JP2014060255A - Manufacturing method of deep ultraviolet-emitting element of nitride semiconductor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、窒化物半導体の深紫外発光素子の製造方法に関する。より詳細には、基板上に形成された窒化物半導体からなる半導体薄膜をエッチングすることでメサ構造部を形成する窒化物半導体の深紫外発光素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor deep ultraviolet light emitting device. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor deep ultraviolet light-emitting device that forms a mesa structure by etching a semiconductor thin film formed of a nitride semiconductor formed on a substrate.
近年、高輝度青色発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)の実現以来、発光デバイスの材料として窒化物半導体は、非常に注目されている。この窒化物半導体は、例えば、信号機の光源や液晶バックライト、照明関係などの分野で既に実用化されている。 In recent years, nitride semiconductors have attracted a great deal of attention as materials for light-emitting devices since the realization of high-intensity blue light-emitting diodes (LEDs). This nitride semiconductor has already been put into practical use in fields such as a light source for a traffic light, a liquid crystal backlight, and illumination.
ところで、窒化物半導体のバンドギャップは、AlNの6.2eVからInNの0.75eVまで幅広い。このため、窒化物半導体の混晶を作製することで210nmの深紫外光領域から、1.8μmの赤外光領域までという幅広い波長領域をカバーするLEDを製造できる可能性がある。特に、深紫外光の発光が可能なLED(以下、「深紫外LED」ともいう。)は、例えば、殺菌、消毒、皮膚病治療などの医療分野をはじめ、様々な分野でその実用化が求められている。現在の深紫外光の光源には、例えば、水銀ランプやガスレーザーなどがある。しかしながら、これらの光源には、例えば環境問題、消費電力、サイズなどの克服すべき課題がある。このような事情から、例えば、環境に優しく、省エネルギーであり、且つ小型である、深紫外LEDの実現が期待されている。 By the way, the band gap of the nitride semiconductor is wide from 6.2 eV of AlN to 0.75 eV of InN. For this reason, there is a possibility that an LED that covers a wide wavelength region from the deep ultraviolet light region of 210 nm to the infrared light region of 1.8 μm can be manufactured by producing a mixed crystal of nitride semiconductor. In particular, LEDs capable of emitting deep ultraviolet light (hereinafter also referred to as “deep ultraviolet LEDs”) are required to be put to practical use in various fields including medical fields such as sterilization, disinfection, and skin disease treatment. It has been. Current deep ultraviolet light sources include, for example, mercury lamps and gas lasers. However, these light sources have problems to be overcome, such as environmental problems, power consumption, and size. Under such circumstances, for example, realization of a deep ultraviolet LED that is environmentally friendly, energy-saving, and compact is expected.
窒化物半導体を用いて紫外光領域以下の発光波長(換言すると、紫外光領域の光よりも短い発光波長)を持つLEDを作製するためには、現在、例えば白色LEDなどで実用化されているInxGa1−xN系(X≧0)の発光層ではなく、比較的にバンドギャップの大きいAlxGa1−xN(X≧0)を発光層として用いる必要がある。
一方、深紫外LEDを製造するには、例えば、深紫外LEDに備わる発光層などの膜構造を形成する、エピタキシャル成長による薄膜成長技術だけでなく、デバイスに加工するプロセス技術も非常に重要である。
In order to produce an LED having a light emission wavelength below the ultraviolet light region (in other words, a light emission wavelength shorter than light in the ultraviolet light region) using a nitride semiconductor, it is currently put into practical use, for example, as a white LED. It is necessary to use Al x Ga 1-x N (X ≧ 0) having a relatively large band gap as the light emitting layer instead of the In x Ga 1-x N-based (X ≧ 0) light emitting layer.
On the other hand, in order to manufacture a deep ultraviolet LED, for example, not only a thin film growth technique by epitaxial growth for forming a film structure such as a light emitting layer provided in the deep ultraviolet LED, but also a process technique for processing into a device is very important.
この種の技術分野においては、素子の構造を形成するために基板上に形成された半導体薄膜をエッチングによって加工するのが一般的である。エッチングには、ウェットエッチングとドライエッチングとがあるが、例えば窒化物半導体のように物理的にも化学的にも安定な材料をエッチングする場合は、ウェットエッチングが困難なためドライエッチングが広く用いられている。また、窒化物半導体をドライエッチングする際のエッチングガスとしては、塩素系ガスが用いられている。 In this type of technical field, it is common to process a semiconductor thin film formed on a substrate by etching in order to form an element structure. Etching includes wet etching and dry etching. For example, when etching a physically and chemically stable material such as a nitride semiconductor, dry etching is widely used because wet etching is difficult. ing. In addition, a chlorine-based gas is used as an etching gas when dry-etching a nitride semiconductor.
ドライエッチングは、通常、RIE(Reactive Ion Etching)装置を用いて行われる。この装置のチャンバ内では、まず、減圧下でエッチングガスをプラズマ状態にして反応性イオンを生成する。その後、負電極に発生させた電位勾配により、生成した反応性イオンを加速し、RIE装置のチャンバ内に設置された基板に垂直に衝突させることで被エッチング物を化学的にエッチングする。そのため、エッチングの断面形状は、等方的なウェットエッチングと異なり、異方性を持ったものとなる。 The dry etching is usually performed using a RIE (Reactive Ion Etching) apparatus. In the chamber of this apparatus, first, an etching gas is made into a plasma state under reduced pressure to generate reactive ions. Thereafter, the generated reactive ions are accelerated by the potential gradient generated in the negative electrode, and the object to be etched is chemically etched by causing the reactive ions to collide vertically with the substrate installed in the chamber of the RIE apparatus. For this reason, the cross-sectional shape of etching has anisotropy, unlike isotropic wet etching.
ドライエッチングを行う上で最も重要なことの一つは、被エッチング物との選択比(つまり、窒化物半導体のエッチング速度/マスクのエッチング速度)を大きくとれるマスク材の選択である。仮に、エッチングガスに対する耐性がマスクにないと、被エッチング物のエッチングと同時にマスクもエッチングされてしまう。エッチングガスに塩素系ガスを用いる場合のマスクとしては、例えば、SiO2などの酸化膜や、Niなどの塩素に対して耐腐食性のある金属などが用いられる。なお、このドライエッチングのマスクとして、特許文献1にはSiO2が記載されており、特許文献2及び非特許文献1にはNiが記載されている。
One of the most important factors in dry etching is selection of a mask material that can increase the selectivity with respect to the object to be etched (that is, the nitride semiconductor etching rate / mask etching rate). If the mask is not resistant to the etching gas, the mask is etched simultaneously with the etching of the object to be etched. As a mask in the case of using a chlorine-based gas as an etching gas, for example, an oxide film such as SiO 2 or a metal that is corrosion resistant to chlorine such as Ni is used. As a mask for this dry etching, Patent Document 1 describes SiO 2 , and
ところで、前述のドライエッチングに用いるマスク自体は、例えば発光素子等の半導体装置がその機能を発揮する上で必要のない構造物である。よって、このマスクを取り除く必要がある。マスクの材料が前述のSiO2であれば、例えばフッ酸やフッ素系のガスを用いて当該マスクを除去することができる。また、マスクの材料が前述のNiであれば、例えば硝酸を用いて当該マスクを除去することができる。しかし、酸で当該マスクを溶かして除去する場合、強酸に属する酸を用いることがある。この場合には、デバイス表面や結晶欠陥にダメージが入ってしまうことがある(特許文献3参照)。また、強酸の取り扱いに注意を要することがある。さらに、ドライエッチングでマスクを除去する場合には、半導体装置にプラズマダメージが入り、デバイス特性が劣化することがある。 By the way, the mask itself used for the dry etching described above is a structure that is not necessary for a semiconductor device such as a light emitting element to perform its function. Therefore, it is necessary to remove this mask. If the mask material is SiO 2 as described above, the mask can be removed using, for example, hydrofluoric acid or a fluorine-based gas. Further, if the mask material is Ni as described above, the mask can be removed using, for example, nitric acid. However, when removing the mask by dissolving it with an acid, an acid belonging to a strong acid may be used. In this case, the device surface and crystal defects may be damaged (see Patent Document 3). Also, care must be taken when handling strong acids. Further, when the mask is removed by dry etching, plasma damage may occur in the semiconductor device and device characteristics may deteriorate.
また、特許文献1に記載の半導体装置(レーザダイオード)の製造方法では、電極を形成するために、ドライエッチングのマスクとして用いたSiO2層9を開口する工程が必要となる。このため、必要なフォトマスク枚数は、(1)メサエッチング用マスク、(2)SiO2層9の開口用マスク、(3)電極7の形成用マスク、(4)電極8の形成用マスクの4枚となる。また、特許文献2に記載の半導体装置(発光素子)の製造方法のように、ドライエッチングのマスクとしてNiを用いた場合は、必要なフォトマスク枚数は、(1)メサエッチング用マスク、(2)p電極12の形成用マスク、(3)n電極13の形成用マスクの3枚となる。上述の技術分野においては、スループットと費用との観点から、製造工程数及びフォトマスク枚数はできるだけ少ないことが望ましい。
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device (laser diode) described in Patent Document 1, a step of opening the SiO 2 layer 9 used as a mask for dry etching is required to form an electrode. Therefore, the required number of photomasks is as follows: (1) mesa etching mask, (2) SiO 2 layer 9 opening mask, (3) electrode 7 formation mask, and (4) electrode 8 formation mask. It becomes 4 sheets. Further, when Ni is used as a mask for dry etching as in the method for manufacturing a semiconductor device (light emitting element) described in
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、プロセスダメージを低減でき、かつ、製造工程の簡素化を図ることができる窒化物半導体の深紫外発光素子の製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a method for manufacturing a nitride semiconductor deep ultraviolet light-emitting element capable of reducing process damage and simplifying the manufacturing process. It is aimed.
本発明者は、上記課題を解決するために、従来技術の技術常識に捕らわれることなく鋭意検討した結果、第1の電極をマスクとして半導体薄膜をドライエッチングし、半導体薄膜の第1の電極で覆われた部分にメサ構造部を形成する工程を有する窒化物半導体の深紫外発光素子の製造方法により、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。 In order to solve the above problems, the present inventor has intensively studied without being caught by the common general knowledge of the prior art. As a result, the semiconductor thin film is dry-etched using the first electrode as a mask and covered with the first electrode of the semiconductor thin film. The inventors have found that the above problems can be solved by a method for manufacturing a nitride semiconductor deep ultraviolet light emitting device having a step of forming a mesa structure portion in the cracked portion, and have completed the present invention.
本発明の一態様は、基板上に形成された窒化物半導体からなる半導体薄膜をエッチングすることでメサ構造部を形成する窒化物半導体の深紫外発光素子の製造方法において、前記基板上に前記窒化物半導体からなる前記半導体薄膜を形成する半導体薄膜形成工程と、前記半導体薄膜形成工程により形成された前記半導体薄膜上に第1の電極を形成する第1電極形成工程と、前記第1電極形成工程により形成された前記第1の電極をマスクとして前記半導体薄膜をドライエッチングし、前記半導体薄膜の前記第1の電極で覆われた部分に、メサ構造をしたメサ構造部を形成するメサ構造部形成工程と、前記メサ構造部形成工程後に、前記第1の電極を残存させた状態で、前記ドライエッチングにより露出した前記半導体薄膜の一部に第2の電極を形成する第2電極形成工程と、を有することを特徴とする窒化物半導体の深紫外発光素子の製造方法である。 One embodiment of the present invention is a nitride semiconductor deep ultraviolet light-emitting element manufacturing method in which a mesa structure is formed by etching a semiconductor thin film formed of a nitride semiconductor formed on a substrate. A semiconductor thin film forming step for forming the semiconductor thin film made of a physical semiconductor, a first electrode forming step for forming a first electrode on the semiconductor thin film formed by the semiconductor thin film forming step, and the first electrode forming step Forming a mesa structure having a mesa structure in a portion covered with the first electrode of the semiconductor thin film by dry-etching the semiconductor thin film using the first electrode formed by the step as a mask After the step and the mesa structure forming step, a second electrode is formed on a part of the semiconductor thin film exposed by the dry etching with the first electrode remaining. A second electrode forming step of forming a manufacturing method of the nitride semiconductor of deep ultraviolet light-emitting device characterized by having a.
ここで、「メサ構造」とは、平面的な基板上に形成された台地状の構造を指す。
また、上記の窒化物半導体の深紫外発光素子の製造方法において、前記第1の電極の、前記半導体薄膜側の面とは反対側の面は、Niで形成された面であり、前記半導体薄膜を前記ドライエッチングするエッチングガスは、塩素系ガスであることとしてもよい。
また、上記の窒化物半導体の深紫外発光素子の製造方法において、前記半導体薄膜は、AlGaNで形成された半導体薄膜であることとしてもよい。
Here, the “mesa structure” refers to a plate-like structure formed on a planar substrate.
In the method for manufacturing a nitride semiconductor deep ultraviolet light-emitting device, the surface of the first electrode opposite to the surface on the semiconductor thin film side is a surface formed of Ni, and the semiconductor thin film The etching gas for dry etching may be a chlorine-based gas.
In the method for manufacturing a nitride semiconductor deep ultraviolet light emitting element, the semiconductor thin film may be a semiconductor thin film formed of AlGaN.
また、上記の窒化物半導体の深紫外発光素子の製造方法において、前記半導体薄膜形成工程は、前記基板上にバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層上に第1導電型の半導体層を形成する工程と、前記第1導電型の半導体層上に発光層を形成する工程と、前記発光層上に、前記第1導電型とは異なる第2導電型の半導体層を形成する工程と、前記第2導電型の半導体層上にコンタクト層を形成する工程を有し、前記第1電極形成工程は、前記コンタクト層上に前記第1の電極を形成する工程を有し、前記メサ構造部形成工程は、前記第1の電極を前記マスクとして、前記コンタクト層、前記第2導電型の半導体層、前記発光層、前記第1導電型の半導体層をドライエッチングする工程を有し、前記第2電極形成工程は、前記ドライエッチングにより露出した前記第1導電型の半導体層の一部に前記第2の電極を形成する工程を有することとしてもよい。 In the method for manufacturing a nitride semiconductor deep ultraviolet light emitting device, the semiconductor thin film forming step includes a step of forming a buffer layer on the substrate and a step of forming a first conductivity type semiconductor layer on the buffer layer. Forming a light emitting layer on the first conductive type semiconductor layer, forming a second conductive type semiconductor layer different from the first conductive type on the light emitting layer, Forming a contact layer on the semiconductor layer of the second conductivity type, wherein the first electrode forming step includes forming the first electrode on the contact layer, and forming the mesa structure portion The step includes dry etching the contact layer, the second conductive type semiconductor layer, the light emitting layer, and the first conductive type semiconductor layer using the first electrode as the mask, The electrode forming step includes the dry etching process. It may have a step of forming the second electrode on a part of the semiconductor layer of the first conductivity type exposed by ring.
本発明に係る窒化物半導体の深紫外発光素子の製造方法によれば、製造工程数の簡素化を図ることができ、かつ、プロセスダメージを低減できる窒化物半導体の深紫外発光素子の製造方法を提供することが可能になる。 According to the method for manufacturing a nitride semiconductor deep ultraviolet light emitting device according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a nitride semiconductor deep ultraviolet light emitting device capable of simplifying the number of manufacturing steps and reducing process damage. It becomes possible to provide.
以下、図面を参照しつつ、本発明を実施形態について説明する。
[窒化物半導体の深紫外発光素子の製造方法]
図1(a)から(d)は、本発明に係る窒化物半導体の深紫外発光素子の製造工程の実施形態を説明するための工程断面図である。
本実施形態に係る窒化物半導体の深紫外発光素子の製造工程は、基板上に形成された窒化物半導体からなる半導体薄膜をエッチングすることでメサ構造部を形成する窒化物半導体の深紫外発光素子の製造方法において、前記基板上に前記窒化物半導体からなる前記半導体薄膜を形成する半導体薄膜形成工程と、前記半導体薄膜形成工程により形成された前記半導体薄膜上に第1の電極を形成する第1電極形成工程と、前記第1電極形成工程により形成された前記第1の電極をマスクとして前記半導体薄膜をドライエッチングし、前記半導体薄膜の前記第1の電極で覆われた部分に、メサ構造をしたメサ構造部を形成するメサ構造部形成工程と、前記メサ構造部形成工程後に、前記第1の電極を残存させた状態で、前記ドライエッチングにより露出した前記半導体薄膜の一部に第2の電極を形成する第2電極形成工程と、を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Natural Semiconductor Deep Ultraviolet Light-Emitting Device Manufacturing Method]
FIGS. 1A to 1D are process cross-sectional views for explaining an embodiment of a manufacturing process of a nitride semiconductor deep ultraviolet light emitting element according to the present invention.
The manufacturing process of a nitride semiconductor deep ultraviolet light emitting device according to the present embodiment includes a nitride semiconductor deep ultraviolet light emitting device that forms a mesa structure by etching a semiconductor thin film made of a nitride semiconductor formed on a substrate. In the manufacturing method, a semiconductor thin film forming step of forming the semiconductor thin film made of the nitride semiconductor on the substrate, and a first electrode formed on the semiconductor thin film formed by the semiconductor thin film forming step The semiconductor thin film is dry-etched using the first electrode formed in the electrode forming step and the first electrode forming step as a mask, and a mesa structure is formed on a portion of the semiconductor thin film covered with the first electrode. A mesa structure forming step for forming the mesa structure, and after the mesa structure forming step, the dry etching is performed with the first electrode remaining. Some of the semiconductor thin film that has issued a second electrode forming step of forming a second electrode.
この製造方法によれば、メサ構造部を形成するために用いたマスクを第1の電極として用いるので、このマスクを除去する工程を必要としない。また、メサ構造部上に新たに別の電極を形成する工程も必要としない。このため、従来技術と比較して、製造工程数もフォトマスク枚数も少なくすることができる。また、マスクを除去する工程を必要としないことから、マスクを除去する工程で発生する発光素子へのプロセスダメージ(つまり、強酸等によるダメージやプラズマによるダメージ)を低減することができる。 According to this manufacturing method, since the mask used for forming the mesa structure portion is used as the first electrode, a step of removing this mask is not required. Further, it is not necessary to newly form another electrode on the mesa structure. Therefore, the number of manufacturing steps and the number of photomasks can be reduced as compared with the prior art. Further, since a step of removing the mask is not required, process damage to the light emitting element (that is, damage due to strong acid or plasma damage) generated in the step of removing the mask can be reduced.
以上のように、本実施形態に係る製造方法によれば、製造工程数の簡素化を図ることができ、かつ、プロセスダメージを低減できる窒化物半導体の深紫外発光素子の製造方法を提供することが可能になる。
以下、上述の各工程の詳細について説明する。
As described above, according to the manufacturing method according to the present embodiment, it is possible to provide a manufacturing method of a nitride semiconductor deep ultraviolet light-emitting element that can simplify the number of manufacturing steps and reduce process damage. Is possible.
Hereinafter, the detail of each above-mentioned process is demonstrated.
(半導体薄膜形成工程)
図1(a)は、基板110上に半導体薄膜120を形成する工程を示す図である。
まず、図1(a)に示すように、基板110上に半導体薄膜120を形成する(以下、この工程を「半導体薄膜形成工程」ともいう。)。
基板110は、その基板110上に半導体薄膜120を形成することが可能な基板であればよい。このため、基板110の材料については、特に制限されるものではないが、半導体薄膜120と格子定数の近い材料であることが好ましい。
(Semiconductor thin film formation process)
FIG. 1A is a diagram illustrating a process of forming the semiconductor
First, as shown in FIG. 1A, a semiconductor
The
半導体薄膜120は、窒化物半導体で構成された半導体薄膜であり、少なくともp型半導体層とn型半導体層とを含んだ積層構造をした半導体薄膜である。なお、本実施形態に係る窒化物半導体の深紫外発光素子1を深紫外発光素子とする場合には、半導体薄膜120を深紫外光が発光できる構造にし、所望の深紫外光の波長に合致した窒化物半導体の組成(例えば、AlGaN)にすればよい。また、発光層を前述の積層構造ではなく、量子井戸構造としてもよい。また、基板110側(つまり、半導体薄膜120と基板110との間)にバッファ層(図示せず)を設けてもよい。このバッファ層は、格子不整合を緩和させるための層である。また、後述の各電極とのコンタクト抵抗の観点から、一方の電極と接する層を高ドープp型半導体層とし、他方の電極と接する層を高ドープn型半導体層としてもよい。
The semiconductor
(第1電極形成工程)
図1(b)は、基板110上に形成された半導体薄膜120上に、第1の電極130を形成する工程を示す図である。
前述の半導体薄膜形成工程後に、図1(b)に示すように、基板110上に形成された半導体薄膜120上に、第1の電極130を形成する(以下、この工程を「第1電極形成工程」ともいう。)。
第1の電極130の材料は、半導体薄膜120と電気的なコンタクトが可能なものであり、かつ、後述のメサ構造部形成工程のドライエッチングに対して耐腐食性に優れた金属が第1の電極130の最表面130aを被覆していれば、特に制限されない。ここで、「ドライエッチングに対して耐腐食性に優れた金属」とは、ドライエッチングにおいて半導体薄膜120との選択比が良好な金属をいう。ドライエッチングに対する選択比としては、第1の電極130のエッチング量を1としたときに、半導体薄膜120のエッチング量が10以上であることが好ましく、半導体薄膜120のエッチング量が100以上であることがより好ましい。例えば、エッチングガスに塩素系ガスを用いた場合には、第1の電極130の最表面130aがNiで被覆されていることが好ましい。
(First electrode forming step)
FIG. 1B is a diagram illustrating a process of forming the
After the aforementioned semiconductor thin film formation step, as shown in FIG. 1B, a
The material of the
半導体薄膜120の最上層120aが、例えばp型AlGaNやp型GaNである場合には、第1の電極130を、例えばNi/Au/NiやNi/Au/Al/Ti/Au/Niなどの積層構造体としてもよい。
When the
(メサ構造部形成工程)
図1(c)は、第1の電極130をマスクとして、半導体薄膜120の一部をドライエッチングし、半導体薄膜120にメサ構造をしたメサ構造部140を形成する工程を示す図である。
前述の第1電極形成工程後に、図1(c)に示すように、第1の電極130をマスクとして、半導体薄膜120の一部(具体的には、第1の電極130に覆われておらず、半導体薄膜120が露出した領域)をドライエッチングする。こうして、半導体薄膜120の第1の電極130で覆われた部分に、メサ構造をしたメサ構造部140を形成する(以下、この工程を「メサ構造部形成工程」ともいう。)。ここで、「メサ構造部140」とは、窒化物半導体の深紫外発光素子1の一部に形成された高台状の構造をした部分を指す。また、メサ構造部140における電流の流れる方向は、主として基板110の表面に対して垂直方向(図1中では図面上下方向)である。
(Mesa structure forming process)
FIG. 1C is a diagram showing a process of forming a
After the first electrode forming step described above, as shown in FIG. 1C, a part of the semiconductor thin film 120 (specifically, the
基板110として絶縁性の基板を用いる場合は、第1の電極130に覆われておらず、半導体薄膜120が露出した領域の下層部を残すようにドライエッチングすることが好ましい。換言すると、基板110として絶縁性の基板を用いる場合は、基板110表面を露出させないように半導体薄膜120をドライエッチングすることが好ましい。
ドライエッチングの方法としては、窒化物半導体をエッチングする公知の方法を適用することができる。窒化物半導体のエッチングガスとしては、塩素系のガスが広く用いられており、この塩素系のガスを用いることができる。また、ドライエッチングに用いられる装置としては、塩素系ガスをプラズマ化し、基板110に反応種を衝突させることができる装置であればよい。ドライエッチングに用いられる装置としては、例えば、CCP−RIE(Capacitive Coupled Plasma RIE)や、ICP−RIE(Inductive Coupled RIE)、ECR−RIE(Electron Cycloton Resonance−RIE)などが挙げられる。
In the case where an insulating substrate is used as the
As a dry etching method, a known method for etching a nitride semiconductor can be applied. As a nitride semiconductor etching gas, a chlorine-based gas is widely used, and this chlorine-based gas can be used. As an apparatus used for dry etching, any apparatus can be used as long as it can plasma a chlorine-based gas and cause a reactive species to collide with the
(第2電極形成工程)
図1(d)は、半導体薄膜120のドライエッチングにより露出した部分の一部に第2の電極150を形成する工程を示す図である。
前述のメサ構造部形成工程後に、図1(d)に示すように、半導体薄膜120のドライエッチングにより露出した部分の一部に第2の電極150を形成する(以下、この工程を「第2電極形成工程」ともいう。)。この際、第1の電極130は、除去されることなく、メサ構造部140上に残存している。
第2の電極150の材料は、前述のドライエッチングされた半導体薄膜120と電気的にコンタクトをとれるものであれば特に制限されない。また、半導体薄膜120のドライエッチングにより露出した部分がn型AlGaNである場合には、第2の電極150を、例えばTiやTi/AuやTi/Al/Ti/AuやTi/Al/Mo/Auなどの積層構造体としてもよいが、これに限定されるものではない。
(Second electrode forming step)
FIG. 1D is a diagram illustrating a process of forming the
After the above-described mesa structure forming step, as shown in FIG. 1D, the
The material of the
第2の電極150を形成する方法としては、公知のものを適用することができ、例えばレジストを用いたリフトオフ法やエッチング法が挙げられる。なお、窒化物半導体の深紫外発光素子1へのダメージを低減する観点からはリフトオフ法が第2の電極150を形成する方法としては好ましい。
As a method of forming the
<本実施形態の効果>
以上のように、本実施形態に係る窒化物半導体の深紫外発光素子1の製造方法であれば、第1の電極130をメサ構造部形成工程におけるマスク材として用いている。このため、メサ構造部形成工程におけるマスク材を除去する工程を必要とせず、また、新たに電極を形成する工程を必要としない。よって、上記製造方法であれば、従来技術と比較して、製造工程数及びフォトマスク枚数を少なくすることができる。また、メサ構造部形成工程のマスク材を除去する工程を必要としないため、強酸等の薬剤を用いる必要もなく、プラズマに曝す必要もない。よって、窒化物半導体の深紫外発光素子1へのプロセスダメージも低減することができる。
<Effect of this embodiment>
As described above, in the method of manufacturing the nitride semiconductor deep ultraviolet light emitting device 1 according to this embodiment, the
また、本実施形態に係る窒化物半導体の深紫外発光素子1の製造方法であれば、第1の電極130の最表面130a(つまり、半導体薄膜120側の面とは反対側の面)をNiで覆っている。このため、エッチングガスを塩素系ガスとした場合にドライエッチング時の選択性を増加させることができる。よって、ドライエッチング時の加工精度を向上させることができる。
In the method for manufacturing the nitride semiconductor deep ultraviolet light emitting element 1 according to the present embodiment, the
なお、発光ダイオードやレーザダイオードのように、メサエッチングのパターンエリアと、電極(特許文献2ではp電極12)のパターンエリアとがほぼ一致している場合、この電極がドライエッチング耐性のある金属で被覆されていれば、この電極をドライエッチングのマスクとして兼用することができる。従来、例えば半導体装置に必要のないエッチング用マスクは除去されてきたが、この電極をドライエッチングのマスクとすることで、エッチング用マスクを除去する除去工程と、新たに別の電極を形成する電極形成工程とを削減することができる。よって、製造工程数を少なくすることができる。さらに、ドライエッチングのマスクを電極として利用しているので、フォトマスク枚数も少なくすることができる。 If the pattern area of the mesa etching and the pattern area of the electrode (p-electrode 12 in Patent Document 2) are substantially the same as in a light emitting diode or a laser diode, this electrode is made of a metal having dry etching resistance. If covered, this electrode can also be used as a mask for dry etching. Conventionally, for example, an etching mask that is not necessary for a semiconductor device has been removed. By using this electrode as a dry etching mask, a removal process for removing the etching mask and an electrode for newly forming another electrode are provided. The number of formation steps can be reduced. Therefore, the number of manufacturing steps can be reduced. Furthermore, since a dry etching mask is used as an electrode, the number of photomasks can be reduced.
窒化物半導体薄膜を用いた発光素子として発光ダイオードを例に、本発明の実施例を図2を参照しつつ説明する。なお、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
図2(a)から(d)は、本発明に係る窒化物半導体の深紫外発光素子の製造工程の実施例を説明するための工程断面図である。
まず、図2(a)に示すように、サファイアの基板210上に積層体220を形成した。なお、このサファイアの基板210は、図1(a)における基板110に相当する。この積層体220は、有機金属気相成長法(MOCVD法)を用いて形成された積層体であって、窒化物半導体薄膜からなる積層体である。この積層体220は、AlNバッファ層221、n型AlGaN層222、AlGaN発光層223、p型AlGaN層224、p+型AlGaNコンタクト層225を順次成膜して形成した。以降、基板210上に、LED構造である積層体220を成膜した基板全体をLED基板230と称する。なお、上述の積層体220は、図1(a)における半導体薄膜120に相当する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2, taking a light emitting diode as an example of a light emitting element using a nitride semiconductor thin film. In addition, this invention is not limited to the following Example.
FIGS. 2A to 2D are process cross-sectional views for explaining an embodiment of a manufacturing process of a nitride semiconductor deep ultraviolet light emitting device according to the present invention.
First, as shown in FIG. 2A, a
上述のように、本実施例では基板210としてはサファイアを用いたが、例えばSiC、GaN、AlN、Si、Ga2O3、MgAlO2、ZnOなどを採用することも可能である。
次に、図2(b)に示すように、LED基板230上に第1の電極240を形成した。この第1の電極240は、蒸着およびリフトオフ技術を用いて形成された電極であって、Ni層、Au層、Ni層の順に積層され形成された電極である。なお、この第1の電極240は、図1(b)における第1の電極130に相当する。
As described above, in this embodiment, sapphire is used as the
Next, as shown in FIG. 2B, the
次に、図2(c)に示すように、LED基板230をエッチングして、メサ構造をしたメサ構造部241を形成した。この工程では、塩素をエッチングガスとして用いて、ICP−RIEでn型AlGaN層222が露出するまでエッチングを行った。ここで、第1の電極240の最表面240aは、塩素系ガスに耐性のあるNiで形成された面である。このため、塩素プラズマに曝されても第1の電極240は、ほとんどエッチングされない。なお、上述のメサ構造部241は、図1(c)におけるメサ構造部140に相当する。
Next, as shown in FIG. 2C, the
その後、図2(d)に示すように、LED基板230のn型AlGaN層222上の所望の領域に第2の電極250を形成した。この第2の電極250は、蒸着およびリフトオフ技術を用いて形成された電極であって、Ti層、Al層、Ti層、Au層の順に積層され形成された電極である。なお、この第2の電極250は、図1(d)における第2の電極150に相当する。
Thereafter, as shown in FIG. 2D, the
最後に、RTA(Rapid Thermal Annealing)により750℃でアニールし、第1の電極240/p+型AlGaNコンタクト層225の界面と、第2の電極250/n型AlGaN層222の界面とをそれぞれオーミック接合にした。
以上の工程を経ることで、メサ構造部241を有し窒化物半導体薄膜を用いた発光素子(発光ダイオード素子)2を製造した。なお、この発光ダイオード素子2は、図1(d)における窒化物半導体の深紫外発光素子1に相当する。
Finally, annealing is performed at 750 ° C. by RTA (Rapid Thermal Annealing), and the interface of the
Through the above steps, the light emitting element (light emitting diode element) 2 having the
上記工程において、必要なマスクは、(1)メサエッチング兼第1の電極240形成用マスク、(2)第2の電極250形成用マスクの2枚で済む。
また、本実施例に係る発光ダイオード素子2の製造方法は、従来技術の様にメサ構造部241を形成するためのマスク材を強酸やプラズマエッチングで除去する工程を有さない。このため、本実施例で得られた発光ダイオード素子2には、強酸やプラズマエッチングに起因するダメージが生じず、良好なダイオード特性が得られる。
In the above process, two masks are necessary: (1) mask for forming mesa etching and
Moreover, the manufacturing method of the light emitting
また、本製造方法であれば、基板210上に、AlNバッファ層221、n型AlGaN層222、AlGaN発光層223、p型AlGaN層224、p+型AlGaNコンタクト層225を順次成膜して形成しているので、発光ダイオード素子2を所望のバンドギャップの値にすることができる。
なお、本実施例では、AlNバッファ層221が本発明の「バッファ層」に対応し、n型AlGaN層222が本発明の「第1導電型の半導体層」に対応し、AlGaN発光層223が本発明の「発光層」に対応し、p型AlGaN層224は本発明の「第2導電型の半導体層」に対応し、p+型AlGaNコンタクト層225が本発明の「コンタクト層」に対応している。
In the present manufacturing method, the
In this embodiment, the
<比較例>
図3(a)から(g)、図4(a)から(d)、及び図5(a)から(d)は、本発明に係る窒化物半導体の深紫外発光素子の製造工程の比較例を説明するための工程断面図である。この比較例で説明する製造方法は、従来技術に係る製造法と概ね同じである。なお、図3は、図1を用いて説明した実施形態と比較するための図である。また、図4及び図5は、図2を用いて説明した実施例と比較するための図である。
<Comparative example>
3 (a) to 3 (g), 4 (a) to 4 (d), and 5 (a) to 5 (d) are comparative examples of manufacturing steps of a nitride semiconductor deep ultraviolet light emitting device according to the present invention. It is process sectional drawing for demonstrating. The manufacturing method described in this comparative example is substantially the same as the manufacturing method according to the prior art. FIG. 3 is a diagram for comparison with the embodiment described with reference to FIG. 4 and 5 are diagrams for comparison with the embodiment described with reference to FIG.
まず、図3(a)に示すように(詳しくは、図4(a)に示すように)、LED基板330を作成した。このLED基板330の作成方法は、上述の実施例で説明した方法と同様である。よって、ここでは、その説明を省略する。なお、図4(a)中の符号310は、図2(a)で示した基板210に対応する基板を示している。また、符号320は、図2(a)で示した積層体220に対応する積層体を示している。また、符号321は、図2(a)で示したAlNバッファ層221に対応するAlNバッファ層を示している。また、符号322は、図2(a)で示したn型AlGaN層222に対応するn型AlGaN層を示している。また、符号323は、図2(a)で示したAlGaN発光層223に対応するAlGaN発光層を示している。また、符号324は、図2(a)で示したp型AlGaN層224に対応するp型AlGaN層を示している。また、符号325は、図2(a)で示したp+型AlGaNコンタクト層225に対応するp+型AlGaNコンタクト層を示している。
First, as shown in FIG. 3A (specifically, as shown in FIG. 4A), an
次に、図3(a)に示すように(詳しくは、図4(b)に示すように)、LED基板330上にNiで形成されたマスク(以下、「Niマスク」ともいう。)301を形成した。このNiマスク301は、蒸着およびリフトオフ技術を用いて形成されたマスクである。
次に、図3(b)に示すように(詳しくは、図4(c)に示すように)、LED基板330をエッチングして、メサ構造をしたメサ構造部340を形成した。この工程では、塩素をドライエッチングガスとして用いて、ICP−RIEでn型AlGaN層322が露出するまでエッチングを行った。その後、図3(c)に示すように(詳しくは、図4(d)に示すように)、Niマスク301を除去した。ここでは、硝酸を用いてNiマスク301を除去した。
Next, as shown in FIG. 3A (specifically, as shown in FIG. 4B), a mask (hereinafter also referred to as “Ni mask”) 301 formed of Ni on the
Next, as shown in FIG. 3B (specifically, as shown in FIG. 4C), the
次に、図3(d)に示すように(詳しくは、図5(a)に示すように)、LED基板330の全面にレジスト311を塗布した。その後、LED基板330のメサ構造部340の頂部(p+型AlGaNコンタクト層325)の一部を露出させるようにレジスト311にパターニングを施した。その後、図3(e)に示すように(詳しくは、図5(b)に示すように)、LED基板330のメサ構造部340の頂部上に第1の電極307を形成した。この第1の電極307は、蒸着およびリフトオフ技術を用いて形成された電極であり、Ni層、Au層の順に積層され形成された電極である。その後、図3(f)に示すように(詳しくは、図5(c)に示すように)、レジスト311を除去した。
Next, as shown in FIG. 3D (specifically, as shown in FIG. 5A), a resist 311 was applied to the entire surface of the
次に、図3(g)に示すように(詳しくは、図5(d)に示すように)、ドライエッチングして露出させたn型AlGaN層322上に第2の電極308を形成した。なお、この第2の電極308は、第1の電極307と同様に蒸着およびリフトオフ技術を用いて形成された電極であり、Ti層、Al層、Ti層、Au層の順に積層され形成された電極である。
Next, as shown in FIG. 3G (specifically, as shown in FIG. 5D), a
最後に、RTAにより750℃でアニールし、第1の電極307/p+型AlGaNコンタクト層325の界面と、第2の電極308/n型AlGaN層322の界面とをそれぞれオーミック接合にした。
以上のように、比較例で必要なマスクの枚数は、(1)メサエッチング用マスク、(2)第1の電極307形成用マスク、(3)第2の電極308形成用マスクの3枚である。
Finally, annealing was performed at 750 ° C. by RTA to make ohmic junctions between the interface of the
As described above, the number of masks required in the comparative example is (1) a mesa etching mask, (2) a
図6は、実施例と比較例との製造工程の対比をするために表にまとめた図である。図6では、実施例と比較例とにおいて必要な製造工程及びマスクの要・不要を比較している。図6において、「○」は実施または形成を必要とすることを意味し、「-」は実施または形成を必要としないことを意味する。図6に示すように、実施例であれば、比較例と比べて、「ドライエッチングマスクの除去」及び「第1電極形成工程」が不要であることが分かる。つまり、本実施例であれば、比較例と比べて、必要なマスクの枚数及び製造工程数が少なくなっていることが分かる。また、ドライエッチングマスクの除去をしないので、このマスクを除去する際に生ずるプロセスダメージを低減することができる。 FIG. 6 is a diagram summarized in a table for comparison of manufacturing steps between the example and the comparative example. In FIG. 6, the necessary manufacturing steps and the necessity / unnecessity of the mask are compared between the example and the comparative example. In FIG. 6, “◯” means that implementation or formation is required, and “-” means that implementation or formation is not required. As shown in FIG. 6, in the example, it is understood that “removal of the dry etching mask” and “first electrode forming step” are unnecessary as compared with the comparative example. That is, in this example, it can be seen that the number of necessary masks and the number of manufacturing steps are reduced as compared with the comparative example. Further, since the dry etching mask is not removed, process damage that occurs when the mask is removed can be reduced.
本発明の窒化物半導体の深紫外発光素子の製造方法は、メサ構造部をドライエッチングで形成する発光素子の製造方法として好適である。 The method for manufacturing a nitride semiconductor deep ultraviolet light emitting device of the present invention is suitable as a method for manufacturing a light emitting device in which a mesa structure is formed by dry etching.
1 窒化物半導体の深紫外発光素子
2、3 発光ダイオード
110、210、310 基板
120 半導体薄膜
120a 最上層
130、240、307 第1の電極
130a、240a 最表面
140、241、340 メサ構造部
150、250、308 第2の電極
220、320 積層体
221、321 AlNバッファ層
222、322 n型AlGaN層
223、323 AlGaN発光層
224、324 p型AlGaN層
225、325 p+型AlGaNコンタクト層
230、330 LED基板
301 マスク
311 レジスト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nitride semiconductor deep ultraviolet
Claims (4)
前記基板上に前記窒化物半導体からなる前記半導体薄膜を形成する半導体薄膜形成工程と、
前記半導体薄膜形成工程により形成された前記半導体薄膜上に第1の電極を形成する第1電極形成工程と、
前記第1電極形成工程により形成された前記第1の電極をマスクとして前記半導体薄膜をドライエッチングし、前記半導体薄膜の前記第1の電極で覆われた部分に、メサ構造をしたメサ構造部を形成するメサ構造部形成工程と、
前記メサ構造部形成工程後に、前記第1の電極を残存させた状態で、前記ドライエッチングにより露出した前記半導体薄膜の一部に第2の電極を形成する第2電極形成工程と、
を有することを特徴とする窒化物半導体の深紫外発光素子の製造方法。 In a method for manufacturing a nitride semiconductor deep ultraviolet light-emitting element that forms a mesa structure by etching a semiconductor thin film made of a nitride semiconductor formed on a substrate,
A semiconductor thin film forming step of forming the semiconductor thin film made of the nitride semiconductor on the substrate;
A first electrode forming step of forming a first electrode on the semiconductor thin film formed by the semiconductor thin film forming step;
Using the first electrode formed in the first electrode forming step as a mask, the semiconductor thin film is dry-etched, and a mesa structure portion having a mesa structure is formed in a portion covered with the first electrode of the semiconductor thin film. A mesa structure forming step to be formed;
A second electrode forming step of forming a second electrode on a part of the semiconductor thin film exposed by the dry etching with the first electrode remaining after the mesa structure forming step;
A method for producing a nitride semiconductor deep ultraviolet light emitting device, comprising:
前記半導体薄膜を前記ドライエッチングするエッチングガスは、塩素系ガスであることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体の深紫外発光素子の製造方法。 The surface of the first electrode opposite to the surface on the semiconductor thin film side is a surface formed of Ni,
2. The method of manufacturing a nitride semiconductor deep ultraviolet light emitting device according to claim 1, wherein an etching gas for dry etching the semiconductor thin film is a chlorine-based gas. 3.
前記第1電極形成工程は、前記コンタクト層上に前記第1の電極を形成する工程を有し、
前記メサ構造部形成工程は、前記第1の電極を前記マスクとして、前記コンタクト層、前記第2導電型の半導体層、前記発光層、前記第1導電型の半導体層をドライエッチングする工程を有し、
前記第2電極形成工程は、前記ドライエッチングにより露出した前記第1導電型の半導体層の一部に前記第2の電極を形成する工程を有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の窒化物半導体の深紫外発光素子の製造方法。 The semiconductor thin film forming step includes a step of forming a buffer layer on the substrate, a step of forming a first conductivity type semiconductor layer on the buffer layer, and a light emitting layer on the first conductivity type semiconductor layer. Forming a semiconductor layer of a second conductivity type different from the first conductivity type on the light emitting layer, forming a contact layer on the semiconductor layer of the second conductivity type, Have
The first electrode forming step includes a step of forming the first electrode on the contact layer,
The mesa structure forming step includes a step of dry etching the contact layer, the second conductivity type semiconductor layer, the light emitting layer, and the first conductivity type semiconductor layer using the first electrode as the mask. And
4. The method according to claim 1, wherein the second electrode forming step includes a step of forming the second electrode on a part of the semiconductor layer of the first conductivity type exposed by the dry etching. 5. The manufacturing method of the deep ultraviolet light emitting element of the nitride semiconductor as described in any one of Claims.
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