JP2599250C - - Google Patents

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JP2599250C
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【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GaNバ
ッファ層、n型GaN層、n型GaAlN層、InGaN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GaN層から順に、p型GaAlN層、InGa
N層およびn型GaAlN層の一部をエッチング除去してn型GaN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LD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CCl22ガス、CCl4ガス、CF4ガスを
用いた方法、特開平4−34929号公報にはBCl3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,(1993)310−312
)、BCl3/SiCl4の混合ガスを用いた方法(Appl.Phys.Let
t.64(7),14 Feb.1994)、SiCl4ガス、または SiCl4/SiF4の混合ガスを用いた方法(App.Phys.Lett.6
3(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
スで二酸化ケイ素をマスクとして選択的にエッチングする。 【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。 【0013】 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InaAlbGa1-a-bN(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。 【0014】 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二酸化ケイ素をマスクとして選択的にエッチングする。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。 【0015】 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(SiF4)等のハロゲン化ケイ素ガス、シランガス(SiH4
、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。 【0016】 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(SiC
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。 【0017】 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。 【0018】 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。 【0019】 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。 【0020】 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。 【0021】 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(
SiClx)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。 【0022】 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。 【0023】 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。 【0024】 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、1×10-3torr
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/cm
2の電力密度を用いることができる。なお、本発明の第2の態様においても、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。 【0025】 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。 【0026】 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11,12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。 【0027】 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10-6torr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。 【0028】 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。 【0029】 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10-6
torr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。 【0030】 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
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44b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。 【0031】 【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。 【0032】 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(SiO2)を0.5
μm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。 【0033】 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5×10-6
torr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4
a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
40cc/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44
a,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0.04torrの減圧に制御した。 【0034】 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。 【0035】 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。 【0036】 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33.0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。 【0037】 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。 【0038】 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。 【0039】 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10
1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。 【0040】 比較例1 四塩化ケイ素ガスを使用せず、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。 【0041】 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30c
c/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。 【0042】 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。 【0043】 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GaAlN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。 【0044】 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。 【0045】 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G
aN層62にはn電極67をそれぞれ蒸着により形成した。 【0046】 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。 【0047】 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。 【0048】 【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。 【0049】 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。 【0050】 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。 【0051】 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
。 【0052】 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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION       [0001]     [Industrial applications]   The present invention is directed to nitride semiconductors used in devices such as light emitting diodes and laser diodes.
The present invention relates to a dry etching method for a gallium arsenide compound semiconductor, and particularly to a reactive plasma.
And an etching method using the same.       [0002]     [Prior art]   Currently, gallium nitride-based compound semiconductors are used as blue light emitting diode (LED) materials
Is being put to practical use. For example, a light emitting chip of a blue LED has a GaN substrate on a substrate.
Buffer layer, n-type GaN layer, n-type GaAlN layer, InGaN layer, p-type GaAlN layer
, P-type GaN layers are sequentially stacked.       [0003]   As a substrate on which such a gallium nitride-based compound semiconductor structure is formed,
In general, a sapphire substrate is used. Sapphire substrate is electrically insulating
Therefore, an electrode is provided on top of this, and this is
It cannot be electrically connected to the compound semiconductor layer. Therefore, gallium nitride-based
Compound semiconductor etching is required. Taking the above double heterostructure as an example
To explain, the p-type GaAlN layer and the InGa
The N layer and a part of the n-type GaAlN layer are removed by etching to form a part of the n-type GaN layer.
It needs to be exposed. An n-electrode is provided on the exposed surface of the n-type GaN layer.
The p-electrode is provided on the surface of the uppermost p-type GaN layer.       [0004]   In addition, the realization of a double hetero structure of gallium nitride based compound semiconductor
Gallium nitride-based compound semiconductors are not only LEDs, but also short-wavelength laser diodes.
It can be used practically as a material for a laser diode (LD). Gallium nitride
In order to create light emitting devices such as LDs using compound semiconductors, etching techniques
The art is very important. Gallium nitride-based compound semiconductors include other GaAs, GaP, etc.
Since it does not have cleavage like the semiconductor material of
When realizing an end-face reflection type LD, the end face etched as vertically as possible
It is necessary to realize.       [0005]   Now, regarding the etching technology of the gallium nitride based compound semiconductor, a reactive gas pump is used.
A dry etching method using plasma is known, and many reports have been published on this method.
There is a notice. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No.FourA method using gas,
JP-A-3-108779 discloses CClTwoFTwoGas, CClFourGas, CFFourGas
The method used, JP-A-4-34929 discloses BClThreeGas method is shown
ing. Also, ClTwo/ HTwoMixed gas of BClThreeUsing mixed gas of / Ar
(Semicond. Sci. Tecnol. 8, (1993) 310-312.
), BClThree/ SiClFourUsing a mixed gas (Appl. Phys. Let)
t. 64 (7), 14 Feb. 1994), SiClFourGas, or SiClFour/ SiFFour(App. Phys. Lett. 6)
3 (20), 15 Nov. 1993).       [0006]   These methods use reactive power generated by a high-frequency power supply in an etching chamber.
Gallium nitride-based compound semiconductor placed on the electrodes by dry etching
And wet etching methods (for example, phosphoric acid and sulfuric acid).
Gallium nitride-based compound with a higher etching rate than the method using mixed acid)
There is an advantage that a semiconductor can be etched into a desired shape.       [0007]     [Problems to be solved by the invention]   However, in the above-mentioned conventional method, the etching residue (etching) depends on the type of gas.
The semiconductor that has not been etched on the etching surface remains in an uneven shape), d.
Ditch pits (in the form of a hole in the etched surface, which is uneven)
Are likely to occur, and it is difficult to obtain a smooth etched surface.
there were. Furthermore, the gas flow rate in the etching chamber during etching, plasma power,
Despite controlling the conditions such as the degree of vacuum in the same way,
Etching differs in etching speed, etching direction, etc. from the previous etching
There was a problem that the result was difficult to stabilize, that is, the reproducibility was poor. Same again
When a plurality of gallium nitride-based compound semiconductor samples are installed in one etching chamber,
There is also a problem that the etching result differs for each sample.       [0008]   Therefore, the object of the present invention is to firstly etch the etching residue on the etched surface.
Secondly, a smooth etched surface without residue, etch pit, etc. can be obtained.
Thirdly, for a plurality of gallium nitride based compound semiconductors
Also provide a way to etch with the same result when they are etched simultaneously
It is to be.       [0009]     Means and action for solving the problem   The present inventors have etched a gallium nitride-based compound semiconductor with a reactive plasma gas. Gallium nitride-based compound semiconductor is converted to silicon radicals and silicon chloride.
Etching with plasma gas generated from chlorine gas while subjecting to the action of elemental radicals
It has been found that the intended purpose can be achieved by
Was.       [0010]   In the first aspect of the present invention, the gallium nitride-based compound semiconductor is made of chlorine gas and silicon dioxide.
Plasma gas generated from a plasma generation gas containing two types of gases including an oxygen-containing gas
Using silicon dioxide as a mask.       [0011]   In the second aspect of the present invention, the silicon piece and the gallium nitride are contained in the etching chamber.
And a silicon-based compound semiconductor, and a plasma gas for generating the silicon pieces from chlorine gas.
Gallium nitride-based compound semiconductor and the plasma gas.
Etch with       [0012]   Hereinafter, the present invention will be described in more detail.       [0013]   The gallium nitride-based compound semiconductor to be dry-etched according to the present invention is GaN
III-V compound semiconductor containing gallium and nitrogen, such as GaN, GaAlN, and InGaN
And the formula InaAlbGa1-abN (where 0 ≦ a, 0 ≦ b, a + b ≦ 1)
Can be represented. These gallium nitride-based compound semiconductors are doped with impurities.
Or undoped, and the impurities are p-type
, N-type. Gallium nitride-based compound semiconductors have a single-layer structure.
Or a multilayer structure. In the case of a multilayer structure, all of them are gallium nitride
May be formed of a compound semiconductor, or at least one of the layers may be
It may be formed of a gallium nitride-based compound semiconductor. In the present invention,
Even if the gallium compound semiconductor is present in any of the above forms,
Can be switched. Gallium nitride based compound semiconductors are based on sapphire
It may be formed on a plate. The present invention relates to a multilayer structure including a double heterostructure.
It is suitable for dry etching of a gallium arsenide compound semiconductor.       [0014]   In the first embodiment of the present invention, the gallium nitride-based compound semiconductor is replaced with chlorine gas.
(ClTwo) And silicon-containing gas generated from a plasma generating gas containing two types of gases
Etching is selectively performed using the silicon dioxide as a mask with the plasma gas. Yo
More specifically, usually 10-6Installed in an etching chamber decompressed to the order of torr
Gallium nitride-based compound semiconductor on a placed electrode (for example, one of parallel plate electrodes)
And two gases, chlorine gas and silicon-containing gas, are contained in the etching chamber.
Introduce the plasma generating gas, apply high frequency power to the electrodes, and
Generates plasma and etches gallium nitride-based compound semiconductor with the plasma
To run.       [0015]   As the silicon-containing gas used here, for example, silicon tetrachloride (SiClFour),
Silicon tetrafluoride (SiFFour), Silane gas (SiHFour)
And an organic metal compound gas containing Si. These
Preferably, the iodine-containing gas is not in the form of an oxide. Most preferred silicon-containing
The gas is silicon tetrachloride. Since silicon tetrachloride contains chlorine, it can be used together with chlorine gas.
When etching gallium nitride-based compound semiconductors, other elements besides chlorine and silicon
Element does not adversely affect the gallium nitride-based compound semiconductor. Therefore, the present invention
In the first aspect, a combination of a silicon tetrachloride gas and a chlorine gas as a plasma generating gas is used.
Most preferably, combination is used.       [0016]   In the first aspect of the present invention, the chlorine gas plasma is mainly composed of gallium nitride.
To contribute to the etching of system-based compound semiconductors and to control the etching rate.
The silicon-containing gas plasma is mainly used for etching residues and etch pits.
Contribute to the solution. Generated by plasma decomposition of chlorine gas or silicon-containing gas
Or a silicon chloride radical (SiC
lx), Gallium nitride-based compound semiconductor where silicon radicals etc. are being etched
It acts on the etched surface of the body and eliminates etching residues and etch pits. Especially salt
The silicon nitride radical acts as a reducing agent and acts on the surface of the gallium nitride-based compound semiconductor. It is assumed that the natural oxide film formed on the surface is removed, which contributes to the flattening of the etched surface.
Is done. In addition, silicon tetrachloride alone may be used to separate
Etching with silicon tetrachloride plasma alone is slow
It is not preferable.       [0017]   In the first embodiment of the present invention, the salt introduced into the depressurized etching chamber is used.
The flow rate of the raw gas is preferably 0.1 cc / min to 500 cc / min.
If the flow rate of chlorine gas is less than 0.1 cc / min, gallium nitride based compound semiconductor
Tends to be impractical due to the low etching rate, while 500 cc / min.
If the pressure exceeds the limit, the degree of vacuum in the etching chamber will not be stable, and the etching result will tend to vary.
In the direction.       [0018]   Silicon-containing gas is used to etch the etched surface of gallium nitride based compound semiconductor
Chlorine gas is introduced into the etching chamber at a quantitative rate sufficient to eliminate residues and etch pits.
Both will be introduced. Silicon-containing gas (especially silicon tetrachloride gas)
S), the flow rate of the silicon-containing gas is described as follows.
From the viewpoint of etching rate, preferably 0.4 to 2.5 times the flow rate of chlorine gas
It is particularly preferably 0.5 to 2 times the chlorine gas flow rate. In addition, plasma emission
The total flow of raw gas may be in the range of 0.1 cc / min to 500 cc / min.
Particularly preferred.       [0019]   Next, a second embodiment of the present invention will be described. In a second aspect, the etchin
A silicon piece and a gallium nitride-based compound semiconductor are installed in a chamber, and the silicon piece is salted.
The gallium nitride-based gas is used for the action of the plasma gas generated from the raw gas.
The compound semiconductor is etched with the plasma gas. More specifically, the first state
Like normal 10-6installed in an etching chamber that is decompressed to the order of torr
On the electrode (for example, one of the parallel plate electrodes) and a silicon gallium nitride-based compound
Place the conductor, introduce chlorine gas into the etching chamber, apply high frequency power to the electrodes
To generate plasma from chlorine gas and etch the silicon pieces with the plasma gas The gallium nitride-based compound semiconductor is etched while etching.       [0020]   The silicon piece used in the second aspect may be in the form of a wafer,
May be in the form of chips cut from
May be. Usually, a gallium nitride-based compound semiconductor is mounted on a silicon piece. Silicon
Exposed area of the piece, i.e. silicon piece directly etched by chlorine gas plasma
The area is preferably as large as possible. Specifically, the exposed area of the silicon piece is
It is desirable that the exposed area of the gallium nitride-based compound semiconductor is 1/100 or more.
No. The exposed area of the silicon piece is 1/100 of the exposed area of the gallium nitride compound semiconductor.
If it is less than the etching surface of the gallium nitride-based compound semiconductor to be etched,
Etching residues and etch pits are not easily eliminated, and a flat etched surface is obtained.
It tends to be difficult.       [0021]   In the second aspect, the chlorine plasma is composed of gallium nitride-based compound semiconductor and silicon.
Etch pieces. The Si that pops out after etching is
By bonding with the chlorine radical, the silicon chloride radical (
SiClx) Is formed, and the silicon chloride radicals and silicon radicals are in the first state.
Similarly, the etched surface of the gallium nitride-based compound semiconductor layer is flattened.       [0022]   In the second aspect, the flow rate of the chlorine gas introduced into the etching chamber is zero.
. It is preferably 1 cc / min to 200 cc / min.       [0023]   In the present invention (including the first aspect and the second aspect), the gallium nitride-based compound
The target semiconductor mainly consists of Cl, whose etching rate can be controlled, and flattened etching surface.
Since it is etched simultaneously with Si that can be supported, etch quickly and uniformly on a plane
Can be Gallium nitride is etched by etching with plasma of Si and Cl.
-Based compound semiconductors are anisotropically etched and the etched end faces must be vertical
Can be.       [0024]   In the present invention, the pressure in the etching chamber during plasma etching is
The same as in the case of Zuma dry etching, for example, 1 × 10-3torr
To 500 torr. Also, the high frequency power density is
The same as in the case of light etching, for example, 0.01 to 50 W / cm
TwoPower density can be used. Note that the second aspect of the present invention also
Used as a mask when performing selective etching by forming on the surface of gallium arsenide compound semiconductor layer
In particular, silicon dioxide can be preferably used. Silicon dioxide is chlorine gas
It has the property of being hardly etched by plasma.       [0025]   FIG. 1 shows an example of a dry etching apparatus used to carry out the method of the present invention.
It is a figure which shows schematically. This apparatus basically includes an etching chamber 1 and a high-frequency power supply.
It comprises a source 2, an exhaust device, and a plasma generating gas introducing device.       [0026]   More specifically, for example, inside the etching chamber 1 made of aluminum, a pair of
Parallel plate type electrodes 11 and 12 are installed facing each other. Generally, the anode 11 is
High-frequency power is applied to the cathode 12. Cathode 12 is a plasma gas
To a temperature at which the metal material forming the cathode 12 melts.
So that the cooling water flows on the back side to cool it.
It has structure. A 13.56 MHz high frequency power supply 2 matches this cathode 12.
It is connected via a switching box 22 to control the plasma.       [0027]   The etching chamber 1 has an exhaust pipe 3, and a dry pump, a turbo
An exhaust device (not shown) in which a pump and the like are combined is connected. This exhaust system
Drives the inside of the etching chamber 1 by, for example, 10-6Can be set to a vacuum below torr
You. The pressure in the etching chamber 1 is controlled, for example, by a pressure control provided in the middle of the exhaust pipe 3.
The pressure is adjusted by the regulating valve 33 and is always maintained at a constant degree of vacuum.       [0028]   The etching chamber 1 further introduces each plasma generating gas into the etching chamber 1.
Gas introduction pipe for the external plasma generating gas source (illustration Without). More specifically, the etching chamber 1 introduces chlorine gas.
First gas introducing pipe 4a for introducing a silicon-containing gas and a second gas introducing pipe 4a for introducing a silicon-containing gas.
Is provided. The flow rate of each gas is distributed to the gas introduction pipes 4a and 4b, respectively.
It is precisely controlled by the provided mass flow controllers 44a and 44b. What
As in the second embodiment of the present invention, only chlorine is used as the plasma generating gas.
When the gas is introduced into the switching chamber 1, the gas introduction pipe 44b is omitted or closed.       [0029]   Next, the gallium nitride-based compound semiconductor is etched using the above dry etching apparatus.
The following describes the second operation for convenience of explanation.
You. First, a silicon piece 102 in the form of, for example, a wafer is placed on the cathode 12 respectively.
Gallium nitride-based compound in the form of, for example, a wafer.
The conductor 101 is placed. Next, the exhaust system is driven to evacuate the inside of the etching chamber 1 for 10 minutes.-6
Evacuate until the pressure is on the order of torr. Low vacuum in etching chamber 1
After that, the chlorine gas is supplied from the gas introduction pipe 4a so that the flow rate becomes the above-mentioned flow rate.
Controlled by the low controller 44a, the gas is introduced into the etching chamber 1 and exhausted at the same time.
The inside of the etching chamber 1 is evacuated by the apparatus, and the pressure adjusting valve 33 is adjusted to etch the etching chamber.
The pressure in the chamber 1 is controlled to a predetermined pressure. After the pressure in the etching chamber 1 is stabilized,
A chlorine gas is supplied between the two electrodes 11 and 12 from the high-frequency power supply 2 via the matching box 22.
Plasma is generated, thereby etching the silicon piece 102 while forming a nitride film.
The compound semiconductor 101 is etched.       [0030]   In the first embodiment of the present invention, since the silicon piece 102 is not used, the gallium nitride-based
The compound semiconductor 101 is directly mounted on the cathode 12. And, in the case of the above second aspect
In the same manner as described above, the inside of the etching chamber 1 is-6torr order
Exhaust until pressure is reached. After the degree of vacuum in the etching chamber 1 is stabilized, the gas introduction pipe
4a, chlorine gas is controlled by the mass flow controller 44a to control the flow rate thereof.
The gas is introduced into the chamber 1 and the mass flow controller is connected through the gas introduction pipe 4b.
The silicon-containing gas (preferably silicon tetrachloride) is controlled while controlling the flow rate by the heater 44b.
It is introduced into the etching chamber 1. At the same time, the inside of the etching chamber 1 is exhausted by the exhaust device. The gas is exhausted, and the pressure in the etching chamber 1 is controlled to a predetermined pressure by adjusting the pressure adjusting valve 33.
I will. After the pressure in the etching chamber 1 is stabilized, the matching
A chlorine gas and a silicon-containing gas are pumped between the electrodes 11 and 12 through a box 22.
Generates plasma, thereby etching the gallium nitride-based compound semiconductor 101
I do.       [0031]     【Example】   Next, the present invention will be described with reference to examples. In each of the following examples, FIG.
Such an etching apparatus was used.       [0032]   Example 1   200 angstroms on a sapphire substrate with a thickness of 400 μm and a diameter of 2 inches
GaN buffer layer and a wafer with a 4 μm thick GaN layer laminated on it
Prepared. Silicon dioxide (SiO 2) is formed on the upper GaN layer by a conventional method.Two) To 0.5
μm thick and a silicon dioxide film
Patterning was used as a mask to produce an etching sample 101.       [0033]   Four of the etching samples 101 were placed at the position of the cathode 12 in the etching chamber 1.
It was set on a fixed table. After installation, the etching chamber 1 was 5 × 10-6
It was evacuated to torr. After the degree of vacuum in the etching chamber 1 is stabilized, the gas introduction pipe 4
80cc / min of chlorine gas from a, and silicon tetrachloride gas from gas introduction pipe 4b
Each of the mass flow controllers 44 is set so that it flows in at a flow rate of 40 cc / min.
These gases were introduced into the etching chamber 1 under the control of a and 44b. At the same time
The inside of the etching chamber 1 is evacuated by a vacuum pump, and the pressure adjusting valve 33 is adjusted.
Thus, the inside of the etching chamber 1 was controlled to a reduced pressure of 0.04 torr.       [0034]   After confirming that the degree of vacuum in the etching chamber 1 is stable, the high-frequency power source 2
A plasma is generated between the electrodes 11 and 12 via the matching box 22 and
Frequency power area density 1.27W / cmTwoEtching was started.       [0035]   After the etching, the sample 101 is taken out of the etching chamber 1, and the sample is etched.
Was observed with a scanning electron microscope (SEM). Fig. 3 shows the etched surface by SEM
5 is a photograph showing a crystal structure of a. As shown in this figure, the method according to the present invention
The isotropic etching is performed, and the etched end face is almost vertical. Further
In addition, no residue or the like is generated on the etched GaN surface, and the GaN surface is etched flat.
You can see that it is done. The etching rate of GaN is 5600 Å
Etching was very fast at a loam / minute. In addition, FIG. 3 is a sample in four sheets.
Is a view in which a part of the sample is observed, and the other three samples are similar to FIG.
A smooth etched surface was obtained, and the etching depths were all the same.       [0036]   Further, the selectivity of GaN and silicon dioxide mask by the reaction gas (GaN
/ SiOTwo) Is as high as 33.0, which means that GaN is easily etched,
SiOTwoIndicates that etching is difficult, and SiOTwoIs related to the method of the present invention.
It is shown that it is most suitable as a mask material.       [0037]   Figure 2 shows the flow ratio of chlorine gas to silicon tetrachloride gas and gallium nitride based compound semiconductor.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the etching rate and the etching speed. This is the high-frequency power of the first embodiment.
Under the conditions of areal density and degree of vacuum, the total gas flow rate of chlorine gas and silicon tetrachloride gas
Set to 120 cc / min and change the mixing ratio of chlorine gas and silicon tetrachloride gas.
It is the result of measuring the etching rate in each case. As shown in FIG.
However, etching with silicon tetrachloride gas alone has a low etching rate.
As the raw gas is mixed, the etching rate tends to increase. But chlorine
Conversely, the etching rate decreases with the gas alone. That is, as described above,
Silicon can be used at a ratio of 0.4 to 2.5 times the volume of chlorine gas.
Preferably, it is further introduced into the etching chamber 1 at a rate of 0.2 to 2 times.
It turns out that it is preferable.       [0038]   Example 2   Four 3 inch diameter Si wafers 102 are placed on the stage of etching chamber 1
did. Then, a 2-inch diameter etching sample prepared in the same manner as in Example 1.
101 was placed so as to be located substantially at the center of each Si wafer 102.       [0039]   Thereafter, only chlorine gas was introduced at 120 cc / min without introducing silicon tetrachloride gas.
Sample 10 in the same manner as in Example 1 except that the sample 10 was introduced into the etching chamber 1 at a flow rate of
1 was etched. As a result, a smooth surface almost equivalent to the etched surface shown in FIG.
As a result, the etching surface became almost vertical and the anisotropic etching of the GaN layer was performed.
And confirmed. The etching rate was 5000 Å / min,
All samples are etched with the same etching shape and the same etching rate
It had been. GaN / SiOTwoWas also as high as 35.7.       [0040]   Comparative Example 1   Etch only chlorine gas at a flow rate of 120 cc / min without using silicon tetrachloride gas
Etching was carried out in the same manner as in Example 1 except that the etching was carried out in the chamber 1. Etch
FIG. 4 shows a photograph showing the crystal structure of the etched surface by SEM after the etching. In FIG.
Has a large number of etch pits on the etched GaN surface and has fine irregularities
You can see that. The etching rate was 2500 Å / min.
Etch pits were similarly generated on the other three sheets, and the etching rate was ± 5%.
There was variation.       [0041]   Comparative Example 2   For the same sample as in Example 1, 30 c of chlorine gas was used as a plasma generating gas.
c / min and boron trichloride gas into the etching chamber 1 at a flow rate of 10 cc / min.
When etching was performed in the same manner as in Example 1 except that
As in Comparative Example 1, a large number of etch pits were generated on the
Fine irregularities were observed. The etching rate is 1520 angstroms /
Min, GaN / SiOTwoAlso showed a low value of 2.62.       [0042]   Example 3   This embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows this implementation.
It is a top view which shows the shape of the silicon dioxide mask used for the example. As shown in FIG.
Each of the mask portions 50 has a radius from a corner of the square to about 約 of the length of one side of the square.
It has a thickness of 0.5 μm and has a shape obtained by cutting out a quarter circle. Figure 6
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of a light emitting device obtained by the example of FIG.       [0043]   200 Å thick on a sapphire substrate 60 with a thickness of 400 μm and a diameter of 2 inches
A GaN buffer layer 61 having a thickness of 4 tons, an n-type GaN layer 62 having a thickness of 4 μm,
2 μm n-type GaAlN 63, 400 Å thick InGaN layer 64
0.2 μm thick p-type GaAlN layer 65 and 0.3 μm thick p-type GaN
A wafer in which the layers 66 were sequentially stacked was prepared.       [0044]   Next, after forming a mask having a shape as shown in FIG. 5 on the surface of the p-type GaN layer 66,
The gallium nitride-based compound semiconductor layer was etched in the same manner as in Example 1.       [0045]   After confirming that the etching depth has reached the n-type GaN layer 62, the etching is terminated.
Was. After etching is completed, the wafer is immersed in hydrofluoric acid to remove the mask,
Accordingly, the p-type GaN layer 66 is provided with the p-electrode 68 and the n-type G
On the aN layer 62, an n-electrode 67 was formed by vapor deposition.       [0046]   After the electrodes are formed, the wafer is cut along the broken line shown in FIG.
15,000 light-emitting chips were obtained from one wafer. The structure of the light emitting device is shown in FIG.
Shown in plan view.       [0047]   The surface of the electrode 67 formed on the surface of the n-type GaN layer 62 of this light emitting chip is
Surface is smooth, and the same surface is obtained by inheriting its properties.
Was. Further, since the etching end face is substantially perpendicular, the electrode 67
Short-circuit between the electrodes caused by the contact between won.       [0048]     【The invention's effect】   As described above, when etching a gallium nitride-based compound semiconductor,
According to the method of the present invention, a flat surface having very little residue on the etched surface, etch pits, etc.
A smooth surface can be obtained. Therefore, as shown in Example 3, this etched surface
When the electrodes are formed on the electrodes, the electrode surfaces can also be smooth surfaces. Wire bond to smooth electrode surface
When the electrodes are connected by soldering, etc., these materials are less likely to be peeled from the electrodes.
Therefore, the reliability of the device is remarkably improved.       [0049]   In addition, since the etching rate is stable, the etching depth can be strictly controlled.
. Therefore, even for a gallium nitride-based compound semiconductor device having a complicated structure,
Etching can be controlled.       [0050]   Furthermore, the same result is simultaneously etched for a plurality of gallium nitride-based compound semiconductors.
Can be etched and the etching rate is faster than other methods, thus improving productivity.
Can be made.       [0051]   According to the method of the present invention, when a silicon dioxide mask is used, the mask is
Very high etching selectivity with gallium arsenide compound semiconductors
Gallium nitride-based compound semiconductors can be etched deeply.
.       [0052]   As described above, the etching method of the present invention provides a method of etching gallium nitride-based compound semiconductors.
This semiconductor material is very useful for laser diodes and solar cells in the future.
In realizing a device such as a pond, its industrial utility value is high.

【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、4a,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。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of a main part of an etching apparatus used in one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a graph showing a relationship between a flow rate ratio of a chlorine gas and a silicon tetrachloride gas and an etching rate of a gallium nitride-based compound semiconductor. FIG. 3 is an electron microscope photograph showing a crystal structure of an etched surface of a gallium nitride-based compound semiconductor according to one embodiment of the present invention. FIG. 4 is an electron micrograph showing a crystal structure of an etched surface of a gallium nitride-based compound semiconductor according to a comparative example. FIG. 5 is a plan view showing the shape of a mask used in one embodiment of the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a structure of a light-emitting element including a gallium nitride-based compound semiconductor obtained in one example of the present invention. [Description of Signs] 1 ... Etching chamber, 2 ... High frequency power supply, 3 ... Exhaust pipe, 4a, 4b ... Gas introduction pipe,
11, 12 ... electrodes, 62 ... n-type GaN layer, 66 ... p-type GaN layer, 67 ... n-electrode,
68: p electrode; 101: gallium nitride compound semiconductor; 102: silicon piece.

Claims (1)

【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二酸化ケ
イ素をマスクとして選択的に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二酸化
ケイ素をマスクとして選択的に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。
Claims: 1. A gallium nitride-based compound semiconductor is selectively etched with a plasma gas generated from a plasma generation gas containing two kinds of gases, a chlorine gas and a silicon-containing gas, using silicon dioxide as a mask. A method of dry-etching a gallium nitride-based compound semiconductor. 2. The dry etching method for a gallium nitride-based compound semiconductor according to claim 1, wherein the silicon-containing gas is a silicon tetrachloride gas. 3. A silicon piece and a gallium nitride-based compound semiconductor are installed in an etching chamber, and the silicon piece is subjected to the action of a plasma gas generated from chlorine gas, and the gallium nitride-based compound semiconductor is etched with the plasma gas. A method of dry-etching a gallium nitride-based compound semiconductor. 4. A gallium nitride-based compound semiconductor which is selectively etched with a plasma gas generated from a chlorine gas using silicon dioxide as a mask while being subjected to the action of silicon radicals and silicon chloride radicals. Dry etching method for compound semiconductor.

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