專利名稱：歐姆電極結(jié)構(gòu)體及半導體元件的制作方法
歐姆電極結(jié)構(gòu)體及半導體元件發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及n型GaAs半導體層的歐姆電極結(jié)構(gòu)體以及使用該電極結(jié) 構(gòu)的半導體元件。
背景技術(shù)：
在半導體激光器或GaAs類IC等的化合物半導體元件中，大多在n型 GaAs層上形成歐姆電極。在歐姆電極中，作為可實現(xiàn)歐姆接合的金屬，一 般來說使用AuGeNi的合金。對Ge來說，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%，通過合金(合金處理)進入GaAs 層中的Ga晶格結(jié)點，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。另一方面，AuGeNi合金的Ni是為了促進擴散速度慢的Ge擴散而使 用的。雖然因Ni擴散而使得GaAs的化學自由能下降，但是Ni本身成為 GaAs的p型摻雜劑，且因為擴散快所以需要注意合金處理溫度及時間。作為使用這種電極結(jié)構(gòu)的器件，可列舉出半導體激光器。半導體激光 器在電子學和光電子學的很多領(lǐng)域中已被廣泛使用，作為光學器件是不可 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步，該動向特 別是在CD用及DVD用的半導體激光器中較為顯著。為了使記錄速度高速 化，需要半導體激光裝置的高輸出化。近年來，在CD用紅外半導體激光 裝置及DVD用紅色半導體激光裝置中，從市場方面己經(jīng)要求超過200 300mW的高輸出。為了把上述高輸出、高速的光盤實用化，需要降低動作電流、動作電 壓。為此，需要實現(xiàn)在半導體層和電極金屬邊界上具有歐姆特性的低電阻 接觸電極(例如參見專利文獻l)。5專利文獻1所述的電極其構(gòu)成為，在半導體基板上設(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)作為氮化物半導體上 的p型電極來使用。專利文獻l:日本特開2002-111061號公報如上所述，特別是擴散系數(shù)大的Ga和Ni不只是層平面方向，還向垂 直于層的方向擴散。若在電極中Ga或Ni進行擴散，在電極表面發(fā)生了偏 析，則形成氧化物，發(fā)生引線接合強度的下降以及和其他部件之間的接觸 異常等問題。一般來說，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因熱處理而擴散得較大，其一部分通過存 在于最表面的Au層晶粒邊界，到達電極表面，在表面部分上形成氧化物(Ga-O、 Ni-0等)。氧化物因為普遍電阻較高，所以導致在表面部分上形 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進行了表面擴散，則Ge擴散促進效應變?nèi)酰?接觸電阻將會上升。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來看，還需要限制Ni的表面 擴散。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，要考慮在接觸用電極上利用Pt層、Pd層、Ti層來抑制Ni及Ga的 擴散。圖6是模式表示以往半導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型半導體層62、 AuGeNi合金層63、 Ni64、作 為接合金屬層的Ti層65、作為勢壘金屬層的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的其他元素擴散的作用，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，為了有效限制擴散，需要加厚勢壘金屬層66的 厚度。若勢壘金屬層66的厚度增厚，則特別是在發(fā)熱量多的高輸出動作時， 半導體層62上的應力增大，存在促使缺陷的發(fā)生使器件特性變壞的危險。

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等的表面擴散。 另外，其目的為，提供可以在不增大內(nèi)部應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)置的勢壘金屬層構(gòu)成；上述疊層體 設(shè)置2個周期以上。
本發(fā)明的半導體元件其特征為，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，通過使用在n型半導體層上將密合性高的金屬材料(接
合金屬層Ti、 Ni等)和勢壘性能高的材料(勢壘金屬層Pt、 Pd等)的
疊層體形成2個周期以上的n型電極結(jié)構(gòu)，來謀求勢壘性能的提高，并且 可以通過形成多個采用異種電極材料的異質(zhì)界面，來限制Ga及Ni的表面 擴散，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，因而可以通過使各層的膜厚變薄，減小歐姆電極結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部 應力。


圖1是模式表示本發(fā)明實施方式1中的電極金屬層的剖面圖。
圖2是表示對于本實施方式所涉及的接觸電阻率的各電極膜厚依賴性 進行實驗后的結(jié)果的附圖。
圖3是表示關(guān)于本實施方式所涉及的電極總膜厚和晶片翹曲量之間關(guān) 系的實驗結(jié)果的附圖。
圖4是表示關(guān)于本實施方式所涉及的各層膜厚和產(chǎn)生于晶片上的應力 之間關(guān)系的實驗結(jié)果的附圖。
圖5是從上方看到本發(fā)明實施方式2中的集成化半導體激光裝置的斜 視圖。
圖6是模式表示以往電極金屬層的剖面圖。 符號說明
1紅色半導體激光器
2紅外半導體激光器
11、31 n型GaAs基板
12n型半導體層
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
具體實施例方式
本發(fā)明的歐姆電極結(jié)構(gòu)體及半導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，在本發(fā)明的歐姆電極結(jié)構(gòu)體中，其結(jié)構(gòu)可以為，上述勢壘
金屬層由Pt、 Pd中的任一個構(gòu)成，上述接合金屬層由Ti、 Ni中的任一個構(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，使上述第a周期的疊層體中的勢壘金屬層厚度為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，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，在本申請發(fā)明的半導體元件中，其結(jié)構(gòu)還可以為，在該半導體 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。
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)有多個上述半導體元件，在每個上述半導體 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)有多個上述半導體元件，在 每個上述半導體元件中設(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，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。 (實施方式1)
圖1是模式表示本發(fā)明實施方式1中的半導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型半導體層)12和 形成于n型半導體層上的電極金屬層(電極)20。在本實施方式中，將以n 型電極為例進行說明。
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型半導體層12。在n型半導體層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。本實施方式所涉及的電極形成2層以上接合金屬層和勢壘金 屬層的疊層體。
下面，對于本實施方式所涉及的電極制造方法，進行說明。首先，在 n型GaAs基板11上，采用有機金屬氣相成長(MOVPE)法使n型半導體 層12結(jié)晶成長。作為n型的摻雜劑，使用Si。還有，本發(fā)明涉及n型半導 體的電極，半導體基板一側(cè)的層結(jié)構(gòu)沒有特別限定。另外，結(jié)晶成長方法 也可以使用有機金屬氣相成長法之外的方法。
在使用丙酮、甲醇等的有機溶劑，清洗這樣所形成的n型半導體層12 的表面，并使之干燥之后，通過電子束蒸鍍或者濺射等，在n型半導體層 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，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)成膜的場合，不需要插入Au層。AuGeNi合金層13中的Nil4在膜厚較薄時，不是平坦地存在，而成為島狀。
接下來，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
然作為勢壘金屬層的材料使用了 Pt，但是也可以使用具有較高的勢壘性能
的Pd。
接下來，在第二 Pt層18上形成最上面的Au層19。 Au層19為了在 引線接合時承受和布線引線之間的接觸，需要厚度達到100nm以上。在該 Au層19較薄時，引線接合時的密合性下降，發(fā)生引線接合不佳。通過上 面的工藝，形成電極金屬層20。
接下來，在電極金屬層20的形成后采用退火爐，對電極金屬層20進 行熱處理。該熱處理優(yōu)選的是，在作為惰性氣體的氮氣環(huán)境中進行。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)進行。若 超過了 450'C，則存在給n型半導體層12帶來影響的可能性。通過該熱處 理，在n型半導體層12中加入AuGeNi合金層13的Ge， n型半導體層12 和AuGeNi合金層13之間的能量壘變低。通過上面的工藝，形成本實施方 式所涉及的電極。
下面，對于采用本實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，進行說明。在圖6所示的以往那種接合金屬層和勢壘金屬層的疊層體 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等元素穿過其他電極材料層的結(jié)晶晶粒邊界(箭頭 71方向)，到達表面。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，在電極金屬和半導體之間的邊界上接觸電阻上升。
一般情況下，半導體裝置要求驅(qū)動電壓、驅(qū)動電流的下降。為了降低 驅(qū)動電壓、驅(qū)動電流，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Ni或Ga的擴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)，通過采取將Ti層和Pt層重復疊層后的多層結(jié)構(gòu)，
就可以限制因熱處理導致的Ni或Ga的表面擴散，防止孔那樣的空穴形成。 本實施方式所涉及的電極是在n型半導體層12上將密合性較高的金屬材料 (Ti、 Ni等)和勢壘性能較高的材料(Pt、 Pd等)的疊層體形成2個周期 以上的結(jié)構(gòu)。
圖2是表示對于接觸電阻率的各電極膜厚依賴性進行實驗后的結(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，在實驗上判明，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型半導體層12及AuGeNi合金層13 來看，認為是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 作為對從半導體層12及AuGeNi合金層13開始的擴散的勢壘層起作用。
為了在實驗上驗證該狀況，針對本實施方式所涉及的電極實施了俄歇 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 擴散。另一方面，若使第一 Ti層變薄為厚度50nm，實施了俄歇電子能譜 分析，則判明Ga、 Ni向表面一側(cè)進行擴散。根據(jù)上面說明可知，只要將第 一Ti層15形成為100nm以上，就可以作為擴散防止層起作用。
接著，進行了晶片級的翹曲量評價實驗。圖3是表示關(guān)于電極總膜厚 和晶片(n型GaAs基板ll及n型半導體層12)翹曲量的關(guān)系的實驗結(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。通過實施熱處理(合 金處理)，晶片翹曲量與合金處理前相比進一步增大。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，降低對器件施加的應力， 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)生于晶片上的應力之間關(guān)系的實驗結(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，判明晶片的應力尤其
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，可以進一步降低晶片的應力。
如上所述，本實施方式所涉及的電極通過制成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力得到降低。通過應力降低，半導體基板內(nèi)部的缺 陷的發(fā)生得到抑制，確保高輸出時的可靠性。
借助于這些效果，本實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，但是電極制作時的剝 離性良好，合金處理后的電極表面粗糙也看不見。
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 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 導體工藝的穩(wěn)定化、簡單化。
通過使用這種電極，就可以在不損壞器件特性的狀況下，實施低電阻 的接觸形成。其結(jié)果為，可以在確保器件可靠性的同時，降低驅(qū)動電壓、 驅(qū)動電流。
還有，在本實施方式中，雖然以Ti層和Pt層的疊層體是2層的情形為 例進行了說明，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，對于夾于第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。因為與第l周期的Ti層、第a周期的Pt層 相比，中間層對于膜厚來說有應力增加得較大的趨勢(參見圖4)，所以優(yōu) 選的是，事先使之變薄到50nm左右。
由于采用如上本實施方式的電極結(jié)構(gòu)體，因而通過形成多個采用異種 電極材料的異質(zhì)界面，來限制Ga、 Ni的表面擴散，可以抑制引線接合不佳，并且可以通過形成具有良好的密合性和歐姆性的電極結(jié)構(gòu)體，來抑制接觸
電阻的上升。另外，因為對于接合金屬層(第一Ti層15、第二Ti層17) 和勢壘金屬層(第一 Pt層16、第二 Pt層18)，通過最佳地設(shè)定各層的膜厚， 就可以減小因電極引起的應力，所以能夠在不損壞器件特性的狀況下，實 施低電阻的接觸形成。
還有，本實施方式涉及n型半導體中的電極，p型半導體一側(cè)的電極 沒有特別限制。另外，在本實施方式中雖然對于n型GaAs接觸層上的電 極形成例進行了記述，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，也可以通過在n型半導體層上將 密合性高的金屬材料(接合金屬層)和勢壘性能高的材料(勢壘金屬層) 形成2個周期以上，來謀求勢壘性能的提高，并且通過形成多個采用異種 電極材料的異質(zhì)界面，來限制Ga的表面擴散，抑制引線接合不佳及電極內(nèi) 部的空隙產(chǎn)生。
(實施方式2)
本發(fā)明實施方式2所涉及的半導體元件在半導體元件的表面和背面雙 方形成電極。作為這種結(jié)構(gòu)的半導體元件，例如有雙波長半導體激光裝置。 下面，以雙波長半導體激光裝置為例，進行具體說明。
圖5是從上方看到本實施方式所涉及的雙波長半導體激光裝置的斜視 圖。本實施方式所涉及的雙波長半導體激光裝置在同一基板上形成在 660nm波段上具有振蕩波長的紅色半導體激光器1和在780nm波段上具有 振蕩波長的紅外半導體激光器2。
如圖5所示，本實施方式的雙波長半導體激光裝置在n型GaAs基板 31上， 一體地形成紅色半導體激光器1和紅外半導體激光器2。紅色半導 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。
紅外半導體激光器2也是和紅色半導體激光器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方形狀(長方體狀)。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個端面 分別用介質(zhì)膜51、 52進行涂敷，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。
為了將紅色半導體激光器1和紅外半導體激光器2電分離，設(shè)有分離 槽55。通過將p型電極39、 49和n型電極50的至少任一個在半導體元件 間的邊界區(qū)域(分離槽)上進行分離，分別施加偏壓，就可以使各個激光 器分別進行動作。在圖5所示的例子中，將一對p型電極39、 49分離，n 型電極50是共用電極。也就是說，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體激光器的情況下，需要通過裂開來制作鏡面。 因為若基板厚度較厚，則裂開性變壞，所以通過蝕刻或者研磨使半導體基 板變薄為80//m 120/mi厚度。
n型電極50是實施方式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，若對電 極進行了熱處理，則在晶片上產(chǎn)生較大的應力，發(fā)生翹曲。
此時，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，對于p型電極39、 49來說，也可以和n型電極50相同，將接 合金屬材料和勢壘金屬材料疊層多個。例如，對接觸層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層重復疊層后的多層結(jié)構(gòu)，因而可以限制因熱處理導致的 Ga表面擴散，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，因為可以在基板的表面和背面一側(cè)將因電極材料引起的應力相 互抵消，所以能夠減輕器件中內(nèi)在的應力。在半導體激光器的情況下，通 過減輕存在于芯片內(nèi)部的對活性層的應力(變形)，就可以抑制激光器驅(qū)動 時的缺陷產(chǎn)生，帶來可靠性的提高。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明對n型GaAs半導體的歐姆電極及使用該歐姆電極的半導體元 件是有效的，除半導體激光器之外，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)置的勢壘金屬層構(gòu)成；上述疊層體設(shè)置2個周期以上。
2、 如權(quán)利要求1所述的歐姆電極結(jié)構(gòu)體，其特征為， 上述勢壘金屬層由Pt、 Pd中的任一個構(gòu)成， 上述接合金屬層由Ti、 Ni中的任一個構(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，使上述第a周期的疊層體中的勢壘金屬層厚度為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，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壘金 屬層的膜厚。
8、 如權(quán)利要求1 7中任一項所述的歐姆電極結(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、 一種半導體元件，其特征為，該半導體元件設(shè)有權(quán)利要求1 7中任一項所述的歐姆電極結(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所述的半導體元件，其特征為，在該半導體元件的設(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。
12、 如權(quán)利要求10所述的半導體元件，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、 一種半導體元件，其特征為，設(shè)有多個權(quán)利要求9所述的半導體元件，在每個上述半導體元件中設(shè) 有上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體，上述歐姆電極結(jié)構(gòu)體在半導體元件間的邊界區(qū)域被分離。
14、 一種半導體元件，其特征為，設(shè)有多個權(quán)利要求10、 11或12中任一項所述的半導體元件，在每個 上述半導體元件中設(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)置的勢壘金屬層(16、18)構(gòu)成；疊層體設(shè)置2個周期以上。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)體的半導體元件。
文檔編號H01L21/28GK101636820SQ200880008459
公開日2010年1月27日 申請日期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 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社