TWI659584B - 半導體裝置及半導體裝置之製造方法 - Google Patents

半導體裝置及半導體裝置之製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明係關於一種半導體裝置，包括：基板；活性層，設置於基板上；被覆層，設置於活性層上；接觸層，設置於被覆層上，具有：上面；與上面相對側的面的裏面以及聯繫上面及裏面的側面，較被覆層寬度更寬；以及電極，與接觸層的上面，及接觸層的側面的上端至下端接觸。

Description

半導體裝置及半導體裝置之製造方法
本發明關於一種半導體裝置及半導體裝置之製造方法。
專利文獻1中，揭示包括：設置於半導体基板上的活性層；設置於活性層上的被覆層以及設置於被覆層上具有接觸層的脊的半導體雷射元件。此半導體雷射元件，被覆層的側面被絕緣膜覆蓋。此外，接觸層連接電極。絕緣膜在脊的厚度方向，其端部位於接觸層的上面及下面之間。藉由此種構成，被覆層的側面可藉由絕緣膜完全地覆蓋。此外，可於接觸層的上面的全部區域連接電極。因此，可提供兼具接觸電阻及熱電阻的降低及高可靠度的半導體雷射元件。
【先前技術文獻】
專利文獻
專利文獻1：日本特開第2004-104073號公報
作為光半導體元件，例如有半導體雷射等半導體 發光元件，光二極體等半導體收光元件，或組合發光及收光的半導體光調變器等。一般而言，此等光半導體元件係作為光通訊用光源或訊息處理設備用光源使用。因此，要求光半導體元件的光通訊的高速化。
為了資料傳送速度的高速化，考慮減少光半導體元件的脊寬，降低寄生電容。在此，專利文獻1中，於接觸層的上面的全部區域連接電極。此時，為了防止接觸電阻的增加，即使當減少脊寬時仍必須維持接觸層的上面的面積。因此，當減少脊寬時，使接觸層當中從脊的上面伸出的部分變長。因此，光半導體元件的構造有可能不穩定化。
此外，專利文獻1中係藉由濕式蝕刻形成倒台地形狀(inverse-mesa)的接觸層。此時，例如若接觸層當中從脊的上面伸出的部分的長度變成2倍，推測發生接觸層厚必須變成2倍。因此，使接觸層磊晶成長的磊晶裝置的生產能力有可能降低1/2。再者，由於接觸層厚變大，推測在接觸層的基底部位產生應力集中。因此，有可靠度降低的疑慮。由上述，專利文獻1的構造，隨著高速化可能難以降低接觸電阻。
本發明係為了解決上述問題而完成者，其目的係獲得一種可兼具接觸電阻及熱電阻的降低以及高可靠度的半導體裝置以及半導體裝置之製造方法。
本申請案的發明相關的半導體裝置，包括：基板；活性層，設置於該基板上；被覆層，設置於該活性層上；接觸層，設置於該被覆層上，具有：上面；與該上面相對側的面的 裏面以及聯繫該上面及該裏面的側面，較該被覆層寬度更寬；以及電極，與該接觸層的該上面，及該接觸層的該側面的上端至下端接觸。
本申請案的發明相關的半導體裝置之製造方法，係包括：於基板上形成活性層的步驟；於該活性層上形成被覆層的步驟；於該被覆層上，形成具有：上面，與該上面相對側的面的裏面以及聯繫該上面及該裏面的側面，較該被覆層寬度更寬的接觸層的步驟；以及以與該接觸層的該上面，該側面及該裏面接觸的方式，藉由無電解鍍覆形成電極的步驟。
本申請案的發明相關的半導體裝置，係電極覆蓋接觸層的上面以及側面的從上端至下端。因此，相較於電極設置於接觸層的上面的情形，可擴大電極與接觸層的接觸面積。因此，可降低接觸電阻及熱電阻。此外，由於即使從脊的上面伸出的部分變長，仍可擴大電極與接觸層的接觸面積，故可防止半導體裝置的構造的不穩定化。因此，可兼具接觸電阻及熱電阻的降低以及高可靠度。
本申請案的發明相關的半導體裝置之製造方法係藉由無電解鍍覆，以與接觸層的上面，側面及裏面接觸的方式設置電極。因此，相較於電極設置於接觸層的上面的情形，可擴大電極與接觸層的接觸面積。因此，可降低接觸電阻及熱電阻。此外，由於即使從脊的上面伸出的部分變長，仍可擴大電極與接觸層的接觸面積，故可防止半導體裝置的構造的不穩定化。因此，可兼具接觸電阻及熱電阻的降低以及高可靠度。
100、200、300、400‧‧‧半導體裝置
10‧‧‧基板
12‧‧‧活性層
14‧‧‧被覆層
15‧‧‧脊
16‧‧‧絕緣膜
16a‧‧‧開口
18‧‧‧上面
20‧‧‧接觸層
20a‧‧‧伸出部
22‧‧‧裏面
24‧‧‧上面
26‧‧‧側面
28、228‧‧‧電極
第1圖係實施形態1相關的半導體裝置的剖面圖。
第2圖係說明實施形態1相關的半導體裝置之製造方法的剖面圖。
第3圖係表示使被覆層的上面露出的狀態的剖面圖。
第4圖係表示形成接觸層的狀態的剖面圖。
第5圖係實施形態2相關的半導體裝置的剖面圖。
第6圖係第1比較例相關的半導體裝置的剖面圖。
第7圖係第2比較例相關的半導體裝置的剖面圖。
關於本發明的實施形態相關的半導體裝置及半導體裝置之製造方法，參照圖示加以說明。相同或對應的構成元件標以相同的符號，而有省略重複說明的情形。
實施形態1.
第1圖係實施形態1相關的半導體裝置100的剖面圖。半導體裝置100係光半導體元件。半導體裝置100例如是半導體光調變器的調變器部。半導體裝置100包括基板10。基板10例如由n-InP所形成。
於基板10上設置活性層12。活性層12例如由i-InGaAsP所形成。半導體光調變器中，活性層12吸收由雷射部發射出的光。活性層12吸收施加電壓時藉由史塔克效應(Stark effect)自雷射部發射出的光。半導體裝置100為直接調變方式的調變器部。半導體裝置100在光通訊系統中調節光信 號的強弱。
於活性層12上設置被覆層14。被覆層14例如由p-InP所形成。被覆層14較基板10及活性層12寬度更窄。半導體裝置100具有脊15。脊15由被覆層14所構成。活性層12當中設置有脊15的部分成為半導體裝置100的發光區域。脊15設定為發光區域。脊15沿著作為光的傳播方向的光軸方向設置成條狀。脊15的寬度例如為2μm。
被覆層14的側面覆蓋有絕緣膜16。絕緣膜16例如由SiO2所形成。絕緣膜16的上端設置與被覆層14的上面18相同高度。此外，絕緣膜16覆蓋活性層12的上面當中未設置有被覆層14的部分。
於被覆層14上設置接觸層20。接觸層20例如由p-InGaAs所形成。接觸層20係以Zn摻雜而成的p型的層。接觸層20具有：上面24，與上面24相對側的面的裏面22以及聯繫上面24及裏面22的側面26。側面26沿著光軸延伸。接觸層20較被覆層14寬度更寬。接觸層20具有從被覆層14的上面18伸出的伸出部20a。伸出部20a在與光軸垂直的方向伸出。此外，伸出部20a在與基板10的上面平行的方向伸出。
本實施形態中，接觸層20係剖面為矩形。接觸層20的裏面22的寬度較被覆層14的上面18的寬度更寬。此外，接觸層20的裏面22為平坦，與基板10的上面平行。接觸層20的厚度例如為1μm。
接觸層20連接電極28。電極28例如由Ti及Au所形成。電極28係積層Ti及Au。電極28與接觸層20的上 面24接觸。再者，電極28與接觸層20的側面26的上端至下端接觸。電極28係與接觸層20的上面24的全部面以及接觸層20的側面26的全部面接觸。
接著，說明半導體裝置100之製造方法。第2圖係說明實施形態1相關的半導體裝置100之製造方法的剖面圖。首先，於基板10上形成活性層12。活性層12於基板10的上面使用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法成長。接著，於活性層12上形成被覆層14。被覆層14於活性層12的上面使用MOCVD法成長。
接著，形成脊15。脊15係藉由在被覆層成長後，使用乾式蝕刻法去除一部份被覆層14獲得。乾式蝕刻係使用SiCl4及Ar的混合氣體進行。
接著，如第2圖所示形成絕緣膜16。絕緣膜16係使用電漿CVD(Chemical Vapor Deposition)法成膜。絕緣膜16以覆蓋被覆層14的上面18及側面以及活性層12的上面的方式形成。
接著，藉由轉印處理於絕緣膜16形成開口。開口露出被覆層14的上面18的全部面。第3圖係表示被覆層14的上面18露出狀態的剖面圖。轉印處理係首先於絕緣膜16上形成光阻。接著，在光阻當中設置在被覆層14上的部分形成開口。接著，以光阻作為遮罩，進行乾式蝕刻。乾式蝕刻使用SF6氣體進行。藉此，選擇性地去除絕緣膜16當中設置在被覆層14的上面18的部分。由上述，於絕緣膜16形成開口16a。
接著，於被覆層14上形成接觸層20。第4圖係表 示形成接觸層20的狀態的剖面圖。在此，在透過開口16a所露出的被覆層14的上面18，使用MOCVD法選擇性地成長接觸層20。選擇性成長係將絕緣膜16作為遮罩使用。
此時，以使伸出部20a形成的方式，調節成長時間。由於成長時間變長，使伸出部20a形成。此外，作為伸出部20a的形成方法，亦可使用於橫方向使結晶成長的ELO(Epitaxial Lateral Overgrowth)。此外，由於形成用以支撐在被覆層14兩側的伸出部20a的遮罩，亦可在遮罩上形成接觸層20。
接著，形成電極28。電極28藉由蒸附剝離法而形成。電極28以覆蓋接觸層20的上面24及側面26的上端至下端的方式形成。接著，加熱電極28，與接觸層20熱反應。電極28例如在400℃加熱。其結果係在電極28與接觸層20之間形成歐姆接合。由上述，形成半導體裝置100。
接著，說明本實施形態的效果。本實施形態係電極28覆蓋接觸層20的上面24及側面26的上端至下端。因此，相較於電極28僅設置於接觸層20的上面24的情況，可擴大電極28與接觸層20的接觸面積。因此，可降低作為接觸層20與電極28之間的電阻的接觸電阻。因此，可降低半導體裝置100的阻抗。此外，可降低接觸層20與電極28之間的熱電阻。
此外，考慮到為了降低光半導體元件的寄生電容而減少脊寬。此時，由於採用本實施形態的構造，即使縮小脊15的寬度，仍可確保電極28與接觸層20的接觸面積為大。因此，為了防止接觸電阻的增加，亦可不用將伸出部20a變長。 因此，可防止半導體裝置100的構造的不穩定化，可提升可靠度。
本實施形態係不損及可靠度的方式避免不穩定的構造，同時降低接觸電阻，再者半導體裝置100可高速響應。因此，搭載有半導體裝置100的光通訊系統可穩定地高速化。
具體說明此等的效果。一般而言，由於接觸層的載體濃度升高可降低接觸電阻率。但是，一般而言僅將載體濃度的高濃度化，接觸電阻率的降低有其限度。因此，考慮到使電極與接觸層的接觸面積增加能降低接觸電阻。作為此目的的手段，係使接觸層的上面的面積增大。
第6圖係第1比較例相關的半導體裝置300的剖面圖。作為第1比較例，考慮通常在光通訊可使用的脊型雷射。此外，第7圖係第2比較例相關的半導體裝置400的剖面圖。第2比較例係可藉由濕式蝕刻形成倒台地形狀的接觸層20。第1及第2比較例係僅在接觸層20的上面24設置電極28。第1及第2比較例中，脊15的寬度為2μm，接觸層20的厚度為1μm。此外，半導體裝置400中，與接觸層20的電極28連接的寬度為4μm。半導體裝置400中，於接觸層20的兩側，設置有自脊15伸出的伸出部20a。與光軸垂直，在與基板10的上面平行的方向上伸出部20a的長度為1μm。
第2比較例相較於僅在接觸層20的上面24設置電極且未設置有伸出部20a的第1比較例，接觸層20與電極28的接觸面積可成為2倍。因此，接觸電阻可成為未設置有伸出部20a的情形的1/2。
相對於此，本實施形態係接觸層20的側面26亦與電極28接觸。因此，當脊15的寬度為2μm，接觸層20的厚度為1μm，接觸層20的寬度為4μm時，接觸層20與電極28的接觸寬度為6μm。因此，相較於第1比較例，接觸電阻可成為1/3。
第2比較例中，若為了獲得與本實施形態同樣的效果，伸出部20a的長度必須為2μm。此時，構造可能不穩定化。此外，伸出部20a以濕式蝕刻而形成時，由於伸出部20a變長，而有形成接觸層20必須變厚的情形。因此，磊晶裝置的生產能力可能降低。
接著，脊15的寬度窄至1μm。本實施形態中，伸出部20a的長度維持1μm時，接觸層20的寬度成為3μm。如此一來，接觸層20與電極28的接觸寬度成為5μm。因此，相較於第1比較例，接觸電阻為2/5，藉由脊15的寬度減半可獲得寄生電容的減半效果。此外，即使相較於第2比較例，接觸電阻成為4/5，並可獲得寄生電容減半效果。此效果即使伸出部20a未變長亦可獲得。因此，相較於第1及第2比較例，可同時提升半導體裝置100的性能及可靠度。
此外，本實施形態係使用MOCVD法或ELO形成接觸層20。根據此製造方法，可獲得裏面22為平坦的接觸層20。即，可獲得裏面22的寬度較被覆層14的上面18的寬度更寬的矩形的接觸層20。在此，根據此製造方法，即使接觸層20未變厚，仍可形成長的伸出部20a。因此，可防止因接觸層20變厚而造成的對於接觸層20的基底部位的應力集中。因 此，可提升半導體裝置100的可靠度。再者，可防止由於形成厚的接觸層20而造成的製造裝置的生產能力降低。
此外，絕緣膜16的上端設置在與被覆層14的上面18相同高度。此時，被覆層14的側面全面覆蓋絕緣膜16。因此，可保護半導體層免於電極28的材料的擴散等。因此，可提升半導體裝置100的可靠度。
本實施形態的半導體裝置100為調變器部。但不以此為限，半導體裝置100亦可為半導體雷射或光二極體。此外，本實施形態係脊15由被覆層14所構成。但不以此為限，脊15亦可包含活性層12。
此外，本實施形態係接觸層20剖面為矩形。但不以此為限，接觸層20亦可較被覆層14寬度更寬。作為接觸層20的剖面形狀，可採用各種多角形。此外，接觸層20的上面24，裏面22及側面26亦可包含曲面。
電極28係與接觸層20的上面24的全部面，接觸層20的側面26的全部面接觸。但不以此為限，電極28亦可與接觸層20的上面24，及側面26的上端至下端接觸，亦可接觸層20的一部份從電極28露出。
此等變形可適當應用於以下的實施形態相關的半導體裝置及半導體裝置之製造方法。且，由於關於以下的實施形態相關的半導體裝置及半導體裝置之製造方法，與實施形態1的共通點多，以與實施形態1相異點為中心說明。
實施形態2.
第5圖係實施形態2相關的半導體裝置200的剖面圖。半導體裝置200係電極228的構造與實施形態1相異。其他構造與實施形態1相同。電極228例如由Cr及Au所形成。電極28係積層Cr及Au。
電極228與接觸層20的裏面22接觸。電極228係與接觸層20的裏面22當中，從絕緣膜16及被覆層14露出的部分的全部面接觸。
接著，說明半導體裝置200之製造方法。至形成接觸層20的步驟為止與實施形態1相同。接著，形成電極228。電極228當中，Cr藉由無電解鍍覆形成。電極228以與接觸層20的上面24，側面26及裏面22接觸的方式形成。
本實施形態係伸出部20a的下部亦與電極228接觸。因此，較實施形態1接觸面積可更大。
例如，脊15的寬度為2μm，接觸層20的厚度為1μm，接觸層20的寬度為4μm，絕緣膜16當中覆蓋被覆層14的側面的部分的厚度為0.5μm。在與光軸垂直，與基板10的上面平行的方向上伸出部的長度為1μm。在此，伸出部20a的長度係接觸層20當中相對於被覆層14突出部分的長度。
此時，接觸層20與電極228的接觸寬度為7μm。因此，相較於僅在接觸層的上面設置電極且未設置伸出部的情況，接觸電阻可為2/7。
此外，由於藉由無電解鍍覆形成電極228，相較於蒸附剝離或濺鍍，接觸層20的裏面22可確實地以電極228覆蓋。
本實施形態係電極228與接觸層20的裏面22當 中從絕緣膜16及被覆層14露出的部分的全部面接觸。但不以此為限，電極228亦可接觸層20的裏面22當中從絕緣膜16及被覆層14露出部分的一部份接觸。且，各實施形態說明的技術特徵亦可適當組合使用。

Claims (8)

  1. 一種半導體裝置，包括：基板；活性層，設置於上述基板上；被覆層，設置於上述活性層上；接觸層，設置於上述被覆層上，且具有：上面；與上述上面相對側的面的裏面；以及聯繫上述上面及上述裏面的側面，且上述接觸層較上述被覆層寬度更寬；電極，與上述接觸層的上述上面，及上述接觸層的上述側面的上端至下端接觸。
  2. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，上述電極與上述接觸層的上述上面的全部面，以及與上述接觸層的上述側面的全部面接觸。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項之半導體裝置，其中，更包括：覆蓋上述被覆層的側面的絕緣膜，上述絕緣膜的上端與上述被覆層的上面設置於相同高度。
  4. 根據申請專利範圍第1或2項之半導體裝置，其中，上述接觸層的上述裏面的寬度較上述被覆層的上面的寬度更寬。
  5. 根據申請專利範圍第1或2項之半導體裝置，其中，上述電極與上述接觸層的上述裏面接觸。
  6. 根據申請專利範圍第3項之半導體裝置，其中，上述電極與上述接觸層的上述裏面當中自上述絕緣膜及上述被覆層露出的部分的全部面接觸。
  7. 根據申請專利範圍第1或2項之半導體裝置，其中，上述接觸層的上述裏面與上述基板的上面平行。
  8. 一種半導體裝置之製造方法，係包括：於基板上形成活性層的步驟；於上述活性層上形成被覆層的步驟；於上述被覆層上，形成具有上面；與上述上面相對側的面的裏面；以及聯繫上述上面及上述裏面的側面，且較上述被覆層寬度更寬的接觸層的步驟；以及以與上述接觸層的上述上面，上述側面及上述裏面接觸的方式，藉由無電解鍍覆形成電極的步驟。
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