JPH10233385A

JPH10233385A - 窒化物半導体のエッチング方法

Info

Publication number: JPH10233385A
Application number: JP3592097A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yuasa; 貴之湯浅; Yoshihiro Ueda; 吉裕上田; Kazuhiko Inoguchi; 和彦猪口
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 1998-09-02
Anticipated expiration: 2017-02-20
Also published as: JP3764792B2

Abstract

(57)【要約】【課題】窒化物系化合物半導体をエッチングすること
によって、形成される端面の形状や垂直性が十分制御で
き、かつ再現性の良いエッチング方法は確立していなか
った。そこで、本発明は再現性良くかつ制御性の良い水
溶液中のエッチングの方法を提供することを目的とす
る。【解決手段】本発明では、窒化物半導体のエッチング
方法として、窒化物半導体結晶に結晶欠陥を発生させ、
その後、エッチング液を用いて該半導体結晶をエッチン
グする方法を用いることによって上記課題を解決した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は窒化物半導体のエッ
チング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化物半導体は２ｅＶ以上の広いバンド
ギャップを有し、橙色から紫外領域まで幅の広い短波長
発光素子材料として用いられていると共に、１００℃を
超える高温で安定した動作を行う高温動作用の半導体と
して着目されている。窒化物半導体は単膜では使用する
ことは稀で、例えばレーザなどを作製する場合、種類の
異なる窒化物半導体膜を複数枚積層して成長し、エッチ
ングや電極を形成するという処理を施す必要がある。エ
ッチングを行う方法としては、紫外線を照射しながら、
水酸化カリウム水溶液でエッチングする方法（例えば、
第５６回応用物理学術講演会予稿集２７ｐ−ＺＥ−１６
等）や、反応性ガスを使用してエッチングする方法（例
えば、応用物理学会結晶工学分科会第１０３回研究会テ
キストｐ９〜１４等）等が一般的な方法として行われて
きた。このうち、反応性ガスを使用する方法は、微妙な
条件の差によりエッチングした端面が崩れたり、垂直に
エッチングされないという現象が生じるものの、再現性
良くエッチングが可能なため、端面の形状に影響されな
いようなデバイス（たとえば、発光ダイオード等）には
使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、端面の
形状や垂直性が十分制御でき、かつ再現性の良いエッチ
ング方法は確立していなかった。水溶液中でエッチング
を行った場合、窒化物半導体の状態でエッチング速度が
変わったり、時には全くエッチングされなかったりとい
う現象が生じる。さらに、同じ成分の窒化物半導体にお
いても、エッチング後の表面の形状が大きく異なる場合
があることが知られている。以上の様に、再現性良くか
つ制御性良く窒化物半導体をエッチングすることは困難
なことであった。本発明は上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、再現性良くかつ制御性の良い
水溶液中のエッチングの方法を提供することを目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するために手段】上述したように、水溶液
中でエッチングを行った場合に生じるエッチングの不確
定さの原因を探索していった結果、ウエットエッチング
の速度やエッチング後の表面の状態は、結晶内の欠陥密
度に大きく依存していることがわかってきた。

【０００５】また、特に、窒化物半導体のＣ軸に平行な
線欠陥以外の欠陥密度に大きく依存していることがわか
った。すなわち、窒化物半導体のエピタキシャル成長膜
は、基板との界面を除いて、Ｃ軸に平行な線欠陥密度
は、１．０×１０¹⁰ｃｍ^-2程度と大変多いことが知られ
ており、人為的に欠陥密度を制御することは困難であ
る。しかしながら、それ以外の欠陥密度は我々の調査で
は極めて少なく（１×１０⁴ｃｍ^-3以下）、十分に人為
的に制御できる範囲であることがわかった。従って、Ｃ
軸に平行な線欠陥以外の欠陥をエピタキシャル成長膜中
に人為的に発生させ、エッチング液を用いて、ウエット
エッチングを行うことにより、所定のエッチングが可能
となる。

【０００６】本発明に係る窒化物半導体のエッチング方
法は、人為的に窒化物半導体に結晶欠陥を増加させる工
程と、ウエットエッチングによりエッチングを行う工程
と、を含むことを特徴としている。そのことにより、上
記の目的が達成される。

【０００７】また、本発明では、人為的に結晶欠陥を増
加させる手段として、エッチングを行う窒化物半導体成
長前の、基板あるいは下層の窒化物半導体の、全体ある
いはその一部分に、その上に成長した窒化物半導体の結
晶欠陥が増加するような処理を施すことを特徴としてい
る。具体的には、基板あるいは下層の窒化物半導体上
に、異種の物質を蒸着させる方法や、異種の物質を塗布
する方法、あるいは表面を荒らす方法など、が挙げられ
る。そのことにより、上記の目的が達成される。

【０００８】また、本発明では、人為的に結晶欠陥を増
加させる手段として、成長を行った窒化物半導体の、全
体あるいはその一部分に、直接結晶欠陥が増加するよう
な処理を施すことを特徴としている。具体的にはイオン
注入法等が挙げられる。そのことにより、上記の目的が
達成される。

【０００９】以下本発明の作用について説明する。

【００１０】窒化物半導体のエピタキシャル成長膜に、
Ｃ軸に平行な線欠陥以外の欠陥密度を、人為的に増加さ
せることにより、欠陥の増加させた部分だけが、再現性
良くウエットエッチングができる効果を利用するもので
ある。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は窒化物半導体のエピタキ
シャル成長膜に、人為的に結晶欠陥を発生させることに
より、ウエットエッチングが行える特性を利用したもの
である。

【００１２】（実施例１）有機金属気相成長法（ＭＯＣ
ＶＤ法）により成長した、窒化物半導体膜であるＧａＮ
膜をエッチングした例を図面第１を参照しながら、以下
に示す。

【００１３】ＧａＮ膜は、常圧（７６０Ｔｏｒｒ）のＭ
ＯＣＶＤ法により作製した。ＧａＮ膜の成長温度は１０
００℃、原料としては、トリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）、アンモニア（ＮＨ₃）を用い、ＮＨ₃：ＴＭＧ＝５
０００：１の条件で１時間成長を行った。基板としてサ
ファイアＣ面基板（１１）を用いた。成長に使用するサ
ファイア基板には、あらかじめストライプ状で厚さが１
００オングストローム程度のＡｌ₂Ｏ₃膜（１２）を電子
ビーム蒸着及びリフトオフにより形成しておいた。サフ
ァイア上に蒸着したＡｌ₂Ｏ₃膜は基板のサファイア（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）に比べ結晶の品質が劣るために、蒸着膜上に成
長したＧａＮ膜（１３）はＣ軸に平行な（（００・１）
方向）線欠陥（１４）以外の線欠陥や面欠陥が発生する
（１５の領域）。本条件でのＧａＮの成長速度は、２μ
ｍ／ｈであった。サファイア基板上に直接成長した部分
のＧａＮ膜にはＣ軸方向に延びた線欠陥のみが存在し、
その密度は約５．０×１０⁹ｃｍ^-2であった。また、Ａ
ｌ₂Ｏ₃蒸着膜上のＧａＮ膜はＣ軸方向の欠陥に加えて、
（１０・０）方向や（１１・０）方向に延びた線欠陥や
面欠陥が多数見受けられた。本成長膜を８０℃、１０ｍ
ｏｌ／ＬのＫＯＨ水溶液で約３時間エッチングを行った
結果、サファイア基板上に直接成長した部分は、全くエ
ッチングされなかったが、Ａｌ₂Ｏ₃蒸着膜上に成長した
部分はそのほとんどがエッチングされた。本実施例では
サファイア基板にＡｌ₂Ｏ₃を蒸着した例を示したが、蒸
着する膜は特にＡｌ₂Ｏ₃膜に限る必要はない。しかし、
Ａｌ₂Ｏ₃膜の場合、基板であるサファイアとは同じ成分
であるため、成長膜への不純物拡散の影響は考慮する必
要がないという利点がある。他の物質として、ＡｌＮ、
ＳｉＯ₂等を使用してみたが、同様の傾向を示した。

【００１４】（実施例２）サファイア基板上にエピタキ
シャル成長したＧａＮ膜にイオン注入法でＧａイオンを
注入して、その後ウエットエッチングを行った例を第２
図を参照しながら以下に示す。実施例１と同様の方法で
サファイア基板（２１）上に直接成長したＧａＮ膜（２
２）に、幅５０μｍ、厚み１μｍのストライプ状のＳｉ
Ｏ₂膜のマスク（２３）を電子ビーム蒸着法及び、リフ
トオフ法により形成し、その後、イオン注入法でＧａイ
オンの注入を行った（２５の領域）。イオン注入条件は
加速電圧１００ｋＶ、注入量が１×１０¹⁵個ｃｍ^-2であ
った。本試料のＳｉＯ₂膜のマスクを除去した後、８０
℃、１０ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ水溶液で約３時間エッチン
グを行った結果、マスクの無かった部分は、約３００ｎ
ｍの深さまでエッチングされたが（２７の領域）、マス
クのついている部分は全くエッチングされなかった。Ｇ
ａイオンが打ち込まれた部分のＧａＮ膜は、黄色く変色
しており、これはＧａイオンの打ち込みによる欠陥（２
６）の増加に起因していることがわかった。注入するイ
オンはＧａに限る必要はなく、Ｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｍｇ、
Ｂｅ、Ｃａ等、窒化物半導体に直接悪影響を及ぼすイオ
ン以外は何でもよい。

【００１５】（実施例３）再成長を行ったＧａＮ膜をエ
ッチングした例を以下に示す。

【００１６】実施例１と同様の条件でサファイア基板
（３１）上にＧａＮ膜（３２）を成長し、実施例２と同
様の条件でイオン注入を行った（３６の領域）ＧａＮ膜
において、ＳｉＯ₂マスク（３３）を除去した後、弱
酸、あるいは有機溶剤で十分洗浄を行った後、再度、本
ＧａＮ膜上に実施例１と同様の条件でＧａＮ膜を１時間
再成長を行った（３７）。再成長を行ったＧａＮ膜を、
８０℃、１０ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ水溶液で約３時間エッ
チングを行った結果、ＳｉＯ₂のマスクのあった部分の
再成長膜はエッチングされなかったが、ＳｉＯ₂マスク
の無かった部分の再成長したＧａＮ膜はエッチングされ
た（３８の領域）。これは、イオン注入を行ったことに
より生じたＧａＮ膜中の欠陥（３６）が、再成長した膜
の中に貫通してくるために、エッチングが容易となった
効果によるものである。

【００１７】（実施例４）ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮにつ
いての効果を調べるための実験を行った結果について第
４及び第５図を参照しながら以下に示す。ＩｎＧａＮ膜
は、基板としてはＣ面のサファイア基板を使用し、その
上にＴＭＧ、及びアンモニアを用いて約２μｍのＧａＮ
膜を成長した後、その上にＩｎＧａＮ膜の成長を行っ
た。原料として、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニアを使用して、
７５０℃で成長した。ＩｎＧａＮの成長速度は約０．５
μｍ／ｈで、成長時間は１時間である。Ｉｎの組成比は
ＴＭＩの投入量を変化させて、制御を行った。また、Ａ
ｌＧａＮ膜は、基板としてはＣ面のサファイア基板を使
用し、その上にＴＭＧ、及びアンモニアを用いて約２μ
ｍのＧａＮ膜を成長した後、その上にＡｌＧａＮ膜の成
長を行った。原料として、トリメチルガリウム(ＴＭ
Ｇ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア
を使用して、１０００℃で成長した。ＩｎＧａＮの成長
速度は約２μｍ／ｈで、成長時間は３０分である。Ａｌ
の組成比はＴＭＡの投入量を変化させて、制御を行っ
た。人為的に結晶欠陥を増加させる方法としては、Ｉｎ
ＧａＮまたは、ＡｌＧａＮを成長するＧａＮ成長膜（４
３）に、実施例１と同様の方法で、サファイア基板（４
１、５１）にストライプ状Ａｌ₂Ｏ₃膜（４２）を形成し
て、ＧａＮ膜に欠陥を発生させ、上層のＩｎＧａＮ膜ま
たはＡｌＧａＮ膜（４４）に欠陥（４５）を貫通させる
方法や、実施例２同様に、イオン注入法により、ＩｎＧ
ａＮ膜または、ＡｌＧａＮ膜（５３）に直接欠陥を発生
させる方法（５７）、あるいは実施例３同様に、ＩｎＧ
ａＮ膜または、ＡｌＧａＮ膜にイオン注入を行って、欠
陥を発生させた後、更にその上にＩｎＧａＮまたは、Ａ
ｌＧａＮを再成長させる方法で試料を作製し、ウエット
エッチングを施行したが、いずれも欠陥を発生させた部
分（４６、５７の領域）のみエッチングされたが（４
７、５８）、他の部分は全くエッチングされなかった。

【００１８】（実施例５）エッチング液としては、ＫＯ
Ｈ水溶液以外に、ＮａＯＨ、などのアルカリ水溶液等を
エッチング液としてとして使用した場合に於ても、エッ
チングの速度は違うものの、人為的に欠陥を発生させた
部分はエッチングされる。しかしながら、欠陥の有無に
対して最も顕著に反応するのは、ＫＯＨを使用した場合
であり、Ｃ軸に平行な線欠陥以外の転移密度が、１×１
０⁴ｃｍ^-2程度の欠陥密度で容易にエッチングの制御が
可能であった。また、エッチング液に浸すだけでも十分
な効果を示したが、紫外線の照射により、エッチング速
度を上げることができた。また、水溶液の温度にも敏感
で、温度を高くするとエッチング速度が上がる傾向にあ
った。

【００１９】

【発明の効果】本発明に係る窒化物半導体のエッチング
方法は、人為的に窒化物半導体に結晶欠陥を発生させ、
その後、ウエットエッチング法によりエッチングを行う
ことにより、人為的に結晶欠陥を発生させた部分でのみ
エッチングが可能となるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１によるエッチングの手法を
示す図であり、人為的に欠陥を生じさせながら成長し、
その後エッチングを行う一例を示した図である。

【図２】本発明の実施形態２によるエッチングの手法を
示す図であり、成長膜中にイオン注入法により、欠陥を
生じさせてからエッチングを行う一例を示した図であ
る。

【図３】本発明の実施形態３によるエッチング手法を示
す図であり、再成長膜のエッチングを行った一例を示し
た図である。

【図４】本発明の実施形態４によるエッチング手法を示
す図であり、人為的に欠陥を生じさせながら成長したＩ
ｎＧａＮ膜及びＡｌＧａＮのエッチングを行った一例を
示した図である。

【図５】本発明の実施形態４によるエッチング手法を示
す図であり、イオン注入法によりＩｎＧａＮ膜及びＡｌ
ＧａＮ膜のエッチングを行った一例を示した図である。

【符号の説明】

１１基板１２Ａｌ₂Ｏ₃膜１３ＧａＮ成長膜１４Ｃ軸方向に延びた結晶欠陥１５Ａｌ₂Ｏ₃膜の影響で欠陥の多く発生した部分１６ウエットエッチングにより除去された部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化物半導体結晶に結晶欠陥を発生さ
せ、その後、エッチング液を用いて該窒化物半導体結晶
をエッチングすることを特徴とする窒化物半導体のエッ
チング方法。
【請求項２】窒化物半導体の結晶成長を行う基板の全
体あるいはその一部に、その上に結晶成長を行うことで
成長膜の結晶欠陥密度が増加するような材料を付着さ
せ、結晶成長を行った後、エッチング液を用いて前記成
長膜をエッチングすることを特徴とする請求項１に記載
の窒化物半導体のエッチング方法。
【請求項３】窒化物半導体表面の一部あるいは、全部
の部分に、イオン注入を行うことにより、窒化物半導体
結晶の所定の部分の結晶欠陥密度を増加させ、その後、
エッチング液を用いて前記窒化物半導体結晶をエッチン
グすることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体
のエッチング方法。
【請求項４】窒化物半導体表面の一部あるいは、全部
に、イオン注入を行うことにより、窒化物半導体結晶の
所定の部分の結晶欠陥密度を増加させ、その後、前記窒
化物半導体結晶上に新たに窒化物半導体を再成長し、エ
ッチング液を用いて前記窒化物半導体結晶をエッチング
することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載
の窒化物半導体のエッチング方法。
【請求項５】前記エッチング液として、水酸化カリウ
ム水溶液（ＫＯＨ）を使用することを特徴とする請求項
１乃至４のいずれかに記載の窒化物半導体のエッチング
方法。