JP2002198563A - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
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- JP2002198563A JP2002198563A JP2000393229A JP2000393229A JP2002198563A JP 2002198563 A JP2002198563 A JP 2002198563A JP 2000393229 A JP2000393229 A JP 2000393229A JP 2000393229 A JP2000393229 A JP 2000393229A JP 2002198563 A JP2002198563 A JP 2002198563A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化物系化合物半導体素子に長期信頼性を施
与し、しかも素子特性を低下させることのない表面保護
膜を備えた半導体素子を提供すること。 【解決手段】 サファイア基板１上にバッファ層２を介
して第一導電型の半導体層３１、発光層３２、第二導電
型の半導体層３３を順次成長してなり、ワイヤーボンデ
ィング用電極４１、４２からなる窒化物系発光素子の表
面に、素子構造の成長技術であるＭＯＶＰＥを使って、
非晶質又は多結晶窒化アルミニウムを主成分とする表面
保護膜５を低温で形成することにより、機械的に、熱的
に、化学的に安定した表面に変える事により素子の信頼
性を向上する。
与し、しかも素子特性を低下させることのない表面保護
膜を備えた半導体素子を提供すること。 【解決手段】 サファイア基板１上にバッファ層２を介
して第一導電型の半導体層３１、発光層３２、第二導電
型の半導体層３３を順次成長してなり、ワイヤーボンデ
ィング用電極４１、４２からなる窒化物系発光素子の表
面に、素子構造の成長技術であるＭＯＶＰＥを使って、
非晶質又は多結晶窒化アルミニウムを主成分とする表面
保護膜５を低温で形成することにより、機械的に、熱的
に、化学的に安定した表面に変える事により素子の信頼
性を向上する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、窒化物系化合物半
導体素子（例えば発光素子、受光素子、電子素子）に関
し、特に当該素子の長期信頼性の確保に有効な表面保護
膜を備えた半導体素子に関するものである。
導体素子（例えば発光素子、受光素子、電子素子）に関
し、特に当該素子の長期信頼性の確保に有効な表面保護
膜を備えた半導体素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の表面保護膜には、従来Ｓｉ
Ｏ2、ＳｉＮｘなどのＳｉを含んだ酸化膜、或いは窒化
膜が多く用いられている。これらの膜は、Ｓｉベースの
素子の場合は素子表面の熱酸化などによって形成され
る。また、Ｓｉ系素子の一部、或いはＧａＡｓ系等の化
合物半導体を使った素子の場合は、スパッタリング、真
空蒸着、プラズマＣＶＤなどの真空プロセスで３００℃
以下の比較的低温で、素子の表面に形成される。
Ｏ2、ＳｉＮｘなどのＳｉを含んだ酸化膜、或いは窒化
膜が多く用いられている。これらの膜は、Ｓｉベースの
素子の場合は素子表面の熱酸化などによって形成され
る。また、Ｓｉ系素子の一部、或いはＧａＡｓ系等の化
合物半導体を使った素子の場合は、スパッタリング、真
空蒸着、プラズマＣＶＤなどの真空プロセスで３００℃
以下の比較的低温で、素子の表面に形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】窒化物系半導体は、原
子間結合が強靭であり、バンドギャップ幅が広いために
通常の半導体素子より高温での動作特性が優れている等
の特徴を有している。従って、例えば強烈な紫外線のモ
ニターを行う受光素子として用いられたり、Ｓｉ系半導
体には過酷過ぎる高温雰囲気において使われる電子素子
として用いられる場合が多い。この様な使われ方をする
場合、従来のＳｉＯ2やＳｉＮｘ等の表面保護膜では、
膜自身の強度も膜の密着強度も弱くて表面保護膜として
の機能を十分に果すことができず、実用上問題となる場
合が多い。この原因の一つは、膜自身の問題もあるが、
素子と異種材料であり、素子と保護膜との界面に界面準
位が形成され易かったり、低温プロセスのために表面の
クリーニングが十分行われていないことにあると考えら
れる。
子間結合が強靭であり、バンドギャップ幅が広いために
通常の半導体素子より高温での動作特性が優れている等
の特徴を有している。従って、例えば強烈な紫外線のモ
ニターを行う受光素子として用いられたり、Ｓｉ系半導
体には過酷過ぎる高温雰囲気において使われる電子素子
として用いられる場合が多い。この様な使われ方をする
場合、従来のＳｉＯ2やＳｉＮｘ等の表面保護膜では、
膜自身の強度も膜の密着強度も弱くて表面保護膜として
の機能を十分に果すことができず、実用上問題となる場
合が多い。この原因の一つは、膜自身の問題もあるが、
素子と異種材料であり、素子と保護膜との界面に界面準
位が形成され易かったり、低温プロセスのために表面の
クリーニングが十分行われていないことにあると考えら
れる。
【０００４】従って、窒化物系半導体の表面保護膜にあ
っては、密着強度も、機械的強度にも、耐化学薬品性に
も、耐熱性にも優れ、特に窒化物系半導体素子との材料
的な整合性が良好で、素子特性及び長期信頼性を著しく
向上させる表面保護膜とその形成技術の確立が望まれて
いる。また、紫外線受光素子や発光素子の場合には、表
面保護層で光吸収が問題になる可能性もあり、バンドギ
ャップの出来るだけ大きい材料を使うことが必要であ
る。
っては、密着強度も、機械的強度にも、耐化学薬品性に
も、耐熱性にも優れ、特に窒化物系半導体素子との材料
的な整合性が良好で、素子特性及び長期信頼性を著しく
向上させる表面保護膜とその形成技術の確立が望まれて
いる。また、紫外線受光素子や発光素子の場合には、表
面保護層で光吸収が問題になる可能性もあり、バンドギ
ャップの出来るだけ大きい材料を使うことが必要であ
る。
【０００５】本発明は上記の問題点に鑑み、窒化物系化
合物半導体素子に長期信頼性を施与し、しかも素子特性
を低下させることのない表面保護膜を備えた半導体素子
を提供することを目的とする。
合物半導体素子に長期信頼性を施与し、しかも素子特性
を低下させることのない表面保護膜を備えた半導体素子
を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明の半導体
素子は、窒化物系化合物半導体素子の表面を、ＡｌyＩ
ｎxＧａ 1-x-yＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ+ｙ
≦１）で示される保護膜で覆ったことを特徴とするもの
である。このような保護膜であれば、まず窒化物系半導
体素子との材料的な整合性が良好であり、さらに保護対
象とする窒化物系半導体素子と同様に原子間結合が強靭
なＡｌＩｎＧａＮ系材料を用いるので、密着強度や機械
的強度にも優れた保護膜とすることができる。また、抜
群の耐化学薬品性、耐熱性を有するので、耐環境性にも
優れた保護膜とすることができる。
素子は、窒化物系化合物半導体素子の表面を、ＡｌyＩ
ｎxＧａ 1-x-yＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ+ｙ
≦１）で示される保護膜で覆ったことを特徴とするもの
である。このような保護膜であれば、まず窒化物系半導
体素子との材料的な整合性が良好であり、さらに保護対
象とする窒化物系半導体素子と同様に原子間結合が強靭
なＡｌＩｎＧａＮ系材料を用いるので、密着強度や機械
的強度にも優れた保護膜とすることができる。また、抜
群の耐化学薬品性、耐熱性を有するので、耐環境性にも
優れた保護膜とすることができる。
【０００７】前記半導体素子がワイヤーボンディング用
等の電極を備えている場合、該電極の少なくとも一部
が、表面保護膜から露出するよう構成する。半導体素子
には通常外部との電力及び信号の入出力のために、ワイ
ヤーボンディング用等の電極部分が設けられているが、
その電極全面に表面保護膜が形成されているとワイヤー
ボンディングや半田付け等が出来なくなるからである。
なお、表面保護膜である半導体表面層に電極を形成して
も良い。
等の電極を備えている場合、該電極の少なくとも一部
が、表面保護膜から露出するよう構成する。半導体素子
には通常外部との電力及び信号の入出力のために、ワイ
ヤーボンディング用等の電極部分が設けられているが、
その電極全面に表面保護膜が形成されているとワイヤー
ボンディングや半田付け等が出来なくなるからである。
なお、表面保護膜である半導体表面層に電極を形成して
も良い。
【０００８】上記表面保護膜は、有機金属気相エピタキ
シャル成長法を用い低温成長にて形成することが望まし
い。通常、表面保護膜は結晶成長、エッチング加工、電
極形成などの素子化プロセスが終了し、素子分割前の状
態において形成それる。本発明が対象とする窒化物系半
導体は、多くの場合ＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキ
シャル成長法）で製膜されるが、保護膜もまた同様の装
置を使って形成することで、作業性を向上させることが
できるからである。この場合、素子構造を製膜するより
は低温の結晶成長温度で保護膜を形成すると、素子特性
を規定する活性層の変質、劣化を防ぐことができる。ま
た、既に形成されている電極自身、及び電極／半導体の
界面変質、劣化を防ぐことができるという利点がある。
シャル成長法を用い低温成長にて形成することが望まし
い。通常、表面保護膜は結晶成長、エッチング加工、電
極形成などの素子化プロセスが終了し、素子分割前の状
態において形成それる。本発明が対象とする窒化物系半
導体は、多くの場合ＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキ
シャル成長法）で製膜されるが、保護膜もまた同様の装
置を使って形成することで、作業性を向上させることが
できるからである。この場合、素子構造を製膜するより
は低温の結晶成長温度で保護膜を形成すると、素子特性
を規定する活性層の変質、劣化を防ぐことができる。ま
た、既に形成されている電極自身、及び電極／半導体の
界面変質、劣化を防ぐことができるという利点がある。
【０００９】上記低温成長で形成した表面保護膜は、非
晶質、或いは多結晶体となるが、これはかえって好まし
い実施例の一つである。このような表面保護膜であれ
ば、電極上に保護膜形成を望まない領域がある場合（ワ
イヤーボンディングなどの目的）、その部分に、ＳｉＯ
2などの耐熱性の材料で予めマスクを施しておき、表面
保護膜の形成後に該マスクをエッチング除去する所謂リ
フトオフ技術を適用し易いという利点がある。
晶質、或いは多結晶体となるが、これはかえって好まし
い実施例の一つである。このような表面保護膜であれ
ば、電極上に保護膜形成を望まない領域がある場合（ワ
イヤーボンディングなどの目的）、その部分に、ＳｉＯ
2などの耐熱性の材料で予めマスクを施しておき、表面
保護膜の形成後に該マスクをエッチング除去する所謂リ
フトオフ技術を適用し易いという利点がある。
【００１０】上記表面保護膜の少なくとも外表面側は、
実質的にＩｎ及びＧａを含まない状態とすること、即ち
保護膜の少なくとも表面がＡｌＮとなるように製膜する
ことが望ましい。この場合、特に耐環境特性を必要とす
る素子に適用するときに好適である。特にＡｌＮは、酸
化力のある雰囲気において最表面がＡｌの安定な酸化物
に変質し、あるレベル以上の侵食を止める作用を有する
ので耐環境性が優れているという利点がある。
実質的にＩｎ及びＧａを含まない状態とすること、即ち
保護膜の少なくとも表面がＡｌＮとなるように製膜する
ことが望ましい。この場合、特に耐環境特性を必要とす
る素子に適用するときに好適である。特にＡｌＮは、酸
化力のある雰囲気において最表面がＡｌの安定な酸化物
に変質し、あるレベル以上の侵食を止める作用を有する
ので耐環境性が優れているという利点がある。
【００１１】また、上記表面保護膜が形成される半導体
素子の表面側を、ＧａＮを主成分とする化合物半導体材
料で構成するようにすれば、ｐ型、ｎ型、高抵抗層など
の導電型制御が行い易い、あるいはショットキー接合、
オーミック接合などの電極界面特性が得やすいという利
点がある。
素子の表面側を、ＧａＮを主成分とする化合物半導体材
料で構成するようにすれば、ｐ型、ｎ型、高抵抗層など
の導電型制御が行い易い、あるいはショットキー接合、
オーミック接合などの電極界面特性が得やすいという利
点がある。
【００１２】
【発明の実施の態様】以下本発明の実施態様につき、図
１及び図２に基づいて説明する。本実施例では、半導体
素子として窒化物系化合物半導体発光素子を用いる場合
を例示しており、この半導体発光素子は、基板１上にバ
ッファ層２を介して第一導電型の半導体層３１、発光層
３２、第二導電型の半導体層３３を順次成長してなり、
第二導電型の半導体層３３の上に櫛形電極４０およびワ
イヤーボンディング用電極４１が、第一導電型の半導体
層３１の露出部にはワイヤーボンディング用電極４２が
それぞれ形成されている。ここで窒化物系の素子とする
には、例えば基板１としてサファイアを、第一導電型の
半導体層３１としてｎ−ＡｌＧａＩｎＮ、発光層３２と
してアンドープのＧａＩｎＮを主成分とした多重量子井
戸（ＭＱＷ）構造、第二導電型の半導体層３３としてｐ
−ＡｌＧａＩｎＮをそれぞれ用いて素子を構成すること
ができる。
１及び図２に基づいて説明する。本実施例では、半導体
素子として窒化物系化合物半導体発光素子を用いる場合
を例示しており、この半導体発光素子は、基板１上にバ
ッファ層２を介して第一導電型の半導体層３１、発光層
３２、第二導電型の半導体層３３を順次成長してなり、
第二導電型の半導体層３３の上に櫛形電極４０およびワ
イヤーボンディング用電極４１が、第一導電型の半導体
層３１の露出部にはワイヤーボンディング用電極４２が
それぞれ形成されている。ここで窒化物系の素子とする
には、例えば基板１としてサファイアを、第一導電型の
半導体層３１としてｎ−ＡｌＧａＩｎＮ、発光層３２と
してアンドープのＧａＩｎＮを主成分とした多重量子井
戸（ＭＱＷ）構造、第二導電型の半導体層３３としてｐ
−ＡｌＧａＩｎＮをそれぞれ用いて素子を構成すること
ができる。
【００１３】本発明においては、図２に示す如く上記し
たような窒化物系化合物半導体発光素子の表面を、Ａｌ
yＩｎxＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ+
ｙ≦１）で示される保護膜５で覆うことを特徴とする。
かかる保護膜５の形成は、まず基板１上に有機金属気相
エピタキシャル成長（ＭＯＶＰＥ）装置を使って素子構
造を成長し、一旦外に取出してフォトリソグラフィ、エ
ッチング加工、電極形成、アニール処理などの素子化プ
ロセスを経て素子分割前の状態まで加工する。次いで、
同じ又は類似のＭＯＶＰＥ装置に該エピ基板を再度導入
し、７００℃未満の低温雰囲気中で保護膜５としてのＡ
ｌＩｎＧａＮ系膜の堆積を行うことで形成できる。この
方法で堆積した膜は緻密で耐環境性は抜群である。
たような窒化物系化合物半導体発光素子の表面を、Ａｌ
yＩｎxＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ+
ｙ≦１）で示される保護膜５で覆うことを特徴とする。
かかる保護膜５の形成は、まず基板１上に有機金属気相
エピタキシャル成長（ＭＯＶＰＥ）装置を使って素子構
造を成長し、一旦外に取出してフォトリソグラフィ、エ
ッチング加工、電極形成、アニール処理などの素子化プ
ロセスを経て素子分割前の状態まで加工する。次いで、
同じ又は類似のＭＯＶＰＥ装置に該エピ基板を再度導入
し、７００℃未満の低温雰囲気中で保護膜５としてのＡ
ｌＩｎＧａＮ系膜の堆積を行うことで形成できる。この
方法で堆積した膜は緻密で耐環境性は抜群である。
【００１４】上記の表面保護膜５の形成において、膜形
成を望まない領域がある場合（本実施例では、ワイヤー
ボンディング用電極４１、４２の表面／ワイヤーボンド
性が悪化するため）、その部分に、ＳｉＯ2などの耐熱
性の材料で予めマスクを施しておき、表面保護膜５の形
成後に該マスクをエッチング除去すれば良い。この場
合、必ずしも電極全体を表出させなくともよく、ワイヤ
ーボンディングに差し支えない領域が露出されていれば
よい。
成を望まない領域がある場合（本実施例では、ワイヤー
ボンディング用電極４１、４２の表面／ワイヤーボンド
性が悪化するため）、その部分に、ＳｉＯ2などの耐熱
性の材料で予めマスクを施しておき、表面保護膜５の形
成後に該マスクをエッチング除去すれば良い。この場
合、必ずしも電極全体を表出させなくともよく、ワイヤ
ーボンディングに差し支えない領域が露出されていれば
よい。
【００１５】なお、上記した方法とは別に、半導体層の
成長に連続して表面保護膜を形成するようにしても良
い。この場合、上部電極となるワイヤーボンディング用
電極４１は表面保護膜５の上に形成しても良いし、表面
保護膜５の一部をドライエッチングなどで取り除いた場
所に形成するようにしても良い。
成長に連続して表面保護膜を形成するようにしても良
い。この場合、上部電極となるワイヤーボンディング用
電極４１は表面保護膜５の上に形成しても良いし、表面
保護膜５の一部をドライエッチングなどで取り除いた場
所に形成するようにしても良い。
【００１６】保護膜５は、一般式ＡｌyＩｎxＧａ1-x-y
Ｎ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ+ｙ≦１）で示さ
れるＡｌＩｎＧａＮ系膜にて形成される。具体的には、
各種組成のＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮが例示
できるが、望ましくはＡｌＧａＮ、特に好ましいのは前
述した通り、実質的にＩｎ及びＧａを含まないＡｌＮで
ある。この場合、保護膜５の全体が実質的にＩｎ及びＧ
ａを含んでいないことが望ましいが、少なくとも保護膜
５の外表面側が実質的にＩｎ及びＧａを含んでいない形
態であっても良い。
Ｎ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ+ｙ≦１）で示さ
れるＡｌＩｎＧａＮ系膜にて形成される。具体的には、
各種組成のＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮが例示
できるが、望ましくはＡｌＧａＮ、特に好ましいのは前
述した通り、実質的にＩｎ及びＧａを含まないＡｌＮで
ある。この場合、保護膜５の全体が実質的にＩｎ及びＧ
ａを含んでいないことが望ましいが、少なくとも保護膜
５の外表面側が実質的にＩｎ及びＧａを含んでいない形
態であっても良い。
【００１７】保護膜５の厚さは特に限定はなく、半導体
素子本体へのダメージを抑制する作用を果たし得る厚さ
を備えていれば良い。厚すぎる保護膜は成長に時間を要
し、また半導体表面に不要な応力を加えるという不都合
があり、一方薄すぎる保護膜であるとダメージ抑制機能
が意図する程度に発揮されないことから、その厚さは概
ね０．０１〜５μｍ程度、好ましくは、０．０５〜２μ
ｍ程度が適当である。
素子本体へのダメージを抑制する作用を果たし得る厚さ
を備えていれば良い。厚すぎる保護膜は成長に時間を要
し、また半導体表面に不要な応力を加えるという不都合
があり、一方薄すぎる保護膜であるとダメージ抑制機能
が意図する程度に発揮されないことから、その厚さは概
ね０．０１〜５μｍ程度、好ましくは、０．０５〜２μ
ｍ程度が適当である。
【００１８】また保護膜５は、比較的低温で成長するた
めに非晶質あるいは多結晶体となりやすく、またその方
が好都合である。このような保護膜としては、例えばＡ
ｌＮ、ＧａＮ、ＡｎＧａＮ等が例示できる。
めに非晶質あるいは多結晶体となりやすく、またその方
が好都合である。このような保護膜としては、例えばＡ
ｌＮ、ＧａＮ、ＡｎＧａＮ等が例示できる。
【００１９】本発明が対象とする半導体素子としては、
上掲した半導体発光素子の他、窒化物系の青色半導体レ
ーザ、ＧａＮ系の半導体層を光感応層とする紫外線受光
素子、あるいはＡｌＧａＮ／ＧａＮ構造を有したＨＥＭ
Ｔ、ＦＥＴなどの窒化物系電子素子等が挙げられる。こ
れら素子に保護膜を設けるに際し、当該保護膜が形成さ
れる半導体素子の表面を、前述の通りＧａＮを主成分と
する材料で構成することが望ましい。例えば、発光素子
の場合は第二導電型の半導体層３３を組成傾斜させて表
面側をＧａＮにするか、ＧａＮのコンタクト層乃至は電
流拡散層を介在させるという態様がある。また受光素子
の場合は、ｐｎ接合を有したＰＤ（フォトダイオー
ド）、ＰＩＮ-ＰＤ、ショットキー接合を使ったＰＤ、
光導電性を使ったＭＳＭ-ＰＤという態様がある。
上掲した半導体発光素子の他、窒化物系の青色半導体レ
ーザ、ＧａＮ系の半導体層を光感応層とする紫外線受光
素子、あるいはＡｌＧａＮ／ＧａＮ構造を有したＨＥＭ
Ｔ、ＦＥＴなどの窒化物系電子素子等が挙げられる。こ
れら素子に保護膜を設けるに際し、当該保護膜が形成さ
れる半導体素子の表面を、前述の通りＧａＮを主成分と
する材料で構成することが望ましい。例えば、発光素子
の場合は第二導電型の半導体層３３を組成傾斜させて表
面側をＧａＮにするか、ＧａＮのコンタクト層乃至は電
流拡散層を介在させるという態様がある。また受光素子
の場合は、ｐｎ接合を有したＰＤ（フォトダイオー
ド）、ＰＩＮ-ＰＤ、ショットキー接合を使ったＰＤ、
光導電性を使ったＭＳＭ-ＰＤという態様がある。
【００２０】
【実施例】［実施例１］ｃ面サファイア基板（厚み３５
０μｍ）を、通常の横型常圧ＭＯＶＰＥ装置に装着し、
水素気流中で１１００℃まで昇温した。所定時間保持し
てサーマルエッチングを行なった後、４５０℃まで降温
し、ＧａＮ低温バッファ層を成長した。続いて１０００
℃まで昇温し、１０００ｎｍの無添加ＧａＮを成長し、
３０００ｎｍのＳｉ添加ＧａＮを成長した。発光層は３
ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層（４層）と６ｎｍのＧａＮ障壁
層を持ったＭＱＷ（多重量子井戸）構造とし、井戸層の
Ｉｎ組成は発光波長が４６５ｎｍになる様に調整した。
成長温度は７００℃であり、無添加で成長した。再び１
０００℃まで昇温しＭｇを添加した５０ｎｍのＡｌ 0.2
Ｇａ0.8Ｎクラッド層を成長し、同じくＭｇを添加した
１００ｎｍのＧａＮコンタクト層を更に成長した。
０μｍ）を、通常の横型常圧ＭＯＶＰＥ装置に装着し、
水素気流中で１１００℃まで昇温した。所定時間保持し
てサーマルエッチングを行なった後、４５０℃まで降温
し、ＧａＮ低温バッファ層を成長した。続いて１０００
℃まで昇温し、１０００ｎｍの無添加ＧａＮを成長し、
３０００ｎｍのＳｉ添加ＧａＮを成長した。発光層は３
ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層（４層）と６ｎｍのＧａＮ障壁
層を持ったＭＱＷ（多重量子井戸）構造とし、井戸層の
Ｉｎ組成は発光波長が４６５ｎｍになる様に調整した。
成長温度は７００℃であり、無添加で成長した。再び１
０００℃まで昇温しＭｇを添加した５０ｎｍのＡｌ 0.2
Ｇａ0.8Ｎクラッド層を成長し、同じくＭｇを添加した
１００ｎｍのＧａＮコンタクト層を更に成長した。
【００２１】結晶成長後、熱電対で計測している基板温
度が８５０℃に低下した時点で雰囲気ガスを全て窒素ガ
スに切り換えて室温近くまで冷却した。ＭＯＶＰＥ炉か
ら基板を取り出し、通常のフォトリソグラフィ技術（リ
フトオフ技術）、電子ビーム蒸着技術を用いて、Ｎｉ／
Ａｕから構成されるｐ側透光性電極パターンを形成し
た。次に、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）に
耐性のあるフォトレジストを用いて、ｐ側透光性電極領
域を含んだ発光領域を規定するパターンを形成し、ＲＩ
Ｅ装置にて０．７μｍのエッチング加工を行った。レジ
ストを除去した後、上記のフォトリソグラフィ技術（リ
フトオフ技術）、電子ビーム蒸着技術を再度用いて、ｎ
側及びｐ側のワイヤーボンディング用パッド電極を、Ｔ
ｉ／Ａｌ薄膜を用いて同時に形成した。この膜は、ｎ側
にはオーミック電極として作用するが、ｐ側にはショッ
トキー電極として作用する。従って、ショットキー電極
がパターニングされる位置の上記のｐ側透光性電極を、
パッド電極より僅かに小さい形状で素子表面が露出する
様に形成しておけば、光の取出しには寄与しないｐ側の
ワイヤーボンディング用パッド電極からは電流注入が起
こらず、該電極直下は発光しないので好都合である。再
度リフトオフ技術を用いて、ｎ側及びｐ側のワイヤーボ
ンディング用パッド電極上部にプラズマＣＶＤ合成のＳ
ｉＯ2膜を形成した。
度が８５０℃に低下した時点で雰囲気ガスを全て窒素ガ
スに切り換えて室温近くまで冷却した。ＭＯＶＰＥ炉か
ら基板を取り出し、通常のフォトリソグラフィ技術（リ
フトオフ技術）、電子ビーム蒸着技術を用いて、Ｎｉ／
Ａｕから構成されるｐ側透光性電極パターンを形成し
た。次に、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）に
耐性のあるフォトレジストを用いて、ｐ側透光性電極領
域を含んだ発光領域を規定するパターンを形成し、ＲＩ
Ｅ装置にて０．７μｍのエッチング加工を行った。レジ
ストを除去した後、上記のフォトリソグラフィ技術（リ
フトオフ技術）、電子ビーム蒸着技術を再度用いて、ｎ
側及びｐ側のワイヤーボンディング用パッド電極を、Ｔ
ｉ／Ａｌ薄膜を用いて同時に形成した。この膜は、ｎ側
にはオーミック電極として作用するが、ｐ側にはショッ
トキー電極として作用する。従って、ショットキー電極
がパターニングされる位置の上記のｐ側透光性電極を、
パッド電極より僅かに小さい形状で素子表面が露出する
様に形成しておけば、光の取出しには寄与しないｐ側の
ワイヤーボンディング用パッド電極からは電流注入が起
こらず、該電極直下は発光しないので好都合である。再
度リフトオフ技術を用いて、ｎ側及びｐ側のワイヤーボ
ンディング用パッド電極上部にプラズマＣＶＤ合成のＳ
ｉＯ2膜を形成した。
【００２２】該エピ基板をＭＯＶＰＥ装置内に挿入し、
窒素雰囲気中で４００℃まで昇温した。水素ガス＋窒素
ガスの雰囲気に切り換え、５分後から成長を開始した。
最初の２０分間はトリメチルガリウム（１０μｍｏｌ／
分）及びアンモニア（６ｌ／分）を流し、後半３０分間
はトリメチルアルミニウム（１５μｍｏｌ／分）及びア
ンモニア（１０ｌ／分）を流した。成長終了後、ヒータ
ーを切るとともに窒素雰囲気に切り換え、室温近くまで
冷却されてから外部に取出した。表面保護膜は、約２０
０ｎｍの厚みであった。バッファフッ酸に浸漬すること
でＳｉＯ2を除去し、ワイヤーボンディング用パッド電
極の中央部分を露出させた。その後、スクライブ及びブ
レーキング工程を経てチップに分割した。
窒素雰囲気中で４００℃まで昇温した。水素ガス＋窒素
ガスの雰囲気に切り換え、５分後から成長を開始した。
最初の２０分間はトリメチルガリウム（１０μｍｏｌ／
分）及びアンモニア（６ｌ／分）を流し、後半３０分間
はトリメチルアルミニウム（１５μｍｏｌ／分）及びア
ンモニア（１０ｌ／分）を流した。成長終了後、ヒータ
ーを切るとともに窒素雰囲気に切り換え、室温近くまで
冷却されてから外部に取出した。表面保護膜は、約２０
０ｎｍの厚みであった。バッファフッ酸に浸漬すること
でＳｉＯ2を除去し、ワイヤーボンディング用パッド電
極の中央部分を露出させた。その後、スクライブ及びブ
レーキング工程を経てチップに分割した。
【００２３】発光素子チップをＴＯ缶にマウントし、Ａ
グループ：表面保護膜を形成しないチップをマウントし
たサンプル、Ｂグループ：表面保護膜を形成しないチッ
プだが窒素中で缶シールしたサンプル、Ｃグループ：表
面保護膜を形成した上記チップをマウントしたサンプル
の３グループで評価試験を行った。劣化試験条件は、相
対湿度９０％、９０℃の雰囲気下での２０ｍＡ通電試験
とした。１０００時間後の測定評価結果を下表に示す。
グループ：表面保護膜を形成しないチップをマウントし
たサンプル、Ｂグループ：表面保護膜を形成しないチッ
プだが窒素中で缶シールしたサンプル、Ｃグループ：表
面保護膜を形成した上記チップをマウントしたサンプル
の３グループで評価試験を行った。劣化試験条件は、相
対湿度９０％、９０℃の雰囲気下での２０ｍＡ通電試験
とした。１０００時間後の測定評価結果を下表に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】［実施例２］Ｇａ面のＧａＮ基板（厚み３
００μｍ）を、通常の横型常圧ＭＯＶＰＥ装置に装着
し、水素気流中で１１００℃まで昇温した。所定時間保
持してサーマルエッチングを行なった後、１０００℃ま
で降温し、１０００ｎｍの無添加ＧａＮを成長し、２０
００ｎｍのＳｉ添加ＧａＮを成長した。更に１０００ｎ
ｍの無添加ＧａＮを成長した。結晶成長後室温近くまで
冷却し、ＭＯＶＰＥ炉から基板を取り出した。通常のフ
ォトリソグラフィ技術（リフトオフ技術）、電子ビーム
蒸着技術を用いて、Ｎｉ／Ａｕから構成されるショット
キー電極を形成した。次に、リアクティブイオンエッチ
ング（ＲＩＥ）に耐性のあるフォトレジストを用いて、
ショットキー電極領域を含んだ光感応領域を規定するパ
ターンを形成し、ＲＩＥ装置にて１．５μｍのエッチン
グ加工を行った。レジストを除去した後、上記のフォト
リソグラフィ技術（リフトオフ技術）、電子ビーム蒸着
技術を再度用いて、ｎ側オーミック電極をＴｉ／Ａｌ薄
膜を用いて形成した。この構造は高感度な受光素子とし
て働く。再度リフトオフ技術を用いて、ショットキー側
及びオーミック側のパッド電極上部にプラズマＣＶＤ合
成のＳｉＯ2膜を形成した。
００μｍ）を、通常の横型常圧ＭＯＶＰＥ装置に装着
し、水素気流中で１１００℃まで昇温した。所定時間保
持してサーマルエッチングを行なった後、１０００℃ま
で降温し、１０００ｎｍの無添加ＧａＮを成長し、２０
００ｎｍのＳｉ添加ＧａＮを成長した。更に１０００ｎ
ｍの無添加ＧａＮを成長した。結晶成長後室温近くまで
冷却し、ＭＯＶＰＥ炉から基板を取り出した。通常のフ
ォトリソグラフィ技術（リフトオフ技術）、電子ビーム
蒸着技術を用いて、Ｎｉ／Ａｕから構成されるショット
キー電極を形成した。次に、リアクティブイオンエッチ
ング（ＲＩＥ）に耐性のあるフォトレジストを用いて、
ショットキー電極領域を含んだ光感応領域を規定するパ
ターンを形成し、ＲＩＥ装置にて１．５μｍのエッチン
グ加工を行った。レジストを除去した後、上記のフォト
リソグラフィ技術（リフトオフ技術）、電子ビーム蒸着
技術を再度用いて、ｎ側オーミック電極をＴｉ／Ａｌ薄
膜を用いて形成した。この構造は高感度な受光素子とし
て働く。再度リフトオフ技術を用いて、ショットキー側
及びオーミック側のパッド電極上部にプラズマＣＶＤ合
成のＳｉＯ2膜を形成した。
【００２６】該エピ基板をＭＯＶＰＥ装置内に挿入し、
窒素雰囲気中で４００℃まで昇温した。水素ガス＋窒素
ガスの雰囲気に切り換え、５分後から成長を開始した。
最初の２０分間はトリメチルガリウム（１０μｍｏｌ／
分）及びアンモニア（６ｌ／分）を流し、後半３０分間
はトリメチルアルミニウム（１５μｍｏｌ／分）及びア
ンモニア（１０ｌ／分）を流した。成長終了後、ヒータ
ーを切るとともに窒素雰囲気に切り換え、室温近くまで
冷却されてから外部に取出した。表面保護膜は、約２０
０ｎｍの厚みであった。バッファフッ酸に浸漬すること
でＳｉＯ2を除去し、ワイヤーボンディング用パッド電
極の中央部分を露出させた。その後、スクライブ及びブ
レーキング工程を経てチップに分割した。
窒素雰囲気中で４００℃まで昇温した。水素ガス＋窒素
ガスの雰囲気に切り換え、５分後から成長を開始した。
最初の２０分間はトリメチルガリウム（１０μｍｏｌ／
分）及びアンモニア（６ｌ／分）を流し、後半３０分間
はトリメチルアルミニウム（１５μｍｏｌ／分）及びア
ンモニア（１０ｌ／分）を流した。成長終了後、ヒータ
ーを切るとともに窒素雰囲気に切り換え、室温近くまで
冷却されてから外部に取出した。表面保護膜は、約２０
０ｎｍの厚みであった。バッファフッ酸に浸漬すること
でＳｉＯ2を除去し、ワイヤーボンディング用パッド電
極の中央部分を露出させた。その後、スクライブ及びブ
レーキング工程を経てチップに分割した。
【００２７】該受光素子チップをＴＯ缶にマウントし、
Ａグループ：表面保護膜を形成しないチップをマウント
したサンプル、Ｂグループ：表面保護膜を形成しないチ
ップだが窒素中で缶シールしたサンプル、Ｃグループ：
表面保護膜を形成した上記チップをマウントしたサンプ
ルの３グループで評価試験を行った。評価試験条件は、
空気中、１ｋＷ高圧水銀灯から２０ｃｍ離した所で連続
モニタリングを行った。推定チップ温度は１５０℃であ
った。５００時間後の光電流値を初期値と比較した。評
価結果を下表に示す。
Ａグループ：表面保護膜を形成しないチップをマウント
したサンプル、Ｂグループ：表面保護膜を形成しないチ
ップだが窒素中で缶シールしたサンプル、Ｃグループ：
表面保護膜を形成した上記チップをマウントしたサンプ
ルの３グループで評価試験を行った。評価試験条件は、
空気中、１ｋＷ高圧水銀灯から２０ｃｍ離した所で連続
モニタリングを行った。推定チップ温度は１５０℃であ
った。５００時間後の光電流値を初期値と比較した。評
価結果を下表に示す。
【００２８】
【表２】
【００２９】
【発明の効果】以上説明した通りの本発明の半導体素子
によれば、素子の表面をＡｌyＩｎxＧａ1-x-yＮ（０≦
ｘ＜１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ+ｙ≦１）で示される保護
膜で覆うようにしたので、窒化物系半導体素子との材料
的な整合性が良好であり、さらに保護対象とする窒化物
系半導体素子と同様に原子間結合が強靭なＡｌＩｎＧａ
Ｎ系材料を用いるので、密着強度や機械的強度にも優れ
た保護膜とすることができる。したがって、半導体素子
の特性を低下させることなく長期信頼性を向上させるこ
とができ、窒化物系半導体発光素子や受光素子等の長寿
命化を図ることができるという効果を奏する。
によれば、素子の表面をＡｌyＩｎxＧａ1-x-yＮ（０≦
ｘ＜１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ+ｙ≦１）で示される保護
膜で覆うようにしたので、窒化物系半導体素子との材料
的な整合性が良好であり、さらに保護対象とする窒化物
系半導体素子と同様に原子間結合が強靭なＡｌＩｎＧａ
Ｎ系材料を用いるので、密着強度や機械的強度にも優れ
た保護膜とすることができる。したがって、半導体素子
の特性を低下させることなく長期信頼性を向上させるこ
とができ、窒化物系半導体発光素子や受光素子等の長寿
命化を図ることができるという効果を奏する。
【図１】半導体発光素子の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明にかかる保護膜を形成した半導体発光素
子の一例を示す斜視図である。
子の一例を示す斜視図である。
１ 基板 ２ バッファ層 ３１ 第一導電型の半導体層 ３２ 発光層 ３３ 第二導電型の半導体層 ４１，４２ ワイヤーボンディング用電極 ５ 保護膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 常川 高志 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 5F041 AA44 CA04 CA34 CA40 CA65 CB36 5F045 AA04 AA08 AB14 AB17 AB32 AC08 AC12 AD08 AD13 AD14 CB04 DA53 DA55 DB02 HA13
Claims (6)
- 【請求項１】 窒化物系化合物半導体素子の表面を、Ａ
ｌyＩｎxＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、０≦
ｘ+ｙ≦１）で示される保護膜で覆ったことを特徴とす
る半導体素子。 - 【請求項２】 前記半導体素子がワイヤーボンディング
用電極を備えており、該電極の少なくとも一部が、表面
保護膜から露出されていることを特徴とする請求項1記
載の半導体素子。 - 【請求項３】 上記表面保護膜が、有機金属気相エピタ
キシャル成長法を用いて形成された低温成長の膜である
ことを特徴とする請求項1記載の半導体素子。 - 【請求項４】 上記表面保護膜が非晶質、或いは多結晶
体であることを特徴とする請求項1記載の半導体素子。 - 【請求項５】 上記表面保護膜の少なくとも外表面側
は、実質的にＩｎ及びＧａを含まないことを特徴とする
請求項1記載の半導体素子。 - 【請求項６】 上記表面保護膜が形成される半導体素子
の表面側を、ＧａＮを主成分とする化合物半導体材料で
構成することを特徴とする請求項１記載の半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000393229A JP2002198563A (ja) | 2000-12-25 | 2000-12-25 | 半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000393229A JP2002198563A (ja) | 2000-12-25 | 2000-12-25 | 半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002198563A true JP2002198563A (ja) | 2002-07-12 |
Family
ID=18859078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000393229A Pending JP2002198563A (ja) | 2000-12-25 | 2000-12-25 | 半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002198563A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004266057A (ja) * | 2003-02-28 | 2004-09-24 | Sharp Corp | 酸化物半導体発光素子およびその製造方法 |
| US7656010B2 (en) | 2006-09-20 | 2010-02-02 | Panasonic Corporation | Semiconductor device |
| JP2012069970A (ja) * | 2011-11-01 | 2012-04-05 | Toshiba Corp | 半導体素子 |
-
2000
- 2000-12-25 JP JP2000393229A patent/JP2002198563A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004266057A (ja) * | 2003-02-28 | 2004-09-24 | Sharp Corp | 酸化物半導体発光素子およびその製造方法 |
| US7656010B2 (en) | 2006-09-20 | 2010-02-02 | Panasonic Corporation | Semiconductor device |
| US7859087B2 (en) | 2006-09-20 | 2010-12-28 | Panasonic Corporation | Semiconductor device |
| JP2012069970A (ja) * | 2011-11-01 | 2012-04-05 | Toshiba Corp | 半導体素子 |
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