JP2003045852A

JP2003045852A - Ｉｉｉ族窒化物半導体のドライエッチング方法

Info

Publication number: JP2003045852A
Application number: JP2001230826A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Hiramatsu; 和政平松; Hideto Miyake; 秀人三宅; Harumasa Yoshida; 治正吉田; Tatsuhiro Urushido; 達大漆戸
Original assignee: Nagoya Industrial Science Research Institute
Current assignee: Nagoya Industrial Science Research Institute
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2003-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】平滑なエッチング面が得られ、良好な再現性
をもってエッチングでき、加えて複数の窒化ガリウム系
化合物半導体を同時にエッチングしたときに同一の結果
でエッチングできる方法を提供すること。【解決手段】エッチング室１の内部には、正負一対の
電極１１，１２が設けられている。このうち、下方の電
極１２の上面に、ゲルマニウムウエハ１０２とIII族窒
化物半導体１０１とを載置する。この状態で、エッチン
グ室１の内部に塩素ガスを流入させながら、高周波電源
２によりプラズマを発生させてエッチングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば窒化ガリウ
ム（ＧａＮ）を含むIII族窒化物半導体のドライエッチ
ング方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）の
材料として、III族窒化物半導体が開発されている。こ
のうち、例えば窒化ガリウムを用いた青色ＬＥＤの発光
チップは、基板上に、ＧａＮバッファ層、ｎ型ＧａＮ
層、ｎ型ＧａＡｌＮ層、ＩｎＧａＮ層、ｐ型ＧａＡｌＮ
層、およびｐ型ＧａＮ層が順次積層されたダブルヘテロ
構造を採用している。このような積層構造が形成される
基板としては、一般にサファイア基板が用いられてい
る。ところで、サファイアは電気絶縁性であるために、
サファイア基板の上面に電極を設けることができない。
このため、電極を設けるためには、半導体の一部を露出
させる必要がある。例えば、上記のダブルヘテロ構造を
例にとって説明すると、最上層であるｐ型ＧａＮ層から
順に、ｐ型ＧａＡｌＮ層、ＩｎＧａＮ層およびｎ型Ｇａ
ＡｌＮ層の一部を除去して、ｎ型ＧａＮ層の一部を露出
させ、このｎ型ＧａＮ層の表面にｎ電極を設けることに
なる。なお、ｐ電極は、最上層のｐ型ＧａＮ層表面に設
ける。このように、半導体の一部を除去するためには、
エッチング技術が重要となる。

【０００３】また、III族窒化物半導体のダブルヘテロ
構造を用いて短波長のレーザーダイオード（ＬＤ）の材
料を提供することも可能となってきている。そのような
発光デバイスを作成するにも、エッチング技術が非常に
重要である。すなわち、III族窒化物半導体には劈開性
がないために、例えばエッチング面を利用した端面反射
型のＬＤを実現する際には、できるだけ垂直にエッチン
グされた端面を実現する必要があるからである。上記の
ようなエッチング技術については、例えば反応性のガス
プラズマを用いたドライエッチング方法が知られてい
る。特開平１−２０４４２５号公報にはＣＦ₄ガスを用
いた方法が、特開平３−１０８７７９号公報にはＣＣｌ
₂Ｆ₂ガス・ＣＣｌ₄ガス・ＣＦ₄ガスを用いた方法が、特
開平４−３４９２９号公報にはＢＣｌ₃ガスを用いた方
法が、特開平８−１７８０３号公報にはＳｉＣｌ₄／Ｃ
ｌ₂混合ガスを用いた方法が、それぞれ開示されてい
る。これらの方法は、エッチング室内で高周波電源によ
りプラズマ化された反応性のガスにより、電極上に設置
したIII族窒化物半導体をドライエッチングする方法で
ある。このようなドライエッチング方法は、ウェットエ
ッチング方法に比べると、エッチングレートが速く、窒
化ガリウム系化合物半導体を所望の形状にエッチングで
きるという利点を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、ガスの種類によって、エッチング面にエッチ
ングされていない半導体が残り凹凸状となるエッチング
残渣や、エッチング面に孔が開いたようになって凹凸状
となるエッチピット等が発生することがあり、平滑なエ
ッチング面が得られ難いという問題があった。

【０００５】例えば、次のような現象が知られている。
ドライエッチング装置のカソード電極には、反応性ガス
による電極の腐食や汚染を避けるために石英（Ｓｉ
Ｏ₂）製のカバーが設けられているため、エッチング操
作中にＣｌイオンが石英カバーに衝突・スパッタリング
効果を起こして、石英がプラズマ中に飛び出すことがあ
る。このとき、そのイオン化された石英分子の一部が、
ＧａＮ膜上に再付着することがあると考えられている。
塩素ガスプラズマに対するＳｉＯ₂のエッチングレート
は、ＧａＮのエッチングレートに比べて、１／１０〜１
／２０程度と低いために、ＳｉＯ₂が付着した部分で
は、ＳｉＯ₂が微小なマスクとして働き、エッチングの
初期段階で微小な凹凸構造が形成される。ここで僅かに
凸状となった箇所は、凹状となった箇所に比べると電界
が高くなるために、引き続いてＳｉＯ₂が付着する確率
が高くなる。こうして、ＳｉＯ₂の再付着と塩素ガスプ
ラズマによるエッチングが繰り返して進行すると、凹凸
構造が生じることになる。さらに、従来のドライエッチ
ング方法では、ガス流量・プラズマパワー・真空度等の
エッチング条件を同一に制御したにもかかわらず、エッ
チング速さ・エッチング方向等の再現性に劣るという問
題があった。また、同一エッチング室内に複数の窒化ガ
リウム系化合物半導体試料を設置した場合に、試料毎に
エッチング結果が異なるという問題もあった。本発明は
上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的
は、平滑なエッチング面が得られ、良好な再現性をもっ
てエッチングでき、加えて複数の窒化ガリウム系化合物
半導体を同時にエッチングしたときに同一の結果でエッ
チングできる方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段、および発明の作用】本発
明者らは、例えば窒化ガリウム系化合物半導体などのII
I族窒化物半導体を反応性のプラズマガスでエッチング
するに際し、ゲルマニウムを存在させた状態でエッチン
グすることにより当初の目的を達成できることを見い出
し、基本的には本発明を完成するに至った。第１の発明
では、III族窒化物半導体をプラズマガスでエッチング
する際に、プラズマ中にゲルマニウムを含有する物質を
存在させた状態でエッチングすることを特徴とする。第
２の発明では、第１の発明において、エッチング室内に
ゲルマニウムを含有する物質をガスとして流入させなが
らエッチングすることを特徴とする。第３の発明では、
第１の発明において、エッチング室内に固体ゲルマニウ
ムを置いた状態でエッチングすることを特徴とする。第
４の発明では、III族窒化物半導体をプラズマガスでエ
ッチングする際に、Ａ．プラズマ中にゲルマニウムを含
有する物質を存在させた状態でエッチングするステップ
を含むことを特徴とする。第５の発明では、第４の発明
において、Ａステップが、エッチング室内にゲルマニウ
ムを含有する物質をガスとして流入させながらエッチン
グするステップであることを特徴とする。第６の発明で
は、第４の発明において、Ａステップが、エッチング室
内に固体ゲルマニウムを置いた状態でエッチングするス
テップであることを特徴とする。

【０００７】次に本発明をさらに詳しく説明する。本発
明によりドライエッチングされるIII族窒化物半導体
は、ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ等のIII族元素
（例えば、ガリウム）と窒素とを含むIII−Ｖ族半導体
であり、一般に式Ｉｎ_aＡｌ_bＧａ₁ _-a-b Ｎ（ここで、
０≦ａ、０≦ｂ、ａ＋ｂ≦１）で表わすことができる。
これらIII族窒化物半導体は、純粋なもの、或いは不純
物がドープされたものでもよく、また不純物としては、
ｐ型、ｎ型のいずれでもよい。III族窒化物半導体の製
造方法としては、特に限定されるものではなく、例えば
ＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法等を採用すること
ができる。また、III族窒化物半導体としては、単一層
構造のもの、或いは多層構造のいずれでもよい。更に、
III族窒化物半導体が多層構造の場合には、その全ての
層がIII族窒化物半導体で形成されている場合の他に、
その全ての層のうち少なくとも１層がIII族窒化物半導
体で形成された場合を含む。本発明では、III族窒化物
半導体が、上記いずれの形態で存在していても、良好に
エッチングすることができる。また、III族窒化物半導
体は、例えばサファイア等の基板上に形成されていても
よい。本発明は、例えば量子井戸構造（単一量子井戸構
造、多重量子井戸構造）やダブルヘテロ構造のような多
層構造のIII族窒化物半導体素子のドライエッチングに
対して、良好に用いることができる。

【０００８】「ゲルマニウムを含有する物質」とは、単
体のゲルマニウム（Ｇｅ）を含む他に、化合物（例え
ば、ゲルマニウム含有ハロゲン化合物（ＧｅＸ₂、Ｇｅ
Ｘ₄（但し、Ｘはハロゲン）など）、ゲルマニウム含有
水素化合物（Ｇｅ_nＨ_2n＋2、Ｇｅ _nＨ_n、Ｇｅ_nＨ_2n など
（但し、ｎは正の整数））、ゲルマニウム含有硫化物
（ＧｅＳ、ＧｅＳ₂など）、ゲルマニウム含有酸化物
（ＧｅＯ、ＧｅＯ₂など）、ゲルマニウム含有水酸化物
（Ｇｅ（ＯＨ）₄、Ｇｅ（ＯＨ）₂など））、Ｇｅを含む
有機金属化合物ガスを含むものである。「存在させた状
態」とは、例えばゲルマニウムを含有する物質を気体と
してプラズマ中に流入させる場合の他に、プラズマエッ
チングによってスパッタリング効果またはエッチング効
果でゲルマニウムを含有する物質がプラズマ中に発生す
る場合を含む。ゲルマニウムは、III族窒化物半導体と
比べると、エッチング用ガス（例えば、塩素ガス）と反
応し易いことから、エッチング操作中のエッチング室内
において、ゲルマニウムの半導体表面への再付着が生じ
難く、かつエッチングマスクとしての影響もないものと
考えられた。また、ゲルマニウムがエッチング室内に存
在することにより、石英のスパッタが発生し難くなると
考えられ、このことも併せて、III族窒化物半導体のエ
ッチング表面を円滑にすることが可能になるものと考え
られた。プラズマ中にガスとして流入させるための「ゲ
ルマニウムを含有する物質」としては、例えば、ゲルマ
ニウム含有ハロゲン化合物（ＧｅＸ₂、ＧｅＸ₄（但し、
Ｘはハロゲン））、ゲルマニウム含有水素化合物（Ｇｅ
_nＨ_2n＋2、Ｇｅ_nＨ_n、Ｇｅ_nＨ_2nなど（但し、ｎは正の
整数））、Ｇｅを含む有機金属化合物ガスが例示され
る。

【０００９】第１の発明では、III族窒化物半導体をプ
ラズマガスでエッチングする際に、プラズマ中にゲルマ
ニウムを含有する物質を存在させた状態でエッチングす
る。より具体的には、一般に１０^-4Ｐａのオーダーに減
圧されたエッチング室内に設置された正負一対の電極
（例えば、平行平板電極）の一方の上面にIII族窒化物
半導体を置き、エッチング室内にゲルマニウムを含有す
る物質を存在させた状態（例えば、固体ゲルマニウムを
半導体の近傍に載置する。或いは、ゲルマニウムを含有
する物質をガスとしてエッチング室内に流入させる。）
で、前記電極に高周波電力を印加してプラズマ発生ガス
からプラズマを発生させ、そのプラズマによりIII族窒
化物半導体をエッチングする。本発明は、エッチングガ
スの種類には依らず、一般的にドライエッチングに使用
可能なガス、例えばＣＦ₄ガス、ＣＣｌ₂Ｆ₂ガス、ＣＣ
ｌ₄ガス、ＣＦ₄ガス、ＢＣｌ₃ガス、Ｃｌ₂ガス、Ａｒな
どの不活性ガス等を単独で、或いは適当に混合させなが
ら用いることができる。なお、その場合には、圧力は、
０．０１Ｐａ〜１００Ｐａ、ガス流量は、０．１ｍｌ／
ｍｉｎ〜５００ｍｌ／ｍｉｎであることが好ましい。

【００１０】第２の発明では、第１の発明において、エ
ッチング室内にゲルマニウムを含有する物質をガスとし
て流入させることにより、ゲルマニウムを含有する物質
を存在させた状態としながらエッチングすることを特徴
とする。ここで用いるガスとしては、例えば、ゲルマニ
ウム含有ハロゲン化合物（ＧｅＸ₂、ＧｅＸ₄（但し、Ｘ
はハロゲン））、ゲルマニウム含有水素化合物（Ｇｅ_n
Ｈ_2n＋2、Ｇｅ_nＨ_n、Ｇｅ_nＨ_2nなど（但し、ｎは正の整
数））、Ｇｅを含む有機金属化合物ガスが例示される。
なお、上記のゲルマニウム含有ガスは、酸化物の形態に
ないことが望ましい。エッチングガスとして、塩素ガス
を選択した場合には、四塩化ゲルマニウムガス（ＧｅＣ
ｌ₄）を用いることが好ましい。四塩化ゲルマニウムガ
スは、塩素を含むので、塩素ガスと共にIII族窒化物半
導体をエッチングする際に、塩素とゲルマニウム以外の
他の元素がIII族窒化物半導体に悪影響を及ぼすことが
ないためである。このため、第２の発明においては、プ
ラズマ発生ガスとして、四塩化ゲルマニウムガスと塩素
ガスとを組み合わせることが最も好ましい実施形態とな
る。第２の発明において、ゲルマニウム含有ガスプラズ
マは、主としてエッチング残渣およびエッチピットの解
消に寄与するものと考えられる。プラズマ発生ガスとし
て塩素ガスを共に使用した場合には、塩素ガスから発生
したプラズマは、主として、III族窒化物半導体の表面
をエッチングする作用を示す。一方、塩素ガス及びゲル
マニウム含有ガスのプラズマ分解、或いは発生したラジ
カルの再結合により生じる塩化ゲルマニウムラジカル
（ＧｅＣｌ_x ）、ゲルマニウムラジカル等は、エッチン
グされつつあるIII族窒化物半導体のエッチング面に作
用して、エッチング残渣およびエッチピットを解消する
ものと考えられる。このとき特に、塩化ゲルマニウムラ
ジカルは、還元剤の作用を示し、III族窒化物半導体の
表面に形成された自然酸化膜を除去し、エッチング面の
平坦化に寄与するものと推察される。なお、四塩化ゲル
マニウムガス単独でも、プラズマ分解等により塩化ゲル
マニウムラジカルを生成して、III族窒化物半導体の表
面をエッチングすることが可能であるが、そのエッチン
グスピードは塩素ガスを共に用いた場合に比べると、遅
くなってしまうであろう。

【００１１】ゲルマニウム含有ガスは、III族窒化物半
導体のエッチング面のエッチング残渣、エッチピットを
解消するに十分な量的割合でエッチング室内に導入され
る。エッチングガスとして塩素ガスを使用する場合に
は、塩素ガス流量に対するゲルマニウム含有ガスの流量
比、すなわち混合比について説明すると、ゲルマニウム
含有ガスの流量は、好ましくは塩素ガスの流量の０．１
倍〜１０倍、特に好ましくは１倍〜２倍である。なお、
プラズマ発生ガスの全流量は、０．１ｍｌ／ｍｉｎ〜５
００ｍｌ／ｍｉｎの範囲内にあることが好ましい。

【００１２】次に、第３の発明について説明する。第３
の発明では、第１の発明において、エッチング室内に固
体ゲルマニウムを置いた状態で、III族窒化物半導体を
エッチングする。より具体的には、一般的に１０^-4Ｐａ
のオーダーに減圧されたエッチング室内に設置された正
負一対の電極の一方側（例えば、平行平板電極の一方
側）に、III族窒化物半導体と固体ゲルマニウムとを置
き、エッチング室内にプラズマ発生ガスを導入し、電極
に高周波電力を印加して、そのプラズマ発生ガスからプ
ラズマを発生させ、そのプラズマガスにより固体ゲルマ
ニウムをエッチングしながら、III族窒化物半導体をエ
ッチングするものである。この発明で使用する固体ゲル
マニウムの形態としては、例えばウエハの形態、ウエハ
から切り出したチップの形態などが例示される。また、
そのゲルマニウムは、単結晶でも多結晶でもよい。一般
的に置き方としては、固体ゲルマニウムの上面側にIII
族窒化物半導体を載置すること、またはIII族窒化物半
導体の近くに固体ゲルマニウムを置くことができる。ま
た、固体ゲルマニウムの露出面積（つまり、プラズマに
よりエッチングされる固体ゲルマニウムの面積）は、で
きるだけ大きいことが好ましい。具体的には、固体ゲル
マニウムの露出面積は、III族窒化物半導体の露出面積
に比べて、２倍以上であることが好ましい。

【００１３】第３の発明では、プラズマ発生ガスから生
じたプラズマが、III族窒化物半導体と共に固体ゲルマ
ニウムをエッチングする。そこで、固体ゲルマニウムが
エッチングされて、エッチング室内中に飛び出したゲル
マニウムが、ラジカル（例えば、塩素ラジカル）と結合
することにより、塩化ゲルマニウムラジカル（ＧｅＣｌ
x ）が生成し、この塩化ゲルマニウムラジカルやゲルマ
ニウムラジカル等がIII族窒化物半導体のエッチング面
に作用することで平坦化させるものと考えられる。第３
の発明において、プラズマ発生ガスとして塩素を用いる
場合には、エッチング室内に導入される塩素ガスの流量
は、０．１ｍｌ／ｍｉｎ〜２００ｍｌ／ｍｉｎであるこ
とが好ましい。本発明において、プラズマエッチング時
のエッチング室内圧力は、通常のプラズマドライエッチ
ングにおける場合と同様であり、例えば、０．０１Ｐａ
〜１００Ｐａの範囲内に設定できる。また、高周波電力
密度も通常のプラズマドライエッチングにおける場合と
同様であり、例えば０．０１Ｗ／ｃｍ²〜１０Ｗ／ｃｍ²
の電力密度を用いることができる。なお、本発明におい
て、III族窒化物半導体の表面に施すマスクとしては、
二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）を用いることが好ましい。二
酸化ケイ素は、一般にエッチング用ガスプラズマ（例え
ば、塩素ガスプラズマ）に対して、エッチングされにく
い性質を有しているからである。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、エッチング面の残渣・
エッチピット等が非常に少ない平滑なエッチング面を得
ることができる。このため、エッチング面に電極を形成
する場合にも、電極面も平滑面とできる。平滑な電極面
にワイヤーボンド、半田等により電極を接続すると、こ
れらの材料が電極から剥がれることが少ないので素子の
信頼性が格段に向上する。このことは、特にメサ型のII
I族窒化物半導体をエッチング処理する場合に有効とな
る。また、エッチング速度が安定しているので、エッチ
ング深さを厳密に制御できる。従って複雑な構造のIII
族窒化物半導体に対しても所望の深さでエッチングを制
御できる。さらに、同一の操作において、複数のIII族
窒化物半導体をエッチングする場合でも、同一の結果で
エッチングできることに加え、エッチング速度も他の方
法に比べて速いので、生産性を向上させることができ
る。また、本発明の方法によれば、二酸化ケイ素マスク
を用いた場合、そのマスクとIII族窒化物半導体とのエ
ッチング選択比が非常に高いので、薄い膜厚のマスクで
あっても、III族窒化物半導体を深くエッチングできる
という効果もある。このように本発明のエッチング方法
は、III族窒化物半導体のエッチングに対して非常に有
用であるため、例えばレーザーダイオード、太陽電池等
のデバイスを実現する上で、その産業上の利用価値は高
い。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明
は、下記の実施形態または実施例によって限定されるも
のではなく、発明の要旨を変更することなく様々な態様
で実施することができる。さらに、本発明の技術的範囲
は、均等の範囲にまで及ぶものである。図１は、本発明
の発明を実施するために使用可能なドライエッチング装
置の一例を示す概略図である。この装置には、エッチン
グ室１、高周波電源２、排気装置、プラズマ発生ガス導
入装置が含まれている。

【００１６】より具体的には、例えばステンレス製のエ
ッチング室１の内部には、正負一対の平行平板型電極１
１，１２が対向して設置されている。両電極は、一般に
は、陽極１１がアース電位に保たれる一方、陰極１２に
は高周波電力が印加される。陰極１２はプラズマガスに
より激しくたたかれ、温度が上昇する。このため、陰極
１２を冷却するために、裏面側に冷却水が流通できるよ
うに中空構造とされている。陰極１２には、１３．５６
ＭＨｚの高周波電源２がマッチングボックス２２を介し
て接続されており、プラズマが制御される。エッチング
室１には、排気管３が設けられている。排気管３には、
ドライポンプ、ターボポンプ等が組み合わされた排気装
置（図示せず）が接続さている。この排気装置の駆動に
より、エッチング室１の内部空間は、例えば１０^-4Ｐａ
以下の真空にすることができる。このエッチング室１内
の圧力は、排気管３の中途に配設された例えば圧力調整
バルブ３３により調整され、常に一定範囲の真空度に保
たれる。

【００１７】エッチング室１には、さらに各プラズマ発
生ガスをエッチング室１内に導入するためのガス導入管
４ａ，４ｂが設けられている。これらのガス導入管４
ａ，４ｂの他端側は、外部のプラズマ発生ガス源（図示
せず）に接続されている。より具体的には、エッチング
室１には、塩素ガスを導入するための第１のガス導入管
４ａと、ゲルマニウム含有ガスを導入するための第２の
ガス導入管４ｂとが設けられている。各ガスの流量はガ
ス導入管４ａ，４ｂにそれぞれ配設されたマスフローコ
ントローラー４４ａ，４４ｂにより制御される。なお、
塩素ガスのみをプラズマ発生ガスとしてエッチング室１
内に導入し、エッチング室１内に（例えば、III族窒化
物半導体と電極１２との間に）固体ゲルマニウムを置く
場合には、ガス導入管４４ｂを省略、または閉鎖してお
く。

【００１８】次に、上記のドライエッチング装置を用い
て、III族窒化物半導体をエッチングする操作を説明す
る。なお、説明の都合上、始めに第３の発明の実施態様
について説明する。まず、各陰極１２の上面側に、例え
ばウエハの形態にある固体ゲルマニウム１０２を載置
し、その上に例えばウエハの形態にあるIII族窒化物半
導体１０１を載置する。ついで、排気装置を駆動してエ
ッチング室１の内部を１０^-4Ｐａのオーダーの圧力とな
るまで排気する。エッチング室１の内部の真空度が安定
した後、ガス導入管４ａから塩素ガスを所定の流量とな
るようにマスフローコントローラー４４ａで制御しつ
つ、エッチング室１の内部空間に導入する。このとき同
時に、排気装置によりエッチング室１の内部を排気し、
圧力調整バルブ３３を調整してエッチング室１の内部圧
力を所定の圧力に制御する。エッチング室１の内部圧力
が安定した後、高周波電源２からマッチングボックス２
２を介して電圧を印加すると、両電極１１，１２間に塩
素ガスプラズマが発生する。この塩素ガスプラズマは、
固体ゲルマニウム１０２をエッチングしつつ、III族窒
化物半導体１０１をエッチングする。

【００１９】次に、第２の発明の実施態様について説明
する。第２の発明では、固体ゲルマニウム１０２を用い
る代わりに、III族窒化物半導体１０１を陰極１２の上
面側に直接に載置する。そして、上記第３の発明の実施
態様の場合と同様にして、排気装置を駆動してエッチン
グ室１の内部を１０^-4Ｐａのオーダーの圧力となるまで
排気する。エッチング室１の内部空間の真空度が安定し
た後、ガス導入管４ａから塩素ガスを、その流量をマス
フローコントローラー４４ａで制御しながらエッチング
室１の内部に導入するととともに、ガス導入管４ｂから
マスフローコントローラー４４ｂで流量を制御しなが
ら、ゲルマニウム含有ガス（好ましくは、四塩化ゲルマ
ニウム）をエッチング室１の内部に導入する。同時に排
気装置によりエッチング室１の内部を排気し、圧力調整
バルブ３３を調整してエッチング室１の内部圧力を所定
の圧力に制御する。エッチング室１の内部圧力が安定し
た後、高周波電源２からマッチングボックス２２を介し
て電圧を印加し、両電極１１，１２間に塩素ガスおよび
ゲルマニウム含有ガスからプラズマを発生させる。これ
らのプラズマにより、III族窒化物半導体１０１をエッ
チングする。

【００２０】

【実施例】次に、本発明を実施例により説明する。なお
以下の各実施例において、前述のエッチング装置（図
１）を使用した。実施例１サファイア基板の＜０００１＞上に、例えば有機金属化
合物気相成長（ＭＯＶＰＥ（metal organic vaper phas
e epitaxy））法によりＧａＮ（窒化ガリウム）を２μ
ｍ〜３μｍの厚さに成長させたものを用いた。ＧａＮの
上面に、例えばＲＦスパッタ法により、ＳｉＯ₂を３０
０ｎｍの厚さで堆積させ、通常のフォトリソグラフィ技
術により、＜１１００＞方向に５μｍのライン及びスペ
ースパターンを作製して、エッチング用サンプル１０１
とした。エッチング室１のステージ上に、３．４ｃｍ²
〜２３．８ｃｍ²の面積を持つゲルマニウムウエハ１０
２を設置した。このウエハ１０２の近傍または上面に、
エッチング用サンプル１０１を載置した。その後、真空
ポンプでエッチング室１を５×１０^-4Ｐａまで排気し
た。エッチング室１内部の真空度が安定した後、エッチ
ング室１の内部にガス導入管４ａから塩素ガスまたは塩
素／アルゴン混合ガスをマスフローコントローラー４４
ａで制御しながら、３０ｍｌ／ｍｉｎの流量で導入し
た。これと同時に、真空ポンプによりエッチング室１の
内部を排気し、圧力調整バルブ３３を調整して、エッチ
ング室１内を６Ｐａの減圧に制御した。

【００２１】エッチング室１内の真空度が安定したこと
を確認してから、高周波電源２により電圧を加え、両電
極１１，１２間にプラズマを発生させ、８０Ｗ〜２００
Ｗの条件（但し、面積は１７７ｃｍ²）でエッチングを
行った。エッチング後、サンプル１０１をエッチング室
１から取り出し、エッチング面を走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）で観察した。図２には、２００Ｗ、６Ｐａの条件
で、エッチング室１の内部に３．４ｃｍ²のゲルマニウ
ム片を置いてエッチングしたときの、ＧａＮのエッチン
グ面の構造をＳＥＭにより観察した写真を示す図であ
る。この図に示すように、本方法によれば、エッチング
端面がほぼ垂直となっている。さらに、エッチングされ
たＧａＮの表面には残渣等が発生しておらず、平坦にエ
ッチングされていることがわかる。また、ＧａＮのエッ
チング速度は０．６１μｍ／ｍｉｎであり、非常に速く
エッチングされることが判明した。なお、エッチング室
１内に複数枚のサンプルを置いた場合にも、同様の平滑
なエッチング面が得られ、かつエッチング深さも全て同
一であり、サンプル間のバラツキが少なかった。さら
に、上記のエッチング条件によるＧａＮとＳｉＯ₂との
選択比（ＧａＮ／ＳｉＯ₂）は１８と非常に高かった。
このことから、ＧａＮはエッチングされ易い一方、Ｓｉ
Ｏ₂はエッチングされ難いことが分かり、ＳｉＯ₂ は本
実施例の方法に関してマスク材料として好適であること
を示している。

【００２２】比較例１ゲルマニウムウエハ１０２の代わりにケイ素（Ｓｉ）片
を使用した以外は、実施例１と同様にしてエッチングを
行った。その結果、ＧａＮのエッチング面は比較的平滑
であったが、エッチング速度は０．４μｍ／ｍｉｎとゲ
ルマニウム片を置いた場合に比べると、約２／３の低い
速度となった。また、ＧａＮとＳｉＯ₂との選択比（Ｇ
ａＮ／ＳｉＯ₂）は８となり、ゲルマニウム片を置いた
場合に比べると低い選択比であった。比較例２ゲルマニウムウエハ１０２を載置しない以外は、実施例
１と同様にしてエッチングを行った。その結果、図３に
示すように、ＧａＮのエッチング面には、多数のエッチ
ピットが発生し、微細な凹凸が生じた。なお、このとき
のエッチング速度は０．４μｍ／ｍｉｎであり、選択比
は１０であった。

【００２３】図４には、実施例１（ゲルマニウムウエハ
を置いた例、図４（Ａ））と比較例２（ゲルマニウムウ
エハを置かない例、図４（Ｂ））とにおけるエッチング
室内中の発光強度と波長との関係をそれぞれグラフにし
て示した。このスペクトルデータは、サムコ社製RIE10N
の側面に設置した浜松ホトニクス社製プラズマスペクト
ルモニターＣ７４６０によりエッチング時のプラズマを
分光測定し，反応生成ガスなどを観測したものである。
比較例２（図４（Ｂ））では、エッチング室内におい
て、Ｃｌ⁺の発光（２５４ｎｍ〜２５７ｎｍ）と、塩素
ラジカル（Ｃｌ^＊）の発光（７２５ｎｍ〜９４５ｎｍ）
が確認された。一方、実施例１（図４（Ａ））では、エ
ッチング室内において、Ｃｌ⁺の発光と塩素ラジカルの
発光とが減少すると共に、ＧｅＣｌxのブロードな領域
での発光（３００ｎｍ〜５５０ｎｍ）が確認された。こ
のことから、ＧａＮのドライエッチングにおいて、エッ
チング室内中（つまり、プラズマ中）に、例えばＧｅＣ
ｌxなどのゲルマニウムを含有する物質を存在させた状
態でエッチングすることにより、良好なエッチング操作
（言い換えると、エッチング面が平滑であり、エッチン
グ速度が大きく、かつ選択比が大きい）が行えることが
判明した。

【００２４】このことから本発明によって、次のような
実施例が提供できる。実施例２エッチング用サンプル１０１をエッチング室１にある陰
極１２の所定のテーブル上に設置した後、真空ポンプで
エッチング室１を６×１０^-4Ｐａまで排気する。エッチ
ング室１内の真空度が安定した後、ガス導入管４ａより
８０ｍｌ／ｍｉｎの流入速度で塩素ガスを、ガス導入管
４ｂより４０ｍｌ／ｍｉｎの流入速度で四塩化ゲルマニ
ウムガスをそれぞれエッチング室１の内部に流入する。
このとき、真空ポンプによりエッチング室１内部を排気
し、圧力調整バルブ３３を調整して、エッチング室１内
を６Ｐａの減圧に制御する。エッチング室１内の真空度
が安定したら、高周波電源２を印加して両電極１１，１
２間にプラズマを発生させ、サンプル１０１のエッチン
グを開始する。

【００２５】実施例３本実施例は、多層のIII族窒化物半導体をエッチングす
るものであり、図５および図６を参照して説明する。図
５はこの実施例に使用できる二酸化ケイ素マスクの形状
を示す平面図である。図５に示すように、各マスク部５
０は、正方形の一角からその一辺の長さの約１／２の長
さを半径とする１／４円を切欠した形状を有するもので
あり、その厚さは０．５μｍである。図６はこの実施例
により得られる発光素子の構造を示す断面図である。例
えば、厚さが約４００μｍ、直径が約２インチのサファ
イア基板６０の上面に、厚さが約２００オングストロー
ムのＧａＮバッファ層６１と、厚さが約４μｍのｎ型Ｇ
ａＮ層６２、厚さが約０．２μｍのｎ型ＧａＡｌＮ６
３、厚さが約４００オングストロームのＩｎＧａＮ層６
４、厚さが約０．２μｍのｐ型ＧａＡｌＮ層６５、およ
び厚さが約０．３μｍのｐ型ＧａＮ層６６を順に積層し
たウエハを用意する。

【００２６】次に、ｐ型ＧａＮ層６６の表面に図５に示
す様な形状のマスクを形成した後、実施例１と同様にし
てIII族窒化物半導体をエッチングする。エッチング深
さがｎ型ＧａＮ層６２に達したのを確認してエッチング
を終了する。エッチング終了後、ウエハをフッ酸に浸漬
してマスクを除去した後、常法に従ってｐ型ＧａＮ層６
６にｐ電極６８を、エッチングにより露出したｎ型Ｇａ
Ｎ層６２にｎ電極６７をそれぞれ蒸着により形成する。
電極形成後、ウエハを図５に示す破線に従って切断し
て、直径が約２インチのウエハ１枚から約１万５千個の
発光チップを得ることができる。その発光素子の構造を
図６の断面図で示す。この発光チップのｎ型ＧａＮ層６
２の表面に形成した電極６７面は、エッチング面が平滑
であることにより、その性質を引き継いで同じく平滑面
が得られる。さらにエッチング端面はほぼ垂直な面が得
られていることにより、電極６７とｐ層とが接触して発
生する電極間ショートが発生しないであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に使用することができるエッチ
ング装置の概要を示す断面図

【図２】実施例１によりIII族窒化物半導体をエッチ
ングした後のエッチング面の結晶構造を示す電子顕微鏡
写真を示す図

【図３】比較例によりIII族窒化物半導体をエッチン
グした後のエッチング面の結晶構造を示す電子顕微鏡写
真を示す図

【図４】エッチング室内中での波長（Ｘ軸）と発光強
度（Ｙ軸）との関係を示すグラフ（Ａ）エッチング室内にゲルマニウムウエハを置いたと
きのグラフ（Ｂ）エッチング室内にゲルマニウムウエハを置かない
ときのグラフ

【図５】実施例３に使用するマスクの形状を示す平面
図

【図６】実施例３で得られるIII族窒化物半導体から
なる発光素子の構造を示す断面図

【符号の説明】

１…エッチング室２…高周波電源３…排気管４ａ，４ｂ…ガス導入管１１，１２…電極１０１…ＧａＮ（III族窒化物半導体）１０２…固体ゲルマニウム

フロントページの続き (72)発明者漆戸達大三重県津市江戸橋２丁目77村田学生寮22号室Ｆターム(参考） 5F004 AA01 AA04 AA16 BA09 BB13 BB19 BB25 CA02 CA03 CA06 CB02 DA00 DA01 DA04 DA05 DA06 DA11 DA23 DB19 EA06 5F041 AA43 CA04 CA05 CA34 CA40 CA46 CA74 5F073 CA02 CA07 CB05 DA05 DA24 EA29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 III族窒化物半導体をプラズマガスでエ
ッチングする際に、プラズマ中にゲルマニウムを含有す
る物質を存在させた状態でエッチングすることを特徴と
するIII族窒化物半導体のドライエッチング方法。
【請求項２】エッチング室内にゲルマニウムを含有す
る物質をガスとして流入させながらエッチングすること
を特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物半導体のド
ライエッチング方法。
【請求項３】エッチング室内に固体ゲルマニウムを置
いた状態でエッチングすることを特徴とする請求項１に
記載のIII族窒化物半導体のドライエッチング方法。
【請求項４】 III族窒化物半導体をプラズマガスでエ
ッチングする際に、Ａ．プラズマ中にゲルマニウムを含有する物質を存在さ
せた状態でエッチングするステップを含むことを特徴と
するIII族窒化物半導体のドライエッチング方法。
【請求項５】前記Ａステップが、エッチング室内にゲ
ルマニウムを含有する物質をガスとして流入させながら
エッチングするステップであることを特徴とする請求項
４に記載のIII族窒化物半導体のドライエッチング方
法。
【請求項６】前記Ａステップが、エッチング室内に固
体ゲルマニウムを置いた状態でエッチングするステップ
であることを特徴とする請求項４に記載のIII族窒化物
半導体のドライエッチング方法。