JPS5828370Y2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、順方向にバイアスした際に再結合放射線を放
出しつるｐ −ｎ接合を有する少くとも１個のダイオー
ドを設けた半導体本体を具え、該半導体本体には第１導
電型の基板領域を設け、該基板領域と前記半導体本体の
略々平坦な第１面とに隣接する第２導電型の層と、前記
基板領域とで前記のｐ −ｎ接合を形威し、半導体本体
からｐ−ｎ接合に平行な方向に再結合放射線を放出しつ
るようにし、前記基板領域と第２導電型の前記層との各
々に接続導体を設けた、非干渉性の電磁放射線を発生す
る半導体装置に関するものである。

順方向にバイアスしたｐ−ｎ接合にまたがって電荷キャ
リアを注入することにより再結合放射線を発生しうるよ
うにした半導体装置は既知であり、一般に非干渉性の再
結合放射線を放出するソノラドステート光源の形態で特
に用いられている。

光は半導体本体からｐ−ｎ接合に直角な方向に放出する
ことができ、或はｐ −ｎ接合に平行な方向に放出しう
る。

表面輝度をできるだけ大きくすることを望む場合には後
者の方法が好適である。

その主な理由は、この場合放射線を発生する区域が、ｐ
−ｎ接合が到達している面まで延在しているのに対し
、放射線がｐ −ｎ接合に対し直角に放出される場合放
射線の可成りの部分が第２導電型の層中で著しく吸収さ
れる為である。

更にｐ −ｎ接合に平行な方向に放射線を放出させる場
合には、電極をｐ −ｎ接合に平行な半導体表面上に設
けることができ、所望に応じこの電極上に冷却部材（熱
だめ）を設けることができる。

その理由は、これら電極および冷却部材に放射線を透過
させる必要がない為である。

これが為、ｐ −ｎ接合にできるだけ近づけて、従って
最大のエネルギー消費が行なわれる区域の附近で冷却を
行なうことができる。

半導体本体からｐ −ｎ接合に平行な方向に放射線を放
出させる上述した半導体装置は例えば米国特許第３２９
０５３９号明細書において既知である。

しかしこの既知の装置の場合、メサ型のダイオードから
ｐ −ｎ接合に平行なすべての方向に放出された放射線
を反射装置によりｐ −ｎ接合に直角な方向に反射させ
ている。

ある場合には、例えば高解像度が要求される吸収或は反
射パターンを走査する場合には略々一方向にのみ放射線
を放出する極めて小さな光放出面が望ましい。

この目的の為に半導体本体の寸法を容易に処理しうる大
きな寸法とすれば、比較的大きなｐ −ｎ接合を用いる
こととなり、これにより放出された放射線は小さな領域
以外で遮蔽する必要がある。

しかしこのようにすることは極めて不経済であり、所望
の極めて小さな面を経て放射線を発生させる場合に必要
とする場合よりも大きな電流を特徴とする特に数個の隣
接するダイオードを作動せしめる必要がある場合、例え
ば互にわずかに離れた個所で放射線を同時に発生させる
場合、上述したようにすると許容しえない程度に大きな
電流が消費されたり、冷却問題が生じたりする。

また極めて小さなメサ型ダイオードを用いるようにする
こともできる。

しかしこれらダイオードの表面積は小さい為、これらダ
イオードを冷却するのが困難である。

その理由は、平坦面を有する冷却部材とメサダイオード
とを、冷却部材が半導体表面の他の部分と接触しないよ
うに或は傾かないように接触させるのに特別な注意を払
わなければならない為である。

本考案の目的は、既知の装置に生じる上述した欠点を除
去、或は著しく減少させることにある。

本考案は、半導体本体の寸法が容易に処理しうる寸法で
あり、この半導体本体がｐ −ｎ接合附近に位置する略
々平坦な表面を有し、この表面の全体に亙って電極層を
延在させることができ、従ってこの電極層をその表面全
体に亙り簡単に冷却でき、それにもかかわらず再結合放
射線が発生するｐ −ｎ接合の活性部分が前記の半導体
本体の平坦な表面よりも可成り小さくなるようにした上
述した種類の装置を造ることは、構造を適当に選択する
ことにより遠戚しうるという事実を確かめ、かかる認識
を基に威したものである。

本考案は、接点を設けた第１導電型の半導体基板と、該
半導体基板とでエレクトロルミネッセンス作用を有する
ｐ −ｎ接合を形成する第２導電型の半導体層とを具え
、非干渉性の放射を発生する半導体装置であって、前記
の半導体層が前記のｐ−ｎ接合に対し平行な第１面と、
前記のｐ −ｎ接合に対し垂直な第２面とを有し、前記
の第２面から放射を生せしめるようにした半導体装置に
おいて、前記の半導体層が、前記の第１面内で前記の半
導体層を貫通して延在する３つの溝と、前記の第２面と
によって国威された活性島部分を有し、前記の溝の２つ
を前記の第２面に対し垂直とし、残りの１つの溝を前記
の第２面に対し平行とし、前記の半導体層が更に前記の
活性島部分および前記の溝の外部に不活性領域を有して
おり、前記の活性島部分の一部分上で前記の第１面上に
また前記の不活性領域上に且つ前記の溝内に絶縁層が延
在しており、この絶縁層が電極層で完全に被覆されてお
り、この電極層が前記の絶縁層中の窓内で前記の活性島
部分と接触しており且つ前記の第１面金体に亙って延在
しており、前記の電極層に平坦な熱だめが接触している
ようにしたことを特徴とする。

本考案半導体装置によれば、最小の電流消費量で大きな
表面輝度の極めて小さな面を経て放射線を放出すること
ができ、半導体本体の寸法を、放射線放出ｐ −ｎ接合
の面よりも著しく大きく容易に処理しうる寸法としうる
という重要な利点が得られる。

更に半導体本体の略々平坦な面を溝のみによって分断し
、上記の平坦面に１個の平坦な冷却部材を接触させるこ
とにより上記の平坦面を容易に冷却することができる。

第２導電型の層の活性部分をその一部で溝により、残部
で第２面によって国威することにより活性部分の良好な
画成が遠戚される。

また溝全体を電気絶縁層で被覆し、電極層を絶縁層上で
溝の内部にも延在しうるようにし、この電極層を分断す
る必要がないようにするのが好適である。

前記の溝は、全表面の下側に延在するｐ −ｎ接合の放
射線放出用島状部分のみを経て電流が流れ、従ってこの
電流を小さくしうるようにする作用をする。

これが為、ある条件の下では溝を完全にｐ −ｎ接合に
至る深さまで延在させずに第２導電型の層の厚さの少く
とも半分の深さまで延在させれば充分であるが、ｐ−ｎ
接合に至る深さまで溝を延在させた方が好適である。

この場合ｐ −ｎ接合は溝により分断され、ｐ −ｎ接
合の放射線放出部分がｐ−ｎ接合の残部から電気的に完
全に絶縁され、ｐ −ｎ接合の放射線放出用島状部分の
みを電流が流れうるようになる。

半導体本体の第２面、すなわち放射線が放出される面は
切断或は腐食により得ることができ、従ってこの第２面
はいかなる配向とすることもできる。

しかしこの第２面は結晶の臂開面とするのが好適である
。

その理由は洗浄により略々完全に平坦な面を、材料を損
失することなく簡単に得ることができる為である。

２本以上の放射線ビームを必要とする多くの場合には、
半導体本体に少くとも２個の前述した活性領域を設け、
これら活性領域をすべて同じ第１面と同じ第２面とに隣
接させることができる。

放射線放出ｐ−ｎ接合を有するいがなる装置も本考案に
よる構造とすることができるが、本考案による特に効率
的な好適例では、基板領域をｎ型ＧａＡｓより戊るプレ
ートを以って構成し、このプレート上にｎ型Ｇａｘ −
ｘＡＩＸＡｓ （０、１＜、 ｘ ＜０ 、７）より戊
るエピタキシアル層を成長させ、第２導電型の層を、前
記のエピタキシアル層上にエピタキシアル成長させたｐ
型Ｇａ＋−ｙＡｌｙＡｓ（０りｙ＜０．５ 、 ’１＜
Ｘ）より威る層と、この層上にエピタキシアル成長させ
たｐ型Ｇａ１−ｍＡｌｍＡＳ（０，ｌ（ｍり０．７．ｙ
＜ｍ）より戊る層と、この後者ρ層上にエピタキシアル
成長させたｐ型ＧａＡｓより戒る層とを以って構成する
。

図面につき本考案を説明する。

図面は線図的なものであり、各部の寸法は必ずしも比例
するものではない。

また図面に示す２つの例で対応する部分には同一符号を
付した。

第１図は非干渉性の電磁放射線を発生する本考案半導体
装置の一例を一部を断面として示す部分的斜視図である
。

本例の半導体装置には、単結晶半導体本体１を設け、こ
の半導体本体１には順方向にバイアスされた際に再結合
放射線を放射しうるｐ −−ｎ接合２を有するダイオー
ドを設ける。

半導体本体１には第１導電型、本例の場合ｎ導電型の基
板領域３を設け、この基板領域３が、この領域および半
導体本体の略々平坦な第１面４に隣接する第２導電型、
本例の場合ｐ導電型の層５と相俟って前記のｐ −ｎ接
合２を形成するようにする。

矢印６で示す再結合放射線はｐ−ｎ接合２に平行な方向
に放出しうる。

基板領域３には金属層７の形態で接続導体を設け、層５
にも電極層８の形態で接続導体を設ける。

本考案によれば第１面４に溝９．１０．１１を設け、こ
の溝９，１０．１１の面４がら層５の厚さ方向にその厚
さの少なくとも大部分に亙り、本例の場合層５の厚さ全
体に亙り延在させ、しかも本例の場合上記溝９，１０．
１１をｐ −ｎ接合２よりも深い位置まで延在させる。

層５の活性部分１２を形威し、この活性部分１２をその
一部で前記の溝９．１０．１１によって、残部で半導体
本体の略々平坦な第２面１３によって国威する。

この第２面１３は第１面４およびｐ −ｎ接合２の双方
を略々直角に交差するものとする。

この場合の第２面１３は結晶の１１０璧開面であり、こ
の面から放射線が矢印６の方向に放出しうる。

本考案によれば、更に溝９゜１０．１１と、第１面４の
少くとも大部分とを本例の場合酸化珪素より威る電気絶
縁層１４で被覆し、この電気絶縁層１４には島状領域１
２上の位置で接点窓１５を設ける。

また電気絶縁層１４を導電性の電極層８で被覆し、この
電極層８を接点窓１５内で層５に隣接させる。

このようにして非干渉性の放射線を発生する半導体装置
が得られ、その半導体本体の寸法は処理しやすい寸法（
本例では３００ Ｘ ３００μ）であり、しかも島状部
分１２．の表面は著しく小さく、本例の場合はんの１０
Ｘ ５０μとりる。

電気、絶縁層１４が存在することにより電流は層５の島
状部分１．２のみを流れる為、・少ない、電流消費量で
表面輝度を大きくすることができる。

更に半導体装置の上側面は略々平坦である為、この半導
体装置を、例えば半田層１８を介して電極層８に連結さ
れた略々平坦な面１７を有する冷却部材（熱だめ）１６
によって容易に冷却することができる。

上記の半田層１８により、第２図に断面で示すように生
じるわずかな中間の空間を充填することができる。

本例においては、溝９，１０．１１を、第２面１３に対
し略々直角に延在する２つの互に略々平行な部分９およ
び１０と、これら溝部分９および１０を連結し、第２面
１３に略々平行に延在する第３の部分１１とを以って構
成する。

かかる溝は容易につくることができる。

しかし原理的には、開放端を第２面１３によって閉じた
Ｕ字状溝を用いることもできる。

本例では、第２面１３に平行な方向における第２導電型
の層５の活性部分１２の寸法は２０μよりも小さい。

本例において放射線放出ダイオードの特に有効な例は、
基板領域３を、厚さが約１００μで不純物添加濃度が約
１０１８原子／ｃｍ３のｎ型ＧａＡＳのプレート３Ａと
、このプレー）３Ａ上にエピタキシアル成長され、厚さ
が約７μで不純物添加濃度が約２・１０１７原子／ｃｒ
ｎ３のｎ型Ｇａ１−ｘＡｌｘＡＳ（０，１ユＸり０．７
）ノエビタキシアル層３Ｂとを以って構威し、ｐ型層５
を、上記のエピタキシアル層３Ｂ上にエピタキシアル成
長され、不純物濃度が約２・１０１７原子／ｃｍ３のｐ
型Ｇａ１−ｙＡｌｙＡＳ（Ｏ＜、ｙ＜０．５；ｙりｘ）
の層５Ａと、この層５Ａ上に成長され、不純物添加濃度
が約２．５−１０１７原子／ｃｍ３で、厚さが約１．５
μのｐ型Ｇａ１ｍＡ１ｍＡｓ（０，１＜ｍ ＜−０，７
； ｙ ＜ｍ）ｃｙ）層５Ｂと、この層５Ｂ上に成長さ
れ、不純物添加濃度が約１０１８原子／ｃｍ３で厚さが
約１．５μのｐ型ＧａＡｓの層５Ｃとを以って構成した
例である。

他の配向を用いることができるが、本例では第１面４に
対して１００の面を、第２面１３に対して１１０の面を
用いた。

１１０面は襞間面として容易に得ることができる。

本考案によれば第１および２図に示す装置を以下のよう
にして造るのが有利である。

出発材料（第３図参照）は厚さが約４００μで不純物添
加濃度が約１０１８原子／ｃｍ”のｎ型ＧａＡｓｔニア
）半導体プレート３Ａとし、既知のように、例えば特に
１９７１年１月に発行された紐誌Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
ｔｈｅ ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅ
ｔｙ第１１８巻第１号第１５０〜１５２頁に記載されて
いる液相エピタキシアル成長法を用いることにより上記
の半導体プレー）３Ａ上に、厚さが７μのｎ型Ｇａ１−
ｘＡＩＸＡＳの層３Ｂと、厚さが１μのｐ型Ｇａ１−ｙ
ＡｌｙＡｓ ｃ７）層５Ａと、厚さが１．５μのｐ型Ｇ
ａ１−ｍＡｌｍＡＳの層５Ｂと、厚さが１．５μのｐ型
ＧａＡｓの層５Ｃとを順次に成長させる。

ただし不純物添加濃度とｘ、ｙおよびｍの値は前述した
通りである。

次に、例えば光耐食マスク（図示せず）を用いてＨ２Ｓ
Ｏ４，Ｈ２Ｏ２およびＨ２Ｏを有する腐食液で腐食をす
ることにより、溝９，１０および１１を設け（第４図参
照）、これら溝をｐ −ｎ接合２を越える深さまで延在
させる（溝１１は第４図の断面図では見えない）。

次に、例えばＳｉＯ２を熱分解堆積することにより、溝
を含む表面全体に亙って厚さが０゜２５μの酸化硅素層
１４を設け、その後に溝９，１０および１１で囲まれた
領域に写真食刻処理を施して酸化珪素層１４に接点窓１
５をあける。

次に上側面全体に電極層８、本例の場合蒸着その他の方
法で設けた金属層を被着する。

しかしある場合には例えば容易に導電性としうる多結晶
珪素を上記の金属層の代りに用いることもできる。

層８は接点窓１５内でのみｐ型層５Ｃとオーム接点を形
成するようにするのが好適である。

また研摩および／または腐食により、プレー）３Ａの全
体の厚さを約１００μとなるまで減少させ、電極層７、
例えばプレー）３Ａとオーム接点を形成するのが好適な
金属層を下側面に設ける。

プレー）３Ａの厚さの減少および金属層７のこれら工程
は処理中の適当に選択したいかなる時にも行なうことが
できる。

以上のようにして第６図に示す構造のものが得られる。

最後に、プレートを１１０面に応じて滑９および１０に
直角に襞間する。

これにより第１図に示す装置が得られ、この装置に例え
ば第２図に示すように冷却部材１６を設ける。

例えば第７図に示すように、上述した装置を２個以上同
時に造ることができる。

この第７図は第６図に示す工程に相当する構造を示す平
面図であり、この場合溝９および１０に直角に２つの溝
１１Ａおよび１１ Ｂを設ける。

この第７図のものを襞間面Ｓ−５に沿うて襞間すること
により、この襞間面の両側に２つの同様な装置が得られ
る。

上述した装置はｐ −ｎ接合２を順方向にバイアスする
と非干渉性の再結合放射線を放出しうる。

しかし可干渉性の放射線（レーザ放射線）は上述した装
置によって放出させることができない。

その理由は、可干渉性の放射線を発生させるのに必要な
共鳴空胴がない為である（ｐ−ｎ接合に直角な襞間面は
ただ１個であり、その反対側では島状領域が溝１１で画
成されており、この溝１１の壁部は一般にｐ −ｎ接合
に対し直角ではない）。

上述した例では層５をエピタキシアル層としたが、例え
ばｎ型ＧａＡｓ基板に亜鉛を拡散することにより得た拡
散層を用いることもできる。

本考案は上述した例のみに限定されず種々に変更しうろ
こと勿論である。

例えば、上述した例で用いた半導体材料とは異なる半導
体材料、例えばＳｉ。

Ｇｅ 、ＧａＰを用いることができる。

また前述した導電型を反対の導電型とすることができ、
溝の配置、形状および深さを変えることができる。

また装置の放射線を放出する面に非反射層を設けること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案半導体装置の一例を一部を断面で示す斜
視図、第２図は冷却部材を設けた第１図の装置の線図的
断面図、第３〜６図は第１図の装置の順次の製造工程を
示す線図的断面図、第７図は第６図に示す製造工程にお
ける第１図の装置の平面図である。 １・・・・・・半導体本体、２・・・・・・ｐ −ｎ接
合、３・・・・・・基板領域、４・・・・・・１の第１
面、５・・・・・・Ｐ導電型層、６・・・・・・再結合
放射線、７・・・・・・金属層、８・・・・・・電極層
、９，１０，１１ 。 １１ Ａ、１１ Ｂ・・・・・・溝、１２・・・・・・
活性部分（島状領域）、１３・・・・・・１の第２面、
１４・・・・・・電気絶縁層、１５・・・・・・接点窓
、１６・・・・・・冷却部材、１８・・・・・・半田層
。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 接点を設けた第１導電型の半導体基板と、該半導体基板
   とでエレクトロルミネッセンス作用を有するｐ −ｎ接
   合を形成する第２導電型の半導体層とを具え、非干渉性
   の放射を発生する半導体装置であって、前記の半導体層
   が前記のｐ −ｎ接合に対し平行な第１面と、前記のｐ
   −ｎ接合に対し垂直な第２面とを有し、前記の第２面
   から放射を生ぜしせるようにした半導体装置において、
   前記の半導体層が、前記の第１面内で前記の半導体層を
   貫通して延在する３つの溝と、前記の第２面とによって
   国威された活性島部分を有し、前記の溝の２つを前記の
   第２面に対し垂直とし、残りの１つの溝を前記の第２面
   に対し平行とし、前記の半導体層が更に前記の活性島部
   分および前記の溝の外部に不活性領域を有しており、前
   記の活性島部分の一部分上で前記の第１面上にまた前記
   の不活性領域上に且つ前記の溝内に絶縁層が延在してお
   り、この絶縁層が電極層で完全に被覆されており、この
   電極層が前記の絶縁層中の窓内で前記の活性島部分と接
   触しており且つ前記の第１面金体に互って延在しており
   、前記の電極層に平坦な熱だめが接触しているようにし
   たことを特徴とする半導体装置。