JP2599250B2

JP2599250B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体のドライエッチング方法

Info

Publication number: JP2599250B2
Application number: JP6149960A
Authority: JP
Inventors: 雅之妹尾; 孝夫山田; 完治板東; 俊男福田
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 1997-04-09
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: JPH0817803A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオード、レー
ザーダイオード等のデバイスに使用される窒化ガリウム
系化合物半導体のドライエッチング方法に係り、特に反
応性プラズマを用いたエッチング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）材
料として窒化ガリウム系化合物半導体が実用化されつつ
ある。例えば、青色ＬＥＤの発光チップは、基板上にＧ
ａＮバッファ層、ｎ型ＧａＮ層、ｎ型ＧａＡｌＮ層、Ｉ
ｎＧａＮ層、ｐ型ＧａＡｌＮ層、ｐ型ＧａＮ層が順次積
層されたダブルヘテロ構造を有している。

【０００３】そして、このような窒化ガリウム系化合物
半導体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。サファイア基板は、電気絶縁
性であるから、その上に電極を設け、これをサファイア
基板を介して窒化ガリウム系化合物半導体層と電気的に
接続させることはできない。そこで、窒化ガリウム系化
合物半導体のエッチングが必要となる。上述のダブルヘ
テロ構造を例にとって説明すると、最上層であるｐ型Ｇ
ａＮ層から順に、ｐ型ＧａＡｌＮ層、ＩｎＧａＮ層およ
びｎ型ＧａＡｌＮ層の一部をエッチング除去してｎ型Ｇ
ａＮ層の一部を露出させることが必要である。そのｎ型
ＧａＮ層の露出表面にｎ電極を設ける。なお、ｐ電極
は、最上層のｐ型ＧａＮ層表面に設ける。

【０００４】また、窒化ガリウム系化合物半導体のダブ
ルヘテロ構造が実現されたことにより、窒化ガリウム系
化合物半導体は、ＬＥＤだけでなく短波長のレーザーダ
イオード（ＬＤ）の材料としても実用され得るようにな
ってきている。窒化ガリウム系化合物半導体を用いたＬ
Ｄのような発光デバイスを作成するにはエッチング技術
が非常に重要である。窒化ガリウム系化合物半導体は他
のＧａＡｓ、ＧａＰ等の半導体材料のように劈開性を有
していないため、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。

【０００５】さて、窒化ガリウム系化合物半導体のエッ
チング技術に関し、反応性のガスプラズマを用いたドラ
イエッチング法が知られており、これについて従来多く
の報告がある。例えば特開平１−２０４４２５号公報に
はＣＦ₄ ガスを用いた方法、特開平３−１０８７７９号
公報にはＣＣｌ₂ Ｆ₂ ガス、ＣＣｌ₄ ガス、ＣＦ₄ ガス
を用いた方法、特開平４−３４９２９号公報にはＢＣｌ
₃ ガスによる方法が示されている。また、Ｃｌ₂ ／Ｈ₂
の混合ガス、ＢＣｌ₃ ／Ａｒの混合ガスを用いた方法
（Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｎｏｌ．８，（１
９９３）３１０−３１２）、ＢＣｌ₃ ／ＳｉＣｌ₄ の混
合ガスを用いた方法（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．
６４（７），１４Ｆｅｂ．１９９４）、ＳｉＣｌ₄ ガ
ス、またはＳｉＣｌ₄ ／ＳｉＦ₄ の混合ガスを用いた方
法（Ａｐｐ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６３（２０），１５
Ｎｏｖ．１９９３）等も報告されている。

【０００６】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
上に設置した窒化ガリウム系化合物半導体をドライエッ
チングする方法であり、いずれもウェットエッチング方
法（例えば、リン酸と硫酸の混酸を用いた方法）に比べ
て、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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の方法では、ガスの種類によりエッチング残渣（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
となっている状態）、エッチピット（エッチング面に孔
が開いたようになって凹凸状となっている状態）等が発
生しやすいものがあり、平滑なエッチング面が得られに
くいという問題があった。さらに、エッチング時のエッ
チング室内のガス流量、プラズマパワー、真空度等の条
件を同一に制御したにもかかわらず、後のエッチング時
におけるエッチング速さ、エッチング方向等が先のエッ
チング時のそれと異なりエッチング結果が安定しにく
い、すなわち再現性に劣るという問題があった。さらに
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。

【０００８】従って本発明の目的とするところは、まず
第１にエッチング面のエッチング残渣、エッチピット等
がなく平滑なエッチング面が得られ、第２に、良好な再
現性をもってエッチングでき、第３に、複数の窒化ガリ
ウム系化合物半導体に対してもそれらを同時にエッチン
グしたとき同一結果でエッチングできる方法を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】本発明者ら
は、窒化ガリウム系化合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、窒化ガリウム系化合物半導
体をケイ素ラジカルおよび塩化ケイ素ラジカルの作用に
供しつつ塩素ガスから発生されたプラズマガスでエッチ
ングすることにより所期の目的を達成できることを見い
出し、本発明を完成するに至った。

【００１０】本発明の第１の態様において、窒化ガリウ
ム系化合物半導体を塩素ガスとケイ素含有ガスとの２種
類のガスを含むプラズマ発生ガスから発生されたプラズ
マガスでエッチングする。

【００１１】また、本発明の第２の態様において、エッ
チング室内にケイ素片と窒化ガリウム系化合物半導体と
を設置し、前記ケイ素片を塩素ガスから発生するプラズ
マガスの作用に供するとともに、前記窒化ガリウム系化
合物半導体を前記プラズマガスでエッチングする。

【００１２】以下、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窒化ガリウム系化合
物半導体は、ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ等のガリ
ウムと窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であり、式
Ｉｎ_a Ａｌ_b Ｇａ_1-a-b Ｎ（ここで、０≦ａ、０≦ｂ、
ａ＋ｂ≦１）で表わすことができる。これら窒化ガリウ
ム系化合物半導体は、不純物がドープされたものでも、
ドープされていないものでもよく、また、不純物として
は、ｐ型、ｎ型のいずれでもよい。また、窒化ガリウム
系化合物半導体は、単一層構造であっても、多層構造で
あってもよい。多層構造の場合、その全てが窒化ガリウ
ム系化合物半導体で形成されていてもよく、あるいはそ
のうちの少なくとも１層が窒化ガリウム系化合物半導体
で形成されたものでもよい。本発明においては、窒化ガ
リウム系化合物半導体が上記いずれの形態で存在してい
てもこれを良好にエッチングすることができる。窒化ガ
リウム系化合物半導体は、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、ダブルヘテロ構造を含む
多層構造の窒化ガリウム系化合物半導体のドライエッチ
ングに好適である。

【００１３】さて、本発明の第１の態様において、窒化
ガリウム系化合物半導体を塩素ガス（Ｃｌ₂ ）とケイ素
含有ガスとの２種類のガスを含むプラズマ発生ガスから
発生されたプラズマガスでエッチングする。より具体的
には、通常１０^-6ｔｏｒｒのオーダーに減圧されたエッ
チング室内に設置された電極（例えば、平行平板電極の
一方）上に窒化ガリウム系化合物半導体を載置し、エッ
チング室内に塩素ガスとケイ素含有ガスとの２種類のガ
スを含む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窒化ガリウム系化合物半導体をエッ
チングする。

【００１４】ここで用いるケイ素含有ガスとしては、例
えば四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ₄ ）、四フッ化ケイ素（Ｓ
ｉＦ₄ ）等のハロゲン化ケイ素ガス、シランガス（Ｓｉ
Ｈ₄）、さらにはＳｉを含む有機金属化合物ガス等を例
示することができる。これらケイ素含有ガスは、酸化物
の形態にないことが望ましい。最も好ましいケイ素含有
ガスは、四塩化ケイ素である。四塩化ケイ素は、塩素を
含むので、塩素ガスと共に窒化ガリウム系化合物半導体
をエッチングする際、塩素とケイ素以外の他の元素が窒
化ガリウム系化合物半導体に悪影響を及ぼすことがな
い。従って、本発明の第１の態様では、プラズマ発生ガ
スとして四塩化ケイ素ガスと塩素ガスとの組み合わせを
用いることが最も好ましい。

【００１５】本発明の第１の態様において、塩素ガスプ
ラズマは、主として、窒化ガリウム系化合物半導体のエ
ッチングに寄与し、そのエッチング速度を制御するよう
に作用し、ケイ素含有ガスプラズマは、主として、エッ
チング残渣、エッチピットの解消に寄与する。塩素ガス
あるいはケイ素含有ガスのプラズマ分解により発生し、
あるいは発生したラジカルの再結合により生じる塩化ケ
イ素ラジカル（ＳｉＣｌ_x ）、ケイ素ラジカル等がエッ
チングされつつある窒化ガリウム系化合物半導体のエッ
チング面に作用し、エッチング残渣、エッチピットを解
消する。特に塩化ケイ素ラジカルは、還元剤の作用をな
し、窒化ガリウム系化合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、四塩化ケイ素単独でも、プラズ
マ分解等により塩化ケイ素ラジカルを生成するが、四塩
化ケイ素プラズマ単独によるエッチングはその速度が遅
いので好ましくない。

【００１６】さて、本発明の第１の態様において、減圧
されたエッチング室内に導入する塩素ガスの流量は、
０．１ｃｃ／分ないし５００ｃｃ／分であることが好ま
しい。塩素ガスの流量が０．１ｃｃ／分よりも少ない
と、窒化ガリウム系化合物半導体のエッチング速度が遅
くなり実用的でなくなる傾向にあり、他方５００ｃｃ／
分を超えると、エッチング室内の真空度が安定せず、エ
ッチング結果がばらつく傾向にある。

【００１７】ケイ素含有ガスは、窒化ガリウム系化合物
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塩素ガ
スとともに導入される。塩素ガス流量に対するケイ素含
有ガス（特に四塩化ケイ素ガス）の流量比、すなわち混
合比について説明すると、ケイ素含有ガスの流量は、エ
ッチング速度の観点から、好ましくは塩素ガスの流量の
０．４ないし２．５倍、特に好ましくは塩素ガス流量の
０．５倍ないし２倍である。なお、プラズマ発生ガスの
全流量は、０．１ｃｃ／分ないし５００ｃｃ／分の範囲
内にあることが特に好ましい。

【００１８】次に、本発明の第２の態様について説明す
る。第２の態様において、エッチング室内にケイ素片と
窒化ガリウム系化合物半導体とを設置し、前記ケイ素片
を塩素ガスから発生するプラズマガスの作用に供すると
ともに、前記窒化ガリウム系化合物半導体を前記プラズ
マガスでエッチングする。より具体的には、第１の態様
と同様通常１０^-6ｔｏｒｒのオーダーに減圧されたエッ
チング室内に設置された電極（例えば、平行平板電極の
一方）上にケイ素片と窒化ガリウム系化合物半導体を載
置し、エッチング室内に塩素ガスを導入し、電極に高周
波電力を印加して塩素ガスからプラズマを発生させ、そ
のプラズマガスによりケイ素片をエッチングさせつつ窒
化ガリウム系化合物半導体をエッチングする。

【００１９】この第２の態様で使用するケイ素片は、ウ
ェーハの形態にあっても、ウェーハから切り出したチッ
プの形態にあってもよく、そのケイ素は、単結晶でも多
結晶でもよい。通常、ケイ素片上に窒化ガリウム系化合
物半導体を載置する。ケイ素片の露出面積、すなわち塩
素ガスプラズマにより直接エッチングされるケイ素片面
積は、できるだけ大きいことが好ましい。具体的には、
ケイ素片の露出面積は、窒化ガリウム系化合物半導体の
露出面積の１／１００以上であることが望ましい。ケイ
素片の露出面積が窒化ガリウム系化合物半導体の露出面
積の１／１００未満であると、エッチングされる窒化ガ
リウム系化合物半導体のエッチング面のエッチング残渣
やエッチピットが解消されにくく、平坦なエッチング面
が得られにくい傾向となる。

【００２０】この第２の態様では、塩素プラズマが、窒
化ガリウム系化合物半導体とケイ素片をエッチングす
る。エッチングされて飛び出したＳｉが、エッチング容
器内の塩素ラジカルと結合することにより、第１の態様
と同様に塩化ケイ素ラジカル（ＳｉＣｌ_x ）が生成し、
この塩化ケイ素ラジカルやケイ素ラジカル等が第１の態
様と同様に窒化ガリウム系化合物半導体層のエッチング
面を平坦化させる。

【００２１】上記第２の態様において、エッチング室内
に導入される塩素ガスの流量は、０．１ｃｃ／分ないし
２００ｃｃ／分であることが好ましい。本発明（第１の
態様および第２の態様を含む）において、窒化ガリウム
系化合物半導体は、主としてエッチング速度を制御でき
るＣｌと、エッチング表面を平坦化できるＳｉとで同時
にエッチングされるので、迅速かつ平面均一にエッチン
グできる。さらにＳｉとＣｌのプラズマでエッチングす
ることにより、窒化ガリウム系化合物半導体は異方性エ
ッチングされ、エッチング端面を垂直とすることができ
る。

【００２２】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、１×１０^-3ｔｏ
ｒｒないし５００ｔｏｒｒ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０．０１ないし５０Ｗ／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、窒化ガリウム系化合物半導体層表面に形成して選択
エッチングを行う際のマスクには、特に二酸化ケイ素を
好ましく用いることができる。二酸化ケイ素は塩素ガス
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。

【００２３】図１は本発明の方法を実施するために用い
られるドライエッチング装置の一例を概略的に示す図で
ある。この装置は、基本的には、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より構
成されている。

【００２４】より具体的には、例えばアルミニウム製の
エッチング室１の内部には、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。一般に、陽極１１
はアース電位に保たれ、陰極１２に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、
陰極１２を構成する金属材料が溶融するような温度にま
で上昇するので、これを冷却するために裏面に冷却水が
流通されるように中空構造を有している。この陰極１２
には、１３．５６ＭＨｚ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、プラズマが制御される。

【００２５】エッチング室１は、排気管３を有し、この
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内を例えば１０^-6ｔ
ｏｒｒ以下の真空に設定できる。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、常に一定の真空度に保たれ
る。

【００２６】エッチング室１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を
有し、このガス導入管は、外部のプラズマ発生ガス源
（図示せず）と接続されている。より具体的には、エッ
チング室１は、塩素ガスを導入するための第１のガス導
入管４ａ、およびケイ素含有ガスを導入するための第２
のガス導入管４ｂを備える。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により精密に制御される。なお、本
発明の第２の態様におけるように、プラズマ発生ガスと
して塩素のみをエッチング室１内に導入する場合は、ガ
ス導入管４４ｂは省略するか、閉鎖する。

【００２７】次に、上記ドライエッチング装置を用いて
窒化ガリウム系化合物半導体をエッチングする操作を説
明するが、説明の都合上、初めに第２の態様について記
述する。まず、陰極１２上にそれぞれ例えばウェーハの
形態にあるケイ素片１０２を載置し、その上にそれぞれ
例えばウェーハの形態にある窒化ガリウム系化合物半導
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内を１０^-6ｔｏｒｒのオーダーの圧力となる
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から塩素ガスを上に記載した流量と
なるようにマスフローコントローラー４４ａで制御して
エッチング室１内に導入すると同時に排気装置によりエ
ッチング室１内を排気し、圧力調整バルブ３３を調整し
てエッチング室１の圧力を所定の圧力に制御する。エッ
チング室１内の圧力が安定した後、高周波電源２からマ
ッチングボックス２２を介して両電極１１，１２間に塩
素ガスプラズマを発生させ、これによりケイ素片１０２
をエッチングしつつ窒化ガリウム系化合物半導体１０１
をエッチングする。

【００２８】本発明の第１の態様では、ケイ素片１０２
を用いないので、窒化ガリウム系化合物半導体１０１を
陰極１２上に直接載置する。そして、上記第２の態様の
場合と同様に、排気装置を駆動してエッチング室１内を
１０^-6ｔｏｒｒのオーダーの圧力となるまで排気する。
エッチング室１内の真空度が安定した後、ガス導入管４
ａ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で制御してエッチング室１内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４４
ｂで流量を制御しながらケイ素含有ガス（好ましくは四
塩化ケイ素）をエッチング室１内に導入する。これと同
時に排気装置によりエッチング室１内を排気し、圧力調
整バルブ３３を調整してエッチング室１の圧力を所定の
圧力に制御する。エッチング室１内の圧力が安定した
後、高周波電源２からマッチングボックス２２を介して
両電極１１，１２間に塩素ガスおよびケイ素含有ガスか
らプラズマを発生させ、これにより窒化ガリウム系化合
物半導体１０１をエッチングする。

【００２９】

【実施例】次に、本発明を実施例により説明する。以下
の各実施例において、図１に示すようなエッチング装置
を使用した。実施例１厚さ４００μｍ、直径２インチのサファイア基板上に厚
さ２００オングストロームのＧａＮバッファ層、その上
に厚さ４μｍのＧａＮ層を積層したウェーハを用意し
た。上層のＧａＮ層の上に常法により二酸化ケイ素（Ｓ
ｉＯ₂ ）を０．５μｍの厚さに被着し、通常のフォトリ
ソグラフィー技術により二酸化ケイ素膜をパターン化し
てマスクとし、エッチング用サンプル１０１を作製し
た。

【００３０】このエッチング用サンプル１０１を４枚、
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。設置後、真空ポンプでエッチング室１を５×１
０^-6ｔｏｒｒまで排気した。エッチング室１内の真空度
が安定した後、ガス導入管４ａより塩素ガスが８０ｃｃ
／分、およびガス導入管４ｂより四塩化ケイ素ガスが４
０ｃｃ／分の流量で流入されるようにそれぞれマスフロ
ーコントローラー４４ａ，４４ｂで制御して、これらガ
スをエッチング室１に導入した。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０．０４ｔｏｒ
ｒの減圧に制御した。

【００３１】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よりマッチングボックス
２２を介して両電極１１，１２間にプラズマを発生さ
せ、高周波電力面密度１．２７Ｗ／ｃｍ² でエッチング
を開始した。

【００３２】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
（ＳＥＭ）で観察した。図３は、ＳＥＭによるエッチン
グ面の結晶構造を示す写真である。この図に示すよう
に、本発明による方法では、異方性エッチングが行われ
ており、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５６００オングストロー
ム／分と非常に速くエッチングされていた。なお、図３
は４枚中のサンプルの中の一部を観察した図であるが、
他の３枚のサンプルについても図３と同様の平滑なエッ
チング面が得られており、エッチング深さも全て同一で
あった。

【００３３】さらに、前記反応ガスによるＧａＮと二酸
化ケイ素マスクとの選択比（ＧａＮ／ＳｉＯ₂ ）は３
３．０と非常に高く、これはＧａＮはエッチングされや
すく、ＳｉＯ₂ はエッチングされにくいことを示してお
り、ＳｉＯ₂ は本発明の方法に関してマスク材料として
最適であることを示している。

【００３４】図２は、塩素ガスと四塩化ケイ素ガスの流
量比と窒化ガリウム系化合物半導体のエッチング速度と
の関係を示す図である。これは、上記実施例１の高周波
電力面密度、真空度の条件において、塩素ガスと四塩化
ケイ素ガスの合計ガス流量を１２０ｃｃ／分に設定し
て、塩素ガスと四塩化ケイ素ガスとの混合割合を変化さ
せてそれぞれの場合のエッチング速度を測定した結果で
ある。図２に示すように、四塩化ケイ素ガス単独でのエ
ッチングではエッチング速度が遅いが、これに塩素ガス
を混合するに従い、エッチング速度が速くなる傾向にあ
る。しかし、塩素ガス単独では逆にエッチング速度は低
下する。すなわち、上述のように、四塩化ケイ素は、塩
素ガスの体積に対し０．４倍ないし２．５倍の割合で用
いることが好ましく、０．２倍ないし２倍の割合でエッ
チング室１内に導入することがさらに好ましいことがわ
かる。

【００３５】実施例２エッチング室１のステージ上に直径３インチのＳｉウェ
ーハ１０２を４枚設置した。そして、実施例１と同様に
作成した直径２インチのエッチング用サンプル１０１を
それぞれのＳｉウェーハ１０２のほぼ中央に位置するよ
うに載置した。

【００３６】その後、四塩化ケイ素ガスを導入すること
なく塩素ガスのみを１２０ｃｃ／分の流量でエッチング
室１内に導入した以外は実施例１と同様にしてサンプル
１０１をエッチングした。その結果、図３に示すエッチ
ング面とほぼ同等な平滑面を得て、エッチング面もほぼ
垂直となりＧａＮ層の異方性エッチングが行われたこと
を確認した。なおエッチング速度は５０００オングスト
ローム／分であり、４枚全てのサンプルが同様のエッチ
ング形状、同一のエッチング速度でエッチングされてい
た。またＧａＮ／ＳｉＯ₂ のエッチング選択比も３５．
７と高かった。

【００３７】比較例１四塩化ケイ素ガスを使用せず、塩素ガスのみを１２０ｃ
ｃ／分の流量でエッチング室１内に導入した以外は実施
例１と同様にしてエッチングを行った。エッチング後の
ＳＥＭによるエッチング面の結晶構造を示す写真を図４
に示す。図４ではエッチングされたＧａＮ面に多数のエ
ッチピットが発生して微細な凹凸があることがわかる。
またエッチング速度は２５００オングストローム／分で
あった。なお他の３枚についても同様にエッチピットが
発生し、エッチング速度で±５％のばらつきがあった。

【００３８】比較例２実施例１と同一のサンプルに対し、プラズマ発生ガスと
して塩素ガスを３０ｃｃ／分、および三塩化ホウ素ガス
を１０ｃｃ／分の流量でエッチング室１内に導入した以
外は実施例１と同様にしてエッチングを行ったところ、
ＧａＮエッチング面には、比較例１の場合と同様、エッ
チピットが多数発生してエッチング面に微細な凹凸が観
察された。またエッチングレートは１５２０オングスト
ローム／分であり、ＧａＮ／ＳｉＯ₂ のエッチング選択
比も２．６２と低い値を示した。

【００３９】実施例３本実施例については、図５および図６をも参照して説明
する。図５はこの実施例に使用した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５０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
厚さ０．５μｍのものである。図６はこの実施例により
得られた発光素子の構造を示す断面図である。

【００４０】厚さ４００μｍ、直径２インチのサファイ
ア基板６０上に厚さ２００オングストロームのＧａＮバ
ッファ層６１と、厚さ４μｍのｎ型ＧａＮ層６２、厚さ
０．２μｍのｎ型ＧａＡｌＮ６３、厚さ４００オングス
トロームのＩｎＧａＮ層６４、厚さ０．２μｍのｐ型Ｇ
ａＡｌＮ層６５、および厚さ０．３μｍのｐ型ＧａＮ層
６６を順に積層したウェーハを用意した。

【００４１】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
て窒化ガリウム系化合物半導体層をエッチングした。エ
ッチング深さがｎ型ＧａＮ層６２に達したのを確認して
エッチングを終了した。エッチング終了後、ウェーハを
フッ酸に浸漬してマスクを除去した後、常法に従い、ｐ
型ＧａＮ層６６にはｐ電極６８を、エッチングにより露
出したｎ型ＧａＮ層６２にはｎ電極６７をそれぞれ蒸着
により形成した。

【００４２】電極形成後、ウェーハを図５に示す破線に
従って切断して、直径２インチのウェーハ１枚から１万
５千個の発光チップを得た。その発光素子の構造を図６
の断面図で示す。

【００４３】この発光チップのｎ型ＧａＮ層６２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
ていた。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
る電極間ショートは、全てのチップについて発生しなか
った。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、窒化ガリウム系化
合物半導体をエッチングするに際し、本発明の方法によ
ると、エッチング面の残渣、エッチピット等が非常に少
ない平滑な面を得ることができる。このため、実施例３
に示すようにこのエッチング面に電極を形成する際、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。

【００４５】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
の窒化ガリウム系化合物半導体素子に対しても所望の深
さでエッチングを制御できる。

【００４６】さらに、複数の窒化ガリウム系化合物半導
体に対しても同時に同一結果でエッチングでき、またエ
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。

【００４７】また本発明の方法によると二酸化ケイ素マ
スクを用いた場合、そのマスクと窒化ガリウム系化合物
半導体とのエッチング選択比が非常に高く、薄い膜厚の
マスクでも深く窒化ガリウム系化合物半導体のエッチン
グが行えるという効果もある。

【００４８】このように本発明のエッチング方法は窒化
ガリウム系化合物半導体のエッチングに対し非常に有用
であり、将来この半導体材料で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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に使用したエッチング装置の
主要部の構造を表す概略的な断面図。

【図２】塩素ガスと四塩化ケイ素ガスの流量比と、窒化
ガリウム系化合物半導体のエッチング速度との関係を示
す図。

【図３】本発明の一実施例による窒化ガリウム系化合物
半導体のエッチング面の結晶構造を示す電子顕微鏡写真
図。

【図４】比較例による窒化ガリウム系化合物半導体のエ
ッチング面の結晶構造を示す電子顕微鏡写真図。

【図５】本発明の一実施例に使用したマスクの形状を示
す平面図。

【図６】本発明の一実施例で得られた窒化ガリウム系化
合物半導体より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、４
ａ，４ｂ…ガス導入管、１１，１２…電極、６２…ｎ型
ＧａＮ層、６６…ｐ型ＧａＮ層、６７…ｎ電極、６８…
ｐ電極、１０１…窒化ガリウム系化合物半導体、１０２
…ケイ素片。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者板東完治徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜化学工業株式会社内 (72)発明者福田俊男東京都国立市谷保992 株式会社プラズマシステム内 (56)参考文献特開昭62−260331（ＪＰ，Ａ) 特開平４−298036（ＪＰ，Ａ) 特開平８−162441（ＪＰ，Ａ) ＡＰＰ．ＰＨＹＳ．ＬＥＴＴ．63［20 ］（1993−11−15）（米）Ｐ．2777− 2779

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化ガリウム系化合物半導体を塩素ガス
とケイ素含有ガスとの２種類のガスを含むプラズマ発生
ガスから発生されたプラズマガスでエッチングすること
を特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体のドライエッ
チング方法。
【請求項２】前記ケイ素含有ガスが、四塩化ケイ素ガ
スである請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体
のドライエッチング方法。
【請求項３】エッチング室内にケイ素片と窒化ガリウ
ム系化合物半導体とを設置し、前記ケイ素片を塩素ガス
から発生するプラズマガスの作用に供するとともに、前
記窒化ガリウム系化合物半導体を前記プラズマガスでエ
ッチングすることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半
導体のドライエッチング方法。
【請求項４】窒化ガリウム系化合物半導体を、ケイ素
ラジカルおよび塩化ケイ素ラジカルの作用に供しつつ塩
素ガスから発生されたプラズマガスでエッチングするこ
とを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体のドライエ
ッチング方法。