JP2012142339A - 半導体素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の半導体素子(100)は、発光又は受光素子構造を含む半導体の積層体(20)と、該積層体(20)の外面を被覆する誘電体多層膜(40)と、を備え、前記誘電体多層膜(40)は、窒化物の第1膜(41)と、該第1膜(41)に接して設けられた酸化ホウ素の第2膜(42)と、を有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
図1(a)は、実施の形態1に係る半導体素子の概略上面図であり、図1(b)及び(c)はそれぞれ、図1(a)におけるA−A断面、B−B断面を拡大して示す概略断面図である。図1に示す例の半導体素子100は、スーパールミネッセントダイオード素子であって、主として、基板10と、基板10上に設けられる、発光素子構造を含む半導体の積層体20と、積層体20に電気的に接続される正負一対の電極30,35と、積層体20の外面を被覆する誘電体多層膜40,45と、により構成されている。
図4(a)は、実施の形態2に係る半導体素子の概略上面図であり、図4(b)は図4(a)におけるC−C断面を示す概略断面図である。図4に示す例の半導体素子200は、PINフォトダイオード素子であって、主として、基板15と、基板15上に設けられる、受光素子構造を含む半導体の積層体25と、積層体25に電気的に接続される正負一対の電極30,35と、積層体25の外面を被覆する誘電体多層膜40と、により構成されている。
(基板10,15)
基板は、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)等の窒化物半導体基板のほか、例えば、サファイア(Al2O3)、スピネル(MgAl2O4)、炭化珪素(SiC)、シリコン(Si)、セレン化亜鉛(ZnSe)、酸化亜鉛(ZnO)、ガリウム砒素(GaAs)、インジウム燐(InP)、ダイヤモンド等の基板を用いることができる。基板の厚さは、例えば50μm以上2mm以下程度が挙げられる。基板は、下記半導体の成長方法のほか、例えば超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成法、高圧法、フラックス法、溶融法などで作製できる。なお、基板が半導体により形成される場合、半導体の積層体に基板を含めて考えてよいものとする。また、基板は、半導体の積層体が形成された後、除去されてもよい。
半導体は、例えばGaN、AlGaN、InGaNなど、一般式AlxInyGa1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,x+y≦1)で表される窒化物半導体を用いることができる。これに加えて、III族元素として一部がホウ素(B)に置換されたものでもよいし、V族元素として窒素(N)の一部が燐(P)、砒素(As)に置換されたものでもよい。また、n型不純物としてはシリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、錫(Sn)、硫黄(S)、酸素(O)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、カドミウム(Cd)等、p型不純物としてはマグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、ベリリウム(Be)、マンガン(Mn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等の不純物を適宜ドープできる。これら不純物の濃度は、例えば5×1016/cm3以上1×1021/cm3以下程度が好ましい。このほか、ガリウム砒素系半導体、ガリウム燐系半導体、セレン化亜鉛系半導体でもよい。半導体の結晶成長方法は、MOCVD(有機金属化学気相成長法)、HVPE(ハイドライド気相成長法)、MBE(分子線エピタキシー法)等の方法を用いることができる。
スーパールミネッセントダイオード素子や半導体レーザ素子において、埋込膜は、リッジの側面を被覆する絶縁性の保護膜であり、半導体層より屈折率の小さい材料によって形成できる。具体的には、埋込膜は、ジルコニウム(Zr)、シリコン(Si)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、チタン(Ti)、亜鉛(Zn)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)等の酸化物、窒化物等の単層又は多層膜で形成できる。絶縁膜は、少なくとも半導体の積層体の側面を被覆し、各半導体層の短絡や損傷を抑制する絶縁性保護膜であり、埋込膜と同様の材料により形成することができる。なお、埋込膜や絶縁膜を多層膜とする場合には、窒化物膜と、これに接する酸化ホウ素膜と、を有する構成にしてもよい。埋込膜及び絶縁膜、並びに後述の電極、誘電体多層膜は、スパッタ法(電子サイクロトロン共鳴(ECR;Electron Cyclotron Resonance)スパッタ法)、化学気相成長法(CVD;Chemical Vapor Deposition)、蒸着法などにより形成でき、特にスパッタ法が好ましい。
第1電極及び第2電極は、例えば、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、金(Au)、タングステン(W)、銅(Cu)、銀(Ag)、ジルコニウム(Zr)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、亜鉛(Zn)、マンガン(Mn)、モリブデン(Mo)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、クロム(Cr)、ランタン(La)、イットリウム(Y)から成る群より選ばれる少なくとも1つの金属又はこれらの合金、ITO、ZnO、SnO2等の導電性酸化物、の単層膜又は多層膜より形成することができる。なお、このような導電性酸化物上に窒化物膜が設けられる場合においても、その間に酸化ホウ素膜を介することで窒化物膜の酸化を抑制できる。電極の膜厚は、使用する材料により適宜調整することができ、例えば5nm以上1μm以下、好ましくは10nm以上500nm以下であることが好ましい。なお、第1電極上にもメタライズ電極(パッド電極)を別途設けてもよい。
誘電体多層膜は、熱安定性に優れ、半導体素子の発光又は受光波長域において光吸収が殆どない材料を用いることが好ましい。誘電体多層膜を構成する酸化物膜としては、例えば、アルミニウム(Al)、シリコン(Si)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、イットリウム(Y)のいずれかの酸化物が挙げられる。より詳細には、Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、Nb2O5等である。窒化物膜としては、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、シリコン(Si)のいずれかの窒化物が挙げられる。より詳細には、AlN、GaN、AlGaN、SiN、SiAlN等である。そして、これらの材料から低屈折率材料と高屈折率材料を選択し、2層に積層又はこれらの膜を交互に積層すればよい。なお特に、半導体の積層体の外面に接して設けられる誘電体膜は、半導体との界面に非発光準位を形成して熱を発生させたり、pn接合をショートさせたりしないことが、高出力動作や長期信頼性確保のために要求される。このような条件を満たす材料として、窒化アルミニウムを挙げることができる。また、誘電体多層膜が高反射膜を含む場合、その低屈折率膜/高屈折率膜の組み合わせとして、例えばSiO2/ZrO2又はSiO2/TiO2が好ましい。
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
比較例1の半導体素子は、誘電体多層膜を除き、他の構成は実施例1の半導体素子と同様である。比較例1の半導体素子の前方端面の誘電体多層膜は、波長405nmの光に対する設計膜厚23nmのAlN膜と、同設計膜厚58.5nmのSiO2膜と、の2層からなる反射防止膜である。また、後方端面の誘電体多層膜は、同設計膜厚45.1nmのZrO2膜が設けられた後、同設計膜厚67.6nmのSiO2の低屈折率膜と、同設計膜厚45.1nmのZrO2の高屈折率膜と、が5ペア積層されて構成される反射膜である。
20,25…半導体の積層体、21…第1導電型半導体層、22…活性層、23…第2導電型半導体層、24…リッジ、26…受光層、28…埋込膜、29…絶縁膜
30…第1電極、35…第2電極、36…オーミック電極、37…パッド電極
40…誘電体多層膜(第1)、41…第1膜、41a…酸化領域、42…第2膜、43…第3膜、45…誘電体多層膜(第2)、46…高反射膜(46a…高屈折率膜、46b…低屈折率膜)
100,200…半導体素子
Claims (4)
- 発光又は受光素子構造を含む半導体の積層体と、該積層体の外面を被覆する誘電体多層膜と、を備え、
前記誘電体多層膜は、窒化物の第1膜と、該第1膜に接して設けられた酸化ホウ素の第2膜と、を有する半導体素子。 - 前記第1膜は、前記積層体の外面に接して設けられている請求項1に記載の半導体素子。
- 前記誘電体多層膜は、最も外側に、ホウ素を含まない酸化物の第3膜を有する請求項1又は2に記載の半導体素子。
- 前記誘電体多層膜は、反射防止膜である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体素子。
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