JPS5830170A - 化合物半導体素子およびその電極形成法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアル（＝ラムを含む化金物半導体素子およびこ
の素子の電極形成法に係り、とくにｋｔを含む化合物半
導体素子の選択的な領域に電極を形成する方法Ｋｌｌす
るものである。

周知のように発光ダイオード、トランジスタ、レーザー
、光検出器などの素子には、ＧａＡｓ、ＧａＡｔＡｓ　
、　ＧａＡｓＰｍ　ＧａＰ或いはＣｄ８．　ＺｍＳ　　
などの化合物半導体材料が使用されており、その半導体
材料の応用分野も増々広がってきているのが現状である
。

これらの化合物半導体材料は、単元素の半導体材料であ
る８１などに比し、物理的性質が素子製作遇１で複雑に
変化すゐ丸め、電極形成の方法を含めて素子製作工Ｓ％
単純ではなく高変の技術を要する場合が多い。とくにＧ
ａＡｔＡｓＫ代表されるようなｋｌを含む化合物半導体
材料においては、牛導体表間が不安定で製作工寝中の熱
処理や化学処理の段階で変化しやすく、オー建ツク接触
の九めの電極形成が行ないにくいなどの欠点を有してい
丸。従って、他の化合物半導体の場合本そうであるが、
とくにＡｔを含む化合物半導体材料を用いた素子の電極
形成には種々の材料、技術、方法が開発されている。し
かしながらなお工程が複雑であるとか、性能、歩留シな
どに問題点が多く残っているのが現状である。この従来
法の電極形成法の欠点、問題点をＧａＡｔＡｓ発光ダイ
オードの電極形成法を例にとって具体的に説−する。

第１図闇は従来のＧａＡｔＡｓ発光ダイオードの断面構
造の一例である。この図において社、ダイオードはｐ　
ｉｌｌ　ＧａＡｔＡｍ結晶基板１の上に液相成長法など
で得られたｐＨｌＧａＡｔＡｓ領域２、ｎ　＠　ＧａＡ
ｔＡｓ領域３が積層されたｐｍ接合となっている。素子
の電極としては裏面の全面にオーミック電極５が、まえ
表面にはＳｔＯ，などの絶縁膜６に所定の形状、大きさ
を４つ窓があけられ選劉的にオーミック電極４が形成さ
れている。

このような電極構造は通常次のような方法によって得ら
れる。即ち、ｐｎｉｉ合が形成された基板の全面に８１
０．などの絶縁膜６をＣＶ　Ｄ　（ｃｈ＠ｍ１ａａｌｖ
ａｐｏｒ　ｄ＠ｐｅ畠１ｔｌｏｍ　）法などで付着被覆
する。

しかる螢、この絶縁ｌＩ６に感光膜を塗布し通常の写真
蝕刻法によって所定の形状、サイズをもつ電極形成用の
窓をあける。その後電極用金属を真空蒸着法などＫより
全面蒸着し、再び感光膜塗布。

写真蝕刻法によって電極領域４をマスクして化学エツチ
ングなどの処理によって第１図（ａ）の断面構造を得る
。裏面のオーミック電極は全面に形成されるので上記の
ような工１は不要である。これらに電極のＧａ　ＡｔＡ
−結晶への付着力、安定性、オーミック接触性を高める
ためＯ熱処理工程がつけ加わるＯが普通である。

このような従来の電極形成法における欠点、問題点を列
挙すると次のようなものである。

イ）　　８１（ｈなどの絶縁ＩＲ６はＣＶＤ法などの熱
的過程での形成によるので、熱的歪および結晶との物理
的性質の違いがかなシある仁とによる応力歪が結晶との
境界面に発生し中すい。とくに窓周辺部においては結晶
、絶縁物、オーミック電極金属とが互いＫｍ触すること
となり複鯵な歪が発生する。これらの不必要な歪は、と
くに歪に対して敏感な化合物半導体結晶からなる素子の
特性に悪影響を及ぼし、歩留り、寿命等の信頼性が低下
してい友。

口）　選択的なオー電ツク電極形成のための絶縁膜の窓
あけは薬品を用いた化学的処理によってなされる。絶縁
膜を溶解し結晶を溶解しない薬品で６つ九としてもムｔ
を含む結晶の場合には薬品に触れ丸窓の中の結晶表面は
活性化されやすく、ま九酸化されやすい性質がある九め
、後のオーミック電極が付着形成されても接触抵抗が大
きくなったりバラついたシしゃすく、良好なオーミック
接触がとれにくいといった結果を生じていた。

ハ）この化合物半導体素子が発光ダイオードであつ友場
金上部が光取出し面となる。従って発光面積に対する電
極面積の占める割合は効率などダイオードの発光特性を
左右するものとなるから電極面積は可能な限シ小さくか
つ形状、サイズの精度の良いことが要求される。これを
いい換えれば、電極４の窓からはみだし絶縁膜６の上を
覆っている領域部分は不必要というよシ問題となる領域
である。写真蝕刻法によってこのはみだし部分を極力な
くすようなマスクパターンを用い化学エツチングをした
場合、マスク合せｆｌｌ＆およびずれ、サイドエツチン
グ現象、貴意性などが関係しパターンがずれエツチング
液が窓の端部の方で結晶に達する場合が往々にして存在
していた。電極（たとえば金）などの化学エツチング液
けＡｔを含む化合物中導体なども容易にエツチングする
ため素子特性や歩留）が低下すゐ場合が多かっ九。

二）素子上部の電極形成の丸めの工程数は、上記した種
々の欠点ないし問題点があるに屯拘らず一比較的多いの
で素子の；スト高につながっていた。

また別な方法として次に示すような簡単な方法で発光ダ
イオードの電極を形成する方法もある。

第１図（ｂ）がそれＫよって得られ九発光ダイオードの
断面構造例である。各領域１．２，５．４は第１図（ａ
）　Ｋおける各領域１〜４と同じである。第１図（ｂ）
　Ｋ示した構造においては形状のみを考えれば絶Ｉｌ＆
膜がなく発光ダイオードとしては好都合な構造である。

これを得ゐ九めには、上面に電極金属を全面に付着させ
写真蝕刻法および化学エツチングによって電極４を残そ
うとして本前述し九ようＫｌ極金ＩＩＯエツチング液は
Ａｔを含む化合物半導体をもエツチングしてしオうので
用いられず、金属マスクを用いる。すなわち、　　Ｍｏ
などの金属薄板に所定の形状の孔をあけたものをマスク
とし、これを半導体基板に密着させた状態でその上部か
ら電極用金属を真空蒸着法などの方法で蒸着させ第１図
（ｂ）のような構造の素子を得るのである。

この方法はＷｊＩ的には簡単なのであるが、中はり次の
ような欠点が存在していた。

金属板マスクにおける孔の加工には限界があって黴細な
形状、サイズの孔は作れず、従って写真蝕刻法などでは
可能な精度の良い形状、サイズをもつ電極は得られない
のである。またマスクラ半導体基板に密着させるといっ
て奄重ね合わせるわけであるから、どうしてもある程度
の間隙を生じ、しかも蒸着時におけるマスクの熱膨張、
振動等があって、蒸着した電極領域４端部においてずれ
やぼけが生じやすく電極Ｏ形状、サイズの再現性に乏し
くなるのである。

このように従来の電極形成法には種々の問題点かあシ、
素子製作上の性能、精度、歩留シ、再現性に大きな障害
となっていた。

本発明は上記の諸欠点、問題点を鱗決或いは回避すると
とＫよって、ムｔを含む化合物半導体素子およびこの半
導体素子に精度良くかつ再現性の良い電極を選択的に形
成する方法を提供することを目的とするものである。

以下、本発明に係るＧａＡｊＡ−発光ダイオードの電極
形成法を実施例によシ詳細Ｋｌ！明する。

第２図（ａ）　〜（ｆ）は本発１１によるＧａＡｔ＆＠
発光ダイオードの電極形成の丸めの工程例である。

（ａ）　　第２図（ａ）　ＫはｐＨＧａＡｚＡ−結晶基
板１の上に液相成長法などｋよりてｐｉｌｌＧａＡｔム
ー領域２及びｎ　３１　ＧａＡｊＡｓ領域６が形成され
たｐｎ接合を有する半導体基板を示しである。

（ｂ）　　これに対しｎ　ｍｌ　ＧａＡｊＡｓ領域６の
全面に３層からなる金属層を真空蒸着法あるいはスパッ
タリングなどの方法で付着させる（第２図（ｂ）参照）
。

壕ず第１層７はＴＩ金層薄膜である。この層は次に述べ
る化学エツチングの際の保護膜として用いられるものな
ので且つ半導体との境界面に歪を発生させないよう可能
な限り薄いことが望ましい。

実験の結果平均数百〜数千Ａの厚みがあれば充分であり
、ｌ　１ｍ以上の厚みは歪あ纂いは第２層８の金属によ
るオー建ツク形成効果の点から反って障害となることが
判った。この第１層７の上ＫＧ・およびＮｌの混合金属
からなる薄い金属層を第２層８として全面に付着させる
。この第２層８はｎ型ＧａＡｔＡｓ領域３に対しオーミ
ック接触が得られるＧｏが含まれており螢の熱処理過程
で第１層７およびｎ型ＧａＡｔＡｓ表面に拡散して良好
なオーミック接触を形成させる役目を果す。この際Ｎｉ
はポールアンプを押さえる役目をなす。この目的さえ果
せればとのＧ・、Ｎｌといった混合金属でなくともよい
。上記と同様に歪の点から厚みは数百〜数千Ａあれば充
分でｌ　１ｍ以上の厚みは反って障害となる。なおｊｌ
ｌＫ形成される第３層９に用いられる金属はＡｔ＋であ
る。ム１を用いる理由はり一ドＩＩＯポンディングなど
１１ＯリードＩＩＯ取出しを容易にするためである。そ
０＊＋は数７ｗｆｆ１あれば充分である。

このように本発明においてはそれぞれ作用効果の異なる
金属薄層が３層積層される電極金属構成になっているの
がｌＩｌｉｇＩである。しかしながらその３層は薄膜で
あること、また、後で熱処理することなどから実際的に
は亙いの境界面は明確ではないと考えられる。またこの
３層は、蒸着源を変えるとかスパッタリングの放電電極
を変えるなどの方法をとれば同一容器内で同一工程で得
ることができる。

（ｃ）　　このＡｔＫからなる第３層９上に感光膜を塗
布し通常の写真蝕刻法によ）所定の形状、サイズをもつ
感光膜１０を残す（第２図（Ｃ）参照）。写真蝕刻法を
用いることにより極めて微細で精整なパターンをもつ感
光膜１０が形成される。

（ｄ）　　次にＫｌ　−Ｉ、混合液などの化学エツチン
グ液に上記工程を経た基板を浸漬する。感光膜１０のあ
る部分を残してエツチングが進むが、この混合液ＦｉＴ
ｌからなる第１層７をエツチングするがエツチング速度
が違いのて第２層８ｔでエツチングされるとエツチング
が停止する。この工ｓｌｌの断面図を第２図（ｄ）に示
した。

（・）上記工程を終つぇ基板を感光膜１ｏを残存きせ九
ままで、容器内に入れＣＦ４あるいはＣＰ’、十〇１な
どのガスを導入してプラズマエツチングを行う。この方
法をとれば感光膜１ｏが存在する部分を残して第１層７
であるＴｉ膜がプラズマエツチングされＧａＡｔＡ−結
晶面に運し六段階でエツチングが停止する。

本発明のように化学エツチング（ｄ）とプラズマエツチ
ング（＠ンとを併用することにょシサイドエッチングが
殆どなく初めの感光１１１０の形状、サイズ通りの電極
領域を残して他の不必要な領域の三種類の金属層が除去
されることになるのである。

（ｆｌ　　次ＫＪｌ光１１１０　を除去Ｌｌｌｆｉｏｐ
型ＧａＡｔＡｓ結晶基板１にオー建ツク電極金属（例え
ばＡｕ　−Ｚｎ、Ａｕ　−Ｂ・など）を付着させＮ、或
いは均ガスなどの雰囲気ガス中で約４００〜５ｏｏｃの
温度で熱処理する。この熱処理によってｎ１ｌｌ、ｐ型
いずれのＧａＡｌＡｓ結晶に対しても再現性のよ−良好
なオーミンク接触が安定して得も、れるのである。

以上、本発明をＧａＡｔＡｓ発光ダイオードの電極形成
法を実施例として述べた。本発明によってＧａＡｔＡｓ
結晶などＡｔを含む化合物半導体基板上に、化合物半導
体結晶に接する儒Ｋ　Ｔｌ薄膜を配してしか４とのＴｌ
薄膜とＡｕ薄膜とでオーインク接触を可能ならしめる金
属を含んだ薄膜をサンドイッチ状に挾んだ３層構造の電
極膜を全面に形成する方法と、写真蝕刻法を用込九化学
エツチングＪ：、　７”）　Ｘ　マエッチングとを併用
する方法をとることによって、化学エツチングをＴｉ膜
で停止させて化学薬品がＡｔを含む化合物半導体に接触
させない方法をとることができ（従ってｋｌを含む化合
物半導体表面の活性化、酸化が避けられオーミック接触
も良くなルミ極の形成工種の再現性が向上する）、Ｔｉ
膜をプラズマエツチングで除去することによりＧａＡｔ
Ａｍ結晶を侵蝕することなく、ま良すイドエツチング本
なりので極めて微細な形状、サイズの電極でも高精度で
、再現性よく得られるのである。まえ本発明にあっては
、第１図（ａ）の説明で述べたような絶縁膜の形成を行
なわないため、工種が簡単となり絶縁膜形成時の熱的歪
や物理的性質の違いから来る応力歪を半導体素子に与え
ないですむのである。上記実施例はＧａＡｔＡｓ結晶を
基板とするものであったが、化合物半導体の中にＡｔが
含まれていると、既述したように化学薬品に対し結晶表
面の性質が敏感になるので、Ａｔを含む化合物半導体に
本発明は充分な効果を発揮する。上記実施例はｍ　ｆｉ
ｌ　ＧａＡｔＡｓ結晶に対する選択的な電極形成法とし
て述べているが、表面側がｐ［ＧａＡｔＡ−の場合には
、３層構造の電極の真中の層にオーインク接触が形成で
きる。例えばＡｕ　−Ｚｎ、Ａｕ−Ｂｅ薄層であれば良
く場合によってはＴｉ層とＡｕ−Ｚｎ等の層（ｔたＦｉ
Ａｕ　−Ｂａ層）の２層構造であれば同様な効果が達成
できゐ。

【図面の簡単な説明】

第１図（１）は、従来法によるＧａＡｔＡ−発光ダイオ
ードの断面図、第１図（ｂ）は、従来法である金属マス
クを用いて得られるＧａＡｔＡｓ発光ダイオードの断面
図。 第２図（ａ）　〜（ｆ）は、本発Ｗ＃によるＧｍＡｔＡ
ｓ発光ダイオードの電極形成１根を示す図である。 １−　ｐ　ｉｌｌ　ＧａＡｔＡ−結晶基板；　２　＝・
ｐ　ｆｉｌ　ＧａＡｔＡｓ領域；　３−　！Ｉ　Ｉ＃　
ＧａＡｔＡａ　ＩＩ斌；　７−・・第１層；　８　、、
。 第２層；９・・・第３層；１０・・・感光膜。 特許出願人：スタンレー電気株式会社 代理人：弁理士海津保三 同　　　：弁理士　平　山　−幸 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　　ｋｌを含む化合物半導体の電極の金属層として
   、上記化合物半導体に接する何に１１層を配し、該Ｔ１
   層と、オー建ツク接触を可能ならしめる金属を含む層と
   、Ａｕ層との実質的に３層構造になされていることを特
   徴とするＡｔを含む化金物半導体素子。 ２）　　ｋｔを含む化合物半導体の電極の金属層として
   、上記化合物半導体に接する側にＴＩを形成ししかる後
   にオー建ツク接触を可能ならしめる金属を含む層を形成
   しさらにＡｍ層を形成し、以て実質的に３層構造とする
   とともに、上記電極を所定の形状に加工する処理工程と
   して化学エツチングを行い、しかる螢にプラズマエツチ
   ングを行うことを特徴とするｋｌを含む化合物半導体の
   電極形成法。