CN111357158B - 半导体装置及半导体装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的半导体装置具有：衬底；有源层，其设置于衬底之上；包层，其设置于有源层之上；接触层，其设置于包层之上，该接触层具有上表面、与上表面相反侧的面即背面、以及将上表面与背面相连的侧面，该接触层与包层相比宽度宽；以及电极，其与接触层的上表面、接触层的侧面的上端至下端接触。
Description
技术领域
本发明涉及半导体装置及半导体装置的制造方法。
背景技术
在专利文献1中公开了一种半导体激光元件，其具有：有源层，其设置于半导体衬底之上；以及脊，其具有设置于有源层之上的包层、以及设置于包层之上的接触层。就该半导体激光元件而言，包层的侧面被绝缘膜覆盖。另外，在接触层连接有电极。就绝缘膜而言，脊的厚度方向上的端部位于接触层的上表面与下表面之间。根据这样的结构，能够通过绝缘膜而完全地将包层的侧面覆盖。另外，能够在接触层的上表面的整个区域连接电极。因此，能够提供兼顾接触电阻及热阻的减小和高可靠性这两者的半导体激光元件。
专利文献1：日本特开2004-104073号公报
发明内容
作为光半导体元件，例如存在半导体激光器等半导体发光元件、光电二极管等半导体受光元件或组合了发光和受光的半导体光调制器等。通常，这些光半导体元件被用作光通信用光源或信息设备用光源。因此，有时要求光半导体元件的光通信的高速化。
为了数据传输速度的高速化，想到减小光半导体元件的脊宽度而降低寄生电容。这里，在专利文献1中，在接触层的上表面的整个区域连接有电极。在这种情况下，为了防止接触电阻的增加，需要即使减小脊宽度，也维持接触层的上表面的面积。因此，如果减小脊宽度，则接触层中的从脊的上表面伸出的部分变长。因此，存在光半导体元件的构造不稳定化的可能性。
另外，在专利文献1中，通过湿蚀刻而形成有反台面形状的接触层。在这种情况下，例如想到为了使接触层中的从脊的上表面伸出的部分的长度成为2倍，需要使接触层厚度成为2倍。因此，使接触层外延生长的外延装置的生产能力有可能下降到1/2。并且，想到由于接触层厚度变大，从而在接触层的根部发生应力集中。因此，存在可靠性下降的担忧。由此，就专利文献1的构造而言，有可能伴随高速化，接触电阻的降低变得困难。
本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于得到兼顾接触电阻及热阻的降低和高可靠性这两者的半导体装置及半导体装置的制造方法。
本发明涉及的半导体装置具有：衬底；有源层，其设置于该衬底之上；包层，其设置于该有源层之上；接触层，其设置于该包层之上，具有上表面、与该上表面相反侧的面即背面、以及将该上表面与该背面连接的侧面，该接触层与该包层相比宽度宽；以及电极，其与该接触层的该上表面、该接触层的该侧面的上端至下端接触。
本发明涉及的半导体装置的制造方法具有以下工序：在衬底之上形成有源层；在该有源层之上形成包层；在该包层之上形成接触层，该接触层具有上表面、与该上表面相反侧的面即背面、以及将该上表面与该背面连接的侧面，该接触层与该包层相比宽度宽；以及以与该接触层的该上表面、该侧面及该背面接触的方式，通过无电解镀而形成电极。
发明的效果
就本发明涉及的半导体装置而言，电极将接触层的上表面、侧面的上端至下端覆盖。因此，与电极设置于接触层的上表面的情况相比较，能够扩大电极与接触层之间的接触面积。因此，能够降低接触电阻及热阻。另外，即使不加长从脊的上表面伸出的部分，也能够扩大电极与接触层之间的接触面积，因此能够防止半导体装置的构造的不稳定化。因此，能够兼顾接触电阻及热阻的降低和高可靠性这两者。
就本发明涉及的半导体装置的制造方法而言，通过无电解镀，以与接触层的上表面、侧面及背面接触的方式而设置电极。因此，与电极设置于接触层的上表面的情况相比较，能够扩大电极与接触层之间的接触面积。因此，能够降低接触电阻及热阻。另外，即使不加长从脊的上表面伸出的部分，也能够扩大电极与接触层之间的接触面积，因此能够防止半导体装置的构造的不稳定化。因此，能够兼顾接触电阻及热阻的降低和高可靠性这两者。
附图说明
图1是实施方式1涉及的半导体装置的剖面图。
图2是对实施方式1涉及的半导体装置的制造方法进行说明的剖面图。
图3是表示使包层的上表面露出的状态的剖面图。
图4是表示形成接触层后的状态的剖面图。
图5是实施方式2涉及的半导体装置的剖面图。
图6是第1对比例涉及的半导体装置的剖面图。
图7是第2对比例涉及的半导体装置的剖面图。
具体实施方式
参照附图，对本发明的实施方式涉及的半导体装置及半导体装置的制造方法进行说明。对相同或相应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复说明。
实施方式1.
图1是实施方式1涉及的半导体装置100的剖面图。半导体装置100是光半导体元件。半导体装置100例如是半导体光调制器的调制器部。半导体装置100具有衬底10。衬底10例如由n-InP形成。
在衬底10之上设置有源层12。有源层12例如由i-InGaAsP形成。就半导体光调制器而言，有源层12吸收从激光器部射出的光。如果施加电压，则有源层12通过斯塔克效应而吸收从激光器部射出的光。半导体装置100是直接调制方式的调制器部。半导体装置100调节光通信系统中的光信号的强弱。
在有源层12之上设置包层14。包层14例如由p-InP形成。包层14与衬底10及有源层12相比宽度窄。半导体装置100具有脊15。脊15由包层14构成。有源层12中的设置了脊15的部分成为半导体装置100的发光区域。脊15决定发光区域。脊15沿着光的传播方向即光轴方向而设置成条带状。脊15的宽度例如为2μm。
包层14的侧面被绝缘膜16覆盖。绝缘膜16例如由SiO2形成。绝缘膜16的上端设置于与包层14的上表面18相同的高度。另外，绝缘膜16将有源层12的上表面中的未设置包层14的部分覆盖。
在包层14之上设置接触层20。接触层20例如由p-InGaAs形成。接触层20是掺杂了Zn而成的p型层。接触层20具有上表面24、与上表面24相反侧的面即背面22、以及将上表面24与背面22连接的侧面26。侧面26沿着光轴而延伸。接触层20与包层14相比宽度宽。接触层20具有从包层14的上表面18伸出的伸出部20a。伸出部20a在与光轴正交的方向上伸出。另外，伸出部20a在与衬底10的上表面平行的方向上伸出。
在本实施方式中，接触层20的截面为矩形。接触层20的背面22的宽度比包层14的上表面18的宽度宽。另外，接触层20的背面22是平坦的，与衬底10的上表面平行。接触层20的厚度例如为1μm。
在接触层20连接有电极28。电极28例如由Ti及Au形成。就电极28而言，层叠了Ti和Au。电极28与接触层20的上表面24接触。并且，电极28与接触层20的侧面26的上端至下端接触。电极28与接触层20的上表面24的整个面、接触层20的侧面26的整个面接触。
接下来，对半导体装置100的制造方法进行说明。图2是对实施方式1涉及的半导体装置100的制造方法进行说明的剖面图。首先，在衬底10之上形成有源层12。有源层12是在衬底10的上表面使用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化学气相沉积)法而生长的。接下来，在有源层12之上形成包层14。包层14是在有源层12的上表面使用MOCVD法而生长的。
接下来，形成脊15。脊15是在使包层14生长之后，通过使用干蚀刻法将包层14的一部分去除而得到的。干蚀刻是使用SiCl4和Ar的混合气体而进行的。
接下来，如图2所示，形成绝缘膜16。绝缘膜16是使用等离子CVD(Chemical VaporDeposition，化学气相沉积)法而成膜的。绝缘膜16是以将包层14的上表面18及侧面、有源层12的上表面覆盖的方式而形成的。
接下来，通过转印工艺而在绝缘膜16形成开口。开口使包层14的上表面18的整个面露出。图3是表示使包层14的上表面18露出的状态的剖面图。在转印工艺中，首先在绝缘膜16之上形成抗蚀层。接下来，在抗蚀层中的设置于包层14之上的部分形成开口。接下来，将抗蚀层作为掩模，进行干蚀刻。干蚀刻是使用SF6气体而进行的。由此，绝缘膜16中的设置于包层14的上表面18处的部分被选择性地去除。由此，在绝缘膜16形成开口16a。
接下来，在包层14之上形成接触层20。图4是表示形成接触层20后的状态的剖面图。这里，在通过开口16a而露出的包层14的上表面18，使用MOCVD法而使接触层20选择性生长。在选择性生长时，将绝缘膜16用作掩模。
此时，以形成伸出部20a的方式，对生长时间进行调节。通过延长生长时间而形成伸出部20a。另外，作为伸出部20a的形成方法，也可以使用使晶体沿横向生长的ELO(Epitaxial Lateral Overgrowth，横向外延过生长)。另外，由于在包层14的两侧形成用于支撑伸出部20a的掩模，因此也可以在掩模之上形成接触层20。
接下来，形成电极28。电极28是通过蒸镀剥离法而形成的。电极28是以将接触层20的上表面24、侧面26的上端至下端覆盖的方式而形成的。接下来，加热电极28，使其与接触层20发生热反应。电极28例如被加热至400℃。其结果，在电极28与接触层20之间形成欧姆接合。由此，形成半导体装置100。
接下来，对本实施方式的效果进行说明。在本实施方式中，电极28将接触层20的上表面24、侧面26的上端至下端覆盖。因此，与电极28仅设置于接触层20的上表面24的情况相比，能够扩大电极28与接触层20之间的接触面积。因此，能够降低接触层20与电极28之间的电阻即接触电阻。因此，能够降低半导体装置100的阻抗。另外，能够降低接触层20与电极28之间的热阻。
另外，想到为了降低光半导体元件的寄生电容而减小脊宽度。此时，通过采用本实施方式的构造，从而即使缩小脊15的宽度，也能够将电极28与接触层20之间的接触面积确保得大。因此，为了防止接触电阻的增加，也可以不加长伸出部20a。因此，能够防止半导体装置100的构造的不稳定化，能够提高可靠性。
在本实施方式中，能够避免损害可靠性这样的不稳定的构造，并且降低接触电阻，进而实现半导体装置100的高速响应。因此，能够使搭载有半导体装置100的光通信系统稳定而高速化。
对这些效果具体地进行说明。通常，通过提高接触层的载流子浓度，从而能够降低接触电阻率。但是，通常，仅靠载流子浓度的高浓度化，接触电阻率的降低存在极限。因此，想到增加电极与接触层之间的接触面积而使接触电阻降低。作为用于此的方法，具有使接触层的上表面的面积增大。
图6是第1对比例涉及的半导体装置300的剖面图。作为第1对比例，考虑通常在光通信中使用的脊型激光器。另外，图7是第2对比例涉及的半导体装置400的剖面图。在第2对比例中，通过湿蚀刻而形成反台面形状的接触层20。在第1及第2对比例中，仅在接触层20的上表面24设置电极28。在第1及第2对比例中，将脊15的宽度设为2μm，将接触层20的厚度设为1μm。另外，就半导体装置400而言，将接触层20的与电极28接触的宽度设为4μm。就半导体装置400而言，在接触层20的两侧设置从脊15伸出的伸出部20a。与光轴正交、与衬底10的上表面平行的方向上的伸出部20a的长度为1μm。
在第2对比例中，与仅在接触层20的上表面24设置电极而未设置伸出部20a的第1对比例相比较，能够使接触层20与电极28之间的接触面积成为2倍。因此，能够使接触电阻为未设置伸出部20a的情况下的1/2。
与此相对，在本实施方式中，接触层20的侧面26也与电极28接触。因此，如果将脊15的宽度设为2μm、将接触层20的厚度设为1μm、将接触层20的宽度设为4μm，则接触层20与电极28之间的接触宽度为6μm。因此，与第1对比例相比较，能够使接触电阻为其1/3。
在第2对比例中，为了得到与本实施方式相同的效果，需要使伸出部20a的长度为2μm。此时，存在构造不稳定化的可能性。另外，在通过湿蚀刻而形成伸出部20a的情况下等，为了加长伸出部20a，有时需要将接触层20形成得厚。因此，有可能外延装置的生产能力下降。
接下来，将脊15的宽度缩窄至1μm。在本实施方式中，如果将伸出部20a的长度维持为1μm，则接触层20的宽度为3μm。因此，接触层20与电极28之间的接触宽度为5μm。因此，与第1对比例相比较，能够使接触电阻为其2/5，并且通过将脊15的宽度减半而得到寄生电容的减半效果。另外，与第2对比例相比较，也能够使接触电阻为其4/5，并且得到寄生电容的减半效果。即使不加长伸出部20a也能够得到该效果。因此，与第1及第2对比例相比较，能够同时提高半导体装置100的性能及可靠性。
另外，在本实施方式中，使用MOCVD法或ELO而形成接触层20。根据该制造方法，得到背面22平坦的接触层20。即，得到背面22的宽度比包层14的上表面18的宽度宽的矩形的接触层20。这里，根据该制造方法，即使不加厚接触层20，也能够将伸出部20a形成得长。因此，能够防止由于接触层20变厚而导致的向接触层20的根部的应力集中。因此，能够提高半导体装置100的可靠性。进而，能够防止为了将接触层20形成得厚而使制造装置的生产能力下降。
另外，绝缘膜16的上端设置于与包层14的上表面18相同的高度。此时，包层14的侧面的整个面被绝缘膜16覆盖。因此，能够保护半导体层不受电极28的材料的扩散等的影响。因此，能够提高半导体装置100的可靠性。
本实施方式的半导体装置100是调制器部。不限于此，半导体装置100也可以是半导体激光器或光电二极管。另外，在本实施方式中，脊15由包层14构成。不限于此，脊15也可以包含有源层12。
另外，在本实施方式中，接触层20的截面为矩形。不限于此，只要接触层20与包层14相比宽度宽即可。作为接触层20的截面形状，能够采用各种多边形。另外，接触层20的上表面24、背面22及侧面26也可以包含曲面。
电极28与接触层20的上表面24的整个面、接触层20的侧面26的整个面接触。不限于此，只要电极28与接触层20的上表面24、侧面26的上端至下端接触即可，也可以是接触层20的一部分从电极28露出。
这些变形能够适当应用于以下的实施方式涉及的半导体装置及半导体装置的制造方法。此外，关于以下的实施方式涉及的半导体装置及半导体装置的制造方法，与实施方式1的共通点多，因而以与实施方式1的不同点为中心进行说明。
实施方式2.
图5是实施方式2涉及的半导体装置200的剖面图。半导体装置200的电极228的构造与实施方式1不同。其它构造与实施方式1相同。电极228例如由Cr及Au形成。就电极228而言，层叠了Cr和Au。
电极228与接触层20的背面22接触。电极228与接触层20的背面22中的从绝缘膜16和包层14露出的部分的整个面接触。
接下来，对半导体装置200的制造方法进行说明。到形成接触层20的工序为止，与实施方式1相同。接下来，形成电极228。电极228中的Cr通过无电解镀而形成。电极228以与接触层20的上表面24、侧面26及背面22接触的方式而形成。
在本实施方式中，伸出部20a的下部也与电极228接触。因此，与实施方式1相比，能够增大接触面积。
例如，将脊15的宽度设为2μm、将接触层20的厚度设为1μm、将接触层20的宽度设为4μm、将绝缘膜16中的覆盖包层14侧面的部分的厚度设为0.5μm。与光轴正交、与衬底10的上表面平行的方向上的伸出部的长度为1μm。这里，伸出部20a的长度是接触层20中的相对于包层14而凸出的部分的长度。
此时，接触层20与电极228的接触宽度为7μm。因此，与仅在接触层的上表面设置电极而未设置伸出部的情况相比较，能够使接触电阻为其2/7。
另外，通过无电解镀而形成电极228，由此与蒸镀剥离或溅射相比，能够将接触层20的背面22可靠地由电极228覆盖。
在本实施方式中，电极228与接触层20的背面22中的从绝缘膜16和包层14露出的部分的整个面接触。不限于此，电极228也可以与接触层20的背面22中的从绝缘膜16和包层14露出的部分的一部分接触。此外，也可以将在各实施方式中说明过的技术特征适当地组合而使用。
标号的说明
100、200半导体装置，10衬底，12有源层，14包层，16绝缘膜，18上表面，20接触层，22背面，24上表面，26侧面，28、228电极。
Claims (8)
1.一种半导体装置，其特征在于，具有：
衬底；
有源层，其设置于所述衬底之上；
包层，其设置于所述有源层之上；
绝缘膜，其覆盖所述包层的侧面和所述有源层的上表面；
接触层，其设置于所述包层之上，具有上表面、与所述上表面相反侧的面即背面、以及将所述上表面与所述背面连接的侧面，该接触层具有比将所述包层和所述绝缘膜合起来的宽度宽、从所述包层的上表面越过所述绝缘膜而伸出的伸出部，该背面位于与所述包层的上端相同高度；以及
电极，其与所述接触层的所述上表面、所述接触层的所述侧面的上端至下端接触，不与所述有源层的上表面中的未设置所述包层的部分的绝缘膜接触。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述电极与所述接触层的所述上表面的整个面、所述接触层的所述侧面的整个面接触。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述绝缘膜的上端设置于与所述包层的上表面相同的高度。
4.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述接触层的所述背面的宽度比所述包层的上表面的宽度宽。
5.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述电极与所述接触层的所述背面接触。
6.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，
所述电极与所述接触层的所述背面中的从所述绝缘膜和所述包层露出的部分的整个面接触。
7.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述接触层的所述背面与所述衬底的上表面平行。
8.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有以下工序：
在衬底之上形成有源层；
在所述有源层之上形成包层；
在所述包层之上形成接触层，该接触层具有上表面、与所述上表面相反侧的面即背面、以及将所述上表面与所述背面连接的侧面，该接触层与所述包层相比宽度宽，该背面位于与所述包层的上端相同高度；
以将所述包层的侧面和所述有源层的上表面覆盖的方式而形成绝缘膜；以及
以与所述接触层的所述上表面、所述侧面及所述背面接触，不与所述有源层的上表面中的未设置所述包层的部分的绝缘膜接触的方式，通过无电解镀而形成电极，
所述接触层具有比将所述包层和所述绝缘膜合起来的宽度宽、从所述包层的上表面越过所述绝缘膜而伸出的伸出部。
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