TW451429B - Opto-electronic semiconductor device and its production method - Google Patents

Description

5ί 42 a Α7 Β7 五、發明説明（，） 本發明傜目|於一種光半導體元件，其中導電性III-V-半導體基體之第一主面至少配置一種有功能之光半導體 結構，此種有功能之光電半導體結構在電性上是與III-V-半導體基體之面對第一主面的第二主面互相絶緣。 一種這樣之半導體元件例如在Pranklin S. Harris S. Λ

Harris, Jr., Applied Optics, V ο 1 * 27, No, 15»第 3141 頁中已為人所知，此處描逑一種光電二極體-陣列，其 中在所謂半絶緣之GaAs-基體上以單石方式將多個AlGaAs /Ga As電二極體進行積體化。 此夕卜，由 G, Muller, M* Honsberg, Journal of Optical Communications 6 ( 1985), June No.Berlin, Germany,第 42頁中已知有一 _MCRW(Metal Clad Ridge liaveguidd雷射結構，其是塗佈在半絶緣之GaAs基體上 一... .- 。此種半絶緣之Ga As基體在這裡之作用是將多値單石式 積體化於此基體上之組件在電性上互相絶_。 半絶緣之基皚的絶緣作用是藉深（deep)的晶格缺陷位 準的加入（例如，在GaAs基體中之Cr或C以及InP基體中 之Fe)來達成，但在III-卜晶髏柵格中此種摻雜f質之 加入會在製造程序中及在操縱過程中都帶來一連串之困 難。因此，將此種摻雜物質均勻地加入III-V-晶體柵格 中是非常困難的，其中在半絶緣基體之整面上實現均勻 之絶緣作用會受到極大之妨礙。利用半絶緣基體製造半 導體組件時之生産效益和在導電性GaAs基體上製造半導 體組件比較時因此是非常小的。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210X297公釐） ：----— Lcv^.------IT------ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ^429 A7 B7

^銪委β明示，本案ΐϊ正找是石變交原^贸内容 .經濟部令央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（> ) 半絶綵之半導驩基體的另一問題是*·其絶緣作用在適 度之溫度升高時可大大地降低，這是因為在半導體晶體 中可産生自由電荷載體。 本發明之目的是發展一種本文開頭所述技轻之光電半 導體元件，其中介於有功能之半導體結構和III-V-半導 髏基體之第二主面之間的電性絶緣待性只會受到盡可能 小之波動，且在平常操作光電半導瞪組件産生溫度升高 時，例如特別是在功率半導體以及動力車輔（周圍溫度 變動）中所造成者，其電性絶緣作用仍然足夠大。 此目的傜藉具有申請專利範圍第1項之特徵的光甯半 導體元件來達成。本發明之半導體元件的其它有利形式 和較佳實施形式刖敘述在申請專利範圔第2至第8項中 。本發明之半導體元件的較佳製造方法則敘述在申請專 利範圍第9項中。 依據本發明，在本文開頭所述技藝之光電半導體元件 中，在有功能之半導體結構和ui-v-半導體基體之間至 少配置一層電性絕緣之氧化層。這樣所具有之特殊優點 是：不必使用昂貴之待製造的半絕緣基體，而是可使用 一種以極爲簡易之方式即可製成且成本非常有利的導電 性基體。有功能之半導體結構與ET-V-半導體基體之第 二主面之間的電性絕緣係採用電性絕緣之氧化層" 在本發明之半導體元件的其它較佳形式中設有導電性 III-V-半導體基體，其在室溫時之電荷載體濃度大於 lxi015cn·3。當導電性III-V-半導體在室溫（卽.大約 2 0 C )時具有1 X 1 〇 16 c m"3和1 X 1 0 13 c nr3之電荷載體濃 本紙張尺度適用中画國家標準（CNS > A4规格（2丨〇><297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂_ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3 ) 度是特別有利的。此種傳統ΙΠ-卜半導體組件所用之 III-V-半導體基體以很大之交貨件數方式來製造，因此 在成本上很有利。 在本發明之半導體元件的有利組態中，在摻雜之III -V-半導體基體之第一主面上沈積或形成一層電性絶緣 之氣.化層，特別是A 1 As -氧化層。在此氧化層上配置此 種有功能之半導體結構。 在本發明之半導體元件的另一較佳形式中，至少二個 單石基體式有功能之半導體結構配置於導電性III-V-半 導體基體。以此方式，則可在單一之III-V-半導體基體 上簡易地製成一種由多個III-V -半導體組件（有功能之 半導體結構）所構成之體積電路配置。 在本發明之半導體元件的有利實施形式中，至少二個 不同形式之單石積體式有功能之半導體結構偽設置在單 一之導電性III-V-半導體基體上。 在本發明之半導體元件的較佳製造方法中，首先在預 製之導電性摻雜的III-V-半導體基體上製造電性絶緣之 氣化層，在此氣化層上然後沈積由至少一有功能之半導 體結構所構成之活性層条統。隨後沿箸有功能之半導體 結構至電性絶緣氣化層之間的分割線藉此活性層糸統之 切割（例如，切割式蝕刻或切鋸）來製造電性互相絶緣之 有功能的半導體結構。這些半導體結構當然隨後可藉接 觸金靥層進行電性上之互相連接，且亦可能連接至配置 於外部之其它組件上。若不將此活性層糸統切割，則當 -5 - 本紙張尺度適用中國阄rNS M4規格（210X297公釐> . 广裝-- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 5 4 142 9 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（4 然亦可設置一些可將這些有功能之半導體結構互相電性 絶緣之分離擴散區。因此在有功能之半導體結構之間須 另外將摻雜物質植入活性層糸統中。此種分離擴散區在 半導體技術中己為人所知，因此在這裡不再詳述。 本發明之半導體元件以下將依據與第1圖和第2圖之 實施例作詳細說明。圖式簡單説明如下： 第1圖為本發明之半導體元件第一實施例的切面圖。 第2圖為本發明之半導體元件第二實施例的切面圖。 在第1臛之有功能的半導體結構1中，其傜與MCRV-雷射結構9有關。雷射結構9塗佈於層序列上，層序列 由Iil-V-半導體基體3和沈稹於其上或形成於其上之電 性絶緣氣化層6所構成。III-V -半導體基體3例如由η-摻雜之GaAs所製成，電性絶緣氣化層8例如由ΑΊ As-氣 化物所構成。若不使用氣化層6,則亦可使用其它適當 之電性絶緣層。. 在面對III-V-半導體基體3之第一主面11(這是第一 摻雜之III-V-半導體層所沈積之面）的第二主面12上沈 積一種例如由Cr/In構成的金屬層13,其例如可用於將 半導體元件焊接於由銅所製成之吸熱M (heat sink)上 。在通常用於III-V -半導體之半導體技術中所使用之摻 雜物質可用作III-V-半導體基體3之摻雜物質。因此在 這裡不再詳述。 在電性绝緣層6上例如或MBE來沈積MCRW-雷 射結構9之有功能的半導體；由電性絶緣氧化 -6 - 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS ) A4*Jt格（210X297公釐） \ly.'\ ； V.· S 裝 訂 --.^- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

45"2 9 A7 B7 五、發明説明（r ) 層6開始而由n+ -摻雜之Ga As-層14, η-摻雜之 層15,活性層16(由未摻雜之GaAs或活性層序列 所構成），P -摻雜之GaAlAs -層17和P+ -摻雜之GaAs -層取# 所構成。n+ -摻雜之GaAs-層14例如設有由AuGe/iU/Au 構成的η -接觸區19; p -摻雜之GaAlAs -層17以及p+ -摻 雜之GaAs -層18設有P -接觸金屬層20,其例如由Cr*/Au-,Cr/Pt/Au_, Ti/Pt/Au-或Ti/Au-層序列所構成。此種 半導體結構1和傳統之已為此行專家所知之HCRW -雷射 有闊，因此在這裡不必再詳述。 在m-v-半導體基體3上當然亦可依據多_MCRy-雷射 結構9之第一實施例來形成電性絶緣氧化層6,其中各 雷射結構9是互相電性絶緣的。此處所稱之電性絶緣特 別是指經由基體之電性絶緣。各MCRW-雷射結構當然可 經由金屬層軌道而互相連接。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 電導 光之 中一 其單 ，在 例佈 施塗 實10 的構 件結 元體 體極 導二 半電 之光 明個 發多 本之 示 8 顯列 圖陣 2 體 第極 二 經濟部中央標準局負工消費合作社印裝 層 3 3 化 體體氣 基基之 體體緣 導導絶 半半性 V-V-電 _ _ 1L _—_ 1—i 置 I I E I I S 性性間 電電之 構 結 體 極二 光 在 ο 上 aA氣 G I K- S 之 A 雜 A 摻由 ΙΊ-如 由例 如其 例 ， 'ί 其 導¾)構 和 物 考 奪 t ο 精 t ii s ri t a ΙβίΓ G 光之 。雜 成摻 極 層 構 結1’ 體？ 由 而之 始雜 開摻 - 6 P 層和 b 2 /Ί 2 氧層 緣S-%aA «ϊa 性； S 由 之 雜 摻 下 12如 層 T法 As製 A1之 構 結 0 6B 極二 8 光 之 0 分 相 互 個 各 ο 成 構 所 蝕 0 如 例 線 離 分 之 設 預 著 沿 列 序 層 値 各 由 如 例 有 設 側 内 之 4 2 槽 溝 刻 蝕 ο 離 分 而 4 2 槽 溝 UU 亥 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) A7 B7 V5? 42 9 五、發明説明（知） 構成的絶緣層25,其上再沈積一層金靥層26,各先電二 極體結構10可經由金屬層26而互相串聯連接。 在此種半導髏元件中，其亦與傳統之已為此行專家所 熟知之半導體組件有關，因此在這裡不再詳述。 在本發明之半導體元件中，當然可以不使用在實施例 中所述之由GaAs所構成的III -V -半導體基體，而是可依 據即將塗佈在基體上之有功能的半導體結構而使用每一 種其它III-V -半導體材料。當然同樣亦能以P -導電方式 溝成，此時電性絶綠氣層須相對應地進行諝整。 導電性III-V-半導體基體相對於半絶緣之基體所具有 之優點是：晶體培植方法特別容易控制。這樣可産生均 勻之晶圓，其摻雜物質（通常是Si)會顯現較小之擴散效 應。 有利的是在摻雜之III -卜半導體基體3和活性磊晶靥 条統（有功能之半導體結構U之間的電性絶線層6是一種 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 例 施 實 値 二 此 於 用 適 程 過 染 污 之 確 標 巨 間 期 晶 磊0 可 用 層作 晶化 磊氣 S-之 1A層 A I 71 s 之 A 化Al 氣 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 進 苌 S 芽 A 程AI 過層 晶 一 磊長 之生 段上 階 3 2 體 藉基 或體 在 先 首 中 其 行 導 半 接： Ο 化 氣 中 氣 空 在 後 然 靥 統 条 層 晶 磊 性 活 —1 種 此 長 生 層 處 之已 化之 氣成 未製 仍藉 在後 積然 '沈用 丁作 亦化 樣氧 同之 統層 集S-層1A 晶A 磊> 性 活 As種 A1此 在但 箸 上 靥 晶 磊 切 之 圓 晶 作 化 氣 之 望 害" 分所 .二 件 ί 組達 藉靥 c丨二 J 種 S 此IA A 行 Γ.! oo « ^ -S常 來I 通 用， 作面 b i 彳之0 ^ 9露 &裸 ¾而 理 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2I0X297公爱> 4 5 Μ 2 9 Α7 Β7 五、發明説明（） 用。 當然本發明亦可設計如下：將各種形式之有功能的半 導體結構（例如光電二極體，發光二極體，電晶體等等） 配置在單一之導電性III-V-半導體基體上。 主要元件符號元件說明： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製_ 1 半導體結構 3 半導體基體 6 氧化層 8 光電二極體陣列 9 MCRW-雷射結構 10 光電二極體結構 12 第二主面 13 金屬層 14,18 GaAs-層 15,17 GaAlAs -層 16 活性層 19 η -接觸區 20 _ρ-接觸金屬層 21,22 G a A s -層 23 GaGaAs -層 24 蝕刻溝槽 25 絕緣層 26 金屬層 -9- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .v 訂 本紙張X度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 第86113267號”光電半導體元件及其製造方法” • (88年12月修正） 煩 諸 委 C·' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1.—種光電半導體元件，其中III-V-半導體基體（3)之 第一主面配置至少一有功能之光電半導體結構（1),此 一有功能之半導體结構（1)在電性上與III-V-半導體 基體（3)之面對第一主面（11)的第二主面（12)互相絕 緣，其特徵為： III-V-半導體基體（3)是導電性的，在•有功能之光 ☆ 電半導體結構（1)和ΙΙΙ-ν-半導體基體（3)之間至少 ί 4' 設有一層電性絕緣之氧化_ (6 )。 ί 2.如申請專利範圍第1項之光電半導體元件，其中導電 y 性III-卜半導體基體（3)在室溫畤之電荷載體濃度大 $ 於 1 X 1 0 15 c nr3。 r g 3.如申請專利範圍第1項之光電半導體元件，其中導電 r. ^ 性III-V-半導體基體（3)在室溫時之電荷載體濃度是 I 介於 1 X 1 0 16 C DT3 和 1 X 1 〇 B C ΠΓ3之間。 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印製 i 4.如申請專利範圍第1至第3項中任一項之光電半導體 元件，其中在III-1半導體基體（3)和有功能之半導 體結構（1)之間配置一層A1 As—氧化曆。 5. 如申請專利範圍第1至第3項中任一項之光電半導體 元件，其中設有MCRW-雷射結構（9)作為有功能之半 導體結構（1 )。 6. 如申請専利範圍第4項之光電半導體元件，其中設有 MCRW-雷射结構（9)作為有功能之半導體結構（1)。 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS > Α4%格（210Χ297公釐） 45“29 A8 B8 C8 D8 t、申請專利乾圍 7. 如申請專利範圍第1至第3項中任一項之光電半導體 元件，其中設有光電二極體結構（10)作為有功能之半 導體结構（1),光電二極體结構（10)構成光電二極體 陣列（8 )。 8. 如申請專利範圍第4項之光電半導體元件，其中設有 光電二極體結構（10)作為有功能之半導體结構（1),光 電二極體結構（10)構成光電二極體陣列（8)。 9. 如申請専利範圍第1至第3項中任一項之.光電半導體 元件，其中至少二個單石積體式有功能之半導體结構 (1)係設置在導電性III-V-半導體基體（3)上，在每 一有功能之半導體结構（1)和導電性III-V-半導體基 體（3)之間至少配置一層電性絕緣之氧化層（6)。 10. 如申請專利範圍第4項之光電半導體元件，其中至少 二個單石積體式有功能之半導體结構（1)係設置在導 電性III-V-半導體基體（3)上，在每一有功能之半導 體结構（1)和専電性III-V-半等體基體（3)之間至少 配置一層電性絕緣之氧化曆（6)。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 11. 如申請専利範圍第4項之光電半導體元件，其中至少 二個不同形式之單石積體式有功能之半導體結構（1) 係設置在導電性III-V-半導體基體（3)上。 12. 如申請專利範圍第10項之光電半導體元件，其中至少 二個不同胗式之單石稹體式有功能之半導體结構 （1) 係設置在導電性III-V-半導體基體（3)上。 -2 - 木紙ftXJta川中國國家榡準（CMS ) A4規格（210X297公釐） 4 5!429 A8 Βδ C8 D8 ττ、申請專利乾圍 13.—種光電半導體元件之製造方法，此種光電半導體 元件是指申請専利範圍第1至12項中任一項所述者， 此方法之特徵為Κ下步驟： a) 製造導電性III-卜半導體基體（3)， ,· b) 在III-V-半導體基體（3)上沉積或形成電性絕 緣之氧化曆（6), c) 於電性絕緣之氧化層（6)上沉積一種活性之層 % m , d) 沿著有功能之半導體结構之間的分割’線將活性 之層系统切割至電性闼緣之氧化層（6) K便製 造至少二個電性互相絕緣之有功能的半導體结 構⑴ 。 (請先閲讀背面之注$項再填窝本頁) -裝· 經濟部t央禚準局員工消费合作社印製 3 本紙張尺度適用中國囤家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐）