JPH09129924A - 3族窒化物半導体のエッチング方法及び発光素子の製造方法 - Google Patents
3族窒化物半導体のエッチング方法及び発光素子の製造方法Info
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Abstract
に損傷を与えないようにすること。 【解決手段】エッチングすべき3族窒化物半導体(4、
5、61、62)の表面(62)を耐エッチング性を有
する保護膜9で被覆し、エッチングすべき部分Aの保護
膜を除去して開口部Aを形成し、開口部の形成された保
護膜を有する3族窒化物半導体を、1000℃の塩素ガ
ス雰囲気中に暴露することで、開口部Aの3族窒化物半
導体(4、5、61、62)をエッチングし、保護膜
(9)を除去する。
Description
損傷を防止した3族窒化物半導体のエッチング方法及び
そのエッチング方法を用いた3族窒化物半導体発光素子
の製造方法に関する。
は、ドライエッチングが用いられている。この方法は、
チャンバー内に反応性ガスを導入して、RFやECR等
の方法により放電を起こしてプラズマ状態を生成し、こ
のプラズマと試料との間に生じる電位差によりプラズマ
中のイオンが加速されて試料表面に衝突することで、試
料表面をエッチングするというものである。
イオンが試料表面に加速衝突するために、試料が損傷を
受け、素子として機能する層の結晶性が低下し、素子性
能が低下するという問題がある。
れたものであり、その目的は、3族窒化物半導体のエッ
チングにおいて、各層に損傷を与えないようにすること
である。
化物半導体を水素、塩化水素、塩素、又は、それらの混
合ガスの高温雰囲気中に暴露することで、3族窒化物半
導体をエッチングすることである。この方法によれば、
プラズマイオンの3族窒化物半導体への衝突がないため
に、3族窒化物半導体の素子部の層の結晶性を低下する
ことがないため、素子性能を向上させることができる。
800 〜1200℃とすることでエッチングレイトを10〜1000
Å/分とすることが出来た。3族窒化物半導体として
は、例えば、AlxGayIn1-X-yN:0≦x ≦1, 0≦y ≦1,0 ≦
x+y ≦1 が適用可能であり、青色発光ダイオード、レー
ザダイオードの製造に応用できる。又、保護膜は、SiO2
又はSi3N4 とすることで、水素、塩化水素、塩素、又
は、それらの混合ガスに対する耐エッチ性を持たせるこ
とができ、3族窒化物半導体に損傷を与えることなくB
HFによりその保護膜だけを除去することができる。
化物半導体から成るn伝導型のn層とp伝導型のp層と
を有する発光素子の製造方法に関し、3族窒化物半導体
をエッチングする際に、水素、塩化水素、塩素、又は、
それらの混合ガスの高温雰囲気中に暴露することで、3
族窒化物半導体をエッチングすることを特徴とする。上
記のエッチング工程を用いることで、発光素子として機
能するp層、n層に対して損傷を与えることが防止さ
れ、発光輝度を向上させ寿命を長期化することができ
る。
る電極をオーミック性良く形成することができる。さら
に、エッチングに際して塩素ガスを用いた場合には、p
層のp型活性化処理を兼ねるようにすることができ、そ
の場合には、発光素子の製造工程が簡略化される。
1を有しており、そのサファイア基板1上に500 ÅのAl
N のバッファ層2が形成されている。そのバッファ層2
の上には、順に、膜厚約2.0 μm、電子濃度2 ×1018/c
m3のシリコンドープGaN から成る高キャリア濃度n+ 層
3、膜厚3000Å、電子濃度 1×1017/cm3のシリコンドー
プのGaN から成るn層4、膜厚約0.05μmのIn0.08Ga
0.92N から成る発光層5、膜厚約1.0 μm、ホール濃度
5 ×1017/cm3、濃度1 ×1020/cm3にマグネシウムがドー
プされたAl0.08Ga0.92N から成るp層61、膜厚約0.2
μm、ホール濃度 7×1017/cm3、マグネシウム濃度 2×
1020/cm3のマグネシウムドープのGaN から成るコンタク
ト層62が形成されている。そして、コンタクト層62
上にはその層62に接合するNiから成る電極7が形成さ
れている。さらに、高キャリア濃度n+ 層3の表面の一
部は露出しており、その露出部上にその層3に接合する
Niから成る電極8が形成されている。
造方法について説明する。上記発光ダイオード10は、
有機金属化合物気相成長法( 以下「M0VPE 」と記す) に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、NH
3 とキャリアガスH2又はN2 とトリメチルガリウム(Ga
(CH3)3)(以下「TMG 」と記す) とトリメチルアルミニ
ウム(Al(CH3)3)(以下「TMA 」と記す) とトリメチルイ
ンジウム(In(CH3)3)(以下「TMI 」と記す) と、シラン
(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C
5H5)2)(以下「CP2Mg 」と記す)である。
a面を主面とする厚さ100 〜400 μmの単結晶のサファ
イア基板1をM0VPE 装置の反応室に載置されたサセプタ
に装着する。次に、常圧でH2を流速2 liter/分で反応室
に流しながら温度1100℃でサファイア基板1を気相エッ
チングした。
20 liter/分、NH3 を10 liter/分、TMA を 1.8×10-5
モル/分で供給してAlN のバッファ層2が約 500Åの厚
さに形成された。次に、サファイア基板1の温度を1150
℃に保持し、H2を20 liter/分、NH3 を10 liter/分、
TMG を 1.7×10-4ル/分、H2ガスにより0.86ppm に希釈
されたシランを20×10-8mol/分で30分供給して、膜厚約
2.2 μm、電子濃度 2×1018/cm3のシリコンドープのGa
N から成る高キャリア濃度n+ 層3を形成した。
保持し、N2又はH2を10 liter/分、NH3 を 10liter/
分、TMG を1.12×10-4モル/分、及び、H2ガスにより0.
86ppmに希釈されたシランを 1×10-8mol/分で、 4分供
給して、膜厚約3000Å、濃度1×1017/cm3のシリコンド
ープのGaN から成るn層4を形成した。
を20 liter/分、NH3 を10 liter/分、TMG を1.53×10
-4モル/分、及び、TMI を0.02×10-4モル/分で、6 分
間供給して0.05μmのIn0.08Ga0.92N から成る発光層5
を形成した。
を20 liter/分、NH3 を10 liter/分、TMG を1.12×10
-4モル/分、TMA を0.47×10-4モル/分、及び、CP2Mg
を2×10-4モル/分で60分間導入し、膜厚約1.0 μmの
マグネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga0.92N から成るp層
61を形成した。p層61のマグネシウムの濃度は1×1
020/cm3である。この状態では、p層61は、まだ、抵
抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
を20 liter/分、NH3 を10 liter/分、TMG を1.12×10
-4モル/分、及び、CP2Mg を 4×10-4モル/分の割合で
4分間導入し、膜厚約0.2 μmのマグネシウム(Mg)ドー
プのGaN から成るコンタクト層62を形成した。コンタ
クト層62のマグネシウムの濃度は 2×1020/cm3であ
る。この状態では、コンタクト層62は、まだ、抵抗率
108 Ωcm以上の絶縁体である。
2の上に、スパッタリングによりSiO2層9を2000Åの厚
さに形成し、そのSiO2層9上にフォトレジスト10を塗
布した。そして、フォトリソグラフにより、図3に示す
ように、コンタクト層62上において、高キャリア濃度
n+ 層3に対する電極形成部位A' のフォトレジスト1
0を除去した。次に、図4に示すように、フォトレジス
ト10によって覆われていないSiO2層9をBHF等のフ
ッ化水素酸系エッチング液で除去した。続いて、フォト
レジスト10を除去した。
素ガスを流して、1000℃で60分間加熱した。この処理に
より、コンタクト層62、p層61、発光層5、n層4
がエッチングされ、図5に示すように、高キャリア濃度
n+ 層3に対する電極取出しのための孔Aが形成され
た。
61は、それぞれ、ホール濃度 7×1017/cm3, 5×1017
/cm3、抵抗率 2Ωcm,0.8 Ωcm のp伝導型半導体とな
った。
し、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィ工程、
エッチング工程を経て、図1に示すように、高キャリア
濃度n+ 層3及びコンタクト層62に対する電極8,7
を形成した。その後、上記の如く処理されたウエハを各
チップに切断して、発光ダイオードチップを得た。
ペトルを測定したところ、駆動電流20mAで、発光ピーク
波長450nm 、発光強度1000mcd であった。
1000℃の塩素ガス雰囲気が用いられたが、塩素ガスの
他、水素ガス、塩化水素ガスを用いることができる。さ
らに、塩素ガス、水素ガス、塩化水素ガスのうち、2種
類又は3種類の混合ガスを用いても良い。ガス雰囲気の
温度範囲は、800 〜1200℃において高いエッチングレー
ト10〜1000Å/分が得られた。保護膜にはSiO2を用いた
がSi3N4 を用いても良い。
るp層61とn層4のバンドギャップよりも小さくなる
ようなダブルヘテロ接合に形成されている。又、発光層
5とp層61の成分比は、GaN の高キャリア濃度n+ 層
の格子定数に一致するように選択されている。又、上記
実施例ではダブルヘテロ接合構造を用いたが、シングル
ヘテロ接合構造であっても良い。さらに、上記実施例
は、発光ダイオードの例を示したが、レーザダイオード
であっても同様に構成可能である。
ードの構成を示した構成図。
断面図。
断面図。
断面図。
断面図。
Claims (8)
- 【請求項1】3族窒化物半導体のエッチング方法におい
て、 エッチングすべき3族窒化物半導体の表面を耐エッチン
グ性を有する保護膜で被覆し、 前記3族窒化物半導体のエッチングすべき部分の前記保
護膜を除去して開口部を形成し、 前記開口部の形成された保護膜を有する前記3族窒化物
半導体を、水素、塩化水素、塩素、又は、それらの混合
ガスの高温雰囲気中に暴露することで、前記開口部の前
記3族窒化物半導体をエッチングし、 前記保護膜を除去することを特徴とする3族窒化物半導
体のエッチング方法。 - 【請求項2】前記高温雰囲気は800〜1200℃であ
ることを特徴とする請求項1に記載の3族窒化物半導体
のエッチング方法。 - 【請求項3】前記3族窒化物半導体はAlxGayIn1-X-yN:0
≦x ≦1, 0≦y ≦1,0 ≦x+y ≦1 であることを特徴とす
る請求項1に記載のエッチング方法。 - 【請求項4】前記保護膜は、SiO2又はSi3N4 から成るこ
とを特徴とする請求項1に記載のエッチング方法。 - 【請求項5】基板と3族窒化物半導体から成るn伝導型
のn層とp伝導型のp層とを有する発光素子の製造方法
において、 前記基板上に、前記n層、前記p層を積層させ、 前記n層と前記p層のうち表面に存在する第1層の表面
を耐エッチング性を有する保護膜で被覆し、 前記3族窒化物半導体のエッチングすべき部分の前記保
護膜を除去して開口部を形成し、 前記開口部の形成された保護膜を有する前記3族窒化物
半導体を、水素、塩化水素、塩素、又は、それらの混合
ガスの高温雰囲気中に暴露することで、前記開口部の前
記3族窒化物半導体をエッチングすることで、前記n層
と前記p層のうち前記基板に近い方の第2層の一部を露
出し、 前記保護膜を除去し、 前記第1層の表面及び前記第2層の表面に電極を形成す
ることを特徴とする発光素子の製造方法。 - 【請求項6】前記高温雰囲気は800〜1200℃であ
ることを特徴とする請求項5に記載の3族窒化物半導体
のエッチング方法。 - 【請求項7】前記3族窒化物半導体はAlxGayIn1-X-yN:0
≦x ≦1, 0≦y ≦1,0 ≦x+y ≦1 であることを特徴とす
る請求項5に記載の発光素子の製造方法。 - 【請求項8】前記3族窒化物半導体は塩素ガスの高温雰
囲気中へ暴露されることで、前記p層のp伝導型活性化
がエッチングと同時に行われることを特徴とする請求項
5に記載の発光素子の製造方法。
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Citations (6)
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| JPS60175468A (ja) * | 1984-02-21 | 1985-09-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化ガリウム半導体装置の製造方法 |
| JPS6156474A (ja) * | 1984-08-28 | 1986-03-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化ガリウム半導体装置の製造方法 |
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1995
- 1995-10-27 JP JP30344195A patent/JP3561057B2/ja not_active Expired - Fee Related
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