專利名稱：歐姆電極結(jié)構(gòu)體及半導(dǎo)體元件的制作方法
歐姆電極結(jié)構(gòu)體及半導(dǎo)體元件發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及n型GaAs半導(dǎo)體層的歐姆電極結(jié)構(gòu)體以及使用該電極結(jié) 構(gòu)的半導(dǎo)體元件。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體激光器或GaAs類IC等的化合物半導(dǎo)體元件中，大多在n型 GaAs層上形成歐姆電極。在歐姆電極中，作為可實(shí)現(xiàn)歐姆接合的金屬，一 般來(lái)說(shuō)使用AuGeNi的合金。對(duì)Ge來(lái)說(shuō)，歐姆電極的AuGe中的Ge要考 慮和Au之間的共晶組成而添加約12%，通過(guò)合金(合金處理)進(jìn)入GaAs 層中的Ga晶格結(jié)點(diǎn)，成為n型的摻雜劑。因此，AuGeNi層和n型GaAs 層之間的能量壘變低，能夠?qū)崿F(xiàn)電子的隧道效應(yīng)。另一方面，AuGeNi合金的Ni是為了促進(jìn)擴(kuò)散速度慢的Ge擴(kuò)散而使 用的。雖然因Ni擴(kuò)散而使得GaAs的化學(xué)自由能下降，但是Ni本身成為 GaAs的p型摻雜劑，且因?yàn)閿U(kuò)散快所以需要注意合金處理溫度及時(shí)間。作為使用這種電極結(jié)構(gòu)的器件，可列舉出半導(dǎo)體激光器。半導(dǎo)體激光 器在電子學(xué)和光電子學(xué)的很多領(lǐng)域中已被廣泛使用，作為光學(xué)器件是不可 缺少的。特別是，CD (緊致盤片)、DVD (數(shù)字多用途盤片)等的光盤設(shè) 備作為大容量的記錄媒體，當(dāng)前已被廣泛利用。再者，隨著記錄容量的增加，記錄速度的高速化不斷進(jìn)步，該動(dòng)向特 別是在CD用及DVD用的半導(dǎo)體激光器中較為顯著。為了使記錄速度高速 化，需要半導(dǎo)體激光裝置的高輸出化。近年來(lái)，在CD用紅外半導(dǎo)體激光 裝置及DVD用紅色半導(dǎo)體激光裝置中，從市場(chǎng)方面己經(jīng)要求超過(guò)200 300mW的高輸出。為了把上述高輸出、高速的光盤實(shí)用化，需要降低動(dòng)作電流、動(dòng)作電 壓。為此，需要實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體層和電極金屬邊界上具有歐姆特性的低電阻 接觸電極(例如參見(jiàn)專利文獻(xiàn)l)。5專利文獻(xiàn)1所述的電極其構(gòu)成為，在半導(dǎo)體基板上設(shè)置Ni層(或者Ti層)，在其上把Pt層和Au層形成2次以上。該結(jié)構(gòu)作為氮化物半導(dǎo)體上 的p型電極來(lái)使用。專利文獻(xiàn)l:日本特開(kāi)2002-111061號(hào)公報(bào)如上所述，特別是擴(kuò)散系數(shù)大的Ga和Ni不只是層平面方向，還向垂 直于層的方向擴(kuò)散。若在電極中Ga或Ni進(jìn)行擴(kuò)散，在電極表面發(fā)生了偏 析，則形成氧化物，發(fā)生引線接合強(qiáng)度的下降以及和其他部件之間的接觸 異常等問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，作為最表面的電極材料形成Au，并在該Au層上連接金引 線的情況較多。為了在n型GaAs上形成歐姆電極， 一般需要合金化處理G5(TC以上的熱處理)，Ga、 Ni因熱處理而擴(kuò)散得較大，其一部分通過(guò)存 在于最表面的Au層晶粒邊界，到達(dá)電極表面，在表面部分上形成氧化物(Ga-O、 Ni-0等)。氧化物因?yàn)槠毡殡娮栎^高，所以導(dǎo)致在表面部分上形 成高電阻的層。另外，若在電極表面上Ga、 Ni等發(fā)生偏析后的狀態(tài)下連接了引線，則 電極/引線間的密合性下降，成為引起引線接合不佳的原因。另外，若伴隨熱處理，Ni進(jìn)行了表面擴(kuò)散，則Ge擴(kuò)散促進(jìn)效應(yīng)變?nèi)酰?接觸電阻將會(huì)上升。另外，Ni本身存在于n型GaAs基板和金屬電極層之間的邊界上，起 到使密合性提高的作用。從維持密合性的觀點(diǎn)來(lái)看，還需要限制Ni的表面 擴(kuò)散。鑒于上述各課題，在n型GaAs層的歐姆電極上，在AuGeNi層形成后 實(shí)施合金處理，再在AnGeNi層之上另外形成接觸用的電極的情況很多。 此時(shí)，要考慮在接觸用電極上利用Pt層、Pd層、Ti層來(lái)抑制Ni及Ga的 擴(kuò)散。圖6是模式表示以往半導(dǎo)體層上所形成的電極結(jié)構(gòu)的剖面圖。在n型 GaAs基板61上，形成由n型半導(dǎo)體層62、 AuGeNi合金層63、 Ni64、作 為接合金屬層的Ti層65、作為勢(shì)壘金屬層的Pt層66及作為最上層表面金 屬的Au層69所構(gòu)成的電極。如圖6所示，若在AuGeNi合金層63及表面金層的Au層69之間插入了勢(shì)壘金屬層的Pt層66，則起到防止接觸電位的降低以及向金屬層表面
69的其他元素?cái)U(kuò)散的作用，在電極的性能保持方面是優(yōu)選的。
采用上述結(jié)構(gòu)的電極，為了有效限制擴(kuò)散，需要加厚勢(shì)壘金屬層66的 厚度。若勢(shì)壘金屬層66的厚度增厚，則特別是在發(fā)熱量多的高輸出動(dòng)作時(shí)， 半導(dǎo)體層62上的應(yīng)力增大，存在促使缺陷的發(fā)生使器件特性變壞的危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為，提供歐姆電極結(jié)構(gòu)體及具有該電極結(jié)構(gòu)體的半導(dǎo)體 元件，可以在GaAs類的接觸層上所形成的n型電極中，限制接觸層的Ga 及n型電極上形成歐姆接合所需要的AuGeNi合金層的Ni等的表面擴(kuò)散。 另外，其目的為，提供可以在不增大內(nèi)部應(yīng)力的狀況下獲得上述那種效果 的歐姆電極結(jié)構(gòu)體及具有該電極結(jié)構(gòu)體的半導(dǎo)體元件。
本發(fā)明的歐姆電極結(jié)構(gòu)體為了解決上述課題，其特征為，具備AuGeNi 合金層，設(shè)置于n型GaAs層上；疊層體，由上述AuGeNi合金層上所設(shè)置 的接合金屬層及上述接合金屬層上所設(shè)置的勢(shì)壘金屬層構(gòu)成；上述疊層體 設(shè)置2個(gè)周期以上。
本發(fā)明的半導(dǎo)體元件其特征為，設(shè)置了上面所述的歐姆電極結(jié)構(gòu)體， 使包括上述n型GaAs層在內(nèi)的半導(dǎo)體層膜厚大于等于80//m且小于等于 120〃m。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使用在n型半導(dǎo)體層上將密合性高的金屬材料(接
合金屬層Ti、 Ni等)和勢(shì)壘性能高的材料(勢(shì)壘金屬層Pt、 Pd等)的
疊層體形成2個(gè)周期以上的n型電極結(jié)構(gòu)，來(lái)謀求勢(shì)壘性能的提高，并且 可以通過(guò)形成多個(gè)采用異種電極材料的異質(zhì)界面，來(lái)限制Ga及Ni的表面 擴(kuò)散，抑制引線接合不佳及電極內(nèi)部的空隙產(chǎn)生。因此，可以減小歐姆電 極結(jié)構(gòu)體的電阻。
再者，由于即便接合金屬層及勢(shì)壘金屬層的膜厚較薄，也可以獲得足 夠的效果，因而可以通過(guò)使各層的膜厚變薄，減小歐姆電極結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部 應(yīng)力。


圖1是模式表示本發(fā)明實(shí)施方式1中的電極金屬層的剖面圖。
圖2是表示對(duì)于本實(shí)施方式所涉及的接觸電阻率的各電極膜厚依賴性 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后的結(jié)果的附圖。
圖3是表示關(guān)于本實(shí)施方式所涉及的電極總膜厚和晶片翹曲量之間關(guān) 系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的附圖。
圖4是表示關(guān)于本實(shí)施方式所涉及的各層膜厚和產(chǎn)生于晶片上的應(yīng)力 之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的附圖。
圖5是從上方看到本發(fā)明實(shí)施方式2中的集成化半導(dǎo)體激光裝置的斜 視圖。
圖6是模式表示以往電極金屬層的剖面圖。 符號(hào)說(shuō)明
1紅色半導(dǎo)體激光器
2紅外半導(dǎo)體激光器
11、31 n型GaAs基板
12n型半導(dǎo)體層
13AuGeNi合金層
14Ni
15第一Ti層
16第一Pt層
17第二Ti層
18第二Pt層
19Au層
20電極金屬層
21- 30特性線
32n型的包覆層
33活性層
34p型的第一包覆層
35蝕刻停止層
36p型的第二包覆層37接觸層
38絕緣層
39p型電極
42n型的包覆層
43活性層
44p型的第一包覆層
45蝕刻停止層
46p型的第二包覆層
47接觸層
48絕緣層
49p型電極
50n型電極
51、52介質(zhì)膜
53前方端面
54后方端面
55分離槽
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的歐姆電極結(jié)構(gòu)體及半導(dǎo)體元件可以以上述結(jié)構(gòu)為基本，采取 如下的各種方式。
也就是說(shuō)，在本發(fā)明的歐姆電極結(jié)構(gòu)體中，其結(jié)構(gòu)可以為，上述勢(shì)壘
金屬層由Pt、 Pd中的任一個(gè)構(gòu)成，上述接合金屬層由Ti、 Ni中的任一個(gè)構(gòu) 成。
另外，其結(jié)構(gòu)還可以為，將上述AuGeNi合金層上的疊層體作為第1 周期，使上述第l周期的疊層體中的接合金屬層厚度為100nm以上，上述 第1周期的疊層體中的勢(shì)壘金屬層厚度小于上述第1周期的疊層體中的接 合金屬層厚度。再者，其結(jié)構(gòu)還可以為，上述第1周期的疊層體中的勢(shì)壘 金屬層厚度小于等于上述第1周期的疊層體中的接合金屬層厚度的1/2。
另外，其結(jié)構(gòu)可以為，將上述AuGeNi合金層上的上述疊層體作為第l 周期，在將上述疊層體的周期數(shù)設(shè)為a時(shí)，使上述第a周期的疊層體中的勢(shì)壘金屬層厚度為lOOnm以上，上述第a周期的疊層體中的接合金屬層厚 度小于上述第a周期的疊層體中的勢(shì)壘金屬層厚度。再者，其結(jié)構(gòu)還可以 為，上述第a周期的疊層體中的接合金屬層厚度小于等于上述第a周期的 疊層體中的勢(shì)壘金屬層厚度的1/2。
另外，其結(jié)構(gòu)可以為，在上述周期數(shù)大于等于3時(shí)，使夾在上述第1 周期和上述第a周期疊層體之間的上述接合金屬層和上述勢(shì)壘金屬層的各 層的膜厚，分別小于上述第1周期的疊層體中的接合金屬層和上述第a周 期的疊層體中的勢(shì)壘金屬層的膜厚。
另外，其結(jié)構(gòu)還可以為，在上述疊層體的最上層之上具備以Au為主 要成分的Au層，上述Au層的膜厚大于等于100nm。
另外，在本申請(qǐng)發(fā)明的半導(dǎo)體元件中，其結(jié)構(gòu)還可以為，在該半導(dǎo)體 元件的設(shè)有上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體的面的背面，設(shè)有第二電極結(jié)構(gòu)體。另外， 其結(jié)構(gòu)還可以為，上述第二電極結(jié)構(gòu)體至少包含Au、 Pt、 Ti中的任一個(gè)。
另外，其結(jié)構(gòu)可以為，上述第二電極結(jié)構(gòu)體的最上層是以Au為主要 成分的Au層，且上述第二電極結(jié)構(gòu)體的Au層膜厚大于等于100nm。
另外，其結(jié)構(gòu)可以為，設(shè)有多個(gè)上述半導(dǎo)體元件，在每個(gè)上述半導(dǎo)體 元件中設(shè)有上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體，上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體在半導(dǎo)體元件間的 邊界區(qū)域被分離。另外，其結(jié)構(gòu)還可以為，設(shè)有多個(gè)上述半導(dǎo)體元件，在 每個(gè)上述半導(dǎo)體元件中設(shè)有第二電極結(jié)構(gòu)體，第二電極結(jié)構(gòu)體在半導(dǎo)體元 件間的邊界區(qū)域被分離。
另外，其結(jié)構(gòu)可以為，上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體和上述第二電極結(jié)構(gòu)體各 自的接合金屬材料及勢(shì)壘金屬材料由同一元素構(gòu)成，上述接合金屬材料的 膜厚之和在上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體和上述第二電極結(jié)構(gòu)體中相等，上述勢(shì)壘 金屬材料的膜厚之和在上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體和上述第二電極結(jié)構(gòu)體中相 等。
另外，其結(jié)構(gòu)可以為，上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體和上述第二電極結(jié)構(gòu)體各 自的接合金屬材料及勢(shì)壘金屬材料由同一元素構(gòu)成，上述第二電極結(jié)構(gòu)體 具有將接合金屬材料和勢(shì)壘金屬材料疊層而形成的疊層體，上述接合金屬 材料的膜厚之和在上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體和上述第二電極結(jié)構(gòu)體中相等，上 述勢(shì)壘金屬材料的膜厚之和在上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體和上述第二電極結(jié)構(gòu)體
10中相等。
下面，參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。 (實(shí)施方式1)
圖1是模式表示本發(fā)明實(shí)施方式1中的半導(dǎo)體層上所形成的電極結(jié)構(gòu)
體的剖面圖。該電極結(jié)構(gòu)體具有n型GaAs接觸層(n型半導(dǎo)體層)12和 形成于n型半導(dǎo)體層上的電極金屬層(電極)20。在本實(shí)施方式中，將以n 型電極為例進(jìn)行說(shuō)明。
在圖1中，在n型GaAs基板11上，形成作為和電極金屬層20之間 的接觸層的n型半導(dǎo)體層12。在n型半導(dǎo)體層12上形成AuGeNi合金層 13，在AuGeNi合金層13中含有Nil4。在AuGeNi合金層13上，形成作 為第1周期的接合金屬層的第一 Ti層15。在第一 Ti層15上，形成作為第 l周期的勢(shì)壘金屬層的第一Pt層16。在第一Pt層16上，形成作為第2周 期的接合金屬層的第二 Ti層17。在第二 Ti層17上，形成作為第2周期的 勢(shì)壘金屬層的第二Pt層18。在第二Pt層18上，形成作為最上層表面金屬 的Au層19。本實(shí)施方式所涉及的電極形成2層以上接合金屬層和勢(shì)壘金 屬層的疊層體。
下面，對(duì)于本實(shí)施方式所涉及的電極制造方法，進(jìn)行說(shuō)明。首先，在 n型GaAs基板11上，采用有機(jī)金屬氣相成長(zhǎng)(MOVPE)法使n型半導(dǎo)體 層12結(jié)晶成長(zhǎng)。作為n型的摻雜劑，使用Si。還有，本發(fā)明涉及n型半導(dǎo) 體的電極，半導(dǎo)體基板一側(cè)的層結(jié)構(gòu)沒(méi)有特別限定。另外，結(jié)晶成長(zhǎng)方法 也可以使用有機(jī)金屬氣相成長(zhǎng)法之外的方法。
在使用丙酮、甲醇等的有機(jī)溶劑，清洗這樣所形成的n型半導(dǎo)體層12 的表面，并使之干燥之后，通過(guò)電子束蒸鍍或者濺射等，在n型半導(dǎo)體層 12上形成電極金屬層20。
為了形成電極金屬層20，首先要形成獲得歐姆接觸所必須的AuGeNi 合金層13。該AuGeNi合金層13的厚度沒(méi)有特別規(guī)定。AuGeNi合金層13 中的Nil4非常易于氧化，在AuGeNi層接觸到空氣時(shí)，Ni發(fā)生氧化并高電 阻化。為了防止Ni氧化，也可以在AuGeNi合金層之上插入50 100nm左 右的薄的Au層(未圖示)。但是，在形成AuGeNi合金層13之后，連續(xù)地 使AuGeNi合金層13上的電極結(jié)構(gòu)成膜的場(chǎng)合，不需要插入Au層。AuGeNi合金層13中的Nil4在膜厚較薄時(shí)，不是平坦地存在，而成為島狀。
接下來(lái)，在AuGeNi合金層13之上，順序地疊層形成厚度100nm的第
一 Ti層15、厚度50nm的第一 Pt層16、厚度50nm的第二 Ti層17及厚度
100nm的第二Pt層18。
還有，在本實(shí)施方式中，雖然作為接合金屬層的材料使用了 Ti，但是
也可以使用具有較高的功函數(shù)并且具有和Ti相同的接合性的Ni。另外，雖
然作為勢(shì)壘金屬層的材料使用了 Pt，但是也可以使用具有較高的勢(shì)壘性能
的Pd。
接下來(lái)，在第二 Pt層18上形成最上面的Au層19。 Au層19為了在 引線接合時(shí)承受和布線引線之間的接觸，需要厚度達(dá)到100nm以上。在該 Au層19較薄時(shí)，引線接合時(shí)的密合性下降，發(fā)生引線接合不佳。通過(guò)上 面的工藝，形成電極金屬層20。
接下來(lái)，在電極金屬層20的形成后采用退火爐，對(duì)電極金屬層20進(jìn) 行熱處理。該熱處理優(yōu)選的是，在作為惰性氣體的氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行。作為 熱處理的溫度，優(yōu)選在大于等于35(TC且小于等于45(TC的范圍內(nèi)進(jìn)行。若 超過(guò)了 450'C，則存在給n型半導(dǎo)體層12帶來(lái)影響的可能性。通過(guò)該熱處 理，在n型半導(dǎo)體層12中加入AuGeNi合金層13的Ge， n型半導(dǎo)體層12 和AuGeNi合金層13之間的能量壘變低。通過(guò)上面的工藝，形成本實(shí)施方 式所涉及的電極。
下面，對(duì)于采用本實(shí)施方式所涉及的歐姆電極結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)獲得的效 果，進(jìn)行說(shuō)明。在圖6所示的以往那種接合金屬層和勢(shì)壘金屬層的疊層體 為1層的Ti/Pt/Au疊層結(jié)構(gòu)的情況下，若實(shí)施了上述那種熱處理，貝U曾是 島狀的Ni64的Ni或Ga等元素穿過(guò)其他電極材料層的結(jié)晶晶粒邊界(箭頭 71方向)，到達(dá)表面。這里，所謂結(jié)晶晶粒邊界是指，結(jié)晶粒子和結(jié)晶粒子 之間。然后，在Ni或Ga移動(dòng)之后，其部位孔化(空穴化)。因此，電極的 接觸面積縮小，在電極金屬和半導(dǎo)體之間的邊界上接觸電阻上升。
一般情況下，半導(dǎo)體裝置要求驅(qū)動(dòng)電壓、驅(qū)動(dòng)電流的下降。為了降低 驅(qū)動(dòng)電壓、驅(qū)動(dòng)電流，可以降低電極的電阻即可。為了降低電極的電阻， 需要防止上述空穴化，使之不在電流注入路徑上產(chǎn)生偏差。
熱處理時(shí)Ni或Ga的擴(kuò)散在由不同的元素構(gòu)成的層的邊界上得到較大限制。為了利用這種性質(zhì)，通過(guò)采取將Ti層和Pt層重復(fù)疊層后的多層結(jié)構(gòu)，
就可以限制因熱處理導(dǎo)致的Ni或Ga的表面擴(kuò)散，防止孔那樣的空穴形成。 本實(shí)施方式所涉及的電極是在n型半導(dǎo)體層12上將密合性較高的金屬材料 (Ti、 Ni等)和勢(shì)壘性能較高的材料(Pt、 Pd等)的疊層體形成2個(gè)周期 以上的結(jié)構(gòu)。
圖2是表示對(duì)于接觸電阻率的各電極膜厚依賴性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后的結(jié)果的 曲線圖。特性線21 24分別表示第一Ti層15、第一Pt層16、第二Ti層 17及第二Pt層18的接觸電阻率的電極膜厚依賴性。在圖2中，特性線21 與特性線22 24相比斜度更大。也就是說(shuō)，在實(shí)驗(yàn)上判明，接觸電阻率最 為依賴于第一 Ti層15的厚度，并且，通過(guò)使第一 Ti層15的厚度變厚就可 以降低接觸電阻率。第一 Ti層15從n型半導(dǎo)體層12及AuGeNi合金層13 來(lái)看，認(rèn)為是Ti層和Pt層疊層結(jié)構(gòu)中的第l層，使密合性得到提高，并且 作為對(duì)從半導(dǎo)體層12及AuGeNi合金層13開(kāi)始的擴(kuò)散的勢(shì)壘層起作用。
為了在實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證該狀況，針對(duì)本實(shí)施方式所涉及的電極實(shí)施了俄歇 電子能譜分析(AES)。其結(jié)果為，判明第一Ti層15可以限制Ga、 Ni的 擴(kuò)散。另一方面，若使第一 Ti層變薄為厚度50nm，實(shí)施了俄歇電子能譜 分析，則判明Ga、 Ni向表面一側(cè)進(jìn)行擴(kuò)散。根據(jù)上面說(shuō)明可知，只要將第 一Ti層15形成為100nm以上，就可以作為擴(kuò)散防止層起作用。
接著，進(jìn)行了晶片級(jí)的翹曲量評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。圖3是表示關(guān)于電極總膜厚 和晶片(n型GaAs基板ll及n型半導(dǎo)體層12)翹曲量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 的曲線圖。圖3中的特性線25表示熱處理(合金處理)前的晶片翹曲量， 特性線26表示熱處理(合金處理)后的晶片翹曲量。通過(guò)實(shí)施熱處理(合 金處理)，晶片翹曲量與合金處理前相比進(jìn)一步增大。另外，隨著總膜厚變 厚，晶片翹曲量增大。熱處理(合金處理)為了降低接觸電阻率是必須的， 所以非常難以去除。從而，為了抑制晶片翹曲量，降低對(duì)器件施加的應(yīng)力， 需要盡可能使各層的膜厚變薄，使總膜厚變薄。
圖4是關(guān)于各層膜厚和產(chǎn)生于晶片上的應(yīng)力之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲 線圖。特性線27 30是分別表示因第一 Ti層15、第一Pt層16、第二Ti 層17及第二 Pt層18而產(chǎn)生于晶片上的應(yīng)力的曲線。在圖4中，特性線28、 29的斜度與特性線27、 30相比斜度更大。也就是說(shuō)，判明晶片的應(yīng)力尤其
13受到第一Pt層16的膜厚和第二Ti層17的膜厚影響較大。因而，為了減少 晶片的應(yīng)力可以將第一Pt層16的膜厚和第二Ti層17的膜厚形成得比其他 層更薄。本實(shí)施方式所涉及的電極，其第一 Ti層15及第二 Pt層18的膜厚 分別是100nm，第一Pt層16及第二Ti層17的膜厚分別是50nm。因此， 與各層是相同程度的膜厚的情形相比，可以進(jìn)一步降低晶片的應(yīng)力。
如上所述，本實(shí)施方式所涉及的電極通過(guò)制成Ti層和Pt層的疊層體有 2層的結(jié)構(gòu)，即便在熱處理(合金處理)后，電阻值也不增高，而是低電阻 的歐姆電極。
另外，由于將第一 Ti層15設(shè)為厚度100nm，將第一 Pt層16設(shè)為厚度 50nm，將第二Ti層17設(shè)為厚度50nm，將第二 Pt層18設(shè)為厚度100nm， 因而熱處理后晶片的應(yīng)力得到降低。通過(guò)應(yīng)力降低，半導(dǎo)體基板內(nèi)部的缺 陷的發(fā)生得到抑制，確保高輸出時(shí)的可靠性。
借助于這些效果，本實(shí)施方式所涉及的電極雖然包括最上層金屬表面 的Au層19在內(nèi)的電極總膜厚為910 1010nm左右，但是電極制作時(shí)的剝 離性良好，合金處理后的電極表面粗糙也看不見(jiàn)。
另外，即便在合金化處理所需的熱處理中，也由于Ga或Ni的表面擴(kuò) 散被抑制，因而可以形成具有良好的密合性和歐姆性的電極，能夠?qū)崿F(xiàn)半 導(dǎo)體工藝的穩(wěn)定化、簡(jiǎn)單化。
通過(guò)使用這種電極，就可以在不損壞器件特性的狀況下，實(shí)施低電阻 的接觸形成。其結(jié)果為，可以在確保器件可靠性的同時(shí)，降低驅(qū)動(dòng)電壓、 驅(qū)動(dòng)電流。
還有，在本實(shí)施方式中，雖然以Ti層和Pt層的疊層體是2層的情形為 例進(jìn)行了說(shuō)明，但是不限定為是2層的情形。在Ti層和Pt層的疊層體是a 層(a大于等于3)時(shí)，對(duì)于夾于第1周期和第a周期疊層體的Ti層和Pt 層(此后稱為中間層)的各層膜厚，優(yōu)選的是，分別形成得比第1周期的 Ti層、第a周期的Pt層更薄。因?yàn)榕c第l周期的Ti層、第a周期的Pt層 相比，中間層對(duì)于膜厚來(lái)說(shuō)有應(yīng)力增加得較大的趨勢(shì)(參見(jiàn)圖4)，所以優(yōu) 選的是，事先使之變薄到50nm左右。
由于采用如上本實(shí)施方式的電極結(jié)構(gòu)體，因而通過(guò)形成多個(gè)采用異種 電極材料的異質(zhì)界面，來(lái)限制Ga、 Ni的表面擴(kuò)散，可以抑制引線接合不佳，并且可以通過(guò)形成具有良好的密合性和歐姆性的電極結(jié)構(gòu)體，來(lái)抑制接觸
電阻的上升。另外，因?yàn)閷?duì)于接合金屬層(第一Ti層15、第二Ti層17) 和勢(shì)壘金屬層(第一 Pt層16、第二 Pt層18)，通過(guò)最佳地設(shè)定各層的膜厚， 就可以減小因電極引起的應(yīng)力，所以能夠在不損壞器件特性的狀況下，實(shí) 施低電阻的接觸形成。
還有，本實(shí)施方式涉及n型半導(dǎo)體中的電極，p型半導(dǎo)體一側(cè)的電極 沒(méi)有特別限制。另外，在本實(shí)施方式中雖然對(duì)于n型GaAs接觸層上的電 極形成例進(jìn)行了記述，但是即便采用其他的材料類(例如GaN類材料)也 可以同樣構(gòu)成。即便使用其他的材料類，也可以通過(guò)在n型半導(dǎo)體層上將 密合性高的金屬材料(接合金屬層)和勢(shì)壘性能高的材料(勢(shì)壘金屬層) 形成2個(gè)周期以上，來(lái)謀求勢(shì)壘性能的提高，并且通過(guò)形成多個(gè)采用異種 電極材料的異質(zhì)界面，來(lái)限制Ga的表面擴(kuò)散，抑制引線接合不佳及電極內(nèi) 部的空隙產(chǎn)生。
(實(shí)施方式2)
本發(fā)明實(shí)施方式2所涉及的半導(dǎo)體元件在半導(dǎo)體元件的表面和背面雙 方形成電極。作為這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件，例如有雙波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光裝置。 下面，以雙波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光裝置為例，進(jìn)行具體說(shuō)明。
圖5是從上方看到本實(shí)施方式所涉及的雙波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光裝置的斜視 圖。本實(shí)施方式所涉及的雙波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光裝置在同一基板上形成在 660nm波段上具有振蕩波長(zhǎng)的紅色半導(dǎo)體激光器1和在780nm波段上具有 振蕩波長(zhǎng)的紅外半導(dǎo)體激光器2。
如圖5所示，本實(shí)施方式的雙波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光裝置在n型GaAs基板 31上， 一體地形成紅色半導(dǎo)體激光器1和紅外半導(dǎo)體激光器2。紅色半導(dǎo) 體激光器1在n型GaAs基板31上依次疊層n型的包覆層32、活性層33、 p型的第一包覆層34、蝕刻停止層35、 p型的第二包覆層36、接觸層37 及絕緣層38。
紅外半導(dǎo)體激光器2也是和紅色半導(dǎo)體激光器1相同的結(jié)構(gòu)，在n型 GaAs基板31上依次疊層n型的包覆層42、活性層43、 p型的第一包覆層 44、蝕刻停止層45、 p型的第二包覆層46、接觸層47及絕緣層48。
絕緣層38包覆p型的第二包覆層36上所形成的作為梯形狀凸部的脊
15條結(jié)構(gòu)的側(cè)面及蝕刻停止層35的上面。還有，脊條結(jié)構(gòu)并不限定為梯形狀，
也可以是將側(cè)邊大致垂直地豎立的長(zhǎng)方形狀(長(zhǎng)方體狀)。在p型第二包覆
層36的脊條結(jié)構(gòu)上面，未形成絕緣層38。在脊條結(jié)構(gòu)的上面，配置p型的 電極(p型電極)39，能夠?qū)箺l結(jié)構(gòu)內(nèi)注入載流子(空穴)。紅外半導(dǎo)體 激光器2—側(cè)也同樣是配置了p型的電極(p型電極)49的結(jié)構(gòu)。
在n型GaAs基板31的背面上，對(duì)p型電極39、 49配置n型電極50。 在與p型第二包覆層36的脊條結(jié)構(gòu)正交的方向上形成有諧振器的2個(gè)端面 分別用介質(zhì)膜51、 52進(jìn)行涂敷，形成出射激光的出射面(前方端面)53 及位于其相反一側(cè)的后方端面54。
為了將紅色半導(dǎo)體激光器1和紅外半導(dǎo)體激光器2電分離，設(shè)有分離 槽55。通過(guò)將p型電極39、 49和n型電極50的至少任一個(gè)在半導(dǎo)體元件 間的邊界區(qū)域(分離槽)上進(jìn)行分離，分別施加偏壓，就可以使各個(gè)激光 器分別進(jìn)行動(dòng)作。在圖5所示的例子中，將一對(duì)p型電極39、 49分離，n 型電極50是共用電極。也就是說(shuō)，p型電極39和p型電極49也可以具有 下面所示的相同疊層結(jié)構(gòu)。
作為和接觸層37、 39進(jìn)行歐姆接合的p型電極39、 49的結(jié)構(gòu)，可列 舉出Ti/Pt/Au的疊層結(jié)構(gòu)。具有Ti/Pt/Au疊層結(jié)構(gòu)的p型電極39、 49形成 50 200nm的作為接合金屬層的Ti層，形成50 200nm的作為勢(shì)壘金屬層 的Pt層，并且形成100nm以上的作為表面金屬的Au層。
在端面出射型的半導(dǎo)體激光器的情況下，需要通過(guò)裂開(kāi)來(lái)制作鏡面。 因?yàn)槿艋搴穸容^厚，則裂開(kāi)性變壞，所以通過(guò)蝕刻或者研磨使半導(dǎo)體基 板變薄為80//m 120/mi厚度。
n型電極50是實(shí)施方式1所示的AuGeNi/Ti/Pt/Ti/Pt/Au結(jié)構(gòu)，形成在 n型GaAs基板31的背面。在使n型GaAs基板31的厚度變薄時(shí)，若對(duì)電 極進(jìn)行了熱處理，則在晶片上產(chǎn)生較大的應(yīng)力，發(fā)生翹曲。
此時(shí)，優(yōu)選的是p型電極39、 49和n型電極50的接合金屬材料(在 本例中是Ti)由同一元素構(gòu)成，且設(shè)定膜厚，以使得接合金屬材料的膜厚 之和在p型電極39、 49和n型電極50中，大致相等。另外，同樣優(yōu)選的 是p型電極39、 49和n型電極50的勢(shì)壘金屬材料(在本例中是Pt)由同 一元素構(gòu)成，且設(shè)定膜厚，以使得勢(shì)壘金屬材料的膜厚之和在p型電極39、49和n型電極50中大致相等。
再者，對(duì)于p型電極39、 49來(lái)說(shuō)，也可以和n型電極50相同，將接 合金屬材料和勢(shì)壘金屬材料疊層多個(gè)。例如，對(duì)接觸層37、 47的歐姆電極 是Ti/Pt/Au結(jié)構(gòu)，n型電極50是Ti/Pt/Ti/Pt/Au結(jié)構(gòu)。而且，對(duì)于各電極， 也可以設(shè)定膜厚，以使得接合金屬材料(在本例中是Ti)和勢(shì)壘金屬材料 (在本例中是Pt)的膜厚之和在p型電極和n型電極中大致相等。由于采 取將Ti層和Pt層重復(fù)疊層后的多層結(jié)構(gòu)，因而可以限制因熱處理導(dǎo)致的 Ga表面擴(kuò)散，防止孔那樣的空穴形成。利用該結(jié)構(gòu)，可以形成低電阻的電 極。
另外，因?yàn)榭梢栽诨宓谋砻婧捅趁嬉粋?cè)將因電極材料引起的應(yīng)力相 互抵消，所以能夠減輕器件中內(nèi)在的應(yīng)力。在半導(dǎo)體激光器的情況下，通 過(guò)減輕存在于芯片內(nèi)部的對(duì)活性層的應(yīng)力(變形)，就可以抑制激光器驅(qū)動(dòng) 時(shí)的缺陷產(chǎn)生，帶來(lái)可靠性的提高。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明對(duì)n型GaAs半導(dǎo)體的歐姆電極及使用該歐姆電極的半導(dǎo)體元 件是有效的，除半導(dǎo)體激光器之外，還能用于電子器件等中。
權(quán)利要求
1、一種歐姆電極結(jié)構(gòu)體，其特征為，具備AuGeNi合金層，設(shè)置于n型GaAs層上；和疊層體，由上述AuGeNi合金層上所設(shè)置的接合金屬層及上述接合金屬層上所設(shè)置的勢(shì)壘金屬層構(gòu)成；上述疊層體設(shè)置2個(gè)周期以上。
2、 如權(quán)利要求1所述的歐姆電極結(jié)構(gòu)體，其特征為， 上述勢(shì)壘金屬層由Pt、 Pd中的任一個(gè)構(gòu)成， 上述接合金屬層由Ti、 Ni中的任一個(gè)構(gòu)成。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的歐姆電極結(jié)構(gòu)體，其特征為， 將上述AuGeNi合金層上的疊層體作為第1周期， 使上述第1周期的疊層體中的接合金屬層厚度為100nm以上， 上述第1周期的疊層體中的勢(shì)壘金屬層厚度小于上述第1周期的疊層體中的接合金屬層厚度。
4、 如權(quán)利要求3所述的歐姆電極結(jié)構(gòu)體，其特征為，上述第1周期的疊層體中的勢(shì)壘金屬層厚度小于等于上述第1周期的 疊層體中的接合金屬層厚度的1/2。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的歐姆電極結(jié)構(gòu)體，其特征為， 將上述AuGeNi合金層上的上述疊層體作為第1周期， 在將上述疊層體的周期數(shù)設(shè)為a時(shí)，使上述第a周期的疊層體中的勢(shì)壘金屬層厚度為lOOnm以上，上述第a周期的疊層體中的接合金屬層厚度小于上述第a周期的疊層 體中的勢(shì)壘金屬層厚度。
6、 如權(quán)利要求5所述的歐姆電極結(jié)構(gòu)體，其特征為，上述第a周期的疊層體中的接合金屬層厚度小于等于上述第a周期的 疊層體中的勢(shì)壘金屬層厚度的1/2。
7、 如權(quán)利要求5或6所述的歐姆電極結(jié)構(gòu)體，其特征為， 在上述周期數(shù)大于等于3時(shí)，使夾在上述第1周期和上述第a周期疊層體之間的上述接合金屬層和上述勢(shì)壘金屬層的各層的膜厚，分別小于上 述第1周期的疊層體中的接合金屬層和上述第a周期的疊層體中的勢(shì)壘金 屬層的膜厚。
8、 如權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的歐姆電極結(jié)構(gòu)體，其特征為， 在上述疊層體的最上層之上具備以Au為主要成分的Au層，上述Au層的膜厚大于等于100nm。
9、 一種半導(dǎo)體元件，其特征為，該半導(dǎo)體元件設(shè)有權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的歐姆電極結(jié)構(gòu)體，使 包括上述n型GaAs層在內(nèi)的半導(dǎo)體層的膜厚大于等于80//m且小于等于 120戶。
10、 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體元件，其特征為，在該半導(dǎo)體元件的設(shè)有上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體的面的背面，設(shè)有第二電 極結(jié)構(gòu)體。
11、 如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體元件，其特征為， 上述第二電極結(jié)構(gòu)體至少包含Au、 Pt、 Ti中的任一個(gè)。
12、 如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體元件，其特征為， 上述第二電極結(jié)構(gòu)體的最上層是以Au為主要成分的Au層，且上述第二電極結(jié)構(gòu)體的Au層膜厚大于等于100nm。
13、 一種半導(dǎo)體元件，其特征為，設(shè)有多個(gè)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體元件，在每個(gè)上述半導(dǎo)體元件中設(shè) 有上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體，上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體在半導(dǎo)體元件間的邊界區(qū)域被分離。
14、 一種半導(dǎo)體元件，其特征為，設(shè)有多個(gè)權(quán)利要求10、 11或12中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，在每個(gè) 上述半導(dǎo)體元件中設(shè)有第二電極結(jié)構(gòu)體，第二電極結(jié)構(gòu)體在半導(dǎo)體元件間的邊界區(qū)域被分離。
15、 如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體元件，其特征為， 上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體和上述第二電極結(jié)構(gòu)體各自的接合金屬材料及勢(shì)壘金屬材料由同一元素構(gòu)成，上述接合金屬材料的膜厚之和在上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體和上述第二電極 結(jié)構(gòu)體中相等，上述勢(shì)壘金屬材料的膜厚之和在上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體和上 述第二電極結(jié)構(gòu)體中相等。
16、 如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體元件，其特征為， 上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體和上述第二電極結(jié)構(gòu)體各自的接合金屬材料及勢(shì)壘金屬材料由同一元素構(gòu)成，上述第二電極結(jié)構(gòu)體具有將接合金屬材料和勢(shì)壘金屬材料疊層而形成 的疊層體，上述接合金屬材料的膜厚之和在上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體和上述第二電極 結(jié)構(gòu)體中相等，上述勢(shì)壘金屬材料的膜厚之和在上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體和上述第二電極結(jié)構(gòu)體中相等。
全文摘要
具備AuGeNi合金層(13)，設(shè)置于n型GaAs層上；疊層體，由上述AuGeNi合金層(13)上所設(shè)置的接合金屬層(15、17)及上述接合金屬層(15、17)上所設(shè)置的勢(shì)壘金屬層(16、18)構(gòu)成；疊層體設(shè)置2個(gè)周期以上。采用該結(jié)構(gòu)，可以在GaAs類的接觸層，特別是n型電極中，限制半導(dǎo)體的Ga及在n型電極上形成歐姆接合所需要的AuGeNi合金層的Ni等的表面擴(kuò)散，可以提供低電阻的歐姆電極結(jié)構(gòu)體及具有該歐姆電極結(jié)構(gòu)體的半導(dǎo)體元件。
文檔編號(hào)H01L21/28GK101636820SQ200880008459
公開(kāi)日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2008年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者吉川兼司, 島本敏孝, 牧田幸治 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社