JP2021125599A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、少なくとも2種以上の異なる組成を有する層を含む半導体積層構造を有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a semiconductor laminated structure including layers having at least two different compositions.
特許文献1は、自己走査型発光素子アレイを開示している。自己走査型発光素子アレイは、発光素子アレイの長手方向である走査方向に沿って直線状に配列された発光部と、当該発光部の発光素子アレイの長手方向と交差する幅方向に配設されたシフト部とを含む。
発光部は、発光素子アレイの走査方向に沿って直線状に配列された複数の発光サイリスタからなる書き込み用発光素子を備えている。これらの書き込み用発光素子は、カソードコモン型の発光サイリスタによって構成されている。カソード電極は、p型のウエハ基板の背面に形成された共通電極を介して接地されている。また、上記書き込み用発光素子のアノード電極には、書き込み信号が書き込みラインおよび抵抗を介して印加される。さらに、上記書き込み用発光素子のゲート電極は、シフト部の対応するスイッチング素子のゲート電極に接続されている。
The light emitting unit includes a light emitting element for writing, which is composed of a plurality of light emitting thyristors arranged linearly along the scanning direction of the light emitting element array. These writing light emitting elements are composed of a cathode common type light emitting thyristor. The cathode electrode is grounded via a common electrode formed on the back surface of the p-type wafer substrate. Further, a write signal is applied to the anode electrode of the light emitting element for writing via a write line and a resistor. Further, the gate electrode of the light emitting element for writing is connected to the gate electrode of the corresponding switching element of the shift portion.
一方、上記シフト部は、上述したように、書き込み用発光素子に対応して設けられた複数のスイッチング素子を備えている。これらのスイッチング素子は、カソードコモン型の発光サイリスタによって構成されている。カソード電極は、p型のウエハ基板の背面に形成された共通電極を介して接地されている。また、上記スイッチング素子のうち、偶数番目のスイッチング素子のアノード電極には、第1の転送用クロックパルスが電流制限用抵抗および第1の転送ラインを介して印加されている。奇数番目のスイッチング素子のアノード電極には、第2の転送用クロックパルスが電流制限用抵抗および第2の転送ラインを介して印加されている。さらに、上記スイッチング素子のゲート電極には、抵抗および電源ラインを介して電源電圧が印加されている。また、隣接するスイッチング素子のゲート電極間には、番号の小さいスイッチング素子を向いた方向が順方向となるように、ダイオードが介在されている。 On the other hand, as described above, the shift unit includes a plurality of switching elements provided corresponding to the light emitting element for writing. These switching elements are composed of a cathode common type light emitting thyristor. The cathode electrode is grounded via a common electrode formed on the back surface of the p-type wafer substrate. Further, among the switching elements, a first transfer clock pulse is applied to the anode electrodes of the even-numbered switching elements via the current limiting resistor and the first transfer line. A second transfer clock pulse is applied to the anode electrode of the odd-numbered switching element via the current limiting resistor and the second transfer line. Further, a power supply voltage is applied to the gate electrode of the switching element via a resistor and a power supply line. Further, a diode is interposed between the gate electrodes of adjacent switching elements so that the direction facing the switching element having a small number is the forward direction.
特許文献1の自己走査型発光素子アレイの半導体ウエハは、たとえば、GaAs基板等からなるp型のウエハ基板上に、第1層としてのp型層と、第2層としてのn型層と、第3層としてのp型層と、第4層としてのn型層とからなる複数の半導体層を順次積層して構成されている。そして、上記各発光部は、当該半導体層の積層構造を選択的に除去してメサ形状とすることによって形成されている。
The semiconductor wafer of the self-scanning light emitting device array of
この種のメサ形状では、ウエットエッチングによって露出する側面の表面形状が側面ごとに異なる場合がある。たとえば、一例として、ある側面は、当該側面の下部から上部に向かって反り返った形状を有しているのに対して、別の側面は、当該別の側面の下部から上部に向かってテーパ状に傾斜した形状を有している。
このような場合において、反り返った側面に配線(たとえば、特許文献1の書き込みライン、第1の転送ライン、第2の転送ライン、電源ライン等)を形成すると、配線のステップカバレッジが悪く断線するおそれがある。
In this type of mesa shape, the surface shape of the side surface exposed by wet etching may differ from side to side. For example, as an example, one side surface has a curved shape from the bottom to the top of the side surface, while another side surface tapers from the bottom to the top of the other side surface. It has an inclined shape.
In such a case, if wiring (for example, the writing line of
本発明の目的は、少なくとも2種以上の異なる組成を有する層を含む半導体積層構造上に形成された配線の接続信頼性を向上することができる半導体装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of improving the connection reliability of wiring formed on a semiconductor laminated structure including layers having at least two or more different compositions.
本発明の一の局面に係る半導体装置は、ベース層と、前記ベース層上の第1領域に選択的に積層された少なくとも2種以上の異なる組成を有する層を含む半導体積層構造と、前記半導体積層構造の頂部から前記半導体積層構造の側部を通って前記第1領域とは異なる前記ベース層の第2領域に引き出された金属配線とを含み、前記半導体積層構造は、前記半導体積層構造の前記側部の一部に選択的に形成され、第1側面および前記第1側面に交差する第2側面を有し、前記金属配線が配置された配線配置部を含み、前記金属配線は、前記配線配置部の前記第1側面と前記第2側面との間の交差部に跨り、かつ前記第1側面および前記第2側面を覆っている。 A semiconductor device according to one aspect of the present invention includes a semiconductor laminated structure including a base layer, layers selectively laminated in a first region on the base layer having at least two different compositions, and the semiconductor. The semiconductor laminated structure includes metal wiring drawn from the top of the laminated structure through a side portion of the semiconductor laminated structure to a second region of the base layer different from the first region, and the semiconductor laminated structure is the semiconductor laminated structure. The metal wiring includes a wiring arrangement portion selectively formed on a part of the side portion, having a first side surface and a second side surface intersecting the first side surface, and the metal wiring is arranged. It straddles the intersection between the first side surface and the second side surface of the wiring arrangement portion, and covers the first side surface and the second side surface.
本発明の一の局面に係るによれば、金属配線が、半導体積層構造の配線配置部の第1側面と第2側面との間の交差部に跨り、かつ第1側面および第2側面を覆っている。そのため、配線配置部および第1側面および第2側面の一方が、金属配線の断線を誘発し易い形状(ステップカバレッジの低下を誘発し易い形状等)であっても、少なくとも第1側面および第2側面の他方において断線を防止することができ、接続状態を確保することができる。その結果、金属配線の接続信頼性を向上することができる。 According to one aspect of the present invention, the metal wiring straddles the intersection between the first side surface and the second side surface of the wiring arrangement portion of the semiconductor laminated structure, and covers the first side surface and the second side surface. ing. Therefore, even if one of the wiring arrangement portion and the first side surface and the second side surface has a shape that easily induces a disconnection of the metal wiring (a shape that easily induces a decrease in step coverage, etc.), at least the first side surface and the second side surface. It is possible to prevent disconnection on the other side of the side surface and secure a connected state. As a result, the connection reliability of the metal wiring can be improved.
<本発明の実施形態>
まず、本発明の実施形態を列記して説明する。
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、ベース層と、前記ベース層上の第1領域に選択的に積層された少なくとも2種以上の異なる組成を有する層を含む半導体積層構造と、前記半導体積層構造の頂部から前記半導体積層構造の側部を通って前記第1領域とは異なる前記ベース層の第2領域に引き出された金属配線とを含み、前記半導体積層構造は、前記半導体積層構造の前記側部の一部に選択的に形成され、第1側面および前記第1側面に交差する第2側面を有し、前記金属配線が配置された配線配置部を含み、前記金属配線は、前記配線配置部の前記第1側面と前記第2側面との間の交差部に跨り、かつ前記第1側面および前記第2側面を覆っている。
<Embodiment of the present invention>
First, embodiments of the present invention will be listed and described.
A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor laminated structure including a base layer, layers selectively laminated in a first region on the base layer having at least two different compositions, and the semiconductor. The semiconductor laminated structure includes metal wiring drawn from the top of the laminated structure through a side portion of the semiconductor laminated structure to a second region of the base layer different from the first region, and the semiconductor laminated structure is the semiconductor laminated structure. The metal wiring includes a wiring arrangement portion selectively formed on a part of the side portion, having a first side surface and a second side surface intersecting the first side surface, and the metal wiring is arranged. It straddles the intersection between the first side surface and the second side surface of the wiring arrangement portion, and covers the first side surface and the second side surface.
この構成によれば、金属配線が、半導体積層構造の配線配置部の第1側面と第2側面との間の交差部に跨り、かつ第1側面および第2側面を覆っている。そのため、配線配置部および第1側面および第2側面の一方が、金属配線の断線を誘発し易い形状(ステップカバレッジの低下を誘発し易い形状等)であっても、少なくとも第1側面および第2側面の他方において断線を防止することができ、接続状態を確保することができる。その結果、金属配線の接続信頼性を向上することができる。 According to this configuration, the metal wiring straddles the intersection between the first side surface and the second side surface of the wiring arrangement portion of the semiconductor laminated structure, and covers the first side surface and the second side surface. Therefore, even if one of the wiring arrangement portion and the first side surface and the second side surface has a shape that easily induces a disconnection of the metal wiring (a shape that easily induces a decrease in step coverage, etc.), at least the first side surface and the second side surface. It is possible to prevent disconnection on the other side of the side surface and secure a connected state. As a result, the connection reliability of the metal wiring can be improved.
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記第1側面は、前記第1側面の下部から上部に向かう間に選択的に凹んだ凹面を含んでおり、前記第2側面は、前記第2側面の下部から上部に向かってテーパ状に傾斜していてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記第1側面の前記凹面は、前記第1側面の下部から上部に向かって反り返った反り返り部を含んでいてもよい。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the first side surface includes a concave surface selectively recessed from the lower part to the upper part of the first side surface, and the second side surface is the second side surface. It may be inclined in a tapered shape from the lower part of the side surface to the upper part.
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the concave surface of the first side surface may include a warped portion that warps from the lower part to the upper part of the first side surface.
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記配線配置部は、前記半導体積層構造の前記側部が前記ベース層の表面に沿う方向に選択的に突出することによって形成された凸部を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記配線配置部は、前記半導体積層構造の前記側部が前記ベース層の表面に沿う方向に選択的に凹むことによって形成された凹部を含んでいてもよい。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the wiring arrangement portion includes a convex portion formed by selectively projecting the side portion of the semiconductor laminated structure in a direction along the surface of the base layer. You may be.
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the wiring arrangement portion includes a recess formed by selectively recessing the side portion of the semiconductor laminated structure in a direction along the surface of the base layer. May be good.
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、複数の前記半導体積層構造が、共通の前記ベース層上に形成されていてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記複数の半導体積層構造は、第1方向および前記第1方向に直交する第2方向のそれぞれに沿って行列状に配列されていてもよい。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, a plurality of the semiconductor laminated structures may be formed on the common base layer.
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the plurality of semiconductor laminated structures may be arranged in a matrix along each of a first direction and a second direction orthogonal to the first direction.
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記複数の半導体積層構造は、第1方向に沿ってライン状に配列されていてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記金属配線は、前記複数の半導体積層構造に跨って形成されていてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、各前記半導体積層構造の頂部に形成された電極を含み、前記金属配線は、前記複数の半導体積層構造の前記電極同士を接続していてもよい。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the plurality of semiconductor laminated structures may be arranged in a line along the first direction.
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the metal wiring may be formed across the plurality of semiconductor laminated structures.
The semiconductor device according to the embodiment of the present invention includes electrodes formed on the tops of the semiconductor laminated structures, and the metal wiring may connect the electrodes of the plurality of semiconductor laminated structures to each other.
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記電極は、前記半導体積層構造の頂部に島状に形成されていてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記電極は、前記半導体積層構造の頂部の周縁に沿って環状に形成されていてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、前記金属配線の端部に形成され、前記複数の半導体積層構造に共通するパッド部を含んでいてもよい。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the electrodes may be formed in an island shape on the top of the semiconductor laminated structure.
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the electrodes may be formed in an annular shape along the peripheral edge of the top of the semiconductor laminated structure.
The semiconductor device according to the embodiment of the present invention may include a pad portion formed at an end portion of the metal wiring and common to the plurality of semiconductor laminated structures.
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記半導体積層構造は、周囲が全周にわたって前記ベース層の前記第2領域に取り囲まれたメサ状に形成されていてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、前記半導体積層構造が発光する機能を有する半導体発光装置を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記半導体積層構造は、発光層と、前記発光層を挟むp型層およびn型層とを含んでいてもよい。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the semiconductor laminated structure may be formed in a mesa shape in which the periphery is surrounded by the second region of the base layer.
The semiconductor device according to the embodiment of the present invention may include a semiconductor light emitting device having a function of emitting light from the semiconductor laminated structure.
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the semiconductor laminated structure may include a light emitting layer and a p-type layer and an n-type layer sandwiching the light emitting layer.
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記半導体積層構造は、III−V族半導体積層構造を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記金属配線は、AuおよびAlの少なくとも一方を含む金属配線を含んでいてもよい。
<本発明の実施形態の詳細な説明>
次に、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the semiconductor laminated structure may include a group III-V semiconductor laminated structure.
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the metal wiring may include a metal wiring containing at least one of Au and Al.
<Detailed Description of Embodiments of the Present Invention>
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体発光装置1の模式的な斜視図である。図2は、本発明の一実施形態に係る半導体発光装置1の模式的な平面図である。図3は、図2のIII-III線に沿う断面図である。図4は、図2のIV-IV線に沿う断面図である。なお、図1および図2では、明瞭化のため、半導体発光装置1の構成の一部のみを示している。
半導体発光装置1は、基板2と、基板2上に形成された半導体積層構造3と、基板2の裏面(半導体積層構造3と反対側の表面)に接触する裏面電極の一例としてのn側電極4と、半導体積層構造3の表面に接触する表面電極の一例としてのp側電極5とを含む。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a semiconductor
The semiconductor
基板2は、この実施形態では、GaAs(ガリウム砒素)基板で構成されている。むろん、基板2は、たとえば、シリコン、GaP(リン化ガリウム)等の他の半導体基板で構成されていてもよい。基板2は、この実施形態では、図1および図2に示すように平面視略正方形状に形成されているが、基板2の平面形状は特に制限されず、たとえば、平面視長方形状であってもよい。また、基板2の厚さは、たとえば、50μm〜500μmであってもよい。また、基板2には、n型不純物としてのシリコン(Si)が適切な濃度で含有されている。
In this embodiment, the
半導体積層構造3は、この実施形態ではIII−V族半導体積層構造からなり、発光層6と、n型半導体層7と、p型半導体層8とを含む。n型半導体層7は発光層6に対して基板2側に配置されており、p型半導体層8は発光層6に対してp側電極5側に配置されている。こうして、発光層6が、p型半導体層8およびn型半導体層7によって挟持されていて、ダブルヘテロ接合が形成されている。発光層6には、n型半導体層7から電子が注入され、p型半導体層8から正孔が注入される。これらが発光層6で再結合することによって、光が発生するようになっている。また、基板2の厚さと半導体積層構造3の厚さとを合わせたトータル厚さは、たとえば、60μm〜260μmであってもよい。
In this embodiment, the semiconductor laminated
発光層6、n型半導体層7およびp型半導体層8を構成する各層の組成は、発光層6の発光波長の範囲によって適宜選択され、たとえば、発光波長が800nm以上の赤外波長域の場合には、主に、AlGaAs系半導体が選択され、発光波長が380nm〜780nm程度の可視光波長域の場合には、主に、AlInGaP系半導体が選択される。これらのうち、一例として、発光波長が800nm以上の赤外波長域の場合の発光層6、n型半導体層7およびp型半導体層8の層構成を、図3および図4を参照して説明する。
The composition of each layer constituting the
n型半導体層7は、n型クラッド層9を含んでいてもよい。n型半導体層7は、図示しないが、必要により、n型クラッド層9と基板2との間に、n型ウィンドウ層やn型分布ブラッグ反射(DBR:Distributed Bragg Reflector)層を含んでいてもよい。
n型クラッド層9は、AlxGa1−xAs(0<x<1)系半導体から構成されていてもよい。当該式中のAl組成は、発光層6の発光波長の範囲に合わせて適宜設定される。また、n型クラッド層9には、n型不純物としてのシリコン(Si)が適切な濃度で含有されていてもよい。
The n-
The n-type clad
また、n型クラッド層9は、1000Å〜40000Åの厚さを有していてもよい。また、n型クラッド層9は、単層で形成されていてもよいし、たとえば、Al組成が互いに異なる複数の層で形成されていてもよい。
一方、p型半導体層8は、発光層6の上に、順に、p型クラッド層10、p型ウィンドウ層11およびp型コンタクト層12を積層して構成されていてもよい。
Further, the n-type clad
On the other hand, the p-
p型クラッド層10およびp型ウィンドウ層11はAlxGa1−xAs(0<x<1)系半導体から構成されており、p型コンタクト層12はAlxGa1−xAs(0≦x<1)系半導体から構成されていてもよい。当該式中のAl組成は、発光層6の発光波長の範囲に合わせて適宜設定される。p型クラッド層10、p型ウィンドウ層11およびp型コンタクト層12は、いずれも組成式AlxGa1−xAsで示すことができるが、厳密には、互いに異なる組成を有している。また、p型クラッド層10、p型ウィンドウ層11およびp型コンタクト層12には、p型不純物としての炭素(C)や亜鉛(Zn)が適切な濃度で含有されていてもよい。また、p型コンタクト層12の他の組成としては、GaPであってもよい。
The p-type clad
また、p型クラッド層10、p型ウィンドウ層11およびp型コンタクト層12の各層の厚さは、たとえば、p型クラッド層10が1000Å〜20000Åの厚さを有し、p型ウィンドウ層11が0Å〜10000Åの厚さを有し、p型コンタクト層12が100Å〜20000Åの厚さを有していてもよい。つまり、p型ウィンドウ層11は、省略(厚さ0Å)されてもよい。
The thickness of each of the p-type clad
なお、p型クラッド層10、p型ウィンドウ層11およびp型コンタクト層12は、それぞれ、単層で形成されていてもよいし、たとえば、Al組成が互いに異なる複数の層で形成されていてもよい。
発光層6は、MQW(multiple-quantum well)構造(多重量子井戸構造)を有しており、電子と正孔とが再結合することによって光が発生し、その発生した光を増幅させるための層である。
The p-type clad
The
発光層6は、たとえば、AlGaAs層からなる量子井戸層とAlGaAs層からなる障壁層とを交互に複数周期繰り返し積層して構成された多重量子井戸(MQW:Multiple-Quantum Well)構造を有していてもよい。たとえば、量子井戸層(AlGaAs)と障壁層(AlGaAs)とは交互に2〜50周期繰り返し積層されており、これにより、多重量子井戸構造の発光層6が構成されていてもよい。なお、この実施形態では、量子井戸層および障壁層のいずれもがAlGaAs層からなるが、量子井戸層のAl組成が障壁層のAl組成よりも低い。また、量子井戸層および障壁層の組成は、発光層6の発光波長に応じて適宜変更してもよい。たとえば、発光波長が赤外波長の場合、量子井戸層はInGaAs層であってもよい。
The
半導体積層構造3は、その一部が除去されることによって、メサ部13を形成している。図3および図4を参照して、半導体積層構造3の表面から、p型半導体層8、発光層6、n型半導体層7が選択的にエッチング除去されてメサ部13が形成されている。より具体的には、p型半導体層8の表面からn型半導体層7(この実施形態では、n型クラッド層9)の途中部まで、半導体積層構造3がエッチングされている。これにより、メサ部13の周囲には、メサ部13から横方向に引き出されたn型半導体層7(この実施形態では、n型クラッド層9)および基板2からなる本発明の第2領域の一例としての引き出し部14が形成されている。したがって、メサ部13は、引き出し部14に取り囲まれている。
The semiconductor laminated
メサ部13において、p型コンタクト層12がp型ウィンドウ層11に比べて小さく形成されることによって、メサ部13の頂部には、p型コンタクト層12とp型ウィンドウ層11との平面サイズに起因する段差部20が形成されている。これにより、p型コンタクト層12は、平面視環状の段差部20に取り囲まれている。なお、段差部20に取り囲まれる層は、一例として、p型コンタクト層12に加えて、p型ウィンドウ層11も含まれていてもよい。
In the
ここで、メサ部13の頂部とは、メサ部13の最頂面を形成する領域に限らず、後述する金属配線27が形成(接続)可能な一定の領域を有する領域であれば、頂部と称してもよい。たとえば、メサ部13が厚さ方向中央部に段差が形成された2段構造に形成されており、その厚さ方向中央部の段差部分に金属配線27が形成(メサ部13に接続)されている場合には、当該段差部分を「メサ部13の頂部」と称してもよい。
Here, the top of the
また、この実施形態では、複数のメサ部13が、共通の基板2上に規則的に配列されている。複数のメサ部13は、たとえば、第1方向Xおよび第1方向Xに直交する第2方向Yのそれぞれに沿って行列状に配列されていてもよい。他の言い方では、引き出し部14が共通の基板2上に格子状に形成されており、本発明の第1領域の一例としての当該格子の各窓部分15にメサ部13が選択的に形成されている。
Further, in this embodiment, a plurality of
なお、基板2および半導体積層構造3を、メサ部13とメサ部13以外の部分(エッチング後に残る部分)とに区別すると、メサ部13以外の基板2およびn型半導体層7の一部をまとめてベース層16と称してもよい。
メサ部13は、n型半導体層7、発光層6およびp型半導体層8の積層界面に交差する側面17A,18Aを有している。この側面17A,18Aは、半導体積層構造3をエッチングしてメサ部13を形成したときに現われる面である。
When the
The
この実施形態では、各メサ部13は、平面視四角形状に形成されており、互いに対向する(たとえば、互いに平行な)一対の第1側面17Aと、一対の第1側面17Aに交差(直交)し、互いに対向する(たとえば、互いに平行な)一対の第2側面18Aとを含む。たとえば、第1側面17Aは第1方向Xに平行な側面であり、第2側面18Aが第2方向Yに平行な側面であってもよい。
In this embodiment, each
各メサ部13の側面17A,18Aの一部には、後述する金属配線27が配置される配線配置部19が形成されている。この実施形態では、配線配置部19は、側面17A,18Aの一部が基板2の表面に沿う方向に選択的に突出することによって形成された凸部である。より具体的には、メサ部13の第2側面18Aの一部が配線配置部19として突出している。
A
配線配置部19は、メサ部13の頂部(より具体的には、段差部20よりも下側の部分)から引き出し部14の表面まで、厚さ方向全体にわたって形成されている。つまり、配線配置部19には、段差部20に取り囲まれた層(この実施形態では、p型コンタクト層12)が形成されていない。
配線配置部19は、平面視四角形状に形成されており、第1側面17Bと、第1側面17Bに交差(直交)する第2側面18Bとを含む。第1側面17Bは第1側面17Aに平行な面であり、第2側面18Bは第2側面18Aに平行な面であってもよい。より具体的には、配線配置部19は、メサ部13の第1側面17Aに直交して外側に延び、互いに対向する一対の第2側面18Bと、当該一対の第2側面18Bの端部同士を接続し、かつメサ部13の第1側面17Aに平行な第1側面17Bとを有している。
The
The
つまり、この実施形態では、メサ部13は、メサ部13の外形(輪郭)を形成する外形側面(第1側面17Aおよび第2側面18A)と、当該外形側面において金属配線27を配置するために形成された補助側面(第1側面17Bおよび第2側面18B)とを有している。補助側面(第1側面17Bおよび第2側面18B)は、メサ部13の外形側面に交差するように連続しており、かつ外形側面よりも小さな面である。
That is, in this embodiment, the
また、この実施形態では、図3および図4を参照して、メサ部13の第1側面17A,17Bと第2側面18A,18Bとを比べると、その断面形状が互いに異なっている。
図3を参照して、メサ部13の第1側面17A,17Bは、第1側面17A,17Bの下部(引き出し部14との交差部21)から上部に向かう間に選択的に凹んだ凹面となっている。より具体的には、この凹面は、第1側面17A,17Bの下部(引き出し部14との交差部21)から上部に向かって反り返った反り返り部22を含んでいる。これにより、第1側面17A,17Bの下部には、メサ部13の頂部の外縁23よりも内側に凹んだ窪み24が形成されている。
Further, in this embodiment, when the
With reference to FIG. 3, the
一方、図4を参照して、メサ部13の第2側面18A,18Bは、第2側面18A,18Bの下部(引き出し部14との交差部25)から上部に向かってテーパ状に傾斜している。つまり、引き出し部14の表面と第2側面18A,18Bとの間に、概ね鈍角の角度が形成されるように第2側面18A,18Bが傾斜している。これにより、第2側面18A,18Bの下部は、メサ部13の頂部の外縁23よりも外側に位置している。
On the other hand, with reference to FIG. 4, the second side surfaces 18A and 18B of the
半導体積層構造3上には、絶縁層26が形成されている。絶縁層26は、半導体積層構造3の表面全体を覆っている。また、絶縁層26は、たとえば、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN)等の絶縁材料からなっていてもよい。
裏面電極としてのn側電極4は、この実施形態では、AuまたはAuを含む合金で構成されている。n側電極4は、たとえば、(基板2側)AuGeNi層/Au層で示される積層構造であってもよい。n側電極4は、基板2の裏面全体を覆っており、複数のメサ部13に対する共通の電極となっている。
An insulating
In this embodiment, the n-
一方、表面電極としてのp側電極5は、この実施形態では、AuまたはAuを含む合金で構成されている。p側電極5は、たとえば、(半導体積層構造3側)Ti層/Au層やCr層/Au層で示される積層構造であってもよい。図1および図2を参照して、p側電極5は、各メサ部13の頂部に形成されている。この実施形態では、p側電極5は、各メサ部13の頂部に島状(円形状)に形成されており、p型コンタクト層12に接続されている。
On the other hand, the p-
半導体積層構造3上には、さらに、金属配線27が形成されている。金属配線27は、絶縁層26上に形成されている。金属配線27は、この実施形態では、AuまたはAuを含む合金で構成されている。金属配線27は、たとえば、(半導体積層構造3側)Ti層/Au層やCr層/Au層で示される積層構造であってもよい。つまり、金属配線27は、p側電極5と同じ材料で構成されていてもよい。
A
金属配線27は、複数のメサ部13のp側電極5同士を接続している。この実施形態では、平面視行列状に配列された複数のメサ部13の各頂部にp側電極5が配置されている。当該p側電極5同士を接続する金属配線27は、平面視格子状に形成されている。金属配線27の端部には、引き出し部14において、複数のメサ部13に共通するパッド部28が形成されている。パッド部28は、金属配線27を介して、複数のp側電極5に電気的に接続されている。
The
金属配線27は、各メサ部13の頂部から配線配置部19および交差部21,25を介して引き出し部14に引き出され、隣接するメサ部13に至っている。金属配線27は、配線配置部19において、第1側面17Bと第2側面18Bとの間の交差部29に跨り、かつ第1側面17Bおよび第2側面18Bを覆っている。この実施形態では、一対の交差部29のうち一方の交差部29が金属配線27で覆われており、他方の交差部29が金属配線27で覆われていない。したがって、配線配置部19の第1側面17Bおよび第2側面18Bは、それぞれ金属配線27に覆われずに露出する部分を有している。
The
図5A,5B〜図9A,9Bは、本発明の一実施形態に係る半導体発光装置1の製造工程の一部を示す図である。なお、図5Aのように「数字+A」の図は、前述の図3の断面に対応し、図5Bのように「数字+B」の図は、前述の図4の断面に対応するものである。
半導体発光装置1を製造するには、たとえば図5A,5Bに示すように、GaAs等からなる基板2(ウエハ)上に、エピタキシャル成長によって半導体積層構造3が形成される。半導体積層構造3の成長方法は、たとえば、分子線エピタキシャル成長法、有機金属気相成長法等、公知の成長方法を適用できる。この際、必要により、各層に対してドーパント(たとえば、前述したn型不純物またはp型不純物)が注入される。
5A and 5B to 9A and 9B are diagrams showing a part of a manufacturing process of the semiconductor
In order to manufacture the semiconductor
次に、図6A,6Bに示すように、半導体積層構造3が選択的に除去されることによって、メサ部13および引き出し部14が形成される。メサ部13および引き出し部14の形成は、たとえば、ウエットエッチングによって行ってもよい。より具体的には、まず、p型コンタクト層12がエッチングされて段差部20が形成され、続いて、半導体積層構造3の残りの部分がエッチングされてメサ部13が形成される。このとき、半導体積層構造3が、前述のように、互いに異なる組成を有する複数の層から構成されているため、メサ部13の第1側面17A,17Bの断面形状と、第2側面18A,18Bの断面形状とが互いに異なった状態で現れる。つまり、前述のように、第1側面17A,17Bが選択的に反り返った反り返り部22を含む一方、第2側面18A,18Bは、その下部から上部に向かってテーパ状に傾斜する。
Next, as shown in FIGS. 6A and 6B, the semiconductor laminated
次に、図7A,7Bに示すように、半導体積層構造3を覆うように絶縁層26が形成される。絶縁層26の形成は、たとえばCVD法によって行われてもよい。その後、絶縁層26が選択的に除去されることによって、絶縁層26からp型コンタクト層12が露出する。
次に、図8A,8Bに示すように、p側電極5および金属配線27が形成される。p側電極5および金属配線27は、たとえば、リフトオフ法によって形成されてもよい。より具体的には、まず、p側電極5および金属配線27のパターンと同一パターンの開口を有するレジスト(図示せず)が、半導体積層構造3上に形成される。次に、たとえば蒸着法によって、半導体積層構造3上に電極材料膜(図示せず)が積層される。次に、当該レジスト上の電極材料膜が、レジストと共に除去される。これにより、半導体積層構造3上に残った電極材料膜からなるp側電極5および金属配線27が形成される。
Next, as shown in FIGS. 7A and 7B, the insulating
Next, as shown in FIGS. 8A and 8B, the p-
なお、p側電極5および金属配線27は、リフトオフ法の他に、たとえば、別々にパターニングすることによって形成されてもよい。この方法であれば、p側電極5および金属配線27を互いに異なる厚さ、異なる種類の金属で形成することができる。たとえば、接触抵抗を小さくすることが要求されるp側電極5と、断線対策が要求される金属配線27とでは、互いに異なる厚さ、異なる種類の金属で形成した方がよい場合があるので、このような場合に有効である。
In addition to the lift-off method, the p-
次に、図9A,9Bに示すように、たとえば蒸着法によって、基板2の裏面にn側電極4が形成される。その後、図示しないが、基板2(ウエハ)が各チップサイズに分割されることによって、前述の半導体発光装置1が得られる。
以上、半導体発光装置1によれば、金属配線27が、配線配置部19において、第1側面17Bと第2側面18Bとの間の交差部29に跨り、かつ第1側面17Bおよび第2側面18Bを覆っている。そのため、メサ部13のように、第1側面17A,17Bに反り返り部22が形成されていて、テーパ状の第2側面18A,18Bに比べて金属配線27の断線を誘発し易い形状(ステップカバレッジの低下を誘発し易い形状等)であっても、少なくとも第2側面18Bにおいて断線を防止することができる。その結果、金属配線27の接続状態を確保することができるので、金属配線27の接続信頼性を向上することができる。
Next, as shown in FIGS. 9A and 9B, the n-
As described above, according to the semiconductor
しかも、この実施形態のように、複数の素子部(メサ部13)同士を接続する金属配線27を備える半導体発光装置1に配線配置部19の構造を採用することによって、複数の素子部の信頼性を一括して向上させることができる。
図10は、本発明の他の実施形態に係る半導体発光装置31の模式的な斜視図である。図11は、本発明の他の実施形態に係る半導体発光装置31の模式的な平面図である。図12は、図11のXII-XII線に沿う断面図である。図13は、図11のXIII-XIII線に沿う断面図である。なお、図10および図11では、明瞭化のため、半導体発光装置31の構成の一部のみを示している。また、図10〜図13において、前述の図1〜図4に示された各部と対応する構成には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
Moreover, as in this embodiment, by adopting the structure of the
FIG. 10 is a schematic perspective view of the semiconductor
この半導体発光装置31では、メサ部13の頂部を覆う透明電極層32が形成されている。透明電極層32は、段差部20を埋めるように形成されており、p型ウィンドウ層11およびp型コンタクト層12に接している。また、透明電極層32は、メサ部13の頂部の外縁23に一致する端面33を有している。
また、透明電極層32は、インジウム錫酸化物(ITO:Indium Tin Oxide)、In2O3、SnO2、ZnO、InZO等のTCO(Transparent Conducting Oxide)から構成されていてもよい。また、透明電極層32は、たとえば、50nm〜400nmの厚さを有していてもよい。
In the semiconductor
Further, the
透明電極層32上には、p側電極34が形成されている。p側電極34は、この実施形態では、AuまたはAuを含む合金で構成されている。p側電極34は、たとえば、(半導体積層構造3側)Ti層/Au層やCr層/Au層で示される積層構造であってもよい。p側電極34は、透明電極層32上において、透明電極層32の端面33(メサ部13の頂部の外縁23)に沿って環状に形成されている。
A p-
また、環状のp側電極34に取り囲まれた透明電極層32の表面は、絶縁層26に覆われている。透明電極層32は、配線配置部19上にも形成されている。
金属配線27は、環状のp側電極34の外周部からメサ部13の側面17A,17B,18A,18Bに沿って延び、引き出し部14に引き出されている。
また、基板2とn型半導体層7(この実施形態では、n型クラッド層9)との間には、分布ブラッグ反射(DBR:Distributed Bragg Reflector)層35が形成されていてもよい。DBR層35は、たとえば、AlGaAs/AlGaAsを複数層積層した構成であってもよい。この場合、ペアとして積層されるAlGaAsとAlGaAsは、互いに異なるAl組成である。
Further, the surface of the
The
Further, a Distributed Bragg Reflector (DBR)
図14A,14B〜図19A,19Bは、本発明の他の実施形態に係る半導体発光装置31の製造工程の一部を示す図である。なお、図14Aのように「数字+A」の図は、前述の図12の断面に対応し、図14Bのように「数字+B」の図は、前述の図13の断面に対応するものである。
半導体発光装置31を製造するには、たとえば図14A,14Bに示すように、GaAs等からなる基板2(ウエハ)上に、エピタキシャル成長によって半導体積層構造3が形成される。半導体積層構造3の成長方法は、たとえば、分子線エピタキシャル成長法、有機金属気相成長法等、公知の成長方法を適用できる。この際、必要により、各層に対してドーパント(たとえば、前述したn型不純物またはp型不純物)が注入される。
14A and 14B to 19A and 19B are diagrams showing a part of a manufacturing process of the semiconductor
In order to manufacture the semiconductor
次に、図15A,15Bに示すように、半導体積層構造3が選択的に除去されることによって、メサ部13および引き出し部14が形成される。メサ部13および引き出し部14の形成は、たとえば、ウエットエッチングによって行ってもよい。より具体的には、まず、p型コンタクト層12がエッチングされて段差部20が形成され、続いて、半導体積層構造3の残りの部分がエッチングされてメサ部13が形成される。このとき、半導体積層構造3が、前述のように、互いに異なる組成を有する複数の層から構成されているため、メサ部13の第1側面17A,17Bの断面形状と、第2側面18A,18Bの断面形状とが互いに異なった状態で現れる。つまり、前述のように、第1側面17A,17Bが選択的に反り返った反り返り部22を含む一方、第2側面18A,18Bは、その下部から上部に向かってテーパ状に傾斜する。
Next, as shown in FIGS. 15A and 15B, the semiconductor laminated
次に、図16A,16Bに示すように、メサ部13上に透明電極層32が形成される。透明電極層32は、たとえば、蒸着法、スパッタリング法等で形成することができる。
次に、図17A,17Bに示すように、半導体積層構造3を覆うように絶縁層26が形成される。絶縁層26の形成は、たとえばCVD法によって行われてもよい。その後、絶縁層26が選択的に除去されることによって、絶縁層26から透明電極層32が露出する。
Next, as shown in FIGS. 16A and 16B, the
Next, as shown in FIGS. 17A and 17B, the insulating
次に、図18A,18Bに示すように、p側電極34および金属配線27が形成される。p側電極34および金属配線27は、たとえば、リフトオフ法によって形成されてもよい。より具体的には、まず、p側電極34および金属配線27のパターンと同一パターンの開口を有するレジスト(図示せず)が、半導体積層構造3上に形成される。次に、たとえば蒸着法によって、半導体積層構造3上に電極材料膜(図示せず)が積層される。次に、当該レジスト上の電極材料膜が、レジストと共に除去される。これにより、半導体積層構造3上に残った電極材料膜からなるp側電極34および金属配線27が形成される。
Next, as shown in FIGS. 18A and 18B, the p-
次に、図19A,19Bに示すように、たとえば蒸着法によって、基板2の裏面にn側電極4が形成される。その後、図示しないが、基板2(ウエハ)が各チップサイズに分割されることによって、前述の半導体発光装置31が得られる。
以上、この半導体発光装置31においても、金属配線27が、配線配置部19において、第1側面17Bと第2側面18Bとの間の交差部29に跨り、かつ第1側面17Bおよび第2側面18Bを覆っている。そのため、メサ部13のように、第1側面17A,17Bに反り返り部22が形成されていて、テーパ状の第2側面18A,18Bに比べて金属配線27の断線を誘発し易い形状(ステップカバレッジの低下を誘発し易い形状等)であっても、少なくとも第2側面18Bにおいて断線を防止することができる。その結果、金属配線27の接続状態を確保することができるので、金属配線27の接続信頼性を向上することができる。
Next, as shown in FIGS. 19A and 19B, the n-
As described above, also in this semiconductor
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の実施形態では、配線配置部19は、側面17A,18Aの一部が基板2の表面に沿う方向に選択的に突出することによって形成された凸部であったが、図20に示すように、側面17A,18Aの一部が基板2の表面に沿う方向に選択的に凹むことによって形成された凹部であってもよい。この場合、配線配置部19は、メサ部13の第1側面17Aに直交して内側に延び、互いに対向する一対の第2側面18Bと、当該一対の第2側面18Bの端部同士を接続し、かつメサ部13の第1側面17Aに平行な第1側面17Bとを有している。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can also be implemented in other embodiments.
For example, in the above-described embodiment, the
また、前述の実施形態では、配線配置部19が採用された半導体発光装置の一例として、LEDマルチアレイの構造を示したが、配線配置部19は、その他の半導体発光装置にも採用することができる。そのような半導体発光装置としては、たとえば、発光サイリスタ、面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)等が挙げられる。また、配線配置部19は、半導体発光装置に限らず、MOSFET、IGBT等のスイッチング素子において、少なくとも2種以上の異なる組成を有するメサ構造に配線を形成する場合にも採用することができる。
Further, in the above-described embodiment, the structure of the LED multi-array is shown as an example of the semiconductor light emitting device in which the
さらに、配線配置部19の構造は、前述のようにマルチアレイを有する単独素子の複数のメサ部13同士間を接続する配線に限らず、互いに異なる複数の素子を接続する回路構造に適用されてもよい。たとえば、共通の基板上に、発光サイリスタ、ダイオード、転送サイリスタおよび抵抗等をそれぞれメサ状に形成し、これらの素子間が配線で接続された構造に、配線配置部19の構造が適用されてもよい。
Further, the structure of the
発光サイリスタアレイの一例として、図21の構成を示すことができる。
発光サイリスタアレイ40は、図21に示すように、複数の発光サイリスタ41が、共通の基板2上に形成されている。複数の発光サイリスタ41は、たとえば、第2方向Yに沿ってライン状に配列されていてもよい。
発光サイリスタ41は、たとえば、電子写真方式の画像形成装置の光源ヘッドや、イメージスキャナの光源ヘッドとして使用することができる。この場合、複数個の発光サイリスタ41が集まった発光サイリスタアレイ40として、たとえば、光源ヘッドの実装基板等に実装される。
As an example of the light emitting thyristor array, the configuration of FIG. 21 can be shown.
In the light emitting
The
複数の発光サイリスタ41は、半導体積層構造3の途中部までエッチングされることによって、メサ状に互いに分離されている。つまり、隣り合う発光サイリスタ41の間には、引き出し部14によって区画された凹部42が形成されている。また、各発光サイリスタ41には、前述の配線配置部19が形成されている。
複数の発光サイリスタ41のゲート電極43は、ゲート配線44で一括して接続されている。ゲート配線44の一端には、ゲートパッド45が形成されている。ゲート配線44は、配線配置部19を介して、複数の発光サイリスタ41のゲート電極43同士を接続している。
The plurality of
The
また、複数の発光サイリスタ41は、基板2上の領域の一端部に偏って配置されている。これにより、複数の発光サイリスタ41の光取出し面46に対してゲート電極43の反対側には、電極形成領域47が形成されている。電極形成領域47には、表面パッド48が形成されている。表面パッド48には、各発光サイリスタ41から配線配置部19を介して外側に引き出された金属配線49が接続されている。
Further, the plurality of
また、前述の実施形態において、半導体発光装置1の各半導体部分の導電型を反転した構成が採用されてもよい。たとえば、半導体発光装置1において、p型の部分がn型であり、n型の部分がp型であってもよい。したがって、半導体発光装置1の構成において、「n型」もしくは「n側」の接頭語を「第1」と読み替え、「p型」もしくは「p側」の接頭語を「第2」と読み替えてもよい。
Further, in the above-described embodiment, a configuration in which the conductive type of each semiconductor portion of the semiconductor
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.
1 半導体発光装置
2 基板
3 半導体積層構造
4 n側電極
5 p側電極
6 発光層
7 n型半導体層
8 p型半導体層
13 メサ部
14 引き出し部
15 窓部分
16 ベース層
17A 第1側面
17B 第1側面
18A 第2側面
18B 第2側面
19 配線配置部
21 交差部
22 反り返り部
23 外縁
25 交差部
27 金属配線
28 パッド部
29 交差部
31 半導体発光装置
34 p側電極
40 発光サイリスタアレイ
41 発光サイリスタ
43 ゲート電極
44 ゲート配線
45 ゲートパッド
48 表面パッド
49 金属配線
1 Semiconductor
Claims (18)
前記ベース層上の第1領域に選択的に積層された少なくとも2種以上の異なる組成を有する層を含む半導体積層構造と、
前記半導体積層構造の頂部から前記半導体積層構造の側部を通って前記第1領域とは異なる前記ベース層の第2領域に引き出された金属配線とを含み、
前記半導体積層構造は、前記半導体積層構造の前記側部の一部に選択的に形成され、第1側面および前記第1側面に交差する第2側面を有し、前記金属配線が配置された配線配置部を含み、
前記金属配線は、前記配線配置部の前記第1側面と前記第2側面との間の交差部に跨り、かつ前記第1側面および前記第2側面を覆っている、半導体装置。 With the base layer
A semiconductor laminated structure including at least two or more layers having different compositions selectively laminated in the first region on the base layer.
A metal wiring drawn from the top of the semiconductor laminated structure through a side portion of the semiconductor laminated structure to a second region of the base layer different from the first region is included.
The semiconductor laminated structure is a wiring that is selectively formed on a part of the side portion of the semiconductor laminated structure, has a first side surface and a second side surface that intersects the first side surface, and the metal wiring is arranged. Including the placement part
The metal wiring is a semiconductor device that straddles the intersection between the first side surface and the second side surface of the wiring arrangement portion and covers the first side surface and the second side surface.
前記金属配線は、前記複数の半導体積層構造の前記電極同士を接続している、請求項9に記載の半導体装置。 Including an electrode formed on the top of each of the semiconductor laminated structures,
The semiconductor device according to claim 9, wherein the metal wiring connects the electrodes of the plurality of semiconductor laminated structures to each other.
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