JP3698229B2

JP3698229B2 - Semiconductor device and semiconductor light emitting device

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Publication number: JP3698229B2
Application number: JP29303597A
Authority: JP
Inventors: 俊雅小林; 孝夫宮嶋; 正文小沢
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2017-10-24
Also published as: JPH11126947A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体などよりなる半導体層に対して電極が設けられた半導体素子および半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮまたはＡｌＧａＩｎＮなどのＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体は、ＡｌＩｎＧａＡｓ系やＡｌＧａＩｎＰ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に比べてバンドギャップＥｇが大きくかつ直接遷移の半導体材料であるという特徴を有している。よって、これらのＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体は、紫外線から緑色にあたる短波長の光を発する半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）などの半導体発光素子を構成する材料として注目されており、高密度光ディスクやフルカラー用表示素子などへの応用が考えられている。
【０００３】
また、これらのＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体は、ＧａＮの高電界における飽和速度が大きいということや、ＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor ）構造における絶縁層に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いることができるので、半導体層と絶縁層の形成を連続して行うことができるという特徴も有している。よって、これらのＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体は、高出力の高周波電子デバイスを構成する材料としても期待されている。
【０００４】
なお、これらの素子においては、安定した動作を確保する上でオーミック電極に関する技術がきわめて重要となる。従来、ＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体よりなる半導体層に対するｐ側のオーミック電極としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）あるいはニッケルと白金（Ｐｔ）と金を半導体層側から順次積層したものが用いられている。また、ｎ側のオーミック電極としては、例えば、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）を半導体層側から順次積層したものが用いられている。
【０００５】
しかし、ｐ側電極においては、このような構成のオーミック電極を用いると形成条件などによっては密着性があまり良くない場合がある。そのため、素子の製造工程の途中やパッケージへ実装する際に剥離したり、半導体層との密着の不安定さから接触抵抗が大きくなるなど信頼性に問題があった。
【０００６】
例えば、半導体発光素子は、一般に、図９または図１０に示したように、基板１の上にＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体よりなるバッファ層１１，下地層１２，ｎ側コンタクト層１３，ｎ型クラッド層１４，活性層１５，ｐ型クラッド層１６およびｐ側コンタクト層１７が順次積層され、その上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）などよりなる絶縁層１８の開口を介してｐ側電極１９が形成されている。このｐ側電極１９は、図９に示したように、ｐ側コンタクト層１７と絶縁層１８に接触して形成される場合や、図１０に示したように、ｐ側コンタクト層１７およびｐ側クラッド層１６に接触して形成される場合もあるが、ｐ側電極１９をニッケルや白金により構成するといずれも密着性があまり良くない。そのため、ｐ側電極１９の形成工程（特に洗浄工程）などにおいて簡単に剥離してしまう場合がある。
【０００７】
そこで、ｐ側電極１９を構成する材料として密着性に優れるチタン（Ｔｉ）を用い、ｐ側電極１９を例えばｐ側コンタクト層１７側からチタンと白金と金とを順に積層した構造とすることにより、ｐ側電極１９の密着性を改善する方法が考えられる。
【０００８】
また、ｐ側電極１９の材料を変更するのではなく、ｐ側電極１９を構成する各層の厚さや比を変更したり、合金化処理する際の熱処理条件を変えることにより、ｐ側電極１９の密着性を改善する方法も考えられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ｐ側電極１９をチタンと白金と金とを積層した構造とすると、ｐ側電極１９をニッケルと金とを積層した構造とする場合に比べて、ｐ側電極１９とｐ側コンタクト層１７との接触抵抗が１桁以上悪くなり、素子の性能や信頼性が低下してしまうという問題があった。
【００１０】
また、ｐ側電極１９を構成する各層の厚さや比を変更したり、合金化処理する際の熱処理条件を変える方法においても、密着性を向上させようとするとｐ側電極１９とｐ側コンタクト層１７との接触抵抗が悪くなってしまうという問題があった。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電極の密着性を改善することができる半導体素子および半導体発光素子を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の半導体素子は、半導体層に少なくとも一部が接触して形成された絶縁層と、少なくとも一部が絶縁層の上に形成されると共に、電極の少なくとも一部を覆うことにより電極の半導体層への密着性を補強する補強層とを備え、補強層は、導電性の材料よりなり電極と電気的に接続されるコンタクト用電極により構成され、かつ、絶縁層は、絶縁性の材料よりなる絶縁性材料層と、この絶縁性材料層と半導体層との密着性または絶縁性材料層とコンタクト用電極との密着性を高める接合層とを有し、接合層はシリコン（Ｓｉ）により形成されてなる構成を有するものである。
本発明による第２の半導体素子は、半導体層に少なくとも一部が接触して形成された絶縁層と、少なくとも一部が絶縁層の上に形成されると共に、電極の少なくとも一部を覆うことにより電極の半導体層への密着性を補強する補強層とを備え、補強層は、導電性の材料よりなり電極と電気的に接続されるコンタクト用電極により構成され、かつ、絶縁層は、絶縁性の材料よりなる絶縁性材料層と、この絶縁性材料層と半導体層との密着性を高める第１の接合層と、絶縁性材料層と前記コンタクト用電極との密着性を高める第２の接合層とを含む構成を有している。
また、本発明による第３の半導体素子は、半導体層に少なくとも一部が接触して形成されると共に電極の一部を覆うように形成された絶縁層と、少なくとも一部が絶縁層の上に形成されると共に、電極の表面を格子状に覆うことにより電極の半導体層への密着性を補強する補強層とを備えた構成を有している。
【００１３】
本発明による第１〜第３の半導体発光素子は、それぞれ、積層された複数の半導体層により少なくとも第１導電型クラッド層，活性層および第２導電型クラッド層がそれぞれ形成されると共に、第１導電型クラッド層および第２導電型クラッド層に対して電極がそれぞれ電気的に接続された半導体発光素子において、上記第１〜第３の半導体素子と同様の構成を有するものである。
【００１４】
本発明による半導体素子では、電極の少なくとも一部が補強層により覆われており、電極の半導体層に対する密着性が高められている。
【００１５】
本発明による半導体発光素子では、２つの電極の間に電圧が印加されると、活性層に電流が注入され発光が起こる。ここでは、少なくとも一方の電極についてその少なくとも一部が補強層により覆われており、半導体層に対する密着性が高められている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の構成を表すものである。この半導体発光素子は、サファイアよりなる基板１０のｃ面上に、ＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体よりそれぞれなる半導体層として、バッファ層１１，下地層１２，ｎ側コンタクト層１３，第１導電型クラッド層としてのｎ型クラッド層１４，活性層１５、第２導電型クラッド層としてのｐ型クラッド層１６およびｐ側コンタクト層１７が順次積層されている。
【００１８】
バッファ層１１は、例えば、積層方向における厚さ（以下、単に厚さという）が３０ｎｍであり、低温で成長された非晶質に近い結晶構造を有するＧａＮにより構成されている。このバッファ層１１は、各半導体層を成長させるにあたりその核となるものである。下地層１２は、例えば、厚さが１．５μｍであり、不純物を添加しないＧａＮにより構成されている。ｎ側コンタクト層１３は、例えば、厚さが２μｍであり、ｎ型不純物としてケイ素（Ｓｉ）を添加したｎ型ＧａＮにより構成されている。
【００１９】
ｎ型クラッド層１４は、例えば、厚さが０．５μｍであり、ｎ型不純物としてケイ素を添加したｎ型ＡｌＧａＮ混晶により構成されている。活性層１５は、例えば、厚さ０．０５μｍであり、ＧａＩｎＮ混晶とＧａＮよりなる多重量子井戸構造を有している。
【００２０】
ｐ型クラッド層１６は、例えば、厚さが０．５μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウムを添加したｐ型ＡｌＧａＮ混晶により構成されている。ｐ側コンタクト層１７は、例えば、厚さが０．５μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウムを添加したｐ型ＧａＮ混晶により構成されている。
【００２１】
なお、ｎ型クラッド層１４，活性層１５，ｐ型クラッド層１６およびｐ側コンタクト層１７はｎ側コンタクト層１３の上の一部に形成されており、これらｐ側コンタクト層１３，ｎ型クラッド層１４，活性層１５，ｐ型クラッド層１６およびｐ側コンタクト層１７の表面には、例えば、二酸化ケイ素や窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）や酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）などの絶縁材料よりなる絶縁層１８が形成されている。
【００２２】
また、ｐ側コンタクト層１７の上には、絶縁層１８に形成された開口１８ａを介してｐ側の電極（ｐ側電極）１９が設けられており、ｐ側コンタクト層１７と電気的に接続されている。このｐ側電極１９は、ニッケルおよび白金よりなる群のうちの少なくとも１種を含む金属により構成されることが好ましい。ニッケルや白金は、ＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体との良好なオーミック接触を得ることができるからである。
【００２３】
例えば、ｐ側電極１９は、ニッケルと金とをｐ側コンタクト層１７の側から順に積層し加熱処理により合金化したり、ニッケルと白金と金とをｐ側コンタクト層１７の側から順に積層し加熱処理により合金化したり、白金と金とをｐ側コンタクト層１７の側から順に積層し加熱処理により合金化した構造など、ニッケルあるいは白金よりなる金属層を最もｐ側コンタクト層１７側に形成してその上に適宜の金属よりなる金属層を積層し加熱処理により合金化した構造とされることが好ましい。また、ｐ側電極１９は、ニッケルまたは白金よりなる金属層をｐ側コンタクト層１７の上に形成し加熱処理した構造とされていてもよい。
【００２４】
なお、このｐ側電極１９は、電流狭窄をするために細い帯状（図１においては図面に対して垂直方向に延長された帯状）となっており、光がその長さ方向（すなわち図面に対して垂直方向）に出射するようになっている。
【００２５】
ｐ側電極１９およびその近傍における絶縁層１８の上には、ｐ側電極１９の密着性を補強する補強層としてのコンタクト用電極２０がｐ側電極１９の全面を覆うように形成されており、ｐ側電極１９と電気的に接続されている。このコンタクト用電極２０は、導電性および密着性を確保するために、チタンを含む金属など導電性を有しかつ密着性に優れた材料により構成されている。例えば、このコンタクト用電極２０は、チタンと金とをｐ側電極１９の側から順に積層した構造とされることが好ましい。なお、このコンタクト用電極２０は、この半導体発光素子をパッケージに実装する際の実装用電極（すなわち、ワイヤボンドを打つボンディングパットやパッケージのダイボンドする際に半田される電極）ともなる。
【００２６】
ちなみに、ｐ側コンタクト層１７の表面は絶縁層１８で覆われているので、コンタクト用電極２０とｐ側コンタクト層１７は接触せず、ｐ側コンタクト層１７へ電流が注入される領域は、ｐ側電極１９と接触している領域だけとなっている。但し、ｐ側コンタクト層１７の全面が絶縁層１８で覆われておらずコンタクト用電極２０とｐ側コンタクト層１７とが一部において接触している場合であっても、その接触抵抗がｐ側電極１９とｐ側コンタクト層１７との間の接触抵抗に比べて十分に大きい場合には、ｐ側電極１９とｐ側コンタクト層１７とが接触している領域だけが電流の注入領域となる。すなわち、コンタクト用電極２０をｐ側コンタクト層１７と接触するように構成してもよい。
【００２７】
また、ｎ側コンタクト層１３の上には、絶縁層１８に形成された開口１８ｂを介してｎ側の電極（ｎ側電極）２１が設けられており、ｎ側コンタクト層１３と電気的に接続されている。このｎ側電極２１は、例えば、チタンとアルミニウムと白金と金とがｎ側コンタクト層１３の側から順に積層された構造を有している。
【００２８】
なお、この半導体発光素子は、図示はしないが、ｐ側電極１９の長さ方向（すなわち共振器長方向）と垂直な一対の側面に、反射鏡層がそれぞれ設けられている。
【００２９】
このような構成を有する半導体発光素子は、次のようにして製造することができる。
【００３０】
まず、例えばサファイアよりなる基板１０を用意し、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属気相成長）法により、バッファ層１１，下地層１２，ｎ側コンタクト層１３，ｎ型クラッド層１４，活性層１５，ｐ型クラッド層１６およびｐ側コンタクト層１７をそれぞれ成長させる。その際、アルミニウムの原料ガスとしてはトリメチルアルミニウムガス（（ＣＨ₃）₃Ａｌ），ガリウムの原料ガスとしてはトリメチルガリウムガス，窒素の原料ガスとしてはアンモニアガス，ケイ素の原料ガスとしてはモノシランガス（ＳｉＨ₄），マグネシウムの原料ガスとしてはビス＝メチルシクロペンタジェニルマグネシウムガス（ＭｅＣｐ₂Ｍｇ）やビス＝シクロペンタジェニルマグネシウムガス（Ｃｐ₂Ｍｇ）をそれぞれ用いる。
【００３１】
次いで、ｐ側コンタクト層１７，ｐ型クラッド層１６，活性層１５，ｎ型クラッド層１４の一部を選択的にエッチングしてｎ側コンタクト層１３を表面に露出させる。続いて、全面（すなわちｎ側コンタクト層１３，ｎ型クラッド層１４，活性層１５，ｐ型クラッド層１６およびｐ側コンタクト層１７の表面）に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法により絶縁層１８を形成する。
【００３２】
絶縁層１８を形成したのち、その上に、図示しないレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィによってｐ側電極１９の形成位置に対応したマスクパターンを形成する。そののち、これをマスクとしてエッチングを行い、絶縁層１８を選択的に除去してｐ側電極１９の形成位置に対応した開口１８ａを形成する。
【００３３】
開口１８ａを形成したのち、全面（すなわち絶縁層１８が選択的に除去されたｐ側コンタクト層１７の上および図示しないレジスト膜の上）に、ｐ側電極１９を構成する金属よりなる金属層を少なくとも１層蒸着する。例えば、ニッケルあるいは白金よりなる金属層を蒸着したのち、必要に応じて、適宜の金属よりなる１層以上の金属層を蒸着する。そののち、図示しないレジスト膜をこのレジスト膜の上に蒸着された金属層と共に除去して（リフトオフ）加熱処理を行い、ｐ側電極１９を形成する。
【００３４】
ｐ側電極１９を形成したのち、ｐ側電極１９およびその周囲の絶縁層１８の上に、例えば、チタンおよび金を選択的に順次蒸着してコンタクト用電極２０を形成する。コンタクト用電極２０を形成したのち、全面（すなわちコンタクト用電極２０および絶縁層１８の上）に、図示しないレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィによってｎ側電極２１の形成位置に対応したマスクパターンを形成する。そののち、これをマスクとしてエッチングを行い、絶縁層１８を選択的に除去してｎ側電極２１の形成位置に対応した開口１８ｂを形成する。
【００３５】
開口１８ｂを形成したのち、全面（すなわち絶縁層１８が選択的に除去されたｎ側コンタクト層１３の上および図示しないレジスト膜の上）に、例えば、チタン，アルミニウム，白金および金を順次蒸着し、図示しないレジスト膜をこのレジスト膜の上に蒸着された金属と共に除去して（リフトオフ）加熱処理を行い、ｎ側電極２１を形成する。
【００３６】
ｎ側電極２１を形成したのち、基板１０をｐ側電極１９の長さ方向（共振器長方向）と垂直に所定の幅で劈開し、その劈開面に反射鏡層を形成する。これにより、図１に示した半導体発光素子が形成される。
【００３７】
このようにして製造された半導体発光素子は、次のように作用する。
【００３８】
この半導体発光素子では、コンタクト用電極２０を介してｐ側電極１９とｎ側電極２１との間に所定の電圧が印加されると、活性層１５に電流が注入される。これにより、活性層１５では、電子−正孔再結合による発光が起こり、図示しない反射鏡層を介して外部に光が取り出される。ここでは、ｐ側電極１９が補強層としてのコンタクト用電極２０により覆われているので、ｐ側電極１９の密着性が高くなっており、剥離が防止される。よって、ｐ側電極１９のオーミック接触が確保される。
【００３９】
このように本実施の形態に係る半導体発光素子によれば、ｐ側電極１９を補強層としてのコンタクト用電極２０で覆うようにしたので、ｐ側電極１９の密着性を高めることができる。よって、ｐ側電極１９を良好なオーミック接触を得ることができる材料（例えばニッケルまたは白金を含む金属）により構成することができる。従って、接触抵抗を小さくすることができると共に剥離も防止することができ、素子の品質および信頼性を向上させることができる。
【００４０】
また、コンタクト用電極２０をパッケージに実装する際の実装用電極としても用いることができるので、新たに実装用電極を形成する必要がない。すなわち、迅速かつ簡便に実装を行うことができる。
【００４１】
（第２の実施例）
図２は本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の構成を表すものである。この半導体発光素子は、絶縁層１８の構成が異なることを除き、第１の実施の形態に係る半導体発光素子と同一の構成を有している。よって、ここでは、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４２】
絶縁層１８は、二酸化ケイ素や窒化ケイ素や酸化アルミニウムなどの絶縁材料よりなる絶縁性材料層１８Ａと、この絶縁性材料層１８Ａとこれに隣接する層との密着性を高めるための接合層１８Ｂとを有している。ここでは、接合層１８Ｂは絶縁性材料層１８Ａの上に形成されており、絶縁性材料層１８Ａとコンタクト用電極２０との密着性を高めるようになっている。
【００４３】
接合層１８Ｂは、高い密着性を有するケイ素やチタンなどにより構成することが好ましい。ちなみに、絶縁性材料層１８Ａを二酸化ケイ素により構成する場合には、接合層１８Ｂをケイ素により構成することが好ましい。二酸化ケイ素とケイ素は化学的性質が類似しているので、フッ酸によるウエットエッチングやテトラフルオロメタン（ＣＦ₄）によるドライエッチングのエッチング条件、またはＣＶＤや蒸着での成膜条件が近似しており、製造工程における取り扱いが容易だからである。
【００４４】
なお、ここでは、絶縁性材料層１８Ａの上に接合層１８Ｂを設けるようにしたが、絶縁性材料層１８Ａの下に接合層１８Ｂを設け、絶縁性材料層１８Ａと半導体層との密着性を高めるようにしてもよい。その際、絶縁性材料層１８Ａの両側に接合層１８Ｂを設けるようにしてもよく、片側にのみ設けるようにしてもよい。
【００４５】
このような構成を有する半導体発光素子は、第１の実施の形態と同様にして製造することができると共に、第１の実施の形態と同様に作用する。
【００４６】
このように本実施の形態に係る半導体発光素子によれば、絶縁層１８を絶縁性材料層１８Ａと接合層１８Ｂにより構成するようにしたので、絶縁層１８とコンタクト用電極２０との密着性を高めることができる。よって、ｐ側電極１９の密着性を更に高めることができ、素子の品質および信頼性を更に向上させることができる。
【００４７】
（第３の実施例）
図３は本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子の構成を表すものである。この半導体発光素子は、基板１０が導電性材料により構成され、ｎ側電極２１が基板１０の裏面に形成されると共に、バッファ層１１およびｎ側コンタクト層１３が削除されたことを除き、第１の実施の形態に係る半導体発光素子と同一の構成を有している。また、第１の実施の形態と同様にして製造することができると共に、第１の実施の形態と同様に作用し、同一の効果を有する。よって、ここでは、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４８】
ここで、基板１０は、例えば、ｎ型不純物としてケイ素を添加したｎ型の単結晶ＧａＮや、炭化ケイ素（ＳｉＣ）により構成されている。下地層１２は導電性を備える必要があるので、例えば、ｎ型不純物としてケイ素を添加したｎ型ＧａＮ材料により構成されている。
【００４９】
なお、本実施の形態に係る半導体発光素子についても、第２の実施の形態と同様に、絶縁層１８を絶縁性材料層１８Ａと接合層１８Ｂとで構成するようにしてもよい。
【００５０】
（第４の実施の形態）
図４は本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子の構成を表すものである。この半導体発光素子は、絶縁層１８もコンタクト用電極２０と共に補強層としての機能を備えていることを除き、第１の実施の形態に係る半導体発光素子と同一の構成を有している。よって、ここでは、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５１】
この絶縁層１８はｐ側電極１９の一部（例えば周縁部）を覆うように形成されており、ｐ側電極１９とコンタクト用電極２０は絶縁層１８に設けられた開口１８ａを介して電気的に接続されている。すなわち、絶縁層１８により、更に、ｐ側電極１９の密着性を補強するようになっている。
【００５２】
このような構成を有する半導体発光素子は、絶縁層１８とｐ側電極１９の製造工程を除き、第１の実施の形態と同様にして製造することができると共に、第１の実施の形態と同様に作用する。
【００５３】
すなわち、この半導体発光素子では、基板１０の上にバッファ層１１，下地層１２，ｎ側コンタクト層１３，ｎ型クラッド層１４，活性層１５，ｐ型クラッド層１６およびｐ側コンタクト層１７をそれぞれ成長させ、ｐ側コンタクト層１７，ｐ型クラッド層１６，活性層１５，ｎ型クラッド層１４の一部を選択的にエッチングしてｎ側コンタクト層１３を表面に露出させたのち、ｐ側コンタクト層１７の上にｐ側電極１９を選択的に形成する。
【００５４】
次いで、全面に絶縁層１８を形成したのち、絶縁層１８を選択的に除去して開口１８ａを形成し、ｐ側電極１９の一部（例えば中央部）を露出させる。そののち、コンタクト用電極２０を形成し、絶縁層１８に開口１８ｂを開けて、ｎ側電極２１を形成する。これにより、図４に示した半導体発光素子が形成される。
【００５５】
このように本実施の形態に係る半導体発光素子によれば、絶縁層１８が補強層としての機能を備えるようにしたので、コンタクト用電極２０と共に絶縁層１８によりｐ側電極１９の密着性を補強することができる。よって、ｐ側電極１９の密着性を更に高めることができ、素子の品質および信頼性を更に向上させることができる。
【００５６】
なお、本実施の形態に係る半導体発光素子についても、第２の実施の形態と同様に、絶縁層１８を絶縁性材料層１８Ａと接合層１８Ｂとで構成するようにしてもよい。また、第３の実施の形態と同様に、基板１０を導電性の材料により構成し、ｎ側電極２１を基板１０の裏面に設けるようにしてもよい。
【００５７】
（第５の実施の形態）
図５は本発明の第５の実施の形態に係る半導体発光素子の構成を表すものである。この半導体発光素子は、ｐ側電極１９とｐ側コンタクト層１７との接触面積が広くされており、図５において矢印で示したように基板１０の裏面から光が取り出されることを除き、第４の実施の形態に係る半導体発光素子と同一の構成および作用を有している。また、第４の実施の形態と同様にして製造することができる。よって、ここでは、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５８】
このように本実施の形態に係る半導体発光素子によれば、ｐ側電極１９をコンタクト用電極２０と絶縁層１８により覆うようにしたので、ＬＥＤのようにｐ側電極１９の面積が大きい場合であっても、その剥離を十分に防止することができる。よって、素子の品質および信頼性を更に向上させることができる。
【００５９】
なお、本実施の形態に係る半導体発光素子についても、第２の実施の形態と同様に、絶縁層１８を絶縁性材料層１８Ａと接合層１８Ｂとで構成するようにしてもよい。また、第３の実施の形態と同様に、基板１０を導電性の材料により構成し、ｎ側電極２１を基板１０の裏面に設けるようにしてもよい。
【００６０】
（第６の実施の形態）
図６は本発明の第６の実施の形態に係る半導体発光素子の構成を表すものである。この半導体発光素子は、コンタクト用電極２０がｐ側電極１９の一部（例えば周縁部）のみを覆っていると共に、ｐ側電極１９の厚さが薄くなっており、図６において矢印で示したように基板１０の上方（すなわちｐ側電極１９側）から光が取り出されることを除き、第５の実施の形態に係る半導体発光素子と同一の構成を有している。また、第５の実施の形態と同様にして製造することができると共に、第５の実施の形態と同様に作用し、同一の効果を有する。よって、ここでは、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。ちなみに、ｐ側電極１９の厚さは光を透過できるように例えば１０ｎｍ以下が好ましい。
【００６１】
また、ここでは、コンタクト用電極２０が例えばｐ側電極１９の周縁部を覆うように構成したが、ｐ側電極１９の面積が大きい場合など、図７に示したように、ｐ側電極１９の周縁部のみではなく、中央部も例えば格子状に覆うことが好ましい。
【００６２】
なお、本実施の形態に係る半導体発光素子についても、第２の実施の形態と同様に、絶縁層１８を絶縁性材料層１８Ａと接合層１８Ｂとで構成するようにしてもよい。また、第３の実施の形態と同様に、基板１０を導電性の材料により構成し、ｎ側電極２１を基板１０の裏面に設けるようにしてもよい。
【００６３】
（第７の実施の形態）
図８は本発明の第７の実施の形態に係る半導体素子の構成を表すものである。この半導体素子はＦＥＴ（Field Effect Transistor ；電界効果トランジスタ）であり、サファイアよりなる基板３０のｃ面上に、ＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体よりそれぞれなるバッファ層３１，下地層３２およびチャネル層３３が順次積層されている。バッファ層３１は、例えば厚さが３０ｎｍであり、低温で成長され非結晶に近い結晶構造を有するＧａＮにより構成されている。下地層３２は、例えば、厚さが２μｍであり、不純物を添加しないＧａＮにより構成されている。チャネル層３３は、例えば、ｎ型不純物としてＳｉを添加したｎ型ＧａＮにより構成されている。
【００６４】
このチャネル層３３の上には、窒化アルミニウムや二酸化ケイ素などよりなるゲート絶縁膜３４を介して、白金などよりなるゲート電極３５が形成されている。なお、チャネル層３３は、ゲート電極３５に対応する領域において厚さが厚くなっている。
【００６５】
チャネル層３３の上には、また、ゲート電極３５を挟むようにしてソース電極３６とドレイン電極３７がそれぞれ形成されており、それぞれ電気的に接続されている。ソース電極３６およびドレイン電極３７は、第１の実施の形態におけるｐ側電極１９と同様に、ニッケルおよび白金よりなる群のうちの少なくとも１種を含む金属により構成されることが好ましい。ニッケルや白金は、ＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体とのオーミック接触を得ることができるからである。例えば、ソース電極３６およびドレイン電極３７は、第１の実施の形態におけるｐ側電極１９と同様に、ニッケルあるいは白金よりなる金属層をチャネル層３３の上に形成し、必要に応じて更にその上に適宜の金属よりなる金属層を積層し、加熱処理により合金化した構造とされることが好ましい。
【００６６】
なお、ソース電極３６およびその近傍におけるチャネル層３３の上には、ソース電極３６の密着性を補強する補強層３８がソース電極３６の少なくとも一部を覆うように形成されている。また、ドレイン電極３７およびその近傍におけるチャネル層３３の上にも、ドレイン電極３７の密着性を補強する補強層３８がドレイン電極３７の少なくとも一部を覆うように形成されている。この補強層３８は、第１の実施の形態におけるコンタクト用電極２０と同様に、チタンを含む金属など導電性を有すると共に密着性の良い材料により構成されている。例えば、この補強層３８は、チタンと金とをチャネル層３３の側から順に積層した構造とされることが好ましい。なお、この補強層３８は、この半導体素子をパッケージに実装する際の実装用電極（すなわち、ワイヤボンドを打つボンディングパットやパッケージのダイボンドする際に半田される電極）ともなる。
【００６７】
このような構成を有する電界効果型トランジスタは、次のようにして製造することができる。
【００６８】
まず、例えば、サファイアよりなる基板３０を用意し、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ）法により原料ガスを供給しつつバッファ層３１，下地層３２，チャネル層３３およびゲート絶縁膜３４をそれぞれ成長させる。次いで、ゲート絶縁膜３４およびチャネル層３３の一部を例えば反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）法により選択的に除去する。続いて、ゲート絶縁膜３４の上にゲート電極３５を形成すると共に、チャネル層３３の上に適宜の金属層を選択的に積層して加熱処理することによりソース電極３６とドレイン電極３７を形成する。そののち、ソース電極３６およびドレイン電極３８の上に補強層３８を選択的に形成する。これにより図８に示した半導体素子となる。
【００６９】
このようにして製造された半導体素子は次のように作用する。
【００７０】
この半導体素子では、ゲート電極３５に電圧を加えるとチャネル層３３を介してソース電極３６とドレイン電極３７との間に流れるドレイン電流が変化する。ここでは、ソース電極３６およびドレイン電極３７の少なくとも一部が補強層３８によりそれぞれ覆われているので、ソース電極３６およびドレイン電極３７の密着性が高くなっており、剥離が防止される。よって、ソース電極３６およびドレイン電極３７のオーミック接触が確保される。
【００７１】
このように本実施の形態に係る半導体素子によれば、ソース電極３６およびドレイン電極３７を補強層３８によりそれぞれ覆うようにしたので、ソース電極３６およびドレイン電極３７の密着性をそれぞれ高めることができる。よって、ソース電極３６およびドレイン電極３７を良好なオーミック接触を得ることができる材料（例えばニッケルまたは白金を含む金属）により構成することができる。従って、接触抵抗を小さくすることができると共に剥離も防止することができ、素子の品質および信頼性を向上させることができる。
【００７２】
また、補強層３８をパッケージに実装する際の実装用電極としても用いることができるので、新たに実装用電極を形成する必要がない。すなわち、迅速かつ簡便に実装を行うことができる。
【００７３】
以上、各実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの各実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記各実施の形態においては、半導体レーザやＬＥＤやＦＥＴに本発明を適用した例を挙げてそれぞれ説明したが、本発明は、フォトディテクタなどの半導体受光素子や、バイポーラトランジスタなどの半導体電子素子や、その他これらを複合した素子など種々の半導体素子に適用することができる。
【００７４】
また、上記各実施の形態においては、半導体層をＩＩＩ族ナイトライド化合物半導体により構成する場合についてそれぞれ説明したが、本発明は、他の半導体により半導体層が構成される半導体素子についても適用することができる。
【００７５】
更に、上記第４乃至６の実施の形態においては、絶縁層１８とコンタクト用電極２０とによりｐ側電極１９を覆うようにしたが、コンタクト用電極２０を設けることなく、絶縁層１８のみでｐ側電極の少なくとも一部を覆うようにしてもよい。
【００７６】
加えて、上記第１乃至６の実施の形態においては、ｐ側電極１９の密着性を向上させる場合についてそれぞれ説明したが、ｎ側電極において同様の問題が生じる場合には、上記各実施の形態と同様の構造をｎ側電極にも適用することができる。
【００７７】
更にまた、上記第７の実施の形態においては、チャネル層３３をｐ型の半導体（例えばｐ型ＧａＮ）により構成する場合についてそれぞれ説明したが、チャネル層３３をｎ型の半導体（例えばｎ型ＧａＮ）により構成する場合についても同様に本発明を適用することができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る半導体素子および半導体発光素子によれば、電極の少なくとも一部を覆うことにより電極の密着性を補強する補強層を備えるようにしたので、電極の密着性を高めることができ、剥離を防止することができる。特に、オーミック接触が必要な場合には、電極の構成を密着性とは関係なく良好なオーミック接触が得られるようにすることができ、接触抵抗を小さくすることができると共に剥離も防止することができる。従って、素子の品質および信頼性を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の構成を表す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子における絶縁層の構成を表す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子の構成を表す断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子の構成を表す断面図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る半導体発光素子の構成を表す断面図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態に係る半導体発光素子の構成を表す断面図である。
【図７】図６に示した半導体発光素子の変形例を表す断面図である。
【図８】本発明の第７の実施の形態に係る半導体素子の構成を表す断面図である。
【図９】従来の半導体発光素子の構成を表す断面図である。
【図１０】従来の他の半導体発光素子の構成を表す断面図である。
【符号の説明】
１０，３０…基板、１１，３１…バッファ層、１２，３２…下地層、１３…ｐ側コンタクト層、１４…ｎ型クラッド層、１５…活性層、１６…ｐ型クラッド層、１７…ｐ側コンタクト層、１８…絶縁層、１８ａ…絶縁性材料層、１８ｂ…接合層、１９…ｐ側電極、２０…コンタクト用電極、２１…ｎ側電極、３３…チャネル層、３４…ゲート絶縁膜、３５…ゲート電極、３６…ソース電極、３７…ドレイン電極、３８…補強層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor element and a semiconductor light emitting element in which electrodes are provided on a semiconductor layer made of a group III nitride compound semiconductor or the like.
[0002]
[Prior art]
A group III nitride compound semiconductor such as GaN, AlGaN, InGaN or AlGaInN has a characteristic that it has a large band gap Eg and a direct transition semiconductor material compared to an AlInGaAs-based or AlGaInP-based III-V group compound semiconductor. ing. Therefore, these group III nitride compound semiconductors are attracting attention as materials constituting semiconductor light emitting elements such as semiconductor lasers and light emitting diodes (LEDs) that emit light of short wavelengths from ultraviolet to green. Applications to density optical disks, full-color display elements, and the like are being considered.
[0003]
In addition, these group III nitride compound semiconductors have a high saturation rate in a high electric field of GaN, and aluminum nitride (AlN) can be used for an insulating layer in a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure. Another feature is that the semiconductor layer and the insulating layer can be formed continuously. Therefore, these group III nitride compound semiconductors are also expected as materials constituting high-power high-frequency electronic devices.
[0004]
In these elements, the technology relating to the ohmic electrode is extremely important for ensuring stable operation. Conventionally, as a p-side ohmic electrode for a semiconductor layer made of a group III nitride compound semiconductor, for example, nickel (Ni) and gold (Au) or nickel, platinum (Pt) and gold are sequentially stacked from the semiconductor layer side. Is used. Further, as the n-side ohmic electrode, for example, an electrode in which titanium (Ti) and aluminum (Al) are sequentially stacked from the semiconductor layer side is used.
[0005]
However, in the p-side electrode, if an ohmic electrode having such a configuration is used, the adhesion may not be very good depending on the formation conditions. For this reason, there is a problem in reliability such as peeling during the device manufacturing process or mounting on a package, or contact resistance increases due to unstable adhesion with the semiconductor layer.
[0006]
For example, as shown in FIG. 9 or FIG. 10, the semiconductor light emitting device generally has a buffer layer 11 made of a group III nitride compound semiconductor, a base layer 12, an n-side contact layer 13, an n-type cladding, as shown in FIG. Layer 14, active layer 15, p-type cladding layer 16 and p-side contact layer 17 are sequentially stacked, and silicon dioxide (SiO 2) is further formed thereon.₂The p-side electrode 19 is formed through the opening of the insulating layer 18 made of or the like. The p-side electrode 19 is formed in contact with the p-side contact layer 17 and the insulating layer 18 as shown in FIG. 9, or the p-side contact layer 17 and the p-side as shown in FIG. Although it may be formed in contact with the clad layer 16, if the p-side electrode 19 is made of nickel or platinum, the adhesion is not so good. Therefore, the p-side electrode 19 may be easily peeled off during the formation process (particularly the cleaning process).
[0007]
Therefore, titanium (Ti) having excellent adhesion is used as a material constituting the p-side electrode 19, and the p-side electrode 19 has a structure in which, for example, titanium, platinum, and gold are sequentially laminated from the p-side contact layer 17 side. A method for improving the adhesion of the p-side electrode 19 can be considered.
[0008]
Further, instead of changing the material of the p-side electrode 19, the thickness and ratio of each layer constituting the p-side electrode 19 is changed, or the heat treatment conditions for the alloying treatment are changed, thereby changing the p-side electrode 19. A method for improving the adhesion is also conceivable.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the p-side electrode 19 has a structure in which titanium, platinum, and gold are laminated, the p-side electrode 19 and the p-side contact layer 17 are compared to a case in which the p-side electrode 19 has a structure in which nickel and gold are laminated. There is a problem that the contact resistance of the device deteriorates by an order of magnitude or more and the performance and reliability of the device deteriorate.
[0010]
Further, in the method of changing the thickness or ratio of each layer constituting the p-side electrode 19 or changing the heat treatment conditions in the alloying process, the p-side electrode 19 and the p-side contact layer are tried to improve the adhesion. There was a problem that the contact resistance with 17 deteriorated.
[0011]
The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a semiconductor element and a semiconductor light emitting element capable of improving the adhesion of electrodes.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  A first semiconductor element according to the present invention includes an insulating layer formed in contact with at least a part of a semiconductor layer, at least a part formed on the insulating layer, and covering at least a part of the electrode. A reinforcing layer that reinforces the adhesion of the electrode to the semiconductor layer, the reinforcing layer is made of a contact electrode made of a conductive material and electrically connected to the electrode, and the insulating layer is insulative And an adhesive layer that improves adhesion between the insulating material layer and the semiconductor layer or adhesion between the insulating material layer and the contact electrode. The bonding layer is made of silicon (Si ).
  The second semiconductor element according to the present invention includes an insulating layer formed in contact with at least a part of the semiconductor layer, at least a part formed on the insulating layer, and covering at least a part of the electrode. A reinforcing layer that reinforces the adhesion of the electrode to the semiconductor layer, the reinforcing layer is made of a contact electrode made of a conductive material and electrically connected to the electrode, and the insulating layer is insulative An insulating material layer made of the above material, a first bonding layer for improving the adhesion between the insulating material layer and the semiconductor layer, and a second bonding for improving the adhesion between the insulating material layer and the contact electrode. And a structure including a layer.
  MaIn accordance with the present invention3The semiconductor element includes an insulating layer formed so as to cover at least a part of the semiconductor layer and covering a part of the electrode, and at least a part of the semiconductor element formed on the insulating layer. The structure includes a reinforcing layer that reinforces the adhesion of the electrode to the semiconductor layer by covering the surface in a lattice pattern.
[0013]
  1st to 1st according to the present invention3In the semiconductor light emitting device, at least a first conductivity type cladding layer, an active layer, and a second conductivity type cladding layer are respectively formed by a plurality of stacked semiconductor layers, and the first conductivity type cladding layer and the second conductivity type are formed. In the semiconductor light emitting device in which the electrodes are electrically connected to the mold cladding layer,3This has the same configuration as that of the semiconductor element.
[0014]
In the semiconductor element according to the present invention, at least a part of the electrode is covered with the reinforcing layer, and the adhesion of the electrode to the semiconductor layer is enhanced.
[0015]
In the semiconductor light emitting device according to the present invention, when a voltage is applied between the two electrodes, a current is injected into the active layer to cause light emission. Here, at least a part of at least one of the electrodes is covered with a reinforcing layer, and adhesion to the semiconductor layer is enhanced.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
(First embodiment)
FIG. 1 shows a configuration of a semiconductor light emitting element according to the first embodiment of the present invention. This semiconductor light emitting device includes a buffer layer 11, a base layer 12, an n-side contact layer 13, and a first conductivity type cladding layer as semiconductor layers made of a group III nitride compound semiconductor on the c-plane of a substrate 10 made of sapphire. The n-type cladding layer 14, the active layer 15, the p-type cladding layer 16 as the second conductivity type cladding layer, and the p-side contact layer 17 are sequentially stacked.
[0018]
The buffer layer 11 has a thickness in the stacking direction (hereinafter simply referred to as a thickness) of 30 nm, and is made of GaN having a crystal structure close to amorphous grown at a low temperature, for example. The buffer layer 11 serves as a nucleus for growing each semiconductor layer. For example, the underlayer 12 has a thickness of 1.5 μm and is made of GaN to which no impurity is added. The n-side contact layer 13 has, for example, a thickness of 2 μm and is made of n-type GaN to which silicon (Si) is added as an n-type impurity.
[0019]
The n-type cladding layer 14 has a thickness of 0.5 μm, for example, and is composed of an n-type AlGaN mixed crystal to which silicon is added as an n-type impurity. The active layer 15 is, for example, 0.05 μm thick and has a multiple quantum well structure made of GaInN mixed crystal and GaN.
[0020]
The p-type cladding layer 16 has a thickness of 0.5 μm, for example, and is composed of a p-type AlGaN mixed crystal to which magnesium is added as a p-type impurity. The p-side contact layer 17 has a thickness of 0.5 μm, for example, and is composed of a p-type GaN mixed crystal to which magnesium is added as a p-type impurity.
[0021]
The n-type cladding layer 14, the active layer 15, the p-type cladding layer 16 and the p-side contact layer 17 are formed on part of the n-side contact layer 13. On the surfaces of the layer 14, the active layer 15, the p-type cladding layer 16 and the p-side contact layer 17, for example, silicon dioxide or silicon nitride (Si_ThreeN_Four) And aluminum oxide (Al₂O_ThreeAn insulating layer 18 made of an insulating material such as) is formed.
[0022]
A p-side electrode (p-side electrode) 19 is provided on the p-side contact layer 17 through an opening 18 a formed in the insulating layer 18, and is electrically connected to the p-side contact layer 17. Has been. The p-side electrode 19 is preferably made of a metal including at least one selected from the group consisting of nickel and platinum. This is because nickel and platinum can obtain good ohmic contact with the group III nitride compound semiconductor.
[0023]
For example, the p-side electrode 19 is formed by sequentially laminating nickel and gold from the p-side contact layer 17 side and alloying them by heat treatment, or laminating nickel, platinum and gold sequentially from the p-side contact layer 17 side. A metal layer made of nickel or platinum is formed closest to the p-side contact layer 17 side, such as a structure obtained by alloying by treatment, or a structure in which platinum and gold are laminated in order from the p-side contact layer 17 side and alloyed by heat treatment. It is preferable to have a structure in which a metal layer made of an appropriate metal is laminated thereon and alloyed by heat treatment. The p-side electrode 19 may have a structure in which a metal layer made of nickel or platinum is formed on the p-side contact layer 17 and heat-treated.
[0024]
The p-side electrode 19 has a thin strip shape (a strip shape extending in a direction perpendicular to the drawing in FIG. 1) for current confinement, and the light is in its length direction (that is, with respect to the drawing). The light is emitted vertically).
[0025]
On the p-side electrode 19 and the insulating layer 18 in the vicinity thereof, a contact electrode 20 as a reinforcing layer for reinforcing the adhesion of the p-side electrode 19 is formed so as to cover the entire surface of the p-side electrode 19. The p-side electrode 19 is electrically connected. The contact electrode 20 is made of a material having conductivity and excellent adhesion, such as a metal containing titanium, in order to ensure conductivity and adhesion. For example, the contact electrode 20 preferably has a structure in which titanium and gold are laminated in this order from the p-side electrode 19 side. The contact electrode 20 also serves as a mounting electrode when the semiconductor light emitting element is mounted on a package (that is, a bonding pad for forming a wire bond or an electrode soldered when die bonding a package).
[0026]
Incidentally, since the surface of the p-side contact layer 17 is covered with the insulating layer 18, the contact electrode 20 and the p-side contact layer 17 are not in contact with each other, and a region where current is injected into the p-side contact layer 17 is p Only the region in contact with the side electrode 19 is provided. However, even when the entire surface of the p-side contact layer 17 is not covered with the insulating layer 18 and the contact electrode 20 and the p-side contact layer 17 are partially in contact, the contact resistance is p-side. When the contact resistance between the electrode 19 and the p-side contact layer 17 is sufficiently large, only the region where the p-side electrode 19 and the p-side contact layer 17 are in contact becomes the current injection region. That is, the contact electrode 20 may be configured to be in contact with the p-side contact layer 17.
[0027]
An n-side electrode (n-side electrode) 21 is provided on the n-side contact layer 13 through an opening 18 b formed in the insulating layer 18, and is electrically connected to the n-side contact layer 13. Has been. The n-side electrode 21 has a structure in which, for example, titanium, aluminum, platinum, and gold are sequentially stacked from the n-side contact layer 13 side.
[0028]
Although not shown, this semiconductor light emitting element is provided with a reflector layer on a pair of side surfaces perpendicular to the length direction of the p-side electrode 19 (that is, the resonator length direction).
[0029]
The semiconductor light emitting device having such a configuration can be manufactured as follows.
[0030]
First, a substrate 10 made of, for example, sapphire is prepared, and the buffer layer 11, the underlayer 12, the n-side contact layer 13, the n-type cladding layer 14, and the like are formed by, for example, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). An active layer 15, a p-type cladding layer 16, and a p-side contact layer 17 are grown. At that time, trimethylaluminum gas ((CH_Three)_ThreeAl), trimethylgallium gas as gallium source gas, ammonia gas as nitrogen source gas, and monosilane gas (SiH) as silicon source gas_Four), The source gas of magnesium is bis = methylcyclopentadenyl magnesium gas (MeCp)₂Mg) or bis = cyclopentagenyl magnesium gas (Cp₂Mg) is used.
[0031]
Next, the p-side contact layer 17, the p-type cladding layer 16, the active layer 15, and the n-type cladding layer 14 are selectively etched to expose the n-side contact layer 13 on the surface. Subsequently, on the entire surface (that is, the surfaces of the n-side contact layer 13, the n-type cladding layer 14, the active layer 15, the p-type cladding layer 16 and the p-side contact layer 17), for example, CVD (Chemical Vapor Deposition). The insulating layer 18 is formed by the method.
[0032]
After the insulating layer 18 is formed, a resist film (not shown) is applied thereon, and a mask pattern corresponding to the formation position of the p-side electrode 19 is formed by photolithography. Thereafter, etching is performed using this as a mask, and the insulating layer 18 is selectively removed to form an opening 18a corresponding to the position where the p-side electrode 19 is formed.
[0033]
After forming the opening 18a, a metal layer made of a metal constituting the p-side electrode 19 is formed on the entire surface (that is, on the p-side contact layer 17 from which the insulating layer 18 has been selectively removed and on a resist film (not shown)). At least one layer is deposited. For example, after vapor-depositing a metal layer made of nickel or platinum, if necessary, one or more metal layers made of an appropriate metal are vapor-deposited. After that, the resist film (not shown) is removed together with the metal layer deposited on the resist film (lift-off), and a heat treatment is performed to form the p-side electrode 19.
[0034]
After forming the p-side electrode 19, for example, titanium and gold are selectively and sequentially deposited on the p-side electrode 19 and the surrounding insulating layer 18 to form the contact electrode 20. After the contact electrode 20 is formed, a resist film (not shown) is applied on the entire surface (that is, on the contact electrode 20 and the insulating layer 18), and a mask pattern corresponding to the formation position of the n-side electrode 21 is formed by photolithography. To do. After that, etching is performed using this as a mask, and the insulating layer 18 is selectively removed to form an opening 18b corresponding to the position where the n-side electrode 21 is formed.
[0035]
After the opening 18b is formed, for example, titanium, aluminum, platinum, and gold are sequentially deposited on the entire surface (that is, on the n-side contact layer 13 from which the insulating layer 18 has been selectively removed and on the resist film (not shown)). Then, a resist film (not shown) is removed together with the metal deposited on the resist film (lift-off), and a heat treatment is performed to form the n-side electrode 21.
[0036]
After the n-side electrode 21 is formed, the substrate 10 is cleaved with a predetermined width perpendicular to the length direction of the p-side electrode 19 (resonator length direction), and a reflector layer is formed on the cleaved surface. Thereby, the semiconductor light emitting device shown in FIG. 1 is formed.
[0037]
The semiconductor light emitting device manufactured in this way operates as follows.
[0038]
In this semiconductor light emitting device, when a predetermined voltage is applied between the p-side electrode 19 and the n-side electrode 21 via the contact electrode 20, a current is injected into the active layer 15. As a result, the active layer 15 emits light due to electron-hole recombination, and light is extracted to the outside through a reflector layer (not shown). Here, since the p-side electrode 19 is covered with the contact electrode 20 as the reinforcing layer, the adhesiveness of the p-side electrode 19 is high and peeling is prevented. Therefore, ohmic contact of the p-side electrode 19 is ensured.
[0039]
As described above, according to the semiconductor light emitting device according to the present embodiment, the p-side electrode 19 is covered with the contact electrode 20 as the reinforcing layer, so that the adhesion of the p-side electrode 19 can be enhanced. Therefore, the p-side electrode 19 can be made of a material (for example, a metal containing nickel or platinum) that can obtain good ohmic contact. Accordingly, the contact resistance can be reduced and peeling can be prevented, and the quality and reliability of the element can be improved.
[0040]
Further, since the contact electrode 20 can be used as a mounting electrode when mounted on a package, it is not necessary to newly form a mounting electrode. That is, mounting can be performed quickly and easily.
[0041]
(Second embodiment)
FIG. 2 shows a configuration of a semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention. This semiconductor light emitting device has the same configuration as that of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment except that the configuration of the insulating layer 18 is different. Therefore, here, the same reference numerals are given to the same components, and detailed description thereof is omitted.
[0042]
  The insulating layer 18 is an insulating material layer made of an insulating material such as silicon dioxide, silicon nitride, or aluminum oxide.18AAnd this insulating material layer18ABonding layer to improve adhesion between the layer and the adjacent layer18BAnd have. Here, the bonding layer18BIs an insulating material layer18AAn insulating material layer that is formed on18AAnd the contact electrode 20 are enhanced.
[0043]
  Bonding layer18BIs preferably composed of silicon or titanium having high adhesion. By the way, insulating material layer18AIn the case that is made of silicon dioxide, the bonding layer18BIs preferably composed of silicon. Since silicon dioxide and silicon have similar chemical properties, wet etching with hydrofluoric acid and tetrafluoromethane (CF_FourThis is because the etching conditions for dry etching by (3) or the film forming conditions for CVD or vapor deposition are approximate, and handling in the manufacturing process is easy.
[0044]
  Here, the insulating material layer18ABonding layer on top18BInsulating material layer18AUnder the bonding layer18BProvide an insulating material layer18AThe adhesion between the semiconductor layer and the semiconductor layer may be improved. In that case, insulating material layer18ABonding layer on both sides18BMay be provided, or may be provided only on one side.
[0045]
The semiconductor light emitting device having such a configuration can be manufactured in the same manner as in the first embodiment, and operates in the same manner as in the first embodiment.
[0046]
  Thus, according to the semiconductor light emitting element according to the present embodiment, the insulating layer 18 is formed of the insulating material layer.18AAnd bonding layer18BThus, the adhesion between the insulating layer 18 and the contact electrode 20 can be improved. Therefore, the adhesion of the p-side electrode 19 can be further improved, and the quality and reliability of the element can be further improved.
[0047]
(Third embodiment)
FIG. 3 shows a configuration of a semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention. This semiconductor light emitting device is the first except that the substrate 10 is made of a conductive material, the n-side electrode 21 is formed on the back surface of the substrate 10, and the buffer layer 11 and the n-side contact layer 13 are deleted. This has the same configuration as that of the semiconductor light emitting device according to the embodiment. Further, it can be manufactured in the same manner as in the first embodiment, and operates in the same manner as in the first embodiment and has the same effect. Therefore, here, the same reference numerals are given to the same components, and detailed description thereof is omitted.
[0048]
  Here, the substrate 10 is made of, for example, n-type single crystal GaN to which silicon is added as an n-type impurity, or silicon carbide (SiC). Since the underlayer 12 needs to have conductivity, for example, n-type GaN doped with silicon as an n-type impuritymaterialIt is comprised by.
[0049]
  Note that, in the semiconductor light emitting device according to the present embodiment, the insulating layer 18 is replaced with the insulating material layer as in the second embodiment.18AAnd bonding layer18BYou may make it comprise with.
[0050]
(Fourth embodiment)
FIG. 4 shows a configuration of a semiconductor light emitting element according to the fourth embodiment of the present invention. This semiconductor light emitting device has the same configuration as the semiconductor light emitting device according to the first embodiment, except that the insulating layer 18 also has a function as a reinforcing layer together with the contact electrode 20. Therefore, here, the same reference numerals are given to the same components, and detailed description thereof is omitted.
[0051]
The insulating layer 18 is formed so as to cover a part of the p-side electrode 19 (for example, the peripheral portion), and the p-side electrode 19 and the contact electrode 20 are electrically connected via an opening 18 a provided in the insulating layer 18. It is connected to the. That is, the insulating layer 18 further reinforces the adhesion of the p-side electrode 19.
[0052]
The semiconductor light emitting device having such a configuration can be manufactured in the same manner as in the first embodiment except for the manufacturing process of the insulating layer 18 and the p-side electrode 19 and is the same as in the first embodiment. Act on.
[0053]
That is, in this semiconductor light emitting device, the buffer layer 11, the underlayer 12, the n-side contact layer 13, the n-type cladding layer 14, the active layer 15, the p-type cladding layer 16 and the p-side contact layer 17 are respectively formed on the substrate 10. After the growth and selective etching of a part of the p-side contact layer 17, the p-type cladding layer 16, the active layer 15, and the n-type cladding layer 14 to expose the n-side contact layer 13 on the surface, the p-side contact A p-side electrode 19 is selectively formed on the layer 17.
[0054]
Next, after the insulating layer 18 is formed on the entire surface, the insulating layer 18 is selectively removed to form an opening 18a, and a part (for example, the central portion) of the p-side electrode 19 is exposed. After that, the contact electrode 20 is formed, the opening 18b is opened in the insulating layer 18, and the n-side electrode 21 is formed. Thereby, the semiconductor light emitting element shown in FIG. 4 is formed.
[0055]
As described above, according to the semiconductor light emitting device according to the present embodiment, since the insulating layer 18 has a function as a reinforcing layer, the adhesion of the p-side electrode 19 is reinforced by the insulating layer 18 together with the contact electrode 20. can do. Therefore, the adhesion of the p-side electrode 19 can be further improved, and the quality and reliability of the element can be further improved.
[0056]
  Note that, in the semiconductor light emitting device according to the present embodiment, the insulating layer 18 is replaced with the insulating material layer as in the second embodiment.18AAnd bonding layer18BYou may make it comprise with. Further, similarly to the third embodiment, the substrate 10 may be made of a conductive material, and the n-side electrode 21 may be provided on the back surface of the substrate 10.
[0057]
(Fifth embodiment)
FIG. 5 shows a configuration of a semiconductor light emitting element according to the fifth embodiment of the present invention. In this semiconductor light emitting device, the contact area between the p-side electrode 19 and the p-side contact layer 17 is widened, and the fourth embodiment except that light is extracted from the back surface of the substrate 10 as indicated by an arrow in FIG. The semiconductor light emitting element according to the embodiment has the same configuration and function. Further, it can be manufactured in the same manner as in the fourth embodiment. Therefore, here, the same reference numerals are given to the same components, and detailed description thereof is omitted.
[0058]
Thus, according to the semiconductor light emitting device according to the present embodiment, since the p-side electrode 19 is covered with the contact electrode 20 and the insulating layer 18, the area of the p-side electrode 19 is large as in the case of an LED. Even if it exists, the peeling can fully be prevented. Therefore, the quality and reliability of the element can be further improved.
[0059]
  Note that, in the semiconductor light emitting device according to the present embodiment, the insulating layer 18 is replaced with the insulating material layer as in the second embodiment.18AAnd bonding layer18BYou may make it comprise with. Further, similarly to the third embodiment, the substrate 10 may be made of a conductive material, and the n-side electrode 21 may be provided on the back surface of the substrate 10.
[0060]
(Sixth embodiment)
FIG. 6 shows a configuration of a semiconductor light emitting device according to the sixth embodiment of the present invention. In this semiconductor light emitting device, the contact electrode 20 covers only a part of the p-side electrode 19 (for example, the peripheral portion), and the thickness of the p-side electrode 19 is thin, which is indicated by an arrow in FIG. As described above, the semiconductor light emitting device has the same configuration as that of the semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment except that light is extracted from above the substrate 10 (that is, the p-side electrode 19 side). Further, it can be manufactured in the same manner as the fifth embodiment, and operates in the same manner as the fifth embodiment, and has the same effect. Therefore, here, the same reference numerals are given to the same components, and detailed description thereof is omitted. Incidentally, the thickness of the p-side electrode 19 is preferably, for example, 10 nm or less so that light can be transmitted.
[0061]
Here, the contact electrode 20 is configured to cover, for example, the peripheral edge of the p-side electrode 19, but when the area of the p-side electrode 19 is large, as shown in FIG. It is preferable to cover not only the peripheral portion but also the central portion, for example, in a lattice shape.
[0062]
  Note that, in the semiconductor light emitting device according to the present embodiment, the insulating layer 18 is replaced with the insulating material layer as in the second embodiment.18AAnd bonding layer18BYou may make it comprise with. Further, similarly to the third embodiment, the substrate 10 may be made of a conductive material, and the n-side electrode 21 may be provided on the back surface of the substrate 10.
[0063]
(Seventh embodiment)
FIG. 8 shows a configuration of a semiconductor element according to the seventh embodiment of the present invention. This semiconductor element is an FET (Field Effect Transistor), and a buffer layer 31, a base layer 32, and a channel layer 33 made of a group III nitride compound semiconductor are sequentially formed on the c-plane of a substrate 30 made of sapphire. Are stacked. The buffer layer 31 has a thickness of 30 nm, for example, and is made of GaN grown at a low temperature and having a crystal structure close to amorphous. The underlayer 32 has a thickness of 2 μm, for example, and is made of GaN to which no impurity is added. The channel layer 33 is made of, for example, n-type GaN to which Si is added as an n-type impurity.
[0064]
A gate electrode 35 made of platinum or the like is formed on the channel layer 33 through a gate insulating film 34 made of aluminum nitride, silicon dioxide, or the like. Note that the channel layer 33 has a large thickness in a region corresponding to the gate electrode 35.
[0065]
On the channel layer 33, a source electrode 36 and a drain electrode 37 are formed so as to sandwich the gate electrode 35, and are electrically connected to each other. Like the p-side electrode 19 in the first embodiment, the source electrode 36 and the drain electrode 37 are preferably made of a metal including at least one selected from the group consisting of nickel and platinum. This is because nickel and platinum can obtain ohmic contact with the group III nitride compound semiconductor. For example, in the same manner as the p-side electrode 19 in the first embodiment, the source electrode 36 and the drain electrode 37 are formed by forming a metal layer made of nickel or platinum on the channel layer 33, and further on it as necessary. It is preferable to form a structure in which a metal layer made of an appropriate metal is laminated and alloyed by heat treatment.
[0066]
A reinforcing layer 38 that reinforces the adhesion of the source electrode 36 is formed on the source electrode 36 and the channel layer 33 in the vicinity thereof so as to cover at least a part of the source electrode 36. A reinforcing layer 38 that reinforces the adhesion of the drain electrode 37 is also formed on the drain electrode 37 and the channel layer 33 in the vicinity thereof so as to cover at least a part of the drain electrode 37. Similar to the contact electrode 20 in the first embodiment, the reinforcing layer 38 is made of a material having conductivity and good adhesion, such as a metal containing titanium. For example, the reinforcing layer 38 preferably has a structure in which titanium and gold are laminated in this order from the channel layer 33 side. The reinforcing layer 38 also serves as a mounting electrode when the semiconductor element is mounted on a package (that is, a bonding pad for forming a wire bond or an electrode soldered when a package is die-bonded).
[0067]
The field effect transistor having such a configuration can be manufactured as follows.
[0068]
First, for example, a substrate 30 made of sapphire is prepared, and a buffer layer 31, a base layer 32, a channel layer 33, and a gate insulating film 34 are grown while supplying a source gas by, for example, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). Let Next, part of the gate insulating film 34 and the channel layer 33 is selectively removed by, for example, reactive ion etching (RIE). Subsequently, a gate electrode 35 is formed on the gate insulating film 34, and an appropriate metal layer is selectively stacked on the channel layer 33, and heat treatment is performed to form a source electrode 36 and a drain electrode 37. . After that, the reinforcing layer 38 is selectively formed on the source electrode 36 and the drain electrode 38. As a result, the semiconductor element shown in FIG. 8 is obtained.
[0069]
The semiconductor device manufactured in this way operates as follows.
[0070]
In this semiconductor element, when a voltage is applied to the gate electrode 35, the drain current flowing between the source electrode 36 and the drain electrode 37 via the channel layer 33 changes. Here, since at least a part of the source electrode 36 and the drain electrode 37 are respectively covered with the reinforcing layer 38, the adhesiveness of the source electrode 36 and the drain electrode 37 is high, and peeling is prevented. Therefore, ohmic contact between the source electrode 36 and the drain electrode 37 is ensured.
[0071]
Thus, according to the semiconductor element according to the present embodiment, since the source electrode 36 and the drain electrode 37 are respectively covered with the reinforcing layer 38, the adhesion of the source electrode 36 and the drain electrode 37 can be improved. . Therefore, the source electrode 36 and the drain electrode 37 can be made of a material (for example, a metal containing nickel or platinum) that can obtain good ohmic contact. Accordingly, the contact resistance can be reduced and peeling can be prevented, and the quality and reliability of the element can be improved.
[0072]
Further, since the reinforcing layer 38 can be used as a mounting electrode when mounted on a package, it is not necessary to newly form a mounting electrode. That is, mounting can be performed quickly and easily.
[0073]
While the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments and can be variously modified. For example, in each of the above embodiments, the examples in which the present invention is applied to semiconductor lasers, LEDs, and FETs have been described. However, the present invention is not limited to semiconductor light receiving elements such as photodetectors, and semiconductor electronic elements such as bipolar transistors. In addition, the present invention can be applied to various semiconductor elements such as elements that combine these.
[0074]
In each of the above embodiments, the case where the semiconductor layer is composed of a group III nitride compound semiconductor has been described. However, the present invention is also applicable to a semiconductor element in which the semiconductor layer is composed of another semiconductor. Can do.
[0075]
Further, in the fourth to sixth embodiments, the p-side electrode 19 is covered with the insulating layer 18 and the contact electrode 20, but the p-side electrode 19 is formed only by the insulating layer 18 without providing the contact electrode 20. You may make it cover at least one part of a side electrode.
[0076]
In addition, in the first to sixth embodiments, the case where the adhesion of the p-side electrode 19 is improved has been described. However, when the same problem occurs in the n-side electrode, each of the embodiments described above. The same structure as can be applied to the n-side electrode.
[0077]
Furthermore, in the seventh embodiment, the case where the channel layer 33 is formed of a p-type semiconductor (for example, p-type GaN) has been described. However, the channel layer 33 is formed of an n-type semiconductor (for example, n-type GaN). The present invention can be similarly applied to the case of the above configuration.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the semiconductor element and the semiconductor light emitting element according to the present invention, since the reinforcing layer that reinforces the adhesion of the electrode by covering at least a part of the electrode is provided, the adhesion of the electrode is improved. And peeling can be prevented. In particular, when ohmic contact is required, it is possible to obtain a good ohmic contact regardless of the adhesion of the electrode, and it is possible to reduce contact resistance and prevent peeling. it can. Therefore, there is an effect that the quality and reliability of the element can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor light emitting element according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an insulating layer in a semiconductor light emitting element according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor light emitting element according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor light emitting element according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor light emitting element according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor light emitting element according to a sixth embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view illustrating a modification of the semiconductor light emitting device illustrated in FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor element according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional semiconductor light emitting element.
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of another conventional semiconductor light emitting element.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,30 ... Substrate, 11, 31 ... Buffer layer, 12, 32 ... Underlayer, 13 ... P-side contact layer, 14 ... N-type cladding layer, 15 ... Active layer, 16 ... P-type cladding layer, 17 ... P-side Contact layer, 18 ... insulating layer, 18a ... insulating material layer, 18b ... bonding layer, 19 ... p-side electrode, 20 ... contact electrode, 21 ... n-side electrode, 33 ... channel layer, 34 ... gate insulating film, 35 ... Gate electrode, 36 ... Source electrode, 37 ... Drain electrode, 38 ... Reinforcing layer

Claims

A semiconductor element in which an electrode is provided for a semiconductor layer,
An insulating layer formed in contact with at least part of the semiconductor layer;
A reinforcement layer that reinforces the adhesion of the electrode to the semiconductor layer by covering at least a part of the electrode, and at least a part thereof is formed on the insulating layer;
The reinforcing layer is made of a contact electrode made of a conductive material and electrically connected to the electrode, and the insulating layer is made of an insulating material layer made of an insulating material and the insulating material. A bonding layer that enhances the adhesion between the layer and the semiconductor layer or the adhesion between the insulating material layer and the contact electrode, and the bonding layer is formed of silicon (Si). A semiconductor device.

The semiconductor element according to claim 1, wherein the contact electrode is a mounting electrode when mounted on a package.

The semiconductor element according to claim 2, wherein the contact electrode is made of a metal containing titanium (Ti).

The semiconductor element according to claim 1, wherein the insulating layer constitutes the reinforcing layer together with the contact electrode.

The semiconductor layer includes a group III nitride compound containing at least one group III element and nitrogen (N) in the group consisting of gallium (Ga), aluminum (Al), boron (B), and indium (In). 2. The semiconductor element according to claim 1, wherein the semiconductor element is made of a semiconductor.

6. The semiconductor element according to claim 5, wherein the semiconductor layer is made of a p-type semiconductor.

2. The semiconductor element according to claim 1, wherein the electrode is made of a metal including at least one selected from the group consisting of nickel (Ni) and platinum (Pt).

The electrode has a structure in which at least one metal layer is laminated on the semiconductor layer and is heat-treated, and the most layer of the metal layer is made of nickel or platinum. The semiconductor device according to claim 7.

The semiconductor element according to claim 1, wherein the electrode is a source electrode or a drain electrode of a transistor.

A semiconductor element in which an electrode is provided for a semiconductor layer,
An insulating layer formed in contact with at least part of the semiconductor layer;
A reinforcement layer that reinforces the adhesion of the electrode to the semiconductor layer by covering at least a part of the electrode, and at least a part thereof is formed on the insulating layer;
The reinforcing layer is made of a contact electrode made of a conductive material and electrically connected to the electrode, and the insulating layer is made of an insulating material layer made of an insulating material and the insulating material. A semiconductor element, comprising: a first bonding layer that increases adhesion between a layer and the semiconductor layer; and a second bonding layer that increases adhesion between the insulating material layer and the contact electrode.

A semiconductor element in which an electrode is provided for a semiconductor layer,
An insulating layer formed so as to cover at least a part of the semiconductor layer and cover a part of the electrode;
And at least a portion is formed on the insulating layer, and includes a reinforcing layer that reinforces the adhesion of the electrode to the semiconductor layer by covering the surface of the electrode in a lattice pattern. Semiconductor element.

The thickness of the said electrode is 10 nm or less. The semiconductor element of Claim 11 characterized by the above-mentioned.

At least a first conductivity type cladding layer, an active layer, and a second conductivity type cladding layer are respectively formed by a plurality of stacked semiconductor layers, and electrodes are provided for the first conductivity type cladding layer and the second conductivity type cladding layer. Each is a semiconductor light emitting element electrically connected,
An insulating layer formed in contact with at least part of the semiconductor layer;
A reinforcement layer that reinforces the adhesion of the electrode to the semiconductor layer by covering at least a part of the electrode, and at least a part thereof is formed on the insulating layer;
The reinforcing layer is made of a contact electrode made of a conductive material and electrically connected to the electrode, and the insulating layer is made of an insulating material layer made of an insulating material and the insulating material. A bonding layer that enhances the adhesion between the layer and the semiconductor layer or the adhesion between the insulating material layer and the contact electrode, and the bonding layer is formed of silicon (Si). A semiconductor light emitting device.

At least a first conductivity type cladding layer, an active layer, and a second conductivity type cladding layer are respectively formed by a plurality of stacked semiconductor layers, and electrodes are provided for the first conductivity type cladding layer and the second conductivity type cladding layer. Each is a semiconductor light emitting element electrically connected,
An insulating layer formed in contact with at least part of the semiconductor layer;
A reinforcement layer that reinforces the adhesion of the electrode to the semiconductor layer by covering at least a part of the electrode, and at least a part thereof is formed on the insulating layer;
The reinforcing layer is made of a contact electrode made of a conductive material and electrically connected to the electrode, and the insulating layer is made of an insulating material layer made of an insulating material and the insulating material. A semiconductor light emitting device comprising: a first bonding layer for improving adhesion between a layer and the semiconductor layer; and a second bonding layer for enhancing adhesion between the insulating material layer and the contact electrode. .

At least a first conductivity type cladding layer, an active layer, and a second conductivity type cladding layer are respectively formed by a plurality of stacked semiconductor layers, and electrodes are provided for the first conductivity type cladding layer and the second conductivity type cladding layer. Each is a semiconductor light emitting element electrically connected,
An insulating layer formed so as to cover at least a part of the semiconductor layer and cover a part of the electrode;
And at least a portion is formed on the insulating layer, and includes a reinforcing layer that reinforces the adhesion of the electrode to the semiconductor layer by covering the surface of the electrode in a lattice pattern. Semiconductor light emitting device.