(57)【要約】【課題】半導体チップに設けられた電極とパッケージ基板の配線との短絡リスクの低減と、製造工程の簡素化を図る。【解決手段】パッケージ基板１の一方の面上に形成された第一配線２及び第一配線２と絶縁されて形成された第二配線３と、を有する基体１１と、半導体基板４の基体１１側の面に順に形成された第一窒化物半導体層５と窒化物半導体活性層６と第二窒化物半導体層７と、第一窒化物半導体層５上の窒化物半導体活性層６が形成されていない領域の一部に設けられた第一電極８と、第二窒化物半導体層７上に形成された第二電極９と、を有する半導体チップ１０とを備える。第一電極８の少なくとも一部は第一配線２と接合され、第二電極９の少なくとも一部は第二配線３と接合され、第一電極８は、パッケージ基板１側から見て、第二配線３が形成された領域を除く領域と重なる位置に設けられている。【選択図】図１
2018195709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージ基板と、
前記パッケージ基板の一方の面上に形成された第一配線と、
前記一方の面上に前記第一配線と絶縁されて形成された第二配線と、
を有する基体、及び
半導体基板と、
前記半導体基板の前記基体側の表面上に形成された第一導電型の第一窒化物半導体層と、
前記第一窒化物半導体層上の一部に形成された窒化物半導体活性層と、
前記窒化物半導体活性層上に形成された第二導電型の第二窒化物半導体層と、
前記第一窒化物半導体層上の前記窒化物半導体活性層が形成されていない領域の一部に設けられた第一電極と、
前記第二窒化物半導体層上に形成された第二電極と、
を有する半導体チップ、
を備え、
前記第一電極の少なくとも一部は、前記第一配線と接合され、
前記第二電極の少なくとも一部は、前記第二配線と接合され、
前記半導体チップの前記第二配線と対向する領域上には、前記第一電極が設けられていない半導体装置。
【請求項２】
前記半導体チップの前記第一配線と対向する領域上には、前記第二電極が設けられていない請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体チップの前記第二配線と対向する領域には、前記第一窒化物半導体層が露出した領域が設けられていない請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第二配線は、前記パッケージ基板の前記半導体チップと対向しない領域の一部に形成された第一部分を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第二配線は、前記パッケージ基板の前記第二電極と対向する領域に形成された第二部分と、前記第一部分及び前記第二部分を繋ぐ第三部分とを有する請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第二配線は、前記パッケージ基板の前記半導体チップと対向しない領域の一部に形成された第一部分と、前記パッケージ基板の前記第二電極と対向する領域に形成された第二部分と、前記第一部分及び前記第二部分を繋ぐ第三部分と、を有し、
前記第三部分の少なくとも一部は、前記第一窒化物半導体層と対向する請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第三部分の少なくとも一部は、前記半導体基板が露出した領域と対向する請求項５に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体チップは、前記第一窒化物半導体層の一部と前記窒化物半導体活性層と前記第二窒化物半導体層とで形成されたメサ構造部を有し、
前記第二電極は、前記メサ構造部の頂部に形成され、
前記第一電極は、平面視で、前記第二部分と前記第三部分の少なくとも一部とを囲む領域に形成されている請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体チップは、紫外線発光ダイオードである請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第一窒化物半導体層は、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）である請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の半導体装置を備えた紫外線発光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及び紫外線発光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は様々な電子機器に用いられており、演算処理装置や、発光デバイス、受光デバイス等の光学デバイス等に応用されている。特に、窒化物半導体層を材料として用いた半導体チップを備える半導体装置は、窒化物半導体の組成を制御することでバンドギャップを制御し、赤色領域から深紫外光領域まで至る発光装置及び受光装置、高耐圧や高い応答性を利用したパワーデバイス、また高速で応答する装置として応用されている。これらの半導体装置を利用した各装置は、照明や計測器用光源、殺菌光源、太陽電池、各種センサやトランジスタ等、様々な用途で利用されている。
【０００３】
窒化物半導体層を半導体チップの材料として用いた半導体装置の一般的な形態としては、半導体チップが、外部金属線との接続部を有する回路基板に実装された形態が挙げられる。この形態の一つであるフリップチップ構造の半導体装置では、一方の面にｐ型電極及びｎ型電極が形成された半導体チップとパッケージ基板とが、半導体チップの電極形成面（接続面）とパッケージ基板とが向かい合うように配置されている。半導体チップのｐ型電極及びｎ型電極とパッケージ基板とは、金ボール等の導電材料で形成された接続媒体で接続されている。半導体装置が発光装置の場合、半導体チップの一方の面（接続面）と他方の面との双方から光が放射される。このｐ型電極及びｎ型電極は、パッケージ基板上の対応する正極電極金属線及び負極電極金属線それぞれと電気的に接合され、外部から電圧を印加することで電流を半導体チップへ流す役割を担う。
【０００４】
半導体装置のエネルギー変換効率を高めるには、半導体チップ上のｐ型電極とｎ型電極の配置が非常に重要である。半導体装置が発光装置の場合である場合、その発光効率を高めるには、電子及び正孔を外部から活性層まで輸送するキャリア注入効率、活性層において電気を光へと変換する内部量子効率、内部で生成した光を外部へ取り出す光取り出し効率、及びこれら三つの効率の積で表現される外部量子効率を向上させる必要がある。外部量子効率を向上させるには、電子を半導体層へ注入するｎ型電極、正孔を半導体層へ注入するｐ型電極の配置が非常に重要である。
【０００５】
電流が局所的に集中すると、「電流ドループ」と呼ばれる電子注入効率、又は内部量子効率が低下する現象が起こり、発光効率が低下する。各電極を適切に配置することで、半導体発光装置内、特に窒化物半導体活性層での均一な電流密度及び均一な発光密度が実現され、電流ドループを抑制し、高い外部量子効率が達成される。
外部電源から半導体チップへ電流を流すには、半導体チップのｐ型電極及びｎ型電極の配置に合わせて、パッケージ基板上の対向する領域に配線を配置し接合する必要がある。
例えば特許文献１には、半導体チップの第一電極配線及び第二電極配線と、対向するパッケージ基板の電極配線とが保護絶縁膜を介して対向するように配置された構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５９８５７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されているフリップチップ構造の半導体装置は、絶縁保護膜を用いることで半導体チップの第一電極及び第二電極とパッケージ基板の配線との間でショート（短絡）するリスクを軽減している。しかしながら、特許文献１に記載の半導体装置では、この絶縁保護膜が絶縁破壊を起こすことにより、パッケージ基板の配線間がショートするリスクを排除できない。また、特許文献１に記載の半導体装置では製造工程が煩雑になるため、量産には適さないという問題もある。そのため、従来の半導体装置では、半導体チップに設けられた電極とパッケージ基板の配線との短絡リスクの低減と、製造工程の簡素化とを両立することが困難であった。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、半導体チップに設けられた電極とパッケージ基板の配線との短絡リスクの低減と、製造工程の簡素化とを両立することの可能な半導体装置及び紫外線発光モジュールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る半導体装置は、パッケージ基板と、前記パッケージ基板の一方の面上に形成された第一配線と、前記一方の面上に前記第一配線と絶縁されて形成された第二配線と、を有する基体、及び半導体基板と、前記半導体基板の前記基体側の表面上に形成された第一導電型の第一窒化物半導体層と、前記第一窒化物半導体層上の一部に形成された窒化物半導体活性層と、前記窒化物半導体活性層上に形成された第二導電型の第二窒化物半導体層と、前記第一窒化物半導体層上の前記窒化物半導体活性層が形成されていない領域の一部に設けられた第一電極と、前記第二窒化物半導体層上に形成された第二電極と、を有する半導体チップ、を備え、前記第一電極の少なくとも一部は、前記第一配線と接合され、前記第二電極の少なくとも一部は、前記第二配線と接合され、前記半導体チップの前記第二配線と対向する領域上には、前記第一電極が設けられていない、ことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の他の実施形態に係る紫外線発光モジュールは、上記実施形態に係る半導体装置を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様によれば、半導体チップに設けられた電極とパッケージ基板の配線との短絡リスクの低減と、製造工程の簡素化とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第一実施形態に係る半導体装置の一例を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ′断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体装置の効果を説明するための説明図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る半導体装置の一例を示す平面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ′断面図である。
【図６】本発明の第三実施形態に係る半導体装置の一例を示す平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ′断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
【００１４】
［第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態に係る半導体装置の一例を示す平面図である。図１のＡ−Ａ′断面図を図２に示す。なお、図１には、各層の重なりが明確になるように、一部外部に露出していない装置内部の境界線も記されている。また、図２の断面図はイメージ図であり、必ずしも図１の平面図と同一の距離や縮尺を表現してはいない。
図１及び図２に示すように、第一実施形態に係る半導体装置１００は、半導体チップ１０と基体１１とを有する。
【００１５】
（半導体チップ）
半導体チップ１０は、半導体基板４と、例えばｎ型窒化物半導体層である第一窒化物半導体層５と、窒化物半導体活性層６と、例えばｐ型窒化物半導体層である第二窒化物半導体層７と、例えばｎ型電極である第一電極８と、例えばｐ型電極である第二電極９と、を有する。半導体チップ１０は紫外線発光ダイオードを想定している。
第一窒化物半導体層５は、膜厚の厚い部分と、膜厚の厚い部分を囲むように形成された膜厚の薄い部分と、を有し、半導体基板４の一方の面上に形成されている。第一窒化物半導体層５は、例えばｎ型ＡｌＧａＮ層である。
窒化物半導体活性層６は、第一窒化物半導体層５の膜厚の厚い部分上に形成されている。つまり、窒化物半導体活性層６は、第一窒化物半導体層５上の一部に形成されている。
【００１６】
第二窒化物半導体層７は、窒化物半導体活性層６上に形成されている。これにより、第一窒化物半導体層５の膜厚の厚い部分と、窒化物半導体活性層６と、第二窒化物半導体層７とが、第一窒化物半導体層５の膜厚の薄い部分よりも突出したメサ構造部１０ａを形成している。図１において、メサ構造部１０ａの端部を符号１５で示す。
第一電極８は、メサ構造部１０ａの底部、すなわち第一窒化物半導体層５の膜厚の薄い部分上に形成されている。つまり、第一電極８は、第一窒化物半導体層５上の窒化物半導体活性層６が形成されていない部分に形成されている。
第二電極９は、メサ構造部１０ａの頂部、すなわち第二窒化物半導体層７上に形成されている。
【００１７】
（基体）
基体１１は、パッケージ基板１と、パッケージ基板１の一方の面上に形成された第一配線２と、パッケージ基板１の第一配線２が形成された側の面上に第一配線２と絶縁されて形成された第二配線３と、を有する。
パッケージ基板１は、一方の面１ａが、半導体基板４のメサ構造部１０ａが形成された側の面４ａと対向するように配置されている。
パッケージ基板１の面１ａ上の、半導体チップ１０の第一電極８と対向する位置に第一配線２が形成され、半導体チップ１０の第二電極９と対向する位置に第二配線３が形成されている。
【００１８】
第一配線２は、第一電極８の少なくとも一部と接合されている。第二配線３は、第二電極９の少なくとも一部と接合されている。第一配線２と第一電極８、また、第二配線３と第二電極９とは、それぞれ直接接触していても良く、図２に示すように導電性の媒体２０を介して接合していても良い。
ここで、第二配線３は、第一電極８と対向する位置には設けられていない。したがって、例えば半導体装置１００の製造工程において金属異物が混入する事などにより、半導体チップ１０側の配線と基体１１側の電極とが金属異物を介して短絡する可能性を低減することができる。
【００１９】
また、例えば半導体装置１００の製造工程において金属異物が混入し、図２において、第二配線３及びこの第二配線３と対向する第一窒化物半導体層５との両方に金属異物が接触したとしても、金属異物と第一窒化物半導体層５との間の接触抵抗は大きいため、金属異物を介して第一窒化物半導体層５と第二配線３との間で短絡が生じる可能性をより小さくすることができる。
また第一配線２は、第二電極９と対向する位置には設けられていない。そのため、例えば金属異物が混入した際に第一配線２と金属異物と第二電極９とで形成された経路で導通する短絡経路が形成されることを抑制することができる。
【００２０】
第二配線３は、パッケージ基板１の半導体チップ１０と対向しない領域の一部である第一部分１２を有することにより、ワイヤボンディング等により外部から第二配線３へ配線を接続することができる。
第二配線３は、パッケージ基板１の第二電極９と対向する領域の一部である第二部分１３と、第一部分１２及び第二部分１３との間の領域である第三部分１４とを有する。これにより、図１に示すように、第二電極９が半導体チップ１０の中央付近に形成されているチップにおいても、異物混入により短絡するリスクを抑制しつつ、外部配線と接続するために第二配線３を、平面視で半導体チップ１０の外側へ延伸させることができる。
【００２１】
第二配線３の第三部分１４の少なくとも一部が、半導体装置１００の厚さ方向で第一窒化物半導体層５と対向するように配置された半導体チップ１０においては、第二配線３の第三部分１４と対向する領域に第一電極８が形成されていないことがさらに好ましい。つまり、平面視で、第二配線３と第一電極８とが第三部分１４で重ならないことが好ましい。このようにすることによって、組立後に半導体チップ１０の外部から侵入する異物を介して第二配線３と半導体チップ１０側の第一電極８との間で短絡が生じる可能性を低減することができる。
【００２２】
図２に示すように、メサ構造部１０ａを有する半導体チップ１０において、第二電極９がメサ構造部１０ａの頂部に形成され、この第二電極９と接続される第二配線３が、図１に示すように平面視で半導体チップ１０の外側に延伸した構造において、本発明の第一実施形態における位置関係で第一電極８、第二電極９、第一配線２及び第二配線３をすることにより、パッケージ基板１の配線２、３と、半導体チップ１０の電極８、９との間での高い短絡防止効果を得ることができる。つまり、図１に示すように平面視で第一電極８が第二電極９を囲むように配置された構造においては、第二電極９をワイヤボンディング等によって外部に接続するためには、平面視で第二配線３を半導体チップ１０の外側に延伸させる必要があり、そのため、第二配線３には、ワイヤボンディング等により外部と接続される第一部分１２と第二電極９と接続される第二部分１３とを接続する第三部分１４が設けられている。第三部分１４と半導体チップ１０との間には隙間があるため、異物が混入する可能性がある。しかしながら、第二配線３を平面視で半導体チップ１０の外側に延伸させる際に、平面視で第三部分１４が第一電極８と重ならないように、第一電極８、第二電極９、第一配線２、第二配線３を配置することによって、仮に金属異物が混入したとしても、第三部分１４において、半導体チップ１０の電極との間で短絡が生じることを抑制することができる。
【００２３】
（半導体装置の構成要素の詳細）
本発明の一実施形態に係る半導体装置１００を構成する各要素について以下に詳述する。
＜半導体チップ＞
半導体チップ１０は、紫外線発光ダイオードの他に、レーザダイオード等の発光素子、太陽電池や光センサ等の受光素子、薄膜トランジスタ等の電力変換素子等を適用することができる。
半導体チップ１０が紫外線発光ダイオードである場合、紫外線劣化を引き起こすためアンダーフィルや封止材として樹脂を用いることが困難である。そのため、異物混入による短絡の可能性が高くなる。本発明は、特に、半導体チップが紫外線発光ダイオードである場合に効果的である。
【００２４】
《半導体基板》
半導体チップ１０の半導体基板４は、窒化物半導体を上層として形成することが可能な面を有するものであれば特に制限されない。具体的には、サファイア、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、又はこれらの混晶等が挙げられる。また、半導体基板４には不純物が混入していても良い。
特に、半導体基板４の一方の面に形成する窒化物半導体との格子定数差が小さく、格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできるという観点、及び高い熱伝導率を有するという観点から、半導体基板４は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が望ましい。
また、ここでいう半導体基板とは上層に半導体層を形成することを目的として用いる基板という意味であり、半導体基板４自体は半導体でも、導体でも、絶縁体でも良いが、短絡を抑制するためには絶縁体であることが好ましい。
【００２５】
《第一窒化物層》
第一窒化物半導体層５は、第一型導電型（ｎ型）の窒化物半導体層であり、半導体基板４上に直接形成されていても、半導体基板４上に第一窒化物半導体層５以外の層が形成され、その上層に第一窒化物半導体層５が形成されていても良い。例えば、半導体基板４上にバッファ層が形成され、その上に第一窒化物半導体層５が形成された上に、窒化物半導体活性層６が形成されていても良い。なお、第一の実施形態において、第一窒化物半導体層５はｎ型とされているが、ｐ型であってもよい。
【００２６】
第一窒化物半導体層５は、例えばｎ型ＡｌＧａＮ層等の窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高いエネルギー変換効率を実現する観点から、適切なドーパントを用いて導電性を持たせることのできるＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮのうちの２種又は３種を用いた混晶であることが望ましい。
第一窒化物半導体層５はｎ型窒化物半導体層またはｐ型窒化物半導体層であり、窒素（Ｎ）の他に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｉ等の不純物が混入していても良い。
【００２７】
特に、第一窒化物半導体層５がＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）である場合、この第一窒化物半導体層５が大気中の水分や半導体装置１００の発熱により変質して部分的に剥離し、異物となって第一窒化物半導体層５と基体１１とを接続する懸念がある。そのため、本発明の一実施形態に係る半導体装置１００は、特に、第一窒化物半導体層５がＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）である場合に、効果が高い。
【００２８】
《窒化物半導体活性層》
窒化物半導体活性層６は、第一窒化物半導体層５上に直接形成されていても、第一窒化物半導体層５上に窒化物半導体活性層６以外の層が形成され、その上に窒化物半導体活性層６が形成されていても良い。具体的には、第一窒化物半導体層５上にアンドープＡｌＧａＮ層が形成された上に窒化物半導体活性層６が形成されていても良い。
窒化物半導体活性層６は、窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高いエネルギー効率を実現する観点からＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮの混晶であることが望ましい。窒化物半導体活性層６は、Ｎの他に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が混入していても良い。また、量子井戸構造でも単層構造でも良いが、高い発光効率を実現する観点から少なくとも1つの井戸構造を有していることが望ましい。
【００２９】
《第二窒化物半導体層》
第二窒化物半導体層７は、第二型導電型（第一窒化物半導体層５とは異なる導電型）の窒化物半導体層であり、窒化物半導体活性層６上に直接形成されていても、窒化物半導体活性層６上に第二窒化物半導体層７以外の層が形成され、その上に第二窒化物半導体層７が形成されていても良い。例えば、窒化物半導体活性層６上にアンドープＡｌＧａＮ層が形成され、その上に第二窒化物半導体層７が形成されていても良い。
第二窒化物半導体層７は窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高いエネルギー変換効率を実現する観点からＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮの混晶であることが望ましい。
第二窒化物半導体層７は、第一窒化物半導体層５がｐ型窒化物半導体層の場合はｎ型窒化物半導体層であり、第一窒化物半導体層５がｎ型窒化物半導体層の場合はｐ型窒化物半導体層である。第二窒化物半導体層７は、Ｎの他に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｉ等の不純物が混入していても良い。
【００３０】
《第一電極、第二電極》
第一電極８及び第二電極９は、それぞれ第一窒化物半導体層５、第二窒化物半導体層７に電流を流す役割を担う。第一窒化物半導体層５がｎ型窒化物半導体層で、第二窒化物半導体層７がｐ型窒化物半導体層の場合は、第一電極８はｎ型電極、第二電極９はｐ型電極である。第一窒化物半導体層５がｐ型窒化物半導体層で、第二窒化物半導体層７がｎ型窒化物半導体層の場合は、第一電極８はｐ型電極、第二電極９はｎ型電極である。
ｐ型電極としては、コンタクト層にホールを注入することが出来れば、材料と形状は特に制限はされないが、ｐ型窒化物半導体にホールを注入する観点からＮｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ等の仕事関数の大きな金属、又はこれらの合金や、ＩＴＯ等の酸化物電極等が望ましい。また、ｐ型電極は単層でも、積層でも、合金でも良い。合金で形成された電極は、例えば多層積層構造を高温で熱処理することで形成することができる。
【００３１】
また、ｐ型電極は、平面視で複数の種類の電極が配置されていても良い。例えば、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ等の仕事関数の大きな金属或いはこれらの合金と、高い反射率を有するＡｇ、Ｒｈ、Ａｌ等の金属や、誘電体多層膜を用いた反射膜、フッ素樹脂等が、ストライプやドット状に分離配置された構造が挙げられる。
ｎ型電極としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の金属、又はこれらの混晶、またはＩＴＯやＧａ２Ｏ３等の導電性酸化物等を用いることができるが、この限りでは無い。また、ｐ型電極は単層でも、積層でも、合金でも良い。合金で形成された電極は、例えば多層積層構造を高温で熱処理することで形成することができる。
【００３２】
また、ｎ型電極は、平面視で、複数の種類の電極が配置されていても良い。例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｖ等の仕事関数の小さな金属あるいはこれらの合金と、高い反射率を有するＡｇ、Ｒｈ、Ａｌ等の金属や、誘電体多層膜を用いた反射膜、フッ素樹脂等が、ストライプやドット状に分離配置された構造が挙げられる。
第一電極８及び第二電極９は、それぞれ第一窒化物半導体層５及び第二窒化物半導体層７に電流を流すことができる構造を有していれば、第一、第二電極８、９と第一及び第二窒化物半導体層５、７との間に異なる層を有していても良い。例えば、第一、第二電極８、９と第一及び第二窒化物半導体層５、７との間に極薄い酸化膜や窒化膜を有していても良いし、電流拡散層としてＩＴＯ等を含んでいても良い。
第一電極８及び第二電極９は、その表面に保護膜を有していても良い。保護膜としては、例えば、ＳｉＯ２やＳｉＮ等の無機絶縁膜、樹脂等の有機絶縁膜等が挙げられる。
【００３３】
《層構造の形成方法》
半導体基板４の一方の面上に、第一窒化物半導体層５と窒化物半導体活性層６と第二窒化物半導体層７とがこの順に積層された構造は、例えば以下の方法で形成することができる。
すなわち、半導体基板４の一方の面上に、第一窒化物半導体層、窒化物半導体活性層、及び第二窒化物半導体層をこの順に積層した後、部分的なドライエッチング処理により、第一窒化物半導体層の厚さ方向の一部を残して、第二窒化物半導体層と窒化物半導体活性層と第一窒化物半導体層の一部とを除去し、第一窒化物半導体層５と窒化物半導体活性層６と第二窒化物半導体層７とが積層されたメサ構造部１０ａを形成する。
【００３４】
第一、第二窒化物半導体層５、７となる窒化物半導体層の形成方法は特に制限されない。スパッタリング法や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）等の物理的気相成長法、有機金属気相成長法（ＭＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）や熱ＣＶＤ法等の化学的気相成長法等が挙げられる。窒化物半導体層を不純物が少なく、組成を制御良く形成できるという観点から、有機金属気相成長法が最適である。
【００３５】
ドライエッチング処理は、反応性の気体やイオン、ラジカルによって材料をエッチングする方法であり、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ：Reactive Ion Beam Etching）、電子サイクロトロン共鳴エッチング（ＥＣＲ:Electron Cyclotron Resonance）、イオンミリング等の装置が用いられる。なかでも、励起コイルの電力を制御することでプラズマ密度を制御し、下部電極の電力を制御することでイオンの引き込み量を制御するＩＣＰ（誘導結合型）−ＲＩＥ装置を用いることが好ましい。
【００３６】
ドライエッチング処理は、エッチング装置において、高周波電源を用いて電極を兼ねる基板支持体と電極との間に高周波電力を印加して、基板支持体と電極との間にプラズマを発生させる。そして、チャンバー内に導入されたエッチングガスを分解及び励起させて窒化物半導体層に対してエッチング処理を行う。エッチングガスとしては、塩素ガス（Ｃｌ２）、三塩化ホウ素ガス（ＢＣｌ３）等の塩素系ガス、四フッ化メタンガス（ＣＦ４）、三フッ化メタンガス（ＣＨＦ３）等のフッ素系ガス、又はハライド系ガスを一部含んだ混合ガスを用いることが可能であるが、この限りではない。
【００３７】
《第一電極及び第二電極の形成方法》
第一、第二電極８、９の形成方法は特に制限されない。一般的には、高純度の金属材料を薄膜形成できるという観点から、抵抗加熱、電子ビーム加熱を用いた熱蒸着法が用いられる。他にも、スパッタリング法等の物理的気相成長法が用いられる。電極膜厚を精度良く制御できるという観点から、スパッタリング法が最適である。
【００３８】
＜基体＞
基体１１としては、パッケージ基板、プリント基板、自由に後の設計が可能なサブマウント基板、半導体チップを保持することが目的のＳｉ等の支持ウェハ、照明装置や水殺菌装置等の本体部（紫外線発光ダイオードである半導体チップ１０が第一接続体及び第二接続体で直接接続できるもの）等が挙げられる。
第一配線２及び第二配線３としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の金属、又はこれらの合金が挙げられるがこの限りでは無い。熱伝導率が高く、耐食性に優れ、接合が容易であるＡｕであることが望ましい。第一配線２及び第二配線３は単層でも積層でも良い。絶縁層を介して多層配線を形成していても良い。
【００３９】
＜第二配線の第二部分と第三部分の少なくとも一部とが平面視で第一電極により囲まれる構造＞
第二配線３の第二部分１３と第三部分１４の少なくとも一部とが、半導体チップ１０の第一電極８によって囲まれていれば、本構造に含まれる。具体的には、平面視で、第二部分１３の外側と第三部分１４の少なくとも一部の外側とに第一電極８が配置されていれば良い。つまり平面視で第二部分１３と第三部分１４の少なくとも一部との二方面において、その外側に第一電極８が配置されていればよい。半導体チップ１０上に第一電極８を効率よく配置するために、三方面において外側に第一電極８が配置されているとなお良く、三方面において配置された各々の第一電極８が第一窒化物半導体層５上で繋がっているとなお良い。
【００４０】
図１では第一部分１２と第二部分１３とを接続する第三部分１４は一カ所のみであるが、複数個所あっても良い。例えば、図１では第三部分１４は１本の線状の配線であるが、２本の配線で形成されていてもよい。
図１では第三部分１４が直線状に描かれているが、曲線であっても良い。
図１では、第一電極８が第二部分１３及び第三部分１４の略相似形に形成されているがこの限りではない。例えば、第二部分１３が平面視で円形であり、第一電極８が部分的に開口部を有する四角形であっても良い。
【００４１】
以上説明したように、図１、図２に示す半導体装置１００では、極性の異なるパッケージ基板１側の配線２、３と、半導体チップ１０側の電極８、９とで、極性の異なる配線及び電極どうしが対向しないように配置している。そのため、両者間に混入した金属異物等を介して短絡し、その結果、基体１１の第一配線２及び第二配線３間で短絡したのと同等の状態となることを回避することができる。
【００４２】
また、例えば、半導体チップ１０が駆動され第一窒化物半導体層５に電流が流れると、半導体チップ１０の寄生抵抗により第一窒化物半導体層５が発熱する。この熱と大気中の水分とにより、第一窒化物半導体層５内の窒化物が酸化することによって、第一窒化物半導体層５の腐食が進行する。このため、図３に示すように第二配線３と第一電極８とが対向する場合、第一窒化物半導体層５のうちの第二配線３と対向する第一電極８との界面近傍が腐食すると、第一窒化物半導体層５から第一電極８が部分的に剥がれる可能性がある。また、第一窒化物半導体層５が、腐食が進行しやすい材料、例えばＡｌの組成比率が高いＡｌＧａＮで形成されている場合には、Ａｌの組成比率が低いＧａＮ等で形成されている場合と比較して、第一窒化物半導体層５から第一電極８が部分的に剥がれてしまう可能性が高くなる。この剥がれた第一電極８つまりパーティクルは、第一窒化物半導体層５と第二配線３とを接続する可能性がある。
【００４３】
その結果、第二配線３−パーティクル−第一電極８−導電性の媒体２０−第一配線２の経路で電流が流れ、結果的に第一配線２と第二配線３との間で短絡した場合と同等の状態となる可能性がある。なお、図３において（ａ）は従来の半導体装置の平面図、（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ′断面図、（ｃ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ′断面図である。図３（ａ）には、各層の重なりが明確になるように、一部外部に露出していない装置内部の境界線も記されている。また、図３（ｂ）、（ｃ）に示す断面図はイメージ図であり、必ずしも図３（ａ）の平面図と同一の距離や縮尺を表現してはいない。
【００４４】
本実施形態における半導体装置１００では、パッケージ基板１側の配線２、３と、半導体チップ１０側の電極８、９とで、極性の異なる配線及び電極どうしが対向しないように配置している。そのため、仮に第一窒化物半導体層５が腐食したとしても、第一窒化物半導体層５の上に電極は配置されていないから、第二配線３と第一配線２との間で短絡が生じる原因となる、部分的に剥離した電極であるパーティクルが生じることを回避することができる。また、仮に第一窒化物半導体層５が腐食することにより剥離したとしても、極性の異なる配線及び電極どうしは対向しないから、剥離した第一窒化物半導体層５が金属異物となり、この金属異物を介して極性の異なる配線及び電極どうしが短絡することを回避することができる。つまり、第二配線３の第三部分１４において金属異物を介して半導体チップ１０側と短絡することを回避することができる。
【００４５】
このように、半導体チップ１０と基体１１との間で生じる短絡を回避するための絶縁保護膜等を設けることなく、短絡が生じる可能性を低減することができるため、複雑な製造工程を必要とすることなく比較的簡易な工程で製造することができる。また、極性の異なる配線と電極とが対向しないように配置するだけでよく、半導体チップ１０の第一電極８及び第二電極９の配置位置は比較的制約を受けないため、第一電極８及び第二電極９を比較的最適位置に配置することができ、短絡リスクの低減と共に、半導体チップ１０の電極配置の最適設計とを両立することができる。
【００４６】
［一態様の紫外線発光モジュール］
本発明の一態様の紫外線発光モジュールは、本発明の一態様の半導体装置１００を備える。
本発明の一態様の紫外線発光モジュールは、紫外線ランプが用いられている既存の全ての装置に適用することができ、また、置換可能である。特に、波長２８０ｎｍ以下の深紫外線を用いている装置に適用可能である。
本発明の一態様の半導体装置１００及び半導体装置１００を備えた紫外線発光モジュールは、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用可能である。
【００４７】
窒化物半導体発光装置としての半導体装置１００は、薬品や化学物質の合成・分解装置、液体・気体・固体（容器、食品、医療機器等）殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム・ガラス・金属等の表面改質装置、半導体・ＦＰＤ・ＰＣＢ・その他電子品製造用の露光装置、印刷・コーティング装置、接着・シール装置、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形装置、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・検査装置に適用可能である。
液体殺菌装置の例としては、冷蔵庫内の自動製氷装置・製氷皿および貯氷容器・製氷機用の給水タンク、冷凍庫、製氷機、加湿器、除湿器、ウォーターサーバの冷水タンク・温水タンク・流路配管、据置型浄水器、携帯型浄水器、給水器、給湯器、排水処理装置、ディスポーザ、便器の排水トラップ、洗濯機、透析用水殺菌モジュール、腹膜透析のコネクタ殺菌器、災害用貯水システム等が挙げられるがこの限りではない。
【００４８】
気体殺菌装置の例としては、空気清浄器、エアコン、天井扇、床面用や寝具用の掃除機、布団乾燥機、靴乾燥機、洗濯機、衣類乾燥機、室内殺菌灯、保管庫の換気システム、靴箱、タンス等が挙げられるがこの限りではない。固体殺菌装置(表面殺菌装置を含む）の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用・歯科用・床屋用・美容院用のハンドツール殺菌装置、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるがこの限りではない。
【００４９】
［第二実施形態］
図４は、本発明の第二実施形態における半導体装置１００の一例を示す平面図である。図４のＡ−Ａ′断面図を、図５に示す。なお、図４には、各層の重なりが明確になるように、一部外部に露出していない装置内部の境界線も記されている。また、図５の断面図はイメージ図であり、必ずしも図４の平面図と同一の距離や縮尺を表現してはいない。
図４及び図５に示すように、第二実施形態に係る半導体装置１００は、第一実施形態に係る半導体装置１００において、半導体チップ１０の、第二配線３と対向する領域には第一窒化物半導体層５が露出した部分は存在せず、第二配線３の第三部分１４の一部が半導体基板４の露出した部分１６と対向している点を除いては、第一実施形態と同等の構造を有する。つまり、半導体装置１００の厚さ方向で、第二配線３と第一窒化物半導体層５が露出した部分とは対向せず、第二配線３の第三部分１４の少なくとも一部が半導体基板４が露出した部分と対向する。
【００５０】
本構造を有することにより、例えば製造工程において金属異物が混入し、図５において、半導体基板４と第二配線３とが第三部分１４部分において金属異物を介して接触したとしても、半導体基板４が絶縁性のため、半導体チップ１０を介して、基体１１において第一配線２と第二配線３との間で短絡が生じることを回避することができる。また、半導体チップ１０の、第二配線３の第三部分１４と対向する領域は半導体基板４であって、第二配線３はそもそも第一窒化物半導体層５とは対向しないから、第二配線３の第三部分１４と半導体チップ１０側との短絡の原因となる、部分的に剥がれた第一窒化物半導体層５であるパーティクルが生じることを低減することができる。つまり、短絡の原因となる部分的に剥がれた電極の発生及び部分的に剥がれた第一窒化物半導体層５の発生を抑制することができるため、結果的に第二配線３の第三部分１４と半導体チップ１０側との短絡が生じる可能性を低減することができ、結果的に第一配線２及び第二配線３間で短絡が生じることを回避することができる。
また、第一部分１２を有することで、ワイヤボンディング等により外部から第二配線３へ配線を接続することができる。
【００５１】
［第三実施形態］
図６は、本発明の第三実施形態に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。図６のＡ−Ａ′断面図を、図７に示す。なお、図６には、各層の重なりが明確になるように、一部外部に露出していない装置内部の境界線も記されている。また、図７の断面図はイメージ図であり、必ずしも図６の平面図と同一の距離や縮尺を表現してはいない。
第三実施形態における半導体装置１００は、第一実施形態における半導体装置１００において、第一部分１２を有していないこと以外は同様である。
したがって、この場合も、例えば製造工程において金属異物が混入し、図７において、第二配線３の第三部分１４と第一窒化物半導体層５とが金属異物を介して接触したとしても、金属異物と第一窒化物半導体層５との間の大きな接触抵抗のために短絡という故障を引き起こす可能性を極力小さくすることができる。さらに、第一部分１２を有していないことにより、その分、半導体装置１００の外形を小さくすることができる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  パッケージ基板
２  第一配線
３  第二配線
４  半導体基板
５  第一窒化物半導体層
６  窒化物半導体活性層
７  第二窒化物半導体層
８  第一電極
９  第二電極
１０  半導体チップ
１１  基体
１２  第一部分
１３  第二部分
１４  第三部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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