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技術 発光ダイオードアレイ及びその製造方法

出願人 株式会社沖デジタルイメージング株式会社沖データ
発明者 荻原光彦谷中真澄
出願日 2001年9月11日 (18年9ヶ月経過) 出願番号 2001-274903
公開日 2003年3月20日 (17年3ヶ月経過) 公開番号 2003-086833
状態 特許登録済
技術分野 発光ダイオード LED素子(パッケージ以外)
主要キーワード 導電側 GaAs半導体 フロント面 半絶縁性GaAs基板 アニールキャップ膜 拡散制御膜 拡散源膜 yAs層
関連する未来課題
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図面 (9)

課題

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。

解決手段

LEDアレイ100は、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102を有する。半導体エピタキシャル層は、下部クラッド層104、活性層105、上部クラッド層106を含む。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する。半導体エピタキシャル層の主面の所定範囲から第2導電型不純物を第2導電型半導体領域108より深くまで拡散させて素子分離領域109を形成する。

概要

背景

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アレイチップ半導体エピタキシャル層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。

概要

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。

LEDアレイ100は、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102を有する。半導体エピタキシャル層は、下部クラッド層104、活性層105、上部クラッド層106を含む。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する。半導体エピタキシャル層の主面の所定範囲から第2導電型不純物を第2導電型半導体領域108より深くまで拡散させて素子分離領域109を形成する。

目的

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。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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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、第2導電型不純物の前記下部クラッド層における拡散速度が前記上部クラッド層における拡散速度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構成し、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がGaInAsP化合物又はAlGaAsP化合物から構成されてい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7

前記半導体エピタキシャル層に拡散されている第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

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9までのいずれかに記載の発光ダイオードアレイ。

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、第2導電型不純物の前記下部クラッド層における拡散速度が前記上部クラッド層における拡散速度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12

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、第2導電型不純物の前記下部クラッド層における拡散速度が前記上部クラッド層における拡散速度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、第2導電型不純物の前記下部クラッド層における拡散速度が前記上部クラッド層における拡散速度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13

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11又は12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14

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13に記載の発光ダイオードアレイの製造方法。

請求項15

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11又は12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16

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11から15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。

技術分野

0001

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。

背景技術

0002

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。

発明が解決しようとする課題

0003

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。

課題を解決するための手段

0005

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、第2導電型不純物の前記下部クラッド層における拡散速度が前記上部クラッド層における拡散速度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構成し、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。ただし、前記半導体エピタキシャル層をGaInAsP化合物又はAlGaAsP化合物から構成してもよい。

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拡散されている第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、第2導電型不純物の前記下部クラッド層における拡散速度が前記上部クラッド層における拡散速度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、第2導電型不純物の前記下部クラッド層における拡散速度が前記上部クラッド層における拡散速度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、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。

発明を実施するための最良の形態

0019

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。

発明の効果

0052

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

0056

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。

--

0057

100LED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。

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