JP3333356B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁性基板上に半
導体結晶層を積層して構成される半導体装置に係わり、
特に絶縁性基板と半導体結晶層との間にバッファ層を設
けた半導体装置に関する。
導体結晶層を積層して構成される半導体装置に係わり、
特に絶縁性基板と半導体結晶層との間にバッファ層を設
けた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、青色ＬＥＤ（発光ダイオード）や
青色ＬＤ（レーザーダイオード）等の青色発光素子の材
料として、ＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＧａＡｌＮ等の窒化ガ
リウム系化合物半導体が注目されている。
青色ＬＤ（レーザーダイオード）等の青色発光素子の材
料として、ＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＧａＡｌＮ等の窒化ガ
リウム系化合物半導体が注目されている。
【０００３】窒化ガリウム系化合物半導体からなる青色
ＬＥＤは、例えば特開平６−１７７４３４号公報や特開
平６−３１４８２５号公報にあるように、電極を除くｎ
型及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層上に絶縁性保
護膜を形成し、表面電極間のショートを防止している。
ＬＥＤは、例えば特開平６−１７７４３４号公報や特開
平６−３１４８２５号公報にあるように、電極を除くｎ
型及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層上に絶縁性保
護膜を形成し、表面電極間のショートを防止している。
【０００４】しかしながら、表面上に絶縁保護膜を形成
した構造においても、高温放置，高温多湿放置等の放置
試験を行ったところ、素子の特性が劣化し、表面電極が
剥がれる問題が発生した。
した構造においても、高温放置，高温多湿放置等の放置
試験を行ったところ、素子の特性が劣化し、表面電極が
剥がれる問題が発生した。
【０００５】また、窒化ガリウム系化合物半導体からな
る青色ＬＥＤでは、透光性基板としてサファイア基板を
用いた表面コンタクト構造が知られているが、この構造
においては、活性層で電流が広がらず発光が上部電極下
に集中し、高輝度発光が実現できない。この問題を解決
するため、上部の電極を透光性にする構造（特開平６−
３１４８２２号公報）やｐｎ接合面を下部にして透光性
基板から光出力を取り出す構造（特開平６−３１４８２
５号公報）も提案されている。
る青色ＬＥＤでは、透光性基板としてサファイア基板を
用いた表面コンタクト構造が知られているが、この構造
においては、活性層で電流が広がらず発光が上部電極下
に集中し、高輝度発光が実現できない。この問題を解決
するため、上部の電極を透光性にする構造（特開平６−
３１４８２２号公報）やｐｎ接合面を下部にして透光性
基板から光出力を取り出す構造（特開平６−３１４８２
５号公報）も提案されている。
【０００６】しかしながら、透光性電極においては、電
流を均一に流すため、オーミック性となる厚さが必要で
あり、このような厚さでは必ずしも十分な透光性がな
く、さらにボンディングパッド部分は、ボンディングの
密着性からさらに膜厚を厚くするため光は透過できない
欠点がある。一方、下部ｐｎ両電極構造においても、高
輝度化は実現できるものの表面コンタクト構造であるた
め、電流が均一に広がらず、素子抵抗が増大する欠点を
有していた。
流を均一に流すため、オーミック性となる厚さが必要で
あり、このような厚さでは必ずしも十分な透光性がな
く、さらにボンディングパッド部分は、ボンディングの
密着性からさらに膜厚を厚くするため光は透過できない
欠点がある。一方、下部ｐｎ両電極構造においても、高
輝度化は実現できるものの表面コンタクト構造であるた
め、電流が均一に広がらず、素子抵抗が増大する欠点を
有していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、窒化
ガリウム系化合物半導体からなる青色ＬＥＤにおいて
は、表面上に絶縁保護膜を形成した構造においても、高
温放置，高温多湿放置を行うと、素子特性の劣化や透明
電極の剥がれの問題を招いた。この点について本発明者
らが鋭意研究及び各種実験を繰り返したところ、アモル
ファス状態のバッファ層を通して内部に水分が浸入する
ためと推定された。
ガリウム系化合物半導体からなる青色ＬＥＤにおいて
は、表面上に絶縁保護膜を形成した構造においても、高
温放置，高温多湿放置を行うと、素子特性の劣化や透明
電極の剥がれの問題を招いた。この点について本発明者
らが鋭意研究及び各種実験を繰り返したところ、アモル
ファス状態のバッファ層を通して内部に水分が浸入する
ためと推定された。
【０００８】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、アモルファス状態のバ
ッファ層を通して水分が浸入するのを防止でき、長期信
頼性のある半導体装置を提供することにある。
ので、その目的とするところは、アモルファス状態のバ
ッファ層を通して水分が浸入するのを防止でき、長期信
頼性のある半導体装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】（概要） 上記課題を解決するため本発明は、次のような構成を採
用している。
用している。
【００１０】即ち本発明は、発光ダイオード等の半導体
装置において、透光性の絶縁基板と、この基板上に形成
されたバッファ層と、このバッファ層上に形成された第
１導電型の第１のコンタクト層と、この第１のコンタク
ト層上に複数の半導体層をメサ状に積層して形成され、
内部に発光領域となるｐｎ接合を有する半導体積層部
と、この半導体積層部上に形成された第２導電型の第２
のコンタクト層と、第１のコンタクト層の上面の前記半
導体積層部を形成していない部分と前記基板から第１の
コンタクト層までの側面と前記基板の底面を覆うように
形成された第１の電極と、第２のコンタクト層上の一部
に形成された第２の電極とを具備してなることを特徴と
する。
装置において、透光性の絶縁基板と、この基板上に形成
されたバッファ層と、このバッファ層上に形成された第
１導電型の第１のコンタクト層と、この第１のコンタク
ト層上に複数の半導体層をメサ状に積層して形成され、
内部に発光領域となるｐｎ接合を有する半導体積層部
と、この半導体積層部上に形成された第２導電型の第２
のコンタクト層と、第１のコンタクト層の上面の前記半
導体積層部を形成していない部分と前記基板から第１の
コンタクト層までの側面と前記基板の底面を覆うように
形成された第１の電極と、第２のコンタクト層上の一部
に形成された第２の電極とを具備してなることを特徴と
する。
【００１１】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 半導体積層部及び各コンタクト層は、Ｉｎx Ａｌy
Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦１）材料からなること。 （作用） 本発明によれば、バッファ層の端面に保護膜として機能
する第１の電極を形成しているので、バッファ層を通し
ての水分の浸入を防止でき、これにより経時変化の少な
い長期信頼性に優れた半導体装置を実現することが可能
となる。また、基板を包むかたちで金属からなる反射膜
（電極）を形成しているので、ｐｎ接合での発光が損失
を受けることなく全て取り出せる。さらに、金属膜を基
板側に形成された半導体層のオーミック電極とすること
により、活性層で電流が十分広がり、高輝度化が実現で
きる。
は、次のものがあげられる。 (1) 半導体積層部及び各コンタクト層は、Ｉｎx Ａｌy
Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦１）材料からなること。 （作用） 本発明によれば、バッファ層の端面に保護膜として機能
する第１の電極を形成しているので、バッファ層を通し
ての水分の浸入を防止でき、これにより経時変化の少な
い長期信頼性に優れた半導体装置を実現することが可能
となる。また、基板を包むかたちで金属からなる反射膜
（電極）を形成しているので、ｐｎ接合での発光が損失
を受けることなく全て取り出せる。さらに、金属膜を基
板側に形成された半導体層のオーミック電極とすること
により、活性層で電流が十分広がり、高輝度化が実現で
きる。
【００１２】また、基板を包むかたちで金属からなる反
射膜を形成すれば、ｐｎ接合での発光が損失を受けるこ
となく全て取り出せる。さらに、金属膜を基板側に形成
された半導体層のオーミック電極とすることにより、活
性層で電流が十分広がり、高輝度化が実現できる。
射膜を形成すれば、ｐｎ接合での発光が損失を受けるこ
となく全て取り出せる。さらに、金属膜を基板側に形成
された半導体層のオーミック電極とすることにより、活
性層で電流が十分広がり、高輝度化が実現できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態に
よって説明する。 （実施形態１）図１は、本発明の第１の実施形態に係わ
る半導体発光素子を示す素子構造断面図である。
よって説明する。 （実施形態１）図１は、本発明の第１の実施形態に係わ
る半導体発光素子を示す素子構造断面図である。
【００１４】図中の１００はサファイア基板であり、こ
のサファイア基板１００上にＩｎx2Ａｌy2Ｇａ1-x2-y2
Ｎ（０≦x2，y2≦１）からなるバッファ層１０１が形成
されている。そして、バッファ層１０１の上に順に、Ｉ
ｎx3Ａｌy3Ｇａ1-x3-y3 Ｎからなるｎ型コンタクト層１
０２、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎからなるｎ型クラッド
層１０３、Ｉｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1 Ｎからなる活性層
１０４、Ｉｎx ＡｌyＧａ1-x-y Ｎからなるｐ型クラッ
ド層１０５、Ｉｎx3Ａｌy3Ｇａ1-x3-y3 Ｎからなるｐ型
コンタクト層１０６が成長形成されている。
のサファイア基板１００上にＩｎx2Ａｌy2Ｇａ1-x2-y2
Ｎ（０≦x2，y2≦１）からなるバッファ層１０１が形成
されている。そして、バッファ層１０１の上に順に、Ｉ
ｎx3Ａｌy3Ｇａ1-x3-y3 Ｎからなるｎ型コンタクト層１
０２、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎからなるｎ型クラッド
層１０３、Ｉｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1 Ｎからなる活性層
１０４、Ｉｎx ＡｌyＧａ1-x-y Ｎからなるｐ型クラッ
ド層１０５、Ｉｎx3Ａｌy3Ｇａ1-x3-y3 Ｎからなるｐ型
コンタクト層１０６が成長形成されている。
【００１５】また、ｐ型コンタクト層１０６上にはｐ型
電極１０７が形成され、ｎ型コンタクト層１０２上には
ｎ型電極１０８が形成されている。そして、ｐ型電極１
０７とｎ型電極１０８の一部を除く全体に、本実施形態
の特徴である絶縁膜１０９が形成されている。
電極１０７が形成され、ｎ型コンタクト層１０２上には
ｎ型電極１０８が形成されている。そして、ｐ型電極１
０７とｎ型電極１０８の一部を除く全体に、本実施形態
の特徴である絶縁膜１０９が形成されている。
【００１６】なお、製造方法としては、有機金属化学気
相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用い、バッファ層１０１か
らコンタクト層１０６までを連続的に成長した。その
後、所定パターンのマスクを用い、コンタクト層１０６
からクラッド層１０３までをコンタクト層１０２が露出
するまで選択エッチングした。そして、露出している各
コンタクト層１０６，１０２に電極１０７，１０８を蒸
着等により形成した。
相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用い、バッファ層１０１か
らコンタクト層１０６までを連続的に成長した。その
後、所定パターンのマスクを用い、コンタクト層１０６
からクラッド層１０３までをコンタクト層１０２が露出
するまで選択エッチングした。そして、露出している各
コンタクト層１０６，１０２に電極１０７，１０８を蒸
着等により形成した。
【００１７】本実施形態の発光素子においては、絶縁膜
１０９が全体を包むように保護しているため、バッファ
層１０１を通して浸入する水分等を抑えることができる
と共に、電極界面からの水分の浸入等も防止できる。こ
のため、長期信頼性の向上をはかることができる。ま
た、サージ耐圧は２倍以上に向上した。また、各層にお
いて、クラッド層１０３と１０５のバンドギャップが活
性層１０４のそれよりも大きくなるように、組成比x1，
y1，ｘ，ｙを設定することで活性層１０４での発光強度
がさらに向上する。
１０９が全体を包むように保護しているため、バッファ
層１０１を通して浸入する水分等を抑えることができる
と共に、電極界面からの水分の浸入等も防止できる。こ
のため、長期信頼性の向上をはかることができる。ま
た、サージ耐圧は２倍以上に向上した。また、各層にお
いて、クラッド層１０３と１０５のバンドギャップが活
性層１０４のそれよりも大きくなるように、組成比x1，
y1，ｘ，ｙを設定することで活性層１０４での発光強度
がさらに向上する。
【００１８】なお、絶縁膜を作成する方法としては、真
空蒸着法，イオンプレーティング法，スパッタリング
法，ビーム法，熱ＣＶＤ法，プラズマＣＶＤ法，光ＣＶ
Ｄ法，レーザーＣＶＤ法，ＥＣＲＣＶＤ法等の真空作成
方法や溶液中に浸す方法や静電蒸着方法がある。絶縁膜
を保護する素子は単体でも複数でもよく、１回或いは複
数回の絶縁膜形成プロセスから作成される。
空蒸着法，イオンプレーティング法，スパッタリング
法，ビーム法，熱ＣＶＤ法，プラズマＣＶＤ法，光ＣＶ
Ｄ法，レーザーＣＶＤ法，ＥＣＲＣＶＤ法等の真空作成
方法や溶液中に浸す方法や静電蒸着方法がある。絶縁膜
を保護する素子は単体でも複数でもよく、１回或いは複
数回の絶縁膜形成プロセスから作成される。
【００１９】絶縁膜の材料としては、導電性を示さない
材料であればよく、例えば酸化物，窒化物，炭化物，フ
ッ化物，無機材料，有機材料等が用いられ、例えばＧｅ
Ｏ，ＺｎＳ，ＴｉＯ2 ，ＣｅＯ2 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，ＺｒＯ
2 ，ＳｉＯ，Ｙ2 Ｏ3 ，ＰｂＦ2 ，ＭｇＯ，Ａｌ2 Ｏ
3 ，ＣｅＦ3 ，ＬａＦ3 ，ＳｉＯ2 ，ＢａＦ2 ，ＭｇＦ
2 ，ＮａＦ，ＨｆＯ2 がある。
材料であればよく、例えば酸化物，窒化物，炭化物，フ
ッ化物，無機材料，有機材料等が用いられ、例えばＧｅ
Ｏ，ＺｎＳ，ＴｉＯ2 ，ＣｅＯ2 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，ＺｒＯ
2 ，ＳｉＯ，Ｙ2 Ｏ3 ，ＰｂＦ2 ，ＭｇＯ，Ａｌ2 Ｏ
3 ，ＣｅＦ3 ，ＬａＦ3 ，ＳｉＯ2 ，ＢａＦ2 ，ＭｇＦ
2 ，ＮａＦ，ＨｆＯ2 がある。
【００２０】また、基板はサファイアに限るものではな
く、絶縁性基板上にバッファ層を介してなる半導体層を
有する構造であればよく、ＺｎＳ，ＧａＳｅ，ＳｎＯ
2 ，ＣｕＡｌＳ2 ，ＣｕＣｌ，ＣｕＡｌＳｅ2 ，Ｉｎ2
Ｏ3 ，ＺｎＯ等の材料を用いても可能である。さらに、
本実施形態では発光素子としたが、受光素子でも同様の
効果があることは云うまでもない。 （実施形態２）図２は、本発明の第２の実施形態に係わ
る半導体発光素子を示す素子構造断面図である。図２中
の２００〜２０９は図１中の１００〜１０９に対応して
いる。
く、絶縁性基板上にバッファ層を介してなる半導体層を
有する構造であればよく、ＺｎＳ，ＧａＳｅ，ＳｎＯ
2 ，ＣｕＡｌＳ2 ，ＣｕＣｌ，ＣｕＡｌＳｅ2 ，Ｉｎ2
Ｏ3 ，ＺｎＯ等の材料を用いても可能である。さらに、
本実施形態では発光素子としたが、受光素子でも同様の
効果があることは云うまでもない。 （実施形態２）図２は、本発明の第２の実施形態に係わ
る半導体発光素子を示す素子構造断面図である。図２中
の２００〜２０９は図１中の１００〜１０９に対応して
いる。
【００２１】基本的には第１の実施形態と同様である
が、本実施形態では、絶縁膜２０９が全体ではなく、バ
ッファ層２０１の端部近傍を包むように形成されてい
る。この構造においても、素子劣化を抑えることができ
た。絶縁性基板であるサファイアとその上に成長するＩ
ｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との格子不整合が大きいた
め、バッファ層２０１の一部はアモルファス状になり結
晶性が悪く、容易に水分等を発光素子内に取り込む。こ
のために高温多湿等の動作で急速劣化をしていたが、本
実施形態の構造にすることで、劣化が抑えられ、長期信
頼性が得られるようになった。
が、本実施形態では、絶縁膜２０９が全体ではなく、バ
ッファ層２０１の端部近傍を包むように形成されてい
る。この構造においても、素子劣化を抑えることができ
た。絶縁性基板であるサファイアとその上に成長するＩ
ｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層との格子不整合が大きいた
め、バッファ層２０１の一部はアモルファス状になり結
晶性が悪く、容易に水分等を発光素子内に取り込む。こ
のために高温多湿等の動作で急速劣化をしていたが、本
実施形態の構造にすることで、劣化が抑えられ、長期信
頼性が得られるようになった。
【００２２】なお、絶縁膜の作成方法や絶縁膜の材料等
は、第１の実施形態で説明したように適宜変更可能であ
る。さらに、第１の実施形態と同様に各種の変形実施が
可能である。 （実施形態３）図３は、本発明の第３の実施形態に係わ
る超高速素子ＨＥＭＴを示す素子構造断面図である。
は、第１の実施形態で説明したように適宜変更可能であ
る。さらに、第１の実施形態と同様に各種の変形実施が
可能である。 （実施形態３）図３は、本発明の第３の実施形態に係わ
る超高速素子ＨＥＭＴを示す素子構造断面図である。
【００２３】本実施形態では、サファイア基板３０１上
にＩｎx2Ａｌy2Ｇａ1-x2-y2 Ｎ（０≦x2，y2≦１）から
なるバッファ層３０２が形成され、そのバッファ層３０
２の上に順に、Ｉｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1 Ｎ（０≦x1，
y1≦１）からなるｎ型導電層３０３とＩｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦１）からなるｉ型キャップ層３
０４が成長形成されている。３０５，３０６及び３０７
は、それぞれドレイン電極，ゲート電極及びソース電極
となっている。絶縁膜３０８は、バッファ層３０２を包
むように素子全体を保護する構造になっている。
にＩｎx2Ａｌy2Ｇａ1-x2-y2 Ｎ（０≦x2，y2≦１）から
なるバッファ層３０２が形成され、そのバッファ層３０
２の上に順に、Ｉｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1 Ｎ（０≦x1，
y1≦１）からなるｎ型導電層３０３とＩｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦１）からなるｉ型キャップ層３
０４が成長形成されている。３０５，３０６及び３０７
は、それぞれドレイン電極，ゲート電極及びソース電極
となっている。絶縁膜３０８は、バッファ層３０２を包
むように素子全体を保護する構造になっている。
【００２４】この素子において、リーク電流成分は減少
し、周波数特性が改善され、さらに信頼性が向上した。
基板はサファイアに限定するものではなく、ＺｎＯ，Ｍ
ｇＯ等の絶縁性基板でも同様の効果がある。 （実施形態４）図４は、本発明の第４の実施形態に係わ
るＭＥＳＦＥＴを示す素子構造断面図である。
し、周波数特性が改善され、さらに信頼性が向上した。
基板はサファイアに限定するものではなく、ＺｎＯ，Ｍ
ｇＯ等の絶縁性基板でも同様の効果がある。 （実施形態４）図４は、本発明の第４の実施形態に係わ
るＭＥＳＦＥＴを示す素子構造断面図である。
【００２５】本実施形態では、サファイア基板４０１上
にＩｎx2Ａｌy2Ｇａ1-x2-y2 Ｎ（０≦x2，y2≦１）から
なるバッファ層４０２が形成され、そのバッファ層４０
２の上に、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦
１）からなるｎ型活性層４０３が形成されている。４０
８はイオン注入などによって作成された高キャリア濃度
層である。さらに、ｎ型活性層４０３上に、ソース電極
４０６，ゲート電極４０５，ドレイン電極４０４が形成
され、素子を包むように絶縁膜４０７で保護されてい
る。この絶縁膜４０７はバッファ層４０２を囲むだけで
もよい。
にＩｎx2Ａｌy2Ｇａ1-x2-y2 Ｎ（０≦x2，y2≦１）から
なるバッファ層４０２が形成され、そのバッファ層４０
２の上に、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦
１）からなるｎ型活性層４０３が形成されている。４０
８はイオン注入などによって作成された高キャリア濃度
層である。さらに、ｎ型活性層４０３上に、ソース電極
４０６，ゲート電極４０５，ドレイン電極４０４が形成
され、素子を包むように絶縁膜４０７で保護されてい
る。この絶縁膜４０７はバッファ層４０２を囲むだけで
もよい。
【００２６】このような構造にすることで、ノイズ成分
が低減され、信頼性が向上した。なお、基板はサファイ
アに限定するものではなく、ＺｎＯ，ＭｇＯ等の材料で
もよい。 （実施形態５）図５は、本発明の第５の実施形態に係わ
るＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴを示す素子構造断面図である。
が低減され、信頼性が向上した。なお、基板はサファイ
アに限定するものではなく、ＺｎＯ，ＭｇＯ等の材料で
もよい。 （実施形態５）図５は、本発明の第５の実施形態に係わ
るＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴを示す素子構造断面図である。
【００２７】本実施形態では、石英ガラス基板５０１上
にアモルファスＳｉからなるバッファ層５０２が形成さ
れ、そのバッファ層５０２の上にＳｉからなるｎ型半導
体領域５０３とｐ型半導体領域５０４が形成され、ｐ型
半導体領域５０４上にゲート絶縁膜としてのＳｉＯ2 膜
５０５を介してゲート電極５０７が形成されている。さ
らに、ｐ型半導体領域５０４を挟んでｎ型半導体領域５
０３上には、ソース電極５０８とドレイン電極５０６が
形成され、これらの電極を除いて素子全体を包むように
絶縁膜５０９が設けられている。この絶縁膜５０９は、
バッファ層５０２を囲むだけでも良い。
にアモルファスＳｉからなるバッファ層５０２が形成さ
れ、そのバッファ層５０２の上にＳｉからなるｎ型半導
体領域５０３とｐ型半導体領域５０４が形成され、ｐ型
半導体領域５０４上にゲート絶縁膜としてのＳｉＯ2 膜
５０５を介してゲート電極５０７が形成されている。さ
らに、ｐ型半導体領域５０４を挟んでｎ型半導体領域５
０３上には、ソース電極５０８とドレイン電極５０６が
形成され、これらの電極を除いて素子全体を包むように
絶縁膜５０９が設けられている。この絶縁膜５０９は、
バッファ層５０２を囲むだけでも良い。
【００２８】このような構造にすることで、リーク電流
が低減し、耐圧も向上し、さらに信頼性が向上した。な
お、基板は石英ガラスに限定するものではなく、Ｚｎ
Ｏ，ＭｇＯ，サファイア等の材料でもよい。さらに、絶
縁性基板上の半導体層は、IV族，Ｖ族或いはIII-Ｖ族の
半導体に限定することなく、要するにアモルファス状の
バッファ層上に形成できる材料であれば、III-VI族半導
体やI-III-VI2 族半導体であっても同じ効果がある。 （実施形態６）図６は、本発明の第６の実施形態に係わ
る半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。
が低減し、耐圧も向上し、さらに信頼性が向上した。な
お、基板は石英ガラスに限定するものではなく、Ｚｎ
Ｏ，ＭｇＯ，サファイア等の材料でもよい。さらに、絶
縁性基板上の半導体層は、IV族，Ｖ族或いはIII-Ｖ族の
半導体に限定することなく、要するにアモルファス状の
バッファ層上に形成できる材料であれば、III-VI族半導
体やI-III-VI2 族半導体であっても同じ効果がある。 （実施形態６）図６は、本発明の第６の実施形態に係わ
る半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。
【００２９】まず、図６（ａ）に示すように、電極部分
をカバーした半導体素子を作成し、さらに図６（ｂ）に
示すように、一部絶縁物をコーティングした半導体素子
を作成し、さらに図６（ｃ）に示すように、残りの部分
に絶縁物をコーティングした半導体素子を再生する。最
後に、図６（ｄ）に示すように、電極部分をカバーして
いたマスクをリフトオフすると本実施形態の素子にな
る。
をカバーした半導体素子を作成し、さらに図６（ｂ）に
示すように、一部絶縁物をコーティングした半導体素子
を作成し、さらに図６（ｃ）に示すように、残りの部分
に絶縁物をコーティングした半導体素子を再生する。最
後に、図６（ｄ）に示すように、電極部分をカバーして
いたマスクをリフトオフすると本実施形態の素子にな
る。
【００３０】図６の半導体素子は作製方法を説明する略
図になっており、６１０はサファイア基板、６１１はＩ
ｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1 Ｎ（０≦x1，y1≦１）からなる
バッファ層、６１２はｎ型Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ
（０≦ｘ，ｙ≦１）からなるコンタクト層、６１３はｎ
型電極、６１４はｎ型電極カバー、６１５はｐ型Ｉｎx
Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦１）からなるコンタ
クト層、６１６はｐ型電極、６１７はｐ型電極カバー、
６１８，６１９，６２０は絶縁膜である。電極カバーを
用いることで、簡易なプロセスで作製できる。 （実施形態７）図７は、本発明の第７の実施形態に係わ
る半導体発光素子を示す素子構造断面図である。
図になっており、６１０はサファイア基板、６１１はＩ
ｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1 Ｎ（０≦x1，y1≦１）からなる
バッファ層、６１２はｎ型Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ
（０≦ｘ，ｙ≦１）からなるコンタクト層、６１３はｎ
型電極、６１４はｎ型電極カバー、６１５はｐ型Ｉｎx
Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦１）からなるコンタ
クト層、６１６はｐ型電極、６１７はｐ型電極カバー、
６１８，６１９，６２０は絶縁膜である。電極カバーを
用いることで、簡易なプロセスで作製できる。 （実施形態７）図７は、本発明の第７の実施形態に係わ
る半導体発光素子を示す素子構造断面図である。
【００３１】本実施形態では、サファイア基板７００上
にＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦１）からな
るバッファ層７０１が形成され、そのバッファ層７０１
の上に順に、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎからなるｎ型コ
ンタクト層７０２、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎからなる
ｎ型クラッド層７０３、Ｉｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1 Ｎか
らなる活性層７０４、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎからな
るｐ型クラッド層７０５、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎか
らなるｐ型コンタクト層７０６が形成されている。さら
に、ｐ型コンタクト層７０６上にｐ型電極７０７が形成
され、ｎ型コンタクト層７０２の一部とサファイア基板
７００を包むように金属からなる保護膜（ｎ型電極）７
０８が形成されている。
にＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦１）からな
るバッファ層７０１が形成され、そのバッファ層７０１
の上に順に、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎからなるｎ型コ
ンタクト層７０２、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎからなる
ｎ型クラッド層７０３、Ｉｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1 Ｎか
らなる活性層７０４、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎからな
るｐ型クラッド層７０５、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎか
らなるｐ型コンタクト層７０６が形成されている。さら
に、ｐ型コンタクト層７０６上にｐ型電極７０７が形成
され、ｎ型コンタクト層７０２の一部とサファイア基板
７００を包むように金属からなる保護膜（ｎ型電極）７
０８が形成されている。
【００３２】本実施形態の発光素子においては、ｎ型及
びｐ型電極７０７，７０８を通して、電流が供給された
とき、ｐ型電極７０７からｎ型電極７０８への電流が拡
がり、活性層７０４が均一に発光でき、さらに活性層７
０４での発光が、サファイア基板７０１を包むように形
成されたｎ型電極７０８に反射され、外部に効率良く取
り出すことができる。またｎ型電極７０８は、少なくと
も絶縁基板側面と、その上にある半導体層に形成されて
いても同様の効果がある。また本実施形態では、バッフ
ァ層７０１の端面を電極７０８で保護するため、劣化が
防止できる。
びｐ型電極７０７，７０８を通して、電流が供給された
とき、ｐ型電極７０７からｎ型電極７０８への電流が拡
がり、活性層７０４が均一に発光でき、さらに活性層７
０４での発光が、サファイア基板７０１を包むように形
成されたｎ型電極７０８に反射され、外部に効率良く取
り出すことができる。またｎ型電極７０８は、少なくと
も絶縁基板側面と、その上にある半導体層に形成されて
いても同様の効果がある。また本実施形態では、バッフ
ァ層７０１の端面を電極７０８で保護するため、劣化が
防止できる。
【００３３】なお、基板はサファイアに限るものではな
く、ＭｇＯ，ＺｎＯ，石英ガラス等の透明性の絶縁性の
材料であれば十分効果がある。さらに、ｎ型半導体層，
ｐ型半導体層は上記実施形態に限定されず、III 族，Ｖ
族さらにII族，VI族の原子からなっていても同様の効果
がある。また、位置についても必ずしも中心にある必要
派なく、偏心させることも可能である。
く、ＭｇＯ，ＺｎＯ，石英ガラス等の透明性の絶縁性の
材料であれば十分効果がある。さらに、ｎ型半導体層，
ｐ型半導体層は上記実施形態に限定されず、III 族，Ｖ
族さらにII族，VI族の原子からなっていても同様の効果
がある。また、位置についても必ずしも中心にある必要
派なく、偏心させることも可能である。
【００３４】図８は、第７の実施形態の上面図を示して
いる。図８において図中の番号はそれぞれ図７に対応し
ている。基板を包む反射膜の内側に発光部と一方の電極
７０７が形成されていれば、この形状は任意変更するこ
とができ、例えば三角形，長方形，多角形，円形，楕円
形でも同様の効果がある。
いる。図８において図中の番号はそれぞれ図７に対応し
ている。基板を包む反射膜の内側に発光部と一方の電極
７０７が形成されていれば、この形状は任意変更するこ
とができ、例えば三角形，長方形，多角形，円形，楕円
形でも同様の効果がある。
【００３５】図９は、第７の実施形態の素子７１０をマ
ウントした断面図である。従来の絶縁性基板を使用した
２本のボンディングワイヤーから１本のボンディングワ
イヤー７１１によるマウントが可能となっている。７１
２，７１３はリード線である。さらに、従来では基板側
面から出る光を反射板を設け反射させていたが、本実施
形態の素子を用いることで、反射板は必要なく、平板上
へのマウントが可能になったばかりでなく、樹脂モール
ドによるレンズ設計もチップの大きさに関係なく設計で
きる様になり、低コストの素子が実現できることになっ
た。
ウントした断面図である。従来の絶縁性基板を使用した
２本のボンディングワイヤーから１本のボンディングワ
イヤー７１１によるマウントが可能となっている。７１
２，７１３はリード線である。さらに、従来では基板側
面から出る光を反射板を設け反射させていたが、本実施
形態の素子を用いることで、反射板は必要なく、平板上
へのマウントが可能になったばかりでなく、樹脂モール
ドによるレンズ設計もチップの大きさに関係なく設計で
きる様になり、低コストの素子が実現できることになっ
た。
【００３６】図１０は、本実施形態における電極パター
ンの例を示す。電極パターンは種々変形が可能であり、
本発明の効果を向上させる。数字や文字等のロゴでもよ
い。電極の位置は、上面から見て、反射膜となる電極の
内部に他方の電極が構成されていればよい。 （実施形態８）図１１は、本発明の第８の実施形態に係
わる半導体レーザの素子構造を示す斜視図である。
ンの例を示す。電極パターンは種々変形が可能であり、
本発明の効果を向上させる。数字や文字等のロゴでもよ
い。電極の位置は、上面から見て、反射膜となる電極の
内部に他方の電極が構成されていればよい。 （実施形態８）図１１は、本発明の第８の実施形態に係
わる半導体レーザの素子構造を示す斜視図である。
【００３７】本実施形態では、サファイア基板８００上
にＩｎt Ａｌw Ｇａ1-t-w Ｎ（０≦ｔ，ｗ≦１）からな
るバッファ層８０１が形成され、そのバッファ層８０１
の上に順に、Ｉｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1 Ｎ（０≦x1，y1
≦１）からなるｎ型コンタクト層８０２とＩｎx2Ａｌy2
Ｇａ1-x2-y2 Ｎ（０≦x2，y2≦１）からなるｎ型クラッ
ド層８０３とＩｎx3Ａｌy3Ｇａ1-x3-y3 Ｎ（０≦x3，y3
≦１）からなる活性層８０４とＩｎx4Ａｌy4Ｇａ
1-x4-y4 Ｎ（０≦x4，y4≦１）からなるｐ型クラッド層
８０５とＩｎx5Ａｌy5Ｇａ1-x5-y5 Ｎ（０≦x5，y5≦
１）からなるｎ型或いはｉ型電流ブロック層８０６とＩ
ｎx6Ａｌy6Ｇａ1-x6-y6 Ｎ（０≦x6，y6≦１）からなる
ｐ型コンタクト層８０７が形成されている。さらに、ｐ
型コンタクト層８０７上にｐ型電極８０８が形成され、
ｎ型コンタクト層８０２の一部とサファイア基板８００
を囲むように、反射膜として機能するｎ型電極８１０が
形成されている。
にＩｎt Ａｌw Ｇａ1-t-w Ｎ（０≦ｔ，ｗ≦１）からな
るバッファ層８０１が形成され、そのバッファ層８０１
の上に順に、Ｉｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1 Ｎ（０≦x1，y1
≦１）からなるｎ型コンタクト層８０２とＩｎx2Ａｌy2
Ｇａ1-x2-y2 Ｎ（０≦x2，y2≦１）からなるｎ型クラッ
ド層８０３とＩｎx3Ａｌy3Ｇａ1-x3-y3 Ｎ（０≦x3，y3
≦１）からなる活性層８０４とＩｎx4Ａｌy4Ｇａ
1-x4-y4 Ｎ（０≦x4，y4≦１）からなるｐ型クラッド層
８０５とＩｎx5Ａｌy5Ｇａ1-x5-y5 Ｎ（０≦x5，y5≦
１）からなるｎ型或いはｉ型電流ブロック層８０６とＩ
ｎx6Ａｌy6Ｇａ1-x6-y6 Ｎ（０≦x6，y6≦１）からなる
ｐ型コンタクト層８０７が形成されている。さらに、ｐ
型コンタクト層８０７上にｐ型電極８０８が形成され、
ｎ型コンタクト層８０２の一部とサファイア基板８００
を囲むように、反射膜として機能するｎ型電極８１０が
形成されている。
【００３８】本実施形態の半導体レーザにおいて、ｎ型
及びｐ型電極を通して電流が供給されたとき、電流狭窄
部８０９を通って電流が集中して流れるため、活性層８
０４での利得の増加が容易にでき、レーザ発振が可能に
なる。また、導波されない光は反射膜８１０を介して反
射され再び利得増加に寄与するため、発振しきい電流が
少なくて済む。また、レーザ端面に高反射膜をコーティ
ングしても本発明の効果はある。さらに、反射膜を前
後，左右の全面につけても同様の効果があることは云う
までもない。
及びｐ型電極を通して電流が供給されたとき、電流狭窄
部８０９を通って電流が集中して流れるため、活性層８
０４での利得の増加が容易にでき、レーザ発振が可能に
なる。また、導波されない光は反射膜８１０を介して反
射され再び利得増加に寄与するため、発振しきい電流が
少なくて済む。また、レーザ端面に高反射膜をコーティ
ングしても本発明の効果はある。さらに、反射膜を前
後，左右の全面につけても同様の効果があることは云う
までもない。
【００３９】本実施形態に用いる基板は絶縁性基板なら
なんでもよく、ＭｇＯ，ＺｎＯ，石英ガラス等でもよ
い。さらに、レーザとなる半導体材料は、III −Ｖ族，
II−VI族，I-III-VI2 族，さらに有機材料でもよく、同
様の効果がある。またレーザ構造は端面反射型に限らず
面発光型，端面がない構造でも十分発振することは可能
である。活性層はアンドープでよく、ｎ型，ｐ型にする
ことで発光効率が向上し、しきい電流が激減する。
なんでもよく、ＭｇＯ，ＺｎＯ，石英ガラス等でもよ
い。さらに、レーザとなる半導体材料は、III −Ｖ族，
II−VI族，I-III-VI2 族，さらに有機材料でもよく、同
様の効果がある。またレーザ構造は端面反射型に限らず
面発光型，端面がない構造でも十分発振することは可能
である。活性層はアンドープでよく、ｎ型，ｐ型にする
ことで発光効率が向上し、しきい電流が激減する。
【００４０】素子の反射膜電極作製において、大量のイ
ンジウムハンダに漬け、はい上がりを利用する方法でも
よい。この方法は、電極材料をペースト状にすることで
実現できる。また、真空蒸着方法として抵抗加熱による
材料の形成，電子ビームを利用した蒸着等の方法があ
る。さらに、静電気を利用した緻密な膜の形成も可能で
ある。また、電極材料としてはＭｇ，Ｂｅ，Ｓｂ，Ａ
ｌ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｔ
ｉ，Ｃｒ，Ｉｎ，ＰｄＳｉ，ＰｔＳｉ，ＲｈＳｉ，Ｎｉ
Ｓｉ，ＷＳｉ，ＴａＳｉ2 ，Ｍｏ，Ｚｒ，銀ペースト等
がよく、接着を含んだ金属でも効果は同じである。な
お、本発明は上述した各実施形態に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施
することができる。
ンジウムハンダに漬け、はい上がりを利用する方法でも
よい。この方法は、電極材料をペースト状にすることで
実現できる。また、真空蒸着方法として抵抗加熱による
材料の形成，電子ビームを利用した蒸着等の方法があ
る。さらに、静電気を利用した緻密な膜の形成も可能で
ある。また、電極材料としてはＭｇ，Ｂｅ，Ｓｂ，Ａ
ｌ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｔ
ｉ，Ｃｒ，Ｉｎ，ＰｄＳｉ，ＰｔＳｉ，ＲｈＳｉ，Ｎｉ
Ｓｉ，ＷＳｉ，ＴａＳｉ2 ，Ｍｏ，Ｚｒ，銀ペースト等
がよく、接着を含んだ金属でも効果は同じである。な
お、本発明は上述した各実施形態に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施
することができる。
【００４１】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、少
なくともバッファ層の端面を保護膜で保護しているの
で、バッファ層を通して水分が浸入するのを防止でき、
長期信頼性のある半導体装置を実現することが可能とな
る。また、発光素子に適用し、保護膜を金属膜とした場
合は、活性層での発光を効率良く取り出すことができ、
光取り出し効率を高めることができる。
なくともバッファ層の端面を保護膜で保護しているの
で、バッファ層を通して水分が浸入するのを防止でき、
長期信頼性のある半導体装置を実現することが可能とな
る。また、発光素子に適用し、保護膜を金属膜とした場
合は、活性層での発光を効率良く取り出すことができ、
光取り出し効率を高めることができる。
【図１】第１の実施形態に係わる半導体発光素子を示す
素子構造断面図。
素子構造断面図。
【図２】第２の実施形態に係わる半導体発光素子を示す
素子構造断面図。
素子構造断面図。
【図３】第３の実施形態に係わるＨＥＭＴを示す素子構
造断面図。
造断面図。
【図４】第４の実施形態に係わるＭＥＳＦＥＴを示す素
子構造断面図。
子構造断面図。
【図５】第５の実施形態に係わるＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴ
を示す素子構造断面図。
を示す素子構造断面図。
【図６】第６の実施形態に係わる半導体素子の製造方法
を示す工程断面図。
を示す工程断面図。
【図７】第７の実施形態に係わる半導体発光素子を示す
素子構造断面図。
素子構造断面図。
【図８】第７の実施形態の素子の上面図。
【図９】第７の実施形態の素子をマウントした状態を示
す断面図。
す断面図。
【図１０】本実施形態における電極パターンの例を示す
平面図。
平面図。
【図１１】第８の実施形態に係わる半導体レーザの素子
構造を示す斜視図。
構造を示す斜視図。
１００…サファイア基板 １０１…ＩｎＡｌＧａＮバッファ層 １０２…ｎ−ＩｎＡｌＧａＮコンタクト層 １０３…ｎ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層 １０４…ＩｎＡｌＧａＮ活性層 １０５…ｐ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層 １０６…ｐ−ＩｎＡｌＧａＮコンタクト層 １０７…ｐ型電極 １０８…ｎ型電極 １０９…絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−314875（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−153591（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−330631（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−102549（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−314825（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−177434（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−21846（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−6069（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−39578（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】透光性の絶縁基板と、この基板上に形成さ
れたバッファ層と、このバッファ層上に形成された第１
導電型の第１のコンタクト層と、この第１のコンタクト
層上に複数の半導体層をメサ状に積層して形成され、内
部に発光領域となるｐｎ接合を有する半導体積層部と、
この半導体積層部上に形成された第２導電型の第２のコ
ンタクト層と、第１のコンタクト層の上面の前記半導体
積層部を形成していない部分と前記基板から第１のコン
タクト層までの側面と前記基板の底面を覆うように形成
された第１の電極と、第２のコンタクト層上の一部に形
成された第２の電極とを具備してなることを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項２】前記半導体積層部，バッファ層及び各コン
タクト層は、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ，ｙ≦
１）材料からなることを特徴とする請求項１記載の半導
体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17603395A JP3333356B2 (ja) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17603395A JP3333356B2 (ja) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0927639A JPH0927639A (ja) | 1997-01-28 |
| JP3333356B2 true JP3333356B2 (ja) | 2002-10-15 |
Family
ID=16006556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17603395A Expired - Lifetime JP3333356B2 (ja) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3333356B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8680560B2 (en) | 2009-02-19 | 2014-03-25 | Lg Innotek Co., Ltd. | LED and LED package |
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|---|---|---|---|---|
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