JP2006019458A

JP2006019458A - 金属連結を利用した導電性基板の半導体素子の製造方法。

Info

Publication number: JP2006019458A
Application number: JP2004195106A
Authority: JP
Inventors: Nai-Chuan Chen; 陳乃▲權▼; Pen-Hsiu Chang; 張本秀; Chuan-Feng Shih; 施▲權▼峰; ▲丘▼安平; An-Ping Chiu; ▲登▼順達; Shun-Da Teng
Original assignee: Uni Light Technology Inc
Current assignee: Uni Light Technology Inc
Priority date: 2004-07-01
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2006-01-19

Abstract

【課題】素子の操作電圧を降下させ、素子の使用寿命を高める垂直導通型の金属連結を利用した導電性基板の半導体素子の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】ｎ型か、もしくはp型の導電性の基板を選択し、該基板上に少なくとも一層以上のバッファ層を形成し、該バッファ層上に、ｎ型か、もしくはp型の窒化物である第１導電層を形成し、該導電層と該基板とを金属オーム接触で連結する。
【選択図】図２

Description

この発明は、垂直導通窒化物素子の製造方法に関し、特に窒化物半導体と導電性基板との間に金属オーム接触による連結を形成する導電性基板の半導体素子の製造方法。

酸化物材料は、直接エネルギーギャップを具える。ＡｌＧａＩｎＮにおいて、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの比例を変調させると、エネルギーギャップの範囲を０．７ｅＶから６．１ｅＶに調整することができる。これには赤外線から紫外線に至るウェーブバンドを含み、特殊な光電素子に適する。但し、過去において、結晶格子に対応する基板が欠けていたため、１９７０年代においてすでに窒化ガリウムの合成を達成しているが、素子の製造に適したエピタキシフィルムを形成することができなかった。１９８０年代の末期に至り、窒化物エピタキシ技術の進歩によって、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板上に高品質の窒化物のフィルムを配向成長させることに成功した。ここに至り、窒化物材料の応用範囲が大幅に展開した。目下、一般に見られる青色、緑色、白色ダイオード、携帯電話機のキーの光源、大型電光表示器、電光看板、交通信号機などは、いずれも窒化物材料を利用して製造される。さらに、次世代の光ディスクの映像再生装置におけるレーザー光源、液晶表示装置のバックライト光源、日常の照明用の光源などは、いずれも窒化物材料の応用範囲に属するものと予期される。

窒化物材料の応用範囲は極めて広いが、エピタキシ基板の材料は却って変化が乏しい。商用にされるほとんどの素子はサファイアを基板としている、サファイアを基板とする場合、高くなるという欠点以外に、サファイア基板は一般に直径が２ｃｍであって、面積が狭すぎるため、結晶粒の製造コストが高くなるとう欠点を有する。また、サファイアは絶縁性の材料であるため、発酵ダイオード結晶粒を製造する場合、その電極は水平式の構造となる。即ち、ｐ電極とｎ電極とが同一側に存在する。このため結晶粒の製造工程が複雑になるのみならず、生産時の歩留まりが低下し、パッケージとボンディングのコストが高くなる。さらに、サファイア基板は放熱能力が劣るため、高パワー素子の応用範囲において制限を受けるとう欠点を有する。

目下の商用製品で、サファイア基板以外には炭化ケイ素（ＳｉＣ）が挙げられる。炭化ケイ素とサファイアとを比較すると、炭化ケイ素は次に掲げる２項の長所を具える。即ち、炭化ケイ素は導電性の基板であるが、垂直導通の素子を製造することができる。また、炭化ケイ素は高い放熱能力を具える。

但し、炭化ケイ素（ＳｉＣ）は価格がサファイアに比して遥かに高いことが、大きな欠点となっている。このため、ケイ素（Ｓｉ）を窒化物エピタキシ基板とする試みが、盛んに行われている。

ケイ素（Ｓｉ）による窒化物エピタキシ基板は、次に掲げる特徴と長所を具える。
導電性基板である。即ち、製造工程を簡易化して製造コストを低減させることができる。
好ましい熱伝導特性を有する。即ち、１．５Ｗ−ｃｍ^−１、高パワーの素子に応用できる
大面積を有する。目下１２ｃｍにまで至る。
目下のシリコン（Ｓｉ）を中心とする半導体製造技術と整合させることができる。

ケイ素チップ上に高品質の窒化物フィルムを配向成長させるためには、先ずケイ素上にバッファ層を成長させなめればならない。次いで素子の必要とする窒化物フィルムを形成する。発光ダイオードを例に挙げると、その構造は図１に開示するとおりである。文献の関連する記載によれば、最も効果のあるバッファ層は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）か、もしくは窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）である。但し、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）自体は絶縁層であって、窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）は異なる成分に応じて半導体と絶縁層の間に介在する。よって、素子の下層構造（例えばｎ型窒化ガリウムフィルム）とケイ素基板との間の電気抵抗の上昇を招く。このため、垂直導通の素子を製造する場合、バッファ層が直列の電器抵抗の影響を受け、操作電圧が大幅に高まる。よって、素子の損傷を招く恐れがある。係る問題を解決するために、キャリアをドーピングするか、もしくは高濃度ドーピングのケイ素基板によってバッファ層の抵抗値を低減させる方法が研究されている。但し、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）は、エネルギーギャップがかなり大きいため、相対的にドーピング効率が低減し、垂直導通素子の操作電圧を、水平導通式の素子に相当するまで降下させることができない。

この発明は、素子の操作電圧を降下させ、素子の使用寿命を高めることのできる垂直導通型の金属連結を利用した導電性基板の半導体素子の製造方法を提供することを課題とする。

また、この発明は消費パワーを降下させて、エネルギーを節減するとともに、過熱現象の発生を抑制することのできる垂直導通型の金属連結を利用した導電性基板の半導体素子の製造方法を提供することを課題とする。

そこで本発明者は、従来の技術に鑑み鋭意研究を重ねた結果、導電性の基板上にバッファ層と、第導電層とを形成し、該導電層と基板とを金属オーム接触で連結する導電性基板の半導体素子の製造方法によって課題を解決できる点に着眼し、係る知見に基づき本発明を完成させた。
以下、この発明について具体的に説明する。

請求項１に記載する金属連結を利用した導電性基板の半導体素子の製造方法は、ｎ型か、もしくはp型の導電性の基板を選択し、該基板上に少なくとも一層以上のバッファ層を形成し、該バッファ層上に、ｎ型か、もしくはp型の窒化物である第１導電層を形成し、該導電層と該基板とを金属オーム接触で連結する。

請求項２に記載する金属連結を利用した導電性基板の半導体素子の製造方法は、請求項１における基板がケイ素か、炭化ケイ素か、もしくはひ化ガリウムなどによって構成される導電材料のグループから選択される。

請求項３に記載する金属連結を利用した導電性基板の半導体素子の製造方法は、請求項１における半導体素子が、窒化物発光ダイオードか、窒化物レーザダイオードか、もしくは窒化物光学測定装置から選択される。

請求項４を特徴とする金属連結を利用した導電性基板の半導体素子の製造方法は、請求項１における金属連結がボンディングによってなり、かつ該金属が金か、アルミニウムによって構成されるグループから選択される。

請求項５に記載する金属連結を利用した導電性基板の半導体素子の製造方法は、請求項１における金属連結の方法が、金属を蒸着するか、スパッタリングするか、溶融させるか、もしくは金属を電器メッキするか、もしくは金属を無電極メッキし、かつ該金属が金か、銀か、銅か、白金か、パラジウムか、亜鉛か、ニッケルか、チタンか、クロムか、もしくはこれらの合金によって構成されるグループから選択される。

本発明の金属連結を利用した導電性基板の半導体素子の製造方法は、素子の操作電圧を降下させ、消費パワーを低減させてエネルギーを節減し、過熱減少の発生を抑制して素子の使用寿命を延長させるという利点がある。

この発明は垂直導通窒化物素子の製造方法を提供するものであって、図２に開示するように第１導電層と導電性を有するシリコン基板との間に金属連結を行う。かかる方法は、発光ダイオード、レーザダイオード、光測定装置などの導電性基板を具える素子に応用することができる。

窒化物半導体とシリコン基板との間に金属連結を形成する方法には多数ある。
例えば、蒸着、スパッタリング、ボンディング、電気メッキ、無電極メッキなどが挙げられる。

図１に開示するように、導電性のシリコン基板を選択し、該シリコン基板上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）バッファ層を成長させ、さらに第１導電層を成長させる。次いで、第１導電層を成長させ、該第１導電層上に多重量子井戸（multi-quantum-well：ＭＱＷ）の発光層を成長させ、最後に第２導電層を成長させて発光ダイオードのエピタキシチップを完成させる。

図２に開示するように、発光ダイオードのエピタキシチップを完成させた後、乾式エッチングか、もしくはその他エッチングによって該第１導電層（ｎ型ＧａＮ層）の一部と、ケイ素基板の一部をエッチングし、さらに上述するスパッタリングか、蒸着か、溶融か、電器メッキか、無電極メッキか、もしくはボンディングなどの方法で該第１導電層（ｎ型ＧａＮ層）とケイ素基板とを連結する。

第２導電層上と、導電性基板の底面側とに電極を形成して、それぞれの素子を分割することによって垂直導通窒化物発光ダイオード素子が完成する。図３はかかる素子の平面図であって、発光ダイオード素子に電流を印加すると、電流が上方の第２導電層に流れ、発光層通過して発光現象が発生する。次いで第１導電層に流れる。第１導電層と導電基板との間は抵抗値の低い金属オーム接触で連結されるため、電流が係るチャネルを通過して銅導電性基板に流れ、さらに下方の電極から素子に流れる。したがって、伝電流は高抵抗値のバッファ層を避けることができ、素子の直列抵抗を降下させることができる。

上述の実施例以外に、第１導電層と導電性基板との間の金属連結は、異なる幾何形状にしてもよく、さらには
図４、図５に開示する形態は、窒化物素子の外形を、従来のＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａｌｎＰダイオードと同様にし、さらに第１導電層と導電性基板との間に環状の金属連結を形成してもよい。この場合、直列抵抗がさらに降下する。

以上はこの発明の好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものとする。

この発明による導電性基板を具える窒化物エピタキシチップの構造を示した説明図である。この発明による窒化物エピタキシチップの側面構造を示した説明図である。この発明による窒化物エピタキシチップの平面図である。他の実施形態による側面構造を示した説明図である。他の実施形態による平面図である。

Claims

ｎ型か、もしくはp型の導電性の基板を選択し、該基板上に少なくとも一層以上のバッファ層を形成し、該バッファ層上に、ｎ型か、もしくはp型の窒化物である第１導電層を形成し、該導電層と該基板とを金属オーム接触で連結することを特徴とする金属連結を利用した導電性基板の半導体素子の製造方法。
前記基板がケイ素か、炭化ケイ素か、もしくはひ化ガリウムなどによって構成される導電材料のグループから選択されること特徴とする金属連結を利用した導電性基板の半導体素子の製造方法。
前記半導体素子が、窒化物発光ダイオードか、窒化物レーザダイオードか、もしくは窒化物光学測定装置から選択されること特徴とする金属連結を利用した導電性基板の半導体素子の製造方法。
前記金属連結がボンディングによってなり、かつ該金属が金か、アルミニウムによって構成されるグループから選択されること特徴とする金属連結を利用した導電性基板の半導体素子の製造方法。
前記金属連結の方法が、金属を蒸着するか、スパッタリングするか、溶融させるか、もしくは金属を電器メッキするか、もしくは金属を無電極メッキし、かつ該金属が金か、銀か、銅か、白金か、パラジウムか、亜鉛か、ニッケルか、チタンか、クロムか、もしくはこれらの合金によって構成されるグループから選択されること特徴とする金属連結を利用した導電性基板の半導体素子の製造方法。