JPH10163576A - Method for manufacturing compound semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing compound semiconductor deviceInfo
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- JPH10163576A JPH10163576A JP33637696A JP33637696A JPH10163576A JP H10163576 A JPH10163576 A JP H10163576A JP 33637696 A JP33637696 A JP 33637696A JP 33637696 A JP33637696 A JP 33637696A JP H10163576 A JPH10163576 A JP H10163576A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明の目的の一つは、化合物半導体上にお
けるマスク形成技術を提供することにある。
【解決手段】 窒化物化合物半導体2のドライエッチン
グ後の表面4に導電性材料からなるマスク6を形成し、
そのマスク6を用いて前記窒化物化合物半導体2に選択
的に不純物を導入する。不純物導入のためのマスクとし
て導電性材料を使用するので、仮に、化合物半導体表面
にマスク成分が残存したとしても、導電性を低下させる
原因とはならない。よって、化合物半導体素子の電気的
特性に悪影響を与えない
(57) [Summary] One object of the present invention is to provide a technique for forming a mask on a compound semiconductor. SOLUTION: A mask 6 made of a conductive material is formed on a surface 4 of the nitride compound semiconductor 2 after the dry etching,
Using the mask 6, an impurity is selectively introduced into the nitride compound semiconductor 2. Since a conductive material is used as a mask for introducing impurities, even if a mask component remains on the surface of the compound semiconductor, it does not cause a decrease in conductivity. Therefore, the electric characteristics of the compound semiconductor element are not adversely affected.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は化合物半導体素子の
製造方法に関し、特に、GaN等の窒化物化合物半導体
素子の製造方法に関する。The present invention relates to a method for manufacturing a compound semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a nitride compound semiconductor device such as GaN.
【0002】[0002]
【背景技術】窒化物化合物半導体は、発光ダイオードや
半導体レーザの製造等に使用され、近年は、GaN等の
III−V族の窒化物化合物半導体を用いた青〜紫外線領
域の半導体レーザが開発され、注目されている。BACKGROUND ART Nitride compound semiconductors are used for manufacturing light emitting diodes and semiconductor lasers.
Semiconductor lasers in the blue to ultraviolet region using a group III-V nitride compound semiconductor have been developed and are receiving attention.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本願発明の発明者は、
イオン打ち込みによる化合物半導体への不純物ドーピン
グ技術に関して研究を行った。SUMMARY OF THE INVENTION The inventor of the present invention has
Research on impurity doping technology for compound semiconductors by ion implantation.
【0004】その結果、ドライエッチング後の化合物半
導体表面にフォトレジストマスクを形成してイオン注入
を行うと、その後にフォトレジストマスクを除去して
も、その表面には微少ながらフォトレジストが残存し、
その残存しているフォトレジストが、化合物半導体素子
の電気的な特性に悪影響を及ぼす場合があることがわか
った。As a result, when a photoresist mask is formed on the surface of the compound semiconductor after the dry etching and ion implantation is performed, the photoresist remains on the surface even though the photoresist mask is removed, even though the photoresist mask is removed.
It has been found that the remaining photoresist may adversely affect the electrical characteristics of the compound semiconductor device.
【0005】本発明は、上述の新規な知見に基づいてな
されたものであり、その目的の一つは、より改良された
化合物半導体への不純物ドーピング技術を提供すること
にある。The present invention has been made based on the above-described novel findings, and one of its objects is to provide a more improved technique for impurity doping of compound semiconductors.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、窒化物化合物
半導体のドライエッチング後の表面上に、少なくとも前
記表面に接触する部分が導電性材料で構成されているマ
スクを形成する工程を含むことを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises a step of forming a mask on a surface of a nitride compound semiconductor after dry etching, at least a portion in contact with the surface is made of a conductive material. It is characterized by.
【0007】マスクの、少なくとも化合物半導体に接触
する部分に導電性材料を使用するので、仮に、化合物半
導体表面にマスク成分が残存したとしても、導電性を低
下させる原因とはならない。よって、化合物半導体素子
の電気的特性に悪影響を与えない。Since a conductive material is used at least in a portion of the mask that comes into contact with the compound semiconductor, even if a mask component remains on the surface of the compound semiconductor, it does not cause a decrease in conductivity. Therefore, the electrical characteristics of the compound semiconductor element are not adversely affected.
【0008】「導電性材料」としては、電極に使用する
金属と同じものを使用することが好ましい。電極の成分
であれば、残存したとしても素子の電流・電圧特性に影
響を与えず、また、化合物半導体との整合性もよいから
である。「電極に使用する金属」とは、少なくとも化合
物半導体の表面に接する部分の金属材料を含む金属のこ
とである。As the “conductive material”, it is preferable to use the same material as the metal used for the electrode. This is because, if it is a component of the electrode, even if it remains, it does not affect the current / voltage characteristics of the element and has good compatibility with the compound semiconductor. The “metal used for the electrode” refers to a metal including at least a portion of the metal material in contact with the surface of the compound semiconductor.
【0009】本発明は、ドライエッチング等の加工面に
マスクを形成する必要がある場合に適用でき、例えば、
III−V族の窒化物化合物半導体を用いた短波長(青〜
紫外線領域)の半導体レーザの製造に使用できる。つま
り、III−V族の窒化物化合物半導体を用いた半導体レ
ーザでは、良好な結晶を得るべく、サファイア(Al2
O3)などの絶縁性基板上に、例えば、n型のAlGa
InN系半導体とp型のAlGaInN系半導体を順次
に成長させる。The present invention can be applied when a mask needs to be formed on a processing surface such as dry etching.
Short wavelength (blue to blue) using III-V group nitride compound semiconductor
(Ultraviolet region). That is, in a semiconductor laser using a group III-V nitride compound semiconductor, sapphire (Al 2
O 3 ) on an insulating substrate, for example, n-type AlGa
An InN-based semiconductor and a p-type AlGaInN-based semiconductor are sequentially grown.
【0010】この場合、絶縁性基板を用いているため
に、ZnSe等のII−VI族化合物半導体の場合と違っ
て、p電極,n電極の両電極で成長層を挟む構造(サン
ドイッチ構造)をとることはできず、必然的に、どちら
かの電極を絶縁性基板上に形成するプレーナータイプの
電極構造をとることになる。このプレーナータイプの電
極構造とするためには、結晶成長後の化合物半導体基板
をドライエッチングにより加工しなければならず、ドラ
イエッチングの結果として現れる表面の一部に選択的に
イオンを打ち込んで表面の一部を不導体化する場合など
に、本発明を適用可能である。In this case, since the insulating substrate is used, a structure (sandwich structure) in which the growth layer is sandwiched between the p-electrode and the n-electrode is different from the case of the II-VI compound semiconductor such as ZnSe. It cannot be used, and inevitably takes a planar type electrode structure in which either electrode is formed on an insulating substrate. In order to obtain this planar type electrode structure, the compound semiconductor substrate after crystal growth must be processed by dry etching, and ions are selectively implanted into a part of the surface appearing as a result of the dry etching to form the surface. The present invention is applicable to a case where a part is made nonconductive.
【0011】[0011]
(1)本発明の発明者によって明らかされた事項 まず、本発明者によって見出された新規な知見について
説明する。(1) Matters Revealed by the Inventor of the Present Invention First, novel findings discovered by the present inventors will be described.
【0012】(a)現象の説明 AlGaInN系半導体を用いた半導体レーザは、サフ
ァイアなどの絶縁性基板上にn型のAlGaInN系半
導体とp型のAlGaInN系半導体を順次に成長さ
せ、p型層の一部をRIEなどのドライエッチング法で
除去してn型層を露出し、エッチングされていないp型
表面とエッチングで露出したn型表面に電極を形成し、
両電極間に電流を流す構造をとっている。(A) Description of Phenomenon A semiconductor laser using an AlGaInN-based semiconductor is obtained by sequentially growing an n-type AlGaInN-based semiconductor and a p-type AlGaInN-based semiconductor on an insulating substrate such as sapphire and forming a p-type layer. A part is removed by a dry etching method such as RIE to expose an n-type layer, and electrodes are formed on an unetched p-type surface and an etched n-type surface,
The structure is such that current flows between both electrodes.
【0013】この製造工程において、電極形成前に活性
層の一部分にのみ電流が流れるようp型電極の下部に電
流狭窄構造を形成する。伝導性AlGaInN系半導体
はイオン注入を行うと不導体化するため、電流狭窄構造
としてp型層表面の一部を残してイオン注入により不導
体化する方法が有効な方法としてとられている。In this manufacturing process, a current confinement structure is formed below the p-type electrode so that a current flows only in a part of the active layer before the electrode is formed. Since a conductive AlGaInN-based semiconductor becomes nonconductive when ion-implanted, a method in which a part of the surface of the p-type layer is left as a current constriction structure and made nonconductive by ion implantation is taken as an effective method.
【0014】一方、n型層表面の一部にもイオンを注入
して一部を不導体化することによって、仮に異物が存在
して、n型層の表面と、ドライエッチングにより側壁が
露出している活性層等とがその異物を介して接触した場
合でも、電気的な短絡(ショート)が生じないようにす
るのが望ましい。On the other hand, by implanting ions into a part of the surface of the n-type layer and rendering the part nonconductive, foreign matter is temporarily present, and the side wall is exposed by dry etching and the surface of the n-type layer. It is desirable to prevent an electrical short-circuit from occurring even when the active layer or the like in contact with the foreign substance via the foreign matter.
【0015】したがって、p型層、n型層双方の表面上
にマスクパターンを形成するが、従来は、1μmほどの
厚みのフォトレジストをマスクとして用いている。Therefore, a mask pattern is formed on the surface of both the p-type layer and the n-type layer. Conventionally, a photoresist having a thickness of about 1 μm is used as a mask.
【0016】そして、フォトレジストをマスクとしてイ
オン注入を行った場合、マスクのイオン素子能力は充分
であるのでp型層にマスクパターンに応じた電流狭窄構
造が形成される。When ion implantation is performed using a photoresist as a mask, the current confinement structure corresponding to the mask pattern is formed in the p-type layer because the ion element capability of the mask is sufficient.
【0017】しかし、フォトレジストをマスクに使用し
て製造したレーザ素子の電流・電圧特性を測定すると、
電流の流れ始めるときの電圧が約5Vでバンドギャップ
から予想される電圧約3.5Vより高くなることがわか
った。これはレーザの駆動電圧が高くなることを意味す
る。However, when the current / voltage characteristics of a laser device manufactured using a photoresist as a mask are measured,
It was found that the voltage at which the current began to flow was about 5 V, which was higher than the voltage expected from the band gap of about 3.5 V. This means that the driving voltage of the laser increases.
【0018】すなわち、所定電流を流すためには、理論
値よりも高い電圧の印加が必要となり、レーザの発光効
率および信頼性を著しく低下させる原因となる。駆動電
圧を下げるには、この立ち上がり電圧を、バンドギャッ
プから決まる理論値の電圧に近づけることが必要であ
る。That is, in order to flow a predetermined current, it is necessary to apply a voltage higher than the theoretical value, which causes a significant decrease in the luminous efficiency and reliability of the laser. In order to lower the driving voltage, it is necessary to bring this rising voltage closer to a voltage of a theoretical value determined by the band gap.
【0019】以上の現象(不具合)が、本発明者の研究
により明らかとなった。The above phenomena (defects) have been clarified by the study of the present inventors.
【0020】(b)現象の解析結果(および実験結果)
の説明 解析結果の概要 本願発明者が上記不具合の発生原因(立ち上がり電圧が
高い原因)を検討したところ、主な原因の一つが、ドラ
イエッチングしたn型層表面(界面)に、マスク材料で
あるフォトレジストが、極微量ではあるが残ることにあ
ることが判明した(オージェ分析による)。(B) Phenomenon analysis results (and experimental results)
The inventors of the present invention have studied the causes of the above-described problems (causes of high rise voltage). One of the main causes is that the mask material is present on the dry-etched n-type layer surface (interface). It was found that the photoresist was to remain, albeit in trace amounts (by Auger analysis).
【0021】すなわち、ドライエッチングを受けた化合
物半導体の表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察す
ると、エッチング条件によって多少の違いはあるもの
の、およそ10nmから100nmの高さの柱状構造
が、表面に非常に密に形成されているのが観察された
(図10,図11)。That is, when the surface of a dry-etched compound semiconductor is observed with a scanning electron microscope (SEM), although there are some differences depending on the etching conditions, a columnar structure having a height of about 10 nm to 100 nm is formed on the surface. Very dense formation was observed (FIGS. 10 and 11).
【0022】したがって、この表面にマスク用のフォト
レジストを塗布すると、フォトレジストが微細な柱状構
造の間に入り込み、マスク除去後も残存してそのフォト
レジストが障壁を形成し、これが、立ち上がり電圧を上
昇させる原因となっていることがわかった。このフォト
レジストの障壁は、電極と化合物半導体との接触抵抗の
上昇の原因ともなっている。Therefore, when a photoresist for a mask is applied to this surface, the photoresist enters between the fine columnar structures and remains after the removal of the mask, and the photoresist forms a barrier, which raises a rising voltage. It turned out to be the cause of the rise. The photoresist barrier causes an increase in contact resistance between the electrode and the compound semiconductor.
【0023】電子顕微鏡写真による解析 図11は、AlGaNの全面にドライエッチング(RI
E)を施した後の表面の断面を、斜め上方から5000
0倍の倍率で観察した電子顕微鏡写真である。FIG. 11 shows dry etching (RI) on the entire surface of AlGaN.
The cross section of the surface after the application of E) is 5000
It is an electron micrograph observed at the magnification of 0 times.
【0024】図11の下側はAlGaNの断面であり、
中程に柱状構造(界面付近の断面)が見られる。細い柱
が束ねられたような形状となっていることがわかる。The lower part of FIG. 11 is a cross section of AlGaN.
A columnar structure (cross section near the interface) is seen in the middle. It can be seen that the shape is such that thin columns are bundled.
【0025】柱の高さは100オングストローム程度で
あり、柱と柱の間隔(溝の幅)はおよそ10〜30オン
グストローム程度である。図11の上側の部分は柱状構
造を斜め上からみた表面の形態を示しており、表面が鏡
面ではなく、空隙が多数存在する様子がわかる。The height of the columns is about 100 angstroms, and the distance between the columns (width of the groove) is about 10 to 30 angstroms. The upper part of FIG. 11 shows the form of the surface when the columnar structure is viewed obliquely from above, and it can be seen that the surface is not a mirror surface and many voids exist.
【0026】なお、上記サンプルを製造した際の、Al
GaNのドライエッチング条件は以下のとおりであっ
た。It should be noted that when the above sample was manufactured, Al
GaN dry etching conditions were as follows.
【0027】エッチングガス Cl2 エッチングガスの流量 Cl2(1.48cm3/mi
n) BCl3(50cm3/min) 圧力 2.7×10-4Pa RFパワー 160W 基板温度 28℃ 図10は、AlGaNの界面の様子を模式的に示す図で
ある。基板10上に形成されたGaN系の化合物半導体
20のドライエッチング後の界面には、多数の柱状構造
が形成されている。この柱状構造のすきまに絶縁物であ
るフォトレジストが残留して、素子の電気的特性の劣化
の原因となるのである。Etching gas Cl 2 Flow rate of etching gas Cl 2 (1.48 cm 3 / mi)
n) BCl 3 (50 cm 3 / min) Pressure 2.7 × 10 −4 Pa RF power 160 W Substrate temperature 28 ° C. FIG. 10 is a diagram schematically showing the state of the interface of AlGaN. At the interface of the GaN-based compound semiconductor 20 formed on the substrate 10 after the dry etching, many columnar structures are formed. The photoresist, which is an insulator, remains in the gaps of the columnar structure, causing deterioration of the electrical characteristics of the device.
【0028】また、以上の現象は、GaN,AlGa
N,AlInGaNなどのIII族(Ga,Al,In)
−V族(N)の窒化物化合物半導体に共通にみられるこ
とも確認された。The above phenomenon is caused by GaN, AlGa
Group III (Ga, Al, In) such as N, AlInGaN
It was also confirmed that the compound was commonly found in nitride compound semiconductors of -V group (N).
【0029】また、V族の元素としてN(窒素)のみな
らず、As(砒素),P(リン)を添加した場合につい
ても同様に実験し、この場合も、同様の現象が生じるこ
とがわかった。The same experiment was conducted when not only N (nitrogen) but also As (arsenic) and P (phosphorus) were added as group V elements, and it was found that a similar phenomenon occurs in this case. Was.
【0030】(c)考察 柱状構造が形成されることについての考察 ドライエッチング後に柱状構造が形成される主要な要因
としては、RIE(リアクティブイオンエッチング)時
の化学反応の容易性や、化合物半導体の硬度(緻密性)
などが考えられる。(C) Consideration Consideration of Formation of Columnar Structure The main factors for formation of a columnar structure after dry etching are the ease of chemical reaction during RIE (reactive ion etching) and compound semiconductors. Hardness (density)
And so on.
【0031】GaN,AlGaN,AlInGaNなど
のIII族(Ga,Al,In)−V族(N)の窒化物化
合物半導体は緻密で硬く、また、成長温度も高い。ま
た、RIE時の化学反応性もGaAs,InP等の非窒
化物系の化合物半導体に比べかなり低い。Group III (Ga, Al, In) -V (N) nitride compound semiconductors such as GaN, AlGaN, and AlInGaN are dense and hard, and have a high growth temperature. Further, the chemical reactivity at the time of RIE is considerably lower than that of non-nitride-based compound semiconductors such as GaAs and InP.
【0032】本発明者は、GaAs,InP等 につい
ても、条件を異ならせながらドライエッチングを施して
その界面の状態を観察した。この場合、多少の柱状構造
が観察される場合もあるが、最適なエッチング条件を設
定すれば、柱状構造が現れないようにすることができる
ことがわかった。The present inventor also performed dry etching on GaAs, InP and the like while changing the conditions, and observed the state of the interface. In this case, although some columnar structures may be observed, it has been found that the columnar structures can be prevented from appearing by setting the optimum etching conditions.
【0033】そして、V族の元素としてN(窒素)の他
にAs(砒素)やP(リン)を含む化合物についても、
AlGaN等と同じく、多数のかなりの高さの柱状構造
が形成されるという事実や、窒素含有率を増大させると
窒化物化合物半導体の化学反応性が低下する傾向がみら
れるといった事実に着目すると、フォトレジストをマス
クとして用いた場合の、柱状構造の形成に起因するフォ
トレジスト材料による障壁の形成は、窒素を含む窒化物
化合物半導体に特に顕著にみられる現象である、と考え
ることができる。Compounds containing As (arsenic) and P (phosphorus) as group V elements in addition to N (nitrogen) are also:
Focusing on the fact that, like AlGaN and the like, a large number of columnar structures having a considerable height are formed, and the fact that increasing the nitrogen content tends to decrease the chemical reactivity of the nitride compound semiconductor, When a photoresist is used as a mask, the formation of a barrier made of a photoresist material due to the formation of a columnar structure can be considered to be a phenomenon particularly noticeable in a nitride compound semiconductor containing nitrogen.
【0034】対策 以上の現象を考慮し、フォトレジストが残留せず、レー
ザ素子の立ち上がり電圧に影響を与えないイオン注入用
マスクを検討した。Countermeasures In consideration of the above phenomena, a mask for ion implantation which does not leave the photoresist and does not affect the rising voltage of the laser device was studied.
【0035】そして、半導体表面と接触するマスクの少
なくとも第一層を、エッチング表面上に形成する電極と
同じ金属とするマスク構造を採用して実験を行った。こ
の結果として、良好なレーザ素子の電流・電圧特性が得
られることが確認された(図9(a),この点について
は後述する)。An experiment was conducted using a mask structure in which at least the first layer of the mask in contact with the semiconductor surface was made of the same metal as the electrodes formed on the etched surface. As a result, it was confirmed that good current-voltage characteristics of the laser element were obtained (FIG. 9A, this point will be described later).
【0036】この構造のマスクでは柱状構造の隙間に入
り込むのは電極金属であるため、たとえマスクの除去工
程で表面に残ったとしても、フォトレジストの場合のよ
うに電極と半導体の界面に障壁を形成することはなく、
また接触抵抗に与える悪影響も解消できる。In the mask having this structure, the electrode metal penetrates into the gaps between the columnar structures. Therefore, even if the electrode metal remains on the surface in the mask removing step, a barrier is formed at the interface between the electrode and the semiconductor as in the case of a photoresist. Without forming
Also, the adverse effect on the contact resistance can be eliminated.
【0037】なお、ドライエッチング加工面の他に、こ
れと同様な空隙のある表面が形成されるような加工(た
とえば研磨処理)後の面にマスクを形成する場合にも、
同様の不具合が生じる可能性はあり、このような場合に
も同様の対策が有効となると考えられる。It should be noted that, in addition to the dry-etched surface, when a mask is formed on a surface that has been processed (eg, polished) to form a similar surface with voids,
A similar problem may occur, and it is considered that a similar measure is effective in such a case.
【0038】(2)第1実施の形態 図1(a)〜(c)を参照して、以下、本発明の第1の
実施の形態について説明する。(2) First Embodiment A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (c).
【0039】本実施の形態の化合物半導体素子の製造方
法では、図1(a)に示すように、窒化物系化合物半導
体2の表面4に、ドライエッチング加工を施す。In the method of manufacturing a compound semiconductor device of the present embodiment, as shown in FIG. 1A, the surface 4 of the nitride-based compound semiconductor 2 is subjected to dry etching.
【0040】次に、図1(b)に示すように、金属やそ
の他の導電材料からなる導電膜6を選択的に形成する。
この導電膜6は、不純物導入の阻止能力を備え、かつ化
合物半導体2上における加工が容易である必要がある。
例えば、金属電極材料を用いることができる。Next, as shown in FIG. 1B, a conductive film 6 made of a metal or another conductive material is selectively formed.
This conductive film 6 needs to have the ability to prevent impurity introduction and to be easily processed on the compound semiconductor 2.
For example, a metal electrode material can be used.
【0041】次に、図1(c)に示すように、導電膜6
をマスクとして用いて不純物(例えば、窒素や水素)を
イオン注入する。窒化物系化合物半導体の場合、不純物
が注入された領域は不導体となる。これにより、電流の
絞り込み(電流狭窄)や異物によるショート防止等を図
ることが可能となる。Next, as shown in FIG.
Is used as a mask to ion-implant impurities (eg, nitrogen or hydrogen). In the case of a nitride-based compound semiconductor, the region into which impurities are implanted becomes a nonconductor. This makes it possible to narrow down the current (current constriction) and prevent short-circuiting due to foreign matter.
【0042】導電膜6は除去してもよく、また、そのま
ま残して電極として使用することも可能である。つま
り、上述のとおり、導電膜6としては電極に使用する金
属と同じものを使用することができ、この場合は、導電
膜6はマスクと電極とを兼ねることになる。つまり、電
極をマスクとして用いたセルフアラインによる不純物導
入となる。なお、「電極に使用する金属」とは、少なく
とも化合物半導体の表面に接する部分の金属材料を含む
金属のことである。The conductive film 6 may be removed, or may be left as it is and used as an electrode. That is, as described above, the conductive film 6 can be the same as the metal used for the electrode. In this case, the conductive film 6 serves as both the mask and the electrode. That is, the impurity is introduced by self-alignment using the electrode as a mask. Note that the “metal used for the electrode” refers to a metal including at least a part of the metal material in contact with the surface of the compound semiconductor.
【0043】不純物導入用マスクとしての導電膜6は、
導電性を有するために素子の電気的特性の妨げとならな
い。The conductive film 6 as the impurity introduction mask is
Since it has conductivity, it does not hinder the electrical characteristics of the element.
【0044】(3)第2の実施の形態 図2〜図9を用いて、AlGaInN系化合物半導体を
用いた、電流狭窄構造をもつ短波長レーザ素子の製造方
法を説明する。(3) Second Embodiment A method of manufacturing a short wavelength laser device having a current confinement structure using an AlGaInN-based compound semiconductor will be described with reference to FIGS.
【0045】(A)工程1 図2に示すようにサファイア(Al203)A面基板40
上に、MOCVD法によってレーザの各層を成長させ
る。(A) Step 1 As shown in FIG. 2, a sapphire (Al 2 O 3 ) A-plane substrate 40
Each layer of the laser is grown thereon by MOCVD.
【0046】つまり、まず、窒化アルミニュウム(Al
N)層50を500オングストローム程度の厚みで、成
長温度500℃で成長させる。この窒化アルミニュウム
(AlN)層50は、サファイア基板40とn型GaN
層60との格子定数の不整合を緩和して良好なGaN結
晶のエピタキシャル成長を可能とするために挿入される
層である。That is, first, aluminum nitride (Al)
N) The layer 50 is grown at a growth temperature of 500 ° C. with a thickness of about 500 Å. This aluminum nitride (AlN) layer 50 is made of a sapphire substrate 40 and n-type GaN.
This layer is inserted in order to alleviate the mismatch of the lattice constant with the layer 60 to enable good epitaxial growth of the GaN crystal.
【0047】次に、1μm程度のn型GaN層60を成
長させる(成長温度1000℃,成長時間15分程
度)。その表面は(0001)面である。Next, an n-type GaN layer 60 of about 1 μm is grown (growth temperature: 1000 ° C., growth time: about 15 minutes). The surface is a (0001) plane.
【0048】続いて、n型のAl0.15Ga0.85N層70
を5000オングストローム程度成長させる。この層が
クラッド層となる。[0048] Subsequently, n-type Al 0.15 Ga0. 85 N layer 70
Is grown to about 5000 angstroms. This layer becomes the cladding layer.
【0049】次に、In0.08Ga0.92層(活性層)80
を1000オングストローム程度成長させる。このと
き、混晶比を少しづつ異ならせた層を多数積層して、M
QW構造とすることも可能である。Next, an In 0.08 Ga 0.92 layer (active layer) 80
Is grown to about 1000 angstroms. At this time, many layers having slightly different mixed crystal ratios are stacked,
A QW structure is also possible.
【0050】続いて、p型のAl0.15Ga0.85N層(ク
ラッド層)90を5000オングストローム程度成長さ
せる。Subsequently, a p-type Al 0.15 Ga 0.85 N layer (cladding layer) 90 is grown to about 5000 angstroms.
【0051】次に、p型GaN層100を1μm程度成
長させる。Next, a p-type GaN layer 100 is grown to about 1 μm.
【0052】(B)工程2 図3に示すように、ドライエッチング(RIE)によ
り、n−AlGaN層70の中程までエッチングを施す
(図3)。(B) Step 2 As shown in FIG. 3, etching is performed to the middle of the n-AlGaN layer 70 by dry etching (RIE) (FIG. 3).
【0053】(C)工程3 次に、図4に示すように、イオン注入用のマスクとなる
金属(Ni)層110(厚さ0.1〜0.5μm程度)
を電子ビーム蒸着法等により形成する。そして、その上
にフォトレジスト120を塗布する。ニッケル(Ni)
は、後の工程で形成するp,n双方の電極の材料(少な
くとも化合物半導体と接する電極部分の構成成分)でも
ある。(C) Step 3 Next, as shown in FIG. 4, a metal (Ni) layer 110 (thickness of about 0.1 to 0.5 μm) serving as a mask for ion implantation.
Is formed by an electron beam evaporation method or the like. Then, a photoresist 120 is applied thereon. Nickel (Ni)
Is also the material of both the p and n electrodes (at least the constituent components of the electrode portion in contact with the compound semiconductor) to be formed in a later step.
【0054】(D)工程4 次に、図5に示すようにフォトレジストをパターニング
して、Ni層110の加工用のマスクとなる層120
a,120bを形成する。(D) Step 4 Next, as shown in FIG. 5, the photoresist is patterned to form a layer 120 serving as a mask for processing the Ni layer 110.
a, 120b are formed.
【0055】(E)工程5 次に、図6に示すように、フォトレジストパターン12
0a,120bをマスクとして用いてNi層110を酸
でエッチングし、イオン注入用のNi/レジスト2層構
造マスクを形成する。p型層上のマスク(120b,1
10b)の横幅は2〜10μm程度である。(E) Step 5 Next, as shown in FIG.
The Ni layer 110 is etched with acid using Oa and 120b as a mask to form a Ni / resist two-layer mask for ion implantation. Mask (120b, 1) on p-type layer
The width of 10b) is about 2 to 10 μm.
【0056】(F)工程6 次に、上述のマスク(110A、120a、110b,
120b)を用いて窒素イオン(N+)をイオン注入す
る。なお、ドーパントはN+に限定されるものではな
い。(F) Step 6 Next, the mask (110A, 120a, 110b,
120b), nitrogen ions (N + ) are ion-implanted. The dopant is not limited to N + .
【0057】これにより、イオンが注入された部分は不
導体に変化する。参照番号130a,130b,130
c,130dは不導体化された領域を示す。一方、マス
キングされた部分は導体に保たれる。As a result, the ion-implanted portion changes to a non-conductor. Reference numbers 130a, 130b, 130
c and 130d denote a non-conductive region. On the other hand, the masked portion is kept on the conductor.
【0058】p型層上のマスク(110b,120b)
の幅は2〜10μmの幅に設定されているため、流れる
電流もその領域に制限されることになり、その結果とし
て電流狭窄が行われる。すなわち、不導体領域130
c,130dは電流を狭窄する働きをする。Mask on p-type layer (110b, 120b)
Is set to a width of 2 to 10 μm, the flowing current is also limited to that region, and as a result, current constriction is performed. That is, the non-conductive region 130
c and 130d work to narrow the current.
【0059】一方、n型層における不導体領域130
a,130bは、異物付着等によってn型AlGaN層
70と活性層80等とがショートすることを防止した
り、あるいは、n型AlGaN層70の表面を電流が流
れること(つまり、予定しないルートを電流が流れてレ
ーザ発振に悪影響を及ぼすこと)を防止し、素子の信頼
性を向上させる働きをする。On the other hand, the non-conductive region 130 in the n-type layer
a and 130b prevent short-circuit between the n-type AlGaN layer 70 and the active layer 80 or the like due to adhesion of foreign matter, or prevent current from flowing on the surface of the n-type AlGaN layer 70 (that is, an unexpected route). This prevents current flow from adversely affecting the laser oscillation, and improves the reliability of the device.
【0060】(G)工程7 酸でエッチングすることによりマスク層(110a,1
20a、110b,120b)を除去し、Niからなる
n電極150およびp電極140を表面に形成する。こ
れによって、半導体レーザが完成する。(G) Step 7 The mask layer (110a, 1a) is etched by acid.
20a, 110b, and 120b) are removed, and an n-electrode 150 and a p-electrode 140 made of Ni are formed on the surface. Thus, the semiconductor laser is completed.
【0061】本例では、p,n双方の電極としてNi
(単層)を用いているが、多層膜を使用することもで
き、また、p電極とn電極とで異なる材料,構造を使用
することも可能である。In this example, Ni is used for both the p and n electrodes.
Although (single layer) is used, a multilayer film can be used, and different materials and structures can be used for the p electrode and the n electrode.
【0062】例えば、p電極としてはNi(1層目)/
Au(2層目)を用い、n電極としてはTi(1層目)
/Al(2層目)を用いることもできる。この場合、上
記工程3におけるイオン注入用マスクを構成する導電性
材料としては、電極の1層目の成分であるNiあるいは
Ti自体、あるいは少なくともそれらの成分を含む合金
を使用できる。For example, as the p electrode, Ni (first layer) /
Au (second layer) was used, and Ti (first layer) was used as the n-electrode.
/ Al (second layer) can also be used. In this case, as the conductive material constituting the ion implantation mask in the above step 3, Ni or Ti itself, which is a component of the first layer of the electrode, or an alloy containing at least those components can be used.
【0063】図9(a)は、上述の各工程を経て製造さ
れた半導体レーザの電流・電圧特性を示す。一方、図9
(b)は対比例として、イオン打ち込みマスクとしてフ
ォトレジストを使用した場合(その他の工程は同じ)の
半導体レーザの電流・電圧特性を示している。FIG. 9A shows the current-voltage characteristics of the semiconductor laser manufactured through the above-described steps. On the other hand, FIG.
(B) shows, as a comparative example, the current-voltage characteristics of the semiconductor laser when a photoresist is used as an ion implantation mask (the other steps are the same).
【0064】ほぼ同じ工程を経ているといっても、イオ
ン打ち込みの工程でNi層をマスクとして用いないで製
造した半導体レーザの電流・電圧特性(図9(b))
は、立ち上がり電圧が高く((a)の場合は4V程度,
(b)の場合は5V程度)、特性曲線の立ち上がりの傾
きも緩やかである(つまり、素子抵抗が高い)ことがわ
かる。Even though the steps are substantially the same, the current-voltage characteristics of the semiconductor laser manufactured without using the Ni layer as a mask in the ion implantation step (FIG. 9B)
Means that the rising voltage is high (about 4 V in the case of (a)),
It can be seen that the slope of the rise of the characteristic curve is gentle (that is, the element resistance is high).
【0065】つまり、両特性を比較すると、図9(a)
の特性が、同図(b)の特性より、立ち上がり電圧は低
く、その傾きが急峻で素子抵抗も低く、電流・電圧特性
が優れていることがわかる。That is, comparing the two characteristics, FIG.
It can be seen that the characteristic of (a) is lower than the characteristic of (b) in the same figure, the rising voltage is lower, the slope is steep, the element resistance is lower, and the current / voltage characteristics are excellent.
【0066】本発明を半導体レーザの製造に用いれば、
発光効率が高く、かつ信頼性の高い半導体レーザが得ら
れる。なお、本発明は、半導体レーザの製造に限定され
るものではなく、発光ダイオード等の他の光素子の製造
や他の半導体装置(FET等)の製造にも使用できる。If the present invention is used for manufacturing a semiconductor laser,
A semiconductor laser with high luminous efficiency and high reliability can be obtained. The present invention is not limited to the manufacture of semiconductor lasers, but can be used for the manufacture of other optical elements such as light-emitting diodes and the manufacture of other semiconductor devices (FETs and the like).
【0067】また、不純物の選択的な導入のためのマス
クの形成に限定されるものではなく、遮光用マスクやエ
ッチング用マスクの形成にも本発明を適用できる。The present invention is not limited to the formation of a mask for selectively introducing impurities, but can be applied to the formation of a light-shielding mask or an etching mask.
【0068】[0068]
【図1】(a)〜(c)はそれぞれ、本発明の第1の実
施の形態にかかる化合物半導体素子の製造方法の工程毎
のデバイスの断面図である。FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views of a device in each step of a method for manufacturing a compound semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2の実施の形態にかかる化合物半導
体素子の製造方法の第1の工程におけるデバイスの断面
図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a device in a first step of a method for manufacturing a compound semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第2の実施の形態にかかる化合物半導
体素子の製造方法の第2の工程におけるデバイスの断面
図である。FIG. 3 is a sectional view of a device in a second step of the method for manufacturing a compound semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第2の実施の形態にかかる化合物半導
体素子の製造方法の第3の工程におけるデバイスの断面
図である。FIG. 4 is a sectional view of a device in a third step of the method for manufacturing a compound semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第2の実施の形態にかかる化合物半導
体素子の製造方法の第4の工程におけるデバイスの断面
図である。FIG. 5 is a sectional view of a device in a fourth step of the method for manufacturing a compound semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第2の実施の形態にかかる化合物半導
体素子の製造方法の第5の工程におけるデバイスの断面
図である。FIG. 6 is a sectional view of a device in a fifth step of the method for manufacturing a compound semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第2の実施の形態にかかる化合物半導
体素子の製造方法の第6の工程におけるデバイスの断面
図である。FIG. 7 is a sectional view of a device in a sixth step of the method for manufacturing a compound semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第2の実施の形態にかかる化合物半導
体素子の製造方法の第7の工程におけるデバイスの断面
図である。FIG. 8 is a sectional view of a device in a seventh step of the method for manufacturing a compound semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図9】(a)は本発明の第2の実施の形態にかかる方
法で製造した半導体レーザの電流・電圧特性を示す図で
あり、(b)は対比例(フォトレジストマスクを用いて
不純物導入を行った例)の電流・電圧特性を示す図であ
る。9A is a diagram showing current-voltage characteristics of a semiconductor laser manufactured by a method according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a diagram showing a comparative example (impurity using a photoresist mask). It is a figure which shows the current-voltage characteristic of the example which introduced.
【図10】窒化物系化合物半導体にドライエッチング
(RIE)を施した場合の、表面の状態を模式的に示す
デバイスの断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a device schematically showing a surface state when a nitride-based compound semiconductor is subjected to dry etching (RIE).
【図11】AlGaNの全面にドライエッチング(RI
E)を施した後の表面の断面を、斜め上方から5000
0倍の倍率で観察した電子顕微鏡写真である。FIG. 11 shows dry etching (RI) on the entire surface of AlGaN.
The cross section of the surface after the application of E) is 5000
It is an electron micrograph observed at the magnification of 0 times.
2 化合物半導体素子 4 加工面(ドライエッチング加工面) 6 導電膜 40 サファイア基板 50 AlN層 60 n−GaN層 70 n−AlGaN層 80 InGaN層 90 P−AlGaN層 100 P−GaN 110 Ni電極層 120 フォトレジスト Reference Signs List 2 compound semiconductor element 4 processed surface (dry etching processed surface) 6 conductive film 40 sapphire substrate 50 AlN layer 60 n-GaN layer 70 n-AlGaN layer 80 InGaN layer 90 P-AlGaN layer 100 P-GaN 110 Ni electrode layer 120 photo Resist
Claims (1)
後の表面上に、少なくとも前記表面に接触する部分が導
電性材料で構成されているマスクを形成する工程を含む
ことを特徴とする化合物半導体素子の製造方法。1. A compound semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of forming a mask on a surface of the nitride compound semiconductor after the dry etching, at least a portion in contact with the surface is made of a conductive material. Production method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33637696A JPH10163576A (en) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | Method for manufacturing compound semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33637696A JPH10163576A (en) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | Method for manufacturing compound semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10163576A true JPH10163576A (en) | 1998-06-19 |
Family
ID=18298504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33637696A Withdrawn JPH10163576A (en) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | Method for manufacturing compound semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10163576A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018510510A (en) * | 2015-03-26 | 2018-04-12 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOsram Opto Semiconductors GmbH | Optoelectronic semiconductor element and method for manufacturing an optoelectronic semiconductor element |
| CN111446335A (en) * | 2020-03-24 | 2020-07-24 | 京东方科技集团股份有限公司 | Light emitting diode and preparation method thereof |
-
1996
- 1996-12-02 JP JP33637696A patent/JPH10163576A/en not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2018510510A (en) * | 2015-03-26 | 2018-04-12 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOsram Opto Semiconductors GmbH | Optoelectronic semiconductor element and method for manufacturing an optoelectronic semiconductor element |
| JP2019165236A (en) * | 2015-03-26 | 2019-09-26 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOsram Opto Semiconductors GmbH | Optoelectronic semiconductor element and method for producing optoelectronic semiconductor element |
| US10490695B2 (en) | 2015-03-26 | 2019-11-26 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelectronic semiconductor body and method for producing an optoelectronic semiconductor body |
| US10910516B2 (en) | 2015-03-26 | 2021-02-02 | Osram Oled Gmbh | Optoelectronic semiconductor body and method for producing an optoelectronic semiconductor body |
| CN111446335A (en) * | 2020-03-24 | 2020-07-24 | 京东方科技集团股份有限公司 | Light emitting diode and preparation method thereof |
| CN111446335B (en) * | 2020-03-24 | 2021-12-14 | 京东方科技集团股份有限公司 | A kind of light-emitting diode and preparation method thereof |
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|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040203 |