JP4295380B2 - 半導体発光装置の製造方法および半導体発光装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体発光装置の製造方法に関し、特にページプリンタ用感光ドラムの露光用光源などに用いられる半導体発光装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の半導体発光装置を図5に示す。図5において、1は基板、2はガリウム砒素やアルミニウムガリウム砒素などからなる一導電型半導体層、3は逆導電型半導体層、4は窒化シリコン膜などからなる絶縁膜、5は金(Au)や金ゲルマニウムなどからなる第一の電極、6は金(Au)や金ゲルマニウムなどからなる第二の電極である。
【0003】
このように構成された半導体発光装置では一導電型半導体層2と逆導電型半導体層3とで半導体接合部が形成され、例えば第二の電極6から第一の電極5に電流を流すと、一導電型半導体層2中の少数キャリアが逆導電型半導体層3に注入され、逆導電型半導体層3中の多数キャリアと発光再結合することで発光する。
【0004】
このような半導体発光装置は、図6に示すように、基板1上に一導電型半導体層2と逆導電型半導体層3を積層して設け、この半導体層2、3上にレジストを塗布して露光現像して半導体層2、3をエッチングした後に、レジストを除去して半導体層2、3を島状にパターニングした後、それぞれの半導体層2、3に電極5、6を接続することにより形成される。
【0005】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ところが、上記方法で半導体発光装置を形成する場合、発光部のドット密度を高くした場合、発光部を形成するためのレジスト寸法において、エッチング時に発生するサイドエッチ(エッチング液の回り込み等)により、ドットピッチに対して、レジスト寸法の方が大きくなる領域が発生する。例えば、10μmのドットを5μm間隔で配置する場合、発光部の膜厚が5μmであれば、左右5μmのサイドエッチが発生するため、レジスト寸法は20μmとなる。ドットのピッチは15μmであるのに対して、20μmのレジストパターンを15μmで配置することは不可能である。すなわち、従来の半導体発光装置では、発光部のピッチが狭くなると、その発光部を形成するためのレジストパターンの寸法が、サイドエッチの存在により、発光部のピッチよりも大きくなり、発光部が事実上形成できないという問題があった。
【0006】
本発明はこのような従来方法の問題点に鑑みてなされたものであり、発光部のドット寸法よりもレジスト寸法が大きくなって、発光ドットの高精細化ができないという従来方法の問題点を解消した半導体発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明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層と逆導電型半導体層とを順次積層した半導体層を形成する工程(1)と、前記半導体層を深さ方向に前記一導電型半導体層の途中までウエットエッチングすることにより、前記半導体層に順メサ形状の凸状部を一列に複数個形成する工程(2)と、前記一導電型半導体層のうち、隣接する前記凸状部の間を露出させるとともに、前記凸状部の頂部及び側面をレジストパターンで被覆した状態で、前記半導体層をウエットエッチングすることによりくびれ部を形成する工程(3)と、前記凸状部の前記逆導電型半導体層上に前記一列の方向と交差する方向に延びる電極を形成する工程(4)と、を含む。
【0008】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る半導体発光装置は、複数個の島状半導体層を基板上に一列に並べて配置してなる半導体発光装置であって、前記半導体層は、上部に発光層を有し、前記一列の方向に沿って切断したときの断面における前記上部が順メサ形状をなし、且つ前記断面における下部の側辺の上端が、前記上部の側辺の下端より内側に位置していることを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。図1は本発明に係る半導体発光装置の製造方法により製造される発光装置を示す縦断面図と横断面図、図2は平面図である。図1および図2において、1は基板、2は一導電型半導体層、3は逆導電型半導体層、4は個別電極、5は共通電極、6は絶縁膜である。
【0010】
基板1はシリコン(Si)やガリウム砒素(GaAs)などの単結晶半導体基板やサファイア(Al2 O3 )などの単結晶絶縁基板から成る。単結晶半導体基板の場合、(100)面を<011>方向に2〜7°オフさせた基板などが好適に用いられる。サファイアの場合、C面基板が好適に用いられる。
【0011】
一導電型半導体層2は、バッファ層2a、オーミックコンタクト層2b、電子の注入層2cで構成される。バッファ層2aは2〜4μm程度の厚みに形成され、オーミックコンタクト層2bは0.1〜1.0μm程度の厚みに形成され、電子の注入層2cは0.2〜0.4μm程度の厚みに形成される。バッファ層2aとオーミックコンタクト層2bはガリウム砒素などで形成され、電子の注入層2cはアルミニウムガリウム砒素などで形成される。オーミックコンタクト層2bはシリコンなどの一導電型半導体不純物を1×1016〜1017atoms/cm3 程度含有し、電子の注入層2cはシリコンなどの一導電型半導体不純物を1×1016〜1019atoms/cm3 程度含有する。また、この時電子注入層2cのAlの組成はx=0.24〜0.5程度形成する。バッファ層2aは基板1と半導体層との格子定数の不整合に基づくミスフィット転位を防止するために設けるものであり、半導体不純物を含有させる必要はない。
【0012】
逆導電型半導体層3は、発光層3a、第2のクラッド層3b、および第2のオーミックコンタクト層3cで構成される。発光層3aと第2のクラッド層3bは0.2〜0.4μm程度の厚みに形成され、オーミックコンタクト層3cは0.01〜0.1μm程度の厚みに形成される。第2のオーミックコンタクト層3cはガリウム砒素などから成る。
【0013】
発光層3aと第2のクラッド層3bは、電子の閉じ込め効果と光の取り出し効果を考慮してアルミニウム砒素(AlAs)とガリウム砒素(GaAs)との混晶比を異ならしめる。発光層3aと第2のクラッド層3bは亜鉛(Zn)などの逆導電型半導体不純物を1×1016〜1018atoms/cm3 程度含有し、第2のオーミックコンタクト層3cは亜鉛などの逆導電型半導体不純物を1×1019〜1020atoms/cm3 程度含有する。
【0014】
絶縁膜6a、6bは窒化シリコンなどから成り、厚み3000〜5000Å程度に形成される。また、個別電極4と共通電極5は金/クロム(Au/AuGe/Cr)などから成り、厚み1μm程度に形成される。
【0015】
上述の半導体発光装置では、図2に示すように、一導電型半導体層2と逆導電型半導体層3から成る島状半導体層2、3を基板1上に一列状に並べて、隣接する島状半導体層2、3毎に同じ個別電極4に接続し、同じ個別電極4に接続された下の一導電型半導体層2が異なる共通電極5に接続されるように二群に分けて接続される。個別電極4を選択して電流を流すことによってページプリンタ用感光ドラムの露光用光源として用いられる。
【0016】
次に、上述の半導体発光装置の製造方法を説明する。まず、単結晶基板1上に、一導電型半導体層2、逆導電型半導体層3をMOCVD法などで順次積層して形成する。
【0017】
これらの半導体層2、3を形成する場合、基板温度をまず400〜500℃に設定して200〜2000Å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700〜900℃に上げて所望厚みの半導体層2、3を形成する。
【0018】
この場合、原料ガスとしてはTMG((CH3 )3 Ga)、TEG((C2 H5 )3 Ga)、アルシン(AsH3 )、TMA((CH3 )3 Al)、TEA((C2 H5 )3 Al)などが用いられ、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(H2 Se)、TMZ((CH3 )3 Zn)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。
【0019】
次に、隣接する素子同士が電気的に分離されるように、半導体層2、3が島状にパターニングされる。このエッチングは、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。発光部の寸法が横10μm、縦30μm、発光部ピッチ15μm、結晶膜厚4μmの場合について説明する。例えば一回目のエッチングで2μm、二回目のエッチングで2μmをエッチングする。一回目のレジストパターン寸法は横:10μm+2×2μm=14μm、縦=(30μm+2×2μm)=34μmとする。このレジストを用いて一回目のエッチングを2μm実施する。レジストを剥離し、再度レジストを塗布する。二回目のエッチング用のレジスト寸法は、横=10μm、縦=30μm+2×2μm=34μm。このレジストを用いて二回目のエッチングを2μm実施する。エッチング後、レジストを剥離する。
【0020】
つまり、レジストパターンの寸法は形成される発光部の寸法よりも一回目のエッチング深さと同じ大きさ分を左右に加えた寸法にする。目的の発光部寸法:横(発光部の並ぶピッチ方向)をa、これに垂直な方向をb、一回目のエッチング深さをd1とすると、一回目のレジスト寸法は、横=(a+2×d1)、縦=(b+2×d1)とする。また、二回目のエッチング用のレジスト寸法は、横=a、縦=b+2×d2とする。ここで、d2は二回目のエッチング深さである。このレジストを用いて二回目のエッチングを実施する。二回目のエッチング深さは、サイドエッチング量を考慮すると、1/2以上にすることが望ましい。エッチング後、レジストを剥離すると発光部寸法aに対して、ピッチTが次式を満たす範囲でパターン形成が可能となる(T>(a+2×d1))。
【0021】
次に、一導電型半導体層2の一端部側の一部を露出させるためのエッチングをする。電極を接続する領域を設けるためである。次に、二回目のレジストパターンで前記凸状部の対向する二辺の周縁部が被覆されると共に、異なる対向する二辺の周縁部は被覆されないようにしエッチングする。このようにすると、電極を形成しない方向の断面形状がくびれ、且つ電極を形成する方向の断面形状が順メサ形状になる。
【0022】
さらに、表面の半導体層3cの表面の一部をエッチングする。それぞれのエッチングも硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウェットエッチングやCCl2 F2 ガスを用いたドライエッチングなどで行なわれる。
【0023】
次に、プラズマCVD法で、シランガス(SiH4 )とアンモニアガス(NH3 )を用いて窒化シリコンから成る絶縁膜を形成してパターニングする。次に、クロムと金を蒸着法やスパッタリング法で形成してパターニングし、さらに、もう一度プラズマCVD法で、シランガス(SiH4 )とアンモニアガス(NH3 )を用いて窒化シリコンから成る絶縁膜を形成してパターニングすることにより完成する。
【0024】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る半導体発光装置の製造方法によれば、半導体層を島状にエッチングする際に、一回目のレジストパターンで前記半導体層の所定部分が凸状に残るように前記半導体層の深さ方向の途中までエッチングした後、二回目のレジストパターンで前記凸状部の周縁部まで被覆して前記半導体層が島状になるようにエッチングすることから、従来サイドエッチにより、パターニングが困難であった、高さ4μm、幅10μmの発光部を15μmのピッチで形成することが可能となる。また、2段階にエッチングする際に、電極引出し部の形状を滑らかに保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体発光装置の製造方法により製造される発光装置の一例を示す断面図であり、(a)は縦断面図、(b)は横断面図である。
【図2】本発明に係る半導体発光装置の製造方法により製造される発光装置の一例を示す平面図である。
【図3】本発明に係る半導体発光装置の製造方法の一実施形態を示す縦方向の断面図である。
【図4】本発明に係る半導体発光装置の製造方法の一実施形態を示す横方向の断面図である。
【図5】従来の半導体発光装置を示す図である。
【図6】従来の半導体発光装置の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
1………基板、2………一導電型半導体層、3………逆導電型半導体層、4………絶縁膜、5………共通電極、6………個別電極
Claims (3)
- 基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層とを順次積層した半導体層を形成する工程(1)と、
前記半導体層を深さ方向に前記一導電型半導体層の途中までウエットエッチングすることにより、前記半導体層に順メサ形状の凸状部を一列に複数個形成する工程(2)と、
前記一導電型半導体層のうち、隣接する前記凸状部の間を露出させるとともに、前記凸状部の頂部及び側面をレジストパターンで被覆した状態で、前記半導体層をウエットエッチングすることによりくびれ部を形成する工程(3)と、
前記凸状部の前記逆導電型半導体層上に前記一列の方向と交差する方向に延びる電極を形成する工程(4)と、を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 前記工程(3)において、前記ウエットエッチングの深さが全ウエットエッチングの深さの1/2以上になるようにすることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置の製造方法。
- 複数個の島状半導体層を基板上に一列に並べて配置してなる半導体発光装置であって、前記半導体層は、上部に発光層を有し、前記一列の方向に沿って切断したときの断面における前記上部が順メサ形状をなし、且つ前記断面における下部の側辺の上端が、前記上部の側辺の下端より内側に位置していることを特徴とする半導体発光装置。
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