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

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JPH09129924A
JPH09129924A JP30344195A JP30344195A JPH09129924A JP H09129924 A JPH09129924 A JP H09129924A JP 30344195 A JP30344195 A JP 30344195A JP 30344195 A JP30344195 A JP 30344195A JP H09129924 A JPH09129924 A JP H09129924A
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勇 赤崎
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Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【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

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エッチングによる
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。
【0002】
【従来技術】従来、3族窒化物半導体のエッチングに
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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
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。
【0004】本発明は上記の課題を解決するために成さ
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。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、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、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。
【0006】又、請求項2のようにガス雰囲気の温度を
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。
【0007】さらに、他の発明の特徴は、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。
【0008】このエッチングにより、p層とn層に対す
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。
【0009】
【発明の実施の形態】第1実施例 図1において、発光ダイオード10は、サファイア基板
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+
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。
【0010】次に、この構造の発光ダイオード10の製
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。
【0011】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
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。
【0012】次に、温度を 400℃まで低下させて、H2
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。
【0013】次に、サファイア基板1の温度を1150℃に
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。
【0014】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
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。
【0015】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
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。
【0016】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
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。
【0017】次に、図3に示すように、コンタクト層6
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
+ 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。
【0018】次に、上記試料をアニール炉に配置し、塩
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
+ 層3に対する電極取出しのための孔Aが形成され
た。
【0019】この処理により、コンタクト層62、p層
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。
【0020】次に、試料の上全面に、一様にNiを蒸着
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。
【0021】このようにして得られた発光素子の発光ス
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。
【0022】上記の実施例では、エッチングにおいて、
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。
【0023】発光層5のバンドギャップが両側に存在す
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+
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の具体的な第1実施例に係る発光ダイオ
ードの構成を示した構成図。
【図2】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図3】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図4】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図5】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【符号の説明】
10…発光ダイオード 1…サファイア基板 2…バッファ層 3…高キャリア濃度n+ 層 4…n層 5…発光層 61…p層 62…コンタトク層 7,8…電極
フロントページの続き (72)発明者 山崎 史郎 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑1 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 永井 誠二 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑1 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 赤崎 勇 愛知県名古屋市西区浄心1丁目1番38− 805 (72)発明者 天野 浩 愛知県名古屋市名東区山の手2丁目104 宝マンション山の手508号

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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。
  8. 【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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