(57)【要約】【課題】半導体を安定してエッチングし得るエッチング方法を提供する。【解決手段】エッチング工程Ｐ２において、半導体ウェハ４６に880(nm)程度のその励起波長以下の短波長の光がエッチング槽６２および蓋６６で遮られて入射しない環境下でエッチング処理が行われる。そのため、入射した光子エネルギによって電子が励起されることが抑制されるので、半導体ウェハ４６表面に電位が発生することが抑制され、延いてはエッチング速度の変化が抑制される。【選択図】                    図３
2005051168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐｎ接合を備えた半導体素子の製造方法であって、
前記ｐｎ接合の励起波長以下の短波長の光が排除された環境下で所定のエッチング液によって半導体をエッチングするエッチング工程を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｐｎ接合を備えた半導体素子の製造方法、特にそのエッチング工程の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上にｐｎ接合(本願においては、ｐ−ｕｎ−ｎ構造の場合も含む)が形成されるように複数の半導体層が積層された半導体が知られている。例えば、活性層を含む半導体層が積層されると共に、その基板の下面に下部電極を、積層された半導体層のうち最上部に位置するものの上面(すなわち光取出面)に上部電極をそれぞれ備え、それら下部電極と上部電極との間に電圧が印加されて通電することにより上記発光層にて発生した光を、所定の光取出部から取り出す形式の面発光型発光ダイオード(以下、ＬＥＤという)や、同様な構造に構成され最上部に位置する半導体層の表面に設けられた受光部に入射した光を電気エネルギに変換して出力する太陽電池等がその一例である。
【０００３】
上記のようなｐｎ接合を備えた半導体を製造するに際しては、その表面へのエッチング処理(一般にウェット・エッチング)が伴う。例えば、半導体上面の一部に光取出部が限定された点光源ＬＥＤにおいては、光取出効率を高めるために通電領域をその光取出部の直下に限定する電流狭窄構造が備えられている。この電流狭窄構造は、例えば、不純物拡散やイオン注入等の方法によって光取出面から所定の範囲の半導体の極性を反転することで形成されるので、前者においては所望の深さ分布で不純物が拡散するように凹所(すなわち光取出窓)を設けるために光取出面にエッチング処理が施され、後者においては所望の分布が形成されるように設けられたマスクをイオン注入後に除去するためにエッチング処理が施される(例えば、特許文献１，２を参照)。この他、エッチング処理は、半導体表面に微細加工を施す場合に広く行われている。なお、本願において「半導体のエッチング」には、半導体表面の一部を除去するものの他、マスクを除去するもの等の半導体の製造工程において行われる全てのエッチング処理が含まれる。
【特許文献１】特開２００１−２１７４５４号公報
【特許文献２】特開２００３−８０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のエッチング処理は、例えば、GaAs系ＬＥＤにおいて凹所を設ける場合には、クエン酸−過酸化水素水系選択性エッチング液が用いられる。このエッチング液は、AlGaAsに対するエッチング速度がAl混晶比の一定範囲で著しく低下する特性を有するので、例えば、混晶比が0.45程度でエッチング速度が著しく低いエッチング停止層を所定の深さ位置に設けると共に、それよりも表面側に混晶比が0〜0.1程度でエッチング速度が比較的高いエッチング層を設けて、そのエッチング停止層表面で腐蝕を実質的に停止させることによって凹所を一定の深さで設けることができる。また、GaAs系ＬＥＤにおいて例えばAuから成るイオン注入マスクを除去する場合には、シアン化カリウム系エッチング液が用いられる。このエッチング液は、GaAs系半導体のエッチング速度が著しく低いので基板表面を殆ど腐蝕させることなくマスクのみを容易に除去できる。
【０００５】
しかしながら、前者においては、容易に腐蝕除去されるはずのエッチング層のエッチング速度が著しく低くなって、通常の処理時間では所定のエッチング深さが得られない場合があり、後者においては、本来ならば容易に腐蝕されない半導体の表面が腐蝕させられて図８に示すように凹所１０８が形成される場合があった。なお、後者において表面が腐蝕すると、この表面に形成される電極の特性が接触不良などに起因して不良となって歩留まりが低下すると共に、その腐蝕させられた半導体層の下側に備えられている半導体層の腐蝕が問題となるのである。このように何れにおいてもエッチング処理が安定しない問題があった。
【０００６】
これらのエッチング速度の変動の程度は半導体の層構成に応じて異なる傾向が見られた。そこで、エッチング速度の低下に対しては、層構成に応じて処理時間を定めることで一応の対処が可能であるものの製造効率が低下する不都合がある。しかも、速度の変動の程度が一定では無くばらつきが大きいので、適切な処理時間で処理することは困難であり、エッチング量が過剰となった場合には凹所が所謂逆メサ形状となって素子劣化が生じ易くなる不都合もある。なお、選択性エッチング液を用いて凹所を形成する場合には、半導体結晶の異方性に起因して凹所の側面が裏面側に向かう。この逆メサ形状は、エッチング量が適切な範囲では凹所の側面がその下端において開口側に向かうように屈曲し、側面と底面との間が鈍角に保たれたものとなるが、エッチング量が過剰になるとその開口側に向かう部分が失われて側面と底面との間の角度が鋭角になる。一般に、ＬＥＤ等の半導体素子は相互に格子定数の異なる複数の半導体膜が積層されて構成されることから、その格子定数差に起因する内部応力が発生している。そのため、過剰なエッチングが行われることにより上記のような鋭角部分が生じると、そこに応力が集中して素子劣化が促進されることになる。
【０００７】
一方、エッチング速度が高くなる場合については、処理時間の変更による対処も極めて困難である。すなわち、速度のばらつきを考慮すると実質的にそのような対処が不可能であった。
【０００８】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、半導体を安定してエッチングし得る半導体素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
斯かる目的を達成するため、本発明の要旨とするところは、ｐｎ接合を備えた半導体素子の製造方法であって、(ａ)前記ｐｎ接合の励起波長以下の短波長の光が排除された環境下で所定のエッチング液によって半導体をエッチングするエッチング工程を含むことにある。
【発明の効果】
【００１０】
このようにすれば、エッチング工程において、半導体にそのｐｎ接合の励起波長以下の短波長すなわち励起し得るエネルギ以上の光子エネルギを有する光が入射しない環境下でエッチング処理が行われる。そのため、その光子エネルギによって電子が励起されることが抑制されるので、半導体表面に電位が発生することが抑制され、延いてはエッチング速度の変化が抑制される。
【００１１】
すなわち、本発明者等は、エッチング速度が変化する問題について、ウェット・エッチングにおける反応形態に着目して検討したところ、半導体に入射した光でｐｎ接合が励起されることにより発生した電子で半導体表面の電位が変化するので、これが半導体材料とエッチング液との電気化学的な反応であるエッチングの速度に影響を与えるのでは無いかと考えるに至った。半導体表面にｎ型層が備えられている場合には、ｐｎ接合が入射光で励起されると表面が負電位になるのでエッチングが抑制される傾向が生じ、反対に半導体表面にｐ型層が備えられていると、ｐｎ接合の励起により表面が正電位になるのでエッチングが促進される傾向が生ずるものと考えられる。例えば、GaAs系ＬＥＤでは、一般にｎ−GaAs基板が用いられることから、不純物拡散による場合には拡散領域がｐ型に反転させられることによって通電領域とされるので、ｎ型基板の上にｐ型層およびｎ型層が順次に積層されたｎｐｎ構造となる。一方、イオン注入による場合には注入領域が非通電領域とされるので、ｎ型基板の上にｐ型層のみが積層されたｎｐ構造となる。そのため、上記の表面電位の変化傾向をこれらの構造にそれぞれ適用すれば、表面がｎ型半導体で構成された前者はエッチング速度が低下し、表面がｐ型半導体で構成された後者はエッチング速度が高められることになるが、これらは前述した実際の速度変化の傾向に合致するのである。
【００１２】
ここで、好適には、前記半導体は、ｐ型またはｎ型の第１層と、その第１層とは極性の異なる第２層と、その第１層と同じ極性の第３層とが順次に積層されたｐｎｐ構造またはｎｐｎ構造を備えたものであり、前記エッチング処理は、不純物拡散領域の深さ分布を形成するための凹所を形成するものである。このようにすれば、その凹所を形成するに際して、第３層がｐ型の場合にはエッチング深さが過度になることが、第３層がｎ型の場合にはエッチング処理時間が長くなることがそれぞれ抑制される。
【００１３】
また、好適には、前記半導体は、ｎ型の第１層と、ｐ型の第２層とが順次に積層されたｎｐ構造を備えたものであり、前記エッチング処理は、その表面に固着されたイオン注入マスクを除去するものである。このようにすれば、そのマスクを除去するに際して、ｐ型の第２層表面が正電位になってエッチングが促進されることが好適に抑制される。
【００１４】
また、好適には、前記エッチング工程は、前記半導体素子にＬＥＤの発光効率を高めるための電流狭窄構造を形成するためのものである。このような電流狭窄構造を備えたＬＥＤでは、発光面積が限定されていることから素子劣化によって表面の光取出部内に非発光部が生じると著しく発光品質が低下する。そのため、遮光によりエッチングが安定して行われる効果が一層顕著に得られる。
【００１５】
因みに、電流狭窄構造がエッチングによる凹所の形成および表面からの不純物拡散により行われる場合には、その凹所が形成される表面からエッチング停止層までの深さ寸法がある程度のばらつきを以て形成されることから、エッチング処理時間は、そのばらつきの範囲の最大値であったときにも所望の深さの凹所が形成され、且つ最小値であったときには過剰となるエッチング量が逆メサ形状の形成されない程度に留められるように定める必要がある。例えば、上記深さ寸法が2.4〜3.0(μm)程度の範囲でばらつき、エッチング速度が0.4(μm/分)程度であり、許容される過剰エッチング量がエッチング停止層までの深さ寸法の1.5倍程度であるとすると、エッチング処理時間は、3.0÷0.4＝7.5分以上で、且つ2.4×1.5÷0.4＝9分以内でなければならない。したがって、例えば8.2分程度に処理時間を設定すれば、大凡その±10(％)程度の速度のばらつきがあってもエッチング量の過不足が生じないことになる。しかしながら、励起波長以下の短波長が入射する環境下では、エッチング速度のばらつきがこれよりも遙かに大きいので、安定してエッチングすることができないのである。
【００１６】
また、上記電流狭窄構造がイオン注入およびイオン注入マスクをエッチング処理により除去する等の工程で形成される場合には、半導体の最表面にGaAs等から成るキャップ層が設けられ、これにより、電極とのオーミック接触の確保および素子加工中の種々の処理における半導体の保護等が図られる。しかしながら、GaAsは赤色等の光を吸収する性質を有することから上記目的を達成できる最低限の厚さ例えば100(nm)程度とされているため、その薄いキャップ層が許容できるエッチング量のばらつきの範囲は極めて小さい。このような薄いキャップ層は、ＬＥＤの素子加工の洗浄工程やフォトリソ工程等において様々な酸やアルカリに曝されるため、譬え光の入射に起因するエッチング促進が生じなかったとしても数十(nm)程度は腐蝕される。そのため、光で励起されることによってエッチング速度が高くなると、キャップ層は容易に消失させられ電極との接触抵抗の増大やキャップ層の下側に設けられている半導体層の腐蝕の問題等が直ちに生じるのである。例えば、キャップ層の下にAlGaAs層が設けられている場合には、Alを含むことから腐蝕速度が高いため、Al混晶比に依存するがGaAsに比較して数倍〜数百倍の速度で腐蝕が進行する。励起波長以下の短波長の入射しない環境下では、このような問題が抑制されるので、エッチングが安定するが、このような効果は処理時間を調節することでは到底得られないのである。
【００１７】
また、好適には、前記半導体の表面がｐ型半導体で構成される場合において、エッチング処理の対象となる範囲はその表面の全面積の10(%)以下の面積を有するものである。このようにすれば、エッチング対象となる面積割合が小さいことから表面電荷が集中してエッチング速度が一層高くなり得る場合において、その表面電位の変化が抑制され延いては過剰なエッチングとなることが抑制される。因みに、極めて微小な例えば30(μm)程度の発光径を備えた点光源ＬＥＤでは、例えば発光径が150(μm)程度と比較的大きな点光源ＬＥＤに比較して表面全体の面積がそれほど小さくはされないので、その全面積に対する発光面積の割合が小さくなる。そのため、比較的発光径の大きい場合にはエッチング速度が高くなることに起因する半導体の無用な或いは過剰なエッチングは殆ど問題とならないが、発光径が小さい場合にはそのエッチングにより形成される段差等が顕著になるのである。
【００１８】
また、好適には、前記基板はGaAs半導体単結晶から成り、前記ｐｎ接合はGaAs系或いはAlGaAs系半導体単結晶から成るものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図面に関して、各部の寸法比等は必ずしも正確には描かれていない。
【００２０】
図１は、本発明の一実施例の製造方法により製造された面発光型点光源発光ダイオード(以下、ＬＥＤという)１０の構成を示す図である。このＬＥＤ１０は、例えばＭＯＣＶＤ(Metalorganic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相成長)法等によって、基板１２上に順次結晶成長させられたバッファ層１４、多層膜反射層１６、第１クラッド層１８、活性層２０、第２クラッド層２２、電流拡散層２４、電流ブロック層２６、エッチング停止層２８、エッチング層３０、及びキャップ層３２と、上記基板１２の下面及び上記キャップ層３２の上面にそれぞれ固着された下部電極３４及び上部電極３６とから構成されている。
【００２１】
上記基板１２は、例えば厚さ350(μm)程度のｎ−GaAs単結晶から成る化合物半導体である。また、上記バッファ層１４は、例えば厚さ0.2(μm)程度のｎ−GaAs単結晶からなる化合物半導体である。また、上記多層膜反射層１６は、例えば厚さ70(nm)程度のｎ−AlAs単結晶から成る化合物半導体と、厚さ60(nm)程度のｎ−Al0.2Ga0.8As単結晶から成る混晶半導体とが、交互に例えば３０対積層されて構成される所謂ＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector：分布反射型半導体多層膜反射層)である。かかる両半導体層の厚さは、上記活性層２０で発生して上記基板１２側に向かう光が、光取出面３８に向かって効率的に反射させられるように、その光の波長に応じて設定されている。
【００２２】
また、前記第１クラッド層１８は、例えば厚さ2(μm)程度のｎ−Al0.45Ga0.55As単結晶から成る混晶半導体、前記活性層２０は、例えば厚さ1(μm)程度のｐ−GaAs単結晶から成る化合物半導体、前記第２クラッド層２２は、例えば厚さ0.5(μm)程度のｐ−Al0.45Ga0.55As単結晶から成る混晶半導体、前記電流拡散層２４は、例えば厚さ2(μm)程度のｐ−Al0.1Ga0.9As単結晶から成る混晶半導体、前記電流ブロック層２６は、例えば厚さ1(μm)程度のｎ−Al0.1Ga0.9As単結晶から成る混晶半導体、前記エッチング停止層２８は、例えば厚さ0.2(μm)程度のｎ−Al0.45Ga0.55As単結晶から成る混晶半導体、前記エッチング層３０は、例えば厚さ2.5(μm)程度のｎ−Al0.1Ga0.9As単結晶から成る混晶半導体、前記キャップ層３２は、例えば厚さ0.1(μm)程度のｎ−GaAs単結晶から成る化合物半導体である。すなわち、ＬＥＤ１０はｐｎ接合を備えた半導体である。
【００２３】
また、前記下部電極３４は、例えば前記基板１２の下面全面にその基板１２側から順にAu−Ge合金、Ni、及びAuが積層形成されたものであり、前記上部電極３６は、前記光取出面３８の中央部に設けられた直径150(μm)程度の円形の光取出部４０を除く全面に、前記キャップ層３２側から順にAu−Zn合金及びAuが積層形成されたものである。それら下部電極３４及び上部電極３６は、何れもオーミック電極である。
【００２４】
また、前記エッチング層３０およびキャップ層３２は、その中央部が厚み方向全体に亘って除去されている。そのため、ＬＥＤ１０には、その光取出面３８の中央部に凹所４２が形成されており、その凹所４２内にエッチング停止層２８の中央部が露出している。前記光取出部４０は、この凹所４２を中心としてそれよりも僅かに大きい範囲に形成されたものである。
【００２５】
また、図１において斜線で示される領域すなわち前記キャップ層３２の表面から前記電流拡散層２４の厚み方向半ばまでの範囲で、前記キャップ層３２の全体及び前記エッチング層３０乃至電流ブロック層２６の所定部分に、ｐ型のドーパントである例えばZnなどの不純物が拡散させられてドーピング領域４４が形成されている。このドーピング領域４４においては、前記電流拡散層２４における不純物のドーピング濃度が高められて導電性が向上させられると共に、前記キャップ層３２乃至電流ブロック層２６の導電型が反転されてｐ型半導体すなわち前記第２クラッド層２２及び電流拡散層２４と同じ導電型にされている。これにより、ＬＥＤ１０は、前記電流拡散層２４と電流ブロック層２６との間における通電可能領域が、両層の境界部におけるドーピング領域４４内のみとされた電流狭窄構造が形成されている。
【００２６】
以上のように構成されたＬＥＤ１０では、前記下部電極３４と上部電極３６との間に所定の動作電圧が印加されることにより、前記活性層２０を通る経路で通電する。このとき、前記ＬＥＤ１０には、上述のような電流狭窄構造が形成されているため、専ら活性層２０における前記光取出部４０の直下に位置する部分のみで光が発生させられ、結果としてその光取出部４０から取り出される光の光強度が可及的に向上させられている。なお、前記ＬＥＤ１０は、専ら波長880(nm)程度の所謂赤外光を放出するものである。
【００２７】
図２は、上記ＬＥＤ１０の製造工程の要部を説明する工程図である。以下、ＬＥＤ１０の製造方法を図２および工程の要部段階における実施状態を表した図３を参照して説明する。これらの図において、先ず、前記基板１２上に前記バッファ層１４乃至キャップ層３２がＭＯＣＶＤ法等のエピタキシャル成長技術によって結晶成長させられることにより、半導体ウェハ４６が製造される。図３(ａ)は、半導体ウェハ４６の構成を模式的に表したものであり、ｎ型層４８，発光層５０(すなわち活性層２０)，ｐ型層５２，およびその上のｎ型層５４の境界のみを示した。次いで、図２に示すレジスト・パターン形成工程Ｐ１では、ｎ型層５４の表面すなわち前記キャップ層３２の表面の凹所４２に対応する部分を除いた全面に所定の厚さ寸法を有するレジスト膜(すなわちフォト・レジスト)５６が形成される。図３(ｂ)は、この段階を示しており、図において破線５８はエッチング停止層２８とエッチング層３０との境界すなわちエッチング停止層表面に対応する。なお、半導体ウェハ４６は、多数のＬＥＤ１０に対応する大きさを備えたものであるが、この図などにおいては素子１個分のレジスト膜５６が形成された状態を示している。
【００２８】
次いで、エッチング工程Ｐ２では、例えばクエン酸−過酸化水素水系等のエッチング液６０が蓄えられたエッチング槽６２内に、多数の半導体ウェハ４６をラック６４などに載せた状態で入れ、例えば予め定められた１０分程度の所定時間だけウェット・エッチングを施す。図３(ｃ)は、この段階を示している。これにより、前記レジスト膜５６が形成されていない部分における前記キャップ層３２及びエッチング層３０がエッチング(蝕刻)されて前記凹所４２が形成される。図３(ｄ)は、エッチング槽から取り出して洗浄処理を程した段階を示している。図に示されるように、エッチングはエッチング停止層表面５８で止まっており、凹所４２はそのエッチング停止層表面５８の深さを備えている。上記エッチング液６０は、AlGaAs系半導体においてそのAl混晶比が大きくなるとエッチング速度が著しく低下する選択性エッチング液であり、Al0.45Ga0.55AS半導体から成るエッチング停止層２８のエッチング速度は、GaAs半導体から成るキャップ層３２及びAl0.1Ga0.9As半導体から成るエッチング層に比べて数十分の１である。そのため、上記エッチング処理時間をキャップ層３２およびエッチング層３０が厚み方向全体に亘って確実に除去されるように設定することにより、実質的にエッチングがエッチング停止層２８の表面で留められることになる。
【００２９】
このとき、上記エッチング槽６２は、赤外線以下、具体的には前記活性層２０で発生させられる光の波長以下の短波長を透過させない樹脂等で構成されており、更に、その開口部は同様に赤外線以下の短波長を透過させない樹脂等から成る蓋６６によって塞がれている。そのため、上記エッチング処理は、半導体ウェハ４６がそのｐｎ接合の励起波長以下の短波長の光が排除された環境下で成されることになる。
【００３０】
このようにして前記凹所４２が蝕刻形成された後、レジスト除去工程Ｐ３では、前記レジスト膜５６が除去される。そして、不純物拡散工程Ｐ４において、例えば拡散ソースであるZnAs2と共に石英管内に真空封入され、例えば590(℃)程度の温度雰囲気にて１６時間程度加熱処理されること(すなわち封管法)により、拡散ソース中のZnが半導体ウェハ４６の上面から所定の深さに至るまで拡散させられる。図３(ｆ)は、この段階を示している。この後、前記下部電極３４及び上部電極３６が設けられ、更に、ウェハが個々の素子に分離されることにより、前記ＬＥＤ１０が得られる。
【００３１】
ここで、本実施例のようにエッチング工程Ｐ２において半導体ウェハ４６の励起波長から遮光した場合と、従来のように遮光しない場合とを比較した試験結果を説明する。従来のエッチング方法(比較例)においても試験には同一の半導体ウェハ４６を用いた。なお、この試験では、便宜上、通常の工程よりは短い処理時間としている。下記の表１および図４に結果を示すように、本実施例によれば、従来のエッチング処理に比較してエッチング速度が極めて高く、前述したような１０分程度の比較的短時間で十分なエッチング深さが得られるのに対し、従来の方法では、必要なエッチング深さ(例えば本実施例の構成では2.6(μm)程度)を得るために著しく長時間が必要となる。
【００３２】
［表１］
エッチング処理後の凹所の深さ(μm)
１回目  ２回目  
処理時間    ３分    ６分
従来        0.12    0.15
本実施例    0.66    1.57  
【００３３】
要するに、本実施例によれば、エッチング工程Ｐ２において、半導体ウェハ４６に880(nm)程度のその励起波長以下の短波長の光がエッチング槽６２および蓋６６で遮られて入射しない環境下でエッチング処理が行われる。そのため、入射した光子エネルギによって電子が励起されることが抑制されるので、半導体ウェハ４６表面に電位が発生することが抑制され、延いてはエッチング速度の変化が抑制されるのである。
【００３４】
すなわち、半導体ウェハ４６は、ｎ型層４８(すなわち基板１２乃至第１クラッド層１８)と、そのｎ型層４８とは極性の異なる発光層５０およびｐ型層５０(すなわち第２クラッド層２２および電流拡散層２４)と、そのｎ型層４８と同じ極性のｎ型層５４(すなわち電流ブロック層２６乃至キャップ層３２)とが順次に積層されたｎｐｎ構造を備えたものであるので、励起波長が入射するとｎ型層５４の表面が負電位となる。そのため、遮光することなくエッチング処理を施した従来法では、その負電位によってエッチング速度が著しく低下させられるが、遮光してエッチング処理を施した本実施例によれば、ｎ型層５４の表面が負電位になることが無いので、Al混晶比が十分に小さい場合の本来のエッチング速度が得られるのである。この結果、凹所４２を形成するために必要な時間が長時間と成らないので、工程が長くなることが好適に抑制されると共に、過度のエッチング処理によってＬＥＤ１０の劣化が生じ易くなることも好適に抑制される。
【００３５】
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において、前述した実施例と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略する。
【００３６】
図５は、他の点光源型ＬＥＤ７０の構成を示す図である。このＬＥＤ７０は、例えばＭＯＣＶＤ法等によって、基板１２上に順次結晶成長させられたバッファ層１４、多層膜反射層７２、第１クラッド層７４、第１フラット層７６、発光層７８、第２フラット層８０、第２クラッド層８２、傾斜層８４、第２バッファ層８６、導電層８８、およびキャップ層９０と、上記基板１２の下面及び上記キャップ層９０の上面にそれぞれ固着された下部電極３４及び上部電極３６とから構成されている。
【００３７】
上記多層膜反射層７２は、例えば厚さ10(nm)程度のｎ−GaInP単結晶から成る混晶半導体と、厚さ30(nm)程度のｎ−AlGaInP単結晶から成る混晶半導体とが、前者が基板１２側となるように交互に例えば３０対積層されて構成される所謂ＤＢＲである。かかる両半導体層の厚さは、上記発光層７８で発生して上記基板１２側に向かう光が、光取出面３８に向かって効率的に反射させられるように、その光の波長に応じて設定されている。
【００３８】
また、前記第１クラッド層７４は、例えば厚さ1(μm)程度のｎ−Al0.5In0.5P単結晶から成る混晶半導体、前記第１フラット層７６は、例えば厚さが94(nm)程度のｕｎ−(Al0.55Ga0.45)0.5In0.5P単結晶から成る混晶半導体である。また、前記発光層７８は、例えば厚さが10(nm)程度のｕｎ−Ga0.5In0.5P単結晶から成る混晶半導体で構成された井戸層と、厚さが30(nm)程度のｕｎ−(Al0.55Ga0.45)0.5In0.5P単結晶から成る混晶半導体で構成されたバリア層とが、最上層および最下層が何れも井戸層となるように交互に積層され、全体として例えば1(μm)程度の厚み寸法を備えた多重量子井戸である。また、前記第２フラット層８０は、例えば厚さ94(nm)程度のｕｎ−(Al0.55Ga0.45)0.5In0.5P単結晶から成る混晶半導体、前記第２クラッド層８２は、例えば厚さ1(μm)程度のｐ−Al0.5In0.5P単結晶から成る混晶半導体、前記傾斜層８４は、例えば厚さ0.2(μm)程度のｐ−(AlxGa1-x)0.5In0.5P単結晶から成る混晶半導体であって、そのAl混晶比ｘが第２クラッド層８２から第２バッファ層８６に向かうに従って１から０までなだらかに傾斜させられたものである。また、前記第２バッファ層８６は、例えば厚さが6(nm)程度のｐ−GaAs単結晶から成る化合物半導体、前記導電層８８は、例えば厚さ1(μm)程度のｐ−Al0.5Ga0.5As単結晶から成る混晶半導体、前記キャップ層９０は、例えば厚さ0.1(μm)程度のｐ−GaAs単結晶から成る化合物半導体である。すなわち、ＬＥＤ７０も実質的にｐｎ接合を備えた半導体である。
【００３９】
また、図において斜線で示される上部電極３６の直下の領域には、前記キャップ層９０の表面から前記第２クラッド層８２の厚み方向半ばまでの範囲で、Ｈ+等のイオンが注入されたイオン注入領域９２が形成されている。このイオン注入領域９２は、抵抗値が著しく増大させられることによって不伝導層となっている。これにより、ＬＥＤ７０は、前記上部電極３６と第２クラッド層８２との間における通電可能領域が、イオン注入領域９２以外の例えば直径30(μm)程度の中央部のみとされた電流狭窄構造が形成されている。
【００４０】
このように構成されたＬＥＤ７０においても、前記下部電極３４と上部電極３６との間に所定の動作電圧が印加されることにより、前記発光層７８を通る経路で通電する。このとき、前記ＬＥＤ７０には、上述のような電流狭窄構造が形成されているため、専ら発光層７８における光取出部９４の直下に位置する部分のみで光が発生させられ、結果として直径30(μm)程度のその光取出部９４から取り出される光の光強度が可及的に向上させられている。なお、前記ＬＥＤ７０は、専ら波長650(nm)程度の赤色光を放出するものである。
【００４１】
図６は、上記のＬＥＤ７０の製造工程の要部を説明する工程図であり、図７は、その製造工程の要部段階における実施状態を説明するための模式図である。本実施例においても、前述の実施例と同様にして半導体ウェハ９６(図７(ａ)参照)を製造した後、前記のイオン注入領域９２が形成される。なお、半導体ウェハ９６には、前述した各半導体層が形成されているが、図においては、ｎ型層９８，発光層１００(すなわち発光層７８)、ｐ型層１０２のみを示した。先ず、イオン注入マスク形成工程Ｒ１においては、上記の半導体ウェハ９６の表面１０４の中央部に前記光取出部９４に対応する大きさのイオン注入マスク１０６を形成する。このマスク１０６は、例えばAuから成るものであり、例えば、マスク１０６を反転したパターンでフォト・レジスト膜を表面１０４に設けた後、Auを全面に蒸着し、レジスト膜と共にその上に蒸着したAuを除去することによって形成される。図７(ｂ)は、この段階を示している。
【００４２】
次いで、イオン注入工程Ｒ２においては、この半導体ウェハ９６に表面１０４からＨ+イオンを注入する。図７(ｃ)は、この段階を示しており、半導体ウェハ９６には、マスク１０６の直下を除く範囲に、イオンが注入されたイオン注入領域９２が形成されている。次いで、エッチング工程(マスク除去工程)Ｒ３では、イオン注入を終えた半導体ウェハ９６を、エッチング槽６２内でエッチング処理することにより、上記のマスク１０６を除去する。このとき、エッチング液６０としては、シアン系アルカリ・エッチング液が用いられ、エッチング槽６２の開口は蓋６６で塞がれている。これらエッチング槽６２および蓋６６は、何れも赤色光以下の短波長を透過させない材料、例えば、可視光を透過させない樹脂等の材料で構成されている。したがって、本実施例においても、エッチング処理は半導体ウェハ９６の励起波長以下の短波長の遮光された環境下で実施される。
【００４３】
図７(ｅ)は、上記エッチング処理後の半導体ウェハ９６を示している。図に示されるように、マスク１０６が除去されたその表面１０４には、何ら凹所が形成されておらず、マスク１０６形成前の平坦な状態に戻っている。この後、電極用レジスト形成工程Ｒ４において、表面１０４に電極形成用のフォト・レジストを塗布して、パターン形成し、前記上部電極３６および下部電極３４をそれぞれ形成すると共に、素子毎に分離することにより、前記のＬＥＤ７０が得られる。
【００４４】
したがって、本実施例においても、励起波長以下の短波長が遮光された状態でエッチング処理が施されることから、その励起波長の光が入射して表面１０４が正電位になることが好適に抑制される。そのため、本来的にシアン系のアルカリ・エッチング液によるエッチング速度が著しく低い半導体ウェハ９６は、エッチング工程Ｒ３においてその表面１０４が腐蝕させられないので、前記のような平坦な表面１０４を保ったままイオン注入処理Ｒ１〜Ｒ３を実施できるのである。すなわち、本実施例によれば、遮光することなくエッチング処理を施していた従来のような表面１０４に無用な凹所１０８が形成されることが好適に抑制される。
【００４５】
以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。
【００４６】
例えば、前述の実施例では、本発明の半導体素子の製造方法が点光源ＬＥＤ１０，７０の製造工程に適用された場合について説明したが、本発明は、その製造にエッチング処理を伴う半導体素子であれば、レーザや太陽電池、論理素子等、種々のものの製造方法に同様に適用し得る。
【００４７】
また、実施例においては、本発明がGaAs系化合物(或いは混晶)半導体素子やAlGaInP系混晶半導体素子の製造方法に適用されていたが、Si系、窒化物系等種々の化合物半導体或いは混晶半導体や、シリコン半導体、ゲルマニウム半導体等の製造方法にも同様に適用できる。
【００４８】
また、実施例においては、不純物拡散分布を形成するための凹所４２を形成するためのエッチング処理や、イオン注入用のマスク１０６を除去するためのエッチング処理に本発明が適用されていたが、他の種々の目的のエッチング処理或いはフォトレジストの現像や表面洗浄のための酸・アルカリ処理等にも本発明は同様に適用される。
【００４９】
また、実施例においては、半導体ウェハ４６，９６にエッチング処理を施すに際して、完全に遮光していたが、励起波長よりも長波長が入射しても半導体ウェハの表面電位は変化しない。したがって、少なくとも励起波長以下の短波長の光が排除されていれば、長波長の光が入射し得る環境下でエッチング処理を施しても差し支えない。
【００５０】
また、実施例においては、凹所４２を形成するためのエッチング処理にクエン酸−過酸化水素水系のエッチング液が用いられ、イオン注入マスク１０６を除去するためのエッチング処理にシアン系のアルカリ・エッチング液が用いられていたが、用いられるエッチング液は半導体の構成やエッチングの目的に応じて適宜変更される。例えば、凹所４２を形成する場合には、半導体の構成に応じてアンモニア・過酸化水素混合液等が用いられ得る。
【００５１】
その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施例の面発光型点光源ＬＥＤの構成を示す図である。
【図２】図１のＬＥＤの製造工程の要部を説明する工程図である。
【図３】(ａ)〜(ｆ)は、図２の要部段階における実施状態を説明する模式図である。
【図４】エッチング時間とエッチング深さとの関係を実施例と従来とを対比して示す図である。
【図５】本発明の他の実施例の面発光型点光源発光ダイオードの構成を示す図である。
【図６】図５のＬＥＤの製造工程の要部を説明する工程図である。
【図７】(ａ)〜(ｅ)は、図７の要部段階における実施状態を説明するための模式図である。
【図８】図５のＬＥＤを従来のエッチング方法によってマスクを除去した場合の断面を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０、７０：面発光型点光源発光ダイオード、４６：半導体ウェハ、６２：エッチング槽、６６：蓋、Ｐ２：エッチング工程
【図１】
2005051168.tif 000003
【図２】
2005051168.tif 000004
【図３】
2005051168.tif 000005
【図４】
2005051168.tif 000006
【図５】
2005051168.tif 000007
【図６】
2005051168.tif 000008
【図７】
2005051168.tif 000009
【図８】
2005051168.tif 000010