(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に半導体エピタキシャル層を積層させて構成されたエピタキシャルウエハを有し、
前記半導体エピタキシャル層が前記基板側から順に第１導電型の下部クラッド層、第１導電型の活性層、及び第１導電型の上部クラッド層を含み、
前記半導体エピタキシャル層の主面の所定範囲から第２導電型不純物を拡散させて形成された領域であって、少なくとも前記活性層に達する複数個の第２導電型半導体領域を有する発光ダイオードアレイにおいて、
前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層は、半導体材料としてＡｌＧａＡｓが用いられ、前記下部クラッド層のＡｌの組成比は前記上部クラッド層のＡｌの組成比より大きく構成され、
前記半導体エピタキシャル層の主面の所定範囲から第２導電型不純物を前記第２導電型半導体領域より深くまで拡散させて形成された領域であって、前記半導体エピタキシャル層が複数のブロックから構成され、前記複数のブロックのそれぞれが所定個数の前記第２導電型半導体領域を含むように前記半導体エピタキシャル層を分離する素子分離領域を有する
ことを特徴とする発光ダイオードアレイ。
【請求項２】
前記基板が半絶縁性又は第２導電型の半導体基板であり、
前記半導体エピタキシャル層が前記基板と前記下部クラッド層との間に半絶縁性又は第２導電型のバッファ層を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ。
【請求項３】
前記素子分離領域が前記基板の上面に達する深さに形成されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の発光ダイオードアレイ。
【請求項４】
前記素子分離領域が前記バッファ層の上面に達する深さに形成されていることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオードアレイ。
【請求項５】
前記下部クラッド層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層（０＜ｘ＜１）であり、
前記活性層がＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ層（０＜ｙ＜１）であり、
前記上部クラッド層がＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ層（０＜ｚ＜１）であり、
ｚ＜ｘである
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の発光ダイオードアレイ。
【請求項６】
前記半導体エピタキシャル層に含まれている第１導電型不純物がＳｉであることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の発光ダイオードアレイ。
【請求項７】
前記第２導電型半導体領域に拡散されている第２導電型不純物がＺｎであり、
前記素子分離領域に拡散されている第２導電型不純物がＺｎ又は炭素のいずれかである
ことを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の発光ダイオードアレイ。
【請求項８】
前記半導体エピタキシャル層が、前記上部クラッド層上であって前記第２導電型半導体領域に接しない範囲に形成された第１導電型のコンタクト層を含むことを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の発光ダイオードアレイ。
【請求項９】
前記コンタクト層上に形成された第１導電側電極と、
前記第１導電側電極、前記コンタクト層、及び前記上部クラッド層の表面を覆う層間絶縁膜と、
前記第２導電型半導体領域上に形成された第２導電型のコンタクト島と、
前記層間絶縁膜及び前記コンタクト島の上に形成された第２導電側電極と
を有することを特徴とする請求項１から８までのいずれかに記載の発光ダイオードアレイ。
【請求項１０】
基板上に、前記基板側から順に積層された第１導電型の下部クラッド層、第１導電型の活性層、及び第１導電型の上部クラッド層を含む半導体エピタキシャル層を形成する工程を有する発光ダイオードアレイの製造方法において、
半導体材料としてＡｌＧａＡｓを用い、前記下部クラッド層のＡｌの組成比を前記上部クラッド層のＡｌの組成比より大きくなるように前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層を形成し、
前記半導体エピタキシャル層の主面に、前記半導体エピタキシャル層を複数のブロックに分離する素子分離領域を形成する部分を開口部としたマスク膜を形成する工程と、
第２導電型不純物を前記マスク膜の開口部を通して前記半導体エピタキシャル層に拡散させて前記素子分離領域を形成する工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードアレイの製造方法。
【請求項１１】
基板上に、前記基板側から順に積層された第１導電型の下部クラッド層、第１導電型の活性層、及び第１導電型の上部クラッド層を含む半導体エピタキシャル層を形成する工程を有する発光ダイオードアレイの製造方法において、
半導体材料としてＡｌＧａＡｓを用い、前記下部クラッド層のＡｌの組成比を前記上部クラッド層のＡｌの組成比より大きくなるように前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層を形成する工程と、
前記半導体エピタキシャル層の主面に、発光領域及び前記半導体エピタキシャル層を複数のブロックに分離する素子分離領域を形成する部分を開口部としたマスク膜を形成する工程と、
前記発光領域を形成するための開口部に拡散制御膜を形成する工程と、
第２導電型不純物を前記マスク膜の開口部を通して前記半導体エピタキシャル層に拡散させて前記発光領域及び前記素子分離領域を形成する工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードアレイの製造方法。
【請求項１２】
第２導電型不純物を前記マスク膜の開口部を通して前記半導体エピタキシャル層に拡散させる前記工程が、
前記マスク膜が形成された前記半導体エピタキシャル層上に第２導電型不純物を含む拡散源膜を形成する工程と、
前記拡散源膜上にアニールキャップ膜を形成する工程と、
前記マスク膜、前記拡散源膜、及び前記アニールキャップ膜を備えたエピタキシャルウエハをアニールする工程と
を含むことを特徴とする請求項１０又は１１のいずれかに記載の発光ダイオードアレイの製造方法。
【請求項１３】
前記半導体エピタキシャル層の熱膨張係数と前記マスク膜の熱膨張係数との差が３×１０−６／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１２に記載の発光ダイオードアレイの製造方法。
【請求項１４】
第２導電型不純物を前記マスク膜の開口部を通して前記半導体エピタキシャル層に拡散させる前記工程が、気相拡散又はイオンインプランテーションにより実行されることを特徴とする請求項１０又は１１のいずれかに記載の発光ダイオードアレイの製造方法。
【請求項１５】
前記第２導電型不純物がＺｎ又は炭素のいずれかであることを特徴とする請求項１０から１４までのいずれかに記載の発光ダイオードアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真式プリンタ等の光源として使用される発光ダイオードアレイ（以下「ＬＥＤアレイ」という。）及びその製造方法に関し、特に、ＬＥＤアレイチップの半導体エピタキシャル層を複数のブロックに分離する素子分離領域に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真式プリンタに対しては超高密度記録の要求があり、このため光源として用いられるＬＥＤアレイの発光部の集積密度にも超高密度（例えば、１２００ｄｐｉ（dot per inch））が要求されている。このような集積密度を実現するために、ＬＥＤアレイチップの半導体エピタキシャル層を電気的に絶縁された複数のブロックに分離すると共に、異なるブロックの複数の発光部を共通電極に接続することによってワイヤボンディング用の電極パッドの数を減らす工夫がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＬＥＤアレイチップの半導体エピタキシャル層を複数のブロックに分離（以下「素子分離」という。）するための分離領域（例えば、エッチング溝）の厚さが増大すると発光部の超高密度化が困難になるという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、上記したような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、不純物拡散による素子分離が容易な構成を採用することによって発光部の集積密度を上げることができるＬＥＤアレイ及びその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＬＥＤアレイは、基板上に半導体エピタキシャル層を積層させて構成されたエピタキシャルウエハを有し、前記半導体エピタキシャル層が前記基板側から順に第１導電型の下部クラッド層、第１導電型の活性層、及び第１導電型の上部クラッド層を含み、前記半導体エピタキシャル層の主面の所定範囲から第２導電型不純物を拡散させて形成された領域であって、少なくとも前記活性層に達する複数個の第２導電型半導体領域を有する発光ダイオードアレイにおいて、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層は、半導体材料としてＡｌＧａＡｓが用いられ、前記下部クラッド層のＡｌの組成比は前記上部クラッド層のＡｌの組成比より大きく構成され、前記半導体エピタキシャル層の主面の所定範囲から第２導電型不純物を前記第２導電型半導体領域より深くまで拡散させて形成された領域であって、前記半導体エピタキシャル層が複数のブロックから構成され、前記複数のブロックのそれぞれが所定個数の前記第２導電型半導体領域を含むように前記半導体エピタキシャル層を分離する素子分離領域を有することを特徴としている。
【０００６】
また、本発明に係るＬＥＤアレイにおいては、前記基板が半絶縁性又は第２導電型の半導体基板であり、前記半導体エピタキシャル層が前記基板と前記下部クラッド層との間に半絶縁性又は第２導電型のバッファ層を含むように構成することができる。
【０００７】
また、前記素子分離領域は、前記基板の上面に達する深さ、又は、前記バッファ層の上面に達する深さに形成されていることが望ましい。
【０００８】
また、本発明に係るＬＥＤアレイにおいては、前記下部クラッド層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層（０＜ｘ＜１）であり、前記活性層がＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ層（０＜ｙ＜１）であり、前記上部クラッド層がＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ層（０＜ｚ＜１）であり、ｚ＜ｘであるように構成することができる。
【０００９】
また、本発明に係るＬＥＤアレイにおいては、前記半導体エピタキシャル層に含まれている第１導電型不純物をＳｉとすることができる。
【００１０】
また、本発明に係るＬＥＤアレイにおいては、前記第２導電型半導体領域に拡散されている第２導電型不純物をＺｎとし、前記素子分離領域に拡散されている第２導電型不純物をＺｎ又は炭素のいずれかとすることができる。
【００１１】
また、本発明に係るＬＥＤアレイにおいては、前記半導体エピタキシャル層が、前記上部クラッド層上であって前記第２導電型半導体領域に接しない範囲に形成されたコンタクト層を含むことができる。
【００１２】
また、本発明に係るＬＥＤアレイは、前記コンタクト層上に形成された第１導電側電極と、前記第１導電側電極、前記コンタクト層、及び前記上部クラッド層の表面を覆う層間絶縁膜と、前記第２導電型半導体領域上に形成された第２導電型のコンタクト島と、前記層間絶縁膜及び前記コンタクト島の上に形成された第２導電側電極とを備えることができる。
【００１３】
本発明に係るＬＥＤアレイの製造方法は、基板上に、前記基板側から順に積層された第１導電型の下部クラッド層、第１導電型の活性層、及び第１導電型の上部クラッド層を含む半導体エピタキシャル層を形成する工程を有し、半導体材料としてＡｌＧａＡｓを用い、前記下部クラッド層のＡｌの組成比を前記上部クラッド層のＡｌの組成比より大きくなるように前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層を形成し、前記半導体エピタキシャル層の主面に、前記半導体エピタキシャル層を複数のブロックに分離する素子分離領域を形成する部分を開口部としたマスク膜を形成する工程と、第２導電型不純物を前記マスク膜の開口部を通して前記半導体エピタキシャル層に拡散させて前記素子分離領域を形成する工程とを有することを特徴としている。
【００１４】
また、本発明に係るＬＥＤアレイの製造方法の他の態様は、基板上に、前記基板側から順に積層された第１導電型の下部クラッド層、第１導電型の活性層、及び第１導電型の上部クラッド層を含む半導体エピタキシャル層を形成する工程を有し、半導体材料としてＡｌＧａＡｓを用い、前記下部クラッド層のＡｌの組成比を前記上部クラッド層のＡｌの組成比より大きくなるように前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層を形成する工程と、前記半導体エピタキシャル層の主面に、発光領域及び前記半導体エピタキシャル層を複数のブロックに分離する素子分離領域を形成する部分を開口部としたマスク膜を形成する工程と、前記発光領域を形成するための開口部に拡散制御膜を形成する工程と、第２導電型不純物を前記マスク膜の開口部を通して前記半導体エピタキシャル層に拡散させて前記発光領域及び前記素子分離領域を形成する工程とを有することを特徴としている。
【００１５】
また、本発明に係るＬＥＤアレイの製造方法においては、第２導電型不純物を前記マスク膜の開口部を通して前記半導体エピタキシャル層に拡散させる前記工程が、前記マスク膜が形成された前記半導体エピタキシャル層上に第２導電型不純物を含む拡散源膜を形成する工程と、前記拡散源膜上にアニールキャップ膜を形成する工程と、前記マスク膜、前記拡散源膜、及び前記アニールキャップ膜を備えたエピタキシャルウエハをアニールする工程とを含むことができる。
【００１６】
また、本発明に係るＬＥＤアレイの製造方法においては、前記半導体エピタキシャル層の熱膨張係数と前記マスク膜の熱膨張係数との差が３×１０−６／Ｋ以下であることが望ましい。
【００１７】
また、本発明に係るＬＥＤアレイの製造方法においては、第２導電型不純物を前記マスク膜の開口部を通して前記エピタキシャルウエハの前記半導体エピタキシャル層に拡散させる前記工程を、気相拡散又はイオンインプランテーションにより実行させてもよい。
【００１８】
また、本発明に係るＬＥＤアレイの製造方法においては、前記第２導電型不純物をＺｎ又は炭素のいずれかとすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤアレイ１００の一部を概略的に示す平面図である。また、図２は、図１をＳ２−Ｓ２線で切った面を概略的に示す断面図であり、図３は、図１をＳ３−Ｓ３線で切った面を概略的に示す断面図である。
【００２０】
図２又は図３に示されるように、ＬＥＤアレイ１００は、半絶縁性の半導体基板１０１上に半導体エピタキシャル層を積層させて構成されたエピタキシャルウエハ（以下「エピウエハ」という。）１０２を有している。
【００２１】
図２又は図３に示されるように、エピウエハ１０２は、半導体基板１０１上に形成された半絶縁性のバッファ層１０３と、このバッファ層１０３上に形成された第１導電型の下部クラッド層１０４と、この下部クラッド層１０４上に形成された第１導電型の活性層１０５と、この活性層１０５上に形成された第１導電型の上部クラッド層１０６と、この上部クラッド層１０６上に形成され、電極とのオーミックコンタクトを形成するための第１導電型のコンタクト層１０７とを有している。また、下部クラッド層１０４及び上部クラッド層１０６は、第２導電型不純物の下部クラッド層１０４における拡散速度が上部クラッド層１０６における拡散速度より大きくなるように、構成されている。第１の実施形態においては、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型である。
【００２２】
半導体基板１０１は、例えば、半絶縁性ＧａＡｓ基板であり、バッファ層１０３は、例えば、半絶縁性ＧａＡｓエピタキシャル層（以下「ＧａＡｓバッファ層」という。）である。ただし、半導体基板１０１を、ｐ型ＧａＡｓ基板とし、バッファ層１０３を、ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層とすることもできる。
【００２３】
下部クラッド層１０４は、例えば、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓエピタキシャル層（以下「ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓクラッド層」という。）であり、活性層１０５は、例えば、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓエピタキシャル層（以下「ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ活性層」という。）である。また、上部クラッド層１０６は、例えば、ｎ型ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓエピタキシャル層（以下「ｎ型ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓクラッド層」という。）であり、コンタクト層１０７は、例えば、ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層である。ここで、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１である。第１導電型不純物は、例えば、Ｓｉである。また、各半導体エピタキシャル層は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相蒸着）法により形成することができる。
【００２４】
また、図２に示されるように、エピウエハ１０２は、半導体エピタキシャル層の主面の所定範囲（第２導電型半導体領域１０８が形成される領域の上部）から第２導電型不純物を拡散させて形成された領域であって、少なくとも活性層１０５に達するように形成された複数個（図２には１個のみを示す。）の第２導電型半導体領域１０８を有している。第２導電型半導体領域１０８のフロント面１０８ａは、半導体エピタキシャル層（下部クラッド層１０４、活性層１０５、上部クラッド層１０６等）の界面とほぼ平行な方向に広がっている。また、コンタクト層１０７は、上部クラッド層１０６上であって第２導電型半導体領域１０８に接しない範囲に形成されている。ここで、第２導電型不純物は、例えば、Ｚｎである。
【００２５】
また、図３に示されるように、エピウエハ１０２は、半導体エピタキシャル層の主面の所定範囲（素子分離領域１０９が形成される領域の上部）から第２導電型不純物を拡散させて形成された素子分離領域１０９を有している。素子分離領域１０９は、半導体エピタキシャル層が電気的に絶縁された複数のブロック（図１における１２０）から構成され、複数のブロック１２０のそれぞれが所定個数の第２導電型半導体領域１０８（図１における発光部１０８ｂに相当する。）を含むように半導体エピタキシャル層を分離している。ここで、第２導電型不純物は、例えば、Ｚｎ又は炭素である。素子分離領域１０９は、少なくとも第２導電型半導体領域１０８より深く形成されている。図３においては、素子分離領域１０９は、半導体基板１０１の上面に達する深さに形成されている。ただし、素子分離領域１０９をバッファ層１０３の上面に達する深さに形成してもよい。
【００２６】
また、図２又は図３に示されるように、ＬＥＤアレイ１００は、コンタクト層１０７上に形成された第１導電側電極１１０と、第１導電側電極１１０、コンタクト層１０７、及び上部クラッド層１０６の表面を覆う層間絶縁膜１１１と、第２導電型半導体領域１０８上に形成された第２導電型のコンタクト島１１２と、層間絶縁膜１１１及びコンタクト島１１２の上に形成された第２導電側電極１１３とを有している。図２に示されるように、コンタクト島１１２は、コンタクト層１０７がエッチング除去された領域（エッチング領域）１０７ａによって、第１導電型のコンタクト層１０７と離間している。コンタクト島１１２は、第２導電型不純物のドーピングによって第２導電型に構成されている。
【００２７】
また、図１に示されるように、ＬＥＤアレイ１００は、複数のブロック１２０を備えている。各ブロック１２０は、複数（図１においては８個）の発光部１０８ｂ（第２導電型半導体領域１０８）を含んでいる。図１に示されるように、ＬＥＤアレイ１００の各ブロック１２０には、第１導電側電極１１０と、この第１導電側電極１１０に接続された第１導電側の電極線１１０ａと、この電極線１１０ａに接続されたワイヤボンディング用の電極パッド１１０ｂが備えられている。また、図１に示されるように、ＬＥＤアレイ１００には、複数のブロック１２０に共通する複数本（図１においては８本）の共通電極１１４と、発光部１０８ｂ及び共通電極１１４に接続された第２導電側の電極線１１３ａと、この電極線１１３ａに接続されたワイヤボンディング用の電極パッド１１３ｂが備えられている。なお、図１には、層間絶縁膜１１１を描いていないが、共通電極１１４と電極線１１３ａとを接続するための層間絶縁膜１１１の開口部１１１ａは描いている。
【００２８】
また、エピウエハ１０２は、下部クラッド層１０４のエネルギーバンドギャップをＥｇ（１０４）とし、活性層１０５のエネルギーバンドギャップをＥｇ（１０５）とし、上部クラッド層１０６のエネルギーバンドギャップをＥｇ（１０６）としたときに、
Ｅｇ（１０４）＞Ｅｇ（１０５）                    …（１）
Ｅｇ（１０６）＞Ｅｇ（１０５）                    …（２）
の条件を満たすように構成されている。ＡｌＧａＡｓ半導体エピタキシャル層のエネルギーバンドギャップはＡｌの組成比に応じて変化するので、Ａｌの組成比を調整することによって条件（１）及び（２）を満足させることができる。
【００２９】
また、エピウエハ１０２は、下部クラッド層１０４内における第２導電型不純物の拡散速度をＶ（１０４）とし、上部クラッド層１０６における第２導電型不純物の拡散速度をＶ（１０６）としたときに、
Ｖ（１０６）＜Ｖ（１０４）                        …（３）
の条件を満たすように構成されている。ＡｌＧａＡｓ半導体エピタキシャル層を使用し、第２導電型不純物としＺｎを使用する場合には、Ａｌの組成比が大きいほどＺｎ拡散速度が大きい。このため、上部クラッド層１０６であるｎ型ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓクラッド層におけるＺｎの拡散速度をＶＺｎ（１０６）とし、下部クラッド層１０４であるｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓクラッド層におけるＺｎの拡散速度をＶＺｎ（１０４）としたときに、
ＶＺｎ（１０６）＜ＶＺｎ（１０４）                …（４）
の条件を満たすためには、ｚ＜ｘの条件を満足させればよい。このような条件（３）又は（４）を満足させて下部クラッド層１０４における拡散速度を早くした場合には、上部クラッド層１０６及び活性層１０５を通して進入した不純物を下部クラッド層１０４において容易に拡散させることができるので素子分離領域１０９の深さを容易に深くすることができる。
【００３０】
エネルギーバンドギャップに関する条件（１）及び（２）並びに拡散速度に関する条件（３）又は（４）を満たす組成としては、例えば、ｘ＝０．６、ｙ＝０．１５、ｚ＝０．４がある。すなわち、下部クラッド層（ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓクラッド層）１０４をｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層とし、活性層（ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ活性層１０５）をｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とし、上部クラッド層（ｎ型ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓクラッド層）１０６をｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層とすることによって、条件（１）及び（２）を満たすことができる。
【００３１】
図４は、第１の実施形態に係るＬＥＤアレイ１００の回路図である。図４において、１０９は素子分離領域、１１０ｂは第２導電側の電極パッド、１１３ｂは第１導電側の電極パッド、１１４は共通電極、１２０（ＢＬ１〜ＢＬ８）はブロック、ｄ１〜ｄ８はＬＥＤ（図１の発光部１０８ｂ）を示す。図４には、８個のブロックＢＬ１〜ＢＬ８、及び、各ブロック毎の８個のＬＥＤｄ１〜ｄ８が示されているが、ブロック数及び各ブロック毎のＬＥＤ数は８個に限定されない。
【００３２】
図４においてブロックＢＬ１にあるＬＥＤｄ１を点灯させる場合には、ブロックＢＬ１にあるｎ側の電極パッド１１０ｂとブロックＢＬ１にあるｐ側の電極１１３ｂとの間に電流を流す。また、ブロックＢＬ１にあるＬＥＤｄ２を点灯させる場合には、ブロックＢＬ１にあるｎ側電極パッド１１０ｂとブロックＢＬ２にあるｐ側電極１１３ｂとの間に電流を流す。このように、各ブロックＢＬ１〜ＢＬ８のＬＥＤｄ１〜ｄ８の点灯・非点灯をマトリクス駆動させることができる。
【００３３】
各ｎ型領域のブロック１２０は素子分離領域１０９によって電気的に絶縁された分離構造となっているので、複数のＬＥＤが結線されているｐ側の電極パッド１１３ｂを選択してもｎ側の電極パッド１１０ｂが選択されたｎ型領域ブロック内にあるＬＥＤのみを点灯させることができる。ｎ側の電極パッド１１０ｂとｐ側の電極パッド１１３ｂとの間に順方向電圧を印加すると、第２導電型半導体領域１０８とｎ型領域との間のｐｎ接合を介して、ｐ側領域であるＺｎ拡散領域（第２導電型半導体領域１０８）に少数キャリアとしての電子が注入され、ｎ側領域に少数キャリアとしての正孔が注入される。ＧａＡｓコンタクト層１０７にはエッチング領域１０７ａによりｐｎ接合が存在しない。ＧａＡｓのエネルギーバンドギャップはＡｌｙＧａ１−ｙＡｓのエネルギーバンドギャップよりも小さいので、ＧａＡｓ層内にｐｎ接合が形成されている場合には、ＧａＡｓ層内に形成されているｐｎ接合を介してキャリアの注入が起こる。この場合には、発光はＧａＡｓ層での発光が主となってしまうので、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓのエネルギーバンドギャップに相当した発光波長の光が得られなくなる。第１の実施形態のエピウエハ１０２を用いたＬＥＤアレイ１００においては、エッチング領域１０７ａを設けたことにより、表面のＧａＡｓ層へのキャリアの注入はない。
【００３４】
一方、上部クラッド層１０６のエネルギーバンドギャップＥｇ（１０６）は活性層１０５のエネルギーバンドギャップＥｇ（１０５）よりも大きくしてあるため、少数キャリアは活性層１０５内のｐｎ接合を介してのみ注入される。また、活性層内のｐｎ接合を介して注入された正孔及び電子は、下部クラッド層１０４と活性層１０５の界面に存在するエネルギー障壁及び上部クラッド層１０６と活性層１０５の界面に存在するエネルギー障壁によって下部クラッド層１０４及び上部クラッド層１０６へは拡散できない。すなわち、注入キャリアは活性層１０５内に閉じ込められ、発光効率が高くなる。また、光の発光波長は活性層１０５のＡｌ組成で決まるエネルギーバンドギャップに相当する発光波長となる。
【００３５】
以上に説明したように、第１の実施形態に係るＬＥＤアレイ１００においては、下部クラッド層１０４における第２導電型不純物の拡散速度を上部クラッド層１０６における第２導電型不純物の拡散速度よりも大きくなるような成分で下部クラッド層１０４及び上部クラッド層１０６を形成している。このため、半導体エピタキシャル層の各ブロックを確実に絶縁することができ、ＬＥＤアレイの動作の信頼性を高めることができる。また、下部クラッド層１０４における第２導電型不純物の拡散を短時間で完了できるので、素子分離領域１０９の形成（即ち、第２導電型不純物の拡散）に際して、上部クラッド層１０６における第２導電型不純物の拡散の広がり（即ち、上部クラッド層１０６における素子分離領域１０９の厚さ）を抑制することができ、結果的に、ＬＥＤアレイにおける発光部の高密度化が可能になる。
【００３６】
また、第１の実施形態に係るＬＥＤアレイ１００においては、素子分離領域１０９を拡散領域によって形成しているので、素子分離領域をエッチング溝で形成した場合と異なり、ＬＥＤアレイ１００をプレナー構造とすることができる。このため、素子分離領域１０９上に備えられた配線（例えば、図１の共通電極１１４）の曲がりが少なく、断線による不良の発生頻度を減らすことができる。
【００３７】
なお、上記説明においては、下部クラッド層１０４が第１導電型である場合について説明したが、下部クラッド層１０４を半絶縁性又はノンドープ又は第２導電型としてもよい。また、上記説明においては、半導体材料として、ＡｌｔＧａ１−ｔＡｓ（ｔ≧０）を用いた場合について述べたが、発光素子を形成できる半導体材料であれば、ＧａＩｎＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓＰ等のような他の半導体材料を用いてもよい。
【００３８】
第２の実施形態
図５は、本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤアレイの製造方法における素子分離領域の形成工程を説明するための断面図である。図５は、図１をＳ３―Ｓ３線で切る面に対応する。したがって、図５において、図３の構成要素と同一の構成要素には同じ符号を付す。第２の実施形態に係るＬＥＤアレイの製造方法は、第１の実施形態に係るＬＥＤアレイ１００の製造方法として使用することができる。
【００３９】
第２の実施形態に係るＬＥＤアレイの製造方法においては、エピウエハ１０２を用いる。第１の実施形態に係るＬＥＤアレイ１００と同様に、エピウエハ１０２の半導体エピタキシャル層は、第１導電型の下部クラッド層１０４、第１導電型の活性層１０５、及び第１導電型の上部クラッド層１０６を含み、第２導電型不純物の下部クラッド層１０４における拡散速度が上部クラッド層１０６における拡散速度より大きくなるように下部クラッド層１０４及び上部クラッド層１０６を形成している。
【００４０】
第２の実施形態においては、コンタクト層１０７の上面に拡散マスク膜２０１を形成する。拡散マスク膜２０１は、半導体エピタキシャル層を複数のブロックに分離する素子分離領域が形成される領域１０９ａの上部に開口部２０１ａを有する。拡散マスク膜２０１は、例えば、酸化膜又は窒化膜等の誘電体膜である。
【００４１】
次に、拡散マスク膜２０１が形成された半導体エピタキシャル層上に第２導電型不純物を含む拡散源膜２０２を形成する。拡散源膜２０２は、例えば、ＺｎＳｉＯ２等のようなＺｎを含む膜である。
【００４２】
次に、拡散源膜２０２上にアニールキャップ膜２０３を形成する。アニールキャップ膜２０３は、例えば、酸化膜又は窒化膜等の誘電体膜である。
【００４３】
その後、拡散マスク膜２０１、拡散源膜２０２、及びアニールキャップ膜２０３を備えたエピウエハ１０２をアニールし、拡散源膜２０２に含まれる第２導電型不純物をマスク２０１の開口部２０１ａを通して半導体エピタキシャル層に拡散させる。第２導電型不純物の半導体エピタキシャル層における拡散速度は、半導体エピタキシャル層の熱膨張係数と拡散マスク膜２０１の熱膨張係数との差が３×１０−６／Ｋ以下で早くなることが実験的に確認された。素子分離領域１０９は前述したとおり、第２導電型半導体領域１０８より深い拡散領域であるので、拡散させる第２導電型不純物の拡散速度が早い方が望ましい。このため、半導体エピタキシャル層の熱膨張係数と拡散マスク膜２０１の熱膨張係数との差が３×１０−６／Ｋ以下であることが望ましい。
【００４４】
上記した素子分離領域１０９の形成は、発光部となる第２導電型半導体領域１０８の形成と別の工程として行うことができる。ただし、第２導電型半導体領域１０８の形成工程において素子分離領域１０９の一部（上側の半分程度）を形成し、その後別の工程で素子分離領域１０９を深くするように、２工程で素子分離領域１０９を形成してもよい。また、第２導電型半導体領域１０８の形成工程に関する図６に示されるように、第２導電型半導体領域１０８が形成される領域の上に不純物の進入を制限する（拡散領域の深さを浅くする）拡散制御膜２０４を設けて、１回の拡散工程によって第２導電型半導体領域１０８と素子分離領域１０９の両方を形成することもできる。
【００４５】
以上に説明したように、第２の実施形態に係るＬＥＤアレイの製造方法によれば、下部クラッド層１０４における第２導電型不純物の拡散速度を上部クラッド層１０６における第２導電型不純物の拡散速度よりも大きくなるような成分で下部クラッド層１０４及び上部クラッド層１０６を形成したので、素子分離領域１０９を形成する際に容易に深い拡散領域を形成することができる。このため、半導体エピタキシャル層の各ブロックを確実に絶縁することができ、製造されたＬＥＤアレイの動作の信頼性を高めることができる。また、下部クラッド層１０４における第２導電型不純物の拡散を短時間で完了できるので、素子分離領域１０９の形成に際して、上部クラッド層１０６における第２導電型不純物の拡散の広がり（即ち、上部クラッド層１０６における素子分離領域１０９の厚さ）を抑制することができ、結果的に、ＬＥＤアレイにおける発光部の高密度化が可能になる。
【００４６】
また、半導体ウエハと拡散マスク膜の熱膨張係数との差異が３×１０−６／Ｋの誘電体膜材料を使用するようにしたので、深い拡散領域形成が容易にでき、信頼性の高い素子分離領域の形成ができ、信頼性の高いＬＥＤアレイチップを提供することができる。
【００４７】
なお、上記説明においては、下部クラッド層１０４が第１導電型である場合について説明したが、下部クラッド層１０４を半絶縁性又はノンドープ又は第２導電型としてもよい。また、上記説明においては、半導体材料として、ＡｌｔＧａ１−ｔＡｓ（ｔ≧０）を用いた場合について述べたが、発光素子を形成できる半導体材料であれば、ＧａＩｎＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓＰ等のような他の半導体材料を用いてもよい。また、第２の実施形態において、上記以外の点は、第１の実施形態と同じである。
【００４８】
第３の実施形態
図７は、本発明の第３の実施形態に係るＬＥＤアレイの製造方法における素子分離領域の形成工程を説明するための断面図である。図７は、図１をＳ３―Ｓ３線で切る面に対応する。したがって、図７において、図３又は図５の構成要素と同一の構成要素には同じ符号を付す。第３の実施形態に係るＬＥＤアレイの製造方法は、第１の実施形態に係るＬＥＤアレイ１００の製造方法として使用することができる。
【００４９】
実施の形態２のＬＥＤアレイの製造方法は固相拡散により、第２導電型半導体層１０８及び素子分離領域１０９を形成した場合について説明したが、実施の形態３のＬＥＤアレイの製造方法は気相拡散又はイオンインプランテーションにより不純物拡散を実施する場合を示している。
【００５０】
第３の実施形態においても、素子分離領域１０９の形成は、第２導電型半導体領域１０８の形成と別の工程として行うことができる。また、第２導電型半導体領域１０８の形成工程において素子分離領域１０９の一部（上側の半分程度）を形成し、その後別の工程で素子分離領域１０９を深くする工程としてもよい。さらに、第２導電型半導体領域１０８の形成工程に関する図８に示されるように、第２導電型半導体領域１０８が形成される領域の上部に不純物の進入を制限する拡散制御膜２０５を設けて、１回の拡散工程によって第２導電型半導体領域１０７と素子分離領域１０９の両方を形成することもできる。
【００５１】
なお、第３の実施形態において、上記以外の点は、上記第２の実施形態と同じである。
【００５２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のＬＥＤアレイによれば、下部クラッド層における第２導電型不純物の拡散速度を上部クラッド層における第２導電型不純物の拡散速度よりも大きくなるような成分で下部クラッド層及び上部クラッド層を形成したので、素子分離領域を形成する際に容易に深い拡散領域を形成することができる。このため、半導体エピタキシャル層の各ブロックを確実に絶縁することができ、ＬＥＤアレイの動作の信頼性を高めることができるという効果がある。また、下部クラッド層における第２導電型不純物の拡散を短時間で完了できるので、素子分離領域の形成に際して、上部クラッド層における第２導電型不純物の拡散の広がり（即ち、上部クラッド層における素子分離領域の厚さ）を抑制することができ、結果的に、ＬＥＤアレイにおける発光部の高密度化が可能になる。
【００５３】
また、本発明のＬＥＤアレイにおいては、素子分離領域を拡散領域によって形成しているので、ＬＥＤアレイをプレナー構造とすることができ、素子分離領域上に備えられた配線の曲がりが少なく、断線による不良の発生頻度を減らすことができるという効果がある。
【００５４】
また、本発明のＬＥＤアレイの製造方法によれば、下部クラッド層における第２導電型不純物の拡散速度を上部クラッド層における第２導電型不純物の拡散速度よりも大きくなるような成分で下部クラッド層及び上部クラッド層を形成したので、素子分離領域を形成する際に容易に深い拡散領域を形成することができる。このため、半導体エピタキシャル層の各ブロックを確実に絶縁することができ、製造されたＬＥＤアレイの動作の信頼性を高めることができるという効果がある。また、下部クラッド層における第２導電型不純物の拡散を短時間で完了できるので、素子分離領域の形成に際して、上部クラッド層における第２導電型不純物の拡散の広がり（即ち、上部クラッド層における素子分離領域の厚さ）を抑制することができ、結果的に、ＬＥＤアレイにおける発光部の高密度化が可能になる。
【００５５】
また、本発明のＬＥＤアレイの製造方法によれば、半導体ウエハと拡散マスクの熱膨張係数との差異が３×１０−６／Ｋの誘電体膜材料を使用するようにしたので、深い拡散領域形成が容易にでき、信頼性の高い素子分離領域の形成ができ、信頼性の高いＬＥＤアレイチップを提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤアレイの一部を概略的に示す平面図である。
【図２】  図１をＳ２−Ｓ２線で切った面を概略的に示す断面図である。
【図３】  図１をＳ３−Ｓ３線で切った面を概略的に示す断面図である。
【図４】  本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤアレイの回路図である。
【図５】  本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤアレイの製造方法における素子分離領域の形成工程を説明するための断面図である。
【図６】  本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤアレイの製造方法における第２導電型半導体領域の形成工程を説明するための断面図である。
【図７】  本発明の第３の実施形態に係るＬＥＤアレイの製造方法における素子分離領域の形成工程を説明するための断面図である。
【図８】  本発明の第３の実施形態に係るＬＥＤアレイの製造方法における第２導電型半導体領域の形成工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１００  ＬＥＤアレイ、  １０１  半導体基板、  １０２  エピタキシャルウエハ（エピウエハ）、  １０３  バッファ層、  １０４  下部クラッド層、  １０５  活性層、  １０６  上部クラッド層、  １０７  コンタクト層、  １０７ａ  エッチング領域、  １０８  第２導電型半導体領域、  １０８ａ  第２導電型不純物領域のフロント面、  １０８ｂ  発光部、  １０９  素子分離領域、  １０９ａ  素子分離領域が形成される領域、  １１０  第１導電側電極、  １１０ａ  第１導電側の電極線、  １１０ｂ  第１導電側の電極パッド、  １１１  層間絶縁膜、  １１１ａ  層間絶縁膜の開口部、  １１２  コンタクト島、  １１３  第２導電側電極、  １１３ａ  第２導電側の電極線、  １１３ｂ  第２導電側の電極パッド、  １１４  共通電極、  １２０（ＢＬ１〜ＢＬ８）  ブロック、  ２０１  拡散マスク膜、  ２０１ａ  マスクの開口部、  ２０２  拡散源膜、  ２０３  アニールキャップ膜、  ２０４，２０５  拡散制御膜。
【図１】
0003883404.tif 000002
【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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【図７】
0003883404.tif 000008
【図８】
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