JP3416113B2 - 精密なワイドバンドギャップ半導体のエッチング - Google Patents
精密なワイドバンドギャップ半導体のエッチングInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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-
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は一般にエッチング方
法、特に窒化ガリウム(GaN)材料をエッチングして
GaN半導体デバイスを製造する方法に関する。
法、特に窒化ガリウム(GaN)材料をエッチングして
GaN半導体デバイスを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】窒化ガリウム(GaN)は高い降伏電圧
と電流取扱い能力を有するワイドバンドギャップ半導体
デバイスのための望ましい特性を有するワイドバンドギ
ャップ材料である。高出力増幅器に用いられる場合、G
aN材料の高降伏電圧特性は近似周波数の、同じデバイ
ス周辺物のヒ化ガリウム(GaAs)増幅器に比較し
て、高出力、高効率増幅器に移行する。この高GaN出
力密度は等しい周波数の、同じ位相の、GaN増幅器が
同じ周波数のGaAs増幅器よりも約100倍も小さい
減少した材料面積を占めるであろうことを意味する。従
って、重要な性能の改良がGaNデバイスから実現でき
る。しかしながら、GaNデバイスから上記改良を実現
するためには、このデバイスは細かく寸法を測られ、そ
して正確にエッチングされる必要がある。これを標準的
なドライ及びウエット化学エッチング技術を用いて行う
ことは困難であることが判明している。
と電流取扱い能力を有するワイドバンドギャップ半導体
デバイスのための望ましい特性を有するワイドバンドギ
ャップ材料である。高出力増幅器に用いられる場合、G
aN材料の高降伏電圧特性は近似周波数の、同じデバイ
ス周辺物のヒ化ガリウム(GaAs)増幅器に比較し
て、高出力、高効率増幅器に移行する。この高GaN出
力密度は等しい周波数の、同じ位相の、GaN増幅器が
同じ周波数のGaAs増幅器よりも約100倍も小さい
減少した材料面積を占めるであろうことを意味する。従
って、重要な性能の改良がGaNデバイスから実現でき
る。しかしながら、GaNデバイスから上記改良を実現
するためには、このデバイスは細かく寸法を測られ、そ
して正確にエッチングされる必要がある。これを標準的
なドライ及びウエット化学エッチング技術を用いて行う
ことは困難であることが判明している。
【0003】ドライエッチング技術はGaN表面を取り
返しのつかないほど損傷するため、GaN材料をエッチ
ングするには不適当であることが判っている。高イオン
密度プラズマは低イオン密度プラズマと比べると損傷が
低いが、この低損傷のドライエッチングはGaN表面を
ウエット化学エッチングするのに比べてそれでもまだ損
傷が大きい。
返しのつかないほど損傷するため、GaN材料をエッチ
ングするには不適当であることが判っている。高イオン
密度プラズマは低イオン密度プラズマと比べると損傷が
低いが、この低損傷のドライエッチングはGaN表面を
ウエット化学エッチングするのに比べてそれでもまだ損
傷が大きい。
【0004】ウエット化学エッチングはGaN材料に対
してドライ化学エッチングよりも良好な結果を与える
が、依然としてGaN材料を精密にエッチングするのに
必要な制御が不足している。現在のウエットエッチング
技術は材料をエッチング溶液中に浸漬し、そしてこの材
料に紫外線(UV)を照射することから構成される。紫
外線は材料の原子を固相から液相に変化させてエッチン
グ溶液中に溶解させ、これにより材料をエッチングする
ような反応を材料中に引き起こす。この技術は上記主要
な制御要素が上記光の強度とGaN材料の材質であるた
め、GaN材料を精密にエッチングするのに十分な制御
を提供できない。
してドライ化学エッチングよりも良好な結果を与える
が、依然としてGaN材料を精密にエッチングするのに
必要な制御が不足している。現在のウエットエッチング
技術は材料をエッチング溶液中に浸漬し、そしてこの材
料に紫外線(UV)を照射することから構成される。紫
外線は材料の原子を固相から液相に変化させてエッチン
グ溶液中に溶解させ、これにより材料をエッチングする
ような反応を材料中に引き起こす。この技術は上記主要
な制御要素が上記光の強度とGaN材料の材質であるた
め、GaN材料を精密にエッチングするのに十分な制御
を提供できない。
【0005】上記従来のウエットエッチング技術の欠点
はGaNヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)
をエッチングするために使用される場合に極めて明らか
である。HBTのエッチングにおいて、エッチングされ
た表面の凹凸を最小にするように材料をエッチングする
ことが極めて重要である。エッチングされた表面の凹凸
は材料表面からのイオンの拡散に関連する。従来のウエ
ットエッチング方法に関しては、エッチングされた表面
の凹凸は上記光の均一性、任意の個所のエッチング溶液
の濃度、及びエッチングされる材料の品質に依存する。
材料を不均等に照射すると粗い表面を生じるであろう。
また品質が劣り又は欠陥のある材料は欠陥の位置で電子
正孔対の再結合を生じ、そしてエッチングが欠陥の周囲
に発生して、好ましくない欠陥をそのまま残すであろ
う。典型的なGaN材料は実質的に多数の不純物及び欠
陥を含有するため、これは特にGaN材料に関して問題
である。
はGaNヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)
をエッチングするために使用される場合に極めて明らか
である。HBTのエッチングにおいて、エッチングされ
た表面の凹凸を最小にするように材料をエッチングする
ことが極めて重要である。エッチングされた表面の凹凸
は材料表面からのイオンの拡散に関連する。従来のウエ
ットエッチング方法に関しては、エッチングされた表面
の凹凸は上記光の均一性、任意の個所のエッチング溶液
の濃度、及びエッチングされる材料の品質に依存する。
材料を不均等に照射すると粗い表面を生じるであろう。
また品質が劣り又は欠陥のある材料は欠陥の位置で電子
正孔対の再結合を生じ、そしてエッチングが欠陥の周囲
に発生して、好ましくない欠陥をそのまま残すであろ
う。典型的なGaN材料は実質的に多数の不純物及び欠
陥を含有するため、これは特にGaN材料に関して問題
である。
【0006】エッチングの後に滑らかな表面を提供する
ことに加えて、n‐p‐nGaN材料からエミッタ/ベ
ース/コレクタを有するHBTを形成するために、エミ
ッタ材料の全体の予め選択された部分をエッチング除去
し、そして接点(コンタクト)がベース上に直接置かれ
るようにベース材料の表面でほぼ正確にエッチングプロ
セスを停止することが極めて重要である。ベース上にエ
ミッタ材料があまり多く残留すると、接点はベース層の
伝導を許容しないであろう。またベース材料の表面があ
まりに多く除去されると、HBTの電気特性は劣化する
であろう。このウエットエッチング技術はエッチングの
深さを制御する光の強度に依存し、そして正確な点でエ
ッチングを停止するのに十分な制御を提供しない。従っ
て、n‐p‐nGaN材料に適用される場合、従来のウ
エットエッチング方法は典型的に上記材料を過剰にエッ
チングするか、又は過小にエッチングし、その結果、劣
化した性能のHBTが生じる。
ことに加えて、n‐p‐nGaN材料からエミッタ/ベ
ース/コレクタを有するHBTを形成するために、エミ
ッタ材料の全体の予め選択された部分をエッチング除去
し、そして接点(コンタクト)がベース上に直接置かれ
るようにベース材料の表面でほぼ正確にエッチングプロ
セスを停止することが極めて重要である。ベース上にエ
ミッタ材料があまり多く残留すると、接点はベース層の
伝導を許容しないであろう。またベース材料の表面があ
まりに多く除去されると、HBTの電気特性は劣化する
であろう。このウエットエッチング技術はエッチングの
深さを制御する光の強度に依存し、そして正確な点でエ
ッチングを停止するのに十分な制御を提供しない。従っ
て、n‐p‐nGaN材料に適用される場合、従来のウ
エットエッチング方法は典型的に上記材料を過剰にエッ
チングするか、又は過小にエッチングし、その結果、劣
化した性能のHBTが生じる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従って、求められるも
のはGaN材料を精密にエッチングする方法であって、
改良された表面の滑らかさを提供でき、そしてn‐p‐
nGaN材料を選択的にエッチングしてGaNHBTを
製造できる方法である。
のはGaN材料を精密にエッチングする方法であって、
改良された表面の滑らかさを提供でき、そしてn‐p‐
nGaN材料を選択的にエッチングしてGaNHBTを
製造できる方法である。
【0008】
【課題を解決するための手段】前述した及びその他の従
来技術の欠点はGaN材料をエッチングする方法を提供
する本発明により取り扱われ、克服される。この方法は
電気化学的電池がアノード、カソード、及び容器内に共
に保持された電解液から構成される電気化学的電池にお
いてGaN材料をアノードとして形成することを含む。
上記電池はGaN材料のエッチングを引き起こすために
形成される。第1の態様において、バイアスは上記材料
のエッチングを引き起こす上記電池の標準電気化学的電
池電位よりも大きいレベルまでアノード及びカソード間
に印加される。このバイアスレベルはエッチング速度を
選択的に制御するために調節できる。
来技術の欠点はGaN材料をエッチングする方法を提供
する本発明により取り扱われ、克服される。この方法は
電気化学的電池がアノード、カソード、及び容器内に共
に保持された電解液から構成される電気化学的電池にお
いてGaN材料をアノードとして形成することを含む。
上記電池はGaN材料のエッチングを引き起こすために
形成される。第1の態様において、バイアスは上記材料
のエッチングを引き起こす上記電池の標準電気化学的電
池電位よりも大きいレベルまでアノード及びカソード間
に印加される。このバイアスレベルはエッチング速度を
選択的に制御するために調節できる。
【0009】第2の態様において、エッチングプロセス
はバイアスを印加しながら上記材料に紫外線を照射する
ことにより援助される。第3の態様において、本発明は
第1及び第2のn‐GaN層間に挟まれたp‐GaN層
を有するn‐p‐nGaN材料からGaNヘテロ接合バ
イポーラトランジスタ(HBT)を製造する方法を提供
する。この方法は第1のn‐GaN層の一部をマスクし
て、この第1のn‐GaN層の一部をマスクしないで残
すことを含む。GaN材料は電気化学的電池においてア
ノードとして形成され、ここで電気化学的電池はアノー
ド、カソード及び電解液を含む。バイアスが第1のn‐
GaN材料のマスクされない部分をエッチング除去する
のに十分な第1のレベルまでアノード及びカソード間に
印加される。
はバイアスを印加しながら上記材料に紫外線を照射する
ことにより援助される。第3の態様において、本発明は
第1及び第2のn‐GaN層間に挟まれたp‐GaN層
を有するn‐p‐nGaN材料からGaNヘテロ接合バ
イポーラトランジスタ(HBT)を製造する方法を提供
する。この方法は第1のn‐GaN層の一部をマスクし
て、この第1のn‐GaN層の一部をマスクしないで残
すことを含む。GaN材料は電気化学的電池においてア
ノードとして形成され、ここで電気化学的電池はアノー
ド、カソード及び電解液を含む。バイアスが第1のn‐
GaN材料のマスクされない部分をエッチング除去する
のに十分な第1のレベルまでアノード及びカソード間に
印加される。
【0010】p‐GaN層の予め選定された部分を次に
マスクして、エッチングされる予定のp‐GaN層の予
め選定された部分をマスクしないで残す。第2のバイア
スがp‐GaN層のマスクされない部分をエッチング除
去するのに十分な第2のレベルまでアノード及びカソー
ド間に印加される。コンタクトをp‐GaN層とn‐G
aN層の表面に取り付け、そして電圧と電流を上記コン
タクトに印加してHBTを形成する。
マスクして、エッチングされる予定のp‐GaN層の予
め選定された部分をマスクしないで残す。第2のバイア
スがp‐GaN層のマスクされない部分をエッチング除
去するのに十分な第2のレベルまでアノード及びカソー
ド間に印加される。コンタクトをp‐GaN層とn‐G
aN層の表面に取り付け、そして電圧と電流を上記コン
タクトに印加してHBTを形成する。
【0011】第4の態様において、エッチング速度及び
n‐GaNとp‐GaN間のエッチングの選択性はバイ
アスのレベルを選択的に設定することにより制御され
る。第5の態様において、上記GaN材料はバイアスが
この材料のエッチングを助けるために印加されている間
に紫外線を照射される。
n‐GaNとp‐GaN間のエッチングの選択性はバイ
アスのレベルを選択的に設定することにより制御され
る。第5の態様において、上記GaN材料はバイアスが
この材料のエッチングを助けるために印加されている間
に紫外線を照射される。
【0012】
【発明の実施の形態】添付図面に示された好適な態様を
以下に詳細に説明する。ここで、図1はGaN材料をエ
ッチングするのに用いる本発明の第1の態様に依るエッ
チング方法を示し;図2は本発明の第2の態様に依るエ
ッチング方法を示し;図3は本発明の第3の態様に依る
エッチング方法を示し;図4はn‐p‐nGaN材料を
示し;図5は本発明の方法を図4の材料に適用すること
により形成したトランジスタを示し;図6は図4のn‐
p‐nGaN材料をエッチングするのに用いる本発明の
第2の態様に依るエッチング方法を示す。
以下に詳細に説明する。ここで、図1はGaN材料をエ
ッチングするのに用いる本発明の第1の態様に依るエッ
チング方法を示し;図2は本発明の第2の態様に依るエ
ッチング方法を示し;図3は本発明の第3の態様に依る
エッチング方法を示し;図4はn‐p‐nGaN材料を
示し;図5は本発明の方法を図4の材料に適用すること
により形成したトランジスタを示し;図6は図4のn‐
p‐nGaN材料をエッチングするのに用いる本発明の
第2の態様に依るエッチング方法を示す。
【0013】本発明は窒化ガリウム(GaN)層をエッ
チングする方法に関する。更に詳細には、本発明はGa
NHBTを形成するためにGaN材料、特にn‐p‐n
GaN材料を精密にエッチングする方法に関する。本発
明の方法は好ましくはトランジスタのようなGaN半導
体デバイスをエッチングするために使用されるが、しか
しどのような用途のGaN材料をエッチングするのにも
使用できる。実例として、本発明方法の工程を一般的に
図1で説明及び図示する。図2及び図3は本発明に従っ
てGaN材料をエッチングするのに使用される追加又は
別の工程を示す。図4及び図5はn‐p‐nGaN材料
及び図4のn‐p‐nGaN材料をエッチングして形成
されたトランジスタをそれぞれ示す。図6は図4のn‐
p‐nGaN材料から図5のトランジスタをエッチング
する本発明で用いられる方法を示す。
チングする方法に関する。更に詳細には、本発明はGa
NHBTを形成するためにGaN材料、特にn‐p‐n
GaN材料を精密にエッチングする方法に関する。本発
明の方法は好ましくはトランジスタのようなGaN半導
体デバイスをエッチングするために使用されるが、しか
しどのような用途のGaN材料をエッチングするのにも
使用できる。実例として、本発明方法の工程を一般的に
図1で説明及び図示する。図2及び図3は本発明に従っ
てGaN材料をエッチングするのに使用される追加又は
別の工程を示す。図4及び図5はn‐p‐nGaN材料
及び図4のn‐p‐nGaN材料をエッチングして形成
されたトランジスタをそれぞれ示す。図6は図4のn‐
p‐nGaN材料から図5のトランジスタをエッチング
する本発明で用いられる方法を示す。
【0014】最初に、図1に示すように、GaN材料1
0を準備する。このプロセスの最初の工程は電気化学的
電池11中にアノード10としてGaN材料10を形成
することである。電気化学的電池11はアノード10、
カソード12及び容器14内に保持された電解液13か
ら構成される。GaN材料10をアノードとして形成す
るためにはアノード10のためにカソード12及び電解
液13を用意することが必要であり、この場合、カソー
ド12及び電解液13は予め選択された材料及び化学的
性質を有する。カソード12は好ましくは白金材料(P
t)から形成されるが、当業者にカソードとして形成可
能であると知られている如何なる材料からも形成でき
る。電解液13は好ましくは水酸化カリウムのような塩
基溶液又は硫酸のような希酸である。
0を準備する。このプロセスの最初の工程は電気化学的
電池11中にアノード10としてGaN材料10を形成
することである。電気化学的電池11はアノード10、
カソード12及び容器14内に保持された電解液13か
ら構成される。GaN材料10をアノードとして形成す
るためにはアノード10のためにカソード12及び電解
液13を用意することが必要であり、この場合、カソー
ド12及び電解液13は予め選択された材料及び化学的
性質を有する。カソード12は好ましくは白金材料(P
t)から形成されるが、当業者にカソードとして形成可
能であると知られている如何なる材料からも形成でき
る。電解液13は好ましくは水酸化カリウムのような塩
基溶液又は硫酸のような希酸である。
【0015】各電気化学的電池11は標準電気化学的電
池電位を有し、これは電池11中の全ての損失に打ち勝
ち、そして電池11を駆動するのに必要な電圧バイアス
として定義される。電気化学的電池電位がゼロより大き
い場合には、このプロセスにおける次の工程は正確な量
の電圧を電池11に印加して電池11を駆動することで
ある。このようにするために、GaN材料(アノード)
10を好ましくは電解液13から遠くに位置する可変電
圧源15のようなバイアス源15に接続する。GaN材
料(アノード)10を線16で示すようにバイアス源1
5の一端子に接続し、そしてカソード12を線18で示
すようにバイアス源15の他の端子に接続する。
池電位を有し、これは電池11中の全ての損失に打ち勝
ち、そして電池11を駆動するのに必要な電圧バイアス
として定義される。電気化学的電池電位がゼロより大き
い場合には、このプロセスにおける次の工程は正確な量
の電圧を電池11に印加して電池11を駆動することで
ある。このようにするために、GaN材料(アノード)
10を好ましくは電解液13から遠くに位置する可変電
圧源15のようなバイアス源15に接続する。GaN材
料(アノード)10を線16で示すようにバイアス源1
5の一端子に接続し、そしてカソード12を線18で示
すようにバイアス源15の他の端子に接続する。
【0016】GaN材料10のエッチングの開始が認め
られるまでバイアス源15から供給される電圧を徐々に
増大させる。GaN材料10は抵抗性材料損失(resisti
ve material losses)を生じる材料特性を有し、また電
解液13は抵抗性溶液損失(resistive solution losse
s)を生じる化学特性を有するため、バイアス源15から
供給される電圧は電解液13及びGaN材料10の両方
の抵抗性損失並びにエッチングプロセスを開始する電池
11の標準電気化学的電池電位よりも大きくなければな
らない。上記バイアス電圧が上記抵抗性損失並びに上記
電池11の標準電気化学的電池電位を越えると直ちに、
窒素ガスが放出されてエッチングプロセスが始まり、ガ
リウムイオンが電気化学的に溶媒和されるであろう。一
例として、約0.8ボルトのバイアスが電池11中のG
aN材料10のエッチングを引き起こすために必要であ
り、この場合、GaN材料10がアノード10として形
成され、カソード12が白金材料から形成され、そして
電解液13が水酸化カリウム溶液である。
られるまでバイアス源15から供給される電圧を徐々に
増大させる。GaN材料10は抵抗性材料損失(resisti
ve material losses)を生じる材料特性を有し、また電
解液13は抵抗性溶液損失(resistive solution losse
s)を生じる化学特性を有するため、バイアス源15から
供給される電圧は電解液13及びGaN材料10の両方
の抵抗性損失並びにエッチングプロセスを開始する電池
11の標準電気化学的電池電位よりも大きくなければな
らない。上記バイアス電圧が上記抵抗性損失並びに上記
電池11の標準電気化学的電池電位を越えると直ちに、
窒素ガスが放出されてエッチングプロセスが始まり、ガ
リウムイオンが電気化学的に溶媒和されるであろう。一
例として、約0.8ボルトのバイアスが電池11中のG
aN材料10のエッチングを引き起こすために必要であ
り、この場合、GaN材料10がアノード10として形
成され、カソード12が白金材料から形成され、そして
電解液13が水酸化カリウム溶液である。
【0017】GaN材料10がエッチングされる速度は
バイアス源15により供給されるバイアス電圧のレベル
に比例する。このように、GaN材料10のエッチング
速度はバイアス電圧のレベルを増加又は減少させること
により制御できる。エッチングプロセスを停止するため
には、バイアス電圧のレベルを上記損失及び/又は上記
標準電気化学的電池電位より低いレベルまで低下させれ
ばよい。
バイアス源15により供給されるバイアス電圧のレベル
に比例する。このように、GaN材料10のエッチング
速度はバイアス電圧のレベルを増加又は減少させること
により制御できる。エッチングプロセスを停止するため
には、バイアス電圧のレベルを上記損失及び/又は上記
標準電気化学的電池電位より低いレベルまで低下させれ
ばよい。
【0018】GaN材料10とカソード12との間にバ
イアスを印加するためには一般にワイヤ16とGaN材
料10との間に接点20を必要とする。バイアス源15
で生じた電圧は接点20を通ってGaN材料10に印加
され、そして接点20からGaN材料10の表面に伝え
られる。印加電圧がGaN材料10の表面を移動して、
低電圧レベルにある材料10の端部近傍に位置する材料
10の領域まで到達する間に、GaN材料10の表面は
印加電圧のレベルを減少させる抵抗を有し、従ってエッ
チングは良好に行われない。この問題と戦う1つの方法
は印加電圧のレベルを上げることである。しかしなが
ら、これにより接点20とカソード12との間に導電路
が形成されて接点20が好ましくないエッチング反応を
受けるという不所望の結果になることが示された。この
問題を回避するためには、GaN材料10を横断してグ
リッド状のパターンで延びるグリッドライン(gridline)
接点20として接点20を形成できる。実質的にGaN
材料10に接触しない接点20の部分を絶縁物質で被覆
して接点20の表面部分のエッチングを防止することが
好ましい。或いは、接点20をカソード12と実質的に
類似の特性を有する材料から構成することにより、電位
が接点20とカソード12との間に形成されずに、反応
が促進できないようにしてもよい。例えば、接点20及
びカソード12の両方を白金材料から形成できる。
イアスを印加するためには一般にワイヤ16とGaN材
料10との間に接点20を必要とする。バイアス源15
で生じた電圧は接点20を通ってGaN材料10に印加
され、そして接点20からGaN材料10の表面に伝え
られる。印加電圧がGaN材料10の表面を移動して、
低電圧レベルにある材料10の端部近傍に位置する材料
10の領域まで到達する間に、GaN材料10の表面は
印加電圧のレベルを減少させる抵抗を有し、従ってエッ
チングは良好に行われない。この問題と戦う1つの方法
は印加電圧のレベルを上げることである。しかしなが
ら、これにより接点20とカソード12との間に導電路
が形成されて接点20が好ましくないエッチング反応を
受けるという不所望の結果になることが示された。この
問題を回避するためには、GaN材料10を横断してグ
リッド状のパターンで延びるグリッドライン(gridline)
接点20として接点20を形成できる。実質的にGaN
材料10に接触しない接点20の部分を絶縁物質で被覆
して接点20の表面部分のエッチングを防止することが
好ましい。或いは、接点20をカソード12と実質的に
類似の特性を有する材料から構成することにより、電位
が接点20とカソード12との間に形成されずに、反応
が促進できないようにしてもよい。例えば、接点20及
びカソード12の両方を白金材料から形成できる。
【0019】図2を参照すると、本発明の好ましい態様
では、バイアス電圧をバイアス源15から印加しなが
ら、矢印21で示す予め選択された量の紫外線をGaN
材料10に照射する。このようにするとエッチングプロ
セスは促進され、GaN材料10はバイアス電圧のみを
使用する場合よりも速い速度でエッチングされ、またG
aN材料10の表面は精密にエッチングされる。GaN
材料10を紫外線21に曝すと、反応が誘起され、その
結果、電子がGaN材料10からカソード12に移動
し、そしてガリウム(Ga)原子が固相からGaN材料
10のエッチングが始まる液相に溶解する。上述したよ
うに、バイアスレベルはGaN材料10がエッチングさ
れる速度を制御する。例えば、バイアスレベルを高くす
るとエッチング速度は速くなり、バイアスレベルを低下
させるとエッチング速度は遅くなり、そしてバイアスレ
ベルを逆転すると紫外線21が存在してもエッチングプ
ロセスが停止する。これによりエッチングプロセスは十
分に制御される。
では、バイアス電圧をバイアス源15から印加しなが
ら、矢印21で示す予め選択された量の紫外線をGaN
材料10に照射する。このようにするとエッチングプロ
セスは促進され、GaN材料10はバイアス電圧のみを
使用する場合よりも速い速度でエッチングされ、またG
aN材料10の表面は精密にエッチングされる。GaN
材料10を紫外線21に曝すと、反応が誘起され、その
結果、電子がGaN材料10からカソード12に移動
し、そしてガリウム(Ga)原子が固相からGaN材料
10のエッチングが始まる液相に溶解する。上述したよ
うに、バイアスレベルはGaN材料10がエッチングさ
れる速度を制御する。例えば、バイアスレベルを高くす
るとエッチング速度は速くなり、バイアスレベルを低下
させるとエッチング速度は遅くなり、そしてバイアスレ
ベルを逆転すると紫外線21が存在してもエッチングプ
ロセスが停止する。これによりエッチングプロセスは十
分に制御される。
【0020】GaNとGaN‐ベースの材料をエッチン
グするためには、アノード10とカソード12間にバイ
アス源15から印加されるバイアス電圧の量を最小にす
ることが望まれる。これを行う1つの方法は電気化学的
電池11の電気化学的電位を低減又は除去して、電池1
1を駆動するために印加される電圧を低下させることで
ある。図3に示すように、これを達成するための1つの
方法は電池22を2つの互いに連結された半電池23,
24として形成することである。アノード半電池23は
第1溶液26中のGaN材料25から構成され、またカ
ソード半電池24は第2溶液28中のカソード27から
構成される。半電池23,24は塩橋29により互いに
連結される。電池22の電気化学的電池電位はアノード
半電池23及びカソード半電池24の電池電位間の差で
ある。各溶液26,28の化学組成及びカソード27の
材料が電池22の所望の電気化学的電位を提供するため
に選ばれる。図3及び表1を参照すると、表1の欄Iは
本発明で使用できる種々のカソード半電池23の化学組
成を示す。欄IIは各カソード半電池23の電池電位
(Ecathode)を示す。欄IIIは0.8ボルトのアノ
ード電池電位(Eanode)を有するアノード半電池23
に塩橋29により連結された各カソード半電池24の標
準電気化学的電池電位(Ecell)を示す(ここで、E
cell=Ecathode−Eanode)。
グするためには、アノード10とカソード12間にバイ
アス源15から印加されるバイアス電圧の量を最小にす
ることが望まれる。これを行う1つの方法は電気化学的
電池11の電気化学的電位を低減又は除去して、電池1
1を駆動するために印加される電圧を低下させることで
ある。図3に示すように、これを達成するための1つの
方法は電池22を2つの互いに連結された半電池23,
24として形成することである。アノード半電池23は
第1溶液26中のGaN材料25から構成され、またカ
ソード半電池24は第2溶液28中のカソード27から
構成される。半電池23,24は塩橋29により互いに
連結される。電池22の電気化学的電池電位はアノード
半電池23及びカソード半電池24の電池電位間の差で
ある。各溶液26,28の化学組成及びカソード27の
材料が電池22の所望の電気化学的電位を提供するため
に選ばれる。図3及び表1を参照すると、表1の欄Iは
本発明で使用できる種々のカソード半電池23の化学組
成を示す。欄IIは各カソード半電池23の電池電位
(Ecathode)を示す。欄IIIは0.8ボルトのアノ
ード電池電位(Eanode)を有するアノード半電池23
に塩橋29により連結された各カソード半電池24の標
準電気化学的電池電位(Ecell)を示す(ここで、E
cell=Ecathode−Eanode)。
【0021】
【表1】
【0022】表1に明確に示されるように、電池22の
標準電気化学的電池電位は溶液26,28の化学組成及
びカソード27の材料を選択することにより、選択可能
であり、制御可能であり、従って低減可能である。表1
の最終列に示すように、電池22の材料及び溶液を適切
に選ぶことにより、実際に電気化学的電池電位
(Ece ll)をゼロまで下げることができ、バイアス電圧
なしで自発的に動くガルバニ電池22を形成できる。し
かしながら、電池22がたとえ自発的に駆動するように
構成されても、上述のようにエッチング速度を制御する
ために、電池22はアノード25及びカソード27の間
に可変電圧源30を含むことが好ましい。
標準電気化学的電池電位は溶液26,28の化学組成及
びカソード27の材料を選択することにより、選択可能
であり、制御可能であり、従って低減可能である。表1
の最終列に示すように、電池22の材料及び溶液を適切
に選ぶことにより、実際に電気化学的電池電位
(Ece ll)をゼロまで下げることができ、バイアス電圧
なしで自発的に動くガルバニ電池22を形成できる。し
かしながら、電池22がたとえ自発的に駆動するように
構成されても、上述のようにエッチング速度を制御する
ために、電池22はアノード25及びカソード27の間
に可変電圧源30を含むことが好ましい。
【0023】図2及び4〜6から参照されるように、本
発明はGaN材料31をエッチングしてGaNトランジ
スタ32又はGaN半導体デバイスを形成するのに特に
有益である。これを実現するための第1の工程はn‐G
aN材料から成る2層36,38の間に挟まれたp‐G
aN材料から成る層34を有するGaN材料31を準備
することである。図5のトランジスタを形成するために
は、第1n‐GaN層36の選択された部分40と上記
p‐GaN層34の選択された部分42をエッチング除
去により取り除くことが必要である。エッチングされた
GaN材料からトランジスタ32を形成するためには、
第1n‐GaN層36の残留部分43をエミッタとして
形成し、p‐GaN層34の残留部分44をベースとし
て形成し、そして第2n‐GaN層38をトランジスタ
32のコレクタとして形成する。接点45〜48をエミ
ッタ43、ベース44、及びコレクタ38のそれぞれの
露出面49〜52上に置く。これらの接点45〜48は
トランジスタ32を形成するために電圧及び電流をバイ
アスされる。
発明はGaN材料31をエッチングしてGaNトランジ
スタ32又はGaN半導体デバイスを形成するのに特に
有益である。これを実現するための第1の工程はn‐G
aN材料から成る2層36,38の間に挟まれたp‐G
aN材料から成る層34を有するGaN材料31を準備
することである。図5のトランジスタを形成するために
は、第1n‐GaN層36の選択された部分40と上記
p‐GaN層34の選択された部分42をエッチング除
去により取り除くことが必要である。エッチングされた
GaN材料からトランジスタ32を形成するためには、
第1n‐GaN層36の残留部分43をエミッタとして
形成し、p‐GaN層34の残留部分44をベースとし
て形成し、そして第2n‐GaN層38をトランジスタ
32のコレクタとして形成する。接点45〜48をエミ
ッタ43、ベース44、及びコレクタ38のそれぞれの
露出面49〜52上に置く。これらの接点45〜48は
トランジスタ32を形成するために電圧及び電流をバイ
アスされる。
【0024】GaN材料30の部分40,42は好まし
くは当業者に公知のマスキング技術の助けを借りてエッ
チング除去される。これを実施するためには、第1のn
‐GaN層36の一部43をマスクし、エッチング除去
すべき第1のn‐GaN層36の第2部分40をマスク
しないで残す。図6に示すように、マスクされたGaN
材料30をカソード54と電解液55を含む電気化学的
電池53中においてアノード30として形成する。Ga
N材料30とカソード54に選択可能なバイアスレベル
を印加するために操作できる可変バイアス源60にGa
N材料30とカソード54を接続する。バイアス源60
によってGaN材料30とカソード54の間にバイアス
を同時に印加する間に、紫外線62をGaN材料30に
照射する。このバイアスレベルは電解液55、カソード
54及びGaN材料30の損失の全てに打ち勝つのに十
分なレベルまで供給され、これにより第1のn‐GaN
層36のマスクされない部分40のエッチングが引き起
こされる。このバイアスは電解液55、カソード54及
びGaN材料30の抵抗性損失、並びに標準電気化学的
電池電位よりも大きいレベルまで繰返し印加され、その
結果、第1のn‐GaN層36のマスクされない部分4
0が除去されてp‐GaN層34の頂面50が露出する
まで、所望の速度で上記第1のn‐GaN層36のエッ
チングが継続する。
くは当業者に公知のマスキング技術の助けを借りてエッ
チング除去される。これを実施するためには、第1のn
‐GaN層36の一部43をマスクし、エッチング除去
すべき第1のn‐GaN層36の第2部分40をマスク
しないで残す。図6に示すように、マスクされたGaN
材料30をカソード54と電解液55を含む電気化学的
電池53中においてアノード30として形成する。Ga
N材料30とカソード54に選択可能なバイアスレベル
を印加するために操作できる可変バイアス源60にGa
N材料30とカソード54を接続する。バイアス源60
によってGaN材料30とカソード54の間にバイアス
を同時に印加する間に、紫外線62をGaN材料30に
照射する。このバイアスレベルは電解液55、カソード
54及びGaN材料30の損失の全てに打ち勝つのに十
分なレベルまで供給され、これにより第1のn‐GaN
層36のマスクされない部分40のエッチングが引き起
こされる。このバイアスは電解液55、カソード54及
びGaN材料30の抵抗性損失、並びに標準電気化学的
電池電位よりも大きいレベルまで繰返し印加され、その
結果、第1のn‐GaN層36のマスクされない部分4
0が除去されてp‐GaN層34の頂面50が露出する
まで、所望の速度で上記第1のn‐GaN層36のエッ
チングが継続する。
【0025】本発明のエッチング方法は紫外線62及び
バイアス源60により印加されるバイアスを組合せて使
用し、第1n‐GaN層36をエッチングするため、本
発明のエッチング方法は従来のウエットエッチング法よ
りもより滑らかにエッチングされた表面50を提供す
る。上記バイアスを印加することは表面50の粗い個所
に対する紫外線62の不均一な照射の結果を小さくする
ばかりでなく、第1のn‐GaN層36中に存在する可
能性のある欠陥のエッチングを助ける。
バイアス源60により印加されるバイアスを組合せて使
用し、第1n‐GaN層36をエッチングするため、本
発明のエッチング方法は従来のウエットエッチング法よ
りもより滑らかにエッチングされた表面50を提供す
る。上記バイアスを印加することは表面50の粗い個所
に対する紫外線62の不均一な照射の結果を小さくする
ばかりでなく、第1のn‐GaN層36中に存在する可
能性のある欠陥のエッチングを助ける。
【0026】本発明の重要な利点は予め選択された深さ
でエッチングプロセスを選択的に停止する能力である。
バイアス源60から印加されるバイアスのレベルはエッ
チングされるべき材料の抵抗に関連する。抵抗が高けれ
ば高いほど、より高いバイアスレベルで材料をエッチン
グする必要がある。n‐GaN層36の抵抗は深さ64
に応じて増大する。n‐GaN層36の上記特性に応じ
て、作業者は予め選択された深さにのみ上記n‐GaN
層36の抵抗に打ち勝つレベルまでバイアス源60を選
択的に設定できる。このように実施することにより、n
‐GaN層36のエッチングを予め選択された深さで停
止できる。
でエッチングプロセスを選択的に停止する能力である。
バイアス源60から印加されるバイアスのレベルはエッ
チングされるべき材料の抵抗に関連する。抵抗が高けれ
ば高いほど、より高いバイアスレベルで材料をエッチン
グする必要がある。n‐GaN層36の抵抗は深さ64
に応じて増大する。n‐GaN層36の上記特性に応じ
て、作業者は予め選択された深さにのみ上記n‐GaN
層36の抵抗に打ち勝つレベルまでバイアス源60を選
択的に設定できる。このように実施することにより、n
‐GaN層36のエッチングを予め選択された深さで停
止できる。
【0027】本発明方法の他の利点はほぼ正確に上記p
‐GaN層の表面50で第1のn‐GaN層40のエッ
チングを停止する能力である。これはHBTにとって重
要である。何故ならば、第1のn‐GaN層36及びp
‐GaN層34の残留部分43,44はそれぞれトラン
ジスタ32のエミッタ43及びベース44になるからで
ある。高効率のHBTはベース層44の表面50上に直
接に位置する接点46を必要とする。ベース表面50上
に残留するエミッタ層40が多過ぎると、接点46はベ
ース層44の伝導を許容しないであろう。またベース層
44の表面50があまりに多く除去されると、トランジ
スタ32の電気特性は劣化するであろう。
‐GaN層の表面50で第1のn‐GaN層40のエッ
チングを停止する能力である。これはHBTにとって重
要である。何故ならば、第1のn‐GaN層36及びp
‐GaN層34の残留部分43,44はそれぞれトラン
ジスタ32のエミッタ43及びベース44になるからで
ある。高効率のHBTはベース層44の表面50上に直
接に位置する接点46を必要とする。ベース表面50上
に残留するエミッタ層40が多過ぎると、接点46はベ
ース層44の伝導を許容しないであろう。またベース層
44の表面50があまりに多く除去されると、トランジ
スタ32の電気特性は劣化するであろう。
【0028】ベース層34の抵抗はエミッタ層36の抵
抗よりも高い。従って、電池60から供給されるバイア
スのレベルは調節でき、そして選択されたエミッタ層4
0を取り除いたエミッタ層36の抵抗に打ち勝つのに十
分なレベルに設定できるが、しかしベース層34の抵抗
に打ち勝つには不十分であるため、ベース層34は除去
されない。
抗よりも高い。従って、電池60から供給されるバイア
スのレベルは調節でき、そして選択されたエミッタ層4
0を取り除いたエミッタ層36の抵抗に打ち勝つのに十
分なレベルに設定できるが、しかしベース層34の抵抗
に打ち勝つには不十分であるため、ベース層34は除去
されない。
【0029】好ましくは、選択されたエッチング深さ6
4に必要なバイアス量又はベース層34の表面50でエ
ッチングプロセスを停止するためのバイアス量は実験室
の試験データの助けにより選択できる。そのためには、
好ましくはエッチング深さ64に対するバイアスレベル
の曲線が上記方法を試験サンプルに適用して、各エッチ
ング深さ64に必要なバイアスレベルを特徴付けること
により作成できる。この曲線からのデータはバイアス電
圧60を設定するために使用できる。またバイアス電圧
60はGaN材料31を監視しながら選択的に調節で
き、そしてバイアスレベルはGaN材料30が所望量に
エッチングされた時に低減又は除去できる。
4に必要なバイアス量又はベース層34の表面50でエ
ッチングプロセスを停止するためのバイアス量は実験室
の試験データの助けにより選択できる。そのためには、
好ましくはエッチング深さ64に対するバイアスレベル
の曲線が上記方法を試験サンプルに適用して、各エッチ
ング深さ64に必要なバイアスレベルを特徴付けること
により作成できる。この曲線からのデータはバイアス電
圧60を設定するために使用できる。またバイアス電圧
60はGaN材料31を監視しながら選択的に調節で
き、そしてバイアスレベルはGaN材料30が所望量に
エッチングされた時に低減又は除去できる。
【0030】HBT30を形成するためには、p‐Ga
N層34の第1部分をマスクして、エッチング除去すべ
きp‐GaN層34の第2部分42を露出させて残す。
GaN材料31に再び紫外線62を照射し、そしてp‐
GaN層34の露出部分42のエッチングを引き起こす
レベルまで電池60からバイアスをGaN材料30とカ
ソード54の間に再び印加する。このバイアスレベルを
p‐GaN層34の予め選択された部分42が除去され
て第2n‐GaN層38の頂面52が露出するまで繰返
し印加する。接点45〜48を表面49〜52上にそれ
ぞれ取り付ける。電圧及び電流をHBT32を形成する
ために接点45〜48に供給する。
N層34の第1部分をマスクして、エッチング除去すべ
きp‐GaN層34の第2部分42を露出させて残す。
GaN材料31に再び紫外線62を照射し、そしてp‐
GaN層34の露出部分42のエッチングを引き起こす
レベルまで電池60からバイアスをGaN材料30とカ
ソード54の間に再び印加する。このバイアスレベルを
p‐GaN層34の予め選択された部分42が除去され
て第2n‐GaN層38の頂面52が露出するまで繰返
し印加する。接点45〜48を表面49〜52上にそれ
ぞれ取り付ける。電圧及び電流をHBT32を形成する
ために接点45〜48に供給する。
【0031】上記方法はGaN材料を精密にエッチング
する方法を提供し、これは精密にエッチングされたGa
NHBTを製造するためにn‐p‐nGaN材料に適用
される場合に、特に有益である。本発明は従来の方法よ
りもエッチング制御を改良することができ、従って改善
された性能を有するGaNHBTを提供できる。当業者
に理解できるように、本発明は上述した構造及び図面に
限定されるものではなく、GaN材料又はGaN材料に
密接に関連した材料特性を有する他の材料を用いて実施
できる。本発明の多くの変更が可能であり、そして本発
明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されること
が理解されるであろう。
する方法を提供し、これは精密にエッチングされたGa
NHBTを製造するためにn‐p‐nGaN材料に適用
される場合に、特に有益である。本発明は従来の方法よ
りもエッチング制御を改良することができ、従って改善
された性能を有するGaNHBTを提供できる。当業者
に理解できるように、本発明は上述した構造及び図面に
限定されるものではなく、GaN材料又はGaN材料に
密接に関連した材料特性を有する他の材料を用いて実施
できる。本発明の多くの変更が可能であり、そして本発
明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されること
が理解されるであろう。
【図1】図1はGaN材料をエッチングするのに用いる
本発明の第1の態様に依るエッチング方法を示す。
本発明の第1の態様に依るエッチング方法を示す。
【図2】図2は本発明の第2の態様に依るエッチング方
法を示す。
法を示す。
【図3】図3は本発明の第3の態様に依るエッチング方
法を示す。
法を示す。
【図4】図4はn‐p‐nGaN材料を示す。
【図5】図5は本発明の方法を図4の材料に適用するこ
とにより形成したトランジスタを示す。
とにより形成したトランジスタを示す。
【図6】図6は図4のn‐p‐nGaN材料をエッチン
グするのに用いる本発明の第2の態様に依るエッチング
方法を示す。
グするのに用いる本発明の第2の態様に依るエッチング
方法を示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ラジンダー・アール・サンデュ
アメリカ合衆国カリフォルニア州91384,
カスタイク,ミュールディア・レイン
29960
(72)発明者 マイケル・ウォジトヴィクツ
アメリカ合衆国カリフォルニア州90815,
ロング・ビーチ,モノグラム・アベニュ
ー 2824
(56)参考文献 特開 平10−256226(JP,A)
特開 平11−229199(JP,A)
特開 平8−203862(JP,A)
特開 昭51−3779(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01L 21/306,21/3063,21/308
Claims (9)
- 【請求項1】 アノード電池電位を有するアノード半電
池を形成する第1化学組成を有する第1溶液においてア
ノードとしてGaN材料を形成し; アノード半電池のためのカソード半電池を提供し、ここ
で、カソード半電池はアノード半電池から間隔を空けて
分離され、カソード半電池は第2化学組成を有する第2
溶液に浸漬される予め選択される材料から作製されるカ
ソードを含み、カソード半電池はカソード電池電位を有
する; カソード半電池及びアノード半電池を外部回路とともに
連結し;そして 電気化学的電池が自発的に駆動しGaN材料をエッチン
グするガルバニ電池であるように、第1及び第2溶液の
各々の化学組成及びカソードの材料を選択する; ことを含むGaN材料のエッチング方法。 - 【請求項2】 上記エッチングは、或るエッチング速度
で起こり、上記方法は、アノード半電池及びカソード半
電池に外部バイアス源を連結し、バイアスのレベルを選
択的に変化させてエッチング深さを選択的に制御するこ
とを更に含む請求項1の方法。 - 【請求項3】 上記バイアスが印加されている間に上記
GaN材料を紫外線に露出することを更に含む請求項2
の方法。 - 【請求項4】 上記バイアスレベルが選択的に設定され
て、予め選択される深さにGaN材料をエッチングする
ことを更に含む請求項2の方法。 - 【請求項5】 カソード半電池及びアノード半電池を外
部回路とともに連結することが、カソード半電池及びア
ノード半電池を塩橋とともに連結することを含む請求項
1の方法。 - 【請求項6】 第1及び第2のn‐GaN層間に挟まれ
たp‐GaN層を有するGaN材料からGaNヘテロ接
合バイポーラトランジスタ(HBT)を製造する方法で
あって、この方法は: アノード電池電位を有するアノード半電池を形成する第
1化学組成を有する第1溶液においてアノードとしてG
aN材料を形成し; 上記第1のn‐GaN層の第1の予め選択される部分を
マスクして、エッチングされるべき上記n‐GaN層の
第2の予め選択される部分をマスクしないで残留させ; アノード半電池のためのカソード半電池を提供し、ここ
で、カソード半電池はアノード半電池から間隔を空けて
分離され、 カソード半電池及びアノード半電池を連結して電気化学
的電池を形成し; 電気化学的電池が自発的に駆動し第1のn‐GaN材料
のマスクしていない部分を予め選択されるn‐GaN深
さにエッチングするガルバニ電池であるように、カソー
ド半電池及びアノード半電池の組成を選択することによ
って第1のn‐GaN材料を予め選択されるn‐GaN
深さにエッチングし; 上記p‐GaN層の第1の予め選択される部分をマスク
して、エッチングされるべき上記p‐GaN層の第2の
予め選択される部分をマスクしないで残留させ; p‐GaN材料を予め選択されるp‐GaN深さにエッ
チングし;そして 上記各層の露出面にコンタクトを取り付けて、上記HB
Tを形成する; ことを含む上記方法。 - 【請求項7】 第1のn‐GaN材料をエッチングする
ことが、第1のn‐GaN層のマスクされていない部分
をエッチングしそのエッチングをp−GaN層の表面で
停止するために選択される予め選択されるレベルに第1
のバイアスレベルを設定することを含む請求項6の方
法。 - 【請求項8】 第1及び第2のバイアスレベルが印加さ
れている間に上記材料を紫外線に露出することを更に含
む請求項6の方法。 - 【請求項9】 p‐GaN材料をエッチングすること
が、p‐GaN層のマスクされていない部分をエッチン
グしそのエッチングを第2のn−GaN層の表面で停止
するために選択される予め選択されるレベルに第2のバ
イアスレベルを設定することを含む請求項6の方法。
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-
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