JP2002198564A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2002198564A
JP2002198564A JP2000395994A JP2000395994A JP2002198564A JP 2002198564 A JP2002198564 A JP 2002198564A JP 2000395994 A JP2000395994 A JP 2000395994A JP 2000395994 A JP2000395994 A JP 2000395994A JP 2002198564 A JP2002198564 A JP 2002198564A
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JP
Japan
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silicon
layer
type compound
metal layer
compound semiconductor
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Application number
JP2000395994A
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Japanese (ja)
Inventor
Wakako Gondo
和香子 権藤
Chiaki Domoto
千秋 堂本
Genichi Ogawa
元一 小川
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device of high performance which is excellent in productivity. SOLUTION: In this semiconductor device, an optical function element 2 which is constituted by laminating an N-type compound semiconductor layer 4 and a P-type compound semiconductor layer 3, and a silicon semiconductor element 6 for controlling driving of the optical function element 2 are arranged in parallel on an upper surface of a substrate 1 composed of single crystal silicon, and a metal layer 7 for electrically connecting the N-type compound semiconductor layer 4 and the silicon semiconductor element 6 is stuck on them. Intermediate layers 8 composed of silicon and/or metal silicide are interposed between the metal layer 7 and the N-type compound semiconductor layer 4, and between the metal layer 7 and the silicon semiconductor element 6. A part of silicon in the intermediate layers 8 is diffused in the metal layer 7, diffusion regions 7a whose silicon content is 20-50% are formed below the metal layer 7, and a contact region 4a whose silicon containing concentration is from 1.0×1019/cm3 to 5.0×1020/cm3 is formed above the N-type compound semiconductor layer 4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードや
フォトダイオード等の光機能素子を有する半導体装置に
関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor device having an optical functional element such as a light emitting diode or a photodiode.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体装置は、単結晶シリコンか
ら成る基板の上面に、n型化合物半導体層及びp型化合
物半導体層を積層して成る光機能素子と、該光機能素子
の駆動を制御するシリコン半導体素子とを並設するとと
もに、前記光機能素子上に導電層を、前記シリコン半導
体素子上に配線層をそれぞれ被着させ、該配線層上に前
記導電層の一端を導出・積層して両者を電気的に接続し
た構造を有しており、例えば前記光機能素子が発光ダイ
オード等の発光素子である場合、シリコン半導体素子の
駆動に伴って金属層及び導電層を介して前記発光素子に
所定の電力が印加されると、発光素子のp型化合物半導
体層中に電子が、n型化合物半導体層中に正孔がそれぞ
れ注入され、これらをp型化合物半導体層とn型化合物
半導体層との間に形成されるpn接合付近で再結合させ
るとともに、該再結合の際に生じたエネルギーを光に変
換し、これを外部へ放出することによって半導体装置と
して機能する。
2. Description of the Related Art In a conventional semiconductor device, an optical functional element in which an n-type compound semiconductor layer and a p-type compound semiconductor layer are stacked on the upper surface of a substrate made of single crystal silicon, and driving of the optical functional element are controlled. And a conductive layer on the optical functional element, and a wiring layer on the silicon semiconductor element, respectively, and lead and stack one end of the conductive layer on the wiring layer. For example, when the optical function element is a light emitting element such as a light emitting diode, the light emitting element is connected via a metal layer and a conductive layer as a silicon semiconductor element is driven. When a predetermined power is applied, electrons are injected into the p-type compound semiconductor layer of the light emitting element, and holes are injected into the n-type compound semiconductor layer of the light-emitting element. Between Together they are recombined in the vicinity of the pn junction made to convert the energy generated during the recombination to the light, to function as a semiconductor device by releasing it to the outside.

【0003】尚、前記導電層の材質としてはNi/Au
Ge等が、配線層の材質としてはAl/Si等が用いら
れていた。
The material of the conductive layer is Ni / Au.
Ge or the like was used as the material of the wiring layer, and Al / Si or the like was used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の半導体装置においては、前記導電層を光機能素
子に、前記配線層をシリコン半導体素子に良好にオーミ
ック接続させるために、前記導電層と配線層とがそれぞ
れのオーミック接続に最適な材料で形成されており、そ
のため、導電層や配線層を基板の上面に形成する際、こ
れらを別々の工程で形成しなければならず、その結果、
半導体装置の製造工程が複雑化して生産性の低下を招く
欠点を有していた。
However, in the conventional semiconductor device described above, the conductive layer and the wiring layer are preferably connected to the optical function element and the wiring layer to the silicon semiconductor element in order to achieve good ohmic connection. The layers and the layers are formed of a material that is optimal for each ohmic connection. Therefore, when forming a conductive layer or a wiring layer on the upper surface of the substrate, these must be formed in separate steps, and as a result,
There is a disadvantage that the manufacturing process of the semiconductor device is complicated and the productivity is reduced.

【0005】そこで、上記欠点を解消すべく、導電層と
配線層とを同じ材料で形成することにより、半導体装置
の製造工程を簡略化することが考えられる。
In order to solve the above-mentioned drawbacks, it is conceivable to simplify the manufacturing process of the semiconductor device by forming the conductive layer and the wiring layer with the same material.

【0006】しかしながら、導電層を光機能素子に配線
層をシリコン半導体素子にそれぞれ良好にオーミック接
続させることができる共通の材料はいまだ見い出されて
おらず、導電層と配線層とを共通化することで生産性を
向上させた半導体装置の早期実現が強く求められてい
る。
However, a common material has not yet been found which can satisfactorily connect the conductive layer to the optical functional element and the wiring layer to the silicon semiconductor element, respectively. There is a strong demand for early realization of semiconductor devices with improved productivity.

【0007】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は、生産性に優れた高性能の半導体装置を
提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks, and has as its object to provide a high-performance semiconductor device having excellent productivity.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光装置
は、単結晶シリコンから成る基板の上面に、n型化合物
半導体層及びp型化合物半導体層を積層して成る光機能
素子と、該光機能素子の駆動を制御するシリコン半導体
素子とを並設するとともに、前記光機能素子のn型化合
物半導体層及びシリコン半導体素子上に両者を電気的に
接続する金属層を被着してなる半導体装置であって、前
記金属層−n型化合物半導体層間、並びに金属層−シリ
コン半導体素子間に、シリコン及び/又は金属シリサイ
ドから成る中間層を介在させるとともに、該中間層中の
シリコンを一部、前記金属層中に拡散させて金属層の下
部にシリコン含有率20%〜50%の拡散領域を、また
前記n型化合物半導体層の上部にシリコン含有濃度1.
0×1019/cm3〜5.0×1020/cm3のコンタク
ト領域を設けたことを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device comprising: an optical functional element in which an n-type compound semiconductor layer and a p-type compound semiconductor layer are stacked on an upper surface of a substrate made of single crystal silicon; A semiconductor device in which a silicon semiconductor element for controlling driving of a functional element is juxtaposed, and a metal layer for electrically connecting the n-type compound semiconductor layer and the silicon semiconductor element of the optical functional element is adhered. An intermediate layer made of silicon and / or metal silicide is interposed between the metal layer and the n-type compound semiconductor layer and between the metal layer and the silicon semiconductor element, and silicon in the intermediate layer is partially Diffusion into the metal layer, a diffusion region having a silicon content of 20% to 50% below the metal layer, and a silicon content concentration of 1.% above the n-type compound semiconductor layer.
A contact region of 0 × 10 19 / cm 3 to 5.0 × 10 20 / cm 3 is provided.

【0009】本発明の半導体装置によれば、光機能素子
のn型化合物半導体層とシリコン半導体素子とを単一の
配線、すなわち金属層及び中間層の積層体でもって電気
的に接続するようにしたことから、この積層体を同一工
程で一括的に形成することができ、半導体装置の製造工
程を簡略化することが可能となる。
According to the semiconductor device of the present invention, the n-type compound semiconductor layer of the optical function element and the silicon semiconductor element are electrically connected by a single wiring, that is, a laminate of a metal layer and an intermediate layer. Therefore, the stacked body can be formed collectively in the same process, and the manufacturing process of the semiconductor device can be simplified.

【0010】また、本発明の半導体装置によれば、金属
層の下部に中間層中のシリコンを一部拡散させてシリコ
ン含有率20%〜50%の拡散領域を、n型化合物半導
体層の上部に中間層中のシリコンを一部拡散させてシリ
コン含有濃度1.0×1019/cm3〜5.0×1020
/cm3のコンタクト領域をそれぞれ設けたことから、
金属層と光機能素子との接続部、及び金属層とシリコン
半導体素子との接続部には多数のキャリアが確保される
とともに、これらキャリアの移動特性が著しく向上さ
れ、金属層を光機能素子及びシリコン半導体素子の双方
に対して良好にオーミック接続させることができる。従
って、光機能素子とシリコン半導体素子との間を電流が
極めて良好に流れることとなり、消費電力の小さい高性
能の半導体装置を得ることが可能となる。
According to the semiconductor device of the present invention, silicon in the intermediate layer is partially diffused below the metal layer to form a diffusion region having a silicon content of 20% to 50% above the n-type compound semiconductor layer. The silicon in the intermediate layer is partially diffused to a silicon concentration of 1.0 × 10 19 / cm 3 to 5.0 × 10 20.
/ Cm 3 contact areas,
A large number of carriers are secured at the connection between the metal layer and the optical functional element, and the connection between the metal layer and the silicon semiconductor element, and the mobility of these carriers is significantly improved. Ohmic connection can be favorably made to both silicon semiconductor elements. Therefore, the current flows between the optical function element and the silicon semiconductor element extremely well, and a high-performance semiconductor device with low power consumption can be obtained.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づい
て詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

【0012】図1は本発明の一形態に係る半導体装置の
断面図であり、図中の1は基板、2は光機能素子として
の発光素子、6はシリコン半導体素子、7は金属層、8
は中間層である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention, in which 1 is a substrate, 2 is a light emitting element as an optical functional element, 6 is a silicon semiconductor element, 7 is a metal layer, 8
Is an intermediate layer.

【0013】前記基板1は、単結晶シリコンにより矩形
状を成すように形成されており、その上面には複数個の
発光素子2、シリコン半導体素子6が設けられ、これら
を支持する支持母材として機能する。
The substrate 1 is formed of a single crystal silicon so as to form a rectangular shape. A plurality of light emitting elements 2 and silicon semiconductor elements 6 are provided on the upper surface of the substrate 1 as a supporting base material for supporting them. Function.

【0014】前記複数個の発光素子2は、前記基板1上
に、例えば600dpi(dot perinch)の密度で直線
状に配列され、その各々が例えばGaAs等の化合物半
導体の単結晶薄膜から成るp型化合物半導体層3とn型
化合物半導体層4とをそれぞれ1000Å〜50000
Åの厚みに順次積層した構造を有しており、後述するシ
リコン半導体素子6の駆動に伴い金属層7及び中間層8
を介して所定の電力が印加されると、p型化合物半導体
層中に電子が、n型化合物半導体層中に正孔がそれぞれ
注入され、これらをp型化合物半導体層3とn型化合物
半導体層4との間に形成されるpn接合付近で再結合さ
せるとともに、該再結合の際に生じたエネルギーを光に
変換することにより所定の波長で光が発せられる。
The plurality of light emitting elements 2 are linearly arranged on the substrate 1 at a density of, for example, 600 dpi (dot per inch), each of which is a p-type single crystal thin film of a compound semiconductor such as GaAs. The compound semiconductor layer 3 and the n-type compound semiconductor layer 4 are each formed to a thickness of 1,000 to 50,000.
Å, and has a structure in which the metal layer 7 and the intermediate layer 8 are
When a predetermined electric power is applied through the p-type compound semiconductor layer and the n-type compound semiconductor layer, electrons are injected into the p-type compound semiconductor layer, and holes are injected into the n-type compound semiconductor layer. 4, light is emitted at a predetermined wavelength by being recombined in the vicinity of a pn junction formed between them and converting the energy generated at the time of the recombination into light.

【0015】更に、前記発光素子2は、そのn型化合物
半導体層4の上部に、コンタクト領域4aを有してい
る。
Further, the light emitting element 2 has a contact region 4a above the n-type compound semiconductor layer 4.

【0016】前記コンタクト領域4aは、前記n型化合
物半導体層4を構成するGaAs等をベースとして、そ
の上面に被着される中間層8中より拡散されたシリコン
を含んで構成され、そのシリコン含有濃度は1.0×1
19/cm3〜5.0×102 0/cm3に設定されてい
る。
The contact region 4a is based on GaAs or the like constituting the n-type compound semiconductor layer 4 and contains silicon diffused from the intermediate layer 8 deposited on the upper surface thereof. The density is 1.0 × 1
It is set to 0 19 / cm 3 ~5.0 × 10 2 0 / cm 3.

【0017】このコンタクト領域4aは、その厚みがn
型化合物半導体層4の1%〜20%の厚みを成すように
形成されており、n型化合物半導体層4−中間層8間に
多数のキャリア(電子)を確保するようになっている。
The contact region 4a has a thickness of n
It is formed so as to have a thickness of 1% to 20% of the type compound semiconductor layer 4 so as to secure a large number of carriers (electrons) between the n type compound semiconductor layer 4 and the intermediate layer 8.

【0018】また一方、前記シリコン半導体素子6は、
前記基板1の上面にシフトレジスタ、ラッチ、出力トラ
ンジスタ等の電子回路を高密度に集積して構成されてい
る。
On the other hand, the silicon semiconductor element 6
Electronic circuits such as shift registers, latches, and output transistors are integrated on the upper surface of the substrate 1 at a high density.

【0019】前記シリコン半導体素子6は、その内部の
出力トランジスタが中間層8及び金属層7を介して前記
発光素子2に接続されており、外部からの印画制御信号
に基づいて出力トランジスタのオン・オフを切り換える
ことにより発光素子2の発光を個々に制御する作用を為
す。
The silicon semiconductor element 6 has an internal output transistor connected to the light emitting element 2 via an intermediate layer 8 and a metal layer 7, and turns on and off the output transistor based on an external printing control signal. By switching off, the function of individually controlling the light emission of the light emitting elements 2 is performed.

【0020】そして、前記発光素子2中の拡散領域5及
びシリコン半導体素子6上には中間層8及び金属層7が
順次被着され、この両者の積層体によって配線を形成し
ている。
Then, an intermediate layer 8 and a metal layer 7 are sequentially deposited on the diffusion region 5 and the silicon semiconductor element 6 in the light emitting element 2, and a wiring is formed by a laminate of both.

【0021】かかる積層体の上層となる金属層7は、ア
ルミニウム等の金属材料によって所定パターンに形成さ
れ、その厚みは例えば1000Å〜20000Åに設定
され、シリコン半導体素子6からの出力を発光素子2に
供給するようになっている。
The metal layer 7 serving as the upper layer of such a laminate is formed in a predetermined pattern with a metal material such as aluminum, and the thickness thereof is set to, for example, 1000 ° to 20000 °. Supply.

【0022】また、前記積層体の下層となる中間層8
は、例えばアモルファスシリコンや金属シリサイド等に
より200Å〜1000Åの厚みに形成されており、後
述する半導体装置の製造工程において前記金属層7及び
中間層8にアニールを施す際、その上下に配される金属
層7やn型化合物半導体層4中にシリコンを拡散させる
ようになっており、これによって前記n型化合物半導体
層4の上部に前記コンタクト領域4aが、前記金属層7
の下部に拡散領域7aが形成される。
Further, an intermediate layer 8 serving as a lower layer of the laminated body
Is formed of, for example, amorphous silicon, metal silicide, or the like to a thickness of 200 to 1000 mm. The silicon is diffused into the layer 7 and the n-type compound semiconductor layer 4, whereby the contact region 4 a is formed on the n-type compound semiconductor
Diffusion region 7a is formed in the lower part of FIG.

【0023】この拡散領域7aは、その厚みが前記金属
層7の厚みの10%〜30%を成すように形成されてお
り、内部のシリコン含有率は20%〜50%に設定さ
れ、金属層7と中間層8との密着性を向上させてこの部
分でキャリアの移動特性を向上させる作用を為す。
The diffusion region 7a is formed so as to have a thickness of 10% to 30% of the thickness of the metal layer 7, and the silicon content inside is set to 20% to 50%. The function of improving the adhesion between the intermediate layer 7 and the intermediate layer 8 and improving the carrier movement characteristics at this portion is achieved.

【0024】尚、前記基板1と前記金属層7との間には
絶縁層10が介在されており、この絶縁層10でもって
前記基板1と金属層7とを電気的に絶縁している。
Incidentally, an insulating layer 10 is interposed between the substrate 1 and the metal layer 7, and the insulating layer 10 electrically insulates the substrate 1 from the metal layer 7.

【0025】以上のような本形態の半導体発光装置によ
れば、発光素子2のn型化合物半導体層4とシリコン半
導体素子6とを単一の配線、すなわち金属層7及び中間
層8の積層体でもって電気的に接続するようにしたこと
から、この積層体を同一工程で一括的に形成することが
でき、半導体装置の製造工程を簡略化することが可能と
なる。
According to the semiconductor light emitting device of the present embodiment as described above, the n-type compound semiconductor layer 4 and the silicon semiconductor element 6 of the light emitting element 2 are connected to a single wiring, that is, a laminate of the metal layer 7 and the intermediate layer 8. Since the electrical connection is made in this way, the stacked body can be formed collectively in the same process, and the manufacturing process of the semiconductor device can be simplified.

【0026】また、前記金属層7の下部に前記中間層8
中のシリコンを一部拡散させてシリコン含有率20%〜
50%の拡散領域7aを、発光素子2のn型化合物半導
体層4の上部に前記中間層8中のシリコンを一部拡散さ
せてシリコン含有濃度1.0×1019/cm3〜5.0
×1020/cm3のコンタクト領域4aをそれぞれ設け
たことから、金属層7と発光素子2との接続部、及び金
属層7とシリコン半導体素子6との接続部には多数のキ
ャリアが確保されるとともに、これらキャリアの移動特
性が著しく向上され、金属層7を発光素子2及びシリコ
ン半導体素子6の双方に対して良好にオーミック接続さ
せることができる。従って、発光素子2とシリコン半導
体素子6との間を電流が極めて良好に流れることとな
り、消費電力の小さい高性能の半導体装置を得ることが
可能となる。
The intermediate layer 8 is provided below the metal layer 7.
20% of silicon content by diffusing some of the silicon inside
The silicon in the intermediate layer 8 is partially diffused in the 50% diffusion region 7a above the n-type compound semiconductor layer 4 of the light emitting element 2 to have a silicon content of 1.0 × 10 19 / cm 3 to 5.0.
Since each of the contact regions 4a of × 10 20 / cm 3 is provided, a large number of carriers are secured at the connection between the metal layer 7 and the light emitting element 2 and at the connection between the metal layer 7 and the silicon semiconductor element 6. In addition, the mobility of these carriers is remarkably improved, and the metal layer 7 can be satisfactorily ohmic-connected to both the light emitting element 2 and the silicon semiconductor element 6. Therefore, the current flows between the light emitting element 2 and the silicon semiconductor element 6 extremely well, and a high-performance semiconductor device with low power consumption can be obtained.

【0027】ここで、前記コンタクト領域4aのシリコ
ン含有濃度を1.0×1019/cm3〜5.0×1020
cm3に設定しておくのは、コンタクト領域4aのシリ
コン含有濃度が1.0×1019/cm3よりも小さいと、
コンタクト領域4aにおいてキャリアの数が不足してし
まい、金属層7を発光素子2に対して良好にオーミック
接続させることができず、また、シリコン含有濃度が
5.0×1020/cm3よりも大きいと、コンタクト領域
4aの周囲に配されるn型化合物半導体4の結晶性に欠
陥が生じ、発光素子2が発光不良を発生する恐れがあ
る。従って、前記コンタクト領域4aのシリコン含有濃
度を1.0×1019/cm3〜5.0×1020/cm3に設
定しておくことが重要である。
Here, the silicon concentration of the contact region 4a is set to 1.0 × 10 19 / cm 3 to 5.0 × 10 20 / cm.
cm 3 is set if the silicon concentration in the contact region 4a is lower than 1.0 × 10 19 / cm 3 .
The number of carriers is insufficient in the contact region 4a, so that the metal layer 7 cannot be satisfactorily ohmic-connected to the light emitting element 2 and the silicon content concentration is higher than 5.0 × 10 20 / cm 3. If it is large, a defect occurs in the crystallinity of the n-type compound semiconductor 4 disposed around the contact region 4a, and the light emitting element 2 may cause a light emission failure. Therefore, it is important to set the concentration of silicon in the contact region 4a to 1.0 × 10 19 / cm 3 to 5.0 × 10 20 / cm 3 .

【0028】一方、前記拡散領域7aのシリコン含有率
を20%〜50%に設定しておくのは、前記拡散領域7
aのシリコン含有率が20%よりも小さいと、金属層7
と中間層8の密着性が悪化することによってこの部分で
キャリアの移動性が悪くなり、金属層7を発光素子2及
びシリコン半導体素子6の双方に対して良好にオーミッ
ク接続させることができず、また、シリコン含有率が5
0%よりも大きいと、拡散領域付近の金属層7にまで多
量のシリコンが含まれてしまい、金属層7そのものの電
気抵抗が大きくなってしまう。従って、前記拡散領域7
aのシリコン含有率を20%〜50%に設定しておくこ
とが重要である。
On the other hand, the reason why the silicon content of the diffusion region 7a is set to 20% to 50% is that the diffusion region 7a
If the silicon content of a is less than 20%, the metal layer 7
The mobility of carriers is deteriorated in this portion due to the deterioration of the adhesion between the metal layer 7 and the intermediate layer 8, and the metal layer 7 cannot be satisfactorily ohmic-connected to both the light emitting element 2 and the silicon semiconductor element 6. In addition, when the silicon content rate is 5
If it is larger than 0%, a large amount of silicon is contained in the metal layer 7 near the diffusion region, and the electric resistance of the metal layer 7 itself becomes large. Therefore, the diffusion region 7
It is important to set the silicon content of a to 20% to 50%.

【0029】次に上述した半導体装置の製造方法につい
て説明する。
Next, a method of manufacturing the above-described semiconductor device will be described.

【0030】(1)まず、最初に単結晶シリコンから成
る基板1を準備し、この上面にシリコン半導体素子を形
成する。
(1) First, a substrate 1 made of single-crystal silicon is prepared, and a silicon semiconductor element is formed on the upper surface thereof.

【0031】前記基板1は、従来周囲のチョコラルスキ
ー法(引き上げ法)等を採用することによって単結晶シ
リコンのインゴット(塊)を形成し、これを所定厚みに
スライスした上、表面を研磨することによって製作され
る。
The substrate 1 is formed by forming a single-crystal silicon ingot (lumps) by adopting a conventional peripheral Czochralski method (pulling method), slicing the ingot into a predetermined thickness, and polishing the surface. Produced by

【0032】また、前記シリコン半導体素子6は、従来
周知の半導体製造技術を採用し、シフトレジスタ、ラッ
チ、出力トランジスタ等の電子回路を基板1の上面に高
密度に集積することによって形成される。
Further, the silicon semiconductor element 6 is formed by integrating electronic circuits such as shift registers, latches, and output transistors on the upper surface of the substrate 1 at a high density by employing a conventionally known semiconductor manufacturing technique.

【0033】尚、シリコン半導体素子6を発光素子2よ
りも先に形成するのは、シリコン半導体素子6が発光素
子2よりも熱履歴に強いからである。
The reason why the silicon semiconductor element 6 is formed before the light emitting element 2 is that the silicon semiconductor element 6 has a higher heat history than the light emitting element 2.

【0034】(2)次に、シリコン基板1の上面に、所
定の開口部を有した絶縁性マスクを形成し、しかる後、
この絶縁性マスクの開口部内に露出する基板1の上面に
発光素子2を形成する。
(2) Next, an insulating mask having a predetermined opening is formed on the upper surface of the silicon substrate 1, and thereafter,
The light emitting element 2 is formed on the upper surface of the substrate 1 exposed in the opening of the insulating mask.

【0035】前記絶縁性マスクの開口部は、従来周知の
スパッタリング法やフォトリソグラフィー技術を採用す
ることによって所定パターンに加工することで形成され
る。
The opening of the insulating mask is formed by processing into a predetermined pattern by employing a conventionally known sputtering method or photolithography technique.

【0036】前記発光素子2は、従来周知のMOCVD
(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法によ
る2段階成長法及び転位低減法を採用することによって
形成される。即ち、まず絶縁性マスク開口部に露出した
基板1の上面に、GaAs等の単結晶薄膜から成るp型
化合物半導体3及びn型化合物半導体4を順次積層し、
しかる後、この積層体をエッチングすることにより所定
形状に加工され、発光素子2が形成される。
The light emitting element 2 is formed by a conventionally known MOCVD.
(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method and a dislocation reduction method. That is, first, a p-type compound semiconductor 3 and an n-type compound semiconductor 4 composed of a single crystal thin film such as GaAs are sequentially laminated on the upper surface of the substrate 1 exposed at the opening of the insulating mask,
Thereafter, the laminated body is processed into a predetermined shape by etching, and the light emitting element 2 is formed.

【0037】(3)次に、発光素子2のn型化合物半導
体層4及びシリコン半導体素子6の上面に、所定の開口
部を有した絶縁層10を形成し、しかる後、この絶縁層
10の開口部内に中間層8を形成する。
(3) Next, an insulating layer 10 having a predetermined opening is formed on the upper surface of the n-type compound semiconductor layer 4 and the silicon semiconductor element 6 of the light emitting element 2. An intermediate layer 8 is formed in the opening.

【0038】前記絶縁層10は、窒化珪素等の絶縁性材
料を従来周知のCVD(Chemical Vapor Deposition)
法やスパッタリング法等によって所定パターンに形成さ
れる。
The insulating layer 10 is made of an insulating material such as silicon nitride by a well-known CVD (Chemical Vapor Deposition).
It is formed in a predetermined pattern by a method or a sputtering method.

【0039】前記中間層8は、アモルファスシリコンや
金属シリサイド等から成る中間層8を、従来周知の真空
蒸着法、或いは、スパッタリング法等を採用することに
よって所定厚みに形成するとともに、これを従来周知の
フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によって
所定の微細パターンに加工することによって形成され
る。
The intermediate layer 8 is formed by forming the intermediate layer 8 of amorphous silicon, metal silicide, or the like to a predetermined thickness by employing a conventionally known vacuum deposition method or sputtering method. It is formed by processing into a predetermined fine pattern by the photolithography technology and the etching technology.

【0040】(4)次に、発光素子2とシリコン半導体
素子6とを電気的に接続する金属層7を所定パターンに
形成する。
(4) Next, a metal layer 7 for electrically connecting the light emitting element 2 and the silicon semiconductor element 6 is formed in a predetermined pattern.

【0041】前記金属層7は、アルミニウム等の金属材
料を従来周知の真空蒸着法、或いは、スパッタリング法
等を採用することによって所定厚みに形成するととも
に、これを従来周知のフォトリソグラフィー技術及びエ
ッチング技術によって所定の微細パターンに加工するこ
とによって形成される。
The metal layer 7 is formed of a metal material such as aluminum to a predetermined thickness by employing a conventionally known vacuum evaporation method or a sputtering method, and the metal layer 7 is formed by a conventionally known photolithography technique and etching technique. To form a predetermined fine pattern.

【0042】(5)最後に、前記金属層7及び前記中間
層8を所定温度でアニールすることによってコンタクト
領域4a及び拡散領域7aを形成する。
(5) Finally, the contact region 4a and the diffusion region 7a are formed by annealing the metal layer 7 and the intermediate layer 8 at a predetermined temperature.

【0043】前記コンタクト領域4a及び拡散領域7a
は、前記金属層7及び中間層8に対して窒素ガス等の不
活性ガス雰囲気中で、350℃〜500℃の高温で10
分〜30分間アニ−ルを施すことにより形成され、これ
によって前記中間層8中のシリコンが前記n型化合物半
導体層4及び前記金属層7に所定の量だけ拡散されるこ
ととなり、図1に示す半導体装置が完成する。
The contact region 4a and the diffusion region 7a
Is applied to the metal layer 7 and the intermediate layer 8 at a high temperature of 350 ° C. to 500 ° C. in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas.
1 to 30 minutes, so that a predetermined amount of silicon in the intermediate layer 8 is diffused into the n-type compound semiconductor layer 4 and the metal layer 7. The semiconductor device shown is completed.

【0044】尚、本発明は、上述の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種
々の変更、改良等が可能である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and improvements can be made without departing from the gist of the present invention.

【0045】例えば、上述の形態においては、前記中間
層8を前記金属層7−n型化合物半導体層4間、並びに
金属層7−シリコン半導体素子6間に部分的に介在させ
るようにしたが、これに代えて、図2に示す如く、前記
金属層7’の直下領域の全体に該金属層7’と同じパタ
ーンの中間層8’を介在させるようにしても良い。この
場合、前記中間層8’を前記金属層7’と同じフォトマ
スクを用いてパターン形成することができるため、製造
工程を更に簡略化することができる。尚、拡散領域7’
aは、中間層8’上に位置する金属層7’の下部全域に
わたり形成される。
For example, in the above embodiment, the intermediate layer 8 is partially interposed between the metal layer 7 and the n-type compound semiconductor layer 4 and between the metal layer 7 and the silicon semiconductor element 6. Alternatively, as shown in FIG. 2, an intermediate layer 8 'having the same pattern as that of the metal layer 7' may be interposed in the entire area immediately below the metal layer 7 '. In this case, since the intermediate layer 8 'can be patterned using the same photomask as the metal layer 7', the manufacturing process can be further simplified. The diffusion region 7 '
a is formed over the entire lower portion of the metal layer 7 'located on the intermediate layer 8'.

【0046】また、上述の形態においては、前記金属層
7をアルミニウムにより形成するようにしたが、これに
代えて、金属層7を金、クロム、チタン、モリブデン、
ニッケル等の他の金属により形成するようにしても良
い。
In the above embodiment, the metal layer 7 is made of aluminum. Alternatively, the metal layer 7 may be made of gold, chromium, titanium, molybdenum,
It may be made of another metal such as nickel.

【0047】更に、上述の形態においては、前記発光素
子2をGaAs等で形成するようにしたが、これに代え
て、発光素子を例えばAlGaAs,AlGaInP,
InGaAs,InGaAsP等で形成するようにして
も良い。
Further, in the above embodiment, the light emitting element 2 is made of GaAs or the like, but instead of this, the light emitting element is made of, for example, AlGaAs, AlGaInP,
It may be formed of InGaAs, InGaAsP, or the like.

【0048】また更に、上述の形態においては、p型化
合物半導体層3上にn型化合物半導体層4を被着させて
発光素子2を形成するようにしたが、これに代えて、n
型化合物半導体層上にp型化合物半導体層を被着させて
発光素子を形成するようにしても良い。この場合、p型
化合物半導体層はn型化合物半導体層の上面に部分的に
設けられ、p型化合物半導体層のないn型化合物半導体
層上に金属層及び中間層からなる配線がオーミック接続
される。
Further, in the above embodiment, the light emitting element 2 is formed by depositing the n-type compound semiconductor layer 4 on the p-type compound semiconductor layer 3;
A p-type compound semiconductor layer may be attached to the type compound semiconductor layer to form a light emitting element. In this case, the p-type compound semiconductor layer is partially provided on the upper surface of the n-type compound semiconductor layer, and the wiring including the metal layer and the intermediate layer is ohmically connected on the n-type compound semiconductor layer without the p-type compound semiconductor layer. .

【0049】更にまた、上述の形態においては、光機能
素子として発光ダイオード等の発光素子2を用いるよう
にしたが、これに代えて、光機能素子としてフォトダイ
オード等の受光素子を用いるようにしても良い。
Further, in the above-described embodiment, the light emitting element 2 such as a light emitting diode is used as the optical functional element. Instead, a light receiving element such as a photodiode is used as the optical functional element. Is also good.

【0050】[0050]

【発明の効果】また、本発明の半導体装置によれば、金
属層の下部に中間層中のシリコンを一部拡散させてシリ
コン含有率20%〜50%の拡散領域を、n型化合物半
導体層の上部に中間層中のシリコンを一部拡散させてシ
リコン含有濃度1.0×1019/cm3〜5.0×10
20/cm3のコンタクト領域をそれぞれ設けたことか
ら、金属層と光機能素子との接続部、及び金属層とシリ
コン半導体素子との接続部には多数のキャリアが確保さ
れるとともに、これらキャリアの移動特性が著しく向上
され、金属層を光機能素子及びシリコン半導体素子の双
方に対して良好にオーミック接続させることができる。
従って、光機能素子とシリコン半導体素子との間を電流
が極めて良好に流れることとなり、消費電力の小さい高
性能の半導体装置を得ることが可能となる。
According to the semiconductor device of the present invention, silicon in the intermediate layer is partially diffused below the metal layer to form a diffusion region having a silicon content of 20% to 50%, thereby forming an n-type compound semiconductor layer. Part of the silicon in the intermediate layer is diffused to the upper part of the silicon to form a silicon-containing concentration of 1.0 × 10 19 / cm 3 to 5.0 × 10
Since the contact regions of 20 / cm 3 were provided, a large number of carriers were secured at the connection between the metal layer and the optical functional element and the connection between the metal layer and the silicon semiconductor element. The mobility characteristics are significantly improved, and the metal layer can be satisfactorily ohmic-connected to both the optical function element and the silicon semiconductor element.
Therefore, the current flows between the optical function element and the silicon semiconductor element extremely well, and a high-performance semiconductor device with low power consumption can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一形態に係る半導体装置の断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の形態に係る半導体装置の断面図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・基板、2・・・発光素子(光機能素子)、3・
・・p型化合物半導体層、4・・・n型化合物半導体
層、4a・・・コンタクト領域、6・・・シリコン半導
体素子、7,7’・・・金属層、7a,7’a・・・拡散
領域、8,8’・・・中間層、10・・・絶縁層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Light emitting element (optical functional element), 3
..P-type compound semiconductor layer, 4 ... n-type compound semiconductor layer, 4a ... contact region, 6 ... silicon semiconductor element, 7,7 '... metal layer, 7a, 7'a ... .Diffusion region, 8, 8 ': intermediate layer, 10: insulating layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 31/10 H01L 31/10 H Fターム(参考) 4M104 AA01 AA05 BB01 BB19 BB24 CC01 DD34 DD37 DD78 DD83 DD92 FF13 FF22 GG04 GG05 HH15 5F033 GG02 HH05 HH07 HH08 HH13 HH17 HH18 HH20 HH25 JJ01 JJ05 JJ07 JJ08 JJ13 JJ17 JJ18 JJ20 JJ25 KK03 KK06 LL01 MM05 NN06 PP15 PP19 QQ08 QQ09 QQ73 QQ80 RR06 SS08 SS11 WW04 XX09 5F041 CA33 CA35 CA58 CA72 CA82 CA92 CB33 5F049 MA01 MB07 MB12 NA12 NA14 SE05 SE12 SE20 SS03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (reference) H01L 31/10 H01L 31/10 HF term (reference) 4M104 AA01 AA05 BB01 BB19 BB24 CC01 DD34 DD37 DD78 DD83 DD92 FF13 FF22 GG04 GG05 HH15 5F033 GG02 HH05 HH07 HH08 HH13 HH17 HH18 HH20 HH25 JJ01 JJ05 JJ07 JJ08 JJ13 JJ17 JJ18 JJ20 JJ25 KK03 KK06 LL01 MM05 NN06 PP15 PP19 QQ08 QQ09 QQ73 QQ80 RR06 SS08 SS11 WW04 XX09 5F041 CA33 CA35 CA58 CA72 CA82 CA92 CB33 5F049 MA01 MB07 MB12 NA12 NA14 SE05 SE12 SE20 SS03

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】単結晶シリコンから成る基板の上面に、n
型化合物半導体層及びp型化合物半導体層を積層して成
る光機能素子と、該光機能素子の駆動を制御するシリコ
ン半導体素子とを並設するとともに、前記光機能素子の
n型化合物半導体層及びシリコン半導体素子上に両者を
電気的に接続する金属層を被着してなる半導体装置であ
って、 前記金属層−n型化合物半導体層間、並びに金属層−シ
リコン半導体素子間に、シリコン及び/又は金属シリサ
イドから成る中間層を介在させるとともに、該中間層中
のシリコンを一部、前記金属層中に拡散させて金属層の
下部にシリコン含有率20%〜50%の拡散領域を、ま
た前記n型化合物半導体層の上部にシリコン含有濃度
1.0×1019/cm3〜5.0×1020/cm3のコン
タクト領域を設けたことを特徴とする半導体装置。
1. The method according to claim 1, wherein n is formed on an upper surface of the substrate made of single crystal silicon.
An optical functional device formed by laminating a type compound semiconductor layer and a p-type compound semiconductor layer, and a silicon semiconductor device for controlling the driving of the optical functional device are juxtaposed, and the n-type compound semiconductor layer of the optical functional device and What is claimed is: 1. A semiconductor device comprising a silicon semiconductor element and a metal layer electrically connecting the silicon layer and the silicon layer, wherein the metal layer and the n-type compound semiconductor layer and the metal layer and the silicon semiconductor element are connected to each other by silicon and / or silicon. An intermediate layer made of a metal silicide is interposed, and silicon in the intermediate layer is partially diffused into the metal layer to form a diffusion region having a silicon content of 20% to 50% below the metal layer. A semiconductor device comprising: a contact region having a silicon-containing concentration of 1.0 × 10 19 / cm 3 to 5.0 × 10 20 / cm 3 provided above a type compound semiconductor layer.
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