JP2543190B2 - 化合物半導体素子の製造方法 - Google Patents
化合物半導体素子の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電極を形成した化合物半導体素子の保護膜形
成を極めて容易に行うための化合物半導体素子の製造方
法に関する。
成を極めて容易に行うための化合物半導体素子の製造方
法に関する。
従来の技術 GaAs、GaAlAs、InPあるいはInGaAsPなどの化合物半導
体は、電子移動度が高く、また、直接遷移材料が得られ
ることから超高速トランジスタや発光ダイオードなどの
光半導体素子など、通常のSiを材料とした半導体素子に
ない機能を実現でき、極めて有用な半導体材料である。
体は、電子移動度が高く、また、直接遷移材料が得られ
ることから超高速トランジスタや発光ダイオードなどの
光半導体素子など、通常のSiを材料とした半導体素子に
ない機能を実現でき、極めて有用な半導体材料である。
一般に半導体素子では、空気中の水分や酸素から素子
表面の変質を防ぐため、あるいは、部分的な電極形成な
どを行うのに、保護膜を用いねばならない。従来、上記
の目的のための保護膜としては、SiO2もしくはSiNなど
の絶縁膜が用いられてきた。従来技術における保護膜形
成について説明する。
表面の変質を防ぐため、あるいは、部分的な電極形成な
どを行うのに、保護膜を用いねばならない。従来、上記
の目的のための保護膜としては、SiO2もしくはSiNなど
の絶縁膜が用いられてきた。従来技術における保護膜形
成について説明する。
第４図は、InP/InGaAsPを材料とした発光ダイオード
（LED）の一部分のみに電極を形成し電流狭窄を行う場
合を列とした説明図である。Ｎ型InP11、Ｐ型InGaAsP活
性層12、Ｐ型InP13およびＰ型InGaAsP14の４層よりなる
発光ダイオード用のエピタキシャル基板を液相エピタキ
シャル成長により作製した後、電極部以外を絶縁するた
めに表面全面にわたってSiO2膜61をシランと酸素をガス
原料とした化学的気相堆積（CVD）法により形成する。
その後、光リソグラフィおよび化学エッチング法により
電極形成部のSiO2膜を除去し、その位置に合わせて電極
21を部分形成する。さらに、ボンディングを容易にする
ための金属５、および、電極21の位置に合わせて光を取
り出すための穴部を設けた裏面電極71を形成して素子作
製が完了する。この発光ダイオードでは、絶縁物である
SiO2膜61のために活性層12の電極下部の領域に電流が集
中して流れ、これに対応して、発光も電極下部領域に制
限され、極めて狭小な発光領域が形成できる。これによ
り、コア径の小さな光ファイバとの結合効率を高めるこ
とができ、光ファイバ伝送用光源としての応用価値を高
められる。
（LED）の一部分のみに電極を形成し電流狭窄を行う場
合を列とした説明図である。Ｎ型InP11、Ｐ型InGaAsP活
性層12、Ｐ型InP13およびＰ型InGaAsP14の４層よりなる
発光ダイオード用のエピタキシャル基板を液相エピタキ
シャル成長により作製した後、電極部以外を絶縁するた
めに表面全面にわたってSiO2膜61をシランと酸素をガス
原料とした化学的気相堆積（CVD）法により形成する。
その後、光リソグラフィおよび化学エッチング法により
電極形成部のSiO2膜を除去し、その位置に合わせて電極
21を部分形成する。さらに、ボンディングを容易にする
ための金属５、および、電極21の位置に合わせて光を取
り出すための穴部を設けた裏面電極71を形成して素子作
製が完了する。この発光ダイオードでは、絶縁物である
SiO2膜61のために活性層12の電極下部の領域に電流が集
中して流れ、これに対応して、発光も電極下部領域に制
限され、極めて狭小な発光領域が形成できる。これによ
り、コア径の小さな光ファイバとの結合効率を高めるこ
とができ、光ファイバ伝送用光源としての応用価値を高
められる。
第５図はGaAlAsを材料とした発光ダイオードに表面保
護膜を形成する場合を例とした別の従来技術の説明図で
ある。Ｐ型のGaAs基板15上にＰ型GaAlAs（混晶比Ｘ＝0.
7）16、Ｐ型GaAlAs活性層（Ｘ＝0.35）17、および、Ｎ
型GaAlAs（Ｘ＝0.7）18の３層を液相エピタキシャル法
により成長させ、メサエッチングにより素子分離した
後、表面にSiN膜62をプラズマCVD法により形成する。
護膜を形成する場合を例とした別の従来技術の説明図で
ある。Ｐ型のGaAs基板15上にＰ型GaAlAs（混晶比Ｘ＝0.
7）16、Ｐ型GaAlAs活性層（Ｘ＝0.35）17、および、Ｎ
型GaAlAs（Ｘ＝0.7）18の３層を液相エピタキシャル法
により成長させ、メサエッチングにより素子分離した
後、表面にSiN膜62をプラズマCVD法により形成する。
その後、光リソグラフィ技術、および、SF6ガスによ
るドライエッチングを用いてSiN膜の一部を除去して電
極22を形成し、さらに、裏面電極72を形成して素子作製
を完了する。GaAlAs混晶は混晶比が高くなると、空気中
の酸素や水分により容易に酸化して光吸収性の酸化物を
形成し、発光ダイオードの発光効率を低下させるため、
これを防ぐためにはSiN膜62を用いるものである。
るドライエッチングを用いてSiN膜の一部を除去して電
極22を形成し、さらに、裏面電極72を形成して素子作製
を完了する。GaAlAs混晶は混晶比が高くなると、空気中
の酸素や水分により容易に酸化して光吸収性の酸化物を
形成し、発光ダイオードの発光効率を低下させるため、
これを防ぐためにはSiN膜62を用いるものである。
発明が解決しようとする課題 保護膜形成における上記の従来技術では、SiO2やSiN
などの絶縁物を用いるために、保護膜形成の後、エッチ
ングなどの技術を用いて電極形成のための窓あけを必要
とし製造工程を複雑化する要因となっていた。
などの絶縁物を用いるために、保護膜形成の後、エッチ
ングなどの技術を用いて電極形成のための窓あけを必要
とし製造工程を複雑化する要因となっていた。
また、第４図に示す例では、SiO2膜と化合物半導体と
の熱膨張係数が異なるために内部にストレスが生じ、高
電流の通電とともに発光効率が低下する素子劣化が生じ
て信頼性を低下させる原因となっていた。さらに、第５
図の例では、メサエッジでレジストが破れるため、電極
を形成するためのエッチングと同時にメサ部のSiN膜も
除去される場合が生じる。この場合にも、高温高湿度下
の通電時には前述の酸化が発生し、信頼性を損なう。以
上の課題は、電極形成の後に保護膜を形成しても、何等
改善されることはない。
の熱膨張係数が異なるために内部にストレスが生じ、高
電流の通電とともに発光効率が低下する素子劣化が生じ
て信頼性を低下させる原因となっていた。さらに、第５
図の例では、メサエッジでレジストが破れるため、電極
を形成するためのエッチングと同時にメサ部のSiN膜も
除去される場合が生じる。この場合にも、高温高湿度下
の通電時には前述の酸化が発生し、信頼性を損なう。以
上の課題は、電極形成の後に保護膜を形成しても、何等
改善されることはない。
本発明は上記従来技術に伴う問題点を排除し、簡単
で、かつ、信頼性の高い保護膜を形成するための製造方
法を提供することを目的とする。
で、かつ、信頼性の高い保護膜を形成するための製造方
法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は上記の課題を解決するために、金属電極を部
分的に形成してなる化合物半導体素子の表面より、抵抗
率の大なるシリコンを薄膜形成し、金属電極部において
は、金属電極とシリコンとを合金化させて低抵抗化をな
し、かつ、金属電極部以外の化合物半導体素子表面では
前記の高抵抗シリコンを表面保護膜とする構成を用いて
その手段とした。
分的に形成してなる化合物半導体素子の表面より、抵抗
率の大なるシリコンを薄膜形成し、金属電極部において
は、金属電極とシリコンとを合金化させて低抵抗化をな
し、かつ、金属電極部以外の化合物半導体素子表面では
前記の高抵抗シリコンを表面保護膜とする構成を用いて
その手段とした。
作用 高抵抗シリコンは金やアルミニウムを主材とする金属
と容易に合金化して低抵抗となり、高抵抗シリコン保護
膜形成の後電極形成のための窓あけが不要となり、保護
膜のエッチングに附属する不都合を排除できる。また、
シリコンは、熱膨張係数や格子定数がGaAsやInPなどの
化合物半導体と比較的に近く、かつ、熱伝導度も良いこ
とから、熱歪などによるストレスを少なくでき、信頼性
に優れる保護膜を形成できるわけである。
と容易に合金化して低抵抗となり、高抵抗シリコン保護
膜形成の後電極形成のための窓あけが不要となり、保護
膜のエッチングに附属する不都合を排除できる。また、
シリコンは、熱膨張係数や格子定数がGaAsやInPなどの
化合物半導体と比較的に近く、かつ、熱伝導度も良いこ
とから、熱歪などによるストレスを少なくでき、信頼性
に優れる保護膜を形成できるわけである。
実施例 以上説明してきた本発明を、実施例を用いてさらに詳
しく説明する。
しく説明する。
第１図は化合物半導体として、Ｎ型のGaAsを用いて本
発明の作用を確認した例である。SiドープのＮ型GaAs基
板１上に、金ゲルマニウム（Au/Ge）合金２を200nmの厚
さに蒸着した後、シラン（SiH4）ガスを用いたプラズマ
CVD法により、厚さ約50nmになるようシリコン薄膜３を
形成した。この試料に電極を当て、Au/Ge電極の有無で
の表面導電性を調べた。電極形成部では、薄膜形成と同
時にAu/Ge電極とシリコンとの合金部４を形成して低抵
抗化したのに対し、シリコンのみの部分では高抵抗のま
まであり、前述の作用が実際に利用できることがわかっ
た。
発明の作用を確認した例である。SiドープのＮ型GaAs基
板１上に、金ゲルマニウム（Au/Ge）合金２を200nmの厚
さに蒸着した後、シラン（SiH4）ガスを用いたプラズマ
CVD法により、厚さ約50nmになるようシリコン薄膜３を
形成した。この試料に電極を当て、Au/Ge電極の有無で
の表面導電性を調べた。電極形成部では、薄膜形成と同
時にAu/Ge電極とシリコンとの合金部４を形成して低抵
抗化したのに対し、シリコンのみの部分では高抵抗のま
まであり、前述の作用が実際に利用できることがわかっ
た。
第２図は、第４図の従来技術に対比して、InP/InGaAs
P発光ダイオードの電流狭窄に利用した場合の構成図で
ある。Ｎ型InP11、Ｐ型InGaAsP活性層12、Ｐ型InP13、
および、Ｐ型InGaAsP14の順で形成したダブルヘテロジ
ャンクション上に金・亜鉛（Au/Zn）合金21の電極を直
径35μｍ、厚さ400nmに形成した上に、シリコン３を50n
mの厚さで堆積させた。さらに、その上にボンディング
用の金５（２μｍ）をチタン（Ti）をはさんで形成し、
裏面には、Au/Zn電極21に合わせて穴部を設けたAu/Ge電
極71を形成した。作製した素子では、発光は電極21の下
部で生じ、その径は約40μｍであり高抵抗シリコンのた
めに電流は良好に狭窄されていることが確認できた。同
じ試料を高温雰囲気で通電試験を行った結果では、第４
図で示した従来技術のものに対し、２桁以上良い寿命時
間が推定され、熱膨張係数などの結果として非常に信頼
性が良いことが確認でき本発明が効果的であることがわ
かった。
P発光ダイオードの電流狭窄に利用した場合の構成図で
ある。Ｎ型InP11、Ｐ型InGaAsP活性層12、Ｐ型InP13、
および、Ｐ型InGaAsP14の順で形成したダブルヘテロジ
ャンクション上に金・亜鉛（Au/Zn）合金21の電極を直
径35μｍ、厚さ400nmに形成した上に、シリコン３を50n
mの厚さで堆積させた。さらに、その上にボンディング
用の金５（２μｍ）をチタン（Ti）をはさんで形成し、
裏面には、Au/Zn電極21に合わせて穴部を設けたAu/Ge電
極71を形成した。作製した素子では、発光は電極21の下
部で生じ、その径は約40μｍであり高抵抗シリコンのた
めに電流は良好に狭窄されていることが確認できた。同
じ試料を高温雰囲気で通電試験を行った結果では、第４
図で示した従来技術のものに対し、２桁以上良い寿命時
間が推定され、熱膨張係数などの結果として非常に信頼
性が良いことが確認でき本発明が効果的であることがわ
かった。
第３図は、同様に第５図の従来例に対し、本発明を応
用した場合の構成図である。Ｐ型GaAs基板15上にＰ型Ga
AlAs（Ｘ＝0.7）16、Ｐ型GaAlAs（Ｘ＝0.35）17、Ｐ型G
aAlAs（Ｘ＝0.7）18よりなるダブルヘテロジャンクショ
ンの表面に直径100μｍのAu/Ge電極22を約１μｍの厚さ
で形成した後、メサエッチングにより素子分離した。そ
の後、裏面電極としてAu/Zn合金72を蒸着してから、シ
リコン３を50nmの厚さで全面に形成した。この場合に
も、電極22とシリコン３は容易に合金化部４を作り、そ
の他の表面は高抵抗シリコンで覆われた。この例では、
シリコン薄膜３を形成した後にエッチング工程がないの
で、メサエッジにおいても完全に保護され、良好な保護
膜が形成できた。このため、高温高湿化での通電試験に
おいても発光効率の劣化はほとんどなく、顕著な信頼性
改善効果が見られた。
用した場合の構成図である。Ｐ型GaAs基板15上にＰ型Ga
AlAs（Ｘ＝0.7）16、Ｐ型GaAlAs（Ｘ＝0.35）17、Ｐ型G
aAlAs（Ｘ＝0.7）18よりなるダブルヘテロジャンクショ
ンの表面に直径100μｍのAu/Ge電極22を約１μｍの厚さ
で形成した後、メサエッチングにより素子分離した。そ
の後、裏面電極としてAu/Zn合金72を蒸着してから、シ
リコン３を50nmの厚さで全面に形成した。この場合に
も、電極22とシリコン３は容易に合金化部４を作り、そ
の他の表面は高抵抗シリコンで覆われた。この例では、
シリコン薄膜３を形成した後にエッチング工程がないの
で、メサエッジにおいても完全に保護され、良好な保護
膜が形成できた。このため、高温高湿化での通電試験に
おいても発光効率の劣化はほとんどなく、顕著な信頼性
改善効果が見られた。
以上の実施例において、金属電極の厚さに対するシリ
コン薄膜の厚さは、数10パーセント以下であることが望
ましく、この値を越えると、特別な工夫なしでは、ワイ
ヤボンディングや電極金属間の密着性が悪くなる傾向が
みられた。
コン薄膜の厚さは、数10パーセント以下であることが望
ましく、この値を越えると、特別な工夫なしでは、ワイ
ヤボンディングや電極金属間の密着性が悪くなる傾向が
みられた。
発明の効果 本発明は化合物半導体素子の保護膜を簡単な方法にて
作製し、さらに、素子の信頼性を著しく改善せしめるこ
とが可能であり、本発明を実際に使用した場合の工業的
価値は極めて高いといえる。
作製し、さらに、素子の信頼性を著しく改善せしめるこ
とが可能であり、本発明を実際に使用した場合の工業的
価値は極めて高いといえる。
本発明の実施例では、GaAlAs系、および、InP系の発
光ダイオードについて述べたが、化合物半導体の種類と
しては、InGaAlAs、InGaAlPなどのその他の材料でもよ
く、発光ダイオードの代わりに半導体レーザ、受光素
子、電界効果トランジスタ、あるいは、上記の複数素子
等、他の素子でも同様の効果が得られることは言うまで
もない。
光ダイオードについて述べたが、化合物半導体の種類と
しては、InGaAlAs、InGaAlPなどのその他の材料でもよ
く、発光ダイオードの代わりに半導体レーザ、受光素
子、電界効果トランジスタ、あるいは、上記の複数素子
等、他の素子でも同様の効果が得られることは言うまで
もない。
第１図は本発明の作用を確認する実施例の構成を示す断
面図、第２図は本発明をInP系発光ダイオードに応用し
た実施例の構成を示す断面図、第３図は本発明をGaAlAs
系発光ダイオードに応用した別の実施例の構成を示す断
面図、第４図はInP系発光ダイオードの従来技術による
断面図、第５図はGaAlAs系発光ダイオードの従来技術に
よる断面図である。 61……SiO2膜、62……SiN膜、21,22,71,72……金属電
極、11……Ｎ−InP、12……InGaAs活性層、13……Ｐ−I
nP、14……Ｐ−InGaAsP、15……Ｎ−GaAs、16,17……Ｐ
−GaAlAs、18……Ｎ−GaAlAs。
面図、第２図は本発明をInP系発光ダイオードに応用し
た実施例の構成を示す断面図、第３図は本発明をGaAlAs
系発光ダイオードに応用した別の実施例の構成を示す断
面図、第４図はInP系発光ダイオードの従来技術による
断面図、第５図はGaAlAs系発光ダイオードの従来技術に
よる断面図である。 61……SiO2膜、62……SiN膜、21,22,71,72……金属電
極、11……Ｎ−InP、12……InGaAs活性層、13……Ｐ−I
nP、14……Ｐ−InGaAsP、15……Ｎ−GaAs、16,17……Ｐ
−GaAlAs、18……Ｎ−GaAlAs。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/18
Claims (4)
- 【請求項１】金属電極を部分的に形成してなる化合物半
導体素子の表面より、前記金属電極上部を含んで抵抗率
の大なるシリコンを薄膜形成し、前記金属電極部におい
ては前記シリコンと前記金属電極とを合金化させること
により低抵抗化をなし、かつ、前記金属電極部以外の前
記化合物半導体素子表面は高抵抗の前記シリコンで覆う
ことを特徴とした化合物半導体素子の製造方法。 - 【請求項２】金属電極が金またはアルミニウムを主材と
する特許請求の範囲第１項記載の化合物半導体素子の製
造方法。 - 【請求項３】化合物半導体素子の表面に突起部もしくは
陥没部が部分形成されていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項または第２項記載の化合物半導体素子の製
造方法。 - 【請求項４】金属電極上に形成するシリコンの厚さが前
記金属電極の厚さの数10パーセント以内であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記
載の化合物半導体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15532689A JP2543190B2 (ja) | 1989-06-16 | 1989-06-16 | 化合物半導体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15532689A JP2543190B2 (ja) | 1989-06-16 | 1989-06-16 | 化合物半導体素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0320090A JPH0320090A (ja) | 1991-01-29 |
| JP2543190B2 true JP2543190B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=15603445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15532689A Expired - Fee Related JP2543190B2 (ja) | 1989-06-16 | 1989-06-16 | 化合物半導体素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2543190B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080049740A (ko) * | 2005-09-02 | 2008-06-04 | 고쿠리츠 다이가쿠 호진 교토 다이가쿠 | 2차원 포토닉 결정 면발광 레이저 광원 |
| JP4655920B2 (ja) * | 2005-12-22 | 2011-03-23 | 日立電線株式会社 | 半導体発光素子 |
| JP2012049204A (ja) * | 2010-08-25 | 2012-03-08 | New Japan Radio Co Ltd | 窒化物半導体装置及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-06-16 JP JP15532689A patent/JP2543190B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0320090A (ja) | 1991-01-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |