JP2009289965A - ＧａＮ系半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧａＮ系発光素子又はＧａＮ系受光素子が２次元状に多数形成された半導体装置で、入射光や出射光が電極間の配線に遮られないようにしたＧａＮ系半導体を提供する。
【解決手段】成長用基板１上に選択成長用マスク１１が形成され、選択成長用マスク１１の一部が除去された領域にＡｌＮバッファ層２が形成される。ＡｌＮバッファ層２上には、アンドープＧａＮ層３、ｎ型ＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＧａＮ層６が順に積層され、素子間を分離する分離溝Ａが形成される。各ＧａＮ系半導体素子Ｄのｐ側透明電極８及びｎ電極７が半導体素子Ｄの光の取り出し面又は受光面側に形成される。各電極を接続する配線１２、１３の一部は、ｐ側透明電極８と同じ材料で構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＧａＮ系の半導体発光素子又は半導体受光素子が２次元状に多数形成されたＧａＮ系半導体装置に関する。

従来から、基板上に複数の化合物半導体層を積層して形成した半導体発光素子又は半導体受光素子が知られている。半導体発光素子の代表的なものとしてＬＥＤ(Light Emitting Diode)や半導体レーザ等が知られている。例えば、ＬＥＤは化合物半導体（ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ等）のｐｎまたはｐｉｎの接合を形成し、これに順方向電圧を印加することにより接合内部にキャリアを注入、その再結合の過程で生じる発光現象を利用したものである。このようなＬＥＤは従来、ＧａＡｓやＩｎＰなどの単結晶基板上にＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰなどそれぞれの基板に格子整合した化合物半導体をＬＰＥ(liquid phase epitaxy)法、ＭＯＣＶＤ(metal organic chemical vapordeposition)法、ＶＰＥ(vapor phase epitaxy)法、ＭＢＥ(molecular beam epitaxy)法などの結晶成長法を用いてエピタキシャル成長し、加工を施すことで製造される。

また、近年では、窒化物半導体が、照明、バックライト等用の光源として使われる青色ＬＥＤ、多色化で使用されるＬＥＤ、ＬＤ等に用いられている。窒化物半導体発光素子では、サファイア基板等の基板上に、ＭＯＣＶＤ法等を用いて、ｐｎまたはｐｉｎの接合を形成する。一方で、窒化物半導体を用いて、青色や紫外領域の光を受光するフォトダイオード等の半導体受光素子が作製されている。

以上のような半導体素子を共通の基板上に多数形成して、アレイ状に半導体素子を配置した半導体装置が提案されている。例えば、特許文献１には、上記半導体装置の一例として、窒化物半導体を用いた発光装置が記載されている。
特開２００４−６５８２号公報

特許文献１に示されるように、個々の半導体発光素子は、通常、ｐ型ＧａＮ層上面を光取り出し面としているために、ｐ型ＧａＮ層上にｐ型透明電極を形成し、ｐ型透明電極と他の半導体発光素子の電極とをＡｕ、Ｔｉ、Ａｌ等の金属配線により接続している。複数の半導体発光素子を共通の基板上に形成した場合、発光層からの光を遮らないようにするため、光取り出し面となるｐ型透明電極上面を金属配線が横切らないように、各素子の電極間を接続している。

しかし、発光層で発生した光は、ｐ型透明電極上面方向だけではなく、上下左右３６０度方向に放射されるので、素子の側面から取り出される光や、素子の内部の反射によりｎ側電極上面方向に取り出される光もある。これらの光は、上記従来技術では、金属配線により吸収、反射されて遮られて取り出されることができないため、光の取り出し効率が低下するという問題があった。特許文献１では、電極間を接続する金属配線のため、素子の側面に放射される光が遮られるだけでなく、ｎ側電極の面積が大きく形成され、そのｎ側電極の全面に金属配線が接続されているために、光が遮られる面積も大きく、光出力の低下が大きい。

上記従来技術では、発光装置について述べたが、半導体受光素子を２次元状に形成した受光装置についても、金属配線により、各素子のｐｎ接合における空乏層に向かう光が遮られ、受光装置の検出感度を低下させるという問題があった。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、ＧａＮ系発光素子又はＧａＮ系受光素子が２次元状に多数形成された半導体装置で、入射光又は出射光が電極間の配線に遮られないようにしたＧａＮ系半導体装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、基板上にＧａＮ系発光素子又はＧａＮ系受光素子となる半導体素子が２次元状に複数形成されたＧａＮ系半導体装置であって、前記半導体素子の正電極及び負電極が受光面側又は光取り出し面側に設けられ、ＧａＮ系半導体層と接する領域に前記正電極として透明電極が形成されるとともに、電極間を接続する配線の一部が透明電極材料で形成されていることを特徴とするＧａＮ系半導体装置である。

また、請求項２記載の発明は、前記透明電極材料は、ＺｎＯ又はＩＴＯで構成されていることを特徴とする請求項１記載のＧａＮ系半導体装置である。

また、請求項３記載の発明は、前記電極間を接続する配線の一部とは、ワイヤーボンディング電極領域を除く配線であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載のＧａＮ系半導体装置である。

また、請求項４記載の発明は、前記正電極は、前記透明電極材料のみで構成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載のＧａＮ系半導体装置である。

また、請求項５記載の発明は、前記正電極は、前記透明電極と該透明電極上の一部に設けられた金属電極とで構成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載のＧａＮ系半導体装置である。

また、請求項６記載の発明は、前記負電極は、透明電極と同一の材料で構成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載のＧａＮ系半導体装置である。

また、請求項７記載の発明は、前記負電極は、金属電極であることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載のＧａＮ系半導体装置である。

また、請求項８の発明は、前記金属電極は、Ａｌ膜、ＡｌとＮｉの多層膜、ＴｉとＡｕの多層膜のいずれかで形成されていることを特徴とする請求項５又は請求項７のいずれか１項に記載のＧａＮ系半導体装置である。

本発明によれば、基板上にＧａＮ系発光素子又はＧａＮ系受光素子となる半導体素子が２次元状に多数形成されているが、半導体素子の正電極及び負電極が受光面側又は光取り出し面側に設けられ、ＧａＮ系半導体層と接する領域に正電極として透明電極が形成されるとともに、電極間を接続する配線が透明電極材料で形成されているので、金属配線と異なり、配線による光の吸収や反射が極めて少なくなり、発光装置であれば、光の取り出し量が増加して光出力が向上し、受光装置であれば、受光感度が向上する。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明の１枚のウエハからなるＧａＮ系半導体装置を示す。

本発明のＧａＮ系半導体装置は、共通の基板上にＧａＮ系半導体素子を２次元状に多数形成した構成となっており、図１は、ＧａＮ系半導体素子が並列に接続された構造を示す。

ＧａＮ系半導体は、既知のＭＯＣＶＤ法等によって形成する。ここで、ＧａＮ系半導体は、ＡｌＧａＩｎＮ４元混晶で、いわゆるIII−V族窒化物半導体と呼ばれるもののうち、ＧａＮを含む化合物で、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表すことができる。ＧａＮ系半導体素子は、主としてＧａＮ系半導体により構成されている。

成長用基板１上に選択成長用マスク１１が形成され、選択成長用マスク１１の一部が除去された領域にＡｌＮバッファ層２が形成される。ＡｌＮバッファ層２上には、アンドープＧａＮ層３、ｎ型ＧａＮ層４、活性層（発光層又は受光層）５、ｐ型ＧａＮ層６が順に積層されており、これらの各半導体層は、ＭＯＣＶＤ法によって形成される。各ＧａＮ系半導体素子Ｄは、選択横方向成長と呼ばれる方法によって分離した状態に形成され、丁度、選択成長用マスク１１の上部に、素子間を分離する分離溝Ａが形成される。ここで、選択成長又は選択横方向成長（ＥＬＯ：Epitaxial Lateral Overgrowth）は、転位を低減する方法として良く知られている。

また、活性層５は、ＧａＮからなる障壁層と、Ｉｎ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１Ｎ（０＜Ｘ１）からなる井戸層との多重量子井戸構造で構成される。また、成長用基板１としてはサファイア基板等が用いられるが、その他にも六方晶構造（ウルツ鉱構造）を持つ基板であれば良い。また、アンドープＧａＮ層３に替えてｎ型不純物ＳｉドープＧａＮ層で構成しても良い。

ここで、順バイアス時に於いて、活性層５でキャリアの再結合が発生する。この時、禁制帯幅が光子のエネルギーより大きければ、再結合に伴って光が放出される場合があり、これを応用すると発光素子として構成できる。逆に、活性層５に禁制帯幅よりも大きなエネルギーの光子などが入射すると、価電子帯から電子が励起されて伝導電子となり、内蔵電場に引かれてドリフト電流を増大させる光起電力効果が発生し、これを応用すると、受光素子として構成できる。したがって、組成比率等を除けば、基本的には、図１の構成で、発光装置としても受光装置としても用いることができる。

ＡｌＮバッファ層２〜ｐ型ＧａＮ層６までを選択成長させるための選択成長用マスク１１には、絶縁膜が用いられ、絶縁膜としては、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＺｒＯ_２等がある。

次に、ｐ型ＧａＮ層６からｎ型ＧａＮ層４の一部が露出するまでメサエッチングして、六角形状のメサ領域Ｄ１が形成される。したがって、半導体素子Ｄは、台座領域Ｄ２とメサ領域Ｄ１とで構成される。露出したｎ型ＧａＮ層４上にｎ電極（負電極）７が、ｐ型ＧａＮ層６上にｐ側透明電極（正電極）８が設けられる。ｐ側透明電極８は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）又はＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）等で構成される。

ｐ側透明電極８の上面の一部とｎ電極７の上面を除いて、各半導体素子Ｄの表面はすべて絶縁膜９で覆われている。絶縁膜９には、絶縁性が高く発光波長又は入射光波長に対して透明なＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＺｒＯ_２等が用いられる。絶縁膜９には、ｎ電極７上及びｐ側透明電極８上の一部にコンタクトホールが設けられており、コンタクトホールを介して配線１２や配線１３、配線１４、配線１５と接続されている。

配線１２、１３は、透明電極材料で形成され、例えば、ｐ側透明電極８で用いるＺｎＯ又はＩＴＯで構成される。配線１２、１３の膜厚は、例えば２０００Å〜５０００Åとすることができる。このように配線を透明電極と同じ材料で形成することにより、活性層５で発生する光を遮ることなく、取り出すことができる。活性層５で発生した光は、上方向や下方向だけでなく、側面にも向かい、素子側面から放射される光等がある。一方、図１の構成を受光装置とした場合には、活性層５に向かう光は、素子の上面からだけではなく、素子の側面から入射する光や素子内部で反射して活性層へ向かう光等がある。

従来技術のように、配線を金属で形成した場合には、金属により光の吸収、反射が起こり、光が遮られてしまうが、本発明では、ｐ側透明電極と同じ材料で配線を形成しているので、光を透過させることができるとともに、導電性も得られる。したがって、発光装置であれば光出力が向上し、受光装置であれば、光の検出感度が向上する。

また、ｎ電極７は、ｐ側透明電極８と同じ材料であるＺｎＯ又はＩＴＯで形成される。このようにすると、発光装置の場合、活性層５で発生した光が、素子内部で反射されてｎ電極７側方向に向かう光を外部に取り出すことができる。受光装置とした場合は、ｎ電極７の上面方向から入射する光を内部に取り込んで、素子内部の反射等により活性層５へ導くことができる。

特に、ｎ電極７の面積が大きい場合には、光がｎ電極７を透過させることができるので効果が大きい。なお、ｎ電極７の面積が小さい等、ｎ電極７での遮光を問題にする必要がない場合には、ｎ電極７をＡｌ等の金属、若しくは下層から順にＡｌ／Ｎｉと積層された金属多層膜やＴｉ／Ａｕと積層された金属多層膜等で形成しても良い。このように、ｎ側電極７を金属電極にした場合は、配線１３等が剥がれにくくなる。

次に、図２は、図１と同様、素子を並列に接続した構造で、ほぼ同じ構成であるが、ｐ側透明電極８の上面の一部にｐ側金属電極８１を積層し、このｐ側金属電極８１を介してｐ側透明電極８と配線１２とを接続している点が異なる。図２のｐ側金属電極８１はＡｌ等の金属、若しくは下層から順にＡｌ／Ｎｉと積層された金属多層膜やＴｉ／Ａｕと積層された金属多層膜等が用いられる。図１の場合は、素子の正電極（ｐ電極）は、ｐ側透明電極８のみで構成されているが、図２の場合は、素子の正電極（ｐ電極）は、ｐ側透明電極８とｐ側金属電極８１とで構成されている。これは、光の取り出し又は入射を最大限にするためには、図１のようにｐ側透明電極８と配線１２とを直接接合するのが良いのであるが、このようにすると、剥がれやすくなる可能性があるので、確実に接合するために、図２のように、ｐ側金属電極８１を介してｐ側透明電極８と配線１２を接合している。

図７は、図１又は図２の構成を上から見た平面図であり、ｎ電極７、ｐ側透明電極８又はｐ側金属電極８１、金属配線１２、１３との関係をわかりやすくするために、絶縁膜９を透した状態で記載している。ここで、活性層５からの発光は、ｐ側透明電極８の上面方向から取り出されるようになっている。受光装置として機能する場合は、ｐ側透明電極８の上面方向から光を活性層５で受光するようになっている。

図７の例えば、Ｃ−Ｃ断面の一部が、図１、２に相当し、各ＧａＮ系半導体素子Ｄのｐ側透明電極８又はｐ側金属電極８１とｎ電極７について、同極性の電極を接続し、各ＧａＮ系半導体素子Ｄを並列接続した場合の構成を示している。８ａは、ｐ側金属電極８１が形成されている場合は、ｐ側金属電極８１と配線１２又は配線１４とが接触する領域、ｐ側金属電極８１が形成されていない場合は、ｐ側透明電極８と配線１２又は配線１４とが接触するｐ側電極接合領域を表わすもので、言い換えればコンタクトホールでもある。

図７に示すように、端部の配線１４、１５と接続される電極を除いては、隣接する半導体素子のｐ電極同士、又はｎ電極同士が素子間を分離する分離溝Ａを挟んで隣接するように形成されている。また、配線１２、１３、１４、１５は、図示されていない他の多くの半導体素子の電極と接続されている。配線１４、１５についても、ｐ側透明電極８と同じ材料で構成され、上述したように、例えばＺｎＯ又はＩＴＯで構成しても良い。また、半導体素子群の外側に配置される配線１４、１５は、透明でない金属配線としても良い。

図７の場合、例えば、配線１４と配線１２とを同一のプラス電極に、配線１３と配線１５とを同一のマイナス電極に接続すれば、図７の１２個の各ＧａＮ系半導体素子Ｄは、すべて並列に接続される。このとき、複数の半導体素子Ｄが形成された半導体装置には、外部から電力を供給しなければ、各半導体素子Ｄは作動しない。

したがって、外部から電力を供給するためのワイヤーを半導体装置に接続する必要がある。このワイヤーと接続するために、特定の１個の半導体素子上にワイヤーボンディング用金属を形成し、このワイヤーボンディング用金属とワイヤーとを接続する。通常、ワイヤーボンディングは、プラスとマイナスの電極が必要であるので、２箇所に設けられるが、例えば、図７に示すＷＢが、ワイヤーボンディング用半導体素子の１箇所だとする。ワイヤーに過大な力が加わりやすく、ＷＢ周辺の配線がＺｎＯ又はＩＴＯ材料では剥がれ易い。そこで、ＷＢの周辺領域に形成される配線については、ｐ側透明電極８と同じ材料ではなく、Ａｌ又はＡｕ等の金属で形成する。

ＷＢの周辺領域とは、図の点線で示される金属配線領域のことであり、半導体素子ＷＢの電極と隣接する他の半導体素子の電極とを結ぶ配線、及び半導体素子ＷＢの周辺の分離溝Ａに沿って設けられている配線等を金属配線とする。これは、後述する図８でも同様である。なお、図７では、金属配線領域の一例として、隣り合う２つの素子Ｄに渡る領域を示しているが、これに限らず、３つ以上の素子に渡る領域であっても良い。また、金属配線領域のために選択する素子Ｄとして、ｎ型層が露出した構造例を示しているが、この構造に限定されるものではない。例えば、ｐ型層や透明導電膜まで積層し、ｎ型層を露出させるためのエッチングに対するマスクを形成して、メサエッチングされない積層部を作製しておき、この積層部をＷＢとしても良い。

一方、図３、４は、図１、２とは異なり、各ＧａＮ系半導体素子Ｄのｐ電極（正電極）とｎ電極（負電極）について、異極性の電極を接続し、各ＧａＮ系半導体素子Ｄを直列接続した構成を示している。

図３、４に示すように、一方の素子のｐ側透明電極８又はｐ側金属電極８１と他方の素子のｎ電極７が素子間を分離する分離溝Ａを挟んで隣接するように形成されている。図１、２と同じ符号は、同じ構成を示しており、ＧａＮ系半導体素子Ｄを直列に接続したこと以外の層構造や材料構成は同じであり、図１が図３に、図２が図４に対応する。ここで、配線２０は、配線１２、１３と同様、透明電極材料で形成され、例えば、ｐ側透明電極８で用いるＺｎＯ又はＩＴＯで構成される。

図８は、各ＧａＮ系半導体素子Ｄが直列に接続した構成を含む配置状態を上から見た平面図であり、絶縁膜９を透した状態で記載している。この図のＢ−Ｂ断面の一部が図３、４に相当する。図７とは異なり、各ＧａＮ系半導体素子Ｄが４個並列に接続されたグループが、３列直列に接続された構成となっている。端部の配線２１、２２と接続される電極を除き、直列接続されている素子については、隣接する半導体素子間において、一方の素子のｐ電極と他方の素子のｎ電極が素子間を分離する分離溝Ａを挟んで隣接するように形成されている。また、配線２１、２２は、ｐ側透明電極８と同じ材料で構成されており、上述したように、例えばＺｎＯ又はＩＴＯで構成される。また、図７の場合と同様、半導体素子群の外側に配置される配線２１、２２は、透明でない金属配線としても良い。図示はしていないが、配線２０〜２２は、ワイヤーボンディング用電極に接続され、電圧が供給される。

なお、図７、８のいずれの構成の場合でも、分離溝を挟んで隣接する半導体素子間のｐ電極とｐ電極を接続する配線、あるいは、ｐ電極とｎ電極とを接続する配線は平面図上で光取り出し面又は受光面を跨らずに、最短距離で接続されている。

さらに、隣接する半導体素子間のｐ電極とｐ電極を接続する配線、あるいは、ｐ電極とｎ電極とを接続する配線は、六角形状の半導体素子Ｄに形成された１２個の頂点をすべてを避けた構成としている。ＧａＮ系半導体素子Ｄの台座領域Ｄ２における六角形の頂点及びメサ領域Ｄ１における六角形の頂点のいずれも角を形成しているため、電界が集中する。したがって、電極間の配線がＧａＮ系半導体素子Ｄに形成された１２個の頂点のいずれかの上を跨って形成されると、配線とＧａＮ系半導体素子Ｄとが短絡しやすくなるので、これを避けるためである。

他方、各ＧａＮ系半導体素子Ｄに形成されるｐ電極、ｎ電極の形状について、図５に示す。これは、図１〜図４に記載したＧａＮ系半導体素子Ｄを上から見た平面図で示したものである。電極の配置は、活性層５での発光面積が最大で、かつ、各半導体素子相互の配線が簡単になる位置に形成される。

正電極又は負電極は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、素子形状と相似な六角形の一辺又は頂点を挟んだ二辺を利用した形状の電極接合領域となっており、正と負の電極接合領域は対向して配置されている。

図５（ａ）は、ｐ側電極接合領域８ａ、ｎ電極７ともに、ＧａＮ系半導体素子Ｄの形状の六角形の一辺と平行な長辺を有する四角形に形成されている。図５（ｂ）は、ｐ側電極接合領域８ａ、ｎ電極７ともに、半導体素子形状の六角形の頂点を挟んだ二辺と平行な二辺を用いており、「く」の字形状に形成されている。図５（ｃ）は、ｐ側電極接合領域８ａ、ｎ電極７ともに、半導体素子形状の六角形の頂点を挟んだ二辺と平行な二辺を利用しており、扇形状に形成されている。図５（ｃ）では、扇形とせずに、円弧部分を直線形状にして三角形としても良い。

図１〜４に示すＧａＮ系半導体装置の製造方法を以下に説明する。まず、成長用基板１上に選択成長用マスク１１を形成する。例えば、成長用基板１としてサファイア基板をＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）装置に入れ、水素ガスを流しながら、１０５０℃程度まで温度を上げ、サファイア基板をサーマルクリーニングする。その後、サファイア基板上に選択成長用マスク１１として絶縁膜であるＳｉＯ_２を形成する。スパッタパワー３００Ｗ、スパッタ原子Ａｒを２０ｃｃ／分で供給し、圧力１Ｐａの雰囲気中で２０分スパッタを行ってサファイア基板上にＳｉＯ_２を膜厚１０００Å程度形成する。

次に、フォトリソグラフィー技術により所定のパターンにレジストをＳｉＯ_２膜上に形成し、ドライエッチング、例えば、ＣＦ４ガスを圧力３Ｐａ、パワー１００Ｗでプラズマ状態にして供給し、エッチングを行う。このときの選択成長用マスク１１のパターンは後述するように、図６のようになる。

その後、ＡｌＮバッファ層２を成長させる。このＡｌＮバッファ層２は、高温ＡｌＮバッファ層であり、温度９００℃以上で（例えば９００℃）、成長圧力は２００Ｔｏｒｒとし、キャリアガスとしては水素を用い、このキャリア水素（Ｈ_２）の流量を１４Ｌ／分とし、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）の流量については２０ｃｃ／分、ＮＨ_３（アンモニア）の流量については５００ｃｃ／分とした。このときのＮＨ_３／ＴＭＡのモル比を計算すると、約２６００となる。この成長条件下で膜厚３０Åの高温ＡｌＮバッファ層２を形成する。なお、選択成長用マスク１１として用いる絶縁膜には、上記ＳｉＯ_２の他に、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＺｒＯ_２等がある。

このようにＡｌＮバッファ層２を積層すると、ＡｌＮバッファ層２を薄く形成できるだけでなく、選択成長用マスク１１上へは、ＡｌＮバッファ層２は堆積せずに、選択成長用マスク１１の間を埋めるように形成される。

ところで、図１〜４のように、分離した半導体素子Ｄを形成するためには、横方向の成長レートよりも縦方向の成長レートを大きくしておく必要がある。このようにするために、選択成長用マスク１１の開口部は絶縁膜の一部を除去して作製するのであるが、その開口部の形状が図６に示されている。

図６のように、六角形状の開口部１１ａを多数形成した選択成長用マスク１１を用いる。このようにして、六角形状の素子が得られる。窒化物半導体は、（０００１）方位のウルツ鉱型（六方晶）の結晶構造を持ち、Ｇａ原子又はＮ原子が成長表面方向になる結晶極性（ｃ軸方向に成長）を有している。

したがって、成長用基板には、同じウルツ鉱型の結晶構造を有するサファイア基板等が用いられ、サファイア基板の主面がＣ面を有し、その主面に窒化物半導体が積層された場合は、すべてＣ面が成長表面方向となる。その場合、図６の六角形状の開口部１１ａを有する選択成長用マスクであれば、六角形の一辺Ｌ１を成長用基板のＭ面と平行に配置すれば、選択成長によって成長する結晶は、ほとんど縦方向方向に成長を行うので、分離した半導体層になる。

次に、ＭＯＣＶＤ装置において、成長温度を１０２０℃〜１０４０℃にし、ＮＨ_３とＴＭＡのうち、ＴＭＡの供給を停止し、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を２０μモル／分供給し、アンドープＧａＮ層３を厚さ０．５μｍ程度積層する。

その後、ｎ型ドーパントガスとしてシラン（ＳｉＨ_４）を供給してｎ型ＧａＮ層４を膜厚４μｍ程度成長させる。次に、ＴＭＧａ、シランの供給を停止し、アンモニアと水素の混合雰囲気中で基板温度を７００℃〜８００℃の間に下げて、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を２０μモル／分供給して活性層５のアンドープＧａＮ障壁層を積層し、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を２００μモル／分供給してＩｎＧａＮ井戸層を積層する。そして、ＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層との繰り返しにより多重量子井戸構造とする。活性層５の膜厚は例えば０．１μｍ程度形成する。

活性層５成長後、成長温度を１０２０℃〜１０４０℃に上昇させて、Ｇａ原子の原料ガスであるトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、窒素原子の原料ガスであるアンモニア（ＮＨ_３）、ｐ型不純物Ｍｇのドーパント材料であるＣＰ_２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエチルマグネシウム）を供給し、ｐ型不純物ＭｇドープのＧａＮ層６を膜厚約０．３μｍ成長させる。

次に、ｐ型ＧａＮ層６からｎ型ＧａＮ層４が露出するまでメサエッチングを行い、ｐ型ＧａＮ層６上にｐ側透明電極８として例えばＺｎＯを膜厚２０００Å程度で形成し、ｐ側透明電極８上の一部にｐ側金属電極８１を形成する場合は、ｐ側金属電極８１を、また、露出したｎ型ＧａＮ層４の面上にｎ電極７を形成する。ｎ電極７にもＺｎＯを用いる場合は、ＺｎＯを例えば膜厚２０００Å程度形成する。

その後、絶縁膜９としてＳｉＯ_２を０．５μｍ〜２μｍ程度、ウエハ上の表面全体に渡って堆積させる。ウエハ表面をＳｉＯ_２で被覆するために、プラズマＣＶＤが用いられ、パワー３００Ｗ、成長温度４００℃にして、シラン（ＳｉＨ_４）を１０ｃｃ／分、Ｎ_２Ｏを５００ｃｃ／分供給して、ＳｉＯ_２を０．５μｍ〜２μｍ程度形成する。

次に、ｐ側透明電極８又はｐ側金属電極８１、ｎ電極７上のＳｉＯ_２をウエットエッチング又はドライエッチングにより除去してコンタクトホールを形成する。図１〜４、７、８の構成で、配線にＺｎＯを用いる場合、ＺｎＯを２０００Å〜５０００Åの厚さで堆積させて、一部をエッチングして配線１２〜１５、配線２０〜２２のパターンを作製する。これで、コンタクトホールを介して、配線とｐ側透明電極８又はｐ側金属電極８１、配線とｎ電極７が接続される。また、ワイヤーボンディング領域に形成される配線１２〜１５、配線２０〜２２については、Ａｌ又はＡｕ等の金属で形成する。このときの膜厚は、５０００Å程度に作製する。

また、配線１２〜１５、配線２０〜２２、ｐ側透明電極８、ｎ電極７等をＺｎＯにより形成する場合には、パルスレーザーデポジション（PLD）法で作製する。この場合、レーザ照射のターゲットには、２％〜３％のＧａ（ガリウム）が含まれた焼結ＺｎＯを用いる。ＧａドープＺｎＯとすることにより、アニールを行うことなく、ｐ側透明電極８とｐ型ＧａＮ層とオーミック接触させることができ、また、配線等については、導電性が向上する。

なお、各半導体層の製造については、キャリアガスの水素又は窒素とともに、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ_３）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）などの各半導体層の成分に対応する反応ガス、ｎ型にする場合のドーパントガスとしてのシラン（ＳｉＨ_４）、ｐ型にする場合のドーパントガスとしてのＣＰ_２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）等の必要なガスを供給して、７００℃〜１２００℃程度の範囲で順次成長させることにより、所望の組成で、所望の導電型の半導体層を、必要な厚さに形成することができる。

本発明のＧａＮ系半導体装置の断面構造の一例を示す図である。 本発明のＧａＮ系半導体装置の断面構造の一例を示す図である。 本発明のＧａＮ系半導体装置の断面構造の一例を示す図である。 本発明のＧａＮ系半導体装置の断面構造の一例を示す図である。 本発明のＧａＮ系半導体装置における半導体素子の正電極及び負電極の形状例を示す図である。 選択成長用マスクの形状例を示す図である。 半導体素子を並列接続した場合の配線状態を示す平面図である。 半導体素子を一部直列接続した場合の配線状態を示す平面図である。

符号の説明

１ 成長用基板
２ ＡｌＮバッファ層
３ アンドープＧａＮ層
４ ｎ型ＧａＮ層
５ 活性層
６ ｐ型ＧａＮ層
７ ｎ電極
８ ｐ側透明電極
８１ ｐ側金属電極
９ 絶縁膜
１１ 選択成長用マスク
１２ 配線
１３ 配線
２０ 配線

Claims (8)

1. 基板上にＧａＮ系発光素子又はＧａＮ系受光素子となる半導体素子が２次元状に複数形成されたＧａＮ系半導体装置であって、
   前記半導体素子の正電極及び負電極が受光面側又は光取り出し面側に設けられ、ＧａＮ系半導体層と接する領域に前記正電極として透明電極が形成されるとともに、電極間を接続する配線の一部が透明電極材料で形成されていることを特徴とするＧａＮ系半導体装置。
2. 前記透明電極材料は、ＺｎＯ又はＩＴＯで構成されていることを特徴とする請求項１記載のＧａＮ系半導体装置。
3. 前記電極間を接続する配線の一部とは、ワイヤーボンディング電極領域を除く配線であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載のＧａＮ系半導体装置。
4. 前記正電極は、前記透明電極材料のみで構成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載のＧａＮ系半導体装置。
5. 前記正電極は、前記透明電極と該透明電極上の一部に設けられた金属電極とで構成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載のＧａＮ系半導体装置。
6. 前記負電極は、透明電極と同一の材料で構成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載のＧａＮ系半導体装置。
7. 前記負電極は、金属電極であることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載のＧａＮ系半導体装置。
8. 前記金属電極は、Ａｌ膜、ＡｌとＮｉの多層膜、ＴｉとＡｕの多層膜のいずれかで形成されていることを特徴とする請求項５又は請求項７のいずれか１項に記載のＧａＮ系半導体装置。
   

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