JP3165374B2 - 化合物半導体の電極の形成方法 - Google Patents
化合物半導体の電極の形成方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム系II
I-Ｖ族間化合物半導体の電極の形成方法に関し、特に、
窒化ガリウム系III-Ｖ族間化合物半導体のドライエッチ
ング技術を用いた電極の形成方法に関するものである。
I-Ｖ族間化合物半導体の電極の形成方法に関し、特に、
窒化ガリウム系III-Ｖ族間化合物半導体のドライエッチ
ング技術を用いた電極の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＧａＮ、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ、Ｇａ
x Ａｌ1-x Ｎといった、窒化ガリウム系化合物半導体
が、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）や青色レーザーダイ
オード（ＬＤ）の材料として、注目されている。この化
合物半導体を使うことによって、これまで十分高い発光
強度を得ることが困難であった青色光を発するＬＥＤや
ＬＤを得ることが可能となってきた。
x Ａｌ1-x Ｎといった、窒化ガリウム系化合物半導体
が、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）や青色レーザーダイ
オード（ＬＤ）の材料として、注目されている。この化
合物半導体を使うことによって、これまで十分高い発光
強度を得ることが困難であった青色光を発するＬＥＤや
ＬＤを得ることが可能となってきた。
【０００３】窒化ガリウム系化合物半導体を使った青色
発光素子としては、例えば、特開平５−６３２６６に記
載されているようなものがあった。図１６に、このよう
な従来のＬＥＤの構造を示す。すなわち、青色発光素子
２は、サファイヤ基板１００の上にバッファ層２０１を
介して積層されたｎ型ＧａＮ半導体層２０２、ｐ型Ｇａ
Ｎ半導体層２０３からなっている。これらｎ型ＧａＮ半
導体層２０２、ｐ型ＧａＮ半導体層２０３間の空乏層
に、キャリアを注入することによって発光を行うことが
できる。このような青色発光素子を製造するには、先ず
サファイヤ基板１００を用意し、その上にＭＯ−ＣＶＤ
法等を用いて窒化ガリウムからなる各半導体層２０１，
２０２，２０３を積層していく。その後、その積層基板
をＣＶＤの反応室から取り出して、窒化ガリウム半導体
の積層体に必要なエッチングを施す。最後に、その積層
基板を、適当な大きさに切り分けて個々のチップを分離
する。
発光素子としては、例えば、特開平５−６３２６６に記
載されているようなものがあった。図１６に、このよう
な従来のＬＥＤの構造を示す。すなわち、青色発光素子
２は、サファイヤ基板１００の上にバッファ層２０１を
介して積層されたｎ型ＧａＮ半導体層２０２、ｐ型Ｇａ
Ｎ半導体層２０３からなっている。これらｎ型ＧａＮ半
導体層２０２、ｐ型ＧａＮ半導体層２０３間の空乏層
に、キャリアを注入することによって発光を行うことが
できる。このような青色発光素子を製造するには、先ず
サファイヤ基板１００を用意し、その上にＭＯ−ＣＶＤ
法等を用いて窒化ガリウムからなる各半導体層２０１，
２０２，２０３を積層していく。その後、その積層基板
をＣＶＤの反応室から取り出して、窒化ガリウム半導体
の積層体に必要なエッチングを施す。最後に、その積層
基板を、適当な大きさに切り分けて個々のチップを分離
する。
【０００４】窒化ガリウム系半導体は、化学的に非常に
安定で、塩酸、硫酸、フッ化水素酸等の酸やそれらの混
合液には溶解せず、現状ではウェットエッチングは不可
能である。従って、ドライエッチングを用いなければな
らない。その様なドライエッチングとしては、特開平１
−２７８０２５号又は特開平１−２７８０２６号に記載
されている方法がある。これらの公報においては、四塩
化炭素（ＣＣｌ4 ）又は２フッ化２塩化炭素（ＣＣｌ2
Ｆ2 ）ガスによるドライエッチングが提案されている。
安定で、塩酸、硫酸、フッ化水素酸等の酸やそれらの混
合液には溶解せず、現状ではウェットエッチングは不可
能である。従って、ドライエッチングを用いなければな
らない。その様なドライエッチングとしては、特開平１
−２７８０２５号又は特開平１−２７８０２６号に記載
されている方法がある。これらの公報においては、四塩
化炭素（ＣＣｌ4 ）又は２フッ化２塩化炭素（ＣＣｌ2
Ｆ2 ）ガスによるドライエッチングが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、２フッ
化２塩化炭素（ＣＣｌ2 Ｆ2 ）は、フロンガス規制の対
象となっており、排ガスの処理等の取り扱いが難しく、
特別な配慮を行う必要がある。一方、四塩化炭素（ＣＣ
ｌ4 ）を用いた方法では、その様な問題はないが、２フ
ッ化２塩化炭素（ＣＣｌ2 Ｆ2 ）を用いた方法に比較し
て、エッチング速度が非常に遅く生産性があがらないと
いう他の問題がある。更に、常温では液体のため圧力や
流量を一定に維持することが困難で取扱が厄介だという
問題もある。
化２塩化炭素（ＣＣｌ2 Ｆ2 ）は、フロンガス規制の対
象となっており、排ガスの処理等の取り扱いが難しく、
特別な配慮を行う必要がある。一方、四塩化炭素（ＣＣ
ｌ4 ）を用いた方法では、その様な問題はないが、２フ
ッ化２塩化炭素（ＣＣｌ2 Ｆ2 ）を用いた方法に比較し
て、エッチング速度が非常に遅く生産性があがらないと
いう他の問題がある。更に、常温では液体のため圧力や
流量を一定に維持することが困難で取扱が厄介だという
問題もある。
【０００６】従って、本発明の目的は、操作が容易で適
用範囲の広い窒化ガリウム系化合物半導体のドライエッ
チングを用いた電極の形成方法を提供することである。
用範囲の広い窒化ガリウム系化合物半導体のドライエッ
チングを用いた電極の形成方法を提供することである。
【０００７】本発明の他の目的は、上記窒化ガリウム系
化合物半導体のドライエッチング方法を用いて、製造歩
留りが高く、高品質な窒化ガリウム系青色発光素子を得
ることが可能な電極の形成方法を提供することである。
化合物半導体のドライエッチング方法を用いて、製造歩
留りが高く、高品質な窒化ガリウム系青色発光素子を得
ることが可能な電極の形成方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する為
に、本発明は、インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム
系半導体層を少なくとも１層含む窒化ガリウム系半導体
層からなる多層構造を堆積する工程と、三塩化ホウ素
（ＢＣｌ3 ）と塩素（Ｃｌ2 ）を含むエッチングガスに
よって、この多層構造をインジウム（Ｉｎ）を含む窒化
ガリウム系半導体層を貫通するようにエッチングするこ
とにより電極形成用溝部を形成し、この電極形成用溝部
の底部にｎ型の窒化ガリウム系半導体層の一部を露出す
る工程と、電極形成用溝部の底部に金属層を選択的に形
成し、オーミック電極を構成する工程とからなる化合物
半導体の電極の形成方法であることを第１の特徴とす
る。
に、本発明は、インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム
系半導体層を少なくとも１層含む窒化ガリウム系半導体
層からなる多層構造を堆積する工程と、三塩化ホウ素
（ＢＣｌ3 ）と塩素（Ｃｌ2 ）を含むエッチングガスに
よって、この多層構造をインジウム（Ｉｎ）を含む窒化
ガリウム系半導体層を貫通するようにエッチングするこ
とにより電極形成用溝部を形成し、この電極形成用溝部
の底部にｎ型の窒化ガリウム系半導体層の一部を露出す
る工程と、電極形成用溝部の底部に金属層を選択的に形
成し、オーミック電極を構成する工程とからなる化合物
半導体の電極の形成方法であることを第１の特徴とす
る。
【０００９】本発明の第１の特徴によれば、オーミック
電極のコンタクト抵抗が、従来技術によるコンタクト抵
抗より、１桁から２桁低い１０-4〜１０-5Ωｃｍ2 が実
現できる。これは本発明のプラズマエッチングによる溝
部の底部に露出したｎ型の窒化ガリウム系半導体層のダ
メージが少ないことや、エッチング時に窒素の空孔がで
き、この窒素の空孔がｎ型となるためエッチング表面の
キャリア密度が増加するためと考えられる。また、本発
明の第１の特徴によれば、フロンガス規制の対象となる
ようなエッチングガスを使うことのないドライエッチン
グを用いた電極の形成方法が実現できる。
電極のコンタクト抵抗が、従来技術によるコンタクト抵
抗より、１桁から２桁低い１０-4〜１０-5Ωｃｍ2 が実
現できる。これは本発明のプラズマエッチングによる溝
部の底部に露出したｎ型の窒化ガリウム系半導体層のダ
メージが少ないことや、エッチング時に窒素の空孔がで
き、この窒素の空孔がｎ型となるためエッチング表面の
キャリア密度が増加するためと考えられる。また、本発
明の第１の特徴によれば、フロンガス規制の対象となる
ようなエッチングガスを使うことのないドライエッチン
グを用いた電極の形成方法が実現できる。
【００１０】本発明の第１の特徴において、多層構造
は、インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体層
の上にｐ型の窒化ガリウム系半導体層が堆積されてお
り、電極形成用溝部は、このｐ型の窒化ガリウム系半導
体及びインジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体
層を貫通するようにエッチングして形成することが好ま
しい。特定のｎ型の窒化ガリウム系半導体については、
三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ） のみでもある程度のエッチン
グ効果は期待できるが、ｐ型の窒化ガリウム系半導体の
場合は、これをエッチングするには、上記の２つのエッ
チングガスが不可欠であるからである。
は、インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体層
の上にｐ型の窒化ガリウム系半導体層が堆積されてお
り、電極形成用溝部は、このｐ型の窒化ガリウム系半導
体及びインジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体
層を貫通するようにエッチングして形成することが好ま
しい。特定のｎ型の窒化ガリウム系半導体については、
三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ） のみでもある程度のエッチン
グ効果は期待できるが、ｐ型の窒化ガリウム系半導体の
場合は、これをエッチングするには、上記の２つのエッ
チングガスが不可欠であるからである。
【００１１】本発明の第２の特徴は、第１導電型の窒化
ガリウム系半導体から成る第１のクラッド層と、この第
１のクラッド層の上部の、インジウム（Ｉｎ）を含む実
質的に真性の窒化ガリウム系半導体から成る活性層と、
この活性層の上部の第２導電型の窒化ガリウム系半導体
から成る第２のクラッド層から少なくともなる多層構造
を堆積する工程と、三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）と塩素
（Ｃｌ2 ）を含むエッチングガスによって第２のクラッ
ド層および活性層をエッチングすることにより電極形成
用溝部を形成し、この電極形成用溝部の底部に第１導電
型の窒化ガリウム系半導体層の一部を露出する工程と、
電極形成用溝部の底部に金属層を選択的に形成し、オー
ミック電極を構成する工程とからなる化合物半導体の電
極の形成方法であることである。ここで、「実質的に真
性」とは故意には不純物を添加（ドープ）していないと
いう意である。また、「第１導電型」と「第２導電型」
とは互いに反対導電型である。
ガリウム系半導体から成る第１のクラッド層と、この第
１のクラッド層の上部の、インジウム（Ｉｎ）を含む実
質的に真性の窒化ガリウム系半導体から成る活性層と、
この活性層の上部の第２導電型の窒化ガリウム系半導体
から成る第２のクラッド層から少なくともなる多層構造
を堆積する工程と、三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）と塩素
（Ｃｌ2 ）を含むエッチングガスによって第２のクラッ
ド層および活性層をエッチングすることにより電極形成
用溝部を形成し、この電極形成用溝部の底部に第１導電
型の窒化ガリウム系半導体層の一部を露出する工程と、
電極形成用溝部の底部に金属層を選択的に形成し、オー
ミック電極を構成する工程とからなる化合物半導体の電
極の形成方法であることである。ここで、「実質的に真
性」とは故意には不純物を添加（ドープ）していないと
いう意である。また、「第１導電型」と「第２導電型」
とは互いに反対導電型である。
【００１２】本発明の第２の特徴によれば、第１の特徴
と同様に、オーミック電極のコンタクト抵抗が、従来技
術による値より、１桁から２桁低い１０-4〜１０-5Ωｃ
ｍ2が実現できる。これは本発明のプラズマエッチング
による溝部の底部に露出したｎ型の窒化ガリウム系半導
体層のダメージが少ないことや、エッチング時に窒素の
空孔ができ、この窒素の空孔がｎ型となるためエッチン
グ表面のキャリア密度が増加するためと考えられる。ま
た、本発明の第２の特徴によれば、フロンガス規制の対
象となるようなエッチングガスを使うことのないドライ
エッチングを用いた電極の形成方法が実現できる。
と同様に、オーミック電極のコンタクト抵抗が、従来技
術による値より、１桁から２桁低い１０-4〜１０-5Ωｃ
ｍ2が実現できる。これは本発明のプラズマエッチング
による溝部の底部に露出したｎ型の窒化ガリウム系半導
体層のダメージが少ないことや、エッチング時に窒素の
空孔ができ、この窒素の空孔がｎ型となるためエッチン
グ表面のキャリア密度が増加するためと考えられる。ま
た、本発明の第２の特徴によれば、フロンガス規制の対
象となるようなエッチングガスを使うことのないドライ
エッチングを用いた電極の形成方法が実現できる。
【００１３】本発明の第２の特徴において、多層構造を
堆積する工程と電極形成用溝部を形成する工程の間に、
三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）と塩素（Ｃｌ2 ）を含むエッ
チングガスによって、第２のクラッド層および活性層を
少なくともエッチングし、スクライブラインのメサエッ
チングを行うことが好ましい。窒化ガリウム系半導体で
は、従来は良好なメサエッチングはできなかったのであ
るが、本発明の第２の特徴によれば、窒化ガリウム系半
導体の積層体が形成された基板を、多数のチップに切り
分ける際、予め、窒化ガリウム系半導体の積層体に溝を
つけておき、その切り口で半導体の特性が悪影響を受け
ることを防止できる。
堆積する工程と電極形成用溝部を形成する工程の間に、
三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）と塩素（Ｃｌ2 ）を含むエッ
チングガスによって、第２のクラッド層および活性層を
少なくともエッチングし、スクライブラインのメサエッ
チングを行うことが好ましい。窒化ガリウム系半導体で
は、従来は良好なメサエッチングはできなかったのであ
るが、本発明の第２の特徴によれば、窒化ガリウム系半
導体の積層体が形成された基板を、多数のチップに切り
分ける際、予め、窒化ガリウム系半導体の積層体に溝を
つけておき、その切り口で半導体の特性が悪影響を受け
ることを防止できる。
【００１４】上記の本発明の第１及び第２の特徴におい
て、エッチングは平行平板型プラズマエッチング装置を
用いたプラズマエッチングであり、以下のような条件で
エッチングすることが好ましい： （イ）エッチング圧力は５Ｐａよりは十分小さな１Ｐａ
近傍の圧力である； （ロ）エッチングに用いるプラズマを発生させるための
高周波電力は６０Ｗ乃至１２０Ｗである； （ハ）三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）と塩素（Ｃｌ2 ）が夫
々２０％以上含まれている； （ニ）三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）の流量が実質的に５０
sccm、塩素（Ｃｌ2 ）の流量が実質的に５sccmである。
て、エッチングは平行平板型プラズマエッチング装置を
用いたプラズマエッチングであり、以下のような条件で
エッチングすることが好ましい： （イ）エッチング圧力は５Ｐａよりは十分小さな１Ｐａ
近傍の圧力である； （ロ）エッチングに用いるプラズマを発生させるための
高周波電力は６０Ｗ乃至１２０Ｗである； （ハ）三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）と塩素（Ｃｌ2 ）が夫
々２０％以上含まれている； （ニ）三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）の流量が実質的に５０
sccm、塩素（Ｃｌ2 ）の流量が実質的に５sccmである。
【００１５】このような条件でエッチングすれば、ダメ
ージが少ないエッチングが可能となる。そして、最適な
エッチング条件とすることにより、ｐ型ＧａＮ，ｎ型Ｇ
ａＮ，ｐ型Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ，ｎ型Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ，
ｐ型Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-yＮ，ｎ型Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y ＮおよびＳｉＯ2 のエッチングレートをほぼ同程
度の値にすることが出来る。この結果、アンダーカット
も少なく、ほぼ垂直の側壁を有したＵ溝を形成すること
が可能である。
ージが少ないエッチングが可能となる。そして、最適な
エッチング条件とすることにより、ｐ型ＧａＮ，ｎ型Ｇ
ａＮ，ｐ型Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ，ｎ型Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ，
ｐ型Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-yＮ，ｎ型Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y ＮおよびＳｉＯ2 のエッチングレートをほぼ同程
度の値にすることが出来る。この結果、アンダーカット
も少なく、ほぼ垂直の側壁を有したＵ溝を形成すること
が可能である。
【００１６】さらに、エッチング時のダメージを少なく
するためには、エッチングガスの流量を、エッチングの
終了時の直前において変更することが好ましい。例えば
三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）の流量を実質的に５０sccmか
ら５sccmへ徐々に減らしていき、塩素（Ｃｌ2 ）の流量
を実質的に５sccmから１０sccmへ徐々に増やしていけば
良い。
するためには、エッチングガスの流量を、エッチングの
終了時の直前において変更することが好ましい。例えば
三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）の流量を実質的に５０sccmか
ら５sccmへ徐々に減らしていき、塩素（Ｃｌ2 ）の流量
を実質的に５sccmから１０sccmへ徐々に増やしていけば
良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を用いながら説明する。
て、図面を用いながら説明する。
【００１８】図１を参照して、本発明による窒化ガリウ
ム系半導体のエッチング方法を説明する。図１は、本発
明によるドライエッチングを行なうことのできる平行平
板型プラズマエッチング装置の概略図である。このプラ
ズマエッチング装置１０は、真空チャンバ１１、第１の
反応ガス導入管１２、第２の反応ガス導入管１３、排気
管１４、第１の電極１５、第２の電極１６、第２の電極
１６上に載置された石英板１７とからなっている。石英
板１７は第２の電極１６からエッチング用試料を絶縁す
ると共に第２の電極１６からの金属のコンタミネーショ
ンを防止するための電極カバーの役割を果たしている。
図１においてエッチング用試料、すなわち窒化ガリウム
系半導体の積層体をその表面に形成したサファイヤ基板
１００を、石英板１７上に載置した後、真空チャンバ１
１内を１×１０-2Ｐａ程度迄、排気する。そして、第１
の反応ガス導入管１２から三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）を
５０sccmで、第２の反応ガス導入管１３から塩素（Ｃｌ
2 ）を５sccmで導入すると共に、第１の電極１５と第２
の電極１６間に、 13.56MHz の高周波（ＲＦ）電力が供
給される。すると、真空チャンバ１１内に反応ガスのプ
ラズマが生成され、窒化ガリウム系半導体の積層体のド
ライエッチングを行なうことができる。ドライエッチン
グ中、エッチング圧力は１Ｐａで、基板温度は５℃に保
たれる。エッチング圧力の調整は排気管１４と真空ポン
プの間に接続されたバタフライバルブ等のコンダクタン
ス調整バルブにより調整すればよい。基板温度を５℃に
保つのは、後述するように、選択エッチングに用いるマ
スク材のレジストの耐性を保つためと、高温によるレジ
ストの変質を防止し、剥離が困難になるトラブルを防ぐ
ためである。
ム系半導体のエッチング方法を説明する。図１は、本発
明によるドライエッチングを行なうことのできる平行平
板型プラズマエッチング装置の概略図である。このプラ
ズマエッチング装置１０は、真空チャンバ１１、第１の
反応ガス導入管１２、第２の反応ガス導入管１３、排気
管１４、第１の電極１５、第２の電極１６、第２の電極
１６上に載置された石英板１７とからなっている。石英
板１７は第２の電極１６からエッチング用試料を絶縁す
ると共に第２の電極１６からの金属のコンタミネーショ
ンを防止するための電極カバーの役割を果たしている。
図１においてエッチング用試料、すなわち窒化ガリウム
系半導体の積層体をその表面に形成したサファイヤ基板
１００を、石英板１７上に載置した後、真空チャンバ１
１内を１×１０-2Ｐａ程度迄、排気する。そして、第１
の反応ガス導入管１２から三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）を
５０sccmで、第２の反応ガス導入管１３から塩素（Ｃｌ
2 ）を５sccmで導入すると共に、第１の電極１５と第２
の電極１６間に、 13.56MHz の高周波（ＲＦ）電力が供
給される。すると、真空チャンバ１１内に反応ガスのプ
ラズマが生成され、窒化ガリウム系半導体の積層体のド
ライエッチングを行なうことができる。ドライエッチン
グ中、エッチング圧力は１Ｐａで、基板温度は５℃に保
たれる。エッチング圧力の調整は排気管１４と真空ポン
プの間に接続されたバタフライバルブ等のコンダクタン
ス調整バルブにより調整すればよい。基板温度を５℃に
保つのは、後述するように、選択エッチングに用いるマ
スク材のレジストの耐性を保つためと、高温によるレジ
ストの変質を防止し、剥離が困難になるトラブルを防ぐ
ためである。
【００１９】まず、第１の反応ガス導入管１２から供給
されるＢＣｌ3 と、第２の反応ガス導入管１３から供給
されるＣｌ2 との流量比を色々変えて、エッチングレー
トがどのように変化するかを説明する。ある種のｎ型の
窒化ガリウム系半導体の場合は、ＢＣｌ3 のみでもある
程度のエッチング効果は期待できる。しかし、その他の
窒化ガリウム系半導体、特にｐ型の窒化ガリウム系半導
体をエッチングするには、これら２つのエッチングガス
が不可欠である。エッチング圧力１Ｐａ，ＲＦ出力１２
０Ｗにおいて、ＢＣｌ3 とＣｌ2 との流量比を色々変え
た場合のｐ型の窒化ガリウム系半導体の、エッチングレ
ートがどのように変化するかを調べた結果を図２に示
す。図２から明らかなように、Ｃｌ2 /(Ｃｌ2 ＋ＢＣｌ
3 ）が０．０２から０．８の時にのみ、高いエッチング
レートが得られ、ドライエッチングの効果が現れること
が分かる。より詳細に説明すると、反応ガスにＣｌ2 が
１％以上含まれていれば、期待するドライエッチングの
効果が現われることが分かる。これは、ｐ型の窒化ガリ
ウム系半導体をエッチングするには、Ｃｌ2 の反応性と
ＢＣｌ3 のスパッタの効果が、相乗的に現れる必要があ
るためと思われる。
されるＢＣｌ3 と、第２の反応ガス導入管１３から供給
されるＣｌ2 との流量比を色々変えて、エッチングレー
トがどのように変化するかを説明する。ある種のｎ型の
窒化ガリウム系半導体の場合は、ＢＣｌ3 のみでもある
程度のエッチング効果は期待できる。しかし、その他の
窒化ガリウム系半導体、特にｐ型の窒化ガリウム系半導
体をエッチングするには、これら２つのエッチングガス
が不可欠である。エッチング圧力１Ｐａ，ＲＦ出力１２
０Ｗにおいて、ＢＣｌ3 とＣｌ2 との流量比を色々変え
た場合のｐ型の窒化ガリウム系半導体の、エッチングレ
ートがどのように変化するかを調べた結果を図２に示
す。図２から明らかなように、Ｃｌ2 /(Ｃｌ2 ＋ＢＣｌ
3 ）が０．０２から０．８の時にのみ、高いエッチング
レートが得られ、ドライエッチングの効果が現れること
が分かる。より詳細に説明すると、反応ガスにＣｌ2 が
１％以上含まれていれば、期待するドライエッチングの
効果が現われることが分かる。これは、ｐ型の窒化ガリ
ウム系半導体をエッチングするには、Ｃｌ2 の反応性と
ＢＣｌ3 のスパッタの効果が、相乗的に現れる必要があ
るためと思われる。
【００２０】図３はＲＦ出力１２０Ｗ、エッチング圧力
５Ｐａにおいて、Ｃｌ2 の流量を５sccm一定とした場合
のｐ型の窒化ガリウム系半導体のエッチングレートのＢ
Ｃｌ3 の流量依存性を示す図で、ＢＣｌ3 が１０sccm以
上でほぼ一定のエッチングレートが得られることがわか
る。図４はＲＦ出力１２０Ｗ、エッチング圧力５Ｐａに
おいて、ＢＣｌ3 の流量を５sccm一定とした場合のｐ型
の窒化ガリウム系半導体のエッチングレートのＣｌ2 流
量依存性を示す図で、Ｃｌ2 ５sccm付近で最大値に達し
た後、除去にエッチングレートは低下していることがわ
かる。図５はｐ型の窒化ガリウム系半導体のエッチング
レートの真空チャンバー１１内の圧力依存性、すなわち
エッチング圧力依存性を、ＲＦ出力１２０Ｗ、ＢＣｌ3
流量５sccm，Ｃｌ2 流量５sccmにおいて測定した結果
で、エッチング圧力１Ｐａでほぼ最大のエッチングレー
トとなり、さらに圧力を高くするとエッチングレートは
徐々に低下することがわかる。図６はエッチング圧力５
Ｐａ，ＢＣｌ3 流量５sccm，Ｃｌ2 流量５sccmにおける
ｐ型の窒化ガリウム系半導体のエッチングレートの第１
の電極１５と第２の電極１６の間に印加するＲＦ電力依
存性、すなわち、ＲＦ出力依存性を示す図である。エッ
チングレートはほぼＲＦ出力に比例して増大しているこ
とがわかる。図２〜６に示した条件のうち、エッチング
レートの高い条件ではｐ型ＧａＮ，ｎ型ＧａＮ，ｐ型Ｉ
ｎx Ｇａ1-x Ｎ，ｎ型Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ，ｐ型Ｉｎx Ａ
ｌy Ｇａ1-x-y Ｎ，ｎ型Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎおよ
びＳｉＯ2 のエッチングレートはほぼ同程度のエッチン
グレートである。
５Ｐａにおいて、Ｃｌ2 の流量を５sccm一定とした場合
のｐ型の窒化ガリウム系半導体のエッチングレートのＢ
Ｃｌ3 の流量依存性を示す図で、ＢＣｌ3 が１０sccm以
上でほぼ一定のエッチングレートが得られることがわか
る。図４はＲＦ出力１２０Ｗ、エッチング圧力５Ｐａに
おいて、ＢＣｌ3 の流量を５sccm一定とした場合のｐ型
の窒化ガリウム系半導体のエッチングレートのＣｌ2 流
量依存性を示す図で、Ｃｌ2 ５sccm付近で最大値に達し
た後、除去にエッチングレートは低下していることがわ
かる。図５はｐ型の窒化ガリウム系半導体のエッチング
レートの真空チャンバー１１内の圧力依存性、すなわち
エッチング圧力依存性を、ＲＦ出力１２０Ｗ、ＢＣｌ3
流量５sccm，Ｃｌ2 流量５sccmにおいて測定した結果
で、エッチング圧力１Ｐａでほぼ最大のエッチングレー
トとなり、さらに圧力を高くするとエッチングレートは
徐々に低下することがわかる。図６はエッチング圧力５
Ｐａ，ＢＣｌ3 流量５sccm，Ｃｌ2 流量５sccmにおける
ｐ型の窒化ガリウム系半導体のエッチングレートの第１
の電極１５と第２の電極１６の間に印加するＲＦ電力依
存性、すなわち、ＲＦ出力依存性を示す図である。エッ
チングレートはほぼＲＦ出力に比例して増大しているこ
とがわかる。図２〜６に示した条件のうち、エッチング
レートの高い条件ではｐ型ＧａＮ，ｎ型ＧａＮ，ｐ型Ｉ
ｎx Ｇａ1-x Ｎ，ｎ型Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ，ｐ型Ｉｎx Ａ
ｌy Ｇａ1-x-y Ｎ，ｎ型Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎおよ
びＳｉＯ2 のエッチングレートはほぼ同程度のエッチン
グレートである。
【００２１】以上説明したように、ＢＣｌ3 とＣｌ2 と
を用いたプラズマエッチングによれば、フロンガス規制
の対象となるようなエッチングガスを使うことなく、Ｇ
ａＮ系の化合物半導体、特にＩｎを含むＧａＮ系の化合
物半導体に適用可能なドライエッチングが実現する。
又、エッチング速度も、十分大きく、生産効率も高くな
る。これらのことから、本発明では、ＢＣｌ3 流量５０
sccm，Ｃｌ2 流量５sccm，エッチング圧力１Ｐａ，ＲＦ
出力１２０Ｗを最適な窒化ガリウム系半導体のエッチン
グ条件として選定した。この条件によるプラズマエッチ
ングはアンダーカットも少なく、ほぼ垂直の側壁を有し
たＵ溝を形成することが可能で、しかもエッチング時の
半導体基板に与えるダメージも少ない。
を用いたプラズマエッチングによれば、フロンガス規制
の対象となるようなエッチングガスを使うことなく、Ｇ
ａＮ系の化合物半導体、特にＩｎを含むＧａＮ系の化合
物半導体に適用可能なドライエッチングが実現する。
又、エッチング速度も、十分大きく、生産効率も高くな
る。これらのことから、本発明では、ＢＣｌ3 流量５０
sccm，Ｃｌ2 流量５sccm，エッチング圧力１Ｐａ，ＲＦ
出力１２０Ｗを最適な窒化ガリウム系半導体のエッチン
グ条件として選定した。この条件によるプラズマエッチ
ングはアンダーカットも少なく、ほぼ垂直の側壁を有し
たＵ溝を形成することが可能で、しかもエッチング時の
半導体基板に与えるダメージも少ない。
【００２２】次に図７，図８および図９〜１３を参照し
て、上記のドライエッチングを用いた本発明による窒化
ガリウム系化合物半導体青色発光ダイオードの製造方法
を説明する。図７は本発明の製造方法による窒化ガリウ
ム系化合物半導体青色発光ダイオード１の組立工程直前
の断面図である。図７に示すようにサファイヤ基板１０
０の上に、ｎ型の窒化ガリウム系半導体バッファ層１０
１、ｎ型の窒化ガリウム系半導体コンタクト層１０２が
形成され、その上に、ｎ型の窒化ガリウム系半導体クラ
ッド層１０３、窒化ガリウム系半導体活性層１０４、ｐ
型の窒化ガリウム系半導体クラッド層１０５、ｐ型の窒
化ガリウム系半導体コンタクト層１０６及びｎ型の窒化
ガリウム系半導体コンタクト層１０２に接続したｎ側オ
ーミック電極１０８とｐ型の窒化ガリウム系半導体クラ
ッド層１０５に接続したｐ側オーミック電極１０７が形
成されている。ｎ側オーミック電極１０７はｐ型半導体
コンタクト層１０６の表面からｐ型半導体クラッド層１
０５，活性層１０４，ｎ型半導体クラッド層１０３を貫
通して設けられた溝部の底部にｎ型半導体コンタクト層
１０２を露出させ、ｎ型半導体コンタクト層１０２とオ
ーミック接触するように形成されている。より具体的に
は各層１０１〜１０６に用いる窒化ガリウム系半導体と
して、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ化合物半導体を用いて
いる。これは、その組成ｘ，ｙを調整することで、広範
囲の青色発光を実現することができるからである。ここ
で、組成ｘ，ｙは、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 と、
x + y≦ 1 を満たしている。
て、上記のドライエッチングを用いた本発明による窒化
ガリウム系化合物半導体青色発光ダイオードの製造方法
を説明する。図７は本発明の製造方法による窒化ガリウ
ム系化合物半導体青色発光ダイオード１の組立工程直前
の断面図である。図７に示すようにサファイヤ基板１０
０の上に、ｎ型の窒化ガリウム系半導体バッファ層１０
１、ｎ型の窒化ガリウム系半導体コンタクト層１０２が
形成され、その上に、ｎ型の窒化ガリウム系半導体クラ
ッド層１０３、窒化ガリウム系半導体活性層１０４、ｐ
型の窒化ガリウム系半導体クラッド層１０５、ｐ型の窒
化ガリウム系半導体コンタクト層１０６及びｎ型の窒化
ガリウム系半導体コンタクト層１０２に接続したｎ側オ
ーミック電極１０８とｐ型の窒化ガリウム系半導体クラ
ッド層１０５に接続したｐ側オーミック電極１０７が形
成されている。ｎ側オーミック電極１０７はｐ型半導体
コンタクト層１０６の表面からｐ型半導体クラッド層１
０５，活性層１０４，ｎ型半導体クラッド層１０３を貫
通して設けられた溝部の底部にｎ型半導体コンタクト層
１０２を露出させ、ｎ型半導体コンタクト層１０２とオ
ーミック接触するように形成されている。より具体的に
は各層１０１〜１０６に用いる窒化ガリウム系半導体と
して、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ化合物半導体を用いて
いる。これは、その組成ｘ，ｙを調整することで、広範
囲の青色発光を実現することができるからである。ここ
で、組成ｘ，ｙは、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 と、
x + y≦ 1 を満たしている。
【００２３】ｎ型の窒化ガリウム系半導体バッファ層１
０１は、窒化ガリウム系半導体コンタクト層１０２と、
サファイヤ基板１００との格子間の不整合を緩和するも
のである。Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎの各組成値は、例
えば、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y≦ 1 好ましくは、0 ≦ x
≦ 0.5、0 ≦ y ≦ 0.5 に選ばれる。ｎ型の窒化ガ
リウム系半導体コンタクト層１０２は、ｎ側オーミック
電極１０８に対して良好なオーミック接触を得るための
ものである。Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎの各組成値は、
ｎ型の窒化ガリウム系半導体コンタクト層１０２の場
合、例えば、0≦ x ≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 好ましく
は、0 ≦ x ≦ 0.3、0 ≦ y ≦ 0.3 に選ばれる。や
はり、ｎ型とするために、シリコン（Ｓｉ）やセレン
（Ｓｅ）といった不純物が添加されているが、その不純
物密度は、6 x 1018cm-3である。ｎ型の窒化ガリウム系
半導体クラッド層１０３は、発光領域を形成するｐｉｎ
接合のｎ側を構成する。ｎ型半導体クラッド層１０３に
用いるＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-yＮの各組成値は、発光さ
せたい波長によって適宜調整されるが、例えば、0 ≦ x
≦ 1、0 ≦ y ≦ 1好ましくは、0 ≦ x ≦ 0.3、0.1
≦ y ≦ 1 に選ばれる。又、やはり、ｎ型とするため
に、ＳｉやＳｅといった不純物が添加されているが、そ
の不純物密度は、3 x 1018cm-3である。窒化ガリウム系
半導体活性層１０４は、発光領域の中心となる領域を形
成する層で故意には不純物をドープしていない層、すな
わち実質的に真性半導体の層である。活性層１０４に用
いるＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎの各組成値は、発光させ
たい波長によって適宜調整されるが、例えば、0 ≦ x
≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 好ましくは、0 ≦ x ≦ 0.6、0
≦y ≦ 0.5 に選ばれる。ｐ型の窒化ガリウム系半導
体クラッド層１０５は、発光領域を形成するｐｉｎ接合
のｐ側を構成する。ｐ型半導体クラッド層１０５に用い
るＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎの各組成値は、ｎ型の窒化
ガリウム系半導体クラッド層１０３及び窒化ガリウム系
半導体活性層１０４との関係で、発光させたい波長によ
って適宜調整されるが、例えば、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y
≦ 1 好ましくは、0 ≦ x ≦ 0.3、0.1 ≦ y ≦
1.0 に選ばれる。又、ｐ型とするために、マグネシュ
ーム（Ｍｇ）、ベリリューム（Ｂｅ）、亜鉛（Ｚｎ）と
いった不純物が添加されている。不純物密度は、3 x 10
18cm-3である。ｐ型の窒化ガリウム系半導体コンタクト
層１０６は、ｐ側オーミック電極１０７へのコンタクト
面を設けるためのものである。ｐ型半導体コンタクト層
１０６に用いるＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎの各組成値
は、例えば、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 好ましく
は、0 ≦ x ≦ 0.3、0 ≦ y ≦ 0.3 に選ばれる。
又、ｐ型とするために、やはりＭｇ、Ｂｅ、Ｚｎといっ
た不純物が添加されている。不純物密度は、8 x 1018cm
-3である。
０１は、窒化ガリウム系半導体コンタクト層１０２と、
サファイヤ基板１００との格子間の不整合を緩和するも
のである。Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎの各組成値は、例
えば、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y≦ 1 好ましくは、0 ≦ x
≦ 0.5、0 ≦ y ≦ 0.5 に選ばれる。ｎ型の窒化ガ
リウム系半導体コンタクト層１０２は、ｎ側オーミック
電極１０８に対して良好なオーミック接触を得るための
ものである。Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎの各組成値は、
ｎ型の窒化ガリウム系半導体コンタクト層１０２の場
合、例えば、0≦ x ≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 好ましく
は、0 ≦ x ≦ 0.3、0 ≦ y ≦ 0.3 に選ばれる。や
はり、ｎ型とするために、シリコン（Ｓｉ）やセレン
（Ｓｅ）といった不純物が添加されているが、その不純
物密度は、6 x 1018cm-3である。ｎ型の窒化ガリウム系
半導体クラッド層１０３は、発光領域を形成するｐｉｎ
接合のｎ側を構成する。ｎ型半導体クラッド層１０３に
用いるＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-yＮの各組成値は、発光さ
せたい波長によって適宜調整されるが、例えば、0 ≦ x
≦ 1、0 ≦ y ≦ 1好ましくは、0 ≦ x ≦ 0.3、0.1
≦ y ≦ 1 に選ばれる。又、やはり、ｎ型とするため
に、ＳｉやＳｅといった不純物が添加されているが、そ
の不純物密度は、3 x 1018cm-3である。窒化ガリウム系
半導体活性層１０４は、発光領域の中心となる領域を形
成する層で故意には不純物をドープしていない層、すな
わち実質的に真性半導体の層である。活性層１０４に用
いるＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎの各組成値は、発光させ
たい波長によって適宜調整されるが、例えば、0 ≦ x
≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 好ましくは、0 ≦ x ≦ 0.6、0
≦y ≦ 0.5 に選ばれる。ｐ型の窒化ガリウム系半導
体クラッド層１０５は、発光領域を形成するｐｉｎ接合
のｐ側を構成する。ｐ型半導体クラッド層１０５に用い
るＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎの各組成値は、ｎ型の窒化
ガリウム系半導体クラッド層１０３及び窒化ガリウム系
半導体活性層１０４との関係で、発光させたい波長によ
って適宜調整されるが、例えば、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y
≦ 1 好ましくは、0 ≦ x ≦ 0.3、0.1 ≦ y ≦
1.0 に選ばれる。又、ｐ型とするために、マグネシュ
ーム（Ｍｇ）、ベリリューム（Ｂｅ）、亜鉛（Ｚｎ）と
いった不純物が添加されている。不純物密度は、3 x 10
18cm-3である。ｐ型の窒化ガリウム系半導体コンタクト
層１０６は、ｐ側オーミック電極１０７へのコンタクト
面を設けるためのものである。ｐ型半導体コンタクト層
１０６に用いるＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎの各組成値
は、例えば、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 好ましく
は、0 ≦ x ≦ 0.3、0 ≦ y ≦ 0.3 に選ばれる。
又、ｐ型とするために、やはりＭｇ、Ｂｅ、Ｚｎといっ
た不純物が添加されている。不純物密度は、8 x 1018cm
-3である。
【００２４】ｐ側オーミック電極１０７は、窒化ガリウ
ム系半導体活性層１０４の発光にたいして透明な電極で
ある。具体的には、ＩＴＯ（インジューム・ティン・オ
キサイド）のような金属と酸素の化合物から形成される
が、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金
（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の金属を十分薄く形成
してもよい。ｎ側オーミック電極１０８は、もう一方の
電極であるが、特に透明である必要はない。例えば、チ
タン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラ
ジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属で形成
してもよい。
ム系半導体活性層１０４の発光にたいして透明な電極で
ある。具体的には、ＩＴＯ（インジューム・ティン・オ
キサイド）のような金属と酸素の化合物から形成される
が、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金
（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の金属を十分薄く形成
してもよい。ｎ側オーミック電極１０８は、もう一方の
電極であるが、特に透明である必要はない。例えば、チ
タン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラ
ジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属で形成
してもよい。
【００２５】以上の設定では、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y
Ｎの各組成値は、ｎ型の窒化ガリウム系半導体クラッド
層１０３及びｐ型の窒化ガリウム系半導体クラッド層１
０５のバンドギャップが、窒化ガリウム系半導体活性層
１０４のバンドギャップよりも大きくなるよう決められ
ている。このようにすることによって、窒化ガリウム系
半導体活性層１０４へ注入されるキャリアの量を多く
し、発光強度を更に向上させることができる。
Ｎの各組成値は、ｎ型の窒化ガリウム系半導体クラッド
層１０３及びｐ型の窒化ガリウム系半導体クラッド層１
０５のバンドギャップが、窒化ガリウム系半導体活性層
１０４のバンドギャップよりも大きくなるよう決められ
ている。このようにすることによって、窒化ガリウム系
半導体活性層１０４へ注入されるキャリアの量を多く
し、発光強度を更に向上させることができる。
【００２６】次に図７に示した青色発光ダイオードの製
造方法を図８および図９〜１３を用いて説明する。
造方法を図８および図９〜１３を用いて説明する。
【００２７】ａ）サファイヤ基板１００の上にＭＯ−Ｃ
ＶＤ等を用いて図９に示すようにｎ−Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y Ｎバッファ層１０１，ｎ−Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y Ｎコンタクト層１０２，ｎ−Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y Ｎクラッド層１０３，ノンドープＩｎx Ａｌy Ｇ
ａ1-x-y Ｎ活性層１０４，ｐ−Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y
Ｎクラッド層１０５，ｐ−Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎコ
ンタクト層１０６を連続的に積層する。例えば、ｎクラ
ッド層１０３の厚さは０．１μｍ，活性層１０４の厚さ
は０．２μｍ，ｐクラッド層１０５の厚さは０．５μ
ｍ，ｐコンタクト層１０６の厚さは０．１μｍとする。
図８に、これらの各層を連続成長するためにＭＯ−ＣＶ
Ｄ装置の概略の一例を示す。この装置は高周波（ＲＦ）
誘導加熱方式の減圧ＣＶＤ炉で、真空チャンバ２０と、
その中に設けられた基板ホルダ２１と、反応ガス導入管
２２と、排気管２３と、基板ホルダ２１に置かれた基板
を加熱する高周波コイルとからなっている。ただし高周
波コイルは簡単化のため図示を省略している。図８を用
いた連続エピタキシャル成長は先ず、基板ホルダ２１に
サファイヤ基板１００を載置し、真空チャンバ２０内を
１０-2〜１０-5Ｐａまで排気する。その後、高周誘導加
熱によりサファイア基板１００を昇温し、所定の温度に
維持すると共に、有機金属を含む反応ガスを導入する。
反応ガスとしては、例えば、８５０℃〜１０５０℃の基
板温度においてGa（CH3）3 、In（CH3）3 、Ａl（CH3）
3 及びNH3等を用いればよく、これらの原料ガスは水素
や窒素等からなるキャリアガスと共に導入される。成長
圧力は、約１Ｐａである。このようにして、バッファ層
１０１〜コンタクト層１０６までの窒化ガリウム系半導
体の連続成長が行われる。その際、反応ガスの夫々の成
分比率を切り替えて、各層の成分比を調節する。又、不
純物を添加するために、適宜モノシラン（SiH4）やビス
シクロペンタディエニールマグネシウム（Cp2Mg）等を
導入する。
ＶＤ等を用いて図９に示すようにｎ−Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y Ｎバッファ層１０１，ｎ−Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y Ｎコンタクト層１０２，ｎ−Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y Ｎクラッド層１０３，ノンドープＩｎx Ａｌy Ｇ
ａ1-x-y Ｎ活性層１０４，ｐ−Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y
Ｎクラッド層１０５，ｐ−Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎコ
ンタクト層１０６を連続的に積層する。例えば、ｎクラ
ッド層１０３の厚さは０．１μｍ，活性層１０４の厚さ
は０．２μｍ，ｐクラッド層１０５の厚さは０．５μ
ｍ，ｐコンタクト層１０６の厚さは０．１μｍとする。
図８に、これらの各層を連続成長するためにＭＯ−ＣＶ
Ｄ装置の概略の一例を示す。この装置は高周波（ＲＦ）
誘導加熱方式の減圧ＣＶＤ炉で、真空チャンバ２０と、
その中に設けられた基板ホルダ２１と、反応ガス導入管
２２と、排気管２３と、基板ホルダ２１に置かれた基板
を加熱する高周波コイルとからなっている。ただし高周
波コイルは簡単化のため図示を省略している。図８を用
いた連続エピタキシャル成長は先ず、基板ホルダ２１に
サファイヤ基板１００を載置し、真空チャンバ２０内を
１０-2〜１０-5Ｐａまで排気する。その後、高周誘導加
熱によりサファイア基板１００を昇温し、所定の温度に
維持すると共に、有機金属を含む反応ガスを導入する。
反応ガスとしては、例えば、８５０℃〜１０５０℃の基
板温度においてGa（CH3）3 、In（CH3）3 、Ａl（CH3）
3 及びNH3等を用いればよく、これらの原料ガスは水素
や窒素等からなるキャリアガスと共に導入される。成長
圧力は、約１Ｐａである。このようにして、バッファ層
１０１〜コンタクト層１０６までの窒化ガリウム系半導
体の連続成長が行われる。その際、反応ガスの夫々の成
分比率を切り替えて、各層の成分比を調節する。又、不
純物を添加するために、適宜モノシラン（SiH4）やビス
シクロペンタディエニールマグネシウム（Cp2Mg）等を
導入する。
【００２８】（ｂ）次にその上部にバッファ層１０１〜
コンタクト層１０６が連続的に堆積したサファイア基板
１００をＣＶＤ炉から取り出し、ｐ−Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y Ｎコンタクト層１０６の上部にスパッタリング法
又はＣＶＤ法等を用いてエッチング用マスクとしての酸
化膜（ＳｉＯ2 膜）１１１を形成する。ＳｉＯ2 膜を形
成するためのＣＶＤ法はプラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ
法、熱ＣＶＤ法のいずれでもよい。そして図１０に示す
ように所定のフォトリソグラフィー技術により酸化膜１
１１の上にフォトレジスト１１２のパターニングをす
る。フォトレジストは例えばＡＺ等のポジレジストを用
いればよい。酸化膜は例えば３００ｎｍの厚さ、フォト
レジストは例えば３μｍの厚さとする。
コンタクト層１０６が連続的に堆積したサファイア基板
１００をＣＶＤ炉から取り出し、ｐ−Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y Ｎコンタクト層１０６の上部にスパッタリング法
又はＣＶＤ法等を用いてエッチング用マスクとしての酸
化膜（ＳｉＯ2 膜）１１１を形成する。ＳｉＯ2 膜を形
成するためのＣＶＤ法はプラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ
法、熱ＣＶＤ法のいずれでもよい。そして図１０に示す
ように所定のフォトリソグラフィー技術により酸化膜１
１１の上にフォトレジスト１１２のパターニングをす
る。フォトレジストは例えばＡＺ等のポジレジストを用
いればよい。酸化膜は例えば３００ｎｍの厚さ、フォト
レジストは例えば３μｍの厚さとする。
【００２９】（ｃ）図１０に示すフォトレジスト１１２
と酸化膜１１１からなる２層マスクをプラズマエッチン
グ用マスクとして図１１に示すようにＣｌ2 及びＢＣｌ
3 を用いた平行平板型プラズマエッチングによりｐ−コ
ンタクト層１０６，ｐ−クラッド層１０５，ノンドープ
活性層１０４，ｎクラッド層１０３をエッチングし、深
さ１．２μｍのＵ溝１１３を形成し、ｎコンタクト層１
０２が露出させる。ｎコンタクト層１０２の一部をさら
にエッチングしてもよい。このプラズマエッチングはＢ
Ｃｌ3 の流量５０sccm，Ｃｌ2 の流量５sccm，エッチン
グ圧力１Ｐａ，ＲＥ出力１２０Ｗで１０分間行なえばよ
い。
と酸化膜１１１からなる２層マスクをプラズマエッチン
グ用マスクとして図１１に示すようにＣｌ2 及びＢＣｌ
3 を用いた平行平板型プラズマエッチングによりｐ−コ
ンタクト層１０６，ｐ−クラッド層１０５，ノンドープ
活性層１０４，ｎクラッド層１０３をエッチングし、深
さ１．２μｍのＵ溝１１３を形成し、ｎコンタクト層１
０２が露出させる。ｎコンタクト層１０２の一部をさら
にエッチングしてもよい。このプラズマエッチングはＢ
Ｃｌ3 の流量５０sccm，Ｃｌ2 の流量５sccm，エッチン
グ圧力１Ｐａ，ＲＥ出力１２０Ｗで１０分間行なえばよ
い。
【００３０】（ｄ）プラズマエッチング用マスク材とし
て用いたフォトレジスト１１２をＮａＯＨで除去し、酸
化膜１１１をＨＦで除去後、基板を洗浄する。所定のス
ライトエッチングを行ったｐコンタクト層１０６の上
に、ＣＶＤ法あるいはスパッタリング法によりｐ側オー
ミック電極１０７用のＩＴＯ膜を形成する。このｐ側オ
ーミック電極１０７のパターンニングはいわゆるリフト
・オフ法によるもので、ＩＴＯ膜１０７の堆積の前に、
ＩＴＯ膜１０７がコンタクトする部分以外の半導体層を
フォトレジスト１１４で被膜してから、図１２に示すよ
うにＩＴＯ膜１０７を堆積する。この後フォトレジスト
１１４を除去すればｐコンタクト層１０６の上部のみに
ｐ側オーミック電極１０７のパターンが形成される。
て用いたフォトレジスト１１２をＮａＯＨで除去し、酸
化膜１１１をＨＦで除去後、基板を洗浄する。所定のス
ライトエッチングを行ったｐコンタクト層１０６の上
に、ＣＶＤ法あるいはスパッタリング法によりｐ側オー
ミック電極１０７用のＩＴＯ膜を形成する。このｐ側オ
ーミック電極１０７のパターンニングはいわゆるリフト
・オフ法によるもので、ＩＴＯ膜１０７の堆積の前に、
ＩＴＯ膜１０７がコンタクトする部分以外の半導体層を
フォトレジスト１１４で被膜してから、図１２に示すよ
うにＩＴＯ膜１０７を堆積する。この後フォトレジスト
１１４を除去すればｐコンタクト層１０６の上部のみに
ｐ側オーミック電極１０７のパターンが形成される。
【００３１】（ｅ）次に図１３に示すようにＵ溝の底部
にｎ側オーミック電極１０８を形成する。ｎ側オーミッ
ク電極１０８の形成もリフト・オフ法を用いる。すなわ
ちｎ側オーミック電極１０８形成部分以外をフォトレジ
スト１１５でカバーし、チタン（Ｔｉ），ニッケル（Ｎ
ｉ），アルミニウム（Ａｌ）等の金属材料１０８をスパ
ッタリング法又は真空蒸着法で堆積し、その後フォトレ
ジストを除去すれば、Ｕ溝の底部のみにｎ側オーミック
電極１０８が形成できる（図７参照）。
にｎ側オーミック電極１０８を形成する。ｎ側オーミッ
ク電極１０８の形成もリフト・オフ法を用いる。すなわ
ちｎ側オーミック電極１０８形成部分以外をフォトレジ
スト１１５でカバーし、チタン（Ｔｉ），ニッケル（Ｎ
ｉ），アルミニウム（Ａｌ）等の金属材料１０８をスパ
ッタリング法又は真空蒸着法で堆積し、その後フォトレ
ジストを除去すれば、Ｕ溝の底部のみにｎ側オーミック
電極１０８が形成できる（図７参照）。
【００３２】（ｆ）このようにして、青色発光素子の基
本構造が完成した後、ダイシング工程を行う。すなわち
ダイアモンドカッターで前もってメサエッチングされた
スクライブライン上を切断し、適当な大きさに切り分け
て多数のチップを得る。そしてこれらのチップを所定の
ステム（ワイヤーフレーム）にマウントし、ワイヤボン
ディング後モールディングすれば本発明の青色ＬＥＤが
完成する。
本構造が完成した後、ダイシング工程を行う。すなわち
ダイアモンドカッターで前もってメサエッチングされた
スクライブライン上を切断し、適当な大きさに切り分け
て多数のチップを得る。そしてこれらのチップを所定の
ステム（ワイヤーフレーム）にマウントし、ワイヤボン
ディング後モールディングすれば本発明の青色ＬＥＤが
完成する。
【００３３】なお、上記の説明で省略したが、ダイシン
グ用のスクライブラインのメサエッチングは、上記
（ｂ），（ｃ）で説明したＵ溝１１３のエッチングの前
に行う。すなわち上記（ａ）の連続エピタキシーの直後
にＳｉＯ2 膜を堆積し、ＳｉＯ2膜とフォトレジストの
２層マスクを用いて、ＢＣｌ3 とＣｌ2 を用いたドライ
エッチングで行う。これは、窒化ガリウム系半導体の積
層体が形成された基板を、多数のチップに切り分ける
際、その切り口で半導体の特性が悪影響を受けるので、
予め窒化ガリウム系半導体の積層体に溝をつけておくの
である。これはメサ型の半導体一般で行われていること
であるが窒化ガリウム系半導体では、従来は良好なメサ
エッチングはできなかったのである。本発明において
は、カットを行うスクライブラインの位置に沿って、ｎ
型の窒化ガリウム系半導体クラッド層１０３、窒化ガリ
ウム系半導体活性層１０４、ｐ型の窒化ガリウム系半導
体クラッド層１０５、ｐ型の窒化ガリウム系半導体コン
タクト層１０６をプラズマエッチングによって容易かつ
正確に部分的に取り除くことができる。この後、フォト
レジストとＳｉＯ2 膜とを除去し、基板表面を洗浄後、
上記（ｂ）で説明したＳｉＯ2 膜１１１のＣＶＤを行な
えばよい。結局メサエッチングをドライエッチングで行
う場合は、ＳｉＯ2 膜の形成を２回行うことになる。
グ用のスクライブラインのメサエッチングは、上記
（ｂ），（ｃ）で説明したＵ溝１１３のエッチングの前
に行う。すなわち上記（ａ）の連続エピタキシーの直後
にＳｉＯ2 膜を堆積し、ＳｉＯ2膜とフォトレジストの
２層マスクを用いて、ＢＣｌ3 とＣｌ2 を用いたドライ
エッチングで行う。これは、窒化ガリウム系半導体の積
層体が形成された基板を、多数のチップに切り分ける
際、その切り口で半導体の特性が悪影響を受けるので、
予め窒化ガリウム系半導体の積層体に溝をつけておくの
である。これはメサ型の半導体一般で行われていること
であるが窒化ガリウム系半導体では、従来は良好なメサ
エッチングはできなかったのである。本発明において
は、カットを行うスクライブラインの位置に沿って、ｎ
型の窒化ガリウム系半導体クラッド層１０３、窒化ガリ
ウム系半導体活性層１０４、ｐ型の窒化ガリウム系半導
体クラッド層１０５、ｐ型の窒化ガリウム系半導体コン
タクト層１０６をプラズマエッチングによって容易かつ
正確に部分的に取り除くことができる。この後、フォト
レジストとＳｉＯ2 膜とを除去し、基板表面を洗浄後、
上記（ｂ）で説明したＳｉＯ2 膜１１１のＣＶＤを行な
えばよい。結局メサエッチングをドライエッチングで行
う場合は、ＳｉＯ2 膜の形成を２回行うことになる。
【００３４】即ち、本発明のＢＣｌ3 ＋Ｃｌ2 ガスを用
いたプラズマエッチングによれば、エッチング表面とな
るｎコンタクト層１０２のコンタクト抵抗が、通常成長
されたコンタクト層のコンタクト抵抗１０-3Ωｃｍ2 よ
り、１桁から２桁低い１０-4〜１０-5Ωｃｍ2 が実現で
きる。これは本発明のプラズマエッチングによるｎコン
タクト層のダメージが少ないことや、エッチング時窒素
の空孔ができ、この窒素の空孔がｎ型となるためエッチ
ング表面のキャリア密度が増加するためと考えられる。
したがって本発明によれば、高発光効率の発光素子が実
現できる。更に、エッチングダメージを少なくするため
には、エッチング終了にかけて、ガス流量を変えれば良
い。例えば、ＢＣｌ3 を５０sccmから５sccmへ徐々に減
らしていき、同時にＣｌ2 を５sccmから１０sccmへ徐々
に増やしていくことでそれが実現される。
いたプラズマエッチングによれば、エッチング表面とな
るｎコンタクト層１０２のコンタクト抵抗が、通常成長
されたコンタクト層のコンタクト抵抗１０-3Ωｃｍ2 よ
り、１桁から２桁低い１０-4〜１０-5Ωｃｍ2 が実現で
きる。これは本発明のプラズマエッチングによるｎコン
タクト層のダメージが少ないことや、エッチング時窒素
の空孔ができ、この窒素の空孔がｎ型となるためエッチ
ング表面のキャリア密度が増加するためと考えられる。
したがって本発明によれば、高発光効率の発光素子が実
現できる。更に、エッチングダメージを少なくするため
には、エッチング終了にかけて、ガス流量を変えれば良
い。例えば、ＢＣｌ3 を５０sccmから５sccmへ徐々に減
らしていき、同時にＣｌ2 を５sccmから１０sccmへ徐々
に増やしていくことでそれが実現される。
【００３５】上記説明では青色ＬＥＤについて説明した
が、青色ＬＤでも同様に高効率で製造歩留りの高い製品
が実現できる。
が、青色ＬＤでも同様に高効率で製造歩留りの高い製品
が実現できる。
【００３６】次に図１４（ａ）及び図１４（ｂ）を参照
して、本発明による化合物半導体の電極の形成方法の別
の例を説明する。図１４（ａ）は青色発光素子の平面
図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＡ−Ａ断面図であ
る。
して、本発明による化合物半導体の電極の形成方法の別
の例を説明する。図１４（ａ）は青色発光素子の平面
図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＡ−Ａ断面図であ
る。
【００３７】図１４（ｂ）に示すようにサファイヤ基板
７００の上に、ｎ型の窒化ガリウム系半導体バッファ層
７０１、窒化ガリウム系真性半導体層７０２が形成さ
れ、その上に、ｎ型の窒化ガリウム系半導体コンタクト
層７０３、窒化ガリウム系半導体活性層７０４、ｐ型の
窒化ガリウム系半導体クラッド層７０５、ｐ型の窒化ガ
リウム系半導体コンタクト層７０６及びｎ型の窒化ガリ
ウム系半導体コンタクト層７０３に接続したｎ側オーミ
ック電極７０８とｐ型の窒化ガリウム系半導体コンタク
ト層７０６に接続したｐ側オーミック電極７０７及びパ
ッド７１０が形成されている。又、パッド７１０とｐ型
の窒化ガリウム系半導体コンタクト層７０６との直接の
接触は、酸化シリコン層７０９によって避けられてい
る。更に、ｐ側オーミック電極７０７の上部には、酸化
シリコン層７１１の保護膜が設けられている。
７００の上に、ｎ型の窒化ガリウム系半導体バッファ層
７０１、窒化ガリウム系真性半導体層７０２が形成さ
れ、その上に、ｎ型の窒化ガリウム系半導体コンタクト
層７０３、窒化ガリウム系半導体活性層７０４、ｐ型の
窒化ガリウム系半導体クラッド層７０５、ｐ型の窒化ガ
リウム系半導体コンタクト層７０６及びｎ型の窒化ガリ
ウム系半導体コンタクト層７０３に接続したｎ側オーミ
ック電極７０８とｐ型の窒化ガリウム系半導体コンタク
ト層７０６に接続したｐ側オーミック電極７０７及びパ
ッド７１０が形成されている。又、パッド７１０とｐ型
の窒化ガリウム系半導体コンタクト層７０６との直接の
接触は、酸化シリコン層７０９によって避けられてい
る。更に、ｐ側オーミック電極７０７の上部には、酸化
シリコン層７１１の保護膜が設けられている。
【００３８】１例として、サファイヤ基板７００の厚み
は７０μｍ、ｎ型の窒化ガリウム系半導体バッファ層７
０１の厚みは３０−４０ｎｍ、窒化ガリウム系真性半導
体層７０２の厚みは４μｍ、ｎ型の窒化ガリウム系半導
体コンタクト層７０３の厚みは４μｍ、窒化ガリウム系
半導体活性層７０４の厚みは０．２μｍ、ｐ型の窒化ガ
リウム系半導体クラッド層７０５の厚みは０．４μｍ、
ｐ型の窒化ガリウム系半導体コンタクト層７０６の厚み
は０．１μｍである。ｎ側オーミック電極７０８は、金
（Ａｕ）とチタン（Ｔｉ）との２重層となっており、チ
タン（Ｔｉ）が直接ｎ型の窒化ガリウム系半導体コンタ
クト層７０３に接続し、金（Ａｕ）がコンタクト表面を
形成する。パッド７１０は、ｎ側オーミック電極７０８
と同様に、金（Ａｕ）とチタン（Ｔｉ）との２重層とな
っている。又、ｐ側オーミック電極７０７は、ニッケル
（Ｎｉ）／金（Ａｕ）／ニッケル（Ｎｉ）の３重層又は
金（Ａｕ）／ニッケル（Ｎｉ）の２重層となっている。
は７０μｍ、ｎ型の窒化ガリウム系半導体バッファ層７
０１の厚みは３０−４０ｎｍ、窒化ガリウム系真性半導
体層７０２の厚みは４μｍ、ｎ型の窒化ガリウム系半導
体コンタクト層７０３の厚みは４μｍ、窒化ガリウム系
半導体活性層７０４の厚みは０．２μｍ、ｐ型の窒化ガ
リウム系半導体クラッド層７０５の厚みは０．４μｍ、
ｐ型の窒化ガリウム系半導体コンタクト層７０６の厚み
は０．１μｍである。ｎ側オーミック電極７０８は、金
（Ａｕ）とチタン（Ｔｉ）との２重層となっており、チ
タン（Ｔｉ）が直接ｎ型の窒化ガリウム系半導体コンタ
クト層７０３に接続し、金（Ａｕ）がコンタクト表面を
形成する。パッド７１０は、ｎ側オーミック電極７０８
と同様に、金（Ａｕ）とチタン（Ｔｉ）との２重層とな
っている。又、ｐ側オーミック電極７０７は、ニッケル
（Ｎｉ）／金（Ａｕ）／ニッケル（Ｎｉ）の３重層又は
金（Ａｕ）／ニッケル（Ｎｉ）の２重層となっている。
【００３９】又、ｎ型の窒化ガリウム系半導体コンタク
ト層７０３の不純物密度は２ｘ1018cm-3乃至２ｘ1019cm
-3、ｐ型の窒化ガリウム系半導体クラッド層７０５の不
純物密度は１ｘ1018cm-3乃至５ｘ1018cm-3、ｐ型の窒化
ガリウム系半導体コンタクト層７０６の不純物密度は２
ｘ1018cm-3乃至１ｘ1019cm-3である。
ト層７０３の不純物密度は２ｘ1018cm-3乃至２ｘ1019cm
-3、ｐ型の窒化ガリウム系半導体クラッド層７０５の不
純物密度は１ｘ1018cm-3乃至５ｘ1018cm-3、ｐ型の窒化
ガリウム系半導体コンタクト層７０６の不純物密度は２
ｘ1018cm-3乃至１ｘ1019cm-3である。
【００４０】窒化ガリウム系半導体活性層７０４に用い
る窒化ガリウム系半導体としては、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y Ｎ化合物半導体を用いている。その組成ｘ，ｙを
調整することで、広範囲の青色発光を実現することがで
きる。組成ｘ，ｙは、0 ≦ x≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 と、
x + y ≦ 1 を満たしている。その他の窒化ガリウム系
半導体は、ＧａＮを基本としている。
る窒化ガリウム系半導体としては、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y Ｎ化合物半導体を用いている。その組成ｘ，ｙを
調整することで、広範囲の青色発光を実現することがで
きる。組成ｘ，ｙは、0 ≦ x≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 と、
x + y ≦ 1 を満たしている。その他の窒化ガリウム系
半導体は、ＧａＮを基本としている。
【００４１】又、ｎ型の窒化ガリウム系半導体コンタク
ト層７０３迄のエッチングは、最初の例で既に述べた方
法によって行う。尚、ドライエッチングの場合、エッチ
ング形状は、任意に制御性よくできるので、図１４
（ａ）に示したような形状も容易に形成可能となってい
る。
ト層７０３迄のエッチングは、最初の例で既に述べた方
法によって行う。尚、ドライエッチングの場合、エッチ
ング形状は、任意に制御性よくできるので、図１４
（ａ）に示したような形状も容易に形成可能となってい
る。
【００４２】次に図１５（ａ）及び図１５（ｂ）を参照
して、本発明による化合物半導体の電極の形成方法の更
に別の例を説明する。ここでは青色半導体レーザーダイ
オード（ＬＤ）について説明する。図１５（ａ）は青色
ＬＤの平面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＡ−Ａ断
面図である。
して、本発明による化合物半導体の電極の形成方法の更
に別の例を説明する。ここでは青色半導体レーザーダイ
オード（ＬＤ）について説明する。図１５（ａ）は青色
ＬＤの平面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＡ−Ａ断
面図である。
【００４３】図１５（ｂ）に示すようにサファイヤ基板
８００の上に、ｎ型の窒化ガリウム系半導体バッファ層
８０１、窒化ガリウム系真性半導体層８０２が形成さ
れ、その上に、ｎ型の窒化ガリウム系半導体コンタクト
層８０３、窒化ガリウム系半導体クラッド層８０４、窒
化ガリウム系真性半導体活性層８０５、ｐ型の窒化ガリ
ウム系半導体の第１クラッド層８０６、ｐ型の窒化ガリ
ウム系半導体層８０７、ｐ型の窒化ガリウム系半導体の
第２クラッド層８０８、ｐ型の窒化ガリウム系半導体キ
ャップ層８０９、ｐ型の窒化ガリウム系半導体コンタク
ト層８１０、ｎ型の窒化ガリウム系半導体コンタクト層
８０３に接続したｎ側オーミック電極８１１、及びｐ型
の窒化ガリウム系半導体コンタクト層８１０に接続した
ｐ側オーミック電極８１２が形成されている。
８００の上に、ｎ型の窒化ガリウム系半導体バッファ層
８０１、窒化ガリウム系真性半導体層８０２が形成さ
れ、その上に、ｎ型の窒化ガリウム系半導体コンタクト
層８０３、窒化ガリウム系半導体クラッド層８０４、窒
化ガリウム系真性半導体活性層８０５、ｐ型の窒化ガリ
ウム系半導体の第１クラッド層８０６、ｐ型の窒化ガリ
ウム系半導体層８０７、ｐ型の窒化ガリウム系半導体の
第２クラッド層８０８、ｐ型の窒化ガリウム系半導体キ
ャップ層８０９、ｐ型の窒化ガリウム系半導体コンタク
ト層８１０、ｎ型の窒化ガリウム系半導体コンタクト層
８０３に接続したｎ側オーミック電極８１１、及びｐ型
の窒化ガリウム系半導体コンタクト層８１０に接続した
ｐ側オーミック電極８１２が形成されている。
【００４４】各層８０１−８１０は、夫々Ｉｎx Ａｌy
Ｇａ1-x-y Ｎの組成の窒化ガリウム系半導体からなって
おり、夫々の組成値は、例えば、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y
≦1 好ましくは、0 ≦ x ≦ 0.3、0 ≦ y ≦ 0.3
に選ばれる。又、ｐ型の窒化ガリウム系半導体コンタ
クト層８１０を積層する前に、ｐ型の窒化ガリウム系半
導体の第２クラッド層８０８とｐ型の窒化ガリウム系半
導体キャップ層８０９は、適当な幅にエッチングされ、
エッチング部分にＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎの組成の高
抵抗窒化ガリウム系半導体層８１３が形成され、その上
でｐ型の窒化ガリウム系半導体コンタクト層８１０が積
層される。
Ｇａ1-x-y Ｎの組成の窒化ガリウム系半導体からなって
おり、夫々の組成値は、例えば、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y
≦1 好ましくは、0 ≦ x ≦ 0.3、0 ≦ y ≦ 0.3
に選ばれる。又、ｐ型の窒化ガリウム系半導体コンタ
クト層８１０を積層する前に、ｐ型の窒化ガリウム系半
導体の第２クラッド層８０８とｐ型の窒化ガリウム系半
導体キャップ層８０９は、適当な幅にエッチングされ、
エッチング部分にＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎの組成の高
抵抗窒化ガリウム系半導体層８１３が形成され、その上
でｐ型の窒化ガリウム系半導体コンタクト層８１０が積
層される。
【００４５】窒化ガリウム系真性半導体活性層８０５
は、量子井戸として形成されており、単層の場合１０ｎ
ｍ−５０ｎｍの厚みであり、複数層の場合には１ｎｍ−
１０ｎｍの異なるバンドギャップの層を１０数層交互に
積層して形成する。
は、量子井戸として形成されており、単層の場合１０ｎ
ｍ−５０ｎｍの厚みであり、複数層の場合には１ｎｍ−
１０ｎｍの異なるバンドギャップの層を１０数層交互に
積層して形成する。
【００４６】各層８０１〜８１０に用いる窒化ガリウム
系半導体としては、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎの組成の
化合物半導体を用いている。ここで各組成値は、例え
ば、0≦ x ≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 好ましくは、0 ≦ x
≦ 0.3、0.1 ≦ y ≦ 1 に選ばれるが、一般に窒化
ガリウム系真性半導体活性層８０５のバンドギャップ
が、それを挟むクラッド層のバンドギャップよりも小さ
くなるようにしなければならない。
系半導体としては、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎの組成の
化合物半導体を用いている。ここで各組成値は、例え
ば、0≦ x ≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 好ましくは、0 ≦ x
≦ 0.3、0.1 ≦ y ≦ 1 に選ばれるが、一般に窒化
ガリウム系真性半導体活性層８０５のバンドギャップ
が、それを挟むクラッド層のバンドギャップよりも小さ
くなるようにしなければならない。
【００４７】又、ｎ型の窒化ガリウム系半導体コンタク
ト層８０３迄のエッチングは、最初の例で既に述べた三
塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）と塩素（Ｃｌ2 ）を含むエッチ
ングガスを使用した方法によって行う。更に、このレー
ザーダイオード（ＬＤ）の共振器端面、即ち図１５
（ａ）で上下端、図１５（ｂ）で紙面に平行な面も、同
様の方法で行う。
ト層８０３迄のエッチングは、最初の例で既に述べた三
塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）と塩素（Ｃｌ2 ）を含むエッチ
ングガスを使用した方法によって行う。更に、このレー
ザーダイオード（ＬＤ）の共振器端面、即ち図１５
（ａ）で上下端、図１５（ｂ）で紙面に平行な面も、同
様の方法で行う。
【００４８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明のＢＣ
ｌ3 ＋Ｃｌ2 ガスを用いたプラズマエッチングによれ
ば、エッチング表面となるｎコンタクト層１０２のコン
タクト抵抗が、通常成長されたコンタクト層のコンタク
ト抵抗１０-3Ωｃｍ2 より、１桁から２桁低い１０-4〜
１０-5Ωｃｍ2 が実現できる。これは本発明のプラズマ
エッチングによるｎコンタクト層のダメージが少ないこ
とや、エッチング時窒素の空孔ができ、この窒素の空孔
がｎ型となるためエッチング表面のキャリア密度が増加
するためと考えられる。
ｌ3 ＋Ｃｌ2 ガスを用いたプラズマエッチングによれ
ば、エッチング表面となるｎコンタクト層１０２のコン
タクト抵抗が、通常成長されたコンタクト層のコンタク
ト抵抗１０-3Ωｃｍ2 より、１桁から２桁低い１０-4〜
１０-5Ωｃｍ2 が実現できる。これは本発明のプラズマ
エッチングによるｎコンタクト層のダメージが少ないこ
とや、エッチング時窒素の空孔ができ、この窒素の空孔
がｎ型となるためエッチング表面のキャリア密度が増加
するためと考えられる。
【００４９】この結果、高品質の青色発光ダイオード等
を簡単かつ高歩留りで製造できる。
を簡単かつ高歩留りで製造できる。
【図１】本発明のドライエッチングを行なう装置を示す
模式図である。
模式図である。
【図２】本発明のドライエッチングにおけるエッチング
レートの流量比依存性を示す図である。
レートの流量比依存性を示す図である。
【図３】本発明のドライエッチングにおけるエッチング
レートの三塩化ホウ素の流量依存性を示す図である。
レートの三塩化ホウ素の流量依存性を示す図である。
【図４】本発明のドライエッチングにおけるエッチング
レートの塩素の流量依存性を示す図である。
レートの塩素の流量依存性を示す図である。
【図５】本発明のドライエッチングにおけるエッチング
レートの圧力依存性を示す図である。
レートの圧力依存性を示す図である。
【図６】本発明のドライエッチングにおけるエッチング
レートの高周波電力依存性を示す図である。
レートの高周波電力依存性を示す図である。
【図７】本発明による窒化ガリウム系化合物半導体青色
発光ダイオードの半導体チップの層構造を示す断面図で
ある。
発光ダイオードの半導体チップの層構造を示す断面図で
ある。
【図８】本発明による窒化ガリウム系化合物半導体の層
構造を形成するＭＯＣＶＤ装置を示す概略図である。
構造を形成するＭＯＣＶＤ装置を示す概略図である。
【図９】本発明による窒化ガリウム系化合物半導体青色
発光ダイオードの半導体チップの製造方法を説明する工
程断面図である。
発光ダイオードの半導体チップの製造方法を説明する工
程断面図である。
【図１０】本発明による窒化ガリウム系化合物半導体青
色発光ダイオードの半導体チップの製造方法を説明する
工程断面図である。
色発光ダイオードの半導体チップの製造方法を説明する
工程断面図である。
【図１１】本発明による窒化ガリウム系化合物半導体青
色発光ダイオードの半導体チップの製造方法を説明する
工程断面図である。
色発光ダイオードの半導体チップの製造方法を説明する
工程断面図である。
【図１２】本発明による窒化ガリウム系化合物半導体青
色発光ダイオードの半導体チップの製造方法を説明する
工程断面図である。
色発光ダイオードの半導体チップの製造方法を説明する
工程断面図である。
【図１３】本発明による窒化ガリウム系化合物半導体青
色発光ダイオードの半導体チップの製造方法を説明する
工程断面図である。
色発光ダイオードの半導体チップの製造方法を説明する
工程断面図である。
【図１４】（ａ）は本発明による方法で作成した青色発
光素子の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であ
る。
光素子の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であ
る。
【図１５】（ａ）は青色半導体レーザーダイオード（Ｌ
Ｄ）の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
Ｄ）の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図１６】従来の窒化ガリウム系化合物半導体青色発光
ダイオードの半導体チップの層構造の断面図である。
ダイオードの半導体チップの層構造の断面図である。
１０ プラズマエッチング装置 １１ 真空チャンバ １３ 反応ガス導入管 １４ 排気管 １５ 第１の電極 １６ 第２の電極 １７ 石英板 １００、７００ サファイヤ基板 １０１、８０１ ｎ型の窒化ガリウム系半導体バッファ
層 １０２、８０３ ｎ型の窒化ガリウム系半導体コンタク
ト層 １０３ ｎ型の窒化ガリウム系半導体クラッド層 １０４、８０５ 窒化ガリウム系半導体活性層 １０５、８０８、８０６ ｐ型の窒化ガリウム系半導体
クラッド層 １０６、８１０ ｐ型の窒化ガリウム系半導体コンタク
ト層 １０７ ｐ側オーミック電極 １０８ ｎ側オーミック電極 １１１ 酸化膜 ８０９ ｐ型の窒化ガリウム系半導体キャップ層 ８１３ 高抵抗窒化ガリウム系半導体層
層 １０２、８０３ ｎ型の窒化ガリウム系半導体コンタク
ト層 １０３ ｎ型の窒化ガリウム系半導体クラッド層 １０４、８０５ 窒化ガリウム系半導体活性層 １０５、８０８、８０６ ｐ型の窒化ガリウム系半導体
クラッド層 １０６、８１０ ｐ型の窒化ガリウム系半導体コンタク
ト層 １０７ ｐ側オーミック電極 １０８ ｎ側オーミック電極 １１１ 酸化膜 ８０９ ｐ型の窒化ガリウム系半導体キャップ層 ８１３ 高抵抗窒化ガリウム系半導体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｓ 5/02 Ｈ０１Ｓ 5/042 ６１０ 5/042 ６１０ 5/323 5/323 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｆ (56)参考文献 特開 平８−255952（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−255951（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−136526（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−34929（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−202941（ＪＰ，Ａ) Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ Ｌｅｔｔ Ｖｏ ｌ．66 Ｎｏ．24（1995）ｐ．3328− 3330 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50 H01L 21/302
Claims (17)
- 【請求項１】 インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム
系半導体層を少なくとも１層含む窒化ガリウム系半導体
層からなる多層構造を堆積する工程と、 三塩化ホウ素と塩素が夫々２０％以上含まれているエッ
チングガスによって、前記多層構造を前記インジウム
（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体層を貫通するよう
にエッチングすることにより電極形成用溝部を形成し、
該電極形成用溝部の底部にｎ型の窒化ガリウム系半導体
層の一部を露出する工程と、 該電極形成用溝部の底部に金属層を選択的に形成し、オ
ーミック電極を構成する工程とからなる化合物半導体の
電極の形成方法。 - 【請求項２】 前記多層構造は、前記インジウム（Ｉ
ｎ）を含む窒化ガリウム系半導体層の上にｐ型の窒化ガ
リウム系半導体層が堆積されており、前記電極形成用溝
部は、前記ｐ型の窒化ガリウム系半導体及び前記インジ
ウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体層を貫通する
ようにエッチングして形成することを特徴とする請求項
１記載の化合物半導体の電極の形成方法。 - 【請求項３】 第１導電型の窒化ガリウム系半導体から
成る第１のクラッド層と、該第１のクラッド層の上部
の、インジウム（Ｉｎ）を含む実質的に真性の窒化ガリ
ウム系半導体から成る活性層と、該活性層の上部の第２
導電型の窒化ガリウム系半導体から成る第２のクラッド
層から少なくともなる多層構造を堆積する工程と、 三塩化ホウ素と塩素が夫々２０％以上含まれているエッ
チングガスによって前記第２のクラッド層および前記活
性層をエッチングすることにより電極形成用溝部を形成
し、該電極形成用溝部の底部に第１導電型の窒化ガリウ
ム系半導体層の一部を露出する工程と、 該電極形成用溝部の底部に金属層を選択的に形成し、オ
ーミック電極を構成する工程とからなる化合物半導体の
電極の形成方法。 - 【請求項４】 前記多層構造を堆積する工程と前記電極
形成用溝部を形成する工程の間に、前記エッチングガス
によって、前記第２のクラッド層および前記活性層を少
なくともエッチングし、スクライブラインのメサエッチ
ングを行うことを特徴とする請求項３記載の化合物半導
体の電極の形成方法。 - 【請求項５】 前記エッチングは平行平板型プラズマエ
ッチング装置を用いたプラズマエッチングであり、エッ
チング時の圧力は５Ｐａよりは十分小さな１Ｐａ近傍の
圧力であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
１記載の化合物半導体の電極の形成方法。 - 【請求項６】 前記エッチングは平行平板型プラズマエ
ッチング装置を用いたプラズマエッチングであり、エッ
チングに用いるプラズマを発生させるための高周波電力
は１２０Ｗであることを特徴とする請求項１乃至４のい
ずれか１記載の化合物半導体の電極の形成方法。 - 【請求項７】 前記三塩化ホウ素の流量が実質的に５０
sccm、前記塩素の流量が実質的に５sccmであることを特
徴とする請求項１乃至６のいずれか１記載の化合物半導
体の電極の形成方法。 - 【請求項８】 前記エッチングガスの流量を、エッチン
グの終了時の直前において変更することを特徴とする請
求項７記載の化合物半導体の電極の形成方法。 - 【請求項９】 前記三塩化ホウ素の流量を実質的に５０
sccmから５sccmへ徐々に減らしていき、前記塩素の流量
を実質的に５sccmから１０sccmへ徐々に増やしていくこ
とを特徴とする請求項８記載の化合物半導体の電極の形
成方法。 - 【請求項１０】 前記電極形成用溝部の底部に形成する
前記金属層はチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金
（Ｐｔ）及びパラジウム（Ｐｄ）内の少なくとも一つか
らなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１記
載の化合物半導体の電極の形成方法。 - 【請求項１１】 前記第１のクラッド層は、ｎ型のＩｎ
ｘ Ａｌｙ Ｇａ１−ｘ−ｙ Ｎ化合物半導体であり、前
記活性層は、真性のＩｎｘ Ａｌｙ Ｇａ１−ｘ−ｙ Ｎ
化合物半導体であり、前記第２のクラッド層は、ｐ型の
Ｉｎｘ Ａｌｙ Ｇａ１−ｘ−ｙ Ｎ化合物半導体である
ことを特徴とする請求項３乃至１０のいずれか１記載の
化合物半導体の電極の形成方法。 - 【請求項１２】 前記多層構造を堆積する工程の前に第
１導電型の窒化ガリウム系半導体から成るバッファ層を
サファイヤ基板上に積層することを特徴とする請求項１
乃至１１のいずれか１記載の化合物半導体の電極の形成
方法。 - 【請求項１３】 前記第１のクラッド層の組成ｘ，ｙの
値は、0 ≦ x ≦ 0.3、0.1 ≦ y ≦ 1、前記活性層の
組成ｘ，ｙの値は、0 ≦ x ≦ 0.6、0 ≦ y≦ 0.5、前
記第２のクラッド層の組成ｘ，ｙの値は、0 ≦ x ≦
0.3、0.1 ≦y ≦ 1.0であることを特徴とする請求項１
１記載の化合物半導体の電極の形成方法。 - 【請求項１４】 前記バッファ層は、組成ｘ，ｙの値が
0 ≦ x ≦ 0.5、0.5 ≦ y ≦ 1であるＩｎｘ Ａｌ
ｙ Ｇａ１−ｘ−ｙ Ｎ化合物半導体であることを特徴
とする請求項１２記載の化合物半導体の電極の形成方
法。 - 【請求項１５】 前記エッチングは酸化膜とフォトレジ
ストとの２層マスクをエッチング用マスクとした選択エ
ッチングであることを特徴とする請求項１乃至１４のい
ずれか１記載の化合物半導体の電極の形成方法。 - 【請求項１６】 前記選択エッチングにより、ほぼ垂直
の側壁を有したＵ溝を形成することを特徴とする請求項
１乃至１５のいずれか１記載の化合物半導体の電極の形
成方法。 - 【請求項１７】 前記溝部の底部に露出するｎ型の窒化
ガリウム系半導体層は、前記第１のクラッド層であるこ
とを特徴とする請求項３乃至１６のいずれか１記載の化
合物半導体の電極の形成方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP23068896A JP3165374B2 (ja) | 1995-08-31 | 1996-08-30 | 化合物半導体の電極の形成方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-223896 | 1995-08-31 | ||
| JP22389695 | 1995-08-31 | ||
| JP23068896A JP3165374B2 (ja) | 1995-08-31 | 1996-08-30 | 化合物半導体の電極の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09129930A JPH09129930A (ja) | 1997-05-16 |
| JP3165374B2 true JP3165374B2 (ja) | 2001-05-14 |
Family
ID=26525746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23068896A Expired - Lifetime JP3165374B2 (ja) | 1995-08-31 | 1996-08-30 | 化合物半導体の電極の形成方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3165374B2 (ja) |
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-
1996
- 1996-08-30 JP JP23068896A patent/JP3165374B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ Ｌｅｔｔ Ｖｏｌ．６６ Ｎｏ．２４（１９９５）ｐ．３３２８−３３３０ |
Also Published As
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| JPH09129930A (ja) | 1997-05-16 |
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