(57)【要約】【課題】素子に対する電界集中を分散させ、電界を緩和させることにより、素子破壊の低減を図ったフリップチップ型ガンダイオードを提供する。【解決手段】半導体基板上に第１の半導体層、活性層、第２の半導体層が順に積層され、第２の半導体層上に、第１の電極と、該第１の電極の内側に前記活性層がガンダイオードとして機能するように前記第２の半導体層および前記活性層の一部を貫く凹部により前記第１の電極と分離された第２の電極を１つ以上配置し、両方の電極上にそれぞれ導電性突起電極を設けたフリップチップ型ガンダイオードにおいて、前記凹部は、前記第２の半導体層表面の開口部より前記活性層の底部側の幅が広いことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に第１の半導体層、活性層、第２の半導体層が順に積層され、第２の半導体層上に、第１の電極と、該第１の電極の内側に前記活性層がガンダイオードとして機能するように前記第２の半導体層および前記活性層の一部を貫く凹部により前記第１の電極と分離された第２の電極を１つ以上配置し、両方の電極上にそれぞれ導電性突起電極を設けたフリップチップ型ガンダイオードにおいて、
前記凹部は、前記第２の半導体層表面の開口側より前記活性層の底部側の対向する側壁間の幅が広いことを特徴とするフリップチップ型ガンダイオード。
【請求項２】
半導体基板上に第１の半導体層、活性層、第２の半導体層が順に積層され、第２の半導体層上に、第１の電極と、該第１の電極の内側に前記活性層がガンダイオードとして機能するように前記第２の半導体層および前記活性層の一部を貫く高抵抗部により前記第１の電極と電気的に分離された第２の電極を１つ以上配置し、両方の電極上にそれぞれ導電性突起電極を設けたフリップチップ型ガンダイオードにおいて、
前記高抵抗部は、前記第２の半導体層の表面側より前記活性層の底部側の幅が広く形成されていることを特徴とするフリップチップ型ガンダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、素子に対する電界集中を分散させ、電界を緩和させることにより、素子破壊の低減を図ったフリップチップ型ガンダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のフリップチップ型ガンダイオード１０Ｃを図５に示す。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるｃ−ｃ面の断面概略図である。フリップチップ型ガンダイオード１０Ｃは、半導体基板３９上に第１のコンタクト層３８、活性層３７、第２のコンタクト層３６を順次積層し、第２のコンタクト層３６の表面にアノード電極３２とカソード電極３１を形成し、さらにその上に導電性突起電極であるアノードバンプ３４とカソードバンプ３３を形成したものである。アノード領域とカソード領域は、第２のコンタクト層３６および活性層３７を貫いて形成された凹部３５により分離され、ガンダイオードとして機能するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、Ｋバンドのフリップチップ型ガンダイオードでは、活性層３７の厚さは４．１μｍであり、活性層３７を除去する深さまで凹部３５のエッチングを行うと、エッチング深さを制御することが難しくバラツキが大きくなる。一方、凹部３５の代わりにイオン注入により上記凹部３５の形を形成する領域を高抵抗化させようとすると、イオン注入装置の限界を超えている為作成が困難である。そこで、少なくとも第２のコンタクト層３６をエッチングにより除去、またはイオン注入により高抵抗化することでガンダイオードとして機能することから、Ｋバンドのフリップチップ型ガンダイオードにおいては、少なくとも第２のコンタクト層３６を除去またはイオン注入により高抵抗化する製造方法が用いられている（例えば、特許文献２参照）。図６（ａ）はフリップチップ型ガンダイオード１０Ｄの平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるｃ−ｃ面の断面概略図であり、ガンダイオードとして機能するように第２のコンタクト層３６と活性層３７の一部をエッチングにより除去し凹部３５を形成したものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２２２４１号公報（図１，図１６）
【特許文献２】
特開２００２−１３４８０８号公報（図８）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示すフリップチップ型ガンダイオード１０Ｄでは、活性層３７の一部を除去し凹部３５を形成していたため、動作時、電界が前記凹部３５の底面の端部に集中することにより、素子破壊の原因となっていた。そこで本発明は上記電界の集中を緩和し、素子破壊を低減したフリップチップ型ガンダイオードを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に、本発明は、半導体基板上に第１の半導体層、活性層、第２の半導体層が順に積層され、第２の半導体層上に、第１の電極と、該第１の電極の内側に前記活性層がガンダイオードとして機能するように前記第２の半導体層および前記活性層の一部を貫く凹部により前記第１の電極と分離された第２の電極を１つ以上配置し、両方の電極上にそれぞれ導電性突起電極を設けたフリップチップ型ガンダイオードにおいて、前記凹部は、前記第２の半導体層表面の開口側より前記活性層の底部側の対向する側壁間の幅が広いことを特徴とする。
【０００７】
また、半導体基板上に第１の半導体層、活性層、第２の半導体層が順に積層され、第２の半導体層上に、第１の電極と、該第１の電極の内側に前記活性層がガンダイオードとして機能するように前記第２の半導体層および前記活性層の一部を貫く高抵抗部により前記第１の電極と電気的に分離された第２の電極を１つ以上配置し、両方の電極上にそれぞれ導電性突起電極を設けたフリップチップ型ガンダイオードにおいて、前記高抵抗部は、前記第２の半導体層の表面側より前記活性層の底部側の幅が広く形成されていることを特徴とする。以上のように構成することで、素子に対する電界集中を分散させ、電界を緩和させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態のフリップチップ型ガンダイオード１０Ａの構造を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるｃ−ｃ面の断面概略図である。例としてアノード電極１６を６個配置したものである。半導体基板１１は不純物濃度が１〜２×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３のｎ型ガリウム砒素、第１のコンタクト層１２は不純物濃度が２×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３で厚さ１．０μｍのｎ型ガリウム砒素、活性層１３は不純物濃度が５．０×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ３で厚さ４．１μｍのｎ型ガリウム砒素、第２のコンタクト層１４は不純物濃度が２．０×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ３で厚さ０．５μｍのｎ型ガリウム砒素で形成されている。
【０００９】
アノード電極１６およびカソード電極１５は第２のコンタクト層１４とオーミック接触するＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属膜からなる。アノード電極１６の周囲は、第２のコンタクト層１４および活性層１３の一部が凹部１７，１９により貫かれており、さらに凹部１９の底面から第２の半導体層１４に向けた側面は、横方向に向けて切り込まれている。また６個のアノード電極１６は相互に上記同様の凹部１７，１９により分離・分割され独立している。
【００１０】
次に、本実施形態のフリップチップ型ガンダイオード１０Ａの製造工程を図２に従い説明する。半導体基板１１上に、ＭＢＥ法により、第１のコンタクト層１２、活性層１３、第２のコンタクト層１４を順次積層形成し、第２のコンタクト層１４上にカソード電極およびアノード電極形成領域を開口するホトレジストをパタ一ニングする。そして、第２のコンタクト層１４とオーミック接触するＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕ等からなる金属膜を蒸着する。ホトレジストを除去した後、加熱処理を行い、第２のコンタクト層１４上に、上記金属膜からなるカソード電極１５およびアノード電極１６を分離して形成する。次に、カソード電極１５およびアノード電極１６をマスクとして使用し、塩素ガスなどを用いて第２のコンタクト層１４を深さ方向に０．４μｍだけ除去し、上記アノード電極１６の周辺に略メサ状、あるいは垂直状の凹部１７を形成する（図２（ａ））。
【００１１】
次に、凹部１７の側面から０．１μｍ内側の底部箇所を開口するホトレジスト１８をパターニングし（図２（ｂ））、開口部表面から深さ０．３μｍの化学的湿式エッチングを行った後ホトレジスト１８を除去する（図２（ｃ））。このエッチング方法では、等方的にエッチングが進行するので、目標とする凹部１９を形成することができる。そして、カソードバンプおよびアノードバンプ領域を開口するホトレジストをパターニングし、開口内に電界メッキ法あるいは無電界メッキ法によって、金などからなるアノ一ドバンプ２０及びカソードバンプ２１を析出形成する（図２（ｄ））。
【００１２】
図３（ａ）は本発明の第２の実施の形態のフリップチップ型ガンダイオード１０Ｂの構成を示す平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるｃ−ｃ面の断面概略図である。フリップチップ型ガンダイオード１０Ｂは、例としてアノード領域を６個配置した構造である。本実施形態は、ガンダイオードとして機能するように、図１、図２で示した第１の実施形態の凹部１７，１９に代えて、イオン注入による高抵抗層により形成したものである。
【００１３】
フリップチップ型ガンダイオード１０Ｂの製造工程を図４に従い説明する。なお、第１の実施形態と同じ部分の詳細な説明は省略する。半導体基板１１、第１のコンタクト層１２、活性層１３、第２のコンタクト層１４を積層形成し、第２のコンタクト層１４上にカソード電極およびアノード電極形成領域を開口するホトレジストをパタ一ニングする。そして、第２のコンタクト層１４とオーミック接触するＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕ等からなる金属膜を蒸着する。ホトレジストを除去した後、加熱処理を行い、第２のコンタクト層１４上に、カソード電極１５およびアノード電極１６を分離して形成する。次に、カソード電極１６の周囲の第２のコンタクト層１４の露出面から第２のコンタクト層１４および活性層１３の一部までボロン等のイオン注入によって高抵抗部２４を形成する（図４（ａ））。
【００１４】
次に、アノード電極１６の周囲の第２のコンタクト層１４の露出面の内周から０．３μｍ内側の箇所を開口するホトレジスト２５をパターニングし、半導体基板のチルド角（半導体基板への注入角度）を３０度とし、ボロン等のイオン注入を行い高抵抗化する（図４（ｂ））。さらに、基板を傾けた状態で、基板を回転させ、第２のコンタクト層の表面側より活性層１３の底部側の高抵抗部２６の幅が広くなるようにイオン注入されていない部分にイオン注入を行い高抵抗化する。この工程を、高抵抗部２６が１周するまで繰り返す（図４（ｃ））。次にカソードバンプおよびアノードバンプ領域を開口するホトレジストをパターニングし、開口内に電界メッキ法あるいは無電界メッキ法によって、金などからなるアノードバンプ２０及びカソードバンプ２１を析出形成する（図４（ｄ））。
【００１５】
図１の構造のフリップチップ型ガンダイオード１０Ａと従来の図６のフリップチップ型ガンダイオード１０Ｄとで凹部の形状のみ変えて電界強度についてシミュレーションを行なった。本実施形態のフリップチップ型ガンダイオード１０Ａは、長さｄ１は０．３μｍ、長さｄ２は０．４μｍ、長さｄ３は０．４μｍ、長さｄ４は１０μｍのとき（図１（ｂ））、一方、従来のフリップチップ型ガンダイオード１０Ｄは長さｄ５は０．７μｍ、長さｄ６は１０μｍのとき（図６（ｂ））を比較したところ、素子に印加される最大の電界強度は、本実施形態の方が約６％小さくなり、電界集中が緩和されることがわかった。
【００１６】
以上説明した実施形態について、活性層の不純物濃度を調整することにより、カソード電極とアノード電極を反転することもできる。また、カソード電極１５の平面形状は長方形、アノード電極１６の平面形状は円形であるが、楕円形、略正方形など、形状は適宜選択することができ、アノード領域の数も６個でなくても良い。さらに、凹部や高抵抗部の形状は第２のコンタクト層１４の表面側より活性層１３の底部側の幅が広くなるように形成すれば良い。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のフリップチップ型ガンダイオードによれば、ガンダイオードとして機能するように前記第２の半導体層および前記活性層の一部を貫く凹部あるいは高抵抗部を、前記第２の半導体層の表面側より前記活性層の底部側の幅が広くなるように形成することで、電界集中を緩和し、素子の破壊を低減することができる。その結果、信頼性改善の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は第１の実施の形態のフリップチップ型ガンダイオード１０Ａの平面図、（ｂ）は（ａ）におけるｃ−ｃ面の断面概略図である。
【図２】第１の実施の形態のフリップチップ型ガンダイオードの製造工程を示す図である。
【図３】（ａ）は第２の実施の形態のフリップチップ型ガンダイオード１０Ｂの平面図、（ｂ）は（ａ）におけるｃ−ｃ面の断面概略図である。
【図４】第２の実施の形態のフリップチップ型ガンダイオードの製造工程を示す図である。
【図５】（ａ）は従来のフリップチップ型ガンダイオード１０Ｃの平面図、（ｂ）は（ａ）におけるｃ−ｃ面の断面概略図である。
【図６】（ａ）は従来のフリップチップ型ガンダイオード１０Ｄの平面図、（ｂ）は（ａ）におけるｃ−ｃ面の断面図である。
【符号の説明】
１０Ａ  第１の実施の形態のフリップチップ型ガンダイオード
１０Ｂ  第２の実施の形態のフリップチップ型ガンダイオード
１０Ｃ，１０Ｄ  従来のフリップチップ型ガンダイオード
１１，３９  半導体基板
１２，３８  第１のコンタクト層
１３，３７  活性層
１４，３６  第２のコンタクト層
１５，３１  カソード電極
１６，３２  アノード電極
１８  ホトレジスト
２０，３４  アノードバンプ
２１，３３  カソードバンプ
１７，１９，３５  凹部
２４，２６  高抵抗部
【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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