JP2008519442A - 電解質に対する半導体構造の局部的な電気化学的ポテンシャルの改変による光電気化学(pec)的エッチングの制御 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は以下の同時係属および同一出願人による米国特許出願に関して合衆国法典第35巻119(e)条に基づき利益を主張し、これらの出願は本明細書において参照として援用される:
Evelyn.L.Hu、Shuji Nakamura、Elaine D.Haberer、およびRajat Sharma、「CONTROL OF PHOTOELECTROCHEMICAL(PEC)ETCHING BY MODIFICATION OF THE LOCAL ELECTROCHEMICAL POTENTIAL OF THE SEMICONDUCTOR STRUCTURE RELATIVE TO THE ELECTROLYTE」と題される米国特許仮出願第60/624,308号(2004年11月2日出願)、代理人整理番号第30794.124−US−P1と、
Evelyn.L.Hu、Shuji Nakamura、Elaine D.Haberer、およびRajat Sharma、「CONTROL OF PHOTOELECTROCHEMICAL(PEC)ETCHING BY MODIFICATION OF THE LOCAL ELECTROCHEMICAL POTENTIAL OF THE SEMICONDUCTOR STRUCTURE RELATIVE TO THE ELECTROLYTE」と題される米国特許出願第11/−−−,−−−号(2005年10月31日出願)、代理人整理番号第30794.124−US−U1。
本発明は、電解質に対する半導体構造の局部的電気化学的ポテンシャルの改変による光電気化学(PEC)的エッチングの制御に関連する。
(メモ:本出願は、ブラケットに囲まれる参照番号(例えば[x])によって本明細書において示されるように様々な出版物を参照する。これらの参照番号によって順序付けられるこれらの出版物のリストは、「参考文献」と題される以下の部分に見つけ出され得る。これらの出版物のそれぞれが本明細書において参照として援用される。)
PECエッチングは、III−窒化物をエッチングするのに必要とされるキャリア(特に正孔)を生成するために、上部のバンドギャップ照度を使用する。電解質に対する半導体材料の表面の電気化学的ポテンシャルは、n型(非意図的にドープされた、またはドープされた)の材料における半導体と電解質とのインターフェイスへ向けて正孔を生じさせ、正孔が材料の除去に必要な電気化学的反応に関与することを可能にする。エッチングのメカニズムは、投射光の吸収および電解質に対する半導体材料の電気化学的ポテンシャルに非常に依存するので、PECエッチングは、欠陥選択的、ドーパント選択的、およびバンドギャップ選択的であり得る。
2)高品質の垂直方向に指向した窒化物ベースのエアギャップ分散型のBragg反射器(DBR)構造、である。
A.R.Stonas、「Gallium Nitride−Based Micro−Opto−Electro−Mechanical Systems」、Electrical and Computer Engineering Department.Santa Barbara、University of California、Santa Barbara、2003年、pp.132
本発明は、III−窒化物半導体構造を製造するためのスキームを記述し、選択性の高い光誘導エッチングが、電解質に対する半導体構造の局部的な電気化学的ポテンシャルの戦略的な改変によって達成される。これは、以下によって達成される:
1)半導体構造において電気的抵抗(非意図的にドープされた、ドープまたは合金化された)層、または電子ブロッキング層の適切な配置。
2)PECエッチングにおけるカソードの選択的な配置。カソードが接触する半導体層からの光生成された電子の制御された収集のための「チャネル」としてカソードが機能する。
3)投射光のエネルギーよりも低いバンドギャップのエネルギーを有する層において、電子および正孔の光生成を可能にする、PECエッチングの間の適切な光源の使用。エッチングは、光誘導キャリアなしでは開始され得ず、光源は、レーザー、またはフィルタを有する/有さない広域スペクトル源であり得る。
4)電解質の濃度およびタイプがエッチング速度およびエッチング選択比を決定する、PECエッチングの間の適切な電解質溶液の使用。
PECエッチングは、III−窒化物材料システムにおいて特定の配置を生成するための適切な方法であり、気相エッチング処理または標準的な湿式化学エッチングを用いて生成するのが非常に困難であり得る3次元構造を形成する。制御された3次元のエッチング処理の存在は、複数の有益なデバイスの配置をもたらす。特に、アンダーカット配置は、マイクロディスクの共振器、エアギャップDBR、半導体膜、カンチレバー、電気的開口部および光学的開口部を含むが、それらに限定されない複数のアプリケーション、および基板の除去において所望される。
本開示は、層に対する選択的なカソードの配置により層の中の光誘導のキャリアダイナミクスを操作することによって、および/または半導体多層構造に高抵抗の層または電子ブロッキング層を組み入れることによって、エッチング速度を局部的に制御し、半導体層のエッチングを可能にする方法を示す。上記のエッチング選択比は、以下の設計要素を適切に選択することによって達成される。考えられる状況において、PECエッチングが厳密に光誘導性の処理であることは、暗黙の了解である。光が存在しない場合には、どのような層においても、エッチングは生じない。
好ましい実施形態における例はバンドギャップ選択的な水平方向のエッチングに限定される。しかしながら、本発明はまた、ドーパント選択的および/または欠陥選択的な、垂直方向および/または水平方向のPECエッチングに適用され得る。
図10(a)〜図10(e)の断面概略図はマイクロディスクを作成するために使用される各製造ステップを示す。
図13(a)〜図13(e)の断面概略図は垂直方向に指向したDBRを作成するために使用される各製造ステップを示す。
上記において、本発明の特定の2つの実施形態を示してきた。本発明の不可欠な要素を含む複数の改変および変更が以下で概略される。さらに、複数の代わりの材料、状況および技術が、以下で列挙されうるように、本発明の実施において使用され得る。
既存の方法を超える利点および改善点、および新規であると考えられる特性は、以下のものを含む。
以下の参考文献は本明細書において参照として援用される。
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[17]R.W.Martin、H.S.Kim、Y.Cho、P.R.Edwards、I.M.Watson、T.Sands、N.W.Cheung、およびM.D.Dawson、「GaN microcavities formed by laser lift−off and plasma etching」、Materials Science & Engineering B−Solid State Materials for Advanced Technology、vol.B93、2002年、pp.98〜101
[18]A.R.Stonas、「Gallium Nitride−Based Micro−Opto−Electro−Mechanical Systems」、Electrical and Computer Engineering Department.Santa Barbara、University of California、Santa Barbara、2003年、pp.132
(補遺)
本発明に関する更なる情報は、上記の「関連出願の引用」に述べられた米国特許仮親出願第60/624,308号明細書に添付された補遺において見出され得る。
これで本発明の好ましい実施形態の記述を終える。本発明の1つ以上の好ましい実施形態の上記の記述は、図示および説明の目的として示されている。網羅的であること、または本発明を開示された明確な形態に限定することは意図していない。多くの改変および変更が上記の教示の観点から考えられる。本発明の範囲は、この発明を実施するための最良の形態で限定されるのではなく、特許請求の範囲によって限定されることが意図される。
Claims (8)
- 選択性が高い光誘導性のエッチングを達成するために、電解質に対する半導体構造の局部的な電気化学的ポテンシャルを戦略的に改変するステップを含む、III−窒化物半導体構造を製造するための方法。
- 前記戦略的に改変するステップは、前記半導体構造において電気的抵抗(非意図的にドープされた、ドープまたは合金化された)層、または電子ブロッキング層の適切な配置を行うことを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記戦略的に改変するステップは、光電気化学(PEC)的エッチングのためにカソードを選択的に配置することを含み、該カソードは、該カソードが接触する半導体層からの光生成された電子の制御された収集のためのチャネルとして機能する、請求項1に記載の方法。
- 前記戦略的に改変するステップは、光電気化学(PEC)的エッチングの間に、適切な光源を使用することを含み、該適切な光源を使用することは、投射光のエネルギーよりも低いバンドギャップのエネルギーを有する層において、電子および正孔を光生成することを可能にする、請求項1に記載の方法。
- 前記戦略的に改変するステップは、光電気化学(PEC)的エッチングの間に、適切な電解質の溶液を使用することを含み、該電解質の濃度およびタイプが、エッチング速度およびエッチング選択比を決定する、請求項1に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法を使用して製造された、高品質の窒化物ベースのマイクロディスク共振器。
- 請求項1に記載の方法を使用して製造された、高品質の垂直方向に指向した窒化物ベースのエアギャップ分散型のBragg反射器(DBR)構造。
- 電気的抵抗層または半導体構造の中の電子のフローを妨げる層の適切な配置によって、および/またはPECエッチングの間に該半導体構造の特定の層と接触するカソードを配置することによって、該半導体構造または半導体デバイスの電気的ポテンシャルを局部的に制御し、水平方向および/または垂直方向の光電気化学(PEC)的エッチング速度を局部的に制御する方法。
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