ、逆導電型を制御するた
めのガスとしては、シラン（ＳｉＨ₄）、セレン化水素
（Ｈ₂Ｓｅ）、ＴＭＺ（（ＣＨ₃）₃Ｚｎ）などが用い
られ、キャリアガスとしては、Ｈ₂などが用いられる。

【００２７】次に、メサエッチングにより、一導電型半
導体層３と逆導電型半導体層４とを島状にパターニング
する。このような半導体層３、４のパターニングは、硫
酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウエットエッチ
ングなどで行われる。この場合、硫酸過酸化水素系のエ
ッチング液では、シリコン層２はエッチングされないこ
とから、シリコン層２を完全に残したままで、一導電型
半導体層３と逆導電型半導体層４を完全に除去すること
ができる。すなわち、オーバーエッチングやショートエ
ッチングは発生しない。

【００２８】次に、ドット分離のために、シリコン層２
と共通電極６との接続部が一導電型半導体層３と逆導電
型半導体層４から露出するようにエッチングされる。こ
のシリコン層２のエッチングは、弗酸系のエッチング液
を用いたウエットエッチングなどで行われる。

【００２９】次に、シランガス（ＳｉＨ₄）とアンモニ
アガス（ＮＨ₃）を用いたプラズマＣＶＤ法などで窒化
シリコンなどから成る絶縁膜７を形成した後、電極５、
６との接続部にコンタクトホールＣ₁、Ｃ₂を形成す
る。

【００３０】次に、個別電極５および共通電極６となる
金属膜を蒸着法やスパッタリング法で形成して、パター
ニングすることで個別電極５と共通電極６が形成され
る。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る半導体発
光装置によれば、基板上に一導電型半導体層と逆導電型
半導体層を設けると共に、この基板と一導電型半導体層
との間に一導電型半導体不純物を高濃度に含有するシリ
コン層を設け、このシリコン層に共通電極を接続して設
けたことから、電極を接続する層の厚みが均一になって
発光ダイオードの駆動電圧が均一になり、もって発光ダ
イオードごとの発光ばらつきを極力おさえた発光ダイオ
ードアレイとなる。

【００３２】また、請求項２に係る半導体発光装置の製
造方法によれば、基板上に、一導電型半導体不純物を高
濃度に含有するシリコン層、および化合物半導体から成
る一導電型半導体層と逆導電型半導体層とを有機金属化
学気相成長法で順次積層して形成し、次いで前記一導電
型半導体層と逆導電型半導体層を島状にパターニングし
た後、前記シリコン層が前記一導電型半導体層よりも広
面積に残るように島状にパターニングし、次いでこのシ
リコン層に共通電極を接続すると共に、前記逆導電型半
導体層に個別電極を接続することから、極を接続する層
の厚みが均一になって発光ダイオードの駆動電圧が均一
になり、もって発光ダイオードごとの発光ばらつきを極
力おさえた発光ダイオードアレイを形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体発光装置の一実施形態を示
す平面図である。

【図２】本発明に係る半導体発光装置の一実施形態を示
す断面図である。

【図３】従来の半導体発光装置を示す平面図である。

【図４】従来の半導体発光装置を示す断面図である。

【図５】従来の他の半導体発光装置を示す平面図であ
る。

【図６】従来の他の半導体発光装置を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１‥‥‥基板、２‥‥‥シリコン層、３‥‥‥一導電型
半導体層、４‥‥‥逆導電型半導体層、５‥‥‥個別電
極、６‥‥‥共通電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、化合物半導体から成る一導電
型半導体層と逆導電型半導体層を積層して設け、この一
導電型半導体層に共通電極を接続して設けると共に、前
記逆導電型半導体層に個別電極を接続して設けた半導体
発光装置において、前記基板と一導電型半導体層との間
に、一導電型半導体不純物を高濃度に含有するシリコン
層を設け、このシリコン層に前記共通電極を接続して設
けたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】基板上に、一導電型半導体不純物を高濃
度に含有するシリコン層、および化合物半導体から成る
一導電型半導体層と逆導電型半導体層とを有機金属化学
気相成長法で順次積層して形成し、次いで前記一導電型
半導体層と逆導電型半導体層を島状にパターニングした
後、前記シリコン層が前記一導電型半導体層よりも広面
積に残るように島状にパターニングし、次いでこのシリ
コン層に共通電極を接続すると共に、前記逆導電型半導
体層に個別電極を接続する半導体発光装置の製造方法。