(57)【要約】      （修正有）【課題】  発光が均一で、逆方向電流が低く、素子間の絶縁性が良い。【解決手段】  ＭＯＶＰＥにより、ＧａＡｓバッファー層２０２についでｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド２０３、活性層２０４を堆積後炭素添加によりｐ型クラッド２０５、ｐ型オーミックコンタクト層２０６を堆積する。エピタキシーの後に複数のp型電極層をp型オーミックコンタクト層に形成し、続いて、リソグラフィとエッチングにより、発光素子アレイを形成し、保護層２１０を形成してアレイの各発光素子を包むとともにバッファ層を覆うようにして、その後、p型電極層２１２が露出するよう各発光素子の保護層をパターニングし、各発光素子のp型電極層の接続導線を形成させ、最後に、該基板の背面にn型電極層を形成させる。【選択図】      図５
2006108633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ型発光ダイオードのp型クラッド層及びp型オーミックコンタクト層の製造方法であって、
少なくとも基板、n型クラッドエピタキシャル層及び活性層を含む発光ダイオードの半製品を提供する工程と、
炭素をp型不純物源として、有機金属化学気相エピキタシー（MOVPE）法で前記活性層表面にp型上部クラッド層を堆積する工程と、
炭素をp型不純物源として、有機金属化学気相エピキタシー（MOVPE）法で前記上部クラッド層表面にp型オーミックコンタクト層を堆積する工程と、
を具備するアレイ型発光ダイオード製造方法。
【請求項２】
前記p型クラッド層及びp型オーミックコンタクト層のエピタキシー成長温度は約520℃〜700℃で、有機金属に含まれるV族元素対III族元素の流量比を0.6〜120とする、
請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
基板を提供する工程と、
基板と同一素材のエピタキシャル層をバッファ層として前記基板の表面に形成する工程と、
n型エピタキシャル層を下部クラッド層として前記バッファ層の表面に形成する工程と、
n型エピタキシャル層を発光する活性層として前記下部クラッド層の表面に形成する工程と、
炭素をp型不純物源として用い、有機金属化学気相エピキタシー（MOVPE）法でp型エピタキシャル層を上部クラッド層として前記活性層の表面に堆積する工程と、
p型オーミックコンタクト層を前記上部クラッド層の表面に形成する工程と、
p型電極層を前記p型オーミックコンタクト層の表面に形成する工程と、
n型電極層を前記基板の背面に形成する工程と、
リソグラフィ及びエッチング技術により、上方から下方のバッファ層までの前記アレイ型発光ダイオードを規定して発光素子アレイを形成する工程と、
保護層を形成して当該アレイの各発光素子を包むとともに前記バッファ層を覆う工程と、
p型電極層が露出するよう前記各発光素子の保護層をパターニングする工程と、
各発光素子のp型電極層の導線を形成する工程と、
を具備するアレイ型（array-type）発光ダイオードの製造方法。
【請求項４】
380〜460℃のアニール処理を行うことにより良好なオーミックコンタクトを形成する工程をさらに具備する、
請求項４の製造方法。
【請求項５】
前記保護層はプラズマ化学気相堆積法で形成された窒化シリコンまたは二酸化シリコン層である、
請求項４記載の製造方法。
【請求項６】
前記n型電極をバッファ層の表面に形成してn及びpの両電極が同一側になることを目的とする、
請求項４記載の製造方法。
【請求項７】
前記p型エピタキシャル上部クラッド層及びp型オーミックコンタクト層のエピタキシー成長温度は約520℃〜700℃で、有機金属に含まれるV族元素対III族元素の流量比を0.6〜120とする、
請求項４記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイ型の発光ダイオード（Light Emitting Diode: LED）アレイの製造方法に関し、特に、発光ダイオードのp型クラッド層及びオーミックコンタクト層の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードアレイの基本構造は発光ダイオードと類似しており、両者の相違点としては、アレイ型発光ダイオードが照明としてではなく主に電子式光学プリントヘッドに使用されることが挙げられる。1インチ1200点（1200DPI）であれば、発光の単位面積は僅か十数マイクロメートル×数十マイクロメートルしかない。また、発光素子の間隔は僅か二十数マイクロメートルである。従って、各発光素子の発光強度が均一であることが必要であり、また、発光素子同士は近接しているため、発光素子同士間の絶縁性が非常に大事である。
【０００３】
発光ダイオードアレイは、図1〜3に示すように、その典型的な製造方法として、米国特許第6,133,588号明細書に開示されているものがある。まず、n型GaAsの半導体基板101を提供し、n型ガリウムヒ素（GaAs）基板101を有機金属気相成長装置（MOVPE）に入れ、また、シリコンをn型ドーパント源とし、アルミニウム、ガリウム、及びヒ素を含む、有機物の成長に必要なエピタキシャル層を提供する。n型GaAsエピタキシャル層のバッファ層102、n型AlxGa1-xAsの下部クラッド層（cladding layer）103、n型AlxGa1-xAs層104、半絶縁層AlxGa1-xAs105、他の半絶縁層（semi-insulating）GaAs 106、及び拡散マスク層109を順次ウエハ131の表面に成長・形成する。また、拡散マスク層109にパターニングを行うことによって第1窓133及び第2窓134を形成する。
【０００４】
また、図2が示すように、拡散マスク層135が形成され、それに対してパターニングを行うことによって第1窓133が覆われずに残る。そして、亜鉛を含む拡散源薄膜136とアニール用被膜層137を形成する。次に、約650℃の温度でアニール処理をしてp型拡散領域138を形成する。アニールする際、亜鉛は、ウエハ131の内部深くに拡散し、拡散制御膜135を貫通し、これにより、浅い導電拡散領域（current conducting diffusion area）108が形成される。
【０００５】
発光拡散領域（light emitting diffusion area）の拡散前縁がn型AlyGa1-yAs層104に、導電拡散領域108の前縁が半絶縁層AlxGa1-xAs105に達するよう、上記アニールの条件を適切に制御する必要がある。また、ウエハをアニールする際、下方部分からn型ドーパントがなくなることを防ぐため、ウエハ131の下方部分に窒化アルミニウム（図示せず）を選択的に形成してもよい。
【０００６】
そして、図3に示すように、エッチングにより被膜層137、拡散源薄膜136及び拡散制御層135を取り除く。拡散マスク層109はエッチング処理をせずに絶縁層として用いる。続いて、導電拡散領域108にp型電極110を形成し、アニールを行うことによってp型電極110と導電拡散領域108とが電気的に良好に接続される。最後に、ウエハの背面を研磨してn型底部電極を形成する。
【０００７】
このように、従来技術では拡散により発光範囲のp型またはn型半導体を規定してから、半導体プロセス技術によって必要な発光素子、内部配線及びワイヤボンディング領域を作成する。しかしながら、拡散によって規定されるp型またはn型半導体においては、その深さ方向と幅方向との拡散の比は、チップ表面の状態、拡散炉の温度及び気流の均一度に左右される。これにより、p型またはn型半導体のキャリア濃度が影響され、発光領域が不均一となる、発光ダイオードの逆方向電流が高くなる、発光素子間の絶縁性が悪くなる、などの問題が生じる。
【０００８】
従って、本発明の目的の一つは、上述した従来技術の問題を解決することにある。
【発明の開示】
【０００９】
本発明は、アレイ型（array-type）発光ダイオードの製造方法に関し、特に、アレイ型発光ダイオードのp型クラッド層及びp型オーミックコンタクト層の製造方法に関する。本発明の製造方法とは、ガリウムヒ素基板を提供し、有機金属気相堆積法によりガリウムヒ素バッファ層を形成し、さらにn型エピタキシャル下部クラッド層をバッファ層表面に形成し、その後、発光する活性層としてエピタキシャル層を下部クラッド層表面に形成し、炭素をp型不純物源として用いて有機金属気相エピタキシー（MOVPE）によりp型エピタキシャルクラッド層を上部クラッド層として該活性層に堆積し、さらに上部クラッド層表面にp型オーミックコンタクト層を堆積し、複数のp型電極層をp型オーミックコンタクト層に形成し、続いて、リソグラフィやエッチング技術により、上方から下方のバッファ層までのアレイ型発光ダイオードを規定して発光素子アレイを形成し、保護層を形成してアレイの各発光素子を包むとともにバッファ層を覆い、その後、p型電極層が露出するよう各発光素子の保護層をパターニングし、各発光素子のp型電極層の接続導線を形成し、最後に、該基板の背面にn型電極層を形成する、ことである。
【００１０】
p型電極層の接触抵抗を低減するため、半導体は、p型コンタクト層の不純物濃度が1E19cm-3以上であってもよく、その不純物源として炭素または亜鉛を用いることによって、良好な接触特性を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
従来技術では、発光ダイオードアレイ中のp型オーミックコンタクト層、上部クラッドは、リソグラフィ技術により発光範囲を規定してから拡散技術で形成する。上述したように、その深さ、幅及び不純物濃度は拡散の雰囲気制御と大きく関わるため、発光領域が不均一となる、発光ダイオードの逆方向電流が高くなる、などの問題がある。
【００１２】
本発明では、必要なp型またはn型半導体（4-5）をエピタキシャル成長させてから、半導体プロセスのエッチングにより発光素子を形成する。エピタキシャル成長により形成されたp型またはn型半導体は、良好な界面特性や濃度の均一性を有し、発光の均一性を大幅に改善することができる。また、良好な界面特性を有しているため、逆方向電流が著しく低減される。
【００１３】
まず、図4に示すように、本発明の発光ダイオードアレイはn型ガリウムヒ素（GaAs）基板201を基礎としたものである。n型ガリウムヒ素（GaAs）基板201を有機金属気相エピタキシー装置（MOVPE）に入れ、n型で同じくGaAsのバッファ層202、n型AlxGa1-xAsの下部クラッド層（cladding layer）203、n型AlyGa1-yAs層204、p型AlxGa1-xAs上部クラッド層205、及びp型AlzGa1-zAsオーミックコンタクト層206の順に必要なエピタキシャル層を成長させる。ここで、xは0.3〜1.0、yは0〜0.6、zは0〜0.6である。n型AlyGa1-yAs層204を発光する活性層としているが、p型またはノンドープのものであってもよい。
【００１４】
また、n型クラッド層203は有機金属気相エピタキシー成長と同期している。ここで、シリコンはn型導電不純物とし、エピタキシー成長温度は580℃〜720℃で、有機金属に含まれるV族元素の流量は約200〜1600sccm、有機金属に含まれるIII族元素の流量は約20〜400sccmである。また、p型AlxGa1-xAsクラッド層205やp型AlzGa1-zAsオーミックコンタクト層206は炭素をドーパントとしており、エピタキシー成長温度は約520℃〜720℃で、有機金属に含まれるV族元素の流量は約15〜800sccm、有機金属に含まれるIII族元素の流量は約10〜300sccmである。従って、エピタキシー成長温度と有機金属に含まれるV族元素対III族元素の流量に関していえば、p型AlxGa1-xAsエピタキシャル層205及び206は、n型AlyGa1-yAsエピタキシャル層204と比較して相対的に低い。本発明の方法によれば、p型AlxGa1-xAs上部クラッド層205内のp型不純物濃度は5E17/cm3、p型AlzGa1-zAsオーミックコンタクト層206内のp型不純物濃度は5E18/cm3以上に達することができる。
【００１５】
続いて、レジスト（図示せず）でp型AlzGa1-zAsオーミックコンタクト層206に塗布し、リソグラフィ技術によってp型電極コンタクトウィンドウ（図示せず）を形成し、蒸着方法でp型金属（Au/BeまたはTi/Pt/Au）をレジストやp型電極コンタクトウィンドウ内に堆積し、リフトオフ法によって余分な金属を除去する。p型金属電極212とp型オーミックコンタクト層206との良好なオーミックコンタクトが形成されるよう、リフトオフして完成されたチップに対し380℃〜480℃の温度でアニール処理を行う。
【００１６】
次に、図5に示すように、レジストリソグラフィ技術によって発光素子の範囲を規定し、余分な部分を化学的エッチングで除去してアレイ型発光ダイオードを形成する。その後、プラズマ化学的気相堆積法によって、例えば窒化シリコンまたは二酸化シリコンの保護層210をウエハ231の表面に堆積し、レジストリソグラフィ技術やエッチング法でp型電極212の表面を露出させる。また、レジストリソグラフィ技術でメタル配線やワイヤボンディング領域を規定してp型電極212を接続する。図5に示すように、金属を蒸着でウエハ231の表面に堆積させ、メタルリフトオフ技術で余分な金属をリフトオフして、図5に示すようなメタル配線とボンディングワイヤ220を形成する。
【００１７】
次に、ウエハ231を適切な厚さ（200〜400μm）まで研磨し、背面金属240をウエハ231の背面に蒸着し、約380℃〜460℃の温度でアニールして良好なオーミックコンタクトを形成することによってn型電極240を形成する。
【００１８】
発光ダイオードのn型電極240を、図5に示すようにウエハの背面に形成する以外に、n型電極をウエハ231の表面に形成してもよい。ここでは、図5の二酸化シリコンをp型コンタクトウィンドウに加えて、n型コンタクトウィンドウを形成して、メタル配線とワイヤボンディング領域の規定においてもn型電極の配線を形成する。最後に、380℃〜460℃の温度でアニールして良好なオーミックコンタクトを形成する。その結果を図6に示す。
【００１９】
本発明の特長：
1．エピタキシー成長と同時にn型クラッド層、活性層、p型クラッド層、p型オーミックコンタクト層を形成しているため、従来技術と較べて、拡散マスクを規定するための複数のリソグラフィエッチング工程を減少させたことは明らかである。
2．p型不純物濃度の制御が容易となり、縦方向、横方向の拡散制御や濃度制御での不均一の問題が解消される。
3．本発明の方法によれば、エピタキシャル層の素材はガリウムヒ素やアルミニウムガリウムヒ素に限らず、ガリウムヒ素リン（GaAsP）やインジウムガリウムリン（InGaP）などであってもよい。
4．本発明ではエピキタシー方法でn型クラッド層、活性層、p型クラッド層、p型オーミックコンタクト層を形成しているため、良好な界面特性や濃度の均一性が得られ、発光の均一性を大幅に改善することができる。また、良好な界面特性が得られることによって、逆方向電流を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術によって形成されたアレイ型発光ダイオードの製造フローを示す図
【図２】従来技術によって形成されたアレイ型発光ダイオードの製造フローを示す図
【図３】従来技術によって形成されたアレイ型発光ダイオードの製造フローを示す図
【図４】本発明に係る方法によって形成された発光ダイオード素子の構造を示す図
【図５】本発明に係る方法で保護層を形成して発光ダイオード素子を覆い、ウエハの背面にn型電極形成することを示す図
【図６】本発明に係る方法で両電極が同一側となるようn型電極をバッファ層に形成することを示す図
【符号の説明】
【００２１】
101、201  n型GaAsの半導体基板
102、202  n型GaAsエピタキシャル層のバッファ層
103、203  n型AlxGa1-xAsの下部クラッド層（cladding layer）
104、204  n型AlxGa1-xAs層
105、205  AlxGa1-xAsの上部クラッド層（cladding layer）
106  半絶縁層（semi-insulating）GaAs
108  電流伝導拡散領域（current conducting diffusion area）
109  拡散マスク層
131、231  ウエハ
133、134  第1及び第２窓
135  拡散制御層
136  拡散源薄膜
137  アニール用被膜層
138  p型拡散領域
220  メタル配線及びボンディングワイヤ
240  n型電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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