JP2000252519A - 半導体発光装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン基板と窒化シリコン膜の界面での漏
れ電流により各発光ダイオードの選択的な発光が阻害さ
れ、発光効率の低下や発光ばらつきの原因となり、延い
ては発光の選択性が完全に失われるという問題があっ
た。 【解決手段】 シリコン基板１上に島状の一導電型半導
体層２を列状に複数設けると共に、この一導電型半導体
層２上にこの一導電型半導体層２の一端部側の一部が露
出するように逆導電型半導体層３を設け、この一導電型
半導体層２の露出部と上記逆導電型半導体層３上に電極
４、５を接続して設けた半導体発光装置であって、上記
シリコン基板１の露出部に酸化層７を形成し、この酸化
層７と上記島状半導体層２、３上に窒化シリコン膜６を
形成した。

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
露光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】従来の半導体発光装置を図３ないし図４
に示す。図３は断面図、図４は平面図である。図３ない
し図４において、２１はシリコン基板、２２は一導電型
半導体層、２３は逆導電型半導体層、２４は個別電極、
２５は共通電極、２６は絶縁膜である。

【０００３】シリコン基板２１上に、一導電型半導体層
２２と逆導電型半導体層２３を一導電型半導体層２２よ
りも逆導電型半導体層２３が小面積となるように設ける
と共に、この一導電型半導体層２２の露出部Ｒに共通電
極２５（２５ａ、２５ｂ）を接続して設け、逆導電型半
導体層２３に個別電極２４を接続して設けている。な
お、図３および図４において、２６は窒化シリコン膜な
どから成る保護膜である。

【０００４】また、図４に示すように、共通電極２５
（２５ａ、２５ｂ）は隣接する島状半導体層２２、２３
ごとに異なる群に属するように二群に分けて接続して設
けられ、隣接する島状半導体層２２、２３が同じ個別電
極２４に接続されている。

【０００５】このような半導体発光装置では、個別電極
２４と共通電極２５（２５ａ、２５ｂ）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ことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
半導体発光装置では、半導体層２２、２３を発光素子に
分離する際にメサエッチングを行って島状に形成し、さ
らに発光素子の電気的な分離を行うために、高抵抗シリ
コン基板２１上に拡散したＡｓ層の除去を行っていた
が、窒化シリコン膜などから成る保護膜２６をプラズマ
ＣＶＤ法などで形成する際に、プラズマＣＶＤ等の水素
プラズマによるダメージからシリコン界面が活性状態と
なって、シリコン基板２１と窒化シリコン膜２６の界面
に電気導電層が形成され、その結果、発光素子間の電気
的分離が不十分になるという問題があった。シリコン基
板２１と窒化シリコン膜２６の界面での漏れ電流によっ
て各発光ダイオードの選択的な発光が阻害され、発光効
率の低下や発光ばらつきの原因となり、延いては発光の
選択性が完全に失われる原因となっていた。

【０００７】通常は自然酸化膜が数十Å程度形成されて
いるが、窒化シリコン膜２６を形成する時の水素プラズ
マで除去されるため、自然酸化膜程度の膜では効果がな
い。

【０００８】また、プラズマＣＶＤ法等で酸化膜を形成
する場合、工程が煩雑になると同時に、島状半導体層２
２、２３上にも形成されることから、発光強度の低下を
まねく。また、これを回避するためには、パターンニン
グが必要となり、より一層の煩雑な工程になるという問
題があった。

【０００９】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたものであり、シリコン基板と窒化シリコン膜の
界面に電気導電層が形成されることに起因して発生する
発光効率の低下や発光バラつきを解消すると共に、発光
の選択性を安定化した半導体発光装置とその製造方法を
提供することを目的とする。

【００１０】

【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、シリコン基板
上に島状の一導電型半導体層を列状に複数設けると共
に、この一導電型半導体層上にこの一導電型半導体層の
一端部側の一部が露出するように逆導電型半導体層を設
け、この一導電型半導体層の露出部と前記逆導電型半導
体層上に電極を接続して設けた半導体発光装置におい
て、前記シリコン基板の露出部に酸化層を形成し、この
酸化層と前記島状半導体層上に窒化シリコン膜を形成し
た。

【００１１】上記半導体発光装置では、前記酸化層が５
０Å以上の厚みを有することが望ましい。

【００１２】また、請求項３に係る半導体発光装置の製
造方法では、シリコン基板上に島状の一導電型半導体層
を列状に複数形成すると共に、この一導電型半導体層上
にこの一導電型半導体層の一端部側の一部が露出するよ
うに逆導電型半導体層を形成し、この一導電型半導体層
の露出部と前記逆導電型半導体層上に電極を接続して形
成する半導体発光装置の製造方法において、前記シリコ
ン基板上に島状の半導体層を形成した後に、このシリコ
ン基板の露出部を酸化雰囲気中でプラズマアッシングす
ることで酸化層を形成し、しかる後この酸化層と前記島
状半導体層上に窒化シリコン膜を形成する。

【００１３】

【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
一実施形態を示す断面図、図２は平面図である。

【００１４】図１および図２において、１はシリコン基
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、７は酸化膜で
ある。

【００１５】シリコン基板１としては、（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。

【００１６】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０．１〜１．０μ
ｍ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１×１０¹⁸〜１０²²ａ
ｔｏｍｓ／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１×１０¹⁶〜１０¹⁹
ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 程度含有する。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。

【００１７】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３
ｂ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。発光層３ａと第２のクラッド層３ｂは
アルミニウムガリウム砒素などから成り、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。

【００１８】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。

【００１９】シリコン１上の島状半導体層２、３が形成
されない領域には、酸化層７が形成されている。この酸
化層７は、酸化シリコン膜から成り、厚み５０Å以上に
形成される。このようにシリコン１上の島状半導体層
２、３が形成されない領域に酸化層７を形成すると、窒
化シリコン膜から成る保護膜６を形成する際に、シリコ
ン基板１と窒化シリコン膜６の界面に電気導電層が形成
されることが防止できるなお、シリコン基板１上には自
然酸化膜が形成されており、この不活性な表面に酸素プ
ラズマのみで酸あ層を形成するので、シリコン基板１と
酸化層７との界面に電気導電層が形成されることはな
い。また、酸化層７が形成された後には、活性シリコン
とは異なり、安定な表面上への成膜であるため、酸化層
７と窒化シリコン膜６の界面にも電気導電層が形成され
ることはない。その結果、発光素子間の電気的分離を安
定化でき、シリコン基板１の表面部での漏れ電流を低減
し、各発光ダイオードの選択的な発光を得ることができ
る。さらに、発光効率の低下や発光ばらつきも改善でき
る。この酸化層の膜厚が５０Å以下の場合、酸化層が除
去されて所望の効果を得にくくなり、５０〜１００Å程
度の酸化層７を形成することが望ましい。

【００２０】上記酸化層７と島状半導体層２、３上には
窒化シリコン膜６が形成される。この窒化シリコン膜６
は保護膜としての機能を有し、厚み３０００Å程度に形
成される。また、一導電型半導体層２の露出部と逆導電
型半導体層３上には、コンタクトホールＣ₁ Ｃ₂ が形成
されている。このコンタクトホールＣ₁ Ｃ₂ を介して共
通電極５と個別電極４が一導電型半導体２と逆導電型半
導体層３に接続されている。この個別電極４と共通電極
５は金／クロム（Ａｕ／Ｃｒ）などから成り、厚み１μ
ｍ程度に形成される。

【００２１】本発明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。

【００２２】次に、上述のような半導体発光装置の製造
方法を説明する。まず、シリコン基板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。

【００２３】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２００〜２
０００Å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。

【００２４】この場合、原料ガスとしてはＴＭＧ（（Ｃ
Ｈ₃ ）₃ Ｇａ）、ＴＥＧ（（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₃ Ｇａ）、アル
シン（ＡｓＨ₃ ）、ＴＭＡ（（ＣＨ₃ ）₃ Ａｌ）、ＴＥ
Ａ（（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。

【００２５】次に、隣接する素子同志が電気的に分離さ
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やＣＣｌ₂ Ｆ₂ ガスを用
いたドライエッチングなどで行われる。

【００２６】次に、一導電型半導体層２の一端部側の一
部が露出し、且つこの一導電型半導体層２の隣接する領
域部分が露出するように逆導電型半導体層３をエッチン
グする。こ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。

【００２７】次に、例えばバレル型プラズマ処理装置を
用いたプラズマアッシング法で、酸素（Ｏ₂ ）雰囲気中
でシリコン酸化層７をシリコン基板１の露出面に形成す
る。アッシングの場合、高周波電力に依存してシリコン
基板１上のみに酸化層７が形成できる。例えば高周波５
００Ｗ、酸素プラズマ中で１５分間処理した場合と３０
０Ｗで１５分間処理した場合では、酸化膜１７は、それ
ぞれ１００Åと４０Åで膜厚に差が見られる。と同時に
これらの条件で形成した時のカソード電極５間の漏れ電
流は、図５に示すように、有意差が見られる。なお、図
５は、ＬＥＤアレイ１２８個をカソードライン２５ａと
２５ｂの群単位間に流れる電流の総和の比較であり、参
考にシリコン基板面内の分布を示しており、基板周辺部
では漏れ電流が１．５ｍＡであったものが０．４ｍＡ程
度まで改善している。なお、酸化雰囲気中のプラズマ序
理ではＧａＡｓは酸化されず、シリコンのみが酸化され
る。

【００２８】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６を全面、すなわち酸化膜７上
と島状半導体層２、３上に形成してコンタクトホールＣ
₁ Ｃ₂ が形成されるようにパターニングする。最後に、
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
ーニングすることにより完成する。

【００２９】

【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、島状半導体層が形成されたシリコン基
板の露出部に酸化層を形成し、この酸化層と上記島状半
導体層上に窒化シリコン膜を形成したことから、窒化シ
リコン膜から成る保護膜を形成する際に、シリコン基板
と窒化シリコン膜の界面に電気導電層が形成されること
を防止できる。その結果、発光素子間の電気的分離を安
定化でき、シリコン基板と窒化シリコン膜の界面での漏
れ電流を低減し、各発光ダイオードの選択的な発光を保
つことができる。さらに、発光効率の低下や発光ばらつ
きも改善できる。

【００３０】また、請求項３に係る半導体発光装置の製
造方法によれば、シリコン基板上に島状の半導体層を形
成した後に、このシリコン基板の露出部を酸化雰囲気中
でプラズマアッシングを行うことで酸化層を形成し、し
かる後この酸化層と前記島状半導体層上に窒化シリコン
膜を形成することから、窒化シリコン膜から成る保護膜
を形成する際に、シリコン基板と窒化シリコン膜の界面
に電気導電層が形成されることを防止できる。その結
果、発光素子間の電気的分離を安定化でき、シリコン基
板と窒化シリコン膜の界面での漏れ電流を低減し、各発
光ダイオードの選択的な発光を保つことができる。さら
に、発光効率の低下や発光ばらつきも改善できる。

【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
す断面図である。

【図２】本発明に係る半導体発光装置の一実施形態を示
す平面図である。

【図３】従来の半導体発光装置を示す断面図である。

【図４】従来の半導体発光装置を示す平面図である。

【図５】半導体発光装置の漏れ電流を示す図である。

【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………個別電極、５………共通電
極、６………絶縁膜 ７………酸化膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン基板上に島状の一導電型半導体
   層を列状に複数設けると共に、この一導電型半導体層上
   にこの一導電型半導体層の一端部側の一部が露出するよ
   うに逆導電型半導体層を設け、この一導電型半導体層の
   露出部と前記逆導電型半導体層上に電極を接続して設け
   た半導体発光装置において、前記シリコン基板の露出部
   に酸化層を形成し、この酸化層と前記島状半導体層上に
   窒化シリコン膜を形成したことを特徴とする半導体発光
   装置。
2. 【請求項２】 前記酸化層が５０Å以上の厚みを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 【請求項３】 シリコン基板上に島状の一導電型半導体
   層を列状に複数形成すると共に、この一導電型半導体層
   上にこの一導電型半導体層の一端部側の一部が露出する
   ように逆導電型半導体層を形成し、この一導電型半導体
   層の露出部と前記逆導電型半導体層上に電極を接続して
   形成する半導体発光装置の製造方法において、前記シリ
   コン基板上に島状の一導電型半導体層と逆導電型半導体
   層を形成した後に、このシリコン基板の露出部を酸化雰
   囲気中でプラズマアッシングすることで酸化層を形成
   し、しかる後この酸化層と前記島状半導体層上に窒化シ
   リコン膜を形成することを特徴とする半導体発光装置の
   製造方法。