JP2008141094A - Semiconductor element and manufacturing method of semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バリア層を有する電極を備えた半導体素子及び、半導体素子の製造方法に関し、特に高い拡散防止効果を備えながら応力の少ない電極を有する半導体素子及び、その半導体素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor element having an electrode having a barrier layer and a method for manufacturing the semiconductor element, and more particularly to a semiconductor element having an electrode having a low stress while having a high diffusion preventing effect, and a method for manufacturing the semiconductor element. is there.
半導体素子はダイオード、トランジスタ等の能動部品として、またメモリ等の記録デバイス、フォトダイオード等の受光デバイス、半導体レーザ等の発光デバイスなど、様々な機能を有するものが幅広く開発され、近年の電気電子機器にとって必要不可欠なものである。これら半導体素子には電力供給や電気信号の送受信を行うための電極を備えるものが多い。この電極は半導体素子を電気的に接続するのみならず、場合によっては半導体素子を基台等へ接合する用途としても用いられる。 Semiconductor devices have been widely developed as active components such as diodes and transistors, recording devices such as memories, light receiving devices such as photodiodes, and light emitting devices such as semiconductor lasers. It is indispensable for. Many of these semiconductor elements include electrodes for supplying power and transmitting / receiving electrical signals. This electrode is used not only for electrically connecting the semiconductor elements, but also for use in joining the semiconductor elements to a base or the like in some cases.
これら半導体素子の電極と他部材との接合には、一般的に半田材を用いる。ただし、半導体素子の電極を半田材により接合する場合には、半田材成分の電極側への拡散及び、電極を構成する金属の半田材側への拡散に注意する必要がある。仮に、半田材成分が電極側に拡散し、電極を通過して半導体部にまで到達した場合、半田材成分が半導体素子の特性を著しく劣化させるという問題が発生する。また、電極を構成する金属が半田材側へ拡散すると半田材の融点が変動するため、接合の際の温度制御が困難となり、工程設計上好ましいものではない。特に、半導体素子の電極に通常用いられているAu(金)は、一般的な半田材に含まれるSn(スズ)に拡散し易い特性を有しているため、この電極からの半田材側への拡散が顕著であり、半田材の融点を変動させるのみならず、半田材成分の電極側への拡散を促進するなどの様々な悪影響を及ぼす場合がある。 In general, a solder material is used for joining the electrodes of these semiconductor elements and other members. However, when the electrodes of the semiconductor element are joined by the solder material, it is necessary to pay attention to the diffusion of the solder material component to the electrode side and the diffusion of the metal constituting the electrode to the solder material side. If the solder material component diffuses to the electrode side and reaches the semiconductor portion through the electrode, there is a problem that the solder material component significantly deteriorates the characteristics of the semiconductor element. Further, if the metal constituting the electrode diffuses toward the solder material, the melting point of the solder material fluctuates, which makes it difficult to control the temperature at the time of bonding, which is not preferable in terms of process design. In particular, Au (gold), which is usually used for electrodes of semiconductor elements, has a characteristic of easily diffusing into Sn (tin) contained in a general solder material. In addition to changing the melting point of the solder material, there may be various adverse effects such as promoting the diffusion of the solder material component to the electrode side.
よって、半導体素子の電極には上記の拡散を防止するために、Mo(モリブデン)、Ti(チタン)、Pt(プラチナ)等の高融点金属を用いたバリア層を設けることが周知となっている。バリア層を電極中の所定の層間に設けることで、このバリア層が障壁となって半田材成分の半導体部への拡散を防止するとともに、電極を構成する金属の半田材への過剰な拡散を抑制することができる。ただし、このバリア層が充分な拡散防止効果を発揮するためには、ある程度の厚みが必要となる。 Therefore, it is well known that a barrier layer using a refractory metal such as Mo (molybdenum), Ti (titanium), or Pt (platinum) is provided on the electrode of the semiconductor element in order to prevent the above diffusion. . By providing a barrier layer between predetermined layers in the electrode, this barrier layer acts as a barrier to prevent the diffusion of the solder material component into the semiconductor part and to prevent excessive diffusion of the metal constituting the electrode into the solder material. Can be suppressed. However, in order for this barrier layer to exhibit a sufficient diffusion preventing effect, a certain thickness is required.
上記のようにバリア層は電極における拡散防止措置として極めて有効ではあるが、その反面、成膜時に生じる応力及び後述する熱処理に伴い生じる応力が大きいという問題点を有している。熱処理に伴い生じる応力とは、成膜後の各電極層内に多数存在している欠陥が、熱処理による原子の再配列化に伴って減少することで生じる収縮方向の応力のことであり、成膜時の応力よりも数倍大きいものである。尚、半導体部に形成された電極層を電極として機能させるためには所定の熱処理を施す必要があり、電極には必然的に熱処理時の応力が発生する。 As described above, the barrier layer is extremely effective as an anti-diffusion measure in the electrode. However, on the other hand, there is a problem that a stress generated during film formation and a stress caused by heat treatment described later are large. The stress caused by heat treatment refers to the stress in the shrinking direction that occurs when a large number of defects existing in each electrode layer after film formation decrease with the rearrangement of atoms by heat treatment. This is several times larger than the stress during film formation. In addition, in order for the electrode layer formed in the semiconductor portion to function as an electrode, it is necessary to perform a predetermined heat treatment, and stress is inevitably generated in the electrode.
更に、これらの応力は電極を構成する各電極層の層厚の増加に伴って増大する。このため、高い拡散防止効果を得るためにバリア層の層厚を厚くすると、この応力によりバリア層が要因となる膜剥離等が発生するなどの問題が生じる。よって、バリア層の層厚を厚く形成するためには、何らかの応力緩和措置が必要となる。 Further, these stresses increase as the thickness of each electrode layer constituting the electrode increases. For this reason, if the thickness of the barrier layer is increased in order to obtain a high diffusion preventing effect, problems such as film peeling caused by the barrier layer due to the stress occur. Therefore, in order to increase the thickness of the barrier layer, some stress relaxation measures are required.
この問題に対して下記[特許文献1]に開示された半導体発光素子に関する発明では、バリア層を層厚の薄いTi層とPt層とで構成し、これを2層ずつ交互に設けることにより、バリア層全体の応力を低減しつつ、バリア性の高い層を形成している。 In the invention related to the semiconductor light-emitting device disclosed in [Patent Document 1] below for this problem, the barrier layer is composed of a thin Ti layer and a Pt layer, and two layers are alternately provided, A layer having a high barrier property is formed while reducing the stress of the entire barrier layer.
しかしながら、[特許文献1]に開示された発明は、同じ厚さにおけるTi層及びPt層の応力は略同じである。各層で生じる応力は半導体部にも及ぶため、半導体部に反りやクラックが生じる可能性がある他、例えば半導体レーザではキンクの原因となるなど、半導体素子の特性や信頼性に悪影響を及ぼす虞がある。このため、バリア層を構成する各層そのものの応力緩和措置が求められる。 However, in the invention disclosed in [Patent Document 1], the stress of the Ti layer and the Pt layer at the same thickness is substantially the same. Since the stress generated in each layer extends to the semiconductor part, the semiconductor part may be warped or cracked, and for example, it may cause kinks in the semiconductor laser, which may adversely affect the characteristics and reliability of the semiconductor element. is there. For this reason, the stress relaxation measure of each layer itself which comprises a barrier layer is calculated | required.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高い拡散防止効果を備えながら応力の少ない電極を有する半導体素子及び、その半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the manufacturing method of the semiconductor element which has an electrode with little stress, having the high diffusion prevention effect, and the semiconductor element.
本発明は、
電極44を備えた半導体素子51において、
前記電極44は、第1のバリア層(第1バリア層26)、中間層27、及び第2のバリア層(第2バリア層28)が順次積層された積層構造を有することを特徴とする半導体素子51を提供することにより、上記課題を解決する。
The present invention
In the
The
また、半導体部46上に電極44が設けられた半導体素子51において、
前記電極44は、前記半導体部46と接して前記半導体部46との密着性を有する第1の電極層(第1電極層30)と、前記第1の電極層上に設けられて第1のバリア層(第1バリア層26)、中間層27、及び第2のバリア層(第2バリア層28)が順次積層された積層構造を有する第2の電極層(第2電極層36)と、を備えていることを特徴とする半導体素子51を提供することにより、上記課題を解決する。
In the
The
また、半導体素子の製造方法において、
半導体部46上に、第1の電極層(第1電極層30)を形成する第1の電極層形成工程と、
前記第1の電極層形成工程後に、前記半導体部46及び前記第1の電極層を加熱する熱処理工程と、
前記熱処理工程後に、前記第1の電極層上に、第1のバリア層(第1バリア層26)、中間層27、及び第2のバリア層(第2バリア層28)が順次積層された積層構造を有する第2の電極層(第2電極層36)を形成する第2の電極層形成工程と、
を有することを特徴とする半導体素子51の製造方法を提供することにより、上記課題を解決する。
In the method for manufacturing a semiconductor element,
A first electrode layer forming step of forming a first electrode layer (first electrode layer 30) on the
A heat treatment step of heating the
After the heat treatment step, a first barrier layer (first barrier layer 26), an
The above-described problems are solved by providing a method of manufacturing the
本発明に係る半導体素子及び半導体素子の製造方法は、上記の構成及び手順により、
高い拡散防止効果を備えかつ低応力な電極を半導体素子に形成することができる。また、本発明により製造された半導体素子は電極からの応力による半導体部の反りやクラックがなく、良好な半導体素子の素子特性と信頼性とを有しつつ、半田材による接合時においても、半田材成分の半導体層への拡散及び、電極成分の半田材への過剰な拡散を防止することができる。
The semiconductor element and the method for manufacturing the semiconductor element according to the present invention have the above-described configuration and procedure.
An electrode having a high anti-diffusion effect and low stress can be formed on the semiconductor element. In addition, the semiconductor element manufactured according to the present invention has no warpage or cracking of the semiconductor portion due to stress from the electrode, and has good element characteristics and reliability of the semiconductor element, and also when soldered with a solder material. Diffusion of the material component into the semiconductor layer and excessive diffusion of the electrode component into the solder material can be prevented.
本発明に係る半導体素子の製造方法及び、半導体素子の実施の形態について図面に基づいて説明する。図1は、本発明に係る半導体素子の模式断面図である。図2は、本発明に係る半導体素子を半導体レーザに適用した場合の模式断面図である。図3は、本発明に係る半導体素子における電極の第1の形態の部分拡大図である。図4は、本発明に係る半導体素子の接合時の挙動を説明する図である。図5は、本発明に係る半導体素子における電極の第2の形態の部分拡大図である。図6は、本発明に係る半導体素子における電極の第3の形態の部分拡大図である。 A method for manufacturing a semiconductor device and an embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view when the semiconductor device according to the present invention is applied to a semiconductor laser. FIG. 3 is a partially enlarged view of the first form of the electrode in the semiconductor device according to the present invention. FIG. 4 is a diagram for explaining the behavior at the time of bonding of the semiconductor elements according to the present invention. FIG. 5 is a partially enlarged view of the second form of the electrode in the semiconductor device according to the present invention. FIG. 6 is a partially enlarged view of a third embodiment of the electrode in the semiconductor element according to the present invention.
図1に示す、本発明に係る半導体素子51は、半導体部46に電極44を有している。尚、図1中では電極44は便宜的に1つのみ記載しているが、通常はp型半導体側と、n型半導体側との双方に設けられる。また、電極44はフォトリソグラフィ法とウエットエッチング法もしくはドライエッチング法等を用いて、半導体部46の面の一部に単数もしくは複数形成しても良い。更に、一部の電極のみ、例えばp側の電極のみを、本発明に係る電極44として形成することも可能である。
A
電極44は、オーミック特性を有する半導体部46側の第1電極層30と、第1電極層30と隣接して接合側に形成される第2電極層36とで構成される。そして、第1電極層30は半導体部46に接するオーミックコンタクト層20と第1金属層22とを有している。また、第2電極層36は、第1電極層30側から順に接続層24、第1バリア層26、中間層27、第2バリア層28、及び表層電極29を有している。尚、第1電極層30には第3のバリア層を設けても良いし、また、第1電極層30に第1バリア層26を設けることもできる。更に、第1電極層30及び第2電極層36には、適宜必要な層を加えても良い。尚、第1電極層30及び第2電極層36の第1金属層22、接続層24、表層電極29は必ずしも必須のものではない。
The
半導体部46の主要な構成材料としてはGaAs(ガリウム砒素)単体もしくはGaAsにAl(アルミニウム)、In(インジウム)、P(リン)などの元素を1つ以上合金化したGaAs系の多元化合物半導体の他、InP(インジウムリン)系、GaN(窒化ガリウム)系などの周知の半導体材料を用いることができる。
The main constituent material of the
半導体部46は、MOCVD(Metalorganic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長)法を含むCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法や、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシャル成長)法を含むエピタキシャル成長法等の半導体成膜手法と、フォトリソグラフィ法、ウエットエッチング法、ドライエッチング法、及び蒸着法、スパッタ法等を適宜組み合わせて、所定の形状、特性を有する半導体層等を順次積層することで形成する。
The
半導体部46に接するように形成される第1電極層30のオーミックコンタクト層20には、一般的に金属間化合物を用いる。特に半導体部46がIII−V族の化合物半導体である場合には、金属間化合物であるAuBe(金ベリリウム)がp型半導体側のオーミックコンタクト層20として、AuGeNi(金ゲルマニウムニッケル)がn型半導体側のオーミックコンタクト層20として多く用いられる。尚、第1金属層22、接続層24、表層電極29等の材料としては、導電性、接合性、熱伝導性の面からAuを用いることが好ましい。
An intermetallic compound is generally used for the
第1バリア層26、第2バリア層28、及び後述する第3バリア層25の材料としては、Sn等の半田材成分等の拡散を防止する効果を有するTi、Mo、Pt、Cr(クロム)等の高融点金属を用いる。また、中間層27にはSnに対する拡散性の高いAuが用いられる。
As materials of the
第1電極層30を構成するオーミックコンタクト層20及び、第1金属層22の層厚には特に限定はないが、第1電極層30の成膜時及び、オーミック特性付加時の熱処理に伴う応力を低減する観点から、第1電極層30の層厚が500nm以下となるように設定することが好ましい。
The thickness of the
第2電極層36を構成する第1バリア層26、第2バリア層28の層厚は、成膜時に大きな応力が生じない50nm〜150nmの範囲とし、かつ第1バリア層26と第2バリア層28との層厚の合計が150nm以上となるように設定することが好ましい。また、中間層27の層厚は、半田材との接合時に半田材側に拡散可能な50nm〜500nmの範囲とすることが好ましい。
The thicknesses of the
尚、電極44を構成する各層は、蒸着法やスパッタ法等の周知の手法により順次成膜して形成することができる。
Each layer constituting the
次に、本発明に係る半導体素子及び半導体素子の製造方法を、実施例を用いて詳細に説明する。尚、実施例においては半導体素子51として半導体レーザ50を、電極44としてp側電極12を例に用いて説明を行うものとする。
Next, a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention will be described in detail using examples. In the embodiment, the
図2に示す、本発明の半導体素子51である半導体レーザ50は、半導体部46と、半導体部46のp型半導体層側に形成されたp側電極12と、半導体部46のn型半導体層側に形成されたn側電極13とで構成される。そして更に、p側電極12は第1電極層30と第2電極層36とから構成される。
A
ここで、半導体レーザ50を構成する半導体部46の製造方法の概略を説明する。先ず、n型GaAs基板2に、厚さ1.5μmのn型Al0.5Ga0.5As(アルミニウムガリウム砒素)第1クラッド層3(Siドープ濃度が1×1018cm−3)と、厚さ0.07μmのAl0.13Ga0.87As活性層4(アンドープ)と、厚さ0.3μmのp型Al0.5Ga0.5As第1クラッド層5(Znドープ濃度が1×1018cm−3)と、厚さ0.03μmのp型Al0.7Ga0.3Asエッチングストッパ層6(Znドープ濃度が1×1018cm−3)と、厚さ0.7μmのp型Al0.5Ga0.5As第2クラッド層7(Znドープ濃度が1×1018cm−3)と、厚さ0.3μmのp型GaAsキャップ層8(Znドープ濃度が5×1019cm−3)と、をMOCVDを用いて順次成膜する。
Here, the outline of the manufacturing method of the
次に、p型GaAsキャップ層8の表面に所定の幅のマスクをフォトリソグラフィ法により形成した後、マスクに覆われていない領域のp型Al0.5Ga0.5As第2クラッド層7及びp型GaAsキャップ層8を、ウエットエッチング法により除去する。これにより、p型Al0.7Ga0.3Asエッチングストッパ層6表面にリッジストライプ9を形成する。
Next, after a mask having a predetermined width is formed on the surface of the p-type
次に、リッジストライプ9の両側に、n型GaAs電流狭窄層101、102を両層の層厚の合計が1.0μmになるようにMOCVD法を用いて成膜する。最後に、マスクを除去した後、p型GaAsコンタクト層11をMOCVD法を用いて成膜する。これにより、リッジストライプ9を有する半導体レーザ50の半導体部46を作製する。
Next, the n-type GaAs current confinement layers 101 and 102 are formed on both sides of the
次に、半導体部46のp型半導体層であるp型GaAsコンタクト層11の表面にp側電極12を後述する手順に沿って蒸着法を用いて形成する。また、p側電極12の形成と前後して、n型GaAs基板2にn側電極13を形成する。n側電極13の形成は、n型GaAs基板2を厚み100μmになるように研磨した後、厚さ100nmのAuGeNi層と厚さ500nmのAu層とを蒸着法を用いて順次成膜し、400℃前後の熱処理を施してオーミック電極化する。
Next, the p-
次に、p側電極12及び、n側電極13が形成された半導体部46を、所定の寸法になるように1次劈開、2次劈開することで半導体レーザ50を作製する。尚、半導体レーザ50には1次劈開後に所定の面に反射率の異なる図示しないコーティングが施される。
Next, the
上記の手順によって作製された半導体レーザ50は、p側電極12を正極として、またn側電極13を負極として電流を供給することにより発振し、この発振が発振閾値を超えるとレーザ発振となってAl0.13Ga0.87As活性層4からレーザ光を放出する。
The
次に、p側電極12の構成及び形成方法を、図3に示すp側電極12の部分拡大図を用いて説明する。p側電極12の形成は、先ず、第1の電極層形成工程として、半導体部46を構成するp型GaAsコンタクト層11表面に、厚さ100nmのAuBeからなるオーミックコンタクト層20と、厚さ100nmのAuからなる第1金属層22とを蒸着法を用いて順次成膜する。これにより、第1電極層30を形成する。
Next, the configuration and formation method of the p-
次に、熱処理工程により、第1電極層30に窒素雰囲気下で400℃の熱処理を施す。この熱処理により、オーミックコンタクト層20に含まれるAu元素及びBe元素が、オーミックコンタクト層20と接するp型GaAsコンタクト層11の界面近傍に拡散する。このAu元素及びBe元素の拡散により、オーミックコンタクト層20とp型GaAsコンタクト層11との界面近傍がオーミック特性化し、よってオーミックコンタクト層20を有する第1電極層30がオーミック電極層として機能する。
Next, a heat treatment at 400 ° C. is performed on the
尚、この熱処理によりオーミックコンタクト層20及び、第1金属層22に原子の再配列化が起こる。これにより、第1電極層30には収縮方向の応力が発生するが、第1電極層30の層厚は500nm以下と薄いため、半導体素子の特性等に悪影響を及ぼす程の大きな応力は生じない。
This heat treatment causes atomic rearrangement in the
また、この熱処理によりp型GaAsコンタクト層11中のGa元素、As元素が、第1電極層30側に拡散して第1電極層30表面に析出する場合がある。析出したGa元素、As元素は、空気中の酸素と反応して第1電極層30表面にGa酸化物及びAs酸化物を形成する。形成されたGa酸化物及びAs酸化物は、第1電極層30と第2電極層36との密着強度を著しく低下させるため、次工程として、バッファードフッ酸などのハロゲン系の酸からなるエッチャントで所定時間エッチングすることで、これらGa酸化物、As酸化物を除去する。
Further, the Ga element and As element in the p-type
次に、第1電極層30表面に第2電極層36を形成する前に、n型GaAs基板2にn側電極13を形成する。これは、第2電極層36形成前にn側電極13を形成することで、n側電極13にオーミック特性を付与する際の熱が、第2電極層36に及ばないようにするための措置である。従って、第2電極層36に原子の再配列化が発生するような熱が加わらないように工程を設計するならば、n側電極13の形成をこの時点で行う必然性はない。
Next, the n-
次に、第2の電極層形成工程として、第1電極層30の表面に、厚さ50nmのAuからなる接続層24、厚さ100nmのPtからなる第1バリア層26、厚さ100nmのAuからなる中間層27、厚さ100nmのPtからなる第2バリア層28、及び厚さ50nmのAuからなる表層電極29を蒸着法を用いて順次成膜する。これにより、半導体部46のp型GaAsコンタクト層11表面に、第1電極層30と第2電極層36とからなるp側電極12が形成される。
Next, as a second electrode layer formation step, a
この第2電極層36には高融点金属からなる第1バリア層26及び、第2バリア層28を有しているがその層厚は薄いために大きな成膜時の応力は発生しない。またこのことに加え、第2電極層36はオーミック特性が既に付与されている第1電極層30表面に形成されるため、熱処理を施してオーミック特性を付与する必要がない。よって、第2電極層36を構成する第1バリア層26及び、第2バリア層28を含む各層には、熱処理時の原子の再配列に伴う応力は発生しない。故に、p側電極12に生じる応力は極めて小さく、p側電極12からの応力に起因する半導体部46の反りやクラックは発生しない。また半導体素子の特性及び信頼性にも悪影響が生じることはない。
The
次に、p側電極12を半田材38により基台40に接合する例を用いて、p側電極12を構成する第1バリア層26、中間層27及び、第2バリア層28の挙動を説明する。
Next, the behavior of the
先ず、図4(a)に示すように、p側電極12の表層電極29と基台40上に設けられた半田材38とを接触させる。尚、半田材38としては、Snを主体としてAu、Bi(ビスマス)、Cu(銅)、Ag(銀)等の1種類以上の元素を含有するものを用いることが好ましく、特に実施例1のようにp側電極12がAuを主体として形成されている場合には、AuSnを用いることが好ましい。
First, as shown in FIG. 4A, the
次に、半田材38を加熱することで溶融する。このとき、p側電極12に用いられているAuは半田材38成分であるSnに溶け込み易い性質を有していることから、表層電極29はもとより半田材38に近接した中間層27のAu元素も、薄く拡散防止効果が不十分な第2バリア層28を通して速やかに半田材38中に固相拡散する。この固相拡散により、図4(b)に示すように、中間層27は消失し第1バリア層26と第2バリア層28とが隣接して厚い1層のバリア層23として機能する。このバリア層23は高い拡散防止効果を発揮するのに充分な厚みを有するため、このバリア層23が障壁となって、半田材38中の半田材成分は半導体部46側へ拡散することができない。同様にして、バリア層23より半導体部46側に位置する接続層24のAu元素も半田材38側へ拡散することができない。よって、半田材成分の半導体部46内への拡散は防止され、半導体素子の特性は良好に維持される。また、半田材38に拡散する中間層27のAu量は予め制御できるため、Auの拡散による半田材38の融点の変動は容易に予測することが可能で、工程を設計する上で問題が生じることもない。
Next, the solder material 38 is melted by heating. At this time, since Au used for the p-
次に、実施例2として半導体レーザ50におけるp側電極12の第2の形態の部分拡大図を図5に示す。尚、半導体レーザ50の半導体部46は実施例1と全く同様なため、記載及び説明は省略する。
Next, as Example 2, a partially enlarged view of the second form of the p-
図5に示す、第2の形態のp側電極12は、p側電極12を構成する第1電極層30が、厚さ100nmのAuBeからなるオーミックコンタクト層20と、厚さ100nmのAuからなる第1金属層22とに加え、厚さ100nmのPtからなる第3バリア層25と、厚さ50nmのAuからなる第2金属層22aとで構成される。尚、第2の形態では、第2電極層36の接続層24を層厚1μmとして形成する。
In the p-
第2の形態のp側電極12では、第1電極層30に設けられた第3バリア層25が障壁となって、熱処理工程におけるp型GaAsコンタクト層11中のGa元素、As元素の第1電極層30表層への拡散を防止する。よって、p側電極12の形成時の熱処理工程後に行われていた、Ga酸化物、As酸化物を除去するエッチング工程が不要となり、半導体素子の生産効率を向上することができる。更に、エッチング工程が不要となることで、エッチング工程で用いられていたハロゲン系の酸に溶解してしまうSiO2(二酸化珪素)、SiN(窒化珪素)等の材料を半導体部46に用いることが可能となり、半導体素子における設計上の制限を緩和することができる。
In the p-
尚、第2の形態の第1電極層30に形成された第3バリア層25には、オーミック特性を付与するための熱処理が施され、原子の再配列化に伴う応力が発生するが、その層厚は150nm以下と薄いため、半導体素子特性等に悪影響を及ぼす程の大きな応力は生じない。
The
また、前述のように、第2電極層36には熱処理が施されないことから原子の再配列に伴う応力は生じない。よって、第2電極層36を構成するバリア層以外の層は比較的厚く形成することが可能となる。このため、第2の形態で示した第2電極層36においては接続層24を1μmと厚く形成している。このように第2電極層36に硬度が低く軟らかい金属であるAuやInを用いた厚い層を形成することで、この層(実施例2における接続層24)が接合後のp側電極12と半田材38との熱膨張率の差に起因する応力をも緩和することができる。
Further, as described above, since the
尚、実施例2においても、実施例1と同様、半田材38による接合時には、固相拡散により中間層27が消失し、第1バリア層26と第2バリア層28とが隣接して、厚い1層のバリア層23として機能し高い拡散防止効果を発揮する。
In Example 2, as in Example 1, when joining with the solder material 38, the
次に、実施例3として半導体レーザ50におけるp側電極12の第3の形態の部分拡大図を図6に示す。尚、半導体レーザ50の半導体部46は実施例1と全く同様なため、記載及び説明は省略する。
Next, as Example 3, a partially enlarged view of the third form of the p-
図6に示す、第3の形態のp側電極12は、p側電極12を構成する第1電極層30が、厚さ50nmのTiからなるオーミックコンタクト層20と、厚さ100nmのPtからなる第1バリア層26と、厚さ50nmのAuからなる第2金属層22aとにより構成される。また、第2電極層36は、厚さ50nmのAuからなる接続層24と、厚さ100nmのPtからなる第2バリア層28と、厚さ50nmのAuからなる表層電極29とで構成される。尚、第3の形態においては、第2金属層22aと接続層24とが中間層27と同様な機能を有することとなる。
In the p-
第3の形態のp側電極12では、第1電極層30が、半導体部46とのオーミック特性と、Snに対するバリア性とを有する構造となっている。この電極構造においては、オーミック特性を得るために特に熱処理を行う必要は無い。また、熱処理を行う場合は、第1バリア層26が第2の形態における第3バリア層25の機能も兼ね備えた構成となる。即ち、第1電極層30の第1バリア層26が、熱処理工程においてGa元素及びAs元素の拡散を防止すると共に、半田材38による接合時には第2金属層22aと接続層24とからなる中間層27が消失して、第2バリア層28と隣接する厚いバリア層23となる。この構成によれば、p側電極12の層数削減が可能となり、第2の形態のp側電極12同様、エッチング工程が不要になるため、さらに半導体素子の生産効率を向上させることができる。
In the p-
以上のことから、半導体素子51に形成する電極44を、熱処理を施してオーミック特性を付与する第1電極層30と、熱処理を施さない第2電極層36とに分け、特に大きな応力が生じるバリア層を第2電極層36に配設して形成することで、電極44に生じる熱処理時の応力を低減することができる。
From the above, the
また、電極44は、バリア層を第1バリア層26と第2バリア層28とに分けることで薄層化し、第1バリア層26と第2バリア層28で生じる応力を低減するとともに、半田接合時には第1バリア層26と第2バリア層28との間に設けた中間層27を拡散消失させて、あたかも厚い1層のバリア層23として機能させることで、高い拡散防止効果を得ることができる。
Further, the
これらのことから、本発明の半導体素子の製造方法によれば、低応力でありながら高い拡散防止効果を備えた電極44を有する半導体素子51を形成することができる。よって、本発明の半導体素子の製造方法により製造された半導体素子51は、半導体部46の反りやクラックがなく、良好な素子特性と信頼性とを有することに加え、半田材38による接合時には高い拡散防止効果を発揮する。
For these reasons, according to the method for manufacturing a semiconductor element of the present invention, it is possible to form the
尚、本発明の半導体素子51としては、半導体レーザ50以外に、高周波ダイオード、発光ダイオード、発光ダイオード・アレイ、半導体レーザ・アレイ、受光素子、発光/受光素子を有する集積素子(OEIC)、電界効果型トランジスタ、高周波用集積回路等の他、バリア層を有する電極が必要な半導体素子に対して適用が可能である。また、本発明の電極44はp側電極に限定されるものではなく、n側電極やその他のバリア層を有する電極に対して適用が可能である。更に、本発明の電極44を構成する各層の層厚、層構成、材料等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。
In addition to the
12 p側電極
26 第1バリア層
27 中間層
28 第2バリア層
30 第1電極層
36 第2電極層
44 電極
46 半導体部
50 半導体レーザ
51 半導体素子
12 p-side electrode
26 First barrier layer
27 Middle layer
28 Second barrier layer
30 First electrode layer
36 Second electrode layer
44 electrodes
46 Semiconductor Department
50 Semiconductor laser
51 Semiconductor device
Claims (3)
前記電極は、第1のバリア層、中間層、及び第2のバリア層が順次積層された積層構造を有することを特徴とする半導体素子。 In a semiconductor device provided with an electrode,
The electrode has a stacked structure in which a first barrier layer, an intermediate layer, and a second barrier layer are sequentially stacked.
前記電極は、前記半導体部と接して前記半導体部との密着性を有する第1の電極層と、前記第1の電極層上に設けられて第1のバリア層、中間層、及び第2のバリア層が順次積層された積層構造を有する第2の電極層と、を備えていることを特徴とする半導体素子。 In a semiconductor element in which an electrode is provided on a semiconductor part,
The electrode is in contact with the semiconductor portion and has a first electrode layer having adhesiveness with the semiconductor portion; a first barrier layer provided on the first electrode layer; an intermediate layer; and a second layer And a second electrode layer having a stacked structure in which barrier layers are sequentially stacked.
半導体部上に、第1の電極層を形成する第1の電極層形成工程と、
前記第1の電極層形成工程後に、前記半導体部及び前記第1の電極層を加熱する熱処理工程と、
前記熱処理工程後に、前記第1の電極層上に、第1のバリア層、中間層、及び第2のバリア層が順次積層された積層構造を有する第2の電極層を形成する第2の電極層形成工程と、
を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。 In a method for manufacturing a semiconductor element,
A first electrode layer forming step of forming a first electrode layer on the semiconductor portion;
A heat treatment step for heating the semiconductor portion and the first electrode layer after the first electrode layer forming step;
A second electrode that forms a second electrode layer having a stacked structure in which a first barrier layer, an intermediate layer, and a second barrier layer are sequentially stacked on the first electrode layer after the heat treatment step. A layer forming step;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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2006
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