JPH11274469A - Iii-v compound semiconductor device - Google Patents
Iii-v compound semiconductor deviceInfo
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- JPH11274469A JPH11274469A JP9682498A JP9682498A JPH11274469A JP H11274469 A JPH11274469 A JP H11274469A JP 9682498 A JP9682498 A JP 9682498A JP 9682498 A JP9682498 A JP 9682498A JP H11274469 A JPH11274469 A JP H11274469A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、III-V族化合物半
導体素子に関するものであり、詳しくは、素子化の際の
ボンディング性が改良されたIII-V族化合物半導体素子
に関するものである。本発明のIII-V族化合物半導体素
子は、情報処理用や通信用などの光源として好適に用い
られる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a group III-V compound semiconductor device, and more particularly to a group III-V compound semiconductor device having improved bonding properties in device formation. The group III-V compound semiconductor device of the present invention is suitably used as a light source for information processing and communication.
【0002】[0002]
【従来の技術】III-V族化合物半導体素子(例えばレー
ザーダイオードや発光ダイオード等)は、基板上にIII
−V族化合物半導体層をエピタキシャル成長させた後、
基板側とエピ側との両方に電極を形成し、または、更に
エピ側に複数の電極を形成し、次いで、チップ化工程で
素子のサイズに切り分け、端面コーティング後、ボンデ
ィング工程とパッケージング工程を経て製品とされる。2. Description of the Related Art A group III-V compound semiconductor device (for example, a laser diode or a light emitting diode) is formed on a substrate by using a III-V compound semiconductor device.
After epitaxially growing a group V compound semiconductor layer,
An electrode is formed on both the substrate side and the epi side, or a plurality of electrodes are further formed on the epi side, and then cut into element sizes in a chip forming process, and after an end face coating, a bonding process and a packaging process are performed. After the product.
【0003】上記の電極は、キャリアーに素子を組み込
んだり素子表面の電極にワイヤリングを行う際のインタ
ーフェースとなるが、低抵抗で且つオーミック接続され
ていることが重要である。そして、電極は、通常、化合
物半導体層とオーミックコンタクトをとるための下地層
と表面層とを含む多層構成とされる。The above-mentioned electrodes serve as an interface when the element is incorporated into a carrier or when wiring is performed on the electrodes on the surface of the element. It is important that the electrodes have low resistance and are ohmic-connected. Then, the electrode usually has a multilayer structure including a base layer and a surface layer for making ohmic contact with the compound semiconductor layer.
【0004】下地電極層(オーミックコンタクト層)の
上に設けられる表面電極層の材料にはAuが広く用いら
れる。Auは、導伝率が高く且つ空気中で腐食しないた
め、安定した表面を維持でき、従って、表面電極層の材
料として好適である。また、Au表面電極層は、Auを
主成分としたはんだ被服が表面に施されたキャリアとの
接合(ダイボンド)の他、上記の様なAuワイヤとの接
合(ワイヤボンディング)にも適している。Au is widely used as a material of a surface electrode layer provided on a base electrode layer (ohmic contact layer). Au has a high conductivity and does not corrode in the air, so that it can maintain a stable surface and is therefore suitable as a material for the surface electrode layer. The Au surface electrode layer is suitable not only for bonding with a carrier whose surface is coated with solder containing Au as a main component (die bonding) but also for bonding with an Au wire as described above (wire bonding). .
【0005】ところで、III-V族化合物半導体において
は、III族元素(特にAl)が酸化物を形成し易いた
め、半導体素子表面にGaAsやGaInPの様な酸化
防止層を配し、これを電極形成面とするのが一般的であ
る。In a III-V compound semiconductor, since a group III element (particularly Al) easily forms an oxide, an antioxidant layer such as GaAs or GaInP is provided on the surface of the semiconductor element, and this is used as an electrode. Generally, it is a forming surface.
【0006】一方、GaAsやGaInPとオーミック
接続が可能な電極材料は、経験的に知られており、例え
ば、p型GaAsの場合は、Cr、Pt、Ti、AuZ
nNi合金など、n型GaAsの場合は、AuGeNi
合金などが用いられる。要するに、半導体素子の電極構
成は、上記の様なオーミックコンタクト層上にAu層を
配した層構成となる。例えば、p型GaAsの場合は、
Au/Cr、Au/Pt、Au/Ti、Au/AuNi
Au合金といった層構成となる。On the other hand, electrode materials capable of ohmic connection with GaAs or GaInP are known empirically. For example, in the case of p-type GaAs, Cr, Pt, Ti, AuZ
AuGeNi for n-type GaAs such as nNi alloy
An alloy or the like is used. In short, the electrode configuration of the semiconductor element is a layer configuration in which an Au layer is arranged on the ohmic contact layer as described above. For example, in the case of p-type GaAs,
Au / Cr, Au / Pt, Au / Ti, Au / AuNi
It has a layer structure such as an Au alloy.
【0007】上記の電極の形成においては、より良好な
オーミックコンタクトを得るため、アロイと呼ばれる熱
処理工程を施し、半導体と電極材料の接合を強めるのが
一般的である。この際、例えば、Auは主にIII族元素
と合金を形成する。また、NiはV族元素と合金を形成
し、半導体と電極層の密着力を増す働きをする。すなわ
ち、AuZnNi合金のNiは、p型半導体母体中に拡
散し、オーミックコンタクトをとる働きをする。同様
に、AuGeNi合金のGeは、n型半導体母体中に拡
散し、オーミックコンタクトをとる働きをする。換言す
れば、半導体と電極材料の間に中間組成物が形成される
ことにより、半導体と電極の物理的な接合と電気的な接
合が得られる。In the formation of the above-mentioned electrodes, a heat treatment process called an alloy is generally applied to obtain a better ohmic contact to strengthen the bonding between the semiconductor and the electrode material. At this time, for example, Au mainly forms an alloy with a group III element. Ni forms an alloy with the group V element, and functions to increase the adhesion between the semiconductor and the electrode layer. That is, Ni in the AuZnNi alloy diffuses into the p-type semiconductor matrix and functions to make ohmic contact. Similarly, Ge of the AuGeNi alloy diffuses into the n-type semiconductor matrix, and functions to make ohmic contact. In other words, by forming the intermediate composition between the semiconductor and the electrode material, physical and electrical bonding between the semiconductor and the electrode can be obtained.
【0008】しかしながら、従来のIII-V族化合物半導
体素子においては、特に上記のアロイ工程を経た場合、
ダイボンディング工程やワイヤボンディング工程におい
て十分なボンディング強度が得られないという問題があ
る。その理由は、次の様に考えられる。However, in the conventional III-V compound semiconductor device, especially when the alloying step is performed,
There is a problem that a sufficient bonding strength cannot be obtained in the die bonding step or the wire bonding step. The reason is considered as follows.
【0009】すなわち、Au電極表面層に電極材料と異
なる不純物が存在する場合、ダイボンディングやワイヤ
ボンディングの強度やが著しく低下する。斯かる不純物
は、電極表面に拡散してくる半導体層や下地電極層の構
成元素などである。例えば、n型のGaAs上にAuG
eNi合金のオーミックコンタクト層とボンディングの
ためのAuの電極層を形成した電極構成の場合は、Au
電極表面層の表面までNi、Ge及びGaが拡散する。
同様に、p型GaAsの代表的なオーミックコンタクト
材料であるCrもAu電極表面層中を拡散して表面に現
れる。That is, when an impurity different from the electrode material is present in the Au electrode surface layer, the strength and strength of die bonding and wire bonding are significantly reduced. Such impurities are constituent elements of the semiconductor layer and the base electrode layer that diffuse into the electrode surface. For example, AuG on n-type GaAs
In the case of an electrode configuration in which an ohmic contact layer of an eNi alloy and an Au electrode layer for bonding are formed, Au
Ni, Ge and Ga diffuse to the surface of the electrode surface layer.
Similarly, Cr, which is a typical ohmic contact material of p-type GaAs, diffuses in the Au electrode surface layer and appears on the surface.
【0010】また、熱処理工程を経ない場合でもAu電
極表面層に半導体界面から不純物が析出することが知ら
れている(A. Hiraki, K. Shuto, S. Kim, W. Kammura
andM. Iwami : Appl. Phys. Lett. vol. 31 (1977) p
611)。例えば、GaAs上にAu含有層、例えば、A
uGeNi合金層を配した場合、GaAsとAuGeN
i合金の界面では半導体中のGaがAuGeNi合金層
に吸い出されて表面に析出する。そして、一旦析出した
Gaは、更にAu含有オーバーコート層を付加しても最
表面に現れる特徴がある。It is also known that impurities are deposited from the semiconductor interface on the Au electrode surface layer even without a heat treatment step (A. Hiraki, K. Shuto, S. Kim, W. Kammura).
andM. Iwami: Appl. Phys. Lett. vol. 31 (1977) p
611). For example, an Au-containing layer such as A on GaAs
When a uGeNi alloy layer is provided, GaAs and AuGeN
At the interface of the i alloy, Ga in the semiconductor is sucked out by the AuGeNi alloy layer and deposited on the surface. Ga once deposited is characterized in that it appears on the outermost surface even if an Au-containing overcoat layer is further added.
【0011】上記の文献によれば、禁制帯幅が2.5e
V以下の半導体とAu含有層の接合では、熱処理工程を
経ることなしに、半導体の構成元素がAu含有層の表面
に析出することが記載されている。また、斯かる現象
は、Auの場合だけでなく、殆どの金属材料で起こるこ
とが記述されている。この2.5eVという禁制帯幅
は、多くの実用的なIII−V族化合物半導体の禁制帯幅よ
りも大きな値である。換言すれば、多くのIII−V族化
合物半導体の電極表面、特に半導体との界面がAu含有
層の場合、電極表面に半導体の構成元素であるIII族元
素が不純物として拡散してくることになる。According to the above document, the forbidden band width is 2.5 e
It is described that, in the bonding of a semiconductor having a V or less and an Au-containing layer, constituent elements of the semiconductor are deposited on the surface of the Au-containing layer without going through a heat treatment step. Further, it is described that such a phenomenon occurs not only in the case of Au but also in most metal materials. This band gap of 2.5 eV is a value larger than the band gap of many practical III-V compound semiconductors. In other words, when the electrode surface of many III-V compound semiconductors, particularly the interface with the semiconductor is an Au-containing layer, the group III element that is a constituent element of the semiconductor diffuses as an impurity into the electrode surface. .
【0012】そして、下地からAu表面層に拡散してき
た不純物は、Auと合金を形成したり、酸化物を形成す
ることにより、ボンディング強度の低下を引き起こす。The impurities diffused from the base into the Au surface layer cause a reduction in bonding strength by forming an alloy with Au or forming an oxide.
【0013】例えば、ダイボンディングの場合は、キャ
リア側にAuの欠乏状態のAuSnやPbSn等のはん
だ材が塗布されており、このはんだ材と素子のAu表面
電極層を接触させて熱を加えることにより、はんだ材中
に電極層のAuが取込まれて共晶が形成されてボンディ
ングが達成される。この際、Au表面電極層に不純物が
混在していると、はんだ材との共晶温度が高温側にずれ
てダイボンド強度が低下するといった現象が生じる。こ
の場合、接合強度を上げるために接合時の温度を高める
と、電極の下地からの不純物の拡散が促進されて悪循環
を招く。このため、熱処理後に改めてボンディング性向
上のための追加のAuを積層させオーバーコートとする
等の手段を講じることもあるが、この追加電極層の表面
に不純物が拡散してくることは、上記の文献に記載され
ている内容から明らかである。For example, in the case of die bonding, a Au-deficient solder material such as AuSn or PbSn is applied to the carrier side, and heat is applied by bringing the solder material into contact with the Au surface electrode layer of the element. As a result, Au of the electrode layer is taken into the solder material to form a eutectic, thereby achieving bonding. At this time, if impurities are mixed in the Au surface electrode layer, a phenomenon occurs in which the eutectic temperature with the solder material shifts to a high temperature side and the die bond strength decreases. In this case, if the temperature at the time of joining is increased in order to increase the joining strength, diffusion of impurities from the base of the electrode is promoted, causing a vicious cycle. For this reason, there is a case in which an additional Au layer for improving the bonding property is laminated after the heat treatment to form an overcoat. However, the diffusion of impurities to the surface of the additional electrode layer is caused by the above-described method. It is clear from the contents described in the literature.
【0014】一方、ワイヤボンディングは、Au表面電
極層にAuワイヤを押し当てて超音波を印加してて接合
を行なう工程であるが、ダイボンディングの場合と同様
にAu表面に不純物が存在すると接合強度が著しく低下
する。[0014] On the other hand, wire bonding is a process in which an Au wire is pressed against an Au surface electrode layer and ultrasonic waves are applied to perform bonding. However, as in the case of die bonding, bonding is performed when impurities exist on the Au surface. The strength is significantly reduced.
【0015】上記の様に、ダイボンディング及びワイヤ
ボンディングの強度は、何れの場合も、表面電極層のA
uの純度に大きく依存するため、下地からAu表面電極
層への不純物の拡散が問題となる。ここで重要なこと
は、Au表面電極層中に含まれる不純物の体積含有率で
はなく、不純物の面積含有率が低くなければ十分なボン
ディング強度が得られないことである。更に、問題とな
る点は、上記のボンディング不良がその時々で起きたり
起きなかったりすることである。要するに、表面電極層
の不純物の析出具合は、ボンディングに対して微妙な析
出量であるといえる。As described above, the strengths of the die bonding and the wire bonding are determined by the A of the surface electrode layer in each case.
Since it largely depends on the purity of u, diffusion of impurities from the base to the Au surface electrode layer becomes a problem. What is important here is that a sufficient bonding strength cannot be obtained unless the area content of the impurities is low, not the volume content of the impurities contained in the Au surface electrode layer. Further, a problematic point is that the above-mentioned bonding failure may or may not occur from time to time. In short, it can be said that the degree of deposition of impurities on the surface electrode layer is a delicate amount of deposition relative to bonding.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実情に
鑑みなされたものであり、その目的は、素子化の際のボ
ンディング性が改良されたIII-V族化合物半導体素子を
提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a group III-V compound semiconductor device having an improved bonding property at the time of device fabrication. is there.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、次の様な新規な
知見を得た。(1)化合物半導体層上に直接接触する電
極層としてAu含有層を用いた場合、化合物半導体層中
からIII族元素を吸い出す効果が特に大きいが、表面極
層におけるIII族元素の含有率が5%を超えると、ボン
ディング強度が著しく低下する。(2)電極層中にTi
などの特定組成の不純物吸収層を設けることにより、II
I族元素をトラップして表面層におけるIII族元素の含有
率を5%以下に抑制することが可能である。Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies to achieve the above object, and as a result, obtained the following new knowledge. (1) When an Au-containing layer is used as an electrode layer directly in contact with the compound semiconductor layer, the effect of sucking the group III element out of the compound semiconductor layer is particularly large, but the content of the group III element in the surface electrode layer is 5%. %, The bonding strength is significantly reduced. (2) Ti in the electrode layer
By providing an impurity absorption layer of a specific composition such as
It is possible to trap the group I element and suppress the content of the group III element in the surface layer to 5% or less.
【0018】本発明は、上記の知見に基づき完成された
ものであり、その第1の要旨は、化合物半導体層上に電
極層を有して成るIII-V族化合物半導体素子であって、
電極層が化合物半導体層に接触するAu含有層とIII族
元素含有率5%以下の表面層とを含むことを特徴とする
III-V族化合物半導体素子に存する。The present invention has been completed based on the above findings, and a first gist thereof is a group III-V compound semiconductor device comprising an electrode layer on a compound semiconductor layer,
The electrode layer includes an Au-containing layer in contact with the compound semiconductor layer and a surface layer having a Group III element content of 5% or less.
III-V compound semiconductor devices.
【0019】そして、本発明の第2の要旨は、化合物半
導体層上に電極層を有して成るIII-V族化合物半導体素
子であって、電極層が化合物半導体層に接触するAu含
有層と不純物吸収層と表面層とを含むことを特徴とする
III-V族化合物半導体素子に存する。A second gist of the present invention is a III-V compound semiconductor device having an electrode layer on a compound semiconductor layer, wherein the electrode layer has an Au-containing layer in contact with the compound semiconductor layer. Characterized by including an impurity absorbing layer and a surface layer
III-V compound semiconductor devices.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のIII−V族化合物半導体素子(以下、単に素子と
略記する)は、基本的には、従来公知の素子と同様に、
基板上にIII−V族化合物半導体層をエピタキシャル成長
させた後、基板側とエピ側との両方に電極を形成し、ま
たは、更にエピ側に複数の電極を形成して構成される。
そして、本発明の素子は、基本的には、従来公知の方法
と同様の方法に従って製造することが出来る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail.
A III-V compound semiconductor device of the present invention (hereinafter simply referred to as a device) is basically similar to a conventionally known device,
After epitaxially growing a group III-V compound semiconductor layer on a substrate, electrodes are formed on both the substrate side and the epi side, or a plurality of electrodes are further formed on the epi side.
The element of the present invention can be manufactured basically according to a method similar to a conventionally known method.
【0021】上記の基板の種類としては、GaAs、G
aP等のIII−V族化合物半導体基板の他、サファイア基
板、Si基板などの異種の基板が挙げられる。特に、II
I−V族化合物半導体基板を用いる場合、その基板側電極
で惹起されるボンディング不良の問題を防止し得る点で
本発明の効果は顕著である。The types of the above substrates are GaAs, G
In addition to a III-V group compound semiconductor substrate such as aP, a heterogeneous substrate such as a sapphire substrate or a Si substrate may be used. In particular, II
When an IV group compound semiconductor substrate is used, the effect of the present invention is remarkable in that the problem of poor bonding caused by the substrate-side electrode can be prevented.
【0022】III−V族化合物半導体層は、AlAs、G
aAs、GaP、InAs、InP、AlN、GaN又
はこれらの混晶の組成と導伝型とキャリア濃度とを制御
した層を組み合わせて構成される。そして、III−V族化
合物半導体層の表面層には、通常、素子の酸化防止と電
極形成のため、GaAs、GaP、InP、GaN又は
これらの混晶から成るコンタクト層を配する。The III-V compound semiconductor layer is made of AlAs, G
It is composed of a combination of aAs, GaP, InAs, InP, AlN, GaN or a layer in which the composition, conductivity and carrier concentration of a mixed crystal thereof are controlled. Then, a contact layer made of GaAs, GaP, InP, GaN or a mixed crystal thereof is usually disposed on the surface layer of the III-V compound semiconductor layer in order to prevent oxidation of the device and form electrodes.
【0023】多くの場合、上記の各エピタキシャル成長
層は、基板と格子整合させるため、例えばGaAs基板
の場合、III−V族化合物半導体層は、AlxGa1-xAs
(x=0〜1)、(AlxGa1-x)yIn1-yP(x
=0〜1、y=0.5)とし、III−V族化合物半導体層の表
面層は、GaAs又はGa0.5In0.5Pとすることが多
い。そして、上記の表面層のキャリア濃度は、通常5×
1017〜5×1019cm-3、好ましくは5×1018〜2
×1019cm-3、厚みは、通常0.1μm以上、好まし
くは0.5〜7μmである。In many cases, each of the above epitaxially grown layers is lattice-matched to the substrate. For example, in the case of a GaAs substrate, the group III-V compound semiconductor layer is formed of AlxGa1-xAs.
(X = 0-1), (AlxGa1-x) yIn1-yP (x
= 0, 1, y = 0.5), and the surface layer of the group III-V compound semiconductor layer is often made of GaAs or Ga 0.5 In 0.5 P. The carrier concentration of the above surface layer is usually 5 ×
10 17 to 5 × 10 19 cm −3 , preferably 5 × 10 18 to 2
× 10 19 cm -3 and a thickness of usually 0.1 μm or more, preferably 0.5 to 7 μm.
【0024】p型のIII−V族化合物半導体の表面層(具
体的には、p型GaAs、p型GaInP等)とオーミ
ックコンタクトをとるための下地電極層(オーミックコ
ンタクト層)には、AuZnNi合金が好適に用いられ
る。AuZnNi合金の構成元素の重量比率は、通常、
Znが1〜10%、Niが1〜10%程度である。この
合金の場合、Znは必ず含有されていなければならな
い。An AuZnNi alloy is used as a base electrode layer (ohmic contact layer) for making ohmic contact with a surface layer (specifically, p-type GaAs, p-type GaInP, etc.) of a p-type III-V compound semiconductor. Is preferably used. The weight ratio of the constituent elements of the AuZnNi alloy is usually
Zn is about 1 to 10% and Ni is about 1 to 10%. In the case of this alloy, Zn must be contained.
【0025】一方、n型のIII−V族化合物半導体の表面
層(具体的には、n型GaAs、n型GaInP等)と
オーミックコンタクトをとるための下地電極層(オーミ
ックコンタクト層)には、AuGeNi合金が好適に用
いられる。AuGeNi合金の構成元素の重量比率は、
通常、Geが1〜10%、Niが1〜10%程度であ
る。この合金の場合、Geは必ず含有されていなければ
ならない。On the other hand, a base electrode layer (ohmic contact layer) for making an ohmic contact with a surface layer (specifically, n-type GaAs, n-type GaInP, etc.) of an n-type III-V compound semiconductor includes: AuGeNi alloy is preferably used. The weight ratio of the constituent elements of the AuGeNi alloy is
Usually, Ge is about 1 to 10% and Ni is about 1 to 10%. In this alloy, Ge must be contained.
【0026】本発明の第1の要旨に係る素子において、
電極層は、化合物半導体層に接触する上記の様なAu含
有層(オーミックコンタクト層)と表面層とを含む。表
面層の材料には、前述の通り、Auが好適に用いられ
る。そして、上記の表面層は、III族化合物(好ましく
はGa)の含有率が5%以下であることによって特徴付
けられる。In the device according to the first aspect of the present invention,
The electrode layer includes the above Au-containing layer (ohmic contact layer) in contact with the compound semiconductor layer and a surface layer. As described above, Au is preferably used as the material of the surface layer. The surface layer is characterized by having a group III compound (preferably Ga) content of 5% or less.
【0027】一方、本発明の第2の要旨に係る素子にお
いて、電極層は、上記の素子と同様にAu含有層(オー
ミックコンタクト層)と表面層とを含み、そして、Au
含有層と表面層との間に不純物吸収層を含むことによっ
て特徴付られ、更に、好ましい態様として、不純物吸収
層の上に不純物バリヤー層を含む。本発明の第2の要旨
に係る素子の電極層の表面層は、不純物吸収層を含む電
極構成により、III族化合物の含有率が5%以下とな
る。On the other hand, in the device according to the second aspect of the present invention, the electrode layer includes an Au-containing layer (an ohmic contact layer) and a surface layer, as in the above-described device, and
It is characterized by including an impurity absorbing layer between the containing layer and the surface layer. Further, as a preferred embodiment, an impurity barrier layer is included on the impurity absorbing layer. The surface layer of the electrode layer of the device according to the second aspect of the present invention has a group III compound content of 5% or less due to the electrode configuration including the impurity absorbing layer.
【0028】すなわち、本発明における電極は、下地電
極層(オーミックコンタクト層)の材料を特別な材料に
変更することなしに、表面電極層と下地電極層の間に不
純物吸収層と不純物バリアー層を挿入し、電極の表面側
への不純物の拡散を抑えることの出来る電極である。That is, in the electrode of the present invention, the impurity absorbing layer and the impurity barrier layer are provided between the surface electrode layer and the underlying electrode layer without changing the material of the underlying electrode layer (ohmic contact layer) to a special material. It is an electrode that can be inserted to suppress diffusion of impurities to the surface side of the electrode.
【0029】上記の不純物吸収層の材料としてはTiが
好適である。すなわち、Ti層の不純物濃度の深さ方向
のプロファイルをSIMSにより分析した結果から、下
地層とTi層の界面から表面に向かっての不純物濃度プ
ロファイルは、表面に向かうにつれて急激に低下する特
徴があることが判明した。不純物濃度がTi層中で急激
に減少する事実は、Ti層に不純物がトラップされて吸
収されていることを示している。Ti層がIII−V族半導
体の構成元素の内、III族元素(Ga、Al、In等)
を効率的に吸収する効果は顕著である。何故なら、Ti
層がない場合、III族元素はオーミック電極層のAuに
完全には吸収されずに電極層の表面に析出するからであ
る。As a material of the above-mentioned impurity absorption layer, Ti is preferable. That is, from the result of analyzing the profile of the impurity concentration in the depth direction of the Ti layer by SIMS, the impurity concentration profile from the interface between the underlayer and the Ti layer toward the surface sharply decreases toward the surface. It has been found. The fact that the impurity concentration rapidly decreases in the Ti layer indicates that the impurities are trapped and absorbed in the Ti layer. The Ti layer is a group III element (Ga, Al, In, etc.) among the constituent elements of the group III-V semiconductor.
The effect of efficiently absorbing is significant. Because Ti
This is because when there is no layer, the group III element is not completely absorbed by Au of the ohmic electrode layer and is deposited on the surface of the electrode layer.
【0030】Ti層は、III族元素だけでなく、Ge、
Ni、Zn、Cr等の電極材料構成元素をも効果的に吸
収する。特に、下地電極層(オーミックコンタクト層)
にAu含有層を用いた場合、Au含有層の表面に拡散し
てきたIII族元素をTi吸収層にて効率的にトラップし
て吸収することが出来る。The Ti layer is made of not only group III elements but also Ge,
It also effectively absorbs electrode material constituent elements such as Ni, Zn, and Cr. In particular, the underlying electrode layer (ohmic contact layer)
When the Au-containing layer is used, the group III element diffused to the surface of the Au-containing layer can be efficiently trapped and absorbed by the Ti absorption layer.
【0031】Ti層が不純物を十分に吸収するのに必要
な厚みは、通常5nm以上であり、その上限は不要な歪
みを生じない1μm以下が好ましい。The thickness required for the Ti layer to sufficiently absorb impurities is usually 5 nm or more, and the upper limit thereof is preferably 1 μm or less which does not cause unnecessary distortion.
【0032】不純物バリアー層の材料としては、融点が
1600℃以上の金属が好ましく、更に、電極の付いた
ウエハーの後述する熱処理温度より高い温度である50
0℃程度までの温度で他の金属材料と接触させた場合に
相互拡散を起こさない金属が好ましい。斯かる金属材料
としては、Pt、Mo、Ta等が挙げられる。As the material of the impurity barrier layer, a metal having a melting point of 1600 ° C. or more is preferable, and the temperature is higher than a heat treatment temperature of a wafer provided with electrodes, which will be described later.
Metals that do not cause interdiffusion when brought into contact with other metal materials at temperatures up to about 0 ° C. are preferred. Examples of such a metal material include Pt, Mo, and Ta.
【0033】不純物バリアー層の材料は、それ自体が表
面電極層に拡散して不純物とならないことが必要であ
る。PtはAu表面電極層に若干拡散するが、その拡散
は数nmであり殆ど零であるため、表面電極層の表面に
は現れない。また、Pt自体は、安定であるため、表面
電極層のAuの性質に影響を与えない。MoとTaは、
Au層中に拡散しないが、電極層にひずみを持ち込むた
め、形成する厚みに注意を要する。Ptは歪みが小さい
点で有利である。It is necessary that the material of the impurity barrier layer does not itself diffuse into the surface electrode layer and become an impurity. Although Pt slightly diffuses into the Au surface electrode layer, it does not appear on the surface of the surface electrode layer because the diffusion is several nm and almost zero. Further, since Pt itself is stable, it does not affect the properties of Au in the surface electrode layer. Mo and Ta are
Although it does not diffuse into the Au layer, attention must be paid to the thickness to be formed because strain is introduced into the electrode layer. Pt is advantageous in that distortion is small.
【0034】上記の好ましい電極層の全体構成は次の通
りである。すなわち、p側については、AuZnNi合
金のオーミックコンタクト層の上にTiの不純物吸収層
を配置し、その上に、Pt、Mo又はTaの不純物バリ
アー層を配置し、その上にAuの表面電極層を配置す
る。n側については、AuGeNi合金のオーミックコ
ンタクト層の上にTiの不純物吸収層を配置し、その上
にPt、Mo又はTaの不純物バリアー層を配置し、そ
の上にAuの表面電極層を配置する。The overall structure of the preferred electrode layer is as follows. That is, on the p-side, a Ti impurity absorption layer is disposed on an AuZnNi alloy ohmic contact layer, a Pt, Mo or Ta impurity barrier layer is disposed thereon, and an Au surface electrode layer is disposed thereon. Place. On the n side, an impurity absorbing layer of Ti is arranged on an ohmic contact layer of AuGeNi alloy, an impurity barrier layer of Pt, Mo or Ta is arranged thereon, and a surface electrode layer of Au is arranged thereon. .
【0035】半導体ウエハー(半導体層)上へ最初に配
置される電極層は、多くの場合、真空蒸着により堆積さ
れる。真空蒸着は、半導体ウエハーと電極の界面に不純
物の混入する可能性が少なく、また、半導体ウエハー面
内に均一な厚みで電極層を形成できる簡便な方法であ
る。また、電極は、素子の形状に応じてパターニングさ
れるが、斯かるパターニングは、レジストパターニング
と真空蒸着技術を複合することにより達成される。厚膜
の電極層が要求される場合は、真空蒸着後にメッキを施
して厚膜化することもある。Auメッキ液としては、シ
アン系や亜硫酸系などがあるが、これらのメッキ液は、
メッキパターンを形成しているレジストの材質などによ
り選定される。メッキ液の選定は、Au電極の純度に関
係するため注意を要する。本発明において、ネガ型フォ
トレジストと亜硫酸系メッキ液の組合せが推奨される。The electrode layer initially placed on the semiconductor wafer (semiconductor layer) is often deposited by vacuum evaporation. Vacuum deposition is a simple method in which impurities are less likely to be mixed into the interface between the semiconductor wafer and the electrode and can form an electrode layer with a uniform thickness on the surface of the semiconductor wafer. The electrodes are patterned according to the shape of the element. Such patterning is achieved by combining resist patterning and vacuum deposition technology. If a thick electrode layer is required, plating may be performed after vacuum deposition to increase the thickness. Au plating solutions include cyanide and sulfurous acid, and these plating solutions are:
It is selected according to the material of the resist forming the plating pattern. Care must be taken in selecting the plating solution because it depends on the purity of the Au electrode. In the present invention, a combination of a negative photoresist and a sulfurous acid-based plating solution is recommended.
【0036】ボンディングが施される表面電極層のAu
層の厚みは、通常数10nm以上、好ましくは50nm
から20μmの範囲とされる。Au on the surface electrode layer to be bonded
The thickness of the layer is usually several tens nm or more, preferably 50 nm.
To 20 μm.
【0037】アロイ工程では500℃程度までの温度で
当該温度に応じた時間の熱処理を行い、半導体と電極材
料の界面で合金化を行なう。一般的にアロイは温度が低
すぎるとオーミックコンタクトがとれず、また、長い処
理時間を必要とする。アロイ温度が高すぎる場合やアロ
イ時間が長すぎる場合は、半導体および下地の電極層の
構成材料が表面電極層の表面に拡散し、表面を荒らすと
共に電気特性の不良やボンディングの不良などを引き起
こす。In the alloying step, heat treatment is performed at a temperature up to about 500 ° C. for a time corresponding to the temperature, and alloying is performed at the interface between the semiconductor and the electrode material. Generally, if the temperature of the alloy is too low, ohmic contact cannot be made and a long processing time is required. If the alloy temperature is too high or the alloy time is too long, the constituent materials of the semiconductor and the underlying electrode layer diffuse into the surface of the surface electrode layer, roughening the surface and causing poor electrical characteristics and poor bonding.
【0038】従って、アロイには半導体材料と電極材料
によって、適当なアロイ温度とアロイ時間があり、これ
らは慎重に選定されねばならない。半導体材料と電極材
料の組み合わせによってはアロイ工程なしでオーミック
コンタクトがとれるものもある。例えば、p型GaAs
とTiの組み合わせ等はアロイなしにオーミックコンタ
クトがとれる。しかしながら、アロイ工程がない場合に
は、半導体と電極の密着強度が十分ではないため、一般
的にはアロイ工程を行なう。Therefore, the alloy has an appropriate alloy temperature and alloy time depending on the semiconductor material and the electrode material, and these must be carefully selected. Depending on the combination of the semiconductor material and the electrode material, an ohmic contact can be obtained without an alloying step. For example, p-type GaAs
Ohmic contact can be obtained without alloy in combination of Ti and Ti. However, when there is no alloying step, the adhesive strength between the semiconductor and the electrode is not sufficient, so that the alloying step is generally performed.
【0039】コーティング工程では、通常200〜50
0℃、好ましくは250〜450℃の温度で約数時間か
けてAl2O3等の光学薄膜を成膜する。一般的に、コー
ティング工程の温度はアロイ温度より高くないが、それ
でも、Ga等のIII族元素が電極表面に上がってきやす
い。Ga等のIII族元素は、温度が高くなる程より多く
電極表面に向かって拡散する。In the coating step, usually 200 to 50
An optical thin film such as Al 2 O 3 is formed at a temperature of 0 ° C., preferably 250 to 450 ° C. for about several hours. Generally, the temperature of the coating process is not higher than the alloy temperature, but still, the group III element such as Ga tends to rise on the electrode surface. Group III elements such as Ga diffuse more toward the electrode surface as the temperature increases.
【0040】しかしながら、本発明の素子においては、
上記の様な熱履歴を経ても、不純物吸収層TiでIII族
元素が吸収され、不純物バリアー層で拡散が抑えられる
ため、表面電極層の表面にIII族元素が析出しない。換
言すれば、本発明の素子は、電極形成後に劈開面をコー
ティング処理して製造される場合に効果が顕著である。However, in the device of the present invention,
Even after the heat history as described above, the group III element is absorbed by the impurity absorption layer Ti and diffusion is suppressed by the impurity barrier layer, so that the group III element does not precipitate on the surface of the surface electrode layer. In other words, the effect of the device of the present invention is remarkable when the device is manufactured by coating the cleavage surface after forming the electrode.
【0041】コーティング後、素子は切り分けられてL
Dチップとされる。一般に、LDチップは、表面にAu
Snはんだ膜やPbSnはんだ膜が塗布されているキャ
リアにダイボンディングされる。例えば、AuSnはん
だ(Au70%、Sn30%)が塗布されているキャリ
アにダイボンディングする場合、AuとSnの共晶温度
よりやや高い温度でダイボンディングする。この際、押
し付け圧力は数kg/cm2程度、押し付け時間は数秒
程度とされる。キャリアの材質は、ダイヤモンド、Al
N、Si等の熱伝導の大きな材料が一般的に用いられ
る。キャリアに塗布されるはんだの厚みは、通常、数か
ら数10μmであり、好ましくは、電極層の厚みと同じ
オーダーである。After coating, the element is cut out and L
D chip. Generally, an LD chip has Au on its surface.
Die bonding is performed on a carrier coated with a Sn solder film or a PbSn solder film. For example, when performing die bonding to a carrier to which AuSn solder (Au 70%, Sn 30%) is applied, die bonding is performed at a temperature slightly higher than the eutectic temperature of Au and Sn. At this time, the pressing pressure is about several kg / cm 2 and the pressing time is about several seconds. Carrier material is diamond, Al
A material having high heat conductivity such as N or Si is generally used. The thickness of the solder applied to the carrier is usually from several to several tens of μm, preferably in the same order as the thickness of the electrode layer.
【0042】ダイボンディングの接合強度が弱い場合
は、外力により接合部にて剥離が生じて信頼性を欠き、
また、不必要に接合を強固にした場合は、接合面でスト
レスが生じて素子特性や素子寿命に悪影響を与えるた
め、ダイボンディングの条件には適正な範囲がある。接
合強度が不足の場合は、はんだ層と電極層とが剥離する
が、接合強度が十分の場合は、半導体素子の破壊が起き
ることが多い。When the bonding strength of the die bonding is weak, peeling occurs at the bonding portion due to an external force, resulting in a lack of reliability.
In addition, if the bonding is unnecessarily strengthened, stress occurs at the bonding surface, which adversely affects device characteristics and device life. Therefore, there is an appropriate range of die bonding conditions. When the bonding strength is insufficient, the solder layer and the electrode layer are separated, but when the bonding strength is sufficient, the semiconductor element often breaks.
【0043】しかしながら、本発明の素子の電極表面
は、不純物のIII族元素が非常に少なく、その酸化物が
殆どないため、ボンディング条件を比較的マイルドに出
来る。従って、本発明の素子においては、組み上げた素
子の特性や寿命にダイボンディングが悪影響を及ぼすこ
とはない。However, since the electrode surface of the device of the present invention has very few Group III elements as impurities and almost no oxide thereof, bonding conditions can be made relatively mild. Therefore, in the device of the present invention, the die bonding does not adversely affect the characteristics and life of the assembled device.
【0044】キャリアにダイボンディングされたLDチ
ップの表面電極にはワイヤボンディングが施される。一
般にワイヤの材質はAuが用いられ、その線径は数10
μmである。ワイヤボンディングの条件は、任意の超音
波を印加し、押し付け荷重を数10g程度とするのが一
般的である。本発明の素子においては、ダイボンディン
グと同様に、ボンディング条件を比較的マイルドに出来
ため、素子の特性や寿命にワイヤボンディングが悪影響
をぼすことはない。The surface electrodes of the LD chip die-bonded to the carrier are subjected to wire bonding. Generally, the material of the wire is Au, and its wire diameter is several tens.
μm. The conditions for wire bonding are generally such that an arbitrary ultrasonic wave is applied and the pressing load is about several tens g. In the device of the present invention, similarly to die bonding, bonding conditions can be made relatively mild, so that wire bonding does not adversely affect the characteristics and life of the device.
【0045】上記の様に組み上げられたLDは、破壊検
査と非破壊検査に供される。破壊検査はワイヤプルテス
トやダイシェアテストに代表される強度試験である。ワ
イヤプルテストは、フックにAuワイヤを引っかけて上
方に引き上げて破壊し、ボンディング部分の破壊のモー
ドと破壊強度を測定するテストである。ダイシェア強度
テストは、キャリア上にボンディングしたチップを横方
向(キャリアの面と平行な方向)から押し、チップがキ
ャリアから剥がれる時の破壊のモードと破壊強度を測定
するテストである。The LD assembled as described above is subjected to a destructive inspection and a nondestructive inspection. The destructive inspection is a strength test represented by a wire pull test and a die shear test. The wire pull test is a test in which an Au wire is hooked on a hook and pulled up to break the wire, and the mode of breaking and the breaking strength of the bonding portion are measured. The die shear strength test is a test in which a chip bonded to a carrier is pushed from a lateral direction (a direction parallel to the surface of the carrier), and a mode of breaking when the chip is peeled from the carrier and a breaking strength are measured.
【0046】本発明の素子の電極表面は、下地半導体か
らのIII族不純物が5%以下の低濃度となっているた
め、キャリア上へのボンディングの強度と表面電極上へ
のワイヤリングの強度が改善される。また、本発明の素
子の電極においては、ダイボンディング及びワイヤボン
ディングの条件を不必要にハードにする必要がないた
め、素子に不必要なダメージが与えられない。このた
め、組立て工程が素子の寿命や特性に悪影響を与えるこ
ともないことから、本発明の素子は、Auを含むはんだ
によりキャリアには接続される場合に顕著な効果が発揮
される。The electrode surface of the device of the present invention has a low concentration of Group III impurities from the underlying semiconductor of 5% or less, so that the bonding strength on the carrier and the wiring strength on the surface electrode are improved. Is done. Further, in the electrode of the device of the present invention, it is not necessary to unnecessarily harden the conditions of the die bonding and the wire bonding, so that unnecessary damage is not given to the device. For this reason, since the assembling process does not adversely affect the life and characteristics of the element, the element of the present invention has a remarkable effect when connected to the carrier by solder containing Au.
【0047】要するに、本発明の素子の電極の優位性
は、電極の形成過程でIII族元素が電極表面に現れない
ことにとどまらず、電極形成後の熱履歴を与える工程を
経た後にも、電極表面にIII族元素が現れず、また、下
地電極層の構成元素が表面に現れないことにある。熱履
歴を与える工程の例として、電極形成後に行なう前記の
アロイ工程、ウエハーを半導体素子にチップ化した後に
劈開端面などに施す上記のコーティング工程などがあ
る。なお、本発明は、電極形成後に熱処理を施した後、
改めて電極を形成するオーバーコートの電極構成として
も応用できる。In short, the superiority of the electrode of the device of the present invention is not limited to the fact that the group III element does not appear on the electrode surface in the process of forming the electrode. Group III elements do not appear on the surface, and constituent elements of the base electrode layer do not appear on the surface. Examples of the process of giving a thermal history include the above-mentioned alloying process performed after the electrode is formed, and the above-described coating process performed on the cleavage end face after the wafer is chipped into semiconductor elements. Incidentally, the present invention, after performing the heat treatment after the electrode formation,
It can also be applied as an overcoat electrode configuration for forming an electrode again.
【0048】[0048]
【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。なお、以下の説明で用
いる添付図面において、図1は、実施例1で採用したレ
ーザーダイオード(LD)のエピ構造の説明図、図2
は、実施例1で採用したダブルヘテロ(DH)構造の説
明図、図3は実施例1で得たLDの説明図、図4は、比
較例1で得たLDの説明図である。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist of the present invention. In the accompanying drawings used in the following description, FIG. 1 is an explanatory diagram of an epi structure of a laser diode (LD) employed in the first embodiment, and FIG.
Is an explanatory diagram of a double hetero (DH) structure employed in Example 1, FIG. 3 is an explanatory diagram of an LD obtained in Example 1, and FIG. 4 is an explanatory diagram of an LD obtained in Comparative Example 1.
【0049】実施例1 半導体レーザーウエハーとして、図1に示す様に、n型
GaAs基板(1)の表面にn型Al0.7Ga0.3As
(キャリヤー濃度7×1017cm-3)から成るブロック
層(3)とp型GaAs(キャリヤー濃度5×1017〜
2×1019cm-3)から成るコンタクト層(4)を備え
たDH構造(2)を有するウエハーを用いた。Example 1 As a semiconductor laser wafer, as shown in FIG. 1, an n-type Al 0.7 Ga 0.3 As was formed on the surface of an n-type GaAs substrate (1).
(A carrier concentration of 7 × 10 17 cm −3 ) and p-type GaAs (carrier concentration of 5 × 10 17 to 3 × 10 17 cm −3 ).
A wafer having a DH structure (2) provided with a contact layer (4) composed of 2 × 10 19 cm −3 ) was used.
【0050】上記のDH構造(2)は、図2に示す様
に、n型GaAs(キャリヤー濃度1×1018cm-3)
から成るバッファー層(21)、n型Al0.55Ga0.45
As(キャリヤー濃度5×1017cm-3)から成るクラ
ッド層(22)、アンドーピングp型Al0.15Ga0.85
Asから成る活性層(23)、p型Al0.55Ga0.45A
s(キャリヤー濃度5×1017cm-3)から成るクラッ
ド層(24)を順次に積層して構成されている。As shown in FIG. 2, the DH structure (2) has n-type GaAs (carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 ).
Buffer layer (21) made of n-type Al 0.55 Ga 0.45
Cladding layer (22) made of As (carrier concentration: 5 × 10 17 cm −3 ); undoped p-type Al 0.15 Ga 0.85
Active layer (23) made of As, p-type Al 0.55 Ga 0.45 A
The cladding layer (24) made of s (carrier concentration of 5 × 10 17 cm −3 ) is sequentially laminated.
【0051】上記の半導体レーザーウエハーの表面(p
型GaAsコンタクト層の上面)と裏面(n型GaAs
基板の上面)に次の要領でp側およびn側の各電極を形
成した後に熱処理アロイを行って図3に示す層構成のオ
ーミックコンタクト電極を形成した。The surface of the semiconductor laser wafer (p
Top surface of n-type GaAs contact layer) and back surface (n-type GaAs
After forming the p-side and n-side electrodes on the (upper surface of the substrate) in the following manner, a heat treatment alloy was performed to form an ohmic contact electrode having a layer configuration shown in FIG.
【0052】先ず、p側電極層の形成のため、蒸着機に
より、p型GaAsコンタクト層の上面にオーミックコ
ンタクト層(51)としてAu含有層であるAuZnN
i合金層(Au90%、Zn5%、Ni5%、150n
m)を形成し、その上に不純物吸収層(6)としてTi
層(90nm)を形成し、その上に不純物バリアー層
(7)としてPt層(60nm)を形成し、その上に表
面層(8)としてAu層(5000nm)を形成した。
但し、Au層の上に更にAuメッキ層(6μm)を形成
することにより、キャリアへのダイボンディングが行な
い易いAu層厚みとした。この際、Auメッキ液には亜
硫酸系メッキ液を用い、パターニングのためのレジスト
パターンの形成はネガ型レジストを用いた。First, in order to form a p-side electrode layer, AuZnN, which is an Au-containing layer, is formed as an ohmic contact layer (51) on the upper surface of the p-type GaAs contact layer by a vapor deposition machine.
i alloy layer (Au 90%, Zn 5%, Ni 5%, 150n
m) is formed thereon, and Ti is formed thereon as an impurity absorbing layer (6).
A layer (90 nm) was formed, a Pt layer (60 nm) was formed thereon as an impurity barrier layer (7), and an Au layer (5000 nm) was formed thereon as a surface layer (8).
However, by further forming an Au plating layer (6 μm) on the Au layer, the thickness of the Au layer was set such that the die bonding to the carrier was easily performed. At this time, a sulfurous acid-based plating solution was used as the Au plating solution, and a negative resist was used to form a resist pattern for patterning.
【0053】そして、n側電極層の形成のため、n−G
aAs基板上にオーミックコンタクト層(52)として
AuGeNi合金層(Au90%、Ge5%、Ni5
%、150nm)を形成し、その上に不純物吸収層
(6)としてTi層(90nm)を形成し、その上に不
純物バリアー層(7)としてPt層(60nm)を形成
し、その上に表面層(8)としてAu層(400nm)
形成した。Then, for forming the n-side electrode layer, nG
An AuGeNi alloy layer (Au90%, Ge5%, Ni5) is formed on the aAs substrate as an ohmic contact layer (52).
%, 150 nm), a Ti layer (90 nm) is formed thereon as an impurity absorption layer (6), and a Pt layer (60 nm) is formed thereon as an impurity barrier layer (7). Au layer (400 nm) as layer (8)
Formed.
【0054】次いで、窒素中400℃で5分間アロイ
し、オーミックコンタクト電極とした。すなわち、p側
には、AuZnNi合金層/Ti層/Pt層/Au層の
構成から成るオーミックコンタクト電極を形成し、n側
には、AuGeNi合金層/Ti層/Pt層/Au層の
構成から成るオーミックコンタクト電極を形成した。Next, alloying was performed at 400 ° C. for 5 minutes in nitrogen to form an ohmic contact electrode. That is, an ohmic contact electrode having a structure of AuZnNi alloy layer / Ti layer / Pt layer / Au layer is formed on the p side, and an AuGeNi alloy layer / Ti layer / Pt layer / Au layer is formed on the n side. An ohmic contact electrode was formed.
【0055】次いで、オーミックコンタクト電極を形成
した上記の半導体ウエハーを半導体レーザーの共振器の
方向と垂直な方向に劈開し、バー状のLDアレイを得
た。このLDバーの劈開の端面にAl2O3単層またはA
l2O3/Si多層膜を形成するコーティング工程に投入
した。コーティングは、LD端面における反射率の調整
と端面の保護が目的である。コーティング工程におい
て、LDバーは、約350℃で約4時間の熱履歴が加え
られる。コーティング時に熱を加える理由は、半導体と
コーティング膜の密着性を上げると共に良質のコーティ
ング膜を形成するためである。コーティングは、両端面
について行なうため、約350℃で約4時間の熱履歴が
2回加えられることになる。Next, the semiconductor wafer on which the ohmic contact electrode was formed was cleaved in a direction perpendicular to the direction of the resonator of the semiconductor laser to obtain a bar-shaped LD array. An Al 2 O 3 single layer or A
This was put into a coating process for forming a l 2 O 3 / Si multilayer film. The purpose of the coating is to adjust the reflectance at the LD end face and to protect the end face. In the coating process, the LD bar is subjected to a thermal history of about 350 ° C. for about 4 hours. The reason for applying heat during coating is to increase the adhesion between the semiconductor and the coating film and to form a high-quality coating film. Since the coating is performed on both end faces, a heat history of about 4 hours at about 350 ° C. is applied twice.
【0056】コーティングが終了した後、更にLDバー
を1素子に切り分けてLDチップとした。LDチップ
は、表面に3μmのAuSnはんだ膜(Au70%Sn
30%)が塗布されているAlN製キャリアにダイボン
ディングした。その後、キャリア上に組み立てたLDの
表面電極に線径25μmのAu線をワイヤボンディング
した。そして、次の(1)〜(3)のテスト(分析)を
行った。After the coating was completed, the LD bar was further cut into one element to obtain an LD chip. The LD chip has a 3 μm AuSn solder film (Au 70% Sn
(30%) was die-bonded to an AlN carrier coated with the same. Thereafter, an Au wire having a wire diameter of 25 μm was wire-bonded to the surface electrode of the LD assembled on the carrier. Then, the following tests (analysis) (1) to (3) were performed.
【0057】(1)ワイヤプルテストとダイシェアテス
ト:組み立てた多数のLDチップの内の一部について上
記のテストを行い、ダイボンドとワイヤボンドの質につ
いて評価した。表1に結果を示す。(1) Wire pull test and die shear test: The above test was performed on a part of a large number of assembled LD chips, and the quality of die bond and wire bond was evaluated. Table 1 shows the results.
【0058】(2)LD特性評価および寿命評価テス
ト:残りのLDチップについて上記のテストを行った結
果、LD特性は正常であり、寿命についても問題はなか
った。(2) LD characteristic evaluation and life evaluation test: The above test was performed on the remaining LD chips. As a result, the LD characteristic was normal and there was no problem with the life.
【0059】(3)AES分析:n側Au表面電極層に
ついて、最表面のAuおよび不純物存在の比率をオージ
ェ電子スペクトロスコピイ法(AES)により分析し
た。AES法は物質の最表面の元素分析において優れた
分析方法である。なお、n側を分析対象としたのは、p
側にはAuメッキが施されているためである。表2に結
果を示す。(3) AES analysis: For the n-side Au surface electrode layer, the ratio of Au and impurities present on the outermost surface was analyzed by Auger electron spectroscopy (AES). The AES method is an excellent analysis method in elemental analysis of the outermost surface of a substance. The analysis target on the n side is p
This is because Au plating is applied to the side. Table 2 shows the results.
【0060】比較例1 実施例1において、p側およびn側電極における不純物
吸収層(6)と不純物バリアー層(7)を省略すると共
にp側におけるAuメッキ層を省略した以外は、実施例
1と同様に、LDチップの製作、ボンディング及びテス
ト(分析)を行った。Comparative Example 1 Example 1 was repeated except that the impurity absorbing layer (6) and the impurity barrier layer (7) on the p-side and n-side electrodes were omitted, and the Au plating layer on the p-side was omitted. In the same manner as in the above, production, bonding and testing (analysis) of an LD chip were performed.
【0061】[0061]
【表1】 [Table 1]
【0062】表1から分かる様に、従来のLDチップで
はワイヤプルにおける破壊のモードが表面電極層とワイ
ヤの接合部で起きる割合が20%あるのに対し、本発明
のLDチップでは100%がワイヤの切断であり、電極
とワイヤが強固に接続されていることが分かる。また、
これにより、本発明のLDチップでは破壊強度の平均値
も従来のLDチップに比べて高くなっている。As can be seen from Table 1, in the conventional LD chip, the breaking mode in the wire pull occurs at the junction between the surface electrode layer and the wire at 20%, whereas in the LD chip of the present invention, 100% of the wire is broken. It can be seen that the electrode and the wire are firmly connected. Also,
Thus, the average value of the breaking strength of the LD chip of the present invention is higher than that of the conventional LD chip.
【0063】一方、ダイシェア強度については、従来の
LDチップではAuSnはんだとAu電極の接合面から
剥離するモードが30%あるのに対し、本発明のLDチ
ップではチップが破壊されて電極の接合部がキャリアに
接合されたまま残る破壊モードとなり、十分な接合強度
が得られている。また、破壊強度についても表1に示す
様に本発明のLDチップは大きな値を示している。On the other hand, with respect to the die shear strength, in the conventional LD chip, the mode of peeling from the bonding surface between the AuSn solder and the Au electrode is 30%, whereas in the LD chip of the present invention, the chip is broken and the bonding portion of the electrode is broken. Is a destruction mode that remains while being bonded to the carrier, and sufficient bonding strength is obtained. Also, as shown in Table 1, the LD chip of the present invention shows a large value of the breaking strength.
【0064】[0064]
【表2】 [Table 2]
【0065】表2から分かる様に、従来のLDチップの
場合は、電極表面のAuにGaが拡散しており、また、
下地電極からのGeとNiの拡散も確認された。すなわ
ち、従来のLDチップの場合は、III族元素のGaが表
面に存在しており、このGaが酸化したことにより、酸
素(O)が存在するものと思われる。これに対し、本発
明のLDチップの場合は、電極におけるGaは検出限界
以下であり、Oも殆ど存在しない。なお、上記の両LD
チップに検出されているCは、素子を取り扱う際に使用
する粘着テープのに含まれるCと思われる。As can be seen from Table 2, in the case of the conventional LD chip, Ga diffuses into Au on the electrode surface.
The diffusion of Ge and Ni from the base electrode was also confirmed. That is, in the case of the conventional LD chip, Ga of the group III element is present on the surface, and it is considered that oxygen (O) is present due to oxidation of this Ga. On the other hand, in the case of the LD chip of the present invention, Ga in the electrode is below the detection limit, and O hardly exists. Note that both LDs
C detected on the chip is considered to be C contained in the adhesive tape used when handling the element.
【0066】[0066]
【発明の効果】本発明のIII-V族化合物半導体素子は、
簡便な電極構成で、Ga等III族元素の電極表面への拡散
を効果的に防止し、十分なボンディング強度を与えるも
のであって、多大な工業的利益を提供するものである。According to the present invention, there is provided a III-V compound semiconductor device comprising:
With a simple electrode configuration, diffusion of a Group III element such as Ga to the electrode surface is effectively prevented, sufficient bonding strength is provided, and a great industrial advantage is provided.
【図1】実施例1で採用したレーザーダイオード(L
D)のエピ構造の説明図FIG. 1 shows a laser diode (L) employed in Example 1.
Explanatory drawing of D) epi structure
【図2】実施例1で採用したダブルヘテロ(DH)構造
の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of a double hetero (DH) structure employed in Example 1.
【図3】実施例1で得たLDの説明図FIG. 3 is an explanatory diagram of an LD obtained in Example 1.
【図4】比較例1で得たLDの説明図FIG. 4 is an explanatory diagram of an LD obtained in Comparative Example 1.
1:n型GaAs基板 2:DH構造 21:n型GaAsバッファー層 22:n型Al0.55Ga0.45Asクラッド層 23:アンドーピングp型Al0.15Ga0.85As活性層 24:p型Al0.55Ga0.45Asクラッド層 3:n型Al0.7Ga0.3Asブロック層 4:p型GaAsコンタクト層 6:不純物吸収層(Ti層) 7:バリアー層(Pt層) 8:表面層(Au層) 51:オーミックコンタクト層(AuZnNi合金層) 52:オーミックコンタクト層(AuGeNi合金層)1: n-type GaAs substrate 2: DH structure 21: n-type GaAs buffer layer 22: n-type Al 0.55 Ga 0.45 As cladding layer 23: undoped p-type Al 0.15 Ga 0.85 As active layer 24: p-type Al 0.55 Ga 0.45 As Cladding layer 3: n-type Al 0.7 Ga 0.3 As block layer 4: p-type GaAs contact layer 6: impurity absorption layer (Ti layer) 7: barrier layer (Pt layer) 8: surface layer (Au layer) 51: ohmic contact layer (AuZnNi alloy layer) 52: Ohmic contact layer (AuGeNi alloy layer)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 秀樹 茨城県牛久市東猯穴町1000番地 三菱化学 株式会社筑波事業所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Hideki Goto 1000 Higashi-kuana-cho, Ushiku-shi, Ibaraki Mitsubishi Tsukuba Works
Claims (8)
III-V族化合物半導体素子であって、電極層が化合物半
導体層に接触するAu含有層とIII族元素含有率5%以
下の表面層とを含むことを特徴とするIII-V族化合物半
導体素子。An electrode layer is provided on a compound semiconductor layer.
A group III-V compound semiconductor device, wherein the electrode layer includes an Au-containing layer in contact with the compound semiconductor layer and a surface layer having a group III element content of 5% or less. .
含み、電極層表面のGa含有率が5%以下である請求項
1に記載のIII-V族化合物半導体素子。2. The group III-V compound semiconductor device according to claim 1, wherein the compound semiconductor layer contains Ga as a constituent element, and the Ga content on the surface of the electrode layer is 5% or less.
III-V族化合物半導体素子であって、電極層が化合物半
導体層に接触するAu含有層と不純物吸収層と表面層と
を含むことを特徴とするIII-V族化合物半導体素子。3. A semiconductor device comprising an electrode layer on a compound semiconductor layer.
A III-V compound semiconductor device, wherein the electrode layer includes an Au-containing layer, an impurity absorbing layer, and a surface layer that are in contact with the compound semiconductor layer.
に記載のIII-V族化合物半導体素子。4. The impurity absorbing layer contains Ti.
A III-V compound semiconductor device according to [1].
求項3又は4に記載のIII-V族化合物半導体素子。5. The group III-V compound semiconductor device according to claim 3, wherein the electrode layer further comprises an impurity barrier layer.
の金属を含有する請求項5に記載のIII-V族化合物半導
体素子。6. The III-V compound semiconductor device according to claim 5, wherein the impurity barrier layer contains a metal having a melting point of 1600 ° C. or higher.
ング処理されている請求項1〜7の何れかに記載のIII-
V族化合物半導体素子。7. The method according to claim 1, wherein the cleavage plane is coated at a temperature of 200 ° C. or higher.
Group V compound semiconductor element.
アに接続されている請求項1〜7の何れかに記載のIII-
V族化合物半導体素子。8. The method according to claim 1, wherein the electrode layer is connected to the carrier by a solder containing Au.
Group V compound semiconductor element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP9682498A JPH11274469A (en) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | Iii-v compound semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP9682498A JPH11274469A (en) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | Iii-v compound semiconductor device |
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ID=14175321
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11274469A (en) |
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- 1998-03-25 JP JP9682498A patent/JPH11274469A/en active Pending
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